BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Vị trí của trục trong ổ trục và sự phân bố của áp suất thuỷ động lực học trong màng dầu.. Trong điều kiện lý tưởng bôi trơn ma sát ướt, dưới tác dụng của lực P và sự hình thành chêm dầu,

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN MÁY ĐỘNG LỰC

hh

BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Giảng viên hướng dẫn : ThS Vũ Xuân Thiệp

Hà nội 2022

Lêi më ®Çu

Khoa học kỹ thuật càng phát triển thì máy móc được sử dụng ngày càng nhiều với trình độ cơ khí hoá và tự động hoá ngày càng cao Động

cơ đốt trong có mặt ở hầu hết các thiết bị và dây truyền công nghệ Vì vậy việc thiết kế động cơ có vai trò quan trọng trong đời sống nói chung

Trong đồ án môn học Thiết kế động cơ đốt trong lần này , em xin gửi lời cám ơn đến Thầy ThS Vũ Xuân Thiệp trong quá trình tìm hiểu và học tập em đã nhận được sự giảng dạy và hướng dẫn rất tận tình, tâm huyết của thầy Thầy đã giúp em tích lũy thêm nhiều kiến thức hay và bổ ích.

Từ những kiến thức mà thầy truyền đạt, em xin trình bày lại những gì mình đã tìm hiểu về vấn đề: Tính toán kiểm nghiệm bền ống lót xylanh trên động cơ gửi đến thầy.

Tuy nhiên, kiến thức của em vẫn còn những hạn chế nhất định Do đó, không tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình hoàn thành bài tập lớn này Mong thầy xem và góp ý để bài của em được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ

1 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG BÔI TRƠN

1.1 Các thông số cơ bản của ổ trượt hình trụ.

1

Hình 1 Vị trí của trục trong ổ trục và sự phân bố của áp suất thuỷ động lực học

trong màng dầu

Ô trượt của phần lớn động cơ đốt trong là ổ trượt hình trụ (ổ đầu tothanh truyền, ổ trục khuỷu, ổ trục cam ) Trong điều kiện lý tưởng bôi trơn ma sát ướt, dưới tác dụng của lực P và sự hình thành chêm dầu, tâm trục lệch đi một đoạn e và áp suất thuỷ động lực học trong màng dầu phân bô như hnh

Trong đó:

1, 2 -Góc ứng với điểm bắt đầu chịu tải và điểm kết thúc chịu tải của màng dầu

∆-Khe hở ổ trục

∆ = D − d

ô-Khe hở bán kính.

ô =R −r =∆/2

-Khe hở tương đối tính trên đơn vị đường kính của ổ trục.

= ∆/d = ô/r

l/d-Chiều dài tương đối của ổ trục

e-Độ lêch tâm tuyệt đối.

÷-Độ lệch tâm tương đối

÷ = e/ô

K-Ap suất trên ổ trục, tính trên đơn vị diện tích hình chiếu của diện tích chịu tải của ổ trục.

K= P/b.d

hmin -Chiều dày nhỏ nhất của màng

dầu.hmin= δ - e = δ - δ.χ = δ(1-χ)

h max -Chiều dày lớn nhất của màng dầu.

hmax= δ - e = δ + δ.χ = δ(1+χ)

2 Điều kiện hình thành màng dầu chịu tải.

Khi động cơ chưa làm việc, trục tiếp xúc với ổ trục ở điểm a Điểm thấp nhất của

ổ trục, lúc này chưa hình thành màng dầu

Vì vậy: Trong giai đoạn đầu tiên khi động cơ bắt đầu làm việc, ma sát giữa trục và

ổ trục là ma sát khô Sau đó do bơm dầu hoạt động, dầu được cung cấp mới hình thành

ma sát ướt

Giả sử rằng, trong quá trình làm việc của động cơ, lực Q tác dụng lên ổ trục có trị

số và hướng không đổi (nhưng thực tế phụ tải luôn thay đổi) Khi trục quay, lớp dầu bám trên trục sẽ quay theo với vận tốc bằng vận tốc ngoài của vòng trục Lớp dầu càng xa bề

mặt trục vận tốc càng nhỏ, trường vận tốc phân bố như trên.

Khi lớp dầu bị cuốn vào khe hở hẹp, do tính chất không chịu nén của dầu nhờn nên lớp dầu có xu hướng lưu động dọc trục để thoát ra khỏi khe hở Nhưng nhờ lực ma sát trong của dầu nhờn cản không cho nó lưu động dọc trục Vì vậy khiến áp suất thuỷ động lực học trong lớp dầu càng lớn, càng gần hmin thì nó càng lớn Khi vận tốc cuả trục đạt đến gần một vị trí nào đó, tổng các lực trên phương thẳng đứng của áp suất thuỷ động lực học cân bằng với tải trọng Q và lúc này trục mới bắt đầu được nâng lên và không tiếp

xúc với bạc lót nữa Giữa hai bề mặt ma sát sẽ hình thành một lớp ngăn cách không cho chúng tiếp xúc với nhau Ổ trục lúc này làm việc với chế độ bôi trơn ma sát ướt hoàn toàn

Như vậy, điều kiện chủ yếu để hình thành lớp dầu bôi trơn ma sát ướt bằng phương pháp thuỷ động là :

-Giữa hai bề mặt phải có khe hở hình chêm

-Dầu phải có độ nhớt nhất định và liên tục chảy vào khe hở

-Vận tốc tương đối giữa hai bề mặt phải có phương, chiều thích hợp và trị số vận tốc đủ lớn để áp suất sinh ra trong lớp dầu đủ khả năng cân bằng với tải trọng ngoài

3 Tính kiểm tra màng dầu.

Muốn đảm bảo điều kiện bôi trơn ma sát ướt, tức là không để xảy ra hiện tượng tiếp xúc trực tiếp giữa trục và bạc lót ở bất kỳ thời điểm nào trong quá trình làm việc, thì điều kiện cần phải có là:

hmin> hth

hmin> Δ0+Δt+Δhd

Trong đó:

Δ0độ nhấp nhô bề mặt ổ trục

Δ1độ nhấp nhô bề mặt trục

Δhdsai lệch về hình dáng

hminchiều dày tối thiểu của màng dầu chịu tải

hthchiều dày tới hạn của lớp dầu

hth= Δ0+Δt+Δhd

Chọn hth= 0,0035 (mm)

Để an toàn thì hệ số tin cậy của điều kiện bôi trơn sẽ là:

K = hmin/hth≥1,5

Trị số sai số hình dáng xác định rất khó khăn vì vậy nên bỏ qua và chọn

K = hmin/hth≥ 1,5

Ở đây hth= Δ0+Δt

Công thức kinh nghiệm.

55 10−9 μ n d

hmin= Trong đó : k tb .ψ C (mm)

μ: độ nhớt động học của dầu nhờn khi động cơ làm việc ( N.s/m2)

μ = 9.10-3( N.s/m2)

n: số vòng quay của trục (vòng/phút)

n = 2200 (vòng/phút)

d đường kính ổ trục (chốt khuỷu)

d = (0,65÷ 0,72).D

D: đường kính piston

dch= 100 (mm) đo

C hệ số đặc trưng hình dáng của trục

C = 1 + d/l

Với l chiều dài ổ trượt

lch= (0,8÷ 1).dch

Chọn l = 0,9 d = 90 (mm)

C = 1+1,1 = 2,1

Ψ khe hở tương đối

Ψ = Δ/d

Δ = (0,025÷0,065) (mm)

Chọn Δ = 0,04

Ψ = 0,04 /91=0,00044

ktbáp suất trung bình trên bề mặt trục

ktb= Qtb.fdt/ld

Qtbtải trọng trung bình được xác định từ đồ thị phụ tải khai triển phụ tải tác dụng lên

chốt khuỷu.

Qtb= 45,727 (mm ) = 45,727.0,04 = 1,82908 (MN/m2)

ktb=1,82908 0,0132 /90 100.10-6= 2,68 (MN/m2)

Thế Ktbvào

55 10−9.9 10−3 2200 0,1

0,0439(mm)

K = hmin/hth= 0,0439/0.0035 = 12,5 > 1,5

Vậy màng dầu bôi trơn thõa mãn

4 Kiểm nghiệm nhiệt độ dầu trong ổ trượt:

Theo công thức kinh nghiệm ta có:

1 , 17 10−5 k d2.l ω f

Tra=

C v ' ρ 10−3

vao

ktb= 2,68 (MN/m2)

ω :vận tốc góc của trục

ω = 230,383

(rad/s) f hệ số ma

sát ướt

f = 0,008

Cdntỷ nhiệt của dầu nhờn (kcal/kg.0c)

Chọn Cdn= 0,48 (kcal/kg.0c)

v’ = v’

1+ v’ 2

v’

1lượng dầu nhờn chảy qua vùng chịu tải

v’

1= ξ.d2.ω.Δ (cm3/s)

ξ hệ số phụ thuột vào độ lệch tâm tương đối

Chọn ξ = 5,9.10-6

d đường kính trục (cm)

1= ξ.d2.ω.Δ = 5,9.10-6.102.230,383 40 = 5,437 (cm3/s)

v’

2lượng dầu nhờn chảy qua vùng không chịu tải

Vùng không chịu tải >2400

A= 8,73.10-10

α’ =1,5

Pbáp suất bơm dầu

Chọn: Pb= 4 (KG/cm2)

A α ' p d Δ2 8 ,73 10−10 1,5 4 10 402

v2’=

b

=

l μ =90 9 10−4

1,0346 (cm3/s)

v’ = v’

1+ v’

2= 5,437 + 1,0346 = 6,4716(cm3/s) Chọn Tvao= 700c

0 , 008

Tra=

C

,54 0,9

.10−3

+70 = 88,600c

Nhiệt độ dầu nằm trong điều kiện cho phép

5 Lưu lượng dầu bôi trơn và lưu lượng của bơm dầu.

Qdau= (0,015 ÷ 0,02) Qt (kcalo/h)

Chọn Qdau= 0,016 Qt

Qtnhiệt lượng do nhiên liệu cháy trong xylanh sinh ra

Qr= 632.Ne/ηe

ηehiệu suất có ích của động cơ đốt trong

ηe= (0,25÷ 0,35)

Chọn ηe= 0,34

Qr= 632.Ne/ηe= 632.250/0,34 = 464705 (kcalo/h)

Qdau= 0,016 Qr= 0,016.464705 = 7435,28(kcalo/h)

Lượng dầu cần thiết bôi trơn cung cấp cho các mặt ma sát

Vd=ρ C d Δt =7435 , 28 =

Lượng dầu bơm cung cấp:

Vbơm= (2 ÷3,5) Vd= 3.1249,6 = 3748,8 (lit/h)

6 Tính toán bầu lọc thấm:

Kích thước bầu lọc

Tnh toân loại bầu lọc năy rất kh v thường không xác định được tiết diện thng qua một câch chnh xâc V vậy khi thiết kế nín tham khảo kch thước của những loại lọc tinh của động cơ có công suất tương đương Có thể căn cứ vào tổng dung tích công tác của động

cơ để lựa chọn sơ bộ kích thước li lọc theo số liệu thống kí trong bảng

Bảng Kích thước li lọc

Dung tch cng tâc (l) Đường kính li lọc (mm) Chiều cao li lọc

Tính kiểm nghiệm khả năng lọc của bầu lọc thấm theo công thức:

ΔP

(l/ph)

V1= 0,08 74342,6

Trong đó :

1,25

1,4

.10-2= 53,1 (l/ph)

V1: Lưu lượng dầu qua lọc (l/ph)

F : Diện tch thng qua lý thuyết tnh theo cng thức

F = πdh =3,14 116.204 = 74342,6 mm2

ΔP : Độ chênh áp của bầu lọc

ΔP = Pdv- Pdr(KG/cm2) Chọn ΔP = 1,25 (KG/cm2)

C : Hệ số lưu thông theo số liệu thực nghiệm:

Đối với các loại li lọc bằng giấy thấm

C = 0,08

η : Độ nhớt của dầu nhờn tính theo poazơ (p)

η= 1,4 (p)

7 Tính toán két làm mát dầu nhờn.

Nhiệt động cơ truyền cho dầu nhờn:

Qd= Cd ρ.Vd.(Tdr- Tdv) (kcalo/h)

Tdr= 650c

Tdv= 88,60c

Vdlưu lượng dầu tuần hoàn trong động cơ

Vd= 1858 (lit/h)

Qd= 0,48.0,9.1858 (88,6-65) = 18942,6 (kcalo/h)

Tiết diện két làm mát

Fk= k d.( t d −t k) ( m2)

kdhệ số truyền nhiệt tổng quát giữa dầu nhờn và môi chất làm mát

kd= 200 (kcalo/ m2.h.0c)

tdnhiệt độ trung bình của dầu trong két

T

dr +T

td= 2 2 76,80c

tknhiệt độ môi chất làm mát

tk= 500c

18942 ,6 =

Fk= 200 (76 , 8−50) 1,237 ( m2)

8 Lượng dầu chứa trong

cacte Vct= (0,1÷0,15).Ne

(lit) Vct= 0,1.250 = 25

(lit)

TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ 1.1 Các thông số cơ bản của ổ trượt hình trụ.

Điều kiện hình thành màng dầu chịu tải.

Tính kiểm tra màng dầu.

Kiểm nghiệm nhiệt độ dầu trong ổ trượt:

Lưu lượng dầu bôi trơn và lưu lượng của bơm dầu.

Tính toán bầu lọc thấm:

Tính toán két làm mát dầu nhờn.