tính toán và thiết kế động cơ đốt trong

bao gồm đồ thị công, đồ thị vận tốc, đồ thị chuyển vị, đồ thị gia tốc, đồ thị mài mòn chốt khuỷu, phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền, đồ thị lực khí thể, đồ thị lực ngang. lực tiếp tuyến, lực pháp tuyến

Tính toán thiết kế động cơ D44-0614 A. Đồ thị công, động học và động lực học: 1. Vẽ đồ thị công: 1.1. Các thông số cho trước: - Công suất cực đại của động cơ: N emax = 73 [kW] - Số vòng quay: n = 3750 [vòng/phút] - Tỷ số nén: ε = 18,6 - Đường kính xylanh: D = 89 [mm] - Hành trình piston: S = 110 [mm] - Tham số kết cấu: λ = 0,26 - Áp suất cực đại: p z = 10,9 [MN/m 2 ] - Khối lượng nhóm piston: m pt = 0,9 [kg] - Khối lượng nhóm thanh truyền: m tt = 1,1 [kg] - Góc phun sớm: φ s = 15 0 - Góc phân phối khí: α 1 = 26 0 ; α 2 = 51 0 ; α 3 = 51 0 ; α 4 = 26 0 - Số xylanh: i = 4 - Số kỳ: τ = 4 - Thứ tự làm việc: 1-3-4-2 1.2. Các thông số chọn: - Áp suất môi trường: p 0 = 0,1 [MN/m 2 ] [1] - Chỉ số nén đa biến trung bình: n 1 = 1,32 [2] - Chỉ số giãn nở trung bình: n 2 = 1,25 [2] - Áp suất cuối kì nạp: Động cơ bốn kỳ tăng áp: p a = (0,9 ÷ 0,96)p k [MN/m 2 ] [1] (100) Chọn: p a = 0,9.p k [MN/m 2 ] Trong đó: p k – áp suất trước xupap nạp. Đối với động cơ tăng áp tuabin khí: p k = 0,14 ÷ 0,4 [MN/m 2 ] [2] Chọn p k = 0,2 ta có: p a = 0,9.0,2 = 0,18 [MN/m 2 ] - Áp suất cuối kỳ nén: p c = p a .ε n1 [MN/m 2 ] [1] (128) 1 1,32 . 0,18.18,6 8,532 n c a p p ε = = = [MN/m 2 ] - Đối với động cơ diesel, chọn tỷ số giãn nở sớm: ρ = 1,5 [1] (180) - Áp suất cuối quá trình giãn nở: 2 1,25 2 10,9 0,4684 18,6 1,5 z z b n n p p p δ ε ρ = = = =      ÷  ÷     [MN/m 2 ] [1] (182) - Chọn áp suất khí sót: Phụ thuộc vào loại động cơ Tốc độ trung bình của động cơ: . 30 m S n C = [1] (12) Trong đó: S [m] – hành trình dịch chuyển củ a piston trong xylanh. n [vòng/phút] – tốc độ quay của động cơ. 1 Tính toán thiết kế động cơ D44-0614 Suy ra: 110.3705 13,7085 1000.30 m C = = [m/s] Vì C m ≥ 9 [m/s] nên động cơ đang khảo sát là động cơ tốc độ cao, do đó áp suất khí sót được xác định: p r = (1,05 ÷ 1,10).p th [1] (101) Trong đó: p th – áp suất khí thải trước tuốc bin. Vì động cơ tăng áp tuốc bin khí nên p th = (0,75 ÷ 0,9)p k [1] (234) Chọn p th = 0,75.p k = 0,75.0,2 = 0,15 [MN/m 2 ] Suy ra: p r = 1,10.p th = 1,10.0,15 = 0,165 [MN/m 2 ] - Thể tích công tác: 2 2 . .0,089 . 0,111. 0,6905 4 4 h D V S π π = = = [dm 3 ] [1] (15) - Thể tích buồng cháy: 0,6905 0,0392 1 18,6 1 h c V V ε = = = − − [dm 3 ] [1] (15) - Vận tốc góc của trục khuỷu: . .3705 387,988 30 30 n π π ω = = = [rad/s] 1.3. Vẽ đồ thị công: Để vẽ đồ thị công, ta cần xác định các điểm trên đường nén và đường giãn nở. 1.3.1. Xây dựng đường nén: Theo [1] (127): Ta có phương trình đường cong nén đa biến: 1 . ns n p V co t = Trong đó: p – áp suất biến thiên theo quá trình nén của động cơ V – thể tích biến thiên theo quá trình nén của động cơ Nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì: 1 1 . . n n nx nx c c p V p V= Suy ra: 1 . n c nx c