Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
Hưng Yên,ngày 17 tháng 11 năm 2014
Giáo viên hướng dẫn

Bùi Hà Trung

1

Đồ Án Môn Học

1


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Mục lục
I.Mô tả chung về piston……………………………………………...................…4
1.1.Piston……………………………………………………………………………......................4
1.1.1.Nhiệm vụ……………………………………………………………………………………...4
1.1.2.Điều kiện làm việc………………………………………………………………………...…4
1.1.3.Vật liệu chế tạo piston…………………………………………………….………………...4
1.1.4.Kết cấu của
piston…………………………………………………………….....................5
1.2.Chốt piston……………………………………………………………………………………...8
1.2.1.Nhiệm vụ…………………………………………………………………………………..….8
1.2.2.Điều kiện làm việc…………………………………………………………………………...8
1.2.3.Vật liệu chế tạo……………………………………………………………………….….…..8
1.2.4.Kết cấu và các kiểu lắp ghép chốt piston…………………………………………..
……..8
1.3.Xéc măng………………………………………………………….…………………….….....10
1.3.1.Nhiệm vụ……………………………………………………………………………….…....10
1.3.2.Điều kiện làm việc của xéc măng…………………………………………………….…..10
1.3.3.Vật liệu và công nghệ chế tạo phôi xéc măng……………………………………….....10
1.3.4.Kết cấu của xéc
măng……………………………………………………………………...11

II.Xác định các thông số cần thiết...………………………………….................13
2.1.Thông số ban đầu,thông số chọn của piston……………………………………………...13
2.1.1.Các thông số ban
đầu……………………………………………...................................13
2

Đồ Án Môn Học

2



Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên
2.1.2.Xác định các kích thước cơ bản của piston,chốt piston.xéc măng...........................15
2.1.3.Các thông số chọn cơ bản của piston,chốt và xéc măng…………………………....17

ІІІ.Tính toán kiểm nghiệm bền piston………………………………………….18
3.1.Tính toán kiểm tra bền cho
piston……………………………………………………….....18
3.1.1.Tính sức bền đỉnh piston…………………………………………………………………..18
3.1.2.Tính sức bền đầu piston……………………………………………………………..
….....20
3.1.3.Tính sức bền thân piston………………………………………………………….……….22
3.1.4.Tính sức bền bệ chốt……………………………………………………………………….23
3.1.5.Tính khe hở giữa piston và xylanh…………………………….………………….….
…..23

3

Đồ Án Môn Học

3


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên

4

Đồ Án Môn Học


4


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên
LỜI NÓI ĐẦU

Động cơ đốt trong ngày nay đang phát triển rất mạnh giữ vai trò quan trọng trong
nền kinh tế quốc dân như nông nghiệp, giao thông vận tải đường bộ, đường sắt, đường
biển, đường hàng không cũng như trong nhiều ngành công nghiệp khác.
Từ khi mở cửa, hội nhập và phát triển nền kinh tế của đất nước đã đạt được nhiều
thành tựu về khoa học và kỹ thuật cũng như mọi mặt của đời sống xã hội nói chung.Một
trong những thành tựu đó là quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá. Để xây dựng thành
công quá trình CNH-HĐH đòi hỏi phải xây dựng một nền khoa học kỹ thuật và công
nghệ tương ứng.Ngành công nghiệp Ôtô là một trong những ngành phục vụ rất hiệu quả
cho quá trình CNH-HĐH.
Ngành công nghiệp Ôtô tuy không phải là một ngành mới,nhưng nó vẫn diễn ra rất
sôi động ở mỗi quốc gia khác nhau trên thế giới.Nhận thức đúng đắn về tầm quan trọng
của ngành công nghiệp này Đảng và Nhà nước ta đã có những chính sách phù hợp thúc
đẩy sự phát triển ngành công nghiệp Ôtô trong nước,từng bước phát triển và tiến tới sẽ
sản xuất được Ôtô tại chính nước ta mà không phải nhập khẩu.
Môn “Thiết kế và Tính toán Ôtô”là một trong những môn học đóng vai trò quan
trọng trong việc thiết lập những cơ sở khoa học để thiêt kế và kiểm nghiệm bền các chi
tiết, các cơ cấu,hệ thống cấu thành nên Ôtô.
Môn học này là nền tảng cơ bản của ngành kỹ thuật Ôtô vì vậy nó đòi hỏi phải được
xây dựng ngay từ những bước đi đầu tiên.
Xuất phát từ những điều kiện trên,em đã được nhà trường và khoa giao cho đề tài:
“Tính toán kiểm nghiệm bền cho piston”
Trong quá trình thực hiện đề tài, được sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô trong
khoa, đặc biệt là thầy Bùi Hà Trung, cùng với sự cố gắng của bản thân đến nay em đã
hoàn thành đề tài.

