5
mục lục

Lời nói đầu 7

Ch-ơng 1. Cơ sở thiết kế động cơ đốt trong
9
1.1. Các nguyên tắc chung khi tính toán thiết kế động cơ 9
1.2. Sơ đồ kết cấu động cơ. 10
1.3. Các thông số cơ bản đặc tr-ng cho kết cấu động cơ 12
Ch-ơng 2. Cơ sở tính toán sức bền các chi tiết
của động cơ đốt trong
16
2.1.
ứ
ng suất nhiệt và ứng suất cơ học của các chi tiết động cơ 16
2.2. Trạng thái ứng suất - biến dạng của chi tiết và ph-ơng pháp xác định 16
2.3. Trạng thái nhiệt của động cơ và ph-ơng pháp xác định 20
2.4. Chọn chế độ tính toán 25
2.5. Khái niệm về hệ số an toàn trong tính toán sức bền khi chịu tải trọng
thay đổi. 26
2.6. Đánh giá khả năng làm việc của các chi tiết chịu phụ tải nhiệt của động cơ 32
Ch-ơng 3. Nhóm pít tông 36
3.1. Cơ sở thiết kế pít tông của động cơ. 36
3.2. Kết cấu của pít tông. 53
3.3. Tính toán trạng thái nhiệt của pít tông 76
3.4. Tính toán trạng thái ứng suất-biến dạng của pít tông. 89
3.5. Chốt pít tông 100
3.6. Xéc măng 111
Ch-ơng 4. Thanh truyền 131

8.1. Khái quát 308
8.2. Cơ cấu phối khí dùng xu páp 309
8.3. Các thông số chủ yếu của cơ cấu phối khí dùng xu páp
và động học con đội 350
8.4. Lực tác dụng trong cơ cấu phối khí 374
8.5. Tính toán sức bền các chi tiết chính của cơ cấu phối khí 377
8.6. Một vài đặc điểm của cơ cấu phối khí động cơ hai kỳ
và cơ cấu phối khí dùng van tr-ợt 387
Tài liệu tham khảo
400

9
Ch-ơng 1
Cơ sở thiết kế động cơ đốt trong
1.1. Các nguyên tắc chung khi tính toán thiết kế động cơ
Thiết kế, chế tạo động cơ đốt trong hiện đại là công việc hết sức phức tạp, có
sự tham gia của các nhà khoa học và các chuyên gia thuộc nhiều lĩnh vực khác
nhau. Những tiến bộ khoa học kỹ thuật đòi hỏi các nhà thiết kế phải tạo ra các
động cơ có các thông số kỹ thuật cao, trong số đó tr-ớc hết phải kể đến: tính kinh
tế của nhiên liệu, độ tin cậy, tuổi thọ, vật liệu sử dụng, tính khả thi trong sản xuất
và sự đơn giản trong bảo d-ỡng kỹ thuật. Để tạo ra đ-ợc các động cơ nh- vậy,
trong quá trình thiết kế và chế tạo ng-ời ta đã phải sử dụng nhiều giải pháp kỹ
thuật mới.
Những tiến bộ khoa học kỹ thuật trong ngành chế tạo động cơ đốt

