Bài giảng Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong - Chương 8: Nhóm thanh truyền

CHƯƠNG 8. NHÓM THANH TRUYỀN8.1. NHIỆM VỤ, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU, ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC, VẬT LIỆU CHẾ TẠO THANH TRUYỀN8.2. KẾT CẤU THANH TRUYỀN8.3. BẠC LÓT VÀ BU LÔNG THANH TRUYỀN8.4. TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN THANH TRUYỀN8.1. Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo TT Nhiệm vụ:- Nối PT với TK để biến chuyển động tịnh tiến của PT thành chuyển động quay của TK- Nhận lực khí thể từ PT truyền cho TK và nhận lực từ TK truyền cho PT trong các kỳ tiêu thụ công.Phân loại: (Đối với động cơ nhiều dãy XL)- TT đồng dạng- TT chính – phụ - TT hình nạng – trung tâmYêu cầu:- Khối lượng nhỏ- Đảm bảo độ bền, độ cứng vữngĐiều kiện làm việc: khi làm việc TT chịu tác dụng:- Lực khí thể trong xi lanh- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến (đặc biệt với ĐC cao tốc, lực quán tính lớn và có tính va đập mạnh)- Lực quán tính của thanh truyền.- Lực nhận từ TK (của BĐ hoặc XL khác) Lực chấn động, va đập Trọng lực- Ứng suất dư- Ăn mòn hóa học do dầu bôi trơn, khí cacteVật liệu chế tạo: Thép các-bon (động cơ thấp tốc) và thép hợp kim (ĐC trung tốc và cao tốc)Chú thích:1 - Đầu nhỏ2 - Đầu to3 - Nắp đầu to4 - Bu lông TT5 - Thân TTHình 8.1. Thanh truyền8.2. Kết cấu thanh truyền, bạc lótHình 8.2. Thanh truyền ĐC B6Hình 8.3. Các bộ phận thanh truyền ĐC B6Hình 8.2. Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền8.2.1. Kết cấu đầu nhỏ thanh truyềnHình 8.3. Một số dạng kết cấu đầu nhỏ thanh truyềnHình 8.4. Bố trí lỗ hứng dầu trên đầu nhỏ thanh truyềnHình 8.5. Đầu nhỏ TT dùng ổ bi đũaHình 8.6. Đầu nhỏ thanh truyền khi lắp cố định với chốt PTHình 8.8. Đầu nhỏ dạng hình cầuHình 8.7. Đầu nhỏ dạng trụ cắt xiênHình 8.9. Tiết diện ngang thân thanh truyền8.2.2. Kết cấu thân thanh truyềnHình 8.10. Tiết diện ngang thân thanh truyền chữ IHình 8.11. Tiết diện ngang thânthanh truyền hình trònHình 8.12. Tiết diện ngang thân thanh truyền hình ô vanHình 8.13. Tiết diện ngang thân thanh truyền hình chữ HHình 8.14. Thân thanh truyền khoan lỗ dẫn dầu bôi trơn (ĐC PC2-6B)Hình 8.15. TT bị gãy và PT bị vỡ 8.2.3. Kết cấu đầu to thanh truyềnYêu cầu:- Đảm bảo độ bền, độ cứng vững- Kích thước, khối lượng nhỏ- Giảm ứng suất tập trung- Dễ tháp lắpKết cấu:Thường chia thành 2 nửa (bạc cũng chia thành 2 nửa), liên kết bằng bu lông hoặc gu jông và có chốt định vị, nửa trên có thể làm liền hoặc rời với phần thân TT.Hình 8.16. Đầu to thanh truyền ĐC ô tô máy kéo và ĐC tĩnh tạiHình 8.17. Thanh truyền động cơ mô tôHình 8.18. Đầu to TT cắt vát góc 450 và 0oHình 8.19. Đầu to TT động cơ tĩnh tại và tầu thuỷHình 8.20. Đầu to TT cắt vát góc 10o Wartsila 20Hình 8.22. TT động cơ 8NVDHình 8.21. TT động cơ 61B4Hình 8.23. TT động cơ 40DHình 8.24. TT động cơ B6 (dùng chốt côn)Hình 8.25. TT động cơ 4S47 Sulzer và 840-D MAN B&W (dùng guốc trượt)Hình 8.26. TT động cơ RTA 96C Sulzer (dùng guốc trượt)Hình 8.27. TT động cơ RTA 84C Sulzer (dùng guốc trượt)Hình 8.28. TT động cơ UEC-H (dùng guốc trượt)Hình 8.29. TT rời của động cơ L58/64 và L32/40Hình 8.30. TT rời của động cơ M328.2.4. Kết cấu TT ĐC nhiều hàng XL8.2.4.1. Thanh truyền đồng dạng (nối tiếp)Hình 8.31. Kết cấu TT đồng dạngƯu điểm:- Quy luật động học, động lực học các dãy giống nhau- Kết cấu đơn giản- Bố trí đường dầu bôi trơn chốt PT đơn giảnNhược điểm:- TK dài, giảm độ cứng vững, khối lượng tăng, ĐC dài- Gây mô men uốn phụHình 8.32. Mặt cắt ngang ĐC Allen 5000 (sử dụng TT đồng dạng)Hình 8.33. Mặt cắt ngang ĐC MAN B&W Alpha V28/32A(sử dụng TT đồng dạng)Hình 8.34. Kết cấu TT chính – phụ (động cơ B2)1-TT chính 2-TT phụ 3-Chốt 8.2.4.2. Thanh truyền chính – phụƯu điểm:- TK ngắn, tăng cường độ cứng vững, khối lượng giảm, ĐC ngắn- Không gây mô men uốn phụNhược điểm:- Quy luật động học, động lực học các dãy khác nhau- Kết cấu phức tạp- Bố trí đường dầu bôi trơn chốt PT phức tạp- TT chính chịu thêm mô men uốn phụ do TT phụ gây raHình 8.35. Kết cấu TT chính – phụ (động cơ Renault)Hình 8.36. Kết cấu TT chính – phụ (TT chính có 1 vấu lồi)1-TT chính 2-TT phụ 3-Chốt Hình 8.37. Kết cấu thanh truyền hình nạng – trung tâm8.2.4.3. Thanh truyền hình nạng – trung tâmƯu điểm:- Quy luật động học, động lực học các dãy khác nhau- Không gây mô men uốn phụ- TK tương đối ngắn, tăng cường độ cứng vững, khối lượng giảm, ĐC ngắnNhược điểm:- Kết cấu và chế tạo phức tạp- Bố trí đường dầu bôi trơn chốt PT phức tạp- Bạc lót có kết cấu phức tạpHình 8.38. Kết cấu TT động cơ hình sao (M503)8.2.4.4. Thanh truyền động cơ hình saoHình 8.39. Mặt cắt ngang ĐC hình sao M503.Hình 8.40. Kết cấu TT động cơ hình sao (đầu to liền khối)8.3. Bạc lót và bu lông thanh truyền8.3.1. Bạc lót thanh truyền8.3.1.1. Yêu cầu đối với vật liệu chế tạo bạc lót:- Chịu mòn tốt- Độ cứng và độ dẻo thích hợp- Nhanh chóng rà khít với bề mặt trục- Cơ tính giảm ít khi nhiệt độ tăng- Truyền nhiệt tốt- Hệ số giãn nở nhỏ- Giữ được dầu bôi trơn- Dễ đúc dễ bám vào vỏ thép8.3.1.2. Các nhóm vật liệu chính:- Nhóm kim loại: ba bít, đồng – thiếc, đồng – chì, HK nhôm, Hk kẽm, HK gang- Nhóm phi kim: chất dẻo, gỗ ép, cao su- Nhóm kim loại gốm: sắt – graphit, đồng – graphit* Ba bítƯu điểm- Chịu mòn tốt, có độ cứng, độ dẻo thích hợp- Rà khít nhanh chóng- Dễ đúc và bám chắc trên nền thépNhược điểm- Giá thành đắt- Áp suất cho phép bề mặt thấp- Độ cứng giảm nhiều ở nhiệt độ cao, độ bền mỏi kém* Đồng chìƯu điểm- Độ bền cơ học cao- Chịu được nhiệt độ cao- Độ cứng cao và giảm ít khi nhiệt độ tăng- Chịu được áp suất bề mặt lớn- Dẫn nhiệt tốtNhược điểm- Tính đúc kém- Độ chính xác chế tạo phải cao- Bề mặt cổ trục, cổ khuỷu phải có độ cứng cao- Chất lượng dầu nhờn phải tốt8.3.1.3. Kết cấu bạc lót- Bạc lót đầu to TT có thể là bạc lót dày hoặc bạc lót mỏng có tráng lớp hợp kim chống mòn. Đầu to TT thường chia thành 2 nửa nên bạc lót cũng được chia thành 2 nửa (có thể lắp lẫn hoặc không).- Bạc lót TT gồm gộp bạc bằng thép ở phía ngoài và lớp hợp kim chịu mòn (mặt ma sát) tráng lên mặt trong của bạc. - Gộp bạc thường chế tạo bằng thép có hàm lượng cacbon thấp, bề mặt đúc tráng thường chỉ chế tạo thô hoặc mạ một lớp thiếc- Định vị bạc lót trên đầu to bằng lưỡi gà, chốt định vị, hoặc bu lông TT* Bạc lót mỏng được sử dụng phổ biến vì những ưu điểm+ Có điều kiện để sản xuất hàng loạt (theo cốt), có thể lắp lẫn, dễ thay thế+ Tốn ít thời gian và vật liệu chịu mòn khi cạo rà nên giảm giá thành sửa chữa+ Độ cứng vững của bạc yếu nên tiếp xúc đều với đầu to TT+ Giảm kích thước, khối lượng đầu to, tăng được đường kính cổ khuỷuHình 8.41. Bạc lót đầu to TT8.3.2. Bu lông thanh truyền8.3.2.1. Điều kiện làm việc- Chịu lực siết ban đầu- Lực tác dụng trong quá trình làm việc của ĐC (thay đổi chu kỳ)- Chịu lực cắt khi đầu to được cắt xiênVật liệu: chủ yếu là thép HKYêu cầu:- Độ bền, cứng vững, độ bền mỏi cao- Tránh lực cắt- Chống tự tháo- Tránh các lực và mô men phụHình 8.42. Bu lông TTHình 8.43. Kết cấu bu lông TT có đai ốc chịu kéo8.4. Tính toán độ bền thanh truyền8.4.1. Phương pháp cổ điển- Tính toán cho từng phần riêng biệt- Phân loại đầu nhỏ theo kiểu dày, mỏng- Coi đầu nhỏ là một dầm cong, ngàm một đầu tại chỗ chuyển tiếp- Thân TT được chia thành 2 loại: thấp – trung tốc, cao tốc- Tính thân TT tại 2 tiết diện: nhỏ nhất, trung bình- Tính toán đầu to ở ĐCTa) b)Hình 8.44. Sơ đồ tính toán đầu nhỏ TTa. Đầu nhỏ TT dày b. đầu nhỏ TT mỏng chịu kéoHình 8.45. Ứng suất trên mặt trong và ngoài đầu nhỏ TTHình 8.46. Ứng suất mặt ngoài ứng với góc γHình 8.47. Sơ đồ tính toán khi đầu nhỏ chịu nénHình 8.48. Ứng suất trên mặt trong và ngoài đầu nhỏ TT chịu nénHình 8.49. Sơ đồ tính toán thân TT ĐC thấp tốcHình 8.50. Phân bố lực quán tính thân TTHình 8.51. Sơ đồ tính toán đầu to TT 8.4.2. Phương pháp PTHHHình 8.52. Mô hình HH và PTHH TT ĐC B6Hình 8.53. Trạng thái ứng suất TT ĐC B6 chịu nénHình 8.54. Trạng thái biến dạng TT ĐC B6 chịu nénHình 8.55. Trạng thái ứng suất TT ĐC B6 chịu kéoHình 8.56. Mô hình tải trọng tính toán TT ĐC B6 (có lực quán tính TT)Hình 8.57. Trạng thái ứng suất TT ĐC B6Hình 8.58. Trạng thái ứng suất TT ĐC B6Hình 8.59. Mô hình tính toán đầu to TT ĐC PC2-6BHình 8.60. Mô hình tính toán TT ĐC Wartsila 38