Đồ án tính toán thiết kế trục khuỷu thanh truyền

Mục Lục LỜI NÓI ĐẦU ................................. ................................. .................................5 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI................................. 6 1.1. Mục đích, ý nghĩa của đề tài ................................. ............................................6 1.2. Tổng quan cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ đốt trong. ......................6 1.2.1 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền. ...........6 1.2.1.1. Nhiệm vụ ................................. ................................. ................................6 1.2.1.2. Điều kiện làm việc................................. ................................. ..................... 6 1.2.2 Đặc điểm kết cấu của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền....................................7 1.2.2.1 Kết cấu nhóm trục khuỷu nguyên ................................. ..............................7 1.2.2.2 Kết cấu trục khuỷu ghép ................................. .........................................10 1.2.2.3 Kết cấu trục khuỷu chữ V ................................. .........................................11 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI ..........................................12 2.1. Thông số động cơ ban đầu ................................. .........................................12 2.1.1. Bảng thông số ban đầu................................. .................................................12 2.1.2. Các thông số cần chọn ................................. ................................. ...............12 2.2. Tính toán các quá trình công tác ................................. ....................................14 2.2.1. Tính toán quá trình nạp ................................. ................................................14 2.2.2. Tính toán quá trình nén ................................. .................................................16 2.2.3. Tính toán quá trình cháy : ................................. .............................................17 2.2.4. Tính toán quá trình giãn nở ................................. ..........................................19 2.2.5 Tính toán các thông số chu trình công tác................................. ......................20 2.3. Vẽ và hiệu đính đồ thị công................................. ............................................. 22 2.3.1. Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén ............................................ 22 2.3.2. Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở .....................................23 2.3.3. Chọn tỷ lệ xích và các điểm đặc biệt .. ............................................,...............24 2.3.4. Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công...................................................25 2.3.5. Lần lượt hiệu định các điểm trên đồ thị ........................................................25 2.4. Tính toán động học và động lực học..................................................................29 2.4.1. Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học.................................................... 29 2.4.1.2. Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α).................................................30 2.4.1.3. Đường biểu diễn gia tốc của piston j = f( x) ...........................................31 2.4.2. Tính toán động học : ................................. ......................................................33 2.4.2.1. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến : ........................................................33 2.4.2.2. Các khối lượng chuyển động quay : ................................. ......................34 2.4.2.3. Lực quán tính : ................................. ................................. .....................34 2.4.2.4.Vẽ đường biểu diễn lực quán tính : ................................. ......................35 2.4.2.5. Đường biểu diễn v = ƒ(x) ................................. .............................................37 2.4.2.6. Khai triển đồ thị công P–V thành p kt =ƒ(α) .............................................38 2.4.2.7. Khai triển đồ thị P j = ƒ(x) thành P j = ƒ(α) .............................................38 2.4.2.8. Vẽ đồ thị P Σ = ƒ(α). ................................. ............................................38 2.4.2.9. Xây dựng đồ thị T, Z theo α ................................. .................................39 2.5 Thông số ban đầu, thông số đã chọn................................. ................................ 44 2.5.1. Các thông số đã chọn ................................. ............................................. 2.6 Tính toán kiểm nghiệm bền trục khuỷu ................................. ......................51. 2.6.1 Trường hợp chịu lực PZmax ................................. .............................................53 2.6.2 Trường hợp chịu lực tiếp tuyến lớn nhất (Tmax) ........................................... 55 CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG NHÓM PISTON BẰNG PHẦN MỀM CATIA .....................................................................................................62 3.1 Ứng dụng catia................................. ................................. .................................62 3.2 Chức năng của từng module ................................. .............................................62 3.2.1. Các lệnh trong các module................................. ............................................66 3.2.1.2 Giao diện shape ( Thiết kế tạo hình bề mặt ) ............................................. 88 3.2.1.5 Module Machining Simulation.................................................................... 91 3.3 Thiết kế 3D nhóm Trục khuỷu động cơ YC6108 ZLQB.................................92 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Giá trị quá trình nén và quá trình giãn nở .....................................25 Bảng 2.2: Các thông số tính nhiệt ...................................................................46 Bảng 2.3: Các thông số tính toán ....................................................................48 Bảng 2.4: Các thông số tính toán ....................................................................52 Bảng 2.5: Tìm khuỷu nguy hiểm ....................................................................57 Bảng 2.6: Bảng xét dấu cảu ứng suất trên má khuỷu ......................................61 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với việc phát triển của công nghệ thông tin và khoa học kỹ thuật với mức độ chóng mặt trong thời đại ngày nay. Đã kéo theo sự phát triển của các nghành nghề khác có liên quan. Với việc ứng dụng các thành tựu đạt được trong lĩnh vực công nghệ thông tin đã giúp cho quá trình tự động hóa sản xuất của con người ngày một hoàn thiện và tối ưu. Cùng với việc phát triển của công nghệ thông tin và khoa học kỹ thuật với mức độ chóng mặt trong thời đại ngày nay. Đã kéo theo sự phát triển của các nghành nghề khác có liên quan. Với việc ứng dụng các thành tựu đạt được trong lĩnh vực công nghệ thông tin đã giúp cho quá trình tự động hóa sản xuất của con người ngày một hoàn thiện và tối ưu. Đối với chuyên ngành cơ khí thì việc áp dụng công nghệ thông tin càng ngày cấp thiết và đã liên tục diễn ra trong quá trình sản xuất để nhằm rút ngắn thời gian và nâng cao chất lượng sản phẩm. Ngày nay, việc lên bản vẽ thiết kế không chiếm nhiều thời gian của người thiết kế vì sự trợ giúp của các công cụ của công nghệ thông tin. Trong đó các phầm mềm hỗ trợ thiết kế đã luôn được dùng để tiến hành thiết kế chi tiết máy. Nhận thấy được tầm quan trọng đó em đã được thầy giao đề tài “Ứng dụng phần mềm Catia để thiết kế nhóm trục khuỷu trên động cơ YC6108ZLQB”. Đây là một đề tài mới đối với sinh viên ngành động lực, nó không những giúp cho em có điều kiện để chuẩn lại các kiến thức đã học ở trường mà còn có thể hiểu biết kiến thức nhiều hơn khi tiếp xúc với thực tế thiết kế. Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy Bùi Hà Trung các thầy cô trong khoa cùng với việc tìm hiểu, tham khảo các tài liệu liên quan và vận dụng các kiến thức được học, em đã cố gắng hoàn thành đề tài này. Mặc dù vậy, do kiến thức của em có hạn, đề tài mới, phần mềm mới chưa được phổ biến ở Việt Nam việc tìm kiếm tài liệu gặp nhiều khó khăn nên đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em mong các thầy cô góp ý, chỉ bảo thêm để kiến thức của em ngày càng hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn Bùi Hà Trung cùng các thầy cô trong khoa và các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ để em hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn Hưng Yên, ngày……tháng……năm 2022. Sinh viên thực hiện Phan Văn Quyền CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1. Mục đích, ý nghĩa của đề tài Ngày nay có rất nhiều phần mềm hỗ trợ cho công việc của người kỹ sư thiết kế. Giúp cho công việc của người thiết kế trở nên thuận lợi và tiết kiệm được rất nhiều thời gian. Trong các công đoạn của quá trình sản xuất cơ khí thì sự tiện ích của các phần mềm hỗ trợ thực sự có vai trò đóng góp hết sức to lớn. Từ việc lên bản vẽ thiết kế chi tiết máy đến việc mô phỏng lắp ghép và kiểm tra độ bền của các chi tiết máy trước khi đưa vào sản xuất thực tế. Do đó, các phần mềm hỗ trợ đã tiết kiệm rất nhiều thời gian và kinh tế trong sản xuất, hạn chế và tránh những sai sót gặp phải trong quá trình sản xuất thực tế. Phần mềm: “Catia thiết kế và mô phỏng các cơ cấu máy” là một trong những phầm mềm hỗ trợ cho những người đang học tập cũng như làm việc trong lĩnh vực thiết kế chi tiết và cơ cấu máy. Và hiện tại phần mềm này là một trong những phần mềm mới chưa được ứng dụng phổ biến đối với sinh viên và kỹ sư của chúng ta. Vì vậy em chọn nghiên cứu ứng dụng phần mềm Catia làm đề tài tốt nghiệp cho mình. Em đã thực hiện việc nghiên cứu học tập từ lý thuyết đến thực hành để sử dụng phần mềm Catia trong thiết kế và mô phỏng các cơ cấu máy. Em hy vọng đề tài này sẽ mang đến cách nhìn tổng quan về thiết kế và mô phỏng chi tiết, cơ cấu máy trong Catia. Tạo tiền đề cho việc nghiên cứu sâu hơn các tính năng mà phần mềm hổ trợ, giúp cho người kỹ sư có cách nhìn mới về thiết kế, mô phỏng 3D một cách chính xác và trung thực. 1.2. Tổng quan cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ đốt trong. 1.2.1 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền. 1.2.1.1. Nhiệm vụ Biến chuyển động tịnh tiến của Piston thành chuyển động quay của trục khuỷu để đưa công suất ra ngoài. 1.2.1.2. Điều kiện làm việc Trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền, mỗi chi tiết có điều kiện làm việc khác nhau: Trạng thái làm việc của trục khuỷu rất nặng: + Trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể, lực quán tính. Các lực này có trị số rất lớn và biến thiên theo chu kỳ nhất định nên có tính chất va đập mạnh. + Các lực tác dụng gây ra ứng suất uốn và xoắn trục đồng thời còn gây ra hiện tượng dao động dọc và dao động xoắn làm động cơ rung động mất cân bằng. + Các lực này còn gây ra hao mòn các bề mặt ma sát cổ trục và trục khuỷu. Đối với thanh truyền: Trong quá trình làm việc, thanh truyền chịu lực tổng hợp của lực khí thể và lực quán tính (P). Ngoài ra do thanh truyền chuyển động song phẳng nên nó cũng chịu lực quán tính tác dụng trên trọng tâm thanh truyền. Các lực này thường làm cho thanh truyền bị cong và bị xoắn. Đối với Piston: Điều kiện làm việc của Piston rất nặng nhọc vừa chịu tải trọng cơ học vừa chịu tải trọng nhiệt. Ngoài ra Piston còn chịu ma sát và ăn mòn. + Tải trọng cơ học: trong quá trình cháy, khí hổn hợp cháy sinh ra áp suất rất lớn trong buồng cháy, trong chu kỳ công tác áp suất khí thể thay đổi rất lớn vì vậy lực khí thể có tính chất va đập + Tải trọng nhiệt: trong quá trình cháy Piston trực tiếp tiếp xúc với sản vật cháy có nhiệt độ rất cao. Mà như vậy nhiệt độ của Piston và nhất là nhiệt độ phần đỉnh Piston củng rất cao. + Ma sát và ăn mòn: Trong quá trình làm việc Piston chịu ma sát khá lớn do thiếu dầu bôi trơn và lực ngang N ép Piston vào xi lanh, ma sát càng lớn do biến dạng của Piston. Ngoài ra đỉnh Piston tiếp xúc trực tiếp với sản vật cháy nên còn bị sản vật cháy ăn mòn. 1.2.2 Đặc điểm kết cấu của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền 1.2.2.1 Kết cấu nhóm trục khuỷu nguyên Trục khuỷu gồm có các phần: Đầu trục khuỷu, khuỷu trục (chốt, má,cổ trục khuỷu) và đuôi trục khuỷu. Hình 1.1 Kết cấu tổng thể đầu trục khuỷu Đầu trục khuỷu thường dùng để lắp bánh răng dẫn động bơm nước,bơm dầu bôi trơn, bơm cao áp, bánh đai (puly) để dẫn động quạt gió và đai ốc khởi động để khỏi động động cơ bằng tay quay. Các bánh răng chủ động hoặc bánh đai dẫn động lắp trên đầu trục khuỷu theo kiểu lắp căn hoặc lắp trung gian và đều là lắp bán nguyệt đai ốc hãm chặt bánh đai, phớt chắn dầu, ổ chắn dọc trục đều lắp trên đầu trục khuỷu. Ngoài ra các bộ phận thường gặp kể trên trong một số động cơ còn có lắp bộ giảm dao động xoắn của hệ trục khuỷu ở đầu trục khuỷu bộ dao động xoắn có tác dụng thu năng lương sinh ra do mô men kích thích trên hệ khuỷu do đó dập tắc dao động tắt dao động gây ra bỡi mô men. Bộ dao động xoắn thường lắp ở đầu trục khuỷu là nơi có biên độ dao động xoắn lớn nhất. Cổ trục : các cổ trục thường có cùng kích thước đường kính. (Đường kính cổ trục thường tính theo sức bền và điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn, quy định thời gian sử dụng và thời gian sửa chữa động cơ). Trong một vài động cơ cổ trục làm lớn dần theo chiều từ đầu đến đuôi trục để đảm bảo sức bền va ìkhả năng chiu lực của cổ trục được đồng đều hơn. Khi đường kính cổ trục tăng làm tăng thêm độ cứng vững trục khuỷu mặt khác mô men quán tính độc cực của trục khuỷu tăng lên, độ cứng chống xoắn của trục tăng lên mà khối lượng chuyển động quay hệ thống trục khuỷu vẫn không thay đổi. Hình 1.2 Kết cấu khuỷu trục Chốt khuỷu: có thể lấy đường kính của chốt khuỷu lấy bằng đường kính của cổ trục khuỷu, nhất là động cơ cao tốc do phụ tải và lực quán tính lớn muốn vậy để tăng khả năng khả năng làm việc bạc lót và chốt khuỷu người ta thường tăng đường kính chốt khuỷu. Như vậy kính thước và khối lượng đầu to thanh truyền đầu to sẽ tăng theo tần số dao động riêng sẽ giảm có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng trong phạm vi tốc độ sử dụng cho phép. Vì vậy cần phải lựa chọn chiều dài sao cho có thể thoã mãn điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn, và trục khuỷu có độ cúng vững lớn, do đó để giảm trọng lượng chốt khuỷu phải làm rỗng, chốt khuỷu rỗng có tác dụng chứa dầu bôi trơn bạc lót đầu to thanh truyền giảm khối lượng quay thanh truyền, lỗ rỗng trong chốt khuỷu có thể làm đồng tâm hoặc lệch tâm với chốt khuỷu. Má khuỷu: là bộ phận nối liền giữa cổ trục và chốt khuỷu, hình dạng má khuỷu chủ yếu phụ thuộc vào dạng động cơ, trị số áp suất khí thể và tốc độ quay của trục khuỷu. Khi thiết kế má khuỷu động cơ cần giảm trọng lượng , má khuỷu có nhiều dạng nhưng chủ yếu dạng má hình chữ nhật và hình tròn có kết cấu đơn giản dễ chế tạo, dạng má hình ô van có kết cấu phức tạp loại má khuỷu hình chữ nhật phân bố lợi dụng vật liệu không hợp do tăng khối lượng không cân bằng má khuỷu, má khuỷu dạng tròn sức bền cao có khả năng giảm chiều dày má do đó có thể tăng chiều dài cổ trục và chốt khuỷu và giảm mài mòn cổ trục và chốt khuỷu mặt khác má tròn dễ gia công. Đối trọng lắp trên khuỷu có hai tác dụng: + Cân bằng mô men lực quán tính không cân bằng động cơ chủ yếu là lực quán tính ly tâm nhưng đôi khi dùng để cân bằng lực quán tính chuyển động tịnh tiến như động cơ chữ V +Giảm phụ tải cho cổ trục nhất là giữa động cơ bốn kỳ có 4,6,8 xi lanh vì ở động cơ này có lực quán tính và mô men quán tính tự cân bằng nhưng ứng suất giữa cổ trục chịu ứng suất uốn lớn, khi dùng đối trọng mô men quán tính nói trên được cân bằng nên cổ trục giữa không chịu ứng suất uốn do lực quán tính mô men gây ra. Mặt khác trục khuỷu không phải là chi tiết cứng vững tuyệt đối và thân máy trong thực tế bị biến dạng nên trong động cơ dùng đối trọng để cân bằng. Hình 1.3 Kết cấu các dạng má khuỷu Đuôi trục khuỷu thường lắp với các chi tiết máy của động cơ truyền dẫn công suất ra ngoài máy công tác. Trục thu công suất động cơ thường đồng tâm với trục khuỷu, dùng mặt bích trục khuỷu để lắp bánh đà. Ngoài kết cấu dùng để lắp bánh đà trên đuôi trục khuỷu còn có lắp các bộ phận đặc biệt: +Bánh răng dẫn động cơ cấu phụ: Trong một vài loại động cơ do đặc điểm kết cấu phải bố trí dẫn động cơ cấu phụ phải lắp bánh răng đuôi trục khuỷu nên phía đuôi trục khuỷu phải có mặt bích để lắp bánh răng. +Vành chắn dầu trên đuôi trục khuỷu có tác dụng ngăn không cho dầu nhờn chảy ra khỏi các te. Các dạng trục khuỷu phụ thuộc vào số xi lanh, cách bố trí xi lanh số kỳ động cơ và thứ tự làm việc của các xi lanh kết cấu trục khuỷu phải đảm bảo động cơ làm việc đồng đều biên độ dao động và mô men xoắn tương đối nhỏ. Động cơ làm việc cân bằng ít rung động. Ứng suất sinh ra do dao động xoắn nhỏ. Công nghệ chế tạo giá thành rẻ. Kích thức của trục khuỷu phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách giữa hai đường tâm xi lanh, chiều dày của lót xi lanh và phương pháp làm mát. Đối với động cơ hai kỳ kích thước trục khuỷu còn phụ thuộc vào hệ thống quét thải. Hình 1.4 Kết cấu tổng thể trục khuỷu nguyên 1.2.2.2 Kết cấu trục khuỷu ghép Trục khuỷu ghép thường chế tạo riêng thành từng bộ phận. Cổ trục, má khuỷu, chốt khuỷu, ghép lại với nhau hoặc làm cổ trục riêng rồi ghép với khuỷu.Thường dùng trong động cơ cỡ lớn, trục khuỷu được chế tạo thành từng đoạn rồi ghép lại với nhau bằng mặt bích trục khuỷu lớn thường ghép trong động cơ cỡ lớn động cơ tàu thuỷ động cơ tĩnh đại nhưng cũng dùng trong động cơ cỡ nhỏ, như xe mô tô, động cơ xăng cỡ nhỏ, động cơ cao tốc có công suất lớn để để giảm hiện tượng dao động của trục cần rút ngắn chiều dài trục khuỷu . Hình 1.5 Kết cấu trục khuỷu ghép 1.2.2.3. Kết cấu trục khuỷu thiếu cổ Đặc điểm kết cấu trục khuỷu loại này kích thước nhỏ gọn nên có thể rút ngắn chiều dài của thân máy và giảm khối lượng động cơ. Trục khuỷu thiếu cổ có độ cứng vững kém vì vậy khi thiết kết cần kích thước cổ trục, chốt khuỷu đồng thời tăng chiều dày và chiều rộng má khuỷu để tăng độ cứng vững cho trục khuỷu.Thường dùng trong động cơ xăng ôtô máy kéo và động cơ điezen công suất nhỏ do phụ tải tác dụng lên cổ trục nhỏ. Hình 1.6 Kết cấu trục khuỷu thiếu cổ 1.2.2.4 Kết cấu trục khuỷu chữ V Loại trục khuỷu này thường dùng trong động cơ có hai hàng xi lanh góc lệch hai khuỷu kết tiếp 900 Trục khuỷu chữ V thường dùng trong động cơ có công suất cỡ trung bình và lớn, kết cấu phức tạp khó chế tạo, giá thành cao. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 2.1. Thông số động cơ ban đầu 2.1.1. Bảng thông số ban đầu TT Tên thông số Ký hiệu Gía trị Đơn vị Ghi chú 1 Kiểu động cơ YC6108ZLQB Động cơ diesel không tăng áp 2 Số kì  4 kỳ

NHẬN XÉT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

……… Hưng Yên, ngày…… tháng…… năm 2022

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

……… Hưng Yên ngày…… tháng…… năm 2022

Giáo viên phản biện

Mục Lục

LỜI NÓI ĐẦU 5

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 6

1.1 Mục đích, ý nghĩa của đề tài 6

1.2 Tổng quan cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền động cơ đốt trong .6

1.2.1 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc của cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền .6

1.2.1.1 Nhiệm vụ 6

1.2.1.2 Điều kiện làm việc 6

1.2.2 Đặc điểm kết cấu của cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền 7

1.2.2.1 Kết cấu nhóm trục khuỷu nguyên 7

1.2.2.2 Kết cấu trục khuỷu ghép 10

1.2.2.3 Kết cấu trục khuỷu chữ V 11

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 12

2.1 Thông số động cơ ban đầu 12

2.1.1 Bảng thông số ban đầu 12

2.1.2 Các thông số cần chọn 12

2.2 Tính toán các quá trình công tác 14

2.2.1 Tính toán quá trình nạp 14

2.2.2 Tính toán quá trình nén 16

2.2.3 Tính toán quá trình cháy : 17

2.2.4 Tính toán quá trình giãn nở 19

2.2.5 Tính toán các thông số chu trình công tác 20

2.3 Vẽ và hiệu đính đồ thị công 22

2.3.1 Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén 22

2.3.2 Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở 23

2.3.3 Chọn tỷ lệ xích và các điểm đặc biệt ., 24

2.3.4 Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công 25

2.3.5 Lần lượt hiệu định các điểm trên đồ thị 25

2.4 Tính toán động học và động lực học 29

2.4.1 Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học 29

2.4.1.2 Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α) 30

2.4.1.3 Đường biểu diễn gia tốc của piston j = f( x) 31

2.4.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến : 33

2.4.2.2 Các khối lượng chuyển động quay : 34

2.4.2.3 Lực quán tính : 34

2.4.2.4.Vẽ đường biểu diễn lực quán tính : 35

2.4.2.5 Đường biểu diễn v = ƒ(x) 37

2.4.2.6 Khai triển đồ thị công P–V thành p =ƒ(α) 38

2.4.2.7 Khai triển đồ thị P = ƒ(x) thành P = ƒ(α) 38

2.4.2.8 Vẽ đồ thị P = ƒ(α) .38

2.4.2.9 Xây dựng đồ thị T, Z theo α 39

2.5 Thông số ban đầu, thông số đã chọn 44

2.5.1 Các thông số đã chọn

2.6 Tính toán kiểm nghiệm bền trục khuỷu 51

2.6.1 Trường hợp chịu lực P Zmax 53

2.6.2 Trường hợp chịu lực tiếp tuyến lớn nhất (Tmax) 55

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG NHÓM PISTON BẰNG PHẦN MỀM CATIA 62

3.1 Ứng dụng catia 62

3.2 Chức năng của từng module 62

3.2.1 Các lệnh trong các module 66

3.2.1.2 Giao diện shape ( Thiết kế tạo hình bề mặt ) 88

3.2.1.5 Module Machining Simulation 91

3.3 Thiết kế 3D nhóm Trục khuỷu động cơ YC6108 ZLQB 92

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Giá trị quá trình nén và quá trình giãn nở 25

Bảng 2.2: Các thông số tính nhiệt 46

Bảng 2.3: Các thông số tính toán 48

Bảng 2.4: Các thông số tính toán 52

Bảng 2.5: Tìm khuỷu nguy hiểm 57

Bảng 2.6: Bảng xét dấu cảu ứng suất trên má khuỷu 61

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với việc phát triển của công nghệ thông tin và khoa học kỹ thuật với mức

độ chóng mặt trong thời đại ngày nay Đã kéo theo sự phát triển của các nghành nghềkhác có liên quan Với việc ứng dụng các thành tựu đạt được trong lĩnh vực công nghệthông tin đã giúp cho quá trình tự động hóa sản xuất của con người ngày một hoànthiện và tối ưu

Cùng với việc phát triển của công nghệ thông tin và khoa học kỹ thuật với mức

độ chóng mặt trong thời đại ngày nay Đã kéo theo sự phát triển của các nghành nghềkhác có liên quan Với việc ứng dụng các thành tựu đạt được trong lĩnh vực công nghệthông tin đã giúp cho quá trình tự động hóa sản xuất của con người ngày một hoànthiện và tối ưu

Đối với chuyên ngành cơ khí thì việc áp dụng công nghệ thông tin càng ngày cấpthiết và đã liên tục diễn ra trong quá trình sản xuất để nhằm rút ngắn thời gian và nângcao chất lượng sản phẩm Ngày nay, việc lên bản vẽ thiết kế không chiếm nhiều thờigian của người thiết kế vì sự trợ giúp của các công cụ của công nghệ thông tin Trong

đó các phầm mềm hỗ trợ thiết kế đã luôn được dùng để tiến hành thiết kế chi tiết máy.Nhận thấy được tầm quan trọng đó em đã được thầy giao đề tài “Ứng dụng phầnmềm Catia để thiết kế nhóm trục khuỷu trên động cơ YC6108ZLQB” Đây là một đềtài mới đối với sinh viên ngành động lực, nó không những giúp cho em có điều kiện đểchuẩn lại các kiến thức đã học ở trường mà còn có thể hiểu biết kiến thức nhiều hơnkhi tiếp xúc với thực tế thiết kế

Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy Bùi Hà Trung các thầy cô trongkhoa cùng với việc tìm hiểu, tham khảo các tài liệu liên quan và vận dụng các kiếnthức được học, em đã cố gắng hoàn thành đề tài này Mặc dù vậy, do kiến thức của em

có hạn, đề tài mới, phần mềm mới chưa được phổ biến ở Việt Nam việc tìm kiếm tàiliệu gặp nhiều khó khăn nên đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Em mong cácthầy cô góp ý, chỉ bảo thêm để kiến thức của em ngày càng hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn Bùi Hà Trungcùng các thầy cô trong khoa và các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ để em hoàn thành đồ ánnày

Em xin chân thành cảm ơn!

Hưng Yên, ngày……tháng……năm 2022

Sinh viên thực hiện

Phan Văn Quyền

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Mục đích, ý nghĩa của đề tài

Ngày nay có rất nhiều phần mềm hỗ trợ cho công việc của người kỹ sư thiết kế.Giúp cho công việc của người thiết kế trở nên thuận lợi và tiết kiệm được rất nhiềuthời gian Trong các công đoạn của quá trình sản xuất cơ khí thì sự tiện ích của cácphần mềm hỗ trợ thực sự có vai trò đóng góp hết sức to lớn Từ việc lên bản vẽ thiết kếchi tiết máy đến việc mô phỏng lắp ghép và kiểm tra độ bền của các chi tiết máy trướckhi đưa vào sản xuất thực tế Do đó, các phần mềm hỗ trợ đã tiết kiệm rất nhiều thờigian và kinh tế trong sản xuất, hạn chế và tránh những sai sót gặp phải trong quá trìnhsản xuất thực tế Phần mềm: “Catia thiết kế và mô phỏng các cơ cấu máy” là một trongnhững phầm mềm hỗ trợ cho những người đang học tập cũng như làm việc trong lĩnhvực thiết kế chi tiết và cơ cấu máy Và hiện tại phần mềm này là một trong những phầnmềm mới chưa được ứng dụng phổ biến đối với sinh viên và kỹ sư của chúng ta

Vì vậy em chọn nghiên cứu ứng dụng phần mềm Catia làm đề tài tốt nghiệp chomình Em đã thực hiện việc nghiên cứu học tập từ lý thuyết đến thực hành để sử dụngphần mềm Catia trong thiết kế và mô phỏng các cơ cấu máy

Em hy vọng đề tài này sẽ mang đến cách nhìn tổng quan về thiết kế và mô phỏngchi tiết, cơ cấu máy trong Catia Tạo tiền đề cho việc nghiên cứu sâu hơn các tính năng

mà phần mềm hổ trợ, giúp cho người kỹ sư có cách nhìn mới về thiết kế, mô phỏng 3Dmột cách chính xác và trung thực

1.2 Tổng quan cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền động cơ đốt trong.

1.2.1 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc của cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền.

1.2.1.1 Nhiệm vụ

Biến chuyển động tịnh tiến của Piston thành chuyển động quay của trục khuỷu đểđưa công suất ra ngoài

1.2.1.2 Điều kiện làm việc

Trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền, mỗi chi tiết có điều kiện làm việc khác nhau:

- Trạng thái làm việc của trục khuỷu rất nặng:

+ Trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể, lực quán tính Các lực này có trị sốrất lớn và biến thiên theo chu kỳ nhất định nên có tính chất va đập mạnh

+ Các lực tác dụng gây ra ứng suất uốn và xoắn trục đồng thời còn gây ra hiệntượng dao động dọc và dao động xoắn làm động cơ rung động mất cân bằng

+ Các lực này còn gây ra hao mòn các bề mặt ma sát cổ trục và trục khuỷu

- Đối với thanh truyền: Trong quá trình làm việc, thanh truyền chịu lực tổng hợpcủa lực khí thể và lực quán tính (P) Ngoài ra do thanh truyền chuyển động song

phẳng nên nó cũng chịu lực quán tính tác dụng trên trọng tâm thanh truyền Các lựcnày thường làm cho thanh truyền bị cong và bị xoắn.

- Đối với Piston: Điều kiện làm việc của Piston rất nặng nhọc vừa chịu tải trọng

cơ học vừa chịu tải trọng nhiệt Ngoài ra Piston còn chịu ma sát và ăn mòn

+ Tải trọng cơ học: trong quá trình cháy, khí hổn hợp cháy sinh ra áp suất rất lớntrong buồng cháy, trong chu kỳ công tác áp suất khí thể thay đổi rất lớn vì vậy lực khíthể có tính chất va đập

+ Tải trọng nhiệt: trong quá trình cháy Piston trực tiếp tiếp xúc với sản vật cháy

có nhiệt độ rất cao Mà như vậy nhiệt độ của Piston và nhất là nhiệt độ phần đỉnhPiston củng rất cao

+ Ma sát và ăn mòn: Trong quá trình làm việc Piston chịu ma sát khá lớn do thiếudầu bôi trơn và lực ngang N ép Piston vào xi lanh, ma sát càng lớn do biến dạng củaPiston Ngoài ra đỉnh Piston tiếp xúc trực tiếp với sản vật cháy nên còn bị sản vật cháy

ăn mòn

1.2.2 Đặc điểm kết cấu của cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền

1.2.2.1 Kết cấu nhóm trục khuỷu nguyên

Trục khuỷu gồm có các phần: Đầu trục khuỷu, khuỷu trục (chốt, má,cổ trụckhuỷu) và đuôi trục khuỷu

Hình 1.1 Kết cấu tổng thể đầu trục khuỷu

Đầu trục khuỷu thường dùng để lắp bánh răng dẫn động bơm nước,bơm dầu bôitrơn, bơm cao áp, bánh đai (puly) để dẫn động quạt gió và đai ốc khởi động để khỏiđộng động cơ bằng tay quay Các bánh răng chủ động hoặc bánh đai dẫn động lắp trên

đầu trục khuỷu theo kiểu lắp căn hoặc lắp trung gian và đều là lắp bán nguyệt đai ốchãm chặt bánh đai, phớt chắn dầu, ổ chắn dọc trục đều lắp trên đầu trục khuỷu.

Ngoài ra các bộ phận thường gặp kể trên trong một số động cơ còn có lắp bộgiảm dao động xoắn của hệ trục khuỷu ở đầu trục khuỷu bộ dao động xoắn có tác dụngthu năng lương sinh ra do mô men kích thích trên hệ khuỷu do đó dập tắc dao động tắtdao động gây ra bỡi mô men

Bộ dao động xoắn thường lắp ở đầu trục khuỷu là nơi có biên độ dao động xoắnlớn nhất

Cổ trục : các cổ trục thường có cùng kích thước đường kính (Đường kính cổ trụcthường tính theo sức bền và điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn, quy định thờigian sử dụng và thời gian sửa chữa động cơ)

Trong một vài động cơ cổ trục làm lớn dần theo chiều từ đầu đến đuôi trục đểđảm bảo sức bền va ìkhả năng chiu lực của cổ trục được đồng đều hơn

Khi đường kính cổ trục tăng làm tăng thêm độ cứng vững trục khuỷu mặt khác

mô men quán tính độc cực của trục khuỷu tăng lên, độ cứng chống xoắn của trục tănglên mà khối lượng chuyển động quay hệ thống trục khuỷu vẫn không thay đổi

Hình 1.2 Kết cấu khuỷu trục

Chốt khuỷu: có thể lấy đường kính của chốt khuỷu lấy bằng đường kính của cổtrục khuỷu, nhất là động cơ cao tốc do phụ tải và lực quán tính lớn muốn vậy để tăngkhả năng khả năng làm việc bạc lót và chốt khuỷu người ta thường tăng đường kínhchốt khuỷu

Như vậy kính thước và khối lượng đầu to thanh truyền đầu to sẽ tăng theo tần sốdao động riêng sẽ giảm có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng trong phạm vi tốc độ sửdụng cho phép Vì vậy cần phải lựa chọn chiều dài sao cho có thể thoã mãn điều kiệnhình thành màng dầu bôi trơn, và trục khuỷu có độ cúng vững lớn, do đó để giảm trọnglượng chốt khuỷu phải làm rỗng, chốt khuỷu rỗng có tác dụng chứa dầu bôi trơn bạclót đầu to thanh truyền giảm khối lượng quay thanh truyền, lỗ rỗng trong chốt khuỷu

có thể làm đồng tâm hoặc lệch tâm với chốt khuỷu

Má khuỷu: là bộ phận nối liền giữa cổ trục và chốt khuỷu, hình dạng má khuỷuchủ yếu phụ thuộc vào dạng động cơ, trị số áp suất khí thể và tốc độ quay của trụckhuỷu

Khi thiết kế má khuỷu động cơ cần giảm trọng lượng , má khuỷu có nhiều dạngnhưng chủ yếu dạng má hình chữ nhật và hình tròn có kết cấu đơn giản dễ chế tạo,dạng má hình ô van có kết cấu phức tạp loại má khuỷu hình chữ nhật phân bố lợi dụngvật liệu không hợp do tăng khối lượng không cân bằng má khuỷu, má khuỷu dạng trònsức bền cao có khả năng giảm chiều dày má do đó có thể tăng chiều dài cổ trục và chốtkhuỷu và giảm mài mòn cổ trục và chốt khuỷu mặt khác má tròn dễ gia công

Đối trọng lắp trên khuỷu có hai tác dụng:

+ Cân bằng mô men lực quán tính không cân bằng động cơ chủ yếu là lực quántính ly tâm nhưng đôi khi dùng để cân bằng lực quán tính chuyển động tịnh tiến nhưđộng cơ chữ V

+Giảm phụ tải cho cổ trục nhất là giữa động cơ bốn kỳ có 4,6,8 xi lanh vì ở động

cơ này có lực quán tính và mô men quán tính tự cân bằng nhưng ứng suất giữa cổ trụcchịu ứng suất uốn lớn, khi dùng đối trọng mô men quán tính nói trên được cân bằngnên cổ trục giữa không chịu ứng suất uốn do lực quán tính mô men gây ra Mặt kháctrục khuỷu không phải là chi tiết cứng vững tuyệt đối và thân máy trong thực tế bị biếndạng nên trong động cơ dùng đối trọng để cân bằng

+Vành chắn dầu trên đuôi trục khuỷu có tác dụng ngăn không cho dầu nhờn chảy

ra khỏi các te

Các dạng trục khuỷu phụ thuộc vào số xi lanh, cách bố trí xi lanh số kỳ động cơ

và thứ tự làm việc của các xi lanh kết cấu trục khuỷu phải đảm bảo động cơ làm việcđồng đều biên độ dao động và mô men xoắn tương đối nhỏ

- Động cơ làm việc cân bằng ít rung động

- Ứng suất sinh ra do dao động xoắn nhỏ

- Công nghệ chế tạo giá thành rẻ

Kích thức của trục khuỷu phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách giữa hai đườngtâm xi lanh, chiều dày của lót xi lanh và phương pháp làm mát Đối với động cơ hai kỳkích thước trục khuỷu còn phụ thuộc vào hệ thống quét thải

Hình 1.3 Kết cấu tổng thể trục khuỷu nguyên

1.2.2.2 Kết cấu trục khuỷu ghép

Trục khuỷu ghép thường chế tạo riêng thành từng bộ phận Cổ trục, má khuỷu,chốt khuỷu, ghép lại với nhau hoặc làm cổ trục riêng rồi ghép với khuỷu.Thường dùngtrong động cơ cỡ lớn, trục khuỷu được chế tạo thành từng đoạn rồi ghép lại với nhaubằng mặt bích trục khuỷu lớn thường ghép trong động cơ cỡ lớn động cơ tàu thuỷđộng cơ tĩnh đại nhưng cũng dùng trong động cơ cỡ nhỏ, như xe mô tô, động cơ xăng

cỡ nhỏ, động cơ cao tốc có công suất lớn để để giảm hiện tượng dao động của trục cầnrút ngắn chiều dài trục khuỷu

Hình 1.4 Kết cấu trục khuỷu ghép

1.2.2.3 Kết cấu trục khuỷu thiếu cổ

Đặc điểm kết cấu trục khuỷu loại này kích thước nhỏ gọn nên có thể rút ngắnchiều dài của thân máy và giảm khối lượng động cơ

Trục khuỷu thiếu cổ có độ cứng vững kém vì vậy khi thiết kết cần kích thước cổtrục, chốt khuỷu đồng thời tăng chiều dày và chiều rộng má khuỷu để tăng độ cứngvững cho trục khuỷu.Thường dùng trong động cơ xăng ôtô máy kéo và động cơ điezencông suất nhỏ do phụ tải tác dụng lên cổ trục nhỏ

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI2.1 Thông số động cơ ban đầu

2.1.1 Bảng thông số ban đầu

ZLQB

Động cơ diesel không tăng áp

15 Suất tiêu hao nhiên liệu ge 227 g/ml.h

Dung tích công tác Vh:

V = \f(π.D.S,4 = 3 ,14.1 , 082.1 ,32 1,209236 (dm3)

2.1.2 Các thông số cần chọn :

1)Áp suất môi trường:pk

Áp suất môi trường pk là áp suất khí quyển trước khi nạp vào đông cơ (với động

cơ không tăng áp ta có áp suất khí quyển bằng áp suất trước khi nạp nên ta chọn Pk=Po

Ở nước ta nên chọn Pk=Po = 0,1 (MPa)

2 )Nhiệt độ môi trường :Tk

Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm

Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độtrước xupap nạp nên :

Tk =T0 =24ºC =297K

3 )Áp suất cuối quá trình nạp :Pa

Áp suất Pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại đông cơ, tính năngtốc độ n, hệ số cản trên đường nạp, tiết diện lưu thông… Vì vậy cần xem xét đông cơđang tính thuộc nhóm nào để lựa chọn Pa

Áp suất cuối quá trình nạp pa có thể chọn trong phạm vi:

p a =(0,80,9).p k = (0,80,0).0,1=0,080,09 (MPa)

Căn cứ vào động cơ yc6108zlqb đang tính ta chọn: pa =0,09 (Mpa)

4 )Áp suất khí thải P :

Áp suất khí thải cũng phụ thuộc giống như p

Áp suất khí thải có thể chọn trong phạm vi :

p = (1,11,15).0,1 =0,110,115 (MPa)

chọn P = 0,11 (MPa)

5 )Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T

Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thànhhỗn hợp khí ở bên ngoài hay bên trong xi lanh

Với động cơ diezel : ∆T=0ºC  20ºC

Hệ số hiệu định tỷ nhiệt λ được chọn theo hệ số dư lượng không khí α để hiệu đính Thông thường có thể chọn λ theo bảng sau :

