Chương 5 – Tính sức bền của các chi tiết trong nhóm thân máy và nắp xylanh

123 pdfMachine by Broadgun Software - a great PDF writer! - a great PDF creator! -
Chương 5 – Tính sức bền của các chi tiết trong nhóm thân máy và nắp xylanh

124
Chương 5
TÍNH SỨC BỀN CỦA CÁC CHI TIẾT TRONG NHÓM THÂN MÁY VÀ
NẮP XYLANH
Do kết cấu của thân máy và nắp xylanh phức tạp nên việc xác đònh lực phân bố trên một tiết
diện bất kỳ rất khó khăn. Trong thực tế, khi thiết kế chiều dày của thân máy hoặc nắp xylanh, trước
tiên thường xét đến tính công nghệ trong gia công chế tạo. Nếu đảm bảo chiều dày này thì thân máy
và nắp xylanh thường đủ bền. Các phép tính về sức bền đối với thân máy và nắp xylanh đều chỉ là
gần đúng.
I. TÍNH SỨC BỀN CỦA LÓT XYLANH
I.1. Xác đònh chiều dày của xylanh và lót xylanh
Chiều dày của xylanh hoặc lót xylanh có thể xác đònh qua công thức sau:





800600m/MN
2




2
cm/kG

Nếu thân máy đúc liền với nhiều xylanh thì ứng suất cho phép nên chọn thấp hơn:


6040
k




600400m/MN
2




2
cm/kG

Sở dó chọn trò số thấp hơn là vì ứng suất nhiệt trong loại thân máy này rất lớn. Đối với loại

maxkx
p
DD
DD



,


2
m/MN
(5-2)
-

Ứng suất kéo hướng tiếp tuyến ở mặt ngoài:
z
22
1
2
minkx
p
DD
D2


,


2


6040
k




600400m/MN
2




2
cm/kG

Ứng suất nhiệt trên mặt ngoài của lót xylanh (ứng suất kéo):
D
D
1
D
D
2
)1(3
)tt(E.
1
1
nt
tk






,


2
m/MN
(5-7)
Nếu
D
D
1



Đối với thép

= 11.10
-6
(1/độ)


Hình 5.1. Sơ đồ tính sức bền của lót xylanh.


l
1l

II

II

D
fI

I

D

gP
gP
g

P
HP
T
N
max

Chương 5 – Tính sức bền của các chi tiết trong nhóm thân máy và nắp xylanh

126
E – môđun đàn hồi của vật liệu, (MN/m
2
)
t
t
; t
n
– chênh lệch của nhiệt độ mặt trong và mặt ngoài lót xylanh, (khoảng 30

2
fzg
Dp)6,12,1(P 
, (MN)
Trong đó: D
f
– đường kính trung bình của mặt vành bao kín (m).
I.2.1. Ứng suất trên tiết diện I–I
Dời lực P
g
về trọng tâm của tiết diện I–I rồi phân P
g
thành hai lực P
T
và P
H
. Khi dời lực P
g
,
moment (P
g
.l) tác dụng uốn vai lót xylanh. Ứng suất kéo do lực P
H
gây ra tại tiết diện I–I bằng:
hD.
P
m
H
k


2
m
g
u
g
u


,


2
m/MN
(5-11)
Trong đó: D
m
– đường kính tính toán của tiết diện I–I (xem sơ đồ trên hình 5.1 ).
h – chiều rộng của tiết diện I–I.
Ứng suất tổng cộng xác đònh theo công thức sau:
2
c
2
uk
4)( 

,


2
m/MN

6

8

10

12

14

50

100


k


T




Chương 5 – Tính sức bền của các chi tiết trong nhóm thân máy và nắp xylanh

127
I.2.2. Ứng suất trên tiết diện II–II
Trên tiết diện II–II chỉ cần tính ứng suất cắt do lực P
g
gây ra.

g
gây ra
bD.
P
f
g
n


, (5-14)
Trong đó: b – chiều rộng của rãnh bao kín. Nếu vai lót xylanh không có rãnh bao kín thì
b bằng chiều rộng của phần vai lót xylanh tiếp xúc với gioăng nắp xylanh.
-

Nếu gioăng nắp xylanh là loại gioăng mềm:


2015
n




200150m/MN
2




2




1000m/MN
2




2
cm/kG

Ứng suất nén trên mặt tựa phía dưới vai lót xylanh tính theo công thức:
)DD(
P
4
2
3
2
2
g
n


,


2
m/MN
(5-15)


,


2
m/MN
(5-16)
-

Độ biến dạng khi chòu uốn xác đònh theo công thức sau:
E
.
J
.
L
3
ll.N
f
2
2
2
1max

