Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (dsv6 0316) chương 1 tính toán xây dựng bản vẽ đồ thị

Cách vẽ đồ thịXác định các điểm đặc biệt: Hình 1.1: Các điểm đặc biệt cần xác định trên đồ thị công động cơ diesel + Từ bảng giá trị ta tiến hành vẽ đường nén và đường giản nở... Và từ c

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN XÂY DỰNG BẢN VẼ ĐỒ THỊ 1

1.1 CÁC THÔNG SỐ TÍNH 1

1.2 ĐỒ THỊ CÔNG 2

1.2.1 Các thông số xây dựng đồ thị 2

1.2.2 Cách vẽ đồ thị 5

1.3 ĐỒ THỊ BRICK 7

1.3.1 Phương pháp 7

1.3.2 Đồ thị chuyển vị 8

1.4 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VẬN TỐC V(α)) 9

1.4.1 Phương pháp 9

1.4.2 Đồ thị vận tốc V(α)) 10

1.5 ĐỒ THỊ GIA TỐC 11

1.5.1 Phương pháp 11

1.5.2 Đồ thị gia tốc j = f(x) 11

1.6 VẼ ĐỒ THỊ LỰC QUÁN TÍNH 13

1.6.1 Phương pháp 13

1.6.2 Đồ thị lực quán tính 13

1.7 ĐỒ THỊ KHAI TRIỂN: PKT, PJ, P1 – α) 15

1.7.1 Vẽ Pkt – α) 15

1.7.2 Vẽ Pj – α) 15

1.7.3 Vẽ p1 – α) 15

1.7.4 Đồ thị khải triển Pkt, Pj, P1 – α) 16

1.8 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ T, Z, N – α) 18

1.8.1 Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu trục khủy thanh truyền 18

1.9 ĐỒ THỊ ∑T – α) 24

1.10 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN CHỐT KHUỶU 25

1.11 ĐỒ THỊ KHAI TRIỂN Q(α)) 27

1.12 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN ĐẦU TO THANH TRUYỀN 30

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CHUNG ĐỘNG CƠ THAM

KHẢO 35

2.1 CHỌN ĐỘNG CƠ THAM KHẢO 35

2.2 GIỚI THIỆU CHUNG 36

2.3.CÁC CƠ CẤU VÀ HỆ THỐNG TRONG ĐỘNG CƠ SA6D140E-3 36

2.3.1 Hệ thống làm mát 36

2.3.2 Hệ thống bôi trơn 37

2.3.3 Cơ cấu phân phối khí 39

2.3.4 Cơ cẩu trục khuỷu thanh truyền 40

2.3.5 Hệ thống nhiên liệu 42

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ 44

3.1 NHIỆM VỤ, YÊU CẦU, SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 44

3.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 44

3.3.TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ 45

3.3.1 Tỷ số truyền của cơ cấu phân phối khí: 45

3.3.2 Tiết diện lưu thông của xupap: 45

3.3.3 Xác định trị số “thời gian- tiết diện”: 46

3.4 KẾT CẤU CỦA CÁC CHI TIẾT TRONG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ 46

3.4.1 Xupap: 46

3.4.2 Đế xupap 47

3.4.3 Ống dẫn hướng xupap 48

3.4.4 Lò xo xupap: 49

3.4.5 Con đội: 49

3.4.6 Trục cam phân phối khí: 50

3.4.7 Đũa đẩy 50

3.4.8 Đòn bẩy: 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN XÂY DỰNG BẢN VẼ ĐỒ THỊ

1.1 CÁC THÔNG SỐ TÍNH

Các thông số cho trước

Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cascte ướt

Hệ thống làm mát Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng

Hệ thống phân phối khí 12 valve, OHV

S (m) : Hành trình dịch chuyển của piston trong xilanh

N (vòng/phút) : Tốc độ quay của động cơ

Do Cm > 9 m/s nên động cơ là động cơ tốc độ cao hay động cơ cao

Áp suất khí cuối kỳ nạp:

Chọn áp suất đường nạp (tăng áp tuabin khí): pk = 0,12 [MN/m2]

Đối với động cơ bốn kỳ tăng áp ta chọn: pa = (0,9 - 0,96)pk

Áp suất cuối kì nén:

pc = pa.εn1 = 0,108.16,51,35 = 4.75 [MN/m2]Chọn tỷ số giãn nở sớm(động cơ diesel): ρ =

1,5 Áp suất cuối quá trình giãn nở sớm:

Áp suất khí sót (động cơ cao tốc) chọn:

Áp suất trước tuabin: pth = 0,97pk = 0,97.0,12 = 0,132 [MN/m2]

α)3 = 40oα)4 = 20o

b Xây dựng đường nén

Gọi Pnx , Vnx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình nén của động cơ.Vì

quá trình nén là quá trình đa biến nên:

Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vh thành khoảng , khi đó i = 1, 2 , 3, c

Xây dựng đường giãn nở

Gọi Pgnx , Vgnx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình giãn nở của động

cơ.Vì quá trình giãn nở là quá trình đa biến nên ta có:

Về giá trị biểu diễn ta có đường kính của vòng tròn Brick AB bằng giá trị biểu diễn

Vh, nghĩa là giá trị biểu diễn cửa AB = Vhbd

+ Giá trị biểu diễn của oo’: μ S [mm]

Bảng 1.1: Bảng giá trị Đồ thị công động cơ diesel

2.597 16,3 43.297 0.02309 0.135 32.752 0.031 0.365

1.2.2 Cách vẽ đồ thị

Xác định các điểm đặc biệt:

Hình 1.1: Các điểm đặc biệt cần xác định trên đồ thị công động cơ diesel

+ Từ bảng giá trị ta tiến hành vẽ đường nén và đường giản nở

+ Vẽ vòng tròn của độ thị Brick để xác định các điểm đặc biệt:

Điểm bắt đầu quá trình nạp : r(Vc;Pr) => r(10; 3,5)

Điểm mở sớm của xu páp nạp : r’ xác định từ Brick ứng với α)1Điểm đóng muộn của xupáp thải : r’’ xác định từ Brick ứng với α)4Điểm đóng muộn của xupáp nạp : a’ xác định từ Brick ứng với α)2Điểm mở sớm của xupáp thải : b’ xác định từ Brick ứng với α)

Điểm y (Vc, Pz) => y(10; 200)

Điểm áp suất cực đại lý thuyết: z ( Vc, Pz) => z(13; 200)

Điểm áp suất cực đại thực tế: z’’( /2Vc, Pz) => z’’(11.5; 200)

012

013

0

015

016

016

3+ Sau khi có các điểm đặc biệt tiến hành vẽ đường thải và đường nạp , tiến hành hiệu

+ Từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB , hạ M’C thẳng góc với AD Theo Brich đoạn AC = x Điều đó được chứng minh như sau:

- Muốn xác định chuyển vị của piston ứng với góc quay trục khuỷu là α) =10o,

20o, 30o, 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 =00(vị trí điểm chết trên) và điểm

D ứng với khi =1800 (vị trí điểm chết dưới).Theo Brick đoạn AC = x

- Vẽ hệ trục vuông góc OSa, trục Oa biểu diễn giá trị góc còn trục OS biễu diễnkhoảng dịch chuyển của Piston Tùy theo các góc a 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 Oa Và từ các điểm chia (có góc tương ứng) trên trục Oa 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 a

- Chia đều nửa vòng tròn bán kính R1, và vòng tròn bán kính R2 ra 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

2 , 18 điểm trên nửa vòng tròn bán kính R1 mỗi điểm cách nhau 10

và trênvòng tròn bán kính R2 mỗi điểm cách nhau là 20

- Trên nửa vòng tròn R1 ta đánh số thứ tự từ 0, 1, 2, , 18 theo chiều ngược kim

đồng hồ, còn trên vòng tròn bán kính R2 ta đánh số 0’,1’,2’, , 18’ theo chiều kim đồng

hồ, cả hai đều xuất phát từ tia OA

- Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn bán kính R1, ta dóng các đường thẳng vuông

góc với đường kính AB, và từ các điểm chia trên vòng tròn bán kính R2 ta kẻ các đường

thẳng song song với AB Các đường kẻ này sẽ cắt nhau tương ứng theo từng cặp

0-0’;1-1’; ;18-18’ tại các điểm lần lượt là 0, a, b, c, , 18 Nối các điểm này lại bằng một

đường cong và cùng với nửa vòng tròn bán kính R1 biểu diễn trị số vận tốc v

bằng các đoạn 0, 1a, 2b, 3c

, , 0 ứng với các góc 0, 1, 2, 3 18 Phần giới hạn của đường cong này và nửa vòng tròn lớn gọi là giới hạn vận tốc của piston

- Vẽ hệ toạ độ vuông góc OvS trùng với hệ toạ độ O S , trục thẳng đứng Ov trùng

với trục O Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, ta kẻ các đường thẳng song song với trục

Ov cắt trục Os tại các điểm 0, 1, 2, 3, , 18 Từ các điểm này, ta đặt các đoạn thẳng 00,

1a, 2b, 3c, , 1818 song song với trục Ovvà có khoảng cách bằng khoảng

cách các đoạn 0, 1a, 2b, 3c

, , 0 Nối các điểm 0, a ,b c, , 18 lại với nhau ta có đường cong biểu diễn vận tốc của piston v=f(S)

1.4.2 Đồ thị vận tốc V(α)α))

Hình 1.4: Giải vận tốc bằng đồ thị

Hình 1.5: Đồ thị vận tốc V = f(α)α))

- Vẽ hệ toạ độ vuông góc v - s trùng với hệ toạ độ trục thẳng đứng 0v trùng với trục

0 Từ các điểm chia trên đồ thị Brích, ta kẻ các đường thẳng song song với trục 0v và cắt trục 0s tại các điểm 0,1,2,3, ,18, từ các điểm này ta đặt các đoạn thẳng 00’’, 11’’, 22’’, 33’’, ,1818’’ song song với trục 0v có khoảng cách bằng khoảng cách các đoạn

tương ứng nằm giữa đường cong với nữa đường tròn bán kính r1 mà nó biểu diển tốc

độ ở các góc tương ứng Nối các điểm 0’’,1’’,2’’, ,18’’ lại với nhau ta có đường congbiểu diễn vận tốc piston v=f(s)

1.5 ĐỒ THỊ GIA TỐC

1.5.1 Phương pháp

Để giải gia tốc j của piston, người ta thường dùng phương pháp đồ thị Tôlê vì

phương pháp này đơn giản và có độ chính xác cao.Cách tiến hành cụ thể như sau:

Lấy đoạn thẳng AB = S = 2R Từ A dựng đoạn thẳng AC = Jmax = R 2(1+ )

Từ B dựng đoạn thẳng BD = Jmin = -R 2(1- ) , nối CD cắt AB tại E

Lấy EF = -3 R 2 Nối CF và DF Phân đoạn CF và DF thành những đoạn nhỏ

đoạn FD: F, 1’, 2’, 3’,4’,D Nối các điểm chia 11' ,22' ,33' ,

Đường bao của các đoạn

này là đường cong biểu diễn gia tốc của piston: J = f(x)

Hình 1.6: Đồ thị gia tốc J = f(α)x)

1.6 VẼ ĐỒ THỊ LỰC QUÁN TÍNH

1.6.1 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’ = mpt +m1 [kg]

Trong đó:

+ mpt: Khối lượng nhóm piston Theo đề ta có mpt = 2,1 [kg]

+ m1: Khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu nhỏ thanh truyền Được chọn tùy

theo loại động cơ ôtô máy kéo hay tàu thủy, tĩnh tại Vì động cơ đang thiết kế có các

thông số phù hợp với động cơ ôtô máy kéo nên ta chọn m1 trong khoảng

m1 = (0,275 0,35).mttTrong đó:

+ mtt: Khối lượng nhóm thanh truyền Theo đề ta có mtt = 2,7 [kg]

- Để có thể dùng phương pháp cộng đồ thị -Pj với đồ thị công thì -Pj phải có

cùng thứ nguyên và tỷ lệ xích với đồ thị công, thay vì vẽ giá trị thực của nó ta vẽ -Pj= f(x)

ứng với một đơn vị diện tích đỉnh Piston

Đồ thị PJ này vẽ chung với đồ thị công P-V.

Cách vẽ tiến hành tương tự như cách vẽ đồ thị J - S, với:

Hình 1.7: Đồ thị lực quán tính

1.7 ĐỒ THỊ KHAI TRIỂN: P KT , P J , P 1 – α)

1.7.1 Vẽ P kt – α)

- Vẽ hệ trục toạ độ vuông góc OP , trục hoành O nằm ngang với trục po

- Trên trục O ta chia 10o một, ứng với tỷ lệ xích = 2 [o/mm]

- Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị công như ta đã vẽ ở trên, ta tiến hành khai triển như sau:

+ 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 OP

+Từ các điểm chia trên trục O , 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 Pkt - với tỷ lệ xích :

1.7.3 Vẽ p 1 – α)

- Cộng các giá trị pkt với pj ở các trị số góc tương ứng, ta vẽ được đường biểu diễn hợp lực của lực quán tính và lực khí thể P1:

P1 = Pkt + PJ [MN/m2]

1.7.4 Đồ thị khải triển P kt , P j , P 1 – α)

Bảng 1.5: Giá trị đồ thị khai triển Pkt, Pj, P1-α)

Giá trị đo (α)mm) Giá trị vẽ Giá trị thật

Giá trị đo (α)mm) Giá trị vẽ Giá trị thật

Ptt

ZN

TO

Ptt

Hình 1.9: Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyển

- Lực tiếp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:

sinβ = sinα) = arcsin( sin )

- Ta lập bảng xác định các giá trị N, T, Z Sau đó, ta tiến hành vẽ đồ thị N, T, Z theo trên hệ trục toạ độ vuông góc chung (N, T, Z - )

- Với tỷ lệ xích :

T = Z = N = p = 0,046 [MN/(m2.mm)]

= 2 [0/mm]

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

Khi trục khuỷu của xylanh thứ 1 nằm ở vị trí α

Dựa vào bảng tính T ở trên, tra các giá trị tương ứng mà Ti đã tịnh tiến theo α) Sau

đó, cộng tất cả các giá trị Ti lại ta có các giá trị của T

1.10 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

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

Hình 1.10: Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt

khuỷu 1.11 ĐỒ THỊ KHAI TRIỂN Q(α)α))

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

Bảng 1.8: Giá trị đồ thị khai triển phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

-10.24 -6.95 6.95 17.36 20.160

1.12 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 các điểm

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,

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

Hình 1.12: Đồ thị phụ tải tác dụng lên đâu to thanh

truyền 1.13 ĐỒ THỊ MÀI MÒN CHỐT KHUỶU

- Đồ thị mài mòn của chốt khuỷu (hoặc cổ trục khuỷu ) thể hiện trạng tháichịu tải 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 đúng nguyên tắcđảm bảo đưa dầu nhờn vào ổ trượt ở vị trí có khe hở giữa trục và bạc lót của 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 định mức;

+ 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 kínhbất kì Chia vòng tròn này thành 24 phần bằng nhau, tức là chia theo 15o theo chiềungược 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

+ Từ các điểm chia 0, 1, 2, , 23 của vòng tròn O, ta kẻ các 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 thịthì sẽ có bấy nhiêu lực tác dụng tại điểm chia đó Do đó ta có :

ΣQ'Q'i=Q' i0 +Q' i1 + +Q' inTrong 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 1 điểmchia

- Vẽ các tia ứng với số lần chia

- Lần lượt đặt các giá trị Q , Q , Q , …, Q lên các tia tương ứng theo chiều từ

- Các hợp lực Q 0, Q 1, Q 2, …, Q 23 được tính theo bảng sau :Lực

KHẢO 2.1 CHỌN ĐỘNG CƠ THAM KHẢO

-Chọn động cơ tham khảo: SA6D140E-3 Máy ủi

Komatsu -Các thông số kỹ thuật của động cơ

Khối lượng nhóm thanh

Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cascte ướt

Hệ thống làm mát Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng

Hệ thống nạp Turbo Charger Intercooler

Hệ thống phân phối khí 12 valve, OHV

-Động cơ SA6D140E-3 có cùng số xylanh, cùng cách bố

trí -Cùng tăng áp (Hệ thống nạp Tubro Charger

Intercooler) -Các sai số về tốc độ, S, D không quá 15%

Vì vậy chọn động cơ tham khảo là động cơ SA6D140E-3

Hình 2.1 Sơ đồ kết cấu của động cơ SA6D140E-3

2.3.CÁC CƠ CẤU VÀ HỆ THỐNG TRONG ĐỘNG CƠ SA6D140E-3.

2.3.1 Hệ thống làm mát

Hệ thống làm mát thực hiện quá trinh truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồngcháy đến môi chất làm mát để đảm bảo cho các chi tiết không bị quá nóng nhưng cũngnhư không bị quá nguội Sơ đồ hệ thống làm mát của động cơ SA6D140E-3.Có dạng

như hình 2.2.

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống làm mát1- Bộ tản nhiệt; 2- Nhiệt kế; 3- Làm mát nước sau khi làm lạnh; 4- Làm mát dầu bôiừơn; 5- Bơm nước; 6- Máy nén; 7- Điện trở chống ăn mòn; 8-Làm mát quạt; A-Đường

dầu vào; B- Đường dầu raNước sử dụng trong hệ thống làm mát có chứa môi chất làm mát tên gọi làMotorcraft Super Plus 2000, nước này có màu cam Nước tuần hoàn nhờ bơm 5 quaống phân phối vào các khoang chứa của các xi lanh Nước chứa dung dịch làm mát từthân động cơ lên nắp xi lanh đi đến van hằng nhiệt Nước từ van hằng nhiệt được chia

ra thành hai dòng: một đi qua két làm mát và một dòng đi trở vào động cơ Sự phânchia lưu lượng qua các dòng này phụ thuộc vào nhiệt độ của nước làm mát và do vanhằng nhiệt tự động điều chỉnh

2.3.2 Hệ thống bôi trơn.

Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa dầu đến các bề mặt ma sát, đồng thời lọc sạch những tạp chất có lẫn trong dầu nhờn khi dầu tẩy rửa các bề mặt ma sát này

Động cơ được trang bị một hệ thống bôi trơn tuần hoàn cưỡng bức, với bầu lọc

và làm mát dầu toàn phần Sơ đồ hệ thống bôi trơn có dạng như hình