CHƯƠNG I. TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 3 1.1. Tổng quan về các phương pháp tính toán CTCT của động cơ 3 1.2. Giới thiệu về động cơ mẫu và các thông số đầu vào phục vụ tính toán 4 1.2.1.Số liệu ban đầu 4 1.3.1. Quá trình nạp 7 1.3.2.Tính toán quá trình nén 8 1.3.3 Tính toán quá trình cháy 10 1.3.4 Tính toán quá trình giãn nở 12 1.3.5 Tính toán các thông số chu trình công tác 13 1.4. Vẽ và hiệu đính đồ thị công 15 1.4.1 Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công 17 1.4.2 Lần lượt hiệu định các điểm trên đồ thị 17 CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC 20 2.1 Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học 20 2.1.1 Đường biểu diễn hành trình của piston x = ƒ(α) 20 2.1.2 Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α) 20 2.1.3 Đường biểu diễn gia tốc của piston j = f( x) 21 2.2 Tính toán động lực học 22 2.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến 22 2.2.2 Các khối lượng chuyển động quay 23 2.2.3 Lực quán tính 23 2.2.4 Vẽ đường biểu diễn lực quán tính –Pj=f(x) 24 2.2.5 Đường biểu diễn v = ƒ(x) 26 2.2.6 Khai triển đồ thị công P–V thành p =ƒ(α) 26 2.2.8 Vẽ đồ thị PΣ = ƒ(α) 27 2.2.9 Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T = ƒ(α) và đồ thị lực pháp tuyến Z = ƒ(α) 27 2.2.10 Vẽ đường biểu diễn ΣT = ƒ(α) của động cơ nhiều xy lanh 31 2.2.11 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 33 2.2.12 Vẽ đường biểu diễn Q = f( α) 34 2.2.13 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu 35 CHƯƠNG III. TÍNH NGHIỆM BỀN CÁC CHI TIẾT CHÍNH 38 3.1 Tính nghiệm bền thanh truyền 38 Số liệu tính nghiệm bền động cơ IFA-W50 38 3.1.1 Tính bền đầu nhỏ 39 3.1.2 Tính bền thân thanh truyền 43 3.1.3 Tính bền đầu to thanh truyền 45 3.2 Tính bền bu lông thanh truyền 47 KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50
Giới thiệu về động cơ mẫu và các thông số đầu vào phục vụ tính toán
Số liệu ban đầu
1- Công suất của động cơ Ne: Ne = 118 (mã lực)= 118*0,736 = 86,848 (kW) 2- Số vòng quay của trục khuỷu n: n = 2350 (vg/ph)
3- Đường kính xi lanh D: D = 120 (mm) 4- Hành trình piton S : S = 145 (mm)
5- Dung tích công tác Vh :Vh = π × D 2 × S
7- Tỷ số nén ε : ε = 18,78- Thứ tự làm việc của xilanh: 1 – 3 – 4 – 2 9- Suất tiêu hao nhiên liệu ge : g e = 188 (g/ml.h) 8/0,736= 255,434 (g/kW.h)
10- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp nạp α1 ; α2 : α1 =8 (độ) α2 8 (độ)
11- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp thải β 1 , β 2 : β 1 = 44 (độ) β 2 = 8 (độ) 12- Chiều dài thanh truyền ltt: ltt = 280 (mm)
13- Khối lượng nhóm pitton mpt: mpt = 3,5 (kg) 14- Khối lượng nhóm thanh truyền mtt: mtt = 4 (kg) 15 – Động cơ diezen không tăng áp,
Các thông số cần chọn 1 )Áp suất môi trường :p k Áp suất môi trường pk là áp suất khí quyển trước khi nạp vào đông cơ (với động cơ không tăng áp 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 (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: p a =(0,8-0,9).pk =(0,8-0,9) ¿ 0,1 = 0,08-0,09 (MPa) Căn cứ vào động cơ IFA-W50 đang tính ta chọn: p a = 0,09 (Mpa)
4 )Áp suất khí thải P : Áp suất khí thải cũng phụ thuộc giống như p Áp suất khí thải có thể chọn trong phạm vi : p= (1,10-1,15).0,1 =0,11-0,115 (MPa) chọn P =0,11 (MPa)
