đồ án tính toán thiết kế động cơ đốt trong (dm4-0112) - luận văn, đồ án, đề tài tốt nghiệp

1.2.1 Động học của cơ cấu giao tâm : Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm là cơ cấu mà đường tâm xilanh trực giao với đường tâm trục khuýu tại 1 điểm hình vẽ.. Vẽ đường biểu dién lực

1 VẼ ĐÒ THỊ

1.1 VẼ ĐÒ THỊ CÔNG

1.1.1 Các số liệu chọn trước trong quá trình tính toán

Bang 1.1: Bảng thông số chọn của động cơ:

Tên thông sô Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị Ghi chú

trong quá trình nạp

1.1.2 Xây dựng đường cong nén

Phương trình đường nén: , , v.)" p.V"' = cosnt => peVel = pax-Vax”

1.1.3, Xây dựng đường cong giãn nở

Phương trình đường giãn nở: p.V"” = cosnt => p,.Vc = pạy Vu”

yy"

Rut ra ta c6: p,, = [P|

gnx

Đồ Án Tính Toán Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong (DM4-01 12)

1.1.5 Bảng xác định tọa độ các điểm trung gian

Bảng 1.2 : Bảng giá trị đồ thị công của động cơ

Đường nén Đường giãn nỗ

2 XÁC ĐỊNH CAC DIEM DAC BIỆT VÀ HIỆU CHÍNH ĐỎ THỊ CÔNG

* Điêm r(V,,P,) V,-thê tích buông cháy V,=0,03 [1]

P;-áp suất khí sót, phụ thuộc vào tốc độ động cơ

Tốc độ trung bình của piston:

Đồ Án Tính Toán Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong (DM4-01 12)

+ Từ các số liệu đã cho ta xác định được các tọa độ điểm trên hệ trục tọa độ Nối các tọa

độ điểm bằng các đường cong thích hợp được đường cong nén và đường cong giãn nở + Vẽ đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải bằng hai đường thắng song song với trục hoành đi qua hai điểm P; và P, Ta có được đồ thị công lý thuyết

Dùng đô thị Brick xác định các điêm :

Góc mổ sóm xupap nạp (r): ø, = 7°; Góc đóng muộn xupap nạp (a'):ø„ = 12”; Gócmổ sóm xupap thải (b):z, =53';Góc đóng muộn xupap thải (r") :z, =10°; Góc phun sóm (C):

Q, = 7

Hiệu chỉnh đồ thị công : ;

Dong co Diesel lay áp suât cực đại băng p¿

Xác định các điểm trung gian:

Đồ Án Tính Toán Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong (DM4-01 12)

- Trên đoạn cy lay diém c’’ voi c’’c = 1/3 cy

- Trên doan yz lay diém z”’ với yz”’ = 1/2 yz

- Trên đoạn ba lay diém b”’ véi bb” = 1/2 ba

Nếu các điểm c°c””z°” và đường giản nỡ thành đường cong liên tuc tai DCT va DCD va

tiếp xúc với đường thải, ta sẽ nhận được đồ thị công đã hiệu chỉnh

Sau khi hiệu chỉnh ta nối các điểm lại thì được đồ thị công thực tế

1.2 BONG HOC VA DONG LUC HQC CUA CO CAU TRỤC KHUỶU THANH

Trong động cơ đốt trong kiểu piston cơ cấu trục khuỷu thanh truyền có 2 loại loại giao tâm

và loại lệch tâm

Ta xét trường hợp cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm

1.2.1 Động học của cơ cấu giao tâm :

Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm là cơ cấu mà đường tâm xilanh trực giao với đường tâm trục khuýu tại 1 điểm (hình vẽ)

O - Giao điểm của đường tâm xi lanh và

đường tâm trục khuýỷu

C - Giao điểm của đường tâm thanh truyền và

đường tâm chốt khuỷu

B' - Giao điểm của đường tâm xy lanh và đường

tâm chốt piston

A - Vị trí chốt piston khi piston 6 DCT

B - Vi tri chét piston khi piston 6 DCD

R - Ban kinh quay cua truc khuyu (m)

