Thiết kế – tính toán là một giai đoạn rất quan trọng trong các ngành,các nghề nhất là trong các ngành cơ khí. Trong ngành công nghệ chế tạo ôtô, thiết kế - tính toán là bước đầu tiên để hình thành nên một sản phẩm hoàn chỉnh.Là một sinh viên chuyên ngành công nghệ chế tạo ôtô , được nhận đồ án :” tính toán kiểm nghiệm bền thanh truyền” , nhận thức được tầm quan trọng của giai đoạn này trong quá trình hình thành nên sản phẩm , em đã cố gắng tìm hiểu và hoàn thành tốt nhất có thể đồ án được giao của mình.

LỜI NÓI ĐẦU

Thiết kế – tính toán là một giai đoạn rất quan trọng trong các ngành,các nghề nhất là trong các ngành cơ khí. Trong ngành công nghệ chế tạo ôtô, thiết kế - tính toán là bước đầu tiên để hình thành nên một sản phẩm hoàn chỉnh.Là một sinh viên chuyên ngành công nghệ chế tạo ôtô , được nhận đồ án :” tính toán kiểm nghiệm bền thanh truyền” , nhận thức được tầm quan trọng của giai đoạn này trong quá trình hình thành nên sản phẩm , em đã cố gắng tìm hiểu và hoàn thành tốt nhất có thể đồ án được giao của mình.

Đồ án môn học của em được chia ra hai phần chính:
Phần một: Tổng quan về cơ cấu thanh truyền
Phần hai : Tính toán kiểm nghiệm bền

Trong quá trình thực hiện đồ án , tuy đã hết sức cố gắng và nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các bạn, các thầy cô giáo bộ môn trong khoa , nhất là của giáo viên hướng dẫn Khổng Văn Nguyên. Nhưng do trình độ còn nhiều hạn chế , chắc chắn trong đồ án của em sẽ không tránh được các sai sót. Em mong nhận được sự góp ý của các bạn, thầy cô giáo trong khoa để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn!

PHẦN I

KHÁI QUÁT VỀ CƠ CẤU THANH TRUYỀN

1.1. Nhiệm vụ.
-Thanh truyền là chi tiết nối giữa piston và trục khuỷu.
- Truyền lực khí thể từ piston làm quay trục khuỷu và điều khiển piston làm việc trong quá trình nạp, nén, xả.
-Biến chuyển động thẳng của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.
1.2. Điều kiện làm việc.
- Thanh truyền chịu lực khí thể, lực quán tính của nhóm piston và lực quán tính của bản thân thanh truyền. Các lực trên đều là các lực tuần hoàn va đập.
- Trong quá trình làm việc thanh truyền luôn chịu các lực kéo, nén, uốn dọc và khi đổi chiều chuyển động thì có lực quán tính làm nó bị uốn ngang.
1.3. Vật liệu chế tạo
Thanh truyền thường được chế tạo bằng thép cacbon hoặc thép hợp kim với phương pháp rèn khuôn. Các loại vật liệu nặng cơ tính tốt, sức bền mỏi cao, đảm bảo yêu cầu làm việc.
Vật liệu chế tạo thanh truyền
- Đối với động cơ ô tô - máy kéo : C40, C45,. . .
- Đối với động cơ nhẹ cao tốc : 18XHBA, 18XH3A . . .
- Đối với động cơ tàu thủy tĩnh tại tốc độ thấp : C35, C40, 40X . . 

1.4. Kết cấu Thanh truyền.

1: Bạc đầu nhỏ
2: Đầu nhỏ thanh truyền
3: Thân thanh truyền
4: Bulông bắt nắp đầu to
5: Nửa trên thanh truyền
6: Bạc đầu to thanh truyền
7: Nửa dưới thanh truyền

Hình 1.1 Kết cấu của thanh truyền
- Người ta chia kết cấu thanh truyền thành các phần:
+ Đầu nhỏ thanh truyền.
+ Đầu to thanh truyền.
+ Thân thanh truyền.
+ Bu lông thanh truyền.
+ Bạc lót đầu to và đầu nhỏ thanh truyền.
Sau đây ta xét từng thành phần cụ thể:
a. Đầu nhỏ
Là bộ phận để lắp chốt píton, nó có cấu tạo hình trụ rỗng bên trong có bạc lót có khoan lỗ dầu để bôi trơn. Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền phụ thuộc vào kích thước và phương pháp lắp ghép và có lắp bạc bằng đồng

Trong các hình trên (1.2a,b) được dùng phổ biến nhất trên các động cơ ôtô hiện nay vì khả năng bôi trơn hoàn thiện, dầu được dàn đều trên bề mặt bạc lót. Hoạt động đồng đều.

b. Thân thanh truyền
Là phần nối giữa đầu nhỏ và đầu to thanh truyền.
Kích thước thân thanh truyền thường thay đổi từ nhỏ đến lớn kể từ đầu nhỏ đến đầu to để phù hợp với lực quán tính lắc của thanh truyền

Hình 1.3. Các loại tiết diện thân thanh truyền
+ Hinh 1.3a thân có tiết diện tròn , Hình 1.3b,c thân có tiết diện chữ I
+ 1.3d thân có tiết diện hình chữ nhật, Hình 1.3e thân có tiết diện hình elip
Có nhiều kiểu tiết diện: tiêt diện tròn, ovan, chữ nhật, elip , chữ I. Tuy nhiên hiện nay dạng tiết diện thân thanh truyền hình chữ I được dùng phổ biến trên động cơ ôtô và xe du lịch bởi tính bền và tính tiết kiệm vật liệu.
Chiều dài thanh truyền được tính toán dựa vào công thức R/l
c. Đầu to thanh truyền
Kết cấu đầu to thanh truyền phải đảm bảo các yêu cầu sau:
+ Có độ cứng vững lón để đảm bảo bạc lót ko bị biến dạng.
+ Kích thước nhỏ để lực quán tính nhỏ giảm được tải trọng lên chốt khuỷu.
+ Chỗ chuyển tiếp với thân và đầu to phải có góc lượn để tăng cứng vững
+ Dễ dàng thao lắp cụm piston – thanh truyền với trục khuỷu. Đầu to lam 2 nửa nửa trên liền với thân nửa dưới lắp với nắp đầu to.

1.5. Bạc thanh truyền.
a) Bạc đầu nhỏ.
Khi lắp chốt piston xoay tương đối với đầu nhỏ thanh truyền thì trong đầu nhỏ có ép vào 1 bạc đồng mỏng dày 14mm để giảm ma sát, chống mòn. Bạc được ép vào lỗ rồi doa lại cho chính xác.
b) Bạc đầu to.
Bạc đầu to lắp giữa đầu to thanh truyền và cổ trục khuỷu.
Bạc gồm 2 nửa giống nhau có gờ chống xoay và thường có rãnh dẫn dầu bôi trơn trong bạc và khoan lỗ dẫn dầu.
1.6 Bu lông thanh truyền.
a) Chức năng.
Bu lông thanh truyền là chi tiết ghép nối hai nửa đầu to thanh truyền. Nó có thể ở dạng bu lông hay vít cấy (gugiông),
b) Điều kiện làm việc.
Bu lông thanh truyền khi làm việc chịu lực như lực xiết ban đầu, lực quán tính của nhóm piston thanh truyền có tính chu kỳ.
c) Vật liệu chế tạo.
Bu lông thanh truyền thường được chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phần crôm, mangan, niken...Tốc độ động cơ càng lớn, vật liệu bu lông thanh truyền có hàm lượng kim loại quí càng nhiều.
d) Kết cấu.

Hình 1.5: Một dạng kết cấu của bu lông và gugiông
1.5a : bu lông thanh truyền
1.5b: gugiông thanh truyền

- Như đã trình bày ở trên , hai nửa đầu to thanh truyền có thể được ghép nối bằng bu lông ( hình 1.5a) và gugiông (hình 1.5b)
- Bố trí phân đoạn và thắt vào một ít để tăng sức bền mỏi.
- Nhiệt luyện để đạt độ cứng sau đó ta rô ren

