ĐỒ án cua nhom minh

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ:- Tính toán và vẽ đồ thị lực khí thể, lực quán tính Pj, lực momen-tiếp tuyến - Tính toán và vẽ đồ thị phụ tải lực tác dụng lên chốt khuỷu và bạc đầu to thanh truy

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Năm học 2015-2016

NGUYỄN TUẤN LỰC 13090711 NGUYỄN NHẬT MINH 13094341

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ:

- Tính toán và vẽ đồ thị lực khí thể, lực quán tính Pj, lực momen-tiếp tuyến

- Tính toán và vẽ đồ thị phụ tải lực tác dụng lên chốt khuỷu và bạc đầu to thanh truyền

MỤC LỤC

Chương 1: Tính toán nhiệt động cơ đốt trong (4-11)

I.Các thông số cho trước của động cơ

II Chọn các thông số tính toán nhiệt

III Tính toán nhiệt

6 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình

7 Tính toán thông số kết cấu của động cơ

8 Vẽ đồ thị công chỉ thị

9 Đường đặc tính ngoài

Chương 2: Tính toán động học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền (12-13)

I Tính toán động học trục khuỷu thanh truyền

II Tính toán động học piston

1 Chuyển vị piston

2 Vận tốc piston

3 Gia tốc piston

Chương 3: Tính toán động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền (14-29)

I Sơ đồ lực và momen tác động lên cơ cấu trục khuỷu-thanh truyền của 1

xylanh của động cơ

II Lực khí thể

III Khối lượng các chi tiết của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

IV Hệ lực tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu-thanh truyền

V Đồ thị tổng lực tiếp tuyến và momen tổng

1 Momen tổng

2 Đồ thị vectơ tải tác dụng lên bề mặt chốt khuỷu

VI Đồ thị vecto phụ tải bạc đầu to thanh truyền

Chương 4: Tính toán nghiệm bền các chi tiết chính của động cơ đốt trong (30-49)

I Tính toán các chi tiết chính của nhóm piston

II Tính toán nhóm thanh truyền

1 Tính toán đầu nhỏ thanh truyền

2 Tính toán thân thanh truyền

3 Tính bền đầu to thanh truyền

4 Tính bền bulong thanh truyền

Trang 3

CHƯƠNG I : TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

I CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ :

a Động cơ tham khảo: động cơ xăng Aston Martin Cygnet 2011

= ¿D=3

√4.1329π 1,2 =11,21cm => S = 13,46cm với a=1,2

- Tỷ số λ= R

II CHỌN CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN NHIỆT :

1 Áp suất không khí nạp: p0 = 0,1 MPa

2 Nhiệt độ không khí nạp mới: T0 = 3000K

3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp: pk = 0,1 MPa

4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp: Tk = 3000K

5 Áp suất cuối quá trình nạp: pa = 0,09 MPa

6 Áp suất khí sót: pr = 0,1 MPa [30]

7 Nhiệt độ khí sót: Tr = 10000K

8 Độ sấy nóng khí nạp: ∆ T =15oK

9 Hệ số nạp phụ: λ1=1,05

10.Hệ số quét buồng cháy: λ2=1

11.Hệ số dư lượng không khí: α=0,9 [34]

12.Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt γ t=1,15 ([2],35)

13.Chỉ số nén trung bình của không khí: m = 1,5 [29]

14.Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b: ξb =0,9

15.Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z: ξz =0,8

16.Hệ số điền đầy đồ thị công: φd=0,95

III TÍNH TOÁN NHIỆT :

- Nhiệt độ cuối quá trình nạp:

2.1 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới:

2.2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:

= 19,806+0,00289T kj/kmolđộ

Trang 5

2.4 Chỉ số nén đa biến n1:

nl: trọng lượng phân tử của xăng nl = 110 114 (Kmol K g nl )

- Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β :

- Nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz:

 2 =

7,7 11,5 1,18

6 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình :

- Áp suất chỉ thị trung bình tính toán pi’:

- Ngày nay, do động cơ có tỉ số nén cao nên với yêu cầu cao như thế người ta đã

áp dụng các biện pháp thiết kế và công nghệ chế tạo hiện đạ nên ta có thể chọn

trước η M=0,9 để kết quả thiết kế đạt thông số tối ưu hơn

Trong đó :

τ-số chu kì động cơ

i -số xi-lanh động cơ

ne -số vòng quay động cơ cần thiết kế vòng/phút

Ne -công suất động cơ thiết kế kW

8 Vẽ đồ thị công chỉ thị :

 Bước 1 : Vẽ đồ thị với trục tung thể hiện cho áp suất khí thể (pkt), trục hoành thể hiệncho thể tích khí (Vxl)

 Bước 2 : đánh dấu các điểm lên đồ thị

 Điểm a: điểm cuối quá trình nạp có áp suất pa và thể tích Va

 Điểm c (Vc;pc): điểm cuối hành trình nén tính toán

 Điểm z (Vz;pz): điểm cuối hành trình cháy tính toán, với Vz=Vc=37,35 cm3

 Điểm b (Vb;pb): điểm cuối hành trình cháy giãn nở với Vb=Va=429,55 cm3

 Điểm r (Vc;pr): điểm cuối hành trình thải

 Bước 3 : Dựng đường cong nén

V xn 100 80 60 37,35

 Bước 4 : Dựng đường cong giãn nở

Trong quá trình cháy ta có:

 Bước 5 : Dựng và hiệu đính đồ thị công

9 Đường đặc tính ngoài :

Ta có:

N e=N emax .[a n

n N+b (n n N)2−c (n n N)3]

M e=M e N .[1+ n −( n )2]= 3.104 N e

g e=g e N [1,2+ n

n N+0,8(n n N)2]

Trong đó :

N emax− ¿Công suất có ích lớn nhất tính được [kW ]

n N− ¿Tốc độ trục khuỷu ứng với công suất lớn nhất [v/ph]

M e N− ¿Momen xoắn có ích ứng với tốc độ quay nN [Nm]

g e N

− ¿Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với tốc độ nN [g/kW.h]

Ta lại có a=b=c=1 nên:

138,62

142,09

143,24

142,1 138,6

5

132,93

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU

THANH TRUYỀN

I.

PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CỦA CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN :

Nguyên tắc làm việc của các chi tiết chuyển động chính trong động cơ đốt trong:

- Nhóm piston chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu trục khuỷu thanh truyền và nhờ

áp suất của quá trình cháy

- Nhóm thanh truyền có chuyển động phức tạp (song phẳng) là chi tiết truyền

chuyển động trung gian

- Trục khuỷu là chi tiết máy quan trọng có chuyển động quay để truyền công suất

ra trục sơ cấp của hộp số

Có thể phân loại làm 3 loại cơ cấu trục khuỷu thanh truyền:

 Trục khuỷu cắt đường tâm xylanh

 Trục khuỷu lệch với đường tâm xylanh 1 khoảng nhỏ a<0,1S

 Kết cấu trục khủyu dành cho động cơ chữ V- loại này có 2 thanh truyền lắptrên cùng 1 chốt khuỷu

Vì mỗi loại cơ cấu trục khuỷu thanh truyền có 1 ưu nhược điểm riêng vì thế ta chọnloại cơ cấu trục khuỷu cắt đường tâm xylanh

II.

ĐỘNG HỌC CỦA PISTON :

Chọn ω=const, ta có góc quay trục khuỷu α tỷ lệ thuận với thời gian

1 Chuyển vị của piston :

Khi trục khuỷu quay 1 góc α thí piston dịch chuyển được một khoảng Sp so với vị trí ban đầu và khoảng dịch chuyển được tính bằng công thức sau:

0,128

0,11 0,08 0,04 0,01 0

2 Tốc độ piston:

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU

THANH TRUYỀN

I SƠ ĐỒ LỰC VÀ MOMEN TÁC ĐỘNG LÊN CƠ CẤU TRỤC KHUỶU-THANH TRUYỀN CỦA 1 XYLANH CỦA ĐỘNG CƠ:

Quy ước chiều quay và dấu

Chiều quay của động cơ quy ước là “+” nếu động cơ quay theo chiều kim đồng hồnhìn từ phía bánh đà ngược trở lại

Dấu của các lực và momen tác dụng được quy ước như trên hình sau:

Pkt-lực khí thể tác dụng lên đầu piston

Pj-lực quán tính của khối lượng các chi tiết chuyển động thẳng

PƩ-lực tổng cộng tác dụng lên đỉnh piston (hợp lực của lực khí thể và lực quántính chuyển động tịnh tiến

N-lực ngang tác dụng lên vách xylanh có hướng vuông góc với đường tâmxylanh

Ptt-lực dọc theo đường tâm thanh truyền

Trang 15

Z-lực pháp tuyến theo hướng từ tâm chốt đến tâm cổ khuỷuT-lực tiếp tuyến vuông góc với lực pháp tuyến

Mq-momen quay của trục khuỷu (momen xoắn)

ML-momen lật động cơ

II. LỰC KHÍ THỂ :

Các lực tác dụng lên piston gồm lực khí thể Pkt và lực quán tính chuyển động tịnh tiến

trong đó: po -áp suất phía dưới đỉnh piston

pkt-áp suất khí trong xylanh động cơ

Fp -diện tích tiết diện của piston m2

D -đường kính danh nghĩa của piston, m

Trình tự vẽ đồ thị P kt =f(α):α):):

 Dựng trục hoành thể hiện áp suất p ocủa môi trường

 Trục tung thể hiện lực Pkt với tỷ lệ xích: μ P kt=μ p kt F P (MN/m), trong đó μ p kt(MPa/mm) là tỷ lệ xích áp suất trên đồ thị công chỉ thị

 Xác định quan hệ giữa piston và góc quay α thực hiện bằng phương pháp vòngtròn Brich

- Ta xác định được điểm O’ tương tự cách vẽ đồ thị công chỉ thị

- Từ O’ dựng các tia tạo góc α với O’A, tia này cắt vòng tròn Brich tại 1 điểm từ

điểm đó dựng đường song song với trục áp suất cắt đồ thị công tại điểm tươngứng Từ giao điểm đó gióng sang đồ thị lực khí thể và cắt đường thằng đứngtương ứng gióng từ trục α lên Giao điểm đó là độ lớn của lực khí thể tại góc αtương ứng trên đồ thị lực khí thể Pkt –α

- Dựng lần lượt các góc α (α=00,300,600,900, ) tiến hành tương tự như bước trên

ta tập hợp được các điểm trên đồ thị Pkt –α

- Nối các điểm tìm được bằng cách đường cong liên tục ta được đồ thị biến thiên

của lực khí thể tại các quá trình nạp, nén, cháy-giãn nở, thải

III KHỐI LƯỢNG CÁC CHI TIẾT CỦA CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN :

 Khối lượng của piston được thiết kế bằng hợp kim nhôm: m p= ¿419 grams

 Khối lượng của khuỷu trục được thiết kế bằng hợp kim thép:

 Tổng khối lượng chuyển động tịnh tiến: m j=m p+m1= ¿804,88 grams

 Tổng khối lượng chuyển động quay: m r=m th+m2=25731,03 grams

Trang 17

 Lực quán tính (văng thẳng) của khối lượng chuyển động tịnh tiến:

- Lực quán tính do khối lượng chuyển động tịnh tiến mj gây nên thường được gọi

là lực quán tính chuyển động tịnh tiến, ký hiệu là Pj

P j=−m j R ω2.¿Trong đó: R- bán kính quay trục khuỷu

ω-vận tốc góc trục khuỷu

λ-hệ số kết cấuDấu “-“ là tượng trưng về sự ngược chiều giữa gia tốc và lực quán tính

Gọi: P j1=−m j R ω2 cos αlà lực quán tính tịnh tiến cấp 1

P j2=−m j R ω2 λ cos2 α là lực quán tính tịnh tiến cấp 2

=>P j=P j 1+P j 2 là hàm điều hòa với chu kì của P j1 ứng với 1 vòng quay trục khuỷu vàchu kì của P j2 ứng với ½ vòng quay trục khuỷu

- Lực Pj thay đổi trong suốt chu trình công tác của động cơ, luôn luôn tác dụnglên đường tâm của xilanh và có hướng thay đổi khi piston đổi chiều Khi piston ở DCT Pj códấu “-“ , khi piston ở DCD Pj có dấu “+”

Đồ thị lực quán tính này có dạng dấu đồ thị lực gia tốc nhưng có chiều ngược lại

 Lực quán tính (lực ly tâm) của khối lượng chuyển động quay P k :

P k=m r R ω2

=const=65232,15 N

Lực này tác dụng trên đường tâm của má khuỷu, chiều ly tâm và có giá trị khôngđổi khi vận tốc góc ω là hằng số

IV HỆ LỰC TÁC DỤNG TRÊN CƠ CẤU TRỤC KHUỶU-THANH TRUYỀN:

Lực tổng cộng tác dụng lên đỉnh piston PƩ:

-9,2835 320 0,7240 0,0062 -0,0172 -0,0111 0,0058 -0,0096-8,2826 325 0,9020 0,0079 -0,0193 -0,0114 0,0052 -0,0102-7,2209 330 1,0900 0,0098 -0,0211 -0,0114 0,0045 -0,0105-6,1066 335 1,3200 0,0120 -0,0227 -0,0107 0,0035 -0,0102-4,9482 340 1,6200 0,0150 -0,0241 -0,0091 0,0024 -0,0088-3,7541 345 1,9170 0,0179 -0,0252 -0,0073 0,0015 -0,0072-2,5331 350 2,2430 0,0211 -0,0260 -0,0049 0,0007 -0,0049-1,2940 355 2,4300 0,0230 -0,0265 -0,0035 0,0002 -0,0035-0,0456 360 2,6520 0,0252 -0,0267 -0,0015 0,0000 -0,0015

-2,5781 710 0,1070 0,0001 -0,0260 -0,0259 0,0035 -0,0257-1,3395 715 0,1070 0,0001 -0,0265 -0,0265 0,0019 -0,0264-0,0913 720 0,1050 0,0000 -0,0267 -0,0267 0,0001 -0,0267

Kết quả tính toán động học cơ cấu khuỷu trục-thanh truyền

Trang 23

V ĐỒ THỊ TỔNG LỰC TIẾP TUYẾN VÀ MOMEN TỔNG :

1. Momen tổng :

Quy ước các momen tác dụng lên khuỷu trục:

Mi-momen tác dụng lên khuỷu trục thứ i

Ʃ Mi-1-momen của các khuỷu trục phía trước khuỷu trục thứ i

Ʃ Mi-tổng momen tác dụng lên ổ trục cuối cùng còn gọi là momen tổng cộng của động cơ

Momen tổng là là một hàm số:Ʃ Mi =f(α), có chu kì biến thiên bằng góc lệch công tác

δ K(là góc quay của trục khuỷu ứng với khoảng thời gian giữa hai lần làm việc kế tiếp nhau của hai xilanh) góc này có giá trị phụ thuộc vào số xilanh và số kỳ của động cơ thiết kế và nó được xác định bằng quan hệ sau: Ʃ M i=R ∑

Trong đó: τ-số kỳ i-số xilanh

Do động cơ được thiết kế là động cơ 4 kỳ, 4 xilanh nên δ K=18 0 0

b Chọn thứ tự làm việc của động cơ: 1-3-4-2

c Pha công tác của của từng xilanh:

Nếu khuỷu trục của xilanh 1 nằm ở vị trí α=0 thì ta có thời gian ngắn nhất tính theo góc quay của khuỷu trục , giữa hai lần nổ trong xilanh kề nhau :

-10 -0,006 190

0,003 550 -0,004 370 0,008 -0,005 -0,0004

-15 -0,008 195

0,005 555 -0,006 375 0,009 -0,010 -0,0007

-20 -0,010 200

0,007 560 -0,008 380 0,009 -0,015 -0,0010

-25 -0,012 205

0,008 565 -0,009 385 0,009 -0,021 -0,0014

-30 -0,013 210

0,010 570 -0,011 390 0,008 -0,025 -0,0017

-35 -0,013 215

0,011 575 -0,012 395 0,007 -0,029 -0,0020

-40 -0,013 220

0,012 580 -0,013 400 0,006 -0,033 -0,0022

-45 -0,013 225

0,013 585 -0,014 405 0,005 -0,035 -0,0023

-50 -0,012 230

0,013 590 -0,015 410 0,004 -0,035 -0,0024

-55 -0,010 235

0,013 595 -0,015 415 0,004 -0,034 -0,0023

-60 -0,008 240

0,013 600 -0,015 420 0,005 -0,031 -0,0021

-65 -0,006 245

0,013 605 -0,014 425 0,006 -0,027 -0,0018

-70 -0,003 250

0,012 610 -0,013 430 0,007 -0,022 -0,0015

Trang 25

0,010 620 -0,010 440 0,010 -0,009 -0,0006

0,008 625 -0,009 445 0,011 -0,002 -0,0001

3 Đồ thị vectơ tải tác dụng lên bề mặt chốt khuỷu :

Nghiên cứu về hệ lực tác dụng lên trục khuỷu, ta xét trên mỗi khuỷu trục, tại chốtkhuỷu có các lực tác dụng sau:

Đồ thị vecto phụ tải tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu trục hoặc chốt khuỷu gọi tắt làđtvtpt chốt khuỷu Đồ thị phản ánh sự tác dụng của lực T,Z và P ko lên mặt chốt khuỷu thôngqua bạc trong một chu trình công tác của xilanh theo phương trình vecto.

Cần chú ý: lực quán tính ly tâm của bản thân khuỷu trục Prk không có tác dụng nàolên bề mặt chốt khuỷu của nó

Trình tự vẽ đồ thị vecto phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu:

4 Vẽ tọa độ vuông góc TZ với góc tọa độ 0

5 Chọn tỉ lệ xích đồ thị μ t=μ z=μ Pko

6 Xác dịnh các điểm ứng với trị số của TZ tương ứng với các góc α Sau đó nối các điểm ta được đồ thị lực thanh truyền Ptt trong hệ tọa độ mà trục khuỷu đứng yên còn thanh truyền quay tương đối góc α +βso với trục khuỷu về phía trái

Đồ thị vecto tải tác dụng lên bền mặt chốt khuỷu

Chọn tâm chốt khuỷu giả định nằm tại điểm Och(0;0,05)

Dựa vào đồ thị vecto tải tác dụng lên bề mặt chốt khuỷu và tâm chốt khuỷu giả định cùngvới tài liệu tham khảo trang 89,90 ta có thể thấy rằng:

 Xác định vị trí khoan lỗ dầu:

 Gọi Och là tâm đường tròn tượng trưng cho bề mặt chốt khuỷu đặc

 Vẽ tượng trưng má khuỷu về phía chiều dương trục Oz

 Từ Och vẽ 2 đường tiếp tuyến với đồ thị

 Đường phân giác tạo bởi 2 tiếp tuyến đó là phương khoan lỗ dầu

VI ĐỒ THỊ VECTO PHỤ TẢI BẠC ĐẦU TO THANH TRUYỀN:

Trang 31

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN NGHIỆM BỀN CÁC CHI TIẾT CHÍNH

CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

I TÍNH TOÁN CÁC CHI TIẾT CHÍNH CỦA NHÓM PISTON:

1) Piston

a) Đỉnh Piston:

Tính theo ứng suất uốn (phương pháp Back) với những giả thiết sau:

- Coi đỉnh là đĩa tròn, dày đồng đều và đặt tự do trên ống hình trụ rỗng,

- Áp suất khí thể Pzmax tại ĐCT, cuối nén và phân bố đồng đều,

Với pzmax là áp suất cuối quá trình nén pzmax =2,56 MPa.

4 δ2 = 173,43 [MPa] với [u] = 25 190 MPa;

Trong đó: : chiều dày đỉnh 0,0065 [m]

+Lấy pz = pzmax.0,85= 7,7 0,85 = 6,545 [MPa]

+ m1p: phần khối lượng piston tính từ tiết diện x - x trở lên

m1p =0,189 [kg];

Trang 33

+ Fx-x: diện tích tiết diện ngang x-x trừ bớt tiết diện qua đường tâmcủa các lỗ thoát dầu bôi trơn [m2]

*Ứng suất cho phép:

K 10 MPa đối với hợp kim nhôm

n 25 MPa đối với hợp kim nhôm

Lth: chiều dài phần dẫn hướng, [m],

Nmax: lực ngang lớn nhất [MN], dựa vào bảng biến thiên lực ngang,

chọn Nmax=0,0057 MN

Trị số cho phép của qp như sau:

Động cơ ô tô cao tốc: [qp] = 0,6 1,2 [MPa]

Pjp = mn jp 10-6 = 0,56224 0,0673 ¿= 0,03 [MN] là lực quán tính do khối lượng

nhóm piston mn gây nên, qp sẽ đạt giá trị lớn nhất khi piston ở điểm chếttrên cuối nén, đầu cháy giãn nở

Tương tự như vậy, khi piston ở ĐCT nhưng tại thời điểm đầu nạp với động cơ

bốn kỳ áp suất trên bề mặt nửa dưới lỗ bệ chốt được xác định như sau: