HỮU DUYÊN CHO AE ĐỒNG MÔN LỜI NÓI ĐẦU Trong các ngành phát triển trọng điểm của nước ta hiện nay, ngành giao thông vận tải luôn đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Theo thời gian, ngành giao thông đã phát triển để đáp ứng nhu cầu lưu thông về hàng hóa và con người. Ở nước ta hiện nay, ngành giao thông nói chung và giao thông đường bộ nói riêng cũng đang phát triển nhanh chóng mong đáp ứng cho công cuộc xây dựng đất nước theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Đầu tư được hiểu gồm hai phần: đầu tư về vốn liếng và đầu tư về con người. Đầu tư về con người là đào tạo đội ngũ cán bộ kỹ thuật có trình độ chuyên môn vững vàng, khả năng tư duy thiết kế tốt, có bản lĩnh, năng động, có khả năng nắm bắt nhanh các tiến bộ khoa học kĩ thuật, hoạt động hiệu quả và tin cậy. Nguồn cán bộ này được đào tạo từ các trường kĩ thuật có chuyên ngành giao thông. Đồ án môn học thiết kế động cơ đốt trong là một trong các bài tập để rèn luyện nên các phẩm chất cần thiết của một kĩ sư ô tô, đáp ứng với các yêu cầu thực tiễn của ngành. Đồ án môn học nhằm giúp cho sinh viên ôn tập lại một cách tổng quát và sâu sắc, nhờ đó mà nắm vững các kiến thức về tính toán thiết kế, kết cấu và cách thành lập bản vẽ động cơ đã được học.
TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Tổng quan về các phương pháp tính toán CTCT của động cơ
Hiện nay để tính toán CTCT của động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu diesel nói riêng và các loại động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu khác nói chung có rất nhiều phương pháp như:
- Phương pháp lý thuyết gần đúng: Dựa trên các định luật nhiệt động học I và II, coi các quá trình nén, giãn nở là đoạn nhiệt… phương pháp có ưu điểm là tính toán nhanh, không đòi hỏi nhiều thông số đầu vào phức tạp… tuy nhiên nhược điểm của phương pháp là cho kết quả kém chính xác, chưa xét đến các quá trình trao đổi khí….
- Phương pháp cân bằng thể tích
Bên cạnh các phương pháp trên người ta còn sử dụng phương pháp cân bằng năng lượng:… Để tính toán CTCT của động cơ … trong khuôn khổ của đồ án môn học sẽ dựa trên phương pháp cân bằng năng lượng….
- Phương pháp cân bằng năng lượng
Các thông số đầu vào phục vụ tính toán
1- Công suất động cơ : Ne = 12,8 (α)mã lực ) = 9,32 (α)kw)
2- Số vòng quay của trục khuỷu n : n = 2280 (α)vg/ph)
3- Đường kính xi lanh D : D = 95 (α)mm)
5- Dung tích công tác Vh:
9- Suất tiêu hao nhiên liệu ge : g e = 192 (α)g/ml.h) = 258,1516(α)g/kW.h)
10- Góc mở sớm xupáp nạp : α)1 = 10 0
11 Góc đóng muộn của xupap nạp : α)2 = 29 0
12- Góc mở sớm của xupáp thải : 1 = 32 0
13 Góc đóng muộn xupáp thải : 2 = 7 0
15- Chiều dài thanh truyền : ltt = 205 (α)mm)
16- Khối lượng nhóm piton : mpt= 1,15 (α)kg)
17- Khối lượng thanh truyền mtt mtt = 2,262 (α)kg)
18- Kiểu động cơ D12 , động cơ diesel không tăng áp
1.2.2 Các thông số cần chọn
1 Áp suất môi trường: P 0 Áp suất môi trường P0 là áp suất khí quyển trước khi nạp vào động, ta có áp suất khí quyển bằng áp suất trước khi nạp nên ta chọn Pk = P0 Ở nước ta nên chọn Pk = P0 = 0,1 (α)MPa)
Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm
Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ trước xupáp nạp nên :
3 Áp suất cuối quá trình nạp:P a Áp suất Pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại đông cơ ,tính năng tốc độ n,hệ số cản trên đường nạp,tiết diện lưu thông… Vì vậy cần xem xét đông cơ đang tính thuộc nhóm nào để lựa chọn Pa Áp suất cuối quá trình nạp pa có thể chọn trong phạm vi:
4 Áp suất khí thải P Áp suất này cũng phụ thuộc vào các thông số như Pa Áp suất khí thải có thể chọn trong phạm vi :
5 Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T
Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành hỗn hợp khí ở bên ngoài hay bên trong xy lanh
Với động cơ diesel : ∆T ºC -40ºK=>Chọn ∆T0ºK
6 Nhiệt độ khí sót (khí thải) T
Nhiệt độ khí sót T phụ thuộc vào chủng loại đông cơ Nếu quá trình giãn nở càng triệt để, Nhiệt độ T càng thấp
Thông thường ta có thể chọn : Tp0 ºK - 1000 ºK
7 Hệ số hiệu định tỉ nhiệt λ
Tỉ nhiệt của môi chất thay đổi rất phức tạp nên thường phải căn cứ vào hệ số dư lượng không khí α) để hiệu đính
Thông thường có thể chọn λ theo bảng sau : α) 0,8 1,0 1,2 1,4 λ 1,13 1,17 1,14 1,11 Đối với động cơ đang tính là động cơ diesel có α) > 1,4 có thể chọn λ=1,10
8 Hệ số quét buồng cháy λ
Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta chọn λ =1
Hệ số nạp thêm λ phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí.Thông thường ta có thể chọn λ =1,02÷1,07 ; ta chọn λ =1,04
10 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ
Thể hiện lượng nhiệt phát ra của nhiên liệu dùng để sinh công và tăng nội năng ở điểm z với lượng nhiệt phát ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu ξ phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ
Với các loại đ/c điesel ta thường chọn : ξ=0,70-0,85
11 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ tùy thuộc vào loại động cơ xăng hay là động cơ điezel, ξ bao giờ cũng lớn hơn ξ
Với các loại động cơ điesel ta thường chọn : ξ =0,80-0,90
12 Hệ số hiệu chỉnh đồ thị công φ
Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ với chu trình công tác thực tế.Sự sai lệch giữa chu trình thực tế với chu trình tính toán của động cơ xăng ít hơn của động cơ điezel vì vậy hệ số φ của động cơ xăng thường chọn hệ số lớn.
Có thể chọn φ trong phạm vi: φ =0,92-0,97
Nhưng đây là động cơ điezel nên ta chọn φ =0,92
Tính toán các quá trình công tác của động cơ
Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót m =1,45÷1,5
2 Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a
5 Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu
Nhiên liệu của động cơ diezel: C = 0,87; H = 0,126; O = 0,004
6 Hệ số dư lượng không khí α
Vì đây là động cơ điezel nên : α = M M 1
1 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí ¿19,806+0,00209T(α)kJ/kmol.độ)
2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:
Khi hệ số lưu lượng không khí α)>1 tính theo công thức sau : ¿( 17,997+ 1,634 α ) + 12×(360,34+167,36 α )×10 −5 T ¿19,1511+280,098×10 −5 T(α)kJ/kmol.độ)
3 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp :
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén tính theo công thức sau :
4 Chỉ số nén đa biến trung bình n:
Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào thông số kết cấu và thông số vận hành như kích thước xy lanh,loại buồng cháy,số vòng quay ,phụ tải,trạng thái nhiệt độ của động cơ…Tuy nhiên n tăng hay giảm theo quy luật sau :
Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n tăng.Chỉ số nén đa biến trung bình n được xác bằng cách giải phương trình sau : n-1 = \f(b',2\a\ac\vs2(α)n-1\f(,a'+γ.,1+γ.T.
Chú ý :thông thường để xác định được n ta chọn n trong khoảng 1,340÷1,390
Rất hiếm trường hợp đạt n trong khoảng 1,400 ÷ 1,200
5 Áp suất cuối quá trình nén P Áp suất cuối quá trình nén P được xác định theo công thức :
6 )Nhiệt độ cuối quá trình nén T
Nhiệt độ cuối quá trình nén T được xác định theo công thức
7 )Lượng môi chất công tác của quá trình nén M :
Lượng môi chất công tác của quá trình nén M được xác định theo công thức :
1 Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β
Ta có hệ số thay đổi phần tử lý thuyết β được xác định theo công thức: β = \f(M,M = \f(M+γ.,1+γ M,MΔM,M = 1+ \f( M,MΔM,M
Trong đó độ tăng mol ΔM của các loại động cơ được xác định theo công thức sau:M của các loại động cơ được xác định theo công thức sau: ΔM của các loại động cơ được xác định theo công thức sau:M = 0,21 ¿ (α)1-α)) ¿ M + (α) \f(H,4 + \f(O,32 -\f(1,μ ) Đối với động cơ điezel : ΔM của các loại động cơ được xác định theo công thức sau:M = (α) \f(H,4 + \f(O,32 )
2 Hệ số thay đổi phân tư thưc tế β: ( Do có khí sót )
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác đinh theo công thức : β = r r \f( +γ.,1+γ ,1+γ.,1+γβ+γ,1+γ γ.,1+γ γ.,1+γ =1,0452+ 1+ 0,0385 0,0385= 1,0435
3 Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z β : (Do cháy chưa hết )
Ta có hệ số thay đổi phân tư thực tế tại điểm z β được xác định theo công thức : β = 1 + r \f( -1,1+γ.,1+γβ+γ,1+γ γ.,1+γ ¿ χ
Ta có lượng sản vật cháy M đươc xác định theo công thức :
M= M +ΔM của các loại động cơ được xác định theo công thức sau:M = β M = 1,0452 ¿ 0,7003= 0.7319
* Đối với động cơ điezel,tính nhiệt độ T bằng cách giải pt cháy :
Trong đó: Q: là nhiệt trị của dầu điezel , Q B,5 10(α) kJ/kgn.l )
:là tỉ nhiệt mol đẳng áp trung bình của sản vật cháy tại z là :
: là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy tại z được tính theo công thức: = \f( , \f( , \f(,γ.,1+γ β+γ,1+γ γ.,1+γ β+γ,1+γ = 19,1625+2,7234.10 -3 Tz = a'' + (α)b''/2) T
Chỉnh lý lại ta có : = 27,5365 + 2,7234.10 -3 Tz = a'' + (α)b'' /2) T (α)2)
Giải phương trình trên ta được: T !52,9026; T= -12166 (α)loại)
Ta có áp suất tại điểm z p được xác định theo công thức p = λ Pc =1,56 × 3,8952 =6,0404(α) MPa )
CHÚ Ý :-Đối với động cơ điezel hệ số tăng áp λ được chọn sơ bộ ở phần thông số chọn Sau khi tính toán thì hệ số giãn nở ρ (ở quá trình giãn nở) phải đảmbảo ở quá trình giãn nở) phải đảmbảo ρ7):
6 Áp suất có ích trung bình P:
Ta có công thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định theo công thức :
Ta có có thức xác định hiệu suất cơ giới: η m =P e
8 Suất tiêu hao nhiên liệu g :
Ta có có thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là: g e =g i η m 9,6682
Ta có có thức xác định hiệu suất có ích η được xác định theo công thức: η = η η= 0,8125 ×0,4039= 0,3283
10 Kiểm nghiêm đường kính xy lanh D theo công thức :
Ta có sai số so với đề bài là:0,02 < 0,1 (α)mm) (α)thỏa mãn điều kiện)
Vẽ và hiệu đính đồ thị công
Căn cứ vào các số liệu đã tính pa, pc, pz, pb, n1, n2, ε ta lập bảng tính đường nén và đường giản nở theo biến thiên của dung tích công tác Vx =i.Vc (α)Vc: dung tích buồng cháy).
17−1 =0,0509(α)dm 3 ) Các thông số ban đầu: P a =0,085 (α)MPa) ; P c =3,8952 (α)MPa)
Sau khi ta chọn tỷ lệ xích V và μ P hợp lý để vẽ đồ thị công Để trình bày đẹp thường chọn chiều dài hoành độ tương ứng từ εVc= 220 (α)mm) trên giấy kẻ ly.
220 =0,0039(α)dm 3 /mm) Tung độ thường chọn tương ứng với pz khoảng 250 mm trên giây kẻ ly μ p = P z
Từ tỷ lệ xích trên ta tính được các giá trị biểu diễn (α)Gtbd) của quá trình nén và quá trình giản nở sau:
Bảng 1: Tính quá trình nén và quá trình giãn nở iVc
Quá trình nén Quá trình giãn nở
0 0,3115 12,82 Để sau này khai triển đồ thị được dễ dàng, dễ xem, đường biểu diễn áp suất P0 song song với hoành độ phải chọn đường đậm của giấy kẻ ly, Đường 1Vc cũng phải đặt trên đường đậm của tung độ, n 2 i n 1 i n 2 x z p p i
Sau khi vẽ đường nén và đường giản nở, vẽ tiếp đường biểu diễn đường nạp và đường thải lý thuyết bằng hai đường thằng song song với trục hoành đi qua hai điểm pa và Pr,
Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính đồ thị công để có đồ thị công chỉ thị,
1.4.1 Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công
Ta chọn tỷ lệ xích của hành trình piston S là: μ S = gttt s gtbd s = S
Vì gtbd Vmax – gtbd Vmin = 160 -13 7 (α)mm)
Thông số kết cấu của động cơ là:
(α)mm) Giá trị biểu diễn OO ’ trên đồ thị: gtbd OO ' =gtt OO ' μ S
Ta có nửa hành trình của pistông là:
(α)mm) Giá trị biểu diễn R trên đồ thị: gtbd R =gtt R μ S
Từ gtbd OO ' và gtbd R ta có thể vẽ được vòng tròn Brick
1.4.2 Lần lượt hiệu định các điểm trên đồ thị
1 Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp: (điểm r’)
Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc đóng muộn xupáp thải β, bán kính này cắt đường tròn tại 1 điểm, Từ điểm này gióng đường thẳng song song với trục tung cắt đường P tại điểm r’, Nối điểm r trên đường thải (α)là giao điểm giữa đường P và trục tung Vc) với r’ ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp,
2 Hiệu định áp suất cuối quá trình nén: ( điểm c’) Áp suất cuối quá trình nén thực tế do hiện tượng phun sớm (α)động cơ diezel) nên thường chọn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết P đã tính, Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quá trình nén thực tế P’ được xác định theo công thức sau:
Vì đây là động cơ diezel:
Từ đó xác định được tung độ điểm c’ trên đồ thị công: y c ' =P c ' μ P = 4,622
3 Hiệu chỉnh điểm phun sớm: ( điểm c’’ )
Do hiện tương phun sớm nên đường nén trong thực tế tách khỏi đường nén lý thuyết tại điểm c’’, Điểm c’’ được xác định bằng cách ,Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định được góc phun sớm θ, bán kính này cắt vòng tròn Brick tại 1 điểm, Từ điểm gióng này ta gắn song song với trục tung cắt đường nén tại điểm c’’, Dùng một cung thích hợp nối điểm c’’ với điểm c’
4 Hiệu đính điểm đạt P thực tế Áp suất p thực tế trong quá trình cháy - giãn nở không duy trì hằng số như động cơ điezel (α)đoạn ứng với ρ,V) nhưng cũng không đạt được trị số lý thuyết như động cơ xăng, Theo thực nghiệm,điểm đạt trị số áp suất cao nhất là điểm thuộc miền vào khoảng 372° ÷ 375° (α) tức là 12° ÷ 15° sau điểm chết trên của quá trình cháy và giãn nở )
Hiệu định điểm z của động cơ diezel: P z
- Cắt đồ thị công bởi đường đi qua Pz = 6,0765 (α)MPa), vậy ta có giá trị biểu diễn đường pz là : y = pz = 6,0765 0,0243 = 250 (α)mm)
- Xác định điểm z từ góc 15º ,Từ điểm O΄trên đồ thị Brick ta xác định góc tương trên đồ thị Brick ta xác định góc tương ứng với 375º góc quay truc khuỷu ,bán kính này cắt vòng tròn tại 1 điểm , Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường P tại điểm z,
- Dùng cung thích hợp nối c’ với z và lượn sát với đường giãn nở,
5 Hiệu định điểm bắt đầu quá trình thải thực tế : ( điểm b’ )
Do có hiện tượng mở sớm xupáp thải nên trong thực tế quá trình thải thực sự diễn ra sớm hơn lý thuyết, Ta xác định điểm b bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc mở sớm xupáp thải β,bán kính này cắt đường tron Brick tại 1điểm,Từ điểm này ta gióng đường song song với trục tung cắt đường giãn nở tại điểm b’,
6 Hiệu định điểm kết thúc quá trình giãn nở: ( điểm b’’ ) Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế P thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn nở lý thuyết do xupáp thải mở sớm , Theo công thức kinh nghiệm ta có thể xác định được :
Từ đó xác định tung độ của điểm b’’ là : y b ' ' =P b' ' μ P =0,2208
0,0243=9,09 (α)mm) Sau khi xác định b', b'' dùng cung thích hợp nối hợp với đường thải, Như vậy ta đã có đồ thị công chị thị dùng cho phần tính toán động lực học,
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC
Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học
Các đường biểu diễn này đều vẽ trên 1 hoành độ thống nhất ứng với hành trình piston S = 2R ,Vì vậy độ thị đều lấy hoành độ tương ứng với V của độ thị công (α) từ điểm 1,V đến ε,V )
2.1.1 Đường biểu diễn hành trình của piston x = ƒ(α)
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn hành trình của piston theo trình tự sau :
1 Chọn tỉ lệ xích góc: thường dùng tỉ lệ xích (α) 0,6 ÷ 0,7 ) (α) mm/độ )ở đây ta chọn tỉ lệ xích 0,6 mm/độ
2 Chọn gốc tọa độ cách gốc cách đồ thị công khoảng 15 ÷ 16 cm
3 Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 10°,20,…, 180°
4 Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 10°, 20°,…, 180°,Tương ứng trên trục tung của đồ thị của x = ƒ(α)α)) ta được các điểm xác định được chuyển vị x tương ứng với các góc 10°, 20,…, 180°
5 Nối các điểm xác định chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ x = f(α)α)),
2.1.2 Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α)
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α)α)), Theo phương pháp đồ thị vòng,Tiến hành theo các bước cụ thể sau:
1 Vẽ nửa vòng tròn tâm O bán kính R,phía dưới đồ thị x = f(α)α)), Sát mép dưới của bản vẽ
2 Vẽ vòng tròn tâm O bán kính OO'
3 Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R và vòng tròn tâm O bán kính làOO' thành
16 phần theo chiều ngược nhau,
4 Từ các điểm chia trên nửa vòng tâm tròn bán kính là R kẻ các đường song song với tung độ , các đường này sẽ cắt các đường song song với hoành độ xuất phát từ các điểm chia tương ứng trên bán kính là OO' tại các điểm 1’’, 2’’, 3’’,…
5 Nối tại các điểm 1’’, 2’’, 3’’,… Tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ piton thể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắt vòng tròn bán kính R tạo với trục hoành góc α) đến đường cong 1’’, 2’’, 3’’,… Đồ thị này biểu diễn quan hệ v = f(α)α)) trên tọa độ độc cực :
2.1.3 Đường biểu diễn gia tốc của piston j = f(x)
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston theo phương pháp Tôlê ta vẽ theo các bước sau :
1 Chọn tỉ lệ xích μ phù hợp trong khoảng 30 ÷ 50 (α)m/s,mm ) Ở đây ta chọn μ = 50 (α)m/s,mm )
2 Ta tính được các giá trị :
- Ta có vận tóc góc: w= π × n 30 = π ×2250 30 #5,619(α)rad/s)
- Gia tốc cực đại : j max =R × w 2 ×(1+λ)5×10 −3
=> Ta được giá trị biểu diễn jlà : gtbd j max = gttt j max μ eq¿(¿ ¿(, j))=4,086×10 3
- Gia tốc cực tiểu : j min =−R × w 2 ×(1−λ)=−115×10 −3
=> Ta được giá trị biểu diễn của j là : gtbd j min = gttt j min μ eq¿(¿ ¿(, j))=−2,298×10 3
- Xác định vị trí của EF :
=> Ta giá trị biểu diễn EF là: gtbd EF = gttt EF μ eq¿(¿ ¿(, j))=−2 681×10 3
3 Từđiểm A tương ứng điểm chết trên lấy AC = j , từ điểm B tương ứng điểm chết dưới lấy BD = j , nối CD cắt trục hoành ở E ; lấy EF = –3,R,λ,ω về phía
BD Nối CF với FD ,chia các đoạn này làm 4 phần , nối 11, 16, 33 …Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11, 16, 33 …ta được đường cong biểu diễn quan hệ j ƒ(α)x)
Tính toán động lực học
2.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến ̶ô Khối lượng nhúm piston m pt =1,15 (α)kg) ̶ô Khối lượng thanh truyền phõn bố về tõm chốt piston
- Khối lương thanh truyền phân bố về tâm chốt piston m có thể tra trong các các sổ tay ,có thể cân các chi tiết của nhóm để lấy số liệuhoặc có thể tính gần đúng theo bản vẽ ,
- Hoặc có thể tính theo công thức kinh nghiêm sau, đối với động cơ diezel ta có: m 1 =(0,28÷0,17)m tt
Trong đó m tt là khối lượng thanh truyền mà đề bài đã cho,
Vậy ta xác định đươc khối lượng tịnh tiến mà đề bài cho là: m=m pt +m 1 =1,15+0,633=1,783(α) kg)
2.2.2 Các khối lượng chuyển động quay
Khối lượng chuyển động quay của một trục khuỷu bao gồm :
- Khối lượng của thanh truyền quy dẫn về tâm chốt : m 2 =m tt −m 1 =2,262−0,633=1,629(α)kg)
- Khối lượng của chốt trục khuỷu : m ck m ck =π ×(d ck 2 −δ ck 2 )× l ck
Trong đó ta có : d ck : Là đường kính ngoài của chốt khuỷu: δ ck : Là đường kính trong của chốt khuỷu: l ck : Là chiều của chốt khuỷu: ρ = 7800 Kg/ m = 7,8,10 Kg/ mm: Là khối lượng riêng của vật liệu làm chốt khuỷu Khối lượng của má khuỷu quy dẫn về tâm chốt : m, Khối lượng này tính gần đúng theo phương trình quy dẫn : m = \f(m.r,R Trong đó : mm - khối lượng của má khuỷu r - bán kính trọng tâm má khuỷu :
R - bán kính quay của khuỷu : R = S /2= 115/2 W,5 (α)mm)
- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến :
P j =−m× j=−m× R × w 2 ×(cosα+λcos2α) ¿−1,783×57,5×235,619 2 ×10 −6 ×(cosα+0,28 cos2α) ¿−56911720×10 −6 ×(cosα+λcos 2α) (α)MPa)
(α)độ) (α)rad) c os c os2 P j =−56911720 × 10 −3 × (cosα + λ cos 2 α )
2.2.4.Vẽ đường biểu diễn lực quán tính –P j =f(x)
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn lực quán tính theo phương pháp Tolê nhưng hoành độ đặt trùng với đường p ở đồ thị công và vẽ đường - P j =ƒ(α)x) (α)tức cùng chiều với j = ƒ(α)x))
Ta tiến hành theo bước sau :
1 Chọn tỷ lệ xích để vẽ của P j là μ (α)cùng tỉ lệ xích với áp suất p ) (α)MPa/mm), tỉ lệ xích μ cùng tỉ lệ xích với hoành độ của j = ƒ(α)x)
Chú ý : Ở đây lực quán tính p sở dĩ có đơn vị là MPa (ở quá trình giãn nở) phải đảmbảo tính theo đơn vị áp suất ) bởi vì được tính theo thành phần lực đơn vị (ở quá trình giãn nở) phải đảmbảo trên 1 đơn vị diện tích đỉnh piston ) để tạo điều kiện cho công việc công tác dụng lực sau này của lực khí thể và lực quán tính,
2 Ta tính được các giá trị :
─ Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cực đại :
=> Ta được giá trị biểu diễn là : gtbd P jmax =gttt P jmax μ P = 1,027
─ Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cực tiểu :
=> Ta được giá trị biểu diễn P j min là: gtbd P jmin =gttt P jmin μ P =−0,578
─ Ta xác định giá trị E’F’ là :
=> Ta được giá trị biểu diễn của E’F’ là : gtbd E ' F ' =gttt E ' F ' μ P = 0,675
3 Từ điểm A’ tương ứng điểm chết trên lấy A’C’ = P từ điểm B tươngứng với điểm chết dưới lấy B’D’ = P ; nối C’D’ cắt trục hoành ở E’ ; lấy E’F’ về phíaB’D’, Nối C’F’ và F’D’ ,chia các đoạn này ra làm 5 phần nối 1’1’, 2’2’, 3’3’…,
Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 1’1’, 2’2’, 3’3’…Ta đuợc đường cong biểu diễn quan hệ –P = ƒ(α)x)
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn quan hệ v = ƒ(α)x) dựa trên 2 đồ thị là đồ thị đó là x = ƒ(α)x) và đồ thị v = ƒ(α)x) (α)sử dụng theo phương pháp đồ thị vòng ),Ta tiến hành theo đồ thị sau :
1 Từ tâm các điểm đã chia độ trên cung của đồ thị Brick ta gióng các đường song song với trục tung tương ứng với các giá trị góc quay α) = 10°, 20°, 30°…180°
2 Đặt các giá của vận tốc v này (α)đoạn thăng biểu thị giá trị của v có 1 đầu mút thuộc đồ thị v = ƒ(α)x) ,1 đầu thuộc nữa vòng tròn tâm O, bán kính R trên đồ thị ) trên các tia song song với các trục tung nhưng xuất phát tư các góc tương ứng trên đồ thị Brick gióng xuống hệ trục tọa độ của đồ thị v = ƒ(α)x),
3 Nối các điểm trên đồ thị ta được đường biểu diễn quan hệ v = ƒ(α)x)
Chú ý : nếu vẽ đúng điểm v sẽ ứng với j = 0
2.2.6 Khai triển đồ thị công P–V thành P =ƒ(α) Để thuận tiện cho việc tính toán sau này ta tiến hành khai triển đồ thị công P–V thành đồ thị P =ƒ(α)α)),Khai triển đồ thị công theo trình tự sau:
1 Chọn tỷ lệ xích μ = 2°/ 1mm,Như vậy toàn bộ chu trình 720° sẽ ứng với 360 (α)mm),Đặt hoành độ α) này cùng trên đường đậm biểu diễn P và cách điểm chết dưới của đồ thị công khoảng 4÷5 cm
2 Chọn tỷ lệ xích μ đúng bằng tỷ lệ xích μ khi vẽ đồ thị công (α)MN/mm)
3 Xác định trị số của Pkt ứng với các góc α) từ đồ thị Brick rồi đặt các giá trị này trên tọa độ P-α)
Chú ý : Cần xác định điểm P,Theo kinh nghiệm, điểm này thường xuất hiện ở 372°÷375°,
Khi khai triển cần cận thận 1 đoạn cóđộ dốc tăng trưởng và đột biến lớn của p từ 330°÷400°, nên lấy thêm điểm ở đoạn này để vẽđược chính xác,
4 Nối các điểm xác định theo 1 đường cong trơn ta thu được đồ thị biểu diễnquan hệP= ƒ(α)α))
2.2.7 Khai triển đồ thị P = ƒ(x) thành P = ƒ(α) Đồ thịP = ƒ(α)x) biểu diễn trên đồ thị công có ý nghĩa kiểm tra tính năng tốc độ của đường P ít khi cắt đường nén, Ngoài ra đường P còn cho ta tìm được giá trị của P = P + P một cách dễ dàng vì giá trị của đường P chính là khoảng cách giữa đường nạp P với đường biểu diễn P của các quá trình nạp, nén,cháy giãn nở và thải của động cơ,
Khai triển đồ thị P = ƒ(α)x)thành đồ thị P = ƒ(α)α)) tương tự như cách ta khai triển đồ thị công (α) thông qua vòng tròn Brick ) chỉ có điều cần chú ý là đồ thị trước là ta biểu diễn đồ –P = ƒ(α)x) nên cần lấy lại giá trị P cho chính xác,
Ta tiến hành vẽ đồ thị P = ƒ(α)α)) bằng cách ta cộng 2 đồ thị là đồ thị là đồ thị P=ƒ(α)α)) và đồ thị P = ƒ(α)α)),
2.2.9 Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T = ƒ(α) và đồ thị lực pháp tuyến Z = ƒ(α)
Theo kết quả tính toán ở phần động lực học ta có công thức xác định lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến như sau :
Trong đó góc lắc của thanh truyền β được xác định theo góc quay α) của trục theo công thức sau:sin β = λ,sinα)
Vẽ 2 đường này theo trình tự sau:
- Bố trí hoành độα)ở dưới đường P , tỷ lệ xích μ = 2°/ 1 (α)mm) sao cho đườngbiểu diễn nằm ở khoảng giữa tờ giấy kẻ ly A(α) có thể chọn trùng với đườngbiểudiển hoành độ của đồ thị j = ƒ(α)α)) )
- Căn cứ vào thông số kết cấu λ= R/l, dựa vào các công thức trên và dựa vào đồthị
P = ƒ(α)α)) ta xác định được các giá trị cho trong bảng dưới đây theo góc quay α) của trục khuỷu,
- Biểu diển đường T f (α) ) và Z f (α) ) trên tọa độ đã chọn
Chú ý : Kiểm tra các mối tương quan nhau:
-Ở các điểm 0 ,180 ,360 ,540 ,720 ta đều có T = 0 nên đường T đều cắt trục hoành ,
-Ở các điểm p 0 thì T = Z = 0 nên 2 đường này giao nhau trên trục hoành ,
Bảng 3: Tính giá trị T và Z
2.2.10 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu
Ta tiến hành vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu theo các bước:
- Vẽ hệ trục tọa độ 0’TZ và dựa vào bảng tính T = f(α)α)) và Z = f(α)α)) đã tính ở bảng trên để xác định được các điểm 0 là điểm có tọa độ T 0 o , Z 0 o ; điểm 1 là các điểm
T , Z 10 o …điểm 72 là điểm có tọa độ T 720 o , Z 720 o ,
Thực chất đây là đồ thị ptt biểu diễn trên đồ thị T- Z do ta thấy tính từ gốc tọa độ tại bất kỳ điểm nào ta đều có : p tt T Z
- Tìm gốc của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu bằng cách đặt vectơ pko(α)đại diện cho lực quán tính ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu) lên đồ thị, Ta có công thức xác định lực quán tính ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu là:
- Tính trên đơn vị diện tích đỉnh pittong :
= 0,734 0,02430,21(ở quá trình giãn nở) phải đảmbảo mm)
Vậy xác định được gốc O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, Nối O với bất cứ điểm nào trên đồ thị ta đều có: k 0 tt
thể hiện bằng độ dài OA , Chiều tác dụng là chiều OA
, Điểm tác dụng là a trên phương kéo dài của AO cắt vòng tròn tượng trưng cho mạt chốt khuỷu,
Bảng 5: Tọa độ của các điểm tương ứng với α i trên tọa độ T-Z α (rad)độ) T Z α (rad)độ) T Z
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn Q= f(ở quá trình giãn nở) phải đảmbảo α) theo trình tự sau:
TÍNH NGHIỆM BỀN CÁC CHI TIẾT CHÍNH
Số liệu tính nghiệm bền trục khuỷu động cơ D12
1- Đường kính ngoài chốt khuỷu: dch= 65(α)mm)
2- Đường kính trong chốt khuỷu: ch 26(α)mm) 3- Đường kính ngoài cổ khuỷu:dck p (α)mm)
4- Đường kính trong cổ khuỷu: ck 0(α)mm) 5- Khối lượng riêng vật liệu làm trục khuỷu: p = 7800 (α) kg/m 3 ) 6- Chiều dài chốt khuỷu:lch= 46 (α)mm)
7- Chiều dài cổ trục khuỷu:lck = 25 (α)mm) 8- Các kích thước của má khuỷu: b,h = 31 : 90 (α)mm) 9- Khối lượng ly tâm của má khuỷu:mmk= 0,72(α)MN/ m 2 )
- Khoảng cách từ trọng tâm phần khối lượng ly tâm đến tâm quay: rmk= 0
- Khoảng cách: a = 34,5 (α)mm) 10- Khối lượng đối trọng:Mđt = 1,044 kg -Khoảng cách từ trọng tâm đối trọng đến tâm quay:rd = 75(α)mm)
Kiểm nghiệm bền trục khuỷu
Tính sức bền trục khuỷu bao gồm tính sức bền tĩnh và tính sức bền động
Do trục khuỷu là dầm siêu tĩnh nên khi tính toán gần đúng, người ta phân trục khuỷu ra làm nhiều đoạn, mỗi đoạn là một dầm tĩnh định nằm giữa hai gối tựa là hai ổ trục, Thông thường, mỗi đoạn đó là một khuỷu, Khi tính toán ta sẽ phải xét khuỷu nào chịu lực lớn nhất để tính cho khuỷu đó,
Hình 3.1: Sơ đồ tính nghiệm bền trục khuỷu
Ký hiệu các lực trên sơ đồ như sau :
T, Z: Lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến tác dụng trên chốt khuỷu (α)MN)
Pr1, Pr2: Lực quán tính ly tâm của má khuỷu và của đối trọng (α)MN)
C1, C2: Lực quán tính ly tâm của chốt khuỷu và của khối lượng thanh truyền quy dẫn về đầu to (α)MN)
Z ’ , Z ’’ : Các phản lực gối tựa nằm trong mặt phẳng khuỷu (α)MN)
T ’ , T ’’ : Các phản lực gối tựa nằm trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng khuỷu (α)MN)
Mk ’, Mk ’’: mômen xoắn tại cổ trục bên trái và cổ trục bên phải của khuỷu trục tính toán (α)MNm)
Ti-1 : tổng các lực tiếp tuyến của các khuỷu đứng trước khuỷu tính toán
Người ta giả thiết rằng ứng suất lớn nhất tác dụng trên khuỷu nguy hiểm có thể xảy ra trong các trường hợp sau:
+ Trường hợp 1 : Chịu lực PZmax khi khởi động,
+ Trường hợp 2 : Chịu lực Zmax khi làm việc,
+ Trường hợp 3 : Chịu lực Tmax khi làm việc,
+ Trường hợp 4 : Chịu lực Tmax
Trong thực tế vận hành của động cơ lực tác dụng trong trường hợp 1 bao giờ cũng lớn hơn trường hợp 2 và lực tác dụng lên trục khuỷu trong trường hợp 3 bao giờ cũng lớn hơn trường hợp 4, Vì vậy ta chỉ tính nghiệm bền ở hai trường hợp 1 và 3,
3.2.1 Trường hợp chịu lực P Zmax Đây là trường hợp khởi động, Do tốc độ của động cơ còn nhỏ nên ta có thể bỏ qua ảnh hưởng của lực quán tính khi đó lực tác dụng chỉ còn lại lực do áp suất lớn nhất của khí thể trong xylanh pzmax , Giả thiết lúc đó lực xuất hiện tại điểm chết trên (α) chỉ gần đúng ) nên = 0; T = 0; PJ = 0, Pr = 0
Do trục khuỷu hoàn toàn đối xứng nên :
3.2.1.1 Tính nghiệm bền chốt khuỷu, mô men uốn chốt khuỷu
25 31 34,5 2 2 b,5 (α)mm) Ứng suất uốn chốt khuỷu là:
Wu : mô đun chống uốn của tiết diện ngang chốt,
Vì chốt là chốt đặc nên :
= 56,6326 MN/m 2 Đối với trục khuỷu động cơ diezel D12 được làm bằng thép hợp kim nên ta có [u] 256 MN/m 2
3.2.1.2 Tính nghiệm bền má khuỷu
Lực pháp tuyến Z gây uốn và nén tại A-A Ứng suất uốn má khủyu: a a l 0 l' l'' b' b''
= 94,260MN/m 2 Ứng suất nén má khuỷu
Do vậy độ bền má khuỷu thoả mãn,
3.2.1.3 Tính nghiệm bền cổ trục Ứng suất uốn cổ trục
3.2.2 Trường hợp chịu lực T max
Vị trí tính toán của khuỷu trục nguy hiểm lệch so với vị trí ĐCT một góc =Tmax 380 0 ,ứng với Tmax= 2,852(α)MN/m 2 ) b' b'' l 0 l'
Lúc này n 0, T = Tmax, tồn tại các lực quán tính, Căn cứ vào đồ thị T = f(α)) ta xác định trị số lực tiếp tuyến và các góc tương ứng,
3.2.2.1 Tính nghiệm bền chốt khuỷu Ứng suất uốn trong mặt phẳng khuỷu trục
= -26,48MN/m 2 Ứng suất uốn trong mặt phẳng thẳng góc với mặt phẳng khuỷu trục
= 30,1 MN/m 2 Ứng suất uốn tổng cộng
u = √ ( σ u x ) 2 + ( σ u y ) 2 = 26, 48 2 30,1 2 @,08 MN/m 2 Ứng suất xoắn chốt khuỷu
= 25,32 MN/m 2 Ứng suất tổng khi chịu uốn xoắn
3.2.2.2 Tính nghiệm bền cổ trục
Ta tính cổ bên phải vì cổ này chịu lực lớn hơn cổ bên trái Ứng suất uốn do lực pháp tuyến Z ’’ gây ra: σ u x =
= 32,45MN/m 2 Ứng suất uốn do lực T ’’ gây ra trong mặt phẳng thẳng góc với mặt phẳng khuỷu:
= 4,69 MN/m 2 Ứng suất xoắn cổ trục
3.2.2.3 Tính sức bền má khuỷu
Ta tính nghiệm bền má khuỷu bên phải và má này thường chịu lực lớn hơn má bên trái, Ứng suất uốn do lực pháp tuyến Z ’’ gây ra
= 38,95 MN/m 2 Ứng suất uốn do lực T ’’ gây ra: r R
= 84,68 MN/m 2 Với r : là khoảng cách từ tâm cổ trục khuỷu đến tiết diện nguy hiểm nhất của má Ứng suất uốn do lực Mk ’’ gây ra:
40,40 MN/m 2 Ứng suất xoắn do T ’’ gây ra:
Wx : là mô đun chống xoắn của má (α)m 3 )
Do tiết diện chịu xoắn của má là tiết diện hình chữ nhật nên
+ ở các điểm 1, 2, 3, 4 : x = 0 + ở các điểm I, II : x = max
+ ở các điểm III, IV : x = min
max và min được xác định :
Các hệ số g1 và g2 phụ thuộc vào tỷ số h/b, do h/b = 3 tra trong đồ thị hình (α)VIII- 42a) [Sách kết cấu và tính toán động cơ đốt trong] ta xác định được g1 = 0,265; g2 = 0,40
min = g2max= 0,40,9,43 = 7,42 MN/m 2 Để tìm ứng suất tổng của má ta phải lập bảng xét dấu với quy ước ứng suất gây nén tại tiết diện là dương còn ứng suất kéo là âm
Hình 3.2: Ứng suất phân bố trến má khuỷu Điểm ứs 1 2 3 4 I II III IV
Bảng 3.2: Bảng xét dấu của các ứng suất trên má khuỷu
Căn cứ vào bảng tính ứng suất ta thấy i tại các điểm 1,2,3,4 ,I,II,III,IV bằng cách cộng theo cột dọc (α)theo dấu) như sau :
i = niuziuriuTiuMi
được tính theo công thức sau :
Các giá trị tổng Ii< [] = 256 MN/m 2 do vậy má khuỷu đủ bền. h