TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC ĐỘNG CƠ VÀ CƠ CẤU TRỤC KHUỶU- THANH TRUYỀN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRẦN ĐẠI NGHĨA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨ VIỆT NAM KHOA TÔ Độc lậpÔ – Tự – Hạnh phúc - - TRƯỜNG SQKTQS KHOA Ô TÔ BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Họ tên: Nguyễn Thanh Tường Lớp: 17DDS07021 Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Tên đề tài: Tính tốn chu trình cơng tác động xăng Audi 2.0 Các số liệu ban đầu ST NỘI DUNG SỐ LIỆU ĐVT T Công suất động 62,5 kW Số vòng quay củaÁN trục khuỷu vịng / phút ĐỒ MƠN HỌC3700 Đường kính xy lanh 92 mm Hành trình piston 92 mm Tỷ số nén 6,7 Suất tiêu hao nhiên liệu 172 (g/kwh) Chiều dài truyền 170,4 mm Số xy lanh Chiếc Góc mở sớm xupap nạp 10 Độ 10 Góc đóng muộn xupap nạp 40 Độ GVHD: 11 Góc mở sớm xupapKim thải Ngọc Duy 40 Độ 12 Góc đóng muộn xupap thải 10 Độ TÍNH TỐN CHU TRÌNH CƠNG TÁC ĐỘNG CƠ VÀ CƠ CẤU TRỤC KHUỶUTHANH TRUYỀN SVTH: Nguyễn Thanh Tường Thứ tự công tác: 1-2-4-3 Nội dung thực hiện: LỚP: 17DDS07021  Tính tốn nhiệt chu trình cơng tác động  Vẽ đồ thị công thị 17DDS0702144 MSSV:  Tính động học động lực học cấu khuỷu trục truyền Bản vẽ:  01 vẽ A0 gồm: Đồ thị công thị, Đồ thị lực khí thể, lực quán tính tổng lực, Đồ thị lực tiếp tuyến pháp tuyến, Đồ thị đặc tính ngồi động cơ, Đồ thị vecto phụ tải cổ khuỷu, Đồ thị mài mòn, Đồ thị lực T∑ Ngày nộp tập lớn: 24/11/2019 TP.HỒ CHÍ MINH - 10/2019 TP HCM, ngày…tháng…năm 2019 Giáo viên hướng dẫn Ths Kim Ngọc Duy MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN I: TÍNH TỐN CHU TRÌNH CƠNG TÁC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ ZMZ 4178 TRÊN XE UAZ 469 1.1 Mục đích tính tốn 1.2 Tính tốn chu trình cơng tác 1.2.1 Các thông số ban đầu 1.2.2 Các thông số cần chọn 1.2.3 Tính tốn q trình nạp 1.2.4 Tính tốn q trình nén 1.2.5 Tính tốn q trình cháy 1.2.6 Tính tốn q trình giãn nở 1.2.7 Kiểm tra kết q tính tốn 1.2.8 Tính tốn thơng số chu trình cơng tác PHẦN II: DỰNG ĐỒ THỊ CƠNG CHỈ THỊ CHU TRÌNH CƠNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ 2.1 2.2 2.3 2.4 Khái quát Dựng đồ thị công thị lý thuyết Hiệu chỉnh công thị lý thuyết hình thành cơng thị thực tế Đồ thị cơng thị chu trình cơng tác động PHẦN III: XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGỒI CỦA ĐỘNG CƠ 3.1 Khái quát 3.2 Thứ tự đường đặc tính 3.3 Đồ thị đường đặc tính ngồi động PHẦN IV: TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ 4.1 Triển khai đồ thị công thị p-V thành đồ thị lực khí thể Pk tác dụng lên piston theo góc quay α 4.2 Quy dẫn khối lượng chuyển động 4.2.1 Khối lượng chuyển động tịnh tiến 4.2.2 Khối lượng truyền khuỷu trục 4.2.3 Lực quán tính tổng lực, lực tiếp tuyến pháp tuyến 4.2.4 Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu 4.2.5 Đồ thị mài cổ khuỷu 4.2.6 Đồ thị tổng lực tiếp tuyến momen tổng LỜI NĨI ĐẦU Động đốt đóng vai trị quan trọng kinh tế, nguồn động lực cho phương tiện vận tải ô tô, máy kéo, xe máy, tàu thủy, máy bay máy công tác máy phát điện bơm nước…Mặt khác, động đốt đặc biệt động ô tô, ngun nhân gây nhiễm mơi trường, thành phố Do tính phổ biến động đốt nên từ lâu, hầu hết tất sinh viên ngành kỹ thuật học môn học động đốt Môn học trang bị kiến thức nguyên lý làm việc kết cấu động Động đốt kể từ đời không ngừng phát triển ngày hoàn thiện kết cấu, vật liệu sử dụng công nghệ chế tạo Tuy nhiên nước ta điều kiện kinh tế cịn khó khăn, cơng nghệ chế tạo máy nói chung, tơ nói riêng chưa phát triển nên hầu hết ô tô xe máy nói ngoại nhập ô tô sản xuất Liên Xô nơi có khí hậu độ ẩm cao, địa hình phức tạp Do số thông số động thay đổi đáng kể Trong điều kiện đó, việc tìm hiểu tính toán kiểm nghiệm động loại xe, động đặc biệt quan trọng kỹ sư ngành tơ Q trình tính tốn kiểm nghiệm động giúp đỡ tận tình thầy Kim Ngọc Duy, đóng góp bạn lớp giúp em thực xong tập lớn môn học Song nhiều hạn chế lượng kiến thức, kinh nghiệm cịn nên q trình trình bày thực nhiệm vụ tránh khỏi sai sót Kính mong nhận nhận xét thầy để hoàn thành thật tốt! Xin chân thành cảm ơn! PHẦN I: TÍNH TỐN NHIỆT CHU TRÌNH CƠNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ 1.1 Mục đích tính tốn: Mục đích việc tính tốn chu trình cơng tác xác định tiêu kinh tế, hiệu chu trình cơng tác làm việc động Kết tính tốn cho phép xây dựng đồ thị cơng thị chu trình để làm sở cho việc tính tốn động lực học, tính tốn sức bền mài mịn chi tiết động Phương pháp chung việc tính tốn chu trình cơng tác áp dụng để kiểm nghiệm động sẵn có, động cải tiến thiết kế Việc tính tốn kiểm nghiệm động sẵn có cho ta thơng số để kiểm tra tính kinh tế hiệu động môi trường sử dụng chủng loại nhiên liệu thay đổi Đối với trường hợp ta phải dựa vào kết cấu cụ thể động môi trường sử dụng thực tế để chọn số liệu ban đầu 1.2 Tính tốn chu trình cơng tác 1.2.1 Các thơng số ban đầu STT THƠNG SỐ KÝ HIỆU GIÁ TRỊ ĐVT Cơng suất có ích lớn Nemax 62,5 Số vòng quay trục khuỷu nemax 3700 kw vg/phú Số xy lanh động i 4 Tỷ số nén ℇ 6,7 Hành trình piston S 92 mm Đường kính xy lanh D 92 mm Tỷ số a Tốc độ trung bình piston Ctb = = Ctb Thể tích cơng tác Vh = = Vh t Chiếc 11,347 m/s 0,612 Dm3 1.2.2 Các thông số chọn Hệ số lượng dư khơng khí: (α = 0,9) Hệ số lượng dư khơng khí tỷ số lượng khơng khí nạp thực tế vào xy lanh L1 lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu L0 Giá trị α chọn tùy thuộc vào nhiều yếu tố kiểu động cơ, phương pháp tạo hỗn hợp, chế độ sử dụng Với động xăng nhiệt độ momen xoắn lớn thường có α = 0,85 – 0,9 Nhiệt độ môi trường: ( T0 = 2970K) Giá trị T0 thay đổi theo mùa theo vùng khí hậu Để tiện tính tốn, người ta lấy giá trị trung bình T0 cho năm Giá trị trung bình T nước ta theo thống kê nhà khí tượng 240C tức T0 = 2970K Áp suất môi trường: ( p0 = 0,103 ) Giá trị p0 phụ thuộc vào độ cao so với mực nước biển Càng lên cao p giảm nên khơng khí lỗng Để tiện sử dụng tính tốn, người ta thường lấy giá trị p0 độ cao mực nước biển là: p0 = 0,103 Hệ số nạp: ( ηv = 0,82) Hệ số nạp ηv tỷ số lượng khí thực tế nạp vào xy lanh động lượng khí nạp vào xy lanh hành trình piston Hệ số nạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: phụ tải tốc độ động cơ, độ sấy nóng khơng khí nạp mới, hệ số sót khí, nhiệt độ sót khí,… Động xăng sử dụng xupap (ηv) = 0,75 ÷ 0,82 Áp suất khí thể cuối q trình thải cưỡng bức: ( pr = 0,11 ) Giá trị pr phụ thuộc vào nhiều yếu tố, thời điểm bắt đầu mở xupap thải, số vòng quay trục khuỷu sức cản đường ống thải yếu tố định Động xăng có (pr) = 0,11÷ 0,15 Nhiệt độ cuối trình thải: ( Tr = 9000K ) Phụ thuộc chủ yếu tỷ số nén tốc độ động cơ, thành phần khí hỗn hợp, góc đánh lửa sớm Động xăng có Tr = 900 ÷ 1100 (0K) Độ sấy nóng khí nạp: (ΔT = 200K) Giá trị ΔT phụ thuộc vào kết cấu thiết bị sấy nóng, kết cấu cách phân bố đường nạp, đường thải, số vòng qua n, hệ số dư khơng khí 123 Trong yếu tố tốc độ vịng quay cách phân bố đường ống nạp thải có ảnh hưởng đến thời gian tiếp xúc khí nạp với thành ống điều kiện truyền nhiệt Động xăng ΔT = 10 ÷ 30(0K) Chỉ số nén đa biến trung bình n1: (n1 = 1,34) Phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tốc độ quay, kích thước xy lanh, kiểu làm mát, mức độ cường hóa động (n1) = 1,34 ÷ 1,37 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2: (n2 = 1,27) Giá trị phụ thuộc vào đặc điểm cấp nhiệt cho sản phẩm cháy đường giản nở, đặc điểm phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác Động có tốc độ cao, làm giảm tổn thất nhiệt độ truyền cho nước làm mát, lọt khí, chát rớt kéo dài Động xăng (n2) = 1,23 ÷ 1,27 10 Hệ số sử dụng nhiệt (ξz): (ξz = 0,85) ξz tỷ số lượng nhiệt biến thành công thị tổng lượng nhiệt cung cấp ban đầu ( điểm c đến điểm z) Động xăng có (ξz) = 0,85 ÷ 0,92 11 Nhiệt trị thấp nhiên liệu: (QT = 44000 KJ/kg.độ) QT lượng nhiệt tỏa đốt cháy hoàn toàn đơn vị khối lượng thể tích nhiên liệu khơng kể đến nhiệt hóa nước chứa sản phẩm cháy Động xăng ta chọn: QT = 44000 KJ/kg.độ 1.2.3 Tính tốn q trình trao đổi khí Việc tính tốn q trình trao đổi khí xác định thơng số chủ yếu cuối trình nạp ( điểm a) áp suất pa nhiệt độ Ta Xác định hệ số khí sót: Giá trị γr phụ thuộc vào nhiều yếu tố tỷ số nén, số vòng quay, áp suất khí sót pr nhiệt độ khí sót Tr cuối q trình thải Hệ số khí sót: γr = = = 0,075 Nhiệt độ cuối trình nạp: Ta = = = 357,877 (0K) Áp suất cuối q trình nạp: pa= = = 0,093 (MPa) 1.2.4 Tính tốn cuối q trình nén Việc tính tốn q trình nén xác định thông số áp suất pc nhiệt độ Tc cuối trình nén Áp suất cuối trình nén: pc = pa.ℇ(n1) = 0,093 x 6,71,34 = 1,19 Nhiệt độ cuối trình nén: Tc = Ta.ℇ(n1) – = 357,877 x 6,71,34 – 1= 683,28 (0K) 1.2.5 Tính tốn q trình cháy: Việc tính tốn q trình cháy xác định thơng số cuối q trình cháy áp suất pz nhiệt độ Tz Việc tính tốn chia làm giai đoạn sau: Tính tốn tương quan nhiệt hóa: Mục đích việc tính tốn tương quan nhiệt hóa xác định đại lượng đặc trưng cho q trình cháy nhiệt hóa để làm sở cho việc tính tốn nhiệt động Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hồn tồn 1kg nhiên liệu thể lỏng M0 = x ( + - ) Trong đó: gc, gh, g0 thành phần nguyên tố tính theo khối lượng cacbon, hydro oxy tương ứng chứa 1kg nhiên liệu Trị số thành phần nhiên liệu xăng lấy gần theo giá trị sau: gC = 0,855; gH = 0,145; g0 = thay vào ta có: M0 = ( + + ) = 0,5119 ( ) Lượng khơng khí thực tế nạp vào xy lanh động ứng với 1kg nhiên liệu Mt Mt = α.M0= 0,9 x 0,5119 = 0,5631 ( ) Lượng hỗn hợp cháy M tương ứng với lượng khơng khí thực tế: M1= α.M0 + Với μnl trọng lượng phân tử nhiên liệu tự nhiên ( hay trọng lượng kmol nhiên liệu) μnl = 110 ÷ 114 ( ), ta chọn μnl= 114 ( ) Thay số vào ta có: M1 = 0,9 x 0,5119 + = 0,572 ( ) Số mol cháy sản vật cháy: M2 = α.M0 + + = 0,9 x 0,5119 + + = 0,589 ( ) Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết β0: β0 = = = 1,03 Hệ số thay đổi phần tử thực tế β: β = = = 1,028 Tính tốn tương quan nhiệt động: Do α λ = 0,24 Do xác định λ xác nên giá trị số góc thu gần với thực tế Sau có kết hàm lượng giác, ta xác định trị số tức thời lực tiếp tuyến T lực