THIẾT KẾ MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

T k m h động đốt nguyễn xuân hoàng 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/m ) Chiều dài truyền L(mm) Khối lợng truyền mtt(kg/m ) Công suất động Ne(ml) Số vòng quay n (v/p) Tỷ số nén Số xi lanh i Vận tốc góc (rad/s) 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 () Bài làm: Xác định tham số kết cấu : = Trong đó: L = 147 (mm) R== = 70 = 35 (mm) 35 = 147 4.2 82 70 120 147 180 75 5600 8.8 586.43 25o 10o 45o 55o 10o 0.88 16.5 53 3.65 1.25 T k m h động đốt nguyễn xuân hoàng 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 Chuyển vị pittong: Sp = R.[(1 - cos) + (1 cos2)] Trong đó: Sp độ chuyển vị pittong R bán kính quay trục khuỷu tham số kết cấu góc quay trục khuỷu Vẽ đồ thị Sp =f1 () theo phơng pháp Bơ ric Vẽ ddueoengf tròn tâm bán kính R bán kính quay trục khuỷu Dựng hệ trục toạ độ Sp0 với trục 0Sp hớng xuống dới , trục nằm ngang nh hình vẽ T tâm vòng tròn lấy đoạn 00 phía ĐCD : 00= R Từ kẻ đờng thawngrsong song với tâm má khuỷu cắt vóng tròn M Hạ MC thẳng góc với 0A Ta có : AC=Sp x o o T k m h động đốt nguyễn xuân hoàng Đồ thị biểu diễn độ dịch chuyển pittong Tốc độ pittong vp = R(sin + sin2 ) Trong đó: v: vận tốc pittong (m/s) Vẽ đồ thị vp f2() Đồ thị biểu diễn vận tốc pittong Vẽ vòng tròn tâm có bán kính R = R đồng tâm với nửa vòng tròn có bán kính R1 =R Chia nửa vòng tròn R1 vòng tròn R2 thành nhiều phần , đánh số từ 1,2,n 1,2,n theo chiều nh hình vẽ (ở n=8) Từ điểm 0,1,2,3kẻ đờng thẳng góc với AB cắt đờng song song với AB kẻ t 0,1,2,3tạI đIúm a,b,cNối 0,a,b,cbằng đ ờng cong ta đợc đờng biểu diễn trị số tốc độ Các đoạn thẳng a1,b2,c3 đ ờng cong 0,a,b,cvới nửa đờng trỏn R1 biểu diễn trị số tốc độ góc tơng ứng 3.Gia tốc pittong Jp = R.2.(cos + cos2) Trong đó: Jp : gia tốc pittong Vẽ đồ thị gia tốc phơng pháp tolê Lấy đoạn thẳng AB =S=2R ĐCD ĐCT T k m h động đốt nguyễn xuân hoàng Từ A dựng đoạn thẳng AC = Jmax= R.2.(1 + ) Từ B dựng đoạn thẳng BD = Jmin= R.2.(1 - ) Đồ thị biểu diễn gia tốc Nối CD cắt AB E Lấy EF= - 3.R.2 Nối CF DF ,phân đoạn CF DF thành đoạn nhỏ nhau,đánh số từ 1,2,3,4và 1,2,3,4,nh hinh vẽ Nối 11,22,33 Đờng bao đoạn thẳng biểu thị quan hệ hàm số J =f3() 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 ĐCT = 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 T k m h động đốt nguyễn xuân hoàng 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) D 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= P sin( + ) P cos( + ) lực pháp tuyến Z = cos cos Lực quán tính khối lợng truyền quy dẫn tâm đầu to truyền, tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu: PR2 = m2 R T k m h động đốt nguyễn xuân hoàng 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: = ++ 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 Q tb 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 = D S 3,14.0,082.0.,7 = = 3,69.10-4 (m3) 4 Dung tích buồng cháy: Vc = = 3,69.10 = 0,473.10-4 (m3) 8.8 Thể tích xilanh: Va = Vs + Vc = 3,69.10-4 + 0,473.10 = 4,16310-4(m3) Chỉ số nén đa biến trung bình n1: Pc = Pa. n1 n1 = = 16,5 0,88 = 1,35 ln 8,8 ln Với giá trị áp suất cho Pa = 0.88 (KG/cm2) = 0.088 (MPa) Pc = 16,5 (KG/cm2) = 1,65 (MPa) Pb = 3,65(KG/cm2) = 0,365 (MPa) Pz = 53 (KG/cm2) = 53 (MPa) T k m h động đốt nguyễn xuân hoàng Pr = 1,12 (KG/cm2) = 0,112 (MPa) Po = (at) = 0.1 (MPa) Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2: Pb = Pz.()n , chọn = 0,365 5,3 = 1,23 ln 8,8 ln Lập bảng: x.Vc 8.8 n2 = = x= xn 1 2,55 4,4 6,55 8.78 11.23 13.83 16.86 Pc Px n = x n1 (MPa) n ) x Px d = Pz.( x )n (MPa) 0.42 0.259 0.182 0.138 0.11 0.09 0.077 5.3 2.259 1.372 963 0.732 0.585 0.484 41 0.365 ( 1.65 0.647 0.374 0.254 0.188 0.147 0.119 0.1 0.088 Chọn hệ trục toạ độ P - V nh vẽ với gốc toạ độ 0, tỷ lệ xích p=0.01472 (MPa/mm) p = 0,01735.10-4(m3/mm) với thông số ta tiến hành vẽ đồ thị công: Hiệu chỉnh đồ thị công S = 35(mm) Bán kính vòng tròn bric Rb = Tham số kết cấu: = 4,2 T k m h động đốt nguyễn xuân hoàng 106,365 = 1266 (mm) 4,2.2 Khoảng di chuyển : oo= R = Hiện chỉnh điểm c, : Góc đánh lửa sớm = 250 Hiện chỉnh điểm c ,, : Pc = 1,25Pc =1,25.1,65 =2,06 (MPa) Hiệu chỉnh điểm r , : Góc mở sớm van nạp : =100 ,, a , : Góc đóng muộn van nạp : = 450 r ,, : Góc đóng muộn van thải : = 100 b: Góc mở sớm van thải : = 550 Hiệu chỉnh điểm Z : áp suất cực đại động Pz đặt sau ĐCT 15o góc quay trục khuỷu z = 13o b Vẽ đồ thị J = J( ) phơng pháp tô lê Chọn j = 87,5 (m/s2/mm) Ta có = 4,2 = 0.238 => - = - 0.238 = 0.762 => + = + 0.238 = 1.238 => Jmax =2 R.( +) = 586,432 35 10-3 1,238 = 14901,2 (m/s2) => AG = J max = 170,3 àj Jtb = -3 586,432 35 10-3 0.238 = 8594 (m/s2) => EF = 98,2 (mm) Jmin = -2 R.( - ) = -586,432 35 10-3 0,762 = -9171,82 (m/s2) => BD = = 104,8 (mm) Chọn trục AB trùng với đờng P0 đồ thị công AB = 2Rb Vẽ đồ thị J = J( ) T k m h động đốt nguyễn xuân hoàng 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 = 120 + 0,28 180 = 165 (kg/m ) mj = mt 165 = =16,82 g 9.81 kg / m m/s MPa ; mj =0,0001682 m/s => Tỷ lệ xích đồ thị Pj = f(): P j = mj.j = 0,0001682 87,5 = 0.01472 ( ) -Pjmax = mj.jmax = 0,0001682 14901,2 = 2,5 ( MPa ) => Pjmax = 2,5 ( Mpa ) -Pjtb = mj.jtb =0,0001472 (- 8594) = -1,265 (Mpa) => Pjmin = 1,265 (Mpa) -Pjmin = mj.jmin =0,0001472 ( -9171,82 ) = -1,35 ( Mpa ) => Pjmin = 1,35 ( 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) T k m h động đốt nguyễn xuân hoàng 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 =0.01472 ( ) 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 = 0,01472 ( ) Đồ thị khai triển đợc biểu diễn vẽ d Cộng đồ thị P = Pj + Pkt 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 = 0.01472 ( ), 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 30 60 90 120 150 180 210 240 P (MPa) -2.488 -1.472 -0.618 0.206 0.854 1.325 1.522 1.34 0.927 0.6038 0.9714 0.7607 0.3962 -0.3962 -0.7607 T (MPa) -0.889 -0.6 0.206 0.65 0.525 -0.53 -0.705 10 0.8061 0.3175 -0.2453 -0.6825 -0.9259 -1 -0.9259 -0.6825 Z (MPa) -2.488 -1.1866 -0.196 -0.05 -0.583 -1.227 -1.522 -1.24 -0.6327 T k m h động đốt 270 300 330 360 375 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 0.324 -0.397 -0.633 -0.564 3.204 1.472 0.515 0.736 1.266 1.486 1.663 1.354 0.927 0.236 -0.648 -1.317 -2.487 -1 -0.9714 -0.6038 0.3185 0.6038 0.9714 0.7607 0.3962 -0.3962 -0.7607 -1 -0.9714 -0.6038 nguyễn xuân hoàng -0.324 0.3856 -0.382 1.02 0.889 0.5 0.736 0.963 0.589 -0.5364 -0.705 -0.236 0.629 0.795 0.2453 0.3517 0.8061 0.9499 0.8061 0.3175 -0.2453 -0.6825 -0.9259 -1 -0.9259 -0.6825 0.2453 0.3517 0.8061 -0.0794 -0.1396 -0.51 -0.564 3.04 1.1866 0.1635 -0.1805 -0.864 -1.376 -1.663 -1.254 -0.663 -0.058 -0.228 -1.062 -2.487 Vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu: Dựng hệ trục toạ độ T - Z có gốc 01 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 kg / m 0.72180 0.72.mtt Trong đó: m2 = = =13,2 9,81 g m/s MPa m/s m2 =0,0001321 => Pk0 = -0,0001321 0,035 586.432 =-1,59 (MPa) Chọn tỷ lệ xích T = 0.02 () Z = 0.02 () => Khoảng dời LP x0 = 79,5 (mm) Lập bảng(trang bên) 11 ; T k m h động đốt nguyễn xuân hoàng Bảng quan hệ T-Z 12 T k m h động đốt 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 375 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 nguyễn xuân hoàng T (mm) -44.44 -30 10.3 32.5 26.3 -26.5 -35.58 -16.2 19.3 19.1 51 44.44 25 36.8 48.2 29.44 -26.8 -36.3 -11.8 31.47 39.76 Z(mm) -12.44 -63.34 -9.81 -2.5 -29.1 -61.34 -76.1 -62.6 -31.6 -3.97 -6.98 -25.5 -28.2 152.2 63.34 8.2 -9 -43.2 -68.8 -83.15 -62.7 -31.6 -2.89 -11.4 -53.1 -124.4 13 T k m h động đốt nguyễn xuân hoàng f Vẽ đồ thị Q - Từ đồ thị phụ tải tác dụng lên cổ biên ta lập đợc quan hệ Q - , Q lực tổng hợp tác dụng lên cổ biên =++ =+ 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 = 32808,17 (mm2) L = 240 (mm) 14 T k m h động đốt => Qtb = nguyễn xuân hoàng 32808.17 = 136.7 (mm) 240 Do hệ số va đập: = = 203.9 = 1.49 136.7 Vậy = 1.49 Đảm bảo bền 2.Tính sức bền má khuỷu : ứng suất uốn má khuỷu : M u Z '.b' = u = Wux hb (MN/ m2 ) b,h chiều dày ,chiều rộng má hình chữ nhật b=0,054 (m) ;h=0,17 (m) 0,01232.0,054' => u = 2.0,24.0,054 =3,775 (MN/ m2 ) ứng suất nén má khuỷu 0,01232 Z n = = =0,475 (MN/ m2 ) , 054 , 24 2hb Z = Z = ứng suất tổng cộng : = u + n =3,8 < [] =(80-120) MN/ m2 => Đảm bảo bền 19 (MN/ m2 ) T k m h động đốt nguyễn xuân hoàng 3.Tính sức bền cổ trục : ứng suất uốn cổ trục khuỷu : Z '.b' u = (MN/ m2 ) Wu 3,14 0,225 0,088 Wu = =1,09.10-3 (m3) 32 0,225 0,01232,0,0715 u = = 0,4 (MN/ m2 ) 2.1,09.10 u < [u] =(50-80) (MN/ m2) => Đảm bảo bền 20 [...]... khối lợng chuyển động của thanh truyền: Pk0 =-m2 R 2 kg / m 2 0.72180 0.72.mtt Trong đó: m2 = = =13,2 2 9,81 g m/s MPa 2 m/s m2 =0,0001321 => Pk0 = -0,0001321 0,035 586.432 =-1,59 (MPa) Chọn tỷ lệ xích T = 0.02 () và Z = 0.02 () => Khoảng dời LP x0 = 79,5 (mm) Lập bảng(trang bên) 11 ; T k m h động cơ đốt trong nguyễn xuân hoàng Bảng quan hệ T-Z 12 T k m h động cơ đốt trong 0 30 60 90... Q- nh trên bản vẽ Căn cứ đồ thị Q - ta tiến hành xác định Qtb: Qtb = ; Trong đó Sđt = 32808,17 (mm2) L = 240 (mm) 14 T k m h động cơ đốt trong => Qtb = nguyễn xuân hoàng 32808.17 = 136.7 (mm) 240 Do đó hệ số va đập: = = 203.9 = 1.49 136.7 Vậy = 1.49 Đảm bảo bền 2 19 (MN/ m2 ) T k m h động cơ đốt trong nguyễn xuân hoàng 3.Tính sức bền của cổ trục : ứng suất uốn cổ trục khuỷu là : Z '.b' u = (MN/ m2 ) Wu 3,14 0,225 4 0,088 4 Wu = =1,09.10-3 (m3) 32 0,225 0,01232,0,0715 u = = 0,4 (MN/ m2... vòng tròn có bán kính R (chọn R= 71(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 vi ảnh hởng của lực tại mỗi điểm là 600 sang 2 phía, với tỷ lệ xích đợc chọn là Qm=1() ta xác định đợc độ dài các đoạn thẳng biểu diễn giá trị Q tại các điểm chia tơng ứng Sau khi xác định đợc