Đồ Án Cdio 3 Đề Tài Kết Cấu Tính Toán Động Cơ Đốt Trong.pdf

TÍNH TOÁN XÂY DỰNG BẢN VẼ ĐỒ THỊ

CÁC THÔNG SỐ TÍNH

Các thông số cho trước

THÔNG SỐ KỸ THUẬT Ký Hiệu Giá trị Đơn Vị

Số xilanh/Số kì/Cách bố trí i / τ/ 4/4/In-Line

Tỷ số nén ε 7,5 Đường kính x Hành trình Piston DxS 75x76 mm

Công suất cực đại Ne 65,7 Kw ứng với số vòng quay n 3320 v/p

Tham số kết cấu λ 0,22 Áp suất cực đại Pz 6,0 MN/m 2

Khối lượng nhóm piston mpt 1,1 Kg

Khối lượng nhóm thanh truyền mtt 1,3 Kg

Góc phân phối khí α1 17 độ α2 58 độ α3 40 độ α4 20 độ

Hệ thống nhiên liệu CRDI

Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cascte ướt

Hệ thống làm mát Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng

Hệ thống nạp Turbo Charger Intercooler

Hệ thống phân phối khí 8 valve, OHV

Các thông số cần tính toán

Xác định tốc độ trung bình của động cơ:

S (m) : Hành trình dịch chuyển của piston trong xilanh.

N (vòng/phút) : Tốc độ quay của động cơ.

Do C < 9 m/s nên động cơ là động cơ tốc độ thấpm

+ Chỉ số nén đa biến trung bình: n =1,35 (n1 1=1,32÷1,39) + Chỉ số giãn nở đa biến trung bình: n =1,27 (n2 2=1,25÷1,29)

SVTH: Trần Phước Công GVHD: Trương Đình Phong

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (DSV6-0416) Áp suất khí cuối kỳ nạp:

Chọn áp suất đường nạp : p = 0,12 [MN/m ]k 2 Đối với động cơ bốn kỳ tăng áp ta chọn: p = (0,8 - 0,96)pa k

 Áp suất cuối kì nén: pc = pa.εn1 = 0,1152.10 1,35 = 1,75[MN/m ] 2

 Chọn tỷ số giãn nở sớm(động cơ diesel): ρ = 1,5

 Áp suất cuối quá trình giãn nở sớm:

 Vận tốc góc của trục khuỷu:

 Áp suất khí sót (động cơ cao tốc) chọn: Áp suất tăng áp tuabin: p = 0,9p = 0,9.0,12 = 0,108 [MN/m ]th k 2 Áp suất khí sót (chọn): p = 1,1p = 1,1.0,103= 0,1242[MN/m ]r th 2

ĐỒ THỊ CÔNG

1.2.1 Các thông số xây dựng đồ thị a Các thông số cho trước Áp suất cực đại: p = 6[MN/m ]z 2

Góc phân phối khí: α = 171 o α2 = 58 o α3 = 40 o α4 = 20 o b Xây dựng đường nén

Gọi P , V là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình nén của động cơ Vìnx nx quá trình nén là quá trình đa biến nên:

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (DSV6-0416)

 P =nx Đặt , ta có : Để dễ vẽ ta tiến hành chia V thành khoảng , khi đó i = 1, 2 , 3, h  . c Xây dựng đường giãn nở

Gọi P , V là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình giãn nở của độnggnx gnx cơ.Vì quá trình giãn nở là quá trình đa biến nên ta có:

Ta có : V = Z .VC  P = gnx Đặt , ta có : Để dể vẽ ta tiến hành chia V thành khoảng , khi đó i = 1, 2 , 3, h  . d Biểu diễn các thông số

- Biểu diễn thể tích buồng cháy: Chọn V = 20 [mm]cbd

- Biểu diễn thể tích công tác:

- Biểu diễn áp suất cực đại: p = 160 - 220 [mm] Chọn p = 200 [mm]zbd zbd

Về giá trị biểu diễn ta có đường kính của vòng tròn Brick AB bằng giá trị biểu diễn

Vh, nghĩa là giá trị biểu diễn cửa AB = Vhbd

+ Giá trị biểu diễn của oo’: [mm]

Bảng 1.1: Bảng giá trị Đồ thị công động cơ diesel

) Đường nén Đường giản nở in1 1/in1 Pc/in1 in2 1/in2

Xác định các điểm đặc biệt:

Hình 1.1: Các điểm đặc biệt cần xác định trên đồ thị công động cơ diesel

+ Từ bảng giá trị ta tiến hành vẽ đường nén và đường giản nở.

+ Vẽ vòng tròn của độ thị Brick để xác định các điểm đặc biệt:

Va = V + V = 0,052 + 0,336=0,387 [dm ] V = 150[mm]c h 3 abd pa = 0,115 [MN/m ] 2 

Vb = V = 0,0,387 [dm ] V = 150[mm]a 3  bbd pb = 0,387[MN/m ] p = 0,387/0,03 = 25.9[mm] 2  bbd

 Điểm phun sớm : c’ xác định từ Brick ứng với ;s

 Điểm bắt đầu quá trình nạp : r(Vc;Pr) => r(0,05;0,124)

 Điểm mở sớm của xu páp nạp : r’ xác định từ Brick ứng với α1

 Điểm đóng muộn của xupáp thải : r’’ xác định từ Brick ứng với α4

 Điểm đóng muộn của xupáp nạp : a’ xác định từ Brick ứng với α2

 Điểm mở sớm của xupáp thải : b’ xác định từ Brick ứng với α3

 Điểm áp suất cực đại lý thuyết: z (Vc, Pz) => z(0,0315;6)

 Điểm áp suất cực đại thực tế: z’’(/2Vc, Pz) => z’’(0,0387;6)

Bảng 1.2: Các điểm đặc biệt

Giá trị thật Giá trị vẽ Điểm V (dm3) p (MN/m ) 2 V (mm) p (mm) a (V , pa a) 0,387 0,162 150,00 5,38 c (V , pc c) 0,052 2,45 20,00 81,73 z (V , pz z) 0,077 6,000 30,00 200,00 b (V , pb b) 0,387 0,777 150,00 25,90 r (V , pr r) 0,052 0,187 20,00 6,23 y(Vc, 0,85pz) 0,052 6,000 20,00 200,00 c’’ 3,635 0,00 121,15 b’’ 0,469 0,00 15,64

Bảng 1.3: Các giá trị biểu diễn trên đường nén và đường giãn nở

+ Sau khi có các điểm đặc biệt tiến hành vẽ đường thải và đường nạp , tiến hành hiệu chỉnh bo tròn ở hai điểm z’’ và b’’.

