ĐỒ án LIÊN môn (PBL2) THIẾT kế ĐỘNG cơ đốt TRONG đề tài THIẾT kế ĐỘNG cơ XH4 022

Hình 1 Đồ thị công1.2 Đồ thị động học và động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền động cơ Động cơ kiểu piston thường có vận tốc lớn nên việc nghiên cứu, tính toán động học,động lực họ

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

ĐỒ ÁN LIÊN MÔN (PBL2)

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Đề

tài: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ XH4-022

Giảng viên hướng dẫn: T.S Nguyễn Quang Trung Sinh viên thực hiện : Lưu Văn Thành

Hà Hữu Nam

Lê Đăng Tài Nguyễn Anh Tuấn Nguyễn Kiều Tân Lớp: 20C4LC1

Đà Nẵng 2022

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 pháttriển 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 kỹthuật rất khó và đòi hỏi trình độ chuyên môn cao, trong đó ngành Kỹ thuật Cơ khí làngành được chú ý và quan tâm rất nhiều Để đạt những yêu cầu ấy, Ngành Kỹ thuật Cơkhí đã có bộ môn Đồ án Thiết kế Cơ khí, nhằm tổng hợp các kiến thức đã học, trang bịcho 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 cơđốt 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 Cơ khí ”.Đây là một phần quan trọng trong nội dung học tập của sinh viên, nhằm tạo điều kiệncho sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết một vấn đề cụ thểcủa ngành

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu các tài liệu, làmviệc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án tốt nhất Tuy nhiên, vìbản 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 TS Nguyễn Quang Trung đã quan tâm,

nhiệt tình hướng dẫn trong quá trình làm đồ án Em rất mong muốn nhận được sự xemxét và chỉ dẫn của các thầy để em ngày càng hoàn thiện kiến thức của mình

Nhóm Thực Hiện

Nhóm 3

1.1.3 Xây dựng đường giãn nở

1.1.4 Biểu diễn các thông số

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

1.3 ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ1.3.1 Xác định khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến

Chọn áp suất khí sót: Phụ thuộc vào loại động cơ

Tốc độ trung bình của động cơ: Cm = [1]

Trong đó: S [m] – hành trình dịch chuyển của piston trong xylanh

Trong đó: p- áp suất biến thiên theo quá trình nén của động cơ

V- thể tích biến thiến theo quá trình nén của động cơ

Nếu gọi x là điểm bất kì trên đường nén thì: p nx.V nx n1=p c.V c n1

Suy ra

p nx

= pc

Đặt i = , ta có p nx =

1.1.3 Xây dựng đường giãn nỡ

Theo [1] (180): Ta có phương trình giãn nỡ đa biến:

p.V n2 = const

Nếu gọi x là điểm bất kì trên đường giãn nở ta có: p gnx.V n gnx2 =p z.V n z2

Mặt khác ta có: Vz = ρ.Vc, Đặt i =

Suy ra: p gnx = pz

1.1.4 Biểu diễn thông số:

Biểu diễn thể tích buồng cháy: V cbd = 15 [mm]

Do đó, ta có: μ v = =0.0392

Suy ra Vhbd = = = 198,9

Biểu diễn áp suất cực đại: pzbd = 160 [mm]

Do đó,ta có: μ p = = 0,05625

Cho i tăng từ 1đến ε ta lập được bảng các điểm trên đường nén và đường giãn nở

Bảng 1-1: Bảng giá trị đồ thị công của động cơ xăng

Vẽ vòng tròn của đồ thị Brich để xác định các điểm đặc biệt:

Điểm phun sớm: c’ xác định từ đồ thị Brich ứng với góc = 16°

Điểm mở sớm xupap nạp: r’ xác định từ đồ thị Brich ứng với góc = 15°

Điểm đóng muộn xupap thải: r’’ xác định từ đồ thị Brich ứng với =20°

Hình 1 Đồ thị công

1.2 Đồ thị động học và động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền động cơ

Động cơ kiểu piston thường có vận tốc lớn nên việc nghiên cứu, tính toán động học,động lực học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là cần thiết để tìm quy luật vận độngcủa chúng ta và để xác định lực quán tính tác dụng lên các chi tiết trong cơ cấu trụckhuỷu thanh truyền nhằm mục đích tính toán cân bằng, tính toán bền các chi tiết vàtính toán hao mòn của động cơ

Trong động cơ đốt trong kiểu piston, cơ cấu trục khuỷu thanh truyền có hai loại: loạigiao tâm và loại lệch tâm

Ta xét trường hợp cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm

Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm là cơ cấu mà đường tâm xylah trực giao vớiđường tâm trục khuỷu tại một điểm

