LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................... 3 CHƯƠNG 1:TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG. ..................................................................................................................... 4 1.1. Các thông số chọn. ............................................................................................ 4 1.1.1. Số liệu ban đầu: ............................................................................................. 4 1.1.2. Các thông số cần chọn: .................................................................................. 4 1.2. Tính toán các quá trình công tác: ...................................................................... 6 1.2.1 Tính toán quá trình nạp. .................................................................................. 6 1.2.2. Tính toán quá trình nén. ................................................................................. 8 1.2.3. Tính toán quá trình cháy: ...............................Error! Bookmark not defined. 1.2.4 Tính quá trình giãn nở:.................................................................................. 11 1.2.5. Tính toán các thông số chu trình công tác: ................................................... 12 1.3. Vẽ và hiệu đính đồ thị công: ........................................................................... 14 1.3.1. Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén: ............................................ 14 1.3.2. Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở: .................................. 14 1.3.3. Bảng tính quá trình nén và quá trình giãn nở: ............................................... 15 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC .......................... 21 2.1. Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học. ..................................................... 21 2.1.1. Đường biểu diễn hành trình pittông x = f(): ............................................... 21 2.1.2. Đường biểu diễn tốc độ của pittông v = f(): ............................................... 22 2.1.3. Đường biểu diễn gia tốc của pittông j=f(x):.................................................. 22 2.2. Tính toán động lực học. .................................................................................. 24 2.2.1. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến m bao gồm: ...................................... 24 2.2.2. Các khối lượng chuyển động quay: .............................................................. 25 2.2.3. Lực quán tính: .............................................................................................. 25 2.2.4 Vẽ đường biểu diễn lực quán tính –pj = f(x). ................................................. 25 2.2.5: Đường biểu diễn v=f(x) ............................................................................... 26 2.2.6. Khai triển đồ thị công P-V thành pkt f () : ........................................ 27SVTH: GVHD: Trần Văn Hiếu Đồ án động cơ đốt trong 2 \ ............................................................................................................................. 27 2.2.7. Khai triển đồ thị pj f (x) thành p j f () . ........................................... 28 2.2.8. Vẽ đồ thị p f () : ............................................................................... 28 2.2.9. Vẽ đồ thị lực tiếp tuyếnT f ( ) và đồ thị lực pháp tuyến Z f ( ) : ......... 29 2.2.10. Vẽđường biểu diễn T () của động cơ nhiều xilanh : .......................... 32 2.2.1. Đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu : ..................................................... 35 2.2.12.Vẽ đường biểu diễn Q f ( ) . .................................................................. 37 2.2.13. Đồ thị mài mòn chốt khuỷu: ....................................................................... 39 CHƯƠNG 3: TÍNH NGHIỆM BỀN THANH TRUYỀN .................................. 43 KẾT LUẬN .......................................................................................................... 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 50
TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Các thông số chọn
Số liệu ban đầu cần thiết cho quá trình tính toán bao gồm:
1- Công suất động cơ: Ne 55(mã lực)55*0,736&1,28(kW) 2- Số vòng quay của trục khuỷu: n = 2200(vg/ph)
3- Đường kính xi lanh: D = 120 (mm) 4- Hành trình pittông: S = 145 (mm) 5- Số xi lanh: i = 6
6- Tỷ số nén: = 18 7- Thứ tự làm việc của các xilanh: 1-5-3-6-2-4 8- Suất tiêu thụ nhiên liệu: ge = 215 (g/ml.h) !5/0,746(8,2(g/kW.h) 9- Góc mở sớm xupáp nạp: 1 = 16 0
10- Góc đóng muộn xupáp nạp: 2 = 36 0 11- Góc mở sớm xupáp xả: 1 = 60 0 12- Góc đóng muộn xupáp xả: 2 = 16 0 13- Góc phun sớm i 13 0
14- Chiều dài thanh truyền: ltt = 228 (mm) 15- Khối lượng nhóm pittông: mpt = 3,4 (kg) 16- Khối lượng thanh truyền: mtt = 3,9 (kg) 17- Kiểu động cơ: R330- thẳng hàng; động cơ diesel tăng áp
1.1.2 Các thông số cần chọn:
1 Áp suất môi trường po và Áp suất trước xu páp nạp Pk Áp suất môi trường po là áp suất khí quyển trước khi nạp vào động cơ Po thay đổi theo độ cao Ở nước ta có thể chọn po = 0,1 (Mpa) Đối với động cơ Diesel tăng áp ta có thêm Pk- Áp suất trước xupap nạp, Pk
=(1,2-1,35)*Po =0,12 (Mpa) 2 Nhiệt độ môi trường: Tk
Lựa chọn nhiệt độ môi trường theo nhiệt độ bình quân của cả năm Đồ án động cơ đốt trong 5 Ở nước ta Tk = 24 0 C (297 0 K)
3 Áp suất cuối quá trình nạp: pa Áp suất môi trường Pa phụ thuộc vào nhiều thông số như chủng loại động cơ, tính năng tốc độ n, hệ số cản trên đường nạp, tiết diện lưu thông…Có thể chọn pa trong phạm vi sau.Đối với động cơ tăng áp : pa = (0,9-
