PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CÁC ĐỒ THỊ TRONG BẢN VẼ ĐỒ THỊ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC
Đồ án thiết kế động đốt LỜI NÓI ĐẦU Sau học mơn ngành động đốt (Nguyên lý động đốt trong, Kết cấu tính tốn động đốt ) số môn sơ khác (sức bền vật liệu, lý thuyết, vật liệu học, ), sinh viên giao làm đồ án môn học kết cấu tính tốn động đốt Đây phần quan trọng nội dung học tập sinh viên, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng kiến thức học để giải vấn đề cụ thể ngành Trong đồ án này, em giao nhiệm vụ tính tốn thiết kế nhóm piston truyền động IFE Đây nhóm chi tiết chính, khơng thể thiếu động đốt Nó dùng để tiếp nhận lực khí thể khí cháy sinh ra, biến chuyển động tịnh tiến piston thành chuyển động quay trục khuỷu Trong trình thực đồ án, em cố gắng tìm tịi, nghiên cứu tài liệu, làm việc cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án tốt Tuy nhiên, thân cịn kinh nghiệm việc hồn thành đồ án lần khơng thể khơng có thiếu sót Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy, tận tình truyền đạt lại kiến thức quý báu cho em Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Dương Việt Dũng quan tâm cung cấp tài liệu, nhiệt tình hướng dẫn q trình làm đồ án Em vơ mong muốn nhận xem xét dẫn thầy Sinh viên Hoàng Thắng Sv thực : Hoàng Thắng Lớp : 06C4B Trang:1 Đồ án thiết kế động đốt I) PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CÁC ĐỒ THỊ TRONG BẢN VẼ ĐỒ THỊ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC VẼ ĐỒ THỊ CÔNG: 1.1 Các thông số cho trước: + Công suất động : Ne= 85 (kW) + Số vòng quay: n= 5490 (vịng/ph) + Tỷ số nén: 9.4 + Đường kính xilanh: D= 90(mm) + Hành trình piston: S= 84 (mm) + Tham số kết cấu: 0.26 + Áp suất cực đại: Pz= 5.8 (MN/m2) + Khối lượng nhóm piston: mnp= 0.8 (Kg) + Khối lượng nhóm truyền: mtt 1(kg ) + Góc phun sớm: s 13o + Góc phân phối khí: 1 6 ; 46 ; 42 ; 4 + Thứ tự làm việc động cơ: 1- 3- 4-2 1.2 Các thông số chọn: + Áp suất môi trường: P0 0,098(MN / m ) + Chỉ số nén đa biến trung bình : n 1,35 + Chỉ số giãn nở đa biến trung bình : n2 1, 25 + Áp suất cuối trình nạp : - Động không tăng áp: pa = (0,8; 0,9)pk Chọn: pa = 0,806pk ( MN / m ) Trong đó: pk- áp suất trước xupáp nạp Chọn pk = p0 = 0,098[MN/m2] Vậy: pa 0,806*0, 098 0, 079 [MN/m2] + Đối với động Xăng tỷ số giãn nở sớm bằng: 1 + Aïp suất cuối trình giãn nở : Pb ( MN / m ) Pz n2 5,8.11,25 0,3524( MN / m2 ) n2 9, 41,25 + Chọn áp suất khí sót : phụ thuộc vào loại động Như động khảo sát động tốc độ cao, áp suất khí sót pr xác định [1]: Vì động khơng tăng áp Vậy chọn: Pr = 0,105(MN/m2) + Thể tích cơng tác : Sv thực : Hoàng Thắng Lớp : 06C4B Trang:2 Đồ án thiết kế động đốt D 3,14.902 Vh S *84 534384.9104mm3 0,5344(l ) 4 V 0,5344 Vc h 0, 0636(l ) 9.4 Va Vh Vc 0,5344 0, 0636 0,598(l ) Vz Vc 0, 0636(l ) 1.3 Vẽ đồ thị công: Để vẽ đồ thị công ta cần xác định điểm đường nén đường giãn nở 1.3.1 Xây dựng đường cong áp suất đường nén: Ta xác định điểm đường nén với số nén đa biến n1 Ta có phương trình đường cong nén đa biến : PV n1 Const n Nếu gọi x điểm đường nén thì: Pc Vcn1 p nx Vnx Suy : Pnx Pc V nx Vc n1 ; V nx Đặt : V i c Pnx Pc i n1 1.3.2 Xây dựng đường cong áp suất giãn nở: - Ta có phương trình đường cong giãn nở đa biến : PV n2 Const Gọi x điểm đường giãn nở thì: n Pz V zn2 Pgnx V gnx - Suy : Pgnx Pz Thì ta có: Pgnx V gnx Vz n2 ; Với V z V c ; Đặt : V gnx Vc i Pz n n2 i 1.3.3 Lập bảng xác định điểm đường nén đường giãn nở: Cho i tăng từ 9.4 từ ta lập bảng xác định điểm đường nén đường giãn nỡ 1.3.4.Xác định điểm đặc biệt: Lập bảng: Sv thực : Hoàng Thắng Lớp : 06C4B Trang:3 Đồ án thiết kế động đốt i 1.4 1.8 2.2 2.6 3.4 3.8 4.2 4.6 5.4 5.8 6.2 6.6 7.4 7.8 8.2 8.6 9.4 Vx Vc * i 0.0636 0.0891 0.1145 0.1400 0.1654 0.1909 0.2163 0.2417 0.2672 0.2926 0.3181 0.3435 0.3690 0.3944 0.4199 0.4453 0.4708 0.4962 0.5217 0.5471 0.5726 0.5980 Pnx Pc i n1 1.6468 1.0456 0.7448 0.5680 0.4533 0.3737 0.3156 0.2716 0.2373 0.2099 0.1875 0.1690 0.1535 0.1403 0.1289 0.1191 0.1105 0.1029 0.0962 0.0902 0.0848 0.0800 Pgnx Pz i n2 5.8000 3.8086 2.7819 2.1647 1.7568 1.4690 1.2563 1.0932 0.9646 0.8610 0.7757 0.7046 0.6444 0.5928 0.5483 0.5094 0.4752 0.4449 0.4180 0.3938 0.3721 0.3524 - Sau xác định điểm đặc biệt điểm trung gian ta tiến hành vẽ đồ thị cơng theo trình tự sau : - Vẽ hệ trục toạ độ P - V theo tỷ lệ xích : V = 0.00299 (l/mm) P = 0,029 (MN/m2/mm) - Theo cách chọn tỷ lệ xích toạ độ điểm đặc biệt trung gian : +Điểm đặt biệt là: r(21,3;3,6207) b(200; 5,800) a(200; 2.75) c(21,3; 56,7859) z(21,3; 200) - Nối tất điểm trung gian đường nén đường giãn nở với điểm đặc biệt ta đồ thị cơng lý thuyết 2.TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU KHUỶU TRỤC THANH TRUYỀN: Động đốt kiểu piston thường có tốc độ lớn nên việc nghiên cứu tính tốn động học động lực học cấu khuỷu trục truyền cần thiết, mục đích để tìm quy luật vận động chúng để xác định lực quán tính tác dụng lên Sv thực : Hoàng Thắng Lớp : 06C4B Trang:4 Đồ án thiết kế động đốt chi tiết tác dụng lên cấu trục khuỷu truyền dùng để tính tốn cân chi tiết tính tốn mịn động 2.1.Động học cấu khuỷu trục truyền: Cơ cấu khuỷu trục truyền thuộc loại giao tâm, cấu mà đường tâm xylanh trực giao với đường tâm khuỷu trục điểm (hình vẽ) Với : R : bán kính quay trục khuỷu l : chiều dài truyền S : hành trình piston R / l : tham số kết cấu : vận tốc góc trục khuỷu (rad/s) x : độ dịch chuyển piston tính từ ĐCT ứng với góc quay khuỷu trục : góc lắc truyền ứng với góc O : giao điểm đường tâm xylanh đường tâm khuỷu trục B : giao điểm đường tâm truyền đường tâm chốt khuỷu A : giao điểm đường tâm truyền đường tâm chốt piston 2.1.1.Xác định độ dịch chuyển (x) piston phương pháp đồ thị Brích: Chuyển vị x piston tuỳ thuộc vào vị trí khuỷu trục, x thay đổi theo góc quay khuỷu trục - Theo phương pháp giải tích chuyển dịch x piston tính theo cơng thức: x R. 1 cos 1 cos 2 -Giải x phương pháp đồ thị Brích cho phép ta xác lập mối quan hệ thuận nghịch chuyển vị x piston với góc quay trục khuỷu cách thuận lợi xác + Các bước tiến hành vẽ đồ thị sau: - Vẽ vòng tròn tâm bán kính R/ S , đường kính AB S 2.R S S S - Chọn tỉ lệ xích S cho S R S AB Vh v S * v 82*0.00299 0, 47 [mm/mm] Vh 0,5344 82 178.7234 0, 47 (mm) - Lấy phía bên phải tâm (phía ĐCD) AB đoạn 00’ cho: OO ' R. S 84*0, 26 11, 617( mm) 2. s 4. s 4*0, 47 Sv thực : Hoàng Thắng Lớp : 06C4B Trang:5 Đồ án thiết kế động đốt - Từ O ' kẻ tia từ trái sang phải ứng với góc từ ,10 ,20 , ,180 , tia cắt vịng trịn Brích tương ứng điểm từ 0,1,2, ,18 - Vẽ hệ trục toạ độ vng góc S phía vịng trịn(O; R/ S ), trục O thẳng đứng dóng từ A xuống biểu diễn giá trị từ 180 với tỉ lệ xích: 2 / mm , trục OS nằm ngang biểu diễn giá trị S với tỉ lệ xích: µs=0.47mm/mm) - Từ điểm chia 0,1,2, ,18 vịng trịn Brích ta dóng đường thẳng song song với trục O Và từ điểm chia trục O ứng với giá trị ,10 ,20 , ,180 ta kẻ đường nằm ngang song song với OS Các đường tương ứng với góc cắt điểm 1’,2’,3’, ,18’.Nối điểm lại ta đựơc đường cong biểu diễn độ dịch chuyển piston (x) theo : S f A ÂCT x B C 90 180 x M S=2R R R. O X=f( S=2R (S=Xmax) O' D ÂCD 2.1.2 Giải vận tốc v piston phương pháp đồ thị: - Theo phương pháp giải tích ta tính gần vận tốc piston là: v R. sin sin 2 + Các bước tiến hành xây dựng đồ thị: R. - Vẽ vòng tròn tâm O bán kính r1 (mm) 1đường trịn đồng tâm O có bán R.. kính : r2 2 mm n 3,1415*5390 574,9114 rad / s 30 30 S 84 R 42( mm) 2 Với : 0,26 - Ta chọn tỷ lệ xích cho giá trị vẽ bán kính vịng trịn Sv thực : Hồng Thắng Lớp : 06C4B r1 AB 2. S Trang:6 Đồ án thiết kế động đốt .S 574,9114*0, 47 270, 2084 (mm/s.mm) R. 42*574,9114 bán kính: + r1 270, 2084 89,3617(mm) R.. 42*574,9114*0, 26 11, 6170 mm + r2 2. 2* 270, 2084 -Từ suy ra: - Chia vịng trịn bán kính r1 , vịng trịn bán kính r2 18 phần Như ứng với góc vịng trịn bán kính r1 vịng trịn bán kính r2 2 , 18 điểm vịng trịn bán kính r điểm cách 10 vịng trịn bán kính r2 điểm cách 20 Đánh số thứ tự điểm chia vòng tròn r1 ta đánh số từ 0,1,2, ,18 theo chiều ngược kim đồng hồ, cịn vịng trịn bán kính r2 ta đánh số 0’,1’,2’, 18’ theo chiều kim đồng hồ, hai xuất phát từ tia OA - Từ điểm chia 1/2 vịng trịn bán kính r1 ta dóng đường thẳng vng góc với đường kính AB, từ điểm chia vịng trịn bán kính r ta kẻ đường thẳng ngang song song với AB, đường kẻ cắt tương ứng theo cặp 0-0’;1-1’; ;18-18’ điểm 0, a, b, c, Nối điểm lại đường cong ta đường biểu diễn trị số tốc độ, đoạn thẳng đứng nằm đường cong với đường tròn r1 biểu diễn trị số tốc độ góc tương ứng , phần giới hạn đường cong 1/2 vòng tròn lớn gọi giới hạn vận tốc pis ton - Vẽ hệ toạ độ vng góc v - s trùng với hệ toạ độ trục thẳng đứng 0v trùng với trục trục thẳng đứng 0v trùng với trục 0Từ điểm chia đồ thị Brích, ta kẻ đường thẳng song song với trục 0v cắt trục 0s điểm 0,1,2,3, ,18, từ điểm ta đặt đoạn thẳng 00’’, 11’’, 22’’, 33’’, ,1818’’ song song với trục 0v có khoảng cách khoảng cách đoạn tương ứng nằm đường cong với đường trịn bán kính r mà biểu diển tốc độ góc tương ứng Nối điểm 0’’,1’’,2’’, ,18’’ lại với ta có đường cong biểu diễn vận tốc piston v=f(s) 2.1.3 Giải gia tốc J đồ thị Tôlê: - Theo phương pháp giải tích lấy đạo hàm vận tốc theo thời gian ta có cơng thức để tính gia tốc piston : j R. cos cos 2 + Giải gia tốc piston phương pháp đồ thị thường dùng phương pháp Tôlê Các bước tiến hành sau : - Vẽ hệ trục J - s Lấy đoạn thẳng AB trục 0s, AB = S/ S = 178,7234 (mm) - Tại A dựng đoạn thẳng AC phía AB, với: AC J max R * * 42*574,91142 *(1 0, 26) 17491286,8 mm / s =17491,2868(m/s2) - Từ B dựng đoạn thẳng BD phía AB, với: BD J R * * 42*574,91142 *(1 0, 26) 10272660,5 mm / s =-10272,6605(m/s2) - Nối CD cắt AB E, dựng EF phía AB đoạn : Sv thực : Hoàng Thắng Lớp : 06C4B Trang:7 Đồ án thiết kế động đốt EF 3 * R * 3*0, 26* 42*574,9114 10827939, 44 mm / s =-10827,93944(m/s2) -Chọn tỷ lệ xích : J 218641, 0848(mm / s mm) J max 17491286,8 80(mm) J 218641, 0848 J 10272660,5 BD 46,9841(mm) J 218641, 0848 EF 10827939, 44 EF 49,5238(mm) J 218641, 0848 AC - Nối đoạn CF DF, ta phân chia đoạn CF DF thành đoạn nhỏ ghi số thứ tự chiều, chẳng hạn đoạn CF: C,1,2,3, ,7,F ; đoạn FD: F,1’,2’,3’, ,7’,D’ Nối điểm chia 11' ,22 ' ,33 ' , Đường bao đoạn đường cong biểu diễn gia tốc piston J f (S ) Hình 1.4 Đồ thị Tơlê 2.2 Động lực học cấu khuỷu trục truyền: Tính tốn động lực học cấu khuỷu trục truyền nhằm mục đích xác định lực hợp lực lực quán tính lực khí thể tác dụng lên chi tiết cấu vị trí khuỷu trục để phục vụ cho việc tính tốn sức bền, nghiên cứu trạng thái mài mòn chi tiết máy tính tốn cân động Trong trình làm việc động cơ, cấu khuỷu trục truyền chịu tác dụng lực sau: Lực qn tính chi tiết có khối lượng chuyển động ; Lực khí thể ; trọng lực ; Lực ma sát Trừ trọng lực ra, chiều trị số lực khác thay đổi theo vị trí piston chu kỳ cơng tác động Trong lực nói lực quán tính lực khí thể có trị số lớn cả, nên q trình tính tốn ta xét đến hai loại lực 2.2.1 Xác định khối lượng: 2.2.1.1 Khối lượng tham gia chuyển động thẳng: Sv thực : Hoàng Thắng Lớp : 06C4B Trang:8 Đồ án thiết kế động đốt Các chi tiết máy cấu khuỷu trục truyền tham gia vào chuyển động tịnh tiến bao gồm chi tiết nhóm piston khối lượng truyền quy dẩn đầu nhỏ truyền m ' m np m Ta có: m np : khối lượng nhóm piston m pt 0,8( kg ) Trong đó: m1 : khối lượng truyền tham gia chuyển động tịnh tiến quy dẫn đầu nhỏ truyền m1 = (0,275 0,35) mtt Ta chọn : m1 0,3* mtt 0,3*1 0,3(kg ) Vậy khối lượng chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến : m ' mnp m1 0,8 0,3 1,1(kg ) 2.2.1.2 Khối lượng chi tiết tham gia chuyển động quay: Khối lượng tham gia chuyển động quay cấu khuỷu trục truyền gồm phần khối lượng nhóm truyền quy dẩn đầu to, khối lượng khuỷu trục gồm có khối lượng chốt khuỷu khối lượng má khuỷu quy dẩn tâm chốtï khuỷu m ' R m m k m : khối Trong : đầu to truyền lượng chuyển động quay truyền quy dẫn m2 0, * mtt 0, *1 0, 7( kg ) :khối lượng khuỷu trục Khuỷu trục có kết cấu má khuỷu mk m k m ck 2m mr Trong q trình tính tốn, thiết kế để xây dựng đồ thị tiên lợi người ta thường tính tốn khối lượng chuyển động tịnh tiến khối lượng chuyển động quay cấu khuỷu trục truyền thường tính đơn vị diện tích đỉnh piston - Diện tích đỉnh piston : D 3,14*902 S pt 6361, 7251(mm ) 0.006361751 m 2` 4 -Khối lượng chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến tính đơn vị diện tích đỉnh piston là: m m' 1,1 172,9091 kg / m S P 0.006361751 2.2.2.Xác định lực quán tính chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến: - Lực quán tính chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến: PJ m J m R (cos cos 2 ) Suy PJ max m * R * * m * J max 172,9091*17491, 2868 3, 0244 MN / m PJ m * R * * m * J 172,9091*10272, 6605 1, 7762 MN / m Sv thực : Hoàng Thắng Lớp : 06C4B Trang:9 Đồ án thiết kế động đốt Đoạn E’F’ E ' F ' m * EF 172,9091*10827,93944 1.8722 MN / m -Ta vẽ đồ thị - Pj theo phương pháp đồ thị Tôlê với tỷ lệ xích: Pj P 0,029( MN / m mm) Đồ thị Pj vẽ chung với đồ thị công p-v trục ngang lấy po PJ max 3, 0244 104, 2897(mm) Pj 0, 029 P 1, 7762 BD J 61, 2495( mm) Pj 0, 029 AC EF E ' F ' 1,8722 64,5603( mm) Pj 0, 029 - Cách vẽ tiến hành đồ thị (j - s) 2.2.3 Khai triển đồ thị: 2.2.3.1 Khai triển đồ thị p - V thành p - : - Vẽ hệ trục toạ độ vng góc p - trục hoành lấy giá trị po , trục ta chia 10o ứng với tỷ lệ xích: 2( / mm ) Kết hợp đồ thị Brick đồ thị cơng ta vẽ ta có cách vẽ sau : Từ góc 0, 100, 200, 300, , 1800 tương ứng với kỳ nạp động 1900, 2000, 2100, , 3600 tương ứng với kỳ nén động 3700, 3800, 3900, , 5400 tương ứng với kỳ cháy - giãn nở 5500, 5600, 5700, , 7200 tương ứng với kỳ thải động - Từ điểm chia đồ thi Brick dóng đường thẳng song song với 0p cắt đồ thị công điểm đường biểu diễn trình nạp, nén, cháy-giản nỡ thải Qua giao điểm ta kẻ đường ngang song song với trục hoành sang hệ trục toạ độ p- - Từ điểm chia trục kẻ đường song song với trục 0p, đường cắt đường dóng ngang điểm ứng với góc chia đồ thị Brick phù hợp với trình làm việc động Nối giao điểm lại ta có đường cong khai triển đồ thị p - với tỷ lệ xích : µP =0.029(MN/m2.mm) µα =2(0/mm) 2.2.3.2 Khai triễn đồ thị Pj - V thành Pj - : Cách khai triễn đồ thị giống cách khai triễn đồ thị p -V thành p - giá trị Pj đồ thị p - V chuyển sang đồ thị p - phải đổi dấu 2.2.3.3 Cộng đồ thị p - Pj - P1 - : Cộng giá trị p kt với P j trị số góc tương ứng ta vẽ đường biểu diễn hợp lực lực quán tính lực khí thể P1 : P1 p kt P j (MN/m2) Sv thực : Hoàng Thắng Lớp : 06C4B Trang:10 ... biệt ta đồ thị cơng lý thuyết 2.TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU KHUỶU TRỤC THANH TRUYỀN: Động đốt kiểu piston thường có tốc độ lớn nên việc nghiên cứu tính tốn động học động lực học cấu...Đồ án thiết kế động đốt I) PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CÁC ĐỒ THỊ TRONG BẢN VẼ ĐỒ THỊ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC VẼ ĐỒ THỊ CƠNG: 1.1 Các thơng số cho trước: + Cơng suất động : Ne= 85 (kW)... máy cấu khuỷu trục truyền tham gia vào chuyển động tịnh tiến bao gồm chi tiết nhóm piston khối lượng truyền quy dẩn đầu nhỏ truyền m '' m np m Ta có: m np : khối lượng nhóm piston m pt 0,8(