THIẾT KẾ MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Thiết kế môn học Động đốt Đề : Vẽ trục khuỷu tính trục khuỷu trớc khởi động Kiểu động IAMZ-236 chữ V Đờng kính xi lanh (mm) D 140mm Hành trình píton (mm) S 130mm Số xy lanh i Công suất Ne 170 mã lực Tỷ số nén 16 Số vòng quay n 2020 vòng/phút Suất tiêu hao nhiên liệu ge(g/ml.h) 180 g/ml.h Xúppáp nạp mở sớm 200 Xúppáp nạp đóng muộn 560 Xúppáp thải mở sớm 560 Xúppáp thải đóng muộn 200 Góc phun sớm nhiên liệu s 200 áp suất cuối hành trình nạp pa 0.086 Mpa áp suất khí sót pr 0.105 Mpa âp suất cuối hành trình nén pc 3.83 Mpa âp suất cuối hành trinh cháy pz 5.954 Mpa áp suất cuối hành trình dãn nở pb 0.34 Mpa Khối lợng nhóm piston mnp 2.3 kg Khối lơng nhóm truyền mtt 3.2 kg Lu Duy Tõn Lớp : Máy động lực K49 Thiết kế môn học Động đốt Nôi dung thuyết minh: Phần I tính toán động học - = = 211,53 (rad/s) Với n = 2020 (v/p) S -R= = 65 mm - Chọn = 1/4 tham số kết cấu I-1.Công thức tính độ dịch chuyển Piston: Sp = Sp1 + Sp2 = R.(1- Cos) + (1- Cos2)]; với: Sp1 = R.(1- Cos); Sp2 = R (1- Cos2); hay Sp = f1() Ta có bảng số liệu sau: Lu Duy Tõn Lớp : Máy động lực K49 Thiết kế môn học Động đốt Bảng tính độ dịch chuyển Piston Lu Duy Tõn S 1(m m) S2(mm) S (m m) 0 0 15 2.21 0.54 2.75 30 8.71 2.03 10.74 45 19.04 4.06 23.1 60 32.5 6.09 38.59 75 48.18 7.58 55.76 90 65 8.13 73.13 105 81.82 7.58 89.4 120 97.5 6.09 103.59 135 110.96 4.06 115.02 150 121.29 2.03 123.32 165 127.79 0.54 128.33 180 130 130 195 127.79 0.54 128.33 210 121.29 2.03 123.32 225 110.96 4.06 115.02 240 97.5 6.09 103.59 255 81.82 7.58 89.4 270 285 300 315 330 345 360 65 48.18 32.5 19.04 8.71 2.21 8.13 7.58 6.09 4.06 2.03 0.54 73.13 55.76 38.59 23.1 10.74 2.75 Lớp : Máy động lực K49 Thiết kế môn học Động đốt I-2 Công thức tính vận tốc Piston : Vp = Vp1+Vp2 = R..[Sin + Vp2 = R..Sin2 Sin 2] ; với Vp1 = R..Sin ; hay V = f2() b) Vẽ đồ thị V = f2( ) phơng pháp giải tích -Dựa vào bảng số liệu sau: Bảng tính độ dịch chuyển Piston V1(mm/s) V2(mm/s) V(mm/s) 0 0 15 3.56 0.86 4.42 30 6.87 1.49 8.36 45 9.72 1.72 11.44 60 11.9 1.49 13.39 75 13.28 0.86 14.14 90 13.75 13.75 105 13.28 -0.86 12.42 120 11.91 -1.49 10.42 135 9.73 -1.72 8.01 150 6.89 -1.49 5.4 165 3.58 -0.86 2.72 180 0.02 0.02 195 -3.54 0.86 -2.68 210 -6.85 1.49 -5.36 225 -9.7 1.72 -7.98 240 -11.89 1.49 -10.4 255 -13.27 0.86 -12.41 270 285 300 315 330 345 360 -13.75 -13.29 -11.93 -9.75 -6.91 -3.6 -0.04 -0.86 -1.49 -1.72 -1.49 -0.86 -13.75 -14.15 -13.42 -11.47 -8.4 -4.46 -0.04 Lu Duy Tõn Bảng giá trị tốc độ piston Lớp : Máy động lực K49 Thiết kế môn học Động đốt I.3 công thức tính gia tốc píston a) Vẽ đồ thị gia tốc phơng pháp giải tích jp = jp1 + jp2 = R.2.(cos+.cos2) với : jp1 = R.2.cos ; jp2 = R.2.cos hay j = f3(); I Bảng tính độ dịch chuyển Piston Lu Duy Tõn J1(mm/s.s) J2(mm/s.s) J(mm/s.s) 2908.42 727.11 3635.53 15 2809.32 629.69 3439.01 30 2518.77 363.55 2882.32 45 2056.56 2056.56 60 1454.21 -363.55 1090.66 75 752.75 -629.69 123.06 90 -727.11 -727.11 105 -752.75 -629.69 -1382.44 120 -1454.21 -363.55 -1817.76 135 -2056.56 -2056.56 150 -2518.77 363.55 -2155.22 165 -2809.32 629.69 -2179.63 180 -2908.42 727.11 -2181.31 195 -2809.32 629.69 -2179.63 210 -2518.77 363.55 -2155.22 225 -2056.56 -2056.56 240 -1454.21 -363.55 -1817.76 255 -752.75 -629.69 -1382.44 270 285 300 315 330 345 360 752.75 1454.21 2056.56 2518.77 2809.32 2908.42 -727.11 -629.69 -363.55 363.55 629.69 727.11 -727.11 123.06 1090.66 2056.56 2882.32 3439.01 3635.53 Lớp : Máy động lực K49 Thiết kế môn học Động đốt Phần II tính toán động lực học 1/ 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 diện ngang đỉnh pittons 2/ Lực khí thể : a Vẽ đồ thi công P - V Thể tích làm việc xilanh Vs Vs = D S 3,14.0,14 2.0.,13 = = 20.10-4 (m3) 4 Dung tích buồng cháy: Vc = VS 20.10 = = 1,33.10-4 (m3) 16 Thể tích xilanh: Va = Vs + Vc = 20.10-4 + 1.33.10 = 21.33.10-4(m3) Chỉ số nén đa biến trung bình n1: Pc = Pa. n1 pc 3.83 ln n1 = pa = 0.086 = 1.37 ln 16 ln ln Với giá trị áp suất cho Lu Duy Tõn Lớp : Máy động lực K49 Thiết kế môn học Động đốt Pa = 0.086 (MPa) Pc = 3.83 (MPa) Pb = 0,34 (MPa) Pz = 5,954 (MPa) Pr = 0.105 (MPa) Po = (at) = 0.1 (MPa) Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2: Pb = Pz.( n ) , chọn = 1.5 pb 0,34 ln p 5,954 n2 = z = = 1,26 1.5 ln ln 16 ln *Dựng đờng nén a-c đờng dãn nở Z-b i n2 la n2 ( ) Pbi = Pz li la n1 PCi = Pa( li ) Chọn hệ trục toạ độ P - V nh vẽ với gốc toạ độ 0, tỷ lệ xích p= 0.02(MPa/mm) p =-4(m3/mm) với thông số ta tiến hành vẽ đồ thị công: - Hiệu chỉnh đồ thị công Bán kính vòng tròn bric Rb = Tham số kết cấu: Lu Duy Tõn = S = 65 mm Lớp : Máy động lực K49 Thiết kế môn học Động đốt R = 8.125(mm) Khoảng di chuyển : oo= R = Hiện chỉnh điểm c, : Góc đánh lửa sớm = 250 Hiện chỉnh điểm c ,, : Pc = 1,25Pc =1,25*3.83MPa) 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/ Khai triển đồ thị công P-V sang đồ thị:P- - Theo phơng pháp Brich ta khai triển đồ thị p-V sang đồ thị P- nh sau : - Dựng đờng tròn Brich có đờng kính 2R = la lc , đờng tròn (O,R); từ O lấy đoạn OO phía điểm chết dới có độ dài OO = R./2 = R/8 Từ O chia nửa vòng tròn thành phần 30o nối 01 , 02 , 03 ,06 lặp lại đến 720o tơng ứng với 24 vị trí Từ O kẻ đờng 01 , 02 , 03 , 024 tơng ứng song song với 01, 02, 03 , 024 Từ , , ,24 dóng lên song song với trục P z cắt đồ thị công 24 vi trí đồ thị công vừa vẽ trớc - Dựng đồ thị P- cách lấy gốc cho trục hoành cao hởn trục hoành đồ thị P-V 1KG/cm2 tơng ứng với mm giấy ô li Chia trục hoành thành 24 phần tơng ứng phần 30o ,từ điểm trục hoành dóng lên điểm đồ thị công (24 điểm đồ thị P-V ) đợc điểm cắt , từ 24 điểm ta nối thành đờng cong đợc đồ thị khí thể Pkt (P-) 3/ Lực quán tính Pj: Pj = -mJp = - mR2(cos + cos2) (KG/cm2) Trong m khối lợng chuyển động tịnh tiến đơn vị diện tích piston m = mp + m1 ; mp: khối lợng nhóm piston Lu Duy Tõn Lớp : Máy động lực K49 Thiết kế môn học Động đốt m1: khối lợng tập trung đầu nhỏ truyền Chọn mnp =2,3 (kg) ; m1 = 0,4.mtt = 0,3*3 = 0,96 (Kg) Diện tich đỉnh pittôn : S = 3,14.(0,13)2/4 = 0.0154(m2) R: Bán kính quay trục khuỷu , R = 130/2 = 65 (mm) = 65.103(m) Khối lợng : m = (2,3+0,96)/0,0132 = 211.,69(kg/m2) :Vận tốc góc trục khuỷu ứng với số vòng quay lớn , = 211,53(rad/s) Qui đổi đơn vị pj = Kg/cm2.m/s2 = N/cm2 = KG/cm2.10-1 = 10-1MPa Vậy m = 247(Kg/m2) pj(KG/m2) Từ ta có bảng tính giá trị lực quán tính : Pj = -m.Jp (KG/m2) J (m/s.s) m(kg/m.m) Pj = -m.Jp (KG/cm ) J (m/s.s) Pj = -m.Jp (KG/cm ) 3635.53 211.69 -34.98 390 2970.28 -33.35 30 2657.04 211.69 -25.57 420 2111.68 -23.71 60 780.74 211.69 -7.51 450 -189.11 2.12 90 -391.51 211.69 3.77 480 -2167.74 24.34 120 -926.1 211.69 8.91 510 -2586.18 29.04 150 -1923.72 211.69 18.51 540 -2212.22 24.84 180 -3208.89 211.69 30.88 570 -2188.03 24.57 210 -3228.55 211.69 31.07 600 -2035.52 22.85 240 -1427.26 211.69 13.73 630 -569.67 6.4 270 712.38 211.69 -6.85 660 1797.52 -20.18 300 1688.06 211.69 -16.24 690 3199.1 -35.92 330 1886.41 247 -21.18 720 2811.74 -31.57 360 2429.64 247 -27.28 4/ Tổng hợp lực khí thể lực quán tính : P = PKT + Pj Lu Duy Tõn Lớp : Máy động lực K49 Thiết kế môn học Động đốt Dựa vào đồ thị khai triển (P-) ta đo đợc giá trị lực thể khí PKT góc quay khác trục khuỷu Trên đồ thị P- trục tung chọn tỉ lệ xích = (KG.cm-2/mm) 5/ Xác định biến thiên lực tiếp tuyến T(KG/cm2) lực pháp tuyến Z(KG/cm2): T = P sin( + ) cos( + ) (KG/cm2) ; Z = P (KG/cm2) cos cos = arcsin( sin ) = arcsin( sin ) -*Ta lập bảng tính T Z nh sau : 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 sin( + ) cos cos( + ) cos 7.18 12.5 14.48 12.5 7.18 -7.18 -12.5 -14.48 -12.5 -7.18 7.18 12.5 14.48 12.5 7.18 -7.18 -12.5 -14.48 -12.5 -7.18 0 0.61 0.98 0.76 0.39 -0.39 -0.75 -1 -0.98 -0.61 0.61 0.98 0.76 0.4 -0.39 -0.75 -1 -0.98 -0.61 0.8 0.31 -0.26 -0.69 -0.93 -1 -0.93 -0.69 -0.26 0.31 0.8 0.8 0.31 -0.26 -0.69 -0.93 -1 -0.93 -0.69 -0.26 0.31 0.8 P -11.5 -10 -5 0.25 3.75 5.25 5.5 5.625 4.75 -0.75 3.25 42.37 15.25 3.5 5.25 7.625 7.125 6.375 4.625 1.375 -3.75 -9.125 -11.25 T -6.1 -4.9 0.25 2.85 2.05 -2.19 -3.56 -2 0.74 -1.98 9.3 3.43 5.25 5.32 3.05 -2.49 -3.47 -1.38 3.68 5.57 Z -11.5 -8 -1.55 -0.07 -2.59 -4.88 -5.5 -5.23 -3.28 -0.52 -0.23 2.6 42.37 12.2 1.09 -1.37 -4.83 -7.09 -7.13 -5.93 -3.19 -0.36 -1.16 -7.3 -11.5 6/Vẽ đồ thị vec tơ phụ tải tác dụng lên trục khuỷu : Lu Duy Tõn Lớp : Máy động lực K49 10 Thiết kế môn học Động đốt - Vẽ trục tọa độ (O,T,Z) góc tọa độ O , chiều dơng trục T từ trái sang phải trục Z từ xuống dới , trục hoành trục O1T, trục tung trục O1Z - Chọn tỷ lệ xích = (KG.cm-2/mm) - Xác định tâm chốt khuỷu:Từ gốc tọa độ O trục tọa độ TO1Z ta dịch xuống phía dới đoạn PKo, ta xác định đợc điểm O , điểm tâm chốt khuỷu cần tìm PKo lực quán tính khối lợng chuyển động quay truyền tính đơn vị diện tích đỉnh piston (KG/cm2) PKo = -m2.R.2 (KG/cm2) m2 = 0,75.35.10-3 = 26,25.10-3(Kg/cm2) = 26,25.10-4(KG/cm2) PKo = -26,25.10-4.51 10-3 209,442 =-5,87(KG/cm2) Vecs tơ PKO có gốc O , chiều dơng hớng lên Trên toạ độ T-Z xác định giá trị củaT Z góc khác nhau(0 ữ 720o) ; Trị số T Z đợc tính bảng ta đợc điểm 0, 30, 60 .720 Dùng đờng cong nối điểm ta đợc đồ thị vectơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 7/ Khai triển đồ thị (T-Z) sang đò thị (Q- ): Từ điểm O trục tọa độ O1T Z ta vẽ vòng tròn tâm Obán kính , Chia vòng tròn thành 12 phần đánh số thứ tự 1ữ11 Trị số khoảng cách từ O đến điểm trục tọa độ O 1TZ ứng với góc = ữ 720o, giá trị giá trị phụ tải Q (KG/cm2) tác dụng lên chốt khuỷu góc tơng ứng đồ thị (Q-) ta chọn tỉ lệ xích = (KG.cm-2/mm) 8/ Đồ thị mài mòn chốt khuỷu: - Vẽ đờng tròn tợng trng cho vòng tròn chốt khuỷu ( dùng vòng tròn chốt khuỷu đồ thị phụ tải chốt khuỷu thuận tiện chia vòng tròn thành 24 phần ) - Tính hợp lực Qcủa lực tác dụng điểm 0,1,2,3 ghi trị số lực phạm vi tác dụng bảng số liệu ( phạm vi tác dụng giả thiết 120 o , nên tơng ứng với ô bảng) - Cộng trị số Q Dùng tỷ lệ xích thích đáng đặt đoạn thẳng đại biểu cho Q điểm 1, 2, , lên vòng tròn A nh hình vẽ vẽ nh phơng pháp ta có đồ thị mài mòn Cần phải ý hai phơng pháp không Lu Duy Tõn Lớp : Máy động lực K49 11 Thiết kế môn học Động đốt xác , thực tế tác dụng chêm dầu màng dầu nhờn làm cho chốt khuỷu lệch phạm vi tác dụng 120o Hơn trình sử dụng , phụ tải luôn thay đổi , chất lợng dầu nhờn biến dạng chi tiết ảnh hởng đến mài mòn cảu chốt khuỷu nhiều Điều lànm cho đồ thị vẽ không sát với tình hình mài mòn thực tế chốt khuỷu III tính toán sức bền xupap hệ thống phân phối khí Tính sức bền mặt nấm xupap dùng công thức Back , coi mặt nấm xupap nh đĩa tròn đặt tự đế tựa hình trụ ứng suất uốn mặt nấm xupap xác định theo công thức sau: d2 u = pz (KG/cm2) Trong : pz : áp suất khí thể lớn (KG/cm2 ) d : đờng kính trung bình nấm xupap (mm) : chiều dày trung bình nấm (mm); ( = (0,08ữ0,12)dn,với dn đờng kính nấm xupap ) u = 42 65,98 = 137510 (KG/cm2) 0,46 ứng suất uốn cho phép nằm pham vi sau: thép cac bon: [u] = 800KG/cm2 thép hợp kim : [u] = 1200KG/cm2 Nh xupap không thoả mãn điều kiện chịu uốn trục cam trực tiếp dẫn động xupap cần kiểm tra áp suất nén thân xupap chịu mô men uốn áp suất cực đại kiểm tra theo công thức sau: Lu Duy Tõn Lớp : Máy động lực K49 12 Thiết kế môn học Động đốt kmax = pk x dtl : pk: lực tac dụng lên xupap (KG/cm2 ) dt: đờng kính thân xupap (mm) l: chiều dài phần thân tiếp xúc với ống dẫn hớng (mm) x: khoảng cách từ lực tác dụng đến đờng tâm xupap(mm) [kmax] = 20(KG/cm2 ) Kmax l dt sơ đồ tính sức bền xupap Lu Duy Tõn Lớp : Máy động lực K49 13 Thiết kế môn học Động đốt Lu Duy Tõn Lớp : Máy động lực K49 14 [...]... cho phép nằm trong pham vi sau: đối với thép cac bon: [u] = 800KG/cm2 đối với thép hợp kim : [u] = 1200KG/cm2 Nh vậy xupap không thoả mãn điều kiện chịu uốn khi trục cam trực tiếp dẫn động xupap cần kiểm tra áp suất nén của thân xupap khi chịu mô men uốn áp suất cực đại kiểm tra theo công thức sau: Lu Duy Tõn Lớp : Máy động lực K49 12 Thiết kế môn học Động cơ đốt trong kmax = 6 pk x dtl 2 trong đó :... tiếp xúc với ống dẫn hớng (mm) x: khoảng cách từ lực tác dụng đến đờng tâm xupap(mm) [kmax] = 20(KG/cm2 ) Kmax l dt sơ đồ tính sức bền của xupap Lu Duy Tõn Lớp : Máy động lực K49 13 Thiết kế môn học Động cơ đốt trong Lu Duy Tõn Lớp : Máy động lực K49 14 .. .Thiết kế môn học Động cơ đốt trong - Vẽ trục tọa độ (O,T,Z) góc tọa độ O 1 , chiều dơng của trục T từ trái sang phải còn trục Z từ trên xuống dới , trong đó trục hoành là trục O1T, trục tung là trục O1Z - Chọn tỷ lệ xích à = 8 (KG.cm-2/mm) - Xác định tâm chốt khuỷu:Từ gốc tọa... mài mòn Cần phải chú ý rằng cả hai phơng pháp trên đều không chính Lu Duy Tõn Lớp : Máy động lực K49 11 Thiết kế môn học Động cơ đốt trong xác , vì trong thực tế do tác dụng chêm dầu của màng dầu nhờn làm cho chốt khuỷu lệch đi và phạm vi tác dụng cũng không phải là 120o Hơn nữa trong quá trình sử dụng , phụ tải luôn luôn thay đổi , chất lợng cả dầu nhờn và biến dạng của các chi tiết ảnh hởng đến... ấy trong phạm vi tác dụng trên bảng số liệu ( phạm vi tác dụng giả thiết là 120 o , nên tơng ứng với 9 ô trên bảng) - Cộng trị số của Q Dùng tỷ lệ xích thích đáng đặt các đoạn thẳng đại biểu cho Q ở các điểm 1, 2, 3 , lên vòng tròn A nh hình vẽ rồi vẽ nh phơng pháp 1 ta sẽ có đồ thị mài mòn Cần phải chú ý rằng cả hai phơng pháp trên đều không chính Lu Duy Tõn Lớp : Máy động lực K49 11 Thiết kế môn. .. sát với tình hình mài mòn thực tế của chốt khuỷu III tính toán sức bền xupap trong hệ thống phân phối khí Tính sức bền của mặt nấm xupap cũng có thể dùng công thức Back , coi mặt nấm xupap nh một đĩa tròn đặt tự do trên đế tựa hình trụ ứng suất uốn trên mặt nấm xupap xác định theo công thức sau: 1 d2 u = pz 2 (KG/cm2) 4 Trong đó : pz : áp suất khí thể lớn nhất (KG/cm2 ) d : đờng kính trung bình của... khuỷu:Từ gốc tọa độ O 1 của trục tọa độ TO1Z ta dịch xuống phía dới một đoạn PKo, ta xác định đợc điểm O , điểm này chính là tâm chốt của khuỷu cần tìm PKo chính là lực quán tính của khối lợng chuyển động quay của thanh truyền tính trên một đơn vị diện tích đỉnh piston (KG/cm2) PKo = -m2.R.2 (KG/cm2) m2 = 0,75.35.10-3 = 26,25.10-3(Kg/cm2) = 26,25.10-4(KG/cm2) PKo = -26,25.10-4.51 10-3 209,442 =-5,87(KG/cm2)