tính toán kiểm nghiệm động cơ yamz236

Chương I: Tính Toán Nhiệt1.1 Các thông số chọn: 1.1.1 Tính tốc độ trung bình của piston : Ta có công thức tính tốc độ trung bình của piston như sau : Vậy động cơ có tốc độ cao tốc, áp su

Các thông số đầu vào

1 Kiểu động cơ: Động cơ YAMZ236,chữ V , không tăng áp

Chương I: Tính Toán Nhiệt

1.1 Các thông số chọn:

1.1.1 Tính tốc độ trung bình của piston :

Ta có công thức tính tốc độ trung bình của piston như sau :

Vậy động cơ có tốc độ cao tốc, áp suất và nhiệt độ của môi trường:

1.1.4 Độ tăng nhiệt độ do sấy nóng khí nạp mới

T chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành khí hỗn hợp ở bên ngoài hay bêntrong xylanh

T = 20  40, Vì động cơ Điêsel có tỷ số nén cao nên chọn T =35 oK

1.1.5 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt

t = 1,1 (do α >1,4)

1.1.6 Hệ số quét buồng cháy

2 = 1 ; (do không tăng áp)

2310 3 10 140 30

.

s m

n

S tb







r t

a

r r

k r

p p p

p T

T T

1 2

1

2

.

1

087 , 0

113 , 0 1 05 , 1 05 , 1 2 , 17

1

087 , 0

113 , 0 800

35 297 1

r

a r r t a

p

p T T

1 0

032 , 0 1

113 , 0 087 , 0 800 032 , 0 1 , 1 ) 35

297

1 47 , 1

k a k

k

p p

p T T

T

1 2

1

.

297

v k

T p

g

P M

.

10

Ta có P N i V n

h

e e

.

30

10 140 4

10 130 142 ,

0

190

805 , 0 1 , 0 10

21

,

0

kmol/kgnl Đối với nhiên liệu điêzen C=0,87; H=0,126; 0= 0,004

1.3.2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí sót :

T

2

1 634 , 1 876 ,

36 , 187 86 , 427 2

1 444 , 1

634 , 1 876 ,

mc mc

T

b a T

v v

2

' '

002112 ,

0 843 , 19

314 , 8 1

1

' ' 1

v

v b T a

0 0

32

0 4

32

004 , 0 4

126 , 0 1

1

032 , 0 044

80 , 0

1 044 , 1 1

314 , 8 1

bv av

mc vc 19 , 843 0 , 002112

2

' '

314 ,

v z

r z v vz

x x

mc x x

mc mc

' 1

.

0 0

0

'' 0

) 941 , 0 1 ( ) 044 , 1

032 , 0 941 , 0 (

044 , 1

) 002112 ,

0 843 , 19 ).(

941 , 0 1 ( ) 044 , 1

032 , 0 941 , 0 ).(

002788 ,

0 0076 , 21 (

H z

T T M

1

* 2

1

.

314 , 8 1

VP = 0,24837

Từ pt trên ta thấy có thể chấp nhận được n2 = 1,2484

1.5.2 Áp suất cuối quá trình giãn nở :

8254 , 11

8016 , 6 2484 , 1

n z T

3114 , 0 113 , 0

T

chon T

T 

800

093 , 787

800 

% = 1,64% < 15% =[Tr ]Vậy Tr chọn như ở trên là đúng

1.6 Tính toán các thông số của chu trình công tác

1.6.1 Áp suất trung bình chỉ thị lý thuyết :

1 1

1 367 , 1

1 2854

, 11

1 1

1 2484 , 1

4545 , 1 6 , 1 1 4545 , 1 6 , 1 1 2

p M

p g

i

v o

297 79325 , 0 715 , 0

805 , 0 1 , 0 10 432

.

10

0 1

10 6 , 3

10 6



736 , 0 185 4 30

30







n i P

N V

e

e h

140 142 , 3

10 859 , 1 4

Đối với động cơ diesel : vz= vc ( vì =



Bảng 1.1 : Bảng xác định quá trình nén và quá trình giãn nở

1.7.2.1 Vẽ:

Dựa vào bảng đã lập ta vẽ đường nén và đường giãn nở, vẽ tiếp đường biểudiễn quá trình nạp và quá trình thải lý thuyết bằng hai đường song song với trụchoành, đi qua hai điểm pa và pr Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính để có đồ thị côngchỉ thị , các bước hiệu đính như sau :

- Chọn p = 0,034008 (Mpa/m2.mm)

- Chọn v = 0,078181818 (m3/mm)

- Chọn s = 0,675645341(mm/mm)

- Vẽ đồ thị Brick đặt phía trên đồ thị công

- Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị

1.7.3.2 Hiệu đính các điểm trên đồ thị:

1 Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp :

Từ 0’ của đồ thị Brick xác định góc đóng muộn 2 = 200 của xupáp thải, bánkính này cắt Brick ở a’, từ a’ gióng đường song song với tung độ cắt đường pa ở dnối điểm r trên đường thải Ta có đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trìnhthải

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

Cũng từ 0’ của đồ thị Brick xác định góc phun sớm p =560 bán kính này cắt đồthị Brick tại c’’’, từ c’’’gióng đường song song với tung độ cắt đường nén tại điểm

c’’ Trên đoạn cz lấy c’ sao cho cc’ = cz

3

1

.Dùng mét cung cong thích hợp, nối 2điểm c’’ và c’

3 Hiệu đính điểm đạt điểm pmax thực tế :

Trên đoạn zz’ lấy điểm z’’ sao cho z'z'' z'z

3

2

 Dùng thước cong nối z’’ và c’’ vàttiếp tuyến với đường zb ta có đường chuyển tiếp từ quá trình nén sang quá trìnhgiãn nở

4 Hiệu đính điểm bắt đầu thải thực tế : Hiệu đính điểm b căn cứ vào góc mở sớm

xu páp thải Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế b’ thường thấp hơn áp suất cuốiquá trình giãn nở lý thuyết do xu páp thải mở sớm

Từ đồ thị Brick xác định góc mở sớm xu páp thải β2 = 56o cắt vòng tròn Bricktại một điểm, từ điểm đó gióng đường song song với trục tung cắt zb tại T1 Trên ba

lấy bb’ sao cho bb’ = ba

2

1

Dùng thứơc cong nối T1b’ tiếp tuyến với pr = const tađược quá trình chuyển tiếp từ quá trình giãn nở sang quá trình thải

Chương II: Tính toán động học và động lực học

2.1 Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học

Các đường biểu diễn này đều vẽ trên một hoành độ thống nhất ứng với hành trìnhcủa piston S = 2R Vì vậy đồ thị đều lấy hoành độ tương ứng với Vh của đồ thị công(từ điểm 1Vc đến Vc)

2.1.1 Đường biểu diễn hành trình của pittong x= f()

Dùng phương pháp Brick để vẽ, trình tự vẽ như sau :

- Chọn gốc toạ độ cách gốc đồ thị công một khoảng bằng giá trị biểu diễn củadung tích VC

- Chọn tỷ lệ xích góc : 0.7 mm/độ

- Tiến hành vẽ theo phương pháp Brick

+ Phía trên đồ thị công ta vẽ nửa vòng tròn tâm 0 có đường kính là S/s sau đó lấy về phía ĐCD một khoảng 00’ = R/2s

+ Lấy 0’ làm tâm chia độ và đánh dấu trên đường tròn Êy các điểm chia độ

+ Gióng các điểm chia độ trên đường tròn đó xuống đồ thị x=f() và trên trục gióng các tia nằm ngang tương ứng, nối các điểm đó lại ta được x = f()

2.1.2 Đường biểu diễn tốc độ của pittong v= f()

Đường biểu diễn tốc độ của pittong được vẽ trên cùng hệ toạ độ của x và 

- Trình tự vẽ đường v=f(x) như sau :

Vẽ ở phía dưới đồ thị v=f(x) nửa vòng tròn tâm là 0, bán kính của nó bằng S/2x v = S/ 2x Lấy 0 làm tâm vẽ vòng tròn bán kính bằng R/2v Chia vòngtròn nhỏ và nửa vòng tròn lớn (bán kính R) ra n phần bằng nhau (18 phần), đánh sốcác điểm chia từ 118 Từ các điểm chia trên vòng tròn lớn ta kẻ các tia thẳngđứng, từ các điểm chia trên vòng tròn nhỏ ta kẻ các tia nằm ngang giao điểm củacác tia tương ứng được đánh số I, II … Nối các điểm đó lại ta được đường congbiểu thị v=f()

2.1.3 Vẽ đường biểu thị v=f(x):

Từ nửa vòng tròn Brick theo các điểm chia độ dã có ta gióng xuống trụchoành x của đồ thị v=f(x) ta sẽ được các giá trị x10 0 , x20 0 …x90 0 Đo giá trị v trên đồthị v=f() và đặt giá trị Êy đúng với góc  tương ứng nên các tia x đó Nối cácđiểm đó lại ta được đường cong v=f(x)

2.1.4 Vẽ đường biểu diễn gia tốc của pittong j = f(x):

Đồ thị này được vẽ cùng hoành độ với trục x = f()

Để vẽ đồ thị này ta sử dụng phương pháp Tôlê :

2310

đoạn biểu diễn BD = jmin/j = -59,52264344 mm

- Nối C với D cắt trục hoành tại E lấy

EF = -3 R 2 = -3 25670 70.10-3

2

30

2310

Đoạn biểu diễn EF = 67,20298454 mm

- Từ điển A tương ứng với ĐCT lấy AC = jmax, từ điểm B tương ứng với ĐCDlấy

BD = jmin, nối CD cắt trục hoành ở E, lấy EF = -3 R 2 về phía BD Nối CF và

FD đẳng phân CF và FD thành 6 phần bằng nhau, kÝ hiệu tương ứng 1,2…5

và

1’,2’…5’ Nối 11’,22’….55’ Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11’,22’….55’

ta được đường cong biểu diễn quan hệ j = f(x)

2.2 Tính toán động lực học

2.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến

- Khối lượng nhóm pittông: mnp = 3,25 kg

- Khối lượng nhóm thanh truyền: mtt = 4,215 kg

- Khối lượng của thanh truyền phân bố về tâm chốt pittông tính theo công thức kinhnghiệm sau :

2 , 1 25 , 3

2 1

( kg/m2)

2.2.2 Các khối lượng chuyển động quay

- Khối lượng thanh truyền quy dẫn về tâm chốt : m2 = mtt - m1

m2 = 4,215-1,2 = 3,015 kg

- Khối lượng của má khuỷu quy dẫn về tâm chốt m0m

- Khối lượng của chốt khuỷu mch

2.2.3 Vẽ đường biểu diễn lực quán tính p j = f(x)

áp dụng phương pháp Tôlê để vẽ nhưng hoành độ đặt trùng với đường pk ở đồ thịcông và vẽ đường - pj = f(x) (tức cùng chiều với j = f(x)), tiến hành nh sau:

2310

2.2.7 Vẽ đường biểu diễn lực tiếp tuyến T = f() và lực pháp tuyến Z = f()

Theo kết quả tính toán động lực học, ta có :

T= p.sincos

Z = p.coscos

Trình tự vẽ như sau:

Chọn  = 20 /1mm, p = T = Z = 0,0258 MPa/mm

Dựa vào  = R/Ltt ta tính được các trị số sincos và coscos

Biểu diễn Z = f() và T = f() trên cùng một hệ trục toạ độ

Các số liệu để vẽ các đồ thị biểu diễn trên bảng 2.1

700 -44,1 -45,11 -0,4293 18,93 0,9079 -40,04

2.2.8 Vẽ đường T = f() của động cơ 6 xilanh,chữ V

Động cơ nhiều xilanh có mô men tích luỹ vì vậy phải xác định mô men này Chu kỳcủa mô men tổng bằng đúng góc công tác của các khuỷu :

0 0

120 6

4 180

Bảng 2.2 : Bảng tính T

90 9,94 330 5,87 570 -11,65 210 -10,96 690 24,37 450 26 43,56

100 15,25 340 -5,58 580 -15,23 220 -14,72 700 18,93 460 28,11 26,76

110 17,75 350 -10,34 590 -18,14 230 -17,64 710 10,78 470 27,2 9,6

120 18,37 360 0 600 -19,84 240 -19,4 720 0 480 25,35 4,5

Vẽ đường Ti = f() ở góc trên của đồ thị T và Z Chỉ vẽ trong mét chu kỳ

Diện tích bao bởi đường T với trục hoành là : F(T) = 1343 mm2

Ttb = 22 , 3833

60

1343 60

) (

2.2.9 Đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu

Vẽ theo các bước sau :

Lập bảng xác định toạ tương ứng i trên toạ độ T - Z (Bảng 2.3)

Vẽ hệ trục toạ độ TOZ , rồi xác định các toạ độ i (Ti,Zi), đây chính là đồ thị ptt biểudiễn trên toạ độ T-Z

ptt = T + Z

Xác định tâm đồ thị điểm O’, điểm O’ có toạ độ Z=pko, T=0

với pkot = m2R 2

 =227,149 70.10-3.(.231030 )2 10-6.0,0340081 = 27,36 (mm)Lấy OO, =27,36 mm

Nối O’ với bất kỳ điểm nào ta đều có : Q = pk0 + ptt

Bảng 2.4 : Số liệu tính toán vẽ đường biểu diễn Q = f()

(mm)

BD (mm)

BD (mm)

BD (mm)

150 55,5 330 35,5 510 62,5 690 64

160 56 340 16,5 520 61 700 71

170 56 350 21,5 530 60,5 710 76,5

180 56 360 67,6 540 59 720 77,64

Giá trị đặc biệt: với  = 335o thì Qmax = 118,5 mm

Sau khi vẽ xong đồ thị Q = f(), ta xác định Qtb bằng cách tính diện tích bao bởi

Q = f() và trục hoành, rồi chia cho chiều dài trục hoành

Qtbt = Qtb.Q = 49,18.0,034008 = 1,6725 MPa

Hệ sè va đập

 = 2 , 41

18 , 49

5 , 118

Dựa vào 3 giả thiết:

- Lượng mòn tỷ lệ thuận với lực tác dụng

- Lực gây mòn không phải tại một điểm mà lân cận điểm đó trong phạm vi1200

- Lúc xây dựng đồ thị mài mòn không xác định với điều kiện thực tế

Xây dựng đồ thị theo trình tự các bước sau đây:

-Vẽ vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho vòng tròn chốt tâm là K, các lực cắt trụcdương Z tại O và chia vòng tròn đó ra làm 24 phần bằng nhau, mỗi phần 150 vàđánh số các điểm chia từ 023

-Xác định tổng các lực tác dụng nên trên các điểm 0,1,2 23, tương ứng Q0,

Q1, Q2, … Q23,

i = m.Qi , m là tỷ lệ mài mòn, chọn m = 0,02 MPa/mm

-Vẽ vòng tròn tượng trưng cho bề mặt chốt trên giấy kẻ ly và trên vòng tròn đó chialàm 24 điểm bằng nhau và đánh số điểm chia từ 023, từ các điểm chia đó lấy theophương hướng tâm các đoạn có độ lớn bằng i đánh dấu đầu mút các đoạn đó tađược dạng bề mặt của chốt sau khi đã mòn

Vị trí Ýt mòn nhất chính là vị trí khoan lỗ khoan dầu (Bảng 2.5)

3.1 Kiểm nghiệm bền trục khuỷu

Tính sức bền trục khuỷu bao gồm tính sức bền tĩnh và tính sức bền động

Do trục khuỷu là dầm siêu tĩnh nên khi tính toán gần đúng, người ta phân trục khuỷu ra làm nhiều đoạn, mỗi đoạn là một dầm tĩnh định nằm giữa hai gối tựa là hai ổ trục Thông thường, mỗi đoạn đó là một khuỷu Khi tính toán ta sẽ phải xét khuỷu nào chịu lực lớn nhất để tính cho khuỷu đó

T, Z: Lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến tác dụng trên chốt khuỷu (MN)

Pr1, Pr2: Lực quán tính ly tâm của má khuỷu và của đối trọng (MN)

C1, C2: Lực quán tính ly tâm của chốt khuỷu và của khối lượng thanh truyềnquy dẫn về đầu to (MN)

r1

Z' T'

T'' Z'' Z

Z’, Z’’: Các phản lực gối tựa nằm trong mặt phẳng khuỷu (MN)

T’, T’’: Các phản lực gối tựa nằm trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳngkhuỷu (MN)

Mk’, Mk’’: mômen xoắn tại cổ trục bên trái và cổ trục bên phải của khuỷu trụctính toán (MNm)

Do đó ta có :

Mk’ = Ti-1.R

Mk’’ = Mk’ + T.R = Ti.R

R: bán kính khuỷu (m)

Ti-1 : tổng các lực tiếp tuyến của các khuỷu đứng trước khuỷu tính toán

Người ta giả thiết rằng ứng suất lớn nhất tác dụng trên khuỷu nguy hiểm có thểxảy ra trong các trường hợp sau:

+ Trường hợp 1 : Chịu lực PZmax khi khởi động

+ Trường hợp 2 : Chịu lực Zmax khi làm việc

+ Trường hợp 3 : Chịu lực Tmax khi làm việc

+ Trường hợp 4 : Chịu lực Tmax

Trong thực tế vận hành của động cơ lực tác dụng trong trường hợp 1 bao giờcũng lớn hơn trường hợp 2 và lực tác dụng lên trục khuỷu trong trường hợp 3 baogiờ cũng lớn hơn trường hợp 4 Vì vậy ta chỉ tính nghiệm bền ở hai trường hợp 1 và3

3.1.1 Trường hợp chịu lực P Zmax

Đây là trường hợp khởi động Do tốc độ của động cơ còn nhỏ nên ta có thể bỏ

qa ảnh hưởng của lực quán tính khi đó lực tác dụng chỉ còn lại lực do áp suất lớnnhất của khí thể trong xylanh pzmax Giả thiết lúc đó lực xuất hiện tại điểm chết trên( chỉ gần đúng ) nên  = 0; T = 0; PJ = 0, Pr = 0

Z = PZmax =

P Zmax F p

8016

,

6

2 3

Wu : mô đun chống uốn của tiết diện ngang chốt

10 672 , 4

Lực pháp tuyến Z gây uốn và nén tại A-A

Ứng suất uốn má khủyu:

b Z

2

' '

(MN/m2)

u =

6

) 10 29 (

10 120

10 46 04514 ,

0

2 3 3

1 , 113

10 5 , 103 04514 ,

3.1.2 Trường hợp chịu lực T max

Vị trí tính toán của khuỷu trục nguy hiểm lệch so với vị trí ĐCT một góc

=Tmax = 3800,ứng với Tmax= 1,913(MN/m2)

Bảng 3.1 : Bảng tìm khuỷu nguy hiểm

T i-1 = 0,484

5 -0,605 T max =1,913

T i-1 = -1,239

T i-1 = -0,755

913 , 1

913 , 1

2 3

Ứng suất uốn trong mặt phẳng khuỷu trục

ux =

ux

x u

W

c p a p l

3 3

3

10 4 , 75

10 5 , 57 10 15 , 10 10

535 , 14 10 41 , 15 10

5 , 103 04514

W

M

' '

10 4 , 75

1035 , 0 0254 , 0





uy W

l T

= 34,9 MN/m2

Ứng suất uốn tổng cộng

u =    2 y 2

u x

W 2

R T

07 , 0 ).

0254 , 0 4

13 0 484 , 0 (

u  4

 = 67  2 4 14 , 8 2 = 73,25 MN/m2

  < [u] = 120 MN/m2

I

3.1.2.2 Tính nghiệm bền cổ trục

Ta tính cổ bên phải vì cổ này chịu lực lớn hơn cổ bên trái

Ứng suất uốn do lực pháp tuyến Z’’ gây ra:

x u

 =

ux

x u

W

M

'' ''

10 4 , 75

046 , 0 04514 , 0

b T

= 75 , 4 10 6

046 , 0 0127 , 0

W 2

R T

07 , 0 ).

0254 , 0 4

13 0 484 , 0 (

2 x

u    4

 = 27 , 5 2  7 , 8 2  4 14 , 8 2 = 41,2 MN/m2

  < [u] = 100 MN/m2

3.1.2.3 Tính sức bền má khuỷu

Ta tính nghiệm bền má khuỷu bên phải và má này thường

chịu lực lớn hơn má bên trái

Ứng suất uốn do lực pháp tuyến Z’’ gây ra

b Z

2

'' ''

=

6

12 , 0 029 , 0

046 , 0 04514 ,

0

2 =29,8 MN/m2

Ứng suất uốn do lực Pr2 gây ra

c a P

2 2

r 

=

6

12 , 0 029 , 0

10 ).

5 , 57 535 , 14 (

10 15 , 10

r T

055 , 0 0127 , 0

R T T

2 1

07 , 0 ).

0254 , 0 4

13 0 484 , 0 (

10 15 , 10 04514 ,

W

b T

=

6

12 , 0 029 , 0 2

046 , 0 0127 , 0

2 =4,2 MN/m2

Trong đó :

Wx : là mô đun chống xoắn của má (m3)

Do tiết diện chịu xoắn của má là tiết diện hình chữ nhật nên

+ ở các điểm 1, 2, 3, 4 : x = 0+ ở các điểm I, II : x = max

+ ở các điểm III, IV : x = min

max và min được xác định :

max = 2

1

' '

h b g

b T

MN/m2

min = g2max

Các hệ số g1 và g2 phụ thuộc vào tỷ số h/b, do h/b = 3 tra trong đồ thị hình(VIII-17a) [Sách kết cấu và tính toán động cơ đốt trong] ta xác định được g1 =0,265; g2 = 0,76

 max = 2

1

' '

h b g

b T

=0 , 283 0 , 12 0 , 029 2

046 , 0 0127 , 0

IV

1 3

I

III II

IV

1 3

Bảng 3.2 : Bảng xét dấu của các ứng suất trên má khuỷu

 1 2 3 4 I II III IV

Căn cứ vào bảng tính ứng suất ta thấy i tại các điểm 1,2,3,4 ,I,II,III,IV bằngcách cộng theo cột dọc (theo dấu) như sau :

i = ni  uzi  uri  uTi  uMi