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 diezel : ∆T = 20ºK - 40ºK Ta chọn: ∆T = 20ºK
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 - 900 ºK Ta chọn : T = 800 ºK
7 )Hệ số hiệu định tỉ nhiêt λ :
Hệ số hiệu định tỷ nhiệt λ được lựa chọn dựa trên hệ số dư lượng không khí α Thường có thể chọn λ theo bảng dưới đây:α | λ -| -0,8 | 1,131,0 | 1,171,2 | 1,141,4 | 1,11Đối 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 =1,02
10 )Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ :
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ,ξ phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ Với các loại đ/c điezen 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 đ/c điezen ta thường chọn : ξ =0,80-0,90 ta chọn ξ=0,9
12 )Hệ số hiệu chỉnh đồ thị công φ :
Chu trình thực tế luôn sai lệch so với chu trình lý thuyết do một số yếu tố như ma sát, tản nhiệt, xâm nhập không khí vào buồng đốt, Sự sai lệch này ở động cơ xăng nhỏ hơn động cơ diesel nên hệ số rẽ toàn bộ (φ) của động cơ xăng thường lớn hơn.
Có thể chọn φ trong phạm vi: φ =0,92-0,97 Nhưng đây là đ/c điezel nên ta chọn φ =0,93
1.3 Tính toán các quá trình công tác của động cơ
Quá trình nạp
Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót m =1,45÷1,5 Chọn m =1,5 γ r 1×(297+ 20) 800 × 0,11
2 )Nhiệt độ cuối quá trình nạp T
Nhiệt độ cuối quá trình nạp T đươc tính theo công thức:
Lượng khí nạp mới M được xác định theo công thức sau :
3 × p k × η v g e × p e ×T K (kmol/kgnhiên liệu) Trong đó p là áp suất có ích trung bình được xác định thao công thức sau: p = 30× N V e × τ h ×n × i = 30× 1,64 86.848 ×2350 × × 4 4 = 0,6764(MPa)
5 )Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M :
Lượng kk lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M được tính theo công thức :
(kmol/kg) nhiên liệu Vì đây là đ/c điezel nên ta chọn 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 = \f(M,M = 0,7145 0,4946 = 1,4445
Tính toán quá trình nén
2 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phạm cháy :
Khi hệ số dư lượng không khí α >1 tính theo công thức sau :
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 8 , 314 a v ' + b v '
Ta chọn n 1 của vế phải là n 1 VT =1,3681 thay vào phương trình trên ta có n 1 VT −1= 8,314
Sau khi chọn các giá trị của n ta thấy n =1,3666 thõa mãn điều kiện bài
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 :
Tính toán quá trình cháy
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+ΔM,M M,M ΔM,M = 1+ \f( M,M ΔM,M Trong đó độ tăng mol ΔM của các loại động cơ được xác định theo công thứcM của các loại động cơ được xác định theo công thức sau: ΔM của các loại động cơ được xác định theo công thứcM = 0,21 ¿ (1-α) ¿ M + ( \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 thứcM = ( \f(H,4 + \f(O,32 ) Do đó β = 1 +
2 )Hệ số thay đổi phân tử 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( +ΔM,M ,1+ΔM,M β+γ,1+γ γ,1+γ γ,1+γ = 1,044 1+0,027 +0,027 = 1,043
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+ΔM,M β+γ,1+γ γ,1+γ ¿ χ Trong đó χ = \f( , ξ,ξ ξ,ξ 0, 7 0, 777 0,9
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 thứcM = β M = 1,0442 ¿ 0,7145 = 0,746
* Đối với động cơ điezel,tính nhiệt độ T bằng cách giải pt cháy : ξ z × Q H M 1 × (1+ γ r ) + ( m c v
Q : là nhiệt trị của dầu điezel , Q B,5.10( 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 ct
= 20,755+ 2,64.10 -3 Tz = a''z + (b''z/2) T Chỉnh lý lại ta có :
= 29,069 + 2,64.10 -3 Tz = a'' + (b'' /2) T (2) Thay (2) vào (1) ta được:
Giải phương trình trên ta được :
Ta có áp suất tại điểm z p được xác định theo công thức p = λ Pc = 10,38 ( MPa ) Với λ là hệ số tăng áp λ= β T T z c ρ
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 đảm bảo ρ Q = 42500 (kJ/kg n.l) Qua kiệm nghiêm tính toán thì ta chọn đươc n =1,191.Thay n vào 2 vế của pt trên ta so sánh ,ta thấy sai số giữa 2 vế < 0,2% nên n chọn là đúng
4)Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T :
5 )Áp suất cuối quá trình giãn nở p : Áp suất cuối quá trình giãn nở P được xác định theo CT :
6 )Tính nhiệt độ khí thải T :
Ta tính được T = 823,92 ( ºK ).So sánh với nhiệt độ khí thải đã chon ban đầu T thỏa mãn điều kiện không vượt quá 15 %
Tính toán các thông số chu trình công tác
Đây là đông cơ điezel áp suất chỉ thị trung bình P'được xác định theo công thức p i , = p c ε −1 [ λ ( ρ−1)+ n λ ρ 2 −1 ( 1− δ n 1 2 −1 ) − n 1 1 −1 ( 1− ε n 1 1 −1 ) ]
Thay s v o ta có: ố vào ta có: ào ta có: p i , = 4,945 18,7 −1 [ 2,1 (1,108−1)+ 1,2023−1 2,1.1,108 ( 1− 16,874 1 1,2023−1 ) − 1,3681−1 1 ( 1− 18,7 1,3681−1 1 ) ] =0,9622( Mpa)
Qua tính toán thực nghiệm ta tính được P' = 0,9622 (MPa)
2 )Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p :
Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đó ta có áp suất chỉ thị trung bình, trong thực tế được xác định theo công thức : p= p' i φ = 0,9622.0,93 = 0,9237 (MPa) Trong đó φ ’hệ số hiệu đính đồ thị công chọn theo tính năng và chung loại đông cơ.
3 )Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g :
Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g: g i = 432.1 0 3 η v P k M 1 P i T k = 432.1 0 3 0,75.0,1
Ta có công thức xác định hiệu suất chỉ thị η : η i = 3,6.1 0 3 g i Q H
5 )Áp suất tổn thất cơ giới P : Áp suất tổn thất cơ giới được xác định theo nhiều công thức khác nhau và đươc biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ.Ta có tốc độ trung bình của động cơ là :
30 = 11,358 (m/s) Đối với động cơ diesel cao tốc dùng cho ô tô
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 e i p p = 73,29 %
8 )Suất tiêu hao nhiên liệu g :
Ta có có thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là: g= \f(g,η = 0,73,29 187,03 %5,19 (g/kW.h)
Ta có có thức xác định hiệu suất có ích η được xác định theo công thức: η = η η= 0,331
10 )Kiểm nghiêm đường kính xy lanh D theo công thức :
3,14.145 9,94 (mm)Ta có sai số so với đề bài là :0,06< 0,1 (mm), (thỏa mãn điều kiện)
Vẽ và hiệu đính đồ thị công
Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công
Ta chọn tỷ lệ xích của hành trình piston S là: μ S = ¿t S gtb d S = S
Vì gtbd Vmax – gtbd Vmin = 212-12 0 (mm) Thông số kết cấu của động cơ là: λ= R l tt = S
Khoảng cách OO ’ là: OO ' = λ R 2 = 0,2589.145 2 /2 =9,385 (mm) Giá trị biểu diễn OO ’ trên đồ thị: gtbd O O ' = ¿ t O O ' μ S = 9,385 0,725 ,945 (mm)
Ta có nửa hành trình của pistông là: R= S 2 = 145 2 r,5 (mm) Giá trị biểu diễn R trên đồ thị: gtbd R = ¿ t R μ S = 72,5 0,725 0 (mm).
OO ' và gtbd R ta có thể vẽ được vòng tròn Brick
Lần lượt hiệu định các điểm trên đồ thị
1 ) Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp : (điểm a)
Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc đóng muộn xupáp thải β , bán kính này cắt đường tròn tại điểm a Từ a’ gióng đường thẳng song song với trục tung cắt đường P tại điểm a’ Nối điểm r trên đường thải ( là giao điểm giữa đường P và trục tung ) với a 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 (động cơ điezel ) và hiện tượng đánh lửa sớm (động cơ xăng ) 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 điezel :
P’ = P+ \f(1,3.( P - P ) = 4,9459 + \f(1,3 ( 10,3864 – 4,9459) = 6,7594 ( MPa ) Từ đó xác định được tung độ điểm c’ trên đồ thị công : y = p
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 hoặc góc đánh lửa 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’
Điểm đạt áp suất p thực tế cao nhất trong quá trình cháy - giãn nở không cố định như động cơ diesel (đoạn ứng với ρ.V) nhưng cũng không đạt giá trị lý thuyết như động cơ xăng Trên thực nghiệm, áp suất cao nhất đạt tại điểm khoảng 372° ÷ 375° (ứng với 12° ÷ 15° sau điểm chết trên của quá trình cháy và giãn nở).
Hiệu định điểm z của động cơ điezel :
- Cắt đồ thị công bởi đường pz = 6,88 (MPa), vậy ta có giá trị biểu diễn đường pz là : y = pz = 0,02752 6,88 = 250 (mm) - Xác định điểm z từ góc 15º Từ điểm O΄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’.
Điểm kết thúc giãn nở bị lệch so với lý thuyết chủ yếu do xú páp xả mở sớm, khiến áp suất cuối thực tế thấp hơn áp suất cuối lý thuyết Có thể xác định điểm kết thúc giãn nở thực tế (điểm b'') từ công thức kinh nghiệm.
P= P+ \f(1,2.( P - P ) = 0,11 + \f(1,2 ( 0,3475- 0,11 ) = 0,2287 (MPa) Từ đó xác định tung độ của điểm b’’ là : y = p μ b ,, p
= 0,04154 0,2287 = 5,506 ( mm )Sau khi xác định b', b'' dùng cung thích hợp nối hợp với đường rr Như vậy ta đã có đò 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 ( 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 ( 0,6 ÷ 0,7 ) ( mm/độ ) ở đây ta chọn tỉ lệ xích 0,6 mm/độ
2 Chọn gốc tọa độ cách gốc cách độ thị công khoảng 15 ÷ 18 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) ta được các điểm xác định 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).
2.1.2 Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α)
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn tốc độ của píton v = f(α) Theo phương pháp đồ thị vòng Tiến hành theo các bước cụ thể sau:
1.Vẻ nửa vòng tròn tâm O bán kính R ,phía dưới đồ thị x = f(α) Sát mép dưới của bản vẽ
2 Vẽ vòng tròn tâm O bán kính O' 3 Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R và vòng tròn tâm O bán kính là Rλ/2 thành 18 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 Rλ/2 tại các điểm a,b,c,….
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) 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 Ở đây ta chọn μ = 80 (m/s mm ) 2.Ta tính được các giá trị :
- Ta có vận tóc góc : ω = \f( n,30 π.S = 2350.3,14 30 = 245,967 (rad /s ) - Gia tốc cực đại : j max = R.ω ( 1 + λ ) = 72,5.10.245,967.(1 + 0,2589) = 5521,9 ( m/ s)
( Trong đó: λ= R l tt ) - Vậy ta được giá trị biểu diễn jlà : gtbd j max = max \a\ac\vs0( \f(gtt,μ = 5216,2 80 = 69,02 ( mm ) - Gia tốc cực tiểu : j = –R.ω.( 1– λ ) = -72,5.10.245,967.(1- 0,2589) = –3250,6 ( m/ s) Vậy ta được giá trị biểu diễn của j là : gtbd\a\ac\vs0( = \a\ac\vs0( \f(gtt,μ = −3250,6 80 = –40,63 (mm) - Xác định vị trí của EF :
EF = –3.R.λ.ω = –3.72,5.10.0,2589.245,967 = -3406,787 ( m/s ) Vậy giá trị biểu diễn EF là : gtbd = \f(gtt,μ = −3406,787 80 = -42,58 ( mm )3 Từ điểm 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 phíaBD Nối CF với FD ,chia các đoạn này làm 4 phần , nối 11’, 22’, 33’ …Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11’, 22’, 33’ …ta được đường cong biểu diễn quan hệ j = ƒ(x)
Tính toán động lực học
2.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến
Khối lượng nhóm piton (mpt) là 3,5 kg Khối lượng của thanh truyền được phân bố về tâm chốt piston Có thể tra cứu khối lượng thanh truyền (m) trong các sổ tay Nếu không có thông tin trong sổ tay, có thể cân các chi tiết để xác định khối lượng thực tế hoặc tính gần đúng dựa trên bản vẽ.
+ ) Hoặc có thể tính theo công thức kinh nghiêm sau : Đối với động cơ điezel ta có : m = (0, 28 0,29) m tt Trong đó m tt là khối lượng thanh truyền mà đề bài đã cho.
Ta chọn m = 0,28 m = 0,28 4= 1,12 Vậy ta xác định đươc khối lượng tịnh tiến mà đề bài cho là : m = m + m = 3,5 + 1,12 = 4,62 (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 = 1 = 4 – 1,12= 2,88 - Khối lượng của chốt trục khuỷu : m m = π \f(.l,4 ρ Trong đó ta có : d : Là đường kính ngoài của chốt khuỷu : δ : Là đường kính trong của chốt khuỷu : l : Là chiều của chốt khuỷu : ρ : Là khối lượng riêng của vật liệu làm chốt khuỷu ρ : 7800 Kg/ m = 7,8.10 Kg/ mm
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= 145/2 r,5 (mm)
1) Lực quán tính chuyển động tịnh tiến :
P = - m.j = -m.R.ω.(cos α + λ.cos 2α) = -4,62.72,5.245,967 2 10 -6 (cosα + λ.cos 2α) , [Mpa]Mpa]
Bảng 2: Tính giá trị P j góc (angle) (rad) cos(α)+… pj=-m.R.ω2 ( cos α + λ.cos 2α ) GTBD
2.2.4 Vẽ đường biểu diễn lực quán tính –Pj=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(x) (tức cùng chiều với j = ƒ(x))
Ta tiến hành theo bước sau : 1 ) Chọn tỷ lệ xích để vẽ của P j là μ (cùng tỉ lệ xích với áp suất p ) (MPa/mm), tỉ lệ xích μ cùng tỉ lệ xích với hoành độ của j = ƒ(x)