, (m) (5-17)
Trong đó: L – khoảng cách giữa hai điểm tựa của lót xylanh.
l
1
; l
2
– khoảng cách từ điểm tựa phía trên và phía dưới tới vò trí xuất hiện lực

cm/kG

-

Độ biến dạng tương đối:
)cm/mm(,002.0
L
f

(5-18)
I.3. Tính sức bền của mặt bích lắp xylanh
Nếu thân máy thuộc loại xylanh chòu lực như hình 5.3, cần phải tính ứng suất kéo đối với tiết
diện ngang xylanh. Ứng suất cho phép khi xylanh chòu kéo cũng giống như ứng suất cho phép trong
trường hợp tính sức bền của lót xylanh theo công thức (5-1).
-

Ứng suất kéo tác dụng trên tiết diện ngang xylanh xác đònh theo công thức sau:
)DD(
Dp
22
1
2
z
k


,


2

hN
W
M
,


2
m/MN
(5-20)
-

Ứng suất tổng cộng:
ku


,


2
m/MN

-

Ứng suất tổng cộng cho phép đối với xylanh bằng gang hợp kim:


100



xN
max

D
y
l
y
Y

Y

D

D
tb

a

l
y

Y

Y


yz
u
u
u
h.a.i
l.P6
W
M

,


2
m/MN
(5-22)
Ứng suất uốn cho phép:
-

Đối với xylanh bằng gang hợp kim:


40
u




400m/MN
2


f
.
i
GFp.k
z
k


,


2
m/MN

(5-23)
Trong đó: k – hệ số siết chặt bulông, k = 1,35 ÷ 1,8.
G – trọng lượng của thân máy và nắp xylanh (MN).
i – số bulông (hoặc gujông)
F – diện tích đỉnh bulông (m
2
).
f – tiết diện bé nhất của phần ren trên bulông (hoặc gujông) (m
2
).
Ứng suất cho phép:
-

Đối với bulông (hoặc gujông) bằng thép cacbon:





2
cm/kG

III. TÍNH SỨC BỀN CỦA NẮP XYLANH
Ứng suất trong nắp xylanh là do nắp xylanh chòu lực khí thể, lực siết bulông và do trạng thái
nhiệt không đồng đều của nắp xylanh sinh ra. Sơ đồ tính toán trên hình 5.4, coi nắp xylanh như một
nắp tròn đặt tự do trên gối tựa hình trụ có đường kính D
f
.
Áp suất khí thể p
z
phân bố đều trên diện tích có đường kính D, còn áp suất p
bd
do lực siết ban
đầu P
bđ
sinh ra phân bố trên đường tròn có đường kính D
f
.
Tiết diện tính toán thường chọn tiết diện đi qua đường tâm xupap (tiết diện này thường có diện
tích nhỏ nhất, tiết diện x – x trên hình 5.4).

Chương 5 – Tính sức bền của các chi tiết trong nhóm thân máy và nắp xylanh

130

P 

và lực siết
chặt bulông tập trung trên trọng tâm của nửa cung tròn có đường kính D
g
và D
f
(cách trục x – x và
trục y – y một khoảng


g
D
x
và


f
D
y
).
Các lực này có trò số bằng
2
P
bd
và
2
P
f
. Khi động cơ không làm việc (P

fg
bd
'
u
DD.
2
P
M 


, (MNm) (5-25)
Khi động cơ làm việc (P
z


0) nắp xylanh chòu mômen uốn:








fzff
g
z
u
D
.

P
2
DP
4
LP
M
fbdffbd
"
u
, (MNm) (5-27)
Khi động cơ làm việc mômen uốn bằng:





fzffbd
"
u
D
.
3
2
.
2
P
2
DP
4
LP

2
P
f

2
P
f

2
P
bd

2
P
bd

i

i

x

x

l
1

l
2
L

cả về trò số.
-

Ứng suất kéo ở mặt nguội bằng:

1
1u
1u
u
1k
J
lM
W
M

, (MN/m
2
) (5-29)
-

Ứng suất nén ở mặt nóng bằng:

2
2u
2k
u
2k
J
lM
W

)

Đối với nắp xylanh bằng hợp kim nhôm: [

k
]= 35 (MN/m
2
)
Do mặt nóng của nắp xylanh chòu ứng suất tương đối lớn, hơn nữa khi chòu nhiệt, sức bền cơ
học của nó bò giảm sút vì vậy khi thiết kế cố gắng hạ thấp trục i–i để giảm ứng suất cho mặt nóng.
-

Ứng suất nhiệt của mặt nóng xác đònh theo công thức sau:



 



12
ttE.
1n
t
, (MN/m
2
) (5-31)
Trong đó: (t
n
– t


]= 1000 MN/m
2
.