(TIỂU LUẬN) bài THUYẾT MINH PBL2 THIẾT kế ĐỘNG cơ phần 1 xây dựng đồ thị công, động học và động lực học

- Vẽ đồ thị ΣT bằng cách nối các toạ độ điểm ai = ai; ΣTi bằng một đường cong thích hợp cho ta đường cong biểu diễn đồ thị tổng T.* Ý nghĩa đồ thị ΣT = f x dựa vào đồ thị T và thứ tự làm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG *****

BÀI THUYẾT MINH

LỜI NÓI ĐẦUNhững năm gần đây, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh Bên cạnh đó kỹthuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ Trong đó phải nói đến ngành động lực vàsản xuất ô tô, chúng ta đã liên doanh với khá nhiều hãng ô tô nổi tiếng trên thế giớinhư Nissan, Honda, Toyota, cùng sản xuất và lắp ráp ô tô Đểgóp phần nâng cao trình

độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật của ta phải tự nghiên cứu và chế tạo đó là một yêu cầucấp thiết Có như vậy ngành sản xuất ô tô của ta mới có thể phát triển được

Đây là lần đầu tiên chúng em vận dụng lý thuyết đã học, tính toán thiết kế hệ động cơtheo số liệu kỹ thuật Trong quá trình tính toán mặc dù chúng em đã được sự giúp đỡ

và hướng dẫn rất tận tình của thầy TS Lê Minh Đức cùng các thầy trong bộ môn độnglực, nhưng vì mới lần đầu làm đồ án về môn học này nên gặp rất nhiều khó khăn vàkhông tránh khỏi sự sai sót, vì vậy chúng em rất mong được sự xem xét và giúp đỡ chỉbảo của các thầy để bản thân ngày càng được hoàn thiện hơn về kiến thức kỹ thuật.Qua lần này chung em đã tự xây dựng cho mình phương pháp nghiên cứu, hoạt.Rất mong được sự giúp đỡ hơn nữa của các thầy Em xin chân thành cảm ơn

Đà Nẵng năm 2021

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.Vìquá 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]

- Điểm mở sớm của xu páp nạp r’: xác định từ đồ thị Brick ứng với α 1 = 17°

- Điểm đóng muộn của xupáp thải r’’: xác định từ đồ thị Brick ứng với α 4 = 10 °

- Điểm đóng muộn của xupáp nạp a’: xác định từ đồ thị Brick ứng với α 2 = 23 °

- Điểm mở sớm của xupáp thải b’: xác định từ đồ thị Brick ứng với α 3 = 42 °

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 đồthị brick phía trên đồ thị công Lấy bán kính cung tròn R bằng ½ khoảng cách từ Vađến Vc.

- Dùng đồ thị Brick để xác định các điểm:

• Điểm đánh lửa sớm (c’)

• 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

2.Đồ thị BRICK

Hình 1-2: Phương pháp vẽ đồ thị chuyển vị theo đồ thị Brick

- + Vẽ vòng tròn tâm O , bán kính R Do đó AD = 2R = S =75 [mm]

- Điểm A ứng với góc quay =0 0 (vị trí điểm chết trên) và điểm D ứng với khi =180 0 (vị trí điểm chết dưới).

- + Ta có : AC=AO - OC= AO - (CO’ - OO’) = R- MO’.cos  +

- + Coi : MO’  R + cos

- Ve ̃đồ thị Brick có nửa đường tròn tâm O bán kính R = S/2 = 42.5 Lấy bán kính R bằng ½ khoảng cách từ V a đến V c

- Lấy về phía phải điểm O’ tức vềphía ĐCD một khoảng

- Cứ như thếtừ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các tia ứng với 10 0 ;

20 0 …180 0 Đồng thời đánh số thứ tự từ trái qua phải 0,1,2…18.

3.Đồ thị chuyển vị

+ Muốn xác định chuyển vị của piston ứng với góc quay trục khuỷu là α

=10 o ,

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

OB Hạ MC vuông góc với AD Điểm A ứng với góc quay =0 0 (vị trí điểm chết trên) và điểm D ứng với khi =180 0 (vị trí điểm chết dưới).Theo Brick đoạn

AC = 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 .

Bảng 1-5: Bảng giá trị đồ thị chuyển vị S = f(α)

α(độ)

0102030405060708090100110120130140

150160

+ Chia đều nửa vòng tròn bán kính R1 và vòng tròn bán kính R2 ra thành 18 phần

bằng nhau Như vậy ứng với góc ở nửa vòng tròn bán kính R1 thì ở vòng tròn bán

kính R2 sẽ là góc 2

+ Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn bán kính R1 ta đánh số thứ tự từ 0,1,2

…,18 ngược chiều kim đồng hồ và trên vòng tròn bán kính R2 ta đánh số thứ tự từ0’,1’,2’, , 18’(điểm 0’≡18’) thuận chiều kim đồng hồ.

+ Từ các điểm chia 0,1,2,…,18 trên nửa vòng tròn bán kính R1 ta kẻ các đườngthẳng vuông góc với AB cắt các đường thẳng song song với AB kẻ từ các điểm 0’,1’,2’,…18’trên đường tròn bán kính R2 tại các điểm A, a, b, c,…, q, B Đường cong đi qua các điểm A,

a, b, c,…, q, B cùng với nửa vòng tròn bán kính R1 biểu diễn trị số vận tốc v bằng các đoạn thẳng a1,b2 ,q17 ở các góc α tương ứng

Thật vậy, chẳng hạn tại điểm 1 trên đồ thị ta có:

5.Xây dựng đồ thị gia tốc bằng phương pháp đồ thị Tôlê :

Để xác định và vẽ đồ thị đồ thị gia tốc của piston ta sử dụng phương pháp đồ thị Tôlee

và cụ thể được tiến hành như sau :

Trước tiên chọn hệ trục toạ độ Trục hoành là trục Ox , trục tung Oj biểu thị giá trị củagia tốc

ó∶ = ⋅ 2 ⋅ (1 + )

= 37,5 ⋅ 10 -3 ⋅ 523,6 2 ⋅ (1 + 0,25) = 12851,1075 [m/s 2

]

min = − ⋅2⋅ (1 − )

= −37,5 ⋅ 10-3 ⋅ 523,62 ⋅ (1 − 0,25) = -7710,6645 [m/s2]

EF = -3 2

= -3.0,25.0,0375.523,62

= -7710,6645 [m/s2]Chọn giá trị biểu diễn của là = 60 [mm] Nên có:

Sau khí có được các giá trị biểu diễn ta tiến hành vẽ: Lấy đoạn thẳng AB = S =2R Từ

A dựng đoạn thẳng AC = = ⋅2 ⋅ (1 + ) Từ B dựng đoạn thẳng BD = Jmin = − ⋅2 ⋅ (1 − ) nối CD cắt AB tại E.

Lấy EF = -3 2 Nối CF và DF Phân đoạn CF và DF thành 5 đoạn nhỏ bằng nhau ghi các số 1,2,3,4 và 1’,2’,3’,4’ nối 11’,22’,33’,44’ Đường bao của các đoạn thẳng này biểu thị quan hệ của hàm số : j = f(x).

*Ý nghĩa đồ thị gia tốc j = f(x) : qua đồ thị cho ta thấy được sự biến thiên của gia tốcpiston theo hành trình piston ứng với góc quay trục khuỷu Biết được gia tốc cực đại

và gia tốc cực tiểu của piston

6.Xây dựng đồ thị khai triển Pkt - α

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

 2trên, ta tiến hành khai triển như

+ 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 kẻcác đường ngang song song với trục hoành sang hệ trục toạ độ p-

+Từ các điểm chia trên trục Oα, kẻcác 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 vàphù 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 :

6070

200

210

220

230240250260270280290

300310320

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

Pkh N

P1

Ptt

l + Pk Z

T O

P1

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

+ Lực tiếp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:

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

+ Với tỷ lệ xích :

0102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350355360362368372380390400410420

430440450460470480490500502510520530540550560570580590600610620630640650660670680690700710720

8.Xây dựng đồ thị ∑T - α

- Thứ tự làm việc của động cơ : 1-2-3-4-5-6

- Góc lệch công tác:

ct =180 = = 120 0

đã tính, căn cứ vào đó tra bảng các giá trị Ti đã tịnh tiến theo Cộng tất cả các giá trị của Ti ta có ΣT.( Với giá trị ΣT được tính theo ΣT ) Ta có bảng giá trị sau:

480

37.

537 420 25

490

33.

779 674 99

500

28.

192 368 31

510

1.00 0468 2

520

14.

089 120 46

530

7.0 320 567 75

540

.935 48E- 14

550

6.88 916 135

- Ta nhận thấy rằng ΣT lặp lại theo chu kì 120 vì vậy chỉ cần tính tổng T từ 0 đến 120 sau đó suy ra cho các chu kỳ còn lại.

- Vẽ đồ thị ΣT bằng cách nối các toạ độ điểm ai = (ai; ΣTi) bằng một đường cong thích hợp cho ta đường cong biểu diễn đồ thị tổng T.

* Ý nghĩa đồ thị ΣT = f (x) dựa vào đồ thị T và thứ tự làm việc của động cơ, ứng với mỗi góc quay trục khuỷu ta sẽ có giá trị ΣT tương ứng và lặp lại theo chu kỳ 180 0 Đồng thời qua đồ thị xác định giá trị trung bình của ΣT (ΣT tb ).

9.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 lênchốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu Từ đồ thị này ta có thể tìm trị số trung bìnhcủa 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 xácđịnh 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 cácgóc

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 với00' = Ro (lực quán tính ly tâm)

+ Lực quán tính ly tâm :

[MN/m2]+ m’2= mtt – m1 = 1.1 – 0.33 = 0.77 (kg)

+ m2: khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu to

*Ý nghĩa đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu: qua đồ thị xác định được phụ tải tác

dụng lên chốt khuỷu ứng với vị trí trục khuỷu Xác định được vị trí phụ tải cực đại,

cực tiểu Đồng thời từ độ thị ta xác định đồ thị đầu to thanh truyền và đồ thị mài mòn

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

- 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 0 , 10, 20, 30, 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

Phụ tải đầu to

-30 -50 -70 -90 -110

11.Xây dựng đồ thị khai triển phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

a Mục đích của việc xây dựng đồ thị phụ tải:

- Xác định lực tác dụng trên chốt ở mỗi vị trí của trục khuỷu

- Khai triển đồ thị phụ tải theo quan hệ Q - α ta có thể xác định được phụ tải lớn nhất, bé nhất trên chốt khuỷu.

- Từ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta có thể xây dựng được đồ thịphụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền và đồ thị mài mòn chốt khuỷu , từ

đó có thể xác định được vị trí chịu phụ tải bé nhất trên chốt khuỷu để khoan

lỗ dầu bôi trơn

b Phương pháp vẽ

- Vẽ hệ tọa độ T-Z, gốc tọa độ O’, trục O’Z có chiều dương hướng xuống dưới

- Nối các điểm này lại ta được đường cong biểu diễn phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

- Dời gốc tọa độ O’ theo phương trục Z một đoạn O’O bằng giá trị biểu diễn của lực quán tính li tâm PRo

- Tính lực quán tính li tâm PRo:

+ Chiều của vectơ phụ tải theo chiều từ tâm O ra điểm A cần xác định.

+ Điểm đặt của vectơ phụ tải là điểm giao nhau của vectơ OA và kéo dài về phía gốccho đến khi cắt vòng tròn tượng trưng chốt khuỷu

- Đồ thị mài mòn của chốt khuỷu (hoặc cổ trục khuỷu ) thể hiện trạng thái chịutải của các điểm trên bề mặt trục Đồ thị này cũng thể hiện trạng thái hao mòn lýthuyết của trục, đồng thời chỉ rõ khu vực chịu tải ít để khoan lỗ dầu theo đúngnguyên tắc đảm bảo đưa dầu nhờn vào ổ trượt ở vị trí có khe hở giữa trục và bạc lótcủa 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 địnhmức;

+ 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 chiềudương), 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 kẻcác 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' = 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 1điểm chia - Lập bảng ghi kết quả ∑Q’i - Tính Q itheo các dòng:

= Q'0 + Q'1 + + ΣQ'23

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

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

Đồ thị mài mòn chốt khuỷu

PHẦN 2 : Phân tích đặc điểm chung của động cơ chọn tham khảo

1 Một số nét khái quát về động cơ (G6EA - GSL 2.7)

- Động cơ Gasoline, 4 kỳ, 6 xilanh, một hàng xilanh thẳng đứng

- Đường kính × hành trình Piston: 86.7 × 75.0 mm.

- Công suất cực đại Ne =138 Kw tại số vòng quay n = 6000 vòng/phút

- Áp suất cực đại Pz =5 (MN/m2)

- Khối lượng nhóm piston mpt =0.8

- Khối lượng thanh truyền mtt =1.1

Khối lượng nhóm piston (kg)

Khối lượng nhóm thanh