Pbl 2 thiết kế các cơ cấu trong Động cơ xây dựng Đồ thị công , Động học và Động lực học

Và từ các điểm chia αcó góc tương ứng trên trục O ta vẽ các đường song song với OS.. - Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn bán kính R1, ta dóng các đường thẳng vuông góc với đường kính

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG



PBL 2 THIẾT KẾ CÁC CƠ CẤU TRONG ĐỘNG CƠ

Ths Huỳnh Bá Vang

SVTH:

Những năm gần đây,nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh Bên cạnh

Nhóm sinh viên thực hiện

Nhóm 3

đó kỹ thuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ Trong đó phải nói đến ngành động lực và sản xuất ô tô , chúng ta đã liên doanh với khá nhiều hãng ô tô nổi tiếng trên thế giới như Nissan , Honda , Toyota, cùng sản xuất và lắp ráp ô tô Để góp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật , đội ngũ kỹ thuật của ta phải tự nghiên cứu và chế tạo đó là một yêu cầu cấp thiết Có như vậy ngành sản xuất ô tô của ta mới có thể phát triển được.

Đây là lần đầu tiên nhóm em vận dụng lý thuyết đã học , tính toán thiết kế động cơ theo số liệu kỹ thuật Trong quá trình tính toán mặc dù nhóm em đã được

sự giúp đỡ và hướng dẫn rất tận tình của thầy GS.TS.Trần Văn Nam và Ths

Huỳnh Bá Vang cùng các thầy trong bộ môn động lực, nhưng vì mới lần đầu làm

đồ án về môn học này nên gặp rất nhiều khó khăn và không tránh khỏi sự sai sót ,

vì vậy nhóm em rất mong được sự xem xét và giúp đỡ chỉ bảo của các thầy để bản thân ngày càng hoàn thiện hơn về kiến thức kỹ thuật.

Qua lần này nhóm em đã tự xây dựng cho mình phương pháp nghiên cứu Rất mong được sự giúp đỡ hơn nữa của các thầy Nhóm em xin chân thành cảm ơn.

CHƯƠNG 1 : XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG , ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN XÂY DỰNG BẢN VẼ ĐỒ THỊ 2

1.1 CÁC THÔNG SỐ TÍNH 2

1.2 ĐỒ THỊ CÔNG 2

1.2.1 Các thông số xây dựng đồ thị 2

1.3 ĐỒ THỊ BRICK 7

1.3.1 Phương pháp 7

1.3.2 Đồ thị chuyển vị 8

1.4 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VẬN TỐC V(α)α)) 10

1.4.1 Phương pháp 10

1.4.2 Đồ thị vận tốc V(α)α)) 11

1.5 ĐỒ THỊ GIA TỐC 12

1.5.1 Phương pháp 12

1.5.2 Đồ thị gia tốc j = f(α)x) 12

1.6 VẼ ĐỒ THỊ LỰC QUÁN TÍNH 16

1.6.1 Phương pháp 16

1.6.2 Đồ thị lực quán tính 17

1.7 ĐỒ THỊ KHAI TRIỂN: PKT, PJ, P1 – α) 18

1.7.1 Vẽ Pkt – α) 18

1.7.2 Vẽ Pj – α) 19

1.7.3 Vẽ p1 – α) 19

1.7.4 Đồ thị khải triển Pkt, Pj, P1 – α) 19

1.8 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ T, Z, N – α) 21

1.9 ĐỒ THỊ ∑T – α) 26

1.10 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN CHỐT KHUỶU 29

1.11 ĐỒ THỊ KHAI TRIỂN Q(α)α)) 32

1.12 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN ĐẦU TO THANH TRUYỀN 34

1.13 ĐỒ THỊ MÀI MÒN CHỐT KHUỶU 37

Danh sách bảng biểu.

