nghiên cứu thiết kế động cơ đốt trong đối xứng

Động cơ đốt trong đối xứng Lời nói đầu Trong thời kì công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc hiện nay thì ngành công nghiệp đóng một vai trò quan trọng. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền khoa học kỹ thuật thì sinh viên nói chung và sinh viên ngành kỹ thuật nói riêng phải trang bị cho mình một kiến thức để tiếp cận kịp thời với sự phát triển khoa học của thế giới. Vì vậy trong thời gian học tập ở trờng mọi sinh viên phải nắm vững đợc các môn học cơ sở. Môn học nguyên lý máy là một trong các môn cơ sở đó. Trong quá trình học tập môn học này em đợc bộ môn giao đề tài thiết kế Động cơ đốt trong đối xứng . Cùng với những tiếp thu đợc trong quá trình học tập và sự tận tình của của thầy giáo Phan Quang Thế và các thầy cô trong tổ bộ môn, nay về cơ bản em đã hoàn thành đồ án môn học. Mặc dù còn nhiều thiếu sót rất mong thầy cô giúp đỡ em để em hoàn thành tốt hơn. Vậy em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Phan Quang Thế và các thầy cô giáo đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án môn học. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên Hoàng Ngọc Quang Phân tích cấu trúc cơ cấu. 1. Phân tích chuyển động : Cơ cấu chính của động cơ đốt trong đối xứng là cơ cấu tay quay con trợt gồm 5 khâu khác nhau và 2 Pistong đối xứng nhau. Dùng cơ cấu này trong động cơ để biến chuyển động tịnh tiến qua lại của pistong thành chuyển động quay tròn của trục khuỷu (Khâu dẫn). Để từ đó dẫn động tới các máy công tác khác. Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang 1 Động cơ đốt trong đối xứng Trong cơ cấu của động cơ đốt trong đối xứng có 5 khâu đợc nối với nhau bằng 5 khớp bản lề và 2 khớp trợt. Khâu 1 chuyển động quay: Ta giả thiết quay đều với số vòng đã cho. Khâu 3 và khâu 5 (Pistong )chuyển động tịnh tiến , thanh truyền 2 và 4 chuyển động song phẳng. Khi cả khâu3 và khâu 5 cùng nằm trên đờng trợt với OD = OB = L+R thì 2 Pistong 3 và 5 sẽ nằm ở điểm chết trên khi OD = OB = L - R thì 2 Pistong nằm ở điểm chết dới. Trong động cơ đốt trong Pistong là khâu phát động nó truyền động chuyển cho thanh truyền 2 và qua thanh truyền 2 truyền tiếp chuyển động cho trục khuỷu 1 2. Tính bậc tự do và sếp loại cơ cấu : Cơ cấu chính của động cơ đốt trong đối xứng gồm 5 khâu động và 7 khớp loại 5 Khâu 1 nối với khâu 2 bằng khớp bản lề Khâu 2 nối với khâu 3 bằng khớp bản lề Khâu 1 nối với khâu 4 bằng khớp bản lề Khâu 4 nối với khâu 5 bằng khớp bản lề Các khớp bản lề này có trục với mặt phẳng bản vẽ tính theo công thức tính bậc tự do ta có : W = 3n (2P 5 + P 4 ) +R s S. Ta thấy đây là cơ cấu phẳng toàn khớp thấp và không có ràng buộc thụ động nên. R S = 0 ; S = 0. Do đó ta có : W = 3x5 - 2x7 = 1 Số bậc tự do của cơ cấu phẳng = 1 Xếp loại cơ cấu ta tách nhóm Axua Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang 2 4 4 4 5 4 1 4 2 4 3 Động cơ đốt trong đối xứng Tách khâu { )54( )32( 2 nhóm Axua loại 2 } Động cơ đốt trong đối xứng là cơ cấu loại 2. b. Tổng hợp cơ cấu chính và vẽ hoạ đồ vị trí. - Theo cách dựng của bài toán tổng hợp cơ cấu tay quay con trợt của Pistong 3 và 5 là trục xx. Tâm quay nằm trên trục xx và quỹ tích A và C làđờng tròn tâm O bán kính khi R = OA = OC. Gọi B1 là điểm chết trên Gọi B5 là điểm chết dới. Ta có : B 1 B 5 = H vì động cơ là đối xứng nên D 1 D 5 = H. Hành trình Pistong: H = 2R. Theo đầu bài : 2R = 68 R = 34 (mm). 85,3 134 === LL R L = 130,9 (mm). Vậy: L AB = L C D = L = 130,9(mm). Theo giả thiết cho: L AS2 = L CS4 = L = 130,9 (mm). Để phù hợp với bản vẽ và khuôn giấy ta biểu diễn R = OA = OC = 50 (mm) Chọn tỉ lệ xích chiều dài: )(00068,0 50 034,0 mm m OA L OA L === à Vậy các đoạn biều diễn trên bản vẽ là : )(5,192 00068,0 1309,0 mmCDAB === )(5,192 00068,0 1309,0 42 mm L CSAS L ==== à . ).(0 24 mmLLLLBSDS AS ==== DS 4 và BS 2 Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang 3 Động cơ đốt trong đối xứng ).`(100 00068,0 068,0 51 5151 mm L DDBB L BB ==== à )(5,242 00068,0 034,01309,0 11 mm RL ODOB L = + = + == à ).(5,142 00068,0 034,01309,0 55 mm RL OBOD L = = == à Cách dựng hoạ đồ vị trí : - Dựng đờng thẳng xx trùng với phơng trợtcủa 2 Pistong. - Chọn tâm O thuộc xx (Vì là động cơ đốt trong đối xứng nên chọn tâm là trung điểm đoạn xx, vẽ đờng tròn tâm O bán kính R = 50 mm ). - Chia vòng tròn thành 8 phần bằng nhau khi chia ta xuất phát từ điểm bắt đầu làm việc ta chọn điểm xuất phát là điểm chết trên của 2 Pistong sau đó ta đánh số thứ tự từ điểm A 1 , A 8 và C 1 , C 8 , theo chiều quay của tâm vận tốc 1 . - Lấy các điểm A 1 , A 8 làm tâm quay các đờng tròn bán kính R = L = 212,5(mm) các đờng tròn này cắt trục xx tại các điểm tơng ứng B 1 , B 2 , ,B 8 lấy các điểm C 1 , C 2 ,C 8 làm tâm quay các đờng tròn bán kính R = 212,5(mm) ta cũng đợc các điểm D 1 , D 2 , ,D 8 . Lần lợt nối các điểm của từng vị trí với nhau ta đợc đồ hoạ đồ vị trí của cơ cấu. a 2 c 6 O n 1 d 1 d 2 d 8 d 3 d 7 d 4 d 6 d 5 b 2 b 8 b 1 b 3 b 7 b 4 b 6 b 5 a 3 c 7 a 4 c 8 a 5 c 1 a 6 c 2 a 7 c 3 a 8 c 4 a 1 c 5 Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang 4 Động cơ đốt trong đối xứng Phần II. Phân tích động học cơ cấu. 1. Phơng trình và cách dựng hoạ đồ vận tốc . Ta lần lợt vẽ hoạ đồ vận tốc cho 16 vị trí nhng vì cơ cấu đối xứng nên ta chỉ vẽ 8 vị trí : A 1 C 5 A 5 C 1 A 2 C 6 A 6 C 2 A 3 C 7 A 7 C 3 A 4 C 8 A 8 C 4 Do đó ta chỉ cần vẽ hoạ đồ cho 8 vị trí sau đó lấy đối xứng qua tâm vận tốc và có chiều ngợc lại. Các phơng trình vận tốc của cơ cấu là: 1A V - Có Phơng OA , chiều theo chiều quay 1 - Độ lớn 1A V = 1 . OA L = )/(174,13034,0. 30 3700. sm = Trong đó: )/( 30 3700. 30 1 srad n == Mặt khác : 21 A V A V = (Khớp quay). 1A V = 2A V = 13,174 ( m/s). Ta biết 2 điểm A , B cùng thuộc khâu 2 nên ta có phơng trình. 2222 AB V A V B V += Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang 5 Động cơ đốt trong đối xứng Mà : 2B V = 3B V (Khâu 2 và khâu 3 nối nhau bằng khớp quay). 2223 ABAB VV V += 2A V Đã biết phơng chiều độ lớn 3B V Có phơng song song với phơng trợt, chiều và trị số cha biết 22AB V Có phơng vuông góc với AB, chiều và trị số cha biết Chọn P làm gốc hoạ đồ vận tốc và tỉ lệ xích vận tốc là : == à à LV . 1 13,174/ 50 =0,263 ( smm m . ) Khi đó đoạn biểu diễn điểm A đúng bằng đoạn OA : P a1 = OA = 50 (mm) Từ P ta dựng vectơ 2,1a P - Có phơng OA , chiều thuận chiều 1 - Độ lớn : P a1 = OA = 50 (mm) Biểu diễn vectơ vận tốc 2,1A V Từ mút a 1 a 2 kẻ phơng của vectơ vận tốc 22AB V . Từ gốc P ta kẻ tiếp ph- ơng của vectơ vận tốc 2B V = 3B V ( Phơng ngang ) ; 2 đờng thẳng này cắt nhau tại đâu thì đó là vị trí của điểm b 2 b 3. Nối P với b 2 b 3 ta đợc vectơ 32 bb PP = biểu diễn vectơ vận tốc 2B V = 3B V Vì cơ cấu đối xứng nên các vectơ vận tốc : 41 CC VV = 54 DD VV = 44CD V lây đối xứng qua P Véc tơ 41 CC PP = - Có phơng trùng với phơng 2,1a P - Chiều ngợc chiều 2,1a P Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang 6 Động cơ đốt trong đối xứng 45 dd PP = - Có phơng trùng với phơng 3,2b P - Chiều ngợc chiều 3,2b P 44 dc - Có phơng song song với 22 ba , chiều ngợcchiều 22 ba - Độ lớn : 44 dc = 22 ba .Sau khi vẽ song hoạ đồ vận tốc ta xác định vận tốc thực của các điểm trên các khâu bằng cách lấy đoạn biểu diễn nhân với tỉ lệ xích vận tốc 2B V = 3B V = 3,2b P . à V 4D V = 5D V = 5,4d P . à V 22AB V = 22 ba . à V 44CD V = 44 cd . à V Vận tốc góc của khâu 2 ta xác định bằn công thức : AB ba AB ba L V L V AB AB 2212222 2 . . . à à === Và vận tốc góc của khâu 4 : 4 = 2 Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang 7 Động cơ đốt trong đối xứng Bảng trị số các đoạn biểu diễn vận tốc : Vị trí Vận tốc (mm) 1 2 3 4 5 6 7 8 Pa 1,2 = Pc 1,4 50 50 50 50 50 50 50 50 Pb 2,3 = Pd 4,5 0 41,9612 50 28,7495 0 28,7495 50 41,9612 Ps 2 = Ps 4 0 41,9612 50 28,7495 0 28,7495 50 41,9612 a 2 b 2 = c 4 d 4 50 35,9672 0 35,9672 50 35,9672 0 35,9672 2. Phơng trình và cách dựng hoạ đồ gia tốc. Ta giải bằng phơng pháp hoạ đồ Tại các vị trí khác nhau, phơng trình véctơ gia tốc hoàn toàn giống nhau và cách vẽ cũng giống nhau vì vậy ta xét đặc trng tại vị trí số 3 và số 8 còn lại các vị trí khác tơng tự. a. Xét vị trí số 3: 21 AA aa = - Có phơng trùng với phơng OA . - Chiều hớng từ A O. Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang 8 Động cơ đốt trong đối xứng - Độ lớn : OA n AAA Laaa . 2 121 === = )/(34,5104034,0.) 30 3700. ( 22 sm = Vì 2 điểm A và B cùng thuộc 1 khâu (2) nên ta có 2222 ABAB aaa += Mà 32 BB aa = (khớp quay). Và có thể phân tích 22 BA a thành 2 thành phần 222222 222222 AB n ABAB AB n ABAB aaaa aaa ++= += 3B a - Có phơng // với phơng trợt trong chuyển động (phơng ngang) - Chiều và trị số cha biết. n AB a 22 - Là gia tốc pháp tuyến trong chuyển động tơng đối B quay quanh A . - Có phơng song song với AB ; Chiều hớng từ B A - Độ lớn : n AB a 22 = AB AB AB AB AB AB LVL L v L / 22 22 2 2 2 2 = = 22 AB a - Là gia tốc tiếp tuyến trong chuyển động tơng đối B quay quanh A. Có phơng vuông góc AB có chiều và trị số cha biết. Bằng phơng pháp vẽ ta xác định đợc gia tốc của các vị trí . Ta chọn tỉ lệ xích gia tốc : )./(087,10200068,0. 30 3700. . 2 2 2 1 smmm La = == àà Chọn điểm P làm gốc hoạ đồ, dựng các véctơ a 1 = a 2 = OA = 50 (mm) biểu diễn véctơ gia tốc = 1A a 2A a từ mút ' 2 ' 1 aa ta dựng véctơ : Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang 9 Động cơ đốt trong đối xứng BA na ' 2 - Có phơng AB. - Chiều B đến A - Giá trị biểu diễn : BA na ' 2 = à a n AB a 22 = 0 ( do v B2A2 = 0 = v C4D4 ) biểu diễn véctơ n AB a 22 rồi vẽ nối tiếp phơng của véc tơ gia tốc 22AB a là phơng vuông góc với thanh truyền AB . Tiếp theo, từ gốc ta kẻ phơng của véctơ gia tốc = 2B a 3B a ( Phơng ngang). Hai đờng thẳng chỉ phơng cắt nhau ở đâu thì điểm đó là điểm b 2 b 3 , từ ta dựng véctơ b 2 b 3 biểu diễn véctơ gia tốc 2B a = 3B a . Ta dựng các véctơ biểu diễn cho các véctơ gia tốc : 41 CC aa = ; 54 DD aa = ; n CD a 44 và 44CD a . Bằng cách lấy đối xứng qua gốc các véctơ 1 'a 2 'a ; 2 'b 3 'b ; 22AB n và 22 '' ba Xác định gia tốc góc của khâu 2 và khâu 4 bằng công thức : AB BA AB L a == 22 222 b. Tại vị trí số 8 = 1A a 2A a - Có phơng OA ; Có chiêù hớng từ A O. - Độ lớn : OA n AAA Laaa . 2 121 === = )/(34,5104034,0.) 30 3700. ( 22 sm = Hai điểm A,B cùng thuộc khâu 2 nên ta có phơng trình : = 2B a 2A a + 22AB a Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang 10 [...]... 22 Động cơ đốt trong đối xứng Phần Iv Thiết kế bánh đà Đặt vấn đề : Khi làm việc dới tác động của các lực máy sẽ hoạt động với những vận tốc góc của trục khuỷu khác nhau ở phần trên ta giả thiết vận tốc góc 1= const Song trong thực tế nó vẫn thay đổi theo từng chu kì làm việc của máy Xuất phát từ phơng trình chuyển động thực của máy ta xác định đợc vận tốc góc thực đó Vì ở động cơ đốt trong đối xứng. .. Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang 26 Trong đó: Động cơ đốt trong đối xứng + mK: Là khối lợng khâu thứ k + JSK : Là mômen quán tính đối với trục đi qua trọng tâm của khâu thứ k + VSK : Là vận tốc tại trọng tâm khâu thứ k + K : Là vận tốc khâu thứ k Với động cơ đốt trong đối xứng ta đang xét thì : V Jtt = m K SK K 1 2 + J SK K 1 2 Với động cơ đốt trong đang xét thì 2 ROA m2 p 2... Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang 31 Động cơ đốt trong đối xứng Phần V Thiết kế bánh răng Cặp bánh răng đợc thiết kế là cặp bánh răng phẳng ngoại tiếp nhằm truyền chuyển động 2 trục song song với nhau vì vậy việc thiết kế cần bảo đảm điều kiện tin cậy khi chịu tác dụng các ngoại lực và mômen ngoại lực làm việc cần đảm bảo các chỉ tiêu ăn khớp, khi thiết kế dựa vào thông số cho trớc ta tính toán... = aB2,3 13,4486 35,5654 aA1,2 = aC1,4 a1,2nBA = c1,4nDC Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang 12 Động cơ đốt trong đối xứng Phần IIi Phân tích lực 1 Phơng pháp chung để giải bài toán lực : Ta xét cơ cấu động cơ đốt trong đối xứng ở vị trí nh hình vẽ C 4 O D B 1 5 2 3 5 3 Trong đó chịu tác dụng của các lực P3, P5 (lực tác dụng vào đầu Pistong); Pqt , Pqt 2 4 Pqt , Pqt là lực quán tính... còn mômen động là mômen thay thế Phơng trình chuyển động Ađ = M d d 0 0 , là vị trí khâu dẫn ở thời gian t 1) xác định mômen động thay thế VK K Mdtt = PK + M K K 1 1 Trong đó : - pk là lực phát động và trọng lợng các khâu - Mk là mômen phát động của khâu - Vk là vận tốc của điểm đặt lực pk - 1 làvận tốc góc của khâu thứ k Với cơ cấu động cơ đốt trong đối xứng Mk=... 90,792 Xả 2,5 -90,792 -90,792 2,5 2,5 0,7 4,3706 90,792 90,792 25,4127 158,7256 hút Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên 10,4961 13,3333 381,18 4 nén Trang 24 484,224 Động cơ đốt trong đối xứng Vì với động cơ đốt trong đối xứng G2 = G4 , G3= G5 Mặt khác, ở phơng án này thì G2 G3 , G4 G5 mà G3 và G5 đều có cánh tay đòn = 0 nên từ công thức (*) ta có thể thu gọn thành công thức : Mđtt = ML( ... quả đợc ghi trong bảng Vị trí 1 2 3 4 Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên 5 6 7 Trang 8 27 Động cơ đốt trong đối xứng Jtt biều diễn(mm) 3,5107 55 Jtt thực(kg.m2) 4,915.10-4 0,0077 75,7143 26,8571 3,5107 26,8571 0,0106 0,00376 4,915.10-4 0,00376 75,7143 55 0,0106 0,0077 (Vì đây là động cơ đối xứng nên các vị trí tiếp theo thì tơng ứng với các vị trí đầu.) Để vẽ biểu đồ mô men quán tính thay... 55,8688 (mm) ; tt M9 = 0 tt (mm) Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang 25 Động cơ đốt trong đối xứng Cách vẽ đồ thị mômen động Mđtt : ứng với từng giá trị của cơ cấu ta xác định đợc toạ độ của Mđtt nối tất cả các điểm Mđtt này với nhau ta đợc đồ thị của Mđtt đó là một đờng cong thể hiện sự thay đổi của Mđ trong từng hành trình 2) Vẽ đồ thị Ađ và Ac à A = à E = H à à M = 60.0,0524 0,25... đờng thẳng chỉ phơng cắt ' nhau tại đâu thì đó là điểm b2 b3 Véctơ b2 = b3' biểu diễn véctơ a B 2 = a B 3 Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang 11 Động cơ đốt trong đối xứng Tơng tự lấy đối xứng các véctơ này qua gốc nh đối với vị trí 2 ta đợc các véctơ : ' d 1 = c 4 ; 4 = 5' ; c' 4 d ' 4 và nD 4C 4 biểu diễn cho các véc tơ gia tốc c' d' n a C1 = a C 4 ; a D 4 = a D5 ; aD... Dựa vào độ lớn thực của áp xuất và giá trị biểu diễn của nó trên đồ thị P - S Ta có : 5 N àP = 2 6 cm mm áp lực thực tế tác động lên Pistong : P = piS Trong đó S là tiết diện ngang của Pistong : Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang 14 Động cơ đốt trong đối xứng D 2 S= 4 Pi là áp suất thực tác dụng lên Pistong ở vị trí thứ i : Pi = pi.àP Pi là tung độ của vị trí i trên đồ thị áp suất . trúc cơ cấu. 1. Phân tích chuyển động : Cơ cấu chính của động cơ đốt trong đối xứng là cơ cấu tay quay con trợt gồm 5 khâu khác nhau và 2 Pistong đối xứng nhau. Dùng cơ cấu này trong động cơ để. Nguyên Trang 1 Động cơ đốt trong đối xứng Trong cơ cấu của động cơ đốt trong đối xứng có 5 khâu đợc nối với nhau bằng 5 khớp bản lề và 2 khớp trợt. Khâu 1 chuyển động quay: Ta giả thiết quay đều. Trang 2 4 4 4 5 4 1 4 2 4 3 Động cơ đốt trong đối xứng Tách khâu { )54( )32( 2 nhóm Axua loại 2 } Động cơ đốt trong đối xứng là cơ cấu loại 2. b. Tổng hợp cơ cấu chính và vẽ hoạ đồ vị trí. -