Hình 2 – 1: Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm

O – giao điểm của đường tâm xylanh và đường tâm trục khuỷu

B – Giao điểm của đường tâm thanh truyền và đường tâm chốt khuỷu

A – Giao điểm của đường tâm xylah và đường tâm chốt piston

R – Bán kính tay quay (m)

l – Chiều dài thanh truyền (m)

S – Hành trình piston (m)

x – Độ dịch chuyển của piston tính từ ĐCT ứng với góc quay trục khuỷu (m)

1.2.1 Xác định độ dịch chuyển x của piston bằng phương pháp đồ thị Brich

Theo [3] (7) chuyển vị x của piston được tính theo công thức:

x = R[(1-cos )+ (1-cos2 )]

Phương pháp đồ thị Brich tiến hành như sau:

Chọn tỷ lệ xích: = 0.627 [mm/mm]

Từ các điểm chia trên nữa vòng tròn Brich, ta kẻ các đường thẳng song song với trục

O và từ các điểm chia (có góc tương ứng ) trên trục O , ta kẻ các đường thẳng nằm ngang song song với OS Các đường này sẽ cắt nhau tại các điểm 0,1,2,…18 Nối các điểm này lại ta có đường cong biểu diễn độ dịch chuyển x theo x = f( )

Vẽ vòng tròn tâm O bán kính R2 = =

0.25∗48.5∗659.42∗4.1399 =3.997613 [mm] đồng tâmvới nữa vòng tròn có bán kính R1

R1 = =

48.5∗659.44.139922 =31.9809 [mm]

Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R1 thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0,1,2,…18 theo ngược chiều kim đồng hồ

Chia vòng tròn tâm O bán kính R2 thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự

0’,1’,2’…18’ theo chiều ngược lại

Từ các điểm 0,1,2, ,18 kẻ các đường thẳng góc với AB cắt các đường song song với

AB kẻ tự 0’,1’,2’,…18’ tại các điểm 0,a,b,…q Nối 0,a,b, q bằng các đường cong ta được đường biểu diễn trị số vận tốc của piston v = f( ) Khoảng cách từ đường cong này đến nữa đường tròn tâm O bán kính R1 biểu diễn trị số vận tốc của piston ứng với các góc tương ứng

Để khảo sát mối quan hệ giữa hành trình piston và vận tốc của piston ta đặt chúng cùng chung hệ trục toạ độ

Trên đồ thị chuyển vị s = f( ) lấy trục Ov bên phải đồ thị song song với trục O , trụcngang biểu diễn hành trình của piston

Từ các điểm 0°, 10°, 20°,…,180° trên đồ thi Brich ta giống xuống các đường cắt đường OS tại các điểm 0,1,2,…,18 Từ các điểm này ta đặt các đoạn tương ứng từ đồ thị vận tốc, nối các điểm của đầu còn lại của các đoạn ta được đường biểu diễn v = f()

Vẽ hệ trục vuông góc OS , trục O biểu diễn giá trị góc còn trục OS biểu diễn khoảng dịch chuyển của piston Tuỳ 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 2.1.2 Giá trị đồ thị chuyển vị x = f( )

Hình 2-4: Đồ thị chuyển vị S = f (α)

1.2.3 Đồ thị biểu diễn gia tốc j = f(x)

Để vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston ta dùng phương pháp Tôlê

Theo [3] (8) ta có công thức tính gia tốc của piston:

j = R .(cos + cos2 )

Các bước xây dựng đồ thị Tôlê như sau:

Vẽ hệ trục J-S, lấy đoạn thẳng AB trên trục OS sao cho AB=S=2R

Từ A dựng đoạn thẳng AC về phía AB, AC AB sao cho:

Giá trị biểu diễn EF = = -36 [mm]

Nối CF và DF

Phân các đoạn CF và DF thành 5 đoạn nhỏ bằng nhau ghi các số 1,2,3,4 và1’,2’,3’,4’.Nối các điểm chia 11’,22’,33’,44’ Đường bao các đoạn thẳng này biểu thị quan hệ củahàm j = f(x)

j=f(x)

Hình 2: Đồ thị gia tốc J = f(x)

Hình 2-5: Đồ thị gia tốc j = f(x)

1.3.2 Đồ thị lực quán tính –PJ – V

Phương pháp : Các chi tiết máy trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền tham gia vàochuyển động tịnh tiến bao gồm các chi tiết trong nhóm piston và khối lượng của thanhtruyền quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền

m' = mpt + m1 [kg]

Trong đó:

mpt: Khối lượng nhóm piston Theo đề ta có mpt = 0.9 kg

m1: Khối lượng thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền Được chọn tuỳ theođộng cơ ô tô máy kéo hay tàu thuỷ,tĩnh tại Vì động cơ đang thiết kế có thông số phùhợp với động cơ ô tô máy kéo nên ta chọn m1 trong khoảng m1 = (0,275 0,35)mtt

Đồ thị Pj này vẽ chung với đồ thị 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

= 0.05625 [MN/ mm]

Trục hoành trùng với trục P0 của đồ thị công

Từ A dựng đoạn thẳng AC thể hiện –Pjmin

Giá trị biểu diễn –Pjmin bằng :

AC = = 46.97018973 [mm]

Từ B dựng đoạn thẳng BD thể hiện Pjmax

Giá trị biểu diễn –Pjmax bằng :

+ Trên trục O ta chia 10o một, ứng với tỷ lệ xích  = 2 [0/mm].

Từ các điểm chia trên đồ thi Brick, dóng các đường thẳng song song với OP và cắt đồthị 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 OPα

Từ các điểm chia trên trục Oα, kẻ các đường song song với trục OP, những đường nàycắt các đường dóng ngang tại các điểm ứng với các góc chia của đồ thị Brick và phùhợp với quá trình làm việc của động cơ Nối các giao điểm này lại ta có đường congkhai triển đồ thị Pkt - α với tỷ lệ xích : p = 0.05625 [MN/(m2.mm)];  = 2 [0/mm]

1.3.5 Đồ thị lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z, lực ngang N

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

Lực tác dụng trên chốt piston P1 là hợp lực của lực quán tính và lực khí thể Nó tácdụng lên chốt piston và đẩy thanh truyền.

(1) Nhưng trong quá trình tính toán động lực học các lực này thường tính trên đơn vị diệntích đỉnh piston nên sau khi chia hai vế của đẳng thức (1) cho diện tích đỉnh piston Fpt

Ta có thứ tự làm việc của động cơ là 1-3-4-2

Động cơ 4 kỳ, 6 xy lanh có góc công tác δct = = 1800

Ta tính T trong 1 chu kỳ góc công tác δct = = 1800

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 = 5400

Khuỷu trục của xylanh thứ 3 nằm ở vị trí α3 = 1800

Khuỷu trục của xylanh thứ 4 nằm ở vị trí α4 = 3600

Bảng 2.4 Thứ tự làm việc của động cơ

Tính giá trị của bằng công thức :

Trong đó : + : công suất chỉ thị của động cơ;

+ : hiệu suất cơ khí; chọn Ƞ m=0.9

⇒ Ni =

1470.9 = 163,3 (KW)

+ n: số vòng quay của động cơ; n = 6300 (vòng/phút)

Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốtkhuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu Từ đồ thị này ta có thể tìm trị số trung bình của phụtải tác dụng lên chốt khuỷu cũng như có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất và lực bénhất Dùng đồ thị phụ tải ta có thể xác định khu vực chịu lực ít nhất để xác định vị tríkhoan lỗ dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền ở trục.

Từ bảng giá trị T , Z− , chọn hệ trục toạ độ OTZ có chiều dương của trục Z là chiềuhướng xuống dưới

Đặt giá trị của các cặp (T,Z) theo các góc  tương ứng lên hệ trục toạ độ T - Z Ứng vớimỗi cặp giá trị (T,Z) ta có một điểm, đánh dấu các điểm từ 0  72 ứng với các góc  từ

00 7200 Nối các điểm lại ta có đường cong biểu diễn véctơ phụ tải tác dụng lên chốtkhuỷu

Sau đó dời gốc toạ độ O theo phương chiều của trục Z đoạn bằng giá trị biểu diễn của

Hình 2.6 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

Đồ thị khai triển Q-αα

1.3.10 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 :

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

của đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0 ,

10 , 20 , 30Nối các điểm 0 , 15 , 30 bằng một đường cong , ta có đồ thị phụ tải tác dụng trên đầu to thanh truyền.

nhất Áp suất bé làm cho dầu nhờn lưu động dễ dàng.

- Các bước tiến hành vẽ như sau:

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.

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'i=Q'i0+Q'i1+ +Q'in

+ 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

Q Σii=Σi Q'0+Σi Q'1+ +Σi Q'23

- Chọn tỉ lệ xích: p=0,05625(MN/m2.mm) ; ΣQ=2(MN/m2.mm).Q=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 :

chọn µQ =1.0 (MN/m2/mm)

Đồ thị mài mòn chốt khuỷu