Bài giảng Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong Chương 5 - HV Kỹ thuật quân sự

CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ 5.1 CÁC CHẾ ĐỘ TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ 5.2 THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ 5.1 Các chế độ tính tốn động 5.1.1 Các chế độ làm việc đặc trưng động - Trong trình làm việc, chế độ làm việc (phụ tải, tốc độ) động thay đổi phạm vi rộng Do vậy, tải trọng (cơ học, nhiệt, hóa ) tác dụng lên chi tiết thay đổi liên tục - Việc lựa chọn chế độ làm việc ảnh hưởng trực tiếp đến tải trọng tác dụng lên ĐC - Khi lựa chọn chế độ làm việc để tính toán bền chi tiết, người ta thường giả thiết trạng thái làm việc ĐC ổn định Đồng thời phải chọn chế độ mà chi tiết chịu tải trọng lớn (cơ học, nhiệt, dao động cộng hưởng ) - Phụ tải thay đổi theo thời gian gây tượng phá hỏng mỏi chi tiết Do vậy, phần lớn chi tiết ĐC tính tốn theo độ bền mỏi - Trạng thái chịu tải trọng chi tiết phức tạp nên việc lựa chọn trạng thái làm việc gây ứng suất nguy hiểm phức tạp Trên sở đảm bảo độ bền hợp lý thường chọn trạng thái làm việc sau để tính tốn: + Trạng thái chịu mơ men xoắn lớn (Me max; nM) + Trạng thái công suất lớn (Ne max; nN) + Trạng thái tốc độ cho phép lớn (Me = 0; nmax) * Trạng thái chịu mơ men xoắn lớn (Me max; nM): có áp suất khí thể lớn nhất, lực quán tính bé tốc độ nM nhỏ Trạng thái thường gặp khởi động xe chở nặng lên dốc cao Khi tính tốn coi lực khí thể đạt giá trị lớn (pzmax) ĐCT (ϕ = 0) * Trạng thái công suất lớn (Nemax; nN): trạng thái ĐC phát công suất lớn nhất; thường dùng để tính tốn ứng suất tổng hợp lực qn tính lực khí thể sinh Đối với ĐC diesel tính tốn chế độ cơng suất định mức nN * Trạng thái tốc độ cho phép lớn (Me = 0; nmax): trạng thái có lực quán tính lớn nhất, ứng với tốc độ lớn hạn chế điều tốc * Ngoài ra, tuỳ theo điều kiện làm việc chi tiết chế độ làm việc cần kiểm tra phụ tải nhiệt (nắp máy, piston, lót XL, thân XL) tượng dao động cộng hưởng (nhất TK) Hình 5.1 Đặc tính ngồi động a - ĐC xăng; b - ĐCdiesel 5.1.2 Đặc điểm tính tốn chi tiết ĐC - Khi thiết kế ĐC, thường xác định hình dạng kích thước trước sau tiến hành tính tốn sức bền, biến dạng  phần lớn phép tính mang tính kiểm nghiệm - Khi tính tốn phải dùng nhiều giả thiết nguyên nhân sau: + Sự phức tạp hình dạng chi tiết phân bố lực + Khó xác định xác trạng thái làm việc tình trạng chịu lực thực tế chi tiết + Khó xác định xác ảnh hưởng tải trọng động + Khó xác định quy luật phân bố ứng suất tiết diện tính tốn + Khó xác định ứng suất nhiệt, ảnh hưởng lớn đến sức bền chi tiết + Trong thực tế, kể đến độ cứng vững chi tiết máy - Ngày nay, với phát triển MTĐT, PP số, phần mềm, việc tính tốn ngày trở nên xác hơn, khối lượng cơng việc giảm nhẹ Hình 5.2 Trạng thái nhiệt piston Hình 5.3 Trạng thái ứng suất piston Hình 5.4 Trạng thái nhiệt nắp máy Hình 5.5 Trạng thái ứng suất nắp máy 5.1.3 Hệ số an tồn tính bền chi tiết chịu tải trọng động - Phần lớn chi tiết động chịu tải trọng thay đổi theo chu kỳ gây nên tượng phá huỷ mỏi vật liệu - Khi tính bền chi tiết thường dùng phương pháp tính bền mỏi để kiểm tra điều kiện làm việc chi tiết - Kết tính tốn xác định hệ số an toàn n σo σ td ≤ [ σ ] = n - σo ứng suất nguy hiểm 5.2 Thiết kế động 5.2.1 Phương pháp thiết kế - Thiết kế hoàn tồn: Phương án sử dụng phức tạp, khối lượng công việc lớn Cần tiến hành thiết kế nguyên lý, kết cấu Liên quan đến nhiều vấn đề kỹ thuật, thiết kế thi công, dây chuyền công nghệ Vì vật, tiến hành thiết kế hồn tồn tính kỹ thuật động cũ thỏa mãn nhu cầu Thiết kế hoàn toàn sử dụng thiết kế động đốt kiểu mới: ĐC tuabin, ĐC tên lửa, ĐC Wankel, ĐC piston tự … - Thiết kế cải tiến: Đây phương án có tính kinh tế cao Phương án tiến hành liên tục để cải thiện tính động Phương án cho phép sử dụng lại phần dây chuyền cơng nghệ cũ 5.2.2 Trình tự thiết kế * Xác định điều kiện kỹ thuật: - Công dụng động - Công suất động - Tốc độ động - Nhiên liệu - Số kỳ * Thiết kế phác thảo - Tính tốn chu trình nhiệt động - Tính động lực học - Tính bền chi tiết - Xác định D, S, bố trí XL, dạng TK, dạng thân máy - Thiết kế phác thảo tồn chi tiết chính: PT, TT, TK - Lựa chọn công nghệ - Thiết kế hệ thống: NL, LM, BT, KĐ, NT - Sử dụng nhiều phương án lựa chọn phương án tối ưu * Thiết kế kỹ thuật - Xây dựng vẽ kỹ thuật: chi tiết, chế tạo, công nghệ … - Phân nhóm, phân cụm, đánh số tồn chi tiết - Vẽ lắp toàn cấu hệ thống (mặt cắt ngang, mặt cắt dọc) - Kiểm tra kích thước bao, chế độ dung sai - Kết hợp với nhà sản xuất để hiệu chỉnh kịp thời - Chạy rà động - Tiến hành thử nghiệm tính kỹ thuật - Hoàn thiện hồ sơ thiết kế sau có chỉnh sửa, điều chỉnh - Bàn giao toàn hồ sơ thiết kế cho nhà sản xuất * Thiết kế thi công - Thiết kế công nghệ: quy trình cơng nghệ, đồ gá, dụng cụ đo lường - Chế tạo thử - Chạy thử nghiệm - Theo dõi, thống kê số liệu thử nghiệm, tìm hiểu nguyên nhân hỏng hóc cơng nghệ - Hiệu chỉnh thiết kế công nghệ - Tiến hành chế tạo hàng loạt theo nhu cầu 5.2.3 Thiết kế bố trí chung Xác định trước dung tích XL, kiểu động cơ, phương án kết cấu, thiết bị phụ 5.2.3.1 Chọn thông số kết cấu kích thước * Chọn số XL bố trí XL - Điều kiện cân động cơ, khả dùng biện pháp cân đơn giản - Độ đồng tốc độ quay TK - Yêu cầu kích thước bao, điều kiện lắp ráp thiết bị - Đảm bảo gọn nhe, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, độ cứng vững cao - Kiểu làm mát ĐC XL ĐC nhiều XL * Ưu điểm * Ưu điểm - Kết cấu đơn giản - Làm việc ổn định, độ đồng tốc độ tốt, cân tốt, dễ khởi động - D, S ↓, lực quán tính ↓, ↑ n - Kích thước, khối lượng chi tiết ↓ - D ↓ ⇒ ↓ kích nổ ĐC xăng * Nhược điểm * Nhược điểm - Độ đồng tốc độ, cân - Kết cấu phức tạp - Bánh đà lớn - Chế tạo phức tạp - Kích thước, khối lượng ↑ - Lực quán tính ↑ * Chọn tỷ số S/D Các ĐC có xu hướng giảm S/D - Ưu điểm + ↑ n mà tốc độ PT không tăng → ma sát không tăng → ηm không giảm + Dễ bố trí xu páp, ↑ kích thước XP nạp thải (hoặc bố trí nhiều XP) + ↓ chiều cao, TK có độ trùng điệp cao nên tăng độ cứng vững - Nhược điểm + Chiều dài, rộng ↑ + Phụ tải nhiệt ↑ + Khả kích nổ ↑ * Chọn thông số kết cấu: λ = R/L - ↑ λ: TT ngắn, chiều cao, khối lượng ĐC ↓, góc lắc TT ↑, lực ngang ↑ - λ = 0,25 ÷ 0,33 - Việc lựa chọn S/D λ phụ thuộc công nghệ chế tạo dây chuyền công nghệ có ⇒ Thơng số Pjmax phản ánh tương đối đầy đủ thông số trên, thiết kế cần tham khảo giá trị ĐC có * Chọn kiểu làm mát - Ảnh hưởng đến hình dạng bên ĐC 5.2.3.2 Thiết kế mặt cắt ngang - Chọn tỷ lệ xích - Vẽ đường tâm XL - Vẽ đường trịn bán kính R - Vẽ đoạn aA = L, xác định vị trí chốt PT, đỉnh PT ĐCT, vẽ PT - Xác định chiều dài XL: H + S - P - Thiết kế TT: hình dạng, đường kính cổ khuỷu chốt PT Yếu cầu: TT phải lọt XL - Xác định hình dạng hộp TK thân XL - Vẽ hình dạng cổ trục ổ trục 5.2.3.3 Thiết kế mặt cắt dọc - Chọn khoảng cách XL - Vẽ kết cấu TK - Xác định chiều rộng bạc lót cổ trục, cổ khuỷu, đầu nhỏ TT - Vẽ PT, TT - Kiểm tra lại khoảng cách XL - Vẽ phần lại ... cũ 5. 2.2 Trình tự thiết kế * Xác định điều kiện kỹ thuật: - Công dụng động - Công suất động - Tốc độ động - Nhiên liệu - Số kỳ * Thiết kế phác thảo - Tính tốn chu trình nhiệt động - Tính động. .. lượng cơng việc lớn Cần tiến hành thiết kế nguyên lý, kết cấu Liên quan đến nhiều vấn đề kỹ thuật, thiết kế thi cơng, dây chuyền cơng nghệ Vì vật, tiến hành thiết kế hồn tồn tính kỹ thuật động. .. ưu * Thiết kế kỹ thuật - Xây dựng vẽ kỹ thuật: chi tiết, chế tạo, cơng nghệ … - Phân nhóm, phân cụm, đánh số toàn chi tiết - Vẽ lắp toàn cấu hệ thống (mặt cắt ngang, mặt cắt dọc) - Kiểm tra kích