đồ án kết cấu tính toán động cơ tính kiểm nghiệm bền thanh truyền

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢITRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢIKHOA CƠ KHÍ--- --- ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ Đề tài 05: Tính kiểm nghiệm bền thanh truyền.. LỜI NÓI ĐẦUTrong

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢITRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA CƠ KHÍ - -

ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ

Đề tài 05: Tính kiểm nghiệm bền thanh truyền.

Họ và tên sinh viên : Trần Quang Hiệp

Giảng viên hướng dẫn : Trần Trọng Tuấn

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Trong các ngành phát triển trọng điểm của nước ta hiện nay, ngành giao thôngvận tải luôn đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân.Theo thời gian,ngành giao thông đã phát triển để đáp ứng nhu cầu lưu thông về hàng hóa vàcon người

Ở nước ta hiện nay, ngành giao thông nói chung và giao thông đường bộnói riêng cũng đang phát triển nhanh chóng mong đáp ứng cho công cuộc xâydựng đất nước theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa Thế nhưng sự pháttriển này chỉ dừng lại ở chổ nhập các phương tiện của nước ngoài, ngành côngnghiệp ô tô trong nước còn kém phát triển, ngoại trừ một số liên doanh lắp ráp ôtô ở dạng CKD, kinh tế quốc doanh tham gia khá khiêm tốn: chỉ có một số nhàmáy sữa chữa ô tô của nhà nước, còn đa phần xe được sữa chữa ở các Garage tưnhân, lĩnh vực lắp ráp động cớ và đóng mới xe chỉ đang ở giai đoạn thí nghệmchứ chưa sản suất đại trà

Hướng đầu tư để xây dựng các nhà máy sản xuất ô tô đáp ứng cho nhucầu lớn trong thời gian sắp tới là một xu thế tất yếu.Vừa vực dậy nền côngnghiệp ô tô lạc hậu ở nước ta vừa tiết kiệm nguồn ngoại tệ đáng kể cho ngânsách quốc gia

Đầu tư được hiểu gồm hai phần: đầu tư về vốn liếng và đầu tư về conngười Đầu tư về con người là đào tạo đội ngũ cán bộ kỹ thuật có trình độchuyên môn vững vàng, khả năng tư duy thiết kế tốt, có bản lĩnh, năng động, cókhả năng nắm bắt nhanh các tiến bộ khoa học kĩ thuật, hoạt động hiệu quả và tincậy Nguồn cán bộ này được đào tạo từ các trường kĩ thuật có chuyên ngànhgiao thông

Đồ án môn học thiết kế động cơ đốt trong là một trong các bài tập để rènluyện nên các phẩm chất cần thiết của một kĩ sư Ô tô, đáp ứng với các yêu cầuthực tiễn của ngành.Đồ án môn học nhằm giúp cho sinh viên ôn tập lại một cáchtổng quát và sâu sắc, nhờ đó mà nắm vững các kiến thức về tính toán thiếtkế,kết cấuvà cách thành lập bản vẽ động cơ đã được học

Chư ơng I Tính toán chu trình công tác của động cơ đốt trong1.1.Tổng quan về các phương pháp tính toán CTCT của động cơ

Hiện nay để tính toán CTCT của động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu dieselnói riêng và các loại động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu khác nói chung có rấtnhiều phương pháp như:

- Phương pháp lý thuyết gần đúng: Dựa trên các định luật nhiệt động học Ivà II, coi các quá trình nén, giãn nở là đoạn nhiệt… phương pháp có ưuđiểm là tính toán nhanh, không đòi hỏi nhiều thông số đầu vào phứctạp… tuy nhiên nhược điểm của phương pháp là cho kết quả kém chínhxác, chưa xét đến các quá trình trao đổi khí…

- Phương pháp Grimheven- Phương pháp cân bằng thể tíchBên cạnh các phương pháp trên người ta còn sử dụng phương pháp cân bằngnăng lượng:…

Để tính toán CTCT của động cơ … trong khuôn khổ của đồ án môn học sẽdựa trên phương pháp cân bằng năng lượng…

- Phương pháp cân bằng năng lượng

1.2.Giới thiệu về động cơ mẫu và các thông số đầu vào phục vụ tính toán 1.2.1.Số liệu ban đầu

Loại đông cơ: YAMZ236 động cơ Diesel, chữ V, không tăng áp 1- Công suất của động cơ Ne: Ne = 180 (mã lực)=180*0,736 =132,48(KW)

2- Số vòng quay của trục khuỷu n: n = 2110 (vg/ph) 3- Đường kính xi lanh D: D = 130 (mm) 4- Hành trình piton S : S =140 (mm)

5-Dung tích công tác Vh:V =h π × D2

× S

4 =π ׿¿= 1,8582(dm )3

6- Số xi lanh i : i = 6 7- Tỷ số nén ε : ε =17,2 8- Suất tiêu hao nhiên liệu ge :ge = 190 (g/ml.h) =190/0,746=254,691(g/kW.h)

9- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp nạp α1 ; α2 : α1 =20 (độ) α2=56 (độ)

10- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp thải β1, β2 : β1 = 56 (độ) β2 = 20(độ)

11- Chiều dài thanh truyền ltt: ltt = 256 (mm) 12- Khối lượng nhóm pitton mpt: mpt =3,25(kg) 13- Khối lượng nhóm thanh truyền mtt: mtt = 4,215 (kg) 14 – Động cơ không tăng áp, 15 – góc phun sớmθi =20o

Các thông số cần chọn

1 )Áp suất môi trường :pk

Áp suất môi trường p là áp suất khí quyển trước khi nạp vào đông cơ (vớik

động cơ không tăng áp ta có áp suất khí quyển bằng áp suất trước khi nạp nênta chọn pk=p0

Ở nước ta nên chọn p = p = 0,1 (MPa)k0

2 )Nhiệt độ môi trường :Tk

Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm Vìđây là động cơ không tăng áp nên ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ trướcxupáp nạp nên :

T =T =24ºC =297ºKk0

3 )Áp suất cuối quá trình nạp :pa

Áp suất Pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại đông cơ ,tínhnăng tốc độ n ,hệ số cản trên đường nạp ,tiết diện lưu thông… Vì vậy cần xemxét đông cơ đang tính thuộc nhóm nào để lựa chọn Pa

Áp suất cuối quá trình nạp pa đối với động cơ không tăng áp có thể chọntrong phạm vi:

pa =(0,8-0,9) p = 0,8.0,1 = 0,08 (MPa)0

4 )Áp suất khí thải P :r

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) p =1,15.0,1 (MPa) k

chọn P =0,115 (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 hìnhthành 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 giãnnở càng triệt để ,Nhiệt độ T càng thấp

Thông thường ta có thể chọn : T=700 ºK -1000 ºK Thông thường ta có thể chọn : T =800 ºK

7 )Hệ số hiệu định tỉ nhiêt λ :

Hệ số hiệu định tỷ nhiệt λ được chọn theo hệ số dư lượng không khí α để hiệuđính Thông thường có thể chọn λ theo bảng sau :

α 0,8 1,0 1,2 1,4 λ 1,13 1,17 1,14 1,11 Đối với động cơ đang tính là động cơ diesel có α > 1,4 có thể chọnλ=1,10

8 )Hệ số quét buồng cháy λ :

Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta chọn λ =1

9 )Hệ số nạp thêm λ

Hệ số nạp thêm λ phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí Thông thường ta cóthể 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 cơVới các loại đ/c điezen ta thường chọn : ξ= 0,70-0,85

Chọn : ξ= 0,7

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 làđộng 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=0,85

12 )Hệ số hiệu chỉnh đồ thị công φ :

Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơvới chu trình công tác thực tế Sự sai lệch giữa chu trình thực tế với chu trìnhtính toán của động cơ xăng ít hơn của động cơ điezel vì vậy hệ số φ của đ/cxăng thường chọn hệ số lớn

Có thể chọn φ trong phạm vi: φ =0,92-0,97 Nhưng đây là đ/c điezel nên ta chọn φ =0,92

1.3 Tính toán các quá trình công tác của động cơ 1.3.1 Quá trình nạp

1 )Hệ số khí sót γ :

γr=λ2×(Tk+ΔT )

prpa

2 )Nhiệt độ cuối quá trình nạp T

Nhiệt độ cuối quá trình nạp T đươc tính theo công thức:

0,1¿[17,2×1,02 1,1− × 1×(0,115

0,08)11,45] = 0,75

p = 30× Ne× τVh×n × i = 30×132,48×4

1,8582×2110×6= 0,676 (MPa)Vậy M = 432×1 03×0,1×0,75

254,691×0,676×297= 0,633 (kmol/kg nhiên liệu)

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 côngthức :

M = \f(1,¿(C

12+H4−32O) (kmol/kg) nhiên liệu Vì đây là động cơ điezel nên ta chọn C=0,87 ; H=0,126 ;O=0,004

M = \f(1,× (\f(,12 + \f(,4 - \f(,32 ) = 0,4946 (kmol/kgnhiên liệu)

6 )Hệ số dư lượng không khí α

Vì đây là động cơ điezel nên :

α = \f(M,M = 0,6330,495 = 1,27

1.3.2.Tính toán quá trình nén

1 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí :

=19,806+0,00209.T (kJ/kmol.độ)

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 theocông thức sau :

= mc mcv+γr×v} } }} } over {1+γ rSub { size 8{r} } } } } {¿¿¿¿¿¿¿¿(19,806 0,00209.T+ ) +0,0353× 21 , 16261( + 2,877.10 T)

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 sốvận hành như kích thước xy lanh ,loại buồng cháy,số vòng quay ,phụ tải,trạngthái 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.Chỉsố nén đa biến trung bình n được xác bằng cách giải phương trình sau :

n-1 =

8, 314a'v+bv

5 )Áp suất cuối quá trình nén P :

Áp suất cuối quá trình nén P được xác định theo công thức : P = P× ε\a\ac\vs2(n = 0,08×17,21,36834= 3,923(MPa)

6 )Nhiệt độ cuối quá trình nén T

Nhiệt độ cuối quá trình nén T được xác định theo công thức T = T× ε\a\ac\vs2(n-1 =333×17,21,36834−1 = 949,59579( ºK )

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 côngthức :

M = M+ M = M×(1+γr) = 0,633 × (1+0,0353) = 0,6553

1.3.3 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 = 1+ \f(ΔM,M Trong đó độ tăng mol ΔM của các loại động cơ được xác định theo côngthức sau:

ΔM = 0,21× (1-α) ×M + ( \f(H,4 + \f(O,32 -\f(1,μ ) Đối với động cơ điezel : ΔM = ( \f(H,4 + \f(O,32 ) Do đó

β = 1 +

H

4+O32

Mo× α

= 1 +

0,1264+0,004

320,4946 ×1,27

= 1,050346

2 )Hệ số thay đổi phân tư thưc tế β: ( Do có khí sót )

Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác đinh theo công thức :

β = β0+γr

1+γr

=1,050346 0,03531+0,0353+ = 1,048629

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 côngthức :

β = 1 + β0−11+ γ× χz

+ 8,314 × λ)× Tc=βz×m cpz} } × {T} rsub {z¿

Trong đó : Q : là nhiệt trị của dầu điezel , Q =42,5.10( kJ/kgn.l ) :là tỉ nhiệt mol đẳng áp trung bình của sản vật cháy tại z là :

=8,314+ :là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy tại z được tính theo ct :

= \f(γ,β\f(γ,β\f(,= 20,94027498 + 2,74801451.10-3.Tz = a'' + (b''/2) T

Chỉnh lý lại ta có : = 29,25427498 + 2,74801451.10-3.Tz = a'' + (b'' /2) T (2)

Thay (2) vào (1) ta được:

0,7.425000.633.(1+0,0353)+ (20,94027498 + 2,74801451.10-3.Tz + 8,314 1,615)

949,59579= 1,040047.( 29,25427498 + 2,74801451.10-3.T ).Tzz

Giải phương trình trên ta được :

T = 2258,55459; T= -11982,33 (loại)

6 )Áp suất tại điểm z p :

Ta có áp suất tại điểm z p được xác định theo công thức

p = λ Pc =3,923.1,615=6,3356 ( MPa ) Với λ là hệ số tăng áp

λ= β \f(T,T

CHÚ Ý :-Đối với động cơ điezel hệ số tăng áp λ được chọn sơ bộ ở phần thông

sốchọn Sau khi tính toán thì hệ số giãn nở ρ (ở quá trình giãn nở) phải đảmbảoρ<λ,nếu không thì phải chọn lại λ, λ được chọn sơ bộ trong khoảng 1,2 ÷2,4 Ở đây ta chọn λ =1,615

Vậy p =6,3356 (MPa)

1.3.4 Tính toán quá trình giãn nở

1 )Hệ số giãn nở sớm ρ :

ρ=βz Tzλ Tc

=1,53163

Qua quá trình tính toán ta tính được ρ = 1,53163 thõa mãn điều kiện ρ<λ

2 )Hệ số giãn nở sau δ :

Ta có hệ số giãn nở sau δ được xác định theo công thức :

δ =ερ= 11,22983 )Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n :

n–1= \f(.Q,M β.\f(b'',2\f(8.314,+a''+ Trong đó :

T :là nhiêt trị tại điểm b và được xác định theo công thức :

T= Tz

εn 2−1( ºK ) Chọn n2

4)Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T :

T= Tz

εn2−1 = = 2258,55 4 59

5 )Áp suất cuối quá trình giãn nở p :

Áp suất cuối quá trình giãn nở P được xác định theo CT :

Pb= \a\ac\vs2(n\f(P,δ = 6,33561,2093=0,340073 (MPa)

pi=3,92317,2 1− [1,615.(1,5316−1)+1,615.1,5316

3 )Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g :

Ta có công thức xác định suất tiêu hoa nhiên liệu chỉ thị g:

4 )Hiệu suất chỉ thi η:

Ta có công thức xác định hiệu suất chỉ thị η :

5 )Áp suất tổn thất cơ giới P :

Áp suất tổn thất cơ giới được xác định theo nhiều công thức khác nhau vàđươc biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ.Tacó tốc độ trung bình của động cơ là :

V = \f(S.n,30 = 9,8466 (m/s) Đối với động cơ diesel cao tốc dùng cho ô tô

7 )Hiệu suất cơ giới η :

Ta có có thức xác định hiệu suất cơ giới:

η = pe

pi

= 80%

8 )Suất tiêu hao nhiên liệu g :

Ta có có thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là:

Pe i n= 132,48 30.40,675784 6 2110=1,8581 ( dm )3

D = √4.1,856 106

3,14.140=130,027644 (mm)Ta có sai số so với đề bài là :0,02764< 0,1 (mm), (thỏa mãn điều kiện)

1.4 Vẽ và hiệu đính đồ thị công

Căn cứ vào các số liệu đã tính p , p , p , p , n , n , ε ta lập bảng tínhaczb12

đường nén và đường giản nở theo biến thiên của dung tích công tác V =i.Vxc

(Vc: dung tích buồng cháy)

Vc= Vh

ε−1=1,858117,2−1=0,1146975 (dm )3

Ta có bảng tính các giá trị của quá trình nén và quá trình giản nở như sau:(Xuất phát từ p Vn=const ⇒ px Vx1

= pcVc1 với Vx=i.Vc thay vào rút ra)Sau khi ta chọn tỷ lệ xích μV và μP hợp lý để vẽ đồ thị công Để trình bày đẹpthường chọn chiều dài hoành độ tương ứng từ εV = 220mm trên giấy kẻ ly.c

Ta có :μv=ε Vc

220=17,2.0,1146975

220=8,9672.10−3 (dm3/mm)Tung độ thường chọn tương ứng với p khoảng 250 mm trên giây kẻ ly z

μp= z

250=6,3356250=0,0253424 (MPa/mm)Từ tỷ lệ xích trên ta tính được các giá trị biểu diễn (gtbd) của quá trình nén vàquá trình giản nở sau:

Quá trình

0.1147 12.7907 1.0000 3.9230 154.7999 1.0000 10.6100 0.1757 19.5914 1.7922 2.1890 86.3758 1.6747 6.3356 250.00000.2294 25.5814 2.5817 1.5195 59.9597 2.3123 4.5886 181.06450.3441 38.3721 4.4964 0.8725 34.4276 3.7756 2.8102 110.8884

0.6882 76.7442 11.6085 0.3379 13.3351 8.7301 1.2153 47.95680.8029 89.5349 14.3345 0.2737 10.7991 10.5191 1.0086 39.80080.9176 102.3256 17.2081 0.2280 8.9957 12.3625 0.8582 33.86591.0323 115.1163 20.2175 0.1940 7.6567 14.2549 0.7443 29.37001.1470 127.9070 23.3529 0.1680 6.6287 16.1920 0.6553 25.85641.2617 140.6977 26.6060 0.1474 5.8182 18.1701 0.5839 23.04161.3764 153.4884 29.9700 0.1309 5.1652 20.1862 0.5256 20.74031.4911 166.2791 33.4390 0.1173 4.6293 22.2378 0.4771 18.82681.6059 179.0698 37.0078 0.1060 4.1829 24.3227 0.4362 17.21301.7206 191.8605 40.6717 0.0965 3.8061 26.4391 0.4013 15.83511.8353 204.6512 44.4269 0.0883 3.4844 28.5853 0.3712 14.64631.9500 217.4419 48.2695 0.0813 3.2070 30.7597 0.3449 13.61091.9729 220.0000 49.0482 0.0800 3.1561 31.1978 0.3401 13.4197

Số liệu tính kiểm nghiệm bền động cơ YAMZ236

5 Chiều rộng thân tại vị trí nối với đầu nhỏ

6 Đường kính trong của bạc lót

7 Nhiệt độ làm việc của bạc lót và đầu nhỏ thanh truyền

8 Các số liệu của thânthanh truyền tại tiết diện tính toán (đo trên bản vẽ hoăc tính theo tỷ lệ cấu tạo thân thanh truyền)

Chiều dài nắp đầu to

1

14 Chiều dày nắp đầu to ở A-A h2 22,5 mmCác kích thước khác cần cho tính toán lấy từ bản vẽ mặt cắt