1- Chiéu đài của thanh truyền (m)

S - Hanh trinh cua piston (m)

x - Độ địch chuyên của piston tính từ ĐCT ứng

với góc quay trục khuỷu œ (m)

B - Góc lắc của thanh truyền ứng với góc ơ (độ)

Hình I- 2:Sơ đồ cơ cấu KTTT giao tâm 1.2.1.1 Xác định độ dịch chuyến (x) của piston bằng phương pháp đồ thị Brick

Đồ Án Tính Toán Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong (DM4-01 12)

-Theo phương pháp giải tích chuyên dịch x của piston được tính theo công thức :

x^x rl - sosz)+ ^( — cos2a) : -Các bước tiễn hành vẽ như sau:

+ Từ tâm O' của đồ thị brick kẻ các tỉa ứng với 10” ; 200 180” Đồng thời đánh số thứ

tự từ trái qua phải 0;1,2 I8

+ Chọn hệ trục tọa độ với trục tung biểu diễn góc quay trục khuỷu, trục hoành biểu điễn

khoảng dịch chuyên của piston

+ Gióng các điểm ứng với 10 ; 20° 180° da chia trên cung tròn đồ thi brick xuống cắt

các đường kẻ từ điểm 10” : 20/ 180” tương ứng ở trục tung của đồ thị x=f(a) để xác định chuyển vị tương ứng

+ Nối các giao điểm ta có đồ thị biểu diễn hành trình của piston x = f(a)

1.2.1.2 Đồ thị biếu diễn tốc dé cia piston v=f(a)

* Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng

+_ Vẽ đường tròn tâm O ban kinh R; voi:

A R= R 2% = 45,75, 440%0.24

2” 18' theo chiều ngược lại

+ Từ các điểm 0;1;2 kẻ các đường thắng góc với AB cắt các đường song song với AB

kẻ từ các điểm 0°;1;2” tương ứng tạo thành các giao điểm Nối các giao điểm này lại ta

có đường cong giới hạn vận tốc của piston Khoảng cách từ đường cong này đến nửa đường tròn biểu diễn trị số tốc độ của piston ứng với các góc a

Đồ Án Tính Toán Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong (DM4-01 12)

Hình 1-3: Đồ thị chuyển vi va Dé thị vận tốc y= ự (z) Biểu diễn v = f(x)

Đề khảo sát mối quan hệ giữa hành trình piston va van tốc của piston ta đặt chúng cùng

chung hệ trục toạ độ

Trên đồ thị chuyền vi x = f(a) lay trục Ov ở bên phải đồ thị song song với trục Oơ, trục

ngang biêu diễn hành trình của piston

Từ các điểm 00, 102, 20”, 180” trên đồ thị Brick ta gióng xuống các đường cắt đường

Ox tại các điểm 0, 1, 2 18 Từ các điểm này ta đặt các đoạn tương ứng từ đồ thị vận tốc,

nối các điểm của đầu còn lại của các đoạn ta có đường biểu diễn v = f(x)

1.2.1.2 Đồ thị biểu diễn gia tốc j = f(x)

Đề vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston ta sử dụng phương pháp Tole

+ Chọn hệ trục tọa độ với trục Ox là trục hoành, trục tung là trục biểu diễn giá trị gia tốc

J _ 11184117

+ Chon tỉ lệ xích: ¿ —n

max bd 70 = 15977311 (mm/s” /mm)

+ Trén truc Ox lấy đoạn AB = S=2R= 91,5 mm

Giá trị biểu diễn: AB=-Ÿ =- "` =169 (mm) H, 0541

Tinh:

AC = Jing, = Ro” (1+ A) = 45,75.4407(1 + 0,24) = 11184117,8(m m/s”)

BD = ji, = Ra (I-A) = 45,75,(440° }(1 - 0,24) = -685478 19(m m/s”)

EF = -3.R.A.a = -3.45,75.0,24.440° = -6494003.8(mm/s°)

