CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ:Kiểu, loại động cơ: Động cơ DieselCông suất có ích , Ne , kW : 40 KwTỷ số nén, ε : 18Làm mát bằng: NướcSố kỳ τ : 4 kỳSố vòng quay thiết kế, n , vph : 2000 vphSố xi lanh, i: 2 xi lanhĐường kính xi lanh, D mmHành trinh piston, S mm.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG BÀI TẬP LỚN GVHD: NGUYỄN VĂN TRẠNG NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN: Nhóm 20 Nguyễn Hồng Anh Võ Trường Đông Nguyễn Thành Trọng Lê Văn Ven 18145 18145 18145 18145489 GVHD: NGUYỄN VĂN TRẠNG NHĨM 20 PHẦN 1: TÍNH TOÁN NHIỆT 1.1Chọn thơng số cho tính tốn nhiệt 1.1.1 Áp suất khơng khí nạp ( Po ) 1.1.2 Nhiệt độ khơng khí nạp ( T0 ) 1.1.3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp ( Pk) 1.1.4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (Tk) 1.1.5 Áp suất cuối trình nạp (pa) 1.1.6 Chọn áp suất khí sót Pr 1.1.7 Nhiệt độ khí sót ( Tr ) 1.1.8Độ tăng nhiệt dộ khí nạp ( ΔT ) 1.1.9Chọn hệ số nạp thêm λ1 1.1.10 Chọn hệ số quét buồng cháy λ2 1.1.11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt 1.1.12 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm Z ( ξZ ) 1.1.13 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b ( ξb ) 1.1.14 Chọn hệ số dư lượng không khí α 1.1.15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công ( φd ) 1.1.16Tỷ số tăng áp λ 1.2Tính tốn nhiệt 1.2.1 Quá trình nạp 1.2.2 Quá trình nén 1.2.3 Quá trình cháy 11 1.2.4 Quá trình giãn nở: 13 1.3 Tính thơng số kết cấu động cơ: 16 1.4Dựng hiệu đính đồ thị: 17 1.4.1 Quá trình nạp 17 1.4.2 Quá trình nén 18 1.4.3Quá trình dãn nở 18 1.4.4Quá trình thải 18 PHẦN 2: TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU PISTON – KHUỶU TRỤC – THANH TRUYỀN 19 2.1Động học piston (theo phương pháp giải tích) 19 GVHD: NGUYỄN VĂN TRẠNG NHÓM 20 2.1.1 Chuyển vị piston 19 2.1.2 Tốc độ piston 19 2.1.3Gia tốc piston 20 2.2Động lực học cấu khuỷu trục – truyền 20 2.2.1 Lực khí thể Pkt 21 2.2.2 Lực quán tính 21 2.2.3 Lực tổng hợp 22 2.2.4 Lực ngang N, lực tiếp tuyến T lực pháp tuyến Z 22 PHẦN 3: ĐỒ THỊ 23 PHẦN 4: PHỤ LỤC 29 GVHD: NGUYỄN VĂN TRẠNG NHĨM 20 PHẦN 1: TÍNH TỐN NHIỆT CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ: - Kiểu, loại động cơ: Động Diesel Cơng suất có ích , Ne , [kW] : 40 Kw Tỷ số nén, ε : 18 Làm mát bằng: Nước Số kỳ τ : kỳ Số vòng quay thiết kế, n , [v/ph] : 2000 v/ph Số xi lanh, i: xi lanh Đường kính xi lanh, D [mm] Hành trinh piston, S [mm] 1.1 Chọn thơng số cho tính tốn nhiệt 1.1.1 Áp suất khơng khí nạp ( Po ) Áp suất khơng khí nạp chọn áp suất khí quyển: Po = 0,1 MN/m2 1.1.2 Nhiệt độ khơng khí nạp ( T0 ) Nhiệt độ khơng khí nạp phụ thuộc vào nhi ệt độ trung bình mơi trường, nơi xe sử dụng Điều khó khăn xe thiết kế để sử dụng vùng có khoảng biến thiên nhiệt độ ngày lớn Nước ta thuộc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình ngày chọn tkk =29oC, đó: T0= (tkk + 273 )oK= 29+273= 302o K 1.1.3 Áp suấ t khí nạp trước xupap nạp ( P k) Đối với động kì khơng tăng áp: Pk = P0 = 0,1 MN/m2 1.1.4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (T k) Đối với động kì khơng tăng áp: Tk = T0 = 302 K 1.1.5 Áp suấ t cuối trình nạp (pa) GVHD: NGUYỄN VĂN TRẠNG NHĨM 20 Đối với động khơng tăng áp, áp suất cuối trình nạp xi lanh thường nhỏ áp suất khí quyển, có tổn thất đường ống nạp bầu lọc gây nên Trong q trình tính tốn nhiệt , áp suất cuối q trình nạp pa thơng thường đ ược xác định công thức thực nghiệm: Pa =(0,850,95 )P0= (0,085 0,095)MN/m2 Ta chọn : pa= 0,81.P0 =0,081 MN/m2 1.1.6 Chọn áp suất khí sót Pr Áp suất khí sót phụ thuộc giống pa Đối với động diesel ta chọn: Pr = (1,03 1,06 ).P0 = (0,103 0,106) MN/m2 Chọn Pr = 0,103 MN/m2 1.1.7 Nhiệt độ khí sót ( Tr ) Phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp khí, mức dộ giãn nở trao đổi nhiệt trình giãn nở thải Đối với động diesel: Tr = (700 900)K Chọn Tr = 760K 1.1.8 Độ tăng nhiệt dộ khí nạp ( ΔT ) Khi tiến hành tính toán nhiệt động người ta thường chọn trị số ΔT vào số liệu thực nghiệm Với động diesel : ΔT =( 10 35 )oC Ta chọn : ΔT = 10 oC 1.1.9 Chọn hệ s ố n ạp thêm λ1 Hệ số nạp thêm λ1 biểu thị tương quan lượng tăng tương đối hỗn hợp khí cơng tác sau nạp thêm so với lượng khí cơng tác chiếm chỗ thể tích Va Hệ số nạp thêm chọn giới hạn λ1 = 1,02 1,07 Ta chọn λ1 = 1,06 1.1.10 Chọn hệ s ố quét buồng cháy λ2 Đối với động khơng tăng áp khơng có qt buồng cháy nên chọn λ2=1 1.1.11 Chọn hệ s ố hiệu đính tỷ nhiệt λt Phụ thu ộc vào thành phần khí hỗn hợp α nhiệt độ khí sót Tr Thơng thường tính cho động diesel: Với: α =1,25 1,4 chọn: λt = 1,12 α =1,5 1,8 chọn: λt = 1,11 Chọn loại động c diesel có buồng đốt thống nhất: α =1,451,75 có α =1,6 Chọn λt = 1,11 GVHD: NGUYỄN VĂN TRẠNG NHÓM 20 1.1.12 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm Z ( ξZ ) Hệ số l ợi dụng nhiệt điểm Z ( ξZ ) phụ thuộc vào chu trình công tác động Đối với động diesl ta chọn : ξZ = 0,65 – 0,85 Ta chọn : ξZ = 0,7 1.1.13 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b ( ξb ) Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b ( ξb ) phụ thuộc vào nhiều yếu tố : tốc độ động cơ, tỷ số nén Đối với loại động diesel ta thường chọn ξb =0,8 0,9 Ta chọn ξb = 0,8 1.1.14 Chọn hệ số dư lượng khơng khí α Hệ số α ảnh hưởng lớn đến trình cháy Đối với động diesel buồng cháy thống α = 1,45 1,75 Ta chọn α = 1,65 1.1.15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công ( φd ) Hệ số điền đầy đồ thị công ( φd ) đánh giá phần hao hụt diện tích đồ thị công thực tế so với đồ thị công tính tốn Đối với động diesel buồng cháy thống φd = 0,9 0,95 Chọn φd = 0,95 1.1.16Tỷ số tăng áp λ Là tỷ s ố áp suất hỗn hợp khí xi lanh cuối trình cháy trình nén Đố i với động diesel buồng cháy thống nhất, trị s ố λ = 1,6 2,2 Ta chọn λ = 1,6 GVHD: NGUYỄN VĂN TRẠNG 1.2 Tính tốn nhiệt = 18 ΔT = 35 °C Pa = t = 0,0 1, 81 11 MP a Pk Pr =0, =0 1M ,1 Pa 03 Tk = m 302 = °K 1, Tr 1= 1,0 = 76 0° K =1 2= ,7 = 0,9 = = 0,65 0,8 + Hệ số khí sót ( γr ): Được tính theo cơng thức: = = 0,02908 1.2.1 Q trình nạp + Hệ NHÓM 20 số nạp ( ɳv): m số đa biến trung bình khơng khí Chọn m = 1,5 = = 0,828 Dựa vào bảng 1.11/24 : bảng hệ số nạp thực tế Ta thấy : ɳv động diesel tốc độ thấp: ɳv= 0,8-0,9 Động diesel khơng tăng áp có γr = 0,03 0,06 + Nhiệt độ cuối qua trình nạp Ta : = = = 325,188 oK Theo bảng 1.12/24, ta thấy: Loại động diesel có : ΔT = (1025) oC ,Ta= (310360)oK 1.2.2 Quá trình nén Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình khí nạp mới: - Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình khí nạp mới: vc= 19,806+= 21,7962 (kJ/kmol°K) - Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản phẩm cháy: = (19,867++(427,38+-5.Tc= 23,4656 (kJ/kmol°K) - Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp khí q trình nén : ´=== 21,8355(kJ/kmol°K) vc - Chỉ số nén đa biến trung bình xác đ ịnh cách gần theo phương trình cân nhiệt trình nén với giả thiết cho vế trái phương trình thay k1 = n 1, ta có: n1-1== Giải phương trình ta tìm được: n1=1,37 - Áp suất trình nén pc: pc=pa.= 0.081.=4,249 (MN/) - Nhiệt độ cuối trình nén Tc: Tc=Ta.= 325,188.= 947,514 (°K) Loại động diesel ( buồng cháy thống ) có: n1=1,34 1,4 ; Pc= (3,88 5,88) [MN/m2] ; Tc= (850 1050) °K 1.2.3 Q trình cháy - Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu M o: Mo= 0,4357 [kmol kk /kg nl] - Lương khí thực tế nạp vào xilanh M1: M1=.Mo=1,75.0,4357=0,7625 [kmol kk /kg nl] Lượng sản vật cháy M2: M2== = 0,7941 [kmol SVC/kg nl] - Hệ số biến đổi phân tử khí lý thuyết o: = 1,0415 o=== - Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế : ==1+= 1,0404 - Hệ số biến đổi phân tử khí điểm : =1+.=1+= 1,03277 == 0,8125 - Tổn thất nhiệt lượng cháy khơng hồn tồn H: H=0 - Tỷ nhiệt mol đẳng tính trung bình mơi chất điểm Z: vz= - = = 23,059 (kJ/kmol.°K) - Nhiệt độ cuối trình cháy Tz: +(+8,314)Tc=(z Suy :z = =2114,874 (°K) - Áp suất cuối trình cháy pz: pz= pc =1,6.4,249 =6,7984 (MPa) Theo bảng 1.15/24, ta thấy: Loại động diesel có : =(0,650,85); pz =(5,010,0) [MPa] ; z =(18003700) (°K) 1.2.4 Quá trình giãn nở: Tỷ số dãn nở đầu:= = 1,4408 Tỷ số dãn nở sau:= = 12,49306 Xác định số dãn nở đa biến trung bình (n2): Ở nhiệt độ từ 1200-2600°K, sai khác tỷ nhiệt khơng lớn ta xem = Suy ra: = Thay Tb= vào phương trình ta được: = Giải phương trình ta tìm được: = 1,22 Nhiệt độ cuối trình dãn nở Tb: Tb===1213,4371 (oK) Áp suất cuối trình dãn nở Pb: Pb===0,3123 (MN/) Theo bảng 1.16/24, ta thấy: Loại Diesel khơng tăng áp có : =(1,151,23); pb =(0,20,4) [MN/] ; z =(10001400) (°K) Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót Tr: Tr=Tb.= 1213,44371.= 838,67658 (oK) Sai số: ==0,09348= 9,348 < 10 1.2.5 Tính tốn thơng số đặc trưng chu trình: - Áp suất thị trung bình tính tốn : = 0,081 0,8488 (MN/) - Áp suất thị trung bình thực tế (): Động diesel có: = 0,92÷0,95 , chọn =0,95 = = 0,95.0,8488=0,80636 (MN/) - Áp suất tổn thất khí : = a+b.+( Vì động có tốc độ thấp nên chọn = Động Diesel có buồng cháy thống nên chọn a=0,089 b=0,0118 Suy ra: = 0,089 +0,0118.3 +(= 0,1464 (MN/) - Áp suất có ích trung bình : =-=0,80636 – 0,1464= 0,65996 (MN/) - Hiệu xuất giới : = == 1- =1-= 0,8184 - Hiệu suấ t thị : = 8,314 = 8,314 = 0,4383 - Hiệu suất có ích ( ): = 8,314 = 8,314.= 0,3587 - Suất tiêu hao nhiên liệu thị (): = == 0,1931 [kg/kW.h] =193,1 [g/kW.h] - Suất tiêu hao nhiên liệu có ích (): = = = 0,236 [kg/kW.h] = 236 [g/kW.h] Theo bảng 1.18/31, ta thấy: Động Diesel bốn kỳ khơng tăng áp có: = (0,7 1,1) (MN/) = (0,65 0,85) (MN/) = (170 210) (g/kW.h) = (200 260) (g/kW.h) 1.3 Tính thơng số kế t cấu động cơ: - Thể tích cơng tác (): = = = 1,8183 (lít), d - Đường kính piston ( D): D= Chọn = 1,2 Ta được: D= = 1,245 (dm) - Hành trình piston (S): S=.D=1,2.1,245 = 1,494 (dm) Vẽ đồ thị công thị: - Xác định điểm đặc biệt đồ thị công: Điểm a(,) : Điểm cuối q trình hút, có áp suất = 0,081 thể tích: = = = 1+ Suy ra: =+ = 1,8183+ = 1,925 (d= 1925 (c Vậy a (1925; 0,081) Điểm b,: Điểm cuối trình dãn nở với Vb=Va Ta có: b (1925 ; 0,3123) Vì b” trung điểm đoạn ab => b”(1925; 0,19665) Điểm c(,) : điểm cuối q trình nén Ta có : = = = 0,1696 (d= 1696 (c , = 4,249 (MN/) Vậy c(1696;4,249) Vì cc’’= z’() → z’(1696; 6,7984) → c’’( ) → c’’(1696;5,0958) Điểm z (, : Điểm cuối trình cháy có Pz = 6,7984 ( MPa ) ; Vz = = 1,4408.1696 = 2443,6 (cm3 ) =+ , với : Suy ra: z (2443,6,7984 ) Điểm r (,: điểm cuối q trình thải Ta có: Pr = 0,103 ( MPa ) ; Vr = Vc =1696 (cm3 ) Suy ra: r ( 1696 ; 0,103 ) - Dựng đường cong nén 0,081 - Dựng đường cong giãn nở: 6,7984 Dựng hiệu đính đồ thị: 1.4.1 Q trình nạp - Supap thải đóng muộn sau ĐCT 22°, nội suy đường cong từ 0° đến 22° - Đường đẳng áp từ 22° đến 180° (0,085 MN/m2) 1.4.2 Quá trình nén - Nội suy đường cong từ 180° đến 220° (góc đóng muộn xupap nạp 40°) Ta có n1 = 1,37; Pxn, Vxn áp suất thể tích điểm đường cong nén : 0,081 Với Vxn phụ thuộc vào[220°;3350], phun dầu sớm trước ĐCT 25° - Nội suy đường cong từ 335°(phun dầu sớm) đến 360° - Vẽ đường đẳng tích (Vc = const) với áp suất: 5,0958–6,7984 MN/m2 Có giá trị 5,0958 điều kiện cc’’= - Nội suy đường cong từ 360° đến 374° 1.4.3 Q trình dãn nở Ta có n2 = 1,22 ; Pxg, Vxg áp suất thể tích điểm đường cong dãn nở : 6,7984 Với Vxg phụ thuộc vào [374°;4800]; supap thải mở sớm trước ĐCD 60° 1.4.4 Quá trình thải - Nội suy đường cong [480°;570°] qua điểm b”( 1925; 0,19665) - Vẽ đường đẳng áp (0,103 MN/m2) từ 570° đến 720° PHẦN 2: TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG L ỰC HỌC CƠ CẤU PISTON – KHUỶU TRỤC – THANH TRUYỀN 2.1 Động học piston (theo phương pháp giải tích) Vì chu kỳ chuyển vị, vận tốc gia tốc lặp lại nên cần xét [0°;360°] Chọn thơng số kết cấu tơ có giá trị ( ) Chọn λ= 0.25 2.1.1 Chuyển vị piston Khi trục khuỷu quay góc α piston dịch chuyển m ột khoảng x so với vị trí ban đầu.Chuyển vị piston xi lanh động tính cơng thức sau: = R., với R= = 8,97 (cm) 2.1.2 Tốc độ piston Ta xác định phương trình tốc độ piston hàm phụ thuộc vào góc quay trục khuỷu cách vi phân biểu thức = = Ta có: =–Tốc độ quay piston = – vận tốc góc trục khuỷu = = = Suy ra: = = 0,0897 (m/s) GVHD: NGUYỄN VĂN TRẠNG NHÓM 2.1.3 Gia tốc piston Lấy đạo hàm cơng thức = theo thời gian ta có cơng thức tính gia tốc piston = = = = = 0,0897 (m/) 2.2 Động lực học cấu khuỷu trục – truyền 2.2.1 Khối lượng nhóm piston (khối lượng chi tiết chuyển động thẳng ): Bao gồm khối lượng piston, xéc măng, chốt piston.Ngoài cịn có khối lượng guốc trượt Ký hiệu: = +=+…[kg] Hoặc: = = [kg] Động Diesel, piston hợp kim gang: mnp = (25 40) (g/cm2) Chọn mnp = 28 (g/cm2) 2.2.2 Khối lượng khuỷu trục (các chi tiết chuyển động quay ): = +2 = +2 2.2.3 Khối lượng truyền: Thanh truyền chuyển động phức tạp , đầu nhỏ chuyển động tịnh tiến, đầu to chuyển động quay , thân chuyển động lắc Vì vậy, tính tốn lực qn tính ta thay nhóm truyền hệ tương đương có khố i lượng tập trung ba điểm ( tâm chốt piston, tâm chốt khuỷu trọng tâm truyền ) Tổng khối lượng thay phải khối lượng thực truyền: mtt = mA + mB + mO - Khối lượng truyền: mtt = 2540 (g/cm2) Chọn mtt = 30 (g/cm2) - Khối lượng quy đầu nhỏ truyền = (0,275 0,350)mtt Chọn = 0,3.mtt = 0,3.30 = (g/cm2) - Khối lượng đầu to truyền: = ( 0,65 0,725) mtt Chọn =0,6.30 = 18 (g/cm2) Khối lượng chuyển động tịnh tiến cấu khuỷu trục truyền: mj = mnp + mA = 28 + = 37 (g/cm2) Khối lượng chuyển động quay cấu khuỷu trục truyền mr= mK + mA 2.2.4 Lực khí thể Pkt Ta triển khai đồ thị công P-V thành đồ thị = f() với [0°;720°],bỏ qua lượng hao hụt p0 tính đơn vị diện tích đỉnh piston (NM/) 2.2.5 Lực quán tính Lực quán tính chuyển động tịnh tiến: =-.j=-m =0,00037 0,0897 (NM/) 2.2.6 Lực tổng hợp =f() Ta tiến hành vẽ đồ thị = f() cách cộng hai đồ thị đồ : ()= 34 ... 20 2. 2Động lực học cấu khuỷu trục – truyền 20 2. 2.1 Lực khí thể Pkt 21 2. 2 .2 Lực quán tính 21 2. 2.3 Lực tổng hợp 22 2. 2.4 Lực... Động Diesel, piston hợp kim gang: mnp = (25 40) (g/cm2) Chọn mnp = 28 (g/cm2) 2. 2 .2 Khối lượng khuỷu trục (các chi tiết chuyển động quay ): = +2 = +2 2 .2. 3 Khối lượng truyền: Thanh truyền chuyển... Supap thải đóng muộn sau ĐCT 22 °, nội suy đường cong từ 0° đến 22 ° - Đường đẳng áp từ 22 ° đến 180° (0,085 MN/m2) 1.4 .2 Quá trình nén - Nội suy đường cong từ 180° đến 22 0° (góc đóng muộn xupap nạp