Đồ án thiết kế động cơ đốt trong

V V 1.3 Trong đó: c pr- áp suất khí sót, phụ thuộc vào loại động cơ Tốc độ trung bình của piston: Nối các điểm trung gian của đường nén và đường giãn nở với các điểm đặc biệt, sẽ được

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay,động cơ đốt trong được xem như là trái tim của nghành động lực,nó được sử

dụng phổ biến như là nguồn động lực tối ưu nhất mà con người có thể sử dụng.Tuy nguyên

lý chung của mọi động cơ đốt trong là đốt cháy nhiên liệu trong buồng cháy để sinh

công,nhưng với mỗi loại nhiên liệu,nhu cầu sử dụng khác nhau mà động cơ đốt trong được

thiết kế theo nhiều dạng có đặc tính riêng biệt.Để có thể thiết kế ra những động cơ đốt

trong tối ưu nhất,người thiết kế phải có những kiến thức căn bản,và hiểu biết sâu sắc về

ngành động cơ

Sau khi được học 2 môn chính của ngành động cơ đốt trong là: Nguyên lý động cơ đốt

trong, và Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong,cùng một số môn cơ sơ khác như chi tiết

máy,sức bền vật liệu, cơ lý thuyết, vật liệu học, sinh viên được giao làm đồ án môn học

kết cấu và tính toán động cơ đốt trong Đây là một phần quan trọng trong nội dung học tập

của sinh viên, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên làm quen với việc tổng hợp, vận dụng các

kiến thức đã học để giải quyết một vấn đề cụ thể của ngành

Trong đồ án này, em được giao nhiệm vụ thiết kế nhóm trục khuỷu-bạc lót –bánh đà

Đây là một nhóm chi tiết chính,không thể thiếu trong động cơ đốt trong

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu các tài liệu, làm

việc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án một cách tốt nhất Tuy nhiên,

vì bản thân còn ít kinh nghiệm cho nên việc hoàn thành đồ án lần này không thể không có

thiếu sót

Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, đã tận tình truyền đạt lại

những kiến thức quý báu cho em Đặc biệt, em xin gởi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Quang

Trung đã nhiệt tình hướng dẫn trong quá trình làm đồ án Em vô cùng mong muốn nhận

được sự xem xét và chỉ dẫn của các thầy để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Sinh viên

TRỊNH MINH TUẤN

1.PHƯƠNG PHÁP,TÍNH TOÁN XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG,ĐỘNG HỌC VÀ

ĐỘNG LỰC HỌC

1.1.XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG

1.1.1 Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén

Ta có: phương trình đường nén đa biến: p.Vn1 = conts, do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ

V V p p

p a - áp suất đầu quá trình nén

- Động cơ không tăng áp: p a = (0,8 ÷ 0,9)p k

n 1- chỉ số nén đa biến trung bình

- Động cơ Diesel buồng cháy thống nhất: n 1 = (1,341,42)

Chọn n1 = 1,35

 pc = 0,08.16,91,35 = 3,637 [MN/m2]

1.1.2 Xây dựng đường cong áp suất trên đường giãn nở

Phương trình của đường giãn nở đa biến là [1]: p.V n2 const, do đó nếu gọi x là

điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì:

V V p p

Trong đó:

- tỷ số giãn nở sớm,  = (1,2÷1,7)

Chọn  = 1,4

n 2- chỉ số giãn nở đa biến

- Đối với động cơ Diesel: n 2 = (1,151,28)

Suy ra:

2

2 n

n z gnx

i p

[MN/m 2 ] (1.2) 1.1.3 Lập bảng tính

Từ công thức (1.1) và (1.2), kết hợp với việc chọn các thể tíchVnx và Vgnx, ta tìm được

các giá trị áp suất pnx, pgnx Việc tính các giá trị pnx, pgnx được thực hiện trong bảng sau:

n

n z

i

p 

1.1.4 Xác định các điểm đặc biệt và hiệu chỉnh đồ thị công

V

V (1.3) Trong đó:

c

pr- áp suất khí sót, phụ thuộc vào loại động cơ

Tốc độ trung bình của piston:

Nối các điểm trung gian của đường nén và đường giãn nở với các điểm đặc biệt, sẽ

được đồ thị công lý thuyết

Dùng đồ thị Brick xác định các điểm :

- Phun sớm c’

- Mở sớm (b’), đóng muộn (r’’) xupáp thải

- Mở sớm (r’), đóng muộn (a’’) xupáp nạp

Hiệu chỉnh đồ thị công :

Động cơ Diesel lấy áp suất cực đại bằng pz

Xác định các điểm trung gian:

- Trên đoạn cy lấy điểm c’’ với c’’c = 1/3 cy

- Trên đoạn yz lấy điểm z’’ với yz’’ = 1/2 yz

- Trên đoạn ba lấy điểm b’’ với bb’’ = 1/2 ba

Nối các điểm c’c’’z’’ và đường giãn nở thành đường cong liên tục tại ĐCT và ĐCD

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

1.2.XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CHUYỂN VỊ PISTON BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ

Muốn xác định chuyển vị của piston ứng với góc quay trục khuỷu là α ta làm như sau:

Từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB như hình 1.1 Hạ MC thẳng

góc với AD Theo Brick đoạn AC = x

Thật vậy, ta có thể chứng minh điều này rất dễ dàng

.2

.'  Thay quan hệ trên vào công thức tính AC, sau khi chỉnh lý ta có :

 Cos   Cos  R  Cos   Cos  x R

.1

.21

O'

ÂCDD

, n’ theo chiều như hình 1.2

Từ các điểm 0, 1, 2, 3, kẻ các đường thẳng góc với AB kẻ từ 0, 1’, 2’, 3’, tại các

điểm O, a, b, c, Nối O, a, b, c, bằng đường cong ta được đường biểu diễn trị số vận

tốc

Các đoạn thẳng a1, b2, c3, nằm giữa đường cong O, a, b, c với nữa đường tròn R1

biểu diễn trị số của vận tốc ở các góc  tương ứng; điều đó có thể chứng minh dễ dàng

Từ hình1.2, ở một góc  bất kỳ ta có : bb’ = R2.sin2 và b’2 = R1.sin

Do đó :

1

R12



cb

6'

4

1'

0'7'

3'

5'2'

7g

5

6

e4'

R2

V=f(

h

B8

2.2'

bb

V a

Hình 1.2 Đồ thị xác định vận tốc của piston

1.4.XÂY DỰNG ĐỒ THỊ GIA TỐC THEO PHƯƠNG PHÁP TÔLÊ

Từ A dựng đoạn thẳng AC thể hiện jmax

Giá trị biểu diễn của jmax là:

max 4150034,381

81,5850871,39

j

j AC



Từ B dựng đoạn thẳng BD thể hiện jmin

Giá trị biểu diễn của jmin là:

min 2543569, 459

5050871,39

j

j BD

m1- khối lượng tập trung tại đầu nhỏ thanh truyền

m1 có thể xác định sơ bộ theo công thức kinh nghiệm sau đây [2]:

F

j m

A C

4

2

3

4' 3'

Từ A dựng đoạn thẳng AC thể hiện (-Pjmax)

Giá trị biểu diễn của (-Pjmax) là:

max 1, 284

41,553

0, 0309

j P

P AC





Từ B dựng đoạn thẳng BD thể hiện (-Pjmin)

Giá trị biểu diễn của (-Pjmin) là:

min 0, 787

25, 47

0, 0309

j P

P BD

1.5.2 Đồ thị lực khí thể P kh

Kết hợp đồ thị Brick vă đồ thị công như ta đê vẽ ở trín ta có câch vẽ như sau :