ĐỒ THỊ BRICK

Hình 1.2: Phương pháp vẽ đồ thì Brick

+ Vẽ vòng tròn tâm O , bán kính R Do đó AD = 2R = S v [mm] Điểm A ứng với góc quay =0 0 (vị trí điểm chết trên) và điểm D ứng với khi

0 0 (vị trí điểm chết dưới).

- Chọn tỷ lệ xích đồ thị Brick:

+ Từ O lấy đoạn OO’ dịch về phía ĐCD như Hình 1.2 , với :

+ Từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB , hạ M’C thẳng góc với AD Theo Brich đoạn AC = x Điều đó được chứng minh như sau: + Ta có : AC=AO - OC= AO - (CO’ - OO’) = R- MO’.cos +

 AC 1.3.2 Đồ thị chuyển vị

- Muốn xác định chuyển vị của piston ứng với góc quay trục khuỷu là α , o

20 o , 30 , ta làm như sau: từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu o

OB Hạ MC vuông góc với AD Điểm A ứng với góc quay =0 0 (vị trí điểm chết trên) và điểm D ứng với khi 0 0 (vị trí điểm chết dưới).Theo Brick đoạn AC = x.

- Vẽ hệ trục vuông góc OS , trục O biểu diễn giá trị góc còn trục OS biễu  diễn khoảng dịch chuyển của Piston Tùy theo các góc ta vẽ được tương ứng khoảng dịch chuyển của piston Từ các điểm trên vòng chia Brich ta kẻ các đường thẳng song song với trục O Và từ các điểm chia (có góc tương ứng) trên trục O ta vẽ các  đường song song với OS Các đường này sẽ cắt nhau tại các điểm Nối các điểm này lại ta được đường cong biểu diễn độ dịch chuyển x của piston theo 

Bảng 1.4: Bảng giá trị đồ thị chuyển vị S = f(α) α(độ) λ cosα cos2α x=R[(1-cosα)+λ/4(1- cos2α)]

XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VẬN TỐC V(α)

- Vẽ nữa vòng tròn tâm O có bán kính R :1

- Giá trị biểu diễn của R là :1

- Vẽ vòng tròn tâm O có bán kính R :2

- Giá trị biểu diễn của R là:2

- Chia đều nửa vòng tròn bán kính R , và vòng tròn bán kính R ra 18 phần bằng1 2 nhau Như vậy, ứng với góc ở nửa vòng tròn bán kính R thì ở vòng tròn bán kính R 1 2 sẽ là 2 , 18 điểm trên nửa vòng tròn bán kính R mỗi điểm cách nhau  1

10 và trên vòng tròn bán kính R mỗi điểm cách nhau là 2

20 SVTH: Trần Phước Công GVHD: Trương Đình Phong

- Trên nửa vòng tròn R ta đánh số thứ tự từ 0, 1, 2, , 18 theo chiều ngược kim1 đồng hồ, còn trên vòng tròn bán kính R ta đánh số 0’,1’,2’, , 18’ theo chiều kim đồng2 hồ, cả hai đều xuất phát từ tia OA.

- Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn bán kính R , ta dóng các đường thẳng vuông1 góc với đường kính AB, và từ các điểm chia trên vòng tròn bán kính R ta kẻ các2 đường thẳng song song với AB Các đường kẻ này sẽ cắt nhau tương ứng theo từng cặp 0-0’;1-1’; ;18-18’ tại các điểm lần lượt là 0, a, b, c, , 18 Nối các điểm này lại bằng một đường cong và cùng với nửa vòng tròn bán kính R biểu diễn trị số vận tốc v1 bằng các đoạn 0, 1a,2b,3c, , 0 ứng với các góc 0, 1,2, 3 18 Phần giới hạn của đường cong này và nửa vòng tròn lớn gọi là giới hạn vận tốc của piston.

- Vẽ hệ toạ độ vuông góc OvS trùng với hệ toạ độ O S , trục thẳng đứng Ov trùng với trục O Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, ta kẻ các đường thẳng song song với trục O cắt trục O tại các điểm 0, 1, 2, 3, , 18 Từ các điểm này, ta đặt các đoạnv s thẳng 00, 1a, 2b, 3c, , 1818 song song với trục Ovvà có khoảng cách bằng khoảng cách các đoạn 0, 1a,2b,3c, , 0 Nối các điểm 0, a ,b c, , 18 lại với nhau ta có đường cong biểu diễn vận tốc của piston v=f(S).

Hình 1.4: Đồ thị vận tốc V = f(α)

- Vẽ hệ toạ độ vuông góc - trùng với hệ toạ độ trục thẳng đứng 0v trùng vớiv s trục 0Từ các điểm chia trên đồ thị Brích, ta kẻ các đường thẳng song song với trục 0 và cắt trục 0 tại các điểm 0,1,2,3, ,18, từ các điểm này ta đặt các đoạnv s thẳng 00’’, 11’’, 22’’, 33’’, ,1818’’ song song với trục 0 có khoảng cách bằngv

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (DSV6-0416) khoảng cách các đoạn tương ứng nằm giữa đường cong với nữa đường tròn bán kính r mà nó biểu diển tốc độ ở các góc tương ứng Nối các điểm1 0’’,1’’,2’’, ,18’’ lại với nhau ta có đường cong biểu diễn vận tốc piston v=f(s).

ĐỒ THỊ GIA TỐC

1.5.1 Phương pháp Để giải gia tốc j của piston, người ta thường dùng phương pháp đồ thị Tôlê vì phương pháp này đơn giản và có độ chính xác cao.Cách tiến hành cụ thể như sau: Lấy đoạn thẳng AB = S = 2R Từ A dựng đoạn thẳng AC = J = Rmax  2 (1+) Từ

B dựng đoạn thẳng BD = J = -Rmin  2 (1-) , nối CD cắt AB tại E.

Lấy EF = -3R 2 Nối CF và DF Phân đoạn CF và DF thành những đoạn nhỏ bằng nhau ghi các số 1 , 2 , 3 , 4 , và 1’ , 2’ , 3’ , 4’ , (hình 1.6). 

Nối 11’ , 22’ , 33’ , 44’ , Đường bao của các đoạn thẳng này biểu thị quan hệ của hàm số : j = f(x).

- Chọn tỷ lệ xích: [m/(s 2 mm)]

- Lấy đoạn thẳng AB trên trục O , với:s

- Tại A, dựng đoạn thẳng AC thẳng góc với AB về phía trên, với:

- Tại B, dựng đoạn thẳng BD thẳng góc với AB về phía dưới, với:

- Nối C với D cắt AB tại E, dựng EF thẳng góc với AB về phía dưới một đoạn: [mm] [mm]

- Nối đoạn CF và DF, ta phân chia các đoạn CF và DF thành 8 đoạn nhỏ bằng nhau và ghi số thứ tự cùng chiều, chẳng hạn như trên đoạn CF: C, 1, 2, 3, 4, F; trên đoạn FD: F, 1’, 2’, 3’,4’,D Nối các điểm chia 11 ' ,22 ' ,33 ' , Đường bao của các đoạn này là đường cong biểu diễn gia tốc của piston: J = f(x).

VẼ ĐỒ THỊ LỰC QUÁN TÍNH

- Các chi tiết máy trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền tham gia vào chuyển động tịnh tiến bao gồm các chi tiết trong nhóm piston và khối lượng của thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền. m’ = m +m [kg]pt 1

+ m : Khối lượng nhóm piston Theo đề ta có m = 0,9 [kg]pt pt

+ m : Khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu nhỏ thanh truyền Được chọn1 tùy theo loại động cơ ôtô máy kéo hay tàu thủy, tĩnh tại Vì động cơ đang thiết kế có các thông số phù hợp với động cơ ôtô máy kéo nên ta chọn m trong khoảng.1 m1 = (0,275 0,35).m tt

+ m : Khối lượng nhóm thanh truyền Theo đề ta có m = 1,2 [kg].tt tt

- Ta chọn: m1 = 0,3.1,3 = 0,39[kg] m2 = 0,7m = 0,91 [kg]tt

- Vậy khối lượng các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến là: m’ = m + m = 0,39 + 1,1 = 1,49 [kg]1 pt

- Để có thể dùng phương pháp cộng đồ thị -P với đồ thị công thì -P phải cój j cùng thứ nguyên và tỷ lệ xích với đồ thị công, thay vì vẽ giá trị thực của nó ta vẽ -P =j f(x) ứng với một đơn vị diện tích đỉnh Piston.

1.6.2 Đồ thị lực quán tính

Lực quán tính các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến: [MN/m ] 2

Từ công thức ta xác định được:

- PJmin [MN/m ]2 Đồ thị P này vẽ chung với đồ thị công P-V.J

Cách vẽ tiến hành tương tự như cách vẽ đồ thị J - S, với:

Chọn tỷ lệ xích trùng với tỷ lệ xích đồ thị công

- Trục hoành trùng với trục P của đồ thị công.o

ĐỒ THỊ KHAI TRIỂN: P , P , P – α KT J 1

- Vẽ hệ trục toạ độ vuông góc OP , trục hoành O nằm ngang với trục p   o

- Trên trục O ta chia 10 một, ứng với tỷ lệ xích = 2 [ o  o/mm].

- Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị công như ta đã vẽ ở trên, ta tiến hành khai triển như sau:

+ Từ các điểm chia trên đồ thi Brick, dóng các đường thẳng song song với OP và cắt đồ thị công tại các điểm trên các đường biểu diễn các quá trình nạp, nén, cháy - giãn nở và thải Qua các giao điểm này ta kẻ các đường ngang song song với trục hoành sang hệ trục toạ độ OP 

+Từ các điểm chia trên trục O , kẻ các đường song song với trục OP, những đường này cắt các đường dóng ngang tại các điểm ứng với các góc chia của đồ thị Brick và phù hợp với quá trình làm việc của động cơ Nối các giao điểm này lại ta có đường cong khai triển đồ thị P - với tỷ lệ xích :kt 

- Cách vẽ đồ thị khai triển này giống như cách vẽ đồ thị khai triển P - α Tuy nhiên,kt trên đồ thị p - V thì giá trị của lực quán tính là – P nên khi chuyển sang đồ thị P-α taJ phải đổi dấu.

- Cộng các giá trị p với p ở các trị số góc tương ứng, ta vẽ được đường biểukt j  diễn hợp lực của lực quán tính và lực khí thể P : P = P + P [MN/m ]1 1 kt J 2

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong

1.7.4 Đồ thị khải triển P , P , P – α kt j 1

Giá trị đo (mm) Giá trị vẽ (mm) Giá trị thật

(MN/m2) α Pkt Pj P1=Pkt+pj -1.83

SVTH: Trần Phước Công GVHD: Trương Đình Phong 14

Bảng 1.5: Giá trị đồ thị khai triển Pkt, Pj, P1-α

Hình 1.6: Đồ thị khải triển Pkt, Pj, P1 – α

XÂY DỰNG ĐỒ THỊ T, Z, N – α

1.8.1 Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu trục khủy thanh truyền

Hình 1.7: Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

- Lực tiếp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:

- Lực pháp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:

- Lực ngang tác dụng lên phương thẳng góc với đường tâm xylanh:

- P được xác định trên đồ thị khai triển tương ứng với các giá trị của 1 

- Ta có giá trị của góc : sinβ = .sinα = arcsin(sin )

- Ta lập bảng xác định các giá trị N, T, Z Sau đó, ta tiến hành vẽ đồ thị N, T, Z theo  trên hệ trục toạ độ vuông góc chung (N, T, Z - ).

Bảng 1.6: Số liệu đồ thị T, N, Z-α

Giá trị thật Giá trị vẽ α β sin(α+β)/cos β cos(α+β)/cosβ T N Z Tbd Nbd Zbd

ĐỒ THỊ ∑T – α

Thứ tự làm việc của động cơ : 1 – 3 –4 – 2

Ta tính T trong 1 chu k ỳ góc công tác 

Khi trục khuỷu của xylanh thứ 1 nằm ở vị trí thì:

Khuỷu trục của xylanh thứ 2 nằm ở vị trí

Dựa vào bảng tính T ở trên, tra các giá trị tương ứng mà T đã tịnh tiến theo α.i

Sau đó, cộng tất cả các giá trị T lại ta có các giá trị của i T.

Tính giá trị của T tb bằng công thức:

+ N : công suất chỉ thị của động cơi

+ : Hiệu suất cơ giới, các loại động cơ đốt trong hiện nay nằm trong giới hạnm

+ n: là số vòng quay của động cơ, n = 3320 [vòng/phút]

+ F : là diện tích đỉnh pistonp

+ R: là bán kính quay của trục khuỷu

+ : là hệ số hiệu đính đồ thị công

 = 1 (Khi vẽ đã hiệu chỉnh đồ thị công)

ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN CHỐT KHUỶU

- Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu Từ đồ thị này ta có thể tìm trị số trung bình của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu cũng như có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất và lực bé nhất Dùng đồ thị phụ tải ta có thể xác định khu vực chịu lực ít nhất để xác định vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền ở trục.

- Vẽ hệ toạ độ T - Z gốc toạ độ O’ trục O’Z có chiều dương hướng xuống dưới.

- Chọn tỉ lệ xích : = = = 0,03 [MN/(mT Z p 2.mm)]

- Đặt giá trị của các cặp (T,Z) theo các góc tương ứng lên hệ trục toạ độ T - Z Ứng với mỗi cặp giá trị (T,Z) ta có một điểm, đánh dấu các điểm từ 0

 72 ứng với các góc  từ 0 0  720 Nối các điểm lại ta có đường cong biểu 0 diễn véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.

- Dịch chuyển gốc toạ độ Trên trục 0’Z (theo chiều dương) ta lấy điểm

0 với (lực quán tính ly tâm).

+ Lực quán tính ly tâm :

+ m : khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu to2 m2 = 0,7m = 0,91 [kg]tt

Với tỷ lệ xích ta dời gốc toạ độ O’ xuống O một đoạn O’O.Z

- Đặt lực về phía dưới tâm O’, ta có tâm O, đây là tâm chốt khuỷu.

ĐỒ THỊ KHAI TRIỂN Q(α)

Khai triển đồ thị phụ tải ở toạ độ độc cực trên thành đồ thị Q - rồi tính phụ tải trung bình Q tb

Lập bảng tính xây dựng đồ thị Q - α:

Tiến hành đo các khoảng cách từ tâm O đến các điểm a (Ti i, Zi) trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, ta nhận được các giá trị Q tương ứng Sau đói lập bảng Q - α:

Bảng 1.8: Giá trị đồ thị khai triển phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu α Tbd Zbd -Zbd Z0=-

1.13 ĐỒ THỊ MÀI MÒN CHỐT KHUỶU

- Đồ thị mài mòn của chốt khuỷu (hoặc cổ trục khuỷu ) thể hiện trạng thái chịu tải của các điểm trên bề mặt trục Đồ thị này cũng thể hiện trạng thái hao mòn lý thuyết của trục, đồng thời chỉ rõ khu vực chịu tải ít để khoan lỗ dầuSVTH: Trần Phước Công GVHD: Trương Đình Phong 30

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong theo đúng nguyên tắc đảm bảo đưa dầu nhờn vào ổ trượt ở vị trí có khe hở giữa trục và bạc lót của ổ lớn nhất Áp suất bé làm cho dầu nhờn lưu động dễ dàng.

- Sở dĩ gọi là mài mòn lý thuyết vì khi vẽ ta dùng các giả thuyết sau đây: + Phụ tải tác dụng lên chốt là phụ tải ổn định ứng với công suất

Ne và tốc độ n định mức;

+ Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 120 ; 0

+ Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải;

+ Không xét đến các điều kiện về công nghệ, sử dụng và lắp ghép

- Các bước tiến hành vẽ như sau:

+ Trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta vẽ vòng tâm O, bán kính bất kì Chia vòng tròn này thành 24 phần bằng nhau, tức là chia theo

15 o theo chiều ngược chiều kim đồng hồ, bắt đầu tại điểm 0 là giao điểm của vòng tròn O với trục OZ (theo chiều dương), tiếp tục đánh số thứ tự 1, 2, , 23 lên vòng tròn.

+ Từ các điểm chia 0, 1, 2, , 23 của vòng tròn O, ta kẻ các tia qua tâm O và kéo dài, các tia này sẽ cắt đồ thị phụ tải tại nhiều điểm, có bao nhiêu điểm cắt đồ thị thì sẽ có bấy nhiêu lực tác dụng tại điểm chia đó Do đó ta có :

+ i : Tại mọi điểm chia bất kì thứ i.

