Bài giảng Tính toán thiết kế ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÀI GIẢNG HỌC PHẦN: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ Ô TÔ SỐ TÍN CHỈ: 02 LOẠI HÌNH ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Hưng Yên - 2015 1 CHƢƠNG I: BỐ TRÍ CHUNG CỦA ÔTÔ 1.1. BỐ TRÍ ĐỘNG CƠ Ô TÔ. Trên ô tô động cơ có thể bố trí ở rất nhiều vị trí nhƣng trên các loại ô tô hiện đại thì động cơ thƣờng đƣợc bố trí ở các ví trí sau: - Động cơ đặt ở đằng trƣớc xe ( loại FF). - Động cơ đặt ở giữa xe (loại MR). - Động cơ đặt ở đằng sau xe (loại RR). 1.1.1. Các vị trí dặt động cơ trên các xe hiện nay Dƣới đây là vị trí của động cơ trên các loại xe cụ thể: Hình 1: Động cơ đặt trước loại hộp số thường có cầu trước chủ động Hình 2: Động cơ đặt trước loại hộp số tự động có cầu trước chủ động Hình 3: Động cơ đặt trước loại hộp số thường có Hình 4: Động cơ đặt trước loại hộp số thường có cầu sau chủ động cầu sau chủ động 1.1.2. Các sơ đồ bố trí động cơ trên các loại xe Trên ô tô có rất nhiều cách để bố trí động cơ ô tô, tùy theo loại xe cụ thể mà có cách bố trí riêng sao cho phù hợp với điều kiện sử dụng. a. Bố trí động cơ trên xe con 2 HL§ C C§C§ HL§ C H L § C HL§ C H L DCC H L C CD HL P C C CD CD CD HL CD K C C DC DC DC Hình 5: Các vị trí đặt động cơ trên xe con b. Bố trí động cơ trên xe khách: 3 Hình 6: Các vị trí đặt động cơ trên xe khách c. Bố trí động cơ trên xe tải: Hình 7: Các vị trí đặt động cơ trên xe tải 1.2. BỐ TRÍ CÁC HỆ THỐNG GẦM Ô TÔ 1.2.1. Hệ thống treo Hệ thống treo ở đây đƣợc hiểu là hệ thống liên kết giữa bánh xe và khung xe hoặc vỏ xe. Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi. 4 Hình 8: Vị trí đặt hệ thống treo trên ô tô 1.2.2. Hệ thống phanh a. Hệ thống phanh dầu Hệ thống phanh có nhiệm vụ làm giảm tốc độ của ôtô hoặc làm dừng hẳn sự chuyển động của ôtô. Hệ thống phanh còn đảm bảo giữ cố định xe trong thời gian dừng. Đối với ôtô hệ thống phanh là một trong những hệ thống quan trọng nhất vì nó đảm bảo cho ôtô chuyển động an toàn ở chế độ cao, cho phép ngƣời lái có thể điều chỉnh đƣợc tốc độ chuyển động hoặc dừng xe trong tình huống nguy hiểm. Hình 9. Vị trí hệ thống phanh dầu trên ô tô b. Hệ thống phanh khí Kết cấu của hệ thống phanh khí gồm có cơ cấu phanh và bộ phận dẫn động phanh. Cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp tạo ra sức cản chuyển động của ô tô. Còn bộ phận 5 dẫn động phanh thì làm nhiệm vụ truyền năng lƣợng cho cơ cấu phanh và điều khiển cơ cấu phanh trong qúa trình phanh. Hình 10. Bố trí hệ thống phanh khí 1.2.3. Hệ thống lái Hệ thống lái là hệ thống điều khiển hƣớng chuyển động của xe. Nó có tác dụng là dùng để thay đổi hƣớng chuyển động nhờ quay các bánh xe dẫn hƣớng cũng nhƣ để giữ hƣớng chuyển động thẳng hoặc cong của ôtô khi cần thiết. Trong quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hƣởng lớn đến sự an toàn chuyển động nhất là ở tốc độ cao do đó hệ thống lái không ngừng đƣợc hoàn thiện. 2. Hình 11. Bố trí hệ thống lái trên ô tô 6 ch-¬ng II §éng häc, ®éng lùc häc cña c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn. 2.1.Động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền 2.1.1. Động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm Trong ®éng c¬ ®èt trong kiÓu piston, th-êng dïng hai lo¹i c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn lo¹i giao t©m lµ lo¹i ®-êng t©m chèt piston n»m trªn mÆt ph¼ng chøa ®-êng t©m xylanh vµ t©m trôc khuûu ; lo¹i lÖch t©m lµ lo¹i ®-êng t©m chèt piston kh«ng n»m trªn mÆt ph¼ng chøa ®-êng t©m xylanh ( lo¹i lÖch t©m chèt) hoÆc mÆt ph¼ng chøa ®-êng t©m xylanh kh«ng chøa ®-êng t©m trôc khuûu ( lo¹i lÖch t©m xylanh). 2.1.1.1.Qui luËt ®éng häc cña c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn giao t©m. Nghiªn cøu qui luËt chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cña piston lµ nhiÖm vô chñ yÕu cña ®éng häc. ®Ó tiÖn viÖc nghiªn cøu, ta gi¶ thiÕt trong qu¸ tr×nh lµm viÖc, trôc khuûu quay víi mét tèc ®é gãc kh«ng ®æi. a. ChuyÓn vÞ cña piston. H×nh 1.1 giíi thiÖu s¬ ®å cña c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn giao t©m. Tõ h×nh 1.1 ta thÊy chuyÓn vÞ x tÝnh tõ ®iÓm chÕt trªn (§CT) cña piston tuú thuéc vµo vÞ trÝ cña trôc khuûu ( trÞ sè cña x thay ®æi theo gãc quay  cña trôc khuûu ). Tõ h×nh vÏ ta cã: )'(' DBDOAOABx  )coscos()(  lRRl  hay R ll lx )]cos(cos)[(      (2-1) §©y lµ d¹ng c«ng thøc chÝnh x¸c cña chuyÓn vÞ piston. §Ó tÝnh to¸n trÞ sè gÇn ®óng cña x, ta cã thÓ dïng c«ng thøc gÇn ®óng. Tõ tam gi¸c OCB’, ta cã: 7 Khai triÓn vÕ ph¶i cña ®¼ng thøc trªn theo nhÞ thøc niut¬n ta cã : ...sin 16 1 sin 8 1 sin 2 1 1 664422   Bá c¸c sè h¹ng luü thõa bËc 4 trë lªn råi thay trÞ sè gÇn ®óng cña cos  vµo ph-¬ng tr×nh (2-1), sau khi rót gän ta cã c«ng thøc gÇn ®óng sau ®©y: )]2cos1( 4 )cos1[(     Rx (2-2) HoÆc ARx . trong ®ã )2cos1( 4 )cos1(    A TrÞ sè A ®-îc tÝnh s½n theo  vµ  ghi trong b¶ng thèng kª ë phÇn phô lôc (KÕt cÊu vµ tÝnh to¸n ®éng c¬ ®èt trong- §HBKHN). b. VËn tèc cña piston. LÊy ®¹o hµm c«ng thøc (1-2) ®èi víi thêi gian, ta cã tèc ®é dÞch chuyÓn (vËn tèc) cña piston:     d d d d d d d d v x t x t x  (2-3) Trong ®ã d d x lµ tèc ®é gãc cña trôc khuûu. H×nh 2.1. S¬ ®å c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn giao t©m. 8 BRRv     )2sin 2 (sin (2-4) BRv  Trong ®ã : )2sin 2 (sin    B c. Gia tèc cña piston. LÊy ®¹o hµm cña c«ng thøc (1-3) ®èi víi thêi gian ta cã c«ng thøc tÝnh gia tèc cña piston:     . d d d d d d d d j v t v t v  )2cos(cos2   Rj (2-5) HoÆc CRj 2 Trong ®ã: )2cos(cos  C TrÞ sè cña C tÝnh theo  vµ  ®-îc thèng kª trong phÇn phô lôc (KÕt cÊu vµ tÝnh to¸n ®éng c¬ ®èt trong - §HBKHN). ChiÒu cña gia tèc qui ®Þnh nh- sau: chiÒu h-íng t©m O lµ chiÒu d-¬ng, ng-îc l¹i lµ ©m. Gia tèc ®¹t cùc ®¹i khi ®¹o hµm : 0)2sin2(sin2    R d d j Tøc lµ : 0)cos41(sincossin4sin)2sin2(sin   Tõ ph-¬ng tr×nh trªn ta cã : 0sin  khi 0 vµ 0180 0cos41   khi ) 4 1 arccos(    Trong tr-êng hîp thø nhÊt, khi 0 vµ 0180 gia tèc ®¹t cùc trÞ: )1(20   Rj (2-6) )1(2 1800     Rj Trong tr-êng hîp thø 2, khi ) 4 1 arccos(    cùc trÞ cña gia tèc b»ng: 9 ) 8 1 1(2'    Rj TrÞ sè cña 'j chØ tån t¹i khi 4/1 ) 8 1 (2'    Rj (2-7) TrÞ sè chªnh lÖch tuyÖt ®èi gi÷a 'j vµ 0180j lµ:       8 )14( )1() 8 1 ( 2 222 180' 0    RRRjj Khi 4 1  trÞ sè chªnh lÖch nµy b»ng kh«ng. Lóc nµy: min 2 180' )1(0 jRjj    Quan hÖ cña hµm )(fj  khi 4/1 vµ 4/1 BiÓu thÞ trªn h×nh (1.2) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 R ω ²( 1- λ) j 180º90º λ>¼ a b R ω ²( 1 + λ) R ω ²( 1- λ) α'º 2 R ω ² 2 R ω ² 180º90º R ω ²( λ+ 1/ 8λ ) R ω ²( 1 + λ) α'º Rω ²((4λ-1)/8λ) λ<¼ αº ² H×nh 1.2. quan hÖ cña hµm sè )(fj  khi 4/1 vµ 4/1 d. Qui luËt ®éng lùc cña thanh truyÒn. ChuyÓn ®éng cña thanh truyÒn c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn lµ chuyÓn ®éng song ph¼ng : ®Çu nhá chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn, ®Çu to chuyÓn ®éng quay. ChuyÓn ®éng cña thanh truyÒn biÕn thiªn theo quan hÖ sau: )sinarcsin(   (2- 8) Gãc lÖch nµy ®¹t trÞ sè cùc ®¹i khi 090 vµ 0270 . Lóc ®ã  arcsinmax  10 LÊy ®¹o hµm 2 vÕ cña c«ng thøc (2-8) ®èi víi thêi gian ta cã c«ng thøc tÝnh vËn tèc gãc cña thanh truyÒn:       d d d d d d d d tt tt  (2-9) Trong ®ã  lµ vËn tèc gãc cña trôc khuûu. Do  sinsin  nªn ®¹o hµm 2 vÕ cña ®¼ng thøc ta cã:  dd coscos  Tõ ®ã ta cã:      cos cos  d d Thay quan hÖ trªn vµo (1-8) ta cã :    cos cos tt HoÆc     cos sin1 22 tt (2-10) ë 00 vµ 0180 ta cã  max hoÆc  max §¹o hµm 2 vÕ c«ng thøc (2-10) ®èi víi thêi gian ta cã c«ng thøc tÝnh gia tèc gãc cña thanh truyÒn:        d d d d d d d d tt t tt t tt tt  Vµ 2/32 22 )2sin1( sin )1(     tt (2-11) 2.1.2. ®éng häc cña c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn lÖch t©m. 2.1.2.1. Qui luËt ®éng häc cña piston cña c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn lÖch t©m. Trong mét sè ®éng c¬ ®èt trong, nhÊt lµ c¸c ®éng c¬ cao tèc, hµnh tr×nh ng¾n, ng-êi ta th-êng dïng c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn lÖch t©m ®Ó nh»m ®¹t 2 môc ®Ých sau: - Gi¶m lùc ngang N t¸c dông lªn xylanh do ®ã gi¶m ®-îc ®é va ®Ëp, gi¶m mµi mßn piston, xÐc m¨ng vµ xylanh. 11 - T¨ng ®ù¬c dung tÝch c«ng t¸c cña xylanh trong khi vÉn gi÷ nguyªn ®-êng kÝnh D vµ b¸n kÝnh quay R cña trôc khuûu. S¬ ®å c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn lÖch t©m giíi thiÖu trªn h×nh 2.2 . §é lÖch t©m lu«n lu«n lÖch theo chiÒu quay(n»m vÒ phÝa ph¶i ®-êng t©m xylanh) do ®ã c¬ cÊu nµy cã nhiÒu ®iÓm kh¸c biÖt vÒ ®éng häc so víi c¬ cÊu giao t©m. a. VÞ trÝ ®iÓm chÕt. Nh- trªn h×nh 2.2 ta thÊy khi piston lªn ®Õn ®iÓm chÕt trªn A’ th× t©m chèt khuûu B trïng víi A1, lÖch víi ®-êng t©m xylanh mét gãc 1 . Khi chèt piston xuèng ®Õn ®iÓm chÕt d­íi A’’ th× t©m chèt khuûu trïng víi A2 vµ lÖch víi ®-êng t©m xylanh mét gãc 2 . Do ( 2 - 1 )>180 0 nªn ta dÔ dµng rót ra kÕt luËn lµ qu¸ tr×nh n¹p lý thuyÕt cña c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn lÖch t©m ®-îc kÐo dµi. VÞ trÝ cña §CT vµ §CD x¸c ®Þnh dÔ dµng qua 1 vµ 2 . Tõ tam gi¸c A’OE vµ A’’OE ta rót ra : Rl a OA OE   ' sin 1 (2-12) Rl a OA OE   '' sin 2 §Ó dÊu (-) v× 02 180 Trong ®ã : a lµ ®é lÖch t©m l lµ chiÒu dµi thanh truyÒn R lµ b¸n kÝnh quay cña trôc khuûu. Gäi k R a  lµ hÖ sè lÖch t©m Vµ l R  lµ tham sè kÕt cÊu Ta cã: 1 sin 1      k (2-13) H×nh 2.2. C¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn lÖch t©m 12 1 sin 2      k Do ®ã : ) 1 arcsin(1      k ) 1 arcsin(2      k (1-14) b. Hµnh tr×nh cña piston. Gäi S1 , S2 lµ kho¶ng c¸ch tõ §CT ®Õn A’ vµ §CD ®Õn A’’ ®Õn trôc hoµnh qua gèc 0 th× hµnh tr×nh S cña piston cã thÓ x¸c ®Þmh dÔ dµng: 222221 )()( aRlaRlSSS  2222 )1 1 ()1 1 ([ kkR   (2-15) Râ rµng lµ nÕu k = 0 ; S = 2R Th«ng th-êng k cã trÞ sè rÊt nhá th-êng chØ biÕn ®éng trong kho¶ng k = 0,04 0,2. Tuy r»ng vÒ mÆt lý thuyÕt ®é lÖch t©m a cã thÓ ®¹t : a = l - R. §iÒu kiÖn ®Ó c¬ cÊu lÖch t©m cã thÓ ho¹t ®éng ®-îc cã thÓ rót ra tõ ®iÒu kiÖn tån t¹i cña sè h¹ng thø 2 trong ph-¬ng tr×nh(2-15). Thùc vËy ®Ó vÕ thø 2 tån t¹i, ph¶i ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn d-íi ®©y: 1 1   k Mµ k R a R R    1 1 1  Do ®ã ®é lÖch t©m t-¬ng ®èi ph¶i n»m trong ph¹m vi sau: 1 1 0   k c. ChuyÓn vÞ, vËn tèc vµ gia tèc cña piston.  ChuyÓn vÞ cña piston Tõ h×nh 1.3 ta thÊy khi trôc khuûu quay ®i mét gãc  , chuyÓn vÞ cña piston tÝnh tõ §CT A’ cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: xSSx  1 13 Trong ®ã )cos 1 (coscoscos     RlRS x 221 )1 1 ([ kRS   ] V× vËy: )cos 1 (cos)1 1 ([ 22      kRx (2-16) Thay tÊt c¶ vµo (1-12) sau khi rót gän ta cã : (2-17) Tuy nhiªn, do hÖ sè k th-êng rÊt nhá nªn nÕu bá qua c¸c sè h¹ng k2, ph-¬ng tr×nh (1-14) cã d¹ng kh¸ ®¬n gi¶n: ]sin)2cos1( 4 )cos1[(    kRx  (2-18)  VËn tèc cña piston. LÊy ®¹o hµm 2 vÕ ph-¬ng tr×nh (1-14) ®èi víi thêi gian ta cã c«ng thøc tÝnh vËn tèc cña piston : )cos2sin 2 (sin     kR d d d d d d v t x t x  (2-19)  Gia tèc cña piston. LÊy ®¹o hµm 2 vÕ cña ph-¬ng tr×nh (1-18) ®èi víi thêi gian ta cã c«ng thøc tÝnh gia tèc piston: )sin2cos(cos2   kR d d d d d d j t v t v  (2-20) 2.1.2.2. Động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền lệch tâm Trong phÇn chøng minh qui luËt ®éng häc cña piston ta cã ®¼ng thøc : )(sinsin k  (2-21) Do ®ã chuyÓn vÞ gãc cña thanh truyÒn cña c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn lÖch t©m ®-îc x¸c ®Þnh dÔ dµng theo c«ng thøc trªn:     sin2cos 4 [cos)] 2 1 4 11 ()1 1 ([ 222 kRkkRx  14 )]sin(arcsin[ k  LÊy ®¹o hµm 2 vÕ cña (1-20) ®èi víi thêi gian ta cã c«ng thøc tÝnh tèc ®é gãc cña thanh truyÒn   coscos  td d Do ®ã :    cos cos tt (2-22) C«ng thøc trªn còng hoµn toµn gièng nh- c«ng thøc tÝnh tèc ®é gãc chña thanh truyÒn giao t©m, nh-ng quan hÖ cña  vµ  th× ph¶i x¸c lËp theo c«ng thøc (1-20) do vËy: 22 )(sin1 cos k tt      (2-23) LÊy ®¹o hµm 2 vÕ cña (1-21) ®èi víi thêi gian ta cã c«ng thøc tÝnh gia tèc cña thanh truyÒn:        d d d d d d d d tt t tt t tt tt  ) sin sin cos(cossecsin 2232    tt (2-24) Khi 090 vµ 0270 gia tèc gãc cña thanh truyÒn cña c¬ cÊu lÖch t©m còng ®¹t trÞ sè cùc ®¹i: Khi 090 22 2 max )1(1 k tt      (2-25) Khi 0270 22 2 max )1(1 k tt      (2-26) a. Khèi l-îng cña c¸c chi tiÕt chuyÓn ®éng. Khèi l-îng cña c¸c chi tiÕt m¸y cña c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn ®ù¬c chia lµm 2 lo¹i : + khèi l-îng chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn. + khèi l-îng chuyÓn ®éng quay. D-íi ®©y lÇn l-ît xÐt khèi l-îng cña c¸c mhãm chi tiÕt trong c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn 15 b. Khèi l-îng cña nhãm piston. Khèi l-îng cña nhãm piston bao gåm khèi l-îng cña piston, xÐc m¨ng, cÇn guèc tr-ît, guèc tr-ît mnp = mp + mx + mc + mg + ..