nx V p p V   =  ÷   Đặt nx c V i V = , ta có: 1 c nx n p p i = 1.3.2. Xây dựng đường giãn nở: Theo [1] (180): Ta có phương trình đường giãn nở đa biến: 2 . ns n p V co t= 2 Tính toán thiết kế động cơ D44-0614 Nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở ta có: 2 2 . . n n gnx gnx c z p V p V= Suy ra: 2 . n z gnx z gnx V p p V   =  ÷  ÷   Mặt khác ta có: V z = ρ.V c , Đặt gnx c V i V = Suy ra: 2 2 . n z gnx n p p i ρ = 1.3.3. Biểu diễn các thông số: - Biểu diễn thể tích buồng cháy: V cbd = 10 [mm] Do đó, ta có: 3 0,0392 3,92.10 10 c V cbd V V µ − = = = [dm 3 /mm] [2] (15) Suy ra: 3 0,6905 176 3,92.10 c h hbd V V V µ − = = = [mm] - Biểu diễn áp suất cực đại: P zbd = 200 [mm] Do đó, ta có: 10,9 0,0545 200 z p zbd p p µ = = = [MN/m 2 .mm] [2] (15) 1.3.4. Lập bảng xác định các điểm trên đường nén và đường giãn nở: Cho i tăng từ 1→ ε = 18,6 từ đó ta lập bảng các điểm trên đường nén và đường giãn nở. Bảng 1-1: Bảng giá trị đồ thị công động cơ diesel i V V (dm 3 ) Đường nén Đường giãn nở i n1 1/i n1 P c /i n1 i n2 1/i n2 P z .i n2 /i n2 1 1V c 0,0392 1 1 8,532 1 1 10,9 ρ 1,2V c 0,0589 1,7078 0,5855 4,9959 1,66 0,6024 10,9 2 2V c 0,0785 2,4967 0,4005 3,4173 2,3784 0,4205 7,6086 3 3V c 0,1177 4,2638 0,2345 2,001 3,9482 0,2533 4,5833 4 4V c 0,1569 6,2333 0,1604 1,3688 5,6569 0,1768 3,1991 5 5V c 0,1962 8,3684 0,1195 1,0195 7,4767 0,1337 2,4192 6 6V c 0,2354 10,6453 0,0939 0,8015 9,3905 0,1065 1,927 7 7V c 0,2746 13,0476 0,0766 0,6539 11,386 0,0878 1,5887 8 8V c 0,3139 15,5625 0,0643 0,5482 13,4543 0,0743 1,3444 9 9V c 0,3531 18,1803 0,055 0,4693 15,5885 0,0641 1,1598 10 10V c 0,3924 20,893 0,0479 0,4084 17,7828 0,0562 1,0169 11 11V c 0,4316 23,694 0,0422 0,3601 20,0328 0,0499 0,9029 3 Tính toán thiết kế động cơ D44-0614 12 12V c 0,4708 26,5778 0,0376 0,321 22,3345 0,0448 0,8106 13 13V c 0,5101 29,5396 0,0339 0,2888 24,6848 0,0405 0,7328 14 14V c 0,5493 32,5753 0,0307 0,2619 27,0807 0,0369 0,6677 15 15V c 0,5885 35,6813 0,028 0,2391 29,5198 0,0339 0,6134 16 16V c 0,6278 38,8542 0,0257 0,2196 32 0,0313 0,5664 17 17V c 0,6670 42,0913 0,0238 0,2027 34,5192 0,029 0,5247 18 18V c 0,7062 45,39 0,022 0,188 37,0758 0,027 0,4885 18, 6 18,6V c 0,7298 47,3977 0,0211 0,18 38,627 0,0259 0,4686 Bảng 1-2: Bảng thể hiện giá trị trên bảng vẽ: V (mm) P n (mm) P gn (mm) 10 156,55 200 12 91,67 200 20 62,7 139,61 30 36,72 84,1 40 25,12 58,7 50 18,71 44,39 60 14,71 35,36 70 12 29,15 80 10,06 24,67 90 8,61 21,28 100 7,49 18,66 110 6,61 16,57 120 5,89 14,87 130 5,3 13,45 140 4,81 12,25 150 4,39 11,26 160 4,03 10,39 170 3,72 9,63 180 3,45 8,96 186 3,3 8,6 1.3.5. Xác định các điểm đặc biệt: c (V c , P c ) = (0,0392; 8,532) r (V c , P r ) = (0,0392; 0,165) a (V a , P a ) = ( 0,7298; 0,18) b (V a , P b ) = (0,7298; 0,4684) z (ρ.V c , P z ) = (0,0589; 10,9) y (V c , P z ) = (0,0392; 10,9) Sau khi xác định được các điểm đặc biệt và các điểm trung gian ta tiến hành vẽ đồ thị công theo trình tự sau: - Vẽ hệ trục tọa độ P - V theo tỷ lệ xích: 4 Tính toán