0, 1, , n: Số điểm giao nhau của tia chia với đồ thị phụ tải tại 1 điểm chia.

- Lập bảng ghi kết quả Q’i

- Vẽ vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho chốt khuỷu, chia vòng tròn thành

24 phần bằng nhau đồng thời đánh số thứ tự 0, 1, , 23 theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.

- Vẽ các tia ứng với số lần chia.

- Lần lượt đặt các giá trị Q0, Q1, Q 2, …, Q 23 lên các tia tương ứng theo chiều từ ngoài vào tâm vòng tròn Nối các đầu mút lại ta có dạng đồ thị mài mòn chốt khuỷu.

- Các hợp lực Q , Q , Q , …, Q được tính theo bảng sau:0 1 2 23

ĐỒ THỊ MÀI MÒN CHỐT KHUỶU

- Đồ thị mài mòn của chốt khuỷu (hoặc cổ trục khuỷu ) thể hiện trạng thái chịu tải của các điểm trên bề mặt trục Đồ thị này cũng thể hiện trạng thái hao mòn lý thuyết của trục, đồng thời chỉ rõ khu vực chịu tải ít để khoan lỗ dầuSVTH: Trần Phước Công GVHD: Trương Đình Phong 30

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong theo đúng nguyên tắc đảm bảo đưa dầu nhờn vào ổ trượt ở vị trí có khe hở giữa trục và bạc lót của ổ lớn nhất Áp suất bé làm cho dầu nhờn lưu động dễ dàng.

- Sở dĩ gọi là mài mòn lý thuyết vì khi vẽ ta dùng các giả thuyết sau đây: + Phụ tải tác dụng lên chốt là phụ tải ổn định ứng với công suất

Ne và tốc độ n định mức;

+ Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 120 ; 0

+ Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải;

+ Không xét đến các điều kiện về công nghệ, sử dụng và lắp ghép

- Các bước tiến hành vẽ như sau:

+ Trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta vẽ vòng tâm O, bán kính bất kì Chia vòng tròn này thành 24 phần bằng nhau, tức là chia theo

15 o theo chiều ngược chiều kim đồng hồ, bắt đầu tại điểm 0 là giao điểm của vòng tròn O với trục OZ (theo chiều dương), tiếp tục đánh số thứ tự 1, 2, , 23 lên vòng tròn.

+ Từ các điểm chia 0, 1, 2, , 23 của vòng tròn O, ta kẻ các tia qua tâm O và kéo dài, các tia này sẽ cắt đồ thị phụ tải tại nhiều điểm, có bao nhiêu điểm cắt đồ thị thì sẽ có bấy nhiêu lực tác dụng tại điểm chia đó Do đó ta có :

+ i : Tại mọi điểm chia bất kì thứ i.

0, 1, , n: Số điểm giao nhau của tia chia với đồ thị phụ tải tại 1 điểm chia.

- Lập bảng ghi kết quả Q’i

- Vẽ vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho chốt khuỷu, chia vòng tròn thành

24 phần bằng nhau đồng thời đánh số thứ tự 0, 1, , 23 theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.

- Vẽ các tia ứng với số lần chia.

- Lần lượt đặt các giá trị Q0, Q1, Q 2, …, Q 23 lên các tia tương ứng theo chiều từ ngoài vào tâm vòng tròn Nối các đầu mút lại ta có dạng đồ thị mài mòn chốt khuỷu.

- Các hợp lực Q , Q , Q , …, Q được tính theo bảng sau:0 1 2 23

PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CHUNG ĐỘNG CƠ THAM KHẢO

Chọn động cơ tham khảo

- Chọn động cơ tham khảo: CAYA

- Động cơ có hai trục cam trên nắp máy, gồm 16 xupap (mỗi máy có 4 xupap- hai nạp và hai thải) Trục cam đặt trên nắp máy cho phép làm giảm khối lượng các chi tiết trung gian chuyển động tịnh tiến (không có đũa đẩy) đảm bảo hoạt động ổn định cho cơ cấu phân phối khí ngay cả tại số vòng quay cao Trục cam được dẫn động bằng đai từ trục khuỷu.

- Các thông số kỹ thuật:

THÔNG SỐ KỸ THUẬT Yêu Cầu CAYA

Số xilanh/Số kỳ/Cách bố trí 4/4/In-Line 4/4/In-LineSVTH: Trần Phước Công GVHD: Trương Đình Phong 34

Tỷ số nén 7,5 16,5 Đường kính piston 75 79,5

Công suất cực đại/ số vòng quay

Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cascte ướt Cưỡng bức cascte ướt

Hệ thống làm mát Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng

Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng

Hệ thống nạp Turbo Charger Intercooler Turbo Charger

Hệ thống phân phối khí 8 valve, OHV 16 valve,

Bảng 2-1 Thông số kỹ thuật động cơ CAYA

Cơ cấu pittông,trục khuỷu, thanh truyền

Các piston được làm bằng hợp kim nhôm.

• Phần piston đầu sử dụng một phần đỉnh hình dạng côn để thực hiện hiệu quả đốt cháy nhiên liệu.

• Những váy pit-tông được phủ một lớp nhựa để giảm tổn thất ma sát.

• Các đường rãnh của vòng đầu được phủ alumite để đảm bảo khả năng chống mài mòn.

• Bằng cách tăng độ chính xác gia công của đường kính xi lanh khoan, đường kính ngoài của piston được làm thành một kích thước

Trên piston có 2 loại xéc măng là xéc măng khí và xéc măng dầu.

Xéc măng có nhiệm vụ là bao kín buồng cháy của động cơ và dẫn nhiệt từ đỉnh piston và thành xianh tới nước làm mát Mỗi piston được lắp 2 xéc măng khí vào 2 rãnh trên cùng của đầu piston Để xéc măng rả khít với thành xilanh nó được mạ một lớp thiếc Xéc măng khí phía trên được mạ Crôm đẻ giảm mài mòn Khi lắp, khe hở nhiệt của xec măng trong khoảng 0,25-0,6 mm để giảm hiện tượng khí lọt xuống cacte khi lắp đặt miệng xec măng phải cách nhau 180 Vật liệu chế tạo xéc o măng là thép hợp kim cứng Xec măng dầu được làm thù thép chống gỉ, có nhiệm vụ san đều lớp dầu trên bề mặt làm việc và gạt dầu từ thành xi lanh về cacte Xec măng dầu có các lỗ dầu và được lắp vào rãnh dưới cùng của piston Trong rãnh có lỗ nhỏ thông với khoang trống phía trong piston

Khe hở rãnh xéc măng động cơ CAYA

- Khe hở miệng xéc măng theo tiêu chuẩn

Thanh truyền là chi tiết dùng để nối piston với trục khuỷu và biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu Khi làm việc, thanh truyền chịu tác dụng của lực khí thể trong xilanh, lực quán tính của nhóm piston và lực quán tính của bản thân thanh truyền Thanh truyền có cấu tạo gồm 3 phần: Đầu nhỏ, thân và đầu to Nắp đầu to thanh truyền được bắt với thanh truyền bằng bulông biến dạng đàn hồi.

Vật liệu chế tạo thanh truyền phải có độ bền cơ học, độ cứng vững cao, thường là thép các bon hoặc thép hợp kim.

Hình 2.3: Kết cấu thanh truyền

Chốt pít tông là chi tiết nối pít tông và đầu nhỏ thanh truyền Tuy có kết cấu đơn giản nhưng chốt pít tông có vai trò rất quan trọng để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của động cơ Trong quá trình làm việc của mình chốt pít tông chịu lực va đập tuần hoàn, nhiệt độ cao và điều kiện bôi trơn khó khăn.

Chốt pít tông được chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phần hợp kim như crôm, măng gan với thành phần cacbon thấp chốt pít tông được sử lý tăng cứng và được mài bóng.

Chốt pít tông có dạng hình trụ rỗng Các mối ghép giữa chốt pít tông và pít tông, thanh truyền theo hệ trục để đảm bảo lắp ghép dễ dàng Chốt pít tông được lắp tự do ở cả hai mối ghép Khi lắp ráp mối ghép giữa chốt và bạc đầu nhỏ thanh truyền là mối ghép lỏng, còn mối ghép với bệ chốt là mối ghép trung gian, có độ dôi Phương pháp lắp này làm cho chốt mòn đều hơn và chịu mỏi tốt hơn nhưng khó bôi trơn mối ghép phải có kết cấu hạn chế di chuyển dọc trục của chốt.

Trục khuỷu là một trong những chi tiết máy quan trọng nhất, cường độ làm việc lớn nhất của động cơ đốt trong Công dụng của trục khuỷu là tiếp nhận lực tác dụng trên piston truyền qua thanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu để đưa công suất ra ngoài (dẫn động các máy công tác khác), trạng thái làm việc của trục khuỷu là rất nặng Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể, lực quán tính (quán tính chuyển động tịnh tiến và quán tính chuyển động quay) những lực này có trị số rất lớn thay đổi theo chu kỳ nhất định nên có tính chất va đập rất mạnh Ngoài ra các lực tác dụng nói trên còn gây ra hao mòn lớn trên các bề mặt ma sát của cổ trục và chốt khuỷu.Tuổi thọ của khuỷu trục, thanh truyền chủ yếu phụ thuộc vào tuổi thọ của trục khuỷu Có sức bền lớn, độ cứng vững lớn, trọng lượng nhỏ và ít mòn, có độ chính xác cao.

Hình 2.5: Kết cấu trục khuỷu

Trục khuỷu có 9 khối lượng cân bằng Phần góc lượn của cổ trục được lăn ép bề mặt Trên trục khuỷu có khoan các lỗ để dẫn dầu bôi trơn cho chốt khuỷu và cổ khuỷu.

+ Cơ cấu phân phối khí

• Mỗi xi lanh của động cơ này có 2 van nạp và 2 van xả, hiệu quả hút và xả được tăng lên do tổng khu vực cảng lớn hơn.

• Động cơ này sử dụng cánh tay lăn hỏa tiễn gắn liền với vòng bi kim Điều này làm giảm ma sát xảy ra giữa cam và các khu vực mà đẩy van xuống, do đó cải thiện nền kinh tế nhiên liệu.

• Một điều chỉnh đòn thủy lực, trong đó duy trì phá không van liên tục thông qua việc sử dụng dầu áp lực và lực lò xo, được sử dụng.

• Các trục cam lượng được điều khiển bởi trục khuỷu qua xích dẫn động trục cam sơc ấp Các trục cam xả được điều khiển bởi trục cam tương ứng thông qua các xích dẫn động thứ cấp.

• Động cơ này sử dụng một hệ thống VVT-i kép mà điều khiển van nạp và xả trục cam để cung cấp thời gian van tối ưu theo điều kiện lái xe Với việc áp dụng này, tiêu thụ nhiên liệu thấp, hiệu suất động cơ cao hơn, và lượng khí thải ít hơn đã đạt được.

Cơ cấu phối khí bao gồm tất cả các cụm, các chi tiết và các kết cấu

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong với chức năng đảm bảo quá trình trao đổi khí giữa xylanh động cơ với môi trường bên ngoài trong các quá trình nạp khí vào xylanh và thải các sản phẩm cháy từ xylanh ra môi trường bên ngoài.

Yêu cầu đối với cơ cấu phối khí đó là:

- Nạp đầy và thải sạch ở mọi chế độ làm việc của động cơ.

- Tiếng ồn thấp, khả năng bao kín tốt.

- Độ bền và độ tin cậy làm việc cao.

- Dễ dàng lắp ráp thay thế chi tiết và sửa chữa bảo dưỡng điều chỉnh. Với cơ cấu phối khí xupáp treo bảo đảm cho buồng cháy nhỏ gọn, chống cháy kích nổ tốt nên có thể tăng được tỉ số nén và làm cho dạng đường thải, nạp thanh thoát, khiến sức cản khí động giảm nhỏ, đồng thời do có thể bố trí xupáp hợp lí hơn nên có thể tăng được tiết diện lưu thông của dòng khí khiến hệ số nạp tăng Cấu tạo cơ cấu phối khí gồm các chi tiết chính sau: trục cam, xupáp

Giữa thân và tán nấm có bán kính góc lượn lớn để cải thiện tình trạng lưu thông của dòng khí nạp vào xylanh, đồng thời tăng độ cứng vững cho xupáp, giảm được trọng lượng Phần đuôi được tôi cứng.

Xupáp thải làm bằng thép chịu nhiệt Phần đuôi được tôi cứng để tránh mòn và có rãnh để lắp móng hãm giữa đuôi xupáp và lò xo xupáp Móng hãm hình côn gồm 2 nửa với kiểu lắp này có kết cấu đơn giản, độ an toàn cao,và không gây nên ứng suất tập trung trên đuôi xupáp Để dễ sửa và tránh hao mòn cho nắp xylanh ở chỗ lắp xupáp người ta lắp ống dẫn hướng ống dẫn hướng có dạng hình trụ rỗng được đóng ép vào nắp xilanh đến một khoảng cách nhất định.

+ Đế xupáp hình ống, mặt trong được vát góc theo góc vát của tán nấm và được đóng trên nắp máy

+ Lò xo xupáp hình trụ hai đầu được quấn sít với nhau và mài phẳng.SVTH: Trần Phước Công GVHD: Trương Đình Phong 40

- Các trục cam được làm bằng hợp kim gang.

THIẾT KẾ CƠ CẤU PISTON THANH TRUYỀN

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ CẤU PISTON THANH TRUYỀN

Nhóm piston gồm có piston, chốt piston, xéc măng khí, xéc măng dầu, vòng hãm chốt.

Trong quá trình làm việc của động cơ, nhóm piston có các nhiệm vụ chính sau đây:

+ Tạo thành buồng cháy tốt ,bảo đảm bao kín buồng cháy, giữ không để khí cháy lọt xuống cácte và dầu nhờn không sục lên buồng cháy.

+ Tiếp nhận lực khí thể P và truyền lực này cho thanh truyền để làm quay trụcz khuỷu đưa công suất ra ngoài Trong các quá trình nén, piston nén khí nạp và trong quá trình thải, piston làm nhiệm vụ như một bơm đẩy và quét khí.

3.1.1.1 Điều kiện làm việc và yêu cầu của piston a Điều kiện làm việc:

Piston là một chi tiết máy quan trọng của động cơ đốt trong Trong quá trinh làm việc của động cơ, piston chịu tải trọng cơ học và tải trọng nhiệt rất lớn ảnh hưởng xấu đến độ bền, tuổi thọ của piston.

-Tải trọng cơ học: chủ yếu là do lực khí thể và lực quán tính gây nên Các lực này biến thiên theo chu kỳ nên đã gây ra va đập dữ dội giữa các chi tiết máy của nhóm piston với xy lanh và thanh truyền, làm piston bị biến dạng và đôi khi làm hỏng piston.

-Tải trọng nhiệt : do tiếp xỳc với nhiệt độ rất cao trong quỏ tơnh chỏy nờn nhiệt độ phần đỉnh piston thường rất cao.

+ Gây ra ứng suất nhiệt lớn có thể làm rạn nứt cục bộ, giảm độ bền của piston.+ Gây ra biến dạng nhiệt khiến piston bị bó kẹt trong xy lanh và làm tăng maSVTH: Trần Phước Công GVHD: Trương Đình Phong 48

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong sát giữa piston và xy lanh.

+ Giảm hệ số nạp làm giảm công suất của động cơ.

+ Làm dầu nhờn nhanh chóng bị phá hủy

+ Đối với động cơ xăng, nhiệt độ đỉnh quỏ cao c ên thường gõy ra hiện tượng cháy sớm và kích nổ.

- Ma sỏt và ăn mũn húa học: trong quỏ tơnh làm việc bề mặt thõn piston thường làm việc ở trạng thái ma sát nửa khô do thiếu dầu bôi trơn Do đỉnh piston luôn tiếp xúc với khí cháy nên bị ăn mòn hóa học bởi các thành phần axít sinh ra trong quá trình cháy b Yêu cầu:

- Dạng đỉnh piston tạo thành buồng cháy tốt nhất

- Tản nhiệt tốt để tránh kích nổ và bó kẹt

- Có trọng lượng nhỏ để giảm lực quán tính

- Đủ bền và đủ độ cứng vững để tránh biến dạng quá lớn

- Đảm bảo bao kín buồng cháy để công suất động cơ không giảm sút và ít hao dầu nhờn.

3.1.1.2 Kết cấu của piston a Đỉnh piston Đỉnh piston là phần trên cùng của piston cùng với xylanh và nắp xylanh tạo thành buồng cháy. Đỉnh piston của động cơ CAYA là đỉnh lõm, buồng cháy tạo ra xoáy lốc nhẹ, cải thiện được quá trình cháy. b Đầu piston Đầu piston bao đỉnh piston và vùng đai lắp các xéc măng làm nhiệm vụ bao kín Trên bề mặt trụ ngoài của piston có lắp 3 rảnh để lắp xéc măng: 2 rảnh lắp xéc măng khí, 1 rảnh lắp xéc măng dầu Vì kết cấu của đầu piston không có rảnh chắn nhiệt nên xéc măng khí thứ nhất phải làm việc trong điềuSVTH: Trần Phước Công GVHD: Trương Đình Phong 49

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong kiện quá nóng, tuy vậy nhờ được bố trí gần khu vực nước làm mát do đó điều kiện làm việc của nó được cải thiện hơn Khi tính toán thiết kế đầu piston cần chú ý giải quyết 3 vấn đề: tản nhiệt, vấn đề bao kín và sức bền.

Thân piston làm nhiệm vụ dẫn hướng cho piston dẫn động trong xylanh và chịu lực ngang N.

Chiều dài thân piston của động cơ cao tốc là thân thường ngắn và vát bớt hai bên hông.

Vị trí của lỗ bệ chốt: trong động cơ xăng cao tốc,lỗ bệ chốt thường để lệch khỏi đường tâm xylanh tạo thành cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền vừa cải thiện quá trình nạp vừa giảm lực ngang N nên động cơ vận hành êm Độ lệch của lỗ bệ chốt về phía chiều quay thường từ 2 3 mm.

- Dạng thân piston thường không phải là hình trụ mà tiết diện ngang thường có dạng hình ô van hoặc vát ngắn phía hai đầu bệ chốt Để tăng độ cứng vững cho piston, phần thân piston làm vành đai Ngoài ra, khi cần điều chỉnh trọng lượng giữa các piston, ta có thể cắt bỏ một phần kim loại ở phần chân piston.

3.1.1.3 Tính nghiệm bền của piston a Xác định các kích thước cơ bản

Hình 3.1 Sơ đồ tính toán pistonSVTH: Trần Phước Công GVHD: Trương Đình Phong 50

 Chiều dày đỉnh không có làm mát đỉnh: ( 0,04 – 0,07 ).D

 Khoảng cách c từ đỉnh đến xéc măng thứ nhất: ( 1 - 2).

 Đường kính bệ chốt d : ( 1,3 – 1,6 ).db cp

 Đường kính trong chốt d : ( 0,6 – 0,8 ).d0 cp

 Chiều dày phần thân s : (2 – 5)mm1

Ta chọn: 4 [ mm ] b Điều kiện tải trọng

Piston chịu lực khí thể P , lực quán tính và lực ngang N, đồng thời chịu kt tải trọng nhiệt không đều Khi tính toán kiểm nghiệm bền thường tính với điều kiện tải trọng lớn nhất.

Nhóm thanh truyền gồm có: thanh truyền, bu lông thanh truyền và bạc lót Trong quá trình làm việc, nhóm thanh truyền truyền lực tác dụng trên piston cho trục khuỷu, làm quay trục khuỷu.

3.2.1.1 Điều kiện làm việc và vật liệu chế tạo của thanh truyền a Điều kiện làm việc của thanh truyền

Thanh truyền là chi tiết nối với piston và trục khuỷu nhằm biến chuyển động tĩnh tiến của piston thành chuyển động quay tròn của trục khuỷu.

Trong quá trình làm việc, thanh truyền chịu tác dụng của các lực :

- Lực khí thể trong xy lanh

- Lực quán tính chuyển động tĩnh tiến cảu nhóm piston

- Lực quán tính của thanh truyền

Các lực này thay dổi theo chu kỳ,vì vậy tải trọng tác dụng lên thanh truyền là tải trọng động

Dưới tác dụng của các lực đó, thân thanh truyền bị nén, uốn dọc, uốn ngang ; đầu nhỏ thanh truyền bị biến dạng méo; nắp đầu to bị uốn và kéo. b Vật liệu chế tạo của thanh truyền

Vật liệu chế tạo thanh truyền thường là thép cacbon và thép hợp kim tùy theo từng loại động cơ.

3.2.1.2 Kết cấu của thanh truyền

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong a Đầu nhỏ thanh truyền

Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền phụ thuộc vào kích thước và phương pháp lắp ghép chốt piston lên thanh truyền.

Khi lắp chốt tự do: đầu nhỏ thanh truyền có dạng hình trụ rỗng.

Khi lắp chốt tự do, phải chú ý bôi trơn mặt chốt piston và bạc lót đầu nhỏ. Thông thường dầu nhờn được đưa lên bôi trơn mặt chốt và bạc lót đầu nhỏ bằng đường dẫn dầu khoan dọc trong thân thanh truyền.

Hình 3.6 Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền b Thân thanh truyền

Chiều dài l của thanh truyền phụ thuộc vào thông số

Tiết diện ngang của thân thanh truyền như hình 3.7

Hình 3.7 Tiết diện thân thanh truyền

Loại thân thanh truyền có tiết diện chữ I hình 3.7 a,b được ứng dụng rỗng rãi trong các động cơ.

Loại thân thanh truyền có tiết diện chữ nhật và ô van rất đơn giản trong chế tạo thuoừng dùng cho động cơ mô tô, xe máy, xuồng máy và các động cơ xăng cở nhỏ. c Đầu to thanh truyền

Kết cấu đầu to thanh truyền phải đảm bảo các yêu cầu sau đây :

- Có độ cứng vững lớn để bạc lót không bị biến dạng.

- Kích thước nhỏ gọn để lực quán tính nhỏ , giảm được tải trọng lên chốt khuỷu, ổ trục đồng thời giảm kích thước hộp trục khuỷu và tạo khả năng đặ trục cam gần trục khuỷu làm cho buồng cháy động cơ dùng cơ cấu xu pắp đặt nhỏ gọn hơn.

- Chổ chuyển tiếp giữa thân và đầu to phải có góc lượn để tăng độ cứng vững.

Tiêu đề	Kết Cấu Tính Toán Động Cơ Đốt Trong
Tác giả	Trần Phước Công
Người hướng dẫn	Trương Đình Phong
Trường học	Trường Đại học Duy Tân
Chuyên ngành	Cơ Khí
Thể loại	Đồ án CDIO 3
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Đà Nẵng

Định dạng
Số trang	65
Dung lượng	3,68 MB