Từ câc góc 0, 100, 200, 300, , 1800 tương ứng với kỳ nạp của động cơ

1900, 2000, 2100, , 3600 tương ứng với kỳ nĩn của động cơ

3700, 3800, 3900, , 5400 tương ứng với kỳ chây - giên nở của động cơ

5500, 5600, 5700, , 7200 tương ứng với kỳ thải của động cơ

trín đồ thị Brick ta gióng câc đoạn thẳng song song với trục p của đồ thị công sẽ cắt đường

biểu diễn đồ thị công tương ứng câc kỳ nạp, nĩn, chây - giên nở, thải của động cơ vă lần

lượt đo câc giâ trị được tính từ điểm cắt đó đến đường thẳng song song với trục V vă có

tung độ bằng p0, ta đặt sang bín phải bản vẽ câc giâ trị vừa đo ta sẽ được câc điểm tương

E

4' 3' 2'

1'

D

0

C' C''

Hình 1.5 :Đồ thị khai triển lực khí thể theo Brick

1.5.3 Đồ thị hợp lực P 1

Lực tâc dụng lín chốt piston lă hợp lực của lực quân tính vă lực khí thể:

P1 = Pkh + Pj

Từ đồ thị lực quân tính vă lực khí thể đê vẽ ở trín, theo nguyín tắc cộng đồ thị ta sẽ

được đồ thị P1 cần biểu diễn

N

l Pk

T Ptt

N

Z

Ptt O

N- lực ngang tác dụng trên phương thẳng góc với đường tâm xy lanh

Từ quan hệ lượng giác ta có thể xác định được trị số của ptt và N



Cos p

p tt  1 1 (1.6)

N  p1.tg (1.7)

Phân ptt thành hai phân lực: lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z (sau khi đã dời

xuống tâm chốt khuỷu ) ta cũng có thể xác định trị số của T và Z bằng các quan hệ sau:

.)( 1 (1.8)

 = 200, ,  = 7200 Trị số của T, Z, N như đã lập Bảng 1.2 được tính theo công thức đã

chứng minh ở trên, ta sẽ được các điểm 0, 1, 2, 3, , 72 Dùng đường cong nối các điểm ấy

lại, ta có đồ thị lực T, Z, N cần xây dựng

Thứ tự làm việc của động cơ : 1-4-2-5-3-6

- Góc công tác 180 180.4 0

1206

ct i

Trị số của Ti = f() đê có ở bảng T, căn cứ văo bảng đó mă ta tra câc giâ trị tương

ứng mă Ti đê định theo i, sau đó cộng tất cả câc giâ trị của Ti lại ta có giâ trị của

T.Sau khi có đường T = f() ta vẽ đường Ttb (đại diện cho mômen cản) bằng

câch đếm diện tích bao bởi đường T với trục hoănh O (FT), sau đó chia diện tích

năy cho chiều dăi của trục hoănh

Để đơn giên thì ta có thể dùng công thức sau:

2 2

1.8 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VECTƠ PHỤ TẢI TÁC DỤNG TRÊN CHỐT KHUỶU

Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng trên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu Sau khi có đồ thị này ta có thể tìm trị số trung bình của phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu cũng như có thể tìm được dể dàng lực lớn nhất và lực bé nhất Dùng đồ thị phụ tải ta có thể xác định khu vực chịu lực ít nhất để xác định vị trí khoan lỗ dẫn dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền trục

Cách xây dựng được tiến hành như sau : _ Vẽ tọa độ T -Z gốc tọa độ O1 chiều âm dương như hình 1.6

_ Tính lực quán tính của khối lượng chuyển động quay của thanh truyền (tính trên đơn

vị diện tích piston) : (1.10)

m2 -khối lượng tập trung tại đầu to thanh truyền

p

p p

k k p

p p





Vẽ từ O1 xuống phía dưới một véctơ -pk0 và có giá trị biểu diễn pk0 = 22,7(mm) Véctơ

này nằm trên trục Z, gốc của véctơ là O Điểm O là tâm chốt khuỷu

Trên tọa độ T -Z xác định các trị số của T và Z ở các góc độ  = 00,  = 100,  =

200,  = 300, ,  = 7200, trị số T và Z đã được lập ở Bảng 1.2, tính theo công thức như

đã chứng minh ở phần 1.6, ta sẽ được các điểm 0, 1, 2, , 72 Dùng đường cong nối các

điểm ấy lại, ta có được đồ thị véctơ phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu

Nếu ta nối O với bất kỳ điểm nào trên hình vẽ (ví dụ nối với điểm  = 3700 như hình

1.6 chẳng hạn), ta sẽ có được véctơ biểu diễn phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu khi góc

quay của trục khuỷu là  = 3700 Chiều của véctơ này như hình 1.6

Tìm điểm tác dụng của véctơ chỉ cần kéo dài véctơ về phía gốc cho đến khi gặp vòng

tròn tượng trưng bề mặt chốt khuỷu tại điểm b Rất dễ thấy rằng véctơ Q là hợp lực của các

lực tác dụng trên chốt khuỷu:

tt k

Lập bảng xác định giá trị của Q theo  bằng cách đo các khoảng cách từ tâm O đến các

điểm i: 1 =100, 2 = 200, 3= 300, , 72 = 7200 trên đồ thị véctơ phụ tải tác dụng trên

chốt khuỷu

Xác định trị số trung bình của phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu Qtb bằng cách đếm

diện tích bao bởi đồ thị triển khai Q - , trục hoành và trục tung Kết quả được FQ =

15480[mm2], chia FQ cho chiều dài trục hoành nên giá trị của Qtb là :

Sau khi đã vẽ được đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu, ta căn cứ vào đấy để vẽ đồ

thị phụ tải của ổ trượt ở đầu to thanh truyền Cách vẽ như sau :

Vẽ dạng đầu to thanh truyền lên một tờ giấy bóng, tâm của đầu to thanh truyền là O

thân thanh truyền với vòng tâm O là điểm 00

Từ điểm 00, ghi trên vòng tròn các điểm 1, 2, 3, , 72 theo chiều quay trục khuỷu và

tương ứng với các góc 100 + 100, 200 + 200, 300 + 300, , 7200 + 7200

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

với tâm O của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Lần lượt xoay tờ giấy bóng cho các điểm 0, 1, 2,

3, , 72 trùng với trục (+Z) của đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu Đồng thời đánh

dấu các điểm đầu mút của các véctơ Q0, Q1, Q2, , Q72 của đồ thị phụ tải chốt khuỷu

hiện trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0, 1, 2, 3, , 72

-240

12.50 227.50

-250

13.59 236.41

-260

14.25 245.75

-270

14.48 255.52

-280

14.25 265.75

-290

13.59 276.41

-640

14.25 625.75

-650

13.59 636.41

-660

12.50 647.50

-670

11.04 658.96

710 12.39 -0.17 -0.04 -2.49 707.51

Nối các điểm 0, 1, 2, 3, , 72 lại bằng một đường cong, ta cĩ đồ thị phụ tải tác dụng

trên đầu to thanh truyền

1.11 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ MÀI MỊN CHỐT KHUỶU

Đồ thị mài mịn của chốt khuỷu ( hoặc cổ trục khuỷu ) thể hiện trạng thái chịu tải

của các điểm trên bề mặt trục Đồ thị này cũng thể hiện trạng thái hao mịn lý thuyết của

trục, đồng thời chỉ rõ khu vực chịu tải ít để khoan lỗ dầu theo đúng nguyên tắc đảm bảo

đưa dầu nhờn vào ổ trượt ở vị trí cĩ khe hở giữa trục và bạc lĩt của ổ lớn nhất Aïp suất bé

làm cho dầu nhờn lưu động dễ dàng

Sở dĩ gọi là mài mịn 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 cơng suất Ne và tốc độ n định

mức

+ Lực tác dụng cĩ ảnh hưởng đều trong miền 1200

+ Độ mịn tỷ lệ thuận với phụ tải

+ Khơng xét đến các điều kiện về cơng nghệ, sử dụng và lắp ghép

Vẽ đồ thị mài mịn chốt khuỷu tiến hành theo các bước sau :

+ Vẽ vịng trịn bất kỳ tượng trưng cho vịng trịn chốt khuỷu, rồi chia vịng trịn trên

thành 24 phần bằng nhau

+ Tính hợp lực Q của các lực tác dụng trên các điểm 0, 1, 2, , 23 rồi ghi trị số của

các lực ấy trong phạm vi tác dụng trên Bảng 1.5

+ Cộng trị số của Q Chọn tỷ lệ xích Q = 1[MN/m2.mm], dùng tỷ lệ xích vừa chọn

đặt các đoạn thẳng đại biểu cho Q ở các điểm 0, 1, 2, 3, , 23 lên vịng trịn đã vẽ, dùng

đường cong nối các điểm đầu mút của các đoạn ấy lại ta sẽ cĩ đồ thị mài mịn chốt khuỷu

Bảng 1.5 Giá trị hợp lực tác dụng trên mặt chốt khuỷu

 Q  9.80 9.80 9.80 9.80 9.80 9.80 9.80 9.80 9.80

 Q  10.20 10.20 10.20 10.20 10.20 10.20 10.20 10.20 10.20

 Q  11.50 11.50 11.50 11.50 11.50 11.50 11.50 11.50 11.50

 Q  13.50 13.50 13.50 13.50 13.50 13.50 13.50 13.50 13.50

 Q  18.00 18.00 18.00 18.00 18.00 18.00 18.00 18.00 18.00

 Q  28.00 28.00 28.00 28.00 28.00 28.00 28.00 28.00 28.00

 Q  55.00 55.00 55.00 55.00 55.00 55.00 55.00 55.00 55.00

 Q  85.00 85.00 85.00 85.00 85.00 85.00 85.00 85.00 85.00

 Q  153.00 153.00 153.00 153.00 153.00 153.00 153.00 153.00 153.00

 Q  109.00 109.00 109.00 109.00 109.00 109.00 109.00 109.00 109.00

 Q  68.00 68.00 68.00 68.00 68.00 68.00 68.00 68.00 68.00

 Q  51.00 51.00 51.00 51.00 51.00 51.00 51.00 51.00 51.00

 Q  40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00

 Q  35.00 35.00 35.00 35.00 35.00 35.00 35.00 35.00 35.00

2.PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ CHỌN THAM KHẢO

2.1.Chọn động cơ tham khảo:

Động cơ được chọn tham khảo là động cơ AMZ 236 được sử dụng trên xe

MAZ 504 có các thông số kỹ thuật đáp ứng được yêu cầu của đồ án như sau:

Số xylanh/Cách bố trí i 6 / Chữ V

Thứ tự làm việc 1-4-2-5-3-6

Loại nhiên liệu Diesel

Công suất cực đại/Số vòngquay (KW/vòng/phút) Ne /n 134/2100

Số kỳ 4

Hệ thống nhiên liệu Sử dụng bơm Bocsh

Hệ thống bôi trơn Cƣỡng bức Cacte ƣớt

Hệ thống làm mát Cƣỡng bức,sử dụng môi chất lỏng

Hệ thống phân phối khí 12 xupáp treo,trục cam bố trí trong thân máy

2.2.Phân tích đặc điểm chung của động cơ chọn tham khảo :

-Xylanh:

Hình 2.2.Nhóm piston

1-Xylanh; 2-Vỏ máy; 3-Xylanh; 4-Xecmăng; 5-Piston

Xylanh ướt đúc rời với thân giữa xylanh và vỏ máy có không gian để chứa nước làm mát

-Piston :Piston đỉnh lõm dạng  hông đối xứng có thể tạo xoáy lốc trong buồng cháy,Có

5 rãnh xecmăng : 3 xecmăng khí,2 xecmăng dầu.Ở 2 rãnh xecmăng dầu có khoan những lỗ

đưa dầu về cacte,những lỗ này có thể làm yếu piston nên bên trong làm thêm những đường

gân tăng độ cứng

-Thanh truyền :