Khảo sát rung động cơ IFA w50 lắp trên xe ca

Trong thực tế khi sử dụng động cơ đốt trong thường gặp hiện tượng động cơ làm việc không êm, không đều, phát sinh tiếng gõ và rung động, ngay cả ở trên động cơ có tính cân bằng tốt nhưng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN TUẤN THÀNH

KHẢO SÁT RUNG ĐỘNG CƠ IFA-W50

LẮP TRÊN XE CA

Chuyên ngành:KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS PHẠM VĂN THỂ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ai công bố trong bất kỳ đề tài nào khác

Tác giả

Nguyễn Tuấn Thành

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN……… 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC HÌNH VẼ 4

MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ RUNG ĐỘNG CƠ 8

1.1 Tổng quan về quá trình phát triển ngành động cơ đốt trong 8

1.1.1 Tính ưu việt của động cơ đốt trong và phạm vi sử dụng 8

1.1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 9

1.1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 13

1.2 Giới thiệu chung về dao động 13

1 2.1 Khái niệm về dao động 13

1.2.2 Các loại dao động cơ bản 14

1.3 Giới thiệu về động cơ đốt trong đặt trên hệ đàn hồi 14

1.3.1 Các loại bệ máy 16

1.3.2 Thiết kế trang bị giảm chấn 17

1.3.2.1 Các loại giảm chấn 17

1.3.2.2.Lựa chọn loại và phân bổ các bộ giảm xóc dưới bệ của động cơ. 24

CHƯƠNG II: TÍNH CÂN BẰNG VÀ DAO ĐỘNG ĐỘNG CƠ 25

2.1 Tính nhiệt và động lực học động cơ để lấy kết quả tính dao động.26 2.2 Tính cân bằng động cơ (để tìm lực không cân bằng và gây rung: 0  II J P ) 25

2.3 Các lực và mô men quán tính do động cơ IFA W50 gây ra 25

2.3.1 Hợp lực của lực quán tính 25

2.3.2 Mô men của lực quán tính 27

2.4 Tính toán rung động cơ 29

2.4.1.T ính mô men quán tính của động cơ (Jx, Jy, Jz ) 29

2.4.2 Tìm trọng tâm O của động cơ 30

2.4.3 Khảo sát sự truyền rung từ động cơ IFAW50 lên bệ máy…… 40

2.4.3.1 Xây dựng mô hình dao động của động cơ……… 40

2.4.3.2 Xây dựng hệ phương trình dao động……… 43

2.4.3.3 Viết các phương trình vi phân cho hệ dao động 48

2.4.3.4 Giải các phương trình vi phân tìm tần số và biên độ của hệ giao động theo các phương 52

2.4.3.5 Kiểm nghiệm bộ giảm chấn khử rung 59

CHƯƠNG III 63

NHỮNG KHẢ NĂNG GIẢM RUNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 63

3 1 Ổn định quá trình cháy trong động cơ đốt trong 63

3. 1.1.1 Diễn biến quá trình cháy động cơ diesel 63

3.1.1.2 Các biện pháp ảnh hưởng đến quá trình cháy trong động cơ diesel để hạn chế rung động cơ 65

3.1.1.3 Lựa chọn buồng cháy 65

3.2 Lựa chọn bơm cao áp cho động cơ IFAW50 66

3.3 Lựa chọn kết cấu cho động cơ đốt trong 70

3.3.1 Lựa chọn kết cấu buồng cháy 70

3.4 Lựa chọn số xylanh trong động cơ 73

3.5 Cơ cấu phối khí trong động cơ đốt trong 76

3.6 Những biện pháp hữu hiệu giảm rung cho động cơ đốt trong 75

3.6.1 Biện pháp chế tạo 75

3.6.2 Biện pháp lắp đặt 76

3.6.3 Biện pháp sử dụng 77

3.6.4 Biện pháp cân bằng động cơ 78

3.6.4.1 Đối với động cơ chưa được cân bằng các lực quán tính bậc cao 78 3.6.4.2 Đối với động cơ đã được cân bằng 80

Kết luận 81

PHỤ LỤC 83

I CÁC SỐ LIỆU CỦA PHẦN TÍNH TOÁN NHIỆT 83

1.1 Vẽ và hiệu đính đồ thị công………84

1.2 Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T =f(  ) và đồ thị lực pháp tuyến z =f(  )….85 1.3 Vẽ đường biểu diễn T =f() của động cơ nhiều xylanh 88

1.4 Đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu 89

1.5 Vẽ đường biểu diễn Q = f() 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 97

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Bộ giảm xóc dùng lò xo hình trụ 19

Hình 1.2 Bộ giảm xóc một vòng lò xo 20

Hình 1.3: Loại đệm cao su vỏ kim loại 20

Hình 1.4; Bộ giảm xóc có cấu trúc cản bằng lực ma sát 20

Hình 1.5 Bộ giảm xóc có gối đỡ 2

Hình 1 7 Bộ giảm xóc loại hai tâm với khối cao su đặt nghiêng 21

Hình 1 8 Bộ giảm xóc loại hai tâm với khối cao su đặt thành góc 22

Hình 1.9: Bộ giảm xóc có tấm trung gian 22

Hình 1.10 Bộ giảm xóc ổ bọc 23

Hình 1.13: Bộ giảm xóc bằng khí nén 24

Hình 1.14: Bộ giảm xóc ống đệm 24

Hình 2.1 Sơ đồ trục khuỷu động cơ 4 xylanh thẳng hàng 26

Hình 2.2 Sơ đồ biểu diễn các mômen của lực quán tính 27

Hình 2.3 Sơ đồ khối động cơ đặt trên các ụ giảm chấn 30

Hình 2.4 Động cơ đặt trên các ụ giảm chấn 31

Hình 2.5 Sơ đồ xác định trọng tâm động cơ theo phương thẳng đứng 32

Hình 2.6 Sơ đồ hệ giảm chấn nhìn từ trên xuống 33

Hình 2.7 Sơ đồ xác định tâm cứng của hệ giảm chấn theo phươngngang…… …34

Hình 2.8 Độ lệch của tâm cứng với trọng tâm động cơtheo phương ngang…… 35

Hình 2.9 Độ lệch của tâm cứng với trọng tâm động cơtheo phương thẳng đứng 35

Hình 2.10.Bộ giảm chấn cao su của động cơ 37

Hình 2.11.Độ lệch của tâm cứng với trọng tâm động cơ trongkhông gian 38

Hình 2.12.Độ lệch của tâm cứng với trọng tâm động cơ coi gần đúng 39

Hình 2.13 Sơ đồ chiều tác dụng của các lực và các dịch chuyển 41

Hình 2.14 Sơ đồ chiều các phương dao động của động cơ 42

Hình 2.15 Mô hình tính toán động cơ đặt trên bệ 43

Hình 2.16 Sơ đồ các lực, mô men và các chuyển vị của động cơ 47

Hình 2.17: Sơ đồ thực bố trí bộ giảm chấn do động cơ IFAW50 53

Hình 2.18: Sơ đồ tính toán trường hợp dao động liên hợp đơn 57

Hình2.19 : Sơ đồ tính toán trường hợp dao động liên hợp kép + 58

Hình 2.20: Sơ đồ tính toán trường hợp dao động liên hợp kép - 59

MỞ ĐẦU

Từ khi ra đời đến nay động cơ đã đóng một vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Động cơ đốt trong cung cấp nguồn động lực chủ yếu cho các trang thiết bị động lực như: máy bay, tàu thủy, tàu hỏa, máy xây dựng, máy phát điện…

và đặc biệt là trên ô tô Trong thực tế khi sử dụng động cơ đốt trong thường gặp hiện tượng động cơ làm việc không êm, không đều, phát sinh tiếng gõ và rung động, ngay cả ở trên động cơ có tính cân bằng tốt nhưng quá trình làm việc vẫn có hiện tượng rung xảy ra, làm giảm tuổi thọ của các chi tiết động cơ Việc nghiên cứu giảm thiểu các khả năng gây rung động cho động cơ cần được sự quan tâm đặc biệt của các chuyên gia nghiên cứu về động cơ đốt trong, để trong tương lai động cơ đốt trong làm việc ít rung ồn nhất và có độ tin cậy cao Vấn đề nghiên cứu phát triển nhằm hoàn thiện động cơ đốt trong, cũng như tính toán tối ưu các cơ cấu truyền động trong động cơ luôn được đặt ra đối với các nhà chế tạo và sản xuất động cơ