0,96)*pk=0,96*0,12=0,1152 Chọn pa = 0,1152(MPa) 4 Áp suất khí thải: pr Áp suất này cũng phụ thuộc vào các thông số như pa Có thể chọn pr trong phạm vi: pr = (1,10 1,15)pk = 1,10*0,12 = 0,132
Chọn pr = 0,132 (MPa) 5 Mức độ sấy nóng môi chất:T Chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành khí hỗn hợp ở bên ngoài hay bên trong xi lanh Đối với động cơ diezel T = 20 0 40 0 C Chọn T = 30 0 C
6 Nhiệt độ khí sót (khí thải): Tr
Phụ thuộc vào chủng loại động cơ
Tr = 700 1000 0 K Chọn Tr = 900 0 K 7 Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt:t
Tỉ nhiệt của môi chất thay đổi rất phức tạp nên thường phải căn cứ vào hệ số dư lượng không khí để hiệu đính Có thể chọn t theo bảng sau:
Chọn t = 1,13 8 Hệ số quét buồng cháy:2 Động cơ tăng áp: Chọn 2 = 0,95 9 Hệ số nạp thêm:1
Phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí Thông thường có thể chọn:
1 = 1,02 1,07 Chọn 1 = 1,07 10 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z:
Thể hiện lượng nhiệt phát ra của nhiên liệu đã cháy ở điểm z so với lượng nhiệt phát ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu Đồ án động cơ đốt trong 6 Đối với động cơ diezel z = 0,7 0,85 Chọn z = 0,7
11 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b:
bbao giờ cũng lớn hơn z Thông thường: Đối với động cơ diezel b = 0,8 0,9 Chọn b = 0,8 12 Hệ số điền đầy đồ thị công:d
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 d của động cơ diezel thường chọn trị số nhỏ hơn động cơ xăng Nói chung có thể chọn trong phạm vi:
Tính toán các quá trình công tác
1.2.1 Tính toán quá trình nạp
r =0,02187 2 Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta:
Đồ án động cơ đốt trong 7 3 Hệ số nạp v:
4 Lượng khí nạp mới M1: Lượng khí nạp mới M1 được xác định theo công thức :
Trong đó: pe là áp suất có ích trung bình được xác định theo công thức: i p n
V h là thể tích công tác của động cơ được xác định theo công thức:
D: Đường kính xilanh Đồ án động cơ đốt trong 8 S: Hành trình pistông n: Số vòng quay động cơ i: Số xilanh ge: Suất tiêu hao nhiên liệu
Ne: Công suất động cơ
5 Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M0:
Nhiên liệu của động cơ diezel: C = 0,87; H = 0,126; O=0,004
6 Hệ số dư lượng không khí : Đối với động cơ diezel:
Thay các giá trị vào ta có : 0,38765 0, 7837
1.2.2 Tính toán quá trình nén
1 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí:
19,806 0,00209. mcv T (kJ/kmol.độ) Ta có: av= 19,806 ; bv/2 = 0,00209 2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:
Hệ số dư lượng không khí α =0,7837 ≤ 1 nên tatính theo công thức:
Thay 0, 7837 vào ta tính được av’’ và bv’’/2 3 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp:
Trong quá trình nén mc ' v tính theo công thức sau: Đồ án động cơ đốt trong 9
Thay vào các giá trị ta có :
4 Chỉ số nén đa biến trung bình n1: Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào rất nhiều thông số kết cấu và thông số vận hành như kích thước xilanh, loại buồng cháy, phụ tải, trạng thái nhiệt của động cơ v v…Tuy nhiên n1 tăng theo quy luật sau: Tất cả những nhân tố làm môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n1 tăng, n1 được xác định bằng các giải phương trình sau:
Thỏa mãn điều kiện, chọn n1 = 1,367 5 Áp suất và nhiệt độ cuối quá trình nén pc tính theo công thức sau:
6 Nhiệt độ cuối quá trình nén:
7 Lượng môi chất công tác của qúa trình nén:
Mc = M1 + Mr = M1.(1+r) Mc = 0,39613 (Kmol/kg nh.liệu) Đồ án động cơ đốt trong 10 1.2.3 Tính toán quá trình cháy
1 Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết 0:
Độ tăng mol M của các loại động cơ xác định theo công thức sau:
* Đối với động cơ diesel:
2 Hệ số thay đổi phân tử thực tế :
3 Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z: z r z 0
5 Nhiệt độ tại điểm z: Tz Đối với động cơ diezel, nhiệt độ Tz được tính từ phương trình cháy:
Trong đó:QH- Nhiệt trị của dầu diezel QH = 42,5.10 3 (kJ/kg nh.liệu)
' mc vc Đồ án động cơ đốt trong 11
Thay tất cả vào (**) ta được phương trình cháy
Giải phương trình trên ta được: Tz1 = 2769,057 và Tz2 = -11565,385 Ta chọn giá trị dương
Vậy Tz = 2769.05 ( 0 K) 6 Áp suất tại điểm z: c z p P
Trong đó: - là hệ số tăng áp, ta chọn 1,8 như ở trên
P p (MPa) 1.2.4 Tính quá trình giãn nở:
1 Hệ số giãn nở sớm :
2 Hệ số giãn nở sau :
3 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2:
Đồ án động cơ đốt trong 12
QH - Nhiệt trị thấp của nhiên liệu Đối với động cơ diezel:Q * HQHB500(kJ/kg nl)
Chọn n2 = 1,1879, và thay vào hai vế:
VT=0,1879 VP=0,1879 VT-VP=0 Vậy ta chọn:
1608, 66 T b ( 0 K) 4 áp suất cuối quá trình giãn nở:
(MPa) Kiểm tra nhiệt độ của khí thải Trt:
Sai số của Trt so với Tr đã chọn ban đầu được xác định như sau:
1.2.5 Tính toán các thông số chu trình công tác:
1 áp suất chỉ thị trung bìnhp ' i : Đối với động cơ diezel:
' pi = 1,83(MPa) 2 áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi:
' 1,68 i d i p p (MPa) 3 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi:
(g/KW.h) Đồ án động cơ đốt trong 13 4 Hiệu suất chỉ thị i:
5 áp suất tổn thất cơ giới pm: Áp suất này thường được biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính đối với tốc độ trung bình của pittông
30 30 tb v S n (m/s) Đối với động cơ diesel công suất lớn Có D = 120= 120 (mm), thì dùng công thức: pm = 0,09 + 0,0138vtb = 0,2367 (MPa) 6 Áp suất có ích trung bình pe: pe = pi – pm = 1,447(MPa)
=> PHÙ HỢP VỚI Pe TÍNH TRONG QUÁ TRÌNH NẠP 7 Hiệu suất cơ giới m:
p 8 Suất tiêu hao nhiên liệu ge:
(g/KW.h) 9 Hiệu suất có íche :
10 Kiểm nghiệm đường kính xilanh D theo công thức:
So với đầu bài cho D = 120 ( mm)
Thỏa mãn điều kiện sai số ~0,1 mm.
Vẽ và hiệu đính đồ thị công
Căn cứ vào các số liệu đã tính p0, pc, pz, pb, n1, n2, Ta lập bảng để tính đường nén và đường giãn nở theo biến thiên của dung tích công tác Vx = i.VC (VC – dung tích buồng cháy)
Các thông số ban đầu: p r 0,132 (MPa);p a 0,1152(MPa);
5,9898 pc (MPa);p z 10,78 (MPa);p b 0,64074 (MPa) 1.3.1 Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén:
- Phương trình đường nén đa biến: pV =cons n 1 t Khi đó x là điểm bất kỳ trên đường nén thì: p V c c n 1 p V x x n 1
n1: là chỉ số nén đa biến trung bình, ta tính được n 1 =1,367 pc: là áp suất cuối quá trình nén, p c =5,9898(MPa) 1.3.2 Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở:
- Phương trình của đường giãn nở đa biến:pV =cons n 2 t Khi đó x là điểm bất kì trên đường giãn nở thì:
V : hệ số giãn nở khi cháy, ta tính được ρ= 1,67 z c
n2: là chỉ số giãn nở đa biến trung bình n 2 =1,1879 pz: Áp suất tại điểm z: p z = 10,78(MPa) Đồ án động cơ đốt trong 15 1.3.3 Bảng tính quá trình nén và quá trình giãn nở:
Ta có bảng tính các giá trị của quá trình nén và quá trình giản nở như sau:
(Xuất phát từ p V n =const p x V x n 1 p c V c n 1 với V x =i.V c thay vào rút ra)
Sau khi ta chọn tỷ lệ xích V và P hợp lý để vẽ đồ thị công Để trình bày đẹp thường chọn chiều dài hoành độ tương ứng từ εVc = 220mm trên giấy kẻ ly
Tung độ thường chọn tương ứng với pz khoảng 250 mm trên giây kẻ ly
Từ tỷ lệ xích cho trong đồ án, ta có thể tính toán được giá trị biểu diễn (gtbd) của quá trình nén và quá trình giản nở sau của động cơ đốt trong 16 Việc xác định gtbd này đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất và đặc tính hoạt động của động cơ.
QUÁ TRÌNH NÉN QUÁ TRÌNH GIÃ NỞ
1 Vẽ trục tung OP: tương ứng đã chọn Pz max%0 mm 2 Vẽ hoành độ tương ứng đã chọn εVc max= 220 mm 3 Quá trình nén, Vd: A (x,y) = (εVc ;Px) =(12,2;138,89) Nối các điểm lại được đường nén
4 Qúa trình giãn nở, Vd B (x,y) = (εVc ;Px) = (20,43;250) Nối các điểm được đường giãn nở
5 Vẽ đường biểu diễn quá nạp và thải lý thuyết bằng hai đường thẳng song song với trục hoành đi qua hai điểm pa, pr Đồ án động cơ đốt trong 17
Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính đồ thị công để có đồ thị công chỉ thị
Các bước hiệu đính như sau:
VẼ ĐỒ THỊ BRICH ĐẶT PHÍA TRÊN ĐỒ THỊ CÔNG
Ta chọn tỷ lệ xích của hành trình piston S là:
Vì gtbd Vmax – gtbd Vmin = 220-12,22 7,78(mm) Thông số kết cấu của động cơ là:
Giá trị biểu diễn OO ’ trên đồ thị:
Vẽ O’ cách 1 khoảng 16,518 mm về bên phải
Ta có nửa hành trình của pistông là:
(mm) Giá trị biểu diễn R trên đồ thị:
Vẽ vòng tròn với R= 103,89 mm
Từ gtbdO O ' và gtbd R ta có thể vẽ được vòng tròn Brick 1- Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp: (điểm a) Từ O ’ của đồ thị Brich xác định góc đóng muộn 2 = 16 0 của xupáp thải, bán kính này cắt vòng tròn Brich ở a’, từ a’ gióng đường song song với tung độ cắt đường pa ở a Nối điểm r trên đường thải (là giao điểm của p r với trục tung) với a Ta có đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp
2- Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén: (điểm c’) Đồ án động cơ đốt trong 18 Áp suất cuối quá trình nén thực tế do có sự phun sớm (động cơ diezel) nên thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết pc đã tính Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quá trình nén thực tế p ' c có thể xác định theo công thức sau:
Từ đó xác định được tung độ điểm c’ trên đồ thị công:
3- Hiệu chỉnh điểm phun sớm: (điểm c”) Do hiện tượng 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 i = 13 0 , bán kính này cắt đường tròn Brick tại 1 điểm Từ điểm này kéo song song với trục tung cắt đường nén tại điểm c”.đặt trên đồ thị Brich rồi kéo xuống đường nén để xác định điểm c”
Dùng một cung thích hợp nối c’c”
4- Hiệu đính điểm đạt pzmax thực tế: Áp suất pzmax thực tế trong quá trình giãn nở không duy trì hắng số như động cơ điêden (đoạn ứng với VC) nhưng cũng không đạt trị số lý thuyết như của động cơ xăng Theo thực nghiệm, điểm đạt trị số cao nhất là điểm 372 0 375 0 (tức là 12 0 15 0 sau ĐCT của quá trình cháy và giãn nở)
Hiệu đính điểm z của động cơ diezel:
- Xác định điểm z từ góc 15 Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc tương ứng với 375góc quay trục khuỷu, bán kình này cắt vòng tròn tại 1 điểm Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường 0,85p z tại điểm z
- Dùng cung thích hợp nối c’ với z lượn sát với đường giãn nở
5- Hiệu đính điểm quá trình thải thực tế (điểm b’): Đồ án động cơ đốt trong 19 Do có hiện tượng mở sớm xupap thải nên trong thực tế quá trình thải thực sự diễn ra sớm hơn lí thuyết Ta xác định điểm b bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc mở sớm xupap thải 1 60 0 , bán kính này cắt đường tròn Brick tại 1 điểm Từ điểm này ta gióng đường song song với trục tung cắt đường giãn nở tại điểm b’
6 - Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giãn nở: (điểmb”) Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế pb” thường thấp hơn cuối quá trình giãn nở lý thuyết do xupap thải mở sớm
Xác định pb” theo công thức kinh nghiệm sau:
Từ đó xác định tung độ của điểm b” là:
Sau khi xác định b’, b” dùng cung thích hợp nối với đường thải rr Đồ án động cơ đốt trong 20 Hình 1.2 Đồ thị công thực tế của động cơ R330
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC
Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học
Các đường biểu diễn này đều vẽ trên một hoành độ thống nhất tương ứng với hành trình pittông S = 2R Vì vậy đồ thị đều lấy hoành độ tướng ứng với Vh của đồ thị công (từ điểm 1VC đến VC)
2.1.1 Đường biểu diễn hành trình pittông x = f():
Vẽ theo các bước sau:
1) Chọn tỷ lệ xích góc: 0,7 (mm/độ)
2) Chọn gốc tọa độ cách gốc đồ thị công khoảng 15 đến 18 cm
3) Từ tâm O’ của đồ thị Brich kẻ các bán kính ứng với 10 0 , 20 0 ,….180 0
4) Gióng các điểm đã chia trên cung Brich xuống các điểm 10 0 , 20 0 ,….180 0 tương ứng trên trục tung của đồ thị x = f() để xác định chuyển vị x tương ứng
5) Nối các giao điểm xác định chuyển vị x, ta có đồ thị x = f()
Hình 2.1 Đường biểu diễn hành trình piston x=f() x=f(a) a(do)
A 207,78 S(mm) Đồ án động cơ đốt trong 22 2.1.2 Đường biểu diễn tốc độ của pittông v = f():
Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp độ thị vòng Tiến hành cụ thể như sau:
1) Vẽ nửa vòng tròn tâm O bán kính R, phía dưới đồ thị x = f(), sát mép dưới của giấy vẽ
2) Vẽ vòng tròn có bán kính R/2, tâm O
3) Chia nửa vòng tâm O bán kính R và vòng tròn tâm O bán kính R/2 thành 18 phần theo chiều ngược nhau
4) Từ các điểm chia trên vòng tròn bán kình 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 vòng tròn bán kính R/2 tại các điểm a, b, c,…
5) Nối các điểm a, b, c,…tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ thể hiện bằng đoạn thẳng song song với tung độ từ điểm cắt vòng tròn R của bán kính tạo với trục hoành 1 góc đến đường cong abc… Đồ thị này biểu diễn quan hệ v = f() trên tọa độ cực
Hình 2.2 Đường biểu diễn tốc độ của piston v=f() 2.1.3 Đường biểu diễn gia tốc của pittông j=f(x):
Vẽ đường này theo phương pháp Tôlê Chọn cùng hoành độ với trục v=f( a)
15 Đồ án động cơ đốt trong 23 x= f(), vẽ theo các bước sau:
1) Chọn tỷ lệ xích j = 45 (m/s 2 mm)
Vậy ta được giá trị biểu diễn j max là: max max
Vậy ta được giá trị biểu diễn của jmin là: min min
- Xác định vị trí của EF là:
Vậy giá trị biểu diễn EF là:
EF EF j gtbd gtt mm
3) Từ điểm A tương ứng ĐCT lấy AC = jmax, từ điểm B tương ứng ĐCD lấy BD = jmin; nối CD cắt trục hoành ở E; lấy EF = - 3R 2 về phía BD
Nối CF và FD, chia các đoạn này thành 8 phần, nối 11, 22, 33,…Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11, 22, 33,…ta có đường cong biểu diễn quan hệ j f(x) Đồ án động cơ đốt trong 24 Hình2.3 Đường biểu diễn gia tốc của pittông j=f(x)
Tính toán động lực học
2.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến m bao gồm:
- Khối lượng nhóm pittông mnpt = 3,4 kg
- Khối lượng nhóm thanh truyền mtt = 3,9 kg - Khối lượng thanh truyền phân bố về tâm chốt pittông m1 có tính toán theo công thức kinh nghiệm sau:
Thanh truyền của động cơ : m1 = (0,28 0,29).mtt
Khối lượng chuyển động tịnh tiến m = mnpt + m1 00,6455+100,008 = 400,6535(kg/m 2 )
6 jmax Đồ án động cơ đốt trong 25 2.2.2 Các khối lượng chuyển động quay:
Khối lượng chuyển động quay của một khuỷu bao gồm:
- Khối lượng của thanh truyền quy dẫn về tâm chốt: m2 m2 = (mtt – m1) = 3,9- 0,969= 2,931 (kg) 2.2.3 Lực quán tính:
Lực quán tính chuyển động tịnh tiến
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 Tôlê nhưng hoành độ đặt trùng với đường p 0 ở đồ thị công và vẽ đường p j f (x )(tức cùng chiều với f=(x)) Tiến hành theo các bước sau :
1 Chọn tỉ lệ xích để của p j và p (cùng tỉ lệ xích với áp suất p kt ) (MPa/mm), tỉ lệ xích x cùng tỉ lệ xích với hoành độ của j = (x)
2 Ta tính được các giá trị:
Vậy ta được giá trị biểu diễn pj maxlà: max max j 47,07 j p p p gtbd gtt
Vậy ta được giá trị biểu diễn p j min là: min min 24,3565 p j p gtbd gtt
- Ta xác định giá trị E’F’:
Vậy ta được giá trị biểu diễn E’F’ là:
m j mR p j Đồ án động cơ đốt trong 26
EF EF p gtt 34,07 gtbd (mm)
3 Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy A’C’= pj max , từ điểm B tương ứng điểm chết dưới lấy B’D’= pj min; Nối C’D’ cắt trục Po ở E’; Lấy E’F’ về phía B’D’ Nối C’F’ và F’D’, chia các đoạn này ra làm n phần nối 11, 22, 33… Vẽ đương bao trong tiếp tuyến với 11, 22, 33… ta được đường cong biểu diễn quan hệ p j f(x) đồ thị x f ( )và v f ( )(sử dụng phương pháp đồ thị vòng ).Ta tiến hành theo trình tự sau:
Hình 2.4 Đường biểu diễn lực quán tính –pj = f(x) 2.2.5: Đường biểu diễn v=f(x)
1 Từ tâm các Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn quan hệ v f ( x )dựa trên hai đồ thị là điểm đã chia độ trên cung của đồ thị Brich ta gióng các đường song song với trục tung tương ứng với các góc quay 10 0 , 20 0 , 30 0 , 180 0
2 Đặt các giá trị của vận tốc v này (đoạn thẳng biểu diễn giá trị của v có một đầu mút thuộc đồ thị v f (),đầu thuộc nửa vòng tròn tâm O, bán kính R trên đồ thị) trên các tia song song với trục tung nhưng xuất phát từ các góc tương ứng trên đồ thị Brich gióng xuống hệ trục toạ độ của đồ thị x f ( )
3 Nối các điểm nằm trên đồ thị ta được đường biểu diễn quan hệ x f () Chú ý :Nếu vẽ đúng, điểm v max sẽ ứng với điểm j = 0
D'F' Đồ án động cơ đốt trong 27 Hình 2.5 Đường biểu diễn v=f(x)
2.2.6 Khai triển đồ thị công P-V thành p kt f ( ) : Để thuận tiện cho việc tính toán sau này ta tiến hành khai triển đồ thị công P – V thành đồ thị p kt f() Khai triển đồ thị công theo trình tự sau :
1 Chọn tỉ lệ xích 2 0 /mm Như vậy toàn bộ chu trình 720 sẽ ứng với 0 360 mm Đặt hoành độ này cùng trên đường đậm biểu diễn p0và cách ĐCT của đồ thị công khoảng 4 ÷ 5 cm
2 Chọn tỉ lê xích p đúng bằng tỉ lệ xích pkhi vẽ đồ thị công (MN/mm)
3 Từ các điểm chia trên đồ thị Brich ta xác định trị số của pkttương ứng với các góc rồi đặt các giá trị này trên toạ độ p
+ Cầnxác định điểm p max Theo kinh nghiệm, điểm này thường xuất hiện 372 0 375 0
+ Khi khai triển cần cẩn thạn ở đoạn có độ dốc tăng trưởng và đột biến lớn của p từ 330 0 400 0 , nên lấy thêm điểm ở đoạn này vẽ được chính xác
4 Nối các điểm xác định được theo một đường cong trơn ta thu được đồ thị biểu diễn quan hệ p kt f ()
A a(do) Đồ án động cơ đốt trong 28 2.2.7 Khai triển đồ thị p j f(x) thành p j f()
+Đồ thị p j f(x)biểu diễn trên đồ thị công có ý nghĩa kiểm tra tính năng tốc độ của động cơ
Đường p j luôn cắt đường nén ac khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao, trong khi ở tốc độ thấp thì đường p j lại ít khi cắt đường nén Đường p j cho biết giá trị áp suất trung bình p pkt pj dễ dàng thông qua việc đo khoảng cách giữa đường p j và đường biểu diễn p kt của các quá trình nạp, nén, cháy, giãn nở và thải của động cơ.
