Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án Kết cấu tính toán động cơ đòi hỏi người thực hiện phải sử dụng tổng hợp rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũng như kiến thức của các môn học cơ sở đã được học. Trong quá trình thực hiện đồ án không những đã giúp cho em củng cố được rất nhiều các kiến thức đã học và còn giúp em mở rộng và hiểu sâu hơn về các kiến thức chuyên ngành của mình cũng như các kiến thức tổng hợp khác. Đồ án này cũng là một bước tập dượt rất quan trọng cho em trước khi tiến hành làm đồ án tốt nghiệp sau này.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA CƠ KHÍ ********* ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ IFA-W50 GIẢNG VIÊN HD: SINH VIÊN TH : MÃ SV : LỚP : Vĩnh Phúc - 2021 ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ LỜI NĨI ĐẦU Những năm gần đây, kinh tế Việt Nam phát triển mạnh Bên cạnh đó, kĩ thuật nước ta bước tiến bộ, có ngành khí nói chung Để góp phần nâng cao trình độ kĩ thuật, đội ngũ kĩ thuật ta phải tự nghiên cứu chế tạo, yêu cầu cấp thiết Đồ án Kết cấu - tính tốn động đòi hỏi người thực phải sử dụng tổng hợp nhiều kiến thức chuyên ngành kiến thức môn học sở học Trong q trình thực đồ án khơng giúp cho em củng cố nhiều kiến thức học giúp em mở rộng hiểu sâu kiến thức chuyên ngành kiến thức tổng hợp khác Đồ án bước tập dượt quan trọng cho em trước tiến hành làm đồ án tốt nghiệp sau Trong trình thực đồ án, em cố gắng tìm tịi, nghiên cứu tài liệu, làm việc cách nghiêm túc với mong muốn đồ án đạt kết tốt Tuy nhiên, thân cịn kinh nghiệm việc hồn thành đồ án lần khơng thể khơng có thiếu sót Kính mong thầy giáo bạn tham gia góp ý giúp đỡ để em hồn thành tốt nhiệm vụ Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ten thầy môn giúp đỡ em trình thực đồ án Sinh viên thực GVHD: SVTH: ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Đặc điểm động .4 1.2 Tổ chức trình cháy 1.2.1 Loại nhiên liệu .4 1.2.2 Buồng đốt 1.2.3 Hệ thống nhiên liệu 1.2.4 Cơ cấu phân phối khí .6 1.3 Hệ thống làm mát 1.4 Hệ thống bôi trơn 1.5 Hệ thống khởi động CHƯƠNG II: 11 TÍNH TỐN CHU TRÌNH CƠNG TÁC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 11 2.1 Tính tốn chu trình công tác động đốt .11 2.1.1 Trình tự tính tốn 11 2.1.1.1 Bảng số liệu .11 2.1.1.2 Các thông số cần chọn .12 2.1.2 Tính tốn q trình cơng tác 13 2.1.2.1 Tính tốn q trình nạp .13 2.1.2.2 Tính tốn q trình nén .15 2.1.2.3 Tính tốn trình cháy 17 2.1.2.4 Tính tốn q trình giãn nở .19 2.1.2.5 Tính tốn thơng số chu trình cơng tác 20 2.2 Vẽ hiệu đính đồ thị cơng .23 2.2.1 Xây dựng đường cong áp suất đường nén .23 2.2.2 Xây dựng đường cong áp suất trình giãn nở 23 2.2.3 Bảng tính q trình nén trình giãn nở .24 2.2.4 Vẽ vịng trịn Brick đặt phía đồ thị công .24 2.3 Vẽ đường biểu diễn quy luật động học 27 GVHD: SVTH: ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ 2.3.1 Đường biểu diễn hành trình Piston x = f() 27 2.3.2 Đường biểu diễn tốc độ Piston v = f() 27 2.3.3 Đường biểu diễn gia tốc Piston j = f(x) 28 2.4 Tính tốn động lực học 29 2.4.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến 29 2.4.2 Khối lượng chuyển động quay .29 2.4.3 Lực quán tính .30 2.4.4 Vẽ đường biểu diễn lực quán tính -Pj = f(x) 30 2.4.5 Đường biểu diễn v = f(x) 31 2.4.6 Khai triển đồ thị công P-V thành Pkt = f() 32 2.4.7 Khai triển đồ thị Pj = f(x) thành Pj = f() 32 2.4.8 Vẽ đồ thị P = f() .32 2.4.9 Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T = f() đồ thị lực pháp tuyến Z = f() .35 2.4.10 Vẽ đường T = f() động nhiều xi lanh 37 2.4.11 Đồ thị phụ tải tác dụng chốt khuỷu 39 2.4.12 Đồ thị khai triển véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Q = f() 42 2.4.13 Vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu 43 2.5 Kiểm nghiệm bền Piston 46 2.5.1 Tính nghiệm bền đỉnh piston 46 2.5.1.1 Công thức Back 46 2.5.1.2 Công thức Orơlin 47 2.5.2 Tính nghiệm bền đầu Piston 48 2.5.2.1 Ứng suất kéo .48 2.5.2.2 Ứng suất nén .49 2.5.3 Tính nghiệm bền thân Piston 49 2.5.3.1 Áp suất tiếp xúc thân 49 2.5.3.2 Áp suất tiếp xúc bề mặt chốt 49 CHƯƠNG III: KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 GVHD: SVTH: ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Đặc điểm động + Động Diesel kì, có xy lanh, hình chữ i, không tăng áp + Mô men xoắn động cơ: Ne = 87,99 (N.m) + Số vòng quay động cơ: n = 2350 (vòng/phút) + Suất tiêu hao nhiên liệu: ge = 188 (g/ml.h) 1.2 Tổ chức trình cháy 1.2.1 Loại nhiên liệu + Nhiên liệu dùng cho động Diesel + Các thành phần hóa học có nhiên liệu: C, H, O, S Khối lượng Loại nhiên liệu Diesel Loại nhiên Thành phần hóa học C H 0,870 0,126 Nhiệt ẩm r (kj/kg) liệu O 0,004 Phân tử riêng lượng nl 15oC 170 200 0,84 0,88 Khơng khí lí thuyết V0 (m3/kg) G0 (kg/kg) 314 Diesel 14,4 11,2 độ nhớt vận động 20oC (Poa) 2,5 8,5 Nhiệt trị Nhiên liệu Qtk (Mj/kg) Hịa khí chuẩn Qtm (Mj/m3) 42,5 3,789 1.2.2 Buồng đốt Buồng đốt kiểu lốc xốy, phạm vi rộng tốc độ động cơ, nhiên liệu khơng khí phối hợp hịa trộn với tạo hịa khí tốt Dịng xốy lốc tạo nén có cuồng độ lớn so với dịng xốy tạo nạp, nên hịa khí tạo nhanh Vì kể phun nhiên liệu trễ, trình cháy kết thúc kịp thời động chạy tốc độ cao Mặt khác số màng lửa xuất vịi phun lỗ nhiều so với vịi phun nhiều lỗ, nhờ giảm tốc độ cháy, tốc độ tăng áp khí cháy tiếng ồn động GVHD: SVTH: ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ Chọn buồng đốt xoáy lốc cần làm cho thời điểm cháy muộn chút (sát điểm chết trên), thời gian cháy buồng cháy chính, Piston bắt đầu xuống, nhiệt độ môi chất giảm giãn nở hạn chế hình thành NOx 1.2.3 Hệ thống nhiên liệu Nhiệm vụ: + Cung cấp nhiên liệu cho vòi phun với áp suất cao đảm bảo cho nhiên liệu phun vào buồng cháy dạng sương mù + Cung cấp nhiên liệu thời điểm quy định cho xy lanh động + Điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho xy lanh phù hợp với chế độ làm việc lượng nhiên liệu cung cấp phải đồng xy lanh + Đảm bảo thời điểm bắt đầu phun kết thúc phun phải xác, tránh tượng phun nhỏ giọt Yêu cầu: + Áp suất nhiên liệu bơm tạo phải lớn áp suất phun vòi phun + Cung cấp nhiên liệu thời điểm quy định cho xy lanh động + Điều chỉnh lượng nhiên liệu cho xy lanh phù hợp với chế độ làm việc lượng nhiên liệu cung cấp phải đồng xy lanh + Đảm bảo thời điểm bắt đầu phun kết thúc phun phải xác, tránh tượng phun nhỏ giọt Hình 1.1 Cấu tạo bơm cao áp có phân bơm GVHD: SVTH: ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ Ngun lý làm việc: Khi động làm việc, nhiên liệu hút từ thùng nhiên liệu, theo ống dẫn qua bầu lọc thô, tới bơm thấp áp đẩy lên bầu lọc tinh, sau lọc đến ngăn chứa bơm cao áp, nhiên liệu nén đến áp suất cao qua ống dẫn cao áp đến vòi phun phun vào buồng cháy động theo thứ tự làm việc Nhiên liệu phun vào buồng cháy hịa trộn với khơng khí cuối q trình nén có áp suất nhiệt độ cao, nhiên liệu tự bốc cháy, giãn nở sinh công Sau khí cháy theo ống xả bình tiêu âm thải ngồi khí trời Dầu thừa bơm cao áp, bầu lọc tinh vòi phun theo ống dẫn dầu hồi trở thùng chứa nhiên liệu 1.2.4 Cơ cấu phân phối khí Cơ cấu phân phối khí kiểu xu páp treo Sử dụng phương pháp dẫn động cấu cam - đội - đũa đẩy - cị mổ Sơ đồ cấu tạo: Hình 1.2: Sơ đồ cấu tạo hệ thống phân phối khí 1-Nắp máy; 2-Xupáp (nạp xả); 4-Lò xo; 5-Đĩa lò xo; 6-Cần bẩy; 7-Trục cần bẩy; 8-Vít điều chỉnh; 9-Êcu hãm; 10-Giá đỡ trục cần bẩy; 11-Đũa đẩy; 12-Con đội; 13-Trục cam;14,15,16-Các bánh phân phối Nguyên lý hoạt động: Khi động hoạt động kéo bánh 16 dẫn động bánh trục cam quay khiến vấu cam bánh 13 quay theo Vấu cam đẩy đội 12, đũa đẩy 11 lên ép cần bẩy quay quanh trục tì ép xu páp, qua đĩa lị xo ép lò xo để đẩy xu páp xuống mở cửa thông: đỉnh vấu cam trượt qua đáy đội lị xo xupáp 4, thơng qua đĩa lị xo đẩy xupáp lên đóng cửa thơng đồng thời qua cần bẩy ép đũa đẩy 11 đội 12 xuống để đẩy đội tiếp xúc với mặt cam GVHD: SVTH: ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ 1.3 Hệ thống làm mát Động hoạt động bình thường chi tiết tiếp xúc với buồng cháy có chế độ nhiệt thích hợp vì: + Nếu nhiệt độ q nóng điều kiện bơi trơn kém, làm cho chi tiết chóng mòn, khe hở Piston giảm giãn nở nhiệt làm cho pittơng dễ bị bó kẹt xy lanh + Nếu nhiệt độ mát mức làm cho nhiên liệu khó bay cháy khơng hết tạo muội than làm bó kẹt vịng găng gây giảm cơng suất tăng tiêu hao nhiên liệu Nhiệm vụ hệ thống làm mát: Là lấy số nhiệt dư thừa chi tiết tỏa số nhiệt bên ngồi khơng khí Sơ đồ cấu tạo : Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống làm mát cưỡng vịng tuần hồn kín 1-Thân máy ; 2-Nắp xylanh ; 3-Đường nước khỏi động ; 4-Ống dẫn bọt nước ; 5-Van nhiệt ; 6-Nắp rót nước ; 7-Két làm mát ; 8-Quạt gió ; 9-Puli ; 10-Ống nước nối tắt vào bơm ; 11-Đường nước vào động ; 12-Bơm nước ; 13-Két làm mát dầu ; 14-Ống phân phối nước Nguyên lý hoạt động: Nước tuần hoàn nhờ bơm nước 12, qua ống phân phối nước 14 vào khoang chứa xy lanh Nước làm mát nhiệt độ thấp bơm 12 hút từ bình chứa phía két qua đường ống 10 qua két 13 để làm mát dầu sau vào động Để phân phối nước làm mát cho xylanh, nước sau bơm vào thân máy chảy qua ống phân phối 14 đúc sẵn thân máy GVHD: SVTH: ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ Sau làm mát xy lanh, nước lên làm mát nắp máy theo đường ống khỏi động với nhiệt độ cao đến van nhiệt van nhiệt mở, nước qua van vào bình chứa phía két nước Tiếp theo nước từ bình chứa phía qua ống mỏng có gắn cánh tản nhiệt Tại nước làm mát dịng khơng khí qua két quạt tạo Quạt dẫn động pu li từ trục khuỷu động Tại bình chứa phía két làm mát, nước có nhiệt độ thấp lại bơm hút vào động thực chu trình làm mát tuần hồn 1.4 Hệ thống bôi