Chú ý : Ở đây lực quán tính p sở dĩ có đơn vị là MPa (tính theo đơn vị áp suất ) bởi vì được tính theo thành phần lực đơn vị (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 : - Diện tích đỉnh piston :
F = \f( D,4 π.S = π ¿ ¿ ( m ) - Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cực đại :
=> P = 2,257 ( Mpa) -Vậy ta được giá trị biểu diễn là : gtbd\a\ac\vs0( = ¿ t μ Pjmax p = 0,04154 2,257 = 54,33 ( mm ) -Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cực tiểu :
=> P = 1,329 (Mpa)-Vậy ta được giá trị biểu diễn P jmin là : gtbd\a\ac\vs0( = \a\ac\vs0( \f(gtt,μ = 0,04154 1,329 = 31,99 ( mm ) -Ta xác định giá trị E’F’ là :
-Vậy ta được giá trị biểu diễn của E’F’ là : gtbd = \a\ac\vs0( \f(gtt,μ = 0,04154 1,392 = 33,53 (mm ) 3 ) Từ điểm A’ tương ứng điểm chết trên lấy A’C’ = P từ điểm B tương ứng với điểm chết dưới lấy B’D’ = P ; nối C’D’ cắt trục hoành ở E’ ; lấy E’F’ về phía B’D’ Nối C’F’ và F’D’ ,chia các đoạn này ra làm 4 phần , nối 11, 22 , 33.Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11, 22, 33, ta đuợc đường cong biểu diễn quan hệ –P = ƒ(x)
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn quan hệ v = ƒ(x) dựa trên 2 đồ thị là đồ thị đó là x = ƒ(x) và đồ thị v = ƒ(x) (sử dụng theo phương pháp đồ thị vòng ).Ta tiến hành theo đồ thị sau :
Từ các điểm đã chia độ sẵn có trên cung đồ thị Brik, ta kẻ các đường song song với trục tung ứng với các giá trị góc quay α = 10°, 20°, 30°, Các đường này chia đồ thị Brik thành nhiều cung nhỏ.
2 ) Đặt các giá của vận tốc v này (đoạn thăng biểu thị giá trị của v có 1 đầu mút thuộc đồ thị v = ƒ(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(x).
3 ) Nối các điểm trên đồ thị ta được đường biểu diễn quan hệ v = ƒ(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).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 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 (MN/mm) 3 ) Từ các điểm chia trên đồ thị Brick ta xác định trị số của P tương ứng với các góc α rồi đặt các giá trị này trên đồ thị 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 có độ dốc tăng trưởng và đột biến lớn của p từ 330° ÷ 400° ,nên lấy thêm điểm ở đoạn này để vẽ được chính xác.
4 ) Nối các điểm xác định theo 1 đường cong trơn ta thu được đồ thị biểu diễn quan hệ P = ƒ(α)
2.2.7 Khai triển đồ thị P = ƒ(x) thành P = ƒ(α) Đồ thị P = ƒ(x) biểu diễn trên đồ thị công có ý nghĩa kiểm tra tính năng tốc độ của động cơ Nếu động cơ ở tốc độ cao đương này thế nào cũng cắt đường nén ac Động cơ tốc độ thấp, 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.
TÍNH NGHIỆM BỀN CÁC CHI TIẾT CHÍNH
Tính nghiệm bền thanh truyền
Số liệu tính nghiệm bền động cơ Yamz236
1 §êng kÝnh ngoài chèt khuûu dch 91 mm
2 §êng kÝnh trong chèt khuûu ch 110
3 Đờng kính ngoài cổ khuỷu dck 0 mm
4 Đờng kính trong cổ khuỷu ck 0
5 Khối lợng riêng vật liệu làm trục khuûu 7800 kg/m 3
6 Chiều dài chốt khuỷu lch 207 mm
7 Chiều dài cổ trục lck 70 mm
8 Các kích thớc của má khuỷu b, h 4,54
9 Khối lợng ly tâm của má khuỷu Khoảng cách từ trọng tâm phần khối lợng ly tâm đến tâm quay Khoảng cách a mmk rmk a
10 Khối lợng đối trọng Khoảng cách từ trọng tâm đối trọng đến tâm quay
Thông số Động cơ xăng Động cơ Diesel Đường kính ngoài bạc d1 (1,1-1,25)dcp (1,1-1,25)dcp Đường kính ngoài d2 (1,25-1,65)dcp (1,3-1,7)dcp
Chiều dài đầu nhỏ ld (0,28-0,32)D (0,28-0,32)D Chiều dày bạc đầu nhỏ (0,055-0,085)dcp (0,07-0,085)dcp a Khi chịu kéo:
Tải trọng tác dụng: Lực quán tính Pj gây ra ứng suất uốn và kéo Giả thiết lực quán tính phân bố theo hướng kính trên đường kính trung bình của đầu nhỏ q= 2 P ρ j = 2.0,032 0,0157 = 0,2453 MN
- Tại mặt cắt C-C ta có:
Mj = MA + NA.ρ.(1- cos γ) – 0,5Pj.ρ.(sin γ – cos γ) = 3,94.10 -4 MNm Nj = NA cos γ + 0,5Pj (sin γ – cos γ) = 0,1064 MN
Trong đó: MA = Pj.ρ.( 0,00033γ – 0,0297) = 8,5.10 -5 MNm NA = Pj( 0,572 – 0,0008γ) = 0,1161 MN
- Vì bạc đầu nhỏ lắp chặt trong đầu nhỏ nên khi lắp ráp đầu nhỏ đã chịu ứng suất kéo dư do đó đầu nhỏ cần được giảm tải:
- Ứng suất tác dụng lên mặt ngoài khi chịu kéo: σ nj= ( 2 M j s 6 ( 2 ρ ρ+ + s s ) + N k ) l d 1 S = 87,2 MN/m 2 σ tj= ( −2 M j s 6 ( 2 ρ−s ρ− s) + N k ) l d 1 S = 72,4 MN/m 2 b Khi chịu nén - Lực nén tác dụng là hợp lực của lực khí thể và lực quán tính:
P1 = Pkt + Pjnp = pkt.Fp – mnp Rω2 (1+λ).Fp - Theo Kinaxotsvily lực P1 phân bố trên nửa dưới đầu nhỏ theo đường Côsin
- Tại tiết diện C-C nguy hiểm nhất, Mô men uốn và lực pháp tuyến tại đây được tính:
Mz = MA + NA.ρ.(1- cos γ) – P1.ρ.(0,5sin γ – γsin γ π − cos π γ )
Nz = NA cos γ – P1.(0,5sin γ – γsin γ π − cos π γ ) - Ứng suất nén mặt ngoài và mặt trong tại C-C là: σ nz= ( 2 M z s 6 ( 2 ρ+ ρ+s s ) + N kz ) l d 1 S = 102,73 MN/m 2 σ tj= ( −2 M z s 6 ( 2 ρ−s ρ− s ) + N kz ) l d 1 S = 112,1 MN/m 2 c Ứng suất biến dạng
- Do khi ép bạc gây biên dạng dư, khi làm việc do vật liệu bạc đầu nhỏ và đầu nhỏ khác nhau nên dãn nở khác nhau gây ra áp suất nén p
- Độ dãn nở khi đầu nhỏ chịu nhiệt tính theo công thức sau:
∆t = ( αb – αtt)td1 αb = 1,8.10 -5 ; αtt = 10 -5 : hệ số giãn nở vật liệu
- Độ dôi khi lắp ghép ∆ p
= 33,67 với Ett = 2,2.10 5 và Eb = 21,15.10 5 MN/m 2
- Áp suất này gây ra ứng suất biến dạng mặt trong và ngoài σn∆ = p d 2 d 1 d 1
2 d 2 −d 1 d 1 = 148,13 MN/m 2 d Hệ số an toàn đầu nhỏ Ứng suất tổng lớn nhất và nhỏ nhất xuất hiện ở mặt ngoài, do đó : σmax = σ nj + σn∆ = 87,2 + 124,5 = 211,7 MN/m 2 σmin = σ nz + σn∆ = 112,1 + 148,13 = 260,23 MN/m 2 e Độ biến dạng đầu nhỏ : Khi chịu tải Pjnp đầu nhỏ biến dạng gây nên kẹt giữa chốt và đầu nhỏ Độ biến dạng hướng kính tính theo công thức sau : δ = P jnp , d tb
3.1.2 Tính bền thân thanh truyền 3.1.2.1 Thân thanh truyền tốc độ thấp và trung bình a Tính ứng suất nén σnmax = F P z min = 92,53 MN/m 2 Ứng suất nén và uốn dọc tại tiết diện trung bình σ = F P z tb
Biến dạng của thanh truyền phụ thuộc vào các yếu tố sau:* Hệ số khớp nối của dầm (i)* Bán kính quán tính của tiết diện thân thanh truyền (mi)* Hệ số C* Chiều dài biến dạng của thân thanh truyền (L0)
[Mpa]σ] = 80 – 120 MN/m 2 đối với thép các bon và [Mpa]σ] = 120 – 180 MN/m 2 đối với thép hợp kim b Tính ổn định khi uốn dọc
Lực tới hạn khi uốn dọc: Pth = Fth.(3350 -6,2.1/i) = 1425,23 MN Trong đó: Pth lực tới hạn (MN)
Fth diện tích tiết diện trung bình thanh truyền (m 2 ) i bán kính quán tính nhỏ nhát của tiết diện trung bình (m)
3.1.2.2 Thân thanh truyền tốc độ cao Trường hợp động cơ tốc độ cao ( Vtb > 9 m/s) cần phải xét đến lực quán tính chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay, chuyển động lắc.
Lực tác dụng lên thân khi chịu nén và uốn dọc là : P1= Pz + Pj = pz.Fp – m.R.ω 2 (1+λ) Fp a Tại tiết diện trung bình Ứng suất nén : σmax = P1.k/Ftb = 76,274 MN/m 2 Ứng suất kéo : σk = Pjt/Ftb = 120,45 MN/m 2
Hệ số an toàn : nσ = (σ 2 σ −1 ¿¿ max− σ k )+ Ψ σ (σ max + σ k )¿ = 1,24 b Tại tiết diện nhỏ nhất
- ứng suất nén : σmax = P1/Fmin = 85,35 MN/m 2 - ứng suất kéo : σkj = Pjd/Fmin = 57 MN/m 2 trong đó Pjd là lực quán tính chuyển động thẳng của khối lượng đầu nhỏ và nhóm piston
- hệ số an toàn : nσx = (σ 2 σ −1 ¿¿ nmax− σ kj )+Ψ σ (σ nmax + σ kj ) ¿ = 1,674
3.1.3 Tính bền đầu to thanh truyền
Thông số Giá trị Đường kính chốt khuỷu dck ( 0,56-0,75)D
Chiều dày bạc lót tbl
Khoảng cách tâm bulong (1,3 – 1,75)dck
Chiều dài đầu to ldt (0,45 – 0,95)dck
Pd = Pj + Pkd = Fp.R.ω 2 [Mpa]m(1+λ) + (m2 - mn)] = 0,24 MN
- Momen uốn và lực pháp tuyến MA = Pd.0,5c.(0,0127 + 0,00083γo) = 1273 Nm NA = Pd.(0,522 + 0,003γo) = 1831,14 Nm
- ứng suất tổng lên nắp đầu to σΣ = W M uA−A + F N d = 168,83 MN/m 2
Tính bền bu lông thanh truyền
Tải trọng tác dụng lên bu lông thanh truyền: Gồm lực quán tính chuyển động thẳng và lực quán tính li tâm không kể khối lượng nắp đầu to.
Pd = Pj + Pkd = Fp.R.ω 2 [Mpa]m(1+λ) + (m2 - mn)]/z = 0,1 MN ( z : số bulong)
Lực xiết : PA = (2÷4) Pb = 1274 ÷ 2475 N ứng suất kéo tác dụng lên bu lông là : σk = F F bt bmin = 148,23 MN/m 2
Momen xoắn bulong: Mx = μ P A d tb
2 = 826 Nm ứng suất xoắn : τ x = 0,2 M d x 3 = 4725 Ứng suất tổng : σΣ = x= √ σ k
