cân bằng động cơ đốt trong

Các lực và các mômen đó gồm: - Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến cấp 1 Pj1 và lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 Pj2.. Vì vậy muốn cho động cơ được cân bằng, phải

Trang 1

Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

Trang 2

Chương 3

CÂN BẰNG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

I NHỮNG NGUYÊN NHÂN KHIẾN CHO ĐÔÏNG CƠ MẤT CÂN BẰNG

Trong quá trình vận hành, trong động cơ tồn tại các lực và các mômen luôn thay đổi về trị số và chiều Các thành phần lực và mômen này tác dụng trên bệ máy và thân máy khiến cho động cơ rung động và gây mất cân bằng cho động cơ Các lực và các mômen đó gồm:

- Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến cấp 1 (Pj1) và lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 (Pj2)

- Lực quán tính của khối lượng chuyển động quay Pk

- Mômen của các lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1 (Mj1), mômen của các lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 (Mj2)

- Mômen xoắn do lực quán tính chuyển động quay tạo ra (Mx)

- Ngoài ra còn có Mômen lật MN do lực ngang sinh ra

Để động cơ có tính cân bằng tốt, trong quá trình tính toán và thiết kế động cơ cần phải chú ý đến các điều kiện đảm bảo cân bằng cho động cơ

II ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CƠ CẤU

Khi động cơ làm việc ở trạng thái ổn định, nếu lực và mômen tác dụng trên bệ của động cơ không thay đổi trị số và các chiều tác dụng thì động cơ được coi là cân bằng Vì vậy muốn cho động

cơ được cân bằng, phải thiết kế sau cho hợp lực của các lực quán tính cấp 1 và cấp 2 của khối lượng chuyển động tịnh tiến; hợp lực của lực quán tính của khối lượng chuyển động quay đều bằng 0 Tổng mômen của chúng sinh ra trên các mặt phẳng chứa đường tâm trục khuỷu cũng bằng 0 Như vậy điều kiện sơ bộ để cân bằng động cơ được thể hiện bằng hệ phương trình sau:

1 i

2 r k

n i

1 i

2 2

j

n i

1 i

2 1

j

n i

1 i

2 r k

n i

1 i

2 2

j

n i

1 i

2 1

j

0R

m.aM

02cosmR

.aM

0cos

mR.aM

0R

mP

02cosmR

P

0cos

mRP

Trong đó: Pj 1 – hợp lực của lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1

Pj 2 – hợp lực của lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2

Trang 3

Pk – hợp lực của lực quán tính chuyển động quay

Mj 1 – tổng mômen của hợp lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1

Mj 2 – tổng mômen của hợp lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2

Mk – tổng mômen của hợp lực quán tính chuyển động quay

a – khoảng cách giữa hai đường tâm xylanh

i – số xylanh lanh của động cơ

Để cân bằng các lực và mômen nói trên và tăng độ đồng đều của mômen M do động cơ phát

ra, người ta thường dùng các biện pháp:

- Tăng số xylanh của động cơ

- Bố trí các khuỷu trục (lựa chọn gốc công tác k) để các xylanh làm việc đều nhau

- Dùng đối trọng để cân bằng

Trong thực tế, động cơ đốt trong kiểu piston không thể cân bằng tuyệt đối được; vì rằng chỉ riêng độ không đồng đều không thể tránh khỏi của mômen M đã khiến cho phụ tải tác dụng trên bệ động cơ thay đổi theo chu kỳ Vì vậy khi khảo sát vấn đề cân bằng động cơ, thường bó hẹp trong phạm vi dùng các biện pháp trong thiết kế và chế tạo nhằm giảm tới mức tối thiểu tính mất cân bằng của động cơ để độ cân bằng của động cơ nằm trong phạm vi cho phép

Để đảm bảo tính năng cân bằng của động cơ, trong quá trình thiết kế và chế tạo các chi tiết, trong quá trình lắp ráp vận hành động cơ v.v cần phải đảm bảo các yêu cầu chính sau đây:

- Trọng lượng của các nhóm piston lắp trên động cơ phải bằng nhau

- Trọng lượng của các thanh truyền phải bằng nhau và trọng tâm của các thanh truyền phải giống nhau

- Phải dùng phương pháp cân bằng động và cân bằng tĩnh để cân bằng trục khuỷu và các chi tiết chuyển động quay của động cơ