PHẦN II
TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM BỀN

2.1.Các thông số
2.1.1.Thông số cho trước
Loại động cơ : Động cơ xăng không tăng áp
Kiểu động cơ ; một hàng
Thứ tự nổ: 1-3-4-2
Công suất động cơ : 65ml
Số vòng quay động cơ ; 3800 (vòng/phút)
Suất tiêu hao nhiên liệu : 270( g /ml.h)
Số kỳ : 04
Đường kính xilanh : 92 (mm)
Hành trình piston : 92( mm)
Số xilanh : 04
Chiều dài thanh truyền : 172 (mm)
Khối lượng nhóm piston : 0,75 (kg)
Khối lượng thanh truyền : 1(kg).
Áp suất khí thể : 3,89 (Mpa)

2.1.2. C ác thông số tính toán
- Từ các thông số đầu bài cho ta chọn loại xe tính toán là động cơ Xăng 4 xy lanh thẳng hàng. Với đường kính xilanh = 92 (mm)
+ Đường kính chốt piston (d):
d = (0,30,45)D; Chọn d = 0,32D d = 0,32.92 = 29,44 (mm)
+ Đường kính bệ chốt (d):
d = (1,31,6)d; Chọn d = 1,45 d d = 1,45.29,44 = 42,69 (mm)
+ Đường kính lỗ trên chốt (d):
d = (0,60,8) d; Chọn d = 0,7 d d = 0,7. 29,44 = 20,61 (mm)

+ Chiều dày bạc lót Ä = (0,08-0,085)dcp . Chọn Ä = 0,08

(mm)
+ Khe hở hướng kính bạc lót và chốt pittông:
Ä= 0,001.dcp = 0,001.29,44 = 0,0294 (mm)

Gọi r1 là bán kính trong đầu nhỏ thanh truyền:
r1=( dcp/ 2)+ Ä + Ä= (29,44/2)+2,355+0,0294= 17,1044 (mm)
Gọi r2 là bán kính ngoài đầu nhỏ thanh truyền:
r2 = 1,3.r1= 1,3.17,1044= 22,236 (mm)
Ta có:
= =1,3 < 1,5. đầu nhỏ là loại đầu mỏng
+ Chiều dài đầu nhỏ thanh truyền
l= 0,28.D = 0,28.92= 25,76 (mm)
+ Đường kính trong đầu to thanh truyền D
D = d +2.( + +
+ Với:
d: Đường kính chốt khuỷu
Đối với động cơ Xăng 1 hàng d = (0,60,7)D ; chọn d = 0,65.D
D: Đường kính xy lanh; D = 92 (mm) d = 0,65.92 = 59,8 (mm)
: Chiều dày vỏ thép bạc lót; = (0,030,05) d
Chọn = 0,04. d = 0,04.59,8= 2,392 (mm)
: Khe hở giữa bạc lót và chốt khuỷu; =(0,0450,015) dChọn =0,005. d =0,005.59,8= 0,299 (mm)
: Chiều dày lớp hợp kim chịu mòn; = (0,20,7) (mm)
Chọn = 0,5 (mm)
D = 59,8+ 2.(2,392+ 0,299 + 0,5) =66,182 (mm)
+ Đường kính ngoài đầu to thanh truyền D
Ta có: < 1,5 ; Chọn = =1,3
D= 1,3. D=1,3.66,182 = 86,04 (mm)

+ Chiều dài đầu to l = (0,45 – 0,85 ) .d

chọn l =0,665. d =0,665.59,8=39,767 (mm)

2.1.3. Khối lượng nhóm thanh truyền
+ Khối lượng thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ m1=(0,275-0,35)mtt
Chọn m1=0,312.mtt. Vậy m1=0,312. 1= 0,312 (kg).
+Khối lượng thanh truyền quy dẫn về đầu to thanh truyền.
m2=0,6875.mtt=0,6875. 1=0,6875 (kg).

2.2. TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM BỀN
2.2.1. Tính sức bền của đầu nhỏ thanh truyền.
Khi động cơ làm việc đầu nhỏ thanh truyền chịu các lực tác dụng sau:
- Lực quán tính của nhóm piston.
- Lực khí thể.
- Lực do biến dạng gây ra.
- Ngoài ra khi lắp ghép bạc lót, đầu nhỏ thanh truyền còn chịu thêm ứng suất phụ do lắp ghép bạc lót có độ dôi gây nên.
Các lực trên gây ra ứng suất: uốn, kéo, nén tác dụng trên đầu nhỏ thanh truyền.
Tính toán đầu nhỏ thanh truyền thường tính ở chế độ công suất lớn nhất. Nếu động cơ có bộ điều tốc hoặc bộ hạn chế tốc độ vòng quay thì tính toán ở chế độ này cũng là tính toán ở chế độ số vòng quay giới hạn lớn nhất của động cơ. Nếu không có bộ phận giới hạn số vòng quay (hoặc bộ điều tốc) thì số vòng quay lớn nhất nmax của động cơ có thể vượt quá số vòng quay ở chế độ công suất lớn nhất ne=25% 30% tức là:
Nmax =(1,25 1,30) ne

Ta có bảng thông số:

Thụng số Động cơ xăng
Đường kớnh ngoài bạc d1 (1,1-1,25)dcp
Đường kớnh ngoài d2 (1,25-1,65)dcp
Chiều dày đầu nhỏ ld (0,28-0,32)D
Chiều dày bạc đầu nhỏ (0,055-0,085)dcp

Hình 2.1- Sơ đồ tính toán đầu nhỏ thanh truyền

a. Tính sức bền đầu nhỏ khi chịu kéo
Tính trên giả thiết sau: Coi đầu nhỏ là một dầm cong được ngàm hai đầu, vị trí ngàm là chỗ chuyển tiếp giữa đầu nhỏ và thân (tiết diện c-c) ứng với góc bằng

(2-1)

Trong đó:
bán kính trong của đầu nhỏ : = r=17,1044 (mm)
bán kính ngoài đầu nhỏ; r2 =1,3.r1=1,3.17,1044=22,236 (mm)
H - chiều rộng của thân chỗ nối với đầu nhỏ.
: Bán kính góc lượn nối đầu nhỏ với thân thanh truyền chọn theo hệ số thưc nghiệm. Đối với thanh truyền có bán kính ngoài đầu nhỏ là 22,236(mm) thì chọn1 (mm)
là bán kính trung bình đầu nhỏ
Ta có:= (mm).

Thay vào (2-1):

-Do tính chất đối xứng của ngàm nên khi tính toán, ta cắt bỏ một nửa và thay thế bằng các lực pháp tuyến và mô men uốn NA, MA

- Khi lắp bạc lót vào đầu nhỏ, bạc lót và đầu nhỏ đều biến dạng.
Mô men uốn Mj và lực kéo Nj ở tiết diện bất kỳ trên cung AA – BB
MA = pj . ( MNm)
NA = pj . (MN) (2-2)
Giá trị của trong hai biểu thức trên tính theo độ.
Trong đó:
pj : Lực quán tính của nhóm piston
Ta có : pj = mnp.R. .(1+) (2-3)
Trong đó:
m:Khối lượng nhóm piston. m= 0,75 (kg)
: Tham số kết cấu; =R/l=S/2l=92/2.172= 0,267

= : Vận tốc góc ứng với số vòng quay định mức của động cơ (n)
áp dụng công thức: n = (vòng/phút)
Với: Đối với động cơ Xăng = 0,70,8 , chọn = 0,75
(vòng/phút)
= = 531 (rad/s)
R=S/2=92/2= 46 (mm)
Thay vào (2-3) :
pj = 0,75.46.10.531.(1+ 0,267) = 12324,94(N)=0,1232494(MN)
Do đó :MA=0,12295.19,67.10.(0,00033.135- 0,0297) = 0,36.10-6 (MNm)
NA =0,12295.(0,572 – 0,0008. 135) = 0,57.10-3 (MN)
- Lực tác dụng trên dầm cong có bán kính cong bằng bán kính trung bình của đầu nhỏ là lực phân bố có giá trị là: q = (MN)
Trên cơ sở giả thiết nêu trên, ta xây dựng sơ đồ tính toán và biểu thị :

Hình 2.2. Sơ đồ lực tác dụng khi đầu nhỏ thanh truyền chịu kéo

Dựa vào sơ đồ đó, ta có thể xác định các đại lượng mô men uốn và lực kéo tại tiết diện bất kì của dầm cong. Dầm cong bao gồm hai cung: cung có lực phân bố () và cung có lực phân bố .
- Khi ta có :
Mômen uốn:
Mj =MA+NA(cosx)-0,5.Pj.(1-cosx) (2-4)
Lực kéo: Nj = NAcos+0,5Pj () (2-5)
- Khi ta có :
Mô men uốn : Mj = MA + NA (2-6)
Lực kéo: Nj = NAcos+0,5Pj ()
Từ các biểu thức (2-4) và (2-5), ta thấy Mj và Nj trên cung BC () có giá trị lớn hơn, tiết diện nguy hiểm là tiết diện ngàm C - C.
Như vậy mô men uốn và lực kéo tại tiết diện ngàm C -C bằng :
Mjc = MA + NA (1-cos) - 0,5Pj. (sincos)
Njc = NAcos + 0,5PJ(sincos)
Thay MA, NA , , , và PJ vào (2-6) ta được:
Mjc=3,59.10-6+5,7.10-3.19,67.10(1-cos135)-0,5.0,12295.19,67.10-3.(sin135- cos135)=
= -1,515.10-3 (MN.m)
Njc=5,7.10-3cos135+0,5.0,12295. (sin135- cos135)=0,083 (MN)

Do có ép bạc lót đầu nhỏ nên có sự biến dạng đồng thời của đầu trục và bạc lót, trong đó đầu nhỏ bị biến dạng kéo, còn bạc lót chịu biến dạng nén. Do vậy phần của lực kéo đó, đặc trưng bằng hệ số , tức là : Nk =
Hệ số phụ thuộc vào độ cứng của các chi tiết mối ghép (bạc lót và đầu nhỏ) và được xác định bằng biểu thức:
(2-7)
Trong đó:
Ed:Mô đun đàn hồi của vật liệu chế tạo thanh truyền; E = 2,2.10 (MN/m)
Eb : Mô đun đàn hồi của vật liệu chế tạo bạc lót; Eb = 1,15. (MN/m)
F: Tiết diện dọc của đầu nhỏ thanh truyền
F = l.(d- d) (m2)
+ Với:
d:Đường kính trong đầu nhỏ; = 34,21 (mm)
l: Chiều dày đầu nhỏ thanh truyền; l=0,28.D= 0,28.92= 25,76 (mm)
d: Đường kính ngoài đầu nhỏ; d = 44,47 (mm)
=25,76.(44,47 – 34,21)=264,3.10 (m)
Fb : tiết diện dọc của bạc lót.
Fb = ld1.(d1- d)=25,76.10.-3(34,21.10- 29,44.10) =122,88.10-6 (m)
Với d=0,32.D=0,32.92=29,44(mm).
Thay số vào ta được :

Do vậy, ứng suất trên đầu nhỏ trong trường hợp có ép bạc lót sẽ là:

Trên mặt ngoài : (2-8)
s là chiều dày đầu nhỏ: s= r2-r1=22,236 - 17,1044= 5,132 (mm)
Thay vào (2-8) ta được:

=12995,25 (MN/m)
Trên mặt trong : (2-9)

Thay số vào ta được :

= -14109,97 (MN/m)

Hình 2.3: ứng suất trên mặt trong và mặt ngoài của đầu
nhỏ thanh truyền khi chịu kéo.

Nếu giá trị Mj , NJ được tính ở mọi tiết diện bất kỳ nào của đầu nhỏ, ta xẽ tính toán được ứng suất tại các tiết diện đó biết được quy luật phân bố ứng suất trên mặt ngoài và mặt trong của đầu nhỏ
b. Tính sức bền đầu nhỏ khi chịu nén.

TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM BỀN

2.1.Các thông số
2.1.1.Thông số cho trước
Loại động cơ : Động cơ xăng không tăng áp
Kiểu động cơ ; một hàng
Thứ tự nổ: 1-3-4-2
Công suất động cơ : 65ml
Số vòng quay động cơ ; 3800 (vòng/phút)
Suất tiêu hao nhiên liệu : 270( g /ml.h)
Số kỳ : 04
Đường kính xilanh : 92 (mm)
Hành trình piston : 92( mm)
Số xilanh : 04
Chiều dài thanh truyền : 172 (mm)
Khối lượng nhóm piston : 0,75 (kg)
Khối lượng thanh truyền : 1(kg).
Áp suất khí thể : 3,89 (Mpa)