Đồ án môn học kết cấu động cơ

Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng LỜI NÓI ĐẦU Từ khi cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật ra đời, thế giới đã thay đổi về mọi mặt,cuộc sống của con người ngày càng phát triển, đem lại cuộc sống thoải mái về vật chất và tinh thần. Trong đó có sự phát triển về động cơ đốt trong, mà đặt biệt là sự phát triển của nghành giao thông vận tải. Giao thông vận tải đóng vai trò huyết mạch trong nền kinh tế quốc dân, giữ vai trò quan trọng trong nhiều ngành kinh tế quốc danh như nông nghiệp, giao thông vận tải đường bộ, đường sắt, đường biển, đường hàng không cũng như trong nhiều ngành công nghiệp khác . Trên thế giới, xu hướng phát triển giao thông vận tải ngày càng cấp thiết với cuộc sống ngày càng hiện đại để phù hợp với các vấn đề mới như môi trường, nhiên liệu, ..nên có rất nhiều vấn đề đặt ra với ngành GTVT, đối với nước ta đang trên đà phát triển nên càng có ý nghĩa thiết thực, việc đào tạo đội ngũ kĩ sư có thể tự đảm nhận việc bảo hành , sữa chữa,thiết kế các thiết bị để tăng tỉ lệ nội địa hóa, vận hành …các phương tiện. Trong thời gian làm đồ án được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy “Dương Việt Dũng “ emđã hoàn thành đồ án môn học. Tuy vậy trong quá trình làm đồ án không tránh khỏi những sai sót của bản thân rất mong được quí thầy cô chỉ bảo thêm. Sinh viên thực hiện SVTH: Lớp: Trang1 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Phần I PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CÁC ĐỒ THỊ TRONG BẢN VẼ ĐỒ THỊ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC. 1.1. VẼ ĐỒ THỊ CÔNG. 1.1.1. Các số liệu chọn trước trong quá trình tính toán. • • • • p0 = 0,1 (MN/m2) :Áp suất khí trời. pr = (1,03 ÷ 1,15) p0 :Áp suất khí sót. → Chọn pr = 0,113 (MN/m2). pa = (0,8 ÷ 0,95) p0 :Áp suất cuối quá trình nạp.→ Chọn pa = 0,088 (MN/m2). n1 = (1,34 ÷ 1,38) :Chỉ số nén đa biến trung bình của động cơ xăng. → Chọn n1 = 1,37. • n2 = (1,23 ÷ 1,34) :Chỉ số giãn nở đa biến trung bình của động cơ xăng. → Chọn n2 = 1,25. • ρ=1 :Tỉ số giản nở sớm đối với động cơ xăng. 1.1.2. Xây dựng đường cong nén. Phương trình đường nén: p.Vn1 = cosnt →pc.Vcn = pnx.Vnxn1 Rút ra ta có: Đặt:.Tacó :.Trong đó: - pnx và Vnxlà áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường nén. - I là tỉ số nén tức thời. Vậy:(MN/m2). 1.1.3. Xây dựng đường cong giãn nở. Phương trình đường giãn nở: p.Vn2 = cosnt => pz.Vcn2 = pgnx.Vgnxn2 Rút ra ta có:. Với : (vì ρ = 1) và đặt : Ta có: Trong đó: pgnx và Vgnx là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường giãn nở. 1.1.4. Tính Va, Vh, Vc. Va = Vc + Vh1 SVTH: Lớp: Trang2 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Cho i tăng từ 1 đến ε ta lập được bảng xác định tọa độ các điểm trên đường nén và đường giãn nở. 1.1.5. Bảng xác định tọa độ các điểm trung gian. Đường Nén Vx (dm3) 18.28 27.42 36.56 45.70 54.84 63.98 73.12 82.26 91.40 100.5 4 109.6 8 118.8 2 127.9 6 137.1 0 146.2 4 155.3 8 164.5 2 170.0 0 i 0.047 0.070 0.093 0.117 0.140 0.163 0.187 0.210 0.233 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 0.257 5.5 Đường giản nỡ Px(mm) 1.000 0.574 0.387 0.285 0.222 0.180 0.150 0.127 0.110 1.868 1.072 0.723 0.532 0.415 0.336 0.280 0.238 0.206 62.27 35.73 24.10 17.73 13.83 11.20 9.33 7.93 6.87 1.00 1.66 2.38 3.14 3.95 4.79 5.66 6.55 7.48 1.000 0.602 0.420 0.318 0.253 0.209 0.177 0.153 0.134 5.700 3.434 2.397 1.813 1.444 1.191 1.008 0.870 0.762 190.00 114.47 79.90 60.43 48.13 39.70 33.60 29.00 25.40 0.097 0.181 6.03 8.42 0.119 0.677 22.57 0.280 6.0 11.64 0.086 0.160 5.33 0.106 0.607 20.23 0.303 6.5 12.99 0.077 14.3 7.0 8 0.070 15.8 7.5 1 0.063 0.144 4.80 9.39 10.3 8 0.096 0.549 18.30 0.130 4.33 11.39 0.088 0.501 16.70 0.118 3.93 12.41 0.081 0.459 15.30 0.108 3.60 13.45 0.074 0.424 14.13 0.397 8.0 17.27 0.058 18.7 8.5 6 0.053 0.100 3.33 14.51 0.069 0.393 13.10 0.420 9.0 20.29 0.049 0.092 3.07 15.59 0.064 0.366 12.20 0.434 9.3 21.22 0.047 0.088 2.93 16.24 0.062 0.351 11.70 0.327 0.350 0.373 SVTH: Lớp: 1.00 1.74 2.58 3.51 4.50 5.56 6.68 7.85 9.07 10.3 3 Px(mm) Trang3 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng  Xác định các điểm đặc biệt và hiệu chỉnh đồ thị: - Điểm: r(Vc ; pr) CóVc=0,047(dm3); pr=0,113(NM/m2) Vậy: r(0,047[dm3];0,113[NM/m2]). - - Điểm: a(Va ; pa) Có Va=0,434 (dm3);pa=0,088(NM/m2) Vậy: a(0,434 [dm3];0,088[NM/m2]). Điểm: b(Va;pb) Có Va=0,434 (dm3); Với ε=9,3; pz=5,7(NM/m2); n2=1,25  pb=0,351 (NM/m2) Vậy: b(0,434 [dm3];0,351 [NM/m2]). - - Điểm: c (Vc, pc) Có Vc=0,047(dm3); pc=1,868 (NM/m2) Vậy: c(0,047 [dm3];1,868 [NM/m2]). Điểm: z (Vz, pz) Có Vz=0,047(dm3); pz=5,7 (NM/m2) Vậy: z(0,047 [dm3]; 5,7[NM/m2]). 1.1.6. Vẽ đồ thị công. Để vẽ đồ thị công ta thực hiện theo các bước như sau: + Chọn tỉ lệ xích: - µp = Pz [ MN /( m 2 .mm)] Pbd . Chọn Pbd =190 (mm). → µv = - Va (dm 3 / mm) Va bd µp = 5,7 = 0,03[ MN /( m 2 .mm)] 190 . Chọn Va bd =170 (mm). → µv = 0,434 = 0,00255(dm 3 / mm) 170 + Vẽ hệ trục tọa độ trong đó: trục hoành biểu diễn thể tích xi lanh, trục tung biểu diễn áp suất khí thể. + 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. SVTH: Lớp: Trang4 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng + Vẽ đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải bằng hai đường thẳng song song với trục hoành đi qua hai điểm Pa và Pr. Ta có được đồ thị công lý thuyết. + Hiệu chỉnh đồ thị công: - Vẽ đồ thị Brick phía trên đồ thị công. Lấy bán kính cung tròn R bằng một nữa khoảng cách từ Va đến Vc. - Tỉ lệ xích đồ thị brick: - Lấy về phía phải điểm O’ một khoảng Với: λ=0,26 ; μs=0,5207(m/mm)  OO’=9,862 (mm). - Dùng đồ thị Brick để xác định các điểm: • Đánh lửa sớm (c’) ứng với góc θs=120. • Mở sớm (r’) xupáp nạp ứng với góc α1=120. • Đóng muộn (a’) của xupáp nạp ứng với góc α2=450. • Mở sớm (b’) của xupáp thải ứng với góc α3=540. • Đóng muộn (r’’) của xupáp thải ứng với góc α4=170. - Áp suất cực đại của chu trình thực tế thường nhỏ hơn áp suất cực đại trong tính toán: pz’ = 0,85.pz = 0,85.5,7= 4,845 (MN/m2) Vẽ đường đẳng áp pz’ = 4,845 (MN/m2) cắt đường giãn nở tại điểm z’. Lấy điểm y(Vc;0,85Pz). Lấy trung điểm y và z’ ta được điểmhiệu chỉnh của đồ thị có áp suất cực đại thực tế là điểm z’’. - Áp suất cuối quá trình nén thực tế p c’’ thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết do sự đánh lửa sớm. Ta có áp suất thực tế : 1 pc’’ = pc + 3 .( pz’ - pc ) 1 pc’’ = 1,868 + 3 .( 4,845 - 1,868) = 2,8603 (MN/m2) Nối các điểm c’, c’’, z” lại thành đường cong liên tục và dính vào đường giãn nở. SVTH: Lớp: Trang5 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng - Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế p b’’ thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn nở lý thuyết do mở sớm xupáp thải. 1 1 Pb’’ = pr + 2 .( pb - pr )= 0,113+ 2 .(0,351-0,113)=0,232(MN/m2). Được điểm b’’(0,434[dm3];0,232[NM/m2]). Nối các điểm b’, b’’ và tiếp dính với đường thải prx. Nối điểm r với r’, điểm r’ xác định từ đồ thị Brick bằng cách gióng đường song song với trục tung cắt đường nạp pax tại điểm r’.  Sau khi hiệu chỉnh ta nối các điểm lại thì được đồ thị công thực tế: Hình 1.1. Đồ thị công SVTH: Lớp: Trang6 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng 1.2. TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC 1.2.1. Tính toán động học: 1.2.1.1. Đồ thị biểu diễn hành trình của piston S = f(α). + Chọn tỉ lệ xích: µα = 2 (độ/mm). + Đồ thị Brick có nửa đường tròn tâm O bán kính R = S/2.Lấy bán kính R bằng một nửa khoảng cách từ Va đến Vc. + Lấy về phía phải điểm O’ một khoảng + Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các tia ứng với 100 ; 200; …; 1800. Đồng thời đánh số thứ tự từ trái qua phải 100 ; 200; …; 1800. + Chọn hệ trục tọa độ với trục tung biểu diễn góc quay trục khuỷu, trục hoành biểu diễn khoảng dịch chuyển của piston. + Gióng các điểm ứng với 100; 200; …; 1800 đã chia trên cung tròn đồ thị brick xuống cắt các đường kẻ từ điểm 100; 200; …; 1800 tương ứng ở trục tung của đồ thị S = f(α) để xác định chuyển vị tương ứng. + Nối các giao điểm ta có đồ thị biểu diễn hành trình của piston S = f(α). 1.2.1.2. Đồ thị biểu diễn tốc độ của piston v = f(α). * Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng của Nguyễn Đức Phú. + Xác định vận tốc góc của chốt khuỷu: + Chọn tỷ lệ xích: µvt =µs .ω =0,5207. 649,26 = 388,06[m/s.(mm)]. →µvt=0,38806[mm/s.(mm)]. Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính R1 phía dưới đồ thị x(α) với R1 =75,86 (mm). + Vẽ đường tròn tâm O bán kính R2 với: SVTH: Lớp: Trang7 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng ω.λ 649,26.0,26 R2 = R. 2.µ vt = 0,0395. 2.0,38806 = 8,591 (mm). + Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R1 thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự từ 0; 1; 2; …; 18. + Chia vòng tròn tâm O bán kính R2 thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0’; 1’; 2’; …; 18’ theo chiều ngược lại. + Từ các điểm 0; 1; 2; … kẻ các đường thẳng 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 α. SVTH: Lớp: Trang8 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Hình 1.2. Đồ thị chuyển vị SVTH: Lớp: Trang9 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Hình 1.3. Đồ thị vận tốc v = f( α )  Biểu diễn v = f(S): Để khảo sát mối quan hệ giữa hành trình piston và vận tốc của piston ta đặt chúng cùng chung hệ trục toạ độ. Trên đồ thị chuyển vị S = f(α) lấy trục OV ở bên phải đồ thị song song với trục Oα, trục ngang biểu diễn hành trình của piston. Từ các điểm 00, 100, 200,...,1800 trên đồ thị Brick ta gióng xuống các đường cắt đường OS 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(S). 1.2.1.3. Đồ thị biểu diễn gia tốc J=f(x): SVTH: Lớp: Trang10 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Để 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. + Trên trụcOx lấyđoạn AB = S=2R. Tính:    Jmax =R.ω2.(1+λ)=0,0395.649,262 .(1+0,26)= 20979,974 (m/s2) Jmin= -R.ω2.(1-λ)=- 0,0395.649,262 .(1- 0,26)=- 12321,572(m/s2) EF = -3.R.λ.ω2 = - 3. 0,0395.0,26.649,262 = - 12987,603(m/s2). + Chọntỉ lệ xích: μj =300(m/s2mm). + Từ điểm A tương ứng với điểm chết trên lấy lên phía trên mộtđoạn AC = J max 20979,974 = = 69,9( mm) µj 300 dưới mộtđoạn BD = . Từ điểm B tương ứng với điểm chết dưới lấy xuống J min 12321,572 = = 41,072(mm) µj 300 . Nối C với D. Đường thẳng CD cắt 12987,603 = 43,292(mm) 300 trục hoànhOx tại E. Từ E lấy xuống dưới mộtđoạn EF= . Nối CF và FD, đẳng phân định hướng CF thành 8 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0;1;2…đẳng phân định FD thành 8 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0’;1’;2’…vẽ các đường bao trong tiếp tuyến 11’;22’;33’…Ta có đường cong biểu diễn quan hệ J=f(x). SVTH: Lớp: Trang11 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Hình 1.4. Đồ thị gia tốc J = f(x) 1.2.2. Tính toán động lực học: 1.2.2.1. Đường biểu diễn lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến - pj = f(s): Vẽ theo phương pháp Tole với trục hoành đặt trùng với P0 ở đồ thị công, trục tung biểu diễn giá trị pj. SVTH: Lớp: Trang12 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Vẽ đường biểu diễn lực quán tính được tiến hành theo các bước như sau: + Chọn tỉ lệ xích trùng với tỉ lệ xích đồ thị công: µ p j = µ p = 0,03[ MN /( m 2 .mm)] + Xác định khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến: m = mnpt + m1 Trong đó: m - Khối lượng chuyển động tịnh tiến (kg). mnpt = 0,5 (kg) - Khối lượng nhóm piston. m1-Khối lượng thanh truyền tham gia chuyển động thẳng (kg). Theo công thức kinh nghiệm đối với ôtô máy kéo: m1 = (0,275 ÷ 0,35).mtt. Lấy m1 = 0,28.mtt (kg). Với mtt = 0,6 (kg) - Khối lượng nhóm thanh truyền. => m1 = 0,28.0,6 = 0,168 (kg). => m = 0,5 + 0,168 = 0,668 (kg). Để dùng phương pháp cộng đồ thị -Pj với đồ thị công thì -Pj phải có cùng thứ nguyênvà tỷ lệ xích với đồ thị công, thay vì vẽ giá trị thực của của nó ta vẽ -Pj =f(x) ứng với một đơn vị diện tích đỉnh Piston tức là thay: m= m Fpt 0,668 × 4 2 = π .0,079 = 136,28 (kg/m2) Áp dụng công thức tính lực quán tính: pj = - m.j, ta có: Pjmax = - m.jmax= -0,668 × 20979,974 =2859150,857(N/m2)= -2,859(MN/m2). Pjmin = - m.jmin =-0,668 × (-12321,572)=1679183,832(N/m2)=1,679(MN/m2). Đoạn: EF = - m.jEF= -0,668 × ( -12987,603)=1769950,537(MN/m2)=1,77(MN/m2). Đổi ra đơn vị trên bản vẽ: Pj max Pjmax = µ Pj Pj min Pjmin = µ Pj EF EF = µ Pj = = = 2,859 0,03 1,679 0,03 1,77 0,03 = 95,3 (mm). = 55,97 (mm). = 59(mm). 1.2.2.2. Khai triển các đồ thị. SVTH: Lớp: Trang13 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng a) Khai triển đồ thị công trên tọa độ P-V thành Pkt = f(α). Để biểu diễn áp suất khí thể Pkt theo góc quay của trục khuỷu α ta tiến hành như sau: + Vẽ hệ trục tọa độ P - α. Trục hoành đặt ngang với đường biểu diễn p0 trên đồ thị công. + Chọn tỉ lệ xích: µα = 2 (độ/mm). µ p = 0,03 [MN/(m2.mm)] + Dùng đồ thị Brick để khai triển đồ thị P-V thành P-α. + 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 biểu 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-α . Từ các điểm chia tương ứng 0 0, 100, 200,… trên trục hoành của đồ thị P-α ta kẻ các đường thẳng 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-α. b) Khai triển đồ thị Pj = f(s) thành Pj = f(α) Đồ thị -Pj = f(s) biểu diễn đồ thị công có ý nghĩa kiểm tra tính năng tốc độ của động cơ. Khai triển đường Pj = f(s) thành Pj = f(α) cũng thông qua đồ thị Brick để chuyển tọa độ. Việc khai triển đồ thị tương tự khai triển P-V thành P=f(α). Nhưng giá trị tìm được ứng với với α chọn trước lại được lấy đối xứng qua Oα, bởi vì đồ thị trên cùng trục tọa độ với đồ thị công là -Pj.Sở dĩ triển khai như vậy bởi vì trên cùng trục tọa độ với đồ thị công nhưng nhưng -Pj được vẽ trên trục có áp suất P0 . c)Vẽ đồ thị P1=f(α): Ta có P1=Pkt + Pj và đã xác định được đồ thịPkt = f(α) vàPj = f(α). Vì vậy việc xây dựng đồ thị P1 = f(α) được tiến hành bằng cách cộng đại số các toạ độ điểm của 2 đồ thị Pkt = f(α) vàPj = f(α)lại với nhau ta được tọa độ điểm của đồ thịP 1 = f(α) . Dùng một đường cong thích hợp nối các toạ độ điểm lại với nhau ta được đồ thị P1 = f(α) . Ta có hình đồ thị: SVTH: Lớp: Trang14 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Hình 1.5. Đồ khai triểnPkt ,Pj ,P1 theo α. 1.2.2.3. Vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến T = f(α), lực pháp tuyến Z = f(α), và lực ngang N = f(α). Các đồ thị: T = f(α), Z = f(α), N = f(α) được vẽ trên cùng một hệ toạ độ. Áp dụng các công thức: T = P1 . sin ( α + β ) cos( β ) Z = P1 . cos( α + β ) cos( β ) N = P1 .tg ( β ) . Quá trình vẽ các đường này được thực hiên theo các bước sau: + Chọn tỉ lệ xích: µα = 2 (độ/mm). SVTH: Lớp: Trang15 Đồán môn học kết cấuđộng cơ µ p = 0,03 GVHD: Dương Việt Dũng [MN/(m2.mm)] Tra các bảng phụ lục 2p, 7p, 11p trong sách Kết Cấu Và Tính Toán Động Cơ Đốt Trong - Tập1 ta có các giá trị của: sin( α + β ) cos( α + β ) cos( β ) ; cos( β ) và tg ( β ) . Dựa vào đồ thị khai triển p= f(α) ta có các giá trị của p1. Từ đó ta lập được bảng sau: Bảng 2 φ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 λsinφ 0.00 0.05 0.09 0.13 0.17 0.20 0.23 0.24 0.26 0.26 0.26 0.24 0.23 0.20 0.17 0.13 0.09 0.05 0.00 -0.05 -0.09 SVTH: Lớp: β=acsin(λsinφ ) 0.00 2.59 5.10 7.47 9.62 11.49 13.01 14.14 14.84 15.07 14.84 14.14 13.01 11.49 9.62 7.47 5.10 2.59 0.00 -2.59 -5.10 Trang16 φ+β 0.00 12.59 25.10 37.47 49.62 61.49 73.01 84.14 94.84 105.07 114.84 124.14 133.01 141.49 149.62 157.47 165.10 172.59 180.00 187.41 194.90 P1 -94.20 -92.60 -85.70 -75.40 -61.30 -46.00 -28.00 -12.00 4.00 19.00 30.00 39.00 46.00 50.00 52.00 54.00 55.00 55.20 55.40 55.80 56.00 T 0.00 -20.20 -36.50 -46.26 -47.36 -41.25 -27.48 -12.31 4.12 19.00 28.16 33.29 34.52 31.77 26.67 20.87 14.20 7.13 0.00 -7.21 -14.46 Z -94.20 -90.47 -77.91 -60.36 -40.28 -22.41 -8.40 -1.26 -0.35 -5.12 -13.04 -22.57 -32.21 -39.92 -45.50 -50.31 -53.36 -54.79 -55.40 -55.39 -54.33 N 0.00 -4.19 -7.65 -9.89 -10.39 -9.35 -6.47 -3.02 1.06 5.12 7.95 9.83 10.63 10.16 8.81 7.08 4.91 2.49 0.00 -2.52 -5.00 Đồán môn học kết cấuđộng cơ 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 SVTH: Lớp: -0.13 -0.17 -0.20 -0.23 -0.24 -0.26 -0.26 -0.26 -0.24 -0.23 -0.20 -0.17 -0.13 -0.09 -0.05 0.00 0.05 0.09 0.13 0.17 0.20 0.23 0.24 0.26 0.26 0.26 0.24 0.23 0.20 0.17 0.13 0.09 0.05 GVHD: Dương Việt Dũng -7.47 -9.62 -11.49 -13.01 -14.14 -14.84 -15.07 -14.84 -14.14 -13.01 -11.49 -9.62 -7.47 -5.10 -2.59 0.00 2.59 5.10 7.47 9.62 11.49 13.01 14.14 14.84 15.07 14.84 14.14 13.01 11.49 9.62 7.47 5.10 2.59 Trang17 202.53 210.38 218.51 226.99 235.86 245.16 254.93 265.16 275.86 286.99 298.51 310.38 322.53 334.90 347.41 360.00 372.59 385.10 397.47 409.62 421.49 433.01 444.14 454.84 465.07 474.84 484.14 493.01 501.49 509.62 517.47 525.10 532.59 56.40 54.40 52.40 49.40 42.00 34.60 22.00 10.60 -5.00 -24.00 -32.00 -42.00 -47.00 -48.00 -39.00 -3.00 67.00 27.00 19.00 8.00 4.00 10.00 17.00 28.00 38.00 46.00 53.00 59.00 62.00 63.00 64.00 63.00 62.00 -21.80 -27.90 -33.30 -37.07 -35.85 -32.48 -22.00 -10.93 5.13 23.56 28.69 32.45 28.84 20.44 8.51 0.00 14.62 11.50 11.66 6.18 3.59 9.82 17.44 28.86 38.00 43.19 45.24 44.28 39.39 32.31 24.73 16.26 8.01 -52.54 -47.60 -41.84 -34.59 -24.31 -15.03 -5.92 -0.92 -0.53 -7.20 -15.59 -27.60 -37.62 -43.64 -38.10 -3.00 65.46 24.55 15.21 5.26 1.95 3.00 1.79 -2.44 -10.23 -19.99 -30.68 -41.31 -49.51 -55.13 -59.62 -61.12 -61.54 -7.39 -9.22 -10.65 -11.42 -10.58 -9.16 -5.92 -2.81 1.26 5.55 6.50 7.12 6.16 4.29 1.76 0.00 3.03 2.41 2.49 1.36 0.81 2.31 4.28 7.42 10.23 12.18 13.35 13.63 12.60 10.68 8.39 5.62 2.80 Đồán môn học kết cấuđộng cơ 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 0.00 -0.05 -0.09 -0.13 -0.17 -0.20 -0.23 -0.24 -0.26 -0.26 -0.26 -0.24 -0.23 -0.20 -0.17 -0.13 -0.09 -0.05 0.00 GVHD: Dương Việt Dũng 0.00 -2.59 -5.10 -7.47 -9.62 -11.49 -13.01 -14.14 -14.84 -15.07 -14.84 -14.14 -13.01 -11.49 -9.62 -7.47 -5.10 -2.59 0.00 540.00 547.41 554.90 562.53 570.38 578.51 586.99 595.86 605.16 614.93 625.16 635.86 646.99 658.51 670.38 682.53 694.90 707.41 720.00 60.00 59.00 58.00 56.00 54.00 52.00 48.00 41.00 32.00 21.00 8.00 -9.00 -26.00 -43.00 -58.00 -72.00 -83.00 -90.00 -94.00 0.00 -7.62 -14.97 -21.64 -27.70 -33.04 -36.02 -34.99 -30.04 -21.00 -8.25 9.23 25.52 38.56 44.81 44.18 35.35 19.63 0.00 -60.00 -58.57 -56.27 -52.17 -47.25 -41.52 -33.61 -23.73 -13.90 -5.65 -0.70 -0.95 -7.80 -20.95 -38.11 -57.63 -75.46 -87.93 -94.00 0.00 -2.67 -5.18 -7.34 -9.15 -10.57 -11.09 -10.33 -8.48 -5.65 -2.12 2.27 6.01 8.74 9.83 9.44 7.41 4.07 0.00 + Vẽ hệ trục tọa Decac trong đó trục hoành biểu thị giá trị góc quay trục khuỷu, trục tung biểu diễn giá trị của T, N, Z. Từ bảng 2 ta xác định được tọa độ các điểm trên hệ trục, nối các điểm lại bằng các đường cong thích hợp cho ta đồ thị biểu diễn: T = f(α), Z=f(α), N = f(α). + Việc vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến T = f(α), lực pháp tuyến Z = f(α) và lực ngang N = f(α) cho ta mối quan hệ giữa chúng cũng như tạo tiền đề cho việc tính toán và thiết kế về sau nhằm bảo đảm độ ổn định ngang, độ ổn định dọc của động cơ, phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, đầu to thanh truyền… đồng thời là cơ sở thiết kế các hệ thống khác như hệ thống làm mát, hệ thống bôi trơn… SVTH: Lớp: Trang18 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Hình 1.6. Đồ thị T,N,Ztheo α. 1.2.2.4. Vẽ đồ thị ΣT = f(α). Để vẽ đồ thị tổng T ta thực hiện theo những bước sau: + Lập bảng xác định góc α i ứng với góc lệch các khuỷu theo thứ tự làm việc. + Góc lệch khuỷu trục của 2 xi lanh làm việc kế tiếp nhau: αk = 180 .τ 180 .4 = = 180 0 i 4 . + Thứ tự làm việc của động cơ là: 1- 4 - 3 - 2 Ta có bảng xác định góc lệch công tác và thứ tự làm việc của các khuỷu trục: Xy lanh 1 2 3 4 00 ÷ 1800 Nạp Nén Cháy-giản nở Thải 1800 ÷3600 Nén Cháy - giản nở Thải Nạp 3600 ÷ 5400 Cháy - giản nở Thải Nạp Nén 5400 ÷ 7200 Thải Nạp Nén Cháy - giản nở + Sau khi lập bảng xác định góc α i ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc, dựa vào bảng tính N, T, Z và lấy tỉ lệ xích μ ΣT = μT = 0,03 [MN/(m2.mm)],ta lập được bảng tính SVTH: Lớp: Trang19 Đồán môn học kết cấuđộng cơ ∑ T = f (α ) . Trị số của T i α GVHD: Dương Việt Dũng ta đã tính, căn cứ vào đó tra bảng các giá trị Ti đã tịnh tiến theo . Cộng tất cả các giá trị của Ti ta có α1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 T1 0.00 -20.20 -36.50 -46.26 -47.36 -41.25 -27.48 -12.31 4.12 19.00 28.16 33.29 34.52 31.77 26.67 20.87 14.20 7.13 0.00 α2 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 T2 0.00 -7.21 -14.46 -21.80 -27.90 -33.30 -37.07 -35.85 -32.48 -22.00 -10.93 5.13 23.56 28.69 32.45 28.84 20.44 8.51 0.00 ∑ T =T 1 α3 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 + T2 + T3 + T4 T3 0.00 -2.52 -5.00 -7.39 -9.22 -10.65 -11.42 -10.58 -9.16 -5.92 -2.81 1.26 5.55 6.50 7.12 6.16 4.29 1.76 0.00 . α4 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 T4 0.00 3.03 2.41 2.49 1.36 0.81 2.31 4.28 7.42 10.23 12.18 13.35 13.63 12.60 10.68 8.39 5.62 2.80 0.00 ∑T 0.00 -26.90 -53.55 -72.96 -83.13 -84.38 -73.66 -54.46 -30.11 1.31 26.61 53.03 77.26 79.57 76.92 64.26 44.55 20.20 0.00 Hình 1.7. Đồ thịT,Z,N + Nhận thấy tổng T lặp lại theo chu kỳ 180 0 vì vậy chỉ cần tính tổng T từ 0 0 đến 1800 sau đó suy ra cho các chu kỳ còn lại. + Vẽ đồ thị tổng T bằng cách nối các tọa độ điểm cong thích hợp cho ta đường cong biểu diễn đồ thị tổng T. SVTH: Lớp: Trang20 ( ai = α i ; ∑ T i ) bằng một đường Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Hình 1.7. Đồ thị ∑ T = f( α ) + Sau khi đã có đồ thị tổng Phương pháp xác định ∑T tb ∑T = ∑ tb T = f (α ) ta vẽ ∑T tb (đại diện cho mô men cản). như sau: ∑ Ti = 9,11(mm) 18 1.2.2.5.Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của chốt khuỷu. Sau khi có đồ thị này ta tìm được trị số trung bình của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, cũng có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất và bé nhất, dùng đồ thị phụ tải có thể xác định được khu vực chịu tải ít nhất để xác định vị trí lỗ khoan dẫn dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền ổ trục. Các bước tiến hành vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu được tiến hành như sau: + Vẽ hệ trục toạ độ TO’Z trong đó trục hoành O’T có chiều dương từ tâm O’ về phía phải còn trục tung O’Z có chiều dương hướng xuống dưới. + Chọn tỉ lệ xích: µ T = 0,03 (MN/m2.mm). µ Z = 0,03 (MN/m2.mm). + Dựa vào bảng tính T = f ( α ) Z = f ( α ) . Ta có được toạ độ các điểm a i = ( Ti ; Z i ) ứng với các góc α = 100 ; 200…7200. Cứ tuần tự như vậy ta xác định được các điểm từ 0 = ( T0 ; Z 0 ) cho đến 72 = ( T72 ; Z 72 ) . + Nối các điểm trên hệ trục toạ độ bằng một đường cong thích hợp, ta có đồ thị biểu diễn phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. + Trong quá trình vẽ để dễ dàng xác định các toạ độ điểm ta nên đánh dấu các toạ độ điểm đồng thời ghi các số thứ tự tương ứng kèm theo. + Tính lực quán tính của khối lượng chuyển động quay của thanh truyền (tính trên đơn vị diện tích của piston). 2 Từ công thức: Pko = m2 .R.ω Với: m2 - Khối lượng đơn vị của thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu. SVTH: Lớp: Trang21 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Ta có khối lượng thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu là: m2’ = mtt – m1 = 0,9 – 0.27 = 0.63(kg) m2 = => m' 2 0,63 × 4 = = 99(kg / m 2 ) F pt π .( 0,09) 2 2 2 Vậy: Pko = 99 × 0.035 × 593.76 = 1.169 MN m Từ gốc tọa độ O’của đồ thị lấy theo hướng dương của Z một khoảng: O’O = Pko 1,169 = = 38.986 (mm) µ p 0,03 O là tâm chốt khuỷu, từ tâm chốt khuỷu ta kẻ đường tròn tượng trưng cho chốt khuỷu, giá trị của lực tác dụng lên chốt khuỷu là vectơ có gốc O và ngọn là một điểm bất kỳ nằm trên đường biểu diễn đồ thị phụ tải. SVTH: Lớp: Trang22 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng 0 72 1 71 2 70 3 58 4 59 23 57 22 56 21 55 53 52 54 20 19 51 18 17 16 15 50 69 49 14 48 13 34 60 24 25 61 5 35 32 68 12 33 11 67 47 46 31 10 26 62 45 63 30 6 66 7 64 29 27 44 9 65 28 O' 8 43 36 42 41 T [MN/m2] 40 15 16 17 18 19 20 21 14 13 12 11 10 9 O 22 23 0 1 2 3 39 8 7 6 5 4 38 37 Z [MN/m2] Hình 1.8.Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 1.2.2.6. Đồ thị phụ tải tác dụng lên dầu to thanh truyền. Để vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền ta thực hiện theo các bước như sau: + Vẽ dạng đầu to thanh truyền lên tờ giấy bóng, tâm của đầu to là O. + Vẽ một vòng tròn bất kì tâm O. Giao điểm của đường tâm phần thân thanh truyền với vòng tròn tâm O tại 0o. SVTH: Lớp: Trang23 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng + Từ điểm 0o, ghi trên vòng tròn các điểm 0; 1; 2;…; 36 theo chiều quay trục khuỷu (chiều kim đồng hồ) và tương tự ứng với các góc α10 + β10 0 0 ; α 20 + β 20 0 0 … + Căn cứ vào λ = 0,27 dựa vào bảng phụ lục 9p sách Kết Cấu và Tính Toán Động Cơ Đốt Trong - Tập 1 có bảng xác định các góc α i + βi 0 0 như sau: + Đem tờ giấy bóng đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt sao cho tâm O trùng với tâm O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. Lần lượt xoay tờ giấy bóng sao cho các điểm 0; 1; 2… trùng với trục O’z về phần dương (theo chiều ngược chiều kim đồng hồ), đồng → → → thời đánh dấu các điểm mút của véc tơ Q0 ; Q1 ; Q2 …của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0; 1; 2; …; 72. + Nối các điểm lại bằng một đường cong thích hợp cho ta đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền. Cách xác định lực trên đồ thị phụ tải như sau: + Giá trị của lực tác dụng lên đầu to là dộ dài đoạn thẳng nối từ tâm O đến điểm trên đường vừa vẽ xong nhân với tỷ lệ xích. + Chiều của lực hướng từ tâm O ra ngoài. + Điểm đặt lực là giao điểm của đường nối từ tâm O đến điểm tính với vòng tròn tượng trưng cho đầu to thanh truyền. SVTH: Lớp: Trang24 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Hình 1.9. Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền 1.2.2.7. Đồ thị khai triển véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Q = f ( α ) . Các bước vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền thực hiện theo các bước như sau: + Chọn tỉ lệ xích: µα = 2 [độ/mm]. µ Q = 0,03( MN /( m 2 .mm) ) + Lập bảng: Quá trình lập bảng theo các bước như sau: SVTH: Lớp: Trang25 . Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng - Xác định Qi bằng cách đo khoảng cách từ tâm O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu tới các điểm ai = ( Ti ; Z i ) ta nhận được các giá trị khác nhau của Q: Q0 ; Q1 ;…; Q72 , sau đó lập bảng Q = f ( α ) . φ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 SVTH: Lớp: Z-Pko -119.31 -115.41 -104.55 -88.95 -71.76 -56.25 -45.02 -39.51 -39.83 -44.93 -53.04 -62.26 -70.98 -78.23 -83.50 -86.99 -88.99 -89.97 -90.25 -89.98 -89.08 -87.17 -83.83 -78.69 -71.66 -63.11 -53.99 Q 119.31 116.68 109.04 97.00 81.70 64.91 49.42 39.92 40.82 49.69 60.73 70.75 78.56 84.05 87.36 89.17 89.95 90.21 90.25 90.22 90.04 89.37 87.74 84.61 79.49 72.09 62.54 Trang26 φ 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 Z-Pko -26.82 24.25 8.89 -12.67 -24.81 -30.43 -33.23 -36.53 -42.26 -50.55 -60.46 -70.61 -79.74 -87.08 -92.27 -95.15 -95.87 -95.35 -94.42 -93.11 -91.08 -88.90 -85.22 -79.66 -72.15 -63.13 -53.62 Q 26.82 28.12 24.32 24.00 30.01 34.40 38.51 45.10 54.53 65.24 75.48 84.10 90.56 94.88 97.27 97.88 97.02 95.62 94.42 93.37 92.10 91.22 89.30 85.79 80.16 72.12 61.84 Đồán môn học kết cấuđộng cơ 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 GVHD: Dương Việt Dũng -45.80 -40.28 -38.90 -42.30 -49.78 -58.88 -65.33 -66.88 -67.51 -26.82 51.85 42.50 38.91 43.76 53.75 63.47 68.44 68.16 67.82 26.82 640 650 660 670 680 690 700 710 720 -45.28 -39.93 -39.44 -44.84 -56.03 -71.56 -88.79 -104.46 -115.39 50.53 41.15 39.74 49.00 64.50 81.41 96.81 108.95 116.66 + Vẽ đồ thị: Vì ở đây giá trị của Q có đơn vị là (mm). Do vậy để nhận được giá trị thật của Q ta có: Qti = Qi .µQ . Vẽ hệ trục toạ độ OQα. Đặt các toạ độ điểm lên hệ trục toạ độ, dùng một đường cong thích hợp nối các toạ độ điểm lại với nhau ta nhận được đồ thị khai triển véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Q = f ( α ) . Sau khi vẽ xong đồ thị ta xác định Qtb bằng cách đếm diện tích bao bởi đường Q với trục hoành α rồi chia diện tích này cho chiều dài của đồ thị theo trục hoành Qtb = ∑ Qi 5296.56 72 = 72 = 73.56 (mm) 1.2.2.8. Vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu. Để vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu ta thực hiện theo các bước như sau: + Từ tâm O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta vẽ đường tròn (O, R) với bán kính tùy ý (vòng tròn đặc trưng mặt chốt khuỷu). + Chia đường tròn thành 24 phần bằng nhau, đánh số thứ tự theo chiều quy ước ngược chiều kim đồng hồ. SVTH: Lớp: Trang27 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng + Từ các điểm 0,1,2…23 trên vòng tròn gạch cát tuyến O0;O1; O2, …, O23 cắt đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ở các điểm a; b; c; …. Ta lập được bảng phụ tải tác dụng lên điểm thứ i trong một chu trình làm việc của động cơ như sau (tính bằng mm): + Để vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu ta giả thiết như sau: - Phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu là phụ tải ổn định ứng với công suất N e và tốc độ định mức. - Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 1200. - Độ mài mòn tỉ lệ thuận với phụ tải. - Không xét đến các điều kiện công nghệ và sử dụng, lắp ghép, … Ví dụ: không xét đến ảnh hưởng của vật liệu, độ bóng, độ chặt lỏng, dầu mỡ bôi trơn. - Chia đường tròn thành 24 phần bằng nhau đồng thời đánh số thứ tự 0,1, 2…23 theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. - - Đặt các giá trị ∑Q từ đường tròn hướng về tâm theo thứ tự các điểm. Nối các điểm lại với nhau bằng một đường cong thích hợp ta được đường cong thể hiện đồ thị mài mòn chốt khuỷu. - Ta có bảng số liệu : Với SVTH: Lớp: η ΞQ =2 (MN/m2)/mm Trang28 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng 0 1 2 Q'0 437.55 437.55 437.55 Q'1 414.76 414.76 414.76 Q'2 263.06 263.06 263.06 3 437.5 5 414.7 6 263.0 6 Q'3 0 0 0 Q'4 0 0 0 Q'5 Q'6 4 5 6 7 8 9 10 11 437.55 414.76 414.76 263.06 263.06 263.0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 35.82 35.82 Q'7 Q'8 1 Q'9 Q'10 Q'11 Q'12 Q'13 Q'14 Q'15 31.14 Q'16 35 31 28 Q'17 Q'18 Q'19 Q'20 26.89 Q'21 30.2 30.2 Q'22 163.37 163.37 163.37 Q'23 501.53 1837.3 6 55.120 8 501.53 1810.4 7 54.314 1 501.53 1780.2 7 53.408 1 501.5 3 1616. 9 48.50 7 1115.3 7 33.461 1 677.82 20.334 6 263.0 6 7.891 8 27.56 27.16 26.70 24.25 16.73 10.17 3.95 ∑Q(mm) ∑Q(MN/m2) ∑Q/ ηQ SVTH: Lớp: Trang29 0 0 0 0 0.0 0 0 0.0 0 0 0.0 0 35.82 1.074 6 66.96 2.008 8 95 2. 0.54 1.00 1. Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng PHẦN 2:PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ, ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHỐI KHÍ 1. MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI CỦA CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ: 1.1. Mục đích Cơ cấu phối khí có nhiệm vụ điều khiển quá trình thay đổi khí trong buồng cháy động cơ: Thải sạch khí thải khỏi xylanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc không khí mới vào xylanh động cơ để động cơ làm việc được liên tục 1.2. Yêu cầu Cơ cấu phối phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Đóng mở đúng quy luật và thời điểm quy định. - Độ mở lớn để dòng khí dễ dàng lưu thông. - Đóng kín, xupáp thải không tự mở trong quá trình nạp. - Dễ dàng điều chỉnh, sửa chữa, giá thành chế tạo thấp. - Thải sạch và nạp đầy - Làm việc êm dịu, bền vững - Có kết cấu đơn giản khối lượng gọn nhẹ - Tháo lắp, sửa chữa dễ dàng - Tin cậy, giá thành hợp lý 1.3. Phân loại Cơ cấu phân phối khí được phân thành các loại sau: + Cơ cấu phối khí dùng cam-xupáp: Là loại cơ cấu phối khí được sử dụng phổ biến trong các loại động cơ đốt trong, có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ điều chỉnh, giá thành không cao lắm. + Cơ cấu phối khí dùng van trượt: Là loại cơ cấu có nhiều ưu điểm như tiết diện lưu thông lớn, dễ làm mát, ít tiếng ồn. Nhưng do kết cấu khá phức tạp, giá thành cao nên người ta chỉ sử dụng cho các loại xe đặc biệt như động cơ xe đua. SVTH: Lớp: Trang30 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng + Cơ cấu phối khí dùng piston đóng mở cửa nạp và cửa thải: Là loại cơ cấu phối khí của động cơ hai kỳ quét vòng hoặc quét thẳng, quét thẳng có thể qua xupáp xả hoặc cửa xả dùng piston đối đỉnh. Cơ cấu phối khí loại này có kết cấu đơn giản, không phải điều chỉnh, sửa chữa nhưng chất lượng quá trìng trao đổi khí không cao. Trong cơ cấu loại này piston động cơ đóng vai trò như một van trượt, đóng mở cửa nạp và cửa thải. Loại động cơ này không có cơ cấu dẫn động van trượt riêng mà chúng dùng cơ cấu khuỷu trục thanh truyền để dẫn động piston . 2. PHÂN TÍCH KẾT CẤU CỦAHỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ 050 DOHC 2.1.Phân tích chọn phương án dẫn động xupap và dẫn động trục cam trong hệ thống phối khí 050 DOHC 2.1.1. phương án dẫn động xupap Cơ cấu phối khí DOHC là loại cơ cấu phối khí dùng 2 trục cam dẫn động trực tiếp xupap và xupap dược bố trí 2 hàng. Khoảng cách giữa 2 xupap cùng tên là d = 32mm Đối với loại cơ cấu phối khí này thì khe hở nhiệt có thể lên đến 2 hoặc 3 mm nhưng cũng không có ý nghĩa quan trọng như đối với loại dùng con đội.chỉ cần đảm bảo khi máy nóng đế lò xo tiếp tuyến với vòng chuẩn R1 thì điểm A bao giờ cũng là điểm mở xupap.Do đó dù khe hở có lớn cũng không gât va đập tốc độ mở xupap ở điểm A bao giờ cũng bằng không δ nóng SVTH: Lớp: Trang31 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Hình 2.1. Dẫn động xupap 2.1.2 Phương án dẫn động trục cam Trục cam bố trí trên thân máy hoặc hộp trục khuỷu thường được dẫn động bằng bánh răng. Nếu khoảng cách giữa trục cam với trục khuỷu nhỏ, thường chỉ dùng 1 cặp bánh răng. Nếu khoảng cách trục lớn phải dùng thêm các cặp bánh răng trung gian hoặc dùng xích răng. Đối với cơ cấu phối khí DOHC thì do có hai trục cam nên khoảng cách trục là lớn do đó cần dẫn động trục cam theo phương án dùng xích răng để dẫn động. Phưong án này có ưu điểm là kết cấu gọn nhẹ, có thể dẫn động với khoảng cách trục lớn nhưng vẫn đảm bảo độ êm dịu cần thiết, tuy nhiên nhược điểm của phương án này là giá thành đắt vì chế tạo xích khó khăn hơn nhiều so với chế tạo bánh răng.Dựa vào kết cấu của động cơ 050 DOHC ta chon khoảng cách giữa hai trục cam nạp và cam thải là 250mm(4 xilanh) 2 3 4 1 Hình 2.2. Phương án dẫn động trục cam 1. Bánh răng trục khuỷu, 1. Bánh răng trục cam, 3. Bộ căng xích tự động, 4. Xích dẫn động 2.2. Kết cấu của các chi tiết chính trong hệ thống phối khí 050 DOHC SVTH: Lớp: Trang32 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng 6 7 8 9 2 10 11 12 1 Hình 2.3. Kết cấu hệ thống phối khí 050 DOHC. 1. Bánh răng trục khuỷu, 2. Bộ căng xích, 3. Bánh răng trục cam, 4. Xích dẫn động, 5.Trục cam, 6. Móng ngựa, 7.chén chặn, 8. Con đội, 9. Lò xo xupap, 10. Ống dẫn hướng xupap,11. Xupap, 12. Đế xupap 2.2.1. Kết cấu xupáp: Hình 2.4. Kết cấu xupáp( Xupáp nấm bằng) Trong quá trình làm việc, mặt nấm xupáp chịu phụ tải động và phụ tải nhiệt rất lớn. Lực khí thể tác dụng lên diện tích mặt nấm xupáp lên đến 10.000 ÷ 20.000 N. Hơn nữa, mặt nấm xupáp luôn luôn va đập mạnh với đế xupáp nên rất dễ bị biến dạng. Do xupáp trực tiếp tiếp xúc với khí cháy nên xupáp còn phải chịu đựng nhiệt độ rất cao. Nhiệt độ của xupáp thải trong động cơ xăng thường đạt đến 800 ÷ 850 0C. Nhất là trong thời kì thải khí nấm và thân xupáp phải tiếp xúc với dòng khí thải có nhiệt độ rất cao và tốc độ lớn SVTH: Lớp: Trang33 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng (khi mới bắt đầu thải tốc độ dòng khí thải có thể đạt đến 400 ÷ 600 m/s) khiến cho xupáp, nhất là xupáp thải thường dê bị quá nóng và bị dòng khí ăn mòn. Vật liệu chế tạo xupáp thải thường dùng các loại thép hợp kim 40CX. Kết cấu xupáp gồm ba phần chính: nấm xupáp(đầu), thân xupáp và phần đuôi xupáp. 2.2.2.Nấm xupáp Mặt làm việc quan trọng của nấm xupáp là mặt côn, có góc độ α từ 150 ÷ 450. Góc α càng nhỏ tiết diện lưu thông càng lớn, tuy nhiên khi α nhỏ, mặt nấm càng mỏng, độ cứng vững của mặt nấm càng kém do đó dễ bị cong vênh, tiếp xúc không kín khít với đế xupáp. Ngược lại khi góc α lớn, mặt nấm dày và bền hơn, dòng khí thải đi ra cũng dễ hơn. Do đó, tuyệt đại đa số xupáp của các động cơ đều dùng góc α = 45 0. Xupáp nạp của một số loại động cơ cũng thường dùng góc α = 30 0, còn xupáp thải thì hầu như chỉ dùng một loại góc α = 450. Góc của mặt côn trên nấm xupáp còn thường làm nhỏ hơn góc mặt côn trên đế xupáp khoảng 0,50 để xupáp có thể tiếp xúc với đế theo vòng tròn ở mép ngoài của mặt côn (nếu như mặt đế xupáp rộng hơn mặt côn của xupáp). Làm như thế có thể bảo đảm tiếp xúc được kín khít dù mặt nấm có bị biến dạng nhỏ. Chiều rộng b của mặt côn trên nấm xupáp thường bằng (0,05 ÷ 0,12 ).d n. Chiều dày của nấm xupáp thường vào khoảng (0,08 ÷ 0,12 ).d n, chọn chiều dày nấm bằng 0,1 d n. Trong đó dn là đường kính nấm xupáp. Chiều rộng bcủa mặt còn phụ thuộc vào độ cứng của vật liệu làm xupáp và đế xupáp. Nếu độ cứng của xupáp lớn hơn của đế xupáp thì chiều rộng của xupáp phải lớn hơn đế và ngược lại. Như vậy mới bảo đảm xupáp tiếp xúc kín khít với đế trong quá trình làm việc và khi đế xupáp bị hao mòn, sửa chữa cũng dễ dàng hơn. Nấm bằng : Ưu điểm của loại xupáp nấm bằng là chế tạo đơn giản, có thể dùng cho cả xupáp thải hoặc xupáp nạp. Vì vậy đa số các động cơ thường dùng loại xupáp này. 2.2.3. Thân xupáp Thân xupáp có nhiệm vụ dẫn hướng xupáp.Thân xupáp thường có đường kính vào khoảng dt =(0,16 ÷ 0.25).dn..Khi trực tiếp dẫn động xupáp, lực nghiêng tác dụng lên thân xupáp lớn nhất, nên đường kính của thân có thể tăng lên đến d t =(0,3 ÷ 0.4).dn.Chọndt= 0,3 dn trong đó dn là đường kính của nấm xupáp. Để tránh hiện tượng xupáp mắc kẹt SVTH: Lớp: Trang34 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng trong ống dẫn hướng khi bị đốt nóng, đường kính của thân xupáp ở phần nối tiếp với nấm xupáp thường làm nhỏ đi một ít hoặc khoét rộng lỗ của ống dẫn hướng ở phần này. Chiều dài của thân xupáp phụ thuộc vào cách bố trí xupáp, nó thường thay đổi trong phạm vi khá lớn: lt =(2,5 ÷ 3,5).dn.Chọn lt = 3.0 dn 2.2.4. Đuôi xupáp Đuôi xu páp phải có kết cấu để lắp đĩa lò xo xu páp. Thông thường đuôi xu páp có mặt côn hoặc rãnh vòng để lắp móng hãm. Kết cấu đơn giản nhất để lắp đĩa lò xo là dùng chốt nhưng có nhược điểm là tạo ra ứng suất tập trung. Để đảm bảo an toàn, chốt phải được chế tạo bằng vật liệu có sức bền cao. Để tăng khả năng chịu mòn, bề mặt đuôi xu páp ở một số động cơ được tráng lên một lớp thép hợp kim cứng (thép stenlit) hoặc chụp vào phần đuôi một nắp bằng thép hợp kim cứng Hình 2.5. kết cấu đuôi xupap 2.2.5. Kết cấu đế xupápCòn trong cơ cấu phân phối khí xupáp treo, đường thải và đường nạp bố trí trong nắp xylanh. Để giảm hao mòn cho thân máy và nắp xylanh khi chịu lực va đập của xupáp, người ta dùng để xupáp ép vào họng đường thải và đường nạp. Kết cấu của đế xupáp rất đơn giản, thường chỉ là một vòng hình trụ trên có vát mặt côn để tiếp xúc với mặt côn của nấm xupáp. Mặt ngoài của đế xupáp có thể là mặt trụ trên có tiện rãnh đàn hồi để lắp cho chắc. Có khi mặt ngoài có độ côn nhỏ (khoảng 12 0). Loại đế xupáp hình côn này thường không ép sát đáy mà để một khe hở nhỏ hơn 0,04 mm. Như thế sau này đế bị lỏng ra, ta có thể đóng lút sâu xuống hơn để lắp chặt hơn. Trên mặt côn của đế cũng tiện rãnh đàn SVTH: Lớp: Trang35 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng hồi, sau khi ép vào, kim loại trên thân máy hoặc nắp xylanh sẽ điền kín vào rãnh và giữ chặt lấy đế. Loại đế này sau khi ép vào nắp xylanh rồi phải cán để kim loại biến dạng xít vào mép đế. Đế xupáp thường làm bằng thép hợp kim hoặc gang hợp kim(gang trắng). Chiều dày của đế nằm trong khoảng (0,08 ÷ 0,15)dh. Chọn chiều dày đế xupap bằng 0,012dh. Chiều cao của đế nằm trong khoảng (0,18 ÷ 0.25)d h. Chọn chiều cao của đế xupap bằng 0,2dh(dh là đường kính họng đế ). Đế xupáp bằng thép hợp kim thường ép vào thân máy hoặc nắp xylanh với độ dôi vào khoảng (0,0015 ÷ 0,0035) đường kính ngoài của đế. Hình 2.6. Kết cấu đế xupap 2.2.6. Kết cấu ống dẫn hướng xupáp Hình 2.7. Kết cấu ống dẫn hướng xupáp Để dễ sửa chữa và tránh hao mòn cho thân máy hoặc nắp xylanh ở chỗ lắp xupáp, người ta lắp ống dẫn hướng xupáp trên các chi tiết máy này. Xupáp được lắp vào ống dẫn hướng theo chế độ lắp lỏng. Ông dẫn hướng thường chế tạo bằng các loại gang hợp kim có tổ chức peclít. SVTH: Lớp: Trang36 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Bôi trơn ống dẫn hướng và thân xupáp có thể dùng phương pháp bôi trơn cưỡng bức bằng dầu nhờn do bơm dầu cung cấp dưới một áp suất nhất định Chiều dày của ống dẫn hướng thường vào khoảng 2,5 ÷ 4 mm; chiều dài của ống dẫn hướng phụ thuộc vào đường kính và chiều dài của thân xupáp, thường có trị số vào khoảng(1,75 ÷ 0.25).dn, chọn bằng 1,5dn(dn- đường kính nấm xupáp). Khe hở giữa thân xupáp với ống dẫn hướng phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ và kết cấu của xupáp. 