- Dung tích làm việc của các xylanh phải bằng nhau, cơ cấu phối khí của các xylanh phải được điều chỉnh để có các thông số kỹ thuật giống nhau

- Tỷ số nén và hình dạng buồng cháy của các xylanh phải giống nhau

- Góc đánh lửa sớm (của động cơ xăng) và gĩc phun sớm (của động cơ diesel) của các xylanh phải giống nhau

- Thành phần hỗn hợp (trong động cơ xăng) và lượng dầu cung cấp (trong động cơ diesel) của các xylanh phải giống nhau

Để đánh giá sơ bộ tính năng cân bằng của động cơ đốt trong có thể dùng hệ số sau:

)hl(Dm

M4

1Ml6

Dm

P4

1P

2 2 2 dc

2 j 1

j 2

dc

2 j 1

2 2 2 kn 2

Trang 4

Trong đó: mdc – khối lượng của động cơ (kg)

l – chiều dài của động cơ (m)

h – chiều cao của động cơ (m)



 và 0,002

- Nếu động cơ cân bằng kém thì:

01,0



 và  0,01

III CÂN BẰNG ĐỘNG CƠ MỘT HÀNG XYLANH

III.1 Cân bằng động cơ một xylanh

III.1.1 Cân bằng lực quán tính chuyển động tịnh tiến

Trong động cơ một xylanh, lực quán tính

chuyển động tịnh tiến cấp 1 (Pj1) có giá trị:

Pj1 = – mR2cos  0

Để cân bằng được lực quán tính chuyển

động tịnh tiến cấp 1, trên phương kéo dài của má

khuỷu ta đặt một khối lượng là mj (vừa bằng khối

lượng của các chi tiết chuyển đôïng tịnh tiến)

cách tâm O một khoảng bằng bán kính quay của

trục khuỷu  (hình 3.1) Như vậy, khi trục khuỷu

quay với tốc độ góc là  khối lượng m sẽ sinh ra

lực ly tâm là Pdj

Pdj = mj..2

Phân lực của Pdj trên phương đường tâm

xylanh (phương thẳng đứng): Pdjt

m.R.2.cos = 2mj. 2.cos   

2

R.m

Hình 3.1 Sơ đồ cân bằng lực quán tính

chuyển động tịnh tiến cấp 1

Trang 5

Nếu chỉ đơn thuần lắp đối trọng như trên, thì không thể nào cân bằng được lực quán tính chuyển động tịnh tiến mà chỉ chuyển chiều tác dụng của lực quán tính (lực quán tính trên phương nằm ngang)

Xuất phát từ nguyên tắc ấy, người ta dùng đối trọng để chuyển chiều tác dụng của lực quán tính chuyển động tịnh tiến tác dụng trên mặt phẳng thẳng đứng (mặt phẳng chứa các đường tâm xylanh) đến một mặt phẳng nào đó có tính ổn định lớn nhất Trên thực tế, người ta chuyển cho một nửa lực Pj1 tác dụng trên phương nằm ngang còn một nửa lực Pj1 tác dụng trên phương thẳng đứng Muốn cân bằng hoàn toàn lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1 và cấp 2, có thể dùng cơ cấu cân bằng Lăngsetcherơ (hình 3.2) Các bánh răng 1, 3 và 4 có kích thước bằng nhau Bánh răng 1 lắp chặt trên trục khuỷu, quay với tốc độ góc  nên tốc độ góc của các bánh răng 3 và 4 cũng là  (dẫn động qua bánh răng trung gian 2) Các bánh răng 3 và 4 đều lắp chặt trên trục 5 và 6 Trên các bánh răng 3 và 4 cũng như trên đầu kia của trục 5 và 6 đều lắp đối trọng có khối lượng là md Khi trục khuỷu quay, mỗi một đối trọng lắp trên cơ cấu để sinh ra một lực ly tâm có trị số bằng:

Pkd = md.rn.2

Trong đó: rn – khoảng cách từ tâm quay đến trọng tâm của đối trọng

Hợp lực của tất cả các phân lực Pkd trên phương thẳng đứng bằng:

Rj = 4.mđ.rn.2.cos

Để cân bằng lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1 ta thiết kế sao cho Rj = Pj1 (hợp lực Rj

trái chiều với Pj1) Do đó có thể xác định được khối lượng md nếu đã biết m; R và khoảng cách định đặt đối trọng rn

n 2

n

2

r4

mRcos

r4

Trang 6

Tương tự như trên, ta có thể cân bằng lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 (Pj2) bằng cách lắp thêm hai cặp bánh răng 7 và 8 có đường kính nhỏ bằng một nửa bánh răng 3 và 4 Do đó tốc độ góc chúng là 2

Cách xác định đối trọng lắp trên các bánh răng này tiến hành tương tự như khi tính toán cân bằng lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1

III.1.2 Cân bằng lực quán tính của khối lượng chuyển động quay

Lực quán tính chuyển động quay (Pk) có giá trị: Pk = – mr.R.2

= const  0 Lực này tác dụng trên phương đường tâm của chốt khuỷu và theo hướng ly tâm

Để cân bằng lực quán tính chuyển động quay, trên phương kéo dài của má khuỷu ta đặt một khối lượng md (vừa bằng khối lượng mr), cách tâm trục khuỷu một khoảng cách 

Như vậy khi trục khuỷu quay với tốc đgóc  khối lượng này sinh ra một lực ly tâm Prd bằng:

 – khoảng cách từ trọng tâm đối trọng đến tâm quay của trục khuỷu

mr – khối lượng các chi tiết chuyển động quay

m – khối lượng các chi tiết chuyển động tịnh tiến



Prd = 2.m..2

1 ( k

P

mr

Pr = m.R.2

md

Hình 3.3 Sơ đồ cân bằng lực quán tính

chuyển động quay

Trang 7

III.2 Cân bằng động cơ hai xylanh

Kết cấu trục khuỷu của loại động cơ hai xylanh thường bố trí theo hai kiểu sau đây:

- Tâm của hai chốt khuỷu cùng nằm trên một đường thẳng (góc lệch khuỷu bằng góc công tác k), (hình 3.4)

- Tâm của hai chốt khuỷu đối xứng nhau qua đường tâm trục khuỷu (góc lệch khuỷu =

180o, góc công tác k = 180o), (hình 3.5)

III.2.1 Xét loại động cơ có góc lệch khuỷu  = 360 o

Do đặc điểm kết cấu của trục khuỷu nên bất kỳ vị trí nào của góc  , lực quán tính của hai trục khuỷu đều như nhau (hình 3.4)

Hợp lực của các lực quán tính tác dụng trên hai xylanh đều có trị số lớn gấp đôi trị số của các lực quán tính không được cân bằng trong động cơ 1 xylanh

0cos R.m2P2

Pj1  j1  2 



02cos R.m2P2

Pj1  j2  2 



0.R.m2P2

III.2.1 Xét loại động cơ có góc lệch khuỷu  = 180 o

Loại động cơ bốn kỳ hai xylanh bố trí như hình 3.5 có thời gian giữa hai lần nổ liên tiếp của hai xylanh tính theo góc quay của trục khuỷu là 180o và 540o Chính vì vậy động cơ làm việc không đồng đều Như hình 3.5 biểu thị, ở bất kỳ vị trí nào của góc quay trục khuỷu, ta cũng có: ( 1 )

1 j

P = ( 2 )

1 j

P

Hình 3.4 Sơ đồ lực quán tính của động cơ hai xylanh có  = 360 o

) 2 ( 2 j

P

) 1 ( 1 j

P Pj(12)

) 1 ( k

P Pk(2)

Trang 8

Trong đó: ( 1 )

1 j

P – lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1 của khuỷu trục thứ 1

Pj(12) – lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1 của khuỷu trục thứ 2

a) Hợp lực của lực quán tính

- Hợp lực của lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1 (Pj1):



Trong đó: Pj(21) – lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 của khuỷu trục thứ 1

2 j

- Hợp lực của các lực quán tính chuyển động quay (Pk):

Pk  Pk(1)  Pk(2)  mr.R2  mrR2  0

b) Tổng mômen do lực quán tính sinh ra

- Tổng mômen do lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1 tạo ra (Mj1):

Mj 1 = amR2cos  0



) 2 ( 1 j

P

) 1 ( 1 j

P Pj(12)

) 1 ( 2 j

P

) 1 ( 2 j

P

) 2 ( 2 j

P

Hình 3.5 Sơ đồ động cơ hai xylanh có góc lệch khuỷu trục  = 180 0

Trang 9

Có thể dùng đối trọng lắp vào má khuỷu như hình vẽ để chuyển chiều tác dụng của Mj1 (tương tự như trường hợp của động cơ một xylanh)

Đối trọng có khối lượng md sinh ra mômen trên phương thẳng đứng trái chiều với Mj1 và làm triệt tiêu Mj1 trên phương thẳng đứng (Mdt):

Mdt = md.R.2.b.cos Nhưng đồng thời trên phương nằm ngang lại xuất hiện mômen (Mdn) Tuy nhiên mômen tác dụng trên phương nằm ngang ít gây mất cân bằng khi động cơ làm việc

Mômen Mk hoàn toàn có thể dùng đối trọng để cân bằng

III.3 Cân bằng động cơ ba xylanh

Động cơ ba xylanh chỉ dùng trong một vài kiểu động cơ tĩnh tại, rất ít khi dùng trên động cơ ôtô máy kéo vì tính cân bằng của nó kém Sơ đồ động cơ bốn kỳ 3 xylanh, thứ tự làm việc của các xylanh 1 – 2 – 3 được giới trên hình 3.6

- Hợp lực của các lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1 (Pj1):

120o

) 1 ( k

P

) 2 ( k

P

) 3 ( k

P ( 2 )

1 j

P ( 3 )

1 j

P

) 1 ( 2 j

P ( 2 )

2 j

P ( 3 )

2 j

P

120o

Hình 3.6 Sơ đồ trục khuỷu của động cơ bốn kỳ ba xylanh,

thứ tự làm việc 1 – 2 – 3

Trang 10

   

1 j ) 2 ( 1 j ) 1 ( 1 j 1

120cos

2

1sin2

3cos

2

1cos

Trong đó: ( 1 )

1 j

- Hợp lực của lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 (Pj2):

2 j ) 2 ( 2 j ) 1 ( 2 j 2

Pj(22) – lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 của khuỷu trục thứ 2

2 j

Do trục khuỷu của động cơ 4 kỳ 3 xylanh có góc công tác K = 2400, các khuỷu của trục khuỷu không cùng nằm trong một mặt phẳng nên khi xét ta phải phân ra trên phương thẳng đứng và phương nằm ngang

- Hợp lực của lực quán tính chuyển động quay trên phương thẳng đứng là (Pkt):

Rm

r



- Hợp lực của lực quán tính chuyển động quay trên phương nằm ngang là (Pkn):

Rm



Vì vậy ta có:

0PP

kn 2

kt

Tính mômen do các lực quán tính sinh ra đối với bất kỳ trục A – A nào đó, ta có:

1 j )

2 ( 1 j )

1 ( 1 j 1

j c.P (a c P (2a c PM

mR2      0    0



0cos

2

3sin2

3a

Trang 11

Trị số cực đại của Mj 1 xuất hiện khi đạo hàm của nó đối với  bằng 0 Lấy đạo hàm hai vế của đẳng thức trên đối với  ta có:

0sin

2

3cos2

3amRd

max 1 j

2 j )

2 ( 2 j )

1 ( 2 j 1

j c.P (a c P (2a c PM

mR2    0    0

Chúng ta cũng giải như phương pháp trên, cuối cùng tìm được trị số cực đại của Mj 2:

Mj2max  1,732mR2a

- Tổng mômen do lực quán tính chuyển động quay tạo ra (Mk):

Mômen do lực quán tính chuyển động quay tạo ra trên phương thẳng đứng Mkt bằng:

1 j )

2 ( 1 j )

1 ( 1 j

kt c.P (a c).P (2a c PM

3aR

mr 2

Từ đó ta giải ra: Mktmax 1,732mrR2a

Mômen do lực quán tính chuyển động quay gây ra trên phương nằm ngang bằng:

2 j )

2 ( 2 j )

1 ( 2 j

kn c.P (a c).P ( a c).PM

R

mr 2      0     0

Từ đấy giải ra: Mknmax 1,732mrR2a

Để cân bằng được các mômen này ta cũng dùng các đối trọng như đã giới thiệu ở trên

III.4 Cân bằng động cơ bốn xylanh

Động cơ 4 xylanh được dùng rất nhiều trên ôtô Hầu hết các loại động cơ 4 kỳ, 4 xylanh đều có góc công tác k = 1800 và góc lệch khuỷu  = 180o

Trục khuỷu của động cơ này có thể coi như tập hợp của 2 trục khuỷu của động cơ 2 xylanh có góc lệch khuỷu  = 1800 bố trí đối xứng (hình 3.7) Do đó tính cân bằng của loại động cơ này tương đối tốt Như ở động cơ 2 xylanh có góc lệch khuỷu  = 1800 đã xét nghiên cứu ở phần trên, ta có:

Trang 12

Pj1  0; Pj2  0; Pk  0

Đối với động cơ 4 kỳ, 4 xylanh có dạng trục khuỷu như hình 3.7, ta cũng có:

1 j ) 3 ( 1 j ) 2 ( 1 j ) 1 ( 1 j 1

4 2  



- Hợp lực của các lực quán tính chuyển động quay (Pk):

0P

PPPPP

Pk  k(1)  k(2)  k(3)  k(4)  k(1,4)  k(2,3) 



Do trục khuỷu của động cơ 4 xylanh có kết cấu đối xứng nên các mômen Mj 1, Mj 2 và

Mk đều bằng 0

1 j )

3 ( 1 j )

2 ( 1 j )

1 ( 1 j 1

j c.P (a c).P (a b c).P (2a b c).PM

2,3

1,4

) 4 , 1 ( k

P

) 3 , 2 ( k

P ( 2 )

1 j

P ( 4 )

1 j

P

) 1 ( 2 j

P ( 2 )

2 j

P

) 3 ( 2 j

P



a

Trang 13

ccos (a c)cos( 180 ) (a b c)cos( 180 ) (2a b c)cos( 360 )

Trong đó: b – khoảng cách giữa hai đường tâm của xylanh thứ 2 và 3

- Tổng mômen do lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 tạo ra (Mj2): Mj2  0

Điều này có được vì lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 của xylanh 1 và xylanh 2 sinh ra momen ngược chiều với mômen do lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 của xylanh 3 và xylanh

4 tạo ra

- Tổng mômen do lực quán tính chuyển động quay tạo ra (Mk): Mj2  0

Điều này có được vì mômen do lực quán tính chuyển động quay PK của xylanh 1 và xylanh 2 sinh ra ngược chiều với mômen do lực quán tính chuyển động quay của xylanh 3 và xylanh 4 sinh ra Tuy nhiên về mặt sức bền, để cổ trục giữa khỏi phải chịu mômen uốn rất lớn, người ta vẫn thường bố trí đối trọng như hình 3.7 để giảm tải cho ổ đỡ

III.5 Cân bằng động cơ sáu xylanh

Động cơ 6 xylanh là loại động cơ được dùng rất rộng rãi

Hình thức kết cấu của trục khuỷu giới thiệu trên hình 3.8 Từ hình vẽ ta thấy: trục khuỷu của động cơ 6 xylanh có thể coi là tập hợp hai trục khuỷu của động cơ 3 xylanh ghép đối xứng với nhau Động cơ này có góc công tác  = 120o và góc lệch khuỷu k = 120o

Hình 3.8 Sơ đồ trục khuỷu của động cơ bốn kỳ sáu xylanh có góc lệnh





3,42,5

1,6

) 6 , 1 ( k

P

) 4 , 3 ( k

P

) 5 , 2 ( k

P ( 2 )

1 j

P ( 3 )

1 j

P

) 1 ( 2 j

P ( 2 )

2 j

P ( 3 )

2 j

P

120o

) 4 ( 1 j

P Pj(15) Pj(16)

) 4 ( 2 j

P Pj(25) Pj(26)

b

Trang 14

0PPPPPP

Pj1  j(11)  j(12)  j(13)  j(14)  j(15)  j(16) 



0PPPPPP

Pj2  j(21)  j(22)  j(23)  (j24)  j(25)  j(26) 



- Hợp lực của các lực quán tính chuyển quay trên phương thẳng đứng (Pkt):

0PPPPPP

Pkt  kt(1)  kt(2)  kt(3)  kt(4)  kt(5)  kt(6) 



- Hợp lực của các lực quán tính chuyển quay trên phương nằm ngang (Pkn):

0PPPPPP

Pkn  kn(1)  kn(2)  kn(3)  kn(4)  kn(5)  kn(6) 



Suy ra: Pkn  Pkt2  Pkn2  0

Do trục khuỷu của động cơ 6 xylanh bố trí các khuỷu trục đối xứng với nhau nên các mômen

do lực quán tính gây ra đều triệt tiêu lẫn nhau

- Tổng mômen do lực quán tính chuyển động quay tạo ra (Mk): Mk  0

IV CÂN BẰNG ĐỘNG CƠ CHỮ V

IV.1 Cân bằng động cơ 2 xylanh (  < 90 0 và  = 90 0 )

Động cơ đốt trong có hai hàng xylanh thường bố trí theo kiểu chữ V để rút ngắn chiều dài của động cơ Do hai hàng xylanh dùng chung một trục khuỷu, nên trên mỗi khuỷu trục đều có hai thanh truyền nối với hai nhóm piston

Do kết cấu của thanh truyền của hai hàng xylanh có thể khác nhau tùy theo kiểu động cơ, nên lực quán tính của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền của hai hàng xylanh cũng có thể khác nhau Tuy vậy, ta vẫn có thể coi động cơ chữ V là tập hợp của hai động cơ một hàng xylanh bố trí theo những góc độ nhất định

Nếu số xylanh của động cơ chữ V là i thì mỗi hàng của nó sẽ có

2

i

xylanh Nếu coi động cơ

chữ V có Z xylanh là tập hợp của hai động cơ có

2Z

.180

Trang 15

Để các xylanh trong mỗi hàng xylanh làm việc cách đều nhau cần phải cho các xylanh của hai hàng làm việc xen kẽ Do đó góc giữa hai đường tâm xylanh của hai hàng xylanh (góc nhị diện của hai mặt phẳng chứa các đường tâm xylanh của hai hàng xylanh) được xác định bằng công thức:

i

.1802

k Z

IV.1.1 Xét trường hợp cân bằng của động cơ chữ V, 2 xylanh (có góc  < 90 0 )

Loại động cơ chữ V, 2 xylanh này, trục khuỷu chỉ có 1 khuỷu, thanh truyền bên trái và bên phải đều lắp chung trên chốt khuỷu (thanh truyền đồng dạng, lắp song song), (hình 3.9)

a) Hợp lực của các lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1 (Pj 1)

- Lực quán tính chuyển động tịnh tiếp cấp 1 của xylanh thứ 1 ( ( 1 )

1 j

P ):

)cos(

C)cos(

mR

Pj(12)  2       



) 1 ( 2 j

P

) 1 ( 1 j

P

) 1 ( 2 j

P

) 1 ( 1 j

P

) 2 ( 1 j

P

) 2 ( 1 j

P ( 2 )

2 j

P

) 2 ( 2 j

Hình 3.9 Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền của động cơ chữ V,

2 xylanh (góc giữa hai đường tâm xylanh bằng )







Trang 16

Trong đó: C = mR2

= const Hợp lực của lực quán tính cấp 1 có thể tính theo công thức lượng giác:

 C cos2 cos2( ) 2cos cos( ).cos

Phân lực của trên các trục tọa độ Ox và Oy cũng bằng tổng phân lực của các lực quán tính trên các trục tọa độ Ox và Oy:

2sin)cos(

C2sincosC2sin.P2sin.P)P( j1 x   j(11)   j(12)          

2sin)2sin(

C

2    2 



2cos)cos(

C2coscosC2cos.P2cos.P)P( ( 2 )

1 j )

1 ( 1 j y 1 j

tg)P(

)P(

y 1 j

x 1

b) Hợp lực của các lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 (Pj 2)

- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 của xylanh thứ 1 ( ( 1 )

2 j

j

- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 của xylanh thứ 2 ( ( 2 )

2 j

P ):

)(2cosC)(2cosmR

Pj(22)  2        Giá trị hợp lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 ( ( 2 )

2 j

P ) xác định theo công thức sau:

P trên trục tọa độ Ox và Oy:

2sin)(2cosC2sin2cosC2sin.P2sin.P)P( j2 x   j(21)   j(22)            

Trang 17

2cos)(2cosC2cos2cosC2cos.P2cos.P)P( ( 2 )

2 j )

1 ( 2 j y 2 j

C2

Hợp lực của lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 hợp với phương thẳng đứng (trục Oy) một góc , xác định theo công thức sau:

)R(tg

y 2 j

x 2 j

IV.1.2 Xét trường hợp cân bằng của động cơ chữ V, 2 xylanh (có góc  = 90 0 )

a) Hợp lực của lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1 (P ): j 1

1 j

P

) 1 ( 1 j

P

) 2 ( 1 j

P

) 2 ( 2 j

2 xylanh (góc giữa hai đường tâm bằng  = 90 o )





Pj 2

P j 1

Trang 18

Từ đây ta có :       ( 2 ) 2  2  2

1 j 2 ) 1 ( 1 j 1

P

constmR

C  2 

Như vậy hợp lực của lực quán tính cấp 1 là một hằng số, hợp lực này hợp với trục Oy một góc

 và được xác định qua biểu thức:

0 2

0)tg 4545

(tg

tg   

4545

tg)45(tgarctg     





Do hợp lực của lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1 là một hằng số, phương lại luôn luôn trùng với đường tâm má khuỷu, nên ta có dùng đối trọng đặt trên phương kéo dài của má khuỷu để cân bằng Khối lượng mđ cần tăng thêm cho đối trọng xác định theo phương trình sau:

Trong đó:  – khoảng cách từ tâm đối trọng đến tâm trục khuỷu

mđ – khối luợng tăng thêm cho đối trọng

b) Hợp lực của lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 (P ): j 1

2 j

1 = 900 và 2 = 2700 Điều này chứng tỏ rằng, chiều hợp lực của lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 của động

cơ chữ V, 2 xylanh có góc  = 900 luôn luôn trên phương nằm ngang

Do lực quán tính cấp chuyển động tịnh tiến 1 và cấp 2 của xylanh thứ nhất và xylanh thứ hai cùng nằm trong một mặt phẳng thẳng góc với đường tâm trục khuỷu nên chúng không sinh ra mômen

Trang 19

IV.2 Cân bằng động cơ chữ V 6 xylanh (có góc  = 90 0 )

Để rút ngắn chiều dài của động cơ 6 xylanh, người ta thường dùng cách bố trí xylanh theo hình chữ V, mỗi bên 3 xylanh, các khuỷu của trục khuỷu động cơ này lệch nhau 1200 (hình 3.11) Góc giữa hai đường tâm xylanh  = 900 Vì vậy động cơ làm việc không đồng đều (tính đồng đều kém) nhưng tính cân bằng khá tốt, động cơ có kết cấu khá gọn nhẹ

Loại động cơ chữ V, 6 xylanh có thể coi là tập hợp của hai động cơ 3 xylanh, hoặc tập hợp của

3 động cơ chữ V 2 xylanh Thứ tự công tác của các xylanh là 1T – 1P – 2T – 2P – 3T – 3P hoặc 1T – 3T – 2T – 2P – 1P – 3P

Dựa vào nguyên lý cân bằng của động cơ chữ V 2 xylanh (có góc  = 90o

) đã giới thiệu ở phần trên, ta biết rằng trên mỗi khuỷu trục có một hợp lực lực Pj 1 = mR2 = const, và lực quán tính chuyển động quay Pk tác dụng theo phương đường tâm của má khuỷu

Hợp lực Kr của lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1 và lực quán tính chuyển động quay

- Hợp lực Kr tại khuỷu thứ nhất, ( 1 )

r

K

m m .R const

R.m

R.mPP

K(r1)  j(11)  k(1)  2  r 2   r 2 

- Hợp lực Kr của các khuỷu trục bằng không (do các khuỷu lệnh nhau 1200)

Hợp lực của lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 (Pj 2) Các lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 song song với nhau, và cùng nằm trong mặt phẳng nằm ngang

Trị số hợp lực của các lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 của các khuỷu như sau:

- Khuỷu trục thứ 1:  ( 1 )

2 j

P = C 2.cos2

2 j

P =  0

1202

cos.2

C  

P =  0

2402

cos.2

C  

y 1T

6 xylanh (góc giữa hai đường tâm bằng  = 90 o )

Định dạng
Số trang	39
Dung lượng	1,24 MB