Đang tải... (xem toàn văn)
Tiểu luận tính toán nhiệt động cơ đốt trong; dựng đặc tính ngoài động cơ; tính toán thiết kế piston- trục khuỷu – thanh truyền; tính toán động lực học cơ cấu trục khuỷu- thanh truyền; tính toán nghiệm bền các chi tiết chính của động cơ đốt trong. Mời các bạn cùng tham khảo đề tài để nắm chi tiết nội dung nghiên cứu.
TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ LỜI MỞ ĐẦU Ngành cơng nghiệp ơ tơ đã ra đời từ rất lâu, rất nhiều quốc gia tích cực thúc đẩy ngành ơ tơ này một cách mạnh mẽ. Và có thể nói, đây là một ngành cho thấy sự phát triển của đất nước, tiện nghi, lợi ích cho con người. Nhận thức được điều này, Đảng và Nhà nước đã tích cực thúc đẩy sự phát triển, tập trung vào ngành ơ tơ, từng bước phát triển và tiến tới sản xuất ơ tơ trong nước mà khơng cần nhập khẩu Mơn “Đồ án tính tốn kết cấu động cơ đốt trong” là một trong những mơn học đóng vai trị quan trọng trong việc thiết tập cơ sở khoa học để thiết kế, tính tốn và kiểm nghiệm các chi tiết trong động cơ nhằm tối ưu hóa các đặc tính của động cơ mà vẫn có thể bảo vệ mơi trường, phù hợp với nhu cầu con người. Đồng thời thể hiện độ mạnh mẽ và bên bỉ trong từng chi tiết động cơ Mơn học này cũng là mơn cơ sở, là bước đệm đầu tiên cho ngành cơng nghiệp ơ tơ ra đời. Xuất phát từ những điều kiện trên, với mơn học này, nhóm chúng em đã được thầy giáo giao đề tài: “ Tính tốn nhiệt, động lực học trục khuỷu – truyền, kiểm nghiệm bền chi tiết chủ yếu” động : SSANGYONG MUSSO E23 Trong quá trình thực hiện đê tài này, được sự hướng dẫn của thầy Hà Thanh Liêm, cũng như những giáo viên khác. Nhóm chúng em nay đã hồn thành đề tài của Do điều kiện về thời gian cũng như hạn chế về trình độ chun mơn của bản thân, thêm vào đó vấn đề nghiên cứu này khá mới mẻ so với nhóm chúng em nên đề tài cũng khơng thể tránh khỏi sai sót. Vì vậy, em mong nhận được sự đóng góp, bổ sung của thầy để nhóm chúng em hiểu rõ hơn và có thể nâng cao nhận thức Nhóm chân thành cảm ơn! TP.HCM, Ngày 8 tháng 5 năm 2019 Nhóm thực hiện: Nhóm 1 Nguyễn Ngọc Thắng 15079621 Đặng Lê Trí Tồn 15073581 Nguyễn Thành Nam 15035061 1Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ 2Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ Ý KIẾN CỦA GIÁO VIÊN 3Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ Mục Lục CHƯƠNG 1 : TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Mục đích tính tốn Tính tốn nhiệt động cơ đốt trong (ĐCĐT) chủ yếu là xây dựng trên đồ thị cơng chỉ thị của một động cơ cần được thiết kế thơng qua việc tính tốn các thơng số nhiệt động học của chu trình cơng tác trong động cơ gồm các q trình : Nạp nén (cháy + dãn nở) thải Mỗi q trình được đặc trưng bởi các thơng số trạng thái là nhiệt độ , áp suất, thể tích của mơi chất cơng tác (MCCT) đầu và cuối q trình. Trên cơ sở lý thuyết nhiệt động học kỹ thuật, nhiệt động hóa học , lý thuyết động cơ đốt trong , xác định giá trị của các thơng số nêu trên Tiếp theo, ta tính các thơng số đánh giá tính năng của chu trình gồm các thơng số chỉ thị và thơng số có ích của chu trình như : áp suất chỉ thị trung bình pi, áp suất có ích trung bình pω, cơng suất chỉ thị Ni, cơng suất có ích Ne, … Cuối cùng, bằng kết quả tính tốn nói trên xây dựng đồ thị cơng chỉ thị của chu trình cơng tác và đây là các số liệu cơ bản cho bước tính tốn động lực học và thiết kế sơ bộ cũng như thiết kế kỹ thuật tồn bộ động cơ Trong tính tốn kiểm nghiệm động cơ cho trước , việc tính tốn nhiệt có thể được thay thế bằng cách đo đồ thị cơng thực tế trên băng thử cơng suất động cơ nhờ các phương tiện , các cơng cụ đo , ghi có kĩ thuật cơ điện tử và tin học hiện đại. tuy nhiên, với phương pháp tính tốn dựa trên cơ sở lý thuyết nhiệt động hóa học trong ĐCĐT, người ta cũng có thể tiến hành khảo sát những chỉ tiêu động lực và chỉ tiêu kinh tế của các động cơ đã có sẵn này với kết quả đáng tinh cậy 1.1.2 Chế độ tính tốn Chế độ làm việc của động cơ được đặc trưng bằng các thơng số cơ bản cơng suất có ích , mơ men xoắn có ích , tốc độ quay và nhiều thơng số 4Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ khác. Các thơng số ấy có thể ổn định hoặc thay đổi trong phạm vi rộng tùy theo cơng dụng của động cơ Mỗi chế độ làm việc của động cơ có ảnh hưởng đến tính kinh tế, hiệu quả, tuổi thọ , sức bền của các chi tiết và các chỉ tiêu khác Chế độ được chọn để tính tốn gọi là chế độ tính tốn. Chế độ tính tốn là những chế độ ảnh hưởng đến sức bền và tuổi thọ của các chi tiết đối với từng loại động cơ cụ thể và chế độ phụ tải. Do đó việc chọn chế độ tính tốn phải được cân nhắc kĩ Đối với động cơ tĩnh tại, chế độ tính tốn thường là chế độ cơng suất định mức Đối với động cơ trên xe , người ta thường tính đối với cả hai chế độ mơ men xoắn có ích lớn nhất và cơng suất có ích lớn nhất ( đối với động cơ xăng) hoặc cơng suất có ích định mức ( đối với động cơ diesel) Đối với động cơ cao tốc , chế độ tính là chế độ cơng suất lớn nhất thường được chọn để tính , vì đó các lực khí thể và qn tính đều lớn. các chế độ tính tốn phải tiến hành đối với phụ tải tồn phần ứng với lượng cung cấp nhiên liệu lớn nhất , vì ở đó trạng thái nhiệt của động cơ và phụ tải cơ học cao nhất Những chế độ tính tốn khác như : chế độ tải cục bộ, khi thay đổi thành phần hỗn hợp cháy , thay đổi góc đánh lửa hoặc góc phun nhiên liệu sớm chỉ được tiến hành khi cần khảo sát riêng biệt Thơng thường, người ta giả thiết rằng động cơ làm việc ổn định ở chế độ tính tốn Nhưng thực nghiệm cho thấy là ở cùng một chế độ làm việc của động cơ các chu trình xảy ra khơng hồn tồn giống nhau. Giá trị của áp suất lớn nhất và áp suất trung bình có thể chênh lệch nhau khoảng 5%10%. Điều này do các yếu tố như điều kiện khí động của q trình nạp, sự biến động của q trình cung cấp nhiên liệu , tạo hỗn hợp và khí cháy… Chi phối. Như vậy, các số liệu ban đầu và kết quả tính tốn thu được cũng chỉ là những giá trị trung bình mà thơi 1.2 Các thơng số cho trước của động cơ Mơi trường sử dụng động cơ: mơi trường bình thường Kiểu, loại động cơ: SSANGYONG MUSSO E23, Vh=2293 cm 5Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ Số kỳ τ: 4 Số xilanh i: 4 Cách bố trí các xilanh: thẳng hàng Đường kính xilanh, D= 8.72 (cm) Hành trình piston, S= 9,592 (cm) Cơng suất thiết kế, Ne = 102,9 (kW) Số vịng quay thiết kế , n = 5300(v/ph) Tỷ số nén, ε = 10,4 Kiểu buồng cháy và phương pháp tạo hỗn hợp: Buồng cháy thống nhất Kiểu làm mát: Làm mát bằng Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích : (g/kW.h) Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp nạp và thải: α1= 45o α2= 30o α3= 40o α4= 55o Chiều dài thanh truyền, L = 171.1 (mm) Khối lượng nhóm piston, mnp = 0.6129 (kg) Khối lượng nhóm thanh truyền, mtt = 1494.03(kg) 1.3 Chọn các thơng số tính tốn nhiệt 1.3.1 Áp suất khơng khí nạp(po) Po = 0,1013 MN/m2 1.3.2 Nhiệt độ khơng khí nạp mới To = (Tkk + 273) với tkk =29oC To = (29 + 273) = 302 (K) 1.3.3 Áp suất khơng khí nạp trước xupap nạp 6Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ Pk = Po = 0,1013 (MN/m2) (tăng áp trung bình) 1.3.4 Nhiệt độ khí nạo trước xupap nạp 1.3.5 Áp suất cuối q trình nạp Pa= 0,875.0,1013= 0,0886 (MN/m2) 1.3.6 chọn áp suất khí sót Pr= 0,11 (MPa) 1.3.7 Nhiệt độ khí sót Tr= 1050 (K) 1.3.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới 1.3.9 Chọn hệ số nạp thêm 1.3.10 Chọn hệ số qt buồn cháy Vc = 0 1.3.11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt với 1.3.12 Hệ số tác dụng nhiệt tại điểm Z 1.3.13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b () 1.3.14 Chọn hệ số dư lượng khơng khí 1.3.15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị cơng 7Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ 1.3.16 Tỷ số tăng áp 1.4 Tính tốn nhiệt 1.4.1 Q trình nạp ( ) Hệ số khí sót γr: Nhiệt độ cuối q trình nạp: 1.4.2 Q trình nén Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới: Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy: 103T Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong q trình nén: Xác định chỉ số nén đa biến trung bình n1: 8Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ n1 = 1,377 Áp suất q trình nén pc: Nhiệt độ cuối q trình nén Tc: 1.4.3 Q trình cháy: Lượng khơng khí lý thuyết để đốt cháy 1kg nhiên liệu Mo: Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xy lanh : Lượng sản vật cháy M2: Hệ số biến đổi phân tử khí lý thuyết βo: Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β: Hệ số biến đổi phân tử khí tại điểm βz: = Tổn thất nhiệt lượng do cháy khơng hồn tồn: =6144 KJ/Kg.nl Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của mơi chất tại điểm z: 9Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ Nhiệt độ cuối q trình cháy Tz: Tz = 2366,927 (K) Áp suất cuối q trình cháy pz: 1.4.4 Tính tốn q trình dãn nở Tỷ số dãn nở đầu: Tỷ số dãn nở sau: Chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2: Mà n2 1 = Giải ra: n2 1 = 0,26 => n2 = 1,255 Nhiệt độ cuối q trình dãn nở Tb = 1410,2448 (K ) Áp suất cuối q trình dãn nở : Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót Tr: Sai số cho phép: 1.4.5 Tính tốn các thơng số đặc trưng của chu trình Áp suất chỉ thị trung bình tính tốn : 10Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ CHƯƠNG 5 : TÍNH TỐN NGHIỆM BỀN CÁC CHI TIẾT CHÍNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 5.1 Khái qt Khi thiết kế, các chi tiết của động cơ được lựa chọn về hình dạng, kích thước và vật liệu cũng như các u cầu kỹ thuật khác. Sau khi chế tạo ở dạng mẫu thử và thử nghiệm, chúng được hồn chỉnh về mặt thiết kế và cơng nghệ rồi mới được đưa vào sản xuất hàng loạt. Bởi vậy, trong phạm vi đồ án mơn học theo chương trình giảng dạy hiện nay, chúng tơi chỉ dừng nội dung tính tốn kiểm nghiệm sức bền của một số chi tiết chủ yếu của động cơ bằng các cơng thức và phương pháp tính kinh nghiệm đã được đề cập trong mơn học kết cấu động cơ đốt trong. Mục đích phần này là giới thiệu việc áp dụng các kiến thức về sức bền vật liệu vào chun ngành động cơ trên cơ sở ngun tắc hoạt động của các chi tiết thực ở các điều kiện chụi lực thực tế Khi động cơ làm việc, xuất hiện các loại lực sau đây : Lực khí thể Pz Lực qn tính chuẩn động quay Pr và lực qn tính chuyển động tịnh tiến Pj Lực ma sát Trọng lực Ngồi ra động cơ cịn chụi những phụ tải sau: Phụ tải nhiệt Phụ tải do dao động đàn hồi và dao động cộng hưởng Phụ tải do lực siết bulong mối ghép căng khi lắp ghép Do tính chất phức tạp của tải trọng và của tình trạng chi tiết nên việc tính tốn kiểm nghiệm thường được tiến hành theo các nội dung sau : Tính tốn sức bền theo ứng suất cho phép hoặc theo hệ số an tồn Tính tốn theo độ cứng vững và độ mài mịn Tính tốn theo ứng suất nhiệt 34Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ Tính tốn theo dao động đàn hồi và dao động cộng hưởng 5.2 Tính bền piston 5.2.1 Tính bền đỉnh piston Tính theo ứng suất uốn (phương pháp Back) với giả thiết như sau Trọng tâm nửa đường trịn đường kính D Phân lực có trị số đúng bằng và cách tâm đĩa 1 khoảng y2 Momen uốn: ; pZmax = 8.174 MPa Ứng suất tại tâm đĩa δ = 6 mm 35Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ 5.2.2 Đầu piston Ứng suất kéo (cuối thải đầu nạp) j = 18074.02 m/s2 đối với hợp kim nhơm Ứng suất nén (đầu hành trình dãn nở) (Thỏa) Tính bền pittong bằng Solidwork 36Nhóm TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ 5.2.3 Phần dẫn hướng Áp suất riêng trên bề mặt tiếp xúc với mặt xy lanh Chiều dài thân Nmax = = =3191 kN lực ngang lớn nhất Đối với động cơ ơ tơ cao tốc qp