Tính toán động học động lực học cấu trục khuỷu-thanh truyền với thông số cho trước

Thiết kế môn học động đốt Phạm văn Hùng đề bài: Tính toán động học động lực học cấu trục khuỷu-thanh truyền với thông số cho trớc: Loại xe Các thông số Đờng kính xi lanh D(mm) Hành trình pittong S(mm) Khối lợng pittong mpt(kg) Chiều dài truyền L(mm) Khối lợng truyền mtt(kg) Công suất động Ne(ml) Số vòng quay n(v/p) Tỷ số nén Góc đánh lửa sớm () Góc mở sớm xuppáp nạp 1() Góc đóng muộn xuppáp nạp 2(o) Góc mở sớm xuppáp thải (o) Góc đóng muộn xuppáp thải 4(o) áp suất khí po(at) áp suất cuối kỳ nạp pa () áp suất cuối kỳ nén pc () áp suất cuối kỳ cháy pz () áp suất cuối kỳ giãn nở pb () áp suất cuối kỳ thải pr () 90 105 0.9 230 1.6 90 5400 20o 10o 40o 50o 10o 0.8 12 48 1.5 I Tính toán động học cấu trục khuỷu - truyền Nhiệm vụ chủ yếu tính toán động học cấu trục khuỷu - truyền nghiên cứu quy luật chuyển động pittong Xác định vận tốc góc động cơ: = Với n = 5400 (v/p) = = 565.2 (rad/s) Xác định tham số kết cấu : = Trong đó: L = 230 (mm) R = = = 52.5 (mm) = = Thiết kế môn học động đốt Phạm văn Hùng Chuyển vị pittong: Sp = R*[(1 - cos) + (1 cos(2*))] Trong đó: Sp độ chuyển vị pittong R bán kính quay trục khuỷu tham số kết cấu góc quay trục khuỷu Bảng giá trị biểu thức: [(1 - cos) + *(1 cos(2*))] Đồ thị biểu chuyển Tốc độ vp = 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 0.019 0.074 0.163 0.281 0.424 0.589 0.759 0.937 1.114 1.284 1.443 1.586 1.710 1.813 1.895 1.953 1.988 *sin2) Trong đó: v: vận tốc pittong (m/s) 360 350 340 330 320 310 300 290 280 270 260 250 240 230 220 210 200 190 180 diễn độ dịch pittong pittong R*(sin + Thiết kế môn học động đốt Phạm văn Hùng Bảng giá trị biểu thức: (sin + *sin2) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 0.213 0.415 0.599 0.755 0.878 0.965 1.013 1.024 0.946 0.866 0.767 0.650 0.530 0.401 0.269 0.135 360 350 340 330 320 310 300 290 280 270 260 250 240 230 220 210 200 190 180 Đồ thị biểu diễn vận tốc pittong v p v v p1 v 30 60 90 120 150 180 p2 210 240 270 300 330 360 độ 3.Gia tốc pittong Jp = R*2*(cos + cos2) Thiết kế môn học động đốt Phạm văn Hùng Trong đó: Jp : gia tốc pittong Bảng giá trị biểu thức: (cos + cos2) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 1.199 1.115 0.980 0.806 0.603 0.386 0.167 - 0.040 - 0.228 - 0.215 - 0.517 - 0.614 - 0.682 - 0.726 - 0.652 - 0.765 - 0.770 - 0.772 Đồ thị biểu diễn gia tốc 360 350 340 330 320 310 300 290 280 270 260 250 240 230 220 210 200 190 180 Thiết kế môn học động đốt Phạm văn Hùng Jp Jp Jp1 Jp2 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 Độ II Tính toán động lực học Khái quát Khi động việc, cấu trục khuỷu - truyền (CCTKTT) nói riêng động nói chung chịu tác dụngcủa lực nh lực khí thể, lực quán tính, trọng lực lực ma sát tính toán động lực học, ta xét lực có giá trị lớn lực khí thể lực quán tính Mục đích việc tính toán động lực học xác định lực hợp lực hai loại lực tác dụng lên CCTKTT mô men chúng sinh để làm sở cho việc tính toán cân động cơ, tính toán sức bền chi tiết, nghiên cứu trạng thái mài mòn tính toán dao động xoắn hệ trục khuỷu Việc khảo sát động lực học đợc dựa phơng pháp quan điểm học lý thuyết Các lực mô men tính toán động lực học đợc biểu diễn dới dạng hàm số góc quay trục khuỷu quy ớc pittong điểm chết = 00 Ngoài ra, lực thờng đợc tính với đơn vị diện tích đỉnh pittong Về sau cần tính giá trị thực lực, ta nhân giá trị áp suất với diện tích tiết diên ngang đỉnh pittong Dựng đồ thị véctơ phụ tải Thiết kế môn học động đốt Phạm văn Hùng Đồ thị véctơ phụ tải đồ thị biểu diễn tác dụng lực lên bề mặt làm việc vị trí khác trục khuỷu Các bề mặt làm việc quan trọng động gồm bề mặt chốt khuỷu, cổ trục, bạc, lót đầu to truyền bạc lót ổ trục Đồ thị vectơ phụ tải dùng để: Xác định phụ tải nhằm xem xét quy luật mài mòn bề mặt làm việc Xác định khu vực chịu lực bé trung bình nhằm đánh giá nhằm chọn vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn Xác định đơn vị phụ tải lớn trung bình nhằm đánh giá mức độ va đập Để dựng đồ thị ấy, trớc tiên ta phải xác định lực tác dụng: lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z lực li tâm Pk khối lợng m2 gây Sau có đồ thị lực khí thể P = (P - P 0)* theo góc quay xác định đợc biến thiên lực quán tính chuyển động tịnh tiến: Pj = - mj * R * * (cos + cos2) Cộng hai đồ thị lại đợc biến thiên lực P theo Tiếp theo xác định đợc biến thiên lực tiếp tuyến: T = lực pháp tuyến Z = Lực quán tính khối lợng truyền quy dẫn tâm đầu to truyền, tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu: PR2 = m2* R * Đồ thị vectơ phụ tải tác dụng bề mặt chốt khuỷu đợc vẽ với giả thiết trục khuỷu đứng yên xi lanh quay với vận tốc trục khuỷu nhng theo chiều ngợc lại Hợp lực Q lực tác dụng lên bề mặt chốt khuỷu: = ++ Thiết kế môn học động đốt Phạm văn Hùng Từ đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên bề mặt chốt khuỷu ta có thwr triển khai thành đồ thị Qck - sau tính giá trị trung bình Qtb sở xác định đợc hệ số va đập bề mặt tơng tác Tính toán thực tế cho động với thông số cho a Vẽ đồ thi công P - V Thể tích làm việc xilanh Vs Vs = = = 6.68*10-4 (m3) Dung tích buồng cháy: Vc = = = 0.835*10-4 (m3) Thể tích xilanh: Va = Vs + Vc = 6.68*10-4 + 0.835*10-4 = 7.515*10-4(m3) Chỉ số nén đa biến trung bình n1: Pc = Pa*n n1 = = = 1.23 Pa = 0.8 (KG/cm2) = 0.08 (MPa) Pc = 12 (KG/cm2) = 1.2 (MPa) Pb = (KG/cm2) = 0.3 (MPa) Pz = 48 (KG/cm2) = 4.8 (MPa) Pr = 1.5 (KG/cm2) = 0.15 (MPa) Po = (at) = 0.1 (MPa) Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2: Pb = Pz*()n , chọn = Lập bảng: i *Vc n2 = = = 1.26 i= i Px n = (MPa) ()n Px d = Pz*()n (MPa) 1.2 0.51 0.31 0.22 0.17 0.13 0.11 0.09 0.42 0.25 0.17 0.13 0.11 0.09 0.07 4.8 2.02 1.2 0.84 0.63 0.53 0.43 0.34 n1 2.35 3.86 5.5 7.24 9.06 10.95 12.90 Thiết kế môn học động đốt 14.92 0.08 Phạm văn Hùng 0.06 0.3 Chọn hệ trục toạ độ P - V nh vẽ với gốc toạ độ 0, tỷ lệ xích p=0.016 (MPa/mm) p = 0.036*10-4(m3/mm) với thông số ta tiến hành vẽ đồ thị công: Hiệu chỉnh đồ thị công Bán kính vòng tròn bric Rb = 92.7(mm) Tham số kết cấu: = Khoảng di chuyển : oo= R* = = 10.6 (mm Hiện chỉnh điểm c, : Góc đánh lửa sớm = 200 ,, Hiện chỉnh điểm c ,, : Pc = 1.25Pc =1.25*1.2 =1.5 (MPa) Dùng đờng tròn bric để hoàn chỉnh đồ thị công Hiệu chỉnh điểm r , : Góc mở sớm van nạp : =100 a , : Góc đóng muộn van nạp : = 400 r ,, : Góc đóng muộn van thải : = 100 b: Góc mở sớm van thải : = 100 Hiệu chỉnh điểm Z : áp suất cực đại động Pz đặt sau điểm chết 13o góc quay trục khuỷuyu z = 13o b Vẽ đồ thị J = J( ) phơng pháp tô lê Chọn Mj = 76 (m/s2/mm) Ta có = = 0.228 => - = - 0.228 = 0.772 => + = + 0.228 = 1.228 => Jmax =2 *R*( +) = 565.22 * 52.5 * 10-3 * 1.228 = 20595 (m/s2) => AG = = 271 Jtb = -3 * 565.22 * 52.5 * 10-3 * 0.23 = -11471.5 (m/s2) => EF = 151 (mm) Jmin = -2 *R*( - ) = -565.22 * 52.5 * 10-3 * 0.77 = 12947.3 (m/s2) Thiết kế môn học động đốt Phạm văn Hùng => BD = = 170 (mm) Chọn trục AB trùng với đờng P0 đồ thị công AB = 2Rb Vẽ đồ thị J = J( ) Từ đồ thị J = J( ) vừa đợc vẽ phơng pháp tô lê với tỷ lệ xích Mj ta lấy đối xứng qua trục qua trục AB đợc đồ thị J = J() với tỷ lệ xích Vẽ đồ thị -Pj = P() Từ đồ thị - J = J() vừa dựng bên nhờ quan hệ P j = -mJ ta có xây dựng đợc đồ thị -Pj = mj với tỷ lệ xích p j = mj Khi đồ thị - P j đồ thị J vừa vẽ t Ta có mt = mP + 0.28mtt = 0.9 + 0.28*1.6 = 1.348 (kg) Diện tích đỉnh pittông: FD = = = 0.64*10-2 (m2) => Khối lợng đơn vị diện tích đỉnh pittông: m = = = 210.6 (kg/m2) => Tỷ lệ xích đồ thị Pj = f(): P j = m*j = 231.875 * 69 = 0.016 () -Pjmax = m*jmax = 210.6 * 20595 = 4.375 (MPa) => Pjmax = -4.337 (Mpa) -Pjtb = m*jtb =210.6 *(-11471.5) = -2.416 (Mpa) => Pjmin = 2.416 (Mpa) -Pjmin = m*jmin =210.6 * (-12947.3) = -2.727 (Mpa) => Pjmin = 2.727 (Mpa) c Khai triển đồ thị Sử dụng đờng tròn bric để triển khai đồ thị cong đồ thị Pj = P() Dựng hệ trục toạ độ P - đồ thị khai triển, trục tung biểu thị áp suất, trục hoành biểu thị góc quay trục khuỷu với =2(độ/mm) Thiết kế môn học động đốt Phạm văn Hùng Khai triển đồ thị cong P - V ta sử dụng hệ trục P - với trục hoành phần kéo dài đờng P0 trục đồ thị P - V, trục tung có tỷ xích p =0.012() Triển khai đồ thị -Pj = P() ta sử dụng hệ trục toạ độ P - với trục hoành phần kéo dài trục AB, trục tung có tỉ lệ xích p j = 0.039 () Đồ thị khai triển đợc biểu diễn vẽ d Cộng đồ thị P -= Pj + P Đồ thị P đợc biểu diễn hệ toạ độ P - với trục tung trùng với trục tung đồ thị trên, có tỷ lệ xích p = 0.026 (), trục hoành đợc chọn vị trí nh vẽ với tỷ lệ xích = (độ/mm) e Vẽ đồ thị T Z T = P* Z = P* Lập bảng (Trang bên) 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 P (MPa) -4.288 -3.48 -1.376 +0.768 +2.128 +2.592 +2.688 +2.624 +2.16 +0.832 -1.216 -2.968 -2.928 +0.599 +0.967 +1 +0.765 +0.4 -0.4 -0.765 -1 -0.967 -0.599 T (MPa) -2.085 -1.331 +0.768 +1.628 +1.0368 -1.05 -1.6524 -0.832 +1.176 1.778 10 +1 +0.809 +0.325 -0.234 -0.675 -0.924 -1 -0.924 -0.675 -0.234 +0.325 +0.809 +1 Z (MPa) -4.288 -2.815 -0.4472 -0.18 -1.4364 -2.395 -2.688 -2.425 -1.458 -0.195 -0.3952 -2.401 -2.928 Thiết kế môn học động đốt 373 380 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 +0.288 +0.24 -0.832 -0.42 +1.328 +2.44 +2.832 +2.88 +2.768 +2.272 +1.024 -1.312 -3.448 -4.288 +0.275 +0.42 +0.599 +0.967 +1 +0.765 +0.4 -0.4 -0.765 -1 -0.967 -0.599 +0.0792 +0.1008 -0.4984 -406 +1.328 +1.873 +1.1328 -1.1072 -1.7381 -1.024 +1.269 +2.065 Phạm văn Hùng +0.963 +0.913 +0.809 +0.325 -0.234 -0.675 -0.924 -1 -0.924 -0.675 -0.234 +0.325 +0.809 +1 +0.28 +0.22 -0.6731 -0.135 -0.311 -1.6524 -2.617 -2.88 -2.558 -1.534 -0.24 -0.4264 -2.79 -4.288 Vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu: Dựng hệ trục toạ độ T - Z có gốc chiều dơng của trục OZ hớng xuống dới, trục O1T hớng từ trái qua phải Trên trục O1Z ta dời gốc theo chiều dơng khoảng: Lực quán tính khối lợng chuyển động truyền: Pk0 =-m2 * R * Trong đó: m2 = = (kg/m3) => Pk0 = 180 * 52.5 *10-3 * 565.22 (MPa) Chọn tỷ lệ xích z = 0.032 () z = 0.032 () => Khoảng dời LP x0 = 94.3 (mm) Lập bảng(trang bên) 11 Thiết kế môn học động đốt Bảng quan hệ T-Z 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 370 173 380 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 T (mm) -65.2 -41.6 +24 +51 +32.4 -33 -51.6 -26 +37 +56 +2 +2.5 +3.2 -15.6 -13 +41.5 +58.5 35.4 -34.6 -54.3 -32 +40 +64.5 f Vẽ đồ thị Q - 12 Phạm văn Hùng Z(mm) -134 -88 -14 -5.63 -45 -75 -84 -76 -45.6 -6 -12 -75 -91.5 +83 +9 +7 -21 -4.3 -10 -52 -82 -90 -80 -48 -7.5 -13 -87 -134 Thiết kế môn học động đốt Phạm văn Hùng Từ đồ thị phụ tải tác dụng lên cổ biên ta lập đợc quan hệ Q lực tổng hợp tác dụng lên cổ biên Q - , =++ =+ Trên đồ thị lực tổng hợp đợc xác cách: với góc quay trục khuỷu ta xác định đợc điểm Ptt tơng ứng đồ thị, sau nối điểm Ptt với tâm cổ biên giả định D ta xác định đợc véc tơ DPtt biểu diễn tổng hợp tác dụng lên cổ biên thời điểm ứng với góc quay trục khuỷu Sau xác định đợc quan hệ Q - ta tiến hành xây dựng đợc đồ thị Q- nh vẽ Căn đồ thị Q - ta tiến hành xác định Qtb: Qtb = ; Trong Sđt = 50345 (mm2) L = 360 (mm) => Qtb = = 134.85 (mm) Do hệ số va đập: = = = 1.63 Vậy = 1.63 [...]... -2.558 -1.534 -0.24 -0.4264 -2.79 -4.288 Vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu: Dựng hệ trục toạ độ T - Z có gốc 0 1 và chiều dơng của của trục OZ hớng xuống dới, còn của trục O1T hớng từ trái qua phải Trên trục O1Z ta dời gốc theo chiều dơng một khoảng: Lực quán tính của khối lợng chuyển động của thanh truyền: Pk0 =-m2 * R * 2 Trong đó: m2 = = (kg/m3) => Pk0 = 180 * 52.5 *10-3 * 565.22 (MPa) Chọn... -10 -52 -82 -90 -80 -48 -7.5 -13 -87 -134 Thiết kế môn học động cơ đốt trong Phạm văn Hùng Từ đồ thị phụ tải tác dụng lên cổ biên ta lập đợc quan hệ Q là lực tổng hợp tác dụng lên cổ biên Q - , trong đó =++ =+ Trên đồ thị thì lực tổng hợp đợc xác bằng cách: với góc quay trục khuỷu ta xác định đợc điểm Ptt tơng ứng trên đồ thị, sau đó nối điểm Ptt với tâm cổ biên giả định D ta xác định đợc véc tơ DPtt... khuỷu Thiết kế môn học động cơ đốt trong Phạm văn Hùng Đồ thị mài mòn chốt khuỷu thể hiện trạng thái hao mòn của trục và vị trí chịu tải ít để khoan lỗ dầu Để vẽ đồ thị mài mòn, ta tiến hành vẽ vòng tròn có bán kính R (chọn R= 60(mm)) tợng trng cho chốt khuỷu, sau đó chia vòng tròn thành 24 phần đều nhau và đợc đánh số thứ tự nh bản vẽ (trang bên) Tiến hành lập bảng tính tại mỗi điểm với giả thiết phạm... biểu diễn tổng hợp tác dụng lên cổ biên tại thời điểm ứng với góc quay của trục khuỷu Sau khi xác định đợc quan hệ Q - ta tiến hành xây dựng đợc đồ thị Q- nh trên bản vẽ Căn cứ đồ thị Q - ta tiến hành xác định Qtb: Qtb = ; Trong đó Sđt = 50345 (mm2) L = 360 (mm) => Qtb = = 134.85 (mm) Do đó hệ số va đập: = = = 1.63 Vậy = 1.63 Pk0 = 180 * 52.5 *10-3 * 565.22 (MPa) Chọn tỷ lệ xích z = 0.032 () và z = 0.032 () => Khoảng dời LP x0 = 94.3 (mm) Lập bảng(trang bên) 11 Thiết kế môn học động cơ đốt trong Bảng quan hệ T-Z 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 370 173 380 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 T (mm) 0 -65.2 -41.6 +24 +51 +32.4 0 -33 -51.6 -26 +37 +56... mài mòn chốt khuỷu Từ đồ thị mài mòn cho thấy cung T12P là tập hợp các điểm chịu tải nhỏ nhất của chốt khuỷu, nh vậy ta có thể chọn một điểm trong cung này để làm vị trí khoan lỗ đầu 14 Thiết kế môn học động cơ đốt trong 15 Phạm văn Hùng ... pittong: Sp = R*[(1 - cos) + (1 cos(2*))] Trong đó: Sp độ chuyển vị pittong R bán kính quay trục khuỷu tham số kết cấu góc quay trục khuỷu Bảng giá trị biểu thức: [(1 - cos) + *(1 cos(2*))] Đồ... 330 360 độ 3.Gia tốc pittong Jp = R*2*(cos + cos2) Thiết kế môn học động đốt Phạm văn Hùng Trong đó: Jp : gia tốc pittong Bảng giá trị biểu thức: (cos + cos2) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100... theo góc quay xác định đợc biến thiên lực quán tính chuyển động tịnh tiến: Pj = - mj * R * * (cos + cos2) Cộng hai đồ thị lại đợc biến thiên lực P theo Tiếp theo xác định đợc biến thiên lực tiếp