chuong 1 động học, động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền và cân bằng động okie

+ Trọng tâm các khối lượng thay thế phải trùng với trọng tâm thanh truyền.. + Tổng mômen quán tính vận động quay đối với trọng tâm phải bằng mômen quán tính của thanh truyền so với trọng

1.1.1.Qui luật vận động của cơ cấu trục khuỷu-thanh truyền

Hình 7.1 Vận động của piston

a Chuyển vị của piston

x = AB = AO - (BD + DO) = (l + R)

- (Rcos + lcos) ;  = 

=>x = R (m) 











 (1 - cos2 ) 4

) cos

 = R/l :thông số kết cấu

b Vận tốc của piston





dx dt

d d

dx dt

dx



dt

d 

=>v = R (sinsin +

2



sin 2 ) (m/s))

Tốc độ trung bình của động cơ: vtb =

30

.n

s

S là hành trình piston, S = 2R (sinm)

n là tốc độ vòng quay của trục khuỷu đ/cơ (sinvg/phút)

Động cơ tốc độ thấp : vtb = 3,5 - 6,5 m/s

Động cơ tốc độ trung bình: Vtb = 6,5 - 9 m/s

Động cơ tốc độ cao: Vtb > 9 m/s

1.1.1.Qui luật vận động của cơ cấu trục khuỷu-thanh truyền

c Gia tốc của piston

j = R2 (cos) +cos)2 )





dv dt

d d

dv dt

dv





1.1.2 Nghiên cứu động học bằng phương

pháp đồ thị (đồ án môn học)

1.2.1 Xác định khối lượng của các chi tiết chuyển động

a Khối lượng nhóm pittông

Khối lượng nhóm pittông bao gồm khối lượng pittông,các xécmăng, chốt pittông, các hãm chốt pittông, guốc trượt, …

mnp = mp + mx + mch + mh + mg +… (sinkg)

b Khối lượng thanh truyền:

3 nguyên tắc thay khối lượng th/truyền bằng k/lượng tập chung:

+ Tổng khối lượng thay thế phải bằng khối lượng thanh truyền

+ Trọng tâm các khối lượng thay thế phải trùng với trọng tâm thanh truyền + Tổng mômen quán tính vận động quay đối với trọng tâm phải bằng mômen quán tính của thanh truyền so với trọng tâm thanh truyền

Quy dẫn khối lượng thanh truyền về 3 điểm:

Tâm đầu nhỏ (sintịnh tiến), tâm đầu to (sinquay) và trọng tâm thanh truyền (sinsong phẳng) Căn cứ vào ba nguyên tắc trên ta có:

1.2.1 Xác định khối lượng của các chi tiết chuyển động

Ngày nay, phân bố khối lượng thanh truyền thường nằm trong giới hạn sau:

m1 = (sin0,275 – 0,350).mtt ; m2 = (sin0,650 – 0,725).mtt

l

l m m

; l

l m

tt 1

2 tt

 2

c Xác định trọng tâm thanh truyền:

Phương pháp cân:

Gá đặt thanh truyền lên bàn cân theo phương nằm ngang để xác định khối lượng G1 tập trung về đầu nhỏ

1.2.1 Xác định khối lượng của các chi tiết chuyển động

Khi cân được khối lượng toàn bộ của

thanh truyền Gtt thì khối lượng tập tập

trung về đầu to G2 :

G2 = Gtt – G1 (sinkg)

1.2.2 Hệ lực và mômen tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền giao tâm

Lực khí thể Pkt ;

Lực quán tính chuyển động tịnh tiến Pj

Pkt = pkt.FP = pkt

4

2

D



FP: diện tích mặt cắt ngang(sinđỉnh) của piston

PJ = - mnPj = - mnPR2 (sincos +cos2)

mnP: Kh/lượng nhóm piston(sinpiston,chốt và xecmăng

Gọi PJ1 = - mnPR2cos và PJ2 = - mnPR2 cos2 là

lực quán tính tịnh tiến cấp 1 và cấp 2 ta có:

PJ = PJ1 + PJ2

Hợp lực P1 có phương là đường tâm xylanh:

P1 = Pkt + PJ

Phân tích P1 thành lực lác dụng dọc tâm thanh truyền Ptt và

lực ngang N ép piston lên thành xylanh

N = P1tg ; Ptt = P1/cos

Phân tích Ptt thành: lực tiếp tuyến T sinh ra mômen quay M

và lực pháp tuyến Z gây uốn trục khuỷu

1.2.2 Hệ lực và mômen tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền giao tâm

1.2.2 Hệ lực và mômen tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền giao tâm

T = Pttsin(sin +) = f1(sin)

Z = Pttcos(sin +) = f2(sin)

Mômen quay M theo góc quay trục khuỷu động cơ:

M = T.R = f3(sin )

M cân bằng với mômen cản Mc của máy công tác trên

trục và làm thay đổi tốc độ góc của trục:

M = Mc + J J: mômen quán tính tương đương của các khối lượng

quay quy về tâm trục khuỷu

: gia tốc góc của trục.

Để động cơ được cân bằng thì khi thiết kế phải chú ý sao cho hợp lực và hợp các mômen quán tính phải triệt tiêu Đó chính là điều kiện cân bằng lý thuyết của động cơ đốt trong và được biểu thị bằng 6 phương trình sau đây:



























































































































































0 sinα

a Rω m

0 cosα

a Rω m

0 M

0 cos2α

λaa mRω M

0 cosα

a mRω M

0 sinα

Rω m

0 cosα

Rω m

0 p

0 cos2α

λa mRω p

0 cosα

mRω p

i i

n 1 i

2 r

i i

n 1 i

2 r k

i n

1 i

i

2 j2

i i

n 1 i

2 j1

i n

1 i

2 r

i n

1 i

2 r k

i n

1 i

2 j2

i n

1 i

2 j1

Lực ly tâm do 2 đối trọng sinh ra sẽ cân bằng lực quán tính vận động quay

2Pđk = 2mđk.2 = Pk = mr2

Do đó:

ρ

R m 2

1

Từ biểu thức (sin4-2) ta thấy: Để giảm khối lượng đối trọng mđk thì cần thiết tăng  nhưng phải chú ý đến sự bố trí các cơ cấu khác và kích thước hộp trục khuỷu.

P®k

R

P®k

k

O

R



2.P®k



m r

2.m®k

Cân bằng lực quán tính chuyển động quay

tương tự như phương pháp cân bằng lực Pk ở trên thì

do phương chiều của lực ly tâm do đối trọng sinh ra luôn luôn thay đổi theo vị trí  của khuỷu, nên nếu ta đem chiếu lực ly tâm đó (sinPđj1) lên hai phương: Phương đường tâm xilanh (sinđồng phương với lực Pj1) và phương vuông góc với nó thì hai má đều có đối trọng Do đó:

Sẽ triệt tiêu lực quán tính cấp 1, tức là:

cosα mRω

P

Từ đó ta rút ra:

ρ

R m 2

1

Nhưng luôn sinh ra trên phương vuông góc với phương của các lực quán tính cấp 1 một lực có trị số bằng:

sinα m.R

-

sinα ρ

-2m )

180 sin(α

.ρ 2m

2P

2

2 dj1

0

2 dj1

"

dj1















bằng lực quán tính cấp 2 bằng cách đặt đối trọng lên trục quay với tốc độ góc là 2 (sinVì lực quán tính cấp 2 biến thiên theo 2), thì cũng chỉ là chuyển phương tác dụng của nó.

Để cân bằng hoàn toàn lực quán tính cấp 1 và cấp 2 ta dùng cơ cấu lăngsetcherơ Cơ cấu bao gồm các cặp trục quay ngược chiều nhau trong đó cặp cặp trục cấp 1 quay với tốc độ góc 1 và một cặp trục cấp 2 quay với 2 nhằm mục đích để các thành phần nằm ngang tưng ứng của lực

ly tâm do đối trọng sinh ra sẽ tự khử nhau từng cặp một.

Từ hình vẽ ta thấy: Do hai đầu của mỗi trục đều có đặt đối trọng nên trên mỗi cặp đều có 4 đối trọng để cân bằng Vì vậy theo phương đường tâm xilanh ta có:

dj1

ρ

R m 4

1

m 

Tương tự để cân bằng lực Pj2 ta có:

cos2α mRω

cos2α )

2 ( ρ

2

dj2

16ρ

m.R

.

Do đó: