Để quy khối lượng má khuỷu về tâm chốt khuỷu ta phải thay thế bằng khối lượng
tương đương “mmr” và xác định bằng phương trình cân bằng lực quán tính sau:
2 2 2 . . . . (14.32) mr m mr m m R m m m
163 Suy ra: mk mch 2. mm
R
11.3.2.4. Khối lượng các chi tiết chuyển động tịnh tiến
Khối lượng chuyển động tính tiến của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền là:
M = mnp + mA (kg) (11-33)
Trong thực tế khối lượng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền thường tính đơn vị diện tích đỉnh piston, do đĩ:
1 2 ( / ) A np P P M m m m kg m F F Trong đĩ: FP - diện tích đỉnh piston (m2) mnp - Khối lượng nhĩm piston (kg)
mA - khối lượng quy vềđầu nhỏ thanh truyền (kg) 11.3.2.5. Khối lượng các chi tiết chuyển động quay
Khối lượng chuyển động quay của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền là:
Mr = mk + mB (kg) (11-34)
Khối lượng chuyển động quay của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền khi tính trên
đơn vị diện tích piston cĩ dạng sau:
1 2 ( / ) r r K B P P M m m m kg m F F Trong đĩ: FP - diện tích đỉnh piston (m2)
mk - Khối lượng chuyển quay của trục khuỷu (kg)
Với khối lượng chuyển động quay của trục khuỷu mk bằng khối lượng chốt khuỷu cộng với hai khối lượng má khuỷu mk = mch + 2.mmr.
mB - khối lượng quy vềđầu to thanh truyền (kg)
Bảng khối lượng nhĩm piston - trục khuỷu - thanh truyền trên một đơn vị diện
tích đỉnh piston của các động cơ thực tế.
11.3.3. Hợp lực và momen tác dụng lên cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền
Trong quá trình làm việc cơ cấu piston - thanh truyền trục khuỷu chịu các lực sau: Lực khí thể (lực do mơi chất chịu nén và khi giãn nở sinh ra).
Lực quán tính của các chi tiết cĩ khối lượng chuyển động (bao gồm: chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay)
Trọng lực. Lực ma sát.
164 Trong các lực này, lực quán tính và lực khí thể cĩ trị số lớn hơn cả nên trong quá
trình tính tốn sau này người ta cũng thường chỉxét đến hai loại lực này. 11.3.3.1. Lực khí thể và lực quán tính
a) Lực khí thể
Định nghĩa
Lực khí thể do áp suất khí thể sinh ra tác dụng lên đỉnh piston. Từ kết quả tính tốn nhiệt, ta vẽđược đồ thị cơng P – V. Triển khai đồ thị cơng P –V thành đồ thị P
(quan hệ giữa áp suất P và gĩc quay của trục khuỷu ).
Từ hình vẽ 11.9, ta cĩ thểtính được áp suất khí thể tác dụng lên đỉnh piston tương ứng với các giá trị của gĩc quay trục khuỷu. Khi tính tốn người ta thường hay tính áp suất tương đối, do đĩ:
Pkt P P0
Trong đĩ: Pkt áp suất khí thể tính theo áp suất tương đối 2
/ . MN m P áp suất khí thể trong tính tốn nhiệt 2 / . MN m P0 áp suất khí trời 2 / . MN m Lực khí thể: Pkt P Fkt. P (MN). (11-35) Trong đĩ: FP - diện tích đỉnh piston, 2 2 . . 4 P D F m D –đường kính xylanh (m).
b) Đồ thị cơng P –V và đồ thị cơng triển khai P
Từ kết quả tính tốn nhiệt ta xây dựng được đồ thị cơng P –V. Đểcĩ được đồ thị
cơng triển khai P (quan hệ giữa áp suất trong xylanh theo gĩc quay của trục khuỷu
động cơ) ta dùng phương Brick sau:
Vẽ nửa đường trịn tâm O, cĩ bán kính R bằng bán kính quay trục khuỷu. Từ O dịch chuyển vềphía ĐCD một đoạn OO’, với '
2
R
OO . Trong đĩ lá thơng số kết cấu và R là bán kính quay của trục khuỷu.
Chẳng hạn muốn xác định áp suất trong xylanh tại gĩc khuỷu là , tính sau ĐCT
trong quá trình cháy – giãn nở ta làm như sau. Từ O vẽđoạn OH hợp với phương nằm ngang một gĩc 0 như hình 11.9. từO’ kẻđường thẳng song song với OH cắt nửa đường trịn tại H’. Từ H’ kẻ đường thẳng song song với trục tung cắt đường giãn nở tại một
điểm, từđiểm này giống sang bên trái để tìm giá trị áp suất tương ứng (nếu đồ thị cơng P – V và đồ thị cơng triển khai P cĩ cùng tỷ lệ xích của áp suất thì giá trị áp suất
tìm được trên đồ thị cơng P –V cũng chính là giá trị áp suất trên đồ thị cơng triển khai
P).
Tương tự, khi chúng ta lấy hàng loạt các điểm tương ứng với từng quá trình nạp, nén, cháy – giãn nở và thải chúng ta sẽ xây dựng được đồ thị cơng triển khai cĩ dạng
như hình 11.9.
b) Lực qn tính
a) Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến
Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến, cĩ thể tính theo cơng thức sau: 2 . cos cos 2 j P mj mR (11-36)
165 2 2 cos 2 j P mR là lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2. Ta cĩ: Pj Pj1Pj2
Chu kỳ của lực quán tính cấp 1 ứng với một vịng quay trục khuỷu. Chu kỳ của lực quán tính cấp 2 ứng với 1
2 vịng quay trục khuỷu.
Lực quán tính Pj luơn tác dụng trên phương đường tâm của xylanh. Khi piston ở ĐCT lực quán tính Pj cĩ trị số âm, chiều tác dụng hướng lên trên (chiều ly tâm đối với tâm trục khuỷu), khi piston ở ĐCD lực quán tính Pj cĩ trị số dương, chiều tác dụng
hướng xuống (chiều hướng vào tâm trục khuỷu).
Hình 11.9. Đồ thị cơng P – V và đồ thị cơng triển khai P.
Để thuận cho việc khảo sát sau này, ta tiến hành xét dấu lực quán tính tương ứng với các giá trị của gĩc quay trục khuỷu .