Đồ án thiết kế động cơ đốt trong DM6-0112

Từ các điểm chia trên đồ thị Brich, dóng các đường thẳng song song với trục OP và cắt đồ thị công tại các điểm trên các đường biểu diễn các quá trình nén, giãn nỡ hoặc thải.. Từ các điểm

I PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN XÂY DỰNG CÁC ĐỒ THỊ

1 Vẽ đồ thị công

1.1 Xây dựng đường công áp suất trên đường nén

Quá trình nén trong động cơ là quá trình nén đa biến : pvn1

Với : Pc=Pa⋅ε 1 : áp suất cuối quá trình nén

pa : áp suất đầu quá trình nénVới động cơ diesel: pa =( 0,90,96)pkChọn pk= 0,14 áp suất không khí nạp

Chọn : pa=0,9.pk= 0,9.0,14= 0,126 (MN/m2)

Theo số liệu cho tỷ số nén : ε =16,5 là động cơ diesel nên:

n1=(1,341,39) Ta chọn n1=1,35Với tỉ số nén ε =16,5 Ta có:

⋅

=Pa

Pc ε 1 =0,126.16,5 1,35 = 5,55(MN/m2)

I.1.2 Xây dựng đường công áp suất trên đường giãn nở.

Quá trình giãn nở đa biến, ta có công thức: pvn2=const

Nếu gọi x là điểm bất kì trên đường giãn nở thì:

5,

16 =

=

=ρ

εδ

n2 : chỉ số giãn nở đa biến Động cơ diesel: n2 = (1,151,25)

Chọn n2=1,2

Áp suất cuối quá trình giãn nở: 0,52

11

3,92 , 1

= n

b

Pz P

I.2 Lập bảng xác định đường nén và đường giãn nở.

Cho i tăng từ 1 đến ε ta có:

Bảng 1:Các điểm áp suất trên đường nén và đường giãn nở

Vx i in1 1/in1 pc*1/in1 in2 1/in2 pz.ρn2/in2

0974 ,

509,1

Vh

(dm3) Nên : va=vh+vc=1,509+0,0974 =1,6064 (dm3)

vh :Thể tích công tác của xi lanh

• b (va; pb) = (1,606 ; 0,52) : Điểm cuối hành trình giãn nở

160.619 2.987 12.342

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

ta được đồ thị công lý thuyết

509,

= hbd bd

Vh S

µ

µ = ⇒ 1,509 0,8035

0097,0.125

V

Sµµ

Đoạn OO’ biểu diễn : ΟΟ ' bd 9 , 723

8035 , 0 2

5 , 62 25 , 0 2

I.4 Hiệu chỉnh đồ thị công:

Xác định các điểm trung gian:

• Trên đoạn cy lấy điểm c" với c"c =

1V c 2V c 3V c 4V c 5V c 6V c 7V c 8V c 9V c 10V c 11V c 12V c 13V c 14V c 15V c 16V c

1

°

1 1

13 14 15 16 17 18

0' 0

r

b a

P

V16,5V c

Hình I.1: Đồ thị công

5 , 62 25 , 0 2

Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị :

30

2200 14 , 3

= 230,27 (rad/s) + Chọn tỷ lệ xích

R2 = R

vt

µ

λω

2

.

02,185.2

25,0.27,230

+ Chia nửa vòng tròn tâm O bán kínhR1 thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ

tự 0;1;2 …18

+ Chia vòng tròn tâm O bán kính R2thành 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

0 1' 2' 3' 4' 5' 6'

7' 8' 9' 18'

17' 16' 15' 14' 13' 12'11' 10'

7

11

12 13 14 15 16 17

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

2 min R .1 62,5.230,27 1 0,25 -2485512,8mm s

BD = jminbd= 48 ( )

5 , 51781

8 , 2485512

min

mm j

Nối C với D Đường thẳng CD cắt trục hoành Ox tại E Từ E lấy xuống

5 , 51781

8 , 2485512

418

1 2 3 4 5 6 6'

5' 4' 3' 2' 1'

Hình I.4: Đồ thị gia tốc j=f(x)

0 MN m2 mm

p

Pj =µ =µ

+ Xác định khối lượng chuyển động tịnh tiến:

m’ = mpt + m1

Trong đó: m’ - Khối lượng chuyển động tịnh tiến (kg)

mpt = 1,7 (kg) - Khối lượng nhóm piston

m1 - Khối lượng thanh truyền qui về tâm chốt piston (kg)

Theo công thức kinh nghiệm:

m1 = (0,275 ÷ 0,350).mtt Lấy m1 = 0,3.2,2 = 0,66(kg)

mtt = 2,2 (kg) - Khối lượng nhóm thanh truyền

 m’ = mpt + m1 = 1,7+0,66 = 2,36(kg)

Để đơn giản hơn trong tính toán và vẽ đồ thị ta lấy khối lượng trên một đơn

vị diện tích của một đỉnh piston:

14,3

36,2

2 3

− =195,52 (kg/m2)

Áp dụng công thức tính lực quán tính: pj = - m.j , ta có:

pjmax = - m.jmax = -195,52.4142,52132 = -809945,7685(N/m2) = -0,81MN/m2)

pjmin = -m.jmin = -195,52.(-2485,5128) = 485976,46(N/m2) = 0,486(MN/m2)

Giá trị biểu diễn của Pjmax:

4,18044,0

81,0

=

P j

P AC

Giá trị biểu diễn của Pjmin:

11044,0

486,0

=

P j

P BD

Nối CD cắt AB tại E Lấy EF:

EF=-3.m.R2 = -3.195,52.0,0625.0,25.230,272

= -485967,46(N/m2) = -0,486(MN/m2) Giá trị biểu diễn EF:

11

044,0

486,0

9 10

11 12

13 14 15 16 17 18

0' 0

r

b a

1 2 3

4 5

Đồ thị - Pj

2.2.2 Khai triển các đồ thị

a) Vẽ và khai triền đồ thị công P-V thành đồ thị công P 1

Vẽ hệ trục vuông góc P-α Trục ngang lấy bằng giá trị Po Trên trục O-α ta chia thành các giá trị góc với các tỷ lệ xích: µα=2 độ/mm Sử dụng đồ thị Brich để khai triển đồ thị P-V thành đồ thị p-α

Từ các điểm chia trên đồ thị Brich, dóng các đường thẳng song song với trục

OP và cắt đồ thị công tại các điểm trên các đường biểu diễn các quá trình nén, giãn

nỡ hoặc thải Qua các giao điểm này ta vẽ các đường ngang song song với trục hoành sang hệ tọa độ P-α Từ các điểm chia trên tọa độ OP, ta kẻ các đường thẳng đứng song song với trục OP, những đường thẳng này cắt các đường nằm ngang tại các điểm tương ứng với các góc chia của đồ thị Brich và phù hợp với các quá trình làm việc của động cơ

Hình I.5: Đồ thị khai triển

2.2.3 Vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến T=f(α), lực pháp tuyến

T

β

βα

Z

ββα

0.40 260 -14.25 -0.94 -0.43 -0.38 -0.17 -0.25 -0.100.36 270 -14.48 -1.00 -0.26 -0.36 -0.09 -0.26 -0.090.31 280 -14.27 -1.03 -0.08 -0.32 -0.02 -0.25 -0.080.23 290 -13.61 -1.02 0.11 -0.23 0.03 -0.24 -0.060.21 300 -12.53 -0.98 0.31 -0.20 0.06 -0.22 -0.050.33 310 -11.07 -0.89 0.49 -0.29 0.16 -0.20 -0.060.58 320 -9.28 -0.77 0.66 -0.45 0.38 -0.16 -0.091.12 330 -7.22 -0.61 0.80 -0.69 0.90 -0.13 -0.142.25 340 -4.95 -0.43 0.91 -0.96 2.04 -0.09 -0.193.77 350 -2.53 -0.22 0.98 -0.83 3.68 -0.04 -0.175.93 360 -0.05 0.00 1.00 -0.02 5.93 0.00 0.008.43 370 2.44 0.21 0.98 1.79 8.25 0.04 0.367.80 380 4.86 0.42 0.91 3.27 7.11 0.09 0.664.93 390 7.14 0.61 0.81 2.98 3.97 0.13 0.623.11 400 9.21 0.76 0.66 2.38 2.07 0.16 0.502.16 410 11.01 0.89 0.50 1.92 1.07 0.19 0.421.59 420 12.48 0.98 0.31 1.55 0.50 0.22 0.351.28 430 13.57 1.02 0.12 1.31 0.15 0.24 0.311.21 440 14.25 1.03 -0.07 1.25 -0.09 0.25 0.311.09 450 14.48 1.00 -0.25 1.09 -0.28 0.26 0.281.02 460 14.27 0.94 -0.42 0.96 -0.43 0.25 0.261.00 470 13.61 0.86 -0.57 0.86 -0.57 0.24 0.240.98 480 12.54 0.76 -0.69 0.74 -0.67 0.22 0.220.98 490 11.09 0.64 -0.79 0.63 -0.77 0.20 0.190.92 500 9.30 0.52 -0.87 0.48 -0.80 0.16 0.150.89 510 7.24 0.39 -0.93 0.35 -0.83 0.13 0.110.86 520 4.97 0.26 -0.97 0.23 -0.83 0.09 0.070.82 530 2.56 0.13 -0.99 0.11 -0.81 0.04 0.040.78 540 0.07 0.00 -1.00 0.00 -0.78 0.00 0.000.64 550 -2.42 -0.13 -0.99 -0.08 -0.64 -0.04 -0.030.57 560 -4.84 -0.26 -0.97 -0.15 -0.55 -0.08 -0.050.52 570 -7.12 -0.39 -0.93 -0.20 -0.48 -0.12 -0.060.48 580 -9.19 -0.51 -0.87 -0.25 -0.42 -0.16 -0.080.47 590 -11.00 -0.64 -0.79 -0.30 -0.37 -0.19 -0.090.43 600 -12.47 -0.75 -0.70 -0.32 -0.30 -0.22 -0.090.38 610 -13.57 -0.85 -0.57 -0.33 -0.22 -0.24 -0.090.29 620 -14.25 -0.94 -0.43 -0.28 -0.13 -0.25 -0.070.21 630 -14.48 -1.00 -0.26 -0.21 -0.05 -0.26 -0.050.11 640 -14.27 -1.03 -0.08 -0.11 -0.01 -0.25 -0.03-0.06 650 -13.62 -1.02 0.11 0.06 -0.01 -0.24 0.01-0.19 660 -12.55 -0.98 0.30 0.19 -0.06 -0.22 0.04-0.33 670 -11.10 -0.90 0.49 0.30 -0.16 -0.20 0.06-0.48 680 -9.32 -0.77 0.66 0.37 -0.31 -0.16 0.08-0.59 690 -7.26 -0.62 0.80 0.37 -0.47 -0.13 0.08-0.67 700 -4.99 -0.43 0.91 0.29 -0.61 -0.09 0.06

-0.74 710 -2.58 -0.22 0.98 0.17 -0.72 -0.05 0.03-0.72 720 -0.09 -0.01 1.00 0.01 -0.72 0.00 0.00

Dựa vào thứ tự làm việc của động cơ để ta xác định các góc làm việc α1, α2,

α3, α4, α5, α6, α7, α8, của các khuỷu Thứ tự làm việc của động cơ là: 1-4-2-6-3-5Vậy góc lệch công tác của động cơ là:

01206

4.180τ180

i

o ct

Góc lệch giữa hai hàng xi lanh: δ=1200

0 7.76 370 40.73 42.77

20 5.87- 500 10.89 260 -8.65 620 6.29- 140 6.38 380 74.22 70.6930

-150 4.98 390 67.84 60.56

40 7.21- 520 5.16 280 -7.20 640 2.57- 160 3.39 400 54.06 45.62

50 5.44- 530 2.50 290 -5.32 650 1.33 170 1.72 410 43.57 38.37

60 - 540 0.06 300 -4.60 66 4.21 18 0.02 420 35.3 32.17

2.83 0 0 1

70 0.10 550 -1.86 310 -6.70 670 6.71 190

1.68

-43

0 29.84 26.41

80 4.01 560 -3.35 320

10.16

-680

8.3

4 200

3.3

-5 440 28.30 23.79

90 6.10 570 -4.57 330

15.61

-690

8.3

0 210

4.95 450 24.73 14.01

-100 7.62 580 -5.61 340

-21.77 700 6.57 220

6.36

-460

-710

3.7

6 230

7.73

-470 19.5

1 -1.49

120 8.39 600 -7.29 360 -0.54 720 0.13 240 8.44- 480 16.82 9

Hình I.7: Đồ thị ΣT

2.2.5 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

Các bước tiến hành: Vẽ trục tọa độ vuông góc Z-T Trục Z có chiều hướng xuống dưới, có gốc là O1

Chọn tỷ lệ xích: µT=µZ=0,044 [

mm m

MN

Đặt các giá trị từ bảng Z, T lên trục tương ứng, với mỗi cặp điểm ta ghi 0, 1,

2, , 72 Nối các điểm đó lại ta có đường của đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

Dịch gốc tọa độ để tìm gốc của tọa độ của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu bằng cách đặt véctơ PRo lên (đại diện cho lực ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu)

Tính giá trị lực của lực quán tính ly tâm:

MN R

3,23030

π.220030

005105,

0Fp

425,0

−

=

−

mm Giá trị dịch chuyển hệ trục trên bản vẽ OO1=9,66 (mm)

Vậy ta xác định được đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Nối O với bất

kỳ điểm nào ta đều có: Q=PRo +T+Z

Q có giá, trị bằng OA , có góc là O và A là một trong các điểm¸ thuộc đường công.

34 -21.77 46.44 -4.42 71 3.76 -16.39 0.76

Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

2.2.6 Vẽ đồ thị tác dụng lên đầu to thanh truyền

+ Các bước tiến hành:

Trên tờ giấy bóng vẽ đầu to thanh truyền (đầu nhỏ hướng xuống dưới).

Vẽ hệ trục Z-T có gốc O trùng với tâm đầu to thanh truyền, chiều dương hướng xuống dưới

Vẽ đường tròn bất kỳ tâm là O Giao điểm của vòng tròn với trục OZ (trên chiều dương) chọn là O’

Trên đường tròn này ta chia thành các góc có giá trị (α+β) và bắt đầu từ điểm O’ theo chiều kim đồng hồ Để đỡ rườm rà ta ghi các điểm chia đó trên vòng tròn là 0o, 10o, 20o, … Góc chia β phụ thuộc vào α và λ cho trong bảng phụ lục

Các bước tiếp theo ta thực hiện trên tờ giấy bóng, đem tờ giấy bóng đặt lên

đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu sao cho tâm O của đầu to thanh truyền trùng với tâm O của chốt khuỷu và trục OZ trùng với đường tâm của thanh truyền

(hướng xuống dưới) Trên tờ giấy bóng hiện lên các số ghi của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Đầu tiên ta đánh dấu điểm O, sau đó xoay tờ giấy bóng theo ngược chiều kim đồng hồ sao cho các tia 0o, 10o, 20o,… lần lượt trùng với OZ và mỗi lần ta lại đánh dấu các điểm hiện lên trên tờ giấy bóng, chẳng hạn: 0, 1, 2, …

và ta ghi 0o, 10o, 20o, Nối các điểm này lại ta được đường công biễu diễn đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền

µT = µZ =0,039 [MN/m2mm]

Xác định chiều và điểm đặt:

Độ lớn của lực là chiều dài của véctơ nối từ tâm O đến bất kỳ vị trí nào của

đồ thị (nhân với tỷ lệ xích) Chiều của lực là chiều từ tâm O hướng ra ngoài

Điểm đặt là giao điểm của véctơ kéo dài vô vòng tròn tượng trưng cho cổ trục

2.2.7 Vẽ đồ thị khai triển Q = f(α)

+ Các bước tiến hành: Chọn hoành độ α Đặt cùng µα với các đồ thị P=f(α), T=f(α), Z=f(α) Lập bảng giá trị của Q theo α bằng cách đo các khoảng cách từ tâm O đến các điểm α trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

Q

Hình I.10: Đồ thị khai triển Q -α

2.2.8 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu

Đồ thị mài mòn chốt khuỷu biểu thị trạng thái mài mòn lý thuyết của chốt khuỷu, từ đó có thể xác định được miền phụ tải bé nhất để khoan lỗ dầu bôi trơn chốt khuỷu

Sỡ dĩ gọi là mài mòn lý thuyết vì khi ta vẽ ta sử dụng giả thuyết sau đây:+ Phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu là phụ tải ổn định ứng với công suất Ne

và tốc độ định mức

+ Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 1200

+ Độ mài mòn tỷ lệ thuận với phụ tải

+ Không xét đến điều kiện công nghệ và sử dụng, lắp ghép, v.v… Ví dụ không xét đến vật liệu, độ cứng bề mặt, độ bóng, dầu mỡ bôi trơn

- Ta tiến hành theo các bước sau:

Chia vòng tròn tượng trưng chốt khuỷu thành 24 phần từ 0, 1, 2, , 24 (24

vẽ trùng với 0)

Từ các điểm chia trên ta gạch các cát tuyến 0O, 1O, 2O, …, 23O cắt đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ở các điểm a, b, c, …

Ta lập được tổng phụ tải tác dụng lên một điểm của chốt khuỷu:

OBOA

∑Giá trị ΣQi ghi vào các ô tương ứng, sau đó cộng tất cả các lực tác dụng tại tất cả các điểm trên bề mặt chốt QΣi.

Chọn đường kính chốt khuỷu vẽ tượng trưng: D = 400 [mm]

Chọn tỷ lệ xích: µΣ Q = 2m mm

MN

2 thể hiện quan hệ mài mòn của phụ tải Sau

đó chuyển ΣQi thành các đoạn thẳng tương ứng trên vòng tròn tượng trưng cho chốt khuỷu đã được chia thành 24 phần

Nối các điểm đầu của các đoạn thẳng đó ta được đường công biễu diễn độ mài mòn ở các vị trí của chốt khuỷu

22 21 20

Đồ thị mài mòn chốt khuỷu

II PHÂN TÍCH ĐỘNG CƠ THAM KHẢO

1 Chọn động cơ tham khảo

Qua các thông số kỹ thuật đề cho, sau một thời gian tìm kiếm các thông số

kỹ thuật của rất nhiều loại động cơ, em tìm được một số động cơ có thể tham khảo cho đồ án, trong đó động cơ D6AC có thông số kỹ thuật gần với đề

1.1 Giới thiệu chung cho xe HUYNDAI DIESEL D6AC

Động cơ D6AC là một trong những động cơ Diesel hiện đại và được sử dụng rộng rải phổ biến nhất hiện nay Động cơ được lắp trên xe HYUNDAI 19 tấn

Xe HYUNDAI có công thức lốp 8 x 4 là loại dùng chở hàng hoá sạch (hoa quả, nước ngọt) chủ yếu chạy trong đường thành thị ngoài ra còn dùng chở khách

và phương tiện khác Xe có kết cấu cứng vững, độ bền và độ tin cậy cao, đầy đủ tiện nghi cho người sử dụng đảm bảo an toàn, kết cấu và hình dáng bên ngoài và nội thất có tính mỹ thuật tương đối cao Được nhập và sử dụng phổ biến ở việt nam trong những năm tháng gần đây

Với trình độ kỹ thuật sản xuất tiên tiến của hãng HYUNDAI đã cho ra đời loại động

cơ D6AC Xe có động cơ D6AC có hiệu suất cao công suất cực đại 340[PS] (tương ứng

ở số vòng quay 2200[vg/ph], Hệ thống làm mát, hệ thống bôi trơn đều được trang

bị đầy đủ và tối ưu Với hệ thống làm mát một vòng tuần hoàn kín và hệ thống bôi trơn cưỡng bức

1.2 Thông số kí thuật của động cơ D6AC

Thông số Giá trị Đơn vịGóc phân phối khí

2 Đặc điểm nhóm chi tiết và cơ cấu của động cơ tham khảo

Trục khuỷu-bánh đà 1- Bạc cổ trục, 2-Then bán nguyệt, 3-Bánh răng dẫn động trục cam, 4-Lỗ dầu bôi trơn, 5-Đối trọng, 6-Cổ trục, 7-Má khuỷu, 8-Chốt khuỷu, 9- Bánh đà, 10-Bánh răng khởi động, 11-Mặt bích bánh đà, 12-Vít kín lỗ,

này đảm bảo cho trục khuỷu có độ cứng vững cao Trước đây, việc chế tạo loại trục khuỷu này tương đối khó khăn, làm cho giá thành cao Tuy nhiên, ngày nay điều này phần nào được giải quyết nhờ sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ CNC

Bánh đà động cơ D6AC là bánh đà dạng chậu Loại bánh đà này có sức bền và

mômen bánh đà lớn, và do phần đĩa có mặt ma sát khá dày nên tuổi thọ của bánh

Trong quá trình làm việc của động cơ, nhóm piston có các nhiệm vụ chính sau:+ Đảm bảo bao kín buồng cháy, giữ cho không khí cháy trong buồng cháy không lọt xuống cácte và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy

+ Tiếp nhận lực khí thể sinh ra do quá trình cháy nổ và truyền tới thanh truyền

để làm quay trục khuỷu, nén khí trong quá trình nén, đẩy khí thải trong quá trình thải và hút khí nạp mới trong quá trình nạp

Đặc điểm kỹ thuật:

- Piston của động cơ D6AC được chế tạo bằng hợp kim nhôm, trên piston được bố trí 2 xécmăng khí và 1 xécmăng dầu Đường kính của piston: D = 125 [mm] Hành trình piston: S = 125 [mm]

Chốt piston là chi tiết dùng để nối piston với đầu nhỏ thanh truyền Nó truyền lực khí thể từ piston qua thanh truyền để làm quay trục khuỷu Trong quá trình làm việc chốt piston chịu lực khí thể và lực quán tính rất lớn, các lực này thay đổi theo chu kỳ và có tính chất va đập mạnh, chốt có dạng hình trụ rỗng