Thuyết minh Đồ án Thiết kế động cơ đốt trong

Đồ án môn học kết cấu và tính toán động cơ đốt trong. Tài liệu tham khảo: Tính toán xây dựng đồ thị công, đồ thị động học và động lực học. Phân tích đặc điểm chung của động cơ. Phân tích đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống làm mát. 57 trang.

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đầy, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh Bên cạnh đó kỹ thuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ Trong đó phải nói đến ngành động lực và sản xuất ôtô, chúng ta đã liên doanh với khá nhiều hãng ôtô nổi tiến trên thế giới cùng sản xuất và lắp ráp ôtô Để góp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật,đội ngũ kỹ thuật của ta phải tự nghiên cứu và chế tạo, đó là yêu cầu cấp thiết Có như vậy ngành ôtô của ta mới phát triển được

Sau khi được học hai môn chính của ngành động cơ đốt trong (Nguyên lý động cơ đốt trong, Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong) cùng một số môn cơ sở khác (sức bền vật liệu, cơ lý thuyết, vật liệu học, ), sinh viên được giao nhiệm vụ làm đồ án môn học kết cấu và tính toán động cơ đốt trong Đây là một phần quan trọng trong nội dung học tập của sinh viên, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết một vấn đề cụ thể của ngành

Nội dung bài báo cáo đồ án này gồm ba phần:

Phần 1: Phương pháp tính toán xây dựng đồ thị công,động học và động lực học Phần 2: Phân tích đặc điểm chung của động cơ chọn tham khảo

Phần 3: Phân tích các đặc điểm kết cấu và nguyên lí làm việc của hệ thống làm mát

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu các tài liệu, làm việc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án tốt nhất Tuy nhiên, vì bản thân còn ít kinh nghiệm cho nên việc hoàn thành đồ án lần này không thể không có những thiếu sót

Em rất mong muốn nhận được sự xem xét và chỉ dẫn của các thầy cô để em ngày càng hoàn thiện kiến thức của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

Đà nẵng,ngày tháng năm

Sinh viên thực hiện

Thông số ki thuật Kí hiệu Giá trị

công suất cực đại/số vòng quay (KW/vg/ph) Ne/n 81 / 1820

1 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN XÂY DỰNG ĐỒ THị CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC

= 8,58 (m/s) Như vậy động cơ đang xét là động cơ có tốc độ tốc độ trung bình

-Áp suất cuối quá trình giãn nở : Pb = 2

1

n z

P

) ( n

6,16(

1,7 = 0,3518 (MN/m2)

-Thể tích công tác : Vh = S

4 D2



= 0,1415

4

129 , 0 14 ,

84948 , 1

1820 14 , 3

= 190,59 (rad/s) -Áp suất khí sót :Pr = (1,05 ÷ 1,1).Pth

Trong đó: pth –áp suất trên đường ống thải

1

n

nx

c c nx

V

V p

p   

P

Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vh thành ε khoảng, khi đó i = 1,2,3 ε

1.1.2 Xây dựng đường giãn nở :

Gọi Pgnx , Vgnx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình giãn nở của động

cơ Vì quá trình giãn nở là quá trình đa biến nên :

n

gnx

z z gnx

V

V p

c gnx z n

z gnx

z gnx

V V P V

V

P P

i

P

Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vh thành ε khoảng, khi đó i = 1,2,3 ε

1.1.3 Bảng xác định các tọa độ trung gian :

 Bảng 1-1: Bảng xác định tọa độ các điểm trên đường nén và đường giãn nở

p

2

/0355,0200

1.7



, v 0,012dm /mm

160

1185

0.8298 7.0 70 14.381 0.070 0.294 8.3 11.386 0.088 1.035 29.2 0.9484 8.0 80 17.268 0.058 0.245 6.9 13.454 0.074 0.876 24.7 1.0669 9.0 90 20.291 0.049 0.208 5.9 15.588 0.064 0.756 21.3 1.1855 10.0 100 23.442 0.043 0.180 5.1 17.783 0.056 0.663 18.7 1.3040 11.0 110 26.712 0.037 0.158 4.5 20.033 0.050 0.588 16.6 1.4226 12.0 120 30.094 0.033 0.140 4.0 22.335 0.045 0.528 14.9 1.5411 13.0 130 33.582 0.030 0.126 3.5 24.685 0.041 0.477 13.4 1.6597 14 140 37.170 0.027 0.114 3.2 27.081 0.037 0.435 12.3 1.7782 15 150 40.855 0.024 0.103 2.9 29.520 0.034 0.399 11.2 1.8968 16 160 44.632 0.022 0.095 2.7 32.000 0.031 0.368 10.4 1.9679 16.6 166 46.941 0.021 0.090 2.5 33.507 0.030 0.352 9.9

1.1.4 Xác định điểm đặc biệt và hiệu chỉnh đồ thị công

Theo cách chọn tỷ lệ xích trên thì tọa độ của các điểm đặc biệt và trung gian là:

 Điểm phun sớm : c’đƣợc xác định từ Brick ứng với φs

 Điểm mở sớm của xupap nạp : r’ đƣợc xác định từ Brick ứng với α1 =20o

 Điểm đóng muộn của xupap thải : r’’ đƣợc xác định từ Brick ứng với α4 = 10o

 Điểm đóng muộn của xupap nạp : a’ đƣợc xác định từ Brick ứng với α2 =56o

 Điểm mở sớm của xupap thải : b’ đƣợc xác định từ Brick ứng với α3 =56o

1,7

v 0,012dm /mm

160

1185,

5 , 141

75 , 70 25 , 0 2

Hình 1-1: Đồ thị công

1.2 Động học và động lực học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyí̀n :

Động cơ đốt trong kiểu piston thường có vận tốc lớn , nín viị́c nghiín cứu tính toân động học vă động lực học của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền (KTTT)lă cần thiết

để tìm quy luật vận động của chúng vă để xâc định lực quân tính tâc dụng lín câc chi

D

b'' r''

0

F E

-Pj=f(s)

a a'

pv =const

µ p = 0.0355[MN/m2.mm]

µ v = 0.012[lit/mm]

ĐỒ THỊ CÔNGc

2

n c'

ĐỒ THỊ BRICK

7 6

c''

9 108

ĐCD18

16 17

o' o0

tiết trong cơ cấu KTTT nhằm mục đích tính toán cân bằng, tính toán bền của các chi tiết

và tính toán hao mòn động cơ

Trong động cơ đốt trong kiểu piston cơ cấu KTTT có 2 loại loạ i giao tâm và loại lệch tâm

Ta xét trường hợp cơ cấu KTTT giao tâm

1.2.1.Tính toán động lực học :

Cơ cấu KTTT giao tâm là cơ cấu mà đường tâm xilanh trực giao với đường tâm trục khuỷu tại 1 điểm (hình vẽ)

Hình 1-2: Sơ đồ cơ cấu KTTT giao tâm

O - Giao điểm của đường tâm xylanh và đường tâm trục khuỷu

C - Giao điểm của đường tâm thanh truyền và đường tâm trục khuỷu

B' - Giao điểm của đường tâm xylanh và đường tâm chốt khuỷu

A - Vị trí của chốt piston khi piston ở ĐCT

B - Vị trí của chốt piston khi piston ở ĐCD

R - Bán kính quay của trục khuỷu (m)

l - Chiều dài của thanh truyền (m)

S -Hành trình của piston (m)

x – Độ dịch chuyển của piston tính từ ĐCT khi góc quay trục khuỷu α (độ)

 - Góc lắc của thanh truyền ứng với góc α (độ)

1.2.1.1 xác đỊnh độ dịch chuyển (x) của piston bằng phương pháp đồ thị Brick :

-Theo phương pháp giải tích chuyển dịch x của piston được tính theo công thức :    1cos 2

4 cos 1

5,141







  2(mm/độ)

+ Đồ thị Brick có nửa đường tròn tâm O bán kính R = S/2 Lấy bán kính R bằng ½ khoảng cách từ Va đến Vc

+ Lấy về phía phải điểm O’ một khoảng

s s

53 , 10 907 , 0 4

5 , 141 27 , 0 4

.

; 200…1800 Đồng thời đánh số thứ tự từ trái qua phải 0,1,2…18

+ Chọn hệ trục tọa độ với trục tung biểu diễn góc quay trục khuỷu, trục hoành biểu diễn khoảng dịch chuyển của piston

+ Gióng các điểm ứng với 100; 200…1800 đã chia trên cung tròn đồ thị brick xuống cắt các đường kẻ từ điểm 100

; 200…1800

tương ứng ở trục tung của đồ thị S=f(α) để xác định chuyển vị tương ứng

+ Nối các giao điểm ta có đồ thị biểu diễn hành trình của piston S = f(α)

= 150,59 (rad/s) + Chọn tỷ lệ xíchv s.= 0,907.150,59 = 172,87(mm/s/mm)

.

=

87 , 172 2

59 , 190 75 , 70 27 , 0

87 , 172

59 , 190 75 , 70

= 83 (mm) + Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R1 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 Như vậy ứng với góc α ở ½ vòng tròn bán kính R1 thì ở vòng tròn bán kính R2 sẽ là 2α

+ Từ các điểm 0;1;2…18 trên ½ vòng tròn bán kính R1, ta 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

Hình1-3: Đồ thị vận tốc v=(x)

1.2.1.3 Đồ thị biểu diễn gia tốc J = f(x):

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 giá trị gia tốc

max



bd j

Do đó,giá trị biểu diễn :

4

2 3

6

8 7 5

16 15 14

12 11 10

2' 8'' 7'' 6''

16' 18' 1''

3''

2''

0 1

15 17 1516 12

11 10

17'' 16''

13'

140 120

80 60 40 100

 (dô)

S=f( 

180

µs = 0.012[mm/mm]

BD= 46

798 , 40

07 , 1867

67,

85 , 3263

max

mm j

j





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

EF = 51 mm Nối CF và FD Chia CF thành 4 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0;1;2…và chia FD thành 4 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0’;1’;2’…vẽ các đường bao trong tiếp tuyến 11’;22’;33’…Ta có đường cong biểu diễn quan hệ j f x

m’ = mpt + m1 Trong đó: m’ - Khối lượng chuyển động tịnh tiến (kg)

m1-Khối lƣợng thanh truyền qui về đầu nhỏ (kg)

Theo công thức kinh nghiệm:

m mm

19 , 4

0463 , 1

max





pj j

P

BD = -Pjminbd =

0355 , 0

6014 , 0



pj j

P

-EF =

0355,0

6674,0

Hình 1-5 :Llực quán tính

1.2.2.2 Khai triển các đồ thị :

a) Khai triển đồ thị công trên tọa độ p-V thành p=f(α)

Để biểu diễn áp suất khí thể pkt theo góc quay của trục khuỷu α ta tiến hành như sau: + Vẽ hệ trục tọa độ p - α Trục hoành đặt ngang với đường biểu diễn p0 trên đồ thị công

+ Chọn tỉ lệ xích:  2(độ/mm)

p 0,0355MN/m2/mm

+ Dùng đồ thị Brick để khai triển đồ thị p-v thành p-α

+ Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, dựng các đường song song với trục Op cắt đồ thị công tại các điểm trên các đường biểu diễn quá trình: nạp, nén, cháy - giãn nở, xả

+ Qua các giao điểm này ta kẻ các đường song song với trục hoành gióng sang hệ toạ

độ p-α Từ các điểm chia tương ứng 00, 100, 200,… trên trục hoành của đồ thị p-α ta

kẻ các đường thẳng đứng cắt các đường trên tại các điểm ứng với các góc chia trên đồ thị Brick và phù hợp với các quá trình làm việc của động cơ Nối các điểm lại bằng đường cong thích hợp ta được đồ thị khai triển p-α

b) Khai triển đồ thị p J  f x thành p J  f 

B

D F

4 3 2 1

Đồ thị  p J  f x biểu diễn đồ thị công có ý nghĩa kiểm tra tính năng tốc độ của

Theo công thức p1  p kt  p j Ta đã có p kt =f (α) và p J  f  Vì vậy việc xây

dựng đồ thị p1 = f(α) được tiến hành bằng cách cộng đại số các toạ độ điểm của 2 đồ

thị p kt =f(α) và p j =f(α) lại với nhau ta được tọa độ điểm của đồ thị p 1 =f(α) Dùng một

đường cong thích hợp nối các toạ độ điểm lại với nhau ta được đồ thị p 1 =f(α)

µa = 2[Âäü/mm]



640 660 680 700 720 560

540

520 580 600

420 440 460 480 500 340

320 360 380 400 280

200 220 240 260 300 120



P T

1



 P Z

sin(α+β) cosβ T/p

4 180

+ Thứ tự làm việc của động cơ là: 1-2-4-3

Ta có bảng xác định góc lệch công tác và thứ tự làm việc của các khuỷu trục :

Bảng1-4: Thứ tự làm việc của động cơ 4 xilanh,4 kì

+ Khi khuỷu trục của xylanh thứ nhất nằm ở vị trí 0

+ Vẽ đồ thị tổng T bằng cách nối các tọa độ điểm a i i;T i bằng một đường cong thích hợp cho ta đường cong biểu diễn đồ thị tổng T

10

m MN n F R

N T

Ne N





Với m (0,70,95); chọn m 0,7  115 , 71

7 , 0

10.71,115

m MN

Với tỷ lệ xích : μΣT = μT = 0,0355 (MN/m2.mm)

) ( 5 , 18 0355 , 0

66 , 0

mm

T T

1.2.2.5 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu :

Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của chốt khuỷu Sau khi có đồ thị này ta tìm được trị số trung bình của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, cũng có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất và bé nhất, dùng đồ thị phụ tải có thể xác định được khu vực chịu tải ít nhất để xác định vị trí

lỗ khoan dẫn dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền ổ trục

Các bước tiến hành vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu được tiến hành như sau:

+ Vẽ hệ trục toạ độ TO’Z trong đó trục hoành O’T có chiều dương từ tâm O’ về phía phải còn trục tung O’Z có chiều dương hướng xuống dưới

+ Tính lực quán tính của khối lượng chuyển động quay của thanh truyền (tính trên đơn

vị diện tích của piston)

+ Lực quán tính ly tâm :

P Ro

F

R m P

10.59,150.10,75,70.01,

592 , 0

mm P

p



O là tâm chốt khuỷu, từ tâm chốt khuỷu ta kẻ đường tròn tượng trưng cho chốt khuỷu, giá trị của lực tác dụng lên chốt khuỷu là vectơ có gốc O và ngọn là một điểm bất kỳ nằm trên đường biểu diễn đồ thị phụ tải

Hình1-9: Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

1.2.2.6 Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền :

Để vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền ta thực hiện theo các bước như sau:

+ Vẽ dạng đầu to thanh truyền lên tờ giấy bóng, tâm của đầu to là O

+ Vẽ một vòng tròn bất kì tâm O Giao điểm của đường tâm phần thân thanh truyền với vòng tròn tâm O tại 0o

+ Từ điểm 0o, ghi trên vòng tròn các điểm 0, 1, 2…36 theo chiều quay trục khuỷu (chiều kim đồng hồ) và tương tự ứng với các góc 10 0 10 0; 20 0 20 0…

320

360 350

[Âäü]ü

21 19 20 17

340

14

580

620 260

60 630

270 600

440

470 450 460 480

430 670 680 490

420

13 12 9 10

300 540

70 290

190 180 570 550 150

90 120

100 130 160 510

80 170

650 530

8

690

660 700

T

+ Đem tờ giấy bóng đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt khuỷu sao cho tâm O trùng với tâm O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Lần lượt xoay tờ giấy bóng sao cho các điểm 0;1;2…trùng với trục O’z về phần dương (theo chiều ngược chiều kim đồng hồ), đồng thời đánh dấu các điểm mút của véc tơ Q0;Q1;Q2…của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0;1;2…72

+ Nối các điểm lại bằng một đường cong thích hợp cho ta đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền

Cách xác định lực trên đồ thị phụ tải như sau:

+ Giá trị của lực tác dụng lên đầu to là dộ dài đoạn thẳng nối từ tâm O đến điểm trên đường vừa vẽ xong nhân với tỷ lệ xích

+ Chiều của lực hướng từ tâm O ra ngoài

+ Điểm đặt lực là giao điểm của đường nối từ tâm O đến điểm tính với vòng tròn tượng trưng cho đầu to thanh truyền

Hình 1-10: Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền

Các bước vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền thực hiện theo các bước như sau:

+ Chọn tỉ lệ xích:  2(độ/mm)

Q 0,0355MN/m2.mm

+ Lập bảng:

710 10 12

Z

370 380

530 540

550 160 480

360

350

3 4

2 1

520

390

520 510500490

33 34

35

10

8

6 7

9

300 330

570 210

640 630 620 610 600 590 250 260 270 280 290

220 230 5

580 240 340 120

O 1

100 90

110 80

450 440 430 420 410

O 1

180 560 200 190 130

140

170 150 470 400 460

700

670 680 690

660 11

650310 320

60 50 40 30

70

20

14 13

17

15

15 16

20 19 18

23

21 22 24

32

T

30 29

31

26

27 26

25

25

28

µp= 0.0355[MN/m2/mm]

Lập bảng xác định giá trị của Q theo  bằng cách đo các khoảng cách từ tâm O đến các điểm i: 1 =100, 2 = 200, 3 = 300, , 72 = 7200 trên đồ thị véctơ phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu

Trên các điểm chia của trục Q-α, ta lần lượt đặt các véctơ P tttương ứng với các góc α từ 0  720 Với P tt T Z và trị số của P tt được lấy ở đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Nối các đầu nút véctơ lại ta sẽ có đường cong biểu diển đồ thị khai triển Q f()

Kết quả đƣợc Qi = 2948,81[mm]

Giá trị biểu diễn là: Q tb 40 , 95 mm

72

81 , 2948

Hình 1-11: Đồ thị khai triển Q=f(α)

Đồ thị mài mòn của chốt khuỷu (hoặc cổ trục khuỷu ) thể hiện trạng thái chịu tải của các điểm trên bề mặt trục Đồ thị này cũng thể hiện trạng thái hao mòn lý thuyết của trục, đồng thời chỉ rõ khu vực chịu tải ít để khoan lỗ dầu theo đúng nguyên tắc đảm bảo đưa dầu nhờn vào ổ trượt ở vị trí có khe hở giữa trục và bạc lót của ổ lớn nhất Áp suất bé làm cho dầu nhờn lưu động dễ dàng

Sở dĩ gọi là mài mòn lý thuyết vì khi vẽ ta dùng các giả thuyết sau đây :

- Phụ tải tác dụng lên chốt là phụ tải ổn định ứng với công suất Ne và tốc độ n định mức

- Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 1200

- Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải

- Không xét đến các điều kiện về công nghệ, sử dụng và lắp ghép

Để vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu ta thực hiện theo các bước như sau:

+ Từ tâm O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta vẽ đường tròn (O,R) với bán kính tùy ý (vòng tròn đặc trưng mặt chốt khuỷu)

+ Chia đường tròn thành 24 phần bằng nhau, đánh số thứ tự theo chiều quy ước ngược chiều kim đồng hồ

+ Từ các điểm 0,1,2…23 trên vòng tròn gạch cát tuyến O0; O1;O2,…,O23 cắt đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ở các điểm a;b;c…