THUYẾT MINH đồ án THIẾT kế máy tàu tính toán thiết kế động cơ (d66 0320

Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu .... Và từ các điểm chia có góc tương ứng trên trục O ta vẽ các đường song song với OS.. Vẽ đồ thị P kt – α + Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị côn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

-

THUYẾT MINH

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY TÀU

GVHD : Ths Dương Đình Nghĩa SVTH : Nguyễn Thị Trang MSSV : 103180229

NHÓM : 18.20A

Đà Nẵng, tháng 08 năm 2021

Mục lục

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN XÂY DỰNG BẢN VẼ ĐỒ THỊ 1

1.1.Các thông số tính 1

1.2 Đồ thị công 3

1.2.1Các thông số xây dựng đồ thị 3

1.2.1.2 Xây dựng đường nén 4

1.2.1.3 Xây dựng đường giãn nở 4

1.2.1.4 Biểu diễn các thông số 5

1.2.2.Cách vẽ đồ thị 7

1.3 Đồ thị BRICK 11

1.3.1 Phương pháp 11

1.3.2.Đồ thị chuyển vị 12

1.4 Xây dựng đồ thị vận tốc V(α) 14

1.4.1.Phương pháp 14

1.4.2.Đồ thị vận tốc V(α) 16

1.5 Đồ thị gia tốc 17

1.5.1 Phương pháp 17

1.5.2 Đồ thị gia tốc j = f(x) 18

1.6 Vẽ đồ thi lực quán tính 20

1.6.1 Phương pháp 20

1.6.2 Đồ thị lực quán tính 20

1.7 Đồ thị khai triển: P KT , P J , P 1 – α 22

1.7.1 Vẽ đồ thị P kt – α 22

1.7.2 Vẽ đồ thị P j – α 23

1.7.3 Vẽ đồ thị P 1 – α 23

1.7.4 Đồ thị khai triển P kt , P j , P 1 – α 23

1.8 Xây dựng đồ thị T, Z, N – α 28

1.8.1 Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu trục khủy thanh truyền 28

1.8.2 Xây dựng đồ thị T, N, Z - α 28

1.9.Đồ thị ∑T – α 39

1.10 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 45

1.11 Đồ thị khai triển Q(α) 49

1.12 Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền 52

1.13.Đồ thị mài mòn chốt khuỷu 55

PHẦN 2 - PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ CHỌN THAM KHẢO ( WARTSILA 46F ) : 64

2 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ WARTSILA 46F: 64

2.1.Piston, thanh truyền : 67

2.1.1.Piston 69

2.1.2 Thanh truyền 71

2.2.Trục khuỷu , trục cam, bánh răng van và bánh đa 72

2.3 Trục Khủy động cơ : 72

2.4.Trục cam và bánh răng van : 73

2.5.Bánh đà : 74

2.6.Hệ thống làm mát : 75

2.7.Hệ thống dầu bôi trơn : 76

2.8.Hệ thống nhiên liệu: 78 2.9.Hệ thống tăng áp : 79 2.10.Cơ cấu phân phối khí: 80 PHẦN 3: PHÂN TÍCH KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ 75

3.1 Xupap Error! Bookmark not defined.

3.2 Ống dẫn hướng xupap: Error! Bookmark not defined 3.3 Lò xo xupap: Error! Bookmark not defined 3.4 Trục cam 86 3.5 Con đội 86 3.6 Nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí : 87

LỜI NÓI ĐẦU

Động cơ đốt trong ngày nay đang phát triển rất mạnh, giữ vai trò quan trọng trong nhiều nghành kinh tế quốc dân như nông nghiệp, giao thông vận tải đường bộ, đường sắt,đường biển, đường không cũng như trong nhiều nghành công nghiệp khác Sản lượng động cơ đốt trong ngày nay trên thế giới đạt mức 3 triệu chiếc và còn khả năng tăng cao hơn nữa Tuy nhiên, con đường phát triển đi lên của nghành động cơ đốt trong nói chung và nghành công nghiệp đóng tàu nói riêng của các nước rất khác nhau Tuỳ thuộc chủ yếu vào nguồn lực của nghành cơ khí và mức

độ công nghiệp hoá của từng nước

Để thuận lợi cho việc nghiên cứu người ta chia động cơ đốt trong thành nhiều phần ,nhiều hệ thống.Trong đó có phần cơ cấu phân phối khí rất quan trọng Việc khảo sát các hệ thống trong động cơ giúp cho sinh viên hiểu thêm được kiến thức

đã học Do vậy việc khảo sát nguyên một hoạt động, điều kiện làm việc của cơ cấu phân phối giúp sinh viên hiểu được những vấn đề trên Được sự giúp đỡ tận tình của thầy Dương Đình Nghĩa em đã hoàn thành xong đồ án này Nhưng do lần đầu bắt tay vào làm một trong những đồ án chuyên nghành nên không thể tránh khỏi những sai sót em kính mong thầy cô trong khoa chỉ bảo thêm

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn của thầy Dương Đình Nghĩa cùng các thầy trong khoa

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2021

Sinh viên

Nguyễn Thị Trang

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN XÂY DỰNG BẢN VẼ ĐỒ THỊ

1.1.Các thông số tính

Hệ thống nhiên liệu Bocsh PE inline pump

S=2R [m]: Hành trình dịch chuyển của piston trong xilanh

n [vòng/phút]: Tốc độ quay của động cơ

n2 = 1,26 [2]

+ Chọn tỷ số giãn nở sớm(động cơ diesel): ρ = 1,5

+ Áp suất cuối quá trình giãn nở sớm:

1.2.1.2 Xây dựng đường nén

trình nén là quá trình đa biến nên:

1.2.1.3 Xây dựng đường giãn nở

Vì quá trình giãn nở là quá trình đa biến nên ta có:

1.2.1.4 Biểu diễn các thông số

𝑉cbd =6,89

𝑚𝑚] + Biểu diễn thể tích công tác:

Về giá trị biểu diễn ta có đường kính của vòng tròn Brick AB bằng giá trị biểu diễn



hbd S

Bảng 1.2: Bảng giá trị Đồ thị công động cơ diesel

Đường nén

Đường giản nở

1.2.2.Cách vẽ đồ thị

Xác định các điểm đặc biệt:

+ Từ bảng giá trị ta tiến hành vẽ đường nén và đường giản nở

+ Vẽ vòng tròn của độ thị Brick để xác định các điểm đặc biệt:

Hình 1.1 Đồ thị công

1.3 Đồ thị BRICK 1.3.1 Phương pháp

Hình 1.2: Phương pháp vẽ đồ thì Brick + Vẽ vòng tròn tâm O , bán kính R Do đó AD = 2R = S =140 [mm]

+ Vẽ hệ trục vuông góc OS, trục O biểu diễn giá trị góc còn trục OS biễu diễn khoảng dịch chuyển của Piston Tùy theo các góc  ta vẽ được tương ứng khoảng dịch chuyển của piston Từ các điểm trên vòng chia Brich ta kẻ các đường thẳng song song với trục O Và từ các điểm chia (có góc tương ứng) trên trục O ta vẽ các đường song song với OS Các đường này sẽ cắt nhau tại các điểm Nối các điểm này lại ta được đường cong biểu diễn độ dịch chuyển x của piston theo 

α

3

α

+ Giá trị biểu diễn của R2 là:

2486,44

đồng hồ, cả hai đều xuất phát từ tia OA

đường thẳng song song với AB Các đường kẻ này sẽ cắt nhau tương ứng theo từng cặp 0-0’;1-1’; ;18-18’ tại các điểm lần lượt là 0, a, b, c, , 18 Nối các điểm này

hạn của đường cong này và nửa vòng tròn lớn gọi là giới hạn vận tốc của piston

biểu diển tốc độ ở các góc  tương ứng Nối các điểm 0’’,1’’,2’’, ,18’’ lại với nhau

ta có đường cong biểu diễn vận tốc piston v=f(s)

Hình 1.6: Đồ thị vận tốc V=f(α)

1.5 Đồ thị gia tốc

1.5.1 Phương pháp

+ Để giải gia tốc j của piston, người ta thường dùng phương pháp đồ thị Tôlê vì

phương pháp này đơn giản và có độ chính xác cao Cách tiến hành cụ thể như sau:

bằng nhau ghi các số 1 , 2 , 3 , 4 ,  và 1’ , 2’ , 3’ , 4’ , (hình 1.7)

+ Nối 11’ , 22’ , 33’ , 44’ ,  Đường bao của các đoạn thẳng này biểu thị quan hệ

của hàm số : j = f(x)

+Nối đoạn CF và DF, ta phân chia các đoạn CF và DF thành 8 đoạn nhỏ bằng nhau

và ghi số thứ tự cùng chiều, chẳng hạn như trên đoạn CF: C, 1, 2, 3, 4, F; trên đoạn

là đường cong biểu diễn gia tốc của piston: J = f(x)

Hình 1.7: Đồ thị gia tốc J=f(x)

,

33,22,

11' ' '

1.6 Vẽ đồ thi lực quán tính

1.6.1 Phương pháp

+ Các chi tiết máy trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền tham gia vào chuyển động tịnh tiến bao gồm các chi tiết trong nhóm piston và khối lượng của thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền

Trong đó:

theo loại động cơ ôtô máy kéo hay tàu thủy, tĩnh tại Vì động cơ đang thiết kế có

f(x) ứng với một đơn vị diện tích đỉnh Piston

𝐹pis = πD2m'

4

= 134,59𝜋⋅4,624

𝑚 2]

1.6.2 Đồ thị lực quán tính

+ Lực quán tính các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến:

+ Cách vẽ tiến hành tương tự như cách vẽ đồ thị J - S, với:

Hình 1.8: Đồ thị lực quán tính -Pj=f(x)

1.7 Đồ thị khai triển: P KT , P J , P 1 – α

1.7.1 Vẽ đồ thị P kt – α

+ Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị công như ta đã vẽ ở trên, ta tiến hành khai triển như sau:

+ Từ các điểm chia trên đồ thi Brick, dóng các đường thẳng song song với OP và cắt đồ thị công tại các điểm trên các đường biểu diễn các quá trình nạp, nén, cháy -

giãn nở và thải Qua các giao điểm này ta kẻ các đường ngang song song với trục hoành sang hệ trục toạ độ OP

+Từ các điểm chia trên trục O, kẻ các đường song song với trục OP, những đường này cắt các đường dóng ngang tại các điểm ứng với các góc chia của đồ thị Brick

và phù hợp với quá trình làm việc của động cơ Nối các giao điểm này lại ta có

1.7.2 Vẽ đồ thị P j – α

ta phải đổi dấu

1.7.3 Vẽ đồ thị P 1 – α

1.8 Xây dựng đồ thị T, Z, N – α

1.8.1 Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu trục khủy thanh truyền

Hình 1.10: Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

sinβ = .sinα  = arcsin(sin) [1]

+ Ta lập bảng xác định các giá trị N, T, Z Sau đó, ta tiến hành vẽ đồ thị N, T, Z

theo  trên hệ trục toạ độ vuông góc chung (N, T, Z - )

Pkh

N

P1 Ptt

l Pk

T Ptt

P1 Ptt N Z

Ptt O





+

+ Với tỷ lệ xích :

 T =  Z =  N =  p = 0,05 [MN/(m 2 mm)]

Bảng 1.8: Bảng giá trị biểu diễn T,N,Z

Bảng 1.9 : Bảng thứ tự làm việc của động cơ:

Tính giá trị của bằng công thức:

𝜋⋅𝑅⋅𝐹𝑃⋅𝜙⋅𝑛 [N/m2] [2] Trong đó:

Hình 1.12: Đồ thị ∑T=f(α)

1.10 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

+ Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu Từ đồ thị này ta có thể tìm trị số trung bình của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu cũng như có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất

và lực bé nhất Dùng đồ thị phụ tải ta có thể xác định khu vực chịu lực ít nhất để xác định vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền ở trục + Vẽ hệ toạ độ T - Z gốc toạ độ O’ trục O’Z có chiều dương hướng xuống dưới

Bảng 1.11: Bảng giá trị đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

+ Đặt các cặp điểm (Q, α) lên hệ trục tọa độ

+ Đường cong nối các điểm này biểu diễn đồ thị Q – α cần vẽ

Hình 1.14: Đồ thị khai triển phụ tải chốt khuỷu Q-α

1.12 Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền

- Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền được xây dựng bằng cách :

+ Vẽ một đường tròn bất kì tâm O, tâm của đầu to thanh truyền là O

+ Đem tờ giấy bóng đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt khuỷu sao cho tâm O trùng với tâm O của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Lần lượt xoay tờ giấy bóng cho các điểm

tác dụng trên chốt khuỷu trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0 , 10 , 20 , 30, 

+ Nối các điểm 0 , 15 , 30 ,  bằng một đường cong , ta có đồ thị phụ tải tác dụng trên đầu to thanh truyền

Hình 1.15: Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền

1.13 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu

- Đồ thị mài mòn của chốt khuỷu (hoặc cổ trục khuỷu ) thể hiện trạng thái chịu tải của các điểm trên bề mặt trục Đồ thị này cũng thể hiện trạng thái hao mòn lý thuyết của trục, đồng thời chỉ rõ khu vực chịu tải ít để khoan lỗ dầu theo đúng nguyên tắc đảm bảo đưa dầu nhờn vào ổ trượt ở vị trí có khe hở giữa trục và bạc lót của ổ lớn nhất Áp suất bé làm cho dầu nhờn lưu động dễ dàng

- Sở dĩ gọi là mài mòn lý thuyết vì khi vẽ ta dùng các giả thuyết sau đây:

mức;

+ Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải;

+ Không xét đến các điều kiện về công nghệ, sử dụng và lắp ghép

- Các bước tiến hành vẽ như sau:

+ Trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta vẽ vòng tâm O, bán kính bất kì

chiều kim đồng hồ, bắt đầu tại điểm 0 là giao điểm của vòng tròn O với trục OZ

(theo chiều dương), tiếp tục đánh số thứ tự 1, 2, , 23 lên vòng tròn

+ Từ các điểm chia 0, 1, 2, , 23 của vòng tròn O, ta kẻ các tia qua tâm O và kéo

dài, các tia này sẽ cắt đồ thị phụ tải tại nhiều điểm, có bao nhiêu điểm cắt đồ thị thì

sẽ có bấy nhiêu lực tác dụng tại điểm chia đó Do đó ta có :

Trong đó:

+ i : Tại mọi điểm chia bất kì thứ i

+ 0, 1, , n: Số điểm giao nhau của tia chia với đồ thị phụ tải tại 1 điểm chia

- Vẽ vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho chốt khuỷu, chia vòng tròn thành 24 phần

bằng nhau đồng thời đánh số thứ tự 0, 1,., 23 theo chiều ngược chiều kim đồng hồ

- Vẽ các tia ứng với số lần chia

ngoài vào tâm vòng tròn Nối các đầu mút lại ta có dạng đồ thị mài mòn chốt khuỷu

Bảng 1.14: Bảng giá trị đồ thị mài mòn chốt khuỷu

Lực 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0 21.0 22.0 23.0

∑Q'0 144.0 144.0 144.0 144.0 144.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 0.0 144.0 144.0 144.0 144.0

∑Q'1 175.2 175.2 175.2 175.2 175.2 175.2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 0.0 0.0 175.2 175.2 175.2

∑Q'2 82.5 82.5 82.5 82.5 82.5 82.5 82.5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 0.0 0.0 0.0 82.5 82.5

∑Q'3 10.9 10.9 10.9 10.9 10.9 10.9 10.9 10.9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 10.9

∑Q'4 10.3 10.3 10.3 10.3 10.3 10.3 10.3 10.3 10.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

∑Q'5 0.0 9.9 9.9 9.9 9.9 9.9 9.9 9.9 9.9 9.9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

∑Q'6 0.0 0.0 10.2 10.2 10.2 10.2 11.4 11.4 10.2 10.2 10.2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

∑Q'7 0.0 0.0 0.0 11.4 11.4 11.4 11.4 11.4 11.4 11.4 11.4 11.4 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

∑Q'8 0.0 0.0 0.0 0.0 14.2 14.2 14.2 14.2 14.2 14.2 14.2 14.2 14.2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

∑Q'9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 20.8 20.8 20.8 20.8 20.8 20.8 20.8 20.8 20.8 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

∑Q'10 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 35.6 35.6 35.6 35.6 35.6 35.6 35.6 35.6 35.6 0.0 0.0 0.0

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

∑Q'11 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 54.5 54.5 54.5 54.5 54.5 54.5 54.5 54.5 54.5 0.0 0.0

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

∑Q'12 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 93.5 93.5 93.5 93.5 93.5 93.5 93.5 93.5 93.5 0.0

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

∑Q'13 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 130.1 130.1 130.1 130.1 130.1 130.1 130.1 130.1 130.1

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

∑Q'16 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 48.4 48.4 48.4 48.4 48.4 48.4

48.4 48.4 48.4 0.0 0.0 0.0

∑Q'17 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 36.0 36.0 36.0 36.0 36.0

36.0 36.0 36.0 36.0 0.0 0.0

∑Q'18 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 29.2 29.2 29.2 29.2

29.2 29.2 29.2 29.2 29.2 0.0

∑Q'19 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 26.1 26.1 26.1

26.1 26.1 26.1 26.1 26.1 26.1

∑Q'20 26.5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 26.5 26.5

26.5 26.5 26.5 26.5 26.5 26.5

∑Q'21 32.2 32.2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 32.2

32.2 32.2 32.2 32.2 32.2 32.2

∑Q'22 62.1 62.1 62.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

62.1 62.1 62.1 62.1 62.1 62.1

∑Q'23 143.7 143.7 143.7 143.7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 143.7 143.7 143.7 143.7 143.7

∑Q 687.3 670.7 648.6 597.9 468.5 345.3 206.9 178.9 260.3 380.2 491.2 553.5 590.5 612.3 620.6 611.2 583.2 521.9

453.9 476.7 548.2 675.0 721.5 703.2

ve 31.3 30.6 29.5 27.2 21.3 15.7 9.4 8.2 11.9 17.3 22.4 25.2 26.9 27.9 28.3 27.8 26.6 23.8

20.7 21.7 25.0 30.7 32.9 32.0

Hình 1.16: Đồ thị mài mòn chốt khuỷu

PHẦN 2 - PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ CHỌN THAM KHẢO ( DIESEL WARTSILA 46F) :

2.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL WARTSILA 46F:

-Wartsila 46F động cơ Diesel 4 kì, 6 xy lanh, được lắp thẳng hàng, không

đảo chiều, tăng áp và làm mát liên động Động cơ có công suất cực đại 7200

KW ở số vòng quay 600 (vòng/phút) Cơ cấu phân phối khí trục cam được lắp dưới hộp trục khuỷu, với 24 xupap, bao gồm 4 xupap cho mỗi xilanh Hành trình piston 580 mm, đường kính xylanh 460 mm Tốc độ trung bình của piston là 11,6 m/s

Hình 2.1: Tổng quát động cơ wartsila 46F