Tính toán động học và động lực học cơ cấu thanh truyền – trục khuỷu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT ĐÀ NẴNG  BÁO CÁO TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Minh Tiến Lớp học phần :123TTDCDT01 Sinh viên thực hiện: Phan Hoàng Lâm 21DL2 21115042120235 Phan Như Thuật 21DL2 21115042120260 Trần Thanh Khánh 21DL2 21115042120233 Phạm.V Anh Điện 21DL2 21115042120212 Phạm Văn Phong 21DL2 21115042120247 Lê Văn Trung 21DL2 21115042120268 Đà Nẵng, ngày 16 tháng 12 năm 2023 Lời nói đầu Mơn học tính tốn động đốt trong khâu quan trọng khối kiến thức ngành Ơ tơ Máy động lực, kỹ sư thiết kế phải biết có khả thiết kế Hơn nữa, đất nước ta đất nước phát triển cần phát triển ngành cơng nghiệp mà cơng nghiệp tơ giữ vai trị quan trọng Trong đó, phận quan trọng ô tô sinh nguồn động lực cho ô tô động ô tô Vậy thiết kế động khâu quan trọng để phát triển ngành cơng nghiệp tơ.Sau ba năm học ngành Ơ tơ – Máy động lực, chúng em trang bị nhiều kiến thức môn học sở Nguyên lý máy, Sức bền vật liệu, Vật liệu học lý thuyết động đốt nhiều môn học chuyên ngành khác, mơn học tính tốn động đốt hội cho chúng em tổng hợp áp dụng kiến thức học.Trong trình thực đồ án em gặp nhiều khó khăn phương pháp thiết kế tính tốn việc hồn thành vẽ mình, nhờ hướng dẫn tận tình Thầy hướng dẫn góp ý bạn giúp em hoàn thành đồ án Sau thời gian làm việc với nỗ lực nhóm giúp đỡ từ tất người, em hồn thành mơn tính toán động đốt Nay em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới giáo viên hướng dẫn Thầy Nguyễn Minh Tiến, thầy môn công nghệ kỹ thuật Ơ tơ – bạn lớp động lực Mặc dù em cố gắng q trình thực khó tránh khỏi thiếu sót, mong góp ý chân thành từ phía thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn MỤC LỤC Chương TÍNH TỐN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ 1.1 Thông số cho trước động 1.2 Các thông số lựa chọn 1.3 Tính tốn q trình cơng tác 1.3.1 Tính tốn q trình nạp 1.3.2 Tính trình nén 1.3.3 Tính q trình cháy 1.3.4 Tính q trình giãn nở .5 1.4 Các thông số thị 1.5 Các thơng số có ích: .5 1.6 Vẽ hiệu đính đồ thị cơng: 1.7 Hiệu đính đồ thị cơng .9 Chương TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU THANH TRUYỀN – TRỤC KHUỶU 12 2.1 Tính tốn động học cấu truyền – trục khuỷu 12 2.1.1 Chuyển vị piston .12 2.1.2 Vận tốc piston 13 2.1.3 Gia tốc piston 14 2.2 Động lực học 17 2.2.1 Xác định khối lượng quy dẫn 17 2.2.2 Xác định lực quán tính chuyển động thẳng 18 2.2.3 Lực quán tính: 18 2.2.4 Vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu .25 2.2.5 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu: 27 Chương THIẾT KẾ KIỂM NGHIỆM BỀN PISTON 31 3.1 Tính nghiệm bền piston .31 3.1.1 Xác định kích thước 31 3.1.2 Điều kiện tải trọng 32 3.1.3 Tính nghiệm bền đỉnh piston cơng thức Back .32 3.1.4 Tính nghiệm bền đầu piston 33 3.1.5 Tính kiểm nghiệm bền thân piston .33 3.1.6 Khe hở lắp ghép piston: 34 3.2 Tính nghiệm bền chốt piston 35 3.2.1 Ứng suất uốn 35 3.2.2 Ứng suất cắt 36 3.2.3 Ứng suất tiếp xúc đầu nhỏ truyền: 36 3.2.4 Ứng suất biến dạng: 36 3.3 Tính nghiệm bền séc măng 37 3.3.1 Xác định thông số hỗ trợ 37 3.3.2 Ứng suất uốn 38 3.3.3 Ứng suất lắp ghép xéc măng vào piston .38 3.3.4 Ứng suất gia cơng định hình: 38 3.3.5 Áp suất bình quân xéc măng không đẳng áp 38 ỨNG DỤNG MÁY TÍNH MƠ PHỎNG BỀN CHO CHI TIẾT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG .39 Mô Phỏng Piston 39 Mô Phỏng Chốt Piston .42 Kiểm nghiệm bền, Xéc Măng Khí .44 KẾT LUẬN 47 Tính tốn động đốt Chương TÍNH TỐN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ 1.1 Thơng số cho trước động Tên thơng số Ký hiệu Cơng suất có ích Tỷ số nén Số vòng quay Đường kính xi lanh Hành trình piston Số xi lanh Số kỳ Góc mở sớm xupáp nạp Góc đóng muộn xupáp nạp Góc mở sớm xupáp thải Góc đóng muộn xupáp thải Loại buồng cháy Kiểu xupáp Dung tích cơng tác Ne  n D S i  1 2 3 4 Thứ nguyên Kw vòng/ phút mm mm Vh độ độ độ độ Thống OHC cc Giá trị 50 23 4800 76,5 86,4 20 56 20 56 1986 1.2 Các thông số lựa chọn Các thông số chọn theo điều kiện môi trường, đặc điểm kết cấu động cơ, chủng loại động 1)Tính tốc độ trung bình động c m= s ⋅n 4800.0,0864 = =13,824 [ m/S ] 30 30 > 6,5 [m/s] Vậy động động cao tốc Áp suất nhiệt độ môi trường p0 = 0,1 [Mpa] T0= 47 + 273 = 320 [oK] 2) Áp suất cuối trình nạp( động kỳ, xylanh khơng tăng áp) Áp suất pa phụ thuộc vào nhiều thông số chủng loại động , tính tốc độ, kết cấu chiều dài đường nạp, tiết diện lưu thông…  chọn pa = 0,754.p0= 0,0754 [Mpa] 3) Áp suất nhiệt độ khí sót pr= (1,05  1,2).p0  chọn pr = 1,18.p0 =0.118 [Mpa] Tr = (700  900) oK chọn Tr= 700 [oK] SVTH: nhóm GVHD: Ts Nguyễn Minh Tiến Tính tốn động đốt 4) Độ tăng nhiệt độ sấy nóng khí nạp T =  20, chọn T = [0K] 5) Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt Với động diesel α > 1,4 Chọn t = 1.05 6) Hệ số quét buồng cháy Với động không tăng áp 2 = 7) Hệ số nạp thêm 1 = 1,02  1,07  chọn 1 = 1,02 8) Hệ số lợi dụng nhiệt z b Đối với động diesel: z = 0,7  0,85  chọn z = 0,65 b = 0,8  0,9  chọn b = 0,8 9) Hệ số hiệu đính đồ thị cơng d = 0,92  1.2  chọn d = 1,40835 Theo thông số kết cấu bảng dựa vào thông số chọn ta tính thơng số q trình cơng tác sau 1.3 Tính tốn q trình cơng tác 1.3.1 Tính tốn q trình nạp 1) Hệ số khí sót Được xác định theo cơng thức sau γ r= λ ( T + ΔT ) p r Tr pa ( ) p ε λ1 − λt λ r pa m Chọn m = 1,2 số giãn nở đa biến khí sót γ r= ( 320+0 ) 0,118 700 0,0754 23.1 , 02−1.05 ¿ ¿ 2) Nhiệt độ cuối trình nạp Được xác định theo công thức sau: T K + ΔT + λt γ r T r T a= ( 1+ γ r ) ( ) pa pr m−1 m T a=320+ 0+1 ,05 0,03029 700 ¿¿ 3) Hệ số nạp SVTH: nhóm GVHD: Ts Nguyễn Minh Tiến Tính tốn động đốt [ ( )] Tk p a p η v= ε λ1−λ t λ2 r pa ( ε−1 ) ( T k + ΔT ) pk η v= m 320 0,0754 ¿ 0,75553 23−1 320+0 , 4)Tính số mol khơng khí để đốt cháy kg nhiên liệu M0 (kmolKK/kgnl): M 0= ( ) ( 5)Tính số mol khí nạp M1: M 1=α M o =0,7914 ¿kmolKK/kgnl) 1.3.2 Tính q trình nén 6)Tỷ nhiệt khơng khí m C vkk (kJ/kmol.K): m ¯ C vkk=av + ) C H Onl , 87 0,126 0,004 + − = + − =0.4946 , 21 12 32 , 21 12 32 [ bv kJ độ T =20,498467 kmol ] 7)Tỷ nhiệt mol sản phẩm cháy (kJ/kmol.K): ″ ″ ″ m ¯ C v =a v + 1 1,634 = 20,89 α 184 ,36 −5 b ”v = 427 ,38+ = 0,00542 α bv T =21,748995 a ”v =19,867 + : ( ) 8)Tỷ nhiệt hỗn hợp cháy (kJ/kmol.K): ″ ' mC bv ¯ vkk +γ r m ¯C v ' m =a v + T =20,5363 ¯ C v= 1+ γ r ″ av +γ r a v ' a v= =19,8378 1+γ r ' ″ b v +γ r b v b v= =0,00422 1+γ r ' 9)Tính số nén đa biến trung bình n1: 8,314 n1=1+ ' ' a v+ bv =1,3649 n −1 T a ( ε +1 ) Vế trái 0,3649 Vế Phải 0.365783 Sai lệch 0,000883 10)Tính nhiệt độ cuối kỳ nén Tc (K): T c =T a ε n1 −1 =330,53389 23 1,3649−1 =1073,79082 ( K ) 11)Tính áp suất cuối kỳ nén pc (MN/m ): n1 pc = p a ε =0,0754.23 1,3649 =5,44495 1.3.3 Tính q trình cháy 12)Tính M: ∆ M= ( MN m ) H O 0,126 0,004 + = + =0,0316 25 32 32 13)Tính số mol sản phẩm cháy M2 (kmol/kgnl): M 2=M +∆ M =0,7914 +0,031625=0,8231 SVTH: nhóm GVHD: Ts Nguyễn Minh Tiến Tính tốn động đốt 14)Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết M 0,8231 = =1,03996 M 0,7914 β 0= 15)Hệ số biến đổi phân tử thực tế β= β o +γ r 1,03996+0,0285 = =1,03885 1+ γ r 1+ 0,0285 16)Hệ số biến đổi phân tử z β z =1+ β o −1 ξ z 1+γ r ξb ¿ 1+ 1,0399−1 ,65 =¿ 1,0315125 1+ 0,03029 ,8 17)Tính hệ số toả nhiệt xz z: xz = ξ z ,65 ¿ =08125 ξb , 18)Tổn thất nhiệt cháy khơng hịan tồn: 1  QH = ″ b ¯ C vz =a vz + vz T z =25,85883 M γ ″ ' a v M x z+ + a v M ( 1−x z ) β o ″ a vz = =20,703 γr M x z+ + M ( 1−x z ) βo ″ ″ ( ) ( ( ″ b v M x z+ ″ b vz = ( ) ) γ ' + b v M ( 1−x z ) βo ) γ M x z + r + M ( 1−x z ) βo =0,00521 20)Nhiệt độ cực đại chu trình Tz (K): Nhiệt độ cực đại tính theo phương trình cháy: ξ z Q H M ( 1+γ r ) +(m ¯ C vc +8,314 λ ) T c =β z m ¯ C T z ' ' ' pz Đưa dạng phương trình bậc hai: A T 2z + B T z +C=0 (*) ″ b vz 0,00521 A=β z =1,0315125 =0,002689 2 ( B=β z ( a″ vz +8,314 ) =1,03193 ( 20,612+ 8,124 )=29,93132 ) ' ( ) −ξ z Q H b −0 ,65.42530 0,00422 ' C= − a v + v T c + 8,314 λ T c = − 19,835+ 1073,79082+ 8,314.1 ,5 2 M ( 1+γ r ) 0,7914 ( 1+0,03029 ) Thay A,B,C vào phương tình (*) ta kết sau: Tz = 1977,5676 21)Xác định tỷ số tăng áp :  = 1,5 22)Áp suất cực đại chu trình pz P z= pc λ=5,44495 ,5=8,1674207 SVTH: nhóm GVHD: Ts Nguyễn Minh Tiến Tính tốn động đốt 1.3.4 Tính q trình giãn nở 23)Tỷ số giãn nở sớm: ρ= β z T z 1,0315125 1977,5676 = =1,3104026 λ Tc ,5 1073,79082 24)Tỷ số giãn nở sau: ε 23 δ= = =17,55186 ρ 1,3104026 25)Kiểm nghiệm lại trị số n2: Chọn trước n2 vào phương trình sau, xác định n2 phương pháp gần n2 −1= Chọn n2 = 1,2268 8,314 ″ ( ξ b−ξ z ) ( QH − Δ QH ) bz ″ + a vz + ( T z +T b ) M β ( 1+ γ r ) ( T z−T b ) Sai lệch Giá trị vế trái Giá trị vế phải 26)Nhiệt độ cuối trình giãn nở Tb (K): T b= Tz δ n2−1 = 1977,5676 =1032,5685 0,2267 17,55186 0.00085 0,2268 0,22765 27) Áp suất cuối trình giãn nở pb (MN/m2): P b= pz δ n2 = 8,1674207 1,2268 = 0,24297 17,55186 28)Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót: ( ) pr m−1 m =1032,5685 ¿ pb T rt ê nh−T rchoü n 811,639313−700 = 100 %=7,59442 % Sai số Tr 700 T rt ê n h=T b 1.4 Các thông số thị 29)Áp suất thị trung bình lý thuyết (MN/m2): p ' i= [ ( ) ( pc λρ 1 λ ( ρ−1 ) + 1− n −1 − 1− n −1 ε −1 n2−1 n −1 δ ε ¿ 0,677999 )] 30)Áp suất thị trung bình (MN/m2): ' pi= p i φd =0,677999 1,3715=0,929876 31)Hiệu suất thị động i: i= 8,314 M p i T k =0,575881 Q H ηv p k 32)Suất tiêu hao nhiên liệu thị gi (g/kw.h): G i= 3600000 3600000 = =146,9856 Q H η i 42530.0,575881 1.5 Các thơng số có ích: 33)Tổn thất giới pm (MN/m2 ): Theo cơng thức kinh nghiệm: SVTH: nhóm GVHD: Ts Nguyễn Minh Tiến Tính tốn động đốt Pm=a+b C m+ p r− p a=0,09+0,012.13,824+0,118-0,0754=0,29849 S n 0,0864.4800 = =13,824 (m/s) Trong đó:C m= 30 30 Động Động Diesel buồng cháy thống 34)Áp suất có ích trung bình (MN/m2): a 0,09 i6 b 0,012 Pe = pi− p m=0,929876−0,29849=0,6314 35)Hiệu suất giới (%): m= pe 0,6314 = =0,679 pi 0,929876 36)Suất tiêu hao nhiên liệu có ích (g/kw.h): ge = g i 146,9856 = =216,47298 ηm 0,679 37)Hiệu suất có ích (%): e=η m ηi =0,679 0,575881=0,391024 38)Thể tích cơng tác động (dm3): V h= N e 30 τ 50.30 = =0 , 40 pe i n 0,6314 4800 39)Kiểm nghiệm đường kính xi lanh (mm): √ √ V h 4.0 , =100 =76,406 π S , 14.0,0864 Sai lệch Δ D=|Dt −D|=0,001≤ , mm Dt =100 Vẽ đồ thị công Để vẽ đồ thị công cần phải thực bước sau: 40)Xác định điểm đường nén với số nén đa biến n1 Phương trình đường nén: p V n =const , gọi x điểm đường nén thì: n1 n1 pc V c =p nx V nx Rút ra: Đặt pnx = pc ( ) n1 V nx Vc V nx p =i =1 ta có: pnx = n c1 =5,445 Vc i - n1 số nén đa biến trung bình, xác định thơng qua tính tốn nhiệt 41)Xây dựng đường cong áp suất đường giãn nở: Phương trình đường giãn nở đa biến: p V n =const , gọi x điểm đường giãn nở thì: n2 n2 p z V z = p gnx V gnx Rút ra: p gnx= p z ( ) V gnx Vz n2 V gnx p z ρn =i=1 p gnx= n =11, 37 Chú ý V z=ρ V c , đặt Vc i 2 - n2 số giãn nở đa biến trung bình, xác định thơng qua tính tốn nhiệt SVTH: nhóm GVHD: Ts Nguyễn Minh Tiến 10