Do điều kiện về thời gian cũng như hạn chế về trình độ của bản thân,thêm vào đó
vấn đề nghiên cứu còn mới mẻ nên đề tài không tránh khỏi sai sót. Vì vậy em rất mong
nhận được sự đóng góp, bổ sung của các Thầy - Cô giáo trong khoa và các bạn đồng
nghiệp để đề tài được hoàn thiện hơn.
Em chân thành cảm ơn!

5

Đồ Án Môn Học

5


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên
PHẦN I : MÔ TẢ KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NHÓM PISTON
1.1. Piston
1.1.1. Nhiệm vụ:
Piston là một chi tiết máy rất quan trọng thuộc cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền
của động cơ đốt trong, nó có nhiệm vụ là :
- Cùng với nắp máy, xylanh bao kín tạo thành buồng cháy
- Truyền lực của khí thể cho thanh truyền cũng như nhận lực từ thanh truyền để nén
hỗn hợp khí- nhiên liệu
- Ngoài ra ở môt số động cơ hai kỳ, píston còn có nhiệm vụ đóng mở các cửa nạp
và thải của cơ cấu phối khí.
1.1.2. Điều kiện làm việc
Do điều kiện làm việc của piston rất khắc nghiệt, cụ thể là:
a. Tải trọng cơ học lớn và có chu kỳ
- Áp suất lớn, có thể đến 120 kg/cm2 hoặc hơn nữa.
- Lực quán tính lớn, đặc biệt là ở động cơ cao tốc
b. Tải trọng nhiệt

Do tiếp xúc trực tiếp với khí cháy có nhiệt độ (khoảng 2200 – 2800oK) nên nhiệt độ
phần đỉnh piston có thể đến khoảng (500 – 800)oK. Do nhiệt độ cao, piston bị giảm sức
bền, bó kẹt, nứt, làm giảm hệ số nạp, gây kích nổ…., làm đầu nhờn chóng bị phân huỷ.
c. Ma sát và ăn mòn hoá học
Do lực ngang N nên giữa pitston và xylanh có ma sát lớn. Điều kiện bôi trơn tại
đây rất khó khăn, thông thường chỉ bằng vung té nên khó bảo đảm bôi trơn hoàn hảo.
Mặt khác do thường xuyên tiếp xúc trực tiếp với sản vật cháy có các chất ăn mòn như các
hơi axít nên piston còn chịu ăn mòn hóa học.
1.1.3. Vật liệu chế tạo piston
Vật liệu chế tạo piston phải đảm bảo cho piston làm việc ổn định và lâu dài trong
những điều kiện làm việc khắc nghiệt đã nêu trên. Trong thực tế một số vật liệu sau đây
được dùng để chế tạo piston
- Gang : Thường dùng gang xám, gang dẻo, gang cầu. Gang có sức bền nhiệt và bền
cơ học khá cao, hệ số giãn dài nhỏ nên khó bị bó kẹt, dễ chế tạo và rẻ. Tuy nhiên gang rất
6

Đồ Án Môn Học

6


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên
nặng nên lực quán tính của piston lớn do đó gang chỉ dùng ở những động cơ tốc độ thấp.
Mặt khác hệ số dẫn nhiệt của gang nhỏ nên nhiệt độ đỉnh piston cao.
- Hợp kim nhôm: hợp kim nhôm có nhiều ưu điểm như nhẹ, hệ số dẫn nhiệt lớn, hệ
số ma sát với gang nhỏ, dễ đúc, dễ gia công nên được dùng khá phổ biến để chế tạo
piston. Tuy nhiên hợp kim nhôm có hệ số giãn nở dài lớn nên khe hở giữa piston và

xylanh phải lớn để tránh bó kẹt. Do đó lọt khí nhiều từ buồng cháy xuống hộp trục khuỷu
động, cơ khó khởi động và có tiếng gõ khi piston đổi chiều.

Ở nhiệt độ cao sức bền của piston giảm khá nhiều. Ví dụ khi nhiệt độ tăng từ
288 o K

lên

623 o K

sức bền của
hợp kim nhôm giảm 65% đến 70 % trong khi đó sức bền của gang chỉ giảm 18% đến
20%. Mặt khác piston làm bằng hợp kim nhôm chịu mòn kém và đắt.
1.1.4. Kết cấu của pitston

Hình 1.1: Sơ đồ kết cấu piston

a. Đỉnh piston: Là phần trên cùng của piston, cùng với xylanh và nắp xylanh tạo thành
buồng cháy.
Các dạng đỉnh piston của động cơ xăng và động cơ điêzel thường dùng giới thiệu
trên hình 1.2. Có thể chia dạng đỉnh thành 3 loại lớn: đỉnh bằng, đỉnh lồi và đỉnh lõm.

7

Đồ Án Môn Học

7


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên

a


b

c

d

e

f

g

h

i

Hình 1. 2: Các dạng đỉnh pitston

- Đỉnh bằng (hình 1.2.a) là loại rất phổ biến. Nó có diện tích chịu nhiệt bé nhất, kết
cấu đơn giản, dễ chế tạo. Loại đỉnh này hay dùng cho piston động cơ xăng có tỷ số nén
thấp và động cơ điêzel có buồng cháy dự bị hoặc xoáy lốc.
- Đỉnh lồi (hình 1.2.b). Có độ cứng vững cao, không cần gân tăng bền dưới đỉnh nên
trọng lượng của piston nhỏ hơn nhưng diện tích chịu nhiệt lớn nên nhiệt độ của đỉnh
thường cao hơn đỉnh bằng. Loại đỉnh lồi thường dùng cho động cơ xăng có buồng cháy
chỏm cầu, xu páp treo (như động cơ Craysow, plinut…) và trong các động cơ xăng hai kỳ
công suất nhỏ như PD-10, Solex…
- Đỉnh lõm (hình 1.2.c), có thể tạo xoáy lốc nhẹ, tạo thuận lợi cho quá trình hình
thành khí hỗn hợp. Tuy nhiên sức bền kém và diện tích chịu nhiệt lớn hơn so với đỉnh
bằng. Loại đỉnh này dùng cho cả động cơ xăng và động cơ diesel.
- Đỉnh chứa buồng cháy là loại đỉnh thường gặp trong động cơ diesel. Đối với động

cơ diesel có buồng cháy trên đỉnh piston , kết cấu buồng cháy phải thoả mãn điều kiện
sau đây tùy trường hợp cụ thể:
+ Phải phù hợp với hình dạng buồng cháy và hướng của chùm tia nhiên liệu để tổ
chức tạo thành hỗn hơp tốt nhất.(hình 1.2 e)
+ Phải tận dụng được xoáy lốc của không khí trong quá trình nén, hình (1.2
c,f):buồng cháy omega;hình (1.2g) buồng cháy đenta; hình (1.2 h) buồng cháy MAN.
b. Đầu piston
8

Đồ Án Môn Học

8


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Đường kính đầu piston thường nhỏ hơn đường kính thân vì thân piston là phần dẫn
hướng của piston. Kết cấu đầu piston phải bảo đảm những yêu cầu sau:
-Bao kín tốt cho buồng cháy nhằm ngăn khí cháy lọt xuống cácte dầu và dầu bôi trơn
từ các te sục lên buồng cháy. Thông thường người ta dùng xécmăng để bao kín. Có hai
loại xécmăng là xécmăng khí để bao kín buồng cháy và xécmăng dầu để ngăn dầu sục lên
buồng cháy. Số xécmăng tuỳ thuộc vào loại động cơ:
- Động cơ xăng : 3 – 4 xécmăng khí, 1 – 2 xécmăng dầu
- Động cơ diesel cao tốc : 3 – 6 xécmăng khí, 1 – 4 xécmăng dầu
- Động cơ diesel tốc độ thấp : 5 – 7 xécmăng khí, 1 – 4 xécmăng dầu
- Tản nhiệt tốt cho xécmăng vì phần lớn nhiệt của piston truyền qua xécmăng cho
xylanh đến môi chất làm mát. Để tản nhiệt tốt cho piston thường dùng các kết cấu đầu
piston sau:
- Phần chuyển tiếp giữa đỉnh và đầu có bán kính R lớn
- Dùng gân tản nhiệt ở dưới đỉnh piston
- Tạo rãnh ngăn nhiệt ở đầu piston để giảm nhiệt lượng truyền cho xécmăng thứ nhất

- Làm mát đỉnh piston

ab
Hình 1.3:Rãnh ngăn nhiệt ở phần dầu piston

- Vấn đề sức bền: Tăng bền cho phần đầu piston chủ yếu bằng các gân dưới đỉnh và gân
nối liền với bệ chốt, cần phải lựa chọn kiểu gân hợp lý để dễ thao tác khi đúc piston.
c. Thân piston
Tác dụng của thân piston là dẫn hướng cho piston chuyển động tịnh tiến theo
phương đường tâm xylanh và chịu lực ngang N. Khi thiết kế phần thân piston thường
phải giải quyết những vấn đề sau:
- Chiều dài của thân piston
9

Đồ Án Môn Học

9


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên
- Chiều dài của thân piston được quyết định bởi điều kiện áp suất tiếp xúc, do lực
ngang N gây ra, phải nhỏ hơn áp suất tiếp xúc cho phép.
- Vị trí của lỗ bệ chốt
- Vị trí tâm chốt được bố trí sao cho piston và xylanh mòn đều, đồng thời giảm va
đập và gõ khi piston đổi chiều. Một số động cơ có tâm chốt lệch với tâm xylanh một giá
trị về phía nào đó sao cho lự ngang Nmax giảm để hai bên chịu lực N của piston và xylanh
mòn đều.
Trạng thái biến dạng của piston giới thiệu trên hình 1.4

a


b

c

Hình 1.4: Trạng thái biến dạng của chốt piston

-Hình 1.4.a là trạng thái biến dạng của thân piston khi chịu nhiệt độ cao. Do kim loại
tập trung ở phần bệ chốt nên khi chịu nhiệt thân piston giãn nở theo đường tâm chốt
-Hình1. 4.b là trạng thái biến dạng của thân piston khi piston chịu lực khí thể. Áp
suất khí thể uốn cong đỉnh làm thân bị biến dạng cũng theo phương đường tâm chốt.
-Hình1. 4.c là trạng thái biến dạng của piston khi thân chịu tác động của lực ngang N.
Chiều biến dạng trùng với phương đường tâm chốt.
Để khắc phục tình trạng bó piston người ta thường dùng các biện pháp thiết kế sau:
- Chế tạo thân piston có dạng ô van, trục ngắn trùng với phương đường tâm chốt.
- Tiện vát hoặc đúc lõm ở hai đầu bệ chốt chỉ để lại một cung khoảng 900 -100 0 để
chịu lực mà không ảnh hưởng nhiều đến phân bố lực.
- Xẻ các rãnh chữ T, chữ U ngược hoặc rãnh ngang trong rãnh xéc măng dầu.
- Đúc gắn miếng hợp kim inva vào vùng bệ chốt để hạn chế giãn nở của vùng bệ
chốt.
Do trạng thái nhiệt của piston giảm dần từ phía đỉnh xuống đến chân piston nên
khe hở giữa piston và xylanh cũng giảm dần.
d. Chân piston
10

Đồ Án Môn Học

10



Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Chân piston thường có vành đai để tăng độ cứng vững của vùng mặt trụ ở vành đai
này thường là chuẩn công nghệ khi gia công piston và là nơi điều chỉnh trọng lượng của
piston khi phân nhóm lắp ráp. Sai lệch về trọng lượng của các piston trong cùng một
nhóm không vượt quá (0.2-0.6)% đối với động cơ ô tô.
1.2. Chốt piston
1.2.1. Nhiệm vụ
Chốt piston là chi tiết nối piston với thanh truyền và truyền lực tác dụng trên
piston cho thanh truyền để làm quay trục khuỷu. Vì vậy tuy là một chi tiết máy có kết cấu
đơn giản nhưng lại rất quan trọng, yêu cầu có độ bền và độ tin cậy rất cao.
1.2.2. Điều kiện làm việc
Chốt piston chịu lực va đập, tuần hoàn, nhiệt độ cao và điều kiện bôi trơn khó khăn
1.2.3. Vật liệu chế tạo
Để đảm bảo độ tin cậy cao, người ta thường dùng các loại thép hợp kim thành
phần các bon thấp để chế tạo chốt piston như 20Cr; 15CrM; 18CrNiM… Để tăng độ cứng
vững cho bề mặt, tăng sức bền mỏi chốt được thấm than, xianua hoá, hoặc tôi cao tần và
được mạ bóng.
1.2.4. Kết cấu và các kiểu lắp ghép chốt piston
a. Kết cấu
Kết cấu của chốt piston rất đơn giản, đều có dạng hình trụ rỗng để cho nhẹ. Các
chốt chỉ khác nhau ở phần ruột, cụ thể:

a

b

c

d


e
Hình 1. 5: Chốt piston.
11

Đồ Án Môn Học

11


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên
- Mặt trong có dạng hình trụ (hình 1.5.a) có ưu điểm là dễ chế tạo nhưng vật liệu
phân bố lại không hợp lý, trọng lượng lớn.
- Mặt trong có dạng côn (như hình 1.5.b, c, d, e) tuy có kết cấu phức tạp nhưng chốt
nhẹ và có sức bền đồng đều hơn. Vì vậy các loại chốt này thường được dùng trên các
động cơ cao tốc. Kích thước đường kính ngoài của chốt phải thiết kế theo hệ trục để việc
lắp ghép đạt yêu cầu kỹ thuật, đảm bảo được khe hở lắp ghép với bệ chốt và khe hở lắp
ráp với đầu nhỏ thanh truyền.
b. Các kiểu lắp ghép chốt piston

abc
Hình 1. 6 : Các kiểu lắp ghép chốt piston

a. Lắp cố định chốt piston trên đầu nhỏ thanh truyền
Cố định chốt trên đầu nhỏ thanh truyền (hình1. 6.a) . Khi đó chốt phải được lắp tự
do trên bệ chốt. Do không phải giải quyết vấn đề bôi trơn của mối ghép với thanh truyền
nên có thể thu hẹp bề rộng đầu thanh truyền và như vậy tăng được chiều dài bệ chốt,
giảm được áp suất tiếp xúc –mòn tại đây.
b. Cố định chốt piston trên bệ chốt (hình1. 6.b)
Khi đó chốt phải được lắp tự do trên thanh truyền. Cũng giống như phương pháp
trên do không phải giải quyết vấn đề bôi trơn cho bệ chốt nên có thể rút ngắn chiều dài

của bệ để tăng chiều rộng đầu nhỏ thanh truyền, giảm được áp suất tiếp xúc của mối ghép
này. Tuy nhiên mặt phẳng chịu lực của chốt ít thay đổi nên tính chịu mỏi của chốt kém.
c. Lắp tự do ở cả hai mối ghép (hình1. 6.c)
Khi lắp ráp, mối ghép giữa chốt và bạc đầu nhỏ thanh truyền là mối ghép lỏng,
còn mối ghép với bệ chốt piston là mối ghép trung gian có độ dôi (0.01 – 0.02) mm đối
với động cơ ô tô. Trong qúa trình làm việc do nhiệt độ cao, piston làm bằng hợp kim
nhôm giãn nở nhiều hơn chốt piston nên chốt piston có thể tự xoay. Khi đó mặt phẳng
12

Đồ Án Môn Học

12


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên
chịu lực thay đổi nên chốt piston mòn đều hơn và chịu mỏi tốt hơn. Vì vậy phương pháp
này được dùng khá phổ biến hiện nay. Tuy nhiên phải giải quyết vấn đề bôi trơn ở cả hai
mối ghép và phải có kết cấu hạn chế di chuyển dọc trục của chốt, thông thường dùng
vòng hãm hoặc nút kim loại mềm có mặt cầu.
Do mối ghép động nên phải giải quyết vấn đề bôi trơn cho các mối ghép này bằng
cách khoan lỗ để dẫn dầu cho xéc măng dầu gạt về hoặc khoan lỗ hứng dầu. Đối với
thanh truyền, để bôi trơn người ta có thể dùng lỗ hứng dầu hoặc bôi trơn cưỡng bức kết
hợp với làm mát đỉnh piston bằng dầu có áp suất cao dẫn từ trục khuỷu dọc theo thân
thanh truyền.
1.3. Xéc măng
1.3.1. Nhiệm vụ
Như đã trình bày ở phần đầu piston, xéc măng khí làm nhiệm vụ bao kín tránh lọt khí
còn xécmăng dầu ngăn dầu bôi trơn từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy.
1.3.2.Điều kiện làm việc của xéc măng
Cũng như piston xécmăng chịu tải trọng cơ học lớn, nhất là xécmăng đầu tiên. Ngoài

ra xécmăng còn chịu lực quán tính lớn có chu kỳ và va đập. Đồng thời phải kể đến nhiệt
độ cao, ma sát lớn, ăn mòn hoá học và ứng suất uốn ban đầu khi lắp xécmăng vào rãnh
píttông.
1.3.3.Vật liệu và công nghệ chế tạo phôi xécmăng
- Do điều kiện làm việc của xécmăng rất khắc nhiệt, nên vật liệu chế tạo xécmăng là
gang xám pha hợp kim, như niken,molipden,crôm,vôphram…nhất là xécmăng khí đầu
tiên, được mạ crôm xốp có chiều dầy từ 0,03-0,06 (mm ) có thể tăng tuổi thọ của
xécmăng này nên 3- 3,5 lần
1.3.4.Kết cấu của xécmăng
Xécmăng có kết cấu rất đơn giản. Nó có dạng một vòng tròn hở miệng như hình vẽ.
Kết cấu của xécmăng được đặc trưng bằng kết cấu của tết diện và miệng xécmăng.
a.Xémăng khí
Xécmăng khí có nhiệm vụ bao kín buồng cháy ngăn không cho khí cháy lọt xuống
các te.
Các tiết diện thường dùng giới thiệu như trên hình vẽ:

13

Đồ Án Môn Học

13


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Hình 1.7: Kết cấu xéc măng khí

- Loại tiết diện hình chữ nhật(hình 1.7b): Là loại thông dụng nhất vì đơn giản nhất,
dễ chế tạo, nhưng có áp suất riêng không lớn, thời gian rà khít với xylanh sau khi lắp lâu.
trọng lượng xéc măng cao.

- Loại có mặt côn
β

(hinh 1.7.c) có áp
suất tiếp xúc lớn và có thể rà khít nhanh chóng vớí xylanh, tuy nhiên chế tạo phức tạp và
phải đánh dấu khi lắp sao cho khi piston đi xuống sẽ có tác dụng như một lưỡi cạo để gạt
dầu.
- Loại xécmăng có tiết diện hình thang –vát (hình1. 7.f), có tác dụng giũ muội than
khi xécmăng co bóp do đường kính xylanh không hoàn toàn đồng đều theo phương dọc
trục, do đó tránh được hiện tượng bó kẹt.
- Loại xécmăng có tiết diện phức tạp là loại tổng hợp những ưu điểm của các loại tiết
diện, tuy nhiên loại này rất khó gia công
Về kết cấu miệng của xécmăng , loại thẳng(hình 1.7.g) dễ chế tạo nhưng dễ lọt khí
và sục dầu qua miệng. Loại vát( hình 1.7.h) có thẻ khắc phục phần nào nhược điểm trên.
Loại bậc( hình 1.7.i) bao kín tốt nhưng khó chế tạo.
14

Đồ Án Môn Học

14


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên
b.Xécmăng dầu và vấn đề ngăn dầu nhờn sục vào buồng cháy
Trong quá trình làm việc của động cơ đốt trong, xécmăng khí dù tốt đến mấy cũng
không thể ngăn được dầu nhờn sục vào buồng cháy của động cơ. Đó là vì xécmăng khí
đã có tác dụng “ bơm dầu” vào buồng cháy. Sơ đồ nguyên lý tác dụng bơm dầu của
xécmăng khí như hình vẽ:

Hình 1.8:Tác dụng bơm dầu của xécmăng khí

1:Piston; 2:Xy lanh;3Xécmăng

Từ hình vẽ ta thấy khi piston đi xuống, xécmăng vét dầu tụ vào trong rãnh xécmăng.
Khi piston đổi chiều, đi lên xécmăng khí tiếp xúc với mặt rãnh phía dưới, dồn dầu đi lên
phía trên. Khi piston đi xuống lần thứ hai, xécmăng lại tiếp xúc với mặt rãnh trên, ép số
dầu trong rãnh đi lên. Cứ như thế dầu nhờn đi dần vào buồng cháy gây lên hiện tượng sục
dầu.để ngăn không cho dầu nhờn sục vào buồng cháy, phải dùng xécmăng dầu để gạt dầu
trở về các te, chỉ phân bố trên mặt gương xylanh một lớp dầu mỏng.
*Kết cấu của xécmăng dầu như hình vẽ.

Hình 1. 9: Kết cấu xéc măng dầu

15

Đồ Án Môn Học

15


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Các loại tiết diện có mặt côn, lưỡi dao đều có áp suất tác dụng trên mặt gương
xylanh rất lớn(4÷6 at hoặc cao hơn). Rãnh lắp xécmăng dầu trên piston phải có lỗ thoát
dầu.

16

Đồ Án Môn Học

16



Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên
PHẦN II : XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CẦN THIẾT
2.1. Thông số ban đầu, thông số chọn của piston
2.1.1. Các thông số ban đầu
Loại động cơ

Diesel ,không tăng áp (IFAW50)

Kiểu động cơ

Một hàng

Đơn vị

Công suất động cơ

110

mã lực

Số vòng quay

2500

vòng / phút

Suất tiêu hao nhiên liệu

183


g /ml.h

Số kỳ

04

mm

Đường kính xi lanh

135

mm

Hành trình piston

115

mm

Tỷ số nén

18,7

Số xi lanh

04 (1-3-4-2)

Chiều dài thanh truyền


280

mm

Khối lượng nhóm piston

4

Kg

Khối lượng thanh truyền

3,5

Kg

Áp suất khí thể lớn nhất

7,5

Mpa

Bảng 1: Bảng thông số ban đầu

Số thứ tự

Thông số ban đầu

1

Áp suất khí thể

Công thức tính toán

Kết quả

P = 7,5 MPa

7,5 ( MN/

P = 7,5 (MN/
)
)

2

Đường kính piston

D = 135 (mm )

0,135 (m)

D = 0,135 (m)
3

Thông số kết cấu

Đồ Án Môn Học

λ = R/ L = 57,5/280


0,2054

17

17


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên
λ = 0,2054
4

Cấp chính xác

2/1000

Bảng 2 : Bảng thông số ban đầu tính toán

Thông số

Động cơ diesel (ôtô , máy kéo )

Chiều dày đỉnh pistonkhông làm mát đỉnh

(0,1 0,2 ) D

Khoảng cách C từ đỉnh đến xéc măng thứ nhất

(1,0 2,0 )


Chiều dày s của phần đầu

(0,05 0,1 )D

Chiều cao H của piston (động cơ bốn kỳ )

(1,0 1,6 ) D

Vị trí của chốt piston (đến chân piston ) H-h

(0,5 1,2 )D

Đường kính chốt piston

( 0,3 0,45 )D
d cp

Đường kính bệ chốt

( 1,3 1,6 )
db

Đường kính lỗ trên chốt

(0,6 0,8 )
d0

Chiều dày phần thân

( 2 5 ) mm


Số xéc măng khí

1 4

Chiều dày hướng kính t của xéc măng khí

( 1/22 ÷ 1/26 )D

Chiều cao a của xéc măng khí

(2,2 4 ) mm

Số xéc măng dầu

1 3

Chiều dày bờ rãnh xéc măng

≥a
a1

Chiều cao của xéc măng dầu a 2

18

Đồ Án Môn Học

18



Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên
≥a
Vị trí của chốt piston đến chân piston

h = H (H

Bảng 3 : Bảng kích thước cơ bản của piston , chốt piston và xéc măng
(Tham khảo sách: Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong trang:147 )

2.1.2. Xác định các kích thước cơ bản của piston ,chốt
piston và xéc măng.
- Xác định chiều dày đỉnh piston ( δ)
Chiều dày đỉnh piston δ không làm mát đỉnh
δ = ( 0,1 ÷ 0,2 ) D (mm )
δ = ( 0,1 ÷ 0,2 )135
-

δ = ( 13,5 ÷ 27) chọn δ = 15 (mm)

Xác định khoảng cách C từ đỉnh đến xéc măng khí thứ nhất
C = ( 1,0 ÷ 2,0 ) .δ
C = ( 1,0 ÷ 2,0 ) .15= (15÷30) (mm)
Đối với piston không làm mát đỉnh chọn C = 20 (mm)

-

Xác định chiều dày S của phần đầu
Chiều dày S của phần đầu được xác định
S = ( 0,05 ÷ 0,1 ) .D = (0,05÷0,1).135 = (6,75÷13,5) (mm)

Ta chọn S = 10 ( mm)

-

Xác định chiều cao H của piston (động cơ bốn kỳ )
Chiều cao H của piston được xác định :
H = ( 1,0 ÷ 1,6 ) . D = (1,0÷1,6) . 135 = (135÷216) (mm)
Ta chọn H = 150( mm )

-

Xác định vị trí của chốt piston ( đến chân piston ) H-h
Vị trí của chốt piston ( đến chân piston ) H –h được xác định
H-h = ( 0,5 ÷ 1,2 ) .D = (0,5÷1,2).135 = (60÷162) (mm)
Ta chọn H-h = 60( mm )
→ h = H 60 = 150 – 60 = 90 ( mm )

19

Đồ Án Môn Học

19


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên
-

Xác định đường kính chốt piston
d cp
d cp


=
( 0,3 ÷ 0,45 ) . D = (0,3÷0,45).135 = (40,5÷60,75) (mm)
Ta chọn
d cp

= 45 ( mm )
-

Xác định đường kính lỗ rỗng của piston

d0
Đường kính lỗ rỗng của chốt piston

d0
được xác định
theo công thức

d0

= ( 0,6 ÷ 0,8 ) .

d cp
d0 = (0,6 ÷ 0,8) . 45 = (27÷ 36)

d0
chọn
28( mm )
-


=

Xác định đường kính bệ chốt
Đường kính bệ chốt

db
được xác định

20

Đồ Án Môn Học

20


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên

db
= ( 1,3 ÷ 1,6 ) .