thiết kế động cơ D44-0614 3 3,92.10 V µ − = [dm 3 /mm] 0,0545 p µ = [MN/m 2 .mm] - Theo cách chọn tỷ lệ xích như trên, tọa độ các điểm đặc biệt và trung gian là: c (V c , P c ) = (10; 156,55) r (V c , P r ) = (10; 3,03) a (V a , P a ) = ( 186; 3,3) b (V a , P b ) = (186; 8,59) z (ρ.V c , P z ) = (15; 200) y (V c , P z ) = (10; 200) - Nối tất cả các điểm trung gian của đường nén và đường giãn nở với các điểm đặc biệt ta được đồ thị công lý thuyết. - Xác định các điểm đặc biệt: Vẽ vòng tròn của đồ thị Brich để xác định các điểm đặc biệt:  Điểm phun sớm: c’ xác định từ Brich ứng với φ s = 15 0  Điểm mở sớm xu páp nạp: r’ xác định từ Brich ứng với α 1 = 26 0  Điểm đóng muộn xu páp thải: r’’ xác định từ Brich ứng với α 4 = 26 0  Điểm đóng muộn xu páp nạp: a’ xác định từ Brich ứng với α 2 = 51 0  Điểm mở sớm xu páp thải: b’ xác định từ Brich ứng với α 3 = 51 0  Điểm y (V c , p z ) 5 Tính toán thiết kế động cơ D44-0614 O O' 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 P [MN/m2] V [dm3] 10,9 9,32 0,1 α1≡α4 α2≡α3 y z c' c r b b'' a 5 0 1Vc 2Vc 4Vc 6Vc 8Vc 10Vc 12Vc 14Vc 16Vc 18Vc r' Hình 1-1: Đồ thị công động cơ p = f(V) - Điều chỉnh đồ thị công: Trên đoạn cy, lấy điểm c”: cc” = 1/3cy = 1/3.(200-156,55) = 14,48[mm] Trên đoạn ab, lấy điểm b”: bb” = 1/2ba = 1/2.(8,59+3,3) = 5,95 [mm] Trên đoạn yz, lấy điểm z”: yz” = 1/2yz = 1/2.(15-10) = 2,5 [mm] 2. Tính toán động học và động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền: Động cơ đốt trong kiểu piston thường có vận tốc lớn nên việc nghiên cứu, tính toán động học, động lực học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là cần thiết để tìm quy luật vận động của chúng và để xác định lực quán tính tác dụng lên các chi tiết trong cơ cấu trục khuỷu thanh truyền nhằm mục đích tính toán cân bằng, tính toán bền của các chi tiết và tính toán hao mòn động cơ… 6 Tính toán thiết kế động cơ D44-0614 Trong động cơ đốt trong kiểu piston, cơ cấu trục khuỷu thanh truyền có hai loại: loại giao tâm và loại lệch tâm. Ta xét trường hợp cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm. 2.1. Động học của cơ cấu giao tâm: Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm là cơ cấu mà đường tâm xy lanh trực giao với đường tâm trục khuỷu tại một điểm. O – Giao điểm của đường tâm xy lanh và đường tâm trục khuỷu. B – Giao điểm của đường tâm thanh truyền và đường tâm chốt khuỷu. A – Giao điểm của đường tâm xy lanh và đường tâm chốt piston. R – Bán kính tay quay (m). l – Chiều dài thanh truyền (m). S – Hành trình của piston (m). O R O' B A ÐCD ÐCT S x α β x – Độ dịch chuyển của piston tính từ ĐCT ứng với góc quay trục khuỷu α (m). Hình 1-2: Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm 7 Tính toán thiết kế động cơ D44-0614 2.1.1. Xác định độ dịch chuyển x của piston bằng phương pháp đồ thị Brich: - Theo [3] (7) chuyển vị x của piston được tính theo công thức: ( ) ( ) 1 s 1 os2 4 x R co c λ α α   = − + −     - Phương pháp đồ thị Brich tiến hành như sau:  Chọn tỷ lệ xích: 4 S . 