Tính toán –kết cấu động cơ đốt trong

MỤC LỤC MỤC LỤC 1 LỜI NÓI ĐẦU 4 PHẦN I :TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC 5 TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 5 1.1. Trình tự tính toán . 5 1.1.1. Số liệu ban đầu . 5 1.1.2. Các thông số cần chọn . 5 1.2. Tính toán các quá trình công tác . 7 1.2.1. Tính toán quá trình nạp . 7 1.2.1.1. Hệ số khí sót γ r. 7 1.2.1.2. Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a . 7 1.2.1.3. Hệ số nạp η v . 7 1.2.1.4. Lượng khí nạp mới M 1 . 7 1.2.1.5. Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M o . 8 1.2.1.6. Hệ số dư lượng không khí α . 8 1.2.2. Tính toán quá trình nén . 8 1.2.2.1. Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí . 8 1.2.2.2. Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phạm cháy . 8 1.2.2.3. Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp . 8 1.2.2.4. Chỉ số nén đa biến trung bình n 1 . 8 1.2.2.5. Áp suất cuối quá trình nén P c . 9 1.2.2.6. Nhiệt độ cuối quá trình nén T c . 9 1.2.2.7. Lượng môi chất công tác của quá trình nén M c . 9 1.2.3.1. Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β 0 . 9 1.2.3.2. Hệ số thay đổi phân tư thưc tế β: ( Do có khí sót ) . 10 1.2.3.3. Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z β z (Do cháy chưa hết ) 10 1.2.3.4. Lượng sản vật cháy M 2 . 10 1.2.3.5. Nhiệt độ tại điểm z T z . 10 1.2.3.6. Áp suất tại điểm z . 10 1.2.4. Tính toán quá trình giãn nở . 11 1.2.4.1. Hệ số giãn nở sớm ρ . 11 1.2.4.2. Hệ số giãn nở sau δ . 11 1.2.4.3. Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n 2 . 11 1.2.4.4. Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T b . 11 1.2.4.5. Áp suất cuối quá trình giãn nở p b . 11 1.2.4.6. Tính nhiệt độ khí thải T rt . 11 1.2.5. Tính toán các thông số chu trình công tác . 12 1.2.5.1. Áp suất chỉ thị trung bình p i . 12 1.2.5.2. Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p i . 12 1.2.5.3. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g i . 12 1.2.5.4. Hiệu suất chỉ thi η i . 12 1.2.5.5. Áp suất tổn thất cơ giới P m . 12 1.2.5.6. Áp suất có ích trung bình P e . 12 1.2.5.7. Hiệu suất cơ giới η m . 12 1.2.5.8. Suất tiêu hao nhiên liệu g e . 13 1.2.5.9. Hiệu suất có ích η e . 13 1.2.5.10. Kiểm nghiệm đường kính xy lanh D theo công thức . 13 1.3. Vẽ và hiệu đính đồ thị công . 13 1.3.1. Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén . 13 1.3.2. Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở . 14 1.3.3. Chọn tỷ lệ xích phù hợp và các điểm đặc biệt . 15 1.3.4. Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công . 15 1.3.5. Lần lượt hiệu định các điểm trên đồ thị . 15 1.3.5.1. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp : (điểm a). 15 1.3.5.2. Hiệu định áp suất cuối quá trình nén : ( điểm c’). 15 1.3.5.3. Hiệu chỉnh điểm phun sớm : ( điểm c’’ ) . 16 1.3.5.4 Hiệu đính điểm đạt P zmax thực tế . 16 1.3.5.5. Hiệu định điểm bắt đầu quá trình thải thực tế : ( điểm b’ ). 16 1.3.5.6. Hiệu định điểm kết thúc quá trình giãn nở : ( điểm b’’ ). 16 PHẦN II : TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC 18 2.1. Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học . 18 2.1.1. Đường biểu diễn hành trình của piston x = ƒ(α). 18 2.1.2. Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α) . 18 2.1.3. Đường biểu diễn gia tốc của piston j = f( x). 18 2.2. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến . 20 2.3. Lực quán tính . 21 2.4. Đường biểu diễn v = ƒ(x) . 22 2.5. Khai triển đồ thị công P–V thành p kt =ƒ(α) 22 2.6. Khai triển đồ thị P j = ƒ(x) thành P j = ƒ(α) . 22 2.7. Vẽ đồ thị P Σ = ƒ(α). 23 2.8. Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T = ƒ(α) và đồ thị lực pháp tuyến Z = ƒ(α) . 23 2.9. Vẽ đường biểu diễn ΣT = ƒ(α) của động cơ nhiều xy lanh. 26 2.10. Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. 29 2.11. Vẽ đường biểu diễn Q= f( α). 32 2.12. Đồ thị mài mòn chốt khuỷu. 33 Chương III :TÍNH NGHIỆM BỀN CÁC CHI TIẾT CHÍNH 36 3.1. Tính nghiệm bền trục khuỷu. 36 3.1.1. Trường hợp chịu lực ( ) . 37 3.1.2. Trường hợp chịu lực ( ) . 39 3.2. Tính nghiệm bền cổ trục. 40 3.3. Tính kiểm nghiệm bền má khuỷu. 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 Kết Luận 44 LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại đất nước đang trên con đường CNH – HĐH, từng bước phát triển đất nước. Trong xu thế của thời đại khoa học kỹ thuật của thế giới ngày một phát triển cao. Để hòa chung với sự phát triển đó đất nước ta đã có chủ trương phát triển một số ngành công nghiệp mũi nhọn, trong đó có ngành Cơ Khí Động Lực. Để thưc hiện được chủ trương đó đòi hỏi đất nước cần phải có một đội ngũ cán bộ, công nhân kỹ thuật có trình độ và tay nghề cao. Hiểu rõ điều đó trường ĐH CNGTVT không ngừng phát triển và nâng cao chất lượng đào tạo đội ngũ cán bộ, công nhân có tay nghề và trình độ cao mà còn đào tạo với số lượng đông đảo đáp ứng nhu cầu nguồn nhân lực cho đất nước. Khi đang còn là một sinh viên trong trường chúng em được phân công thực hiện đồ án “Tính Toán –Kết Cấu Động Cơ Đốt Trong”. Đây là một điều kiện rất tốt cho chúng em có cơ hội xâu chuỗi kiến thức mà chúng em đã được học tại trường ,bước đầu đi sát vào thực tế sản xuất ,làm quen với công việc tính toán thiết kế ô tô. Trong quá trình tính toán chúng em đã được sự quan tâm chỉ dẫn,sự giúp đỡ nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn Trần Trọng Tuấn và các thầy cô giáo trong khoa cơ khí . Tuy vậy nhưng không thể tránh những hạn chế , thiếu sót trong quá trình tính toán. Để hoàn thành tốt, khắc phục được những hạn chế và thiếu sót đó chúng em rất mong được sự đóng góp ý kiến ,sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và các bạn để sau này ra trường bắt tay vào công việc ,trong quá trình công tác chúng em hoàn thành công việc một cách tốt nhất. Hà Nội, ngày 25 tháng 5 năm 2020 Sinh viên thực hiện: PHẦN I :TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1. Trình tự tính toán . 1.1.1. Số liệu ban đầu . Loại đông cơ: 3D6động cơ Diesel 1 hàng, không tăng áp, buồng cháy thống nhất. 1 Công suất của động cơ : Ne =145 (mã lực) = 108 kW 2 Số vòng quay của trục khuỷu : n =1450(vgph) 3 Đường kính xi lanh : D =150 (mm) 4 Hành trình piton : S =180 (mm) 5 Dung tích công tác : Vh = π.D2 .S4= 3,18 (l) 6 Số xi lanh : i = 6 7 Tỷ số nén : ε = 14.5 8 Thứ tự làm việc của xi lanh : (153624) 9 Suất tiêu hao nhiên liệu : =188 (gml.h) 10 Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp nạp α1;α2: α1=20(độ),α2 =48 (độ) 11 Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp thải : =48(độ), =20 (độ) 12 Chiều dài thanh truyền: ltt = 320 (mm) 13 Số kỳ : 14 Góc phun sớm : 15Khối lượng thanh truyền: mtt = 5,62 (kg) 16 Khối lượng nhóm piston: mpt = 2,37 (kg) 1.1.2. Các thông số cần chọn . 1 )Áp suất môi trường :pk Áp suất môi trường pk là áp suất khí quyển trước khi nạp vào đông cơ (với đông cơ không tăng áp ta có áp suất khí quyển bằng áp suất trước khi nạp nên ta chọn pk =po Ở nước ta nên chọn pk =po = 0,1 (MPa) 2 )Nhiệt độ môi trường :Tk Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ trước xupáp nạp nên : Tk =T0 =24ºC =297ºK 3 )Áp suất cuối quá trình nạp :pa Áp suất Pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại đông cơ ,tính năng tốc độ n ,hệ số cản trên đường nạp ,tiết diện lưu thông… Vì vậy cần xem xét đông cơ đang tính thuộc nhóm nào để lựa chọn Pa

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại đất nước đường CNH – HĐH, bước phát triển đất nước Trong xu thời đại khoa học kỹ thuật giới ngày phát triển cao Để hịa chung với phát triển đất nước ta có chủ trương phát triển số ngành cơng nghiệp mũi nhọn, có ngành Cơ Khí Động Lực Để thưc chủ trương địi hỏi đất nước cần phải có đội ngũ cán bộ, cơng nhân kỹ thuật có trình độ tay nghề cao Hiểu rõ điều trường ĐH CNGTVT không ngừng phát triển nâng cao chất lượng đào tạo đội ngũ cán bộ, cơng nhân có tay nghề trình độ cao mà cịn đào tạo với số lượng đông đảo đáp ứng nhu cầu nguồn nhân lực cho đất nước Khi sinh viên trường chúng em phân công thực đồ án “Tính Tốn –Kết Cấu Động Cơ Đốt Trong” Đây điều kiện tốt cho chúng em có hội xâu chuỗi kiến thức mà chúng em học trường ,bước đầu sát vào thực tế sản xuất ,làm quen với cơng việc tính tốn thiết kế tơ Trong q trình tính tốn chúng em quan tâm dẫn,sự giúp đỡ nhiệt tình giáo viên hướng dẫn Trần Trọng Tuấn thầy giáo khoa khí Tuy tránh hạn chế , thiếu sót q trình tính tốn Để hồn thành tốt, khắc phục hạn chế thiếu sót chúng em mong đóng góp ý kiến ,sự giúp đỡ thầy cô giáo bạn để sau trường bắt tay vào cơng việc ,trong q trình cơng tác chúng em hồn thành cơng việc cách tốt Hà Nội, ngày 25 tháng năm 2020 Sinh viên thực hiện: PHẦN I :TÍNH TỐN CHU TRÌNH CƠNG TÁC TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Trình tự tính tốn 1.1.1 Số liệu ban đầu Loại đông cơ: 3D6-động Diesel hàng, không tăng áp, buồng cháy thống 1- Công suất động : Ne =145 (mã lực) = 108 kW 2- Số vòng quay trục khuỷu : n =1450(vg/ph) 3- Đường kính xi lanh : D =150 (mm) 4- Hành trình piton : S =180 (mm) 5- Dung tích cơng tác : Vh = = 3,18 (l) 6- Số xi lanh : i = 7- Tỷ số nén : ε = 14.5 8- Thứ tự làm việc xi lanh : (1-5-3-6-2-4) ge 9- Suất tiêu hao nhiên liệu : =188 (g/ml.h) 10- Góc mở sớm đóng muộn xupáp nạp α1;α2: α1=20(độ),α2 =48 (độ) β1 , β β1 β2 11- Góc mở sớm đóng muộn xupáp thải : =48(độ), =20 (độ) 12- Chiều dài truyền: ltt = 320 (mm) 13- Số kỳ : τ =4 ϕi = 30o 14- Góc phun sớm : 15-Khối lượng truyền: mtt = 5,62 (kg) 16- Khối lượng nhóm piston: mpt = 2,37 (kg) 1.1.2 Các thông số cần chọn )Áp suất môi trường :pk Áp suất môi trường pk áp suất khí trước nạp vào đơng (với đơng khơng tăng áp ta có áp suất khí áp suất trước nạp nên ta chọn pk =po Ở nước ta nên chọn pk =po = 0,1 (MPa) )Nhiệt độ môi trường :Tk Nhiệt độ môi trường chọn lựa theo nhiệt độ bình quân năm Vì động khơng tăng áp nên ta có nhiệt độ mơi trường nhiệt độ trước xupáp nạp nên : Tk =T0 =24ºC =297ºK )Áp suất cuối trình nạp :pa Áp suất Pa phụ thuộc vào nhiều thông số chủng loại đơng ,tính tốc độ n ,hệ số cản đường nạp ,tiết diện lưu thơng… Vì cần xem xét đơng tính thuộc nhóm để lựa chọn Pa Áp suất cuối trình nạp ta lấy pa =(0,8-0,9) pk ta chọn pa = 0,085 (MPa) )Áp suất khí thải P Áp suất khí thải phụ thuộc giống p Áp suất khí thải chọn phạm vi : p=(1,1-1,15) pk Ta chọn p= 0,11 (MPa) )Mức độ sấy nóng mơi chất ∆T Mức độ sấy nóng mơi chất ∆T chủ yếu phụ thuộc vào q trình hình thành hỗn hợp khí bên ngồi hay bên xy lanh o K Vì đ/c điezel nên chọn ∆T= 38 )Nhiệt độ khí sót (khí thải) T Nhiệt độ khí sót T phụ thuộc vào chủng loại đơng cơ.Nếu q trình giản nở triệt để ,Nhiệt độ T thấp Thông thường ta chọn : T =800 ºK )Hệ số hiệu định tỉ nhiêt λ : Hệ số hiệu định tỷ nhiệt λ chọn theo hệ số dư lượng khơng khí α để hiệu định Thơng thường chọn λ theo bảng sau : Bảng 1.1: thông số hiệu định tỷ nhiệt α 0,8 1,0 1,2 1,4 λ 1,13 1,17 1,14 1,11 Ở ta chọn λ = 1,1 )Hệ số quét buồng cháy λ : Vì động khơng tăng áp nên ta chọn λ =1 )Hệ số nạp thêm λ Hệ số nạp thêm λ phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí Thơng thường ta chọn λ =1,02÷1,07 ; ta chọn λ =1,02 10 )Hệ số lợi dụng nhiệt điểm z ξ : Hệ số lợi dụng nhiệt điểm z ξ phụ thuộc vào chu trình cơng tác động cơ.Với đ/c điezen nên ta chọn ξ=0,7 11 )Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b ξ : Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b ξ tùy thuộc vào loại động xăng động điezel ξ lớn ξ Do đ/c điezel ta chọn ξ=0,9 12 )Hệ số hiệu chỉnh đồ thị công φ : Thể sai lệch tính tốn lý thuyết chu trình cơng tác động với chu trình cơng tác thực tế Sự sai lệch giửa chu trình thực tế với chu trình tính tốn động xăng động điezel hệ số φ đ/c xăng thường chọn hệ số lớn.Nhưng đ/c điezel nên ta chọn φ =0,92 1.2 Tính tốn q trình cơng tác 1.2.1 Tính tốn q trình nạp 1.2.1.1 Hệ số khí sót γ Hệ số khí sót γ tính theo cơng thức : γ= Trong m số giãn nở đa biến trung bình khí sót m =1,45÷1,5 Chọn m =1,45 γr = 1.(297 + 38) 0,11 800 0, 085 1 0,11 1,45 14,5.1, 02 − 1,1.1.( ) 0, 085 = 0, 04 1.2.1.2 Nhiệt độ cuối trình nạp T Nhiệt độ cuối q trình nạp T đươc tính theo công thức T= 0, 085 (297 + 38) + 1,1.0, 04.800.( ) 0,11 Ta = + 0, 04 1,45−1 1,45 = 353 o K 1.2.1.3 Hệ số nạp η η= 1 297.0, 085  0,11 1,45  η v = 14,5 − (297 + 38).0,1 14,5.1, 02 − 1,1.( 0, 085 )  = 0,75   1.2.1.4 Lượng khí nạp M Lượng khí nạp M xác định theo cơng thức sau : M= Trong : p= = (kmol/kg) nhiên liệu 30.108.4 = 0, 46 3,14.0,152.0,18 1450.6 (MPa) 432.103.0,1.0, 75 = 1, 26 188.0, 46.297 Vậy : M = (kmol/kg) nhiên liệu 1.2.1.5 Lượng khơng khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M Lượng kk lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M tính theo cơng thức : C H O ( + − ) 12 32 M = (kmol/kg) nhiên liệu Vì đ/c diesel nên ta chọn C=0,87 ; H=0,126; O=0,004 ( 0,87 0,126 0, 004 + − ) = 0, 495 12 32 M= 1.2.1.6 Hệ số dư lượng khơng khí α Vì động nên : (kmol/kg) nhiên liệu M 1, 28 = = 2,54 M o 0, 495 α= 1.2.2 Tính tốn q trình nén 1.2.2.1 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình khơng khí = 19,806+0,00209.T =20,43 (kJ/kmol.độ) 1.2.2.2 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản phạm cháy Khi hệ số lưu lượng khơng khí α >1 tính theo cơng thức sau : (19,876 + 1, 634 187, 36 ) + (427,86 + ).10 −5 T α α = =21,26 (kJ/kmol.độ) 1.2.2.3 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình hh q trình nén tính theo cơng thức sau : a'v + b'v T = = (kJ/kmol.độ) Thay số vào ta có : a' = 19,833 ; b' = 0,004 1.2.2.4 Chỉ số nén đa biến trung bình n Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào thong số kết cấu thong số vận hành kích thước xy lanh ,loại buồng cháy,số vịng quay ,phụ tải,trạng thái nhiệt độ động cơ…Tuy nhiên n tăng hay giảm theo quy luật sau : Tất nhân tố làm cho môi chất nhiệt khiến cho n tăng.Chỉ số nén đa biến trung bình n xác cách giải phương trình sau : n-1 = Chú ý : Thông thường để xác định n ta chọn n khoảng 1,340÷1,390 Rất trường hợp đạt n khoảng 1,400 ÷ 1,410 → (theo sách Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong - trang 128 ) Vì ta chọn n theo điều kiện toán nao thõa mãn điều kiện tốn :thay n vào VT VP phương trình so sánh,nếu sai số vế phương trình thõa mãn