Bảng 1-1: Bảng giá trị Đồ thị công động cơ Diesel 4

Bảng 1-2: Bảng giá trị Đồ thị chuyển vị S=f(α)) 9

Bảng 1-3: Bảng giá trị Đồ thị gia tốc theo chuyển vị 13

Bảng 1-4: Bảng giá trị Đồ thị khai triển 19

Bảng 1-5: Giá trị các thành phần lực theo : T = f(α)), N = f(α)), Z = f(α)) 23

Bảng 1-6: Bảng thứ tự làm việc của động cơ 23

Bảng 1-7: Bảng giá trị ∑T-α) 26

Bảng 1-8: Bảng tính xác định đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 30

Bảng 1-9: Bảng xác định đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to 34

Bảng 1-10: Bảng giá trị đồ thị mài mòn chốt khuỷu 38

Danh sách hình, biểu đồ. Hình 1-1: Đồ thị công động cơ p = f(α)V) 7

Hình 1-2: Phương pháp vẽ đồ thì Brick 8

Hình 1-3: Đồ thị chuyển vị S = f(α)α)) 10

Hình 1.4: Giải vận tốc bằng đồ thị V = f(α)x) 11

Hình 1-5: Đồ thị vận tốc V = f(α)α)) 12

Hình 1-6: Đồ thị gia tốc J = f(α)x) 16

Hình 1-7: Đồ thị lực quán tính 18

Hình 1-8: Đồ thị khải triển Pkt, Pj, P1 – α) 21

Hình 1-9: Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền 22

Hình 1-10: Đồ thị T,N,Z 25

Hình 1-11: Đồ thị tổng T 29

Hình 1-12: Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 32

Hình 1-13: Đồ thị khai triển Q-α) 34

Hình 1-14: Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền 37

Hình 1-15: Đồ thị mài mòn chốt khuỷu 40

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN XÂY DỰNG BẢN VẼ ĐỒ THỊ 1.1 CÁC THÔNG SỐ TÍNH:

Các thông số cho trước

Hệ thống bôi trơn - Force-feed lubrication system

Hệ thống làm mát - Forced Circulation Water Cooling System

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

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

Do Cm > 9 m/s nên động cơ là động cơ tốc độ cao hay động cơ cao tốc.

Chọn trước: n1 = 1,36 (α) chỉ số nén đa biến trung bình)

n2 = 1,28 (α) chỉ số giãn nở đa biến

+ Áp suất khí cuối kỳ nạp:

Chọn áp suất đường nạp (α)tăng áp tuabin khí): pk = 0,14 [MN/m2] (α) pk = 0,14-0,4)

Đối với động cơ bốn kỳ tăng áp ta chọn: pa = (α)0,9 - 0,96).pk (α) áp suất khí cuối kì

nạp)

Vậy chọn: pa = 0,14.pk = 0,126 [MN/m2]

+ Áp suất cuối kì nén:

pc = pa.εn1n1 = 0,126.16,81,36 = 5.84[MN/m2]

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

+ Áp suất cuối quá trình giãn nở sớm:

Áp suất khí sót (α)động cơ cao tốc) chọn:

Áp suất trước tuabin: pth = 0,9.pk = 0,95.0,126 = 0,113[MN/m2]

= 41o α)4 = 17o

b.

Biểu diễn các thông số:

- Biểu diễn thể tích buồng cháy: Chọn Vcbd = 10 [mm]

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 của AB = Vhbd

Trong đó: R là bán kinh của trục khuỷu (α)m)

 Điểm mở sớm của xu páp nạp : r’ xác định từ Brick ứng với α)1 =150

 Điểm đóng muộn của xupáp nạp : a’ xác định từ Brick ứng với α)2 =410

 Điểm mở sớm của xupáp thải : b’ xác định từ Brick ứng với α)3 =410

 Điểm đóng muộn của xupáp thải : r’’ xác định từ Brick ứng với α)4 = 17

Giá trị thực Giá trị biểu diễn

+ 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 - (α)CO’ - OO’) = R- MO’.cos + RλR 2

+ Coi: MO’  R + RλR 2 cos

 AC = R [ (1−cos α )+ λR

2α ) ] = R [ (1−cos α )+ λR

4 (1−cos 2 α )]= x

1.3.2 Đồ thị chuyển vị:

-Muốn xác định chuyển vị của piston ứng với góc quay trục khuỷu là α) =10o, 20o,

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

Hạ MC vuông góc với AD Điểm A ứng với góc quay =00(α)vị trí điểm chết trên) và

điểm D ứng với khi =1800 (α)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 Brick ta kẻ các đường thẳng

song song với trục O Và từ các điểm chia (α)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 .

- Chia đều nửa vòng tròn bán kính R1, và vòng tròn bán kính R2 ra 18 phần bằng nhau Như vậy, ứng với góc  ở nửa vòng tròn bán kính R1 thì ở vòng tròn bán kính R2 sẽ là 2, 18 điểm trên nửa vòng tròn bán kính R1 mỗi điểm cách nhau 10 và trên vòng tròn bán kính R2 mỗi điểm mỗi điểm cách nhau là 20∘

-Trên nửa vòng tròn R1 ta đánh số thứ tự từ 0, 1, 2, , 18 theo chiều ngược kim đồng

hồ, còn trên vòng tròn bán kính R2 ta đánh số 0’,1’,2’, , 18’ theo chiều kim đồng hồ,

cả hai đều xuất phát từ tia OA.

- Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn bán kính R1, ta dóng các đường thẳng vuông

góc với đường kính AB, và từ các điểm chia trên vòng tròn bán kính R2 ta kẻ các

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 R1 biểu diễn trị số vận tốc

v 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

Hình 1.4: Giải vận tốc bằng đồ thị.

1.4.2 Đồ thị vận tốc V(α)α)):

Hình 1-5: Đồ thị vận tốc V = f(α)α))

- Vẽ hệ toạ độ vuông góc v - s trùng với hệ toạ độ trục thẳng đứng 0v trùng với

trục 0 Từ các điểm chia trên đồ thị Brích, ta kẻ các đường thẳng song song với trục

0v và cắt trục 0s tại các điểm 0,1,2,3, ,18, từ các điểm này ta đặt các đoạn thẳng

00’’, 11’’, 22’’, 33’’, ,1818’’ song song với trục 0v có khoảng cách bằng khoảng

cách các đoạn tương ứng nằm giữa đường cong với nữa đường tròn bán kính r1 mà

nó biểu diển tốc độ ở các góc  tương ứng Nối các điểm 0’’,1’’,2’’, ,18’’ lại với

nhau ta có đường cong biểu diễn vận tốc piston v=f(α)s).

1.5 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 = Jmax = R2(α)1+) Từ B

dựng đoạn thẳng BD = Jmin = -R2(α)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

- 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(α)x).

Bảng 1-3: Bảng giá trị đồ thị gia tốc theo chuyển vị

Hình 1-6: Đồ thị gia tốc J = f(α)x)

1.6 VẼ ĐỒ THỊ LỰC QUÁN TÍNH:

1.6.1 Phương pháp:

- 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’ = mpt +m1 [kg]

Trong đó:

+ mpt: Khối lượng nhóm piston Theo đề ta có mpt = 0,8 [kg]

+ m1: Khối lượng thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền.

+ m2 : Khối lượng thanh truyền quy về đầu to thanh truyền.

Được chọn 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 m1 trong

khoảng.

- Để có thể dùng phương pháp cộng đồ thị -Pj với đồ thị công thì -Pj phải có

cùng thứ nguyên và tỷ lệ xích với đồ thị công, thay vì vẽ giá trị thực của nó ta vẽ

-Pj= f(α)x) ứng với một đơn vị diện tích đỉnh Piston.

𝑚 = 𝐹m'pis

m' πD2 4

1,1 ⋅ 𝜋⋅3400 0,086

Đồ thị PJ này vẽ chung với đồ thị công P-V.

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

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

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

p

- 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 Pkt -  với tỷ lệ xích :

p = 0,03 [MN/(α)m2.mm)]

 = 2 [0/mm]

1.7.2 Vẽ P j – α):

- Cách vẽ đồ thị khai triển này giống như cách vẽ đồ thị khai triển Pkt - α) Tuy nhiên,

trên đồ thị p - V thì giá trị của lực quán tính là – PJ nên khi chuyển sang đồ thị P-α) ta

phải đổi dấu.

1.7.3 Vẽ p 1 – α):

- Cộng các giá trị pkt với pj ở các trị số góc  tương ứng, ta vẽ được đường biểu

diễn hợp lực của lực quán tính và lực khí thể P1:

 Z

T ON

Ptt

P1 Ptt



Hình 1-9: Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

- Lực tiếp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:

sinβ = .sinα)  = arcsin(α)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 (α)N, T, Z - ).

- Với tỷ lệ xích : T = Z = N = p = 0,03 [MN/(α)m2.mm)]

 = 2 [0/mm] 

PBL2: THIÉT KẾ ĐỒ ÁN CHƯƠNG 1: XÂY DỰN ĐỒ THI CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐLH

∑ Ttb= 30⋅Ni

π⋅R⋅FP⋅ ϕ⋅n [N/m2] Trong đó:

+ Ni: công suất chỉ thị của động cơ

+ R: là bán kính quay của trục khuỷu

R = 0,048 [m]

+ : là hệ số hiệu đính đồ thị công

 = 1 (α)Khi vẽ đã hiệu chỉnh đồ thị công) ∑Ttb=11.35mm

Hình 1-11: Đồ thị tổng T

1.10 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN CHỐT KHUỶU:

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

biểu diễn véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

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

Bảng 1-8 : Bảng tính xác định đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

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

- Tiến hành vẽ đồ thị:

+ Vẽ hệ trục tọa độ Q - α)

+ Đặt các cặp điểm (α)Q, α)) lên hệ trục tọa độ.

+ Đường cong nối các điểm này biểu diễn đồ thị Q – α) cần vẽ.

Hình 1.13: Đồ thị khai triển phụ tải chốt khuỷu Q-α)

1.12 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN ĐẦU TO THANH TRUYỀN:

- Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền được xây dựng bằng cách :

+ Vẽ một đường tròn bất kì tâm O, tâm của đầu to thanh truyền là O.

+ Đem tờ giấy bóng đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt khuỷu sao cho tâm O trùng với tâm O của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Lần lượt xoay tờ giấy bóng cho các điểm 00 , 100 ,

200 , 300,  trùng với trục +Z của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Đồng thời đánh dấu

các điểm đầu mút của các véc tơ →→

, →−→ →−→ →−→

 của đồ thị phụ tải tác dụng trên

𝑄0 𝑄10,𝑄20,𝑄30, chốt khuỷu trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0 , 10 , 20 , 30, 

+ Nối các điểm 0 , 15 , 30 ,  bằng một đường cong , ta có đồ thị phụ tải tác dụng trên đầu

to thanh truyền

Bảng 1-9: Bảng xác định đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to

9.479432289

12.49827279

15.36859644

18.01980088

20.36175606

22.28527502

23.66638619

24.37523515

23.31176571

21.38639681

18.51607316

14.77139712

6.317729503

5.285380946

6.365304499

9.479432289

12.49827279

15.36859644

18.01980088

20.36175606

22.28527502

23.66638619

24.37523515

21.38639681

18.51607316

14.77139712

10.29314473

5.285380946

Hình 1-14: Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền

1.13 ĐỒ THỊ MÀI MÒN CHỐT KHUỶU:

- Đồ thị mài mòn của chốt khuỷu (α)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 dầu 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 1200;

+ 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 15o theo chiều ngược chiều kim đồng hồ, bắt đầu tại điểm 0 là giao điểm của vòng tròn O với trục OZ (α)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 :

ΣQ'Q'i  Q'i0 Q'i1   Q'in

Trong đó: + 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