Nguyễn Minh TiếnLớp học phần :123TTDCDT01Sinh viên thực hiện: Trang 2 Lời nói đầuMơn học tính tốn động cơ đốt trong trong là một khâu quan trọng trong khối kiếnthức của ngành Ơ tơ.. Tro
TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ
Thông số cho trước của động cơ
Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị
Công suất có ích Ne Kw 50
Số vòng quay n vòng/ phút 4800 Đường kính xi lanh D mm 76,5
Góc mở sớm xupáp nạp 1 độ 20
Góc đóng muộn xupáp nạp 2 độ 56
Góc mở sớm xupáp thải 3 độ 20
Góc đóng muộn xupáp thải 4 độ 56
Loại buồng cháy Thống nhất
Dung tích công tác Vh cc 1986
Các thông số lựa chọn
Các thông số được chọn theo điều kiện môi trường, đặc điểm kết cấu của động cơ, chủng loại động cơ.
1)Tính tốc độ trung bình của động cơ c m = s ⋅ n
Vậy động cơ là động cơ cao tốc. Áp suất và nhiệt độ môi trường p0 = 0,1 [Mpa]
2) Áp suất cuối quá trình nạp( động cơ 4 kỳ, 5 xylanh không tăng áp) Áp suất pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại động cơ , tính năng tốc độ, kết cấu và chiều dài đường nạp, tiết diện lưu thông…
3) Áp suất và nhiệt độ khí sót pr= (1,05 1,2).p0 chọn pr = 1,18.p0 =0.118 [Mpa]
4) Độ tăng nhiệt độ do sấy nóng khí nạp mới
5) Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt
Với động cơ diesel α > 1,4 Chọn t = 1.05
6) Hệ số quét buồng cháy
Với động cơ không tăng áp 2 = 1
8) Hệ số lợi dụng nhiệt tại z và b Đối với động cơ diesel: z = 0,7 0,85 chọn z = 0,65
9) Hệ số hiệu đính đồ thị công
Theo các thông số kết cấu bảng trên và dựa vào các thông số chọn ta tính các thông số của quá trình công tác như sau.
Tính toán các quá trình công tác
1.3.1 Tính toán quá trình nạp
1) Hệ số khí sót Được xác định theo công thức sau γ r = λ 2 ( T 0 + ΔT )
Chọn m = 1,2 là chỉ số giãn nở đa biến của khí sót. γ r = 1.( 320 + 0)
2) Nhiệt độ cuối quá trình nạp Được xác định theo công thức sau:
4)Tính số mol không khí để đốt cháy một kg nhiên liệu M0 (kmolKK/kgnl):
5)Tính số mol khí nạp mới M 1 :
6)Tỷ nhiệt của không khí m C vkk (kJ/kmol.K): m C ¯ vkk = a v + b v
7)Tỷ nhiệt mol của sản phẩm cháy (kJ/kmol.K): m C¯ ″ v =a ″ v +b ″ v
8)Tỷ nhiệt của hỗn hợp cháy (kJ/kmol.K): ¯ m C ' v = mC ¯ vkk + γ r mC ¯ ″ v
9)Tính chỉ số nén đa biến trung bình n 1 : n 1 =1+ 8,314 a ' v + b ' v
10)Tính nhiệt độ cuối kỳ nén T c (K):
11)Tính áp suất cuối kỳ nén p c (MN/m 2 ): p c = p a ε n 1 =0,0754.23 1,3649 =5,44495 ( MN m 2 )
13)Tính số mol sản phẩm cháy M 2 (kmol/kgnl):
14)Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết β 0 = M 2
15)Hệ số biến đổi phân tử thực tế β= β o +γ r 1+ γ r = 1,03996 + 0,0285
16)Hệ số biến đổi phân tử tại z β z =1+ β o − 1
17)Tính hệ số toả nhiệt x z tại z: x z = ξ z ξ b ¿0,65
18)Tổn thất nhiệt do cháy không hòan toàn:
20)Nhiệt độ cực đại của chu trình T z (K):
Nhiệt độ cực đại tính theo phương trình cháy: ξ z Q H
M 1 ( 1+γ r ) + ( m C ¯ ' vc +8,314 λ ) T c = β z m C ¯ '' pz T z Đưa về dạng phương trình bậc hai: A T z 2 + B T z + C = 0 (*)
Thay A,B,C vào phương tình (*) ta được kết quả sau: Tz = 1977,5676
1.3.4 Tính quá trình giãn nở
23)Tỷ số giãn nở sớm: ρ= β z λ
24)Tỷ số giãn nở sau: δ = ε ρ = 23
25)Kiểm nghiệm lại trị số n 2 :
Chọn trước n2 thế vào phương trình sau, xác định n2 bằng phương pháp gần đúng n 2 −1= 8,314
26)Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T b (K):
27) Áp suất cuối quá trình giãn nở p b (MN/m 2 ):
28)Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót:
Sai số T rt ê nh − T T rchoü n r
Các thông số chỉ thị
29)Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết (MN/m 2 ): p ' i = p c ε −1 [ λ ( ρ−1 ) + n 2 λρ −1 ( 1− δ n 1 2 −1 ) − n 1 1 −1 ( 1− ε n 1 1 −1 ) ] ¿ 0,677999
30)Áp suất chỉ thị trung bình (MN/m 2 ): p i = p ' i φ d =0,677999 1,3715=0,929876
31)Hiệu suất chỉ thị động cơ i : i= 8,314 M 1 p i T k
32)Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g i (g/kw.h):
Các thông số có ích
33)Tổn thất cơ giới p m (MN/m 2 ):
Theo công thức kinh nghiệm:
Sai lệch 0.00085Giá trị vế trái 0,2268Giá trị vế phải 0,22765
30 ,824 (m/s) Động cơ a b Động cơ Diesel buồng cháy thống nhất i6 0,09 0,012
34)Áp suất có ích trung bình (MN/m 2 ):
36)Suất tiêu hao nhiên liệu có ích (g/kw.h): g e = g i η m = 146,9856
38)Thể tích công tác của động cơ (dm 3 ):
39)Kiểm nghiệm đường kính xi lanh (mm):
Vẽ đồ thị công Để vẽ được đồ thị công cần phải thực hiện những bước sau:
40)Xác định các điểm trên đường nén với chỉ số nén đa biến n 1
Phương trình đường nén: p V n 1 =const , do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì: p c V c n 1 = p nx V nx n 1 Rút ra: p nx = p c
- n1 là chỉ số nén đa biến trung bình, xác định thông qua tính toán nhiệt.
41)Xây dựng đường cong áp suất trên đường giãn nở:
Phương trình của đường giãn nở đa biến: p V n 2 =const , do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì: p z V z n 2 = p gnx V gnx n 2 Rút ra: p gnx = p z
42)Lập bảng xác định đường nén và đường giãn nở: i V x Biểu diễn Biểu diễn
Vẽ và hiệu đính đồ thị công
Để vẽ đồ thị công ta thực hiện theo các bước như sau:
+ Chọn tỉ lệ xích: μ p = 0,45833 [MN/(m 2 mm)]
[ ] r(Vc;Pr) 0.02 0.12 c'' 0.02 6.3524 a(Va;Pa) 0.41 0.0754 z'' 0.020791167 8.2 b(Va;Pb) 0.41 0.2430 b'' 0.41 0.1805 c(Vc;Pc) 0.02 5.44 y(Vc;Pz) 0.02 8.17 z(Vz,Pz) 0.02 8.17
+Giá trị điểm đặc biệt biểu diễn trên đồ thị:
Giá trị biểu diễn r(Vc;Pr) 3.93 2.58 c'' 3.93 138.64 a(Va;Pa) 90.32 1.65 z'' 4.54 178.25 b(Va;Pb) 90.32 5.30 b'' 90.32 3.939 c(Vc;Pc) 3.93 118.83 y(Vc;Pz) 3.93 178.25 z(Vz,Pz) 5.15 178.25
+ Vẽ hệ trục tọa độ trong đó: trục hoành biểu diễn thể tích xi lanh, trục tung biểu diễn áp suất khí thể.
+ Từ các số liệu đã cho ta xác định được các tọa độ điểm trên hệ trục tọa độ Nối các tọa độ điểm bằng các đường cong thích hợp được đường cong nén và đường cong giãn nở.
+ Vẽ đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải bằng hai đường thẳng song song với trục hoành đi qua hai điểm Pa và Pr Ta có được đồ thị công lý thuyết.
Hiệu đính đồ thị công
Vẽ đồ thị Brick đặt phía trên đồ thị công P-V
Hiệu đính các điểm trên đồ thị:
Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp (điểm a)
Từ 0 ’ của đồ thị brick xác định góc đóng muộn 4 = 56 o của xupap thải, bán kính này cắt brick ở a ’ từ a ’ gióng đường song song với tung độ cắt đường pa ở a Nối điểm r trên đường thải Ta có đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp.
Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén (điểm c): Áp suất cuối quá trình nén thực tế p ’' c = pc+1/3.(pz – pc ) = 6,352 [Mpa] gtbd pc’ = 127 Cũng từ 0 ’ của đồ thị Brick xác định góc phun sớm s = 20 o bán kính này cắt Brick tại c ’’’ , từ c ’’’ gióng đường song song với tung độ cắt đường nén tại điểm c” Dùng một cung nối c’ và c”, thể hiện đường nén thực tế tách khỏi đường nén lý thuyết.
Hiệu đính điểm đạt pzmax thực tế: Điểm đạt Pz max thực tế tại góc 10 0 sau điểm chết trên
Từ đồ thị Brick ta kẻ góc 10 0 rồi dóng xuống đồ thị công cắt tại z Dùng một cung thích hợp nối điểm c với điểm z và đường cháy giãn nở
Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế
Căn cứ vào góc mở sớm supap thải 3 = 20 o từ vòng tròn Brick tại điểm cắt dóng song song với trục tung cắt đường giãn nở tại b’ Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế P b ’’ được xác định:
Vậy tung độ điểm b” là y b ” = p b ” μ p = 0,159
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU THANH TRUYỀN – TRỤC KHUỶU
Tính toán động học của cơ cấu thanh truyền – trục khuỷu
Các đường biểu diễn này đều vẽ trên một hoành độ thống nhất ứng với hành trình của pittong S=2R Vì vậy đồ thị đều lấy hoành độ tương ứng với Vh của đồ thị công từ điểm 1Vc đến εVc
Khi trục khuỷu quay một góc α thì piston dịch chuyển một khoảng x so mới vị trí ban dầu (ĐCT) Chuyển vị của piston trong xilanh động cơ tính bằng công thức sau: x=R [ ( 1−cosα ) + 4 λ ( 1− cos2 α ) ] Đây là phương trình chuyển động của động cơ cấu trục khuỷu thanh truyền, biểu diễn bằng khoảng trượt của piston phụ thuộc vào α,R( bán kính trục khuỷu) λ=𝑅/𝐿 Trong đó: λ – thông số kết cấu động cơ;
L – chiều dài thanh truyền Đồ thị biểu diễn hành trình piston
Theo giải tích vận tốc v của piston xác định theo công thức:
Vận tốc trung bình của piston được xác định theo công thức:
S: hành trình của piston (m) ; S=2R; n: số vòng quay trục khuỷu(v/ph) Đối với động cơ diesel V tb > 6 , 5 cũng có thể xem là động cơ cao tốc Tỷ số V V max tb thường khoảng 1,6’
2.1.3 Gia tốc của piston j=dv dt=dv dα.dα dt=ω dv dα=R ω 2 (cosα+λ cos2α)
- Lấy đạo hàm V theo thời gian, ta có công thứ gia tốc piston:
- Gia tốc của piston là tổng của hai hàm điều hòa cấp I và cấp II:
Thông số đồ thị động học piston
1 Thông số chọn động cơ 2 Tính toán động học
Động lực học
2.2.1 Xác định các khối lượng quy dẫn
Khối lượng tham gia chuyển động thẳng :
Các chi tiết máy trong cơ cấu KTTT tham gia vào chuyển động thẳng gồm:
Các chi tiết trong nhóm piston
Thành phần khối lượng nhóm thanh truyền được quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền.
