ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Ôtô ngày càng được dùng rộng rãi ở nước ta như một phương tiện đi lại cá nhân cũng như vận chuyển hành khách , hàng hoá rất phổ biến . Sự gia tăng nhanh chóng số lượng ôtô trong xã hội , đặc biệt là các loại ôtô đời mới đang kéo theo nhu cầu đào tạo rất lớn về nguồn nhân lực phục vụ trong ngành công nghiệp ôtô nhất là trong linh vực thiết kế

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG LỜI NÓI ĐẦU Ơtơ ngày dùng rộng rãi nước ta phương tiện lại cá nhân vận chuyển hành khách , hàng hoá phổ biến Sự gia tăng nhanh chóng số lượng ơtơ xã hội , đặc biệt loại ôtô đời kéo theo nhu cầu đào tạo lớn nguồn nhân lực phục vụ ngành công nghiệp ôtô linh vực thiết kế Sau học xong giáo trình ‘ động đốt ’ chúng em tổ môn giao nhiệm vụ làm đồ án mơn học Vì bước đầu làm quen với cơng việc tính tốn , thiết kế ôtô nên không tránh khỏi bỡ ngỡ vướng mắc.Nhưng với quan tâm , động viên , giúp đỡ, hướng dẫn tận tình thầy giáo hướng dẫn , giáo viên giảng dạy thầy giáo khoa nên chúng em cố gắng để hoàn thành đồ án thời gian giao Qua đồ án giúp sinh viên chúng em nắm lực tác dụng , công suất động điều kiện đảm bảo bền vài nhóm chi tiết ơtơ , máy kéo Vì thiết thực với sinh viên nghành cơng nghệ kỹ thuật ơtơ Tuy nhiên q trình thực dù cố gắng nhiều không tránh khỏi thiếu sót Vì chúng em mong nhận quan tâm đóng góp ý kiến thầy , incác bạn để em hồn thiện đồ án tốt qua rút thànhững kinh nghiệm quý giá cho thân nhằm phục vụ tốt cho trình học tập công tác sau Em xin chân thành cảm ơn ! Đà Nẵng, Ngày 17 tháng 12 năm 2019 Sinh viên thực Nguyễn Tùng Lâm SVTH: Nguyễn Tùng Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG PHẦN I XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ DA4-0119 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CƠNG: 1.1 Các thơng số cho trước: Bảng 1-1: Bảng thông số cho trước Thông số kỹ thuật Nhiên liệu Số xilanh/ Số kỳ/ Cách bố trí Thứ tự làm việc Tỷ số nén Đường kính x Hành trình piston Cơng suất cực đại / Số vịng quay Tham số kết cấu Áp suất cực đại Khối lượng nhóm piston Khối lượng nhóm truyền Góc phun sớm Góc phân phối khí Hệ thống nhiên liệu Hệ thống bôi trơn Hệ thống làm mát Hệ thống nạp Hệ thống phân phối khí Ký hiệu Giá trị Diesel i/ τ/ 4/ 4/ In-line 1-3-4-2 ε 21 (mm x mm) DxS 91.0 x 102.0 (kW/(vg/ph)) Ne / n 35/1800 λ 0.25 (MN/m ) pz (kg) mpt 0.9 (kg) mtt 1.2 (độ) φs 17 α1 23 (độ) α2 65 α3 65 α4 17 PE injection pump Forcee-feed lubrication system Forcee Circulation Water Cooling System Không tăng áp Valve, OHV 1.2 Các thông số chọn: Xác định tốc độ trung bình động cơ: 𝐶𝑚 = 𝑆.𝑛 30 = 0,102.1800 30 = 6.12 [m/s] Vì 𝐶𝑚 < [m/s] nên động khảo sát động tốc độ thấp SVTH: Nguyễn Tùng Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Bảng 1-2 : Bảng thông số chọn Thông số Đơn vị Khoảng giá trị Giá trị chọn Áp suất khí nạp pk Chỉ số nén đa biến trung bình n1 MN/m2 𝑝𝑘 = 𝑝0 = 0,1 𝑛1 = 1,32 ÷ 1,39 𝑛2 = 1,25 ÷ 1,29 𝑝𝑎 = (0,8 ÷ 0,9)𝑝𝑘 𝜌 = 1,2 ÷ 1,5 𝑝𝑘 = 0,1 𝑛1 = 1,36 Tài liệu tham khảo [1] [1] 𝑛2 = 1,26 [1] 𝑝𝑎 = 0,085 [1] 𝜌 = 1,4 𝑝𝑡ℎ = 0,103 [1] [1] 𝑝𝑟 = 0,107 [1] Chỉ số nén giãn nở đa biến biến trung bình n2 Áp suất cuối trình nạp Tỉ số giãn nở sớm ρ Áp suất khí thải MN/m2 MN/m 𝑝𝑡ℎ = (1,02 ÷ 1,04)𝑝𝑘 Áp suất khí sót MN/m2 𝑝𝑟 = (1,05 ÷ 1,1)𝑝𝑡ℎ Từ thơng số chọn, ta tính tốn thơng số sau: + Áp suất cuối kì nén: 𝑝𝑐 = 𝑝𝑎 𝜀 𝑛1 = 0,085.21 1,36 = 5,34 [MN/m2] + Áp suất cuối kì giãn nở: 𝑝𝑏 = 𝑝𝑧 𝜀 𝑛2 ( ) 𝜌 = 21 1,26 ( ) 1,4 = 0,264 [MN/m2] + Thể tích cơng tác: 𝑉ℎ = 𝜋.𝐷 𝑆 = 𝜋.0,912 0,102 = 0,6633 [dm3] + Thể tích buồng cháy: 𝑉𝑐 = 𝑉ℎ 𝜀−1 = 0,6633 21−1 = 0,0331 [dm3] + Thể tích tồn phần: 𝑉𝑎 = 𝑉ℎ + 𝑉𝑐 = 0,6633 + 0,0331 = 0,6944 [dm3] 1.3 Vẽ đồ thị công: Để vẽ đồ thị công, ta cần xác định đường nén đường giãn nở 1.3.1 Xây dựng đường nén: SVTH: Nguyễn Tùng Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Gọi Vnx pnx thể tích áp suất khơng khí biến thiên theo q trình nén động Vì trình nén trình đa biến, nên: 𝑝𝑛𝑥 𝑉𝑛𝑥 Đặt 𝑉𝑛𝑥 𝑉𝑐 = 𝑖, ta có: 𝑛1 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 ⇒ 𝑝𝑛𝑥 𝑉𝑛𝑥 𝑝𝑛𝑥 = 𝑛1 = 𝑝𝑐 𝑉𝑐 𝑛1 ⇒ 𝑝𝑛𝑥 𝑉𝑐 𝑛1 = 𝑝𝑐 ( ) 𝑉𝑛𝑥 𝑝𝑐 𝑖 𝑛1 1.3.2 Xây dựng đường giãn nở: Gọi Vgnx pgnx thể tích áp suất khí cháy biến thiên theo q trình giãn nở động Vì trình giãn nở trình đa biến, nên: 𝑝𝑔𝑛𝑥 𝑉𝑔𝑛𝑥 𝑛2 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 ⇒ 𝑝𝑔𝑛𝑥 𝑉𝑔𝑛𝑥 Mà 𝑉𝑧 = 𝜌 𝑉𝑐 ⇒ 𝑝𝑔𝑛𝑥 = 𝑝𝑧 ( Đặt 𝑉𝑔𝑛𝑥 𝑉𝑐 = 𝑖 ⇒ 𝑝𝑔𝑛𝑥 = 𝜌.𝑉𝑐 𝑉𝑔𝑛𝑥 𝑛2 ) = 𝑛2 = 𝑝𝑧 𝑉𝑧 𝑛2 ⇒ 𝑝𝑔𝑛𝑥 𝑉𝑧 = 𝑝𝑧 ( ) 𝑉𝑔𝑛𝑥 𝑛2 𝑝𝑧 𝑉𝑔𝑛𝑥 𝑛2 ( ) 𝜌.𝑉𝑐 𝑝𝑧 𝜌𝑛2 𝑖 𝑛2 1.3.3 Lập bảng xác định điểm đường nén đường giãn nở: Cho i tăng từ 1, ρ, 2, 3, …, ε ; từ ta xác định điểm đường nén đường giãn nở + Biểu diễn thể tích buồng cháy: 𝑉𝑐𝑏𝑑 = 10,15,20 [mm] Chọn 𝑉𝑐𝑏𝑑 = 10 [mm] ⇒ 𝜇𝑉 = 𝑉𝑐 𝑉𝑐𝑏𝑑 = 0,0331 10 = 0,00331 [dm3/mm] =>Giá trị biểu diễn thể tích cơng tác: 𝑉ℎ𝑏𝑑 = 𝑉ℎ 𝜇𝑉 = 0,6633 0,00331 = 200 [mm] + Biểu diễn áp suất cực đại: 𝑝𝑧𝑏𝑑 = 160 ÷ 220 [mm] Chọn 𝑝𝑧𝑏𝑑 = 200 [mm] ⇒ 𝜇𝑝 = 200 = 0,04 [MN/(m2.mm)] +Về giá trị biểu diễn, ta có đường kính vịng trịn Brick AB giá trị biểu diễn Vh Nghĩa giá trị biểu diễn AB = Vhbd = 200 [mm] ⇒ 𝜇𝑆 = 𝑆 𝑉ℎ𝑏𝑑 = 0,102 200 = 0,00051 [m/mm] SVTH: Nguyễn Tùng Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG + Giá trị biểu diễn OO’: OO'𝑏𝑑 = OO' 𝜇𝑆 = 𝑅.𝜆 2𝜇𝑆 = 0,0385.0,25 2.0,000469 = 12,5 [mm] Bảng 1-3: Bảng giá trị điểm đường nén đường giãn nở V i 1Vc ρVc 1.4 2Vc 3Vc 4Vc 5Vc 6Vc 7Vc 8Vc 9Vc 10Vc 10 11Vc 11 12Vc 12 13Vc 13 14Vc 14 15Vc 15 16Vc 16 17Vc 17 18Vc 18 19Vc 19 20Vc 20 21Vc 21 𝑖 𝑛1 Đường nén 𝑝𝑐 𝑖 𝑛1 𝑖 𝑛1 𝑝𝑛𝑥𝑏𝑑 𝑖 𝑛2 5.341 133.52 1.580 0.632 3.379 84.49 2.566 0.389 2.080 4.455 0.224 6.588 Đường giãn nở 𝜌𝑛2 𝑝𝑧 𝜌𝑛2 𝑖 𝑛2 𝑖 𝑛2 𝑝𝑔𝑛𝑥𝑏𝑑 200 1.52 0.65 5.23 130.89 52.02 2.39 0.41 3.34 83.50 1.198 29.97 3.99 0.25 2.00 50.10 0.151 0.810 20.26 5.73 0.17 1.39 34.86 8.924 0.112 0.598 14.96 7.59 0.13 1.05 26.32 11.436 0.087 0.467 11.67 9.56 0.10 0.83 20.91 14.103 0.070 0.378 9.46 11.60 0.08 0.68 17.22 16.912 0.059 0.315 7.89 13.73 0.07 0.58 14.55 19.850 0.050 0.269 6.72 15.93 0.06 0.50 12.55 22.908 0.043 0.233 5.82 18.19 0.05 0.43 10.99 26.079 0.038 0.204 5.12 20.51 0.04 0.38 9.74 29.355 0.034 0.181 4.54 22.89 0.04 0.34 8.73 32.731 0.030 0.163 4.07 25.32 0.03 0.31 7.89 36.202 0.0278 0.147 3.68 27.80 0.03 0.28 7.19 39.763 0.025 0.134 3.35 30.33 0.03 0.26 6.59 43.411 0.023 0.123 3.07 32.89 0.03 0.24 6.07 47.142 0.021 0.113 2.83 35.51 0.02 0.22 5.63 50.953 0.019 0.104 2.62 38.16 0.02 0.20 5.24 54.840 0.018 0.097 2.43 40.85 0.02 0.19 4.89 58.803 0.017 0.090 2.27 43.58 0.02 0.18 4.58 62.837 0.015 0.085 2.12 46.34 0.02 0.17 4.31 SVTH: Nguyễn Tùng Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.3.4 Xác định điểm đặc biệt: Dựng hệ trục tọa độ p-V theo tỷ lệ xích: 𝜇𝑉 = 0,00331 [dm3/mm] 𝜇𝑝 = 0,04 [MN/(m2.mm)] Dựng vịng trịn đồ thị Brick với đường kính AB=200 [mm] Dựng đường nén đường giãn nở đồ thị công dựa vào bảng 1-3 điểm đặc biệt sau: + Điểm phun sớm: c’ xác định từ Brick ứng với góc phun sớm φs + Điểm cuối đường nén không cháy: 𝑐 (𝑉𝑐 ; 𝑝𝑐 )hay 𝑐 (10; 133,53) + Điểm bắt đầu trình nạp: 𝑟(𝑉𝑐 ; 𝑝𝑟 )hay 𝑟(10; 2,678) + Điểm mở sớm xupap nạp: r’ xác định từ Brick ứng với α1 + Điểm đóng muộn xupap thải: r’’ xác định từ Brick ứng với α4 + Điểm đóng muộn xupap nạp: a’ xác định từ Brick ứng với α2 + Điểm mở sớm xupap thải: b’ xác định từ Brick ứng với α3 + Điểm 𝑦(𝑉𝑐 ; 𝑝𝑧 ) hay 𝑦(10; 200) + Điểm áp suất cực đại lý thuyết: 𝑧(𝜌𝑉𝑐 ; 𝑝𝑧 ) hay 𝑧(14; 200) +Điểm áp suất cực đại thực tế: 𝑧′′ ( 1+𝜌 𝑉𝑐 ; 𝑝𝑧 ) hay 𝑧′′(12; 200) + Điểm cuối trình nén ứng với đường nén cháy: c’’ cho 𝑐𝑐′′ = 𝑐𝑦 𝟏 + Điểm cuối trình cháy thực tế: b’’ cho 𝒃𝒃′′ = 𝒃𝒂 𝟐 Ta có đồ thị cơng hồn chỉnh sau: SVTH: Nguyễn Tùng Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG O a4 fs 18 17 a3 p[MN/m 2] 6.2 O' a1 a2 16 z'' y z 15 14 13 12 c'' 11 10 4.65 c 3.1 c' p=f(V) 1.55 b' po r r' r'' 1Vc 2Vc a' 4Vc 6Vc 8Vc 10Vc 12Vc 14Vc Hình 1: Đồ thị công động DA4-0119 Xây dựng đồ thị động học động lực học: 2.1 Xây dựng đồ thị động học: 2.1.1 Xây dựng đồ thị chuyển vị S=f(α) SVTH: Nguyễn Tùng Lâm 16Vc b b'' a V[dm3] 17.4Vc ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG a A 180o a 90o x B C M R?/2 S=2R a O x=f( a) O' D S Hình 2-1: Xây dựng đồ thị chuyển vị phương pháp Brick + Vẽ vịng trịn tâm O, bán kính R=51 [mm] Do đó, đoạn AD=2R=102 [mm] Điểm A ứng với góc quay 𝛼 = 0𝑜 (vị trí điểm chết trên) điểm D ứng với 𝛼 = 180𝑜 (vị trí điểm chết dưới) + Từ O, lấy điểm O’ đoạn AD dịch phía D cho OO′ = 𝑅𝜆 = 12,5 [mm] + Từ O, vẽ OB ứng với góc 100, 200, 300 1800 +Từ O’ kẻ đoạn thẳng O’M song song với đường tâm má khuỷu OB Tại M, hạ đường thẳng vng góc với AD, cắt AD C Theo đồ thị Brick, đoạn AC = x Điều chứng minh sau: Ta có: 𝐴𝐶 = 𝐴𝑂 − 𝐶𝑂 = 𝐴𝑂 − (𝐶𝑂′ − OO′) = 𝑅 − 𝑀𝑂′ 𝑐𝑜𝑠 𝛼 + Coi: 𝑀𝑂′ ≈ 𝑅 + 𝑅𝜆 𝑅𝜆 cos𝛼 𝜆 𝜆 ⇒ AC=R [(1 − 𝑐𝑜𝑠 𝛼) + (1 − 𝑐𝑜𝑠 𝛼)] = 𝑅 [(1 − 𝑐𝑜𝑠 𝛼 ) + (1 − 𝑐𝑜𝑠 𝛼)] = 𝑥 + Cứ từ tâm O’ đồ thị Brick kẻ tia ứng với 100 ; 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 hồnh biểu diễn khoảng dịch chuyển piston SVTH: Nguyễn Tùng Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG + Gióng điểm ứng với 100; 200…1800 chia cung tròn đồ thị brick xuống cắt đường kẻ từ điểm 100; 200…1800 tương ứng trục tung đồ thị x=f(α) để xác định chuyển vị tương ứng + Nối giao điểm với nhau, ta có đồ thị chuyển vị S = f(α), biểu diễn hành trình piston theo góc quay trục khuỷu sau: a[ ] 200 190 S=f(a) 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 150 100 50 165 S[mm] Hình 2-2: Đồ thị chuyển vị S=f(α) 2.1.2 Xây dựng đồ thị vận tốc v=f(α) + Chọn tỷ lệ xích: 𝜇𝑣 = 𝜇𝑠 𝜔 = 0,00051.188,5 = 0,096 [m/(s.mm)] + Vẽ vịng trịn tâm O, bán kính: 𝑅2 = 𝜆𝑅𝜔 2𝜇𝑣 = 0,25.0,051.188.5 2.0,096 = 12,5 [mm] Vòng tròn tâm O đồng tâm với nửa vịng trịn có bán kính: 𝑅1 = 𝑅𝜔 𝜇𝑣 = 0,051.188.5 0,096 = 100 [mm] + Chia nửa vịng trịn bán kính R1 thành 18 phần nhau, đánh số thứ tự 0, 1, 2, …, 18 SVTH: Nguyễn Tùng Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG + Chia vòng trịn bán kính R2 thành 18 phần nhau, đánh số thứ tự 0’, 1’, 2’, …, 18’ theo chiều ngược lại so với chiều đánh số nửa vòng trịn bán kính R1 + Trên nửa vịng trịn bán kính R1, gọi AB đường kính Từ điểm 0, 1, 2,…, 18, ta kẻ đường thẳng vuông góc với AB, đường cắt đường thẳng kẻ từ điểm 0’, 1’, 2’,…, 18’ song song với AB Gọi giao điểm đường kẻ từ 1’ a; giao điểm đường kẻ từ 2’ b; giao điểm đường kẻ từ 3’ c… + Nối điểm 0, a, b, c … đường cong, ta đường biểu diễn giá trị vận tốc piston vị trí góc quay trục khuỷu khác v=f(α) sau: v=f(a) a d b c e f g A h 1' 2' 3' 4' 5' 6' i 7' 8' 9' j 10' 17' 11' 16' 15' 14' 13' 12' k l m n o B q p 18 17 16 15 14 13 12 10 11 Hình 2-3: Đồ thị vận tốc v=f(α) Để khảo sát mối quan hệ hành trình piston vận tốc piston, ta đặt đồ thị chúng lên hệ trục toạ độ + Trên đồ thị chuyển vị S = f(α), thay trục tung Oα biểu diễn góc quay trục khuỷu thành trục Ov, biểu thị giá trị vận tốc piston, trục hồnh OS biểu diễn hành trình piston SVTH: Nguyễn Tùng Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ❖ Đường kính ngồi chốt : 35.000 – 35.005 (mm) ❖ Đường kính lỗ lắp chốt : 34.010 – 34.018 (mm) 2.2.2 Thanh truyền Hình 2.2.3: Thanh truyền 1- Lỗ dầu; 2- Đầu nhỏ; 3- Lỗ bắt bulong; 4- Nắp đầu to - Thanh truyền chi tiết nối piston với trục khuỷu có tác dụng truyền lực tác dụng piston xuống trục khuỷu, làm quay trục khuỷu Khi động làm việc truyền chịu tác dụng lực sau: Lực khí thể xi lanh, lực quán tính chuyển động tịnh tiến nhóm piston, lực qn tính truyền - Động sử dụng dạng truyền đơn làm thép hợp kim dễ dàng cho việc chế tạo, đầu to truyền có dạng phân đơi nên cần có bu lơng gắn nắp đầu to với thân Mặt phân cách nắp thân có gờ để chống lực cắt bu lông - Tiết diện truyền động 4BD2T có dạng chữ I Đầu nhỏ truyền có dạng hình trụ rỗng lắp tự với chốt piston Đầu to truyền cắt thành hai nửa, phần nối liền trục với thân, phần nắp đầu to truyền lắp với bu lông truyền Mặt phẳng lắp ghép vng góc với đường tâm trục thân truyền Bu lông truyền loại bu lông chịu lực kéo, có mặt gia cơng đạt độ xác cao để định vị -Dầu đưa vào lỗ đầu nhỏ để bơi trơn ❖ Đường kính lỗ đầu nhỏ truyền ❖ Đường kính lỗ đầu to truyền 2.2.3 Trục khuỷu SVTH: Nguyễn Tùng Lâm : 35.017 – 35.025 (mm) : 64.000 (mm) ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Hình 2.2.4 Trục khuỷu - Trục khuỷu trục khuỷu gồm cổ trục, khuỷu trục Bên có đường dầu bôi trơn cổ trục, khuỷu trục lắp ổ trục sử dụng bạc lót đêm giảm mài mịn Cổ trục khuỷu trục gia công với độ bền cao - Tương tự bạc lót truyền, mặt bạc lót cổ trục cung thiết kế rãnh vi mô nhằm gom dầu bôi trơn để tang lượng dầu bôi trơn giảm rung động cho động cơ, mặt bạc lót phía có rãnh dầu bơi trơn - Đầu trục khuỷu có lắp bánh dẫn động trục cam, bơm dầu, bơm cao áp puly đai dẫn động máy phát, quạt, bơm dầu, bơm nước làm mát - Đuôi trục khuỷu có lỗ để lắp bánh đà - Tương tự bạc lót truyền, mặt bạc lót cổ trục thiết kế rãnh vi mô nhằm gom dầu bôi trơn để tang lượng dầu bôi trơn giảm rung động cho động cơ, mặt bạc lót phía có rãnh dầu bơi trơn ❖ Đường kính chốt khuỷu : 63.924 – 63.944 (mm) ❖ Đường kính cổ trục khuỷu : 79.905 – 79.925 (mm) II- TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ KỸ THUẬT Nhóm piston Nhóm piston gồm có piston, chốt piston, xéc măng khí, xéc măng dầu, vịng hãm chốt Trong q trình làm việc động cơ, nhóm piston có nhiệm vụ sau đây: SVTH: Nguyễn Tùng Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG - Tạo thành buồng cháy tốt ,bảo đảm bao kín buồng cháy, giữ khơng để khí cháy lọt xuống cácte dầu nhờn không sục lên buồng cháy - Tiếp nhận lực khí thể Pz truyền lực cho truyền để làm quay trục khuỷu đưa công suất ngồi Trong q trình nén, piston nén khí nạp trình thải, piston làm nhiệm vụ bơm đẩy quét khí 1.1 Piston 1.1.1 Điều kiện làm việc yêu cầu piston a Điều kiện làm việc: Piston chi tiết máy quan trọng động đốt Trong trinh làm việc động cơ, piston chịu tải trọng học tải trọng nhiệt lớn ảnh hưởng xấu đến độ bền, tuổi thọ piston - Tải trọng học: chủ yếu lực khí thể lực quán tính gây nên Các lực biến thiên theo chu kỳ nên gây va đập dội chi tiết máy nhóm piston với xy lanh truyền, làm piston bị biến dạng làm hỏng piston - Tải trọng nhiệt : tiếp xúc với nhiệt độ cao tŕnh cháy nên nhiệt độ phần đỉnh piston thường cao + Gây ứng suất nhiệt lớn làm rạn nứt cục bộ, giảm độ bền piston + Gây biến dạng nhiệt khiến piston bị bó kẹt xy lanh làm tăng ma sát piston xy lanh + Giảm hệ số nạp làm giảm công suất động + Làm dầu nhờn nhanh chóng bị phá hủy - Ma sát ăn mịn hóa học: q tŕnh làm việc bề mặt thân piston thường làm việc trạng thái ma sát nửa khô thiếu dầu bôi trơn Do đỉnh piston ln tiếp xúc với khí cháy nên bị ăn mịn hóa học thành phần axít sinh trình cháy b Yêu cầu: - Dạng đỉnh piston tạo thành buồng cháy tốt - Tản nhiệt tốt để tránh kích nổ bó kẹt - Có trọng lượng nhỏ để giảm lực quán tính - Đủ bền đủ độ cứng vững để tránh biến dạng lớn - Đảm bảo bao kín buồng cháy để cơng suất động khơng giảm sút hao dầu nhờn 1.1.2 Kết cấu piston a Đỉnh piston SVTH: Nguyễn Tùng Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Đỉnh piston phần piston với xylanh nắp xylanh tạo thành buồng cháy Đỉnh piston động D4BB đỉnh lõm, buồng cháy tạo xoáy lốc nhẹ, cải thiện trình cháy b Đầu piston Đầu piston bao đỉnh piston vùng đai lắp xéc măng làm nhiệm vụ bao kín Trên bề mặt trụ ngồi piston có lắp rảnh để lắp xéc măng: rảnh lắp xéc măng khí, rảnh lắp xéc măng dầu Vì kết cấu đầu piston khơng có rảnh chắn nhiệt nên xéc măng khí thứ phải làm việc điều kiện q nóng, nhờ bố trí gần khu vực nước làm mát điều kiện làm việc cải thiện Khi tính toán thiết kế đầu piston cần ý giải vấn đề: tản nhiệt, vấn đề bao kín sức bền c Thân piston Thân piston làm nhiệm vụ dẫn hướng cho piston dẫn động xylanh chịu lực ngang N Chiều dài thân piston động cao tốc thân thường ngắn vát bớt hai bên hơng Vị trí lỗ bệ chốt: động cao tốc,lỗ bệ chốt thường để lệch khỏi đường tâm xylanh tạo thành cấu khuỷu trục - truyền vừa cải thiện trình nạp vừa giảm lực ngang N nên động vận hành êm Độ lệch lỗ bệ chốt phía chiều quay thường từ mm Dạng thân piston thường hình trụ mà tiết diện ngang thường có dạng hình ô van vát ngắn phía hai đầu bệ chốt Để tăng độ cứng vững cho piston, phần thân piston làm vành đai Ngoài ra, cần điều chỉnh trọng lượng piston, ta cắt bỏ phần kim loại phần chân piston 1.1.3 Tính chọn thơng số piston a Xác định kích thước SVTH: Nguyễn Tùng Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG • Chiều dày đỉnh Ta chọn: • có làm mát đỉnh: ( 0,1 – 0,2 ).D = 12 [ mm ] Khoảng cách c từ đỉnh đến xéc măng thứ nhất: ( 0,8 – 1,5 ) Ta chọn: c = 14 [ mm ] • Chiều dày s phần đầu: ( 0,06 – 0,12 ).D Ta chọn: s = 10 [ mm ] • Chiều cao H piston: ( 0,6 – ).D Ta chọn: H = 75 [ mm ] • Vị trí chốt piston: ( 0,35 – 0,45 ).D Ta chọn: h = 52 [ mm ] • Đường kính chốt dcp: ( 0,3 – 0,5 ).D Ta chọn: dcp = 28 [ mm ] • Đường kính bệ chốt db: ( 1,3 – 1,6 ).dcp Ta chọn: db = 38 [ mm ] • Đường kính chốt d0: ( 0,6 – 0,8 ).dcp Ta chọn: d0 = 20 [ mm ] • Chiều dày phần thân s1: ( 0,02 – 0,03 ).D Ta chọn: s1 = 2.5 [ mm ] • Số xéc măng khí: 2-3 Ta chọn: • Chiều dày hướng kính t: ( Ta chọn: t = 3.2 [ mm ] • Chiều cao a: ( 0,3 – 0,6 ).t Ta chọn: a = 1,4 [ mm ] • Số xéc măng dầu: – Ta chọn: • Chiều dày bờ rảnh a1: Ta chọn: [ mm ] SVTH: Nguyễn Tùng Lâm a - ).D ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG b Điều kiện tải trọng Piston chịu lực khí thể Pkt , lực quán tính lực ngang N, đồng thời chịu tải trọng nhiệt khơng Khi tính tốn kiểm nghiệm bền thường tính với điều kiện tải trọng lớn Nhóm truyền Nhóm truyền gồm có: truyền, bu lơng truyền bạc lót Trong q trình làm việc, nhóm truyền truyền lực tác dụng piston cho trục khuỷu, làm quay trục khuỷu 2.1 Thanh truyền 2.1.1 Điều kiện làm việc vật liệu chế tạo truyền a Điều kiện làm việc truyền Thanh truyền chi tiết nối với piston trục khuỷu nhằm biến chuyển động tĩnh tiến piston thành chuyển động quay tròn trục khuỷu Trong trình làm việc, truyền chịu tác dụng lực : - Lực khí thể xy lanh - Lực qn tính chuyển động tĩnh tiến cảu nhóm piston - Lực quán tính truyền Các lực thay dổi theo chu kỳ,vì tải trọng tác dụng lên truyền tải trọng động Dưới tác dụng lực đó, thân truyền bị nén, uốn dọc, uốn ngang; đầu nhỏ truyền bị biến dạng méo; nắp đầu to bị uốn kéo b Vật liệu chế tạo truyền Vật liệu chế tạo truyền thường thép cacbon thép hợp kim tùy theo loại động 2.1.2 Kết cấu truyền a Đầu nhỏ truyền Kết cấu đầu nhỏ truyền phụ thuộc vào kích thước phương pháp lắp ghép chốt piston lên truyền Khi lắp chốt tự do: đầu nhỏ truyền có dạng hình trụ rỗng Khi lắp chốt tự do, phải ý bơi trơn mặt chốt piston bạc lót đầu nhỏ Thông thường dầu nhờn đưa lên bôi trơn mặt chốt bạc lót đầu nhỏ đường dẫn dầu khoan dọc thân truyền b Thân truyền SVTH: Nguyễn Tùng Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Cơ cấu Piston- truyền Chiều dài l truyền phụ thuộc vào thông số 𝜆= 𝑅 𝑙 Ta có : 𝜆 =0,25; R = (S/2) = 51[mm] Suy ra: l = (R/𝜆) = 204 [mm] Tiết diện ngang thân truyền hình Hình 3.2.2 Tiết diện thân truyền Loại thân truyền có tiết diện chữ I a,b ứng dụng rỗng rãi động c Đầu to truyền Kết cấu đầu to truyền phải đảm bảo yêu cầu sau : SVTH: Nguyễn Tùng Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG - Có độ cứng vững lớn để bạc lót khơng bị biến dạng - Kích thước nhỏ gọn để lực quán tính nhỏ , giảm tải trọng lên chốt khuỷu, ổ trục đồng thời giảm kích thước hộp trục khuỷu tạo khả đặ trục cam gần trục khuỷu làm cho buồng cháy động dùng cấu xu pắp đặt nhỏ gọn Chổ chuyển tiếp thân đầu to phải có góc lượn để tăng độ cứng vững - Dễ dàng việc lắp ghép cụm piston – truyền với trục khuỷu Trong hầu hết động đầu to phân làm hai : liền với thân nắp đầu to truyền 2.2 Bạc lót đầu to truyền 2.2.1 Vật liệu chịu mòn kết cấu bạc lót a Vật liệu chịu mịn u cầu vật liệu chịu mịn: - Có tính chống mịn tốt, có hệ số ma sát nhỏ Có độ cứng thích đáng độ dẻo cần thiết Dẫn nhiệt tốt Giữ dầu bơi trơn Chóng khít với bề mặt trục Dễ đúc dễ bám với vỏ thép Vật liệu chế tạo bạc lót: - Nhóm kim loại: gồm có babít, đồng - thiết, đồng - chì, hợp kim nhơm, hợp kim kẽm, gang chống mịn - Nhóm phi kim loại: gồm chất dẻo, gỗ ép - Nhóm kim loại gốm: gồm bột kim loại ép như: sắt - graphit, đồng graphit b Kết cấu bạc lót Hợp kim chịu mịn đúc tráng lên đầu to truyền có hai cách sau đây: - Tráng trực tiếp hợp kim chịu mòn lên đầu to truyền - Tráng hợp kim chịu mòn lên bạc lót: tùy theo chiều dày lớp hợp kim chịu mịn, bạc lót chia làm hai loại: bạc lót dày bạc lót mỏng 2.3 Bulơng truyền 2.3.1 Điều kiện làm việc vật liệu chế tạo a Điều kiện làm việc Bulông truyền chi tiết nhỏ quan trọng, bulơng truyền bị đứt, động hư hỏng nặng SVTH: Nguyễn Tùng Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Trong làm việc, bulông truyền chịu lực sau: - Lực xiết ban đầu lắp ghép - Lực quán tính khối lượng vận động tĩnh tiến lực quán tính ly tâm khối lượng vận động quay b Vật liệu chế tạo Vật liệu chế tạo bulông truyền thép hợp kim, thép cacbon dùng động hai kỳ tốc độ chậm c Kết cấu bu lông truyền Hình dạng kết cấu bulơng truyền có nhiều kiểu, chủ yếu công dụng động biện pháp nâng cao sức bền mỏi bulơng 2.4 Tính chọn truyền Hình 2.3 Tiết diện thân truyền SVTH: Nguyễn Tùng Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 2.4.1 Xác định kích thước đầu nhỏ truyền • Đường kính bạc d1: (1,1 – 1,25).dcp Ta chọn: d1 = 32(mm) - Đường kính ngồi d2: (1,3 – 1,7).dcp Ta chọn: d2 = 45 (mm) • Chiều dày bạc đầu nhỏ: (0,07 – 0,085).dcp Ta chọn : 2,25 (mm) - Chiều dày đầu nhỏ ld: (0,28 – 0,32).D Ta chọn: lđ = 7.5 (mm) 2.4.2 Xác định kích thước đầu to truyền • Đường kính chốt khuỷu dck: (0,56 – 0,75).D Ta chọn: dck = 62 ( mm ) - Chiều dày bạc lót tbl Bạc mỏng: (0,03 – 0,05)dck Ta chọn tbl = (mm) - Khoảng cách tâm bu lông c: (1,3 – 1,75).dck Ta chọn: c =90 (mm) - Chiều dài đầu to truyền lđt: (0,45 – 0,95).dck Ta chọn: lđt = 22 (mm) Nhóm trục khuỷu: - Trục khuỷu chi tiết quan trọng phức tạp động Nó có tác dụng biến lực khí cháy đẩy piston qua truyền thành chuyển động quay trịn đưa cơng suất động ngồi (tới phận khác) Mặt khác biến lực quán tính thành chuyển động truyền piston Nó làm quay phận khác trục cam, quạt gió, bơm nước, máy phát điện - Trong trình làm việc trục khuỷu chịu phụ tải thay đổi theo chu kỳ lực khí thể lực quán tính khối vận động thẳng quay, làm cho bị kéo, nén, uốn với ứng suất lớn chịu mài mòn Do trục khuỷu chế tạo thép bon tần số cao (các cổ trục), thép hợp kim gang - Hình dáng kết cấu kích thước trục khuỷu phụ thuộc vào số xilanh, cách bố trí xilanh, số kỳ động thứ tự làm việc xilanh SVTH: Nguyễn Tùng Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 3.1 Điều kiện làm việc yêu cầu trục khuỷu: a Điều kiện làm việc: - Chịu tải trọng thay đổi có chu kỳ áp lực khí thể lực qn tính - Chịu mơ men xoắn uốn đổi chiều - Chịu mài mịn ma sát - Tính không mô men quay gây dao động dọc dao động xoắn ngang b Yêu cầu: - Có sức bền cao, cứng vững trọng lượng nhỏ - Có độ xác gia cơng cao, độ cứng, độ bóng bề mặt cổ chốt, cổ khuỷu lớn - Đảm bảo cân động tĩnh đồng mô men quay cao đơn giản dễ chế tạo - Không xảy dao động cộng hưởng phạm vi số vòng quay sử dụng 3.2 Kết cấu trục khuỷu: - Trục khuỷu nguyên trục gồm chi tiết thường dùng cho động cỡ nhỏ trung bình Hình 3.3.4: Trục khuỷu 1- Chốt khuỷu; 2- Má khuỷu; 3- Cổ khuỷu; 4- Đối trọng; 5- Đuôi khuỷu SVTH: Nguyễn Tùng Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 3.2.1 Kết cấu phận trục khuỷu a Đầu trục khuỷu - Đầu trục khuỷu đầu tự trục khuỷu, đầu trục khuỷu thường lắp bánh dẫn động trục cam, bơm cao áp, bơm nhiên liệu, bơm dầu nhờn bánh đai để dẫn động quạt gió, bơm nước… - Trên đầu trục khuỷu số động lắp giảm chấn xoắn - Đầu mút đầu trục khuỷu có lắp đai ốc để khởi động quay tay cịn có tác dụng hãm chặt bánh đai, ổ chắn dọc trục … b Cổ trục khuỷu - Cổ trục gia công xử lý bề mặt đạt độ cứng độ bóng cao Phần lớn động có cổ trục đường kính Đặc biệt có động thường động cỡ lớn, với đường kính cổ trục lớn dần từ đầu đến trục khuỷu để có sức bền Tuy nhiên phức tạp có nhiều bạc lót ổ đỡ có đường kính khác Cổ trục khuỷu thường rỗng để làm rãnh dẫn dầu bôi trơn đến cổ chốt khác trục khuỷu c Chốt khuỷu - Chốt khuỷu gia công xử lý bề mặt để đạt độ bóng độ cứng cao - Đường kính chốt thường nhỏ đường kính cổ khuỷu có trường hợp động cao tốc lực quán tính lớn đường kính chốt khuỷu đường kính cổ khuỷu chiều dài chốt khuỷu phụ thuộc vào khoảng cánh hai đường tâm xy lanh kề chiều dài cổ trục cổ khuỷu, chốt khuỷu làm rỗng để giảm trọng lượng tạo thàh cốc lộc dầu bôi tơn Để dẫn dầu từ thân máy đến cổ khuỷu theo đường khoan cổ, má khuỷu dẫn lên chốt khuỷu Hình 3.3.6 Kết cấu dẫn dầu bơi trơn chốt khuỷu d Má khuỷu SVTH: Nguyễn Tùng Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG - Má khuỷu phận nối liền cổ trục chốt khuỷu Hình dạng má khuỷu phụ thuộc vào số vịng quay động Để giảm trọng lượng giảm lực quán tính, người ta cố gắng giảm triệt để phần không chịu lực má Loại má hình van loại má lợi dụng vật liệu hợp lý phân bố ứng suất đồng nên sử dụng nhiều - Để trục khuỷu có độ cứng vững đồ bền thường thiết kế có độ trùng điệp kí hiệu ε tính theo cơng thức sau: = d ch + d c −R Trong 𝑑𝑐ℎ : Đường kính chốt 𝑑𝑐 : Đường kính cổ khuỷu R : Bán kính quay trục khuỷu Hình.3.8 Các biện pháp tăng bền má khuỷu - Độ trùng điệp phần mà hai cổ chốt cổ khuỷu trùng biểu diễn trục khủy lên hình chiếu cạnh - Độ trùng điệp lớn, độ cứng vững độ bền trục khuỷu cao Muốn tăng độ trùng điệp ta có đường kính cổ khuỷu cổ chốt, áp suất tiếp xúc mài mòn cổ giảm, giảm bán kính quay trục khuỷu tứ giảm hành trình hay vận tốc trung bình piston nghĩa giảm mài mòn cặp piston-xi lanh Điều giải thích nhờ mối quan hệ sau: S = 2.R ; 𝑣𝑡𝑏 = 𝑛𝑠 30 (n số vòng quay động cơ) SVTH: Nguyễn Tùng Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG - Do có thay đổi mặt cắt đột ngột chỗ chuyển tiếp, nên gây tượng ứng suất, tránh tập trung ứng suất người ta phải làm chỗ chuyển tiếp ( góc lượn ) có bán kính đủ lớn hình dáng phù hợp e Đối trọng Đối trọng khối lượng gắn trục khuỷu để tạo lực quán tính li tâm nhằm mục đích sau: - Cân lực quán tính li tâm Pk trục khuỷu - Đối trọng nơi để khoan bớt khối lượng cân động hệ trục khuỷu Về mặt nguyên tắc đối trọng bố trí xa tâm quay lực qn tính ly tâm lớn f Đuôi trục khuỷu: - Đuôi trục khuỷu nơi truyền cơng suất ngồi đuôi trục khuỷu thường lắp bánh đà - Bánh đà lắp lên đuôi trục khuỷu hai cách: lắp đoạn trục hình cơn, thường dùng động tĩnh lắp mặt bích dùng động ô tô máy kéo - Trên đuôi trục khuỷu thương bố trí phận sau: vành chắn dầu, ren hồi dầu, đệm chắn di chuyển dọc trục trục khuỷu 3.3 Các thơng số tính tốn: • • • • Đường kính xy lanh: D = 91 Đường kính ngồi chốt khuỷu: d𝑐ℎ =62 (mm) Đường kính chốt khuỷu: б𝑐ℎ = Đường kính ngồi cổ khuu: d = (0,70ữ0,85).D Chn dck= 70 (mm) ã ng kính cổ khuỷu: б𝑐𝑘 = • Chiều dài chốt khuỷu: l𝑐ℎ = (0,45÷0,6)dch Chọn l𝑐ℎ = 37 (mm) • Chiều dài cổ khuỷu: l𝑐𝑘 = (0,55÷0,65) d𝑐𝑘 Chọn l𝑐𝑘 = 43 (mm) Các kích thước má khuu: ã Chiu dy b: b = (0,21ữ0,27).D Chn b=24 (mm) + Chiều rộng h: h = (1,05÷1,3)D Chọn h= 118 (mm) SVTH: Nguyễn Tùng Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồ Tấn Chuẩn - Nguyễn Đức Phú - Trần Văn Tế - Nguyễn Tất Tiến - Phạm Văn Tuế Kết cấu tính tốn động đốt tập I, II, III Nhà xuất đại học trung học chuyên nghiệp Hà Nội 1977 [2] Nguyễn Tất Tiến - Nguyên lý động đốt Nhà xuất giáo dục [3] Trần Thanh Hải Tùng – Tính tốn động đốt Ngồi cịn có tham khảo số tài liệu: Giáo trình giảng dạy thầy mơn động đốt – Khoa khí giao thông – Đại học Bách khoa, Đà Nẵng số tài liệu lấy từ mạng internet SVTH: Nguyễn Tùng Lâm ... Tùng Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Lượng xả nhiệt (kw) 12.0 (Điều kiện: Lưu lượng dầu 45 / phút, Lưu lượng nước 50 ℓ / phút) SVTH: Nguyễn Tùng Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Bơm...ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG PHẦN I XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ DA4-0119 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG: 1.1 Các thông số cho trước:... Lâm ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG PHẦN II PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ CHỌN THAM KHẢO 2.1 CHỌN ĐỘNG CƠ THAM KHẢO (D4BB-G2-AG39) Động AG39 loại động sử dụng nhiên liệu diesel , động kỳ