Đồ án liên môn pbl2 thiết kế các cơ cấu động cơ đốt trong xg6 022 xây dựng đồ thị công, động học, động lực học của động cơ xg6 022

LỜI NÓI ĐẦU Những năm gần đầy, kinh tế Việt Nam phát triển mạnh Bên cạnh kỹ thuật nước ta bước tiến bộ, có ngành khí động lực nói chung Để góp phần nâng cao trình độ kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật ta phải tự nghiên cứu chế tạo, yêu cầu cấp thiết Có ngành khí động lực ta phát triển Sau học hai mơn ngành động đốt (Nguyên lý động đốt Kết cấu động đốt trong) số môn sở khác (sức bền vật liệu, lý thuyết, thuỷ khí máy thuỷ khí ), sinh viên giao nhiệm vụ làm đồ án liên môn “Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong” Đây phần quan trọng nội dung học tập sinh viên, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiến thức học để giải vấn đề cụ thể ngành Trong trình thực đờ án, nhóm chúng em cố gắng tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, làm việc cách nghiêm túc với mong muốn hồn thành đờ án tốt Tuy nhiên, thân cịn kinh nghiệm việc hồn thành đờ án lần khơng thể khơng có thiếu sót, chúng em mong nhận xem xét bảo thầy để thân ngày hoàn thiện kiến thức kỹ thuật ngành khí động lực Cuối cùng, nhóm chúng em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô tận tình truyền đạt lại kiến thức quý báu cho em Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Quang Trung thầy Lê Cơng Tín quan tâm, nhiệt tình hướng dẫn quá trình làm đờ án Nhóm chúng em mong muốn nhận xem xét dẫn các thầy để chúng em ngày hồn thiện kiến thức Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn, mong gửi lời chúc tốt đẹp đến các thầy cô khoa Cơ Khí Giao Thơng để người lái đị vững cho hệ mai sau Đà Nẵng, ngày 31 tháng 12 năm 2022 Nhóm thực hiện: Nhóm 36 Page MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN 1: XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐỘNG CƠ XG6-022 1.1 Các thông số động 1.2 Tính tốn thơng số ban đầu .5 1.3 Đồ thi công, ̣ động học động 1.4 Đồ thi chuyển ̣ vi, ̣ vận tốc theo alpha 1.4.1 Đồ thi ̣biễu diễn hành trình piston x = f(α) 1.4.2 Đồ thi ̣biểu diễn tốc độ piston v=f(α) 1.5 Đồ thi biễu ̣ diễn gia tốc j=f(α) 10 1.6 Đồ thi khai ̣ triển: Pkt, Pj, P1 – α .12 1.7 Đồ thi biễu ̣ diễn lực tiếp tuyến T - lực ngang N – lực pháp tuyến Z 14 1.8 Ve ̃ đồ thi tổng ̣ T: ∑T=f(α) 16 1.9 Đồ thi phụ ̣ tải tác dụng lên chốt khuỷu 19 1.10 Ve ̃ đồ thi phụ ̣ tải tác dụng lên đầu to truyền 20 1.11 Đồ thi khai ̣ triển vector phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Q=f(α) 21 1.12 Đồ thi mài ̣ mòn chốt khuỷu 23 Phần 2: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU ĐỘNG CƠ THAM KHẢO 26 2.1 Chọn động tham khảo: Duratec 3.7l V6 lắp xe ford mustang 2014 26 2.2 Phân tích động tham khảo ford mustang 28 2.2.1 Giới thiệu nhóm Piston 28 2.2.2 Giới thiệu nhóm truyền 30 2.2.3 Giới thiệu trục khuỷu 31 2.2.4 Giới thiệu bánh đà 34 2.2.5 Giới thiệu hệ thống phân phối khí 36 2.2.6 Giới thiệu thân máy 40 2.2.7 Giới thiệu nắp máy .43 Phần TÍNH TỐN, THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ 47 3.1 Tính tốn, thiết kế nhóm piston 47 3.1.1 Phân tích nhóm piston 47 3.1.2 Tính tốn piston 49 3.2 Tính tốn, thiết kế nhóm truyền 55 Page 3.2.1 Phân tích nhóm truyền 55 3.2.2 Tính tốn nhóm truyền 58 3.3 Tính tốn, thiết kế trục khuỷu .65 3.3.1 Phân tích kết cấu trục khuỷu 65 3.3.2 Tính tốn trục khuỷu 68 3.4 Tính tốn, thiết kế bánh đà 72 3.4.1 Tính kích thước bánh đà 72 3.4.2 Tính bền bánh đà 74 3.4.3 Phân tích kết cấu bánh đà 75 3.5 Tính tốn, thiết kế thân máy 76 3.5.1 Xác định kích thước thân máy 76 3.5.2 Phân tích kết cấu 77 3.5.3 Tính tốn sức bền ống lót xylanh 79 3.6 Tính tốn, thiết kế nắp máy .80 3.6.1 Xác định kích thước nắp máy 80 3.6.2 Phân tích kết cấu 81 3.6.3 Tính bền nắp máy 85 3.7 Phân tích kết cấu xác định kích thước cấu phân phối khí 87 3.7.1 Phân tích kết cấu phân phối khí 87 3.7.2 Xác định kích thước cấu phân phối khí .91 Tài liệu tham khảo: 100 Page PHẦN 1: XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐỘNG CƠ XG6-022 1.1 Các thông số động Thông số kĩ thuật Kí hiệu Nhiên liệu Số xilanh / Số kỳ / cách bố trí Giá tri đề ̣ Gasoline i/τ Thứ tự làm việc / / V-type 1-5-2-4-6-3 Tỷ số nén ε 10.8 Đường kính x hành trình piston(mm x mm) D/S 96 x 80 Công suất cực đại / số vòng quay (kW/ v/ ph) Ne / n 200 / 6200 Tham số kết cấu λ 0.25 Áp suất cực đại (MN/m2) 𝑝𝑧 5.3 Khối lượng nhóm piston(kg) 𝑚𝑝𝑡 1.0 Khối lượng nhóm truyền (kg) 𝑚𝑡𝑡 1.3 Góc đánh lửa sớm (độ) 𝜃𝑠 15 𝛼1 16 𝛼2 71 𝛼3 30 𝛼4 10 Góc phân phối khí (độ) Hệ thống nhiên liệu L-EFI Hệ thống bôi trơn Force-feed lubrication system Hệ thống làm mát Forced Circulation Water Cooling System Page Hệ thống nạp - thải _ Hệ thống phân phối khí 24 valve, DOHC Bảng 1.1 Các thơng số động 1.2 Tính tốn thơng số ban đầu 𝑆 + Bán kính trục khuỷu: 𝑅 = = 0,04(𝑚) Chỉ số nén số giản nỡ đa biến trung bình 𝑛1 = 1,34 ÷ 1,38 ; 𝑛2 = 1,23 ÷ 1,34 Chọn trước: 𝑛1 = 1,36 ; 𝑛2 = 1,28 + Áp suất khí cuối kì nạp: Động bốn kì tăng áp: 𝑝𝑎 = (0.9 ữ 0.96) ì Chn ỏp sut cui kỡ np: 𝑝𝑘 = 0.1 Mpa Khi đó: 𝑝𝑎 = 0.9× 0.1= 0.09 [MN/m2] + Chọn tỷ số dãn nở sớm: động xăng ρ = + Thể tích cơng tác: 𝑉ℎ = 𝑆×𝜋×𝐷 = 80×𝜋×962 ×10−6 = 0,579(𝑑𝑚3 ) + Thể tích b̀ ng cháy: 𝑉𝑐 = 𝑉ℎ 𝜀−1 = 0,579 10,8−1 = 0,059(𝑑𝑚3 ) + Vận tốc trục khuỷu:𝜔 = 𝜋×𝑛 30 + Diện tích đỉnh piston: 𝐹𝑝𝑡 = + Lực quán tính li tâm: 𝑃𝑟0 = 𝜋×6200 = 30 𝜋×𝐷 = 0,7238(𝑑𝑚2 ) 𝑚𝑡𝑡 ×𝑅×𝜔2 𝐹𝑝𝑡 = 649,2(rad/s) = 2,12(𝑀𝑃𝑎) + Áp suất cuối kì nén: 𝑃𝑐 = 𝑃𝑎 × 𝜀 𝑛1 = 0,09 × 10,81,36 = 2,29[MN/𝑚2 ] + Áp suất cuối trình giãn nở: 𝑝𝑏 = 𝑝𝑧 𝛿1 𝑛2 = 𝑝𝑧 𝜀 𝑛 ( ) 𝜌 = 5,3 10,8 1,28 ( ) = 0,252(𝑀𝑁/𝑚2 ) +Cho 𝑃𝑡ℎ = 1,03𝑃𝑘 = 1.03 × 0,1 = 0,103(𝑀𝑁/𝑚2 ) Suy ra: 𝑝𝑟 = 1,05 × 𝑃𝑡ℎ = 1,05 × 0,103 = 0,1082(𝑀𝑁/𝑚2 ) Page 1.3 Đồ thi công, ̣ động học động Các thơng số cho trước: • Áp suất cực đại∶ 𝑃𝑧 = 5,3(𝑀𝑁/𝑚2 ) • Góc phun sớm: 𝜃𝑠 =15° • Góc phân phối khí: 𝛼1 = 16° , 𝛼2 = 71° ,𝛼3 = 30°,𝛼4 = 10° Xây dựng đường nén: Gọi 𝑝𝑛𝑥 𝑉𝑛𝑥 áp suất thể tích biến thiên theo q trình nén động Vì quá trình nén quá trình đa biến nên: 𝑃𝑛𝑥 𝑉𝑛𝑥 𝑛1 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 ⇒ 𝑃𝑛𝑥 = 𝑃𝑎 ( 𝑉𝑎 𝑛 ) 𝑉𝑛𝑥 Va: Thể tích cuối quá trình nạp Xây dựng đường giãn nỡ: Gọi 𝑃𝑔𝑛𝑥 𝑉𝑔𝑛𝑥 áp suất thể tích biến thiên theo q trình giãn nở động Vì trình giãn nở quá trình đa biến nên: 𝑃𝑛𝑥 𝑉𝑛𝑥 𝑛2 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 ⇒ 𝑃𝑔𝑛𝑥 = 𝑃𝑧 ( 𝑉𝑧 𝑉𝑔𝑛𝑥 )𝑛2 𝑃𝑧 áp suất đầu quá trình giãn nở 𝑉𝑧 thể tích đầu quá tình giãn nở Biểu diễn thơng số: + Biểu diễn thể tích b̀ ng cháy: Chọn 𝑉𝑐𝑏𝑑 = 15(𝑚𝑚) 𝜇𝑣 = 𝑉𝑐 𝑉𝑐𝑏𝑑 = 0,059 15 = 0,00393(𝑑𝑚3 /𝑚𝑚) Giá tri biểu ̣ diễn 𝑉ℎ𝑏𝑑 = 𝑉ℎ 𝜇𝑣 = 0,579 0,00393 = 147(𝑚𝑚) + Biểu diễn áp suất cực đại:𝑃𝑧𝑏𝑑 = 160 ÷ 220 (𝑚𝑚) Chọn 𝑃𝑧𝑏𝑑 = 160(𝑚𝑚) 𝜇𝑝 = 𝑃𝑧 𝑝𝑧𝑏𝑑 = 5,3 160 = 0.033125(𝑀𝑁/𝑚2 𝑚𝑚) + Về giá tri ̣biểu diễn ta có đường kính vịng trịn Brick AB giá tri ̣ biểu diễn 𝑉ℎ , nghĩa giá tri biểu ̣ diễn AB =𝑉ℎ𝑏𝑑 = 147 [mm] 𝜇𝑠 = 𝑠 𝑉ℎ𝑏𝑑 = 80 147 = 0,544(𝑚𝑚/𝑚𝑚) Page 𝑂𝑂𝑏𝑑’ = 𝑅𝜆 2𝜇𝑆 = 9,1912(𝑚𝑚) +𝜇𝛼 = + Tỉ lệ xích áp suất trình: 𝜇𝑃 = 𝑃𝑧 𝑃𝑧𝑏𝑑 = 5,3 160 = 0.033125 + Tỉ lệ xích thể tích xy lanh: 𝜇𝑉 = 𝑉𝐶 𝑉𝑐𝑏𝑑 = 0,00393 + Tỉ lệ xích chuyển vi ̣ piston: 𝜇𝑥 = 𝑆×𝜇𝑉 𝑉ℎ = 0,543 + Tỉ lệ xích vận tốc piston: 𝜇𝑣 = 𝜔×𝜇𝑥 1000 = 0,35255 Cách vẽ đờ thi ̣ Đồ thi công ̣ động xăng kỳ không tăng áp + Từ bảng giá tri ta ̣ tiến hành vẽ đường nén đường giản nở - Điểm mở sớm xupáp nạp: r’ xác đinh ̣ từ đồ thi Brick ̣ ứng với 𝛼1 - Điểm đóng muộn xupáp thải: r’’ xác đinh ̣ từ đồ thi Brick ̣ ứng với 𝛼4 - Điểm đóng muộn xupáp nạp: a’ xác đinh ̣ từ đồ thi Brick ̣ ứng với 𝛼2 - Điểm mở sớm xupáp thải: b’ xác đinh ̣ từ đò thi Brick ̣ ứng với 𝛼3 - Vẽ hệ trục tọa độ đó: Trục hồnh biểu diễn V, Trục tung biểu diễn 𝑃𝑘𝑡 - Từ số liệu cho tính toán ta dùng lệnh nối excel ta sẽ nối hai trục hoành tung tiếp tục ta copy hàm nối từ đến 720 độ vào phần mềm autocad ta sẽ dùng lệnh spl autocad dể nối tất các điểm copy excel ta sẽ có đề thi công ̣ - Vẽ đồ thi ̣Brick đồ thi cơng ̣ Lấy bán kính cung trịn R = S/2 + Lấy phía phải điểm O’ khoảng: OO’ = 𝜆×𝑅 2×𝜇𝑆 = 9,1912(mm) + Dùng đờ thi Brick ̣ để biểu diễn các điểm: • Mở sớm nạp (r), đóng trễ nạp (a’) • Mở sớm thải (b’), đóng trễ thải (r’’) - Từ đờ thi Brick ̣ t xác đinh ̣ góc ta kẻ xuống đồ thi công ̣ ta sẽ xác đinh ̣ góc mở sớm đóng trễ động - Sau thực đầy đủ ta sẽ đồ thi cơng ̣ thực tế: Page Hình 1.1 Đồ thị công 1.4 Đồ thi chuyển ̣ vi, ̣ vận tốc theo alpha 1.4.1 Đồ thi ̣biễu diễn hành trình piston x = f(α) - Chọn tỷ lệ xích: 𝜇𝛼 = 2(độ/𝑚𝑚) 𝜇𝑥 = 𝑆.𝜇𝑣 𝑉ℎ = 0,543(𝑚𝑚) - Sử dụng công thức: 𝜆 𝑥 = R[(1 − cos(α)) + (1 − cos(2α))] - Xét α từ -180º Ta có bảng só liệu sau: Page a abd X Xbd Vận tốc độ mm 0.54 m/s 0 0 10 0.75 1.39 5.62 20 10 2.99 5.50 10.96 30 15 6.6 12.14 15.79 40 20 11.42 20.99 19.89 50 25 17.22 31.64 23.09 60 30 23.75 43.64 25.30 70 35 30.73 56.47 26.49 80 40 37.90 69.64 26.68 90 45 45 82.68 25.97 100 50 51.79 95.17 24.46 110 55 58.09 106.75 22.31 120 60 63.75 117.14 19.67 130 65 68.64 126.13 16.69 140 70 72.7 133.6 13.49 150 75 75.89 139.44 10.17 160 80 78.17 143.64 6.79 170 85 79.54 146.16 3.39 180 90 80 147 2.39 Bảng 1.2 Số liệu đồ thị biểu diễn hành trình piston 1.4.2 Đờ thi ̣biểu diễn tốc độ piston v=f(α) * Vẽ đường biễu diễn tốc độ theo phương pháp đờ thi vịng ̣ - Xác đinh ̣ vận tốc góc chốt khuỷu - Vẽ đường trịn tâm O bán kính 𝑅2 =10 mm - Chia nửa vịng trịn tâm O bánh kính R thành 18 phần đánh sô thứ tự từ đến 18: - Chia vòng tròn tâm O bán kính 𝑅2 thành 18 phần đánh số thứ tự từ 1’ đến 18’ theo chiều ngược lại - Từ các điểm 1,2,3,… kẻ các đường thẳng vng góc với AB cắt cấc đường song song với AB kẻ từ các điểm 1’, 2’, 3’, tương ứng với giao điểm Nối giao điểm lại ta có đường cong giới hạn tốc độ piston Khoảng cách từ đường cong đến nửa đường tròn biễn diễn tri số ̣ tốc độ piston ứng với các góc α * Vẽ đường biễu diễn tốc độ excel - Chọn tỷ lệ xích: 𝜇𝑣 = 𝜔×𝜇𝑥 1000 = 0,35255( 𝑚/𝑠 𝑚𝑚 ) - Sử dụng công thức Page 𝜆 v = Rω[sin (α) + sin (2α)] Hình 1.2 Đồ thị vận tốc * Để khảo sát mối quan hệ hành trình piston vận tốc piston ta đặt chúng chung hệ trục tọa độ Hình 1.4 Đồ thị chuyển vị 1.5 Đồ thi biễu ̣ diễn gia tốc j=f(α) - Chọn hệ trục tọa độ với trục hoành biễu diễn α, trục tung biễn diễn giá tri ̣ gia tốc - Chọn tỷ lệ xích: 𝜇𝑗 = 𝜔 2.𝜇𝑥 1000 = 228,9( 𝑚/𝑠 𝑚𝑚 ) Giải gia tốc Piston phương pháp đồ thi ̣thường dùng phương pháp TôLê Cách tiến hành cụ thể sau: - Lấy đoạn thẳng AB = S = 2R Từ A dựng đoạn thẳng AC = J𝑚𝑎𝑥 = R𝜔2 (1+𝜆) Từ B dựng đoạn thẳng BD = 𝐽𝑚𝑖𝑛 = -R𝜔2 (1- 𝜆), nối CD cắt AB E - Lấy EF = -3𝜆R𝜔2 Nối CF DF Page 10 𝐷𝑓 𝜋 = 96 = 30.55 (𝑀𝑁) + Lực siết bulong 𝑃𝑏𝑙 đặt cách x-x 𝐷3 𝜋 = 0.05 (𝑀𝑁) +Giá trị 𝐷3 = 160 𝑚𝑚 - Khi động không làm việc 𝑃𝑘𝑡 = Nắp chịu momen : 𝑀𝑢 = 𝑃𝑏𝑙 𝐷3 𝑃𝑓 𝐷1 0.05 30.55 96 − = 0.05 − = −733.19(𝑀𝑁 𝑚) 𝜋 𝜋 2 Vì 𝑃𝑔 = 𝑃𝑓 nên: 𝑀𝑢 = 𝑃𝑏𝑙 0.05 (𝐷3 − 𝐷1 ) = (160 − 96) = 0.5(𝑀𝑁 𝑚) 𝜋 𝜋 - Khi động làm việc 𝑃𝑘𝑡 ≠ nên nắp chịu momen là: 𝑀𝑢 = 𝑃𝑏𝑙 𝐷3 𝑃𝑓 𝐷1 𝑃𝑘𝑡 2𝐷1 (𝑀𝑁 𝑚) − − 𝜋 𝜋 3𝜋 Do 𝑃𝑓 = 𝑃𝑏𝑙 − 𝑃𝑘𝑡 𝑃𝑛 = 𝑘 𝑃𝑘𝑡 nên Động tốc độ cao k= 2,5-3,5 Chọn k=3 𝑀𝑢 = 𝑃𝑘𝑡 7238 (3.160 − (3 − ) 96) = 810656(𝑀𝑁 𝑚) (𝑘 𝐷3 − (𝑘 − ) 𝐷1 ) = 3 + Ứng suất kéo mặt nguội : 𝜎𝑘1 = 𝑀𝑢 𝑊𝑢1 + Ứng suất nén mặt nóng: 𝜎𝑘2 = = 𝑀𝑢 𝑙1 𝑗𝑖 𝑀𝑢 𝑊𝑢2 Ta có : 𝐽𝑖 : momen qn tính tiết diện tính tốn trục i-i qua trọng tâm tiết diện 𝑙1 , 𝑙2 : khoảng cách từ mặt nguội mặt nóng đến trục i-i [𝜎𝑘 ]= 35 MN/𝑚2 vật liệu nhôm hợp kim - Ứng suất nhiệt mặt nóng : 𝜎𝑡 = 𝛼.𝐸(𝑡1−𝑡2) 2(1−𝜇) Do 𝜎𝑘2 > 𝜎𝑘1 nên ứng suất tổng tác dụng lên nắp máy : 𝜎𝑡ổ𝑛𝑔 = 𝜎𝑘2 + 𝜎𝑡 < [𝜎𝑡ổ𝑛𝑔 ] = 250 MN/𝑚2 (đối với vật liệu hợp kim nhôm) Page 86 3.7 Phân tích kết cấu xác định kích thước cấu phân phối khí 3.7.1 Phân tích kết cấu phân phối khí a) Nhiệm vụ -Cơ cấu phân phối khí dùng để thực q trình thay đổi khí động cơ: thải khí thải nạp đầy hỗn hợp khí nạp khơng khí để đảm bảo cho động làm việc liên tục, ổn đinh, ̣ phát huy hết công suất thiết kế b) Yêu cầu hệ thống phân phối khí -Đảm bảo chất lượng quá trình thay đổi khí: chất lượng thải chất lượng nạp đầy -Tránh khơng cho khí thải đường thải trở lại xilanh -Ít mịn, tiếng kêu c) Nguyên lý làm việc -Nguyên lý làm việc cấu phân phối khí chia làm trình sau: trình vấu cam đẩy mở xupáp quá trình lị xo giãn đóng kín xupáp -Q trình vấu cam đẩy mở xupáp: Động làm việc làm cho trục khuỷu quay thông qua cấu dẫn động phân phối khí bánh xích lắp đầu trục khuỷu làm cho trục cam đóng mở xupáp quay theo Khi vấu cam tiếp xúc với đội lúc ép lò xo nén lại đẩy xupáp di chuyển xuống mở cửa nạp mơi chất vào b̀ ng đốt Cửa thải thực mở trình thải làm cho khí cháy ngồi mơi trường -Quá trình lị xo giãn đóng kín xupáp: Khi trục cam quay đến đỉnh vấu cam vượt qua đầu đội, lúc lị xo giãn ra, thơng qua chén chặn đẩy xupáp tinh ̣ tiến vi trí ̣ ban đầu thực q trình đóng kín xupáp d) Đặc điểm kết cấu Hệ thống phân phối khí có nhiệm vụ thực quá trình thay đổi khí động cơ, thải khí khỏi xilanh nạp đầy hỗn hợp khí nạp khơng khí vào xilanh để động làm việc liên tục, ổn đinh ̣ phát hết cơng suất thiết kế Hệ thống phân phối khí phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật sau: Quá trình thay đổi khí phải hồn hảo, nạp đầy thải sạch, đóng mở xupáp thời gian quy đinh, ̣ độ mở lớn để dịng khí lưu thơng, trở lực, đóng xupáp phải kín nhằm bảo đảm áp suất nén, khơng bi cháy ̣ lọt khí, tránh lọt khí thải ngược đường nạp, va đập, tránh mòn, dễ dàng hiệu chỉnh, sửa chữa, đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẻ Page 87 Hình 3.7.1 Kết cấu xupap -Hệ thống phân phối khí động tham khảo hệ thống phân phối khí xupáp treo Kiểu treo có ưu điểm: Tạo b̀ ng cháy gọn, giảm tối thiểu nhiệt, đường nạp thải bố trí nắp nên có điều kiện thiết kế để dịng khí lưu thơng thoát tăng hệ số nạp, với động xăng hệ thống phân phối khí kiểu treo hệ số nạp lớn - 7% so với xupáp đặt, hệ thống phân phối khí kiểu treo bố trí xupáp theo nhiều kiểu khác tuỳ thuộc hình dạng b̀ ng cháy, kết cấu hệ thống phân phối khí nhiều xupáp cho xilanh cách đặt trục cam v.v -Khuyết điểm hệ thống phân phối khí kiểu treo là: Do dẫn động hệ thống phức tạp làm tăng chiều dài động cơ, kết cấu nắp xilanh phức tạp khó đúc, gia cơng e) Phương án dẫn động trục cam -Trục cam trục khuỷu dẫn động xích f) Xupap - Xupáp chi tiết trực tiếp cho dịng khí nạp vào b̀ ng đốt thải khí ngồi Trong q trình làm việc xupáp chiụ tải trọng học tải trọng nhiệt lớn Do mặt nấm xupáp va đập mạnh với đế xupáp nên dễ biến dạng Xupáp thải trực tiếp tiếp xúc với khí thải có nhiệt độ cao nên thường bi ̣ nóng chiụ ăn mịn hóa học Xupáp nạp nhờ dịng khí nạp làm mát nên chiụ nhiệt độ nhỏ xupáp thải Kết cấu xupáp gờ m phần chính: phần nấm xupáp, phần thân phần đuôi xupáp Page 88 Hình 3.7.2 Kích thước sơ xupap - Phần nấm: Nấm xupáp thải tiếp xúc với dịng khí thải có nhiệt độ cao Mặt làm việc quan trọng mặt có góc α độ từ 15-45 α nhỏ tiết lưu thông lớn mặt nấm mỏng làm giảm độ cứng vững gây cong vênh sẽ tiếp xúc khơng kín khít với đế xupáp α lớn mặt nấm bền dịng khí thải dễ dàng hơn, động tham khảo ta chọn α = 45𝑜 Chiều rộng b mặt nấm xupáp b=(0,050,12)dn (dn:đường kính nấm xupáp), b phụ thuộc vào vật liệu xupáp Nấm xupáp chọn loại nấm có ưu điểm chế tạo đơn giản dùng cho xupáp thải nạp - Phần thân xupáp: Đường kính thân xupáp phải đảm bảo để dẫn hướng tốt, tản nhiệt tốt chiụ lực nghiêng xupáp đóng mở Để giảm nhiệt độ cho xupáp người ta có xu hướng tăng đường kính thân xupáp kéo dài cốc dẫn hướng đến gần phần nấm xupáp Xupáp phải chiụ lực ngang lớn nên đường kính thân xupáp lớn Để tránh tượng xupáp bi kẹt ̣ ống dẫn hướng bi đốt ̣ nóng, đường kính thân xupáp phần nối tiếp với nấm xupáp thường làm nhỏ khoét rộng lỗ ống dẫn hướng phần Chiều dày thân xupáp phụ thuộc vào cách bố trí xupáp, thường thay đổi phạm vi lớn: l=(2,5-3,5)dn Chiều dày thân xupáp phải lựa chọn đủ để lắp ống dẫn hướng lò xo xupáp - Thân xupáp nạp thải có dạng hình trụ dài Chỗ chuyển tiếp thân nấm có góc lượn - Đi xupáp: Phần xupáp trực làm việc điều kiện va đập mạnh mặt phần phải tơi cứng Ở phần xupáp có đoạn kht rãnh để lắp móng hãm Để chặn lị xo phía lắp với xupáp móng hãm hình lắp vào đoạn có đường kính nhỏ Mặt phía ngồi móng hãm ăn khớp với mặt Page 89 đĩa lị xo Kiểu lắp dùng móng hãm có ưu điểm khơng gây ứng suất tập trung đuôi xupáp g) Đế xupap - Đối với cấu phân phối khí xupap treo, đường thải đường nạp bố trí nắp xilanh Để giảm hao mịn cho nắp xilanh chiụ lực va đập xupap người ta dùng đế xupap ép vào đường thải đường nạp - Mặt ngồi đế hình trụ có vát mặt để tiếp xúc với mặt côn nấm xupáp - Kết cấu đế xupap đơn giản, vịng hình trụ có vát mặt côn để tiếp xúc với mặt côn nấm xupap Đế xupap thường làm thép hợp kim Chiều dày đế xupap thường nằm khoảng (0,08-0,15)dh Chiều cao đế nằm khoảng (0,180,25)dh với dh đường kính họng đế xupap h) Trục cam - Trục cam dẫn động trực tiếp xupáp Động thiết kế gồ m trục cam: Trên trục cam có cam nạp xả Trên trục cam có cam nạp dẫn động xupáp nạp cam thải dẫn động xupáp thải riêng biệt, cổ trục Ở đầu trục cam có gắn các bánh dẫn động trục cam Để giảm bớt độ trượt bánh dẫn động cam với cam ta lắp thêm vòng đệm ma sát - Trục cam chiụ hầu hết lực cấu phân phối khí như: lực lị xo xupáp, lực quán tính đội, lực khí thể bắt đầu thải, chiụ mài mịn,…Vì địi hỏi trục cam phải có độ cứng vững, độ bền tốt - Vật liệu chế tạo trục cam thường thép có thành phần cácbon thấp Các mặt làm việc cam thấm than cứng để giảm mài mịn - Cam chế tạo cần phải có độ đồ ng tâm cao Sai lệch độ đồ ng tâm cho phép lớn 0,03 (mm) * Cam nạp cam xả: Trên trục cam, cam nạp cam xả bố trí liền trục Kích thước cam lớn kích thước trục Hình dạng cam phụ thuộc vào pha phân phối khí quy luật đóng mở xupáp - Trong động hàng xilanh góc lệch đỉnh cam hai cam tên xác đinh ̣ thứ tự làm việc xilanh chiều quay trục cam Trong động kỳ góc lệch hai đỉnh cam tên hai xilanh làm việc nửa góc cơng tác k hai xilanh = k/2 Với k= 180°.𝑡 𝑖 Page 90 Trong  số kỳ động i số xilanh i = - Bôi trơn trục cam cách khoan đường dẫn dầu bôi trơn đường tâm trục cam Trên cổ trục khoang lỗ dầu để dẫn dầu bôi trơn các cổ trục cam * Cổ trục ổ trục cam: Số cổ trục cam: Z = Các trục cam cố đinh ̣ nắp máy ổ trục cam Ổ trục cam cắt thành hai nữa, dùng bulông để bắt chặt hai ổ trục 3.7.2 Xác định kích thước cấu phân phối khí 3.7.2.1 Xác định kích thước xupap a) Tiết diện lưu thơng xupap Hình 3.7.3 Tiết diện lưu thơng xupap Tiết diện lưu thông xupáp ảnh hưởng đến chất lượng nạp thải động Vì thiết kế cần tăng đường kính xupáp lớn tốt bi ̣ hạn chế đường kính xilanh, Diện tích mặt nấm xupáp các động thường chiếm khoảng 25-40% diện tích đỉnh pittơng, động xăng dùng buồ ng cháy bán cầu chõm cầu, xupáp bố trí nghiêng hai bên nên diện tích xupáp lớn đến 35% diện tích đỉnh pittơng Ở động dùng nhiều xupáp cho xilanh (4 xupáp) diện tích tăng 40% so với diện tích đỉnh pittơng Diện tích xupáp nạp thường lớn diện tích xupáp thải khoảng 10 - 15% thường 15 - 35% diện tích đỉnh pittơng Page 91 - Qua tính tốn thực nghiệm tốc độ dịng khí nạp chế độ tồn tải ô tô, máy kéo vkhn= 40 115(m/s) Chọn vkhn= 80(m/s) Ta có: vkht=(1,21,5) vkhn= 96  120 (m/s) Ta có vận tốc trung bình piston: vp = 𝑠.𝑛 30 =16.53(m/s) Trong hành trính piston S = 80mm, số vòng quay n = 6200v/ph - Suy đường kính họng xupap là: dh=√ vp D2 vkh i Đường kính họng xupap nạp: dhn=30,8 mm, chọn dh=31mm Đường kính họng xupap thải: dht= 27,5mm, chọn dht= 28mm (trong đó: đường kính piston D = 96mm, i số xupap nạp(thải) piston i = 2) *Tiết diện lưu thông fk qua xupap (tiết diện vành khăn) xác đinh: ̣ ph¢ fkx= (dh+d1) Mà d1=dh+2e; h=h.cos; e=h.sin fkx=.h(dh.cos+h.sin.cos2) Khi =45 fkx=(0,707dh+0,353h), dùng cho xupap nạp, thải -Hiện hành trình xupap nằm phạm vi: h=(0,180,3)dh Hành trình xupap nạp: hn=(5,589,3)mm, chọn hn=7mm Hành trình xupap thải: ht=(5,048,4)mm, chọn ht=6mm Tiết diện lưu thông xupap nạp là: fkxn= 536,32mm2 Tiết diện lưu thơng xupap thải là: fkxt= 413,069mm2 Ta có : vkxn=vp  vkxt=vp  Fp i´fkx Fp i´fkx =55,4m/s thỏa mãn điều kiện =72,03m/s thỏa mãn điều kiện Page 92 ( Trong đó: diện tích đỉnh piston Fp= - Ta có: enạp= hn.cosα.sinα= 3,5mm - ethải= ht.cosα.sinα= 3mm p´D2 =0,0072m2) Ta có: đường kính nấm xupap nạp d1n=dhn+2.enạp=38mm Đường kính nấm xupap thải d1t=dht+2.ethải=34mm Chiều dày nấm xupap nạp:(0.080.12)d1n= 3,5mm Chiều dày nấm xupap thải:(0.080.12)d1t=3 mm Đường kính thân xupap nạp: dtn=(0.160.25)d1n= 6.5 mm Đường kính thân xupap thải: dtt=(0.160.25)d1t= 6.2 mm Chiều dài thân xupap nạp ltn=(2.53.5)d1n= 95 mm Chiều dài thân xupap thải ltt=(2.53.5)d1t= 95 mm 3.7.2.2 Xác định kích thước trục cam a) Dựng hình cam lờ i * Cam nạp: Góc cơng tác cam nạp 180+a1+a2 n= Trong đó:1= 16,2=71 n=133,5 - Đường kính trục cam: dc= 25mm R: bán kính sở cam (mm) d R= c+(0,51)(mm) R=13,5mm - Độ nâng lớn đội: h = 7,5(mm) r: bán kính cung đỉnh cam(mm); r=R- j j 1−cos h.cos r=8mm Cách dựng: Đối với cam nạp n=133,5 + Vẽ vòng tròn tâm O bán kính R = 13,5 (mm), xác đinh ̣ góc AOA’=n Page 93 + Trên đường phân giác góc AOA’ ta lấy EC = h (E thuộc vịng trịn bán kính R) + Vẽ vịng trịn đỉnh cam có tâm O1 bán kính r = 8(mm) nằm đường phân giác Vịng trịn qua điểm C + Vẽ cung trịn có bán kính  tiếp tuyến với hai vịng trịn có tâm O nằm đường kéo dài OA Hình 3.7.4 Dựng hình cam lồi + Sau xác đinh ̣ R, h, n r bán kính cung tiếp tuyến  xác đinh ̣ từ quan hệ tam giác vng O1MO2 sau: Hình 3.7.5 Xác định bán kính 𝜌 cung tiếp tuyến Trong D=13mm =201,8mm Page 94 Bán kính R nấm đội Để đội khơng bị kẹt, bán kính R phải lớn Nếu muốn cho đội không bị kẹt, phải đảm bảo điều kiện: R r−R1 r−r D sin rn R  11,6mm Chọn R= 13,5mm * Cam thải: Góc cơng tác cam thải 180+b1 +b2 th= Trong đó: 1= 30, 2=10 th=110 - Đường kính trục cam: dc= 25mm R: bán kính sở cam (mm) d R= c+(0,51) (mm) R=13,5mm - Độ nâng lớn đội: h = 7(mm) r: bán kính cung đỉnh cam(mm); r=R- j j 1−cos h.cos r=4mm Cách dựng: Đối với cam nạp n=110 + Vẽ vịng trịn tâm O bán kính R = 13,5 (mm), xác đinh ̣ góc AOA’=th + Trên đường phân giác góc AOA’ ta lấy EC = h (E thuộc vịng trịn bán kính R) + Vẽ vịng trịn đỉnh cam có tâm O1 bán kính r = 4(mm) nằm đường phân giác Vịng trịn qua điểm C + Vẽ cung trịn có bán kính  tiếp tuyến với hai vịng trịn có tâm O nằm đường kéo dài OA Page 95 Hình 3.7.6 Dựng hình cam lồi + Sau xác đinh ̣ R, h, th r bán kính cung tiếp tuyến ngồi  xác đinh ̣ từ quan hệ tam giác vuông O1MO2 sau: Hình 3.7.7 Xác định bán kính 𝜌 cung tiếp tuyến Trong D=16mm =270,2mm Bán kính R nấm đội Để đội khơng bị kẹt, bán kính R phải lớn Nếu muốn cho đội không bị kẹt, phải đảm bảo điều kiện: R r−R1 r−r D sin rth R  10,89mm Page 96 Chọn R= 13,5mm b) Động học đội đáy Nguyên cứu quy luật động học đội, mặt làm việc cam lồi gồm phần: phần cung AB với bán kính  phần cung BC với bán kính r Quy luật động học đội hai phần khác c) Động học đội đáy giai đoạn I (cung AB) Hình 3.7.8 động học đội Hình 3.7.9 Động học đội đáy giai đoạn đáy giai đoạn Chuyển vị đội: Khi đội vượt đến vị trí tương ứng với cam quay góc , đội tiếp xúc với cam M chuyển vị đội xác định theo quan hệ sau: h=ME=MO2-(EN+NO2)=(-[R+(-R).cos]) h=(-R).(1-cos) Ta có: j sinmax= O1M Dsin2 = O1 O2 r−r sin max = 0,061 max=3,49 Page 97 h=0,349mm Vận tốc đội: v=c(-R).sin=7,45(m/s) (trong đó: c=649,2(rad/s)) Gia tốc đội: Nhận xét thấy =0 gia tốc đạt cực đại: jmax=c2(-R) j=79361,03(m/s2) d) Động học đội đáy giai đoạn (cung BC) Chuyển vi ̣ đội: h=r+D.cos-R h=13.cos-5,5 Vận tốc đội: v=cDsin v=8,43sin Gia tốc đội: j=−w Dcosg j= -5478,9cos Vậy ta động học đội giai đoạn I II xupáp nạp: +Chuyển vi ̣ đội: hx=188,3(1-cosk) j hx=13cos( − a k ) − 5,5 +Vận tốc đội: vx=122,2sink(m/s) j vx=8,43sin( − a k ) +Gia tốc đội: jx=79361,03cosk Page 98 j jx=-5478,9cos( − a k ) Với k= j k= − g Trong ak góc quay trục cam q=0¸15° góc quay trục cam giai đoạn I j 133,5 2 gmax= − qmax = − 15 = 51,75° Page 99 Tài liệu tham khảo: [1], Trần Thanh Hải Tùng “Bài giảng môn hoc tính tốn thiết kế động đốt trong” Đà Nẵng: Đại học bách khoa Đà Nẵng [2], Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến “Kết Cấu Và Tính Toán Động Cơ Đốt Trong” Hà Nội: NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp; 1996 [3], Nguyễn Tất Tiến “Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong” Hà Nội: NXB Giáo dục; 2000 [4], Giaotrình dung sai lặp ghép - Ninh Đức Tốn [5], http://www.oto-hui.com [6], http://www.otosaigon.com [7], http://tailieuoto.vn/ Ngồi cịn có tham khảo số tài liệu: Giáo trình giảng dạy thầy mơn động đốt trong, thủy khí máy thủy khí - Khoa khí giao thơng - ĐHBK – Đai Học Đà Nẵng số tài liệu lấy từ mạng internet Page 100 ... PHẦN 1: XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐỘNG CƠ XG6- 022 1.1 Các thông số động 1.2 Tính tốn thơng số ban đầu .5 1.3 Đồ thi công, ̣ động học động. .. Page PHẦN 1: XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐỘNG CƠ XG6- 022 1.1 Các thơng số động Thơng số kĩ thuật Kí hiệu Nhiên liệu Số xilanh / Số kỳ / cách bố trí Giá tri đề ̣ Gasoline i/τ... khởi động 2.2.4.3 Vật liệu chế tạo Bánh đà động duratec v6 chế tạo thép cacbon 2.2.4.4 Cấu tạo bánh đà Hình 2.11 Kết cấu bánh đà Page 34 -Bánh đà động duratec v6 có trọng lượng nhẹ, thiết kế giảm