0,111.0,00392 6,307.10 0,6905 v h S V µ µ − = = = [m/mm] µ α = 2 [độ/mm] - Lấy về phía phải tâm O (phía ĐCD) trên AB một đoạn OO’ sao cho: 4 . . 0,26.0,111 OO' 11,44 2. 4. 4.6,307.10 S S R S λ λ µ µ − = = = = [mm] [3] (13) - Từ tâm O’ của đồ thị Brich, kẻ các tia ứng với các góc 0 0 , 10 0 , 20 0 , …, 180 0 ; các tia này cắt nửa vòng tròn Brich tại các điểm tương ứng 0, 1, 2, …, 18. - Vẽ hệ trục vuông góc S - α phía dưới ½ vòng tròn. Trục O gióng từ điểm A biểu diễn giá trị α. Trục OS biểu diễn giá trị hành trình piston S. - Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn Brich, ta kẻ các đường thẳng song song với trục Oα và từ các điểm chia (có góc tương ứng) trên trục Oα, ta kẻ các đường thẳng nằm ngang song song với OS. Các đường này sẽ cắt nhau tại các điểm 0, 1, 2, …, 18. Nối các điểm này lại ta có đường cong biểu diễn độ dịch chuyển x theo x = f(α). 8 Tính toán thiết kế động cơ D44-0614 9  Tính toán thiết kế động cơ D44-0614 Hình 1-3: Phương pháp đồ thị Brich 2.1.2. Đồ thị biểu diễn tốc độ của piston v = f(α): - Theo [3] (8) ta có vận tốc của piston là: . . sin .sin 2 2 V R λ ω α α   = +  ÷   - Các bước xây dựng đồ thị:  Chọn tỷ lệ xích: µ v = µ S .ω = 6,307.10 -4 .387,988 = 0,2447 [m/s.mm]  Vẽ vòng tròn tâm O bán kính 2 . . 2 v R R λ ω µ = [mm] đồng tâm với nửa vòng tròn có bán kính 1 . v R R ω µ = [mm]. Theo [3] (15), Suy ra: 2 . . . . 0,26.0,111.387,988 11,44 2 4. 4.0,2447 v v R S R λ ω λ ω µ µ = = = = [mm] 1 . . 0,111.387,988 88 2. 2.0,2447 v v R S R ω ω µ µ = = = = [mm]  Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R 1 thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0, 1, 2, …, 18 theo ngược chiều kim đồng hồ.  Chia vòng tròn tâm O bán kính R 2 thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0’, 1’, 2’, …, 18’ theo chiều ngược lại. 10 [...]... CỦA ĐỘNG CƠ THAM KHẢO 33 Tính toán thiết kế động cơ D44-0614 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Tất Tiến “Nguyên lý động cơ đốt trong Hà Nội: NXB Giáo dục; 2000 [2] Nguyễn Quang Trung “Hướng dẫn – Đồ án thiết kế động cơ đốt trong [3] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến, Phạm Văn Thế “Kết cấu và tính toán Động cơ đốt trong tập I, II, III” Hà Nội: NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp;... khuỷu trục mk = mck +2mmr [3] (31) 13 Tính toán thiết kế động cơ D44-0614 Trong quá trình tính toán, thiết kế và để xây dựng các đồ thị được tiên lợi, khối lượng chuyển động tịnh tiến và khối lượng chuyển động quay của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền thường tính trên đơn vị diện tích đỉnh piston Nên khối lượng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền tính trên một đơn vị diện tích đỉnh... toán thiết kế động cơ D44-0614 Tính toán động lực học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền nhằm mục đích xác định các lực do hợp lực của lực quán tính và lực khí thể tác dụng lên các chi tiết trong cơ cấu ở mỗi vị trí của khuỷu trục để phục vụ cho việc tính toán sức bền, nghiên cứu trạng thái mài mòn của các chi tiết máy và tính toán cân bằng động cơ Trong quá trình làm việc cơ cấu trục khuỷu thanh truyền... 31 Tính toán thiết kế động cơ D44-0614 ΣQ'19 ΣQ'20 23,5 ΣQ'21 32 32 ΣQ'22 101 101 101 ΣQ'23 175 175 898,68 175 886,6 8 49 49 ΣQ (mm) ΣQ (MN/m2) Vẽ 866,68 175 779,6 8 621,68 373, 8 210, 5 223, 5 325,8 8 455,88 558,5 8 615,0 8 644,58 660,2 8 48 47 42 34 20 11 12 18 25 30 34 35 36 3 48 47 42 34 20 11 12 18 25 30 34 35 36 3 32 664 Tính toán thiết kế động cơ D44-0614 B PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ... với kỳ nén của động cơ 0 0 0 0  Các góc 370 , 380 , 390 , , 540 tương ứng với kỳ cháy - giãn nở của động cơ 0 0 0 0  Các góc 550 , 560 , 570 , , 720 tương ứng với kỳ thải của động cơ - Từ các điểm chia trên đồ thi Brich gióng các đường thẳng song song với Op và cắt đồ thị công tại các điểm trên đường biểu diễn các quá trình nạp, nén, cháy15 Tính toán thiết kế động cơ D44-0614 giãn nở và thải Qua các... sau: - Lực quán tính của các chi tiết có khối lượng chuyển động - Lực do môi chất khi chịu nén và khi giãn nở sinh ra gọi tắt là lực khí thể - Trọng lực - Lực ma sát Trừ trọng lực ra chiều và trị số của các lực khác đều thay đổi theo vị trí của piston trong chu trình công tác của động cơ Trong các lực nói trên, lực quán tính và lực khí thể có trị số lớn hơn cả nên trong quá trình tính toán sau này người... các giá trị T, N, Z: 17 Tính toán thiết kế động cơ D44-0614 Ta có các giá trị sin( α + β ) cos( α + β ) tg ( β ) cos β cos β , , phụ thuộc vào giá trị α,λ đã cho Sau khi lập bảng xác định các giá trị T, N, Z Ta vẽ đồ thị T, N, Z theo α trên hệ trục toạ độ vuông góc chung (T, Z, N-α) Với tỷ lệ xích : µT = µZ = µ N = µ P = 0,0545 µα = 2 [MN/m2.mm] (độ/mm) 18 Tính toán thiết kế động cơ D44-0614 Bảng 1-3:... CF và DF  Phân các đoạn CF và DF thành 8 đoạn nhỏ bằng nhau ghi các số 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 và 1’, 2’, 3’, 4’, 5’, 6’, 7’  C 1 2 3 4 A E B 5 6 7 7' D F 1' 2' 3' 4' 5' 6' Nối các điểm chia 11’, 22’, 33’, 44’, 55’, 66’, 77’ Đường bao các đoạn thẳng này biểu thị quan hệ của hàm số j = f(x) Hình 1-5: Đồ thị gia tốc j = f(α) 1.1 Động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền: 12 Tính toán thiết kế động cơ. .. dầu nhờn vào ổ trượt ở vị trí có khe hở giữa trục và bạc lót của ổ lớn nhất Áp 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 e và tốc độ n định mức - Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 1200 - Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải 29 Tính toán thiết kế động cơ D44-0614... vị trí 00 tức α1 = 00 thì: 22 Tính toán thiết kế động cơ D44-0614 Khuỷu trục của xylanh thứ hai nằm ở vị trí α2 = 1800 Khuỷu trục của xylanh thứ ba nằm ở vị trí α3 = 5400 Khuỷu trục của xylanh thứ tư nằm ở vị trí α4 = 3600 - Tính mômen tổng ΣT = T1 + T2 + T3 + T4 - Để kiểm tra quá trình vẽ đúng hay sai, tiến hành tính giá trị ΣTtb từ bản vẽ và ΣTtb từ số liệu của đề: • Tính ΣTtb theo lý thuyết: 30 N