Đề Tài Tính Toán Nhiệt, Động Lực Học Trục Khuỷu – Thanh Truyền, Kiểm Nghiệm Bền Các Chi Tiết Chủ Yếu Trong Động Cơ Ssangyong Musso E23.Pdf

TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ LỜI MỞ ĐẦU Ngành công nghiệp ô tô đời từ lâu, nhiều quốc gia tích cực thúc đẩy ngành tơ cách mạnh mẽ Và nói, ngành cho thấy phát triển đất nước, tiện nghi, lợi ích cho người Nhận thức điều này, Đảng Nhà nước tích cực thúc đẩy phát triển, tập trung vào ngành ô tô, bước phát triển tiến tới sản xuất ô tô nước mà khơng cần nhập Mơn “Đồ án tính toán kết cấu động đốt trong” mơn học đóng vai trị quan trọng việc thiết tập sở khoa học để thiết kế, tính toán kiểm nghiệm chi tiết động nhằm tối ưu hóa đặc tính động mà bảo vệ mơi trường, phù hợp với nhu cầu người Đồng thời thể độ mạnh mẽ bên bỉ chi tiết động Môn học môn sở, bước đệm cho ngành công nghiệp ô tô đời Xuất phát từ điều kiện trên, với mơn học này, nhóm chúng em thầy giáo giao đề tài: “ Tính tốn nhiệt, động lực học trục khuỷu – truyền, kiểm nghiệm bền chi tiết chủ yếu” động : SSANGYONG MUSSO E23 Trong trình thực đê tài này, hướng dẫn thầy Hà Thanh Liêm, giáo viên khác Nhóm chúng em hồn thành đề tài Do điều kiện thời gian hạn chế trình độ chun mơn thân, thêm vào vấn đề nghiên cứu mẻ so với nhóm chúng em nên đề tài khơng thể tránh khỏi sai sót Vì vậy, em mong nhận đóng góp, bổ sung thầy để nhóm chúng em hiểu rõ nâng cao nhận thức Nhóm chân thành cảm ơn! TP.HCM, Ngày tháng năm 2019 Nhóm thực hiện: Nhóm Nguyễn Ngọc Thắng 15079621 Đặng Lê Trí Tồn 15073581 Nguyễn Thành Nam 15035061 Nhóm TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ Ý KIẾN CỦA GIÁO VIÊN Nhóm TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ Mục Lục CHƯƠNG : TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Giới thiệu chung .3 1.1.1 Mục đích tính tốn 1.1.2 Chế độ tính tốn .3 1.2 Các thông số cho trước động .4 1.3 Chọn thông số tính tốn nhiệt 1.4 Tính tốn nhiệt .6 CHƯƠNG 2: DỰNG ĐẶC TÍNH NGỒI ĐỘNG CƠ…………………………15 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ PISTON- TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN 13 3.1 Phân tích động học cấu trục khuỷu – truyền 17 3.2 Động học piston (phân tích theo phương pháp giải tích) .17 3.2.1 Chuyển vị piston 17 3.2.2 Tốc độ piston 18 3.2.3 Gia tốc piston 18 CHƯƠNG : TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶUTHANH TRUYỀN 19 4.1 Mục đích chung 23 4.2 Sơ đồ lực mômen tác động lên cấu trục khuỷu- truyền động xylanh 23 4.3 Lực khí thể 24 4.4 Lực quán tính chi tiết chuyển động 25 4.5 Hệ lực tác dụng cấu trục khuỷu – truyền 26 CHƯƠNG : TÍNH TỐN NGHIỆM BỀN CÁC CHI TIẾT CHÍNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG .30 5.1 Khái quát 31 5.2 Tính tốn chi tiết nhóm piston .32 5.3 Tính tốn truyền 37 5.4 Tính bền trục khuỷu .40 Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ CHƯƠNG : TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Mục đích tính tốn Tính tốn nhiệt động đốt (ĐCĐT) chủ yếu xây dựng đồ thị công thị động cần thiết kế thông qua việc tính tốn thơng số nhiệt động học chu trình cơng tác động gồm trình : Nạp - nén - (cháy + dãn nở) - thải Mỗi trình đặc trưng thông số trạng thái nhiệt độ , áp suất, thể tích mơi chất cơng tác (MCCT) đầu cuối trình Trên sở lý thuyết nhiệt động học kỹ thuật, nhiệt động hóa học , lý thuyết động đốt , xác định giá trị thông số nêu Tiếp theo, ta tính thơng số đánh giá tính chu trình gồm thơng số thị thơng số có ích chu trình : áp suất thị trung bình p i, áp suất có ích trung bình pω, cơng suất thị Ni, cơng suất có ích Ne, … Cuối cùng, kết tính toán nói xây dựng đồ thị cơng thị chu trình cơng tác số liệu cho bước tính tốn động lực học thiết kế sơ thiết kế kỹ thuật tồn động Trong tính tốn kiểm nghiệm động cho trước , việc tính tốn nhiệt thay cách đo đồ thị công thực tế băng thử công suất động nhờ phương tiện , cơng cụ đo , ghi có kĩ thuật điện tử tin học đại nhiên, với phương pháp tính tốn dựa sở lý thuyết nhiệt động hóa học ĐCĐT, người ta tiến hành khảo sát tiêu động lực tiêu kinh tế động có sẵn với kết đáng tinh cậy 1.1.2 Chế độ tính tốn Chế độ làm việc động đặc trưng thông số cơng suất có ích , mơ men xoắn có ích , tốc độ quay nhiều thơng số khác Các thơng số ổn định thay đổi phạm vi rộng tùy theo công dụng động Mỗi chế độ làm việc động có ảnh hưởng đến tính kinh tế, hiệu quả, tuổi thọ , sức bền chi tiết tiêu khác Chế độ chọn để tính tốn gọi chế độ tính tốn Chế độ tính tốn chế độ ảnh hưởng đến sức bền tuổi thọ chi tiết loại động cụ thể chế độ phụ tải Do việc chọn chế độ tính tốn phải cân nhắc kĩ Đối với động tĩnh tại, chế độ tính tốn thường chế độ cơng suất định mức Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ Đối với động xe , người ta thường tính hai chế độ mơ men xoắn có ích lớn cơng suất có ích lớn ( động xăng) cơng suất có ích định mức ( động diesel) Đối với động cao tốc , chế độ tính chế độ cơng suất lớn thường chọn để tính , lực khí thể qn tính lớn chế độ tính tốn phải tiến hành phụ tải toàn phần ứng với lượng cung cấp nhiên liệu lớn , trạng thái nhiệt động phụ tải học cao Những chế độ tính tốn khác : chế độ tải cục bộ, thay đổi thành phần hỗn hợp cháy , thay đổi góc đánh lửa góc phun nhiên liệu sớm tiến hành cần khảo sát riêng biệt Thông thường, người ta giả thiết động làm việc ổn định chế độ tính tốn Nhưng thực nghiệm cho thấy chế độ làm việc động chu trình xảy khơng hồn tồn giống Giá trị áp suất lớn áp suất trung bình chênh lệch khoảng 5%-10% Điều yếu tố điều kiện khí động trình nạp, biến động trình cung cấp nhiên liệu , tạo hỗn hợp khí cháy… Chi phối Như vậy, số liệu ban đầu kết tính tốn thu giá trị trung bình mà thơi 1.2 Các thơng số cho trước động Môi trường sử dụng động cơ: mơi trường bình thường Kiểu, loại động cơ: SSANGYONG MUSSO E23, Vh=2293 cm Số kỳ τ: Số xilanh i: Cách bố trí xilanh: thẳng hàng Đường kính xilanh, D= 8.72 (cm) Hành trình piston, S= 9,592 (cm) Công suất thiết kế, Ne = 102,9 (kW) Số vòng quay thiết kế , n = 5300(v/ph) Tỷ số nén, ε = 10,4 Kiểu buồng cháy phương pháp tạo hỗn hợp: Buồng cháy thống Kiểu làm mát: Làm mát Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích : (g/kW.h) Góc mở sớm đóng muộn xupáp nạp thải: α1= 45o α2= 30o α3= 40o α4= 55o Chiều dài truyền, L = 171.1 (mm) Khối lượng nhóm piston, mnp = 0.6129 (kg) Khối lượng nhóm truyền, mtt = 1494.03(kg) 1.3 Chọn thơng số tính tốn nhiệt 1.3.1 Áp suất khơng khí nạp(po) Po = 0,1013 MN/m2 1.3.2 Nhiệt độ khơng khí nạp To = (Tkk + 273) với tkk =29oC To = (29 + 273) = 302 (K) 1.3.3 Áp suất khơng khí nạp trước xupap nạp Pk = Po = 0,1013 (MN/m2) (tăng áp trung bình) 1.3.4 Nhiệt độ khí nạo trước xupap nạp T k =T o =302(K ) 1.3.5 Áp suất cuối trình nạp Pa= 0,875.0,1013= 0,0886 (MN/m2) 1.3.6 chọn áp suất khí sót Pr= 0,11 (MPa) 1.3.7 Nhiệt độ khí sót Tr= 1050 (K) 1.3.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ ∆ T =20( K ) 1.3.9 Chọn hệ số nạp thêm λ λ 1=1,02 1.3.10 Chọn hệ số quét buồn cháy λ 2=1 Vc = 1.3.11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λ t=1,15 với α=1,7 1.3.12 Hệ số tác dụng nhiệt điểm Z ξ z =0,84 1.3.13 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b ( ξ b ) ξ b =0,9 1.3.14 Chọn hệ số dư lượng không khí α=0,8 1.3.15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công φd =0,95 1.3.16 Tỷ số tăng áp λ p= pz =3,7 pc 1.4 Tính tốn nhiệt 1.4.1 Q trình nạp ( η ) Tk pa p ηv= ε λ1 −λt λ2 r ε−1 T k + ΔT p k pa [ ¿ m ( )] 302 0,0886 0,115 10.4 1,02−1,15.1 10,1 302+ 20 0,1013 0,133 [ ( ) 1,5 ] =0,809 Hệ số khí sót γr: γ r = λ2 ¿ ¿ Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ¿ GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ 0,115 302 =0,04 ( 15−1 ) 0,95 0,1013 700 Nhiệt độ cuối trình nạp: T k + ΔT + λ t γ r T r T a= pa pr ( ) m−1 m 1+γ r 340+10+1,11.0 700 ¿ ( 0,133 0,115 1,5−1 1,5 ) 1+0 =309,656( K ) 1.4.2 Quá trình nén Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình khí nạp mới: b 0,00419 T mc v =av T =19,806+ 2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản phẩm cháy: }} =19,806+ {1,634} over {2} + {1} over {2} left (427,38+ {184,36} over {α} right ) {10} ^ {-5} ¿ mc v ¿ ¿ 20,623+ 2,673.10-3T Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp khí q trình nén: over {1+ {γ} rsub {r}} = {{a} ^ {'}} rsub {v} + {{b} ^ {'}} over {2} ¿ mc v =mc v +γ r m c}}} ¿¿ v ' }}} over {1+0} = 19,806+2,095 {10} ^ {-3} T ( {kJ} over {kmol.K} ¿ −3 ¿ 19,806+2,095 10 T +0 m c v ¿¿ Xác định số nén đa biến trung bình n1: n 1−1= 8,314 b a v + T a ( ε n −1+ ) ¿> n1−1= 8,314 0.00419 19,806+ 350 ( 15n −1 +1 ) n1 = 1,377 Áp suất trình nén pc: n1 pc = pa ε =0,0886 10,4 1,377 =2,228( MN ) m2 Nhiệt độ cuối q trình nén Tc: Nhóm TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ T c =T a ε n −1=350 151,36−1=748,688(K ) 1.4.3 Q trình cháy: Lượng khơng khí lý thuyết để đốt cháy 1kg nhiên liệu Mo: M o= ¿ C H O + − 0,21 12 32 ( ) 0,855 0,145 0,004 + − =0,512( kmol kk ) 0,21 12 32 ( ) Lượng khí nạp thực tế nạp vào xy lanh : M 1=α M o ¿ 1,7.0,4947=0,521( kmolkk ) kmolnl Lượng sản vật cháy M2: M 2= ¿ O H + +α M o 32 0,004 0,126 kmolSVC + +0,84=0,87( ) 32 kgnl Hệ số biến đổi phân tử khí lý thuyết βo: β o= M 0,507 = =1,08 M 0,469 Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β: β=1+ β o−1 1,08−1 =1+ =1,07 1+γ r 1+0,04 Hệ số biến đổi phân tử khí điểm βz: β z =1+ = 1+ β 0−1 β 0−1 ξ z x z =1+ 1+γ r 1+ γ r ξ b 1,08−1 0,8 =1,077 1+ 0,04 0,89 Tổn thất nhiệt lượng cháy không hoàn toàn: ΔQ H =120.10 ( 1−ε ) M o=6144 KJ/Kg.nl Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình mơi chất điểm z: Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ = {{β} rsub {o} left ({x} rsub {z} + {{γ} rsub {r}} over {{β} rsub {o}} right ) overline {m {c} rsub {v} rsup {'}} + left (1- {x} rsub {z} right ) overline {m {c} mc }} vz ( 1,03 0,9+ ¿ 0,00419 −3 (19,806+2,095 10 T z )+ (1−0,9 ) (19,806+ T z) 1,03 ) ( 1,03 0,89+ + ( 1−0,9 ) 1,03 ) =19,806+ 0,00419 kJ T z( kmo Nhiệt độ cuối trình cháy Tz: ξ z ( Q H− Δ Q H ) M ( 1+γ r ) ¿> +¿ 0,8 ( 42530−0 ) 0,00419 +(19,806+ 2,095.10−3 927+8,314.2,2) 927=1,027(19,806+ T z +8,314)T z 0,84 ( 1+0 ) Tz = 2366,927 (K) Áp suất cuối trình cháy pz: p z= β Z TZ P =8,175( MPa) Tc c 1.4.4 Tính tốn q trình dãn nở Tỷ số dãn nở đầu: ρ= β z T z 1,027 2203 = =1,11 λp Tc 2,2 927 ε ρ Tỷ số dãn nở sau: δ = = 15 =10,4 1,11 Chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2: n 2−1= MàT b = 8,314 ' ( ξ b−ξ z ) Q H b +a 'vz + z ( T z +T b ) M ( 1+γ r ) β ( T z −T b ) Tz ε n2−1 = 2203 n −1 15 8,314 n2−¿ = ( 0,89−0,8 ) 42530 0,00419 2203 +19,806+ (2203+ n −1 ) 2203 15 0,84.1,03( 2203− n −1 ) 15 2 Giải ra: n2 – = 0,26 => n2 = 1,255 Nhiệt độ cuối trình dãn nở Tb = 1410,2448 (K ) Áp suất cuối q trình dãn nở : 10 Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ 5.2.2 Đầu piston Ứng suất kéo (cuối thải đầu nạp) б k= P jp m1 p j = F x− x F x− x m1 p =0,47 Kg j = 18074.02.10−6 m/s2 −3 F x− x =1,181 10 m −6 б k= 0,47 18074,02.10 =7,19 MPA −3 1,181.10 б k < [ б k ]=10 MPa hợp kim nhôm Ứng suất nén (đầu hành trình dãn nở) 2 πD π 0,0872 б n= p Zmax =8,174 =37.90 MPa F x−x 4.1,181 10−3 б n< [ б n ]=40 MPa (Thỏa) Tính bền pittong Solidwork 36 Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ 5.2.3 Phần dẫn hướng Áp suất riêng bề mặt tiếp xúc với mặt xy lanh q p= L th=51,5 mm Nmax =0,3 =0,3 N max DL th Chiều dài thân R ( ( 16,25−ε ) Pz−16 ) D2 l 2,5 ( ( 16,25−9,5 ) 8,174−16 ) 87,2 70 =3191 kN lực ngang lớn −3 3191 10 → q p= =0,71 MPa −3 87,2.51,5 10 Đối với động ô tô cao tốc qp< [qp] = 0,6÷1,2 MPa (Thỏa) 5.3 Tính bền chốt 5.3.1 ∆ d max = Tính độ biến dạng chốt 0,09 ( P Z − P jp ) E lc 1+ α k 1−α ( ) E = 2.105 MPa k = 1,5-15.(α −0,4)3=1,5-15.(0,63−0,4)3 = 1,29 → ∆ d max= 0,09 ( 8,174−6,83 ) ¿ 105 0,07 5.3.2 Ứng suât biến dạng chốt -Ứng suất kéo bề mặt điểm ( =0o) P z −¿ P [ 1= l d 0,19 c c jp 8,174−6,83 [ ( 2+❑0 ) , ( 1+❑0 ) − k¿ 1−❑0 ( 1−❑0 ) = 0,07.0,022 0,19 ] ( 2+ 0,63 ) , ( 1+ 0,63 ) − 1,29 1−0,63 ( 1−0,63 ) ] ¿ 71,75 MPa -Ứng suất nén bề mặt điểm ( =0o) 2=−¿ ¿ 37 Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG = GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ −(8,174−6,83) ( 1+2.0,63 ) , (1+ 0,63 ) 0,19 − 1,29 0,07.0,022 1−0,63 ( 1−0,9 ) 0,63 [ ] ¿−126,33 MPa -Ứng suất nén bề mặt điểm ( = 90o) 3 = −¿ ¿ = −(8,174−6,83) ( 2+ 0,63 ) ( 1+0,63 ) 0,636 0,174 + 1,29 0,07.0,022 1−0,63 1−0,63 ¿−77,57 MPa [ ] -Ứng suất kéo bề mặt điểm ( =0o) 1 = P z −¿ P lcdc jp ¿¿ ( 1+2 0,63 ) , ( 1+0,63 ) 0,636 − 1,29 1−0,63 ( 1−0,9 )2 0,63 ¿ 122,16 MPa -Đối với chốt có ❑0=0,4−0,8 , ứng suất biến dạng cực đại cho phép 8,174−6,83 [ ] = 0,07.0,022 0,174 nằm khoản 60-170 Mpa Tính bền chốt solidwork 38 Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ 5.4 Xéc măng 5.4.1 Tính bền xéc măng Áp suất trung bình xéc măng mặt gương xy lanh: 0,15 E P tb = A t D D −1 t t ( 0,0025 0,0035 =¿0,4 MPa = 0,0872 0,0872 −1 0,0035 0,0035 0,15 2,2.10 ) ( ) Trong đó: E: mođun đàn hồi vật liệu xéc măng MPa Thép hợp kim 2,2.105 MPa A: khe hở miệng secmang trạng thái tự do, A = 0,0025 m t: chiều dày hướng kính xec măng, t = 0,0035 m Trị số P tb khoảng 0,1 – 0,25 MPa Đối với xec măng khí 0,2 – 0,4 MPa xecmang dầu, Ứng suất uốn làm việc lớn tiết diện đối xứng I-I ( ứng suất kéo bề mặt ngoài): ❑u 1= 0,385 A E 0,385 0,0025 2,2 105 = =618MPa D 0,0872 D( −1) 0,0872.( −1) t 0,0035 Ứng suất uốn lắp ghép lớn bề mặt trong, tiết diện đối xứng I-I ( ứng suất kéo bề mặt trong): ( E 1−0,11 ❑u 2= m A t ) = 2,2 10 (1−0,11 0,0025 0,0035 ) D D ( −1,4) t t 0,0872 0,0872 ( −1,4) 0,0035 0,0035 = 179,65MPa Trong đó, m: hệ số phụ thuộc vào phương pháp lắp xec măng vào rãnh 39 Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ Tính bền Xecmang Solidwork 5.5 Tính bền truyền 5.5.1 Tính tốn đầu nhỏ truyền: Đầu nhỏ truyền chịu lực kéo nén thay đổi có tính chất chu kỳ, ngồi ép bạc trượt đầu nhỏ cịn chịu ứng suất biến dạng (kéo) mối ép căng gây nên, Với động tĩnh tại, động có tốc độ trục khuỷu thấp kết cấu đầu nhỏ ( mỏng ( d2 ≥ 1,5 ¿ động cao tốc , phổ biến kết cấu đầu nhỏ d1 d2