Trong quá trình tính toán, xây dựng các đồ thi lực tác dụng được tiện lợi, người ta thường tính toán lục quán tính trên một đơn vị diện tích piston ( để cùng thứ nguyên với áp suất tổng buồng cháy động cơ) m = m p + m crp = 0.689102438 + 0.37326382 = 1 062366258 [ m kg 2 ]
m p = 0.689102438 (kg/m 2 )- khối lượng nhóm piston;
mcrp = 0.37326382 (kg/m 2 )khối lượng thanh truyền quy về đầu nhỏ thanh truyền;
m tt (kg/m 2 ) khối lượng thanh truyền
Quy khối lượng chuyển động tinh tiến trên đơn vị diện tích đỉnh piston:
2.2.2 Xác định lực quán tính chuyển động thẳng.
P j1 =− m R ω 2 cosα – là lực quán tính cấp 1, có chu kì 1 vòng quay trục khuỷu.
P j2 =− m R ω 2 λ cos 2 α – là lực quỏn tớnh cấp 2, cú chu kỳ ẵ vũng quay trục khuỷu.
Lực quán tính chuyển động thẳng luôn tác dụng theo đường tâm xilanh động cơ, có độ lớn và chiều thay đổi theo góc α Dấu của lực quán tính P j1và P j2 được xác định nhờ vòng tròn xét dấu.
+ Xét dấu lực quán tính cấp I, cấp II :
Quy ước: lực quán tính có chiều hướng vào tâm chốt khuỷu sẽ có giá trịn dương và ngược lại
Sử dụng đồ thị Brick để khai triển đồ thị P-V thành đồ thị P- α
Khi chuyển sang đồ thị P j −α đổi dấu P j lại
Cộng đồ thị P kt − α và đồ thị P j −α ta được P 1 −α
Bảng thông số a(độ) Pj(MN/m 2 ) P kt (MN/m 2 ) P 1 (MN/m 2 )
Vẽ lực tiếp tuyến T=f(α) và đường lực pháp tuyến Z=f(α)
Như đã biêt, theo kết quả tính toán ở phần động học ta có:
Xác định lực T và Z,N : λ=0 , 25 , μ p =0,04583 [ Mpa mm ]
T = P 1 sin( α + β ) cos β ; Z= p 1 cos( α + β ) cos β ; β=arcsin (¿ λ sin α ) ¿; N= P 1 tg ( β ).
Lập bảng để tính các lực tác dụng lên chốt khuỷu:
Các áp lực tác dụng lên chốt khuỷu Giá trị biểu diễn
T(MN/m 2 ) N(MN/m 2 ) Z(MN/m 2 ) -Z b(rad) T(mm) Z(mm) Q(mm)
2.2.4 Vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu
Vẽ hệ trục toạ độ vuông góc Z-T Trục Z có chiều dương hướng xuống dưới Đặt các giá trị T,Z lên hệ trục T-Z, ứng với mối cặp ta có một điểm, đánh số 0,1,2,….,72, Nối các điểm đó lại ta có đồ thị vecto phụ tả tác dụng lên chốt khuỷu.
Dịch gốc toạ độ xuống một đoạn bằng giá trị lực quán tính ly tâm:
- P k 0 =− m 2 R ω 2 MN / m 2 ¿ – Lực quán tính ly tâm do khối lượng thanh truyền quy về đầu to
1 Đây chính là tâm chốt khuỷu 0,.
2 Xác định phương chiều và điểm đặt lực
3 Giá trị của lực là véctơ tính từ gốc 0, đến một vị trí bất kỳ mà ta cần; Chiều của lực là từ tâm ra ngoài;
4 Điểm đặt nằm trên phương kéo dài của véctơ và cắt vòng tròn tượng trưng cho chốt khuỷu
Khai triễn đồ thị vecto phụ tải Z-T thành đồ thị Q -
Dựa vào đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu chúng ta có thể xác định được lực mài mòn Q tán dụng lên chốt khuỷu bằng cách đo khoảng các từ tâm O 1 cắt các đường tròn trên đồ thị phụ tải theo thứ tự từ 0-720 o
Vẽ hệ trục tọa độ Q-a, chọn tỉ lệ xớch àQ = 1{ độ/mm} và àQ=àT=àZ
Trên các điểm chia của trục O-α ta lần lượt đặt các vectơ tương ứng với các góc.
