Đồ án môn học tính toán kết cấu Động cơ

ĐẠI HỌC ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONGThông số chọn tính toán 1 Áp suất môi trường : p k Áp suất môi trường p là áp suất khí quyển trước khi nạp vào đông cơ với k đông cơ không tăng áp ta có

ĐẠI HỌC ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

ĐẠI HỌC ĐÔNG Á KHOA Ô TÔ -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ

SINH VIÊN THỰC HIỆN:

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:

Đà Nẵng 10/2021

ĐẠI HỌC ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Mục lục

PHẦN I :TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC 3

TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 3

I ) Trình tự tính toán : 3

1) Số liệu ban đầu : 3

PHẦN II : TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC 18

Trang 2

ĐẠI HỌC ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

PHẦN I :TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC

TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

I ) Trình tự tính toán :

1) Số liệu ban đầu : (Mỗi SV chọn 1 động cơ để lấy số liệu cụ thể cho mình)

Số liệu chọn ban đầu

8- Thứ tự làm việc của xi lanh : (1-5-3-6-2-4)

9- Suất tiêu hao nhiên liệu : =192 (g/ml.h)

10- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp nạp α1;α2: α1=20(độ),α2 =48 (độ) 11- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp thải : =48(độ), =20 (độ) 12- Chiều dài thanh truyền: ltt = 320 (mm) ()

13- Số kỳ :

14- Góc phun sớm :

15-Khối lượng thanh truyền: mtt = 5,62 (kg)

16- Khối lượng nhóm piston: mpt = 2,37 (kg)

1.2 ) Các thông số cần chọn : (Mỗi SV sẽ tự chọn các thông số riêng cho mình theo điều kiện kỹ thuật)

ĐẠI HỌC ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Thông số chọn tính toán

1 )Áp suất môi trường : (p k

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

đông cơ không tăng áp ta có áp suất khí quyển bằng áp suất trước khi nạp nên tachọn p = pk o

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

2 )Nhiệt độ môi trường : T k

Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm

Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt

độ trước xupáp nạp nên : T =T =24ºC =297ºK k 0

3 )Áp suất cuối quá trình nạp :p a

Áp suất P phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại đông cơ ,tính a

năng tốc độ n ,hệ số cản trên đường nạp ,tiết diện lưu thông… Vì vậy cần xem xét đông cơ đang tính thuộc nhóm nào để lựa chọn Pa

Áp suất cuối quá trình nạp ta lấy p =0,085 (MPa)a

4 )Áp suất khí thải P :

Áp suất khí thải cũng phụ thuộc giống như p

Áp suất khí thải có thể chọn trong phạm vi :

p= 0,1 (MPa)

5 )Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T

Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành hỗn hợp khí ở bên ngoài hay bên trong xy lanh

Vì đây là đ/c điezel nên chọn ∆T= 38

6 )Nhiệt độ khí sót (khí thải) T

Nhiệt độ khí sót T phụ thuộc vào chủng loại đông cơ.Nếu quá trình giản nở càng triệt để, Nhiệt độ T càng thấp

Trang 4

ĐẠI HỌC ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Thông thường ta có thể chọn : T =800ºK

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 có thể chọn λ =1,02÷1,07 ; ta chọn λ =1,02

10) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ :

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ.Với đây là đ/c điezen nên ta chọn ξ=0,78

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

Do đây là đ/c điezel ta chọn ξ=0,9

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 giửa 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/c xăngthường chọn hệ số lớn.Nhưng đây là đ/c xăng nên ta chọn φ =0,934

II) Tính toán các quá trình công tác :

ĐẠI HỌC ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Nhiệt độ cuối quá trình nạp T đươc tính theo công thức:

Lượng khí nạp mới M được xác định theo công thức sau :

M = (kmol/kg) nhiên liệu

Trong đó :

p = = (MPa)

Vậy : M = (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 công thức :

M = (kmol/kg) nhiên liệu

Vì đây là đ/c diesel nên ta chọn C=0,87 ; H=0,126; O=0,004

M = (kmol/kg) nhiên liệu

6 )Hệ số dư lượng không khí α

Vì đây là động cơ nên :

ĐẠI HỌC ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Khi hệ số lưu 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 hh trong quá trình nén tính theo công thức sau :

= =20,546 (kJ/kmol.độ)

Thay số vào ta có :

a' = 19,890 ; b' = 0,004

4 ) Chỉ số nén đa biến trung bình n:

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào thong số kết cấu và thong số vận hành như kích thước xy lanh ,loại buồng cháy,số vòng quay ,phụ tải,trạng thái nhiệt độ của động cơ…Tuy nhiên n tăng hay giảm theo quy luật sau : Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n tăng.Chỉ sốnén đa biến trung bình n được xác bằng cách giải phương trình sau :

n-1 =

Chú ý : Thông thường để xác định được n ta chọn n trong khoảng

1,340÷1,390 Rất hiếm trường hợp đạt n trong khoảng 1,400 ÷ 1,410

→ (theo sách Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong - trang 128 )

Vì vậy ta chọn n theo điều kiện bài toán cho đến khi nao thõa mãn điều kiện bài toán :thay n vào VT và VP của phương trình trên và so sánh,nếu sai số giữa 2 vế của phương trình thõa mãn <0,2% thì đạt yêu cầu

Sau khi chọn các giá trị của n ta thấy n = 1,367 thõa mãn điều kiện bài toán

5 )Áp suất cuối quá trình nén P :

Áp suất cuối quá trình nén P được xác định theo công thức :

P = P ε = 0,085 = 3,607 (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 = 350 = 957,0 ( 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 công

ĐẠI HỌC ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG thức :

M = M+ M = M = 1,41.(1+0,038) = 1,464 2.3 )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 :

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 = =

3 )Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z β (Do cháy chưa hết ) :

Ta có hệ số thay đổi phân tư thực tế tại điểm z β được xác định theo công thức :

5 )Nhiệt độ tại điểm z T :

Đối với động cơ Diesel, tính nhiệt độ T bằng cách giải phương trình cháy sau:z

Trong đó :- : nhiê •t trị thấp của nhiên liê •u , thông thường

tachọn (KJ/kg.nl)

Trang 8

ĐẠI HỌC ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

- : là tỉ nhiê •t mol đẳng tích trung bình của sản vâ •t cháy được

Hệ số tăng áp được chọn sơ bộ trong khoảng (1,5-2)

Giải (3),(4) ra ta được : =1287,213 ( )

6 Áp suất tại điểm z :

Áp suất tại điểm z được xác định theo công thức:

ĐẠI HỌC ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

4 )Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T :

T= = ( ºK )

5 )Áp suất cuối quá trình giãn nở p :

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

5 )Áp suất tổn thất cơ giới P :

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

Trang 10

ĐẠI HỌC ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

có sự chênh lệch nhiều nên có thể chấp nhận được

7 )Hiệu suất cơ giới η :

Ta có sai số so với đề bài là :0,017 (mm)

III ) 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 tính đường nén và đường giãn nở theo biến thiên của dung tích công tác V = i.V

V : Dung tích buồng cháy

V = = ( l )

ĐẠI HỌC ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

=0,219

3.1 ) Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén :

- Phương trình đường nén đa biến :

P.V = const

Khi đó x là điểm bất kỳ trên đường nén thì :

P V = P V

P = P = P =

: n Chỉ số nén đa biến trung bình n = 1,367

P : Áp suất cuối quá trình nén P = 3,607 ( MPa)

3.2 ) Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở :

- Phương trình của đường giãn nở đa biến :

: n Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n = 1,288

Quá trình nén Quá trình giãn nởi

i.Vc Giá trị biểu

diễn

P = Giá trị

biểu diễn

Giá trị biểu diễn

ĐẠI HỌC ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

ĐẠI HỌC ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

3.5 ) Lần lượt hiệu định các điểm trên đồ thị :

1 ) Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp : (điểm a)

Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc đóng muộn xupáp thải β , bán kính này cắt đường tròn tại điểm a’ Từ a’ gióng đường thẳng song song với trục tung cắt đường P tại điểm a Nối điểm r trên đường thải ( là giao điểm giữa đường P và trục tung ) với a ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp

2 ) Hiệu định áp suất cuối quá trình nén : ( điểm c’)

Áp suất cuối quá trình nén thực tế do hiện tượng phun sớm (động cơ điezel )

và hiện tượng đánh lửa sớm (động cơ xăng ) nên thường chọn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết P đã tính Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quá trình nén thực

tế P’ được xác định theo công thức sau :

Đối với động cơ điezel :

P’ = P + ( P - P ) = 3,607 + ( 6,647- 3,607 ) = 4,6303 ( MPa ) Từ đóxác định được tung độ điểm c’trên đồ thị công : (mm)

3 ) Hiệu chỉnh điểm phun sớm : ( điểm c’’ )

Do hiện tương phun sớm nên đường nén trong thực tế tách khỏi đường nén lý thuyết tại điểm c’’ Điểm c’’ được xác định bằng cách Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định được góc phun sớm hoặc góc đánh lửa sớm θ, bán kính này cắt vòng tròn Brick tại 1 điểm

Từ điểm gióng này ta gắn song song với trục tung cắt đường nén tại điểm c’’ Dùng một cung thích hợp nối điểm c’’ với điểm c’

4 )Hiệu đính điểm đạt P thực tế

Áp suất p thực tế trong quá trình cháy - giãn nở không duy trì hằng số như động cơ điezel ( đoạn ứng với ρ.V ) nhưng cũng không đạt được trị số lý thuyết như động cơ xăng Theo thực nghiệm ,điểm đạt trị số áp suất cao nhất là điểm thuộc miền vào khoảng 372° ÷ 375° ( tức là 12° ÷ 15° sau điểm chết trên của quá trình cháy và giãn nở )

Hiệu định điểm z của động cơ diesel :

- Xác định điểm z từ góc 15º Từ điểm O΄trên đồ thị Brick ta xác định góc tương ứng với 375º góc quay truc khuỷu ,bán kính này cắt vòng tròn tại 1 điểm

Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường P tại điểm z

- Dùng cung thích hợp nối c’ với z và lượn sát với đường giãn nở

5 ) Hiệu định điểm bắt đầu quá trình thải thực tế : ( điểm b’ )

Trang 14

ĐẠI HỌC ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Do có hiện tượng mở sớm xupáp thải nên trong thực tế quá trình thải thực

sự diễn ra sớm hơn lý thuyết Ta xác định điểm b bằng cách : Từ điểm O’trên đồthị Brick ta xác định góc mở sớm xupáp thải β,bán kính này cắt đường tròn Bricktại 1 điểm.Từ điểm này ta gióng đường song song với trục tung cắt đường giãn

nở tại điểm b’

6 ) Hiệu định điểm kết thúc quá trình giãn nở : ( điểm b’’ )

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế thường thấp hơn áp suất cuối quátrình giãn nở lý thuyết do xupáp thải mở sớm Theo công thức kinh nghiệm ta cóthể xác định được :

ĐẠI HỌC ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

PHẦN II : TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC

I ) Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học :

Các đường biểu diễn này đều vẽ trên 1 hoành độ thống nhất ứng với hành trình piston S = 2R Vì vậy độ thị đều lấy hoành độ tương ứng với V của độ thị công ( từ điểm 1.V đến ε.V )

1.1 ) Đường biểu diễn hành trình của piston x = ƒ(α)

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn hành trình của piston theo trình tự sau :

1 Chọn tỉ xích góc : thường dùng tỉ lệ xích ( 0,6 ÷ 0,7 ) ( mm/độ )

2 Chọn gốc tọa độ cách gốc cách độ thị công khoảng 15 ÷ 18 cm

3 Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 10° ,20° ,…….180°

4 Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm

Trang 16

ĐẠI HỌC ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 10° ,20°,…….180° tương ứng trên trục tung của đồ thị của x = ƒ(α) ta được các điểm xác định chuyển vị x tương ứng với các góc 10°,20°,… 180°

5 nối các điểm xác định chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ

x = f(α)

1.2 ) Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α)

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn tốc độ của píton v = f(α) Theo phương pháp đồ thị vòng Tiến hành theo các bước cụ thể sau:

1.Vẻ nửa vòng tròn tâm O bán kính R ,phía dưới đồ thị x = f(α) Sát mép dưới của bản vẽ

5 Nối tại các điểm a,b,c,… Tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độpiton thể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắt vòng tròn bán kính R tạo với trục hoành góc α đến đường cong a,b,c…

Đồ thị này biểu diễn quan hệ v = f(α) trên tọa độ độc cực

Hinh 2.1: Dạng đồ thị v = f( )

1.3 Đường biểu diễn gia tốc của piston j = f( x)

ĐẠI HỌC ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston theo phương pháp Tôlê ta

vẽ theo các bước sau :

II )Tính toán động học :

2.1 )Các khối lượng chuyển động tịnh tiến :

- Khối lượng nhóm piton m = 2,37 Kg

- Khối lượng thanh truyền phân bố về tâm chốt piston

+ ) Khối lương thanh truyền phân bố về tâm chốt piston m có thể tra trong các các sổ tay ,có thể cân các chi tiết của nhóm để lấy số liệu hoặc có thể tính gần đúng theo bản vẽ

Trang 18

ĐẠI HỌC ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG + ) Hoặc có thể tính theo công thức kinh nghiêm sau :

Đối với động cơ ô tô ta có :

m = m

Ta chọn m = 0,285 m = 0,285.5,26= 1,4991 (Kg )

Vậy ta xác định đươc khối lương tịnh tiến mà đề bài cho là :

m = m + m = 2,37 + 1,4991 = 3,8691 (Kg)

2.2 ) Các khối lượng chuyển động quay :

Hình 2.2 : Xác định khối lượng khuỷu trục

Khối lượng chuyển động quay của một trục khuỷu bao gồm :

- Khối lượng của thanh truyền quy dẫn về tâm chốt :

m = m - m = 5,26 – 3,8691 = 1,3909 (Kg)tt 1

- Khối lượng của chốt trucj khuỷu : m

m = π .ρ

Trong đó ta có :

d : Là đường kính ngoài của chốt khuỷu : 85

δ : Là đường kính trong của chốt khuỷu : 44

l : Là chiều dài của chốt khuỷu : 70

ρ : Là khối lượng riêng của vật liệu làm chốt khuỷu

ĐẠI HỌC ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG2.3 ) Lực quán tính :

Lực quán tính chuyển động tịnh tiến :

= - m.j = -m.R.ω.( cos α + λ.cos 2α ) = - 8,7.10.( cos α + λ.cos 2α ) P

Với thông số kết cấu λ ta co bảng tính P :

2.4 ) Vẽ đường biểu diễn lực quán tính :

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn lực quán tính theo pp Tolê nhưng hoành độ đặt trùng với đường p ở đồ thị công và vẽ đường – =ƒ(x) (tức cùng chiều với p

j = ƒ(x))

Ta tiến hành theo bước sau :

1 ) Chọn tỷ lệ xích để của là μ (cùng tỉ lệ xích với áp suất p ) (MPa/mm), tỉp

lệ xích μ cùng tỉ lệ xích với hoành độ của j = ƒ(x)

Chú ý :

Trang 20