Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z z phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ,thể hiện lượng nhiệt phát ra đã cháy ở điểm z so với lượng nhiệt phát ra khi đốt cháy hoàntoàn 1kg nhiên
TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ
Trình tự tính toán
- Kiểu động cơ: 3D6 Động cơ Diesel 1 hàng, không tăng áp, buồng cháy thống nhất.
- Thứ tự làm việc cuả xilanh 1- 5 -3-6-2-4
- Góc mở sớm xupáp nạp: 1 = 20 0
- Góc đóng muộn của xupáp nạp: 2 = 48 0
- Góc mở sớm xupáp xả: 1 = 48 0
- Góc đóng muộn xupáp xả: 2 = 20 0
- Chiều dài thanh truyền: ltt = 320 (mm)
- Công suất định mức: Ne = 170( mã lực) = 112,5 kW
- Số vòng quay định mức: n = 1700 (vòng/phút)
- Suất tiêu hao nhiên liệu: ge !0 (g/ml.h)
- Khối lượng thanh truyền: mtt = 5,62 (kg)
- Khối lượng nhóm piston: mpt = 2,37 (kg)
1.1.2 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 động cơ Với động cơ không tăng áp thì áp suất khí quyển bằng áp suất trước xupáp nạp nên ta chọn pk = p0 Ở nước ta có thể chọn pk = p0 = 0,1 (MPa)
Nhiệt độ môi trường được xác định dựa trên nhiệt độ bình quân hàng năm Đối với động cơ không tăng áp, nhiệt độ môi trường sẽ tương đương với nhiệt độ trước xupáp nạp.
3 Áp suất cuối quá trình nạp: p a Áp suất pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại động cơ, tính năng tốc đôn n, hệ số cản trên đường nạp, tiết diện lưu thông…Vì vậy cần xem xét động cơ đang tính thuộc nhóm nào để lựa chon pa. Áp suất cuối quá trình nạp pa có thể chọn trong phạm vi:
Pa = (0,8 ÷ 0,9).pk, chọn pa = 0,085 (Mpa)
4 Áp suất khí thải: p r Áp suất khí thải cũng phụ thuộc vào các thông số như pa Áp suất khí thải có thể chon trong phạm vi:
Pr =(1,05 ÷ 1,15).pk, chọn pr = 0,11 ( Mpa)
5 Mức độ sấy nóng môi chất :
Mức độ sấy nóng môi chất chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành khí hỗn hợp ở bên ngoài hay bên trong xilanh: Động cơ Điezen: = 20 0 ÷40 0 C, chọn % 0 C)8 0 K
6 Nhiệt độ khí sót (khí thải): T r
Nhiệt độ khí sót Tr phụ thuộc vào loại động cơ, và nếu quá trình giản nở diễn ra triệt để, nhiệt độ Tr sẽ giảm Thông thường, chúng ta có thể lựa chọn
7 Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt:
Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt được chọn theo hệ số dư lượng không khí để hiệu đính Thông thường có thể chọn theo bảng sau:
1,13 1,17 1,14 1,11 Động cơ Diesel có >1 nên chọn
8 Hệ số quét buồng cháy λ 2 : Động cơ không tăng áp chọn λ2 =1
Hệ số nạp thêm λ1 phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí Thông thường có thể chon: λ1 =1,02 ÷ 1,07, chọn λ1 =1,02
10 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ( z ):
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z phụ thuộc vào chu trình hoạt động của động cơ, thể hiện tỷ lệ giữa nhiệt phát ra đã cháy tại điểm z và nhiệt phát ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu.
Với động Diesel ta thường chọn z =0,70÷0,85, chọn z =0,78
11 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ( b )
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b b tuỳ thuộc vào loại động cơ Xăng hay động cơ Điêzen Với động cơ Điêzen ta thường chọn b = 0,80÷0,90, chọn b =0,9
12 Hệ số hiệu đính đồ thị công d
Trong quá trình tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ, có thể xảy ra sự sai lệch so với chu trình công tác thực tế Để thể hiện sự sai lệch này, có thể chọn hệ số d trong khoảng từ 0,92 đến 0,97, và lựa chọn d = 0,94.
Tính toán các quá trình công tác
1.2.1 Tính toán quá trình nạp
Hệ số khí sót γr được tính theo công thức: γ r =
Trong đó m là chỉ số giản nở đa biến trung bình của khí sót có thể chon: m =1,45÷1,5, chọn m =1,5
Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a :
Nhiêt độ cuối quá trình nạp Ta được tính theo công thức:
Hệ số nạp được xác định theo công thức:
Lượng khí nạp mới M1 được xác định theo công thức :
M1 = (kmol/kg nhiên liệu) Trong đó: là áp suất có ích trung bình được xác định theo công thức :
(lít) là thể tích công tác của động cơ được xác định theo công thức:
V ậy M1 = (kmol/kg nhiên liệu)
Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M 0 :
Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M0 được tính theo công thức:
M0 = (kmol/kg nhiên liệu) Đối với nhiên liệu của động cơ Điêzen ta có:
Thay các giá trị vào ta có:
Mo= =0,4946 (kmol/kg nhiên liệu)
Hệ số dư lượng không khí : Đối với động cơ Điêzen cần phải xét đến hơi nhiên liệu ,vì vậy:
Thay các giá trị vào ta có:
1.2.2 Tính toán quá trình nén:
Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí:
Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình cuả sản phẩm cháy:
Khi hệ số dư lượng không khí >1 ,tính theo công thức sau:
Thay số vào công thức trên ta có:
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:
Thay các giá trị vào ta có:
(kJ/kmol độ) av'.836; bv'/2=0.00211
Chỉ số nén đa biến trung bình n 1 :
Chỉ số nén đa biến trung bình chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố như kích thước xilanh, loại buồng cháy, số vòng quay và phụ tải nhiệt độ của động cơ Sự thay đổi của n1 diễn ra theo quy luật nhất định.
Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ làm cho n1 tăng.
Chỉ số nén đa biến trung bình n1 được xác định bằng cách giải phương trình:
Chú ý: thông thường để xác định n1 ta phải chọn n1 trong khoảng 1,340 ÷ 1,390 Chọn n
Áp suất cuối quá trình nén \( p_c \) được tính theo công thức, với giá trị vế trái là 0,3683 và vế phải là 0,3678 Sai số là 0,1483, nhỏ hơn 0,2%, cho thấy kết quả đạt yêu cầu.
Nhiệt độ cuối quá trình nén T c : Được xác định theo công thức:
Lượng môi chất công tác của quá trình nén M c :
Lượng môi chất công tác của quá trìng nén Mc được xác định theo công thức:
Thay các giá trị vào ta có: Mc = (kmol/kgn.l)
1.2.3 Tính toán quá trình cháy:
Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết :
Ta có hệ số thay đổi phân tử lý thuyết được xác định theo công thức:
= Trong đó độ tăng mol của các loại động cơ được xác định theo công thức:
0.21(1- )M0 + ( + ) Đối với động cơ Điêzen
Thay số vào ta có:
Hệ số thay đổi phân tử thực tế β: (Do khí sót)
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác định theo công thức:
Thay số vào ta có:
Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z ( ): (Do cháy chưa hết)
Ta có hệ số thay đổi phân tử thưc tế tại điêm z ( ) được xác định theo công thức: χ z
Thay số vào ta có:
Trong đó: χ z= Lượng sản vật cháy M 2 :
Ta có lượng sản vật cháy M2 được xác định theo công thức:
Nhiệt độ tại điểm z (T z ): Đối với động Điêzen, nhiệt độ tại điểm z (Tz ) bằng cách giải phương trình cháy sau:
: Nhiệt trị của nhiên liệu Điêzen, thông thường có thể chọn
Tỉ nhiệt mol đăng tích trung binh của sản vật cháy tại z:
: Là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy tại z được xác định theo công thức: Áp suất tại điểm Z( p z ):
Ta có áp suất tại điểm Z( pz) được xác định theo công thức:
Hệ số tăng áp λ, được chọn sơ bộ trong phần thông số chọn, phải nằm trong khoảng 1,2 đến 1,5 sau khi tính toán hệ số giản nở trong quá trình giản nở.
1.2.4 Tính toán quá trình giản nở:
Hệ số giản nở sớm :
Như vậy với động cơ Điêzen đã đảm bảo điệu kiện
Hệ số giản nở sau :
Ta có hệ số giản nở sau được xác định theo công thức :
Thay số vào ta có:
Chỉ số giản nở đa biến trung bình n 2 :
Ta có chỉ số giản nở đa biến trung bình n 2 được xác định từ phương trình cân bằng sau :
T b : Là nhiệt trị tại điểm bvà xác định theo công thức:
( 0 K) : Nhiệt trị tính toán ở đây ta xét với động cơ Điêzen nên:
Thay vào công thức (10) các giá tri tương ứng ta có:
Để xác định giá trị n2, thường chọn n2 trong khoảng từ 1,150 đến 1,250, theo sách "Nguyên lý ĐCĐT" của Nguyễn Tất Tiến (trang 184) Trong trường hợp này, n2 được chọn là 1,2438 Sau khi kiểm tra, thay giá trị n2 vào hai vế của phương trình, ta có vế trái là 0,2438 với sai số 0,1599, nhỏ hơn 0,2%, và vế phải là 0,2434, thỏa mãn điều kiện đã đặt ra.
Nhiệt độ cuối quá trình giản nở T b :
Ta có công thức xác định nhiệt độ cuối quá trình giản nở T b :
Thay số vào ta có: ( 0 K) Áp suất cuối quá trình giản nở p b : Áp suất cuối quá trình giản nở p b được xác định theo công thức:
Tính nhiệt độ khí thải T rt :
Nhiệt độ khí thải được xác định theo công thức:
( 0 K) Sai số của nhiệt độ khí thải tính toán Trt và nhiệt độ khí thải đã chọn ban đầu không được vượt quá 15%, nghĩa là:
1.2.5 Tính toán các thông số chu kỳ công tác Áp suất chỉ thị trung bình được xác định theo công thức:
Với động cơ Điêzen áp suất chỉ thi trung binh được xác định theo công thức:
(MPa) Thay số vào ta có: Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p i :
Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đo ta có áp suất chỉ thị trung bình thực tế được xác định theo công thức:
Trong đó là số hiệu đính đồ thị công Chọn theo tính năng và chủng loại động cơ.
Suất tiêu hao nhiên liệu g i
Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi:
Công thức xác định hiệu suất chỉ thị bao gồm áp suất tổn thất cơ giới p m, được tính theo nhiều công thức khác nhau Áp suất này có mối quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ, trong đó tốc độ trung bình của động cơ được xác định rõ ràng.
Theo số thực nghiệm có thể tính pm theo công thức sau : Đối với động Điênzen cao tốc(vtb > 7 nên :
(Mpa) Áp suất có ích trung bình p e :
Ta có công thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định theo công thức:
(MPa) Sau khi tính được pe phải so sánh với trị số pe đã tính ở phần tính toán quá trình nạp đã thỏa mản.
Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới :
Suất tiêu hao nhiên liệu g e :
Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là :
Công suất có ích được xác định theo công thức sau:
1.2.6 Kiểm nghiệm đường kính xilanh theo công thức:
Ta có thể tích công tác tính toán được xác định theo công thức :
Sai số đường kính là: ∆DSai số đường kính không đươc vượt quá 0,1 mm nên thoả mãn điều kiện.
Vẽ và hiệu đính đồ thị công
Dựa trên các số liệu đã tính toán như pa, pc, pz, pb, n1, n2, và ε, chúng ta đã lập bảng tính cho quá trình nén và giản nở theo sự biến thiên của dung tích công tác Vx = i.Vc (Vc: dung tích buồng cháy) Bảng tính này cung cấp các giá trị quan trọng cho quá trình nén và giản nở.
(Xuất phát từ =const với Vx=i.Vc thay vào rút ra)
Sau khi lựa chọn tỷ lệ xích hợp lý để vẽ đồ thị công, chiều dài hoành độ thường được chọn là εVc = 230mm trên giấy kẻ ly để đảm bảo sự trình bày đẹp mắt.
Tung độ thường chọn tương ứng với pz khoảng 250 mm trên giây kẻ ly.
Từ tỷ lệ xích trên ta tính được các giá trị biểu diễn (gtbd) của quá trình nén và quá trình giản nở sau:
Quá trình nén Quá trình giãn nở
Để thuận tiện cho việc khai triển đồ thị sau này, cần chọn đường biểu diễn áp suất Pk song song với hoành độ trên đường đậm của giấy kẻ ly Đồng thời, đường 1Vc cũng nên được đặt trên đường đậm của tung độ.
Sau khi hoàn thành việc vẽ đường nén và đường giản nở, tiếp theo là vẽ đường biểu diễn đường nạp và đường thải lý thuyết Hai đường này được thể hiện bằng hai đường thẳng song song với trục hoành, đi qua hai điểm pa và pr.
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 vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công:
Ta chọn tỷ lệ xích của hành trình piston S là:
Vì gtbd Vmax – gtbd Vmin = 236-16"0(mm)
Thông số kết cấu của động cơ là:
Khoảng cách OO ’ là: (mm)
Giá trị biểu diễn OO ’ trên đồ thị:
Ta có nửa hành trình của pistông là:
(mm) Giá trị biểu diễn R trên đồ thị:
Từ và ta có thể vẽ được vòng tròn Brick
* Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị:
Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp: (điểm a)
Từ điểm O’ trên đường tròn Brick, xác định góc đóng muộn của xupáp thải tại điểm a’ Từ điểm a’, vẽ đường song song với trục tung cắt đường p a tại điểm a Kết nối điểm r trên đường thải (giao điểm giữa đường p r và trục tung) với a, ta có đường chuyển tiếp giữa quá trình thải và quá trình nạp.
Áp suất cuối quá trình nén thực tế thường lớn hơn áp suất lý thuyết do hiện tượng phun sớm Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quá trình nén thực tế được xác định bằng công thức cụ thể cho động cơ Điezen.
Từ đó ta xác định được tung độ của điểm c ’ trên đồ thị công:
Hiệu đính điểm phun sớm: (điểm c ’’ )
Do hiện tượng phun sớm, đường nén thực tế tách biệt với đường nén lý thuyết tại điểm c’’ Điểm c’’ được xác định từ điểm O’ trên đồ thị Brick, nơi góc phun sớm cắt đường tròn Brick Từ vị trí này, ta kéo một đường song song với trục tung để cắt đường nén tại điểm c’’ Cuối cùng, sử dụng một cung thích hợp để nối điểm c’’ với điểm c’.
Áp suất pzmax thực tế trong quá trình cháy và giản nở đạt giá trị cao nhất nằm trong khoảng 3720 ÷ 3750, tương đương với 120 ÷ 150 sau điểm chết trên của quá trình này.
* Hiệu đính điểm z của động cơ Diezel:
Để xác định điểm Z, bắt đầu từ góc 15 độ Tại điểm O' trên đồ thị Brick, xác định góc tương ứng với 375 độ quay trục khuỷu Bán kính này sẽ cắt vòng tròn tại một điểm, từ đó vẽ một đường thẳng song song với trục tung, cắt đường Pz tại điểm Z.
- Dùng cung thích hợp nối c ’ với z và lượn sát với đường giản nở
Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế: (điểm b ’ )
Do hiện tượng mở sớm xupáp thải, quá trình thải thực tế diễn ra sớm hơn lý thuyết Để xác định điểm b’, từ điểm O’ trên đồ thị Brick, ta xác định góc mở sớm của xupáp thải Bán kính này sẽ cắt vòng tròn Brick tại một điểm, từ đó gióng một đường song song với trục tung, cắt đường giản nở tại điểm b’.
Trong quá trình giản nở, điểm kết thúc thực tế (điểm b’’) thường có áp suất thấp hơn so với áp suất lý thuyết do xupáp thải mở sớm Theo công thức kinh nghiệm, áp suất cuối cùng có thể được xác định bằng pb" = 0.18662 yb" = 6.78705 ω7.
Từ đó ta xác định tung độ của điểm b ’’ là:
Sau khi xác định được các điểm b ’ ,b ’’ ta dùng các cung thích hợp nối với đường thải ra
Hình 1.2 Đồ thi công đã hiệu chỉnh
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC , ĐỘNG LỰC HỌC
Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học
Các đường biểu diễn được vẽ trên một trục hoành thống nhất tương ứng với hành trình của pittông S = 2R Do đó, đồ thị phản ánh hoành độ tương ứng với vận tốc vh của đồ thị công, từ điểm 1 vc đến vc.
2.1.1 Đường biểu diễn hành trình piston x =
Ta tiến hành vẽ đường hành trình của piston theo trình tự sau:
1 Chọn tỉ lệ xích góc: Thường dùng tỷ lệ xích (0,6 ÷ 0,7) (mm/độ)
2 Chọn gốc tọa độ cách gốc đồ thị công khoảng 15 ÷ 18 (cm)
3 Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 10 0 , 20 0 ,….180 0
4 Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 10 0 , 20 0 …180 0 tương ứng trên trục tung của đồ thị x = ta được các điểm xác định chuyển vị x tương ứng với các góc 10 0 , 20 0 ….180 0
5 Nối các điểm chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ x Đường biểu diễn hành trình của piston X= f(α) Đường biểu diễn tốc độ của piston v Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn của pittông theo phương pháp đồ thị vòng Tiến hành theo các bước cụ thể sau :
1 Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính R, phía dưới đồ thị x = , sát mép dưới của bản vẽ.
2 Vẽ đường tròn tâm O bán kính là R /2
3 Chia nửa vòng tròn tâm O bán kínhR và vòng tròn tâm O bán kính R /2 thành 18 phần theo chiều ngược nhau.
4 Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn tâm O bán kính 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 của vòng tròn tâm O 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 piston 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 đến đường cong a, b, c…. đồ thị này biểu diễn quan hệ v= trên tọa độ cực. Đường biểu diễn vận tốc của piston V=f(α)
2.1.2 Đường biểu diễn gia tốc của piston j =
Ta tiến hành vẽ đường biểu gia tốc của pistong theo phương pháp Toolê.
Ta vẽ theo các bước sau:
1 Chọn tỉ lệ xích = 47 (m/s 2 mm)
2 Ta tính được các giá trị:
Chú thích: λ thông số kết cấu động cơ
Vậy ta được giá trị biểu diễn jmax là:
- Gia tốc cực tiểu: Pj
= - 90.10 -3 157 2 (1-0,28125)=-1594,48 (m/s 2 ) Vậy ta được giá trị biểu diễn jmin là :
- Xác định giá trị EF :
=-3.0,09.0,28125,157 2 =-1871,78344 (m/s 2 ) Vậy ta được giá trị biểu diễn EF là:
3 Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy AC = jmin, từ điểm B tương ứng điểm chết dưới lấy BD = jmin; Nối liền CD cắt trục hoành tại E, lấy về phía BD Nối
CF và FD chia các đoạn thành n phần, nối các điểm 11, 22, 33… Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với các điểm 11, 22, 33… để tạo ra các đường cong biểu diễn mối quan hệ j Đường biểu diễn gia tốc của piston được xác định bởi j = f(x).
Tính toán động lực học
2.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến
- Khối lượng nhóm piston mnpt =2,37 (kg) được cho trong số liệu ban đầu của đề bài (kg).
- Khối lượng của thanh truyền phân bố về tâm chốt piston m1:
Khối lượng của thanh truyền phân bố về tâm chốt piston m1 có thể được tra cứu trong các sổ tay kỹ thuật, hoặc thông qua việc cân các chi tiết của nhóm để thu thập số liệu Ngoài ra, khối lượng cũng có thể được tính gần đúng dựa trên bản vẽ hoặc sử dụng công thức kinh nghiệm.
+ Thanh truyền của động cơ ô tô : m1 = (0.28 ÷ 0.29)mtt =0,29.5,26=1,5254(kg) trong đó mtt = 5,26 (kg) là khối lượng thanh truyền đề bài đã cho.
Vậy ta xác định được khối lượng tịnh tiến: m m = mnpt + m1 =2,37+1.5254= 3.8954(kg)
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: m 2 m2 = (mtt – m1) = 5,26 – 1,5254= 3,7346 (kg)
- Khối lượng của chốt khuỷu (Cổ biên): m ch
Trong đó ta có: dch: Là đường kính ngoài của chốt khuỷu = 85 (mm)
: Là đường kính trong của chốt khuỷu = 44 (mm) lch: Là chiều dài của chốt khuỷu = 70 (mm)
: Là khối lượng của vật liệu làm chốt khuỷu = 7800 (kg/mm 3 ) Thay số vào ta có:
- Khối lượng của má khuỷu quy dẫn về tâm chốt: m 0m
Khối lượng này tính gần đúng theo phương trình quy dẫn:
Trong đó: m0m - Khối lượng của má khuỷu rmk - Bán kính trọng tâm má khuỷu
R - Bán kính quay của khuỷu
Lực quán tính chuyển động tịnh tiến:
Với thông số kết cấu ta có bảng tính α(do) α(rad) cosα+λcos2α pj=-m.Rω(cosα+λcos2α) Làm tròn
2.2.4 Vẽ đường biểu diễn lực quán tính
Ta thực hiện vẽ đường biểu diễn lực quán tính bằng phương pháp Tôlê, trong đó hoành độ được đặt trùng với đường trên đồ thị công và vẽ đường cùng chiều với f=(x) Các bước tiến hành như sau:
1 Chọn tỉ lệ xích để của và (cùng tỉ lệ xích với áp suất ) (MPa/mm), tỉ lệ xích cùng tỉ lệ xích với hoành độ của j = (x)
Ta tính được các giá trị:
Vậy ta được giá trị biểu diễn là:
Vậy ta được giá trị biểu diễn là:
- Ta xác định giá trị E’F’
Vậy ta được giá trị biểu diễn E’F’ là:
3 Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy A’C’= , từ điểm B tương ứng điểm chết dưới lấy B’D’= ; Nối C’D’ cắt trục hoành ở E’; Lấy E’F’ về phía B’D’ NốiC’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
Chúng tôi tiến hành vẽ đường biểu diễn quan hệ dựa trên hai đồ thị, sử dụng phương pháp đồ thị vòng Quy trình thực hiện được tiến hành theo trình tự rõ ràng để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong việc phân tích dữ liệu.
1 Từ tâm các 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
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 ,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
3 Nối các điểm nằm trên đồ thị ta được đường biểu diễn quan hệ
Chú ý : Nếu vẽ đúng, điểm sẽ ứng với điểm j = 0.
2.2.6 Khai triển đồ thị công P-V thành : Để thuận tiện cho việc tính toán sau này ta tiến hành khai triển đồ thị công P – V thành đồ thị Khai triển đồ thị công theo trình tự sau :
1 Chọn tỉ lệ xích Như vậy toàn bộ chu trình sẽ ứng với 360 mm Đặt hoành độ này cùng trên đường đậm biểu diễn p và cách ĐCT của đồ thị công khoảng 4 ÷ 5 cm.
2 Chọn tỉ lê xích đúng bằng tỉ lệ xích khi vẽ đồ thị công (MN/mm)
3 Từ các điểm chia trên đồ thị Brich ta xác định trị số của tương ứng với các góc rồi đặt các giá trị này trên toạ độ
+ Cần xác định điểm Theo kinh nghiệm, điểm này thường xuất hiện
+ Khi khai triển cần cẩn thạn ở đoạn có độ dốc tăng trưởng và đột biến lớn của p từ , 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
2.2.7 Khai triển đồ thị thành Đồ thị biểu diễn trên đồ thị công có ý nghĩa kiểm tra tính năng tốc độ của động cơ.
Khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao, đường công suất sẽ cắt đường nén ac, trong khi ở tốc độ thấp, hiện tượng này ít xảy ra Đường công suất còn giúp xác định giá trị một cách dễ dàng, vì khoảng cách giữa đường này và các đường biểu diễn quá trình nạp, nén, cháy, giãn nở và thải của động cơ chính là giá trị cần tìm.
Khai triển đồ thị tương tự như cách khai triển đồ thị công qua vòng tròn Brich, nhưng cần chú ý rằng trong đồ thị này, việc biểu diễn đồ thị đòi hỏi phải lấy giá trị một cách chính xác.
Ta tiến hành vẽ đồ thị bằng cách ta cộng hai đồ thị là đồ thị và đồ thị Đồ thị , ,
2.2.9 Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến và đồ thị lực pháp tuyến :
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 , tỉ lệ xích 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 ). α(độ) α(Rad) β(Rad) α+β PΣ sin(α+β)/cosβ cos(α+β)/cosβ T Z
720 12.560 0.00 12.558 -22 -0.008 1.000 0 -22 cùng tỉ lệ xích đã chọn.
Dựa vào thông số kết cấu và các công thức đã nêu, cùng với việc tham khảo đồ thị, chúng ta có thể xác định các giá trị cho bảng dưới đây theo góc quay của trục khuỷu.
+ Biểu diễn đường T = f( ) và Z = f( ) trên toạ độ dã chọn.
Chú ý : kiểm tra các mối tương quan sau :
+ Ở các điểm ta đều có T= 0 nên đường T đều cắt trục hoành
+ Ở các điểm thì T = 0 nên 2 đường này giao nhau trên trục hoành. Đồ thị ,
2.2.10 Vẽ đường biểu diễn của động cơ nhiều xilanh : Động cơ nhiều xilanh có mômen tích luỹ vì vậy phải xác định mômen này.
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
: 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 cũng chính là đường biểu diễn
(do ta đãbiết ) Ta vẽ đường biểu diễn này như sau :
1 Lập bảng xác định các góc 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 =0 0 thì các và xilanh
2,3,4, đang ở các góc công tác tương ứng , )
3.Từ bảng số liệu trên ta vẽ đường đồ thị ở gó c trên của đồ thịT và Z.
4 Vẽ đường ngang xác định (đại diện cho mômen cản) trực tiếp trên đồ thị bằng cách đếm diện tích bao bởi đường với trục hoành ( ) rồi chia diện tích này cho chiêu dài của trục hoành Nghĩa là :
-là tỉ lệ xích của lực tiếp tuyến.
Tiếp đến ta tính theo công suất của động cơ :
So sánh 2 giá trị và ta có : ΔT = 0,44 – 0,42 = 0,02 < 5%.
2.2.11 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 tính và dã tính ở bảng trên ta xác định được các điểm 0 là điểm có toạ độ và ; điểm 1 là điểm có toạ độ
… điểm 72 là điểm có toạ độ
Đồ thị này thể hiện mối quan hệ trên tọa độ T-Z, cho phép chúng ta thấy rằng từ gốc tọa độ, tại bất kỳ điểm nào, ví dụ như điểm 380, đều có thể nối kết và phân tích dữ liệu một cách hiệu quả.
TÍNH NGHIỆM BỀN CÁC CHI TIẾT
Thông số ban đầu
1 Đường kính trong đầu nhỏ d1 65 mm
2 Đường kính ngoài đầu nhỏ d2 47 mm
3 Chiều dài đầu nhỏ thanh truyền lđ 52 mm
4 Bán kính góc lượn nối đầu nhỏ với thân 1 180 mm
5 Chiều rộng thân tại vị trí nối với đầu nhỏ H 46 mm
6 Đường kính trong của bạc lót db 42 mm
7 Nhiệt độ làm việc của bạc lót và đầu nhỏ thanh truyền t 150 0C
Các số liệu của thân thanh truyền tại tiết diện tính toán (đo trên bản vẽ hoăc tính theo tỷ lệ cấu tạo thân thanh truyền)
9 Khối lượng nắp đầu to mn 2 kg
10 Khoảng cách giữa 2 đường tâm bulông thanh truyền l 130 mm
11 Chiều dày bạc đầu to h1 3 mm
12 Chiều dài bạc đầu to lb 68 mm
13 Chiều dài nắp đầu to ln 73 mm
14 Chiều dày nắp đầu to ở A-A h2 16 mm
4 Đường kính nhỏ nhất bulông 8,5 mm
Tính toán, kiểm nghiệm bền
3.2.1 Tính sức bền đầu to thanh truyền.
Do kết cấu đầu to có tiết diện thay đổi phức tạp, nên tính toán mang tính chất gần đúng.
Lực tính toán là sự kết hợp của lực quán tính trong chuyển động tịnh tiến và vận tốc quay của đầu to, không tính đến nắp, được xác định tại vị trí DCT.
M tt = m np + m 1 = 0,36 +0,27= 0.63(kg) : Khối lượng chuyển động tịnh tiến của thanh truyền
M2 và Mn là khối lượng quy về đầu to và khối lượng nắp đầu to (kg) Để đơn giản hóa tính toán, ta giả thiết M2 - Mn = 1/2.M2 = 1/2.0,44 = 0,22 (kg) Công thức ld2 được tính theo công thức ld2 = (0,45 - 0,85)dck, và chọn ld2 = 0,665.54 = 39,767 (mm) Tham số kết cấu được xác định là λ = 0,267.
⇒Pd =1,06.46.10 −3 531 2 (1+0,267)+0,22.46.10 −3 531 2 = 14565,8 (MN) Tính sức bền đầu to thanh truyền theo phương pháp của Kinaxotsvili với các giả thiết sau:
-Đầu to coi như một khối nguyên, không xét đến mối ghép.
-Tiết diện ngang đầu to coi như không đổi bằng tiết diện giữa của nắp.
Khi lắp căng bạc lót đầu to với đầu to, bạc lót và đầu to sẽ biến dạng đồng thời Mô men tác dụng tỷ lệ thuận với mô men quán tính của tiết diện, trong khi lực tác dụng tỷ lệ với diện tích tiết diện.
Coi đầu to như một dầm cong có tiết diện không đổi, với một đầu ngàm tại tiết diện B-B tương ứng với góc γ 0, thường là γ 0 = 40 0 Dầm ngàm một đầu này được hình thành bằng cách cắt bỏ một nửa của đầu to và thay thế ảnh hưởng của nó bằng giá trị mô men uốn Ma và lực pháp tuyến.
NA tại tiết diện cắt bỏ (A-A) Dầm có bán kính cong bằng một nửa khoảng cách giữa 2 đường tâm lỗ lắp ghép bu lông thanh truyền.
-Lực phân bố trên dầm cong của đâu to (gây ra lực Pđ) theo quy luật đường côsnnuýt.
C: khoảng cách giữa 2 đường tâm lỗ bu lông:
C = (1,2-1,3).dck(mm) chọn C=1,2.54 = 64.8 (mm) β: góc lệch so với đường tâm thanh truyền.
Mô men uốn và lực pháp tuyến thay thế tại tiết diện A-A được tính theo biểu thức sau:
NA = pd (0,522 + 0,003γ 0 ) γ 0 : góc giữa tiết diện ngàm và mặt lắp ghép đầu to tính bằng độ Theo trên chọn γ 0 = 40 0
Hình 3.1 Sơ đồ tính toán lực tác đầu to thanh truyền
Như vậy, theo giả thiết thứ 3 ta có thể xác định mô men uốn và lực pháp tuyến tại tiết diện A-A như sau:
F d (0,522 + 0,003γ 0 ) Ứng suất tổng trên nắp đầu to là: σ Σ = Pd [ C ( 0 , 0127 2 W u +0 ( 1+ , 00083 J J b d ) γ 0 ) + 0 , 522 F d ( + 1+ 0 , F F 003 b d ) γ 0 ]
Wu: mô đun chống uốn của tiết diện A-A của nắp đầu to
S: Chiều dày đầu to; s = (mm) l d : Chiều dài đầu to; l d = (0,45-0,85)dck (mm).
J b , J d : Mô men quán tính tại tiết diện A-A của đầu to và bạc lót đầu to;
Fb, Fd: diện tích tiết diện bạc lót và nắp đầu to tại A-A.
Fb = δ.l d δ : Chiều dày bạc lót đầu to; δ = ( D 1 −d ck )/2
Thông thường γ 0 = 40 0 khi đó biểu thức tính ứng suất tổng sẽ là: σ Σ = Pd [ W 0 u , ( 023 1 + J J C b d ) + F 0 d + , 4 F b ] (MN/m 2 )
Thay các kết qủa trên σ Σ =0,0244.[ 7849 , 35.10 0 , 023.72.10 − 9 ( 1 + 304.10 926 − , 3 3.10 −9 − 9 ) + 313 , 1.10 − 0 6 , + 4 103.10 − 6 ] = 87 , 8 (MN/m 2 ) Ứng suất cho phép như sau:
Thanh truyền thép cac-bon: [ σ Σ ]= 80 – 150 MN/m 2
Để đảm bảo điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn, cần kiểm tra độ biến dạng đường kính của đầu to thanh truyền dưới tác dụng của lực Pd Độ biến dạng đường kính δ được xác định theo công thức thực nghiệm: δ = 0,0024 P d C³.
(m) Độ biến dạng δ không được vượt quá một nửa khe hở giữa bạc lót và cổ chốt, tức là:
3.2.2 Tính sức bền của đầu nhỏ thanh truyền.
Khi động cơ làm việc đầu nhỏ thanh truyền chịu các lực tác dụng sau:
- Lực quán tính của nhóm piston.
- Lực do biến dạng gây ra.
- Ngoài ra khi lắp ghép bạc lót, đầu nhỏ thanh truyền còn chịu thêm ứng suất phụ do lắp ghép bạc lót có độ dôi gây nên.
Các lực tác động lên đầu nhỏ thanh truyền bao gồm uốn, kéo và nén, gây ra ứng suất Tính toán cho đầu nhỏ thanh truyền thường được thực hiện ở chế độ công suất lớn nhất Nếu động cơ được trang bị bộ điều tốc hoặc bộ hạn chế tốc độ, việc tính toán này sẽ tương ứng với số vòng quay giới hạn lớn nhất của động cơ Ngược lại, nếu không có bộ phận giới hạn, số vòng quay lớn nhất (nmax) có thể vượt quá công suất lớn nhất (ne) lên đến 30%.
Hình 3.2 Sơ đồ tính toán đầu nhỏ thanh truyền
3.2.3 Tính sức bền đầu nhỏ khi chịu kéo
Coi đầu nhỏ như một dầm cong được gắn chặt ở hai đầu, vị trí gắn chặt là điểm chuyển tiếp giữa đầu nhỏ và thân (tiết diện c-c) tương ứng với góc γ.
Trong đó: bán kính trong của đầu nhỏ :
2 = r 1 ,6624 (mm) bán kính ngoài đầu nhỏ; r2 =1,3.r1=1,3.17,6624 "2,96112 (mm)
H là chiều rộng của thân tại chỗ nối với đầu nhỏ Bán kính góc lượn ρ1 nối đầu nhỏ với thân thanh truyền được chọn theo hệ số thực nghiệm Đối với thanh truyền có bán kính ngoài đầu nhỏ là 22,96112 mm, ρ1 được chọn là 30 mm, trong đó ρ là bán kính trung bình của đầu nhỏ.
Do tính chất đối xứng của ngàm, trong quá trình tính toán, chúng ta có thể cắt bỏ một nửa và thay thế bằng các lực pháp tuyến và mô men uốn NA, MA.
- Khi lắp bạc lót vào đầu nhỏ, bạc lót và đầu nhỏ đều biến dạng.
Mô men uốn Mj và lực kéo Nj ở tiết diện bất kỳ trên cung AA – BB γ = 90 0 + arccos
Giá trị của γ trong hai biểu thức trên tính theo độ.
Trong đó: pj : Lực quán tính của nhóm piston
Trong đó: m np :Khối lượng nhóm piston m np = 2.37 λ : Tham số kết cấu; λ =R/l=S/2l0/2.155= 0,3226 ϖ π.n N
30 : Vận tốc góc ứng với số vòng quay định mức của động cơ (n N ) áp dụng công thức: n N n e max λ ' (vòng/phút) ϖ π.n N
- Lực tác dụng trên dầm cong có bán kính cong bằng bán kính trung bình của đầu nhỏ ρ là lực phân bố có giá trị là: q P j
(MN) Trên cơ sở giả thiết nêu trên, ta xây dựng sơ đồ tính toán và biểu thị :
Hình 3.3 Sơ đồ lực tác dụng khi đầu nhỏ thanh truyền chịu kéo
3.2.4 Tính sức bền thân thanh truyền.
Tính thân thanh truyền được thực hiện ở các tiết diện quan trọng, bao gồm tiết diện nhỏ nhất tại điểm tiếp giáp giữa thân thanh truyền và đầu nhỏ, tiết diện trung bình, và tiết diện tính toán.
Tiết diện nhỏ nhất chịu nén do tác dụng của hợp lực khí thể và lực quán tính vận động tịnh tiến.
Tiết diện trung bình chịu nén và uốn dọc cũng do các lực trên.
Tiết diện tính toán chịu nén và uốn ngang do lực quán tính vận động lắc của thanh truyền.
Tính toán thường được tiến hành ở chế độ công suất lớn nhất.
Ngoài việc tính toán trên còn phải kiểm tra độ ổn định khi uốn dọc của thân thanh truyền a.Tính tiết diện nhỏ nhất (tiết diện I-I) ứng suất nén : σ n =
P∑ : Lực nén tác dụng trên đầu nhỏ thanh truyền; P∑ 324,96 (MN)
F min : Tiết diện nhỏ nhất của thân thanh truyền -tiết diện I-I
Trong đó: H1=2.r14,21(mm); h1=0,668.H1",85 (mm); b/2=0,292H1=9,99 (mm)
(MN/m 2 ) Ứng suất kéo do lực quán tính của nhóm piston và khối lượng đầu nhỏ thanh truyền được xác định theo biểu thức sau đây. σ K = P jd
Trong đó: mnp= (kg); m1 là khối lượng thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ m1=(0,275-0,350)mtt
Hệ số an toàn bền ở tiết diện nhỏ nhất η σ =
Hệ số an toàn η d thường nằm trong khoảng 2,0 – 3,0 vậy hệ số an toàn đã tính càng đảm bảo vì nó có hệ số an toàn cao hơn.