Nối các đầu mút vectơ lại ta có đồ thị khai triển Q=f(α) Lập bảng để vẽ Q=f(α).
Bảng thông số a(độ) Q(mm) a(độ) Q(mm) a(độ) Q(mm) a(độ) Q(mm)
2.2.5 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu:
Chia vòng tròn tượng trưng chốt khuỷu thành 24 phần bằng nhau, đánh số thứ tự theo chiều ngược kim đồng hồ.
Từ các điểm chia 0,1,2,…,23 Trên vòng tron 0, kẻ các tia 0,10,20,…,230 kéo dài cắt đồ thì phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ở các điểm xác định Ta lập được tổng phụ tải tác dụng lên 1 điểm đặt là Σ Q i Giá trị của tổng Q i được ghi vào các ô có đánh dấu trước, sau đó cộng tất các giá trọ trên từng cột có tổng phụ tải tác dụng trên các điểm của bề mặc chốt.
Từ các điểm chia 0,1,2,3 ,23 Trên vòng tròn 0, kẻ các tia 0,10,20, ,23 kéo dài cắt đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ở các điểm xá định Ta lập được tổng phụ tải tác dụng lên 1 điểm đặt là ΣQi Giá trị của tổng Qi được ghi vào các ô có đánh dấu trước , sau đó cộng tất cả các giá trị trên từng cột tổng phụ tải tác dụng trên các điểm của bề mặt chốt ΣQi
Lập bảng giá trị để tính Σqi
SVTH: nhóm 7 GVHD: Ts Nguyễn Minh Tiến 33 Đồ thị mài mòn chốt khuỷuQ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 GT Q TQ0 28.8880 8 28.8880 8 28.8880 8 28.8880 8 28.8880 8 28.8880 8 28.8880 8 28.8880 8 28.8880 8 0 630.29 28.8880 8 TQ1 22.51 22.51 22.51 22.51 22.51 22.51 22.51 22.51 22.51 1 491.12 22.5095 TQ2 0.85707 7 0.85707 7 0.85707 7 0.85707 7 0.85707 7 0.85707 7 0.85707 7 0.85707 7 0.85707 7 2 18.7 0.85707 7 TQ3 0.61599 6 0.61599 6 0.61599 6 0.61599 6 0.61599 6 0.61599 6 0.61599 6 0.61599 6 0.61599 6 3 13.44 0.61599 6 TQ4 0.50233 0.50233 0.50233 0.50233 0.50233 0.50233 0.50233 0.50233 0.50233 4 10.96 0.50233 TQ5 0.44641 3 0.44641 3 0.44641 3 0.44641 3 0.44641 3 0.44641 3 0.44641 3 0.44641 3 0.44641 3 5 9.74 0.44641 3 TQ6 0.42533 0.42533 0.42533 0.42533 0.42533 0.42533 0.42533 0.42533 0.42533 6 9.28 0.42533 TQ7 0.43083 0.43083 0.43083 0.43083 0.43083 0.43083 0.43083 0.43083 0.43083 7 9.4 0.43083 TQ8 0.46520 5 0.46520 5 0.46520 5 0.46520 5 0.46520 5 0.46520 5 0.46520 5 0.46520 5 0.46520 5 8 10.15 0.46520 5 TQ9 0.53762 1 0.53762 1 0.53762 1 0.53762 1 0.53762 1 0.53762 1 0.53762 1 0.53762 1 0.53762 1 9 11.73 0.53762 1 TQ10 0.67328 7 0.67328 7 0.67328 7 0.67328 7 0.67328 7 0.67328 7 0.67328 7 0.67328 7 0.67328 7 10 14.69 0.67328 7 TQ11 0.91666 0.91666 0.91666 0.91666 0.91666 0.91666 0.91666 0.91666 0.91666 11 20 0.91666 TQ12 1.33575 7 1.33575 7 1.33575 7 1.33575 7 1.33575 7 1.33575 7 1.33575 7 1.33575 7 1.33575 7 12 29.144 1.33575 7 TQ13 1.88694 5 1.88694 5 1.88694 5 1.88694 5 1.88694 5 1.88694 5 1.88694 5 1.88694 5 1.88694 5 13 41.17 1.88694 5 TQ14 2.44106 6 2.44106 6 2.44106 6 2.44106 6 2.44106 6 2.44106 6 2.44106 6 2.44106 6 2.44106 6 14 53.26 2.44106 6 TQ15 1.79207 1.79207 1.79207 1.79207 1.79207 1.79207 1.79207 1.79207 1.79207 15 39.1 1.79207 TQ16 1.33649 1.33649 1.33649 1.33649 1.33649 1.33649 1.33649 1.33649 1.33649 16 29.16 1.33649 TQ17 1.10411 7 1.10411 7 1.10411 7 1.10411 7 1.10411 7 1.10411 7 1.10411 7 1.10411 7 1.10411 7 17 24.09 1.10411 7 TQ18 0.99045 1 0.99045 1 0.99045 1 0.99045 1 0.99045 1 0.99045 1 0.99045 1 0.99045 1 0.99045 1 18 21.61 0.99045 1 TQ19 0.95286 8 0.95286 8 0.95286 8 0.95286 8 0.95286 8 0.95286 8 0.95286 8 0.95286 8 0.95286 8 19 20.79 0.95286 8 TQ20 0.97899 3 0.97899 3 0.97899 3 0.97899 3 0.97899 3 0.97899 3 0.97899 3 0.97899 3 0.97899 3 20 21.36 0.97899 3 TQ21 1.07753 4 1.07753 4 1.07753 4 1.07753 4 1.07753 4 1.07753 4 1.07753 4 1.07753 4 1.07753 4 21 23.51 1.07753 4 TQ22 1.28607 4 1.28607 4 1.28607 4 1.28607 4 1.28607 4 1.28607 4 1.28607 4 1.28607 4 1.28607 4 22 28.06 1.28607 4 TQ23 27.6400 5 27.6400 5 27.6400 5 27.6400 5 27.6400 5 27.6400 5 27.6400 5 27.6400 5 27.6400 5 23 603.06 27.6400 5 T 84.3561 3 83.8235 5 83.1713 5 82.3161 1 55.1412 6 26.7908 4.95408 9 5.01367 2 5.73343 3 7.11804 8 9.1127 10.4794 4 11.3851 12.0240 1 12.4768 4 12.7564 2 12.8187 6 12.5605 3 11.9596 6 37.1586 5 64.2546 6 85.4281 7 85.1811 3 84.8066 7 BD 7.73258 9 7.68377 7.62398 5 7.54558 8 5.05457 9 2.45580 6 0.45412 2 0.45958 3 0.52556 1 0.65248 3 0.83532 5 0.96060 8 1.04362 7 1.10219 3 1.14370 2 1.16933 1.17504 4 1.15137 4 1.09629 4 3.40618 4 5.88996 7 7.83085 8 7.80821 3 7.77388 8 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu
THIẾT KẾ KIỂM NGHIỆM BỀN PISTON
Tính nghiệm bền piston
3.1.1 Xác định các kích thước cơ bản
Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Đường kính xylanh D 0.0765 m
Chiều dày đỉnh (không làm mát đỉnh) δ 0.008415 m
Khoảng cách từ đỉnh đến xéc măng thứ nhất c 0.012622 m
Vị trí chốt piston h 0.006885 m Đường kính chốt dcp 0.028687 m Đường kính bệ chốt db 0.0459 m Đường kính trong chốt do 0.0215156 m
Chiều dày bờ rãnh a1 5 mm
Chiều dài chốt piston Lcp 0.0612 m
- Piston chịu lực khí thể Pkt , lực quán tính và lực ngang
N, đồng thời chịu tải trọng nhiệt không đều Khi tính toán kiểm nghiệm bền thường tính với điều kiện tải trọng lớn nhất Trong đó
3.1.3 Tính nghiệm bền đỉnh piston bằng công thức Back
= 0.000090 (MN.m) 3.1.3.4 Modun chống uốn của tiết diện đỉnh
= 9.0286*10^-7 (m 3 ) 3.1.3.5 Ứng suất uốn đỉnh piston
→ Gang hợp kim – Đỉnh có gân
3.1.4 Tính nghiệm bền đầu piston
Trong đó: mnp =m’p Fp=0.689102 (kg) m1-1 = (0,4 – 0,6)mnp → Chọn m1-1 = 0.6*0.689102=0.41346 (kg)
= 27.6840 (MN/m 2 ) Ứng suất cho phép: Đối với gang: [σn] = 40 MN/m 2 Đối với nhôm: [σn] = 25 MN/m 2
3.1.5 Tính kiểm nghiệm bền thân piston
3.1.5.1 Áp suất tiếp xúc của thân piston
Nmax = 0.392844998 (đo ra từ chương 2)
→ Động cơ tốc độ trung bình
3.1.5.2 Áp suất tiếp xúc trên bệ chốt piston
3.1.6 Khe hở lắp ghép của piston:
3.1.6.1 Trường hợp trạng thái nguội:
3.1.6.2 Trường hợp trạng thái nóng:
Txl, Td, Tt là nhiệt độ xi lanh, nhiệt độ phần đầu piston, nhiệt độ phần thân piston
→ Khi làm mát bằng nước: T xl = 383K, T d = 473K, T t = 403K α xl, α p: Hệ số dãn nở của vật liệu xi lanh và của vật liệu piston
3.1.6.2 Bản Vẽ Thiết Kế Sau Khi kiểm nghiệm
Tính nghiệm bền chốt piston
= 0.000395 MN.m 3.2.1.2 Modun chống uốn của tiết diện chốt piston
= 1.6E-06 (m 3 ) 3.2.1.3 Ứng suất uốn chốt piston
= 151.916630(MN/m 2 ) Ứng suất cho phép:
Thép hợp kim cao cấp: [σu] = 350 – 450 (MN/m 2 )
Tiết diện ngang chốt: F cp = π.(d cp 2−d o 2)
Thép hợp kim cao cấp: [τc] = 100 – 150 (MN/m 2 )
3.2.3 Ứng suất tiếp xúc trên đầu nhỏ thanh truyền:
Với : L = (0.35-0.5)D = 0.03825 (m) ; Ld = (0.33-0.45)D = 0.034425 (m) Ứng suất chp phép:
Chốt lắp động: [Kd] = 20 – 35 (MN/m 2 )
Chốt lắp cố định: [Kd] = 30 – 40 (MN/m 2 )
3.2.4 Ứng suất biến dạng: Độ rỗng: α = do/dcp = 0.75
3.2.4.2 Độ biến dạng tương đối: δ ch =Δd max d ch = 0,0000267 (mm/cm) Điều kiện: δcp ≤ 0,002 → Thỏa điều kiện
3.2.4.3 Ứng suất kéo tại điểm 1 của mặt ngoài (φ=0°):
= -41.409(MN/m2) 3.2.4.4 Ứng suất nén tại điểm 3 của mặt ngoài:
= 31.519622(MN/m2) 3.2.4.5 Ứng suất nén tại điểm 3 của mặt trong:
= -167.502930 (MN/m2) 3.2.4.6 Ứng suất kéo tại điểm 4 của mặt trong (φ°) :
= 73.73597021 (MN/m2) Ứng suất cho phép: [σi] = 60 – 170 (MN/m 2 )
Hình 8 2 Bản Vẽ Chốt Piston
Tính nghiệm bền séc măng
3.3.1 Xác định các thông số hỗ trợ
A: Độ mở miệng của xéc măng ở trạng thái tự do
3.3.3 Ứng suất lắp ghép xéc măng vào piston
Trong đó: Hệ số lắp ghép m được chọn theo bảng sau
3.3.4 Ứng suất khi gia công định hình: σ u3 = η.σ u1 = (1,25 – 1,3) σ u1
→ σu3 = 400.1799 Ứng suất cho phép: [σu3] = 400 – 450 (MN/m 2 )
3.3.5 Áp suất bình quân của xéc măng không đẳng áp
Xác định dạng đường cong áp suất: α 0 độ δ 1.051 p 0.2815
Hình 8 3 Bản Vẽ Xecmang khí ỨNG DỤNG MÁY TÍNH MÔ PHỎNG BỀN CHO CHI TIẾT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Bước 1 : Chọn vật liệu của Piston
- Apply/Edit Material… => Iron => Gray Cast Iron (SN) => Apply => Close
Bước 2 : Hạn chế chuyển vị ( Piston )
- Fixtures => Fixed Geometry => Chọn mặt cố định => OK
Bước 3 : Đặt tải tác dụng trên Piston
- Áp suất: External Loads => Pressure => Chọn mặt chịu tác dụng => Nhập thông số => OK
- Nhiệt độ: External Loads => Temperature => Chọn mặt chịu tác dụng=> Nhập thông số => OK
Bước 5 : Chạy xem và phân tích kết quả Piston
- Run This Study => Xem kết quả
+ Ứng suất: Results => Stress1 (-vonMises-) => Show
+ Chuyển vị: Results => Displacement1 (-Res disp-) => Show
+ Hệ số an toàn: Results => Factor of Safety1 (-FOS-) => Show
A ) Chịu tác dụng dưới Áp Suất
B) Chịu tác dụng nhiệt ( Piston )
Bước 1 : Chọn vật liệu chốt Piston
- Apply/Edit Material… => Steel => Alloy Steel => Apply => Close
Bước 2 : Hạn chế chuyển vị Chốt Piston
- Fixtures => Fixed Geometry => Chọn mặt cố định => Ok
B3: Đặt tải tác dụng Chốt Piston
- Lực: External Loads => Force => Chọn mặt chịu tác dụng => Nhập số liệu =>
Bước 5: Phân tích kết quả mô phỏng
- Run This Study => Xem kết quả:
+ Ứng suất: Results => Stress1 (-vonMises-) => Show
+ Chuyển vị: Results => Displacement1 (-Res disp-) => Show
+ Hệ số an toàn: Results => Factor of Safety1 (-FOS-) => Show
Kiểm nghiệm bền, Xéc Măng Khí
Bước 1 : Chọn Vật liệu Xéc Măng
- Apply/Edit Material…=> ron=> Gray Cast Iron (SN) => Apply =>Close
Bước 2 : Hạn chế di chuyển Xéc Măng
- Fixtures => Fixed Geometry => Chọn mặt cố định => Ok
Bước 3 : Đặt tải tác dụng lên Xéc Măng Khí
-Lực: External Loads => Pressure=> Chọn mặt chịu tác dụng => Nhập số liệu => OK Bước 4 : Chia lưới Xéc Măng Khí
Bước 5 : Phân tích kết quả
- Run This Study =>Xem kết quả:
+ Ứng suất: Results => Stress1 (-vonMises-) => Show
+ Chuyển vị: Results => Displacement1 (-Res disp-) => Show
Mô Phỏng nhiệt cho cụm chi tiết pistin, xéc măng, chốt piston
Bước 1 tạo bảng mô phỏng nhiệt
- Đặt năng lượng nhiệt sinh ra: chuột phải vào Thermal -> chọn power heat -> setup bằng với công suất động cơ trong từng thời điểm mong muốn
- Tạo nhiệt lượng đối lưu giữa các chi tiết : chuột phải vào Thermal -> chọn convection -> chọn những mặt cho tiết đối lưu -> convection coefficient là hệ số đối lưu và Bulk ambient Temperature là nhiệt độ môi trường xung quanh
Bước 3 : Chia lưới Chi tiết
Run This Study-> xem kết quả đạt được
Nhiệt Lượng của cụm chi tiết ở công suất tối đa của động cơ: