ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG, ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Lời nói đầu Hiện khoa học kỹ thuật phát triển vũ bão, mang lại lợi ích cho người tất lĩnh vực tinh thần vật chất Để nâng cao đời sống nhân dân, để hòa nhập vào phát triển chung nước khu vực giới Đảng nhà nước ta đề mục tiêu năm tới cơng nghiệp hóa đại hóa Muốn thực điều sinh viên cần quan tâm phát triển nghành khí đóng vai trò quan trọng việc sản xuất thiết bị công xây dựng đất nước cần đẩy mạnh đội ngũ cán kỹ thuật cố trình độ chun mơn cao, đồng thời phải đáp ứng yêu cầu cơng nghệ tiên tiến, cơng nghệ tự động hóa theo dây truyền sản xuất Mơn học Tính tốn thiết kế ô tô môn học thiếu với nghành kỹ thuật, làm đồ án môn học công việc quan trọng cần thiết để hiểu sâu , hiểu rộng kiến thức học lý thuyết lẫn thực tiễn, tạo tiền đồ cho môn học sau Với kiến thức học, với giúp đỡ tận tình thầy giáo Dương Thế Thành thời gian qua em hồn thành nhiệm vụ đồ án mơn học Nhưng lần làm đồ án mơn học nên khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong góp ý thầy giáo để đồ án mơn học hồn thiện Cuối em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ thầy giáo thời gian qua Thái nguyên , ngày 19 tháng năm 2017 Sinh viên Sinh viên: Nguyễn Quang Thống MỤC LỤC CHƯƠNG I TỔNG QUAN QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 1.2 Tổng quan động Phương pháp tính nhiệt kết cấu động .7 CHƯƠNG II TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 2.1 Tính tốn chu trình cơng tác động đốt 2.1.1 Trình tự tính tốn .8 2.1.1.1 Các thông số ban đầu 2.1.1.2 Các thông số cần chọn 2.1.2 Tính tốn q trình cơng tác 11 2.1.2.1 Tính tốn q trình nạp 12 2.1.2.2 Tính tốn trình nén 14 2.1.2.3 Tính tốn q trình cháy 17 2.1.2.4 Tính tốn q trình giãn nở 17 2.1.2.5 Tính tốn thơng số chu trình cơng tác 20 2.1.3 Vẽ hiệu đính đồ thị công 21 2.2 Tính tốn động học, động lực học 21 2.2.1 Vẽ đường biểu diễn quy luật động học 22 2.2.1.1 Đường biểu diễn chuyển vị piston 24 2.2.1.2 Đường biểu diễn chuyển vận tốc piston .24 2.2.1.3 Đường biểu diễn gia tốc piston 27 2.2.2 Tính tốn động lực học 33 2.2.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến 35 2.2.2.2 Các khối lượng chuyển động quay 37 2.2.2.3 Lực quán tính 39 2.2.2.4 Vẽ đường biều diễn lực quán tính –p j = f(x) 44 2.2.2.5 Vẽ đường biều diễn lực quán tính v = f(x) 44 2.2.2.6 Khai triển đồ thị công tọa độ p-V thành p = f(α) .46 2.2.2.7 Khai triển đồ thị p j = f(x) thành p j = f(α) 46 2.2.2.8 Vẽ đồ thị p ∑ = f(α) 49 2.2.2.9 Vẽ lực tiếp tuyến T = f(α) lực pháp tuyến Z = f(α) 49 2.2.2.10 Vẽ đường ∑T = f(α) động nhiều xilanh .50 2.2.2.11 Đồ thị phụ tải tác dụng cổ biên 52 2.2.2.12 Đồ thị mài mòn cổ biên 54 2.3 Tính kiểm nghiệm bền chi tiết truyền CHƯƠNG III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận 56 3.2 Kiến nghị 57 TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Tên thông số Kiểu động Số chu kỳ Số xilanh Thứ tự nổ Hành trình píston Đường kính xilanh Góc mở sớm xupap nạp Góc đòng muộn xupap nạp Góc mở sớm xupap xả Góc đóng muộn xupap xả Góc phun sớm Chiều dài truyền Cơng suất động Số vòng quay động Suất tiêu hao nhiên liệu Tỷ số nén Trọng lượn truyền Trọng lượng nhóm piston Các số liệu tính tốn nhiệt Ký hiệu Giá trị 3D360 Ghi Kỳ I Đơn vị 1-5-3-6-2-4 S D mm mm Độ 180 150 20 Độ 48 Độ 48 Độ 20 Độ mm 30 320 140 1400 185 ml v/ph 102,97kwh g/ml.h 251,4g/kwh 14,5 kg 5,62 Kg 2,37 Thanh Truyền d1 Đường kính ngồi đầu nhỏ d2 Đường kính đầu nhỏ 0,18m 0,15m 65 47 mm mm 10 11 12 13 14 Chiều dài đầu nhỏ truyền Bán kính góc lượn đầu nói nhỏ với truyền Chiều rộng thân vị trí nối đầu nhỏ Đường kính bạc lót Nhiệt độ làm việc bạc lót đầu nhỏ truyền Các số liệu thân truyền tiết diện tính toán Khối lượng lắp đầu to truyền Khoảng cách hai đường tâm bulong truyền Chiều dày bạc đầu to Chiều dài bạc đầu to Chiều dài nắp đầu to Chiều dài nắp đầu to A-A l® 52 mm ρ1 180 mm H 46 mm db 42 mm T 150 H, h, B 57, 41, 36 mm mn kg L 130 mm mm mm mm mm h1 lb ln h2 Bulong Thanh Truyền d Đường kính bulong z Số bulong truyền 68 73 16 M14 C mm Hệ mét Loại ren Đường kính nhỏ bulong mm Đường kính chân ren CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Chu trình động kỳ gồm hút-nén-đốt-xả -Trong thứ (nạp – van nạp mở, van xả đóng) hỗn hợp khơng khí nhiên liệu "nạp" vào xy lanh lúc pít tơng chuyển động xuống -Trong thứ hai (nén – hai van đóng) pít tơng nén hỗn hợp khí xy lanh chuyển động lên Ở cuối thứ hai (pít tơng điểm chết trên) hỗn hợp khí đốt, động xăng phận đánh lửa, động diesel cách tự bốc cháy -Trong thứ ba (tạo cơng – van tiếp tục đóng) hỗn hợp khí đốt cháy Vì nhiệt độ tăng dẫn đến áp suất hỗn hợp khí tăng làm cho pít tơng chuyển động xuống Chuyển động tịnh tiến pít tơng chuyển tay biên đến trục khuỷu biến đổi thành chuyển động quay -Trong thứ tư (xả - van nạp đóng, van xả mở) pít tơng chuyển động lên đẩy khí từ xy lanh qua ống xả thải môi trường Động Thì 1: Tạo cơng nén trước -Pít tông bắt đầu vượt qua điểm chết Bộ phận đánh lửa đốt hỗn hợp buồng đốt phía pít tơng, nhiệt độ tăng dẫn đến áp suất buồng đốt tăng Pít tơng xuống qua tạo cơng học -Trong phần khơng gian phía pít tơng, khí vừa hút vào bị nén lại chuyển động xuống pít tơng -Trong giai đoạn cuối pít tơng xuống, lỗ thải khí ống dẫn khí mở Hỗn hợp khí bị nén áp suất chuyển động từ buồng nén pít tơng qua ống dẫn khí vào xy lanh đẩy khí thải qua lỗ thải khí ngồi Thì 2: Nén hút -Trong pít tơng lên, lỗ thải khí sau ống dẫn khí đóng lại -Trong lúc pít tơng tiếp tục chuyển động lên, hỗn hợp nhiên liệu khơng khí xy lanh tiếp tục bị nén lại trước pít tơng đạt đến điểm chết đốt cháy -Trong buồng nén khí trước phía pít tơng khí hút vào qua ống dẫn Sự khác động kỳ động kỳ - Động hai kỳ đơn giản động bốn kỳ: khơng có xupáp phận khác cấu phối khí trục cam, cò mổ… - Cũng chạy êm khơng có cấu đóng mở xupáp cấu phục thuộc - Độ rung động hơn, hai vấn đề chính: thứ nhất, chu kỳ sinh công nhiều hơn; thứ hai, nhỏ gọn nên vấn đề thiết kế không bị vướng phải vấn đề phải tăng số vòng quay trục để giảm kích thước động cơ, số vòng quay động trung bình thấp - Cùng cơng suất động hai kỳ nhẹ phận - Đơn giản sửa chữa hiệu chỉnh - Động kỳ có hành trình máy ngắn nên xe bốc mà linh kiện động phải chịu nhiều lực hơn, khiến tuổi thọ cao xe kỳ Hơn nữa, lực hút nhiên liệu động kỳ phụ thuộc trực tiếp vào lực nén pít-tơng, nên với xe bị dão thường khó nổ, vào buổi sáng -Tuy nhiên độ bền xe tùy thuộc vào người sử dụng Ở xe kỳ, chạy khoảng 1.500 km, nên thay nhớt nên dùng nhớt có cấp chất lượng API SE SF, SG Pha nhớt q ít, việc tản nhiệt bơi trơn máy Pha nhiều quá, việc đốt cháy hỗn hợp khí không tốt, làm ảnh hưởng đến hoạt động máy Một số loại xe kỳ đời có chế độ tự pha dầu bơm, nhiên cần cảnh giác với loại bơm bơm hỏng đồng nghĩa với việc phá tan động Hơn không nên ép ga, côn mạnh điều làm linh kiện phải chịu lực lớn khiến chúng bị mòn nhanh Khi khơng chuẩn, động kỳ dão nhanh - Động kỳ chạy đầm hơn, bền cần để ý đến chế độ dầu độ nhớt làm linh kiện nhanh mòn cấu tạo phức tạp nên việc sửa chữa khó khăn CHƯƠNG II : TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 2.1 TÍNH TỐN CHU TRÌNH CƠNG TÁC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 2.1.1 CÁC THƠNG SỐ CẦN CHỌN a Áp suất mơi trường: pk Áp suất môi trường p k áp suất khí trước nạp động p k thay đổi theo độ cao Ở nước ta chọn pk = 0,1 (Mpa) b Nhiệt độ môi trường: Tk Lựa chọn nhiệt độ môi trường theo nhiệt độ bình quân năm Ở nước ta Tk = 240C (2970K) c Áp suất cuối trình nạp: pa Áp suất môi trường Pa phụ thuộc vào nhiều thơng số chủng loại động cơ, tính tốc độ n, hệ số cản đường nạp, tiết diện lưu thơng…Có thể chọn p a phạm vi sau pa = 0,12 d Áp suất khí thải: pr Áp suất phụ thuộc vào thông số p a Có thể chọn pr phạm vi: pr = (1,10 ÷ 1,15) Chọn pr = 0,113 (MPa) e Mức độ sấy nóng mơi chất:∆T Chủ yếu phụ thuộc vào q trình hình thành khí hỗn hợp bên hay bên xi lanh Đối với động diezel ∆T = 200÷ 400C Chọn ∆T = 350C f Nhiệt độ khí sót (khí thải): Tr Phụ thuộc vào chủng loại động Tr = 700 ÷ 10000K Chọn Tr = 8000K g Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt:λt Tỉ nhiệt môi chất thay đổi phức tạp nên thường phải vào hệ số dư lượng khơng khí α để hiệu đính Có thể chọn λt theo bảng sau: α 0,8 1,0 1,2 1,4 λt 1,13 1,17 1,14 1,11 Chọn λt = 1,125 10 2,10) vẽ đường biểu diễn động nhiều xi lanh 1) Ta xác định chu kỳ momen tổng phụ thuộc vào số xy lanh số chu kỳ góc : = Nếu trục khủy khơng phân bố khủy theo góc canh tác ( điều kiện đồng chu trình ) chu kỳ momen tổng thay đổi Vì động xeta có xy lanh nên đường biểu diễn trùng với đường biểu diễn 38 2) Vẽ đường ngang xác định ( đải diện cho momen cản ) trực tiếp đồ thị cách đếm diện tích bao đường với trục hồnh chia diện tích cho chiều dài trục hoành Nghĩa : = = 20.1 (mm) Trong : tỷ lệ xích tiếp tuyến + tiếp đến ta tính theo cơng suất động : Trong : cơng suất động điện tích đỉnh piston bán kính trục khủy số vòng quay chọn = 0,80 Thay vào ta có : = 0,55 [ MN / ] Từ ta có : giá trị biểu diễn = = (mm) Ta kiểm nghiệm công thức thực nghiệm sau : 1,34 % Vậy đảm bảo yêu cầu : 2.11 đồ thị phủ tải tác dụng lên chốt khủy : 39 Ta tiến hành vẽ đồ thị phủ tải tác dụng lên chốt trục khủy theo bước sau : - vẽ hệ trục tọa độ 0’ TZ dựa vào bảng tính Z = f ( ) ta tính bảng để xá định điểm điểm tọa độ ,, điểm điểm , điểm 72 điểm , - thực chất đồ thị biểu diễn đồ thị T –Z ta thấy tính từ gốc tọa độ điểm ta có : = T +Z - Tìm gốc phủ tải tác dụng lên chốt trục khủy cách vẽ véctơ ( đại diện cho lực quán tính ly tâm tác dụng lên chốt trục khủy ) lên đồ thị Ta có cơng thức tính tốn lực ly tâm tác dụng lên chốt khủy : = = 4,04.0,09 = 7819,23 (N) = 0,3037 ( Mpa) 40 Vậy ta xác định gốc đồ thị công phụ tải tác dụng lên chốt khủy Nối với điểm đồ thị ta đề có : 2.2.1.1 vẽ đường biểu diễn Q = f ( ) Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn Q = f ( ) theo trình tự bước sau : Từ phủ tải tác dụng lên chốt trục khủy ta lập bảng giá trị Q theo góc quay trục khủy Q=f() (MN) 0.2335 0.0229 0.0214 0.0190 0.0159 0.0123 0.0088 0.0064 0.0064 0.00829 0.0105 0.0124 0.0138 0.0146 0.0151 0.0152 0.0152 0.0151 0.0151 0,0151 0.0153 0.0153 0.0152 0.0149 0.0141 Q ( mm) 33.88201 33.50892 31.18981 29.27874 25.98784 22.16199 18.00626 13.84863 13.17457 19.55723 19.47632 21.60481 23.06674 23.88537 24.25664 24.31893 24.23355 24.12581 24.0801 24.1252 24.23193 24.31903 24.25615 23.88718 23.05735 41 Q=f() (MN) 0.0321 0.0219 0.0062 0.00481 0.00546 0.00596 0.00702 0.00893 0.01123 0.0131 0.0147 0.0159 0.0165 0.0167 0.0166 0.0164 0.0161 0.0158 0.0157 0.0156 0.0157 0.0155 0.0151 0.0143 0.0129 Q ( mm) 33.35013 31.77791 29.27946 27.29151 22.16402 18.01076 13.85236 13.1706 16.6443 19.47365 21.61333 23.05095 23.89089 14.09699 24.32074 24.23478 24.12591 24.0801 24.1245 24.22594 24.31724 24.25262 24.00673 23.05179 21.60595 0.0129 0.0111 0.00889 0.0068 0.0061 0.0075 0.0096 0.0112 0.0109 0.0063 0.0076 0.00180 21.6172 18.96195 16.65103 13.19988 13.82075 18.00337 22.13406 25.98655 29.87029 31.77528 33.3384 33.88201 0.0109 0.00864 0.0065 0.00627 0.00848 0.0190 0.0154 0.0187 0.0212 0.0228 0.00233 Xác định cách đếm diện tích bao Q = f( Và trục hoành chia cho chiều dài trục hoành ta có : Hệ số va đập : III , tính tốn kiểm nghiệm bền chi tiết : 3.1.1 tính khiểm nghiệm bền đầu truyền nhỏ : sơ đồ đầu truyền nhỏ : 42 19.48165 16.63181 15.23267 13.83991 17.99886 22.15559 25.98527 29.2748 31.77496 33.34977 33.88201 Do loại truyền mỏng nên ta tính theo lý thuyết cong bị ngàm tết diện chuyển tiếp từ đầu nhỏ đến thân ( tiết diện ngàm có góc hình : 3.1.1.1 ứng suất tổng truyền bị kéo kinasotxvili tính với giả thiết sau: + coi lực quán tính phân bố đường kính trung bình đầu nhỏ : Trong : q = 0,6302 / 0,0257 = 12,23 (MN/m2) + góc ngàm tính theo cơng thứ : 151,7 + cắt cong siêu tĩnh , momen lực pháp truyến thay thể xác định theo phương trình sau : 4,35.( MNm) 0,44 (MN ) + momen lực pháp truyến diện tích ngàm c-c tính theo cơng thức : 43 3,95( MNm) 0,28 (MN ) Do ép căng bạc lót vào đầu nhỏ nên hệ số giám tải tính theo cơng thức sau : Trong : Moomen đàn hồi tiết diện đầu nhỏ Moomen đàn hồi tiết diện bạc lót 0,065 – 0,047 ) 0,052 = 936 0,048 – 0,042 ) 0,052 = 312 Vậy : Do có hệ số giảm tải , lực kéo nhỏ ứng suất mặt trog mặt ngồi đầu nhỏ tiết diện tính theo cơng thức ; Thay vào ta có : = -3,56 Thay vào ta có : = 3,38 44 3.1.1.2 Trong : ứng suất tổng điểm mặt mặt đầu nhỏ truyền đầu nhỏ chịu kéo ,ứng suất phân bố ứng suất tổng đầu nhỏ truyền chịu nén : lực tác dung lên đầu nhỏ truyền lực tổng : 6,03 Lực phân bố hình dạng cosin hình vẽ : + lực momen thay ( ) theo kinasotvili biến thiên theo góc ngàm theo quy luật parabol dạng hình lưới : + momen công thức lực kéo tiết diện ngàm xác định theo công thức : Thay vào cồn thức ta có : = 2,69 3,56 Thay vào ta có : 0.34 ( MN ) + ứng suất mặt đầu nhỏ chịu kéo : Thay vào ta có : 23,78 MN/m2 ứng suất mặt nhỏ chịu nén : Thay vào ta có : -24,03 MN/m2 ứng suất mặt mặt đầu nhỏ chịu nén : 3.4.1.3 ứng suất biến dạng ép căng bạc lót : 45 Trong : : độ dôi lắp ghép độ dôi giãn nở khơng bạc lót đầu nhỏ : 46,8 Trong : chọn nhiệt độ làm việc đầu nhỏ , hệ số giãn nở nhiệt vật liêu ( bạc đồng ) = ( đầu nhỏ thép) hệ poatxong = 0,3 + ứng suất mặt đầu nhỏ : = 9,4 ( MN/m2 ) + ứng suất mặt đầu nhỏ : = 11,87 ( MN/m2 ) 3.1.4 hệ số an toàn đầu nhỏ ứng suất cự đại cự tiêu đầu nhỏ chịu kéo chịu nén xác định theo phương trình sau : 9,40000338 ( MN/m2 ) 9,400779 ( MN/m2 ) - Biên độ ứng suất : = 37,26 ( MN/m2 ) 46 - ứng suất trung bình : = 9,40004064 ( MN/m2 ) + Hệ số an toàn đầu nhỏ : = 2,555 ( MN/m2 ) Hệ số : = 0,25 3.1.2 tính kiểm nghiệm thân truyền ta có vận tốc trung bình động : ( m/s ) Suy đơng có tốc độ trung bình Tính nghiệm bền thân truyền động tốc độ cao phải xét đến lực quán tính theo hệ số an toàn a, ứng suất nén tiết diện nhỏ : = 576 ( MN/m2) Trong : = 0,166.H.h = 0,166.46.3 = 22,09 Tiết diện nhỏ truyền 47 3, Tính kiểm nghiện đầu to truyền 48 49 4, Tinh kiểm nghiệm bulong truyền Lực tác dụng lên bulong truyền lực kéo tác dụng lên đầu to truyền Số lượng bulong đặt đầu to truyền : Lực siết chặt ba đầu tính theo cơng thức kinh nghiện sau : = = ( 107,2 160,8) Lực tác dụng lên bulong động làm việc : = + 0,2.53,6 = 120,7 hệ số giảm tải ) = 0,2 ứng suất kéo bulong truyền : ; tieetts diện bulong truyền đường kính chân ren 50 momen xoắn bulong ma sát siết chặt bulong tính theo cơng thức sau : ( MN/m) Trong : Là hệ số ma sát lấy 0,1 đường kính trung bình ren ốc ứng suất xoắn bulong CHƯƠNG III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau tính tốn kỹ lưỡng thơng số kiểm tra lại thông số so với điều kiện cho em tính chọn phù hợp giá trị với đề cho Như hoàn thành xong đồ án môn học, đồ án tổng hợp lý thuyết thực tế môn: lý thuyết ô tô, động đốt trong, chi tiết máy… giúp cho sinh viên nắm vững lý thuyết 51 Đồ án giúp cho sinh viên hiểu kết cấu nguyên lý làm việc cấu phanh nói riêng hệ thống phanh nói chung Biết ngun nhân hỏng hóc: phanh khơng ăn, má phanh bị mòn q nhiều, tượng bó phanh… số hỏng hóc khác q trình vận hành Thầy hướng dẫn người quan trọng giúp chúng em hoàn thành đồ án môn học này, em gởi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Dương Thành tận tình hướng dẫn bảo nhiều chỗ sai lầm, hóc búa cho chúng em suốt q trình làm đồ án Mặc dù thiết kế làm chắn điều tránh khỏi thiếu sót sai số Cũng mong Quý thầy xem xét bỏ qua Em xin chân thành cảm ơn chúc sức khỏe thầy! TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Văn Tụy(2010), Đô Án Động Đốt Trong , Giáo trình mạng nội Khoa Cơ khí Giao thơng trường Đại học Bách Khoa, Đà Nẵng [2] Nguyễn Hồng Việt(1998), Đơ Án Động Đốt Trong , Giáo trình mạng nội Khoa Cơ khí Giao thơng trường Đại học Bách Khoa, Đà Nẵng [3] Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng(1996), Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 52