(kg) Khèi l-îng nhãm piston lµ khèi l-îng chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn. c. Khèi l-îng cña thanh truyÒn. Do thanh truyÒn chuyÓn ®éng song ph¼ng : ®Çu nhá chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn, ®Çu to chuyÓn ®éng quay nªn khi xÐt khèi l-îng cña thanh truyÒn ph¶i qui dÉn vÒ 2 t©m: t©m ®Çu nhá vµ t©m ®Çu to. Nãi chung khi thay thÕ thanh truyÒn thùc b»ng c¸c khèi l-îng t-¬ng ®-¬ng, bao giê ta còng ph¶i ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn b¶o toµn cña ®éng n¨ng vµ thÕ n¨ng. C¸c ph-¬ng ¸n qui dÉn khèi l-îng cña thanh truyÒn giíi thiÖu trªn (h×nh 2.3). A Gl l1 O O O O O BBBB B A A A A l1 G Mt G G a b c d e K H×nh 2.3. C¸c ph-¬ng ¸n qui dÉn khèi l-îng cña thanh truyÒn Ph-¬ng ¸n (a) thay thÕ khèi l-îng thanh truyÒn b»ng hÖ t-¬ng ®-¬ng mét khèi l-îng tËp trung ë träng t©m G. Khi thay thÕ theo ph-¬ng ¸n nµy, khèi l-îng mtt vÉn chuyÓn ®éng song ph¼ng, v× vËy qua tÝnh to¸n ta thÊy r»ng nÕu thay thÕ thanh truyÒn thùc b»ng hÖ t-¬ng ®-¬ng mét khèi l-îng th× c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn sÏ chÞu t¸c dông cña mét khèi l-îng chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn: - Khèi l-îng ®Æt t¹i t©m ®Çu nhá: 16 m1 = mtt( l ll 1 ) (2-27) - Khèi l-îng ®Æt t¹i t©m ®Çu to: m2 = mtt l l1 (2-28) - Ngoµi ra c¬ cÊu cßn chÞu mét m«men: Mc =mtt . tt .l1( l – l1 ) (2-29) Ph-¬ng ¸n (b) thay thÕ thanh truyÒn b»ng hÖ t-¬ng ®-¬ng hai khèi l-îng tËp trung ë t©m ®Çu nhá vµ t©m ®Çu to. Ph-¬ng ¸n nµy tuy ý nghÜa vËt lý rÊt râ rµng nh-ng kh«ng tho¶ m·n ®-îc ®iÒu kiÖn ®éng n¨ng kh«ng ®æi. Cô thÓ lµ ph-¬ng ¸n chØ tho¶ m·n 2 ®iÒu kiÖn: ttBA mmm  0).(. 11  llmlm BA (2-30) Tõ ®ã rót ra: )( 1 l ll mm ttA   (2-31) M«men qu¸n tÝnh cña hÖ thay thÕ: GttttttO Illlmll l l ml l ll mI    11 2 1 1 12 1 )())(() )( ( (2-32) Khèi l-îng ph©n bè cµng xa träng t©m th× IO cµng lín h¬n IG – m«men qu¸n tÝnh thanh truyÒn thùc. Ph-¬ng ¸n (c) ph©n bè thanh truyÒn thµnh 2 khèi l-îng: mét ®Æt ë t©m nhá vµ mét ®Æt ë t©m dao ®éng con l¾c K( coi thanh truyÒn dao ®éng nh- mét con l¾c). ph©n bè khèi l-îng theo ph-¬ng ¸n nµy hoµn toµn ®¶m b¶o ®iÒu kiªn ®éng n¨ng kh«ng ®æi. NghÜa lµ: mA + mK = mtt mAl1 + mKl0 =0 (2-33) mAl12 +mKl02 = IG Tuy nhiªn trong ph-¬ng ¸n nµy mK vÉn chuyÓn ®éng song ph¼ng nªn l¹i ph¶i lµm thªm b-íc qui dÉn mK vÒ 2 t©m ®Çu nhá vµ t©m ®Çu to y nh- trong ph-¬ng ¸n (a). Ph-¬ng ¸n (b) ph©n khèi l-îng thanh truyÒn thµnh hai khèi l-îng vµ mét m«men thanh truyÒn. Ph-¬ng ¸n nµy kh¾c phôc ®-îc nh-îc ®iÓm cña ph-¬ng ¸n (b). M«men thanh truyÒn cña hÖ thay thÕ th-êng cã trÞ sè Mt = IG. tt l l mm ttB 1 17 Ph-¬ng ¸n (e) ph©n bè thanh truyÒn thµnh 3 khèi l-îng ®Ó tho¶ m·n ®iÒu kiÖn ®éng n¨ng vµ thÕ n¨ng kh«ng ®æi , nghÜa lµ : ttGBA mmmm  0)( 11  llmlm BA (2-34) GBA Illmlm  2 112 )( Tuy nhiªn c¸ch ph©n bè nµy ®Ó mG chuyÓn ®éng song ph¼ng nªn còng ch-a ®¹t yªu cÇu . Tãm l¹i ®Ó thuËn tiÖn cho viÖc nghiªn cøu thiÕt kÕ, ngµy nay ng-êi ta th-êng qui dÉn khèi l-îng thanh truyÒn theo ph-¬ng ¸n (b): mét khèi l-îng tËp trung ë ®Çu nhá (m1) vµ mét khèi l-îng tËp trung ë ®Çu to (m2). Ngµy nay thanh truyÒn ë c¸c lo¹i ®éng c¬ « t« th-êng cã: m1 = (0,275 – 0,350)mtt m2 = (0,650 – 0,725)mtt (2-35) d. Khèi l-îng cña khuûu trôc. §Ó x¸c ®Þnh khèi l-îng cña trôc khuûu, ta chia trôc khuûu thµnh c¸c phÇn nh- trªn h×nh vÏ . mok mm ρ a d R b mk R c H×nh 2.4. X¸c ®Þnh khèi l-îng cña khuûu trôc Trong ®ã phÇn khèi l-îng chuyÓn ®éng quay theo b¸n kÝnh R lµ mok (phÇn g¹ch däc trªn (h×nh 2.4). PhÇn khèi l-îng chuyÓn ®éng theo b¸n kÝnh  lµ mm ( phÇn cã g¹ch chÐo ). NÕu ®em mm qui dÉn vÒ t©m chèt trôc khuûu b»ng khèi l-îng mmr th× : R mm mmr  . (2-36) Do ®ã khèi l-îng chuyÓn ®éng quay cña trôc khuûu lµ: 18 mrokk mmm  (2-37) Nh- thÕ, khèi l-îng chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cña c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn lµ : 1mmM np  (2-38) Vµ khèi l-îng chuyÓn ®éng quay cña c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn lµ: 2mmM kr  (2-39) Trong khi thiÕt kÕ, khèi l-îng chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn vµ khèi l-îng chuyÓn ®éng quay th-êng tÝnh trªn ®¬n vÞ diÖn tÝch ®Ønh piston. Do ®ã c¸c c«ng thøc (2-38) vµ (2-39) sÏ cã d¹ng: FP l mm FP M m np )( 1  ; FP l mm FP M m k r r )( 2  (2-40) 2.1.2.3. Lùc vµ m«men t¸c dông lªn c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn. - Lùc qu¸n tÝnh cña c¸c chi tiÕt chuyÓn ®éng. - Lùc cña m«i chÊt khÝ bÞ nÐn vµ khÝ ch¸y gi·n në t¸c dông trªn ®Ønh piston(lùc khÝ thÓ). - Träng lùc. - Lùc ma s¸t. Trõ träng lùc ra, c¸c lùc cßn l¹i ®Òu cã trÞ sè vµ chiÒu thay ®æi trong qu¸ tr×nh lµm viÖc cña ®éng c¬. Do lùc khÝ thÓ vµ lùc qu¸n tÝnh cã trÞ sè rÊt lín nªn khi tÝnh to¸n chØ xÐt ®Õn 2 lo¹i lùc nµy. a. Lùc qu¸n tÝnh. Lùc qu¸n tÝnh cña khèi l-îng chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn nÕu chØ xÐt 2 thµnh phÇn ®Çu cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc sau: )2cos(cos21   mRmP jj (2-41) Gäi :  cos21 mRPj  lµ lùc qu¸n tÝnh cÊp 1  2cos22 mRPj  lµ lùc qu¸n tÝnh cÊp 2 Th× : 21 jjj PPP  Chu kú cña lùc qu¸n tÝnh cÊp 1 øng víi 1 vßng quay cña trôc khuûu. Chu kú cña lùc qu¸n tÝnh cÊp 2 øng víi 1/2 vßng quay cña trôc khuûu. Lùc qu¸n tÝnh Pj lu«n lu«n t¸c dông trªn ph-¬ng ®-êng t©m xylanh. Khi piston ë §CT, lùc qu¸n tÝnh cã dÊu ©m nªn t¸c dông theo h-íng ly t©m ®èi víi t©m trôc khuûu. Khi piston ë §CD, Pj cã trÞ sè d-¬ng chiÒu quay xuèng(h-íng t©m trôc khuûu). Vßng xÐt dÊu cña lùc qu¸n tÝnh cÊp 1 vµ cÊp 2 giíi thiÖu trªn h×nh 1.6 .Trong ®ã vect¬ biªn ®é c cã trÞ sè: 19 2mRc  vÐc t¬ c quay quanh o víi tèc ®é gãc  . V× vËy trong ph¹m vi 00 900  vµ 00 360270  h×nh chiÕu cña vect¬ c trªn tung ®é cã chiÒu h-íng lªn phÝa trªn, lùc qu¸n tÝnh chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cÊp 1 cã trÞ sè ©m. Trong ph¹m vi 00 27090  h×nh chiÕu cña vect¬ c quay xuèng, lùc qu¸n tÝnh chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cÊp 1 cã trÞ sè d-¬ng. T-¬ng tù nh- trªn, vect¬ biªn ®é cña lùc qu¸n tÝnh chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cÊp 2 c quay víi tèc ®é gãc 2 . Trong ph¹m vi 00 450  ; 00 225135  vµ 00 360315  h×nh chiÕu cña vect¬ biªn ®é cã chiÒu quay xuèng lªn lùc qu¸n tÝnh chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cÊp hai cã gi¸ trÞ ©m. H×nh 2.5. Vßng xÐt dÊu cña lùc qu¸n tÝnh cÊp 1 vµ cÊp 2 Lùc qu¸n tÝnh chuyÓn ®éng quay cã trÞ sè kh«ng ®æi : constRmP rk  2 (2-42) Lùc qu¸n tÝnh nµy t¸c dông trªn ®-êng t©m m¸ khuûu vµ lu«n lu«n lµ lùc ly t©m. b. Lùc khÝ thÓ. Lùc khÝ thÓ cña ®éng c¬ 4 kú biÕn thiªn theo gãc quay  cña trôc khuûu giíi thiÖu trªn h×nh vÏ. §-êng po trªn h×nh vÏ biÓu thÞ ¸p suÊt khÝ trêi, khi tÝnh to¸n lùc khÝ thÓ ta ®Òu tÝnh theo ¸p suÊt t-¬ng ®èi. okt PPP  (2-43) 20 Trong ®ã P lµ ¸p suÊt trong xylanh cña ®éng c¬. V× vËy lùc khÝ thÓ t¸c dông trªn ®Ønh piston: )( 4 2 MN D PPkt   (2-44) c. HÖ lùc t¸c dông trªn c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn giao t©m. Lùc t¸c dông trªn chèt piston lµ hîp lùc cña lùc qu¸n tÝnh vµ lùc khÝ thÓ: jkt PPP  (MN) (2-45) Lùc P t¸c dông trªn chèt piston vµ ®Èy thanh truyÒn. S¬ ®å hÖ lùc t¸c dông trªn c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn cña ®éng c¬ 1 xylanh giíi thiÖu trªn (h×nh 2.6) Ph©n lùc P thµnh 2 ph©n lùc : lùc Ptt t¸c dông theo ®-êng t©m thanh truyÒn vµ lùc ngang N t¸c dông trªn ph-¬ng th¼ng gãc víi ®-êng t©m xylanh: Ta cã : ttPNP  (2-46) Tõ h×nh 1.8 ta cã : tgPN  (2-47) cos 1  PPtt (2-48) Ph©n Ptt thµnh 2 ph©n lùc : lùc tiÕp tuyÕn T vµ lùc ph¸p tuyÕn Z t¸c dông trªn t©m chèt khuûu. Tõ quan hÖ l-îng gi¸c trªn s¬ ®å 1.8 ta cã : )sin(   ttPT   cos )sin(   P )cos(   ttPZ   cos )cos(   P (2-49) C¸c gi¸ trÞ cña biÓu thøc   cos )sin(  vµ   cos )cos(  tÝnh theo  vµ  ®-îc thèng kª trong b¶ng phô lôc (KÕt cÊu vµ tÝnh to¸n ®éng c¬ ®èt trong – §HBKHN). - Lùc qu¸n tÝnh chuyÓn ®éng quay Pk t¸c dông trªn chèt khuûu H×nh 2.6. HÖ lùc t¸c dông trªn c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn giao t©m 21 constRMP rk  2 (2-50) - Lùc tiÕp tuyÕn T t¹o ra m«men lµm quay trôc khuûu : RTM . (2-51) - Lùc ngang N t¹o thµnh m«men lËt ng-îc chiÒu víi m«men M: )coscos(.  RlNANM N  MRP     . cos )sin(   (2-52) oC JMM  (2-53) d. HÖ lùc t¸c dông trªn c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn lÖch t©m. Trong c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn lÖch t©m quan hÖ gi÷a gãc  vµ  x¸c ®Þnh theo (2.7) cßn c¸c c«ng thøc tÝnh lùc vµ m«men cña hÖ lùc t¸c dông trªn c¬ cÊu lÖch t©m hoµn toµn gièng nh- c«ng thøc cña hÖ lùc c¬ cÊu giao t©m. Tõ hÖ lùc trªn h×nh 2.7 ta còng cã : jkt PPP  Vµ do : ttPNP  Nªn: cos l PPtt  (1-43) tgPN  Còng ph©n Ptt thµnh lùc tiÕp tuyÕn T vµ lùc ph¸p tuyÕn Z ta cã :   cos )sin(   PT    cos2sin 2 sin kP   (2-54) H×nh 2.7. HÖ lùc t¸c dông trªn c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn lÖch t©m 22 Vµ :   cos )cos(   PZ 22 )(sin1 )(sin )sin(cos k k P        (2-55) NÕu coi : 1)(sin1 22  k Th×: )sin 2 2cos 2 (cos      kPZ   (2-56) M«men lËt : ANM N . )coscos(  RlN  )cos cos (     NR (2-57) Do ®é lÖch t©m  sinsin lRa  Nªn :    sin sin  R a k Do ®ã :    sin )(sin1 k  Thay quan hÖ trªn vµo (1-47) ta cã : ]cos sin [.       tg k RNM N )cos(sin  tgkRPM N   (2-58) Tuy nhiªn, do c¬ cÊu lµ c¬ cÊu lÖch t©m nªn ngoµi m«men MN ra cßn sinh thªm mét m«men lËt kh¸c, do lùc P g©y ra . ) sin (sin,      RPaPM P (2-59) V× vËy th©n m¸y cña ®éng c¬ dïng c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn lÖch t©m chÞu mét tæng m«men lËt lµ: PNl MMM  ) sin sincos cos sin (sin         kRPM l Do :    sin )(sin  k 23 Nªn : )sincos cos sin (      RPM l MRP      cos )sin( (2-60) Tõ ®ã ta cã thÓ kÕt luËn lµ m«men lËt cña c¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn lÖch t©m còng b»ng m«men chÝnh cña ®éng c¬. 2.1.2.4. HÖ lùc vµ m«men t¸c dông trªn trôc khuûu cña ®éng c¬ mét hµng xylanh. a. Gãc c«ng t¸c ct . Trong ®éng c¬ mét hµnh xylanh, trôc khuûu cã nhiÒu khuûu, c¸c khuûu ph¶i x¾p sÕp lÖch nhau mét gãc nhÊt ®Þnh ®ù¬c gäi lµ gãc c«ng t¸c Gãc c«ng t¸c lµ gãc quay cña trôc khuûu øng víi kho¶ng thêi gian gi÷a 2 lÇn lµm viÖc kÕ tiÕp nhau cña 2 xylanh. V× vËy gãc c«ng t¸c quyÕt ®Þnh tÝnh ®ång ®Òu (chu kú) cña qu¸ tr×nh lµm viÖc cña ®éng c¬. Tuy vËy, c¸c khuûu bè trÝ nh- thÕ nµo cßn tuú thuéc vµo thø tù lµm viÖc cña c¸c xylanh. Khi lùa chän thø tù lµm viÖc cña c¸c xylanh cÇn ph¶i chó ý ®Õn c¸c vÊn ®Ò sau: - §¶m b¶o c¸c phô t¶i t¸c dông trªn c¸c æ trôc bÐ nhÊt. - §¶m b¶o qu¸ tr×nh n¹p th¶i cã hiÖu qu¶ cao nhÊt. - §¶m b¶o kÕt cÊu cña trôc khuûu cã tÝnh c«ng nghÖ tèt nhÊt. - §¶m b¶o tÝnh c©n b»ng cña hÖ trôc. Th«ng th-êng khã cã thÓ tho¶ m·n cïng mét lóc tÊt c¶c c¸c yªu cÇu trªn mµ th-êng ®¶m b¶o tÝnh ®ång ®Òu cña m«men, tÝnh c©n b»ng cña hÖ trôc vµ phô t¶i cña æ trôc ph¶i nhá. V× vËy, gãc c«ng t¸c cña c¸c khuûu trôc ®-îc tÝnh theo c«ng thøc sau: i ct   .1800  (2-61) Trong ®ã:  lµ sè kú cña ®éng c¬ i lµ sè xylanh cña ®éng c¬ Tõ c«ng thøc trªn ta thÊy gãc c«ng t¸c chØ phô thuéc vµo sè kú vµ sè xylanh cña ®éng c¬. Do vËy mçi kÕt cÊu cña trôc khuûu ®Òu øng víi nhiÒu thø tù lµm viÖc kh¸c nhau. Tuy nhiªn chØ cã mét hoÆc hai thø tù lµm viÖc trong ®ã lµ ®¶m b¶o ®-îc ®iÒu kiÖn c©n b»ng vµ phô t¶i æ trôc nhá nhÊt. vÝ dô: trôc khuûu trªn (h×nh 2.8) cña ®éng c¬ 6 xylanh, 4 kú cã 0120ct vµ øng víi 4 thø tù lµm viÖc sau ®©y: 24 1 và 6 3 và 4 2 và 55 Bánh dà 1 2 3 4 6 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-0 H×nh 2.8 .S¬ ®å trôc khuûu cña ®éng c¬ 4 kú, 6 xylanh 1-2-3-6-5-4 1-5-3-6-2-4 1-5-4-6-2-3 1-2-4-6-5-3 Trong c¸c thø tù lµm viÖc trªn chØ cã thø tù lµm viÖc 1-5-3-6-2-4 lµ tèt nhÊt. b. Lùc vµ m«men t¸c dông lªn trôc khuûu cña ®éng c¬ mét hµng xylanh. Nh- trong phÇn nghiªn cøu hÖ lùc t¸c dông trªn trôc khuûu ®· chØ râ: trªn khuûu thø i cã c¸c lùc sau ®©y t¸c dông: - Lùc tiÕp tuyÕn T; Lùc ph¸p tuyÕn Z; Lùc qu¸n tÝnh quay Pk.; M«men cña c¸c khuûu ph¸i tr-íc  1iM , m«men Mi t¸c dông trªn khuûu nµy, vµ m«men  iM t¸c dông trªn cæ trôc phÝa sau cña khuûu.     ii MMM 11 (2-62) §Ó tÝnh ®-îc tæng m«men  iM t¸c dông trªn khuûu i ta ph¶i x¸c ®Þnh gãc quay t-¬ng øng  cña c¸c khuûu b»ng c¸ch lËp b¶ng nh- (h×nh 2.9). Trong ®éng c¬ 4 kú, 6 xylanh cã thø tù lµm viÖc lµ 1-5-3-6-2-4 cã diÔn biÕn c¸c qu¸ tr×nh nh- b¶ng trªn (h×nh 2.9). Tõ b¶ng thèng kª ta thÊy: khi khuûu cña xylanh thø 1 n»m ë vÞ trÝ 00 th×: 25 0º 180º 360º 540º 720º Xilanh 1 Xilanh 2 Xilanh 3 Xilanh 4 Xilanh 5 Xilanh 6 nạp thảinén nổ H×nh 2.9. DiÔn biÕn cña c¸c hµnh tr×nh c«ng t¸c trong ®éng c¬ 4kú, 6 xylanh V× vËy t×nh tr¹ng chÞu lùc cña c¸c cæ trôc 1-2 ; 2-3; 4-5; 5-6 hoµn toµn gièng nhau. T×nh tr¹ng chÞu lùc cña cæ trôc 3-4 kh¸c víi c¸c cæ trôc kh¸c. Cæ trôc 0-1 chÞu t¸c dông cña lùc trªn khuûu thø 1 cßn cã cæ 6-0 ngoµi chÞu t¸c dông cña lùc trªn khuûu thø 6 ra cßn chÞu thªm t¶i träng b¸nh ®µ. Tæng m«men  iM cña c¸c khuûu tÝnh theo c¸ch lËp b¶ng  iT nh- trong b¶ng 1 B¶ng 1. tÝnh    6 1 i i iT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1 1T 2 2T    2 1 i i iT 3 3T    3 1 i i iT 4 4T    4 1 i i iT 5 5T    5 1 i i iT 6 6T    6 1 i i iT 00 2400 4800 1200 6000 3600 100 2500 4900 1300 6100 3700 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 720 o 2400 4800 1200 6000 3600 H×nh 2.10. B¶ng tÝnh    6 1 i i iT 26 Sau khi vÏ ®-êng biÓu diÔn quan hÖ  T ta x¸c ®Þnh ®-îc tæng lùc tiÕp tuyÕn trung b×nh  tbT dïng ®Ó nghiÖm l¹i c«ng suÊt chØ thÞ cña ®éng c¬. )( 30 ... kw TRn N tb i    (2-63) 2.2. VÊn ®Ò tÝnh bÒn trong ®éng c¬ «t« 2.2.1. C¸c néi dung tÝnh bÒn trong ®éng c¬ «t« :  TÝnh bÒn nhãm piston : + piston : §Ønh piston §Çu piston Th©n piston BÖ chèt piston + Chèt piston + SÐcm¨ng  TÝnh bÒn thanh truyÒn : + §Çu nhá thanh truyÒn + Th©n thanh truyÒn + §Çu to thanh truyÒn + Bul«ng thanh truyÒn  TÝnh bÒn trôc khuûu 2.2.2. ChÕ ®é tÝnh bÒn : TÝnh bÒn ë chÕ ®é ®éng,kiÓm tra c¸c ®iÒu kiÖn bÒn (øng suÊt) kÐo, nÐn, uèn, xo¾n, c¾t, tiÕp xóc, ®é æn ®Þnh cña tÊt c¶ c¸c nhãm trªn. 2.3. TÝnh to¸n c¸c chi tiÕt cña c¬ cÊu sinh lùc 2.3.1. Nhãm piston. 2.3.1.1.TÝnh to¸n søc bÒn cña piston. a. TÝnh to¸n søc bÒn cña ®Ønh piston. §Ønh piston võa chÞu t¶i träng c¬ häc (lùc khÝ thÓ) võa chÞu t¶i träng nhiÖt nªn tr¹ng th¸i biÕn d¹ng phøc t¹p. V× vËy ®Ó ®¬n gi¶n hãa ng-êi ta th-êng tÝnh tr¹ng th¸i øng suÊt gÇn ®óng theo nh÷ng gi¶ thiÕt nhÊt ®Þnh. 27  C«ng thøc Back. C«ng thøc tÝnh nghiÖm bÒn ®Ønh piston cña Back dùa trªn c¸c gi¶ thiÕt sau: - Coi ®Ønh piston lµ mét ®Üa trong cã chiÒu dµy ®ång ®Òu, ®Æt tù do trªn gèi ®ì h×nh trô. - ¸p suÊt khÝ thÓ pz ph©n bè ®Òu. H×nh 2.11. S¬ ®å tÝnh bÒn ®Ønh piston. Lùc khÝ thÓ Pz= pz.Fp vµ ph¶n lùc cña nã uèn ®Ønh piston trªn tiÕt diÖn x-x. Trªn nöa ®Ønh piston cã c¸c lùc sau ®©y t¸c dông: - Lùc khÝ thÓ. z z p DP . 4 . 2 1 2 2  (MN) (2-64) Lùc nµy t¸c dông trªn träng t©m cña nöa h×nh trßn, c¸ch trôc x-x mét ®o¹n. y 1 =  D . 3 2 (mm) (2-65) - Ph¶n lùc cña 2 zP ph©n bè trªn nöa ®-êng trßn b¸n kÝnh. y2 =  iD (mm) Do ®ã m« men uèn ®Ønh lµ: 28 Mu = ) 3 2 ( 2 )( 2 12  DDP yy P izz  (2-67) Coi D  Di th×: Mu = Pz . 3.. 24 1 6 iz i DP D   ( MN/m) M« ®un chèng uèn cña tiÕt diÖn x-x lµ: WU = 6 2iD (m3) Do ®ã øng suÊt uèn ®Ønh piston lµ: 2 2 4 .   izu D P (MN/m2) (2-68)  C«ng thøc Or¬lin. H×nh 2. 12. §Ønh piston bÞ ngµm trong vµnh ®ai Khi chÞu ¸p suÊt Pz ph©n bè ®Òu trªn ®Ønh, øng suÊt ph¸p tuyÕn h-íng kÝnh lín nhÊt ë vïng nèi tiÕp gi÷a ®Çu ®Ønh tÝnh theo c«ng thøc sau: zx P r 2 2 4 3    MN/m2 (2-69) Trong ®ã:  - hÖ sè sÐt ®Õn tÝnh ®µn håi cña ngµm, th-êng cã thÓ lÊy  =1. øng suÊt ph¸p tuyÕn ph-¬ng tiÕp tuyÕn cu¶ ph©n bè ë vïng nèi tiÕp gi÷a ®Çu vµ ®Ønh ®-îc tÝnh theo c«ng thøc sau: zyx P r 2 2 4 3    MN/m2 (2-70) 29 Trong ®ã:  - hÖ sè po¸t x«ng, ®èi víi gang  = 0,3, ®èi víi nh«m  = 0,26. r - lµ kho¶ng c¸ch tõ t©m ®Ønh ®Õn mÐp ngµm cè ®Þnh. ë t©m ®Ønh ta cã: yx  zP r 2 2 )1( 8 3   MN/m2 (2-71) øng suÊt ë t©m ®Ønh nhá h¬n ë mÐp ngµm do ®ã sau nµy chØ cÇn tÝnh nghiÖm bÒn ë vïng mÐp ngµm. b. TÝnh søc bÒn ®Çu piston. H×nh 2.13. KÝch th-íc c¸c phÇn cña piston TiÕt diÖn I-I trªn h×nh (1.3) lµ tiÕt diÖn suy yÕu nhÊt cña ®Çu piston (tiÕt diÖn nµy c¾t ngang qua r·nh xÐc m¨ng dÇu). TiÕt diÖn nµy chÞu kÐo bëi phÇn khèi l-îng mI-I phÝa trªn nã vµ chÞu nÐn bëi lùc khÝ thÓ trong qu¸ tr×nh ch¸y vµ gi¶n në. - øng suÊt kÐo: II II II z k F jm F P     max .  MN/m2 (2-72) øng suÊt kÐo cho phÐp   2/;10 mMNk  - øng suÊt nÐn: 30 IIII z u F D P F P   4 2 max   MN/m2 (2- 73) c. TÝnh søc bÒn th©n piston. ¸p suÊt nÐn cña th©n piston lªn v¸ch xylanh kiÓm nghiÖm theo c«ng thøc sau: th th lD N K . max MN/m2 (2-74) d. TÝnh søc bÒn bÖ chèt piston. TÝnh ¸p suÊt nÐn ®Ó ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn b«i tr¬n. 1..2 ld P K ch z b  MN/m 2 (2-75) e. TÝnh khe hë l¾p ghÐp. Khe hë l¾p ghÐp th-êng x¸c ®Þnh theo thùc nghiÖm vÒ tr¹ng th¸i nhiÖt ®é cña piston. Nãi chung khe hë liªn quan rÊt lín ®Õn kh¶ n¨ng truyÒn dÉn nhiÖt qua v¸ch xylanh. NÕu coi nhiÖt ®é trung b×nh cña xylanh lµ 1000C th× khe hë l¾p r¸p piston ph¶i lùa chän sao cho nhiÖt ®é cña phÇn ®Ønh cña piston kh«ng v-ît qu¸ 4000C víi ®éng c¬ diezel vµ kh«ng v-ît qu¸ 3000C víi ®éng c¬ x¨ng. Khe hë nãng khi piston ë tr¹ng th¸i lµm viÖc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc kinh nghiÖm sau ®©y: D''  (2-76) TrÞ sè khe hë nãng ' ph¶i b»ng hiÖu cña ®-êng kÝnh xylanh ë tr¹ng th¸i lµm viÖc trõ ®i kÝch th-íc cña piston ë tr¹ng th¸i lµm viÖc. Do ®ã :    pppxlxl tDtD   11' (2-77) Tõ (2-9) vµ (2-10) ta rót ra c«ng thøc tÝnh ®-êng kÝnh piston: Dp =     pp xlxl t Dt     1 1 (2-78) 2.3.1.2. TÝnh to¸n søc bÒn cu¶ chèt piston. a. TÝnh øng suÊt uèn. 31 Ta coi chèt piston nh- mét dÇm ®-îc ®Æt tù do trªn hai gèi tùa, lùc t¸c dông ph©n bè theo c¸c gi¶ thiÕt nh- trªn s¬ ®å h×nh (2.14 a, b, c). H×nh 2.14. S¬ ®å tr¹ng th¸i phô t¶i cña chèt piston §Ó tÝnh to¸n ®¬n gi¶n ng-êi ta cã thÓ tÝnh theo s¬ ®å (a) vµ (c) còng ®-îc. NÕu lùc ph©n bè nh- h×nh (1.4 a), m« men uèn do lùc Pz g©y ra trªn tiÕt diÖn chÝnh gi÷a hai gèi t©m b»ng:        42 . 2 dz u llP M (MN-m) ) (2-79) Do ®ã øng suÊt uèn chèt :           4212,0 43 d cp z u u u ll d P W M   (MN/m2) (2-80) NÕu coi lùc t¸c dông ph©n bè nh- h×nh (1.4.c) th× m« men uèn chèt lóc nµy b»ng:                1 3 2 2422 l PllP M zd cpz u (MN-m) ) (2-81) Lùc Pz/2 t¸c dông trªn träng t©m cu¶ tam gi¸c lùc c¸ch ®Çu mót chèt piston mét kho¶ng b»ng 1. 3 2 l (l1 chiÒu dµi lµm viÖc cña bÖ chèt). 32 Víi gi¶ thiÕt lcp 3.l1 th× øng suÊt uèn chèt piston trong tr-êng hîp nµy lµ:    42 1 12,1 5,12      cp dcpz u u u d lllP W M (MN/m2) (2-82) b. øng suÊt c¾t. Chèt chÞu c¾t trªn tiÕt diÖn I-I vµ II-II h×nh (2.4). øng suÊt c¾t tÝnh theo c«ng thøc sau : cp z c F P 2  (MN/m2) (2-83) VËt liÖu chÕ t¹o chèt  u MPa  c MPa ThÐp c¸c bon 60-120 50-60 ThÐp hîp kim 150-250 50-70 ThÐp hîp kim cao cÊp 350-450 70-90 B¶ng1. øng suÊt cho phÐp. c. øng suÊt tiÕp xóc. TÝnh øng suÊt tiÕp xóc cña chèt trªn ®Çu nhá thanh truyÒn ®Ó kiÓm tra ®iÒu kiÖn b«i tr¬n cña chèt. øng suÊt tiÕp xóc tÝnh theo c«ng thøc sau : cpd z d dl P K  (MN/m2) (2-84) d. øng suÊt biÕn d¹ng. Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc do phô t¶i rÊt lín nªn chèt piston dÔ bÞ biÕn d¹ng nhÊt lµ phÇn gi÷a chèt, miÒn tiÕp xóc víi ®Çu nhá thanh truyÒn. Theo kÕt qu¶ kh¶o nghiÖm cña gi¸o s- Kinasotxvily ®èi víi c¸c lo¹i chèt cã hÖ sè ®é rçng  = 0,4 - 0,8 øng suÊt biÕn d¹ng ph©n bè theo s¬ ®å giíi thiÖu h×nh (2.15). 33 H×nh 2.15. øng suÊt biÕn d¹ng trªn tiÕt diÖn ngang chèt piston. §Ó tÝnh to¸n «ng ®· gi¶ thiÕt lùc t¸c dông ph©n bè theo quy luËt parapol cã sè mò 2,5 - 3 trªn ph-¬ng däc ®-êng t©m vµ ph©n bè theo quy luËt h×nh sin theo ph-¬ng h-íng kÝnh nh- s¬ ®å h×nh (2.16). H×nh 2.16. Quy luËt ph©n bè lùc t¸c dông trªn chèt piston. Do lùc t¸c dông, chèt piston bÞ biÕn d¹ng thµnh h×nh « van nh- s¬ ®å h×nh (2.17) H×nh 2.17. BiÕn d¹ng cu¶ chèt piston 34 Nªn ®é biÕn d¹ng trªn tiÕt diÖn ngang chèt ®-îc tÝnh theo c«ng thøc sau: k El P d cp z 3 max 1 109,0            (2-85) §é biÕn d¹ng t-¬ng ®èi: 002,0max    cp cp d d  mm/cm (2-86) Do bÞ biÕn d¹ng øng suÊt biÕn d¹ng ph©n bè nh- h×nh (1.5) ta thÊy øng suÊt biÕn d¹ng t¹i c¸c ®iÓm 1, 2, 3, 4 lµ lín nhÊt. øng suÊt c¸c ®iÓm trªn tÝnh theo c«ng thøc sau: - T¹i ®iÓm 1 trªn mÆt ngoµi cña chèt ( 00 ) chÞu øng suÊt kÐo:        k dl P cpcp z a                 1 1 1 12 19,0 200 (2-87) - T¹i ®iÓm 3 trªn mÆt ngoµi ( 090 ) chÞu øng suÊt nÐn:        k dl P cpcp z a                 1 636,0 1 12 174,0 2900 (2-88) - T¹i ®iÓm 2 trªn mÆt trong ( 00 ) chÞu øng suÊt nÐn:        k dl P cpcp z i                 1 1 1 121 19,0 200 (2-89) - T¹i ®iÓm 4 trªn mÆt trong ( 090 ) chÞu øng suÊt kÐo:        k dl P cpcp z i                 1 636,0 1 121 174,0 2900 (2-90) Th«ng th-êng øng suÊt ë ®iÓm 2 vµ ®iÓm 4 cã trÞ sè lín h¬n øng suÊt c¸c ®iÓm cã trÞ sè t-¬ng øng ë mÆt ngoµi. §iÒu ®ã gi¶i thÝch ®-îc hiÖn t-îng d¹n nøt mÆt trong cña chèt piston. 2.3.1.3. TÝnh to¸n søc bÒn cña xÐc m¨ng. TÝnh to¸n kiÓm nghiÖm bÒn cña xÐc m¨ng dùa trªn gi¶ thiÕt coi xÐc m¨ng lµ mét thanh cong, lùc ph©n bè trªn mÆt lµm viÖc tuú thuéc vµo kiÓu xÐc m¨ng ®¼ng ¸p hay kh«ng ®¼ng ¸p. a. TÝnh nghiÖm bÒn xÐc m¨ng ®¼ng ¸p. 35 Khi l¾p vµo xylanh, xÐcm¨ng lu«n lu«n chÞu øng suÊt uèn, ¸p suÊt trªn mÆt c«ng t¸c gi¶ thiÕt ph©n bè ®Òu nh- h×nh (2.18). XÐc m¨ng cã tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt, chiÒu dµy t, chiÒu cao h. Khi l¾p vµo xylanh, ®-êng kÝnh ngoµi lµ D, ®-êng kÝnh trung b×nh lµ D0. D0 = D – t = 2r0 (2-91) §Ó tÝnh m« men uèn xÐc m¨ng ë tiÕt diÖn B-B, ta xÐt ph©n tè d cña xÐc m¨ng, ph©n tè nµy chÞu lùc t¸c dông b»ng: dp = phr d (2-92) Trong ®ã: p - ¸p suÊt tiÕp xóc cña xÐc m¨ng ë tr¹ng th¸i lµm viÖc. r - b¸n kÝnh ngoµi cña xÐc m¨ng. H×nh 2.18. S¬ ®å tÝnh nghiÖm bÒn xÐc m¨ng ®¼ng ¸p. §èi víi tiÕt diÖn B-B bÊt kú, dp g©y ra mét m«men uèn: dM = phrr0 sin(   )d Tæng m« men t¸c dông lªn mÆt B-B b»ng: M = dM   =  dphrr )sin(0  TiÕt diÖn A-A,  = 0, m« men uèn cã trÞ sè cùc ®¹i: 36 Mmax = 2 phrr0 = 2 phr 2 (1 - D t )= 1/2 phD2 (1 - D t ) øng suÊt lín nhÊt t¹i tiÕt diÖn A-A b»ng:  u1 = uw M max = 2 2 6/1 12/1 ht D t phD        = 3p( 1 t D ) D/t MN/m2 (2-93)  u1: §-îc gäi lµ øng suÊt c«ng t¸c. ¸p suÊt b×nh qu©n cña xÐc m¨ng khi l¾p vµo xy lanh cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc kinh nghiÖm sau: Ptb = 0,142 E 3 1.        t D t D t f (2-94) Th«ng th-êng ®Ó ®¶m b¶o kh¶ n¨ng bao kÝn ¸p suÊt trung b×nh ph¶i n»m trong giíi h¹n 0,1 – 0,2 MN/m2. Tõ (1-22) vµ (1-23) ta rót ra: 1u = 0,245 E 2 1       t D t D t f (2-95) Khi l¾p xÐc m¨ng vµo piston, xÐc m¨ng bÞ kÐo ®-îc gäi lµ øng suÊt l¾p ghÐp 2u . 2u = 2 1 .115,01 .. 9,3               t D t f E m (2-96) Khi gia c«ng xÐc m¨ng chÞu øng suÊt lín nhÊt, ®-îc gäi lµ øng suÊt gia c«ng: u3  u3 =   u1 (2-97) b. TÝnh nghiÖm bÒn xÐc m¨ng kh«ng ®¼ng ¸p. XÐc m¨ng kh«ng ®¼ng ¸p khi l¾p vµo xylanh, ¸p suÊt ph©n bè theo d¹ng qu¶ lª nh- h×nh 1.9. ¸p suÊt ë phÇn miÖng rÊt lín. 37 H×nh 2.19. Ph©n bè ¸p suÊt cña xÐc m¨ng ®¼ng ¸p vµ kh«ng ®¼ng ¸p a. Ph©n bè ¸p suÊt cña xÐc m¨ng cßn míi ; b. Ph©n bè ¸p suÊt khi xÐc m¨ng ®· mßn; 1. XÐc m¨ng kh«ng ®¼ng ¸p. 2. XÐc m¨ng ®¼ng ¸p. TÝnh nghiÖm bÒn xÐc m¨ng kh«ng ®¼ng ¸p theo ph-¬ng ph¸p Ghinxbua tiÕn hµnh theo c¸c b-íc sau: - NghiÖm tû sè D/t theo c«ng thøc: t D = 0,5 + 0,2 1H m +2 uH E .1 (2-98) Trong ®ã: H1= mgC 2 +m B¶ng 2 trÞ sè cña Cm Pmin Pmax/Ptb Cm Ptb 10 0 150 200 100 150 200 0,2 4,41 3,04 2,34 1,74 1,76 1,79 0,3 3,98 2,78 2,17 1,73 1,80 1,82 0,4 3,56 2,53 2,00 1,79 1,82 1,84 0,5 3,13 2,27 1,83 1,84 1,85 1,87 38 Sau khi x¸c ®Þnh tû sè D/t cã thÓ c¨n cø ®-êng kÝnh xy lanh ®Ó tÝnh chiÒu dµy t cña xÐc m¨ng. - §é më miÖng xÐc m¨ng ë tr¹ng th¸i tù do A x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:                    1 4,1 2 3..2 t D t D gmC t A m (2-99) - Áp suÊt trung b×nh cña xÐc m¨ng kh«ng ®¼ng ¸p tÝnh theo c«ng thøc sau: Ptb =   3 13 425,0        t D t D t A E  (2-100) - ¸p suÊt trªn c¸c ®iÓm (h×nh 1-9) cña ®-êng cong ¸p suÊt: P =  ptb Trong ®ã:  - HÖ sè ph©n bè ¸p suÊt biÕn ®æi theo  .  00 300 600 900 1200 1500 1800  1,051 1,047 1,137 0,896 0,456 0,670 2,861 - øng suÊt c«ng t¸c cña xÐc m¨ng kh«ng ®¼ng ¸p: 1u =          13 2 t D D AECm  (2-101) - øng suÊt l¾p ghÐp khi l¾p xÐc m¨ng vµo piston. 2u =                  4,1 3 14 t D t D m t A E  (2-102) - øng suÊt gia c«ng còng t-¬ng tù nh- ®èi víi xÐc m¨ng ®¼ng ¸p .  u3 =   u1 (2-103) øng suÊt cho phÐp cña  1u ,  2u ,  3u còng gièng nh- xÐc m¨ng ®¼ng ¸p. 39 XÐc m¨ng, dï ®¼ng ¸p hay kh«ng ®¼ng ¸p, khi l¾p ghÐp ph¶i lùa chän khe hë l¾p r¸p. C¸c khe hë nµy phÇn lín ®Òu dùa vµo c¸c sè liÖu thùc nghiÖm. Khi thiÕt kÕ, cã thÓ tham kh¶o c¸c sè liÖu kinh nghiÖm sau ®©y. 2.3.2. Nhãm thanh truyÒn. 2.3.2.1. TÝnh søc bÒn cña ®Çu nhá thanh truyÒn. a. TÝnh søc bÒn cña ®Çu nhá thanh truyÒn dµy. Khi ®éng c¬ làm viÖc ®Çu nhá thanh truyÒn chÞu c¸c lùc t¸c dông sau: - Lùc qu¸n tÝnh cña nhãm piston. - Lùc khÝ thÓ. - Lùc do biÕn d¹ng g©y ra. - Ngoài ra khi l¾p ghÐp b¹c lãt, ®Çu nhá thanh truyÒn cßn chÞu thªm øng suÊt phô do l¾p ghÐp b¹c lãt cã ®é d«i g©y nªn. C¸c lùc trªn g©y ra øng suÊt: uèn, kÐo, nÐn t¸c dông trªn ®Çu nhá thanh truyÒn. TÝnh to¸n ®Çu nhá thanh truyÒn th-êng tÝnh ë chÕ ®é c«ng suÊt lín nhÊt. NÕu ®éng c¬ cã bé ®iÒu tèc hoÆc bé h¹n chÕ tèc ®é vßng quay th× tÝnh to¸n ë chÕ ®é này còng là tÝnh to¸n ë chÕ ®é sè vßng quay giíi h¹n lín nhÊt cña ®éng c¬. NÕu kh«ng cã bé phËn giíi h¹n sè vßng quay (hoÆc bé ®iÒu tèc) th× sè vßng quay lín nhÊt nmax cña ®éng c¬ cã thÓ v-ît qu¸ sè vßng quay ë chÕ ®é c«ng suÊt lín nhÊt ne=25%  30% tøc là: Nmax =(1,25  1,30) ne. Lo¹i ®©u nhá thanh truyÒn dµy cã : 1 2 d d > 1,5. (H×nh2.10) H×nh 2.20- S¬ ®å tÝnh to¸n ®Çu nhá thanh truyÒn Trong ®ã: d2, d1, - ®-êng kÝnh ngoµi vµ ®-êng kÝnh trong cña ®Çu nhá. 40 - øng suÊt kÐo do lùc qu¸n tÝnh Pj cña khèi l-îng nhãm piston øng víi sè vßng quay lín nhÊt t¸c dông lªn ®Çu nhá thanh truyÒn: sl P F P d jxj k .22 maxmax  , MN/m2 (2-104) Trong ®ã: Pjmax = m.R. 2(1+).Fp, MN øng suÊt kÐo lín nhÊt suÊt hiÖn ë c¸c ®iÓm n»m trªn mÆt trong cña ®Çu nhá thanh truyÒn b»ng: 2 1 2 2 2 1 2 2 dd dd Pk    , MN/m2 (2-105) Trong ®ã: P - ¸p suÊt ph©n bè ®Òu trªn mÆt trong cña ®Çu nhá thanh truyÒn b»ng: P = 1 max .dl P d j ; MN/m2 (2-106) b. Tinh søc bÒn ®Çu nhá thanh truyÒn máng .  TÝnh søc bÒn ®Çu nhá khi chÞu kÐo. TÝnh trªn gi¶ thiÕt sau: Coi ®Çu nhá lµ mét dÇm cong ®-îc ngµm hai ®Çu, vÞ trÝ ngµm lµ chç chuyÓn tiÕp gi÷a ®Çu nhá vµ th©n (tiÕt diÖn c - c) øng víi gãc  b»ng. 12 1 0 2arccos90    r H (2-107) - Khi l¾p b¹c lãt vµo ®Çu nhá, b¹c lãt vµ ®Çu nhá ®Òu biÕn d¹ng. MA = Pj . )0297,0.00033,0(  ; MNm NA = Pj . ).0008,0752,0(  ; MN (2-108 ) Gi¸ trÞ cña trong hai biÓu thøc trªn tÝnh theo ®é. - Lùc t¸c dông trªn dÇm cong cã b¸n kÝnh cong b»ng b¸n kÝnh trung b×nh cña ®Çu nhá  lµ lùc ph©n bè cã gi¸ trÞ lµ: q =    2 )1( 2 2   RMP npj MN/m2 (2-109 ) Trong ®ã:  = 30 . Nn ; nN lµ sè vßng quay ®Þnh møc cña ®éng c¬. Trªn c¬ së gi¶ thiÕt nªu trªn, ta x©y dùng s¬ ®å tÝnh to¸n vµ biÓu thÞ ë (h×nh 2.21). 41 H×nh 2.21. S¬ ®å lùc t¸c dông khi ®Çu nhá thanh truyÒn chÞu kÐo. Dùa vµo s¬ ®å ®ã, ta cã thÓ x¸c ®Þnh c¸c ®¹i l-îng m« men uèn Mj vµ lùc kÐo ph¸p tuyÕn Nj t¹i tiÕt diÖn bÊt k× cña dÇm cong. DÇm cong bao gåm hai cung: cung cã lùc ph©n bè )90( 0x vµ cung cã lùc ph©n bè )90( 0x . - Khi )90( 0x ta cã : M« men uèn : Mj = MA + NA(cosx) - 0,5.Pj .(1- cosx) Lùc kÐo: Nj = NAcos x +0,5Pj ( xcos1 ) (2-110) - Khi )90( 0x ta cã : M« men uèn : Mj = MA + NA(1- cosx) - 0,5(sinx - cosx) Lùc kÐo: Nj = NAcos x + 0,5Pj ( xx  cossin  ) (2- 111) Tõ c¸c biÓu thøc (1 -38 ) vµ (1- 39 ), ta thÊy Mj vµ Nj trªn cung BC ( 090x ) cã gi¸ trÞ lín h¬n, tiÕt diÖn nguy hiÓm lµ tiÕt diÖn ngµm C – C. Nh- vËy m« men uèn vµ lùc kÐo t¹i tiÕt diÖn ngµm C – C b»ng : Mjc = MA + NA (1- cos ) - 0,5Pj..(sin  cos ) Njc = NAcos + 0,5PJ(sin  cos ) Khi kh«ng Ðp b¹c lãt ®Çu nhá, ta cã: øng suÊt trªn mÆt ngoµi lµ: sl N ss s M d Jjcng . 1 ] )2( 6 2[     (2- 112) øng suÊt trªn mÆt trong lµ: sl N ss s M d Jjctr . 1 ] )2( 6 2[     (2 - 113) 42 Trong tr-êng hîp cã Ðp b¹c lãt ®Çu nhá th× cã sù biÕn d¹ng ®ång thêi cña ®Çu trôc vµ b¹c lãt, trong ®ã ®Çu nhá bÞ biÕn d¹ng kÐo, cßn b¹c lãt chÞu biÕn d¹ng nÐn. Do vËy phÇn cña lùc kÐo ®ã, ®Æc tr-ng b»ng hÖ sè  , tøc lµ : Nk = JN HÖ sè  phô thuéc vµo ®é cøng cña c¸c chi tiÕt mèi ghÐp (b¹c lãt vµ ®Çu nhá) vµ ®-îc x¸c ®Þnh b»ng biÓu thøc: bbdd dd FEFE FE   (2 - 114 ) Trong ®ã: Fd = ld(d2 – d1) Fb = ld(d1 – db) Do vËy, øng suÊt trªn ®Çu nhá trong tr-êng hîp cã Ðp b¹c lãt sÏ lµ: Trªn mÆt ngoµi : Sl N ss s M d Jjnj 1 ] )2( 6 2[         (2 - 115 ) Trªn mÆt trong : Sl N ss s M d Jjnj 1 ] )2( 6 2[         (2 - 116 ) H×nh 2.22. øng suÊt trªn mÆt trong vµ mÆt ngoµi cña ®Çu nhá thanh truyÒn khi chÞu kÐo. NÕu gi¸ trÞ Mj , NJ ®-îc tÝnh ë mäi tiÕt diÖn bÊt kú nµo cña ®Çu nhá, ta xÏ tÝnh to¸n ®-îc øng suÊt t¹i c¸c tiÕt diÖn ®ã biÕt ®-îc quy luËt ph©n bè øng suÊt trªn mÆt ngoµi vµ mÆt trong cña ®Çu nhá (h×nh 2.22).  TÝnh søc bÒn ®Çu nhá khi chÞu nÐn. 43 Lùc nÐn t¸c dông lªn ®Çu nhá thanh truyÒn lµ hîp lùc cña lùc khÝ thÓ vµ lùc qu¸n tÝnh cña khèi l-îng piston. P = Pkt + Pjp = pz .Fp + Mnp.R 2 (1 + ) (2 - 117) Theo Kinaxotsvili, lùc P g©y ra ph©n bè trªn ®Çu nhá theo quy luËt ®-êng cong cosinuyt (h×nh 1.13). q =  cosP2  (2 - 118) Ta còng coi ®Çu nhá nh- mét dÇm cong nh- ®· nãi ë phÇn trªn vµ do tÝnh chÊt ®èi xøng ta c¾t bá ®i mét nöa tiÕt diÖn A – A H×nh 2.23. S¬ ®å t¸c dông lùc trªn ®Çu nhá thanh truyÒn. M« men uèn vµ lùc ph¸p tuyÕn (lùc kÐo) trªn cung AB ( 090x ) lµ: Mz1 = MA + NA )cos1( x  (2 - 119) Nz1 = NA cos x Vµ trªn cung BC ( 090x ) lµ: Mz2 = MA + NA. )cos 1 sin 2 sin ()cos1( xx xx x P          (2- 120) 44 Nz2 = NA. )cos 1 sin 2 sin (cos xx xx x P          Trong c«ng thøc trªn,  tÝnh theo radian. Nh- ®· ph©n tÝch ë trªn, do l¾p ghÐp c¨ng b¹c lãt trªn ®Çu nhá, nªn lùc ph¸p tuyÕn t¸c dông trªn ®Çu nhá mµ kh«ng ph¶i lµ toµn bé NZ chØ lµ mét phÇn cña NZ tøc lµ .ZN øng suÊt tæng g©y ra trong ®Çu nhá khi chÞu nÐn lµ: Trªn mÆt ngoµi : Sl N ss s M y Zznz 2 1 ] )2( 6 2[         Trªn mÆt trong : Sl N ss s M y zztz 2 1 ] )2( 6 2[         (2- 121) Thay gi¸ trÞ MZ, NZ b»ng MZ1, MZ2, NZ1, NZ2 theo biÓu thøc (1 - 46) vµ (1- 47), ta sÏ t×m ®-îc øng suÊt t¹i tiÕt diÖn bÊt kú trªn mÆt trong vµ mÆt ngoµi cña ®Çu nhá vµ ta vÏ ®-îc biÓu ®å øng suÊt trªn ®Çu nhá. (H×nh 2.24). H×nh 2.24. øng suÊt trªn ®Çu nhá thanh truyÒn kho chÞu nÐn Tõ biÓu ®å ®ã, ta thÊy øng suÊt lín nhÊt t¹i ngµm (tiÕt diÖn C – C ) tøc lµ t¹i vÞ trÝ  x .  øng suÊt biÕn d¹ng. øng suÊt biÕn d¹ng g©y ra do sù biÕn d¹ng v× d·n në nhiÖt vµ v× l¾p ghÐp cã ®é d«i gi÷a lãt ®Çu nhá vµ ®Çu to thanh truyÒn. §é biÕn d¹ng cña ®Çu nhá khi chÞu nhiÖt ®é lµ: 1.)( dtttbt   (2 - 122) 45 NÕu ®é d«i khi l¾p ghÐp b¹c ®Çu nhá thanh truyÒn lµ  th× ¸p suÊt trªn mÆt cong cña ®Çu nhá sÏ lµ: P = b b b n E dd dd E dd dd          22 1 22 1 2 1 2 2 2 1 2 2 1 ; MN/m2 (2 - 123) øng suÊt bªn ngoµi mÆt ®Çu nhá : 2 1 2 2 2 12 dd d Pn   ; MN/m 2 (2-124 ) øng suÊt trªn mÆt trong: 2 1 2 2 2 1 2 2 dd dd Pn    ; MN/m 2 (2-125 )  HÖ sè an toµn cña ®Çu nhá thanh truyÒn. Do øng suÊt trªn ®Çu nhá thanh truyÒn thay ®æi theo chu tr×nh kh«ng ®èi xøng. V× vËy hÖ sè an toµn ®-îc tÝnh theo c«ng thøc: ma        1 Trong ®ã: 2 minmax    2 minmax   m  = 0 012    TÝnh to¸n cho tiÕt diÖn nguy hiÓm (tiÕt diÖn ngµm C – C ) vµ trªn mÆt ngoµi nªn: nAnj  max nAnz  min Do ®ã : )2( 2 1     nnznjnznj n     MN/m 2 (2-126) HÖ sè an toµn trong kho¶ng 2,5 – 5. 46 * §é biÕn d¹ng cña ®Çu nhá thanh truyÒn. §é biÕn d¹ng  ®-îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc nghiÖm sau ®©y. EJ dP tbjpm 3 203 10 )90(     (2-127 ) 2.3.2.2 . TÝnh søc bÒn th©n thanh truyÒn. TÝnh th©n thanh truyÒn th-êng ®-îc tÝnh to¸n ë c¸c tiÕt diÖn: tiÕt diÖn nhá nhÊt (chç tiÕp gi¸p gi÷a th©n thanh truyÒn víi ®Çu nhá), tiÕt diÖn trung b×nh vµ tiÕt diÖn tÝnh to¸n. TiÕt diÖn nhá nhÊt chÞu nÐn do t¸c dông cña hîp lùc khÝ thÓ vµ lùc qu¸n tÝnh vËn ®éng tÞnh tiÕn. TiÕt diÖn trung b×nh chÞu nÐn vµ uèn däc còng do c¸c lùc trªn. TiÕt diÖn tÝnh to¸n chÞu nÐn vµ uèn ngang do lùc qu¸n tÝnh vËn ®éng l¾c cña thanh truyÒn. TÝnh to¸n th-êng ®-îc tiÕn hµnh ë chÕ ®é c«ng suÊt lín nhÊt. Ngoµi viÖc tÝnh to¸n trªn cßn ph¶i kiÓm tra ®é æn ®Þnh khi uèn däc cña th©n thanh truyÒn. a. TÝnh tiÕt diÖn nhá nhÊt (tiÕt diÖn I-I, h×nh 2.25). øng suÊt nÐn : minF P n  (2 - 128) øng suÊt kÐo do lùc qu¸n tÝnh cña nhãm piston vµ khèi l-îng ®Çu nhá thanh truyÒn ®-îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc sau ®©y. minF Pjd K  MN/m 2 (2 - 129) Trong ®ã : Pjd = (Mnp + Mdn)R 2(1 +  ) ; NM HÖ sè an toµn bÒn ë tiÕt diÖn nhá nhÊt. )()( 2 1 knkn         (2- 130 ) Gi¸ trÞ d th-êng n»m trong kho¶ng 2,5 – 3 . 47 b. TÝnh ë tiÕt diÖn trung b×nh (tiÕt diÖn II-II). TÝnh ë tiÕt diÖn trung b×nh, th©n thanh truyÒn chÞu øng suÊt kÐo, nÐn, uèn däc. H×nh 2.25. S¬ ®å tÝnh to¸n th©n thanh truyÒn - øng suÊt kÐo do lùc qu¸n tÝnh cña khèi l-îng nhãm piston vµ khèi l-îng thanh truyÒn n»m phÝa trªn tiÕt diÖn trung b×nh. øng suÊt kÐo ®-îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc sau : tb jtb K F P  ; MN/m2 (2-131 ) Trong ®ã: Pjib = (Mnp - Mtb)R )1( 2   ; MN (2-132 ) ë ®©y : Mtb : khèi l-îng cña thanh truyÒn n»m phÝa trªn tiÕt diÖn trung b×nh Ftb. øng suÊt nÐn vµ uèn däc do lùc tæng P cña lùc khÝ thÓ vµ lùc qu¸n tÝnh chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn, ®-îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc Nave – R¨ngkin.    P EJm L F P y tb . 2 2 0    = )1()1( 2 2 0 22 2 0 mi L C F P im L F P tb y tb     ; MN/m (2 -133) Trong ®ã: P  (Mnp + M1 )R )1( 2   +pZFp ; MN 48 ë ®©y: M1: khèi l-îng cña thanh truyÒn quy vÒ ®Çu nhá (kg). PZ : ¸p suÊt lín nhÊt cña chu tr×nh ë chÕ ®é c«ng suÊt lín nhÊt (MN/m 2). Ftb: TiÕt diÖn trung b×nh cña th©n thanh truyÒn. J: m« men qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn th©n thanh truyÒn. §èi víi trôc x – x ta cã: Jx = 12 33 bhBH  m4 §èi víi trôc y- y ta cã: Jy = 12 )()( 33 bBhBhH  m4 i : lµ b¸n kÝnh qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn. §èi víi trôc x-x ta cã: Ix = tb x F J §èi víi trôc y – y ta cã: Iy = tb y F j Nh- vËy, øng suÊt tæng do nÐn vµ uèn däc trong mÆt ph¼ng l¾c t¹i tiÕt diÖn trung b×nh sÏ lµ: x tbxtb x k F P i l C F P .)1.( 2 2   (2 -134 ) T-¬ng tù trong mÆt ph¼ng vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng l¾c. y tbytb y k F P i l C F P   ) 4 1( 2 2  (2-135 ) Trong ®ã: Kx = 1 + 2 2 xi l Ky = 2 2 4 1 yi l C (2-136 ) Khi thiÕt kÕ cè g¾ng ®¶m b¶o søc ®ång ®Òu nªn : kx  ky  1,10 – 1,15 øng suÊt cho phÐp cña th©n thanh truyÒn nh- sau: - §èi víi thanh truyÒn thÐp cac bon : 80 – 120 MN/m2 49 - §èi víi thanh truyÒn thÐp hîp kim : 120 – 180 MN/m2 Khi xÐt ®Õn tÝnh chÞu mái, ta ph¶i tÝnh ®Õn hÖ sè an toµn cña th©n theo c«ng thøc sau ®©y. m       1 Khi tÝnh trong mÆt ph¼ng l¾c: 2 kx ax     2 kx mxm     Khi tÝnh trong mÆt ph¼ng vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng l¾c : 2 kx ay     2 ky my     Do ®ã: )()( 2 1 kxkx ax        )()( 2 1 kxkx ay        (2 - 137) §Ó ®¶m b¶o søc bÒn ®«ng ®Òu th× oyox   vµ n»m trong kho¶ng 2,5 – 3. Trong ®éng c¬ tèc ®é chËm th-êng bá qua ¶nh h-ëng cña lùc qu¸n tÝnh, nghÜa lµ zPP  vµ khi ®ã còng kh«ng cÇn tÝnh to¸n th©n thanh truyÒn. c. TÝnh ë tiÕt diÖn tÝnh to¸n. T¹i tiÕt diÖn tÝnh, ta xÐt øng suÊt tæng do nÐn vµ uèn ngang. Tr-íc hÕt, ta h·y xÐt lùc qu¸n tÝnh vËn ®éng l¾c cña th©n thanh truyÒn g©y ra uèn ngang (h×nh 1.16). 50 H×nh 2.26. S¬ ®å tÝnh ë tiÕt diÖn tÝnh to¸n Lùc qu¸n tÝnh l¾c cña mét ph©n tè th©n thanh truyÒn c¸ch t©m l¾c (t©m ®Çu nhá ) mét kho¶ng x xÏ lµ: dP = - dm.x. u Trong ®ã: dm: khèi l-îng ph©n bè. dm = F.dx.  F : tiÕt diÖn ngang th©n thanh truyÒn . u : gia tèc l¾c cña thanh truyÒn 2 3 22 22 )sin1( sin )1(     u Do ®ã: dP = - F.px. dxu. TÝch ph©n trong kho¶ng chiÒu dµi thanh truyÒn ta ®-îc qu¸n tÝnh l¾c: P = - F u   0 2 2 l Fxdx u §Ó x¸c ®Þnh ®iÓm ®Æt cña lùc P, ta dïng ph-¬ng tr×nh c©n b»ng: Pa =    1 0 1 0 3 2 3 l FdxxFdPx uu  Thay P vµo vµ ta rót ra: 51 l 3 2  Nh- vËy, ta thÊy quy luËt ph©n bè lùc qu¸n tÝnh theo quy luËt tam gi¸c v× lùc ph©n tè tû lÖ bËc nhÊt víi x. Do dã, lùc qu¸n tÝnh l¾c P g©y ra hai ph¶n lùc gèi ®Çu nhá vµ gèi ®Çu to lµ: Rn = P 3 1 vµ Rt = P 3 2 M« men uèn t¹i tiÕt diÖn c¹nh ®Çu nhá mét kho¶ng x sÏ lµ: Mu = Rnx – 2 1 Fp 2 2x u x = 3 1 Fp 2 2l u - 3 1 Fp 2 2x u x = 6 1 Fp u  32 xxl  VÞ trÝ cã m« men uèn cùc ®¹i (vÞ trÝ tiÕt diÖn tÝnh to¸n) sÏ lµ vÞ trÝ cã ®¹o hµm triÖt tiªu tøc lµ: 0 x u d dM Do ®ã ta cã: l2 - 3x2 = 0 x = 3 l = 0,577l Thay gi¸ trÞ x vµ maxu vµo Mu, ta t×m ®-îc m« men uèn lín nhÊt nh- sau: Mumax = 39 1 mt R 2 l2 Trong ®ã: mt : lµ khèi l-îng øng víi mét ®¬n vÞ chiÒu dµi thanh truyÒn: NÕu ®Æt: q= mtR 2 vµ Pjt = ql/2 Ta cã: Mumax = 39 2 lPjt (2 -138) Th«ng th-êng víi kÕt cÊu c¬ cÊu khuûu trôc thanh truyÒn ngµy nay th× lùc qu¸n tÝnh l¾c ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt khi b¸n kÝnh khuûu vu«ng gãc víi ®-êng t©m thanh truyÒn (   ) = 900. Do vËy, øng suÊt tæng cña nÐn vµ uèn ngang sÏ lµ:  = ttF ttP + u u W M max (2 -139) Trong ®ã: 52 Ptt: Lùc g©y ra nÐn thanh truyÒn ë vÞ trÝ tÝnh to¸n   = 90 0. Ptt = cos P d. KiÓm tra ®é æn ®Þnh khi uèn däc. §é uèn däc khi uèn däc cña th©n thanh truyÒn trong ®éng c¬ ®èt trong th-êng ®-îc tÝnh theo c«ng thøc cña Tetmaier¬ nh- sau: Lùc tíi h¹n cña thanh truyÒn thÐp c¸c bon: Pth = Ftb (3350 – 6,2 i l ) (2- 130) Lùc tíi h¹n thanh truyÒn thÐp hîp kim. Pth = Ftb (4700 – 23 i l ) (2- 131) 2.3.2.3. TÝnh søc bÒn ®Çu to thanh truyÒn. Do kÕt cÊu ®Çu to cã tiÕt diÖn thay ®æi phøc t¹p, nªn tÝnh to¸n mang tÝnh chÊt gÇn ®óng. Lùc tÝnh to¸n lµ hîp lùc cña lùc qu¸n tÝnh vËn ®éng tÞnh tiÕn vµ vËn tèc quay cña ®Çu to kh«ng kÓ ®Õn n¾p, tÝnh t¹i vÞ trÝ DCT: Pd = MR 2 (1+ ) + (M2 - Mn)R 2 ; MN (2- 132) Trong ®ã: M, M2, Mn t-¬ng øng lµ khèi l-îng vËn ®éng tÞnh tiÕn, khèi l-îng ®Çu to, khèi l-îng n¾p ®Çu to (kg). TÝnh søc bÒn ®Çu to thanh truyÒn theo ph-¬ng ph¸p cña Kinaxotsvili víi c¸c gi¶ thiÕt sau:  §Çu to coi nh- mét khèi nguyªn, kh«ng xÐt ®Õn mèi ghÐp.  TiÕt diÖn ngang ®Çu to coi nh- kh«ng ®æi b»ng tiÕt diÖn gi÷a cña n¾p.  Khi l¾p c¨ng b¹c lãt ®Çu to víi ®Çu to th× b¹c lãt vµ ®Çu to ®ång thêi còng biÕn d¹ng nh- nhau. Do ®ã, m« men t¸c dông tû lÖ víi m« men qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn, cßn lùc t¸c dông tû lÖ víi diÖn tÝch tiÕt diÖn.  Coi ®Çu to nh- mét dÇm cong tiÕt diÖn kh«ng ®æi, ngµm mét ®Çu ë tiÕt diÖn B-B øng víi gãc 0 , th«ng th-êng 0 = 40 0. DÇm ngµm mét ®Çu ®ã cã ®-îc do c¾t bá mét nöa cña ®Çu to vµ thay thÕ sù ¶nh h-ëng cña nã b»ng gi¸ trÞ m« men uèn Ma vµ lùc ph¸p tuyÕn NA t¹i tiÕt diÖn c¾t bá (A-A). DÇm cã b¸n kÝnh cong b»ng mét nöa kho¶ng c¸ch gi÷a 2 ®-êng t©m lç l¾p ghÐp bu l«ng thanh truyÒn. 53  Lùc ph©n bè trªn dÇm cong cña ®©u to (g©y ra lùc P®) theo quy luËt ®-êng c«snnuýt. P =   cos 4 C Pd M« men uèn vµ lùc ph¸p tuyÕn thay thÕ t¹i tiÕt diÖn A-A ®-îc tÝnh theo biÓu thøc sau: MA = pd 2 C (0,0127 + 0,00083 0 ) NA = pd (0,522 + 0,003 0 ) 0 : gãc gi÷a tiÕt diÖn ngµm vµ mÆt l¾p ghÐp ®Çu to tÝnh b»ng ®é. H×nh 2.28. S¬ ®å tÝnh to¸n ®Çu to thanh truyÒn Nh- vËy, theo gi¶ thiÕt thø 3 ta cã thÓ x¸c ®Þnh m« men uèn vµ lùc ph¸p tuyÕn t¹i tiÕt diÖn A-A nh- sau: M = MA bd j JJ J  = d b d J J CP 1        2 00083,00127,0 0 N = NA db j FF F  = d b d F F CP 1 (0,522 + 0,003 0 ) øng suÊt tæng trªn n¾p ®Çu to lµ: 54  = Pd                                  d b d b u F F J J W C 1F 003,0522,0 12 00083,00127,0 d 00  (2-133) Th«ng th-êng 0 = 40 0 khi ®ã biÓu thøc tÝnh øng suÊt tæng sÏ lµ:  = Pd                        b d b u F J J W C dF 4,0 1 023,0 MN/m2 (2- 134) Ngoµi ra ®Ó ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn h×nh thµnh mµng dÇu b«i tr¬n, cÇn ph¶i kiÓm tra ®é biÕn d¹ng ®-êng kÝnh cña ®Çu to thanh truyÒn d-íi t¸c dông cña lùc Pd. §é biÕn d¹ng ®-êng kÝnh  x¸c ®Þnh theo c«ng thøc thùc nghiÖm sau ®©y:  db d JJ CP   d 3 E 0024,0  ; Cm (2 -135) 2.3.2.4. TÝnh søc bÒn bu l«ng thanh truyÒn. Lùc t¸c dông lªn bu l«ng thanh truyÒn bao gåm : Lùc sinh ra do lùc t¸c dông trªn ®Çu to khi lµm viÖc: Pd = Z Pd =   nMMM Z R  2 2 1   (2 -136 ) Trong ®ã: Z lµ sè bu l«ng thanh truyÒn. Lùc xiÕt bu l«ng khi l¾p ghÐp Px. Lùc xiÕt Px ph¶i ®¶m b¶o trong qu¸ tr×nh lµm viÖc mèi ghÐp vÉn chÆt, nh-ng kh«ng lín qu¸ v× lín qu¸ sÏ g©y ra biÕn d¹ng dÎo cña bu l«ng. Theo kinh nghiÖm th×: Px = (2 - 4).Pb V× lµ mèi ghÐp bu l«ng nªn bu l«ng biÕn d¹ng kÐo ®Çu to bÞ biÕn d¹ng nÐn vµ c¶ 2 ®ång thêi ®Òu bÞ biÕn d¹ng, nªn dùa vµo quy luËt biÕn d¹ng cña mèi ghÐp ren do b«bar-c«p ®Ò ra n¨m 1911, ta cã thÓ tÝnh to¸n vµ thiÕt lËp quan hÖ biÕn d¹ng cña bu l«ng vµ ®Çu to thanh truyÒn nh- biÓu thÞ trªn h×nh vÏ: Theo ®Þnh luËt hóc lùc tû lÖ víi biÕn d¹ng, ta cã thÓ vÏ ®-îc ®-êng th¼ng biÕn d¹ng kÐo cña bu l«ng víi: 55 tg = Cb = b bb l FE Vµ ®-êng biÕn d¹ng nÐn cña ®Çu to víi : tg  = Cd = d dd l FE Trªn c¬ së quy luËt biÕn d¹ng nÐn cña ®Çu to vµ biÕn d¹ng kÐo cña bu l«ng mét c¸ch ®ång thêi, nªn khi lµm viÖc bu l«ng thanh truyÒn kh«ng chÞu toµn bé lùc Pb mµ chØ chÞu mét phÇn cña nã ®Æc tr-ng vµo hÖ sè biÕn d¹ng x. Th«ng th-êng, kÕt cÊu thanh truyÒn cã Fd/Fb=3 – 5 nªn x = 0,15 – 0,25 Do ®ã lùc t¸c dông lªn bu l«ng sÏ lµ: Pb1 = px+xPb= (2 - 4)Pb + (0,15 – 0,25)Pb=(2,15 – 4,25)Pb H×nh 2.29. BiÕn thiªn cña lùc t¸c dông lªn bu l«ng thanh truyÒn khi lµm viÖc Nh- vËy, øng suÊt kÐo cña bu l«ng khi lµm viÖc: k = 2 0. 4 d Pbl  ; MN/m2 (2 -137) øng suÊt xo¾n cña bu l«ng sinh ra do lùc xiÕt: x = x x W M ; MN/m2 (2- 138) M« men cña bu l«ng ®-îc tÝnh theo c«ng thøc: Mx =  Px 2 tbd ; MNm (2 -139) Do ®ã: 56 x = 2 04,0 d dP tbx ; MN/m2 (2 -140) øng suÊt tæng:  = 22 4 xk   ; MN/m 2 (2 -141) HÖ sè an toµn ®Çu nhá tÝnh theo c«ng thøc: na = maa    Trong ®ã : b b a F xP 22 minmax      a b x am F P       min minmax 2 =   b b b bx b b b x F P F xPP F xP F P 2 25,815,4 2 2 2     2.3.3. TÝnh to¸n trôc khuûu. Ta tÝnh trôc khuûu theo ph-¬ng ph¸p ph©n ®o¹n. Khi tÝnh to¸n theo ph-¬ng ph¸p nµy ta chia trôc khuûu ra lµm nhiÒu ®äan mçi ®o¹n øng víi mçi khuûu, chiÒu dµi mçi ®äan b»ng kho¶ng c¸ch gi÷a hai t©m ®iÓm cña æ trôc vµ coi mçi ®äan nh- mét dÇm tÜnh dÞch ®Æt trªn hai gèi tùa. 57 H×nh 2.30. S¬ ®å tÝnh to¸n søc bÒn trôc khuûu. Ký hiÖu c¸c lùc trªn s¬ ®å nhu sau: T vµ Z – lùc tiÕp tuyÕn vµ lùc ph¸p tuyÕn t¸c dông lªn chèt khuûu x¸c ®Þnh theo ®å thÞ hoÆc c«ng thøc trong phÇn ®éng lùc häc . Z=P1 pF   cos )cos(  T=P1 pF   cos )sin(  Nh- vËy lùc t¸c dông t¹i ®iÓm gi÷a cña c¸c chèt khuûu trªn ph-¬ng ph¸p tuyÕn lµ 58 Z0 = Z-(C1+C2), MN M’K – m«men xo¾n t¸c dông trªn c¸c trôc bªn tr¸i ( cæ phÝa tr-íc ). M« men nµy do c¸c lùc tiÕp tuyÕn cña c¸c khuûu n»m phÝa tr-íc tÝnh to¸n NÕu khuûu ®ang tÝnh lµ khuûu thø i : M’K= RTi 1 ,MNm Trong ®ã : 1 iT - lµ tæng ®¹i sè c¸c lùc tiÕp tuyÕn cña c¸c khuûu ®øng tr-íc khuûu thø i R – b¸n kÝnh khuûu M’’K – m« men xo¾n t¸c dông lªn cæ trôc bªn ph¶i ( cæ phÝa sau). M« men nµy do c¸c lùc tiÕp tuyÕn tõ khuûu thø nhÊt cho ®Õn khuûu thø i sinh ra. Do ®ã: M’’K= TRMRT Ki  ' , MNm b,h – chiÒu dµy vµ chiÒu réng cña m¸ h×nh ch÷ nhËt. 2.3.3.1. Tr-êng hîp khëi ®éng khi chÞu lùc PZmax.. TÝnh to¸n tr-êng h¬p khëi ®éng lµ tÝnh to¸n gÇn ®óng víi gi¶ thiÕt: khuûu trôc ë vÞ trÝ ®iÓm chÕt trªn ( 0 ). Do sè vßng quay khi khëi ®éng cña ®éng c¬ nhá nªn ta cã thÓ bá qua ¶nh h-ëng cña lùc qu¸n tÝnh. Do vËy lóc nµy lùc t¸c dông chØ cßn l¹i lùc do ¸p suÊt lín nhÊt cña khÝ thÓ trong xilanh Pzmax. S¬ ®å tÝnh to¸n tr-êng hîp khëi giíi thiÖu ë (h×nh 2.31) d-íi ®©y. H×nh 2.31. Lùc t¸c dông trªn trôc khuûu khi khëi ®éng 59 Do ®ã lùc t¸c ®éng nªn khuûu sÏ lµ: Z0 = Z = PzmaxFp, MN C¸c ph¶n lùc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: 0 ' .' l l ZZ  0 '" ''. l l ZZ  a. TÝnh søc bÒn cña chèt khuûu. M« men uèn chèt khuûu ( tÝnh ®èi víi tiÕt diÖn gi÷a c¸c chèt ) b»ng: Mu=Z’l’ , MNm Do ®ã øng suÊt uèn chèt khuûu là: uu W '' W lZM u u  , MN/m 2 ( 2-142) b. TÝnh søc bÒn cña m¸ khuûu. Lùc Z g©y ra uèn, nÐn t¹i tiÕt diÖn A-A cña m¸ khuûu. øng suÊt uèn cña m¸ khuûu b»ng: 6 '' W 2ux hb bZM u u  MN/m 2 (2 -143) øng suÊt nÐn m¸ khuûu: bh Z n 2  MN/m2 (2 - 144) øng suÊt tæng céng: nu   MN/m 2 (2 - 145) c. TÝnh søc bÒn cña cæ trôc khuûu. øng suÊt uèn cæ trôc khuûu: 60 u W ''bZ u  MN/m 2 (2- 146) Trªn thùc tÕ do l’>>b’ nªn øng suÊt cæ trôc lín h¬n rÊt nhiÒu so víi cæ chèt, do ®ã kh«ng cÇn tÝnh bÒn cæ trôc. 2.3.3.2. Tr-êng hîp chÞu lùc ph¸p tuyÕn lín nhÊt Zmax. Lùc t¸c dông Zmax x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: Zmax = PZmax- MR   1 2 , MN (2 -147) Vµ Z0 = Zmax – (C1+C2) Do ®ã : Z0 = Pzmax - R   2 2 1 mmM ch  H×nh 2.32. S¬ ®å tÝnh to¸n lùc t¸c dông lªn trôc khuûu khi chÞu lùcZmax Ph¶n lùc t¸c dông trªn c¸c gèi trôc ®-îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:     O l bblPcclPlZ Z orro ''''''''2'' ' 12   61     O l bblPcclPZl Z orr '''''''2' '' 12   (2- 148) NÕu trôc khuûu hßan toµn ®èi xøng th×: Z’ = Z’’ = 21 0 2 rr PP Z  Khi tÝnh to¸n søc bÒn cña mét khuûu nµo ®ã cña trôc khuûu ®éng c¬ nhiÒu xy lanh, ngoµi lùc Zmax ra, khuûu còng chÞu m« men xo¾n do c¸c khuûu phÝa tr-íc nã truyÒn ®Õn n÷a. V× vËy khuûu chÞu m« men lín nhÊt (Zmax vµ ( 1 iT )max) sè lµ khuûu nguy hiÓm nhÊt. Khuûu  00 1200 2400 3600 1800 6000 1 0 01   TTi 0,92 - 0,62 0 0,64 2 - 0,62 0 0,64 - 0,63 0 64,01   TTi - 0,63 3 0,64 - 0,63 0 02,01   TTi 0,92 - 0,62 - 0,92 4 0,92 - 0,62 0 0,64 - 0,63 0 29,01   TTi 5 - 0,63 0 33,01   TTi 0,92 - 0,62 0 0,64 6 0 0,64 - 0,63 0 31,01   TTi 0,92 - 0,62 B¶n 3. X¸c ®Þnh khuûu chÞu lùc ( 1 iT )max Nh×n vµo b¶ng trªn ta thÊy khuûu thø 23 chÞu lùc ( 1 iT )max. Do ®ã cÇn ph¶i tiÕn hµnh tÝnh to¸n søc bÒn cña trôc khuûu nµy. a. TÝnh søc bÒn cña chèt khuûu - øng suÊt uèn chèt khuûu:            ch chch rru u d d cPaPlZM 44 21 u 32 ..'' W   , MN/m2 (2-149) Trong ®ã: c=c’=c’’ (coi khuûu hoµn toµn ®èi xøng). - øng suÊt xo¾n chèt khuûu: 62 K 1 K WW ' RTM iK K  , MN/m2 (2-150) - øng suÊt tæng cña øng suÊt uèn vµ øng suÊt xo¾n b»ng: 24 2 Ku   , MN/m 2 (2 -151) b. TÝnh søc bÒn cña cæ trôc khuûu. - øng suÊt uèn cæ trôc (cæ trôc rçng): 2 44 u /; 32 '' W mMN d d bZM c cc u u             , (2-152) - øng suÊt xo¾n cæ trôc: 2 44 1 K /; 16 W ' mMN d d RTM c cc iK K               , (2-153) - øng suÊt tæng céng khi chÞu uèn và chÞu xo¾n: 24 2 Ku   , MN/m 2 (2- 154) c. TÝnh søc bÒn cña m¸ khuûu. M¸ khuûu chÞu nÐn vµ uèn trong hai mÆt ph¼ng vu«ng gãc víi nhau: mÆt ph¼ng khuûu cña tiÕt diÖn (uèn quanh x-x) vµ mÆt ph¼ng th¼ng gãc víi mÆt ph¼ng khuûu (uèn quanh y- y) - ø ng suÊt nÐn m¸ khuûu: bh PZ r n 2' , MN/m2 (2-155) - øng suÊt uèn trong mÆt ph¼ng th¼ng gãc víi mÆt ph¼ng khuûu (uèn quanh trôc y- y) 6 W ' W 2 1 uyuy hb RTMM iK y uy u  , MN/m2 (2-156) - øng suÊt uèn trong mÆt ph¼ng trôc khuûu (uèn quanh trôc x -x).   6 '' W 2 2 ux hb caPbZM r x ux u   , MN/m2 (2- 157) 63 - øng suÊt tæng khi m¸ khuûu chÞu nÐn vµ chÞu uèn b»ng: yu x un   , MN/m 2 2.3.3.3. Tr-êng hîp chÞu lùc tiÕp tuyÕn lín nhÊt Tmax. a. TÝnh søc bÒn cña chèt khuûu. - øng suÊt uèn trong mÆt ph¼ng trôc khuûu. 2 44 21 x u /; 32 '' W mMN d d cPaPlZM cd cdcd rr x ux y              (2-158) - øng suÊt uèn trong mÆt ph¼ng vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng trôc khuûu. 2 44 uy /; 32 '' W mMN d d lTM ch chch y uy u             (2- 159) - øng suÊt tæng céng:    22 yuxuu   , MN/m2 (2- 160) - øng suÊt xo¾n chèt khuûu: 2 44 1 K /; 16 )( W '' mMN d d RTTM ch chch iK K               (2-161) - øng suÊt tæng hîp khi chÞu uèn vµ chÞu xo¾n: 24 2 Ku   , MN/m 2 0 Khuûu 2700 1470 2570 3870 5070 6270 1 0 81,1 1 max   i T T 0,55 - 0,4 -0,78 0, 4 -0,45 2 - 0,4 -0,78 0,4 - 0,45 4,0 81,1 1 max   i T T 0,55 3 0, 4 - 0,45 0 81,1 1 max   i T T 0,55 - 0,4 - 0,78 64 4 0,55 - 0,4 -0,78 0,4 - 0,45 68,0 81,1 1 max   i T T 5 - 0,45 08,1 81,1 1 max   i T T 0,55 - 0,4 -0,780 0,4 6 -0,78 0,4 - 0,45 68,0 81,1 1 max   i T T 0,55 - 0,4 B¶ng 4. X¸c ®Þnh khuûu chÞu lùc ( Ti-1)max. b TÝnh søc bÒn cña cæ trôc khuûu. Trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n søc bÒn, ng-êi ta th-êng tÝnh søc bÒn cña cæ æ trôc bÒn ph¶i v× cæ nµy chÞu lùc lín h¬n cæ bªn tr¸i. - øng suÊt uèn do lùc ph¸p tuyÕn Z” g©y ra: ux x u x ux u bZM W "" W  , MN/m2 (2-162) - øng suÊt uèn do lùc tiÕp tuyÕn T” g©y ra: uyW "" W bTM y u y uy u  , MN/m 2 2 44 /; 32 mMN d d WW c cc uyux            (2-163) - øng suÊt xo¾n: 2 44 1 K /; 16 )( W '' mMN d d RTTM ch chch iK K               , (2-164) - øng suÊt tæng céng khi chÞu uèn xo¾n 222 4)()( K y u x u   , MN/m 2 (2- 165) c. TÝnh søc bÒn cña m¸ khuûu. Trong qu¸ tr×nh tÝnh tãan søc bÒn, ng-êi ta th-êng tÝnh søc bÒn cña m¸ khuûu bªn ph¶i v× m¸ nµy chÞu lùc lín h¬n m¸ bªn tr¸i. 65 - øng suÊt uèn do lùc ph¸p tuyÕn Z” g©y ra: 6 "" W 2hb bZM u uz ux  , MN/m 2 (2- 166) - øng suÊt uèn do lùc qu¸n tÝnh ly t©m Pr2 g©y ra:   6 W 2 2 hb caPM r u ut ux   , MN/m2 (2- 167) - øng suÊt uèn do lùc tiÕp tuyÕn T” g©y ra: 6 . " 2bh rT ut  , MN/m 2 (2- 168) Trong ®ã: H×nh 2.22. TiÕt diÖn nguy hiÓm cña m¸ khuûu øng suÊt uèn do m« men xo¾n M”k g©y ra: 2 2 1 K /; 6 . )( W '' mMN hb RTTM iK uM    (2- 169) 2/; W "". mMN bT x x  (2- 170) Trong ®ã: Wx – m« ®un chèng xo¾n cña m¸ khuûu 66 H×nh 2.33. Quan hÖ cña hÖ sè g1, g2 víi sè kÝch th-íc h/b (h×nh a) vµ øng suÊt trªn m¸ khuûu (h×nh b) Do tiÕt diÖn chÞu xo¾n cña m¸ lµ h×nh ch÷ nhËt trªn h×nh 2.23.b nªn ë ®iÓm 1,2,3,4 th× x = 0 ë c¸c ®iÓm I, II th× x = max ë c¸c ®iÓm III, IV th× x = min Ta cã max vµ mim x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: 6 . . "" 2 1 max hb g bT  , MN/m2 max2min  g , MN/m 2 (2- 171) Trong®ã : g1 vµ g2 – c¸c hÖ sè øng suÊt phô thuéc vµo tû sè h/b x¸c ®Þnh theo ®å thÞ (h×nh 2.23.a). - øng suÊt nÐn m¸ khuûu: hb PZ r n 2" , MN/m2 (2-172) - øng suÊt tæng céng ë c¸c ®iÓm 1, 2, 3, 4 b»ng:  4,3,2,14,3,2,1  , MN/m2 (2-173) §iÓm øng suet 1 2 3 4 I II III IV 67 n + + + + + + + + ux + - + - + - 0 0 ur + - + - + - 0 0 uT + + - - 0 0 + - uM - - + + 0 0 - +   1 2 3 4 I II III  IV K 0 0 0 0 maxK maxK minK minK  1  2 3 4 I II III  IV B¶ng 5. B¶ng xÐt dÊu cña c¸c øng suÊt trªn m¸ khuûu - øng suÊt tæng céng ë c¸c ®iÓm I và II b»ng:   2 max 2 ,, 4 KIIIIII    ; MN/m 2 (2-174) - øng suÊt tæng céng ë c¸c ®iÓm III và IV b»ng:   2 min 2 ,, 4 KIVIIIIVIII    ; MN/m 2 (2- 175) 2.4. Tính toán kiểm nghiệm hệ thống bôi trơn. Tính toán chu trình nhiệt động cơ: - Tính toán quá trình nạp. - Tính toán quá trính nén - Tính toán quá trình cháy - Tính toán quá trình giãn nở - 2.5.Tính toán kiểm nghiệm hệ thống làm mát . - KiÓm nghiÖm kÐt n-íc - KiÓm nghiÖm läc dÇu - KiÓm nghiÖm b¬m dÇu - KiÓm nghiÖm van h»ng nhiÖt 68 Ch-¬ng Iii : tÝnh to¸n thiÕt kÕ hÖ thèng truyÒn lùc th-êng 3.1. s¬ ®å cÊu tróc tiªu biÓu cña hÖ thèng vµ c¸c ph-¬ng ¸n - CÊu tróc hÖ thèng : Dßng truyÒn c«ng suÊt nh- sau : §éng c¬  ly hîp  hép sè  c¸c ®¨ng  vi sai  b¸n trôc  moay¬ cÇu xe b¸nh xe H×nh 3.1. HÖ thèng truyÒn lùc th-êng - C¸c ph-¬ng ¸n : + §éng c¬ ®Æt tr-íc,b¸nh tr-íc chñ ®éng : 69 + §éng c¬ ®Æt tr-íc,b¸nh sau chñ ®éng : H×nh 3.2. C¸c ph-¬ng ¸n cña hÖ thèng truyÒn lùc th-êng 3.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ ly hîp 3.2.1. S¬ ®å cÊu tróc vµ t¶i träng tÝnh to¸n : 3.2.1.1. S¬ ®å cÊu tróc : 1 2 3 4 5 6 8 910 11 7 H×nh 3.2. S¬ ®å cÊu tróc ly hîp 1.Trôc khuûu; 2.B¸nh ®µ; 3.§Üa bÞ ®éng; 4.§ßn më; 5.bµn ®¹p; 6.Bitª; 7.Cµng më; 8.Lß xo håi vÞ cµng më; 9.Lß xo Ðp; 10.Vá ly hîp; 11.§Üa Ðp 3.2.1.2. T¶i träng tÝnh to¸n : Ly hîp ph¶i thiÕt kÕ víi c¸c kÝch th-íc cã thÓ truyÒn m« men lín h¬n m« men cña ®éng c¬ mét Ýt. Lµm nh- vËy ®Ó ly hîp cã thÓ truyÒn ®-îc hÕt m« men cña ®éng c¬ ®Õn 70 hÖ thèng truyÒn lùc mµ kh«ng bÞ tr-ît mÆc dï tÊm ma s¸t bÞ dÇu nhên r¬i vµo hay khi lµm viÖc bÞ mßn hoÆc c¸c lß xo Ðp bÞ mÊt tÝnh chÊt ®µn håi mét chót. M« men ma sat ly hîp Mc ®-îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: max. ec MM  (3- 1) Trong ®ã: maxeM lµ m« men xo¾n cùc ®¹i cña ®éng c¬ «t«.  lµ hÖ sè dù tr÷ cña ly hîp. (>1). NÕu chän  nhá th× kh«ng ®¶m b¶o truyÒn hÕt m« men. NÕu chän  qu¸ lín th× ly hîp kh«ng lµm nhiÖm vô cña c¬ cÊu an toµn. 3.2.2. X¸c ®Þnh kÝch th-íc c¬ b¶n vµ thiÕt kÕ chi tiÕt : 3.2.2.1. C«ng tr-ît sinh ra trong qu¸ tr×nh ®ãng ly hîp. * Ta tÝnh c«ng tr-ît sinh theo c¸ch thøc nh¶ bµn ®¹p tõ tõ C¸ch tÝnh nµy tÝnh ®Õn qu¸ tr×nh diÔn biÕn thùc tÕ khi dãng ly hîp gåm hai giai ®o¹n + T¨ng m« men quay cña ly hîp M1 tõ gi¸ trÞ 0 ®Õn gi¸ trÞ Ma khi b¾t ®Çu ®ãng ly hîp, lóc nµy « t« b¾t ®Çu khëi ®éng t¹i chç. + T¨ng m« men quay cña ly hîp M1 ®Õn gi¸ trÞ mµ sù tr-ît cña ly hîp kh«ng cßn n÷a . H×nh 3.3. S¬ ®å tÝnh c«ng tr-ît cña ly hîp C«ng tr-ît ë giai ®o¹n ®Çu L1 x¸c ®Þnh nh- sau: 11 . 2 tML ama    C«ng tr-ît ë giai ®o¹n thø hai L2 x¸c ®Þnh theo c«ng th-c sau: 71 2 2 2 )..( 3 2 ).( 2 1 tMJL amaama   C«ng tr-ît ®-îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: 22121 )( 2 1 3 .2 2 )( amaama J tt MLLL         (3-2) Trong ®ã: + Ma lµ m« men c¶n chuyÓn ®éng quy dÉn vÒ trôc cña ly hîp, ®-îc tÝnh theo c«ng thøc: Ma= [(G + Gm) + kFv 2]. tlfho b iii r ... (kg.m) ë ®©y: G : träng l-îng toµn bé cña «t« KG. Gm : träng l-îng cña r¬mooc KG. K : lµ hÖ sè c¶n cña kh«ng khÝ ( Khi tèc ®é. nhá th× KFv 2 0). i0, ih, if lÇn l-ît lµ tØ sè truyÒn cña hÖ thèng truyÒn lùc chÝnh, cña hép sè vµ cña hép sè phô  lµ hÖ sè c¶n tæng céng cña mÆt ®-êng. rb lµ b¸n kÝnh lµm viÖc cña b¸nh xe . tl lµ hiÖu suÊt cña hÖ thèng truyÒn lùc. + m tèc ®é gãc cña ®éng c¬ lÊy t-¬ng øng víi m« men cùc ®¹i cña ®éng c¬, rad/s. + a tèc ®é gãc cña trôc ly hîp ( rad/s ). + Ja m« men qu¸n tÝnh cña «t« quy dÉn vÒ trôc ly hîp ®-îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: Ja= 2 2 0 . ( . . ) b h f G r g i i i ; (KG.m.s2) g lµ gia tèc träng tr-êng + t1 : thêi gian ®ãng ly hîp giai ®o¹n ®Çu, ®-îc x¸c ®Þnh theo: t1= Ma/k + t2: thêi gian ®ãng ly hîp ë giai ®o¹n hai, ®-îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: t2= k A¸ Víi: k: lµ hÖ sè tû lÖ kÓ ®Õn nhÞp ®é t¨ng m« men Ml khi ®ãng ly hîp, ®-îc x¸c ®Þnh theo thùc nghiÖm. A lµ biÓu thøc rót gän ®-îc tÝnh theo c«ng thøc: 72 A= ).(2 amaJ  3.2.2.2. X¸c ®Þnh c¸c kÝnh th-íc c¬ b¶n cña ly hîp. - M« men ma s¸t cña ly hîp cßn cã thÓ viÕt nh- sau: iRPMM tbee .... max  Trong ®ã: P - lµ lùc Ðp lªn c¸c ®Üa ma s¸t  - lµ hÖ sè ma s¸t cña ®Üa ma s¸t. i - lµ sè ®«i bÒ mÆt ma s¸t. Rtb - lµ b¸n kÝnh trung b×nh cña ®Üa ma s¸t. 2 21 RRRtb   (3- 3) Víi : R1 - lµ b¸n kÝnh ngoµi cña ®Üa bÞ ®éng. R2 - lµ b¸n kÝnh trong cña ®Üa bÞ ®éng. Do ®ã: iR Me P tb .. max.    (3- 4) - §-êng kÝnh vßng ngoµi cña vßng ma s¸t ®ù¬c tÝnh: C M RD emax22 16,32  (3-5) Trong ®ã: C - lµ hÖ sè kinh nghiÖm . §èi víi « t« du lÞch C = 4,7. §èi víi « t« vËn t¶i trong diÒu kiÖn b×nh th-êng C = 3,6. §èi víi « t« t¶i trong ®iÒu kiÖn v©n t¶i nÆng C =1,9. Tõ D2 ta tÝnh ®ù¬c R2 - B¸n kÝnh trong cña ®Üa ma s¸t ®ù¬c tÝnh: R1=(0,530,75).R2 (3- 6) CÇn chó ý chän R1 vµ R2 cho hîp lý ®Ó ®Üa ma s¸t mµn ®Òu. - KiÓm tra ¸p suÊt sinh ra trªn bÒ mÆt ®Üa ma s¸t KiÓm tra ¸p suÊt trªn bÒ mÆt ma s¸t khi lµm viÖc theo c«ng thøc: ][ .....2 . 2 max q ibR M q tb e    (3 - 7) Trong ®ã : b lµ bÒ réng tÊm ma s¸t g¸n trªn ®Üa bÞ ®éng. ( b =R2 - R1 ) 73  q lµ ¸p suÊt cho phÐp lªn bÒ mÆt,  q = 150 – 250 KN/m 2 3.2.2.3. KiÓm tra c«ng tr-ît riªng. §Ó ®¸nh gi¸ hao mßn cña ®Üa ma s¸t ph¶i x¸c ®Þnh c«ng tr-ît riªng theo c«ng thøc: ][ . 00 l iF L l  (3- 8) Trong ®ã: L lµ c«ng tr-ît cña ly hîp. F lµ diÖn tÝch bÒ mÆt vßng ma s¸t : F =  .(R 22 - R 2 1 ). i lµ sè ®«i bÒ mÆt ma s¸t. l0 lµ c«ng tr-ît riªng. [l0] lµ c«ng tr-ît riªng cho phÐp. C«ng tr-ît riªng cho phÐp ®-îc x¸c ®Þnh lo¹i « t« nh- sau: + ¤ t« con : [ l0 ] = 1000 – 1200 KJ/m 2. 3.2.2.4. KiÓm tra theo nhiÖt ®é cña c¸c chi tiÕt. C«ng tr-ît sinh ra lµm nãng c¸c chi tiÕt: lß xo, ®Üa Ðp...Do ®ã ph¶i kiÓm tra nhiÖt ®é c¸c chi tiÕt b»ng c¸ch x¸c ®Þnh ®é gia t¨ng nhiÖt ®é theo c«ng thøc: C mC L T t 0273 . .   (3- 9) Trong ®ã: T: nhiÖt ®é chi tiÕt tÝnh to¸n  : hÖ sè x¸c ®Þnh phÇn c«ng tr-ît dïng nung nãng chi tiÕt cÇn tÝnh ®èi víi ®Üa Ðp ngoµi.  = n 2 1 víi n lµ sè l-îng ®Üa bÞ ®éng C: nhiÖt dung riªng cña chi tiÕt bÞ nung nãng. C = 500J/kg.®é tm : khèi l-îng chi tiÕt bÞ nung nãng. Gt: träng l-îng chi tiÕt bÞ nung nãng. 3.2.3. ThiÕt kÕ dÉn ®éng ly hîp. DÉn ®éng ly hîp th-êng gåm hai lo¹i : + Lo¹i ly hîp th-êng ®ãng: §Ó ®iÒu khiÓn ly hîp th-êng ®ãng ng-êi ta dïng dÉn ®éng ly hîp lo¹i c¬ khÝ hoÆc c¬ khÝ cã c-êng ho¸ thuû lùc hay c-êng ho¸ ch©n kh«ng. + Lo¹i ly hîp kh«ng th-êng ®ãng. HÇu hÕt c¸c xe « t« ë n-íc ta hiÖn nay lµ sö dông lo¹i ®iÒu khiÓn ly hîp th-êng ®ãng v× vËy khi thiÕt kÕ c¸c nhµ thiÕt kÕ còng chñ yÕu chó ý ®Õn tr-êng hîp nµy. 74 3.2.3.1. §èi víi dÉn ®éng c¬ khÝ kh«ng cã c-êng ho¸. S¬ ®å dÉn ®éng ly hîp c¬ khÝ kh«ng cã c-êng ho¸ biÓu thÞ trªn s¬ ®å h×nh 3.4. §èi víi dÉn ®éng c¬ khÝ tû sè truyÒn cña hÖ dÉn ®éng vµ hµnh tr×nh bµn ®¹p ®-îc x¸c ®Þnh nh- sau: H×nh 3.4. S¬ ®å dÉn ®éng ly hîp c¬ khÝ kh«ng cã c-êng ho¸ + Ph©n tû sè truyÒn cho hÖ dÉn ®éng. ic=i1.i2= f e d c b a .. (3- 10) Trong ®ã : i1= d c b a . lµ tû sè truyÒn tõ bµn ®¹p ®Õn æ bi tª. i2= f e lµ tû sè truyÒn cña ®ßn më. Ta chän i2 =.... sau ®ã suy ra tû sè f e tõ ®ã chän e=..,f=... Khi ®ã i 1 vµ cã tû sè d c b a . =...chän b a =.. råi chän a, b Tõ d c =... ta chän ®-îc c vµ d + Hµnh tr×nh bµn ®¹p. Hµnh tr×nh toµn bé cña bµn ®¹p x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: ][... 01 tct SSS d c b a ilS   (3- 11) Trong ®ã:  l: lµ khe hë cña ®Üa Ðp cÇn thiÕt ®Ó më ly hîp (=(1,52)mm) ic: lµ tû sè truyÒn cña hÖ dÈn ®éng.  : lµ khe hë gi÷a ®ßn më ly hîp vµ b¹c më (hay bi tª ),  =(35)mm. S1: lµ hµnh tr×nh lµm viÖc bµn ®¹p (mm) 75 S0: lµ hµnh tr×nh tù do cña bµn ®¹p (mm) ][ tS : lµ hµnh tr×nh cho phÐp cña bµn ®¹p. 3.2.3.2. §èi víi dÉn ®éng c¬ khÝ cã c-êng ho¸. S¬ ®å ly hîp dÉn ®éng c¬ khÝ cã c-êng ho¸ ®-îc biÓu thÞ trªn s¬ ®å h×nh H×nh 3.5. S¬ ®å dÉn ®éng ly hîp c¬ khÝ cã c-êng ho¸ + Ph©n tû sè truyÒn cho hÖ dÉn ®éng. ic=i1.i2= 2 1 2 2... d d g e d c b a (3- 12) + Hµnh tr×nh bµn ®¹p. Hµnh tr×nh toµn bé cña bµn ®¹p x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: ][.... 012 1 2 2 tct SSS d d d c b a ilS   (3- 13) 3.2.3.3. Lùc t¸c dông lªn bµn ®¹p ly hîp Lùc cÇn thiÕt cña ng-êi l¸i t¸c dông lªn bµn ®¹p ly hîp ®Ó më ly hîp : ][ . , bd kc bd Q i p Q    (3- 14) Trong ®ã: Qb® : lùc cña ng-êi l¸i t¸c dông lªn bµn ®¹p. , p : tæng lùc Ðp cùc ®¹i cña lß xo Ðp lªn ®Üa Ðp khi më ly hîp , p =1,2 p Trong ®ã: p : tæng lùc Ðp cña c¸c lß xo Ðp lªn ®Üa Ðp khi ch-a më ly hîp . p = iR M tb e .. 76 ic: tû sè truyÒn chung cña hÖ dÉn ®éng. k : hiÖu suÊt cña c¬ cÊu dÉn ®éng.( k =0,80,85) bdQ[ ] : lùc ®¹p cÇn thiÕt cña ng-êi l¸i ®Ó më ly hîp. 3.2.4. TÝnh c¸c chi tiÕt cña ly hîp vµ dÉn ®éng ly hîp. 3.2.4.1. §inh t¸n. - §inh t¸n ®Ó g¸n c¸c tÊm ma s¸t vµo ®Üa bÞ ®éng. Th-êng ®inh t¸n lµm b»ng ®ång vµ b»ng nh«m cã ®-êng kÝnh 4 : 6 mm. - §inh t¸n bè trÝ trªn ®Üa ly hîp theo vßng trßn lµm nhiÒu d·y. Coi sù ph©n bè lùc t¸c dông lªn ®inh t¸n ë mçi day lµ tû lÖ thuËn víi b¸n kÝnh vµ cã b¸n kÝnh lµ r1 vµ r2. - Lùc t¸c dông lªn mçi ®inh t¸n x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: )(2 . 2 2 2 1 1max 1 rr rM F e   )(2 . 2 2 2 1 2max 2 rr rM F e   (3- 15) Trong ®ã : F1 lµ lùc t¸c dông ®inh t¸n ë vßng trong. F2 lµ lùc t¸c dông ®inh t¸n ë vßng ngoµi. - §inh t¸n ®ù¬c x¸c ®Þnh theo øng suÊt c¾t vµ chÌn dËp: ][ 4 . . 2 1 1 1 cc d n F     ; KG/cm2 ][ ..1 1 1 cdcd dln F   ; KG/cm2 (3- 16) Trong ®ã : 1c lµ øng suÊt c¾t ®inh t¸n ë vßng trong (KG/cm 2 ). 1cd lµ øng suÊt chÌn dËp cña ®inh t¸n (KG/cm2). n1 lµ sè l-îng ®inh t¸n bè trÝ ë vßng trong. d lµ ®-êng kÝnh ®inh t¸n. l lµ chiÒu dµi lµm viÖc cña ®inh t¸n. [ 1c ] vµ [ 1cd  ] lÇn l-ît lµ øng suÊt c¾t vµ chÌn dËp cho phÐp. [ c ] = 30 MN/m 2. [ cd ]= 80MN/m 2. T-¬ng tù nh- trªn kiÓm nghiÖm cho c¸c ®inh t¸n vßng ngoµi. 77 3.2.4.2. Moay ¬ ®Üa bÞ ®éng. H×nh 3.6 Moay ¬ ®Üa bÞ ®éng - ChiÒu dµi moay ¬ ®Üa bÞ ®«ng ®-îc chän t-¬ng ®èi lín ®Ó gi¶m ®é ®¶o cña ®Üa bÞ ®éng. Th-êng lÊy chiÒu dµi moay ¬ b»ng ®-êng kÝnh (l = D). NÕu lµm viÖc nÆng th× lÊy(l=1,4.D). - Khi lµm viÖc then hoa cña moay ¬ chÞu øng suÊt chÌn dËp vµ c¾t, x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: ][ )(... .4 21 max, c e c dDbLzz M     ][ )(.. . 22 21 max cd e cd dDLzz Mz    (3- 17) Trong ®ã: Memax : m« men cùc ®¹i cña ®éng c¬. Z1 :sè l-îng may ¬ riªng biÖt. Z2: sè then hoa cña moay ¬. L : chiÒu dµi cña moay ¬. D,d : ®-êng kÝnh vµ ®-êng kÝnh trong cña moay ¬. b : bÒ réng cña mét then hoa. 3.2.4.3. Lß xo Ðp cña ly hîp. - Lß xo Ðp dïng trong ly hîp th-êng lµ lß xo trô, lß xo c«n, lß xo ®Üa. 78 H×nh 3.7. S¬ ®å biÓu thÞ sù biÕn ®æi cña lß xo Ðp ly hîp - Lóc ly hîp ®ãng, lß xo Ðp chÞu lùc Ðp lµ P lµ lùc Ðp tæng céng cña lß xo. - Lóc më ly hîp, lß xo bÞ Ðp thªm 20% vµ chÞu lùc 'P =1,2 P . - §é cøng cña lß xo x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: 3 0 4 ' ..8 ..2,0 dn dG ll p l p c lxlx       (3- 18) Trong ®ã: Plx: lùc trªn mét lß xo n p plx  . khi më ly hîp lùc t¸c dông lªn mét lß xo lµ: n p p lx   , , d : lµ ®-êng kÝnh d©y lß xo. c : lµ ®é cøng cña lß xo. n0: sè vßng lµm viÖc cña lß xo. - §-êng kÝnh cña d©y lß xo x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: ].[4,0 . ]..[4,0 . ,, x lx x lx cp d Dp d   (3-19) - chiÒu dµi toµn bé cña lß xo ë tr¹ng th¸i tù do: L = (n0+2).d+ 1 .(n0+1)+ l 1 : khe hë cùc tiÓu cña lß xo khi më ly hîp. - KiÓm tra øng suÊt c¾t cña lß xo : ][ . ...8 3     d KDplx (3- 20) K lµ hÖ sè tËp trung øng suÊt : K= CC C 615,0 4.4 1.4    mµ C = d D HoÆc cã thÓ chän K theo b¶ng sau : d D = 7 6 5 4 3 K = 1,2 1,25 1,3 1,4 1,6 3.2.4.4. Lß xo gi¶m chÊn. §-îc ®Æt ë ®Üa bÞ ®éng ®Ó tr¸nh céng h-ëng ë tÇn sè cao cña dao ®éng xo¾n. M« men cùc ®¹i Ðp lß xo gi¶m chÊn tÝnh theo c«ng thøc: gh bb e iii rG M .. .. 10 max   (KG.cm) (3- 21) 79 Trong ®ã: Gb: träng l-îng b¸m cña b¸nh xe.  : hÖ sè b¸m cña mÆt ®-êng . i0: tû sè truyÒn lùc chÝnh. ih1: tû sè truyÒn cña hép sè ë cÊp sè mét. rb: b¸n kÝnh b¸nh xe. - M« men quay mµ gi¶m chÊn cã thÓ truyÒn ®-îc b»ng tæng m« men quay cña c¸c lùc lß xo gi¶m chÊn vµ m« men ma s¸t. Mmax=M1+M2= p1.R1.Z1+p2.R2.Z2 Trong ®ã : M1vµ M2: lµ m« men quay cña lß xo gi¶m chÊn dïng ®Ó dËp t¾t dao ®éng céng h-ëng tÇn sè cao vµ tÇn sè thÊp. P1: lùc Ðp cña lß xo gi¶m chÊn. Z1: sè l-îng lß xo gi¶m chÊn ®Æt trªn moay ¬. P2: lùc t¸c dông trªn vßng ma s¸t. Z2: sè l-îng vßng ma s¸t. R2: b¸n kÝnh trung b×nh ®Æt c¸c vßng ma s¸t. - øng suÊt xo¾n cña lß xo x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: ][ . ...8 3, , 1     d KDp (3- 22) Trong ®ã : D’:lµ ®­êng kÝnh trung b×nh cña lß xo. d’:®­êng kÝnh d©y lß xo. P1 : lùc cùc ®¹i t¸c dông lªn lß xo gi¶m chÊn. 3.2.4.5. Trôc ly hîp. Trôc ly hîp cña « t« còng chÝnh lµ trôc s¬ cÊp cña hép sè. Lùc t¸c dông lªn trôc ly hîp gåm lùc vßng, lùc h-íng kÝnh, lùc chiÒu trôc. Ngoµi ra trôc cßn chÞu m« men xo¾n ë vÞ trÝ l¾p then hoa víi ®Üa bÞ ®éng. - øng suÊt tæng hîp: ][ .1,0 3 22 th xu th d MM     (3- 23) Trong ®ã: d: ®-êng kÝnh trôc t¹i tiÕt diÖn ®ang tÝnh. th : øng suÊt xo¾n tæng hîp t¹i tiÕt diÖn ®ang tÝnh. Mu: m« men uèn t¸c dông lªn trôc. Mx: m« men xo¾n t¸c dông lªn trôc. 80 3.3. TÝnh to¸n thiÕt kÕ hép sè cã cÊp 3.3.1. S¬ ®å cÊu tróc vµ t¶i träng tÝnh to¸n : - S¬ ®å cÊu tróc cña hép sè 3 trôc víi 5 sè tiÕn nh- sau : H×nh 3.8. S¬ ®å cÊu tróc hép sè - T¶i träng tÝnh to¸n : Khi tÝnh to¸n c¸c chi tiÕt và bé phËn chÝnh cña hép sè, m«men tÝnh to¸n th-êng chän tõ m«men lín nhÊt cña ®éng c¬. hkhket iMM ..max (3- 24) Víi: Mt m« men tÝnh to¸n chi tiÕt thø k. maxeM m« men lín nhÊt ®éng c¬. ihk – tû sè truyÒn cña hép sè tÝnh tõ trôc s¬ cÊp ®Õn chi tiÕt thø k ®ang tÝnh. hk - tû sè truyÒn lùc tõ trôc s¬ cÊp ®Õn chi tiÕt thø k ®ang tÝnh. Tr-êng hîp, nÕu m« men tÝnh tõ ®éng c¬ lín h¬n m« men tÝnh tõ ®iÒu kiÖn b¸m th× m« men tÝnh to¸n xÏ ®-¬c chän theo ®iÒu kiÖn bÒn và ®-îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: hkcphk bx t iiii rG M   .... .. 0 max  (3- 25) Víi: G –Träng l-îng b¸m cu¶ « t« (träng l-îng ph©n bè lªn cÇu chñ ®éng)  max – hÖ sè b¸m lín nhÊt cña lèp xe víi mÆt ®-êng, chän max= 0,7- 0,8 rbx – b¸n kÝnh tÝnh to¸n cña b¸nh xe chñ ®éng §èi víi « t« và m¸y kÐo b¸n kÝnh rbx = re re – b¸n kinh hép ph©n phèi, truyÒn lùc chÝnh và truyÒn l-c cuèi. rs – b¸n kÝnh b¸nh sao. ihk – tû sè truyÒn hép sè tÝnh tõ chi tiÕt thø k ®ang tÝnh ®Õn trôc thø cÊp hép sè. ip, io, ic – tû sè truyªn cña cuèi cïng). 81 3.3.2. X¸c ®Þnh c¸c kÝch th-íc c¬ b¶n vµ thiÕt kÕ chi tiÕt. 3.3.2.1. Chän tû sè truyÒn. Tû sè truyÒn cña hép sè « t« x¸c ®Þnh b»ng tÝnh to¸n lùc kÐo. + Tû sè truyÒn ë tay sè I x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : tle bx h iM rG i   .. .. 0max max 1  ( 3- 26) Trong ®ã : max lµ hÖ sè c¶n chuyÓn ®éng lín. G lµ träng l-îng toµn bé cña « t«. rbx lµ b¸n kÝnh l¨n cña b¸nh xe cã tÝnh ®Õn sù biÕn d¹ng cña lèp, m. Memax M« men cùc ®¹i cña ®éng c¬. i0 lµ tû sè truyÒn cña truyÒn lùc chÝnh. tl lµ hiÖu suÊt cña truyÒn lùc. Tû sè truyÒn cña truyÒn lùc chÝnh. 65,2 .0 bxri  (3- 27) ë ®©y :  hÖ sè vßng quay cña ®éng c¬. §èi víi « t« du lÞch 4030 §èi víi « t« vËn t¶i 5040 + ë hép sè 3 cÊp víi sè III lµ sè truyÒn th¼ng : ih3 = 1 ; ih2 = 1hi + ë hép sè 4 cÊp víi sè IV lµ sè truyÒn th¼ng : ih4 = 1 ; 3 13 hh ii  ; 3 2 12 hh ii  + ë hép sè 5 cÊp víi sè V lµ sè truyÒn th¼ng 15 hi ; 4 14 hh ii  ; 4 2 13 hh ii  ; 4 3 12 hh ii  3.3.2.2. Chän kho¶ng c¸ch trôc (A). §èi víi hép sè cã trôc cè ®Þch kho¶ng c¸ch trôc A x¸c ®Þnh theo c«ng thøc kinh nghiÖm: 82 3 max. eMaA  (3-28) Trong ®ã: Memax – m« men xo¾n cùc ®¹i ®éng c¬, Nm. a - hÖ sè kinh nghiÖm chän: 3.3.2.3. Chän m« ®un ph¸p tuyÕn cña c¸c b¸nh r¨ng hép sè mn. ViÖc chän m« ®un r¨ng cßn thèng nhÊt ®èi víi c¸c b¸nh r¨ng trong cïng hép sè ®Ó ®¬n gi¶n c«ng nghÖ chÕ t¹o và söa ch÷a. §Ó gi¶m träng l-îng hép sè khi cã cïng kho¶ng c¸ch trôc, nªn t¨ng m« ®un và gi¶m chiÒu réng vành r¨ng. M« ®un ph¸p tuyÕn cña vành r¨ng cã thÓ chän theo tiªu chuÈn hoÆc theo b¶ng. B¶ng. M« ®un ph¸p tuyÕn mn c¸c b¸nh r¨ng hép « t« theo m« ®un ®éng c¬. M« men xo¾n lín nhÊt cña ®éng c¬ Memax, Nm M« ®un ph¸p tuyÕn cña b¸nh r¨ng hép sè mn, mm 50 - 100 100 - 200 200 - 400 400 - 800 800 – 1000 2,25 - 2,50 2,75 - 3,00 3,00 - 3,75 3,75 - 4,50 4,50 - 6,00 + HoÆc cã thÓ chän theo c«ng thøc sau: )1.( cos..2   iz A m a  (3- 29) Trong ®ã : az - lµ sè r¨ng cña b¸nh r¨ng chñ ®éng. i - lµ tû sè truyÒn cña cÆp b¸nh r¨ng tÝnh to¸n.  - lµ gãc nghiªng cña r¨ng. Trong tr-êng hîp nµy sè b¸nh r¨ng chñ ®éng za trong cÆp b¸nh r¨ng lu«n lu«n ¨n khíp ®-îc chän theo ®iÒu kiÖn kh«ng bÞ c¾t ®Ønh víi sè r¨ng tõ 17 trë lªn, ®èi víi r¨ng kh«ng dÞch chØnh là tõ 14 r¨ng trë lªn ®èi víi r¨ng cã dÞch chØnh. 3.3.2.4. Chän sè r¨ng cña b¸nh r¨ng. Sau khi biÕt A, mn và za cã thÓ x¸c ®Þnh tû sè truyÒn cña cÆp b¸nh r¨ng lu«n lu«n ¨n khíp theo c«ng thøc 83 1 cos2    zm A i n a (3-30) Trong ®ã: ia – tû sè truyÒn cña cÆp b¸nh r¨ng lu«n ¨n khíp, ®èi víi c¸c hép sè « t« hiÖn nay th-êng cã gi¸ trÞ ia = 1,6 - 2,5.  – gãc nghiªng r¨ng cña c¨p b¸nh r¨ng lu«n ¨n khíp, gãc ®-¬c gäi là gãc trung b×nh: §èi vãi « t« du lÞch  = 30 - 45 0 §èi víi « t« vËn t¶i  = 20 - 30 0 Sè r¨ng z’a b¸nh r¨ng bÞ ®éng cña cÆp b¸nh r¨ng lu«n ¨n khíp x¸c ®Þnh theo : z’a = za.i® (3-31) TrÞ sè z’a ®-îc quy trßn sau ®ã tÝnh chÝnh x¸c l¹i tû sè truyÒn ia và kho¼ng c¸ch gi÷a c¸c trôc trong hép sè: A=     cos2 1. cos2 )( ' izmzzm nn   (3-32) Tû sè truyÒn ë c¸c c¨p b¸nh r¨ng ¬ sè truyÒn 1, 2, 3, 4 và sè lïi sè là: a h i i i 11  ; a h i i i 22  ; a h i i i 33  ; a h i i i 44  a R l i i i  (3 -33) BiÕt ®-îc tû s¬ truyÒn i1, i2 cã thÓ x¸c ®Þnh sè r¨ng cña c¸c b¸nh r¨ng trªn trôc trung gian víi gi¶ thiÕt là chóng cã m« ®un và gãc nghiªng cña r¨ng nh- nhau:  1 1 1 cos.2 im A z n     ;  2 2 1 cos.2 im A z n     ;  3 3 1 cos.2 im A z n     ;  4 4 1 cos.2 im A z n     ; (3- 34) Víi z1, z2, z3, z4,..- sè r¨ng cña c¸c b¸nh r¨ng chñ ®éng t-¬ng øng víi sè truyÒn 1, 2, 3, 4, trªn trôc trung gian. Sè r¨ng z1, z2, z3, z4,..®-îc quy trßn sè nguyªn, sau ®ã tÝnh r¨ng cña c¸c b¸nh r¨ng ¨n khíp víi chóng: 11 ' 1 .ziz  ; 22 ' 2 .ziz  ; 33 ' 3 .ziz  ; 44 ' 4 .ziz  ; Trong ®ã '1z , ' 2z , ' 3z , ' 4z , sè r¨ng cña c¸c b¸nh r¨ng bÞ ®éng t-¬ng øng víi sè truyÒn 1, 2, 3, 4, trªn trôc thø cÊp cña hép sè. Sè r¨ng '1z , ' 2z , ' 3z , ' 4z , còng ®-îc quy trßn và tÝnh l¹i chÝnh x¸c tû sè truyÒn i1, i2 84 3.3.3. ThiÕt kÕ dÉn ®éng sè : C¬ cÊu gµi sè cña hép sè gióp di chuyÓn c¸c b¸nh r¨ng cña hép sè hoÆc di chuyÓn bé ®ång tèc khi gµi sè hoÆc nh¶ sè. C¬ cÊu sang sè cña hép sè gåm: cÇn sè, èng tr-ît, cµng sang sè, lß xo ®Þnh vÞ, chèt h·m vµ kho¸ b¶o hiÓm sè lïi. CÇn sè trªn lµm nhá vµ to dÇn ë ®Çu d-íi theo d¹ng h×nh cÇu l¾p qua lç ë hép sè. §Ó tr¸nh cÇn sè xoay lung tung khi sang sè nªn ë cÇn sè ta cã bè trÝ chèt h·m. ë n¾p hép sè ta khoan c¸c lç ®Ó l¾p èng tr-ît, trªn èng tr-ît ta l¾p cµng sang sè vµ ®Çu g¹t sè. §Çu d-íi cÇn sè c¾m vµo lç khuyÕt ë ®Çu g¹t sè. Cµng sang sè cã thÓ di ®éng trong r·nh lâm cña c¸c b¸nh r¨ng di ®éng vµ bé ®ång tèc. Muèn sang sè, ta ®Èy ®Çu cuèi trªn cÇn sè vµo vÞ trÝ nhÊt ®Þnh, ®Çu cuèi d-íi cÇn sè qua ®Çu g¹t di chuyÓn èng tr-ît cïng víi cµng sang sè vµ b¸nh r¨ng gµi sè vµo sè cÇn thiÕt. §Ó gi÷ c¸c b¸nh r¨ng cña hép sè ë ®óng vÞ trÝ gµi sè hay vÞ trÝ trung gian ë cÇn sè cã l¾p kho¸ h·m. Khãa h·m gåm cã hßn bi víi lß xo n»m trong r·nh ë n¾p hép sè. Trªn con tr-ît cã nhiÒu lç khuyÕt, sè l-îng lç khuyÕt ®ã t-¬ng øng víi sè l-îng sè cÇn gµi bëi èng tr-ît vµ cã mét r·nh dµnh cho vÞ trÝ trung gian. ë vÞ trÝ gµi sè hay vÞ trÝ trung gian, d-íi t¸c ®éng cña lß xo, hßn bi di chuyÓn vµo chç lâm vµ h·m èng tr-ît ë vÞ trÝ nhÊt ®Þnh. §Ó di chuyÓn èng tr-ît khi sang sè cÇn ph¶i cã mét lùc ®ñ ®Ó kÐo hßn bi ra khái chç lâm. Trong khi sang sè, ®Çu d-íi cÇn sè cã thÓ l¾p vµo chç nèi cña hai ®Çu g¹t sè, do ®ã sÏ di chuyÓn hai èng tr-ît cïng mét lóc, vµ nh- vËy sÏ gµi 2 sè mét lóc. §Ó ng¨n ngõa viÖc gµi hai sè cïng mét lóc cã thÓ lµm g·y r¨ng ta cã bè trÝ c¸c chèt h·m. Chèt h·m chÕ t¹o theo d¹ng h×nh trßn hoÆc thái dµi, l¾p vµo trong r·nh ë gi÷a c¸c èng tr-ît. ë c¸c èng tr-ît cã khoan c¸c chç lâm ®èi diÖn víi r·nh cña chèt h·m khi chóng ë vÞ trÝ t-¬ng øng víi vÞ trÝ trung gian. ChiÒu dµi th©n c¸i h·m hoÆc tæng sè ®-êng kÝnh cña hai hßn bi b»ng kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c èng tr-ît céng víi mét chç lâm. ViÖc di chuyÓn mét trong c¸c èng tr-ît kh«ng thÓ thùc hiÖn ®-îc chõng nµo mét phÇn hßn bi hay ®Çu cuèi cña th©n kho¸ h·m ch-a n»m gän vµo lç lâm cña èng tr-ît bªn c¹nh vµ ch-a ®-îc h·m l¹i. §Ó ng¨n ngõa t×nh tr¹ng vµo nhÇm sè lïi khi ®ang ®i sè tiÕn, ë cÇn sè ta cã l¾p kho¸ b¶o hiÓm sè lïi, kho¸ b¶o hiÓm gåm cã piston víi lß xo l¾p ë ®Çu g¹t sè. Khi muèn sang sè lïi ta cÇn dïng mét lùc lín ®Ó ®Èy cÇn sè. 3.3.4. TÝnh bÒn c¸c chi tiÕt cña hép sè vµ dÉn ®éng sè . 3.3.4.1. TÝnh to¸n b¸nh r¨ng hép sè. a. TÝnh bÒn b¸nh r¨ng theo øng suÊt uèn. øng suÊt uèn ®-îc x¸c ®Þnh: 85  u ntb gctpcmsdu Kmb P KKKKK    .... ..... (3- 35) Víi : P – lùc vßng t¸c dông lªn chi tiÕt ®ang tÝnh (MN); Lùc vßng t¸c dông lªn b¸nh r¨ng t¹i vÞ trÝ ¨n khíp: s tt mz M r M P . 2 0  (3- 36) ro – b¸n kÝnh vßng trßn chia. z – sè r¨ng cña b¸nh r¨ng cÇn tÝnh. ms - lµ m« ®un mÆt cÇu . b – chiÒu réng làm viÖc cña vành r¨ng (m); mntb – m« ®un ph¸p tuyÕn ë tiªt diÖn trung b×nh (m). HÖ sè d¹ng r¨ng (y) ®-îc chän phô thuéc hÖ sè dÞch chØnh cña r¨ng. §èi víi b¸nh r¨ng kh«ng ®iÒu chØnh cã thÓ chän sè liÖu ë b¶ng IV-2 s¸ch TKTT- « t« m¸y kÐo cña (NguyÔn H÷u CÈn – Phan §×nh Phïng). Kd – hÖ sè t¶i träng ®éng bªn ngoài: §èi víi « t« vËn t¶i: Kd = 2,0 - 2,5 §èi víi « t« con: Kd = 1,5 - 2,0 §èi víi « t« vËn t¶i cã tÝnh c¬ ®éng cao: Kd = 2,5 - 3,0 §èi víi « t« m¸y kÐo: Kd = 4,0 - 4,0 Kms – hÖ sè tÝnh ®Õn ma s¸t: §èi víi b¸nh r¨ng chñ ®éng: Kms=1,1 §èi víi b¸nh r¨ng bÞ ®éng: Kms=0,9 Kc – hÖ sè tÝnh ®Õn ®é cøng v÷ng cña trôc §èi víi b¸nh r¨ng c«ng-x«n á trôc s¬ cÊp: Kc=1,2 §èi víi b¸nh r¨ng tr-ît ë trôc thø cÊp: Kc=1,1 §èi víi b¸nh r¨ng lu«n ¨n khíp khi trôc cã ®é cøng b×nh th-êng: Kc=1 Ktp – hÖ sè tÝnh ®Õn t¶i träng ®éng phô do sai sè c¸c b-íc r¨ng khi gia c«ng g©y nªn Ktb = 1,1- 1,3 (trÞ sè nhá dïng cho sè truyÒn thÊp). Kgc – hÖ sè tÝnh ®Õn øng suÊt tËp trung ë c¸c gãc l-în. NÕu gãc l-în ®-îc mài: Kgc=1 NÕu gãc l-în kh«ng ®-îc mài: Kgc=1,1 K  – hÖ sè tÝnh ®Õn ¶nh h-ëng cña ®é trïng khíp ®èi víi søc bÒn cña r¨ng. §èi víi r¨ng th¼ng K  = 1. b. TÝnh bÒn b¸nh r¨ng theo øng suÊt tiÕp xóc. 86 C¸c b¸nh r¨ng ®-îc tÝnh bªn tiÕp xóc theo chÕ ®é t¶i träng lín nhÊt. §èi víi cÆp b¸nh r¨ng chÕ t¹o cïng mét vËt liÖu, øng suÊt tiÕp xóc tÝnh theo c«ng thøc t-¬ng øng víi chÕ ®é t¶i träng: §èi víi « t« lÊy b»ng 0,5Mt.  txtx rrb PE          21 11 cos.sin'. cos.418,0 (3 -37) Víi:  – gãc nghiªng ®-êng r¨ng. P – lùc vßng, MN. E – m« ®un ®àn håi, ®èi víi thÐp: E=(0,2 - 0,22) MN/m2 b’ – chiÒu dài tiÕp xóc r¨ng, m .  – lµ gãc ¨n khíp. r1; r2 – b¸n kÝnh vßng l¨n cña b¸nh r¨ng chñ ®éng và b¸nh r¨ng bÞ ®éng, m. DÊu (+): §èi víi c¨p b¸nh r¨ng ¨n khíp ngoài. DÊu (-): §èi víi cÆp b¸nh r¨ng ¨n khíp trong. 3.3.4.2. Chon s¬ bé c¸c kÝch th-íc c¸c trôc hép sè. §-êng kÝnh trôc hép sè ®-îc x¸c ®Þnh s¬ bé theo kinh nghiÖm nh- sau: - Trôc s¬ cÊp: d1  10,6. 3 maxeM , mm (3 -38) Víi Mem· là m« ®un xo¾n lín nhÊt cña ®éng c¬, Nm - Trôc trung gian d2 = 0,45.A ; 2 2 l d = 0,16 – 0,18 (3 -39) Víi : d 2, l2 lµ ®-êng kÝnh vµ chiÒu dµi trôc trung gian (mm) Víi A là kho¶ng c¸ch trôc, mm - Trôc thø cÊp d3=0,45.A ; 3 3 l d = 0,16 – 0,18 (3- 40) Víi : d 3, l3 lµ ®-êng kÝnh vµ chiÒu dµi trôc thø cÊp (mm) Víi A là kho¶ng c¸ch trôc, mm. 3.3.4.3. TÝnh to¸n c¸c trôc tr-ît sè cña hép sè. Sau khi chän s¬ bé ®-êng kÝnh, chiÒu dài và vÏ s¬ ®å, trôc hép sè ph¶i ®-îc tÝnh to¸n theo: uèn, xo¾n. + X¸c ®Þnh c¸c lùc t¸c dông tõ b¸nh r¨ng lªn trôc ë c¸c sè truyÒn. Trong tr-êng hîp chung th× lùc t¸c dông lªn trôc gåm nh÷ng lùc sau: 87 P= 0r M t ; R=P   cos 0tg ; Q=P.tg  (3- 41) Víi : P – lùc vßng, N; R – lùc h-íng kÝnh, N; Q – lùc chiÕu trôc, N. Mt – m«men tÝnh to¸n, Nm. ro – b¸n kÝnh vßng trßn chia, m. 0 – gãc ¨n khíp ë tiÕt diÖn ph¸p tuyÕn.  – gãc nghiªng ®-êng r¨ng. + X¸c ®Þnh ph¶n lùc t¹i æ ®ì, x©y dùng c¸c biÓu ®å m« men uèn và xo¾n. H×nh3.9. S¬ ®å lùc t¸c dông lªn trôc hép sè + TÝnh øng suÊt uèn vµ xo¾n tæng hîp t¹i tiÕt diÖn cÇn tÝnh:       2 22 .1,0 d MM xu (3- 42) Víi d là ®-êng kÝnh trôc tíi tiÕt diÖn cÇn tÝnh, mm §èi víi trôc then hoa d là ®-¬ng kÝnh trong cña then hoa.   - øng suÊt tæng hîp cho phÐp, cã thÓ chän:   =(50 – 70) MN/m 2 3.3.4.4. Chän æ bi ®ì trôc hép sè. 88 H×nh 3.10. S¬ ®å lùc t¸c dông lªn æ bi h-íng kÝnh Trôc æ bi ®ì hép sè ®-îc chän theo hÖ sè kh¼ n¨ng làm viÖc. Víi c¸c æ bi h-íng kÝnh và æ ®ì chÆn h-íng kÝnh, hÖ sè kh¼ n¨ng làm viÖc cña chóng ®-îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: C=Rt®(n.h) 0,3.Kk.K®.Kt (3- 43) Trong ®ã: C – hÖ sè kh¼ n¨ng làm viÖc cña æ bi. n – sè vßng quay tÝnh to¸n cña trôc mà trªn ®ã l¾p æ bi. Sè vßng quay n ®-îc x¸c ®Þnh cho xe du lÞch khi ch¹y víi vËn tèc 50km/h và xe t¶i víi vËn tèc 30km/h. Kk – hÖ sè phô thuéc vào vßng trong hay vßng ngoài cña æ bi quay. Khi vßng trong quay, chän Kk = 1,0; khi vßng quay ngoài, chän Kk =1,1, æ bi kh¸c chän Kk = 1,35. K® – hÖ sè tÝnh ®Õn t¶i träng ®éng t¸c dông lªn æ bi, chän nh- sau: + Kh«ng cã va ®Ëp: K® = 1 + Va ®Ëp nhÑ: K® = 1,2 + Va ®Ëp m¹nh: K® = 1,5 Kt – hÖ sè tÝnh ®Õn ¶nh h-ëng cña chÕ ®é nhiÖt ®Õ ®é bÒn l©u cña æ bi, cã thÓ lÊy Kt=1 h- thêi gian làm viÖc cña æ bi tÝnh theo giê. h= tbV S Víi : Vtb – vËn tèc trung b×nh cña « t« (km/h). ¤ t« du lÞch chän là 50km/h; « t« vËn t¶i; là 30km/h. S- qu·ng ®-êng ch¹y cña « t« gi÷a hai kú ®¹i tu, chän: ¤ t« du lÞch: S=100000 km ¤ t« vËn t¶i S=160000 km ¤ t« chë kh¸ch S=200000 km. Rt® – t¶i träng t-¬ng ®-¬ng t¸c dông lªn æ bi: 89 Rtd= 33,3 33,333,3 222 33,3 111 ......... qnnnqq RRR  (3- 44)  - hÖ sè thêi gian lµm viÖc cña æ bi ë c¸c tû sè truyÒn ®· cho R – Lùc h-íng kÝnh quy dÉn t¸c dông lªn æ l¨n t¸c dông ë c¸c tû sè truyÒn ®-îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: Rqn=R + m.(Q- S1 +S2) (3- 45) Trong ®ã: R lµ lùc h-íng kÝnh t¸c dông lªn æ l¨n. m lµ hÖ sè quy dÉn lùc chiÕu trôc vÒ lùc h-íng kÝnh. S1, S2 lµ lùc chiÕu trôc sinh ra bëi t¸c dông cña lùc h-íng kÝnh æ thø nhÊt vµ æ thø hai. S1 = 1,3.R1.tg1 ; S2 = 1,3.R2.tg2 (3- 46) R1, R2 lµ lùc h-íng kÝnh t¸c dông lªn æ l¨n thø nhÊt vµ thø hai. 1, 2 gãc t¸c dông cña lùc tæng hëp R01, R02 lªn æ bi. Sau khi x¸c ®Þnh ®-îc c¸c hÖ sè kh¼ n¨ng làm viÖc cña æ bi, chän æ bi thÝch hîp tháa m·n ®iÒu kiÖn C<Cb. Víi Cb – hÖ sè kh¼ n¨ng làm viÖc cña æ bi. 3.4. TÝnh to¸n thiÕt kÕ CÇu «t« 3.4.1. CÇu chñ ®éng : 3.4.1.1. S¬ ®å cÊu tróc vµ t¶i träng tÝnh to¸n . - S¬ ®å cÊu tróc : H×nh 3.11. S¬ ®å cÊu tróc cÇu chñ ®éng - T¶i träng tÝnh to¸n : §èi víi « t« cã c«ng thøc b¸nh xe 4 x 2 t¶i träng tÝnh to¸n x¸c ®Þnh theo m« men cùc ®¹i cña ®éng c¬ khi xe chuyÓn ®éng ë sè truyÒn 1: Mtt = Me max .ih1 (3-47) 90 Gi¸ trÞ m« men này cßn bÞ h¹n chÕ bëi m«men b¸m: Mtt oc bx ii rG    2max  (3-48) Víi : Mtt – lµ t¶i träng tÝnh to¸n. G 2 - lµ träng l-îng ph©n lªn cÇu chñ ®éng. rbx - lµ b¸n kÝnh tÝnh to¸n cña b¸nh xe. ic - lµ tû sè truyÒn lùc c¹nh. io - lµ tû sè truyÒn lùc chÝnh.  max - lµ hÖ sè b¸m (th-êng chän ®Ó tÝnh  max = 0,8). M« men tÝnh to¸n ®-îc chän gi¸ trÞ nhá nhÊt tõ kÕt qu¶ tÝnh theo hai c«ng thøc ë trªn. 3.4.1.2. TÝnh bÒn c¸c chi tiÕt cña truyÒn lùc chÝnh vµ bé vi sai . a. X¸c ®Þnh c¸c lùc t¸c dông lªn cÆp b¸nh r¨ng c«n xo¾n. H×nh 3.12. S¬ ®å lùc t¸c dông trªn bé truyÒn banh r¨ng c«n xo¾n. 91 C¸c s¬ ®å lùc t¸c dông lªn b¸nh r¨ng c«n xo¾n ®-îc m« t¶ trªn h×nh 3.12 ë trªn. Trªn h×nh 3.12 mÆt (MM) tiÕp xóc víi h×nh nãn c¬ së, AB lµ giao tuyÕn chung cña (MM) vµ nãn c¬ së. Lùc vßng P n»m trong mÆt ph¼ng (MM). Lùc tæng hîp 2 n»m trªn mÆt ph¨ng vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng (MM) vµ nghiªng ®èi víi mp (MM) mét gãc  . Lùc 2 thõa nhËn ®Æt t¹i b¸n kÝnh trung b×nh xr cña b¸nh r¨ng, mµ sin 2 1 b rrx  , 1r lµ b¸n kÝnh vßng trßn c¬ së ë ®¸y r¨ng, b lµ chiÒu dµi cña r¨ng hay bÒ réng cña b¸nh r¨ng. Ta ph©n tÝch lùc 2 ra thµnh c¸c thµnh phÇn lùc sau: - Lùc N vu«ng gãc víi ®-êng sinh AB. - Lùc 1 n»m trªn mÆt ph¼ng (MM). Ta l¹i ph©n tÝch lùc 1 ra lµm hai thµnh phÇn lùc: + Lùc vßng P. + Lùc S n»m song song víi ®-êng sinh AB. Nh- vËy lµ tõ lùc 2 ta ®· ph©n ra thµnh c¸c lùc: N, P, S. ChiÕu c¸c lùc N, P, S lªn hai truc x-x lµ trôc b¸nh r¨ng c«n xo¾n vµ trôc y-y vu«ng gãc víi trôc x-x vµ qua ®iÓm ®Æt lùc 2 . Ta sÏ t×m ®-îc lùc chiÒu trôc Q vµ lùc h-íng kÝnh R t¸c dông lªn cÆp b¸nh r¨ng c«n xo¾n.  cossin SNQx  (3-49)  sincos SNRy  (3-50)    cos 1 Ptg tgPN  PtgS  Thay N vµ S vµo ph-¬ng tr×nh (3-49) vµ (3-50) ta ®-îc: )cos cos sin (    tg tg PQ  (3-51) )sin cos cos (    tg tg PR  (3-52) ChiÒu cña tÊt c¶ c¸c lùc trªn h×nh 3.12 ®Òu t-¬ng øng víi tr-êng hîp chiÒu xo¾n trªn b¸nh r¨ng chñ ®éng lµ xo¾n ph¶i vµ b¸nh r¨ng quay thuËn kim ®ång hå nÕu nh×n tõ ®¸y lín cña r¨ng. NÕu chiÒu xo¾n trªn b¸nh r¨ng chñ ®éng lµ xo¾n tr¸i vµ b¸nh r¨ng quay thuËn kim ®ång hå hoÆc chiÒu xo¾n trªn b¸nh r¨ng chñ ®éng lµ xo¾n ph¶i vµ b¸nh r¨ng quay ng-îc chiÒu kim ®ång hå th× lùc Q vµ R lµ: )cos cos sin (    tg tg PQ  (3-53) )sin cos cos (    tg tg PR  (3-54) 92 Th-êng hiÖn nay trªn c¸c «t« ng-êi ta lµm b¸nh r¨ng chñ ®éng cã chiÒu xo¾n tr¸i vµ quay thuËn chiÒu kim ®ång hå (khi chuyÓn ®éng tiÕn). Lµm nh- vËy lùc chiÒu trôc Q h-íng vÒ ®¸y lín cña b¸nh r¨ng chñ ®éng vµ ®Èy xa hai b¸nh r¨ng lµm cho hai b¸nh r¨ng khi lµm viÖc sÏ kh«ng bÞ kÑt. Lùc vßng P ®-îc tÝnh nh- sau: x he r iM P 1max (3-55) §Ó gi¶m lùc chiÒu trôc gãc  ®èi víi «t« t¶i th-êng lÊy kh«ng lín h¬n 035 cßn ®èi víi «t« du lÞch cã thÓ lÊy 00 4540  Khi tÝnh to¸n ®-îc c¸c lùc t¸c dông lªn b¸nh r¨ng c«n xo¾n (cã hai ®-êng trôc gÆp nhau ë mét ®iÓm) th× lùc chiÕu trôc cña b¸nh r¨ng nµy lµ lùc h-íng kÝnh cña b¸nh r¨ng kia vµ ng-îc l¹i. b. X¸c ®Þnh lùc t¸c dông lªn cÆp b¸nh r¨ng cña bé truyÒn hyp«Ýt. §èi víi b¸nh r¨ng chñ ®éng ta cã: - Lùc vßng: x tt r M 1 (3-56) Trong ®ã : rx - lµ b¸n kÝnh trung b×nh cña b¸nh r¨ng: sin 2 1 b rrx  Víi: 1r - lµ b¸n kÝnh vßng trßn c¬ së ë ®¸y r¨ng. b - lµ chiÒu dµi cña r¨ng hay bÒ réng cña b¸nh r¨ng. - Lùc chiÒu trôc: )cossinsin( cos 111 1 1 1      tgQ (3-57) - Lùc h-íng kÝnh x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:  111 1 1 1 sinsincos cos      tgR (3-58) §èi víi b¸nh r¨ng bÞ ®éng ta cã: - Lùc vßng: 1 2 12 cos cos    (3-59) - Lùc chiÒu trôc: 93 )cossinsin( cos 222 1 1 2      tgQ (3-60) - Lùc h-íng kÝnh x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:  222 1 1 2 sinsincos cos      tgR (3-61) Víi :  - lµ gãc ¨n khíp r¨ng. 21, - lÇn l-ît lµ gãc nghiªng r¨ng cña b¸nh r¨ng chñ ®éng vµ bÞ ®éng.  i là nöa gãc ®Ønh nãn; i =1; 2. oi tg 1 1   2 = 90 o –  1 C¸c dÊu (+) vµ (-) trong c¸c c«ng