Từ lâu vấn đề về nghiên cứu giảm rung của động cơ đốt trong đã và đang được các nhà thiết kế rất quan tâm nghiên cứu nhằm giảm sự rung động gây ra những ảnh hưởng xấu khi động cơ làm việc, mặt khác rung động trong động cơ đốt trong có thể gây ra nhiều hư hỏng cho bản thân động cơ đốt trong nói riêng và thiết bị động lực

có trang bị động cơ đốt trong nói chung Chính vì vậy việc nghiên cứu nhằm giảm

sự truyền rung từ động cơ đốt trong đặt trên xe ca là rất cần thiết

Nguyên nhân gây ra rung động là do truyền lực qua cơ cấu trục khuỷu thanh truyền thay đổi theo thời gian và chu kỳ nên động cơ đốt trong là nguồn gây rung rất lớn cho bản thân nó và cho bệ máy, lực quán tính do các khối lượng không cân bằng của cơ cấu gây ra, do lực luôn luôn thay đổi không theo quy luật, ngoài ra do sai số trong quá trình chế tạo và lắp ghép động cơ

Tác hại do rung gây ra có thể rất lớn, đe dọa trực tiếp tới độ bền của trục khuỷu và các ổ trục, làm kẹt pittông và xéc măng, bẻ gãy các gujông và các bu lông bắt bệ với thân máy, gây ứng suất và biến dạng lớn trong các chi tiết máy và làm giảm độ tin cậy chung đối với các phương tiện giao thông lắp động cơ này Ngoài

ra, rung còn tạo nên tạp âm lớn trong xe gây ảnh hưởng đến sức khỏe của lái xe và hành khách trên xe

Khảo sát hiện tượng dao động của động cơ đốt trong lắp trên xe ca, nghiên cứu tính ổn định của động cơ đốt trong và phân tích các lực chủ yếu gây ra rung động cho động cơ (như: lực khí thể, lực quán tính, các mômen của lực quán tính…), cần được tìm hiểu kỹ để từ đó tìm ra các biện pháp khử rung tốt nhất, nâng cao tuổi thọ và hiệu quả làm việc cho động cơ

Được sự giúp đỡ của thầy giáo PGS TS Phạm Văn Thể, cùng với sự giúp

đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Động cơ đốt trong Viện cơ khí động lực Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, tôi đã chọn đề tài luận văn cao học của

mình là: “Khảo sát rung động cơ IFAW50 lắp trên xe ca” Đề tài này nhằm mục

đích nghiên cứu các nguyên nhân gây ra rung động cho động cơ đốt trong và tìm các biện pháp hữu hiệu để khắc phục, nâng cao tuổi thọ cho động cơ

Trong khoảng thời gian ngắn, với tính chất phức tạp nhất định của đề tài và khó khăn về tài liệu tham khảo cũng như thiết bị kiểm chứng, bên cạnh đó do khả năng còn hạn chế nên việc thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế, tác giả rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo để có thể tiếp tục hoàn thiện đề tài

Tác giả xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn , chỉ bảo tận tình của thầy giáo

PGS TS Phạm Văn Thể và tập thể các thầy cô giáo trong bộ môn Động cơ đốt

trong Viện Cơ Khí Động Lực Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Tác giả: Nguyễn Tuấn Thành

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ RUNG ĐỘNG CƠ

1.1 Tổng quan về quá trình phát triển ngành động cơ đốt trong

1.1.1 Tính ưu việt của động cơ đốt trong và phạm vi sử dụng

Như chúng ta đã biết, chiếc động cơ đốt trong ra đời năm 1860 Trải qua hơn một thế kỷ, ngành động cơ đốt trong ngày nay đã trở thành ngành công nghiệp chủ chốt của nhiều nước công nghiệp phát triển và đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, là nguồn động lực cho các phương tiện vận tải như ô tô, máy bay, tàu thuỷ, tàu hoả, và các máy công tác như máy phát điện, các máy công cụ sử dụng trong nông nghiệp năng lượng do động cơ đốt trong cung cấp chiếm khoảng 80% tổng số năng lượng tiêu thụ trên trái đất Ờ nước ta động cơ đốt trong đang được dùng với một số lượng tương đối lớn, vấn đề phát triển công nghiệp đang được quan tâm và xu hướng nội địa hoá sản phẩm trong nước đang được đẩy mạnh trong đó có việc sản xuất động cơ đốt trong Vì vậy việc nghiên cứu và phát triển động cơ đốt trong sẽ giúp cho ngành động cơ trong nước phát triển hơn nữa, theo kịp các nước trên thế giới, phấn đấu đưa Việt Nam trở thành một nước công nghiệp hóa trong thời gian tới

Động cơ đốt trong ngày nay đã thể hiện nhiều tính ưu việt so với các loại động cơ khác như tuốc bin hơi, tuốc bin khí Trong một số lĩnh vực, động cơ đốt trong chiếm ưu thế đặc biệt mà các loại động cơ khác khó có thể cạnh tranh được (ví dụ: dùng làm máy phát điện cho những vùng chưa có điện lưới, dùng trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải )

Động cơ đốt trong có những ưu điểm nổi bật là: Hiệu suất cao hơn hiệu suất của máy hơi nước kiểu giường và của tua bin hơi và của tua bin khí, kích thước và trọng lượng nhỏ, công suất riêng lớn dùng nhiên liệu có nhiệt trị cao nên rất thích hợp trên các phương tiện vận tải với điều kiện làm việc di động, khởi động vận hành, chăm sóc dễ dàng

Nhược điểm cơ bản là: không phát ra mô men lớn tại tốc độ vòng quay nhỏ nên không khởi động được khi có tải, khả năng quá tải kém, công suất cực đại

không cao, trong khi công suất của tua bin hơi đạt cao hơn nhiều, nhiên liệu đắt và cạn dần trong thiên nhiên, Ô nhiễm môi trường vì khí xả và ồn

Ngoài ra, do lực truyền qua cơ cấu Pittông - Thanh truyền - Trục khuỷu nên thường phát sinh các lực và các mô men lực quán tính không cân bằng gây ra rung

và ồn lớn áp lực của khí cháy sinh ra trong xylanh của động cơ không đều khiến mômen truyền và số vòng quay của trục không đều làm cho trục khuỷu và hệ trục được lai dắt chịu ứng suất xoắn lớn

Tuy nhiên trong vài ba thập niên tới động cơ đốt trong vẫn là loại động cơ không thể thay thế, do những động cơ khác tuy ưu việt hơn nhưng vì những lý do kinh tế và kỹ thuật nên chưa được chế tạo hàng loạt Hướng phát triển chủ yếu của ngành chế tạo động cơ là tăng tuổi thọ tăng độ bền và độ tin cậy nhờ các biện pháp giảm rung, giảm ồn và giảm thiểu khả năng ô nhiễm môi trường do động cơ gây ra

Do đó đề tài nghiên cứu về vấn đề giảm rung cho động cơ đốt trong, để khi đưa vào

sử dụng loại động cơ này hoạt động được êm hơn, nâng cao tuổi thọ của động cơ

Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các yêu cầu đặt ra đối với động cơ đốt trong cũng ngày càng cao như: Đạt được công suất cao, suất tiêu hao nhiên liệu thấp, khối lượng động cơ giảm, độ rung ồn nhỏ và đặc biệt yêu cầu khắt khe về chất lượng khí xả Chính vì vậy mà vấn đề nghiên cứu giảm rung động cơ đốt trong cũng được đặt ra đối với các nhà thiết kế chế tạo, để thỏa mãn các yêu cầu nêu trên

1.1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Hiện nay động cơ đốt trong có rất nhiều loại, nhưng động cơ đốt trong bốn xylanh được dùng rất phổ biến trên các ô tô và máy kéo

Ưu điểm của động cơ bốn xylanh là kết cấu đơn giản và thường gọn nhẹ, tải các ổ giữa không lớn, kết cấu của trục khuỷu cân xứng, điều kiện bôi trơn thuận lợi Nhược điểm là khi chế tạo phải thực hiện cân bằng tĩnh và cân bằng động động cơ một cách nghiêm khắc, động cơ bốn xylanh có số xylanh không nhiều chỉ dùng cho các phương tiện cơ giới cỡ nhỏ, nhẹ, cao tốc

Dưới đây đề tài đã đề cập và nghiên cứu động cơ diesel IFA - W50 bốn xylanh, bốn kỳ, lắp trên xe ca

Phạm vi nghiên cứu của đề tài giới hạn trong lĩnh vực dao động của động cơ đốt trong

Trong ngành vận tải đường bộ tải trọng của các phương tiện giao thông có miền phân bố rộng từ 0,5 tấn đến 700 tấn và công suất động cơ tương ứng từ 10 đến 1500

mã lực Tuy nhiên trong ngành này ô tô có 2 chủng loại chính là xe chở khách và xe vận tải hàng hóa Trong đó ô tô được trang bị động cơ xăng lại chiếm đa số ở những

xe công suất nhỏ, những xe được trang bị động cơ diesel thường chiếm đa số ở những vận tải cỡ lớn và những xe trở khách đường dài Xu hướng phát triển của ngành động cơ đốt trong hiện nay nằm trong hai hướng lớn là nghiên cứu không ngừng tăng công suất động cơ, tăng tính kinh tế sử dụng và hiện đại hóa công nghệ sản xuất, tự động hóa quá trình điều khiển động cơ nhằm đạt tính kinh tế, độ tin cậy

và chống ô nhiễm môi trường

Để tăng công suất động cơ đốt trong người ta nghiên cứu tăng công suất có ích bình quân của chu trình công tác Pe Để tăng Pe ở động cơ xăng các loại buồng cháy đáp ứng tỉ số nén cao từ 9 đến 11 như buồng cháy chỏm cầu, bán cầu, ô van… đã thay thế các loại buồng cháy Ricacđô cổ điển dùng xupap đặt và tỉ số nén thấp

Các thành tựu mới về quá trình cháy “điểm lửa chùm”, phun xăng trên đường nạp: đơn điểm (Mono- Jetronic) hay đa điểm (Motronic), phun xăng trực tiếp (GDI Mitsubishi)… đã tăng Pe lên những giá trị khá lớn thường từ 1 đến 1.5 MPa vượt xa

Pe của các động cơ thông thường (0.6 đến 0.7 MPa) Đối với động cơ diesel các loại buồng cháy phân cách và thống nhất được nghiên cứu rất nhiều, các ưu điểm được phân tích tỉ mỉ từ đó tạo ra phương pháp hình thành hỗn hợp khí và quá trình cháy được tốt nhất Ngoài vấn đề nghiên cứu không ngừng quá trình cháy nói trên một trong những biện pháp tăng Pe có hiệu quả nhất là tăng áp, nghĩa là tăng áp suất khí nạp vào xi lanh bằng cách dùng máy nén khí Quá trình tăng áp phụ thuộc vào thiết

bị tăng áp, gam công suất và kiểu loại động cơ Một trong những thành tựu tăng áp đáng kể đó là quá trình tăng áp Super-bar và hyper-bar của Pháp Với kỹ thuật tăng

áp này áp suất bình quân đã đạt trị số rất cao 1.2 đến 1.8 MPa.

Để tăng công suất động cơ người ta còn tăng thể tích công tác của xi lanh Vh, tăng

và hành trình pittong thể hiện rất rõ trong ngành động cơ tầu thủy Việc tăng số xi lanh cũng dẫn tới tăng công suất động cơ Khi tăng số xi lanh cân bằng động cơ tăng, tính kinh tế của động cơ tăng nhưng độ phức tạp của động cơ cũng tăng

Trong ngành động cơ ô tô phổ biến nhất là động cơ chữ V: V6, V8 hoặc V12 xi lanh

Trong họ động cơ ô tô, động cơ công suất nhỏ và trung bình phương hướng tăng tốc

độ quay n để tăng công suất động cơ là phổ biến Khi số vòng quay tăng công suất động cơ tăng nhanh, động cơ gọn nhẹ nhưng nhược điểm lớn nhất là ảnh hưởng xấu đến lực quán tính Để khắc phục nhược điểm này ở một số lĩnh vực đã xuất hiện các dòng động cơ mới và thay thế cho động cơ cổ điển, các dòng họ động cơ mới là: động cơ rô to, động cơ không thanh truyền, động cơ pittong tự do…

Công nghệ sản xuất động cơ đốt trong ngày nay đã trở thành một ngành công nghiệp có vị trí cao trong nền kinh tế quốc dân của nhiều nước trên thế giới vì vậy hiện đại hóa nền sản xuất là xu hướng tất yếu, những dây truyền sản xuất được tự động hóa cao, những ứng dụng của các vật liệu mới, những thành tựu mới của điều khiển học, tin học, kỹ thuật số… đã đem lại cho ngành động cơ nhiều kết quả rất đáng kể Những nghiên cứu về tự động khống chế các thông số của quá trình nạp, quá trình cung cấp nhiên liệu, quá trình cháy và thành phần khí thải… đã được thực hiện chính xác bằng máy tính điện tử ECU (Electronic Control Unit) của hệ CCCS (Computer Commad Control System) Hoặc xu hướng chống ô nhiễm môi trường, các động cơ diesel đã lắp hệ thống tự động lọc khói, các động cơ xăng dùng cảm biến ôxy để thông báo cho ECU điều chỉnh hệ số Lamda, hệ thống luân hồi khí thải EGR, hệ thống xúc tác khử độc trong khí xả… Tuy nhiên động cơ càng hiện đại hóa bao nhiêu thì kết cấu càng phức tạp bấy nhiêu và kỹ thuật chuẩn đoán, sửa chữa phải hiện đại theo thì mới đáp ứng được

Ngày nay độ chính xác trong công nghệ chế tạo đã có nhiều tiến bộ vượt bậc nên tổn thất do ma sát đã giảm đáng kể Đồng thời việc nghiên cứu sử dụng năng lượng của khí thải, nước làm mát cũng nâng cao hệ số lợi dụng nhiệt Từ tiến bộ của thành tựu khoa học công nghệ tính kinh tế của động cơ thể hiện bằng suất tiêu thụ nhiên liệu đã giảm rõ rệt

Cùng với sự phát triển của ngành động cơ đốt trong trên thế giới, ngành động cơ đốt trong ở Việt Nam cũng có những phát triển đáng kể

Đối với sự phát triển ô tô tại Việt Nam không kể số lượng xe quân sự, số lượng xe

đã tăng khá nhanh Năm 1991- 202000 chiếc, năm 1995- 205000 chiếc, năm 2000-

408000 chiếc, năm 2005- 652000 chiếc và dự báo đến năm 2020 sẽ đạt 8520000 chiếc Hiện nay chúng ta đã có trên 20 liên doanh lắp ráp ô tô, tổng công suất thiết

kế (xe/ năm) của các liên doanh đã được phép cũng chỉ đạt 137000 xe/ năm (nguồn số liệu do cục đăng kiểm cung cấp) Ngoài ra chúng ta còn có một số lượng lớn những nhà nhập khẩu ô tô chuyên nghiệp Tuy nhiên với sự phát triển mạnh mẽ của đất nước thì số lượng cũng chưa đáp ứng được hết nhu cầu của sự phát triển bởi những vì đất nước ta là một nước nông nghiệp 90% dân số làm nông nghiệp Khu vực dân cư trải rộng trên khắp mọi miền đất nước chủ yếu là ở nông thôn, chỉ một bộ phận nhỏ tập trung ở khu vực thành thị Với những loại xe đời mới chỉ thuận tiện cho việc phục vụ ở khu vực thành thị như: xe buýt đô thị, xe vận tải hành khách ở những quãng đường có cự ly ngắn, còn những loại xe khách đường dài thì thường xuất phát từ các trung tâm đô thị để đến những nơi vùng sâu, vùng xa nơi tập trung đa phần là những đồng bào nghèo Ở nước ta từ lâu chúng ta đã quen với việc có mặt của những chiếc xe đến từ một số nước XHCN như Nga, Trung Quốc, Đức, Tiệp Khắc… với các dòng xe khác nhau Nhưng trong số những loại xe

đó nổi bật hơn cả đó là loại IFA-W50 đến từ Cộng hòa Dân chủ Đức và được nhập vào nước ta từ trước những năm 90 của thế kỷ trước

Xe IFA-W50 là loại xe sử dụng loại động cơ 4 kỳ với 4 xi lanh 1 hàng thẳng đứng, công suất động cơ 115 mã lực, số vòng quay động cơ là 2300 vòng/phút, suất tiêu hao nhiên liệu 185 g/ml.h, sử dụng hệ thống làm mát theo kiểu tuần hoàn và hệ thống bôi trơn cưỡng bức Đây là loại động cơ nhỏ có độ làm việc tin cậy cao, phụ tùng dễ thay thế, tiêu hao nhiên liệu thấp, tính kinh tế cao và phù hợp với điều kiện khí hậu của nước ta Trong vận tải hàng hóa thì đây chính là loại hoạt động rất hiệu quả vì khả năng làm việc cơ động, tính vượt rã cao có thể làm việc được ở nhiều địa hình khác nhau kể cả những vùng núi đường xá đi lại khó khăn, đồi núi hiểm trở Việc sử dụng xe IFA-W50 để hoán cải thành xe chở khách là một phương án tối ưu

vì ở nước ta với địa hình đồi núi phức tạp mà dân cư phân bố không đồng đều, nhiều nơi còn chưa có đường giao thông Với khả năng vượt dã của mình xe IFA –W50 có thể tới được những vùng xa xôi nhất của mọi miền đất nước Ngày nay tuy đất nước đã phát triển và có nhiều loại xe khác nhau nhưng việc sử dụng xe IFA-W50 để hoán cải thành xe ca là một nhu cầu cấp thiết để phục vụ cho vùng sâu vùng

xa vì đầu tư ít tốn kém, tính kinh tế cao Những chiếc xe đời mới có thể là cũng rất tốt và tiện nghi hiện đại nhưng chỉ phù hợp ở khu vực thành thị, còn khu vực miền núi những nơi có địa hình phức tạp giao thông đi lại khó khăn thì rất khó có thể đến được

Do thời gian và điều kiện hạn chế nên đề tài chỉ nghiên cứu giảm sự truyền dao động cơ học từ động cơ đốt trong bốn kỳ lắp trên xe ca do các lực và mômen quán tính các cấp không cân bằng gây ra

Đề tài này mong muốn được đóng góp một phần nhỏ vào nâng cao khả năng

giảm dao động cơ trên xe ca, nhằm mở rộng phạm vi sử dụng động cơ IFA - W50

trên các phương tiện giao thông vận tải

1.1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Phân tích và tìm ra các nguyên nhân gây ra dao động cho động cơ để từ đó hạn chế đến mức độ tối thiểu các tác hại do rung động gây ra

- Đánh giá mức độ ảnh hưởng của từng thành phần lực và mômen lực quán

tính

- Chọn phương án cân bằng động cơ đốt trong trong quá trình thiết kế và chế tạo

- Có biện pháp hữu hiệu trong quá trình thiết kế các động cơ mới

1.2 Giới thiệu chung về dao động

1 2.1 Khái niệm về dao động

Dao động là một hiện tượng phổ biến trong tự nhiên và trong kỹ thuật

Các máy, các phương tiện giao thông vận tải, động cơ lắp trên bệ máy, các toà nhà cao tầng, những chiếc cầu bắc ngang qua các dòng sông, các mạch điện trong chiếc đài của bạn đang dùng, chiếc đồng hồ mà bạn đeo trên tay, đó là các hệ dao động trong kỹ thuật

Các quá trình dao động được phân loại tuỳ theo các quan điểm khác nhau Căn cứ vào cơ cấu gây lên dao động người ta phân tích thành dao động tự do và dao động cưỡng bức, dao động tham số, tự dao động, dao động hỗn độn, dao động ngẫu nhiên

1.2.2 Các loại dao động cơ bản

Dao động tự do là dao động được sinh ra khi vật thể có sẵn thế năng ở trạng thái tự do, có tính chất tức thời

Dao động cưỡng bức là dao động sinh ra bởi các ngoại lực tác động theo một quy luật nào đó, không phụ thuộc vào chuyển động và tồn tại trong suốt quá trình dao động

Tự dao động là loại dao động xuất hiện bởi các lực do bản thân chuyển động gây ra và tắt đi khi ngừng chuyển động Nguyên nhân gây ra chuyển động đó không

có tính chất dao động

Dao động ngẫu nhiên là loại dao động xuất hiện do các nguyên nhân bên ngoài có tính chất ngẫu nhiên được mô tả bằng các đại lượng đặc trưng trong lý thuyết xác xuất

Căn cứ vào số bậc tự do người ta phân thành dao động hệ một bậc tự do, dao động hệ n bậc tự do, dao động hệ vô hạn bậc tự do

Căn cứ vào phương trình chuyển động người ta phân thành dao động tuyến tính, dao động phi tuyến

Căn cứ vào dạng chuyển động người ta phân thành dao động dọc, dao động xoắn, dao động uốn

Khi nghiên cứu dao động người ta xác định các đặc trưng của dao động và tìm cách giảm các tác động do dao động gây ra Đối với các dạng dao động cưỡng bức thì người ta phải kiểm tra xem có xẩy ra hiện tượng cộng hưởng hay không tức

là xem tần số dao động riêng có trùng với tần số của lực cưỡng bức không Ngoài ra khi muốn làm giảm bớt dao động người ta phải bố trí các bộ phận cản hoặc nhớt để tiêu tán năng lượng làm cho dao động có tính chất tắt dần (ví dụ: giảm xóc của xe)

1.3 Giới thiệu về động cơ đốt trong đặt trên hệ đàn hồi

Động cơ IFAW50 là loại động cơ Diesel có 4 xi lanh, thứ tự nổ là: 1-2-4-3 công suất động cơ 115 mã lực ở số vòng quay 2300 vòng/phút, là loại động cơ buồng cháy thống nhất, kiểu MAN, không tăng áp Trong động cơ có các hệ thống:

-Hệ thống nhiên liệu của động cơ: Nhiên liệu dùng trong động cơ IFAW50 là

nhiên liệu diesel Nhiên liệu được chuyền từ thùng chứa nhờ áp suất của bơm thấp

áp tạo ra, sau đó lọc tinh đi đến bơm cao áp Bơm cao áp thuộc loại DEP 4 BS-804

là loại bơm cung cấp nhiên liệu điều chỉnh lượng nhiệu liệu cung cấp cho chu trình bằng van pittong, có xẻ rãnh chéo trên đầu (để thay đổi hành trình có ích) Vòi phun của động cơ là loại vòi phun kín tiêu chuẩn Trong vòi phun kín có bộ đôi kim phun

và thân kim là bộ đôi siêu chính xác thứ hai trong hệ thống nhiên liệu, kim phun, thân kim và đầu vòi phun yêu cầu có hình dạng chính xác, chống mòn… Phần nhiên liệu thừa tại bơm cao áp giữ vai trò làm mát pittong bơm và trở về thùng nhiên liệu qua van áp suất và phần nhiên liệu rò rỉ qua khe hở bộ đôi kim phun sẽ theo đường dầu hồi về phía sau van áp suất rồi trở lại thùng nhiên liệu

-Hệ thống phối khí của động cơ: Cơ cấu phối khí dùng để thực hiện quá trình

thay đổi khí trong động cơ: thải sạch khí thải và nạp đầy không khí khi nạp để đảm bảo cho động cơ hoạt động liên tục Động cơ IFAW50 dùng cơ cấu phối khí xu páp treo dẫn động gián tiếp gồm một cam nạp và một cam thải Trục cam của động cơ được dẫn động từ trục khuỷu động cơ thông qua bánh răng trung gian

-Hệ thống làm mát của động cơ: Trong quá trình làm việc của động cơ nhiệt

lượng truyền cho các chi tiết chiếm khoảng 25 đến 35% nhiệt lượng do nhiên liệu cháy tỏa ra vì vậy các chi tiết nóng lên rất nhanh nên cần thiết phải làm mát tránh hiện tượng quá nóng cho các chi tiết gây bó máy Động cơ IFAW50 làm mát bằng nước cưỡng bức kiểu một vòng tuần hoàn kín Nước tuần hoàn nhờ bơm ly tâm qua

hệ thống ống đến làm mát cho tất cả các xi lanh, thân máy và dầu bôi trơn Sau khi làm mát động cơ nước được đưa đến van hằng nhiệt Nếu nhiệt độ của nước lớn hơn

850C thì van hằng nhiệt bắt đầu mở cho nước đi qua két làm mát, và mở hết cỡ khi nước có nhiệt độ là 950C tuy nhiên động cơ chỉ hoạt động ở chế độ này trong thời gian rất ngắn Nếu nhiệt độ của nước nhỏ hơn 850C thì van hằng nhiệt đóng lại cho nước không đi qua két nữa Nước được đưa vào làm mát động cơ sau khi qua két

làm mát và van hằng nhiệt được bơm hút để đi làm mát cho động cơ, quá trình cứ

tuần hoàn như vậy

-Hệ thống bôi trơn của động cơ: Nhiệm vụ của hệ thống là bôi trơn tất cả các bề

mặt ma sát, làm mát ổ trục, tẩy rửa các bề mặt ma sát và bao kín buồng cháy Động

cơ diesel IFAW50 dùng phương pháp bôi trơn hỗn hợp các te ướt (vừa cưỡng bức vừa vung té) dầu bôi trơn từ các te được bơm dầu (là loại bơm bánh răng) hút lên từ cácte (cácte ướt) qua bầu lọc thô rồi qua két làm mát dầu (môi chất làm mát là không khí) đi đến đường dầu chính, từ đây dầu được phân phối đi bôi trơn các bề mặt ma sát (ổ trục khuỷu, cam, đầu nhỏ thanh truyền…), cuối cùng chảy về cácte Một phần dầu ở cácte bị vung té lên do trục khuỷu quay để bôi trơn các bề mặt ma sát rộng (như thành xilanh…) hoặc các bề mặt ma sát nhỏ nhưng bố trí rải rác (như giàn cò mổ…)

- Hệ thống khởi động của động cơ: Động cơ IFAW50 dùng động cơ điện để khởi

động, bằng nguồn điện ắc quy 12V Khi khởi động cường độ dòng điện có thể lên tới 300A, bánh răng của động cơ điện khởi động tiếp xúc với bánh răng thuộc bánh

đà của động cơ khởi động với tỷ số truyền rất lớn, trên động cơ khởi động gồm hai

cơ cấu đóng mở mạch điện và cơ cấu tách nối ăn khớp bánh răng khi khởi động Cơ cấu đóng mở mạch điện dùng điều khiển từ xa bằng rơ le, cơ cấu tách nối tự động loại điện từ

1.3.1 Các loại bệ máy

* Cơ sở về bệ máy

a, Các yêu cầu cơ bản đối với bệ máy

Bệ máy thuộc về những cơ cấu khung - bệ để lắp đặt cố định các máy móc và các thiết bị động lực Vì vậy, để đảm bảo cho các thiết bị làm việc tin cậy, bệ phải bảo đảm các yêu cầu cơ bản sau:

1 Có độ cứng và độ bền lớn và ổn định dưới tác dụng của các ngoại lực

2 Có độ biến dạng (hay độ võng) nhỏ không ảnh hưởng đến điều kiện làm việc của các thiết bị đặt trên nó

3 Không có hiện tượng rung và chấn động mạnh khi các thiết bị hoạt động

4 Có khả năng phân tán lực tác dụng để hạn chế ứng lực hay biến dạng tập trung nguy hiểm

5 Gia cố chắc các thiết bị trên bệ trong mọi điều kiện sử dụng

Ngày nay đối với các trang bị động lực cỡ lớn, hiện đại phương pháp thiết kế

bệ cụm có nhiều ưu điểm hơn cả Phương pháp này cho phép tối ưu hoá phương án phân bố các thiết bị, nhất là với các trang bị động lực phức tạp, đồng thời có thể áp dụng vi tính để tính toán, tự động hoá và chuyên môn hoá quá trình lắp đặt và trang

bị

b) Đặc điểm về kết cấu bệ máy

Đối với các cụm động lực lưu động, bệ máy thường là một bộ phận không tách rời và được hàn liền hay lắp liền nhờ các gujông với giá máy

Ngày nay với xu thế thiết kế mới, bệ máy không làm liền với giá máy mà được làm rời với mục đích có thể lắp đặt các thiết bị động lực khác thay thế hay có dạng công suất hoặc kích thước tương đương Điều này có ý nghĩa quan trọng đặc biệt đối với các thiết bị động lực dùng cho các cẩu trục, các cụm phát điện lưu động, các cụm

diesel bơm nước, diesel máy nén v.v

Cơ sở để thiết kế các bệ móng là trọng lượng và các kích thước bao của cụm máy và các bản vẽ định vị của nhà máy chế tạo động cơ

1.3.2 Thiết kế trang bị giảm chấn

1.3.2.1 Các loại giảm chấn

* Vật liệu chế tạo giảm chấn:

Hiệu suất giảm rung của bộ giảm chấn chủ yếu phụ thuộc vào vật liệu chế tạo đệm đàn hồi Để giảm rung cho động cơ và bệ máy thường sử dụng các bộ giảm chấn bằng cao su và bằng lò xo

Ưu điểm chính của loại giảm chấn bằng cao su là có ma sát trong lớn, đó là đặc tính quan trọng để dập tắt dao động cộng hưởng Ngoài ra bộ giảm chấn loại này có khả năng cách âm tốt trong tất cả các dải âm tần

Nhược điểm của bộ giảm chấn bằng cao su là cao su dễ bị lão hoá (tính chất đàn hồi mất dần theo thời gian) và dễ bị hư hỏng do tác động của các sản phẩm dầu

mỏ và nhiệt độ cao (chỉ thích ứng với nhiệt độ dưới 70- 750C) Ngày nay với các bộ

giảm chấn bằng cao su, người ta chỉ sử dụng loại giảm chấn có đệm đàn hồi làm việc ở trạng thái chịu nén

Loại giảm chấn lò xo giữ được tính chất đàn hồi lâu dài và không chịu tác động của dầu, nhiệt độ và độ ẩm Tuy vậy loại giảm chấn bằng lò xo có ma sát trong rất nhỏ và khả năng cách âm lại kém ở các tần số cao và tần số trung bình Lò

xo chỉ giảm rung tốt với tần số nhỏ hơn hoặc bằng 200Hz, ở tần số lớn hơn rung động chẳng những không giảm mà còn có thể tăng Cho nên trong các bộ giảm chấn bằng lò xo thường có thêm cơ cấu làm tăng khả năng giảm rung và ma sát Với mục đích ấy dưới lò xo của bộ giảm chấn đôi khi có đặt thêm đệm bằng cao su cứng có

độ dày không lớn để tăng ma sát trong của bộ giảm chấn lò xo

* Kết cấu của các loại giảm chấn :

Dựa vào hai loại vật liệu chế tạo kể trên người ta phân các bộ giảm chấn thành hai nhóm chính: bộ giảm chấn dùng đệm đàn hồi bằng kim loại và bộ giảm

chấn dùng đệm đàn hồi bằng cao su

Bộ giảm chấn bằng kim loại theo kết cấu của đệm đàn hồi có thể chia thành các loại chính sau:

+ Loại lò xo

+ Loại lò xo- cao su

+ Loại lò xo-chất dẻo

+ Loại nhíp

+ Loại bện bằng dây kim loại

Bộ giảm chấn bằng lò xo có thể là lò xo hình trụ hay hình nón Để khử dao động cộng hưởng, thường dùng thêm đệm cao su hay chất dẻo kết hợp với kim loại

Các đệm đàn hồi bằng kim loại có thể xếp thành nhiều lớp như dạng nhíp, đèn xếp, tổ hợp lò xo hoặc xếp thành nhiều lớp mỏng

Để giảm rung cho các động cơ nhỏ có thể dùng bộ giảm xóc một vòng lò xo (tải trọng định mức một bộ lên đến 300N)

Thành phần đàn hồi của loại giảm xóc bằng kim loại có đặc điểm là thay đổi kích thước dưới tác dụng của ngoại lực và phục hồi lại sau khi lực ngừng tác dụng

Thành phần đàn hồi thường dựng trong bộ giảm xúc bằng kim loại là lũ xo (hỡnh trụ, hỡnh nún, hỡnh lăng trụ, hỡnh trống và cỏc dạng khỏc) Lũ xo được chế tạo bằng thộp lũ xo cỏn hay dõy kim loại Đối với những động cơ thường làm việc ở điều kiện cú độ ẩm lớn, lũ xo nờn làm bằng thộp hợp kim khụng gỉ, chế tạo theo phương phỏp quấn nguội

Sau khi quấn, lũ xo được đưa vào nhiệt luyện (ram) - nung núng lũ xo

trong lũ điện đến nhiệt độ 4500C, giữ ở nhiệt độ này 20-30 phỳt và sau đú làm nguội

ở ngoài khụng khớ Nguyờn cụng này làm tăng độ bền và giảm độ biến dạng dư của

lũ xo Sau khi nhiệt luyện lũ xo, tiến hành đỏnh búng để tăng khả năng chống ăn mũn Kết cấu của một số loại giảm xúc bằng kim loại giới thiệu trờn cỏc hỡnh vẽ sau:

Hình 1.2: Bộ gảm xóc dùng lò xo hình trụ

8 7 6 5 4 3 2 1

11 12

10 9

1- Lớp đệm đàn hồi bằng cao su 2- ống lót bằng cao su, 3 - Thân, 4- Đai ốc hãm, 5- Đai ốc để xiết sơ bộ, 6- ống đỡ, 7 - Vòng cao su, 8- Vòng kim loại; 9- Bulông; 10- Lò xo hình trụ; 11- Đệm lò xo; 12 - Đế

Hỡnh 1.1 Bộ giảm xúc dựng lũ xo hỡnh trụ 1- Lớp đệm đàn hồi bằng cao su; 2- Ống lút bằng cao su; 3-Thõn; 4- Đai ốc hóm; 5- Đai ốc để xiết sơ bộ; 6- ống đỡ, 7- Vũng cao su; 8- Vũng kim loại;

9- Bu lụng; 10- Lũ xo hỡnh trụ; 11- Đệm lũ xo; 12- Đế

2 1

3

Hình 1.2 Bộ giảm xóc một vòng lò xo: 1-Lò xo;

2-Nắp chụp giảm xóc bằng cao su; 3- Vấu tựa của động cơ; 4- Bệ máy

Hình 1.3: Loại đệm cao su vỏ kim loại

Hình 1.4; Bộ giảm xóc có cấu trúc cản bằng lực ma sát 1- Bệ tựa đàn hồi trên; 2- Gối trụ chịu tải trọng;

Bộ giảm chấn bằng cao su có thể chia thành các nhóm chính sau:

+ Loại hai tấm

+ Loại có tấm trung gian

+ Loại ổ bọc

+ Loại ống đệm

Các loại giảm chấn ở trên (trừ loại hai tấm) bảo đảm vị trí ổn định của động

cơ khi khối cao su bị phá huỷ Tất cả các bộ phận của giảm chấn được nối với động

cơ và với bệ nhờ các tấm kim loại, mà được ngăn cách với nhau bằng một tấm cao

su (lưu hoá với tấm kim loại này) và đảm bảo mối quan hệ đàn hồi giữa động cơ và

bệ

Bộ giảm xóc loại hai tấm có kết cấu rất đơn giản Nó gồm tấm trên được liên kết với động cơ, tấm dưới với bệ, giữa hai tấm này đặt một đệm cao su Bộ giảm xóc dùng tấm đệm cao su có thể đặt nằm ngang (hình 1.5), đặt nghiêng (hình l.6), hay đặt thành góc (hình l.7) Khi đặt nghiêng và đặt thành góc, khối cao su có khả năng giảm rung lớn hơn so với đặt nằm ngang, vì độ cứng của cao su giảm do sự chuyển tải trọng từ trạng thái nén sang trạng thái trượt

Tuỳ theo kích thước của nó bộ giảm chấn loại hai tấm có thể chịu tải trọng định mức từ vài chục kilôgam đến vài tấn

Hình 1.5 Bộ giảm xóc loại hai tâm với khối cao su đặt ngang

Hình 1.9: Bộ giảm xóc loại hai tấn với khối cao su đặt thành góc

Hỡnh 1.6 Bộ giảm xúc loại hai tõm với khối cao su đặt thành gúc

Bộ giảm chấn cú tấm trung gian cú hiệu quả tốt hơn so với bộ giảm xúc loại

hai tấm đặt ngang, do cao su cũng làm việc theo trạng thỏi trượt

Ngoài ra khi phõn chia khối cao su bằng một tấm kim loại trung gian cú thể

tăng thờm khả năng phản xạ súng rung lờn bề mặt phõn chia tấm kim loại với cao

su Bộ giảm xúc cú tấm trung gian cú thể chịu tải trọng đến 17000 N

Bộ giảm xúc loại ổ bọc lắp với động cơ bằng một ống ren giữa khối cao su

và lắp với bệ bằng nhiều bu lụng Bộ giảm xúc loại này được bọc lút kớn bằng bằng

vỏ thép Nó có thể chịu được tải trọng từ 10 đến 400 kg Kết cấu của loại này như

(hình 1.8)

2 3

4 1

Hình 1.8 Bộ giảm xóc ổ bọc 1- Vỏ ngoài; 2- Tấm đế; 3- Khối cao su; 4- Ống ren tùy động

Ngoài các loại thường dùng kể trên, trong trang bị động lực động cơ còn dùng các loại giảm chấn bằng khí nén và loại ống chặn Bộ giảm chấn bằng khí nén khác với bộ giảm chấn bằng cao su là loại có khoang chứa không khí (đệm khí nén) Tuy nhiên nó cũng có thể giảm rung được khi không có khí nén Trong trường hợp này phải giảm một nửa tải trọng trên mỗi bộ Bộ giảm chấn bằng khí nén có hiệu suất giảm rung hơn hẳn các loại khác Tuỳ theo kích thước, loại giảm chấn này có thể chịu tải trọng định mức từ 2000 N đến 7000 N Kết cấu của bộ giảm xóc bằng khí nén trình bày trên (hình l.9)

5 6 7 8

9 10

11 12

13 14

15

4 3

2

1

Hình 1.9: Bộ giảm xóc bằng khí nén 1- Vòng đỡ; 2- Nắp; 3- Vòng hãm; 4- Nắp che; 5- Khối cao su; 6- Vít hãm; 7- Vòng đệm kín; 8- Đai ốc nối; 9- Ống dẫn khí; 10- Vòng đệm; 11- Đệm giảm xóc; 12-

Thân giảm xóc; 13- Ống nối; 14- Van trượt; 15- Nắp ren

Bộ giảm xóc kiểu ống chặn (hình 1.10) có hiệu suất chặn rung Loại này có

độ cứng hướng tâm (theo hướng bán kính khá lớn) nên nó được dùng làm gối đỡ Nhưng do ống cao su tương đối dài nên bộ giảm chấn này hay bị hỏng do cao su tróc ra khỏi ống kim loại

1

2

Hình 1.10: Bộ giảm xóc ống đệm 1- Chân động cơ; 2- Bệ móng

1.3.2.2.Lựa chọn loại và phân bổ các bộ giảm xóc dưới bệ của động cơ

Khi thiết kế hệ thống giảm xóc cho động cơ đốt trong phải tiến hành lựa chọn và xác định kết cấu số lượng và cách phân bố bộ giảm xóc dưới bệ máy cũng như xem xét khả năng di chuyển của động cơ hay cụm động cơ-máy phát điện được giảm xóc, sau đó phải tính toán tần số dao động tự do của động cơ trên hệ giảm xóc

Trong quá trình tính toán và thiết kế những vấn đề trên thường đối lập nhau,

vì vậy ta phải chọn một giải pháp hợp lý hơn cả (thí dụ: để bảo đảm khả năng giảm rung lớn nhất, phải dùng các bộ giảm xóc có độ cứng tương đối nhỏ tần số dao động thấp) khi đó dưới tác dụng của mômen lật và các lực

không cân bằng độ di chuyển của động cơ sẽ quá lớn Vì vậy, sẽ ảnh hưởng xấu đến điều kiện làm việc và làm giảm tính ổn định của động cơ

CHƯƠNG II:

TÍNH CÂN BẰNG VÀ DAO ĐỘNG ĐỘNG CƠ 2.1 Tính nhiệt và động lực học động cơ để lấy kết quả tính dao động ( xem phụ lục)

2.2 Tính cân bằng động cơ (để tìm lực không cân bằng và gây rung: P J II  0)

Rung M

P

M U

M P

P

P R

M P

L L

II

J

r II

J II

J r

I

J

II J r

II

J

.0

0

0

;0

;0

;0

;0

N

D T

L

q 959031.0,0725 69530

9590314

12,0.14,3.848400004

84840000

2 2

Hình 2.1 Sơ đồ trục khuỷu động cơ 4 xylanh thẳng hàng

- Hợp lực của các lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1

coscos

360cos

540cos

)180cos(

cos

2 4

j j

IV j III j II j I j j

P

R m P

mR P

P P P P P

2cos2

cos2

cos2

cos

360cos

5402

cos180(

2cos2

cos

2 4

1

2

2 4

4

2

R m P

R m P

R m P

P P P P P

j j

j j

j j

IV j III j II j I j j

m kg

R m

.55,20149

87,3

1.73,240.0725,0.64,4.4

- Hợp lực của các lực quán tính chuyển động quay

Do kết cấu đối xứng nên thành phần lực quán tính chuyển động quay Pk của các xylanh từng đôi triệt tiêu lẫn nhau

3a 2

ai: là khoảng cách từ điểm lấy mô men đến lực quán tính Pji

- Mô men quán tính do lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1

0

1 1 1 4

j

M

- Mô men quán tính do lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2

- Do thành phần lực quán tính cấp 2 của các xylanh đều có giá trị và chiều tác dụng như nhau đối xứng qua trục O - O nên mô men quán tính do lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 sinh ra cũng bằng 0

Mômen quán tính do lực quán tính chuyển động quay của xylanh 1 và 2 sinh

ra ngược chiều với mô men quán tính do lực quán tính chuyển động quay của xylanh 3 và 4 Do kết cấu đối xứng nên chúng bằng nhau về trị số vì vậy mô men quán tính tổng hợp của lực quán tính chuyển động quay bằng 0

2.4 TÍNH TOÁN RUNG ĐỘNG CƠ

2.4.1 Tính mô men quán tính của động cơ (J x , J y , J z )

Sau khi đo đạc và phân chia các khối lượng của động cơ IFA W50 ta được hình gần đúng như hình vẽ

Quy dẫn diện tích bao của động cơ hình khối chữ nhật

Hình 2.3 Sơ đồ quy đổi động cơ tương đương

Ta chia diện tích của động cơ ra làm bốn phần: S1, S2, S3, S4

2 4

3 2 1

4

2 3

2

2 1

260000

75000250

.2

400200

100000400

.250

45000150

.2

400200

40000200

.200

mm S

S S S

S

mm S

mm S

mm S

mm S

N. 2

Jx, Jy, Jz: Mụmen quỏn tớnh của động cơ đối với cỏc trục OX, OY, OZ

X'x

Hình 2.10: Sơ đồ khối động cơ đặt trên các giảm chấn Hỡnh 2.3 Sơ đồ khối động cơ qui dẫn đặt trờn cỏc ụ giảm chấn

12 12

12

.

2 2

2 2

2 2

b a m

J

c a m

J

c b m

2

2 2

2 2

2

2 2

2 2

2

67,4812

4,08,0.73012

64,6412

65,08,0.73012

44,3512

65,04,0.73012

NmS b

a m

J

NmS c

a m

J

NmS c

b m

Hình 2.4 Động cơ đặt trên các ụ giảm chấn

* Xác định trọng tâm O của động cơ

Do trong quá trình thiết kế người ta luôn bố trí động cơ đối xứng qua mặt phẳng tâm xylanh dọc theo mặt cắt dọc động cơ Vì vậy trọng tâm O phải nằm trên mặt phẳng đó

- Xác định trọng tâm động cơ theo phương pháp hình học

250 250 150 200

200 400

F8

F2

y

Hình 2.12: Sơ đồ xác định trọng tâm động cơ theo ph-ơng thẳng đứngHỡnh 2.5 Sơ đồ xỏc định trọng tõm động cơ theo phương thẳng đứng

Chọn gốc tọa độ là điểm I như hỡnh vẽ

Fj

y F y F y F y F y F y F y F y F

y

Trong đú: F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7, F8 Diện tớch của cỏc hỡnh chia trờn hỡnh vẽ

Y1, Y 2, Y 3, Y 4, Y 5, Y 6, Y 7, Y 8: Tọa độ trọng tõm tương ứng của cỏc hỡnh

F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7, F8 so với gốc tọa độ I

 cm  mm Y

y

6 , 325 56

, 32 2600

84665

2240

5 , 12 500 66 , 16 125 2 5 , 37 500 5 , 57 300 55 75 2 75 400

- Do động cơ bố trớ bốn xylanh như nhau, rỗng như nhau

- Trọng lượng của nhỏnh pittong thanh truyền là như nhau

2 tỡm tõm cứng O của hệ giảm chấn

Đối với động cơ IFA W50 khi lắp trờn xe ụtụ thỡ thường đặt ở trờn sỏt xi mà chủ yếu được đặt nằm trờn 2 thanh dọc của sỏt xi Vỡ vậy việc bố trớ 4 giảm chấn động cơ là như nhau để quỏ trỡnh tớnh toỏn chọn giảm chấn đơn giản và thuận lợi

Nếu ta bố trớ bốn ụ đỡ cao su thỡ nhỡn từ trờn xuống ta cú động cơ đặt trờn 4 giảm chấn như hỡnh vẽ

Hình 2.13: Sơ đồ hệ giảm chấn nhìn từ trên xuống

Hỡnh 2.6 Sơ đồ hệ giảm chấn nhỡn từ trờn xuống

Tõm cứng của hệ chớnh là trọng tõm của hỡnh thang cõn như hỡnh vẽ sau:

j

Fj

y F y F y F

y

O

Trong đó: F1; F2; F3 : Diện tích của các hình chia trên hình vẽ

y1, y2, y3, : Tọa độ trọng tâm tương ứng của các hình F1; F2; F3 so với gốc tọa

20 570 2 30 2160

'    

Xác định khoảng cách giữa tâm cứng O’ và trọng tâm O của động cơ

- Theo phương của trục X là:

100 265 , 5 34 , 5 mm

o' o 360

34,5 265,5

Hình 2.8 Độ lệch của tâm cứng với trọng tâm động cơ

theo phương ngang

o o

360740

c . , /





Trong đó:

F: là diện tích bề mặt chịu tải của thành phần đàn hồi bằng cao su, m2

E: Moođun đàn hồi của cao su, N/m2

: độ dày của lớp cao su trong bộ giảm chấn, m

- Các thành phần cứng của loại đệm này

m N h

h b

a b E C

m N h

h a

b a E C

m N h

b a E

/3

/,

3 2 3

3 2 3

Cx, Cy, Cz: Độ cứng của đệm cao su theo cỏc phương x, y, z

a, b, h: chiều dài, chiều rộng, và chiều cao của tấm cao su, m

z

x

70y

Hình 2.16: Sơ đồ bộ giảm chấn cao su của động cơ

Hỡnh 2.10.Bộ giảm chấn cao su của động cơ

b a E C

3

.





Tra bảng vật liệu cơ khớ ta cú cao su đặc chủng cú E lớn

(vớ dụ: lốp mỏy bay)

E càng lớn  độ cứng tăng, khả năng giảm rung kộm

E càng nhỏ  độ cứng nhỏ, rung động lớn Vậy E chọn phải phự hợp, đối với mỏy động lực vật liệu cao su làm giảm chấn ta cú E = 6  10 (MPa)

a b E C

m N h

h a

b a E C

m N m

N h

b a E

,004,0.06,0.3

07,0.06,0.10.83

/25251504

,004,0.07,0.3

06,0.07,0.10.83

/10.84/

84000004

,0

06,0.07,0.10.8

3 2

3 6 3

2 3

3 2

3 6 3

2 3

4 6

34,5

o'

Hình 2.17: Sơ đồ độ lệch của tâm cứng với rọng tâm động cơ trong không gian Hỡnh 2.11.Độ lệch của tõm cứng với trọng tõm động cơ trong

khụng gian

Do X0 = 34,5 (mm) là quỏ nhỏ so với chiều dài toàn toàn bộ của động cơ nờn

ta coi gần đỳng là trọng tõm O của động cơ là trựng với tõm cứng O’ và như vậy coi

X0 = 0 ta cú độ lệch của tõm cứng với trọng tõm động cơ trong khụng gian như sau:

x'

Hình 2.17: Sơ đồ độ lệch của tâm cứng với rọng tâm động cơ coi gần đúng

z z'

o o'

x

Hỡnh 2.12.Độ lệch của tõm cứng với trọng tõm động cơ coi gần đỳng

2.4 3 KHẢO SÁT SỰ TRUYỀN RUNG TỪ ĐỘNG CƠ IFAW50

LấN BỆ MÁY

2.4.3.1 Xõy dựng mụ hỡnh dao động của động cơ

Khi động cơ làm việc, nhất là ở chế độ cộng hưởng (khi tần số dao động riờng của động cơ trựng với tần số của lực hay mụ men lực kớch thớch) thõn động cơ

và cỏc cụm chi tiết gắn liền trờn nú xuất hiện dao động cộng hưởng Tỏc hại do dao động gõy ra cú thể rất lớn, đe dọa trực tiếp đến độ bền của trục và cỏc ổ trục, làm kẹt pittong và xộc măng, bẻ góy cỏc bu long chõn mỏy, gõy ứng suất và biến đạng lớn trong cỏc chi tiết mỏy và làm giảm tuổi thọ cũng như độ tin cậy chung của động

cơ khi lắp trờn cỏc phương tiện giao thụng…

Ngoài ra dao động cũn tạo lờn tiếng ồn lớn, ảnh hưởng đến điều kiện làm việc của lỏi xe và sức khỏe của hành khỏch cũng như ảnh hưởng tới cụng nhõn làm việc trong cỏc xưởng chạy rà động cơ

Lực kớch thớch gõy dao động cho động cơ là cỏc lực quỏn tớnh khụng cõn bằng của khối lượng chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay, mụ men của cỏc lực này và mụ men lật của động cơ