trơn Lý phải bôi trơn: trình làm việc, chi tiết chuyển động tương xảy ma sát bề mặt, gây mài mòn, đồng thời làm tăng nhiệt độ chi tiết Vì động cần bôi trơn bề mặt ma sát Nhiệm vụ: + Đưa dầu đến bề mặt ma sát để bôi trơn bề mặt, lọc tạp chất lẫn dầu nhờn tẩy rửa bề mặt ma sát làm mát dầu nhờn để đảm bảo tính hóa lý + Làm mát bề mặt ma sát bảo vệ chi tiết không bị oxi hóa bề mặt + Bao kín khe hở Piston xy lanh, xéc măng Piston Dùng phương án bôi trơn cưỡng cacte ướt: Dầu nhờn hệ thống bôi trơn bơm dầu đẩy đến bề mặt ma sát áp suất định, hồn tồn đảm bảo u cầu bôi trơn, làm mát tẩy rửa bề mặt ma sát Và xe hoạt động độ nghiêng không lớn nên dùng phương án bôi trơn cưỡng cacte ướt Sơ đồ cấu tao : GVHD: SVTH: ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ Hình 1.4: Sơ đồ cấu tạo hệ thống bơi trơn cưỡng cacte ướt Nguyên lý làm việc: Khi động làm việc, dầu từ te bơm hút qua phao lọc dầu, qua ống dẫn đến bầu lọc thơ vào ống dẫn dầu Từ ống dẫn dầu chính, dầu theo ống dẫn dầu nhánh bơi trơn cho cổ trục cam, trục địn mở bạc cổ trục qua lỗ rãnh trục khuỷu (trục khuỷu rỗng) để bôi trơn bạc đầu to truyền cổ trục lại trục khuỷu Mặt khác, dầu từ cổ biên, qua lỗ dẫn nhỏ theo rãnh dọc thân truyền lên bôi trơn chốt Piston Ở đầu to truyền số động có khoan lỗ phun dầu đặt nghiêng góc 40 - 450 so với đường tâm truyền Khi lỗ phun dầu trùng nối thông với lỗ dầu cổ biên, dầu phun hay té lên để bơi trơn xi lanh, cam đội Sau bôi trơn tất bề mặt làm việc chi tiết dầu lại chảy te, nghĩa động làm việc, dầu lưu động tuần hoàn liên tục hệ thống bôi trơn Cũng từ đường dầu có lượng dầu nhỏ khoảng 10 – 15% qua bầu lọc tinh Tại tạp chất có kích thước nhỏ giữ lại nên dầu lọc sau lại te Ưu điểm: Đảm bảo bơi trơn tốt ổ trục giảm mài mòn tổn thất ma sát, tăng tuổi thọ động Nhược điểm: Kết cấu hệ thống phức tạp GVHD: SVTH: 10 ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ 0o 180o 360o 540o 720o Nổ Xả Nạ p Nén α1 = 0° Nén Nổ Xả Nạ p α3 = 540° Nạp Nén Nổ Xả α4 = 360° Xả Nạ p Nén Nổ α2 = 180° Tại thời điểm trục khuỷu xi lanh góc cơng tác α = 0° trục khuỷu xy lanh 2, 3, góc cơng tác tương ứng α = 180°, α = 540° , α = 360° Trị số T1 ta tính vẽ đường T = f() Căn vào tra giá trị tương ứng mà Ti tịnh tiến theo i, sau cộng tất giá trị Ti lại ta có: Ti = T1 + T2 + …….+Ti Qua đó, ta có bảng xác định Ti : 1 (độ) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 T1 (mm) 14 26 32 33 28 19 7 13 20 24 25 23 19 15 10 2 (độ) 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 T2 (mm) 5 10 15 20 24 26 26 23 16 8 13 12 9 15 3 (độ) 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 T3 (mm) 5 11 15 20 24 26 26 22 15 5 17 26 32 31 25 14 4 (độ) 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 T4 T (mm) 33 61 36 27 15 16 17 23 28 32 32 32 28 23 17 11 (mm) 15 26 46 60 55 41 18 11 38 61 81 90 86 67 37 10 GVHD: SVTH: 41 ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ Sau có đường Ti = f(), Ttb (đại diện cho mô men cản) cách đếm diện tích bao đường T với trục hồnh (FT) chia diện tích cho chiều dài trục hồnh Nghĩa : Trong đó: T tỷ lệ xích lực tiếp tuyến Tiếp đến ta tính Ttbt theo cơng suất động : Trong : Ne : Công suất động Ne = 87,99 (KW) Fpt : Diện tích đỉnh Piston Fpt = 0,017 (m2) R : Bán kính quay trục khuỷu R = 72,5.10-3 (m) n: Số vòng quay động n = 2350 (vòng/phút) m = (0,63 0,93); chọn m = 0,83 Giá trị biểu diễn Ttbt : Ta kiểm nghiệm công thức thực nghiệm sau : So sánh giá trị Ttb Ttbtbd ta thấy 1,763 % < % Đạt yêu cầu toán 16 14 12 10 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Hình 2.9: Đồ thị T = f() động nhiều xi lanh GVHD: SVTH: 42 ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ 2.4.11 Đồ thị phụ tải tác dụng chốt khuỷu Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốt khuỷu vị trí trục khuỷu Từ đồ thị ta tìm trị số trung bình phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dễ dàng tìm lực lớn lực bé Dùng đồ thị phụ tải ta xác định khu vực chịu lực để xác định vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn để xác định phụ tải tính sức bền trục Khi vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu chưa cần xét đến lực quán tính chuyển động quay khối lượng truyền m2 quy tâm chốt khuỷu phương trị số lực qn tính không đổi Các bước tiến hành vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu tiến hành sau: + Vẽ hệ toạ độ T-Z gốc toạ độ O’ trục O’Z có chiều dương hướng xuống + Chọn tỉ lệ xích: T = Z = p = 0,0355 (MPa/mm) + Dựa vào bảng tính T = f(), Z = f() Ta có toạ độ điểm = (Ti;Zi) ứng với góc α = 100 ; 200…7200 Cứ ta xác định điểm từ = (T0;Z0) 72 = (T72;Z72) + Nối điểm hệ trục toạ độ đường cong thích hợp, ta có đồ thị biểu diễn phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu + Trong trình vẽ để dễ dàng xác định toạ độ điểm ta nên đánh dấu toạ độ điểm đồng thời ghi số thứ tự tương ứng kèm theo + Thực chất đồ thị Ptt biểu diễn đồ thị T-Z ta thấy tính từ gốc tọa độ điểm ta có: + Tính lực qn tính khối lượng chuyển động quay truyền (tính đơn vị diện tích piston): Ta có cơng thức xác định lực quán tính ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu là: = m2.R.2 = 2,88.0,0725.245,92 = 0,0126 (MPa) Từ gốc tọa độ O’của đồ thị lấy theo hướng dương Z khoảng: O tâm chốt khuỷu, từ tâm chốt khuỷu ta kẻ đường tròn tượng trưng cho chốt khuỷu, giá trị lực tác dụng lên chốt khuỷu véc tơ có gốc O điểm nằm đường biểu diễn đồ thị phụ tải ta có : GVHD: SVTH: 43 ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ Ta có bảng số liệu sau : (độ) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 Z (mm) 64 63 55 42 28 15 16 23 29 32 35 38 39 39 39 38 36 33 30 24 17 10 11 -20 -65 -107 (độ) 370 375 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 T (mm) -14 -26 -32 -33 -28 -19 -7 13 20 24 25 23 19 15 10 -5 -10 -15 -20 -24 -26 -26 -23 -16 -8 13 12 -9 -15 Z (mm) -149 -174 -130 -47 -23 -8 -5 -2 15 22 29 35 38 41 43 44 43 41 40 37 34 30 24 17 10 14 27 40 53 61 64 T (mm) 33 59 61 36 27 15 16 17 23 28 32 32 32 28 23 17 11 -5 -11 -15 -20 -24 -26 -26 -22 -15 -5 17 26 32 31 25 14 GVHD: SVTH: 44 ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ 100 50 -40 -20 0 20 40 60 80 -50 -100 -150 -200 Hình 2.10: Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 2.4.12 Đồ thị khai triển véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Q = f() Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn Q = f(α) theo trình tự sau: - Chọn hoành độ α gần sát mép tờ giấy vẽ đặt = (độ/mm) với đồ thị P = f(α), T = f(α), Z = f(α) - Xác định Qi cách đo khoảng cách từ tâm O đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu tới điểm i = (Ti;Zi) ta nhận giá trị khác Q: Q0; Q10;… Q720; sau lập bảng Q = f() GVHD: SVTH: 45 ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ (độ) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 Q (mm) 96 96 90 80 69 55 42 34 33 38 46 54 61 65 67 69 71 71 71 (độ) 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 Q (mm) 71 71 70 68 66 62 56 48 40 34 32 35 41 44 38 15 36 75 121 (độ) 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 Q (mm) 115 39 29 28 32 35 41 49 57 63 69 73 74 75 76 76 75 73 73 (độ) 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 Q (mm) 71 69 67 62 56 47 39 33 33 41 53 67 78 88 94 96 + Để tính Qmax, Qmin Qtb, xác định trị số đơn vị phụ tải tác dụng chốt khuỷu: Qmax, Qmin Qtb phụ tải cực đại, cực tiểu trung bình xác định đồ thị Q- đơn vị MPa + Hệ số va đập biểu thị mức độ va đập phụ tải: GVHD: SVTH: 46 ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Hình 2.10: Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 2.4.13 Vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu Đồ thị mài mòn chốt khuỷu biểu diễn trạng thái mài mòn lý thuyết chốt khuỷu từ xác định miền phụ tải bé để khoan lỗ dầu bôi trơn chốt khuỷu Sở dĩ gọi mài mịn lý thuyết vẽ ta dùng giả thiết sau đây: - Phụ tải tác dụng chốt khuỷu phụ tải ổn định ứng với công suất Ne tốc độ n định mức - Lực tác dụng có ảnh hưởng miền 1200 - Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải - Không xét đến điều kiện cơng nghệ sử dụng, lắp ghép…ví dụ khơng xét đến vật liệu, độ cứng bề mặt, độ bóng, độ chặt lỏng, dầu mỡ bôi trơn… Vẽ đồ thị mài mòn lý thuyết theo bước sau: - Vẽ đường trịn bán kính R = 50 (mm) tượng trưng cho chốt khuỷu - Chia đường tròn thành 24 phần đồng thời đánh số thứ tự 0,1,2…23 theo chiều ngược chiều kim đồng hồ GVHD: SVTH: 47 ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ - Đặt giá trị Qi lên tia tương ứng theo chiều từ vào tâm theo thứ tự điểm - Nối điểm lại với đường cong thích hợp ta đường cong thể đồ thị mài mòn chốt khuỷu 14 13 11 10 15 16 17 18 19 20 21 22 Hình 2.11: Đồ thị mài 23 mòn chốt khuỷu Chọn thể quan hệ mài mịn phụ tải Sau nhân với tổng phụ tải để chuyển thành đoạn thẳng tương ứng Từ giả thiết ta lập bảng tổng phụ tải tác dụng điểm 0;1;2…23 chu trình sau: GVHD: SVTH: 48 ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 Q11 Q12 Q13 Q14 Q15 Q16 Q17 Q18 Q19 Q20 Q21 Q22 Q23 371 357 132 14 12 371 357 132 14 12 12 371 357 132 14 12 12 12 26 25 96 382 25 96 382 96 382 Qi 1415 1401 1388 Gtbd Qi (mm) 28 28 28 371 357 132 14 12 12 12 13 382 130 26 371 357 132 14 12 12 12 13 16 357 132 14 12 12 12 13 16 20 132 14 12 12 12 13 16 20 14 12 12 12 13 16 20 30 48 12 12 12 13 16 20 30 48 75 12 12 13 16 20 30 48 75 117 10 12 13 16 20 30 48 75 117 125 11 13 16 20 30 48 75 117 125 65 12 16 20 30 48 75 117 125 65 44 13 20 30 48 75 117 125 65 44 36 14 30 48 75 117 125 65 44 36 32 15 48 75 117 125 65 44 36 32 29 16 75 117 125 65 44 36 32 29 26 17 117 125 65 44 36 32 29 26 25 18 125 65 44 36 32 29 26 25 96 19 20 371 21 371 357 22 371 357 132 23 371 357 132 14 65 44 36 32 29 26 25 96 382 44 36 32 29 26 25 96 382 36 32 29 26 25 96 382 32 29 26 25 96 382 29 26 25 96 382 939 588 231 177 238 343 456 509 540 560 572 571 549 499 478 735 1041 1354 1450 1432 19 12 5 10 11 11 11 11 11 10 10 15 21 27 29 29 GVHD: SVTH: 49 ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ 2.5 Kiểm nghiệm bền Piston 2.5.1 Tính nghiệm bền đỉnh piston 2.5.1.1 Cơng thức Back Cơng thức Back giả thiết đỉnh có chiều dày đồng đặt tự gối đỡ hình trụ Cơng thức thường thích hợp với loại đỉnh động Xăng động Diesel buồng cháy xoáy lốc dự bị x pz pz d y y2 Di y1 x D2 y pz D Hình 2.12: Sơ đồ tính đỉnh piston theo phương pháp Back Sau xác định kích thước cụ thể, ta tính mơ men uốn đỉnh: Coi Di D ta có : Mơ men chống uốn tiết diện ngang đỉnh: Do ứng suất đỉnh: Ứng suất cho phép đỉnh piston gang: - Nếu đỉnh có gân tăng bền: [σu] = 100 ÷ 190 (MPa) - Nếu đỉnh khơng có gân tăng bền: [σu] = 20 ÷ 25 (MPa) Ta thấy ứng suất uốn đỉnh Piston ta tính nằm khoảng đỉnh có gân tăng bền Vì ta chọn thiết kế loại Piston có gân chịu lực GVHD: SVTH: 50 ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ 2.5.1.2 Cơng thức Orơlin Vì = 18 < 0,2.130 nên ta sử dụng công thức Orơlin Công thức Orơlin giả thiết đỉnh Piston đĩa tròn bị ngàm cứng gối tựa hình trụ Hình 2.13: Sơ đồ tính đỉnh piston theo phương pháp Orlin Công thức thường dùng để tính đỉnh mỏng ( có ≤ 0,2D) với đỉnh Piston động Diesel buồng cháy thống Ứng suất hướng kính : Ở đây: : Hệ số xét đến tính chất ngàm cố định ; chọn = : Chiều dày đỉnh Piston ; = 17 (mm) Pz : Áp suất lực khí thể ; Pz = 8,89 (MPa) r : Khoảng cách từ tâm đỉnh Piston đến mép ngàm cố định đỉnh Trong đó: D : Đường kính đỉnh Piston D = 120 (mm) S : Chiều dày phần đầu Piston S = (0,05 ÷ 0,1).D = 0,1.120 = 12 (mm) Ứng suất hướng tiếp tuyến : Trong đó: - Hệ số pốt xơng (đối với gang =0,26) Ta thấy vùng ngàm, ứng suất uốn có trị số lớn ta cần tính ứng suất ngàm cố định : GVHD: SVTH: 51 ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ Chọn vật liệu làm đỉnh Piston gang nên: Ứng suất uốn cho phép với gang [u] = 100 (MPa) Ta có = 54,8 (MPa) < [u] = 100 (MPa) 2.5.2 Tính nghiệm bền đầu Piston Ta có tiết diện nguy hiểm tiết diện I-I, cắt qua rãnh xéc măng dầu cuối đầu Piston Tiết diện chịu kéo lực quán tính âm lớn khối lượng mI-I phần đầu Piston sinh Ngồi chịu nén lực khí thể pzmax gây Ta xác định khối lượng phần đầu piston mI-I thể tích phần đầu Piston Vđầu để lấy thơng số tính tốn 2.5.2.1 Ứng suất kéo Ta có với mI-I khối lượng đầu Piston Nó xác định cách: mI-I = gang.V Trong : gang : khối lượng riêng gang gang = 2700 (Kg/m3) V: Thể tích đầu Piston Căn vào hình dạng tỷ lệ đầu Piston loại động ta xác định việc thực đo đầu Piston thiết kế động cơ, lấy giá trị biểu diễn kích thước mà ta tính giá trị thực ta tính tỷ lệ xích Sau xác định kích thước thực cịn lại đầu Piston bàng cách lấy kết đo kích thước nhân với tỷ lệ xích Ta có hình vẽ mơ Piston: GVHD: SVTH: 52 ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ Hình 2.14: Hình vẽ mơ Piston Vậy ta có : V= V1 – V2 – 4.V3 => V = 0,693.10-3 - 2,02.10-4 - 2,03.10-5 - 4.2,203.10-5 = 3,808.10-4 (m3) Vậy : mI-I = gang.V = 2700 3,808.10-4 = 1,028 (Kg) Ta thấy k = 1,572 < k = 10 (MPa) 2.5.2.2 Ứng suất nén Như thoả mãn ứng suất nén cho phép là: n = 25 (MPa) 2.5.3 Tính nghiệm bền thân Piston 2.5.3.1 Áp suất tiếp xúc thân Trong : D - Đường kính xy lanh : D = 120 (mm) = 0,12 (m) hp - Chiều dài thân piston : lp = 53 (mm) = 0,053 (m) Nmax - Lực ngang lớn nhất, lập đồ thị N = f() để xác định Nmax lấy theo số liệu kinh nghiệm : Nmax = (0,005 0,006)P20 P20 - Hợp lực lực khí thể lực quán tính 20o sau ĐCT trình cháy giãn nở: P20 = P20do.P = 143.0,0355 = 5,07 (MPa) = 507.104 (Pa) Nmax = 0,005 507.104 = 2,53.104 (N) = 0,0253 (MN) GVHD: SVTH: 53 ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ 2.5.3.2 Áp suất tiếp xúc bề mặt chốt Trong đó: Pz max = Pz.Fp Fp : Diện tích đỉnh Piston dch - Đường kính ngồi chốt piston: dch = 48 (mm) lb - chiều dài tiếp xúc bệ chốt : l1 = 35 (mm) Áp suất tiếp cho phép: kb = (20 30) (MPa) kb < [kb] thoả mãn Kết luận: Theo kết kiểm nghiệm ta thấy chế tạo Pisston gang đủ bền CHƯƠNG III: KẾT LUẬN Sau thời gian làm việc khẩn trương nghiêm túc, với hướng dẫn thầy giáo Ten cố gắng thân giúp đỡ bạn lớp, đồ án Kết cấu - tính tốn động em hoàn thành Với nhiệm vụ vấn đề đồ án môn học đặt ra, em cố gắng phân tích trình bày hiểu biết q trình tính tốn cho phù hợp với yêu cầu đề Trong trình làm đồ án Kết cấu - tính tốn động cơ, em tham khảo số tài liệu liên quan, với bảo giáo viên hướng dẫn bạn lớp Nhưng xét mức độ vấn đề xem xét toàn diện phương diện lý thuyết Mặt khác, trình độ cịn hạn chế thiếu kiến thức thực tế, kinh nghiệm nghề nghiệp chưa có thời gian có hạn nên đồ án Kết cấu - tính tốn động khơng tránh khỏi thiếu sót Em kính mong dẫn thầy giáo bạn đóng góp ý kiến để đồ án Kết cấu - tính tốn động em hoàn thiện GVHD: SVTH: 54 ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ten thầy môn giúp đỡ em thời gian thực đồ án trình học tập nhà trường TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình Nguyên lí động đốt - Vũ Ngọc Khiêm - Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải [2] Giáo trình Kết cấu tính tốn động đốt - Nguyễn Văn Bằng - Trường Đại học Công nghệ Giao thơng vận tải [3] Giáo trình Sức bền vật liệu - Đoàn Loan Phương, Hoàng Quyết Chiến, Nguyễn Thị Thu Ngà - Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải [4] Sách Hướng dẫn đồ án môn học động đốt - Hữu Thành, Vũ Anh Tuấn - Học viện kĩ thuật quân GVHD: SVTH: 55 ... xo hồi vị; 10-Dẫn động bánh khởi động; 11-Nạng gạt; 12-Bánh khởi động; GVHD: SVTH: 11 ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ 13-Vành bánh đà Nguyên lý hoạt động: Khi đóng khóa khởi động có dịng điện... thọ động Nhược điểm: Kết cấu hệ thống phức tạp GVHD: SVTH: 10 ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ 1.5 Hệ thống khởi động Nhiệm vụ: Động đốt có hệ thống khởi động riêng biệt truyền cho trục khuỷu động. .. SVTH: 29 ĐỒ ÁN KẾT CẤU – TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ Hình 2.4: Đồ thị biểu diễn gia tốc Piston j = f(x) 2.4 Tính toán động lực học 2.4.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến Các khối lượng chuyển động tịnh