+Khai triển đồ thị p j f ( x ) thành đồ thịtương tự như cách ta khai triển đồ thị công (thông qua vòng tròn Brich) chỉ có điều cần chú ý là ở đồ thị trước là ta biểu diễn đồ thị p j f(x)nên cần phải lấy giá trịpj cho chính xác
: Ta tiến hành vẽ đồ thị p f()bằng cách ta cộng hai đồ thị là đồ thị
)( f p j và đồ thị p f ( ) Đồ án động cơ đốt trong 29 Hình 2.8 Đồ thị khai triển p-v thành p-
2.2.9 Vẽ đồ thị lực tiếp tuyếnT f ( )và đồ thị lực pháp tuyến Z f ( ) : 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 được xác định theo góc quay của trục theo biểu thứ sau :
Vẽ 2 đường này theo trình tự sau :
Bố trí hoành độ ở dưới đường pkt, tỉ lệ xích 2 0 /1mm sao cho đường biểu diễn nằm ở khoảng giữa tờ giấy kẻ ly A0 (có thể chọn trùng
với đường biểu diễn hoành độ của đồ thị j f (x)).
cùng tỉ lệ xích đã chọn.
0° 20° 30° 40° 50° 60° 100° 110° 120° 130° 140° 150° 160° 170° 180° 190° 200° 210° 220° 230° 240° 250° 260° 270° 280° 290° 300° 310° 320° Đồ án động cơ đốt trong 30
Dựa vào thông số kết cấu $\lambda$ = R/l, ứng với từng góc quay $\alpha$ của trục khuỷu, các giá trị lực ép p và lực trượt $\tau$ tác dụng lên các bề mặt tiếp xúc của piston và trục khuỷu được xác định theo các công thức và đồ thị mối quan hệ p = f($\alpha$) như sau:
Biểu diễn đường T = f( ) và Z = f( ) trên toạ độ đã chọn
Chú ý : kiểm tra các mối tương quan sau :
Ở các điểm 0 0 , 180 0 , 360 0 , 540 0 , 720 0 ta đều có T= 0 nên đường T đều cắt trục hoành
Ở các điểm P 0 thì T = 0 nên 2 đường này giao nhau trên trục hoành α(độ) α(rad) βpm sin(α+β)/cosβ cos(α+β)/cosβ P tổng tỷ lệ xích T Z
90 1.570 0.324 1.0003 -0.335 14.028 0.561 14.032 -4.694 100 1.744 0.319 0.9280 -0.498 19.517 0.781 18.111 -9.712 110 1.919 0.304 0.8332 -0.636 23.507 0.940 19.585 -14.940 120 2.093 0.279 0.7235 -0.747 25.940 1.038 18.768 -19.390 130 2.268 0.246 0.6054 -0.835 27.030 1.081 16.364 -22.562 140 2.442 0.206 0.4837 -0.900 27.300 1.092 13.205 -24.567 150 2.617 0.160 0.3615 -0.946 27.253 1.090 9.851 -25.789 160 2.791 0.109 0.2402 -0.977 27.140 1.086 6.519 -26.514 170 2.966 0.056 0.1202 -0.994 27.057 1.082 3.253 -26.903 180 3.140 0.000 0.0011 -1.000 27.028 1.081 0.000 -27.028 190 3.314 -0.055 -0.1180 -0.995 27.076 1.083 -3.196 -26.927 200 3.489 -0.108 -0.2380 -0.977 27.217 1.089 -6.477 -26.601 210 3.663 -0.159 -0.3592 -0.947 27.430 1.097 -9.854 -25.975 220 3.838 -0.205 -0.4815 -0.901 27.628 1.105 -13.302 -24.890 Đồ án động cơ đốt trong 31
230 4.012 -0.246 -0.6032 -0.836 27.575 1.103 -16.633 -23.055 240 4.187 -0.279 -0.7214 -0.749 26.785 1.071 -19.322 -20.070 250 4.361 -0.303 -0.8313 -0.638 24.766 0.991 -20.588 -15.797 260 4.536 -0.318 -0.9264 -0.500 21.357 0.854 -19.786 -10.687 270 4.710 -0.324 -0.9992 -0.338 16.692 0.668 -16.678 -5.638 280 4.884 -0.319 -1.0417 -0.154 11.204 0.448 -11.671 -1.724 290 5.059 -0.304 -1.0470 0.045 5.297 0.212 -5.546 0.237 300 5.233 -0.279 -1.0102 0.249 -0.359 -0.014 0.363 -0.089 310 5.408 -0.247 -0.9291 0.447 -4.461 -0.178 4.145 -1.996 320 5.582 -0.207 -0.8051 0.629 -4.655 -0.186 3.748 -2.928 330 5.757 -0.160 -0.6425 0.783 3.236 0.129 -2.079 2.534 340 5.931 -0.110 -0.4484 0.901 25.997 1.040 -11.657 23.413 350 6.106 -0.056 -0.2321 0.974 73.170 2.927 -16.982 71.291 360 6.280 0.000 -0.0042 1.000 105.658 4.226 0.000 105.657 370 6.454 0.054 0.2239 0.976 164.790 6.592 36.897 160.855 380 6.629 0.108 0.4408 0.904 166.942 6.678 73.594 150.933 390 6.803 0.159 0.6359 0.788 122.141 4.886 77.669 96.271 400 6.978 0.205 0.7998 0.635 71.354 2.854 57.069 45.327 410 7.152 0.245 0.9253 0.454 49.464 1.979 45.770 22.475 420 7.327 0.278 1.0080 0.256 39.911 1.596 40.230 10.226 430 7.501 0.303 1.0464 0.052 36.839 1.474 38.549 1.923 440 7.676 0.318 1.0426 -0.147 36.922 1.477 38.495 -5.420 450 7.850 0.324 1.0013 -0.331 38.402 1.536 38.453 -12.727 460 8.024 0.319 0.9295 -0.495 40.228 1.609 37.392 -19.907 470 8.199 0.304 0.8351 -0.633 41.586 1.663 34.727 -26.336 480 8.373 0.280 0.7256 -0.746 42.104 1.684 30.550 -31.396 490 8.548 0.247 0.6076 -0.833 41.789 1.672 25.391 -34.823 500 8.722 0.207 0.4859 -0.899 40.790 1.632 19.821 -36.664 510 8.897 0.161 0.3637 -0.946 39.285 1.571 14.287 -37.146 520 9.071 0.110 0.2424 -0.976 37.498 1.500 9.089 -36.616 530 9.246 0.057 0.1224 -0.994 35.500 1.420 4.345 -35.290 540 9.420 0.000 0.0033 -1.000 33.316 1.333 0.000 -33.316 550 9.594 -0.054 -0.1159 -0.995 31.004 1.240 -3.592 -30.841 560 9.769 -0.107 -0.2358 -0.978 29.204 1.168 -6.886 -28.555 570 9.943 -0.158 -0.3570 -0.948 27.804 1.112 -9.926 -26.348 580 10.118 -0.205 -0.4792 -0.902 27.689 1.108 -13.269 -24.972 590 10.292 -0.245 -0.6010 -0.837 27.419 1.097 -16.478 -22.962 Đồ án động cơ đốt trong 32
Hình 2.9 Đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến 2.2.10 Vẽđường biểu diễn T ( )của động cơ nhiều xilanh : Động cơ nhiều xilanh có mômen tích luỹ vì vậy phải xác định mômen này
30° 70° 110° 150° 190° 230° 350° 390° 430° 470° 510° 540° 580° 620° 660° 700° Đồ án động cơ đốt trong 33 Ta xác định chu kỳ của mômen tổng phụ thuộc vào số xilanh và số kỳ,
Chu kỳ này bằng đúng góc công tác của các khuỷu :
: Là số kỳ của động cơ i : Là số xilanh của động cơ
Nếu trục khuỷu không phân bố các khuỷu theo đúng góc công tác (điều kiện đồng đều chu trình) thì chu kỳ của mômen tổng cũng thay đổi
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn T ( )cũng chính là đường biểu diễn
M f ( )(do ta đãbiết M T R) Ta vẽ đường biểu diễn này như sau : 1 Lập bảng xác định các góc i ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc của động cơ,chẳng hạn đối với độnh cơ 4 kỳ, 6 xilanh có thứ tự làm việc 1-5-3-6- 2-4 :
(chú thích : tại thời điểm xilanh 1 đang ở góc công tác là 1 = 0 0 thì các và xilanh 2,3,4,5 và 6 đang ở các góc công tác tương ứng 2 240 0 , 3 480 0 ,
, 5 600 0 , 6 360 0 ) Đồ án động cơ đốt trong 34 2 Ta có bảng tính T f ( ) : α1 T1 α2 T2 α3 T3 α4 T4 α5 T5 α6 T6 ∑T
3.Từ bảng số liệu trên ta vẽ đường đồ thị T ( )ở gó c trên của đồ thịT và Z
4 Vẽ đường ngang xác định T tb (đại diện cho mômen cản) trực tiếp trên đồ thị bằng cách đếm diện tích bao bởi đường T với trục hoành (F T ) rồi chia diện tích này cho chiêu dài của trục hoành Nghĩa là :
Giỏ trị : T tb = 37,88.àT 7,88.0,043 = 1,63 (Mpa) Trong đó :
T-là tỉ lệ xích của lực tiếp tuyến
Kiểm nghiệm Ttb: Đồ án động cơ đốt trong 35
Hình 2.10 Đồ thị biểu diễn tổng lực tiếp tuyến 2.2.1.Đồ thị phụ tải tác dụng trên 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 Sau khi có đồ thị này ta có thể xác định được trị số trung bình của phụ tải tác dung lên chốt khuỷu cũng như có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất và bé nhất Dùng đồ thị phụ tải có thể xác định được vùng chịu lực lớn nhất và bé nhất để từ đó xác định vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn
Ta tiến hành vẽ đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu theo các bước : 1 Vẽ hệ trục toạ độ 0’TZ và dựa vào bảng tínhT f ( )vàZ f ( ) đã tính ở bảng trên ta xác định được các điểm 0 là điểm có toạ độ T 0 0và Z 0 0 ; điểm 1 là điểm có toạ độ T 10 0 , Z 10 0… điểm 72 là điểm có toạ độ T 720 0 , Z 720 0
TÍNH NGHIỆM BỀN THANH TRUYỀN
*Các thông số ban đầu
1 Đường kính trong đầu nhỏ d1 54 mm
2 Đường kính ngoài đầu nhỏ d2 73 mm
3 Chiều dài đầu nhỏ thanh truyền
4 Bán kính góc lượn nối đầu nhỏ với thân
5 Chiều rộng thân tại vị trí nối với đầu nhỏ
H 37 mm Đồ án động cơ đốt trong 44 6 Đường kính trong của bạc lót db 50 mm
7 Nhiệt độ làm việc của bạc lót và đầu nhỏ thanh truyền t 150 0 C
8 Các số liệu của thân thanh truyền tại tiết diện tính toán( đo trên bản vẽ hoặc tính theo tỷ lệ cấu tạo thân thanh truyền)
9 Khối lượng nắp đầu to mn 0.5 kg
10 Khoảng cách giữa 2 đường tâm bu lông thanh truyền
11 Chiều dày bạc đầu to h1 2.5 mm
12 Chiều dài bạc đầu to lb 50 mm
13 Chiều dày nắp đầu to ln 50 mm
14 Chiều dày nắp đầu to A-A h2 mm
1.Tính toán bền đầu nhỏ thanh truyền a)Khi chịu kéo
-Lực quán tính Pj phân bố theo hướng kính trên đường kính trung bình của đầu nhỏ thanh truyền
, = 0,027(MN/m 2 ) +)Với: ρ= (d1+d2)/4 = (54+73)/4 = 31,75 (mm) -Coi đầu nhỏ là một dầm cong phăng ngàm một đầu ở tiết diện C-C ứng với góc γ γ = 90 0 + arccos 1
= 123 0 -Moment uốn và lực pháp tuyến sinh ra kho cắt bỏ một nửa đầu nhỏ thanh truyền Đồ án động cơ đốt trong 45 MA = Pj ×ρ×(0,00033γ – 0,0297)
= 1,72.10 -3 (0,752 – 0,0008.123) = 1,124×10 -3 (MNm) -Hệ số ảnh hưởng việc lắp bạc lót vào đầu nhỏ thanh truyền d d d d b b
*Trong đó: Fd = (d2-d1)×ld = (73-54)40 = 760 mm 2
Fb = (d1-db)ld = (54-50)40 0 mm 2 s=(d2 – d1)/2 = 9,5 mm
-Momen và lực pháp tuyến trên tiết diện ngàm C-C tính theo công thức
Mj = MA + NA ρ(1 – cos γ) – 0,5Pj×ρ(sin γ– cos γ) =1,79.10 -5 (MNm) Nj = NA cos γ + 0,5Pj(sin γ– cos γ)=5,77.10 -4 (MNm)
-Ứng suất kéo của mặt ngoài đầu nhỏ :
(,252 (MN/m 2 ) -Ứng suất kéo của mặt trong đầu nhỏ :
=-32,157 (MN/m 2 ) b)Khi chịu nén -Lực nén tác dụng lên đầu nhỏ thanh truyền P1 = Pkt + Pj = 8,17 + 1,72.10 -3 = 8,1717(MN) -Momen và lực kéo trên tiết diện ngàm xác định theo công thức sau :
Mz =MA + NA (1- cos ) – P1 sin cos
=-263,48(MN) Đồ án động cơ đốt trong 46 -Ứng suất nén của mặt ngoài đầu nhỏ :
-Ứng suất nén của mặt trong đầu nhỏ :
c)Ứng suất biến dạng của đầu nhỏ thanh truyền -Độ giãn nở khi đầu nhỏ thanh truyền chịu nhiệt
= (1, 8 1, 0) 10 5 150 54 0, 0648mm Trong đó: b = 1,8.10 5 (bạc đồng)
-Ngoài ra độ dôi lắp ráp ta chọn theo mối lắp (H7/k6): 0, 018mm
=>Như vậy ứng suất tác dụng lên mặt trụ ghép là:
-Ứng suất trên mặt ngoài đầu nhỏ thanh truyền:
-Ứng suất trên mặt trong:
d)Hệ số an toàn của đầu nhỏ thanh truyền
-Ứng suất cực đại của chu trình là:
Đồ án động cơ đốt trong 47 -Ứng suất cực tiểu của chu trình:
-Hệ số an toàn của đầu nhỏ thanh truyền:
e)Độ biến dạng của đầu nhỏ thanh truyền -Độ biến dạng :
2.Tính toán bền thân thanh truyền - Lực khí thể:
-Ứng suất nén tại tiết diện nhỏ nhất max max 6 2 min
3.Tính toán bền đầu to thanh truyền -Tổng lực kéo ở đầu to thanh truyền:
Với: m = 4,531 (Kg) m2 = 2,931 (Kg) Đồ án động cơ đốt trong 48 mn = 0,5(Kg) Trong đó : Fp – Tiết diện đỉnh piton mn – Khối lượng lắp đầu to -Ứng suất tổng cộng tác dụng lên đầu to thanh truyền xác định công thức sau :
Trong đó, mô đun chống uốn Wn là đặc trưng cho khả năng chịu uốn của tiết diện ngang, được xác định dựa trên tiết diện A-A Hai thông số Jb và Jd lần lượt đại diện cho các momen quán tính tương ứng của bạc lót và nắp đầu trên tiết diện A-A Cuối cùng, Fb và Fd là các giá trị tiện diện của bạc lót và nắp đầu tại mặt cắt A-A, có ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của kết cấu.
C- Khoảng cách tâm của hai bulong thanh truyền
- Độ biến dạng hướng kính của đầu to thanh truyền xác định công thức sau:
Eđ – Modun đàn hồi của vật liệu làm thanh truyền Eđ = 1,15.10 5 (MN/m 2 ) Độ biến dạng cho phép : [ d] = (0,06-0,1) mm Thỏa mãn điều kiện : d< [ d] Đồ án động cơ đốt trong 49