+ Từ điểm A tương ứng với điểm chết trên lấy lên phía trên một đoạn

ÁC = mà 11841 L2 — 7y Từ điểm B tương ứng với điểm chết dưới lấy xuống H, 15977311

hoành Ox tại E Từ E lấy xuống đưới một đoạn

EF= ae = 40,65(mm) N6i CF va FD, dang phan dinh huéng CF thanh 8 phan bằng

nhau và đánh số thir tu 0;1;2 dang phan định FD thanh 8 phan bang nhau va danh số thứ

tự 0°;1°;2’ vé cac duéng bao trong tiếp tuyén 11°;22’;33” Ta co duong cong biéu dién quan hé j= f(x)

Đồ Án Tính Toán Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong (DM4-01 12)

1.2.2.1 Đường biểu diễn lực quán tính của khối lượng chuyến động tịnh tiến

=P, =/()

Vẽ theo phương pháp Tole với trục hoành đặt trùng với ?, ở đồ thị công, trục tung biểu

diễn giá trị P,

Vẽ đường biểu dién lực quán tính được tiến hành theo các bước như sau:

+ Chon tỉ lệ xích trùng với tỉ lệ xích đồ thị công:

M, = 0,8(kg) - Khối lượng nhóm piston

mị- Khối lượng thanh truyền qui về tâm chốt piston (kg)

Theo công thức kinh nghiệm:

1.2.2.2 Khai triển các đồ thi

a) Khai triển đồ thị công trên tọa độ p-V thành p=f(o)

Để biểu diễn áp suất khí thể pụ: theo góc quay của trục khuỷu ơ ta tiến hành như sau:

+ Vẽ hệ trục tọa độ p - ơ Trục hoành đặt ngang với đường biểu diễn p„ trên đồ thị công +_ Chọn tỉ lệ xích: ¿„ =2 (độ/mm)

H, = 0,052(MN/m? mm)

+ Dùng đồ thị Brick để khai triển đồ thị p-v thanh p-a

+ Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, dựng các đường song song với trục Op cắt đồ thị công tại các điểm trên các đường biêu diễn quá trình: nạp, nén, cháy - giãn nở, xả

+ Qua các giao điểm này ta kẻ các đường song song với trục hoành gióng sang hệ toạ độ p-ơ Từ các điểm chia tương ứng 0°, 10”, 20” trên trục hoành của đồ thị p-œ ta kẻ các

Đồ Án Tính Toán Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong (DM4-01 12)

đường thắng đứng cắt các đường trên tại các điểm ứng với các góc chia trên đồ thị Brick

và phù hợp với các quá trình làm việc của động cơ Nối các điểm lại bằng đường cong

thích hợp ta được đồ thị khai triển p-ơ

b) Khai triển đồ thị p, = ƒ(x) thành p, = f(a)

Đồ thị — p, = f(x) biểu diễn đồ thị công có ý nghĩa kiểm tra tính năng tốc độ của động

cơ

Khai triển đường p, = f(x)thanh p, = f(a) cing thong qua dé thi brick để chuyền tọa

độ Việc khai triển đồ thị tương tự khai trién P-V thanh P=f(a) Nhung luu y 6 toa d6 p-a

phải đặt đúng trị số đương của Pj-

c) Vé dé thi p, = f(a)

Theo công thức ø, = p„ + p;- Ta da cd pu=f(a) va p, = f(a) Vì vậy việc xây

dựng đồ thị p, = /(œ)được tiến hành bằng cách cộng đại số các toạ độ điểm của 2 đồ thị Ppu=ƒø) và p„ = /(œ)-lại với nhau ta được tọa độ điểm của đồ thị p;=/fœ) Dùng một

đường cong thích hợp nối các toa độ điểm lại với nhau ta được đồ thị p;=ƒ/fø)

Đồ Án Tính Toán Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong (DM4-01 12)

ơ a |sina| ÿ P, | tgB | N | Cosœ+P/ Z | Sin(a+By/ T

+ Vẽ hệ trục tọa Decac trong đó trục hoành biểu thị giá trị góc quay trục khuỷu, trục tung biểu diễn §

T,N,Z Từ bảng 2 ta xác định được tọa độ các điểm trên hệ trục, nối các điểm lại bằng các đường c hợp cho ta đồ thị biểu diễn: 7 = /(ø) Z= /(ø); M= /(œ)

+ Việc vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến 7 = /(ø), lực pháp tuyến Z = f(a) va lye ngang N= f(a)

Trên hệ tọa độ T-œ, Z-ơ, N-ơ, ta xác định các trị số T, Z„ N ở các góc độ ơ = 0°, a=10°, a= 20°, , 0

số của T, Z, N như đã lập ở bang 1-2 được tính theo công thức đã chứng minh ở trên,ta sẽ có được cá

Đồ An Tinh Toan Thiét Ké Dong Co Dét Trong (DM4-0112)

1, 2, ,72.Dùng đường cong nối các điểm ấy lại,ta có đồ thị lực T, Z„ N cần xây dựng

1.2.2.4 Vẽ đồ thị biểu diễn momen tổng >T:

Thứ tự làm việc của động cơ: l-3-4-2

-_ Góc công tác: ở, = ng - TẾ = 180",

1

180.7 _ 180.4

Ta tinh XT trong 1 chu kỳ góc công tác: ổ,, = 7 180°

1

+ Khi trục khuỷu của xylanh thứ nhất nằm ở vị trí ø, = 0°

thì trục khuỷu của xylanh thứ hai nằm ở vi tri @, =180°

trục khuỷu của xylanh thứ ba nằm ở vị trí a, =540°

trục khuỷu của xylanh thứ tư nằm ở vị trí ø, = 360

Tính momen tổng : xT = T,+T2+T;+ Ty

Tinh gia tri cha 7, băng công thức:

sp, = 20 X- 1Ô cư / 3), z.R.F,.0@.n

Trong đó : X,: công suất chỉ thị của động co; N, = Ne

In

80

Voi 7, = (0,6 + 0,93); chon 7,, =0,8 > N,= os” 100[kw]

n: là số vòng quay của động cơ; n = 4240 (v/ph)

F,: 1a dién tich dinh piston; F, =5,4106.10°(m’)

R: là bán kính quay trục khuỷu; ®& = 45,75.100n)

Tỷ lệ xích hzr = tr = 0.052[MN/m2.mm]

Thứ tự làm việc: I-3-4-2 a,(d6) | Ti(mm) | o2(d6) | T2(mm) | o3(d6) | T3(mm) | ơ/(độ) | T¿(mm) | #T(mm)

Đề Án Tính Toán Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong (DM4-0112)

2.2.6 Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu : _ - -

- Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên chôt khuýu dùng đê xác định lực tác dụng lên chôt khuỷu ở môi trục khuỷu Từ đồ thị này ta có thê tìm trị số trung bình của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu cũng như dàng tìm được lực lớn nhất và lực bé nhất Dùng đồ thị phụ tải ta có thể xác định khu vực chịu lực it nl

định vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền ở trục

- Khi vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu có thể chưa cần xét đến lực quán tính chuyển động khối lượng thanh truyền mạ quy về tâm chốt khuỷu vì phương và trị số của lực quán tính này không để

vẽ xong ta xét

- Vẽ hệ toạ độ T - Z gốc toạ độ trục 0°Z có chiều dương hướng xuống dưới

- Chọn tỉ lệ xích : ; = ; = „ = 0,052(MN/m” mm)

- Đặt giá trị của các cặp (T.Z) theo các góc œ tương ứng lên hệ trục toạ độ T - Z Ứng với mỗi cặp gi:

ta có một điểm đánh dấu các điểm từ 0,1,2, —> 72 ứng với các góc ơ từ 0° —› 720° nói các điểm lại ta

cong biéu diễn véctơ phụ tải tác dung lên chốt khuỷu

- Dịch chuyển gốc toạ độ Trên trục 0°Z (theo chiều dương) ta lấy điểm 0 với 00= ?„„ (lực quán tính

+ Lue quan tinh ly tam : P,, "Ra

- Từ tâm O vẽ vòng tròn tượng trưng chốt khuỷu

+ Xác định giá trị, phương chiều và điểm đặt lực

Giá trị của lực là độ dài véctơ tính từ gốc 0 đến vị trí bất kì mà ta cần

Chiều của lực hướng từ tâm 0 ra ngoài

Điểm đặt của lực là giao của phương kéo dài về phía 0 của véctơ lực và đường tròn tượng trưng

khuỷu

O, =P, +7, +Z, =00'+0'a=0a

Oe = Pro + Pua «

ơ : là điểm bất kỳ trên đồ thị.

Đề Án Tính Toán Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong (DM4-0112)

Q, : là hợp lực của các lực tác dụng lên chốt khuyu

———zZím

2.2.7.Khai triển đồ thị phụ tải trong hệ toạ độ cực thành đồ thị Q - a

- Khai triển đồ thị phụ tải ở toạ độ độc cực trên thành đồ thị Q -ø rồi tính phụ tải trung bình Ø„

- Dé tinh Q,,,, Onin VA Q,,- XAc dinh tri sé don vi phụ tải tác dụng trên chốt khuyu:

Ø„„ €Q„„ và Ó„ là phụ tải cực đại, cực tiểu và trung bình được xác định trên đồ thị Q-z đơn vị là MN/m

120.00 100.00 80.00

———Q(mm)

60.00 40.00

Đề Án Tính Toán Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong (DM4-0112)

2.2.8.D6 thi phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền:

Dựa trên nguyên lý lực và phản lực tác dụng tại một điểm bắt kỳ trên chốt khuỷu và đầu to thanh truy đến sự chuyên động tương đối giữa chúng ta có thể xây dựng được đồ thị phụ tải tác đụng lên trục kl

khi vẽ được đồ thị phụ tai tác dụng lên chốt khuýu ta căn cứ vào đó để vẽ dé thị phụ tải của ổ trượi

thanh truyền

Cách vẽ như sau :

- Chiều của lực tác dụng lên chốt khuỷu ngược chiều với lực tác dụng lên đầu to thanh truyền nhưng chúng bằng nhau

Vé dang dau to thanh truyền lên một tờ giấy bóng, tâm của đầu to thanh truyền là O

Vẽ một vòng tròn bắt kỳ, tâm O Giao điểm của đường tâm phần thân thanh truyền với vòng tâm (

0

Từ điểm 09, ghi trên vòng tròn các diém 1, 2, 3, ., 72 theo chiều quay trục khuỷu và tương ứng vé O10" + Bio's Ga” + B20", 30° + B30" -» A720" + Br20"

Đem tờ giấy bóng này đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt khuýu sao cho tâm O trùng với tâm

thi phy tai chốt khuÿu Lần lượt xoay tờ giấy bóng cho các điểm 0, 1, 2, 3, ., 72 trùng với trục (+Z) ‹ phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu Đồng thời đánh dấu các điểm đầu mút của các véctơ Qo, Qi, Qs

đồ thị phụ tải chốt khuỷu hiện trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0, 1, 2, 3, ., 72

Nối lần lượt các điểm vừa đánh dấu trên tờ giây bóng theo đúng thứ tự ta được đồ thị phụ tai tác dung |

thanh truyền

- Xác định giá trị phương chiều và điểm đặt lực :

+ Giá trị là độ dài của véctơ tính từ tâm O đến bắt kỳ vị trí nào ta cần xác định trên đồ thị

+ Chiều của lực từ tâm O đi ra

+ Điểm đặt là giao điểm của véctơ và vòng tròn tượng trưng cho đầu to thanh truyền

Đồ Án Tính Toán Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong (DM4-01 12)

ồ lớn nhất Ap 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 N, và tốc độ n định mức

+ Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 120°

+ Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải

+ Không xét đến các điều kiện về công nghệ, sử dụng và lắp ghép

+ Các bước tiên hành vẽ như sau: