Tính Toán thiết kế động cơ đốt trong

+Từ các điểm chia trên trục Oα, 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

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đầy, nền kinh tế Việt Nam đang trong giai đoạn chuyển mình, từng bước phát triển theo hướng Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa Thúc đẩy đa ngành đa lĩnh vực phát triển, trong đó các ngành Kỹ thuật đóng vai trò rất lớn trong việc phát triển đất nước Để góp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật giỏi ta phải tự nghiên cứu và chế tạo, đó là yêu cầu cấp thiết Đào tạo kỹ sư cho chương trình kỹ thuật rất khó và đòi hỏi trình độ chuyên môn cao, trong đó ngành Kỹ thuật Cơ khí là ngành được chú ý và quan tâm rất nhiều Để đạt những yêu cầu ấy, Ngành Kỹ thuật Cơ khí đã có bộ môn Đồ án Thiết kế động

cơ, nhằm tổng hợp các kiến thức đã học, trang bị cho sinh viên nền tảng kiến thức cơ bản để học tập tốt hơn

Sau khi được học hai môn chính của ngành động cơ đốt trong (Nguyên lý động cơ đốt trong và Kết cấu động cơ đốt trong) cùng một số môn cơ sở khác (sức bền vật liệu, cơ lý thuyết, ), sinh viên được giao nhiệm vụ làm đồ án môn học “Thiết kế động cơ” Đây là một phần quan trọng trong nội dung học tập của sinh viên, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết một vấn đề cụ thể của ngành

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu các tài liệu, làm việc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án tốt nhất Tuy nhiên, vì bản thân còn ít kinh nghiệm cho nên việc hoàn thành đồ án lần này không thể không có những thiếu sót, mong quý thầy cô góp ý giúp đỡ thêm để

em hoàn thành tốt nhiệm vụ

Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô đã tận tình truyền đạt lại những kiến thức và đặc biệt là Thầy Nguyễn Quang Trung đã quan tâm, nhiệt tình hướng dẫn trong quá trình làm đồ án Em rất mong muốn nhận được sự xem xét và chỉ dẫn của các thầy để em ngày càng hoàn thiện kiến thức của mình

Nhóm 5

I XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ XGV6-0120

1.1 Xây dựng đồ thị công

1.1.1 Các thông số xây dựng đồ thị

1.1.1.1 Các thông số cho trước

Hệ thống bôi trơn Force-feed lubrication system

Hệ thống làm mát Forced Circullation Water Cooling System

Hệ thống phân phối khí 24 valve, DOHC

- Tỷ số giãn nở sớm ρ: Đối với động cơ xăng được chọn: 1

𝑉𝑐

Khi đó ta có áp suất nén tại điểm bất kỳ x :

𝑝nx = 𝑝𝑐

𝑖𝑛1 [MN/m2]

1.1.3 Xây dựng đường giãn nở

Gọi pgnx, Vgnx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình giãn nở của động cơ.Vì quá trình giãn nở là quá trình đa biến nên ta có:

1.1.4 Biểu diễn các thông số

- Biểu diễn thể tích buồng cháy: Chọn Vcbd = 20 [mm]

Bảng giá trị đồ thị Công động cơ Xăng

Vx i Vxl(d

m3)

V(

mm )

in1 L/

in1 Pc/in1

Pn(m m) in2

- Điểm mở sớm của xu páp nạp r’: xác định từ đồ thị Brick ứng với α1

- Điểm đóng muộn của xupáp thải r’’: xác định từ đồ thị Brick ứng với α4

- Điểm đóng muộn của xupáp nạp a’: xác định từ đồ thị Brick ứng với α2

- Điểm mở sớm của xupáp thải b’: xác định từ đồ thị Brick ứng với α3

Để vẽ đồ thị công ta thực hiện theo các bước như sau:

+ Chọn tỉ lệ xích: Biểu diễn áp suất cực đại Pzbd = 160÷220 mm

+ Vẽ đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải bằng hai đường thẳng song song với trục hoành đi qua hai điểm Pa và Pr Ta có được đồ thị công lý thuyết Vẽ đồ thị brick phía trên đồ thị công Lấy bán kính cung tròn R bằng ½ khoảng cách từ Va đến Vc

- Tỉ lệ xích đồ thị brick:

𝜇𝑠 = 𝑠ℎ𝑡

𝑠𝑏𝑑 =

𝑆ℎ𝑡(𝑉ℎ/𝜇𝑣) = 0,000392 (𝑚/𝑚𝑚)

- Lấy về phía phải điểm O’ một khoảng :

• Điểm mở sớm (b’) đóng muộn (r’’) xupap thải

• Mở sớm (r’) đóng muộn (a’) xupap hút

- Vẽ đường đẳng áp pz’ = 2,9636 (MN/m2)

Từ đồ thị Brick xác định góc 100 gióng xuống cắt đoạn đẳng áp

tại z’ - Áp suất cuối quá trình nén thực tế pc’’:

Áp suất cuối quá trình nén thực tế thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén

lý thuyết do sự đánh lửa sớm

Nối các điểm c’, c’’, z’ lại thành đường cong liên tục và dính vào đường

giãn nở - Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế pb’’:

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế thường thấp hơn áp suất cuối quá trình

giãn nở lý thuyết do mở sớm xupap thải

Nối các điểm b’, b’’ và tiếp dính với đường thải prx

- Sau khi hiệu chỉnh ta nối các điểm lại thì được đồ thị công thực tế

1.2 Động học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ

1.2.1 Xây dựng đồ thị chuyển vị piston bằng phương pháp đồ thị Brick

Hình 1-1: Phương pháp xây dựng đồ thị chuyển vị piston bằng đồ thị

0

X=f( )

90

30o, ta làm như sau: từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu

OB (hình 1.2) Hạ MC vuông góc với AD Điểm A ứng với góc quay α=00(vị trí điểm chết trên) và điểm D ứng với khi α=1800 (vị trí điểm chết dưới).Theo Brick đoạn AC = x

- Thật vậy, ta có thể chứng minh điều này rất dễ dàng Từ hình 1.1 ta có:

AC = AO - OC = AO - (CO’ - OO’) = R - MO’.Cosα + R.α/2

- Thay quan hệ trên vào công thức tính AC, sau khi chỉnh lý ta có :

AC = 𝑅 [(1 − cosα) + 𝜆 (1 − cos2𝛼)] = 𝑅 [(1 − cosα) + 𝜆 (1 − cos2α)] = 𝑥

- 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

bán kính R2 sẽ là 2 , 18 điểm trên nửa vòng tròn bán kính R1 mỗi điểm cách nhau

10 và trên vòng tròn bán kính R2 mỗi điểm cách nhau là 20

- Trên nửa vòng tròn R1 ta đánh số thứ tự từ 0, 1, 2, , 18 theo chiều ngược kim đồng hồ, còn trên vòng tròn bán kính R2 ta đánh số 0’,1’,2’, , 18’ theo chiều kim đồng hồ, cả hai đều xuất phát từ tia OA

- Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn bán kính R1, ta dóng các đường thẳng vuông góc với đường kính AB, và từ các điểm chia trên vòng tròn bán kính R2 ta kẻ các 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 lại bằng một đường cong và cùng với nửa vòng tròn bán kính R1 biểu diễn trị số vận tốc v

bằng các đoạn 0, 1a,2b,3c, , 0 ứng với các góc 0, α1,α2, α3 α18 Phần giới hạn của đường cong này và nửa vòng tròn lớn gọi là giới hạn vận tốc của piston

- Vẽ hệ toạ độ vuông góc OvS trùng với hệ toạ độ O S , trục thẳng đứng Ov trùng với trục O Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, ta kẻ các đường thẳng song

song với trục Ov cắt trục Os tại các điểm 0, 1, 2, 3, , 18 Từ các điểm này, ta đặt

các đoạn thẳng 00, 1a, 2b, 3c, , 1818 song song với trục Ovvà có khoảng cách bằng khoảng

cách các đoạn 0, 1a,2b,3c, , 0 Nối các điểm 0, a ,b c, , 18 lại với nhau ta có đường cong biểu diễn vận tốc của piston v=f(S)

1.2.3 Xây dựng đồ thị gia tốc bằng phương pháp đồ thị Tôlê

- Theo phương pháp giải tích lấy đạo hàm của vận tốc theo thời gian ta có công thức để tính gia tốc của piston:

1.3 Động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền động cơ

1.3.1 Xác định khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến

- 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 m’ = mpt +m1 [kg]

Trong đó:

+ mpt: Khối lượng nhóm piston Theo đề ta có mpt = 0,8 [kg]

+ m1: Khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu nhỏ thanh truyền Được chọn tùy theo loại động cơ ôtô máy kéo hay tàu thủy, tĩnh tại Vì động cơ đang thiết

kế có các thông số phù hợp với động cơ ôtô máy kéo nên ta chọn m1 trong

- Đồ thị PJ này vẽ chung với đồ thị công P-V

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

- Chọn tỷ lệ xích trùng với tỷ lệ xích đồ thị công

𝜇𝑃 𝐽 = 𝜇𝑝 = 0,02272 [MN/(m2.mm)]

- Trục hoành trùng với trục Po của đồ thị công

- Vẽ hệ trục toạ độ vuông góc p- trục hoành Oα nằm ngang với trục po

- Trên trục O ta chia 10o một, ứng với tỷ lệ xích  = [2 0/mm]

- 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 p-

+Từ các điểm chia trên trục Oα, 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 đường cong khai triển đồ thị Pkt - α với tỷ lệ xích :

1.3.5 Vẽ đồ thị P 1 - α

- Cộng các giá trị pkt với pj ở các trị số góc α tương ứng, ta vẽ được đường biểu diễn hợp lực của lực quán tính và lực khí thể P1:

1.3.6 Xây dựng đồ thị lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z, lực ngang N theo

α

Hình 1-6: Hệ lực tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền giao tâm

- Lực tiếp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:

T Ptt

N Z

Ptt O

+

Bảng 1-5: Bảng giá trị T - α; Z - α; N - α

-80 0.997246464 4.774159632

-0.074158542

0.355022284

-8.809294854

110 0.833045881 38.98444252

-0.553203905

25.88854504

-10.99381012

120 0.737231153 40.32413197

-0.675640605

36.95533049

-10.0690149

150 0.387825195 24.79617704

-0.921732943

58.93235795

-7.992059741

160 0.260419125 16.74219445

-0.965495665

62.07115617

-5.497069147

170 0.130731953 8.401079335

-0.991417751

63.71035512

0.991417751

63.73655324

2.790886161

200

-0.260419125

16.77128564

0.965495665

62.17901083

5.506620839

210

-0.387825195

24.89702693

0.921732943

59.17204498

8.024564685

10.14718135

230

-0.628764333

38.10871264

0.77759592

-47.12923095

11.60727718

240

-0.737231153

41.25091801

0.675640605

37.80468998

11.43399469

260

-0.911741429

35.10634544

0.410764613

15.81637508

9.479935892

270

-0.968245837

24.74765517

0.25

-6.389817088

6.389817088

280

-0.997246464

10.34492774

0.074158542

0.769283005

2.553973718

-12.33226233

470 0.833045881 49.06432447

-0.553203905

32.58233008

-13.83638785

480 0.737231153 48.0407037

-0.675640605

44.02723618

-11.38911777

510 0.387825195 27.44364307

-0.921732943

65.22451401

-8.845364934

520 0.260419125 18.20728733

-0.965495665

67.50294165

-5.97811223

0.991417751

66.31657256

2.903859641

560

-0.260419125

17.14850399

0.965495665

63.57753594

5.630475294

570

-0.387825195

25.26610627

0.921732943

60.04922517

8.143522704

580

-0.511332846

32.65990198

0.859382756

54.89058019

10.26404841

600

-0.737231153

41.21957961

0.675640605

37.77596968

11.27856577

9.106423304

630

-0.968245837

22.12445517

0.25 -5.71250976 -5.71250976

640

-0.997246464

5.958650091

0.074158542

0.443104908

1.471081878

- Khi trục khuỷu của xylanh thứ 1 nằm ở vị trí 𝛼1 = 00 thì:

Khuỷu trục của xylanh thứ 2 nằm ở vị trí 𝛼2 = 1200 Khuỷu trục của xylanh thứ 3 nằm ở vị trí 𝛼3 = 2400 Khuỷu trục của xylanh thứ 4 nằm ở vị trí 𝛼4 = 3600 Khuỷu trục của xylanh thứ 5 nằm ở vị trí 𝛼5 = 4800 Khuỷu trục của xylanh thứ 6 nằm ở vị trí 𝛼6 = 6000

1.3.8 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

- Chọn tỉ lệ xích :μT = μZ = μp = 0,02272 [MN/(m2.mm)]

- Đặt giá trị của các cặp (T,Z) theo các góc α tương ứng lên hệ trục toạ độ T - Z Ứng với mỗi cặp giá trị (T,Z) ta có một điểm, đánh dấu các điểm từ 0 - 72 ứng với các góc α từ 00 - 720 Nối các điểm lại ta có đường cong biểu diễn véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

- Dịch chuyển gốc toạ độ Trên trục 0’Z (theo chiều dương) ta lấy điểm 0 với

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

Dựa trên nguyên lý lực và phản lực tác dụng tại 1 điểm bất kỳ trên chốt khuỷu

và đầu to thanh truyền và xét đến sự chuyển động tương đối của chúng, ta có thể xây dựng được đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền, nhờ có kết quả xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

Tại bất kỳ một điểm trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, chúng ta hoàn toàn xác định được giá trị, phương, chiều và điểm đặt của lực tác dụng lên chốt khuỷu Bây giờ chúng ta xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền tức là tìm các phản lực tác dụng lên ổ trượt đầu to thanh truyền do phụ tải

Q trên chốt khuỷu gây ra

Như vậy, ứng với một giá trị Q ta sẽ có một phản lực Qi bằng nhau về giá trị nhưng ngược chiều nhau Còn điểm đặt của phản lực này do có sự chuyển động tương đối nên tại vị trí của một chốt khuỷu có góc αi thì trên đầu to thanh truyền sẽ có một góc tương ứng là αi + βi, chiều quay của đầu to thanh truyền ngược chiều quay với chốt khuỷu

Giá trị Qi có thể là dương hoặc có thể là âm tùy thuộc vào α và β được xác định theo bảng sau:

720 12.56637061 0 12.56637061 720

- Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền được xây dựng bằng cách : - 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 00,

100, 200, 300, α trùng với trục OZ của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Đồng thời đánh dấu

→ → → → các điểm đầu mút của các véc tơ 𝑄0 , 𝑄10,𝑄20,𝑄30, của đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0 , 10 , 20 , 30, α

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

1.3.11 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:

+ Phụ tải tác dụng lên chốt là phụ tải ổn định ứng với công suất Ne và tốc độ n định mức;

+ Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 1200;

+ 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 Chia vòng tròn này thành 24 phần bằng nhau, tức là chia theo 15o theo chiều ngược 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 :

ΣQ'𝑖 = Q'i0 + Q'i1 + + Q'in

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 - Lập bảng ghi kết quả ∑Q’i - Tính Q itheo các dòng:

𝑄𝛴𝑖 = 𝛴Q'0 + 𝛴Q'1 + + ΣQ'23

- Chọn tỉ lệ xích: 𝜇ΣQ = 2 [MN/(m2.mm)]

- 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

- Lần lượt đặt các giá trị Q 0, Q 1, Q 2, …, Q 23 lên các tia tương ứng theo chiều

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

- Các hợp lực Q 0, Q 1, Q 2, …, Q 23 được tính theo bảng sau :

∑Q '7

0 0 0 0 0 0 0 0 0

∑Q '8

0 0 0 0 0 0 0 0 0

∑Q '9

0 0 0 0 0 0 0 0 0

∑Q '10

0 0 0 0 0 0 0 0 0

∑Q '11

0 0 0 0 0 0 0 0 0

∑Q '12

0 0 0 0 0 0 0 0 0

∑Q '13

0 0 0 0 0 0 0 0 0

∑Q '14

0 0 0 0 0 0 0 0 0

∑Q '15

∑Q '16