đồ kết cấu động cơ là lựa chọn một số đặc điểm chính, trên cơ sở đó có thể tiến
hành những cải tiến từng phần. Để lựa chọn các đặc điểm đó, cần phải căn cứ vào
công dụng của động cơ. Sự đơn giản về kết cấu là một yêu cầu hết sức quan
trọng, một mặt đảm bảo dễ dàng trong chế tạo và sử dụng, mặt khác có thể nâng
cao đ-ợc độ tin cậy của động cơ.
Các kích th-ớc của động cơ và khối l-ợng của nó phụ thuộc vào sơ đồ bố trí
chung của động cơ, hình dạng kết cấu và các kích th-ớc của vỏ động cơ. Do đó
khi lựa chọn sơ đồ kết cấu tr-ớc hết phải quan tâm đến hình dáng hình học và sau
đó là việc bố trí các chi tiết bên trong không gian của vỏ động cơ cũng nh- bên
ngoài vỏ động cơ.
Một trong các thông số cơ bản xác định hình dáng của động cơ là số xy lanh
và cách bố trí xy lanh. Hình dạng kết cấu động cơ phụ thuộc vào vị trí của các chi
tiết, các cơ cấu và các thiết bị lắp trên động cơ. Sơ đồ bố trí chung động cơ cũng
còn phụ thuộc vào số l-ợng và cách bố trí trục cam (bố trí ở trên hay ở d-ới).
Động cơ một hàng xy lanh là loại động cơ đơn giản về mặt kết cấu và dễ
chế tạo. Ưu điểm này cùng với những kinh nghiệm trong thiết kế chế tạo và sử
dụng khiến cho động cơ một hàng xy lanh thẳng đứng đ-ợc sử dụng rất phổ
biến (hình1.1).
Hình 1.1. Sơ đồ động cơ
một hàng xy lanh thẳng đứng
11

lanh đ-ợc bố trí thành hình chữ X
(hình 1.4)
Những động cơ này có -u
điểm là kích th-ớc chiều dài nhỏ.
Các chi tiết của cơ cấu khuỷu trục
thanh truyền, vỏ động cơ và cơ
cấu phân phối khí th-ờng có kết
cấu rất phức tạp.
Góc giữa các đ-ờng tâm xy lanh
có thể khác nhau, có thể giống nhau
và th-ờng là 45
o
, 60
0
và 120
o
. Với các
động cơ có các xy lanh đ-ợc bố trí
thành hình sao, việc tổ chức làm mát

Hình 1.2.
Sơ đồ động cơ hình chữ V Đặc biệt những động cơ hình sao
có nhiều dãy xy lanh (hình1.6) là loại
động cơ có kích th-ớc và khối l-ợng
nhỏ nh-ng lại có công suất lớn so với
các động cơ một trục khác. Nhằm
mục đích tạo ra các động cơ cao tốc
có công suất lớn, ng-ời ta thiết kế
những động có nhiều trục khuỷu. Sơ
đồ kết cấu của những động cơ này rất
khác nhau. Loại động cơ hai trục
khuỷu có thể dùng sơ đồ hai trục
khuỷu với hai hàng xy lanh bố trí
song song với nhau (dạng hình chữ H,
hình 1.7).
Trong tr-ờng hợp này hai trục
khuỷu sẽ đ-ợc nối với nhau bằng bộ truyền bánh răng.1.3. Các thông số cơ bản đặc tr-ng cho kết cấu
động cơ
Khi thiết kế động cơ, ng-ời thiết kế phải giải quyết hàng loạt vấn đề
phức tạp có liên quan đến các quá trình xảy ra bên trong xy lanh động
13
cơ, trong các hệ thống của chúng cũng nh- bố trí chung động cơ. Ng-ời
thiết kế cũng phải tính đến khả năng và các biện pháp hoàn thịên động
cơ về mặt kết cấu nhằm thoả mãn các yêu cầu hiện đại hoá động cơ
trong t-ơng lai.
Các thông số cơ bản của động cơ là vận tốc trung bình của pít tông V
tb
, tốc
độ quay của trục khuỷu n, tỷ số S/D, áp suất có ích bình quân p
e
, số xy lanh i và
đ-ờng kính xy lanh D. Khi xác định các kích th-ớc của xy lanh thì một vài thông
số trong các thông số kể trên đã đ-ợc chọn tr-ớc. Thông th-ờng có thể chọn tr-ớc
i, p
e
và S/D hoặc i, p
e
và V
tb
. Tổ hợp các thông số trên đặc tr-ng cho động cơ về
mặt kết cấu.
Tốc độ trung bình của pít tông và tốc độ quay của trục
khuỷu:
Một trong những thông số cơ bản phụ thuộc vào kiểu động cơ và công dụng
của nó là tốc độ trung bình của pít tông. Thông số này xác định mức độ cao tốc
của động cơ. Với việc tăng tốc độ trung bình của pít tông sẽ làm tăng phụ tải
nhiệt cho các chi tiết của động cơ (tr-ớc hết là của nhóm pít tông), làm tăng lực
quán tính tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền, làm tăng sự mài mòn của

lanh tỷ lệ thuận với tốc độ quay của trục khuỷu và không phụ thuộc vào
hành trình của pít tông. Đối với động cơ 2 kỳ quét thẳng, khi giảm S/D
sẽ làm giảm chất l-ợng quá trình trao đổi khí.
ở
động cơ hình chữ V, nếu tỷ số S/D lớn sẽ làm cho khoảng cách giữa các
đ-ờng tâm xy lanh tăng lên mà một phần đáng kể thể tích giữa hai hàng xy lanh
sẽ không đ-ợc sử dụng.
ở động cơ hình chữ V với S/D nhỏ, chiều dài nhỏ nhất
của động cơ đ-ợc xác định bằng việc tính toán kích th-ớc của trục khuỷu. Do vậy
việc giảm S/D đặc biệt hợp lý đối với các động cơ hình chữ V và động cơ nhiều
xy lanh. Việc sử dụng kết cấu có tỷ số S/D nhỏ cũng sẽ làm giảm chiều cao và
chiều rộng của động cơ hình chữ V, đặc biệt đối với các động cơ có góc nhị diện
lớn. Vì vậy đối với động cơ có xy lanh đối đỉnh (
=180
0
), hợp lý nhất là dùng S/D
có trị số nhỏ.
Đối với các động cơ đốt cháy c-ỡng bức, vấn đề tạo hỗn hợp đ-ợc giải quyết
dễ dàng hơn, trị số S/D đ-ợc chọn nhỏ hơn so với động cơ diesel. Cũng cần phải
nhớ rằng trị số của lực tác dụng lên các chi tiết của động cơ phụ thuộc chủ yếu
vào đ-ờng kính xy lanh và ít phụ thuộc vào hành trình của pít tông.
á
p suất có ích trung bình
á
p suất có ích trung bình p
e
phụ thuộc vào ph-ơng pháp và chất l-ợng tạo
hỗn hợp, chất l-ợng quá trình cháy và trao đổi khí, hiệu suất cơ khí

m

hợp đặc biệt i = 42
56. Thông th-ờng ở động cơ một hàng xy lanh i = 410, động cơ
hình chữ V i = 4

20. Số xy lanh trong 1 dãy của động cơ hình sao i = 5

9. Sự thay
đổi số xy lanh (khi giữ nguyên công suất động cơ) sẽ ảnh h-ởng đến hiệu suất chỉ
thị và hiệu suất cơ khí của động cơ.
ở những động cơ có nhiều xy lanh, khi tăng
số xy lanh i, kích th-ớc xy lanh sẽ giảm, khối l-ợng của các chi tiết chuyển động
cũng sẽ giảm và cho phép tăng đ-ợc tốc độ quay trục khuỷu mà không v-ợt quá
ứng suất cho phép trong các chi tiết. Khi xác định kích th-ớc xy lanh ng-ời ta sử
dụng các số liệu của các động cơ đã đ-ợc sử dụng và kết quả thực nghiệm trên
động cơ 1 xy lanh.
Khi tăng đ-ờng kính xy lanh sẽ làm tăng hiệu suất có ích do giảm
đ-ợc tổn thất nhiệt cho hệ thống làm mát. Song khi đó sẽ làm tăng ứng suất
nhiệt của pít tông và nắp xy lanh, làm tăng phụ tải lên cơ cấu khuỷu trục
thanh truyền và các ổ trục. Điều này có liên quan đến động cơ làm mát bằng
không khí, ở những động cơ này đ-ờng kính xy lanh th-ờng không đ-ợc v-ợt
quá 150 mm. Đối với động cơ đốt cháy c-ỡng bức, việc tăng đ-ờng kính xy
lanh cũng sẽ không hợp lý xét về nguy cơ cháy kích nổ của động cơ.
Khối l-ợng và kích th-ớc động cơ
Khối l-ợng và kích th-ớc là những thông số quan trọng nhất đặc tr-ng cho chất
l-ợng kết cấu của động cơ. Khi đánh giá so sánh về mặt kết cấu, ng-ời ta hay sử dụng
thông số g
n
là khối l-ợng động cơ tính trên một KW công suất. Trị số g
n
phụ thuộc vào

không đồng đều.
Việc tính toán trong lĩnh vực đàn hồi dẻo, đặc biệt là khi ở nhiệt độ
cao có tính đến nhân tố thời gian là một khối l-ợng công việt rất lớn và đối
với các chi tiết phức tạp hầu nh- không thể thực hiện đ-ợc. Thông th-ờng
việc tính toán trong lĩnh vực đàn hồi chỉ đủ để đánh gía sức bền cho các chi
tiết khi chịu tác dụng của tải trọng cơ học. Tuy nhiên đối với các chi tiết chịu
phụ tải nhiệt, khi phân tích so sánh các ph-ơng án kết cấu khác nhau của chi
tiết cũng có thể sử dụng các kết quả tính toán trong lĩnh vực đàn hồi một
cách có hiệu quả.
Vì vậy tr-ớc hết phải nghiên cứu cơ sở xác định trạng thái ứng suất biến
dạng của các chi tiết trong khuôn khổ bài toán đàn hồi nhiệt.
17
2.2. Trạng thái ứng suất - biến dạng của chi tiết và
ph-ơng pháp xác định
Trạng thái ứng suất biến dạng của một điểm bất kỳ thuộc một vật thể đẳng h-ớng
đ-ợc biểu diễn bằng sáu thành phần ứng suất
xyzyx
,, ụú,úú
zxyz
, ụụ
và các biến dạng
zxyzxyzyx
,,,,, óóóồồồ
. Theo quy luật cặp đôi
yxxy
ụụ
và

x
w
;
y
w
z
v
;
x
v
y
u
zxyzxy































ó
ồ
ồóồ
ồ

;
xz.
zx
zx
2
2
x
2
2
z
2
















ó
ó
ó
ồ






































zyxzyx.
2
xy
zx
yz

xy


xz

z


y


z

dx

dy

dz


x

x

y18
0;X
zyx



(2.3)
;0Z
z
ú
y
ụ
x
ụ
z
yz
xz










trong đó X,Y,Z là lực thể tích, nghĩa là lực tác dụng trên một đơn vị thể tích
của vật thể (ví dụ nh- lực quán tính ly tâm xuất hiện khi quay của trục động cơ
hoặc đĩa rô to của máy nén tua bin khí)
Mối quan hệ giữa biến dạng và ứng suất đ-ợc biểu diễn bằng định
luật Húc tổng quát:





(2.4)



;
ụ
óỏúúỡúồ
G
.T;
E
1
zx
zxTyxzz









trong đó: E, G - mô đun đàn hồi loại 1 và loại 2 của vật liệu chế tạo



úụụ
;
trong đó : X
v
, Y
v
, Z
v
là các thành phần của lực bề mặt, tính trên một đơn vị
diện tích bề mặt vật thể; l, m, n là các cosin chỉ h-ớng bên ngoài vuông góc với
bề mặt giới hạn của vật thể.
Đôi khi các thông số đầu vào có thể không phải là tĩnh mà là điều kiện giới
hạn động. Trong tr-ờng hợp này ng-ời ta phải cho biết chuyển vị của bề mặt giới

19
hạn của vật thể.
Các ph-ơng pháp giải bài toán lý thuyết đàn hồi
Nghiệm t-ơng thích của các ph-ơng trình đã trình bày ở trên đ-ợc giải bằng
nhiều ph-ơng pháp khác nhau. Có thể trong số các ẩn số cơ bản của bài toán chọn
sáu thành phần ứng suất

x
,
y
,
z
,
xy
,
yz

ở


y/.T21G/12YvG
y
G'
T
2
; (2.6)



0ỏỡỡ
ố
ở


z/T21G/12ZwG
z
G'
T
2
;
trong đó:
zyx
ồồồố
;
)
2
G/(1

V
óụóụóụồúồúồú dV 0,5W
zxzxyzyzxyxyzzyyxx




V
-
F
vvv
dFwZuYuX-dVZwYvXu
(2.7)
Trong ph-ơng trình (2.7) tích phân thứ nhất và thứ hai theo thể tích V biểu
diễn thế năng t-ơng ứng với biến dạng của vật thể và lực thể tích, còn tích phân
thứ ba theo bề mặt F là thế năng của các lực bề mặt.
ở
các điều kiện biên tĩnh
hoặc động đã cho (ngoại lực, các điều kiện liên kết), các thành phần u, v, w của
véc tơ chuyển vị giống nh- ở trạng thái cân bằng của vật thể, thế năng của vật thể
là không đổi, nghĩa là

W = 0.
Rõ ràng là trị số tĩnh của phiến hàm ở trạng thái cân bằng sẽ có giá trị nhỏ
nhất. Tính chất này đ-ợc sử dụng để xác định trị số của hàm {f}, nghĩa là giải bài
toán để xác định trạng thái ứng suất-biến dạng của chi tiết.
2.3. Trạng thái nhiệt của động cơ và ph-ơng pháp xác định
Các chi tiết chịu phụ tải nhiệt của động cơ th-ờng là những chi tiết
có hình dạng kết cấu phức tạp và giữa các phần của chúng lại có sự tác
dụng t-ơng hỗ về nhiệt, về lực và về động học với nhau.

Q- l-ợng nhiệt truyền cho chi tiết trong một đơn vị thể tích và một

21
đơn vị thời gian từ nguồn nhiệt.
Để giải ph-ơng trình (2.8) ng-ời ta sử dụng điều kiện ban đầu và các điều
kiện biên. Theo điều kiện ban đầu, ng-ời ta cho quy luật phân bố nhiệt độ ở thời
điểm ban đầu

= 0 ở dạng:
T
H
= T(x, y, z, 0) (2.9)
Sự thay đổi của nhiệt độ có đặc tính dao động chỉ xảy ra trên các lớp bề mặt
của vật liệu chế tạo chi tiết. Do đó, khi xác định trạng thái nhiệt của các chi tiết
chịu phụ tải nhiệt ở các chế độ làm việc ổn định, vế phải của ph-ơng trình (2.8)
bằng 0 và ng-ời ta sử dụng ph-ơng trình dẫn nhiệt ổn định.

0
Q
T
2

ở
(2.10)
Khi giải bài toán trao đổi nhiệt bên trong xy lanh động cơ ng-ời ta th-ờng
thay thế chế độ trao đổi nhiệt không ổn định có chu kỳ của quá trình thực bằng
một số điều kiện ổn định. Các thông số đặc tr-ng cho các điều kiện này đ-ợc suy
ra từ điều kiện cân bằng dòng nhiệt cục bộ không ổn định theo thời gian trong
quá trình thực và dòng nhiệt cục bộ trong quá trình giả thiết. Các điều kiện biên
cơ bản biểu diễn sự t-ơng tác về nhiệt của bề mặt chi tiết và môi tr-ờng xung


ở
(2.12)
trong đó n là pháp tuyến ngoài tới bề mặt của vật thể tại điểm có các toạ
độ x, y, z
Điều kiện biên loại 3: Nhiệt độ của môi tr-ờng xung quanh T
cp
và quy luật
trao đổi nhiệt giữa môi tr-ờng và bề mặt F hoặc một phần bề mặt F
3
:


n
z
y,
x,
T



-
=

(T-T
cp
) (2-13)
trong đó

là hệ số truyền nhiệt đến bề mặt chi tiết.

t-ơng đ-ơng với bài toán xác định hàm số T, đảm bảo tính ổn định của phiến hàm
t-ơng ứng có quan hệ với ph-ơng trình (2.8) với các điều kiện đơn trị có dạng : dFT-TTdFq
dV
T
cQT
z
T
y
T
x
T
2
T
2
cp0
2
2
2






























32
FF
V
2
ụ
ủ

ở
ệ


t-ơng ứng với các bề mặt Z= 0,5t, Z= -0,5t và bề mặt đ-ờng
viền L
j
của tấm.
23
Việc giảm tham số của bài toán đ-ợc thực hiện bằng cách lấy xấp xỉ sự phân
bố nhiệt độ theo chiều dầy t bằng một đa thức so với trục z vuông góc với tâm của
tấm. Đối với các chi tiết của động cơ theo kết quả của nhiều tính toán và thực
nghiệm đã chứng tỏ rằng, để đảm bảo độ chính xác chỉ cần sử dụng quy luật phân
bố theo hàm bậc hai.
T= T
o
+ T
1
Z + T

2
qua nhiệt độ T
0
và các thông số trao đổi
nhiệt trên các bề mặt Z =

0,5t. Cuối cùng chúng ta nhận đ-ợc:
T
1
= (U
1
+ Y
1
T
0
) / V
1
;
T
2
= (U
2
- Y
2
T
0
) / V
2
; (2-17)
trong đó :





1
2
1
0,5t1V ỏỏở







2
1
2
0,25t1 tV ựỏỏự ở

Trong tr-ờng hợp này, ph-ơng trình vi phân (2.8) khi không có nguồn nhiệt
bên trong (Q=0) sẽ chuyển thành ph-ơng trình vi phân cấp hai đạo hàm riêng đối
với nhiệt độ tại giữa bề mặt T
0
.

ụ
ởở



211
cp22cp11
2
212
1





ỏ-ỏ
ỏỏ
-
ởỏỏ









2
212
1
1
211
21
2




'
0
'
1
'
0
'
2
2
'
0
2
T
a
1
fTf
x
T
(2.19)
trong đó:



'
10
'
02

2
'
2
Vr
ff
ỏ-ỏở


Để tính các giá trị
'
1
f
và
'
2
f
có thể sử dụng biểu thức:




























'
2
'
2
2
'
'
1
'
1
'
'
2
V
hYt0,25
-

0
b
'
2
n
'
1
tdF;ddh ỏ ỏ
; t

chiều dày của vật hình trụ; d
b,0,n
đ-ờng kính
trong, đ-ờng kính trung bình và đ-ờng kính ngoài của hình trụ;
Trong tr-ờng hợp tổng quát các ph-ơng trình (2.18),(2.19) là các ph-ơng
trình có các hệ số thay đổi bởi vì các trị số f
1
và f
2
ngay cả ở bài toán ổn định
cũng phụ thuộc vào các tọa độ x, y.
Các phiến hàm t-ơng ứng với các ph-ơng trình (2.18) và (2.19) khi
phân bố nhiệt độ ổn định có dạng: dS;TT
2
L
dSTLq
dxdyT0,5fTf


































V

ở
dVT
2
f
Tf
x
T
2
T
2
'
0
'
2
'
0
'
1
2
'
0
'
0
(2.20)

25

t-ơng
ứng với điều kiện biên loại 2 và loại 3.
2.4. Chọn chế độ tính toán.
Trong quá trình tính toán dao động và sức bền của các chi tiết máy của động
cơ đốt trong sự lựa chọn chế độ tính toán sẽ ảnh h-ởng trực tiếp đến lực quán
tính, lực khí thể và mô men tác dụng lên các chi tiết. Các loại phụ tải điển hình
nh- lực khí thể, lực quán tính, nội lực sinh ra do dao động và do phụ tải nhiệt của
động cơ đều luôn luôn thay đổi về trị số và thời gian tác dụng. Việc tính toán sức
bền th-ờng đ-ợc tiến hành ở chế độ làm việc ổn định của động cơ.
Tuy nhiên trong những tr-ờng hợp riêng biệt, sự ảnh h-ợng của các chế độ
làm việc không ổn định, trạng thái nhiệt, trạng thái ứng suất và biến dạng của chi
tiết có thể đ-ợc tính đến khi lựa chọn trị số phụ tải nhiệt và phụ tải cơ học t-ơng
ứng với điều kiện làm việc thực của động cơ ở chế độ không ổn định.
Đối với tất cả các loại động cơ đốt trong, việc tính toán trạng thái nhiệt trạng
thái ứng suất và biến dạng th-ờng đ-ợc bắt đầu từ chế độ công suất định mức.
Ne
N
ứng với số vòng quay n
N
(hình2.3).
ở
chế độ làm việc này nhiệt độ của các
chi tiết máy chịu phụ tải nhiệt lớn th-ờng đạt giá trị lớn nhất, đặc biệt là đối với
các động cơ tăng áp. Chế độ tính toán thứ hai th-ờng đ-ợc áp dụng cho các động
cơ không tăng áp, đó là chế độ ứng với mô men xoắn lớn nhất của động cơ Me
max
.
Trong tr-ờng hợp này, khi tốc độ quay của trục khuỷu n
M
= ( 0,5


1,07) n
N
. Khi không có bộ hạn chế tốc độ, có thể chọn n
max
lớn

hơn
40

50% so với số vòng quay định mức.
a) b)
Hình 2.3.
Đ-ờng đặc tính ngoài của động cơ
a) động cơ xăng; b) động cơ diesel
2.5. Khái niệm về hệ số an toàn trong tính toán sức bền
khi chịu tải trọng thay đổi.
Các chi tiết máy quan trọng của động cơ đốt trong th-ờng bị hỏng do mỏi khi

-1
= (0,45

0,5)
b

Đối với thép đúc và gang

-1
= 0,4
b
. Đối với hợp kim mầu giới hạn mỏi thay
đổi trong một khoảng rất rộng

-1
= (0,25

0,5)
b
.
Biên độ của ứng suất pháp tuyến
a

, của ứng suất tiếp tuyến
a

cũng nh- ứng
suất trung bình
m


n
đt

n
M

n
M

n
N

n
N

n
đtn
max

n
max

n
vu

Ne


2
minmax
a
ú-ú
ú
;
2
minmax
a
ụ-ụ
ụ


2
minmax
m
úú
ú


;
2
minmax
m
ụụ
ụ



Do đó:

r
ú
t-ợng tr-ng cho sức bền.

Hình 2.4. Đ-ờng cong giới hạn mỏi Hình 2.5. Đ-ờng cong giới hạn mỏi đơn giản
Trên đoạn CD, sức bền của chi tiết phụ thuộc vào giá trị của giới hạn chảy
T

. Vì vậy khu vực phía bên trái OC là khu vực mỏi, còn khu vực phía bên phải
là khu vực biến dạng dẻo. Đoạn OA và OK biểu thị giới hạn mỏi của chu trình
đối xứng
1

; đoạn EB biểu thị giới hạn mỏi trong chu trình mạch động
0

.
Các đ-ờng cong giới hạn mỏi ở trên có thể vẽ đ-ợc khi biết các thông số

T

0
/2


max

T
C

D

C

G

K


-1

-1

max


m

T

). Khi phụ tải tác dụng lên các chi tiết máy luôn luôn thay
đổi chiều và trị số, sức bền của chi tiết máy chịu ảnh h-ởng của rất nhiều nhân tố
nh-: tính chất tác dụng của lực biểu hiện qua hệ số không đối xứng của chu trình
dao động, sự tập trung ứng suất, kích th-ớc tuyệt đối của chi tiết máy, chất l-ợng
gia công bề mặt chi tiết.v.v.
Để kể đến ảnh h-ởng của hiện t-ợng tập trung ứng suất ng-ời ta th-ờng dùng
hệ số tập trung ứng suất K

và K

, trong đó:
1K
1
K
-
-
ú
ú
ú

;
1K
1
K
-
-
ụ
ụ
ụ


Hình 2.6. Quan hệ giữa hệ số kích th-ớc
m

và kích th-ớc của trục đối với các
trạng thái khác nhau.
1- trục bằng thép các bon mài bóng, không có ứng suất tập trung; 2- trục
bằng thép các bon mài hoặc tiện láng không có ứng suất tập trung; 3- trục bằng
thép hợp kim mài rất bóng, không có ứng suất tập trung; 4- trục bằng thép hợp
kim mài hoặc tiện láng, không có ứng suất tập trung; 5- trục bằng thép khi có ứng
suất tập trung nhỏ; 6- trục bằng thép khi có ứng suất tập trung lớn.
Để kể đến ảnh h-ởng của kích th-ớc tuyệt đối của chi tiết máy đến sức bền
chống mỏi, ng-ời ta dùng hệ số kích th-ớc
m
ồ
(hay còn đ-ợc gọi là nhân tố
tỷ lệ). Hệ số kích th-ớc
m
ồ
là tỉ số giữa giới hạn mỏi của chi tiết so với giới hạn
mỏi của mẫu thử trong phòng thí nghiệm. Quan hệ của hệ số kích th-ớc và kích
th-ớc của tiết diện của trục bằng thép đ-ợc giới thiệu trên hình (2.6).
Để kể đến ảnh h-ởng của trạng thái bề mặt chi tiết đối với sức bền chống
0,8

0,6

0,4

mỏi ng-ời ta dùng hệ số trạng thái bề mặt
n
(nhân tố công nghệ). Hệ số
trạng thái bề mặt là tỉ số giới hạn mỏi của chi tiết thực so với giới hạn mỏi
của chi tiết mẫu đ-ợc mài bóng trong phòng thí nghiệm.
Do đó:
1
1n
n
-
-
ú
ú
ồ


Trị số của hệ số trạng thái bề mặt ứng với các ph-ơng pháp gia công khác
nhau thay đổi trong khoảng 0,6

1,10.
Đối với bề mặt đ-ợc đánh bóng
10,1ồ
n
; đối với bề mặt cán không gia công
6,0ồ
n
, bề mặt đ-ợc mài (mẫu thử)
0,1ồ
n
.
Hình 2.7.
Đ-ờng cong giới hạn mỏi khi có ứng suất tập trung
Trong tr-ờng hợp kể đến các nhân tố ảnh h-ởng tới sức bền chống mỏi của
chi tiết, đ-ờng giới hạn mỏi thay đổi nh- trên hình (2.7). Giới hạn mỏi trong khu
vực mỏi giảm đi
nm
K
ồồ
ú
lần nh-ng ứng suất cực đại tăng lên đến giới hạn chảy khi
có ứng suất tập trung

TK
. Theo định nghĩa, hệ số an toàn
ú
n
là tỉ số giữa ứng suất



rmax
ú
và ứng suất cực
đại của chi tiết máy:
ma
r
mn
m
r
max
maxr
K
n
úú
ú
ồồ
ú
ú
ú
ú
ú
a
ú
ú




(2.21)
trong đó:


(2.22)
trong đó:
nm
.
k
ồồ
ụ



Nếu biết đ-ợc
T
úúú
1-
,,
0
và
T
ụụụ
-
,,
01
ta có thể căn cứ vào đ-ờng cong giới
hạn mỏi để tính hệ số an toàn (dùng
1-
ú
và
0
ú

ứ-úú
ú
ú
-ú
úúú
12
mr1-
0
1 0
mr1maxr
(2.23)
trong đó:
0
01
2








T-ơng tự nh- quan hệ (2.21) ta có thể suy ra quan hệ ứng suất trung bình
m
r
mr
ú.nú
(2.24)
Khi thay (2.24) vào (2.23) rồi thay vào (2.21) ta có :

-
ú

31(2.25)
Đối với ứng suất cắt ta cũng có công thức t-ơng tự:

ma
1
.
n
ụứ
ụ
ụụ
-
ụ


(2.26)

trong đó: 0
01

b


b

(uốn và kéo)


(xoắn)
350

550
550

750
750

1000
1000

1200
1200

1400
0
0,05
0,10
0,20
0,25
0

1,0
2,0
2. Khi có góc l-ợn, khi tỷ số giữa bán kính góc l-ợn so với
đ-ờng kính c
ủa trục bằng: 0,02
0,05
0,10
0,20
0,50 2,0
1,6
1,2
1,1

2,0
1,75
1,50
1,20
1,10 -
-
-
-

1,8
1,5