pháp tuyến Z điền vào theo biểu thức sau: T = PΣ (MN) Z = PΣ (MN) Dựa vào biến thiên ta xây dựng đồ thị biến thiên lực tiếp tuyến T lực pháp tuyến Z: 4.2.4 Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên bề mặt cổ khủyu Đồ thị vecto phụ tải (đtvtpt) tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu chốt khuỷu (nếu chế tạo rời) gọi tắt đtvtpt cổ khuỷu Đồ thị phản ánh tác dụng lực T, Z, Pr2 lên bề mặt cổ khuỷu thơng qua bạc chu trình cơng tác xilanh, ta có: = + (MN) Cần phải chọn tỷ lệ xích lực cho phù hợp, bắt buộc T = Z = Pr2 Ta thấy, Z Pr2 phương, nên tổng hợp lực ta có: Qck = Dựng hệ trục vng góc TOZ, OT trục tung hướng sang phải, OZ trục hoành hướng xuống Dựa vào kết bảng biến thiên xác định giao điểm ứng với vecto Nối giao điểm đường cong, ta đồ thị lực truyền Pth hệ toạ độ mà trục khuỷu đứng yên, truyền quay tương đối góc + so với trục khuỷu phía trái Từ 0, phía chiều dương trục OZ, xác định điểm 01 cho = Vẽ vòng tròn bán kính tượng trưng cho bề mặt cổ khuỷu, vẽ kéo dài má khuỷu tượng trưng phía chiều dương trục OZ Đồ thị nhận ứng với góc O đtvtpt cổ khuỷu với tỉ lệ xích ck = T Ta thấy phần đồ thị (ứng với vùng 360o 380o GQTK) chế độ mômen dài so với chế độ công suất lý do:  Lực quán tính nhỏ  Áp suất cực đại xilanh lớn Ứng với trị số góc cụ thể trục hồnh ta xác định trị số tương ứng vecto đtvtpt cổ khuỷu thơng qua tỷ lệ xích Q (chọn thích hợp cho độ thị – ) ta xác định điểm định đồ thị Lần lượt tiến hành tương tự trị số góc ta tập hợp giao điểm Nối chúng lại đường cong liên tục ta đồ thị –  Xác định trị số tải trọng trung bình tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu: = (MN) Để tăng độ xác cần dùng phương pháp tích phân đường cong để tìm diện tích Sau lấy diện tích chia cho chiều dài chiều cao hình chữ nhật tương ứng Chiều cao đó, thơng qua tỷ lệ xích Q, trị số vecto tải trọng trung bình Sau xác định , ta kẻ đường song song với trục hồnh thể (tỷ lệ xích Q) lên đồ thị – Hệ số va đập :  Tìm đồ thị tính =  Xác định tải trọng riêng: qc = (MN/m2) Trong lc – chiều dài tiếp xúc dc đường kính cổ khuỷu (m) Sau xác định , qcmax, qctb so sánh chúng với giá trị cho phép cho sẵn sách giáo khoa để kết luận tính trạng chịu tải bề mặt 4.2.5 Đồ thị mài mòn cổ khuỷu Đồ thị mài mòn thể cách tượng trưng mức độ mài mòn bề mặt cổ khuỷu sau chu trình tác dụng lực Để xây dựng đồ thị mài mịn, phải có đtvtpt cổ khuỷu Phương pháp gồm bước sau: Trên đtvtpt cổ khuỷu, vẽ vòng tròn tượng trưng cho bề mặt chia thành 2n phần nhau, ví dụ chia thành 24 phần đánh số:  Tính hợp lựccủa tất lực tác dụng lên điểm 0, 1, 2, 3, …, ký hiệu tương ứng ,, , ghi trị số lực phạm vi tác dụng lên bảng sau với giả thiết lực tác dụng lên tất điểm phạm vi 120 o, tức phía điểm chia 60o  Xác định tổng lực tương đương tất hợp lực tác dụng lên điểm thứ i ghi vào ô hàng  Trên đồ thị, vẽ vòng tròn tượng trưng má khuỷu, chia thành 2n phần tương ứng (ví dụ hình 24 phần nhau) đánh số từ tới 2n-1 Chọn tỷ lệ xích thích hợp, đặt đoạn thẳng tương ứng với từ vòng tròn theo hướng kính vào tâm  Nối điểm cuối đoạn thẳng đường cong liên tục gạch nghiêng phần diện tích nằm vịng trịn đường cong liên tục khép kín vừa nhận được, ta đồ thị mà phần gạch nghiêng coi tỷ lệ thuận với mức độ mòn bề mặt sau chu trình tác dụng lực Từ đồ thị này, ta chọn vị trí mịn để khoan lỗ dầu bôi trơn