Đồ án liên môn – pbl2 thiết kế các cơ cấu trong động cơ đốt trong động cơ hyundai d4fa

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG ĐỒ ÁN LIÊN MƠN – PBL2 THIẾT KẾ CÁC CƠ CẤU TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ĐỘNG CƠ: HYUNDAI D4FA Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS DƯƠNG VIỆT DŨNG Sinh viên thực hiện: NHÓM BÙI QUỐC NHÂN NGUYỄN MAI HỒNG PHÚC NGUYỄN ĐỨC LỘC HUỲNH TẤN HUY NGUYỄN ĐÌNH HÙNG Đà Nẵng, ngày 25 tháng 10 năm 2022 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN PHẦN I: XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐỘNG CƠ D4FA Các thông cơ…………………………………………… số động Tính tốn thơng đầu……………………………………… số ban Đồ thị công, cơ…………………………………….5 học động động 3.1 Cách thị…………………………………………… Đồ thị chuyển alpha……………………………….6 vẽ vị, đồ vận tốc theo 4.1 Đồ thị biểu diễn hành trình piston x=f() …………….8 4.2 Đồ ………………….8 thị biểu diễn Đồ thị biểu …………………………………… tốc diễn Đồ thị khai ……………………………………… 10 Z 10 độ gia piston v=f() tốc j=f() triển: Pkt, P1- Đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến T–lực ngang N–lực pháp tuyến Vẽ đồ thị ……………………………………… 12 tổng Đồ thị phụ tải khuỷu………………………… 15 tác 10 Đồ thị phụ truyền………………….16 tải tác dụng T: dụng lên đầu T=f() lên chốt to 11 Đồ thị khai triền vector phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Q=f() 17 12 Đồ thị mài khuỷu…………………………………… 19 mồn chốt PHẦN II: PHÂN TÍC ĐẶC TÍNH KẾT CẤU ĐỘNG CƠ THAM KHẢO 20 Chọn động tham khảo: Hyundai D4FA……………………… 20 1.1 Giới thiệu chung động cơ……………………………… 20 1.2 Cơ cấu nhóm Piston Thanh truyền………………………… 21 1.2.1 Cơ cấu Piston 1.2.2 Cơ cấu Thanh truyền 1.3 Cơ cấu nhóm Bánh đà Trục khuỷu………………………… 27 1.3.1 Cơ cấu Trục khuỷu 1.3.2 Cơ cấu Bánh đà 1.4 Cơ cấu hệ thống phân phối khí……………………………… 35 1.4.1 Sơ đồ bố trí xupáp nguyên lý làm việc cấu phân phối khí 1.4.2 Phương án dẫn động trục cam 1.4.3 Kết cấu chi tiết cấu phân phối khí động Huyndai D4FA 1.4.4 Tính tốn thơng số cấu phân phối khí động Huyndai D4FA 1.5 Cơ cấu nắp máy động D4FA…………………………… 54 1.6 Cơ cấu thân máy động D4FA…………………………….67 1.6.1 Điều kiện làm việc yêu cầu 1.6.2 Phương án thiết kế thân máy động D4FA 1.6.3 Các hình ảnh thân máy động D4FA 1.6.4 Tài liệu tham khảo thân máy PHẦN I: XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐỘNG CƠ D4FA Các thông số động Thông số kỹ thuật Nhiên liệu Số xilanh/ Số kỳ/ Các bố trí Thứ tự làm việc Tỷ số nén Đường kính x hành trình Piston Côgn suất cực đại/ tốc độ Tham số kết cấu Áp suất cực đại Khối lượng nhóm Piston Khối lượng nhóm Thanh truyền Góc phun sớm Thứ nguyên (mm x mm) (kW/v/ph) (MN/m2) (kg) (kg) Góc phân phối khí (độ) (độ) Hệ thống nhiên liệu Hệ thống bôi trơn Hệ thống làm mát Hệ thống nạp-thải Hệ thống phân phối khí Tính tốn thơng số ban đầu - Ký hiệu i/  DxS Ne / n  Pz mpt mtt 10 s 16 1 40 2 40 3 4 CRDI Force-feed lubrication system Forced Circulation Water Cooling System Turbo Charger Intercooler 16 valve, DOHC + Tốc độ trung bình động cơ: Cm = S.n/30 = 10,14 [m/s]  Động cao tốc + n1=1.32  1.39; n2=1.25  1.29 Chọn trước: n1=1.36; n2=1.29 + Áp suất cuối kỳ nạp: Động bốn kì tăng áp: pa = (0.9 ữ 0.96) ìpk Chn ỏp sut cui kỡ nạp: pk= 0.1 MPa Khi đó: pa = 0.9× 0.1= 0.09 [MN/m2] Giá trị Diesel / / In-line 1-3-4-2 16 77.2 x 84.5 82.4 / 3600 0.26 8.9 0.7 0.8 + Chọn tỷ số dãn nở sớm: động xăng ρ = 1.4 + Thể tích cơng tác: Vh= S×π×D24= 84.5×π×77.22×10-6/4= 0.4 [dm3] + Thể tích b̀ng cháy: Vc= Vh/ε−1= 0.4/16−1= 0.026[dm3] + Vận tốc tục khuỷu: ω= π×n/30= π×3600/30 = 377 [rad/s] Đồ thị cơng, động học động 3.1 Các vẽ đồ thị a Vẽ đồ thị cơng động diesel: Hình 1.1 Đồ thị công động diesel kỳ không tăng áp + Từ bảng giá trị ta tiến hành vẽ đường nén đường giản nở + Vẽ vòng tròn độ thị Brick để xác định điểm đặc biệt:  Điểm phun sớm : c’ xác định từ Brick ứng với s;  Điểm c(Vc;Pc)  Điểm bắt đầu trình nạp : r(Vc;Pr);  Điểm mở sớm xu páp nạp : r’ xác định từ Brick ứng với α1  Điểm đóng muộn xupáp thải : r’’ xác định từ Brick ứng với α4  Điểm đóng muộn xupáp nạp : a’ xác định từ Brick ứng với α2  Điểm mở sớm xupáp thải : b’ xác định từ Brick ứng với α3  Điểm y (Vc, Pz);  Điểm áp suất cực đại lý thuyết: z (Vc, Pz);  Điểm áp suất cực đại thực tế: z’’(/2Vc, Pz);;  Điểm c’’ : cc”=1/3cy  Điểm b’’ : bb’’=1/2ba + Sau có điểm đặc biệt tiến hành vẽ đường thải đường nạp , tiến hành hiệu chỉnh bo trịn hai điểm z’’ b’’ Hình 1.1 Đồ thị Công Đồ thị chuyển vị, vận tốc theo alpha: 4.1 Đồ thị biểu diễn hành trình Piston x=f() - Xét  từ 0-180o Ta có bảng số liệu sau:  -  - 4.2 Đồ thị biểu diễn tốc độ Piston v=f() Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng Xác định vận tốc góc chốt khuỷu Vẽ đường trịn tâm O bán kính R2= 20mm Chia nửa vịng trịn tâm O bánh kính R thành 18 phần đánh số thứ tự từ đến 18: Chia vòng trịn tâm O bán kính R2 thành 18 phần đánh số thứ tự từ 1’ đến 18’ theo chiều ngược lại Từ điểm 1, 2, … kẻ đường thẳng vng góc với AB cắt đường song song với AB kẻ từ điểm 1’, 2’, 3’,… tương ứng vói giao điểm Nối giao điểm lại ta có đường giới hạn tốc độ Piston Khoảng từ đường cong đến nửa đườnhh tròn biểu diễn trị số tốc dộ Piston ứng với góc  Vẽ đường biểu diễn tốc độ excel Chọn tỷ lệ xích v= 0,4 Sử dụng cơng thức v = R[sin()+/2*sin(2)] Hình 1.2 Đồ thị chuyển vị vận tốc theo  Để khảo sát mối quan hệ hành trình Piston vận tốc Piston ta đặt chúng chung hệ toạ đọ Hình 1.3 Đồ thị biểu diễn gia tốc j=f() - Chọn hệ trục toạ độ với trục hoành biểu diễn , trục tung biểu diễn giá trị gia tốc - Chọn tỷ lệ xích: j=240 Giải gia tốc Piston phương pháp đồ thị thường dùng, phương pháp TôLê Cách tiến hành cụ thể sau: - Lấy đoạn thẳng AB = S = 2R Từ A dựng đoạn thẳng AC = Jmax = R2(1+) Từ B dựng đoạn thẳng BD = Jmin = -R2(1-), nối CD cắt AB E - Lấy EF = -3R2 Nối CF DF Phân đoạn CF DF thành đoạn nhỏ ghi số 1, 2, 3, 4,  1’, 2’, 3’, 4’,  hình 1.17 - Nối 11’, 22’, 33’, 44’,  Đường bao đoạn thẳng biểu thị quan hệ hàm số: j = f(x) Sau tính tốn ta đồ thị sau: Hình 1.4 Đồ thị vận tốc V=f(S) 10 5.1 Hình ảnh tham khảo: 73 5.2 Tài liệu tham khảo: https://teams.microsoft.com/_#/pdf/viewer/teamsSdk/ https:~2F~2Fdutudn.sharepoint.com~2Fsites~2FGroup_PBL_2022~ 2FShared%20Documents~2FGeneral~2Fnh%C3%B3m%205~2F %C4%91%E1%BB%99ng%20c%C6%A1%20d4fa%20tham%20kh %E1%BA%A3o%20nh%C3%B3m%205.pdf? threadId=19:KpvYd9mEcmmknEys6JL4ZXbSsHDnASMhYIKTA4PJFw1@thread.tacv2&subEntityId= %257B%2522viewParams%2522%253A%2522id%253D %25252Fsites%25252FGroup%25255FPBL %25255F2022%25252FShared%252520Documents %25252FGeneral%25252Fnh%2525C3%2525B3m %2525205%2526viewid%253Df711ad1f %25252Dfde0%25252D4077%25252D8519%25252D869c695a234 7%2522%257D&baseUrl=https:~2F~2Fdutudn.sharepoint.com~2Fsi tes~2FGroup_PBL_2022&fileId=c42bdea4-61d2-4ab6-87990058186c5eef&ctx=openFilePreview&viewerAction=view 74 1.6.1 Điều kiện làm việc yêu cầu : 1.1 Điều kiện làm việc : - Là phần khung lắp đặt nhiều chi tiết khác , kết cấu phức tạp - Chịu tải trọng theo chu kỳ & tải trọng cục - Chịu ứng suất lắp ghép - Chịu ăn mịn hóa học - Chịu mài mòn - Chịu ứng suất nhiệt - Chịu nhiệt độ cao - Tham gia vào bôi trơn , làm mát , hình thành buồng đốt 1.2 Yêu cầu : 1.2.1 Yêu cầu làm việc : - Vật liệu có tính tốt chịu tải trọng lớn, nhiệt độ cao, chịu mài mịn - Vật liệu có hóa tính tốt : chịu ăn mịn - Kết cấu bố trí hợp lí để lắp tốt chi tiết khác, đồng thời đảm bảo cứng vững, tránh ứng suất nhiệt - Đảm bảo bôi trơn, làm mát tốt - Đảm bảo hình thành buồng cháy phù hợp - Đảm bảo bao kín, tránh rị rỉ khí, nước làm mát, dầu bơi trơn 1.2.2 Yêu cầu chung : - Đảm bảo chất lượng tuổi thọ, độ bền ổn định - Độ tin cậy cao - Dễ dàng tháo lắp, bảo trì, bảo dưỡng, phụ tùng thay điều chỉnh cấu khác lắp thân máy nắp xylanh - Giá thành hợp lý 75 - Tính thẩm mỹ, mẫu mã đẹp 1.6.2 Phương án thiết kế thân máy động D4FA 2.1 Cấu tạo thân máy động D4FA : Hình 1: Thân máy động D4FA - Cấu tạo của động D4FA (khơng bao gồm phận chuyển động) thường bao gồm xi lanh, ngăn chứa nước làm mát, đường dẫn dầu bôi trơn, trục khuỷu và nắp xi lanh - Thân máy với nắp xy lanh nơi nắp đặt bố trí hầu hết các cụm, các chi 76 tiết động Cụ thể thân máy bố trí xy lanh, hệ trục khuỷu, các phận truyền động để dẫn động các cấu hệ thống khác động trục cam, bơm nhiên liệu, bơm nước, bơm dầu, quạt gió,… - Thân máy động D4FA chế tạo từ gang, phận chắn,chịu mài mịn tốt, chịu tác động lực khí thể, tải trọng nhiệt, lực qn tính chuyển động khơng cân gây - Thân máy động loại thân xy lanh - hộp trục khuỷu Khối thân xy lanh động chế tạo liền với nửa hộp trục khuỷu theo hình thức vỏ thân xy lanh chịu lực 2.1.1 Ưu nhược điểm vật liệu gang : * Ưu điểm gang  Đặc tính đúc tốt  Độ nhạy tốt  Có khả chống mài mòn tuyệt vời  Khả gia cơng tốt  Có khả chống biến dạng  Độ bền nén cao 3-5 lần so với thép  Chống rung cực tốt nên dùng để chế tạo khung máy  Đặc tính học khơng đổi khoảng 20-350°C  Nó có sẵn với số lượng lớn, sản xuất quy mơ lớn Các cơng cụ cần thiết cho q trình đúc gang tương đối rẻ Điều dẫn đến giá thành sản phẩm thấp  Có thể có hình dạng kích thước phức tạp mà khơng cần sử dụng quy trình gia cơng tốn * Nhược điểm gang  Dễ bị gỉ sét  Có độ bền kéo  Khả gia cơng thép  Độ giịn cao 77 2.2 Phương án gioăng bao kín : * Gioăng thép : - Ưu điểm : độ bền cứng vững cao - Nhược điểm : bị rỉ sét tiếp xúc với nước, cần vịng cao su 2.3 Kích thước thân máy động D4FA : 78 - Chiều cao tổng thể thân máy : H = 327,25 (mm) Chiều dài thân máy : L = 417 (mm) Chiều rộng thân máy : B = 160 (mm) Bán kính quay trục khuỷu : Rq = 90 (mm) Chiều cao đường nước làm mát : l = 150 (mm) Bán kính lắp chốt trục khuỷu: Rc = 30,50 (mm) 2.4 Thân máy kiểu thân liền : * Ưu điểm : - Độ biến dạng ổ trục, lỗ xylanh bé - Độ cứng vững cao - Các bề mặt lắp nên dễ gia cơng - Tiết kiệm kim loại chế tạo - Độ bao kín cao mặt lắp * Nhược điểm : - Chế tạo khó, loại động có đường kính xylanh lớn - Do có mặt lắp nên việc tháo lắp, sửa chữa, thay khó khăn tốn thời gian 2.5 Ưu nhược điểm động I4 : - Động I4 là loại động ô tô thông dụng phổ biến toàn giới Với cấu tạo đơn có hàng xy-lanh xếp theo đường thẳng với bố trí có nắp máy hàng van xu-páp (Giống hình chữ I), động I4 thường ví von "Lựa chọn vàng" dành cho nhà sản xuất lẫn khách hàng 79 Ưu điểm:  Động I4 có thiết kế nhỏ gọn, dễ tích hợp nhiều loại thiết kế khoang máy khác đặc biệt thích hợp cho loại xe sử dụng hệ dẫn động cầu trước yếu tố nhỏ gọn  Động I4 có khả tiết kiệm nhiên liệu tốt nhờ vào trọng lượng tổng thể nhẹ với cổ xả  Cũng nhờ yếu tố có nắp máy phận chuyển động so với dịng có nhiều hàng xy lanh nên động I4 có tỷ số lượng bị hao tổn nhỏ  Dễ bảo trì, bảo dưỡng  Cuối cùng, với thiết kế đơn giản, trọng lượng động nhẹ dẫn tới việc chi phí sản xuất động I4 thường thấp Đây yếu ảnh hưởng trực tiếp tới giá bán xe Nhược điểm:  Động I4 thường bị giới hạn dung tích xy-lanh  Động I4 có thiết kế với trọng tâm đặt cao so với động khác Điều bất lợi áp dụng mẫu xe thể thao  Động I4 có khả vận hành khơng êm loại động nhiều xy-lanh I6, V6, V8 Lý lực sinh chuyển động của Piston tác động lên trục khuỷu khơng khiến động bị rung lắc Thực tế, mẫu xe đại, nhà sản xuất sáng chế hệ thống trục cân có tác dụng triệt tiêu rung lắc, giúp động cân 80 2.6 Hệ thống làm mát : Hình : minh họa hệ thống làm mát * Động D4FA sử dụng hệ thống làm mát nước tuần hoàn cưỡng : - Nguyên lý làm việc : + Hệ thống làm mát bao gồm mạch nước làm mát bên thân máy nắp quy lát, mạch nước làm mát xung quanh thân máy nắp quy lát để đạt hiệu làm mát tốt Một bơm nước sử dụng để thực tuần hoàn nước làm mát, van nhiệt dùng để điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát nhiệt độ cần thiết, két nước dùng để giải nhiệt nước làm mát nắp két nước dùng để điều chỉnh áp suất bên đường ống nước làm mát + Van nhiệt đặt động két nước để đảm bảo nước làm mát giữ nhiệt độ làm việc định Nếu nước làm mát q thất, van nhiệt đóng lại khơng cho nước làm mát chảy két nước, mục đích việc để tăng nhiệt độ nhanh chóng tới nhiệt 81 độ làm việc Khi nhiệt độ nước đạt tới nhiệt độ làm việc ổn định, van nhiệt mở để thực tuần hoàn nước két nước + Để tránh cho nước làm mát bị sơi, hệ thống làm mát thiết kế để có khả chịu áp suất Khi áp suất cao, nhiệt độ sôi nước tăng lên, áp suất cao làm cho thân máy bị nứt đường ống nước bị nổ Do đó, áp suất hệ thống làm mát điều khiển thích hợp nắp két nước Khi áp suất bên hệ thống làm mát cao mức cho phép, nắp két nước mở để nước vào bình nước phụ, làm giảm áp suất nước Khi nhiệt độ nước làm mát giảm, nước bình nước phụ hút trở lại hệ thống Hệ thống làm mát gọi hệ thống làm mát tuần hồn kín 2.7 Hệ thống bơi trơn động D4FA ( Hệ thống bôi trơn cấp liệu cưỡng bức): - Bên động D4FA có nhiều phận, chi tiết liên kết với hoạt động độc lập Và để động hoạt động cách mượt mà, hiệu hệ thống bơi trơn phần khơng thể thiếu Hình : Minh họa hệ thống bôi trơi động 82 * Nhiệm vụ hệ thống bơi trơn: Có nhiệm vụ đưa dầu đến mặt ma sát, đồng thời lọc tạp chấ́t lẫn dầu nhờn dầu nhờn tẩy rửa mặt ma sát làm mát dầu nhờn để đảm bảo tính hố lý Cơng dụng dầu nhờn: Dầu bơi trơn (dầu nhờn) dùng hệ thống bôi trơn có nhiều loại Lựa chọn sử dụng loại dầu nhờn tuỳ thuộc vào mức độ phụ tải ổ trục tính tốc độ mức độ cường hoá động      Làm giảm ma sát chi tiết máy vận hành Làm mát chi tiết máy vận hành Làm chi tiết máy Làm kín kẽ hở dầu qua (Làm kín khe hở pittong xilanh) Bảo đảm máy móc đỡ bị han gỉ Bơi trơn cưỡng bức: Trong hệ thống dùng bơm dầu để đưa dầu đến bề mặt làm việc có ma sát Dầu bôi trơn luôn lưu động tuần hồn có áp suất định, thường khoảng 0, – 0,04MN/m2 Hệ thống bôi trơn cưỡng có cấu tạo phức tạp, có ưu điểm điều chỉnh lượng dầu, tẩy rửa bề mặt ma sát hiệu bôi trơn tốt Hệ thống bôi trơn cưỡng thường dùng số động có cấu tạo đặc biệt dầu khơng chứa te mà để thùng khác động đặt ngược hay đặt ngang có pittơng đối nhau… 1.6.3 Các hình ảnh thân máy động D4FA : 83 84 85 1.6.4 Tài liệu tham khảo : 86 https://thanhphongauto.com/he-thong-lam-mat/?fbclid=IwAR3u_iavxrWEzzCzVO0bp5J1IS0cd_ovHkVfjUhfE-WXC6URnpaM3IrRt4 https://news.oto-hui.com/tim-hieu-ve-he-thong-boi-tron-dong-co/ https://oto.edu.vn/cau-tao-cua-than-may-dong-co-dot-trong/ https://hanvietgroup.com.vn/hop-kim-gang-nhung-thuoc-tinh-va-congdung-ban-nen-biet/ 87 ... Phương án thiết kế thân máy động D4FA 1.6.3 Các hình ảnh thân máy động D4FA 1.6.4 Tài liệu tham khảo thân máy PHẦN I: XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐỘNG CƠ D4FA Các thông số động. .. 1.4.3 Kết cấu chi tiết cấu phân phối khí động Huyndai D4FA 1.4.4 Tính tốn thông số cấu phân phối khí động Huyndai D4FA 1.5 Cơ cấu nắp máy động D4FA? ??………………………… 54 1.6 Cơ cấu thân máy động D4FA? ??………………………….67... DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐỘNG CƠ D4FA Các thơng cơ? ??………………………………………… số động Tính tốn thơng đầu……………………………………… số ban Đồ thị cơng, cơ? ??………………………………….5 học động động 3.1 Cách