Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay động cơ đốt trong phát triển rộng khắp trên mọi lĩnh vực: Giao thông vận tải, nông nghiệp, lâm nhiệp, xây dựng, công nghiệp, quốc phòng… Công tác bảo dưỡng sửa chữa để phục hồi khả năng làm việc của phương tiện đóng một vai trò rất quan trọng, song trông điều kiện nước ta còn hạn chế về khả năng chế tạo và sản xuất mới động cơ nói chung và phụ tùng nói riêng. Sau khi được học hai môn chính của ngành động cơ đốt trong là “Nguyên lý Động cơ đốt trong” và “Kết cấu và tính toán Động cơ đốt trong” cùng một số môn cơ sở khác như: Sức bền vật liệu, Cơ lý thuyết,..., sinh viên được giao nhiệm vụ làm đồ án môn học Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong “ Thiết kế hệ thống bôi trơn – làm mát động cơ XGV6 – 0220” nhằm tìm hiểu vấn đề đó, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết một vấn đề cụ thể của ngành. Trong quá trình thực hiện nhiệm vụ đồ án, em đã nhận được sự hướng dẫn và giúp đỡ tần tình của thầy Nguyễn Quang Trung . Em xin chân thành cảm ơn. Vì điều kiện thời gian, tài liệu tham khảo và khả năng của bản thân còn hạn chế nên đồ án không khỏi còn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý phê bình.
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG BỘ MƠN ƠTƠ & MÁY ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Sinh viên: Năm học: Giáo viên hướng dẫn: Thời gian thực hiện: Mã động cơ: XGV6-0220 Võ Văn Bảo 2020- 2021 Nguyễn Quang Trung 30/8/2020 - Lớp: 17C4B Nhóm HP: NH19B 8/11/2020 A SỐ LIỆU BAN ĐẦU KÝ HIỆU THÔNG SỐ KỸ THUẬT Nhiên liệu Số xilanh / Số kỳ / Cách bố trí Thứ tự làm việc Tỷ số nén i /t / Đường kính x hành trình piston Cơng suất cực đại / số vòng quay Tham số kết cấu Áp suất cực đại Khối lượng nhóm piston Khối lượng nhóm truyền (mm x mm) Góc đánh lửa sớm (độ) Góc phân phối khí Hệ thống nhiên liệu Hệ thống bơi trơn Hệ thống làm mát Hệ thống nạp Hệ thống phân phối khí GIÁ TRỊ Gasoline / / V-type 1-5-2-4-6-3 10.6 (kW/vg/ph) (MN/m ) (kg) (kg) (độ) e DxS Ne / n l pz m pt m tt qs a1 a2 a3 a4 95.0 190.0 x / 0.25 5.1 1.0 1.3 82.0 5890 13 14 67 35 12 EFI Cưỡng cácte ướt Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng Không tăng áp 24 valve, DOHC B NỘI DUNG ĐỒ ÁN I Phần thuyết minh Xây dựng đồ thị công, động học động lực học động XGV6-0220 Phân tích đặc điểm chung động chọn tham khảo Thiết kế Nhóm kết cấu Piston – Thanh Truyền – Trục khuỷu động XGV6-0220 II Phần vẽ Bản vẽ đồ thị công, động học động lực học động XGV6-0220 Bản vẽ Bố trí máy,và lắp cụm chi tiết: Cụm Piston - Thanh truyền động XGV6-0220 Bản vẽ chi tiết: Thanh truyền động XGV6-0220 Hình thức trình bày theo qui định thống Khoa Cơ khí Giao thơng! 