THẢO LUẬN VỀ ĐỘ LỆCH ẮC NHÓM PÍT TÔNG KHUỶU TRỤC – THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ

Thảo luận độ lệch ắc 2 doc THẢO LUẬN VỀ ĐỘ LỆCH ẮC NHÓM PÍT TÔNG KHUỶU TRỤC – THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ ĐẶT VẤN ĐỀ Trong các đông cơ cao tốc, hành trình pít tông ngắn, ngưới ta thường dùng cơ cấu KT TT lệc.

THẢO LUẬN

VỀ ĐỘ LỆCH ẮC NHÓM PÍT TÔNG KHUỶU TRỤC – THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong các đông cơ cao tốc, hành trình pít tông ngắn, ngưới ta thường dùng cơ cấu KT- TT lệch tâm Trong cơ cấu này, tâm ắc pít tông không nằm trùng trên đường tâm xylanh

Sử dụng cơ cấu trục khuỷu thanh truyền lệch tâm nhằm:

- Giảm lực ngang N tác dụng lên xy lanh do đó giảm được độ va đập, độ rung,

độ mòn của pít tông , xéc măng và xy lanh… hoặc

- Tăng mô men quay

Tăng được dung tích công tác của xy lanh khi vẫn giữ nguyên đường kính xy lanh D và bán kính quay của khuỷu trục R.

Các phương án lệch tâm:

- Đường tâm xylanh lệch khỏi đường tâm trục khuỷu (hai đường tâm này trực giao trong không gian)

- Tâm ắc pít tông lệch khỏi đường tâm xylanh(là phương án đơn giản hơn, do vẫn giữ đường tâm xy lanh thẳng góc với đường tâm trục khuỷu và cùng nằm trong một mặt phẳng như trong cơ cấu KT- TT giao tâm)

Muốn giảm lực tác dụng ngang N nên độ lệch tâm phải lệch về phía chiều quay của trục khuỷu Nghĩa là, chiều quay của trục khuỷu quay phải (theo chiều kim đồng hồ) thì độ lệch ắc cũng nằm phía bên phải

1 ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PÍT TÔNG, THANH TRUYỀN

1.1 Điểm chết trên (ĐCT), điểm chết dưới (ĐCD)

Do bố trí lệch tâm nên quy luật động học của nhóm pít tông thay đổi.

Vị trí của điểm chết trên và điểm chết dưới thay đổi Đây là nguyên nhân quan trọng cần tập trung nghiên cứu bởi ảnh hưởng đến lực, mô mem, hao mòn, tiếng gõ, góc

và thời điểm phối khí của động cơ.

Từ hình vẽ, khi pít tông lên ĐCT A’ thì tâm chốt khuỷu A1 đã đến vị trí ĐCT trên vòng R, lệch khỏi phương thẳng đứng một góc ϕ1 Khi pít tông xuống đến điểm chết dưới A”, tâm chốt khuỷu lúc này nằm ở vị trí ĐCD (điểm A2) trên vòng R và đã quay qua điểm gốc trên(ĐGT)một góc ϕ2

ĐCD) của động cơ dùng cơ cấu khuỷu trục thanh truyền lệch tâm đã được kéo dài.

Một số ký hiệu:

e - độ lệch tâm (OE)

l - chiều dài thanh truyền

R - bán kính quay của trục khuỷu

k = e/R - hệ số

ξ = R/l - thông số kết cấu

S - hành trình piston

β - góc hợp bởi thanh truyền và hợp lực P1(β - phụ thuộc ϕ và R, l)

S2- khoảng cách từ A” đến trục hoành tâm O

A - tâm ắc piston

A’- vị trí của piston ở ĐCT, lúc đó tâm chốt khuỷu (cổ biên) ở A1

A”- vị trí của piston ở ĐCD, lúc đó tâm chốt khuỷu (cổ biên) ở A2

A3- khoảng cách từ phân lực N đến đường tâm trục khuỷu

X - chuyển vị của piston

Vị trí của điểm chết trên và dưới có thể xác định dễ dàng bằng các góc ϕ1, ϕ2

Do khi piston ở ĐCT và ĐCD, các điểm A’, A1,0 và A”, 0, A2 thẳng hàng nên từ hai tam giác vuông A’0E và A”0E dễ dàng suy ra:

(sin ϕ 2 dấu âm vì góc )

1.2 Hành trình của pít tông

-Về mặt lý thuyết, trị số giới hạn của độ lệch tâm (e) có thể đạt tới l-R (e = l-R).

- Tuy nhiên, độ lệch tâm e thường rất nhỏ e 5mm nên k = e/R= 0,04 0,20.

- Do tồn tại độ lệch tâm, hành trình S >2R (Cơ cấu TK - TT giao tâm thì S = 2R).

(2)

do ξ = R/l << 1 nên S > 2R

1 3 Chuyển vị, vận tốc và gia tốc của pít tông.

1.4 Thanh truyền (tự đọc)

- Chuyển vị của thanh truyền

- Vận tốc góc của thanh truyền

- Gia tốc góc của thanh truyền

2 ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ CẤU KHUỶU TRỤC – THANH TRUYỀN.

(Nội dung khác biệt quan trọng nhất là lực và mô men tác dụng lên cơ cấu)

2.1 Cơ cấu KT- TT giao tâm:

P1= Pkh+ PJ+ PTrọng lực+ Pms=Pkh+ PJ (3)

Lực quán tính PJ= PJ1 + PJ2 và PK (5)

PJ1 = -mRω2cosϕ lực quán tính cấp 1của nhóm pít tông chuyển động tịnh tiến

PJ2 = - ξmRω2cos2ϕ lực quán tính cấp 2 của khối lượng qui đổi thanh truyền chuyển động tịnh tiến

pK = - mrRω2 = const lực quán tính chuyển động quay (tác dụng trên đường tâm của

má khuỷu, chiều ly tâm)

Phân P1tại (3) thành 2 thành phần:

(6)

(7)

Phân ptt thành 2 phân lực: lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z (sau khi đã rời xuống tâm cổ khuỷu), ta có:

(8) Phân lực tiếp tuyến T gây ra mômen quay trục khuỷu của động cơ Mômen này tính theo công thức:

Lực N tạo thành mô men ngược chiều (mô men lật)

Chú ý: p1ở các công thức 6, 7, 8, 10 sửa lại là P1

2.2 Cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền lệch tâm.

Trong cơ cấu KT- TT lệch tâm, quan hệ giữa góc quay ϕ của trục khuỷu với góc lắc β của thanh truyền được xác định bằng công thức

và

Các công thức tính lực và mô men trong hệ lực hoàn toàn giống như các công thức tính lực và mômen trong cơ cấu KT- TT giao tâm

Tuy nhiên các số hạng có chứa thông số góc β trong toàn bộ công thức trên phải thay bằng quan hệ vừa nêu

Từ hệ lực giới thiệu ở trên ta có:

(11)

nên ta cũng có giá trị:

(13) Cũng phân ptt thành lực pháp tuyến Z và

lực tiếp tuyến T, ta có:

(14) Và

Tuy nhiên, do cơ cấu là cơ cấu lệch tâm nên ngoài mô men MN ra còn sinh thêm một mô men lật khác, do lực P1gây ra:

(16)

Vì vậy thân máy của động cơ dùng cơ cấu KT- TT lệch tâm chịu một mô men lật tổng cộnglà:

(17)

Như vậy: dựa vào công thức (17) cho thấy mô men lật trong động cơ dùng cơ cấu

KT- TT lệch tâm cũng bằng mô men chính của động cơ tại công thúc (9) tức M=T.R

Chú ý: p1ở các công thức 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 sửa lại là P1

3 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ LỆCH ẮC (độ lệch ắc bên phải, động cơ quay phải).……ĐẾN LỰC, MÔ MEN, TIẾNG GÕ VÀ GÓC PHỐI KHÍ.

3.1 Lực tác dụng

Xét hai trường hợp: Lắp đúng và lắp sai trên 2 hình sau:

Giả sử hai trường hợp trục khuỷu cùng quay một góc ϕ là như nhau thì góc lắc của thanh truyền ở trường hợp a nhỏ hơn góc lắc ở trường hợp b Vậy β1< β2

a, b,

Gọi p1là hợp lực tác dụng lên đỉnh pít tông, nếu dời lực p1xuống ắc pít tông ta

sẽ được một lực là p1và một mô men là M = P1.e

(Hình a- trái): β1< β2 (Hình b- phải):

(18) (19) (20) (21)

Do β1< β2nên tg β1< tgβ2 Theo (19) thì thấy N1< N2

Như vậy,với độ lệch ắc phải khi lắp sai thì lực ngang N sẽ tăng lên, hay nói cách khác là tăng ma sát làm tăng hao mòn nhóm pít tông - xy lanh động cơ.

Chú ý: p1 ở các công thức 18, 19, 20, 21 sửa lại là P1

3.2 Tiếng gõ

Do giữa pít tông và xy lanh có khe hở Nên ở thì nén, đầu pít tông nghiêng bên phải, thân + đuôi pít tông hơi nghiêng về phía trái (ngược chiều quay) và tỳ

sát vào thành xylanh

Khi chuyển tiếp từ thì nén sang thì nổ, chiều pít tông thay đổi đột ngột(đi qua ĐCT) và lực ngang N tăng mạnh, chiều cũng thay đổi (do tác dụng của lực khí

cháy tăng làm tăng cường độ phân lực ngang N) ép mạnh phần đầu pít tông sang trái (phần thân + đuôi chuyển dịch sang phải), va đập vào xy lanh sinh ra tiếng gõ (do

có thêm mô men phụ M = P1.e cùng chiều dịch chuyển của đuôi pít tông), nhất là động

cơ đã sử dụng một khoảng thời gian dài Điều này phản ảnh lý do động cơ của Nga SX thông thường độ lệch tâm khá nhỏ e≤ 2,5mm (độ lệch tâm phải, với tiêu chí giảm phân lực ngang N, giảm hao mòn cho nhóm xilanh, pít tông, bạc xéc măng động cơ )

và nằm ở phía trái (độ lệch tâm trái, với tiêu chí nhằm làm tăng mô men quay) Nếu lắp đúng, ở thì nổ ngoài lực khí thể P1 đặt tại tâm ắc, còn có thêm mô men phụ M = P1.e – có tác dụng chống lại sự xoay đột ngột va đập của thân + đuôi pít tông nên pít tông chuyển động êm, không gây tiếng gõ Nếu lắp sai sẽ cho kết quả ngược lại

3.3 Góc độ phân phối khí.

Xét hai trường hợp: lắp đúng (hình c – trái ); lắp sai (hình d - phải)

Trường hợp lắp đúng khi pít tông ở ĐCT, thì vị trí ĐCT trên cốt máy là điểm A

và khi lắp sai nó là điểm A’ Khi pít tông ở ĐCD, trường hợp lắp đúng vị trí ĐCD trên cốt máy là điểm B và khi lắp sai là điểm B’

Trong quá trình lắp ráp, chúng ta thực hiện việc cân cam đúng Do chuyển động của trục khuỷu ảnh hưởng đến vị trí của trục cam

Như vậy:

1, Đối với động cơ chiều quay phải và độ lệch ắc nằm bên phải:

- Khi lắp pít tơng sai (sai độ lệch ắc) thì:

∙ Lực N tăng làm tăng hao mịn nhĩm pít tơng - xi lanh

∙ Gĩc phân phối khí của động cơ sai, thời điểm mở sớm của xu páp hút sẽ trễ hơn (nhỏ hơn, biểu thị bằng độ dài cung A A’- điểm chết trên cũ và mới), thời điểm đóng trễ sẽ sớm hơn (nhỏ hơn, biểu thị bằng độ dài cung BB ’)

2, Đối với động cơ chiều quay phải và độ lệch ắc nằm bên trái:

- Khi lắp pít tơng sai:

∙ Lực N giảm và lực đẩy thanh truyền Pttcũng giảm làm chomô men của

động cơ yếuđi;

∙ Pít tơng lại va đập mạnh vào xi lanhgây tiếng gõ;

∙ Gĩc phân phối khí của động cơ sai, thời điểm mở sớm của xu páp hút sẽ sớm lên (lớn hơn, biểu thị bằng độ dài cung AA’- điểm chết trên cũ và mới), thời điểm đóng trễ sẽ trễ đi (biểu thị bằng độ dài cung BB ’)

Hậu quả: động cơ làm việc khơng bình thường, máy nĩng, gõ, cơng suất động

cơ giảm và tiêu hao nhiên liệu tăng

TRÂN TRỌNG CẢM ƠN