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 h

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 TàiNguyễn Anh Tuấn Nguyễn Kiều TânLớp: 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 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 Cơ khí, 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 Cơ khí ” 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 TS 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 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 CƠ 1.3.1 Xác định khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến

1.1.1.1 Các thông số chọn trước

Áp suất môi trường: p0 = 0,1 [MN/m2 ¿ [1]

Áp suất khí nạp: p k = 0.1 [MN/m2 ¿ [1]

Chỉ số nén đa biến trung bình: n 1 = 1,38 [2]

Chỉ số giãn nỡ trung bình n 2 = 1,28 [2]

Áp suất cuối kì nạp: Động cơ 4 kì tăng áp: p a = (0,9-0,96) p k [3]

Chọn p a = 0.09 [MN/m2 ¿ Áp suất cuối kì nén p c = p a ε n1 [1]

p c = p a ε n1 = 0,09.11,3 1,38 = 2,5555[MN/m2 ¿ Đối với động cơ xăng ρ = 1 [1]

Chọn ρ = 1 Áp suất cuối quá trình giãn nỡ P b = = = 0.403 [MN/ m2 ¿ [1]

Chọn áp suất khí sót: Phụ thuộc vào loại động cơ Tốc độ trung bình của động cơ: C m = [1]

Trong đó: S [m] – hành trình dịch chuyển của piston trong xylanh n [vòng/phút] – tốc độ của động cơ Suy ra: C m = 97∗630030 = 20.370 [m/s] Áp suất khí thải của động cơ có lắp bình tiêu âm: P th = (0,75 – 0,9)p k chọn p th = 0,9p k = 0,9.0,1 = 0,09 [MN/ ] [1] Áp suất khí sót: p r = ( 1,05-1,1 ) p th [1]

Chọn p r = 1 [MN/m2 ¿

Thể tích công tác:

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 = p c

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: V z = ρ.V c , 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 V hbd = = = 198,9

Biểu diễn áp suất cực đại: p zbd = 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

1.1.5 Xác định các điểm đặc biệt

Bảng 1-2: Bảng giá trị các điểm đặc biệt

Giá trị thật V(dm3 ¿ P(MN/m2 ¿

Sau khi xác định được các điểm đặc biệt và các điểm trug gian ta tiến hành vẽ đồ thị công theo trình tự sau:

Vẽ hệ trục toạ độ P-V theo tỷ lệ xích:

= 4,93 10 −3

[dm3 /mm]

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°

Điểm đóng muộn xupap nạp: a’ xác định từ đồ thị Brich ứng với = 25°

Điểm mở sớm xupap thải: b’ xác định từ đồ thị Brich ứng với = 42°

Điều chỉnh đồ thị công:

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 động của chúng ta và để xác định lực quán tính tác dụng lên các chi tiết trong cơ cấu trục khuỷu thanh truyền nhằm mục đích tính toán cân bằng, tính toán bền các chi tiết và tính toán hao mòn của động cơ.

Trong động cơ đốt trong kiểu piston, cơ cấu trục khuỷu thanh truyền có hai loại: loại giao 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 với đường 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 R 2 = =

0.25∗48.5∗659.4 2∗4.1399 = 3.997613 [mm] đồng tâm với nữa vòng tròn có bán kính R 1

R1 = =

48.5∗659.4 4.139922 = 31.9809 [mm]

Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R 1 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 R 2 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 R 1 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 , trục ngang 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 của hàm 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 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' = m pt + m 1 [kg]

Trong đó:

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

m1: Khối lượng thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền Được chọn tuỳ theo động cơ ô tô máy kéo hay tàu thuỷ,tĩnh tại Vì động cơ đang thiết kế có thông số phù hợp với động cơ ô tô máy kéo nên ta chọn m1 trong khoảng m 1 = (0,275 0,35)m tt

m = = =

1.89

π∗0.882 4

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 –P jmin

Giá trị biểu diễn –P jmin bằng :

AC = = 46.97018973 [mm]

Từ B dựng đoạn thẳng BD thể hiện P jmax

Giá trị biểu diễn –P jmax bằng :

+ Trên trục O ta chia 10 o 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 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 OPα.

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 P kt - α với tỷ lệ xích :  p = 0.05625 [MN/(m 2 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

Hình 5 Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

Lực tác dụng trên chốt piston P 1 là hợp lực của lực quán tính và lực khí thể Nó tác dụng 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 diện tích đỉnh piston nên sau khi chia hai vế của đẳng thức (1) cho diện tích đỉnh piston F pt

0 30 60 90 120150180210240270300330360390420450480510540570600630660690720 -150

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 δ ct = = 180 0

Ta tính T trong 1 chu kỳ góc công tác δ ct = = 180 0

Khi trục khuỷu của xylanh thứ 1 nằm ở vị trí α 1 = 0 0 thì :

Khuỷu trục của xylanh thứ 2 nằm ở vị trí α 2 = 540 0

Khuỷu trục của xylanh thứ 3 nằm ở vị trí α 3 = 180 0

Khuỷu trục của xylanh thứ 4 nằm ở vị trí α 4 = 360 0

Bảng 2.4 Thứ tự làm việc của động cơ

Tính tổng Mômen : T = T 1 + T 2 + T 3 + T 4

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

+ R: bán kính quay của trục khuỷu : R = 48.10-3 ( m)

+ : khi vẽ đã hiệu chỉnh đồ thị công chọn ⅀ T tb= ¿ 0.004201(MN /m2 )

J b P1 T N Z T1

26387 96.5625 -94.867497704 0 -93.2675 0 0 -93.2675 0 0

25748 94.22421 -92.570255307 2.488109 -90.9703 -19.6897 -3.95293 -88.9018 10 -19.6897 23879.26 87.38549 -85.851573926 4.905067 -84.2516 -35.6101 -7.23041 -76.6976 20 -35.6101 20920.15 76.55671 -75.212880174 7.180756 -73.6129 -44.8383 -9.27435 -59.1134 30 -44.8383 17087.31 62.53051 -61.432889178 9.247349 -59.8329 -45.9223 -9.74156 -39.5729 40 -45.9223 12652.58 46.30176 -45.48900805 11.04098 -43.889 -39.1256 -8.56374 -21.6511 50 -39.1256 7916.101 28.96875 -28.460249311 12.50392 -26.8602 -26.24 -5.9567 -8.27147 60 -26.24

490 38.39408 670 36.95391803 310 32.47747129 130 34.38758441 142.2130574

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.

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

Đặt giá trị của các cặp (T,Z) theo các góc  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  từ

0 0  720 0 Nối các điểm lại ta có đường cong biểu diễn véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.

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

Khai triển đồ thị phụ tải ở toạ độ độc cực trên thành đồ thị Q -  rồi tính phụ tải

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 Otrùng với tâm O của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Lần lượt xoay tờ giấy bóng chocác điểm 00 , 100 , 200 , 300 trùng với trục +Z của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Đồng thời đánh dấu các điểm đầu mút của các véc tơ ⃗Q0 , ⃗Q10 ,⃗Q20,⃗Q30của đồ thịphụ 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 dụngtrên đầu to thanh truyền

0.174533 0.043426 0.143349 0.074609 10.27360898 137.44291080.349066 0.08561 0.279207 0.155468 20.00759173 127.65394670.523599 0.125328 0.398075 0.250852 28.7123217 112.048290.698132 0.161397 0.485276 0.374253 35.99114186 91.635581550.872665 0.192702 0.514824 0.550542 41.57041478 67.720694631.047198 0.218235 0.439688 0.825744 45.31290515 41.796518891.22173 0.23714 0.203603 1.255267 47.21359106 15.412169191.396263 0.24876 0.133219 1.778242 47.38005401 -9.9722471561.570796 0.25268 0.371405 2.194882 46.00220875 -33.125938181.745329 0.24876 0.463766 2.457855 43.31763477 -53.159501131.919862 0.23714 0.467454 2.624455 39.57874031 -69.586922882.094395 0.218235 0.426699 2.739329 35.02649856 -82.32530332