2.2.7.Lò xo xupáp Lò xo xupáp dùng để đóng kín xupáp trên đế xupáp và đảm bảo xupáp chuyển động theo đúng quy luật của cam phân phối khí, do đó trong quá trình mở đóng xupáp không có hiện tượng va đập trên mặt cam. Lò xo xupáp làm việc trong điều kiện tải trọng động thay đổi rất đột ngột. Vật liệu chế tạo lò xo xupáp thường dùng dây thép có đường kính 3-5 mm loại thép lò xo, chọn d= 4 mm Loại lò xo thường dùng nhiều nhất là lò xo xoắn ốc hình trụ. Hai vòng ở hai đầu lò xo quấn sít nhau và mài phẳng để lắp ghép. Bước xoắn của lò xo có thể quấn giống nhau trên toàn bộ chiều dài của lò xo. Nhưng để tránh cộng hưởng nguy hiểm thường làm cho lò xo bị gãy và gây va đập mạnh trong cơ cấu phân phối khí Hình 2.8. Kết cấulò xo xupáp 2.2.8.Kết cấu trục cam SVTH: Lớp: Trang37 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng M10x10 + 0.25 - + 0.25 - Ø22 + 0.25 - Ø34 0.63 0.63 + 0.25 - 0.63 Ø30 R2 + 0.25 - 0.8 Ø10 A + 0.25 - + 0.25 - Ø26 15 13 +- 0.25 14 12 + 0.25 - A + 0.25 - 40 +- 0.25 73 + 0.25 - 112 + 0.25 - 224 Ø26 34 475 A-A VÁÚU CAM NAÛP Hình 2.9. Kết cấu trục cam. Trục cam dùng để dẫn động xupáp đóng mở theo quy luật nhất định. Trục cam thường bao gồm các phần cam thải, cam nạp và các ổ trục. Ngoài ra trong một số động cơ trên trục cam còn có cam dẫn động bơm xăng, cam dẫn động bơm xăng cao áp và bánh răng dẫn động bơm dầu, bộ chia điện.v.v.. Vật liệu chế tạo trục cam thường là thép hợp kim có thành phần trung bình như thép 45. Các mặt ma sát của trục cam(mặt làm việc của trục cam, của ổ trục:của mặt đầu trục cam.. ) đều thấm than và tôi cứng. Độ sâu thấm than thường vào khoảng 0,7÷2mm, độ cứng đạt HRC 52 ÷ 65. Các bề mặt khác và ruột trục cam độ cứng thấp hơn, thường vào khoảng HRC 30÷ 40. 2.2.9. Cam thải và cam nạp Trong động cơ ô tô máy kéo trục cam thường không phân đoạn, các cam làm liền trục. Hình dạng và vị trí của cam phối khí quyết định bởi thứ tự làm việc, góc độ phân phối khí và số kỳ của động cơ. Kích thước của các cam chế tạo liền với trục thường nhỏ hơn đường kính cổ trục vì, loại trục cam này thường lắp theo kiểu đút luồn qua các ổ trục trên thân máy. Ngược lại các cam lắp rời thường có kích thước lớn hơn cổ trục, vì loại trục cam này SVTH: Lớp: Trang38 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng thường lắp theo kiểu đặt vào các ổ trục(ổ trục làm việc thành hai nửa ) ở bên hông thân máy. Khi cần thiết phải xoay cam để điều chỉnh pha phân phối khí, cam rời rạc không lắp trực tiếp lên trục mà lắp trên ống lót sau đó dùng hai ốc để hãm chặt cam với ốc lót. Trong động cơ một hàng xylanh, góc lệch đỉnh cam của hai cam cùng tên được xác định bởi số xylanh và số kỳ của động cơ, còn vị trí của cam cùng tên quyết định bởi thứ tự làm việc của các xylanh và chiều quay của trục cam. Trong động cơ bốn kỳ, góc lệch ϕ1 giữa hai đỉnh cam cùng tên của hai xylanh làm việc kế tiếp nhau bằng nữa góc công tác δk 0 của hai xylanh ấy: ϕ1 = δk 2 = 90 (2.1) Góc lệch đỉnh cam của hai cam khác tên của một xylanh phụ thuộc vào góc mở sớm, đóng muộn của xupáp nạp và xupáp thải. Đối với động cơ bốn kỳ, góc giữa hai đỉnh cam khác tên xác định theo công thức sau: 1 1 ϕ = θ = ( 360 0 − α 10 + α 20 + α 30 − α 40 ) = 105 0 2 4 (2.2) Trong đó: θ- Góc giữa đỉnh cam nạp và đỉnh cam thải tính theo góc quay của trục khuỷu. α1 và α2- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp nạp. α3 và α4- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp thải. 2.2.10. Cổ trục và ổ trục cam Trục cam của cơ cấu phân phối khí dẫn đông gián tiếp thường lắp trong ổ trục trên thân máy, số cổ trụ thường là: Z = i +1 (2.3) Trong đó: i- Số xylanh 2.3. Xác định các thông số cơ bản của hệ thống phối khí động cơ050 DOHC 2.3.1.Xác định kích thước của tiết diện lưu thông: SVTH: Lớp: Trang39 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Để tính toán được tiết diện lưu thông, thường dựa vào giả thiết lưu động ổn định của dòng khí đi qua họng đế xupáp. Xem dòng khí nạp (thải) có tốc độ bình quân và tốc h độ piston không đổi. Hình2.10. Sơ đồ dẫn động xupáp Căn cứ vào điều kiện lưu động ổn định và liên tục của dòng khí, ta có: Vk.i.fk.γk= Vp..Fp.γp (2.4) Trong đó : Vk- Tốc độ trung bình của dòng khí chảy qua họng đế xupáp (m/s) fk- Tiết diện lưu thông của họng đế xupáp (cm2) (2.5) π .d h2 fk = 4 dh- Đường kính họng đế xupáp I -Số xupáp cùng loại trong mỗi xylanh (I =2) γk và γp- Mật độ của dòng khí ở ở họng xupáp và ở trong xylanh, thường coi γk = γp Vk- Tốc độ bình quân của piston S .n Vp = 30 (m/s) (2.6) S- Hành trình piston (S=67 mm). n - Số vòng quay trục khuỷu (n= 5490 v/ph) SVTH: Lớp: Trang40 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Thay S, n vào công thức (2.8), ta có: Vp = 0,067.5490 = 12,261 30 (m/s) Fp- Diện tích đỉnh piston (mm2) Fp = π .D 4 2 (2.7) D- Đường kính xylanh (D=88 mm) Fp = 3,14.88 2 = 6079 4 (mm2)=60,79 (cm2) Bỏ qua điều kiện khác nhau về mật độ của dòng khí, phương trình (2.6) trở thành: Vk.i.fk= Vp.Fp (2.9) Từ đó rút ra tốc độ bình quân của dòng khí qua họng đế xupáp : Vk = V p .F p (2.10) i. f k Theo tài liệu kết cấu tính toán động cơ đốt trong đối với động cơ ôtô máy kéo thì Vk=40 ÷ 115 m/s. Chọn Vk= 60 m/s Từ công thức (2.5) ta tính được diện tích tiết diện lưu thông: fk = 12,261.60,79 = 12,4 60 (cm2) Như vậy ta tính được đường kính họng là: Qua thùc nghiÖm vµ tÝnh to¸n nhiÖt tèc ®é cña dßng khÝ n¹p ë chÕ ®é toµn t¶i ®èi víi « t« m¸y kÐo lµ: Vkh= 40-115 m/s .Tèc ®é cµng cao tæn thÊt cµng lín .§èi víi ®éng c¬ x¨ng do yªu cÇu h×nh thµnh hçn hîp nªn tèc ®é khÝ n¹p ph¶i lín h¬n 40 m/s.Chän V khn=50 m/s. §èi víi dßng khÝ th¶i Vkht=(1,21,5)Vkhn= 60-75m/s,chän Vkht=65m/s. §êng kÝnh häng xupap : dh= Suy ra: dhn= 35 mm Vp.D 2 Vkh .i dht=32 mm SVTH: Lớp: Trang41 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Hình 2.11. Sơ đồ tính tiết diện lưu thông của xupap Tiết diện lưu thông được tính theo công thức: fkx=π.h’/2(dh+dn); mµ dn=dh+2e, h’= hcosα, e= h’sinα nªn fkx=π.h(dh cosα+ hsinαcosα2) Chän gãc α=450 ®èi víi xupap n¹p vµ th¶i.Trong ®éng c¬ ngµy nay, hµnh tr×nh xupap thêng n»m trong ph¹m vi h = (0,18-0,3)d h, chänhành trình xupap nạphn=8 mm, chọn hành trình xupap thải ht = 8 mm Tõ ®ã ta x¸c ®Þnh ®îc c¸c gi¸ trÞ:dn= dh+2e, h’= h.cosα, e=h.sinα = 8.0,707 =5,7 mm. Suy ra đường kính nấm xupap nạp là: dn1= 42,4 mm - Đường kính nấm xupap thải là: dn2= 38,4 mm fkx=πh(0,707dh+0,353h) = 0,6 dh.Suy ra: TiÕt diÖn lu th«ng qua xupap n¹p b»ng:186.10-6(m2) TiÕt diÖn lu th«ng qua xupap th¶i b»ng:162.10-6(m2) Tèc ®é lu ®éng cña dßng khÝ ch¶y qua tiÕt diÖn lu th«ng fkx: Vkh=Vp.Fp/i.fkx. Qua xupap n¹p b»ng: Vkhn= 20(m/s) Qua xupap th¶i b»ng: Vkht= 23(m/s) C¶ hai gi¸ trÞ Vkhn, Vkht ®Òu tho¶ m·n ®iÒu kiÖn: Vkh= θmax= 230 Nên muốn cho đuôi xupáp không bị kẹt, phải đảm bảo điều kiện: R> ( ρ − R1 ) => R > ρ −r .D.Sin ϕ 2 48,46 − 17 126,5 .20.Sin = 11,501 48,46 − 5 2 (mm) => chọn R=15 (mm) 2.3.3. Thiết kế trục cam: Dùng phương pháp định sẵn dạng cam, xác định gia tốc và kiểm tra qui luật gia tốc có phù hợp hay không và kiểm tra bền. Phương pháp này có ưu điểm là dễ gia công. Chọn đường kính ngoài trục cam d= 22 mm như thiết kế, chọ đường kính trong trục SVTH: Lớp: Trang45 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng cam la d0= 10 mm, chọn bề rộng cam b= 14 mm, chọn khoảng cách giữa hai cam là a= 32 mm, chọn khoảng cách giữa hai gối đở là l=112 mm, chọn khoảng cách từ tâm hai gối đở đến cam chịu lực l1= 40mm, l2= 72mm. Chiều cao của đỉnh cam la H= R 1+D +r = 13 + 16 +5 = 34 mm.Vì trục cam trong cơ cấu phối khí 050 DOHC lắp trên nắp máy nên ta chọn kích thướt của ổ chắn dọc trục nhỏ hơn chiều cao dỉnh cam H, chọn bằng 30 mm M10x10 + 0.25 - +- 0.25 + 0.25 - Ø22 +- 0.25 Ø34 0.63 0.63 Ø30 0.63 R2 + 0.25 - 0.8 Ø10 A +- 0.25 +- 0.25 Ø26 15 13 +- 0.25 14 12 +- 0.25 A +- 0.25 40 +- 0.25 73 + 0.25 - 112 + 0.25 - 224 Ø26 34 475 A-A VÁÚU CAM NAÛP Hình 2.14. Trục cam nạp 050 DOHC 2.3.4.Động học của đuôi xupáp: Mặt làm việc của cam lồi gồm hai phần: phần cung ρ và phần cung r. Vì vậy quy luật động học của đuôi xupáp trên hai phần này cũng khác nhau. Trong giai đoạn 1, đuôi xupáp trên trên mặt cam từ A đến A’ tương ứng với góc quay của cam từ θ=00 đến θ=θMax. Giai đoạn II, đuôi xupáp trượt trên cung r, từ A’ đến C ứng với góc quay γ=γMax= ϕ − θ JMax 2 đến γ=0. 2.3.4.1. Động học của đuôi xupáp trong giai đoạn I: Chuyển vị của đuôi xupáp. Khi đuôi xupáp trượt dến một vị trí bất kỳ nào đó ứng với góc θ, (Hình 11), chuyển vị của đuôi xupáp có thể xác định theo quan hệ sau: hθ = ab = aO − R1 = ρ − ( ρ − R1 ).Cosθ − R1 SVTH: Lớp: Trang46 Đồán môn học kết cấuđộng cơ hoặc GVHD: Dương Việt Dũng (2.17) hθ = ( ρ − R1 ).(1 − Cosθ ) Với: ρ=47 (mm) ; R1=13 (mm) ta có: hθ = (47 − 113).10 −3.(1 − Cosθ ) =`31,46.10 −3.(1 − Cosθ ) (mm) Hình 2.15. Động học của đuôi xupáp trong giai đoạn I -Tốc độ của đuôi xupáp: Lấy đạo hàm hai vế của phương trình 2.18 đối với thời gian ta có tốc độ của đuôi xupáp. vθ = dhθ dhθ dθ = . = ωk ( ρ − R1 ).Sinθ dt dθ d t (2.18) hay vθ =`31.46.10 −3.ω k .Sin θ (m/s) -Gia tốc của đuôi xupáp:Lấy đạo hàm hai vế của phương trình 2.18 đối với thời gian ta có gia tốc của đuôi xupáp. dv dv dθ jθ = θ = θ . = ω k2 .( ρ − R1 ).Cosθ dt dθ dt hay (2.19) jθ =`31,46.10 −3.ω 2 k .Cosθ Khi θ=0, gia tốc đạt trị số cực đại: jθ Max =`31,46.10 −3.ω 2 k . (m/s2)(2.20) 2.3.4.2 Động học của đuôi xupáp trong giai đoạn II: -Chuyển vị của đuôi xupáp: Khi đuôi xupáp trượt đến vị trí bất kỳ nào đó ứng với góc γ trên phần cung r (Hình 12). SVTH: Lớp: Trang47 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Hình 2.16. Động học của đuôi xupáp trong giai đoạn II Chuyển vị của đuôi xupáp có thể tính theo quan hệ sau: hγ = ab = aO − R1 = r + D.Cosγ − R1 (2.21) -Tốc độ của đuôi xupáp:Lấy đạo hàm hai vế của phương trình 2.21 đối với thời gian ta có công thức tính tốc độ của đuôi xupáp: (2.22) dhγ dγ vγ = = . = −ω k .D.Sinγ dt dγ dt dhγ Trong đó: dγ dθ = = ωk dt dt -Tốc độgóc của trục cam 1 1 π . n 3,14. 4160 π .nk 2 ωk = .= 2 = = 217,7 30 30 30 Với (rad/s) - Gia tốc của đuôi xupáp: Lấy đạo hàm hai vế của phương trình 2.22 đối với thời gian ta có công thức tính gia tốc của đuôi xupáp. dvγ dvγ dγ jγ = = . = −ω k2 .D.Cosγ dt dγ dt hay jγ = −217,7 2.20.10 −3 Cosγ = −900,472.Cosγ (2.23) (m/s2) 3.TÍNH BỀN CÁC CHI TIẾT MÁY CỦA CƠ CẤU PHỐI KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ 050 DOHC 3.1.Quy dẫn khối lượng các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí: SVTH: Lớp: Trang48 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Để xác định được lực quán tính của cơ cấu phân phối khí, cần phải quy dẫn toàn bộ khối lượng các chi tiết máy trong trong cơ cấu phân phối khí về đường tâm xupáp do đó lực quán tính tác dụng trên cơ cấu phân phối khí có thể tính theo công thức sau:P jk = -mok .jk (3.1) Trong đó : m0k -khối lượng của cơ cấu phân phối khí quy dẫn về đường tâm xupáp jk -gia tốc của xupáp Trong cơ cấu phân phối khí động cơ 050 DOHC, khối lượng m 0k bằng tổng các khối lượng của xupáp, móng hãm, đĩa lò xo, bộ nâng xupáp và khối lượng quy dẫn của lò xo xupáp. Khối lượng quy dẫn của lò xo xác định theo điều kiện cân bằng động năng của khối lượng thực của lò xo mlx với khối lượng quy dẫn m0kx khi chuyển động với tốc độ vxupáp của xupáp . (3.2) 2 m0 lx .v xp 2 v 2 dm = ∫ x lx 2 0 2 Trong đó : dmlx- khối lượng của phân tố lò xo cắt cách mặt cố định một đoạn x vx -Tốc độ chuyển động của phân tố lò xo l -chiều dài của lò xo Giả thiết khối lượng của lò xo phân bố đều trên chiều dài của nó và tốc độ của các phân tố lò xo có quan hệ tuyến tính với chiều dài. Như thế thì: dmlx = vx = mlx dx l v xp l x SVTH: Lớp: Trang49 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Hình 2.17. Hình vẽ qui dẫn khối lượng lò xo xupap Thay các quan hệ trên vào phương trình (3.2) ta có: 2 molx .v xp 2 2 mlx .v xp = 2.l 3 2 1 molx .v xp ∫0 x .dx = 3 2 l 2 Do đó khối lượng quy dẫn m0lx bằng: m0lx = 1 mlx 3 Vậy khối lượng của cơ cấu phân phối khí quy dẫn về đường tâm xupáp bằng: 1 m0 k = mxp + mmh + mdl + mbn + mlx 3 Trong đó :mxp-khối lượng của xupáp mxp= 120 (g) mdl-khối lượng đĩa lò xo mdl= 12(g) mbn -Khối lượng bộ nâng xupap mbn= 30 mmh- khối lượng của móng hãm mmh= 8 mlx-khối lượng của lò xo mlx=60 (g) (g) (g) 1 => m0k = 120 + 12 + 8 + 30+ 3 .60 = 190(g) Thay vào phương trình (3.1) ta có lực quán tính tác dụng trên cơ cấu phân phối khí quy dẫn về đường tâm xupáp là: Pjk =-19.10-3. Jk (N) 3.2. Tính toán lò xo xupáp: Lò xo xupáp có nhiệm vụ đóng kín xupáp trên đế và đảm bảo xupáp đóng mở theo đúng quy luật của cam.Muốn thế lực lò xo phải lớn hơn lực quán tính p jk (lực quán tính âm khi SVTH: Lớp: Trang50 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng γ=0) ở mọi chế độ tốc độ. Vì vậy Pklx =k.Pjk Trong đó :k - hệ số an toàn . Theo tài liệu KCTTĐCĐT tập II thì k=2,3÷2,35 => chọn k =2,3 Vậy Pklx = 2,3 . Pj Mà Pjk=-0,19.Jt − 0,19.31,46.10 −3.217,7 2.Cosθ − 283,28.Cosθ   Pjk =  = ϕ  ϕ  0,19.900,472.Cos 2 − α k  171,08.Cos 2 − α k    (N)     với αk = θ ϕ αk = − γ 2 (3.3) Trong đó: αk -góc quay của trục cam θ=0÷θMax với θMax= 230 γ=γmax÷0 với γ max = γ 126,5 0 − θ max = − 23 0 = 40,25 0 2 2 Đối với chuyển vị của bộ nâng có : 31,46.(1 − Cosθ )  hx =  ϕ  19.Cos 2 − α k  − 12    với (3.4) α k = θ  ϕ α k = 2 − γ Từ công thức (3.3) và (3.4) bằng cách cho αk biến thiên từ 0 đến ϕ 2 ta lập bảng các giá trị của h, Pjk, Plx. Bảng giá trị của h=f(αk), Pjk = f(αk),và Plx αk=θ αk(độ) h = f(αk) (mm) Pjk=f(αk)(N) SVTH: Lớp: αk= ϕ −γ 2 00 50 230 230 300 450 550 63,250 0 0,119 2,5 2,5 3,88 6,04 6,8 8 -283,28 -282,2 -260,7 130,57 143,07 162,47 169,3 171,08 Trang51 Đồán môn học kết cấuđộng cơ Plx=k.Pjk(N) (m/s2) Jt GVHD: Dương Việt Dũng -651,544 -649,06 -599,61 300,31 329,06 373,68 389,39 393,48 3429,17 3416,1 3155,84 -1580,5 -1731,8 -1966,7 -2049,42 -2070,9 Từ bảng trên ta xây dựng đường đặc tính xupáp như sau: Vẽ đường cong biểu diễn hành trình nâng của xupáp h= f(αk) và lực quán tính P jk =f(αk) , tiếp đó vẽ đặc tính của lò xo P lx= k.Pjk. Bên phải của đồ thị vẽ đường cong biểu diễn đặc tính của lò xo (tung độ biểu diễn độ biến dạng, hoành độ biểu thị lực lò xo). Từ các điểm a’, b’, c’, d’ trên đồ thị h=f(αk) kẻ các đường song song với tung độ cắt đường biểu diễn Plx ở a, b, c, d. Do đó xác định được lực lò xo trên các điểm này. Đem trị số các lực này đặt trên các đường song song với hoành độ qua các điểm a’, b’, c’, d’, lấy gốc là tung độ of ta được các điểm a’’, b’’, c’’, d’’. Nối a’, d’ bằng một đường thẳng, kéo dài cho cắt tung độ tại o ta có đường đặc tính biến dạng của lò xo. Lực P lxmax ứng với độ biến dạng lớn nhất f max, lực Plxmin ứng với độ biến dạng ban đầu của lò xo khi lắp ghép (lúc này h=0). Độ cứng C của lò xo được tính theo công thức sau:C= Plx max − Plx min hmax (3.5) Trong đó : C - độ cứng của lò xo Plxmax-lực lò xo ứng với độ biến dạng lớn nhất fmax của lò xo Plxmax = Plx / α k = 63 , 250 = 393,48 (N) Plxmin-lực lúc xupáp đóng kín Từ đặc tính đàn hồi của lò xo ta tìm được Plxmin = 181,5 (N) hmax -độ mở cực đại của lò xo hmax = 8.10-3 Vậy C= (m) 393,48 − 181,5 = 26,4.10 3 −3 8.10 (Nm) Kiểm nghiệm độ bền lò xo xupáp: Giả thiết lực lò xo Plx tác dụng trên phương đường tâm của lò xo, SVTH: Lớp: Trang52 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Mômen xoắn của lò xo bằng: M x = Plx Dtb 2 Trong đó : Dtb-Là đường kính trung bình của lò xo Dtb = (0,8 ÷ 0,9)dh => chọn Dtb = 26 (mm) Ứng suất xoắn :Tx0 = Mx Wx Trong đó : Wx -Momen chống xoắn của tiết diện dây cuốn lò xo Wx = π .d 3 16 Ở đây: d- là đường kính của dây lò xo ( d=4 mm) Do đó : Tx0 8.Plx .Dtb = π .d 3 (3.6) Do ứng suất phân bố trên tiết diện dây cuốn không đều, ứng suất lớn nhất xuất hiện trên điểm gần đường tâm lò xo xa nhất và lực P lx còn gây ra ứng suất cắt, nên khi tính ứng suất lò xo, thường dùng hệ số hiệu đính χ để hiệu đính ứng suất xoắn. Như vậy ứng suất xoắn thực bằng T x= χ.Txo 8.χ .Plx .Dtb = π .d 3 (3.7) Trong đó : χ -hệ số hiệu đính, biến thiên theo tỷ lệ D tb d Dtb 26 = = 6.5 d 4 .Theo tài liệu KCTTĐCĐT tập II xác định được χ = 1,22 Thế các thông số trên vào phương trình (3.7) ta có: 8.1,22.393,48.10 −6.26.10 −3 Tx = = 496,86 3,14.( 4.10 −3 ) 3 (MN/m2) S xp = 3,14.( 32.10 −3 ) = 1,61.10 −3 2 [m2] Vậy Pkt = 1,1.1,61.10-3 =1,771.10-3[MN] Thế các thông số trên vào công thức (3.9) ta có: PTmax = 181,5+283,28 +1771 =2235,78 [N] Do đó mômen uốn trục cam bằng: M u max = PTmax l2 l1 l [MNm](3.12) Trong đó : l -khoảng cách giữa hai gối tựa l=112.10-3[m] l1 và l2 - khoảng cách từ hai gối tựa đến điểm đặt lực P'T SVTH: Lớp: Trang55 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng l1=40.10-3(m); l2=72.10-3 (m) ⇒ M u max 72.10 −3 = 2235,78.10 40.10 −3 = 57,491.10 −6 −3 146.10 (Nm) −6 Ứng suất uốn trục cam tính theo công thức: [MN/m2] M M u max σ u = u max = 4 Wu π 2   d0   d 1 −    32   d   Trong đó : (3.13) d và d0 - Đường kính ngoài và đường kính trong trục cam d =22 [mm] =22 .10-3[m] d0 =10[mm] =10 .10-3[m] Thế các thông số trên vào công thức (3.13) ta có: σu = 57,491.10 −6 = 1,2645   14.10 −3  4  3,14   .( 22.10 −3 ) 2 .1 −  −3  32   22.10   [MN/m2] b. Độ võng cho phép của trục cam: Độ võng của trục cam khi chịu uốn xác định theo công thức sau: P .l 2 .l 2 64.PT l12 .l 22 f = T 1 2 = 2.E.J .l 3π .E.l. d 4 − d 04 ( Trong đó : (3.14) ) E- Môđun đàn hồi của vật liệu chế tạo trục cam Đối với thép E = (2 ÷2,2).105 [MN/m2]. Chọn E =2,1.105 [MN/m2] PT=P'T= 2235,78 .10-6 [MN] l1=40.10-3 [m] , l2=72.10-3 [m] ,l= 112 .10-3 [m] d =22 [mm] =22 .10-3 [m] , d0 =10 [mm] =10 .10-3 [m] Thế các thông số trên vào công thức (3.14) ta có: f = 64.2235,78.10 −6 ( 40.10 −3 ) ( 72.10 −3 ) 5 3.3,14.2,1.10 .112.10 −3 [( 22.10 Độ võng cho phép của trục cam 2 2 ) − (10.10 ) −3 4 −3 4 ] = 5,03.10 −5 [m] =0,0503[mm] [f] = (0,05 ÷0,1) [mm] Ta thấy độ võng f tính được nằm trong giới hạn cho phép. Vậy trục cam đảm bảo độ võng SVTH: Lớp: Trang56 Đồán môn học kết cấuđộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng cho phép. c. Ứng suất tiếp xúc trên mặt cam: Trong quá trình làm việc, trên mặt cam và bộ nâng xupáp xuất hiện ứng suất tiếp xúc.Ứng suất tiếp xúc tính theo công thức sau: (3.15) PT .E b.ρ σ tx = 0,418. Trong đó : b -Bề rộng của cam ,b =14 [mm] = 14 .10-3 [m] ρ - Bán kính cung ngoại tiếp của cam, ρ=48,46 (mm)=48,46.10-3 (m) PT = 2235,78 .10-6 [MN] - lực tác dụng lên mặt cam E = 2,1 .105 [MN/m2] - Môđun đàn hồi của vật liệu Thế vào công thức (5.33) ta có: σ tx = 0,418. 2235,78.10 −6.2,1.10 5 = 347,73 14.10 −3.48,46.10 −3 [MN/m2] σtx = 347,73[MN/m2] ≤ [σtx ] = 600÷1200 [MN/m2] Vậy cam thỏa mãn điều kiện ứng suất tiếp xúc cho phép 3.4.Tính sức bền xupáp: Tính sức bền của mặt nấm xupáp cũng có thể dùng công thức Băck, coi mặt nấm xupáp như một đĩa tròn đặt tự do trên đế hình trụ. Ứng suất uốn mặt nấm xupáp các định theo công thức sau: σu = (3.16) 2 1 d Pz 4 δ2 Trong đó : Pz -Ap suất khí thể lớn nhất Pz = 4,335 [MN/m2] d -Đường kính trung bình cuả nấm xupáp , d =48,9[mm] δ -Chiều dày trung bình mặt nấm , δ = 5[mm] 2  48,9.10 −3  1  = 106 σ u = .3,7 −3 4 5 . 10   [MN/m2] σu =106 [MN/m2][...]... 0.54 1.00 1 Đ án môn học kết cấu ộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng PHẦN 2:PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ, ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHỐI KHÍ 1 MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI CỦA CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ: 1.1 Mục đích Cơ cấu phối khí có nhiệm vụ điều khiển quá trình thay đổi khí trong buồng cháy động cơ: Thải sạch khí thải khỏi xylanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc không khí mới vào xylanh động cơ để động cơ làm việc... 2.2 Phương án dẫn động trục cam 1 Bánh răng trục khuỷu, 1 Bánh răng trục cam, 3 Bộ căng xích tự động, 4 Xích dẫn động 2.2 Kết cấu của các chi tiết chính trong hệ thống phối khí 050 DOHC SVTH: Lớp: Trang32 Đ án môn học kết cấu ộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng 6 7 8 9 2 10 11 12 1 Hình 2.3 Kết cấu hệ thống phối khí 050 DOHC 1 Bánh răng trục khuỷu, 2 Bộ căng xích, 3 Bánh răng trục cam, 4 Xích dẫn động, 5.Trục... Trong cơ cấu loại này piston động cơ đóng vai trò như một van trượt, đóng mở cửa nạp và cửa thải Loại động cơ này không có cơ cấu dẫn động van trượt riêng mà chúng dùng cơ cấu khuỷu trục thanh truyền để dẫn động piston 2 PHÂN TÍCH KẾT CẤU CỦAHỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ 050 DOHC 2.1.Phân tích chọn phương án dẫn động xupap và dẫn động trục cam trong hệ thống phối khí 050 DOHC 2.1.1 phương án dẫn động xupap Cơ. .. người ta chỉ sử dụng cho các loại xe đặc biệt như động cơ xe đua SVTH: Lớp: Trang30 Đ án môn học kết cấu ộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng + Cơ cấu phối khí dùng piston đóng mở cửa nạp và cửa thải: Là loại cơ cấu phối khí của động cơ hai kỳ quét vòng hoặc quét thẳng, quét thẳng có thể qua xupáp xả hoặc cửa xả dùng piston đối đỉnh Cơ cấu phối khí loại này có kết cấu đơn giản, không phải điều chỉnh, sửa chữa... Lớp: Trang31 Đ án môn học kết cấu ộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Hình 2.1 Dẫn động xupap 2.1.2 Phương án dẫn động trục cam Trục cam bố trí trên thân máy hoặc hộp trục khuỷu thường được dẫn động bằng bánh răng Nếu khoảng cách giữa trục cam với trục khuỷu nhỏ, thường chỉ dùng 1 cặp bánh răng Nếu khoảng cách trục lớn phải dùng thêm các cặp bánh răng trung gian hoặc dùng xích răng Đối với cơ cấu phối khí... phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0;1;2…đẳng phân định FD thành 8 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0’;1’;2’…vẽ các đường bao trong tiếp tuyến 11’;22’;33’…Ta có đường cong biểu diễn quan hệ J=f(x) SVTH: Lớp: Trang11 Đ án môn học kết cấu ộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Hình 1.4 Đồ thị gia tốc J = f(x) 1.2.2 Tính toán động lực học: 1.2.2.1 Đường biểu diễn lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến -... lý 1.3 Phân loại Cơ cấu phân phối khí được phân thành các loại sau: + Cơ cấu phối khí dùng cam-xupáp: Là loại cơ cấu phối khí được sử dụng phổ biến trong các loại động cơ đốt trong, có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ điều chỉnh, giá thành không cao lắm + Cơ cấu phối khí dùng van trượt: Là loại cơ cấu có nhiều ưu điểm như tiết diện lưu thông lớn, dễ làm mát, ít tiếng ồn Nhưng do kết cấu khá phức tạp,... với nhau ta được tọa độ điểm của đồ thịP 1 = f(α) Dùng một đường cong thích hợp nối các toạ độ điểm lại với nhau ta được đồ thị P1 = f(α) Ta có hình đồ thị: SVTH: Lớp: Trang14 Đ án môn học kết cấu ộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Hình 1.5 Đồ khai triểnPkt ,Pj ,P1 theo α 1.2.2.3 Vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến T = f(α), lực pháp tuyến Z = f(α), và lực ngang N = f(α) Các đồ thị: T = f(α), Z = f(α), N =... hiên theo các bước sau: + Chọn tỉ lệ xích: µα = 2 (độ/mm) SVTH: Lớp: Trang15 Đ án môn học kết cấu ộng cơ µ p = 0,03 GVHD: Dương Việt Dũng [MN/(m2.mm)] Tra các bảng phụ lục 2p, 7p, 11p trong sách Kết Cấu Và Tính Toán Động Cơ Đốt Trong - Tập1 ta có các giá trị của: sin( α + β ) cos( α + β ) cos( β ) ; cos( β ) và tg ( β ) Dựa vào đồ thị khai triển p= f(α) ta có các giá trị của p1 Từ đó ta lập được bảng... trơn… SVTH: Lớp: Trang18 Đ án môn học kết cấu ộng cơ GVHD: Dương Việt Dũng Hình 1.6 Đồ thị T,N,Ztheo α 1.2.2.4 Vẽ đồ thị ΣT = f(α) Để vẽ đồ thị tổng T ta thực hiện theo những bước sau: + Lập bảng xác định góc α i ứng với góc lệch các khuỷu theo thứ tự làm việc + Góc lệch khuỷu trục của 2 xi lanh làm việc kế tiếp nhau: αk = 180 τ 180 4 = = 180 0 i 4 + Thứ tự làm việc của động cơ là: 1- 4 - 3 - 2 Ta có ... c ng kớnh hng l: Qua thực nghiệm tính toán nhiệt tốc độ dòng khí nạp chế độ toàn tải ô tô máy kéo là: Vkh= 40-115 m/s Tốc độ cao tổn thất lớn Đối với động xăng yêu cầu hình thành hỗn hợp nên... fkx=.h/2(dh+dn); mà dn=dh+2e, h= hcos, e= hsin nên fkx=.h(dh cos+ hsincos2) Chọn góc =450 xupap nạp thải.Trong động ngày nay, hành trình xupap thờng nằm phạm vi h = (0,18-0,3)d h, chọnhnh trỡnh xupap nphn=8... thông qua xupap nạp bằng:186.10-6(m2) Tiết diện lu thông qua xupap thải bằng:162.10-6(m2) Tốc độ lu động dòng khí chảy qua tiết diện lu thông fkx: Vkh=Vp.Fp/i.fkx Qua xupap nạp bằng: Vkhn= 20(m/s)