d cp

db
= ( 1,3 ÷ 1,6 ) .
45 = (58.5÷ 72) (mm)
Ta chọn

db
= 60 ( mm )
-


Xác định chiều dày thân
S1

S1

=( 2 ÷ 5 )
( mm ) . Ta chọn
S1

= 4( mm )
-

Xác định số xéc măng khí
Số xéc măng khí có từ 3 ÷ 4 . Ta chọn số xéc măng khí bằng 3

-

Xác định chiều dày hướng kính t của xéc măng khí
Chiều dày hướng kính t của xéc măng khí bằng công thức
t = ( 1/22 ÷ 1/26 ) . D
Ta chọn t = 1/22 D = 1/22.135 = 6 ( mm )

-

Xác định chiều cao a của xéc măng khí
Chiều cao a của xéc măng khí được xác định bằng công thức
a = ( 2,2 ÷ 4 ) ( mm )
21


Đồ Án Môn Học

21


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Ta chọn a = 3 (mm )
-

Xác định số xéc măng dầu được xác định bởi
Số xéc măng dầu có từ ( 1 ÷ 3 )
Ta chọn số xéc măng dầu là 1

-

Xác định chiều dày bờ rãnh xéc măng
a1

Chiều dày bờ rãnh xéc măng
a1

a1

≥a →
a1

≥ 3( mm )
Ta chọn
a1


= 3( mm )
Chiều cao của xéc măng dầu a 2
a 2 > a . Ta chọn a 2 = 3,5 ( mm )

- Chiều dài chốt piston lcp:
lcp=(0,80,9)D
=(0,80,9)135=108121,5

(mm)

Chọn chiều dài chốt piston lcp = 120

(mm)

2.1.3. Các thông số chọn cơ bản của piston, chốt và xéc măng
Các thông số chọn

Kết quả

Đơn vị

1

Chiều dày đỉnh piston

δ = 15

mm

2


Khoảng cách C từ đỉnh piston đến xéc măng khí

C = 20

mm

3

Chiều dầy của phần đầu

S = 10

mm
22

Đồ Án Môn Học

22


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên
4

Chiều cao H của piston

H = 150

mm


5

Vị trí của chốt piston đến chân pittông

h = 60

mm

6

Đường kính chốt piston

mm

= 45
7

Đường kính lỗ trên chốt

mm

= 28
8

Đường kính bệ chốt

mm

= 60
9


Chiều dày phần thân

mm

=4
10

Số xéc măng khí

3

11

Số xéc măng dầu

1

12

Chiều dày hướng kính t của xéc măng khí

t=6

mm

13

Chiều cao của xéc măng khí


a=3

mm

14

Chiều dày bề rãnh xéc măng khí

mm

=3
15

Chiều cao của xéc măng dầu

a 2 = 3,5

mm

Bảng 4 : Bảng kết quả tính toán cơ bản của piston , chốt piston và xéc măng

PHẦN III :TÍNH TOÁN , KIỂM NGHIỆM BỀN PISTON
23

Đồ Án Môn Học

23


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên

3.1. Tính toán kiểm tra bền cho piston
Tính toán kiểm tra bền cho piston bao gồm việc tính kiểm tra bền cho đỉnh, đầu,
thân và bệ chốt piston.

Hình 3.1:Kích thước các phần của piston

3.1.1. Tính sức bền của đỉnh piston
Trong quá trình làm việc đỉnh piston vừa chịu tải trọng cơ học (lực khí thể) lại vừa
chịu tải trọng nhiệt nên trạng thái biến dạng khá phức tạp. Vì vậy, để đơn giản hóa trong
tính toán ta đi tính trạng thái ứng suất gần đúng theo những giả thiết nhất định (phụ thuộc
vào phương pháp tính).
Áp dụng công thức Back, để tính kiểm nghiệm bền cho đỉnh piston ta giả thiết:
- Coi đỉnh piston là một đĩa có chiều dày
δ

đồng đều đặt tự

do trên gối đỡ hình trụ.
- Coi áp suất khí thể
pz

phân bố đều.

- Tính lực khí thể tác dụng lên đỉnh piston
Sơ đồ tính toán lực như hình 3.1
Áp dụng công thức :

24

Đồ Án Môn Học


24


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Pz = p z .F p
Fp

Trong đó: diện tích đỉnh piston được tính theo công thức:

Fp =

là

π .D 2
4

m2

(

)

Với D là đường kính đỉnh piston , D =135 (mm) = 0,135 (m)
pz

suất khí thể

là áp
(Mpa)


Ta có :
7,2. =0,103

(MN)

Hình 3.2 : Sơ đồ tính sức bền đỉnh piston

- Trên nửa đỉnh piston có những lực sau đây tác dụng:
25

Đồ Án Môn Học

25