35 Giáo viên hướng dẫn Trưởng môn Nguyễn Quang Trung PGS.TS Dương Việt Dũng MỤC LỤC XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ XGV6-0420 1.1 Xây dựng đồ thị công 1.1.1 Các số liệu ban đầu 1.1.2.Các thơng số tính tốn 1.1.3.Các thông số chọn 1.1.4.Xây dựng đồ thị công 1.1.4.1.Xây dựng đường nén 1.1.4.2 Xây dựng đường giản nở 1.1.4.3 Xác định điểm đặc biệt bảng giá trị đồ thị công 1.1.4.4.Vẽ đồ thị 1.2 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC 11 1.2.1 Xây dựng đồ thị động học 11 1.2.1.1 Đồ thị chuyển vị S = f(α) 11 1.2.1.2 Đồ thị vận tốc V(α) 13 1.2.1.3 Đồ thị gia tốc j = f(x) 15 1.2.2 Xây dựng đồ thị động lực học 16 1.2.2.1 Đồ thị lực quán tính -Pj=f(x) 16 1.2.2.2 ĐỒ THỊ KHAI TRIỂN: PKT , PJ , P1 - 17 1.2.2.3 Đồ thị T,Z,N- α 21 1.2.2.4 Đồ thị ΣT-α 26 1.2.2.5 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 28 1.2.2.7 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu 33 1.2.2.8.Đồ thị khai triển Q(α) 37 Chọn động tham khảo: (1MZ-FE) 38 2.1 Giới thiệu chung động 1MZ-FE : 38 2.2 Phân tích đặc điểm kết cấu động cơ: 41 2.2.1 Cơ cấu khuỷu trục truyền 41 2.2.1.1 Nắp xy lanh 42 2.2.1.2 Nhóm Pít tơng 43 2.2.1.3 Thanh truyền 46 2.2.1.4 Trục khuỷu 48 2.2.2 Cơ cấu phối khí 49 2.2.2.1 Xu páp 52 2.2.2.2 Trục cam 53 2.2.2.3 Ống dẫn hướng xu páp: 53 2.2.2.4 Lò xo xu páp: 53 2.2.3 Các hệ thống động 53 2.2.3.1 Hệ thống làm mát 54 1.2.3.2 Hệ thống bôi trơn 57 2.3 KHAI THÁC HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ 1MZ-FE 60 2.3.1 Giới thiệu hệ thống EFI 60 2.3.2 Sơ đồ nguyên lý nguyên lý làm việc hệ thống EFI động 1MZ-FE 60 2.3.3 Chi tiết hệ thống 62 2.3.3.1 Bơm nhiên liệu 62 2.3.3.2 Bình chứa xăng 63 THIẾT KẾ KỸ THUẬT VÀ TÍNH BỀN CÁC NHĨM VÀ CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG 68 3.1 NHÓM PISTON: 68 3.1.1 Các thông số ban đầu: 68 3.1.2 Tính bền piston: 69 3.2 NHÓM THANH TRUYỀN : 73 3.2.1 Các thông số ban đầu: 73 3.2.2 Tính bền đầu nhỏ truyền: đầu nhỏ mỏng 75 3.2.2.1 Khi chịu kéo (ĐCT cuối thải, đầu nạp): 75 3.2.2.2 Khi chịu nén (ở ĐCT, đầu hành trình dãn nở): 77 3.2.2.3 Ứng suất biến dạng đầu nhỏ truyền: 78 3.2.2.4 Hệ số an toàn đầu nhỏ truyền: 79 3.2.3.Tính tốn bền thân truyền (động cao tốc): 79 3.3 NHÓM TRỤC KHUỶU: 81 3.3.1 Các thông số ban đầu: 81 3.3.2 Trong trường hợp khởi động : 83 3.3.3 Trường hợp trục khuỷu chịu lực Zmax : 84 3.3.4 Trường hợp khuỷu trục chịu lực tiếp tuyến lớn (Tmax) : 86 3.3.5 Trường hợp khuỷu trục chịu lực Tmax : 91 LỜI NÓI ĐẦU Ngày động đốt phát triển rộng khắp lĩnh vực: Giao thông vận tải, nông nghiệp, lâm nhiệp, xây dựng, cơng nghiệp, quốc phịng… Cơng tác bảo dưỡng sửa chữa để phục hồi khả làm việc phương tiện đóng vai trị quan trọng, song trơng điều kiện nước ta cịn hạn chế khả chế tạo sản xuất động nói chung phụ tùng nói riêng Sau học hai mơn ngành động đốt “Nguyên lý Động đốt trong” “Kết cấu tính tốn Động đốt trong” số môn sở khác như: Sức bền vật liệu, Cơ lý thuyết, , sinh viên giao nhiệm vụ làm đồ án môn học Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong “ Thiết kế hệ thống bôi trơn – làm mát động XGV6 – 0220” nhằm tìm hiểu vấn đề đó, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng kiến thức học để giải vấn đề cụ thể ngành Trong trình thực nhiệm vụ đồ án, em nhận hướng dẫn giúp đỡ tần tình thầy Nguyễn Quang Trung Em xin chân thành cảm ơn Vì điều kiện thời gian, tài liệu tham khảo khả thân hạn chế nên đồ án khơng khỏi cịn nhiều thiếu sót Rất mong nhận góp ý phê bình Đà Nẵng, ngày tháng năm Sinh viên thực Võ Văn bảo XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ XGV6-0420 1.1 Xây dựng đồ thị cơng 1.1.1 Các số liệu ban đầu THƠNG SỐ KỸ THUẬT KÝ HIỆU Nhiên liệu GIÁ TRỊ Gasoline Số xilanh/ Số kỳ/ Cách bố trí i/ τ Thứ tự làm việc 6/ 4/ V-Type 1-5-2-4-6-3 Tỷ số nén ε 10,76 Đường kính × hành trình piston (mm×mm) D×S 95×82 Cơng suất cực đại/ Số vịng quay (Kw/vg/ph) Ne/ n 190/5890 Tham số kết cấu λ 0.25 Áp suất cực đại (MN/m2) Pz 5.1 Khối lượng nhóm piston (kg) mpt 1.0 Khối lượng nhóm truyền (kg) mtt 1.3 θs 13 α1 14 α2 67 α3 35 α4 12 Góc đánh lửa sớm Góc phân phối khí (độ) (độ) Hệ thống nhiên liệu EFI Hệ thống bôi trơn Cưỡng cácte ướt Hệ thống làm mát Cưỡng sử dụng môi chất lỏng Hệ thống nạp Không tăng áp Hệ thống phân phối khí 24 valve, DOHC 1.1.2.Các thơng số tính tốn Để xây dựng đồ thị cơng ta phải tính tốn thơng số sau: Xác định tốc độ trung bình động : 𝐶 = 𝑆 𝑛 = 16.1 [ 𝑚⁄𝑠 ] 30 Trong đó: S [m]là hành trình dịch chuyển piston xilanh, n [vịng/phút] tốc độ quay động Vì Cm ≥ m/s: động tốc độ cao hay gọi động cao tốc Chọn trước: n1=1,32 ÷ 1,39; n2 = 1,25 ÷ 1,29 Chọn số nén đa biến trung bình n1= 1,35, số giãn nở đa biến trung bình n2= 1,27 Áp suất cuối kỳ nạp: Đối với động kỳ không tăng áp ta có: pa=(0,8÷0,9)pk Chọn pa = 0,08 [MN/m2] Đối với động khơng tăng áp, coi gần pk =po =0,1MN/m2 Áp suất cuối kỳ nén: pc = pa.n1 = 0,08×10,61,35 = 1,94 [MN/m2] Vì động xăng nên chọn ρ = Áp suất cuối trình giản nở: Pb = PZ n2 PZ ( )n = , , , = 0,25 [MN/m2] Thể tích cơng tác: 𝑉 = 𝑠 × Thể tích buồng cháy: 𝑉 = × = 0,581 [𝑑𝑚 ] , = = 0,061 [𝑑𝑚 ] , Thể tích làm việc: 𝑉 = 𝑉 + 𝑉 = 0,642 [𝑑𝑚 ] Vận tốc góc trục khuỷu 𝜔 = × = × = 616,8 [𝑟𝑎𝑑/𝑠] Áp suất khí sót: Chọn pth=1.04×pk=1,04×0.1= 0,104 [MN/m2] Vì động cao tốc nên có: pr = (1,05 - 1,10)pth Chọn pr = 0,11 [MN/m2] 1.1.3.Các thơng số chọn Áp suất khí nạp: pk = 0,1 [MN/m2] Chọn n1= 1,35, n2= 1,27 Tỷ số giản nở sớm ρ = 1.1.4.Xây dựng đồ thị công Để xây dựng đồ thị công ta cần phải: Biểu diễn thể tích buồng cháy: Vcbd = 10, 15, 20 mm Chọn Vcbd =15 [mm] Tỉ lệ xích biểu diễn thể tích là: Vc = Giá trị biểu diễn 𝑉 = = 0,0040[dm3/mm] = 144 [𝑚𝑚] Biểu diễn áp suất cực đại: pzbd = 160-220mm Chọn pzbd = 160[mm] Tỉ lệ xích biểu diễn áp suất là: p = zbd MN = 0,0319 mm Với vòng trịn Brick ta có đường kính AB có giá trị biểu diễn giá trị biểu diễn Vh, tức AB = Vh [mm] Tỉ lệ xích biểu đồ Brick là:μ = Vậy giá trị biểu diễn là:𝑂𝑂 = = 0,5694 = , , = [𝑚𝑚] 1.1.4.1.Xây dựng đường nén Ta có phương trình đường nén là: p.Vn1 = cosnt => pc.Vcn1 = pnx.Vnxn1 Rút ta có: pnx = pc Đặt: i = , ta có: 𝑝 =𝑝 Trong đó: pnx Vnx áp suất thể tích điểm đường nén, i tỉ số nén tức thời Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vh thành khoảng, i = 1;1,5;2;2,5;3; ;10;10,6 1.1.4.2 Xây dựng đường giản nở Ta lại có phương trình đa biến trình giãn nở là: 𝑃 𝑉 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 Gọi Pgnx, Vgnx áp suất thể tích biến thiên theo q trình giãn nở động Ta có: pz.Vcn2 = pgnx.Vgnxn2 𝑃 𝑉 = 𝑃 𝑉 (với VZ = .VC =Vc) ⇔ Pgnx=𝑃 ⇔ Pgnx = = Đặt 𝑖 = , ta có: 𝑃 = Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vh thành khoảng , (1.4) i = 1; 1,5 ;2 ;2,5 ;3 ;3,5 ;… ;10 ;10,6 1.1.4.3 Xác định điểm đặc biệt bảng giá trị đồ thị công Điểm bắt đầu trình nạp: r(Vc,pr) Vc-thể tích buồng cháy Vc=0,061 [dm3] pr-áp suất khí sót, chọn pr=0,114 [MN/m2] Vậy: r(0,061; 0,114) rbd(15,00; 3,59) Điểm bắt đầu trình nén: a(Va ;pa) Với Va=ε.Vc=0,64 [dm3], pa=0,08 [MN/m2] Vậy điểm a(0,64; 0,08), abd(159,00; 2,51) Điểm: b(Va;pb) Với pb: áp suất cuối trình giãn nở.pb= 0,64 [MN/m2] Vậy điểm b(0,64; 0,64), bbd(159,00; 7,97) Điểm c(Vc;pc) Với pc = 1,94 [MN/m2] Vậy điểm c(0,061; 1,94), cbd(15,00; 60,74) Điểm y(Vc; 0,85pz) = ( 0,061; 4,34), ybd(15,00; 135,89) Điểm z(Vc; pz) = (0,061; 5,10), zbd(15,00; 160) V(dm3) V(mm) V i 1VC 0,061 1.5VC 1.5 2VC Đường nén Đường giản nở in1 1/in1 Pc/in1 Pn(mm) in2 1/in2 PZ/in2 Pgn(mm) 15 1,00 1,00 1,94 60,74 1,00 1,00 5,10 160 0,091 23 1,73 0,58 1,12 35,13 1,67 0,60 3,05 95,53 0,121 30 2,55 0,39 0,76 23,83 2,41 0,41 2,11 66,29 2.5VC 2.5 0,151 38 3,45 0,29 0,56 17,63 3,20 0,31 1,59 49,93 3VC 0,182 45 4,41 0,23 0,44 13,78 4,04 0,25 1,26 39,61 3.5VC 3.5 0,212 53 5,43 0,18 0,36 11,19 4,91 0,20 1,04 32,57 4VC 0,242 60 6,50 0,15 0,30 9,35 5,82 0,17 0,88 27,49 4.5VC 4.5 0,272 68 7,62 0,13 0,25 7,97 6,75 0,15 0,76 23,67 5VC 0,303 75 8,78 0,11 0,22 6,92 7,72 0,13 0,66 20,71 5.5VC 5.5 0,333 83 9,99 0,10 0,19 6,08 8,71 0,11 0,59 18,35 6VC 0,363 90 11,23 0,09 0,17 5,41 9,73 0,10 0,52 16,43 6.5VC 6.5 0,394 98 12,52 0,08 0,15 4,85 10,77 0,09 0,47 14,84 7VC 0,424 105 13,83 0,07 0,14 4,39 11,84 0,08 0,43 13,51 7.5VC 7.5 0,454 113 15,18 0,07 0,13 4,00 12,92 0,08 0,39 12,37 8VC 0,484 120 16,56 0,06 0,12 3,67 14,03 0,07 0,36 11,40 8.5VC 8.5 0,515 128 17,98 0,06 0,11 3,38 15,15 0,07 0,34 10,55 9VC 0,545 135 19,42 0,05 0,10 3,13 16,29 0,06 0,31 9,82 9.5VC 9.5 0,575 143 20,89 0,05 0,09 2,91 17,45 0,06 0,29 9,16 10VC 10 0,605 150 22,39 0,04 0,09 2,71 18,62 0,05 0,27 8,59 0,642 159 24,22 0,04 0,08 2,51 20,05 0,05 0,25 7,97 10.6VC 10.7 Bảng 1.1.4.3: Giá trị biểu diễn đồ thị công 1.1.4.4.Vẽ đồ thị Để vẽ đồ thị công ta thực theo bước sau: + Chọn tỉ lệ xích + Vẽ hệ trục tọa độ đó: trục hồnh biểu diễn thể tích xilanh, trục tung biểu diễn áp suất khí thể + Từ số liệu cho ta xác định tọa độ điểm hệ trục tọa độ Nối tọa độ điểm đường cong thích hợp đường cong nén đường cong giãn nở + Vẽ đường biểu diễn trình nạp trình thải hai đường thẳng song song với trục hoành qua hai điểm Pa Pr Ta có đồ thị công lý thuyết + Hiệu chỉnh đồ thị công: - Vẽ đồ thị brick phía đồ thị cơng Lấy bán kính cung trịn R ½ khoảng cách từ Va đến Vc (R=S/2) - Tỉ lệ xích đồ thị brick tính tốn - Lấy phía phải điểm O’ khoảng : OO’ - Dùng đồ thị Brick để xác định điểm: Điểm mở sớm xu páp nạp : r’ xác định từ Brick ứng với α 1=140 Điểm đóng muộn xupáp thải : r’’ xác định từ Brick ứng với α 4=120 Điểm đóng muộn xupáp nạp : a’ xác định từ Brick ứng với α 2=670 Điểm mở sớm xupáp thải : b’ xác định từ Brick ứng với α 3=350 Đường kính cổ trục khuỷu dct 55 mm Chiều dài cổ trục khuỷu lct 36 mm Đường kính chốt khuỷu dck 50 mm Chiều dài chốt khuỷu lck 36 mm Chiều rộng má khuỷu hmk 80 mm Chiều dày má khuỷu bmk 15 mm Bán kính góc lượn má khuỷu rmk mm Độ trùng điệp 𝜀 14 mm Bảng 6.6 Các thơng số kết cấu trục khuỷu Tính bền trục khuỷu : Tính sức bền theo cách phân đoạn, ta chia trục khuỷu làm nhiều đoạn, đoạn ứng với khuỷu, chiều dài đoạn khoảng cách tâm điểm ổ trục coi đoạn dầm tĩnh định đặt gối tựa Khi cắt đoạn trục khuỷu, ta giả thiết rằng: khuỷu trục dầm có độ cứng vững tuyệt đối Khi tính bền thường tính cho trục nguy hiểm tức khuỷu mà tải trọng có giá trị lớn Hình 6.7 Sơ đồ lực momen tác dụng lên trục khuỷu -Lực quán tính ly tâm má khuỷu -Lực quán tính ly tâm đối khuỷu Pr Z’, Z’’ -Phản lực pháp tuyến gối trục bên trái bên phải T’, T’’ -Phản lực tiếp tuyến gối trục bên trái bên phải Pr 82 3.3.2 Trong trường hợp khởi động : Hình 6.8 Sơ đồ lực trường hợp khởi động Giả thiết trục khuỷu vị trí điểm chết ( = 0) Lực tác dụng lên trục khuỷu : 𝑍 = 𝑍 = 5,1 𝜋0,095 = 0,036 𝑀𝑁 𝑇=0 Các phản lực xác định theo công thức sau : 𝑍 =𝑍 = 𝑙′ 𝑍 × 𝑍 = = 0,018 MN 𝑙 Tính sức bền chốt khuỷu : Moment uốn chốt khuỷu: 𝑀 = 𝑍 × 𝑙 = 0,018.0,049 = 8,82.10 MNm Ứng suất uốn chốt khuỷu : 𝜎 = 𝑀 8,82.10 = 𝑊 1,22.10 = 72,3 MN/m Vậy 𝜎 < [𝜎 ] = (80 ÷ 120)𝑀𝑃𝑎thỏa bền 83 Với môđun chống uốn: 𝜋 𝜋 𝑊 = 𝑑 = 0,050 = 1,22.10 𝑚 32 32 3.3.3 Trường hợp trục khuỷu chịu lực Zmax : Lực tác dụng xác định theo công thức sau : 𝑍 =𝑍 = 0,572 𝜋0,095 = 4,05.10 𝑀𝑁 Hình 6.9 Sơ đồ tính tốn trục khuỷu Phản lực tác dụng lên gối trục : 𝑍 =𝑍 = = 4,05.10 = 2,03.10 MN Xác định khuỷu nguy hiểm: Trong trường hợp vị trí tính tốn α= αZmax Góc αZmax xác định đồ thị Z=f (α) ta αZmax=370o Căn vào đồ thị T ta xác định trị số T góc quay α α [o ] 370o 490o 610o 10o 130o 250 o T [MN/m2] 0,127 1.532 -1.497 -0.788 1.397 -1.491 Do ta xác định trị số ∑Ti-1 tác dụng lên khuỷu động khuỷu chịu lực Zmax phương pháp lặp bảng sau: 84 α [o ] XL 370o 0.127 ∑Ti-1=0 490o 610o 10o 130o 250 o 1.532 -1.497 -0.788 1.397 -1.491 1.532 -1.497 -0.788 0.127 XL 1.397 -1.491 ∑Ti-1=1.497 0.127 XL 1.532 -1.497 -0.788 1.397 -1.491 ∑Ti-1=2.279 XL -0.788 1.397 -1.491 0.127 ∑Ti-1=2.141 1.532 -1.497 -0.788 1.397 0.127 XL -1.491 ∑Ti-1=- 1.532 -1.497 0.059 0.127 XL -1.497 -0.788 1.397 -1.491 ∑Ti-1=- 1.532 0.847 Nhìn vào bảng ta thấy khuỷu thứ viêc chịu lực Z max mà cịn chịu thêm lực ∑Ti-1 lớn Tính bền chốt khuỷu : Ứng suất uốn chốt khuỷu : 𝜎 = 𝑀 𝑍 ×𝑙 2,03.10 0,049 = = = 8,14 MN/m 𝑊 𝑊 1,22.10 - Ứng suất xoắn chốt khuỷu : 𝜏 = 𝑀 ∑𝑇 × 𝑅 0,015.0,041 = = = 25,2 MN/m 𝑊 2𝑊 2.1,22.10 Ứng suất tổng ứng suất uốn ứng suất xoắn : 𝜎∑ = 𝜎 + 4τ = 8,14 + (25,2) = 51 MN/m 85 Tính sức bền cổ trục khuỷu : Tính chỗ chuyển tiếp cổ trục má khuỷu (nơi nguy hiểm nhất) Ứng suất uốn cổ trục : 𝜎 = 𝑀 𝑍 𝑏 2,03.10 0,025 = = = 4,16 MN/m 𝑊 𝑊 1,22.10 Ứng suất xoắn cổ trục : 𝜏 = 𝑀 ∑𝑇 𝑅 0,015.0,041 = = = 25,2 MN/m 𝑊 2𝑊 2.1,22.10 Ứng suất tổng cộng chịu uốn xoắn : 𝜎∑ = 𝜎 + 4τ = 4,16 + × 25,2 = 50,57 MN/m Tính sức bền má khuỷu : Trong q trình làm việc má khuỷu chịu uốn nén trục x-x y-y Ứng suất nén má khuỷu : 𝜎 = 𝑍 2,03.10 = = 1,015 MN/m 𝑏 ℎ 0,025.0,08 Ứng suất uốn mặt phẳng vng góc với mặt phẳng khuỷu trục(uốn quanh y-y) 𝜎 = 𝑀 𝑀′ ∑𝑇 𝑅 0,015.0,041 = = = 𝑏 ℎ 0,025.0,08 𝑊 𝑊 = 2,67.10 6 = 23,03 MN/m Ứng suất uốn mặt phẳng khuỷu trục (uốn quanh trục x-x) 𝜎 = 𝑀 𝑍 𝑏 + 𝑃 (𝑎 − 𝑐) 2,03.10 0,025 = = ℎ 𝑏 0,025 0.08 𝑊 = 8,33.10 6 = 6,09 MN/m Ứng suất uốn tổng má khuỷu chịu nén chịu uốn : 𝜎∑ = 𝜎 + 𝜎 + 𝜎 = 1,015 + 23,03 + 6,09 = 30,135 MN/m 3.3.4 Trường hợp khuỷu trục chịu lực tiếp tuyến lớn (Tmax) : Trong trường hợp vị trí tính tốn α= αTmax Góc αTmax xác định đồ thị T =f (α) ta αTmax=680o Căn vào đồ thị T= f(α) ta xác định trị số T góc quay α α [o] 680 o 80o 200o 320o 440o 560 o T [MN/m2] 1.813 0.275 -0.619 1.505 0.714 -0.631 86 Do ta xác định trị số ∑Ti-1 tác dụng lên khuỷu động khuỷu chịu lực Tmax phương pháp lặp bảng sau: α [o ] XL 680 o 1.813 ∑Ti-1=0 80o 200o 320o 440o 560 o 0.275 -0.619 1.505 0.714 -0.631 0.275 -0.619 1.505 0.714 -0.631 1.813 XL 0.714 -0.631 ∑Ti-1=0.619 XL 0.275 -0.619 1.505 XL 1.505 0.714 -0.631 1.813 ∑Ti-1=2.494 1.813 ∑Ti-1=-0.874 0.275 -0.619 1.505 0.714 1.813 XL -0.631 ∑Ti-1=- 0.275 -0.619 0.714 -0.631 0.261 XL -0.619 1.505 1.813 ∑Ti-1=1.244 0.275 Nhìn vào bảng ta thấy khuỷu thứ ngồi viêc chịu lực T max mà cịn chịu thêm lực ∑Ti-1 lớn Căn vào bảng số liệu ta thấy khuỷu thứ nguy hiểm : với : Zo = Z (=320o) = -1.297 MN 𝜋0,095 −1.297 𝑍 𝑍 =𝑍 = = = −4,6.10 2 𝑇 =𝑇 = 𝑇 = 1,813 𝜋0,095 = 6,42.10 ∑Ti-1=2,494 , MN MN = 0,017 𝑀𝑁 Tính sức bền chốt khuỷu : Ứng suất uốn mặt phẳng khuỷu trục : 𝜎 = 𝑀 𝑍 𝑙 = 𝑊 𝑊 87 = −4,6.10 0,049 0,05 − 0,025 0,1 = 3,75.10 0,05 = −0,06 MN/m Ứng suất uốn mặt phẳng vng góc với mặt phẳng khuỷu trục: 𝜎 = 𝑀 𝑇 𝑙 6,42.10 0,049 = = = 0,083 MN/m 𝑊 𝑊 3,75.10 Ứng suất uốn tổng cộng : 𝜎 = (−0,06) + 0,083 = 0,1 MN/m (𝜎 ) + (𝜎 ) = Ứng suất xoắn chốt khuỷu : 𝜏 = 𝑀 (∑𝑇 + 𝑇)𝑅 = 𝑊 𝑊 𝜏 = (0,017 + 6,42.10 ) 0,041 = 39,39 MN/m 2.1,22.10 Ứng suất uốn tổng hợp chịu uốn xoắn : 𝜎∑ = 𝜎 + 4𝜏 = 0,1 + 4.39,39 = 78,78 MN/m Tính sức bền cổ trục khuỷu : Ứng suất uốn lực pháp tuyến Z’’ gây : 𝜎 = 𝑀 𝑍 𝑏 −4,6.10 0,025 = = 𝑊 𝑊 0,1.0,055 = 1,66.10 = −6,92 MN/m Ứng suất lực tiếp tuyến T’’ gây : 𝜎 = 𝑀 𝑇 𝑏 6,42.10 0,025 = = = 9,67 MN/m 𝑊 𝑊 1,66.10 Ứng suất uốn tổng cộng : 𝜎 = (𝜎 ) + (𝜎 ) = −6,92 + 9,67 = 11,89 MN/m Ứng suất xoắn : 𝜏 = (0,017 + 6,42.10 ) 0,041 𝑀 = = 28,92 MN/m 𝑊 1,66.10 Ứng suất uốn tổng hợp chịu uốn xoắn : 88 𝜎∑ = 𝜎 + 4𝜏 = 11,89 + 28,92 = 59,05 MN/m Tính sức bền má khuỷu : Ứng suất uốn Z’’ gây : 𝜎 = 𝑀 𝑍′′ 𝑏′′ −4,6.10 0,025 = = = −13,8 MN/m ℎ 𝑏 𝑊 8,33.10 Ứng suất uốn lực quán tính ly tâm Pr2 gây : 𝜎 = 𝑀 𝑃 (𝑎 − 𝑐) = = MN/m 𝑊 10.10 Ứng suất uốn lực tiếp tuyến T gây : 𝜎 = 𝑇′′ 𝑟 6,42.10 0,041 = = 9,85 MN/m 𝑏 ℎ 2,67.10 Với r = 0,041m khoảng cách từ tâm cổ trục khuỷu đến tiết diện nguy hiểm má khuỷu Ứng suất uốn moment xoắn M’’k gây : 𝜎 = 𝑀" (∑𝑇 + 𝑇)𝑅 (0,017 + 6,42.10 ) 0,041 = = = 35,9 MN/m 𝑏 ℎ 𝑏 ℎ 2,67.10 6 Ứng suất xoắn má khuỷu lực tiếp tuyến T’’ gây : 𝜏 = 𝑀 𝑊 Do tiết diện chịu xoắn má khuỷu có dạng hình chữ nhật nên chịu xoắn, ứng suất xoắn điểm tiết diện hình chữ nhật khác 89 Hình 6.10 Sơ đồ mặt cắt má khuỷu Ở điểm 1, 2, 3, có 𝜏 = Ở điểm I, II có 𝜏 = 𝜏kmax Ở điểm III, IV có 𝜏 = 𝜏kmin Ứng suất xoắn xác định theo công thức sau : 𝜏 Trong : , " " = = , , , , , =4,28 MN/m g1 = 0,75 g2 = 0,97 hệ số ứng suất phụ thuộc vào hệ số h/b=3,63 𝜏 , = 0,97.4,28 = 4.15 Ứng suất nén má khuỷu : 𝜎 = " = , , , = −2,3 MN/m Do ứng suất tác dụng lên má khuỷu phức tạp nên ta phải lập bảng xét dấu ứng suất tác dụng : 𝜎∑ = (MN/m2) (∑𝜎) + 4τ Bảng xét dấu ứng suất tác dụng lên má khuỷu: Ứng suất I II III IV 𝜎n -2,3 -2,3 -2,3 -2,3 -2,3 -2,3 -2,3 -2,3 𝜎 uz -13,8 13,8 -13,8 13,8 -13,8 13,8 0 𝜎 ur 0 0 0 0 90 𝜎 uT 9,85 9,85 -9,85 -9,85 0 9,85 -9,85 𝜎 uM -35,9 -35,9 35,9 35,9 0 -35,9 35,9 𝛴𝜎 -42,15 -14,55 9,95 37,55 -16,1 11,5 -28,35 23,75 4,28 4,28 4,15 4,15 29,54 25,159 𝜏 0 𝜎∑ 42,15 14,55 9,95 37,55 18,234 14,336 3.3.5 Trường hợp khuỷu trục chịu lực Tmax : Trong trường hợp vị trí tính tốn α= α∑Tmax Góc αTmax xác định đồ thị ∑T=f (α) ta α ∑Tmax=90o Căn vào đồ thị T= f(α) ta xác định trị số T góc quay α α [o] 90o 210o 330o 450o 570o 690o T [MN/m2] 0.845 -0.919 1.369 1.196 -0.931 1.776 Do ta xác định trị số ∑Ti-1 tác dụng lên khuỷu động khuỷu chịu lực Tmax phương pháp lặp bảng sau: α [o ] 90o 210o 330o 450o 570o 690o -0.919 1.369 1.196 -0.931 1.776 -0.919 1.369 1.196 -0.931 1.776 0.845 XL ∑Ti1=0 0.845 XL -0.931 1.776 XL -0.919 1.369 1.196 XL 1.196 -0.931 1.776 XL 1.776 0.845 ∑Ti-1=1.295 ∑Ti-1=1.369 -0.919 0.845 ∑Ti-1=-0.654 1.369 0.845 ∑Ti-1=2.972 -0.919 1.369 1.196 -0.931 0.845 XL 1.369 1.196 -0.931 1.776 ∑Ti-1= -0.919 2.491 91 Nhìn vào bảng ta thấy khuỷu thứ chịu lực ∑Ti-1 lớn , với : Zo = Z (=570o) = −2,213 𝑍 =𝑍 = 𝑇 = ∑𝑇 𝑍 −0,015 = = −7,8.10 2 𝑇 = = = −0,015 MN MN 3,33 𝜋0,095 = 0.012 𝑀𝑁 2,491 𝜋0,095 = 8,83.10 𝑀𝑁 Tính sức bền chốt khuỷu : Ứng suất uốn mặt phẳng khuỷu trục : 𝜎 = 𝑀 𝑍 ×𝑙 = 𝑊 𝑊 𝜎 = −7,8.10 0,049 3,75.10 𝜎 = −0,01 MN/m Ứng suất uốn mặt phẳng vng góc với mặt phẳng khuỷu trục : 𝜎 = 𝑀 𝛴𝑇 𝑙 0.012.0,049 = = = 0,1568 MN/m 𝑊 𝑊 3,75.10 Ứng suất uốn tổng cộng : 𝜎 = (𝜎 ) + (𝜎 ) = (0,18) + 37.5 = 0,157 MN/m Ứng suất xoắn chốt khuỷu : 𝜏 = 𝜏 = 𝑀 (∑𝑇 + 𝑇)𝑅 = 𝑊 𝑊 (8,83.10 + 0.012).0,041 = 34,16 𝑀𝑁/𝑚 0,2.0,05 Ứng suất uốn tổng hợp chịu uốn xoắn : 𝜎∑ = 𝜎 + 4𝜏 = 0,157^2 + 4.34,16^2 = 68,32 𝑀𝑁/𝑚 Tính sức bền cổ trục khuỷu : Ứng suất uốn lực pháp tuyến Z’ gây : 92 𝜎 = 𝑀 𝑍′′ 𝑏′′ −7,8.10 0,025 = = = −11,75 𝑀𝑁/𝑚 𝑊 𝑊 1,66.10 Ứng suất lực tiếp tuyến T’ gây : 𝜎 = 𝑀 ∑𝑇′′ 𝑏′′ 0.012.0,025 = = = 18,07𝑀𝑁/𝑚 𝑊 𝑊 1,66.10 Ứng suất uốn tổng cộng : 𝜎 = (𝜎 ) + (𝜎 ) = (−11,75) + 18,07 = 21,55 𝑀𝑁/𝑚 Ứng suất xoắn : 𝜏 = 𝑀′′ (∑𝑇 + ∑𝑇) 𝑅 = 𝑊 2𝑊 𝜏 = (8,83.10 + 0.012).0,041 = 25,72𝑀𝑁/𝑚 1,66.10 Ứng suất uốn tổng hợp chịu uốn xoắn : 𝜎∑ = 𝜎 + 4𝜏 = 21,55 + 25,72 = 55,7 𝑀𝑁/𝑚 Tính sức bền má khuỷu Ứng suất uốn Z’ gây : 𝜎 = 𝑀 𝑍′′ 𝑏′′ −7,8.10 0,025 = = = −23,4 𝑀𝑁/𝑚 ℎ 𝑏 𝑊 8,33.10 Ứng suất uốn lực quán tính ly tâm Pr2 gây : 𝜎 = 𝑀 𝑃 (𝑎 − 𝑐) = = MN/m ℎ 𝑏 𝑊 Ứng suất uốn lực tiếp tuyến T gây : 𝜎 = 𝛴𝑇" 𝑟 0.012.0,041 = = 18,43 MN/m 𝑏 ℎ 2,67.10 Với r = 0,0415 m khoảng cách từ tâm cổ trục khuỷu đến tiết diện nguy hiểm má khuỷu Ứng suất uốn moment xoắn M”k gây : 93 𝑀" (8,83.10 + 0.012).0,041 = = = 32 MN/m 𝑏 ℎ 2,67.10 𝜎 Ứng suất xoắn má khuỷu lực tiếp tuyến T” gây : 𝜏 = 𝛴𝑇′′𝑏′′ 𝛴𝑇′′𝑏′′ 0.012.0,025 = = = 18 𝑀𝑁/𝑚 ℎ 𝑏 𝑊 8,33.10 Do tiết diện chịu xoắn má khuỷu có dạng hình chữ nhật nên chịu xoắn, ứng suất xoắn điểm tiết diện hình chữ nhật khác Ở điểm 1, 2, 3, có 𝜏 = Ở điểm I, II có 𝜏 = 𝜏kmax Ở điểm III, IV có τ = τkmin Ứng suất xoắn xác định theo cơng thức sau : τ τ Trong : = , " " = , , , =8 MN/m , = 0,25.8 = MN/m , g1 = 0,75 g2 = 0,25 hệ số ứng suất phụ thuộc vào hệ số h/b=3,63 Ứng suất nén má khuỷu : σ = Z" − P −7,8.10 = = −3,9 MN/m h b 0,08.0,025 Do ứng suất tác dụng lên má khuỷu phức tạp nên ta phải lập bảng xét dấu ứng suất tác dụng (∑σ) + 4τ (MN/m2) σ∑ = Bảng xét dấu ứng suất tác dụng lên má khuỷu: Ứng I II III IV n -3,9 -3,9 -3,9 -3,9 -3,9 -3,9 -3,9 -3,9 uz -23,4 23,4 -23,4 23,4 -23,4 23,4 0 ur 0 0 0 0 uT 18,43 0 18,43 -18,43 uM -32 0 -32 32 suất 18,43 -18,43 -18,43 -32 32 32 94 Σ -40,87 5,93 0 40,87 5,93 13,73 -13,73 33,07 -27,3 19,5 -17,47 9,67 2 33,07 31,643 25,224 17,922 10,465 Ta thấy tất ứng suất tính tốn tác dụng lên khuỷu trục nằm khoảng cho phép, trục khuỷu đủ bền 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Bình, Nguyễn Tất Tiến “Nguyên lý Động đốt trong” Nhà xuất giáo dục, năm 1994 [2] Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế “Kết cấu tính tốn Động đốt – tập I” Nhà xuất giáo dục – 1996 [3] Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế “Kết cấu tính tốn Động đốt – tập II” Nhà xuất giáo dục – 1996 [4] Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế “Kết cấu tính tốn Động đốt – tập III” Nhà xuất giáo dục - 1996 [5] Tài liệu động 1MZ-FE 96 ... tạo sản xuất động nói chung phụ tùng nói riêng Sau học hai mơn ngành động đốt “Nguyên lý Động đốt trong? ?? “Kết cấu tính tốn Động đốt trong? ?? số môn sở khác như: Sức bền vật liệu, Cơ lý thuyết,... bền vật liệu, Cơ lý thuyết, , sinh viên giao nhiệm vụ làm đồ án môn học Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong “ Thiết kế hệ thống bôi trơn – làm mát động XGV6 – 0220” nhằm tìm hiểu vấn đề đó, nhằm tạo điều... Hình 1.3- Đồ thị Cơng 1.2 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC 1.2.1 Xây dựng đồ thị động học 1.2.1.1 Đồ thị chuyển vị S = f(α) Để xây dựng đồ thị chuyển vị ta sử dụng phương pháp đồ thị Brick