Đối với động cơ đang tính là động cơ diesel có α > 1,4 có thể chọn λ=1,1

8 )Hệ số quét buồng cháy λ :

Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta chọn λ =1

9 )Hệ số nạp thêm λ

Hệ số nạp thêm λ phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí Thông thường ta có thể chọn λ =1,02÷1,07 ; ta chọn λ =1,07

10 )Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ :

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ,ξ phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ với các loại đ/c điezen ta thường chọn : ξ=0,70-0,85

Chọn : ξ=0,72

11 )Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ :

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ tùy thuộc vào loại động cơ xăng hay là động

cơ diesel ξ bao giờ cũng lớn hơn ξ

Với các loại đ/c diesel ta thường chọn : ξ =0,80-0,90

Nhưng đây là đ/c diesel nên ta chọn φ = 0,92

2.2 Tính toán các quá trình công tác :

2.2.1 Tính toán quá trình nạp :

1 )Hệ số khí sót γ :

Hệ số khí sót γ được tính theo công thức :

γ= \f(λ,T \f(P,P \f(p,p\f(1,m\a\ac\vs2(\f(1,

Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót m =1,45÷1,5

2 )Nhiệt độ cuối quá trình nạp T

Nhiệt độ cuối quá trình nạp T đươc tính theo công thức:

227.1 ,2694 297 = 0,3314 (kmol/kg nhiên liệu)

5 )Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M :

Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M được tính theo công thức :

M = \f(1, (kmol/kg) nhiên liệu

Vì đây là đ/c diesel nên ta chọn C=0,87 ; H=0,126 ;O=0,004

M = \f(1, (\f(,12 + \f(,4 - \f(,32 ) =0,4946 (kmol/kgnhiên liệu)

6 )Hệ số dư lượng không khí α

Vì đây là động cơ diesel nên :

α = \f(M,M = 0 ,33140,4946 = 0,6701

2.2.2 Tính toán quá trình nén :

1 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí :

= a’v+ b’vT = 19,806+0,00209T (kJ/kmol.độ)

2 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy :

Khi hệ số lưu lượng không khí α >1 tính theo công thức sau :

= \f(,α + \f(1,2 \f(,α.10 T (kJ/kmol.độ)

= 22,30548 + 0,00353T

3 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp :

Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén tính theo công thức sau :

= \f(+γ.,1+γ =19,806+0,00209T +0 ,03.(22,30548+0,00353T )1

+0,0222

= 19,860 + 0,00212T (kJ/kmol.độ)

4 ) Chỉ số nén đa biến trung bình n:

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào thong số kết cấu và thong số vậnhành như kích thước xi lanh ,loại buồng cháy,số vòng quay ,phụ tải,trạng thái nhiệt độ

của động cơ…Tuy nhiên n tăng hay giảm theo quy luật sau :

Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n tăng Chỉ số nén

đa biến trung bình n được xác bằng cách giải phương trình sau :

n-1 = \f(b',2\a\ac\vs2(n-1\f(,a'+.T.

Chú ý :thông thường để xác định được n ta chọn n trong khoảng 1,340÷1,390 Rất hiếm trường hợp đạt n trong khoảng 1,400 ÷ 1,410

→ (theo sách Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong - trang 128 )

Vì vậy ta chọn n theo điều kiện bài toán cho đến khi nào thõa mãn điều kiện bài toán: Thay n vào VT và VP của phương trình trên và so sánh, nếu sai số giữa 2

vế của phương trình thõa mãn <0,2% thì đạt yêu cầu

Sau khi chọn các giá trị của n ta thấy n =1,3680 thõa mãn điều kiện bài toán

5 )Áp suất cuối quá trình nén P :

Áp suất cuối quá trình nén P được xác định theo công thức :

P = P ε\a\ac\vs2(n = 0,09 17 ,51,368 0 = 4,5156 (MPa)

6 )Nhiệt độ cuối quá trình nén T :

Nhiệt độ cuối quá trình nén T được xác định theo công thức

T = T ε\a\ac\vs2(n-1 = 332,4. 17 ,51,3680−1 = 953,1 ( ºK )

7 )Lượng môi chất công tác của quá trình nén M :

Lượng môi chất công tác của quá trình nén M được xác định theo công thức :

M = M+ M = M. = 0,3314.(1+0,0222) = 0,339

2.2.3 Tính toán quá trình cháy :

1 )Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β:

Ta có hệ số thay đổi phần tử lý thuyết β được xác định theo công thức :

= 1,0954

2 )Hệ số thay đổi phân tư thưc tế β: ( Do có khí sót )

Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác đinh theo công thức :

β = r r \f(β+γ,1+γ =1,0954+0,02221+0,0222 =1,0934

3 )Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z β : (Do cháy chưa hết )

Ta có hệ số thay đổi phân tư thực tế tại điểm z β được xác định theo công thức:

Ta có lượng sản vật cháy M đươc xác định theo công thức :

M= M +ΔM = β M = 1,0954.0,3314 =0,3631

5 )Nhiệt độ tại điểm z T :

* Đối với động cơ diesel, tính nhiệt độ T bằng cách giải pt cháy :

khi α > 0 ta có:

r \f(ξ.Q,M + T = β T

Trong đó :

Q : là nhiệt trị của dầu diesel ,Q =42,5 10 ( kJ/kgn.l )

:là tỉ nhiệt mol đẳng áp trung bình của sản vật cháy tại z là :

6 )Áp suất tại điểm z p :

Ta có áp suất tại điểm z p được xác định theo công thức :

p =λ P ( MPa )

Với λ là hệ số tăng áp

λ= β \f(T,T

CHÚ Ý : -Đối với động cơ diesel hệ số tăng áp λ được chọn sơ bộ ở phần thông

số chọn Sau khi tính toán thì hệ số giãn nở ρ (ở quá trình giãn nở) phải đảm bảo

ρ<λ,nếu không thì phải chọn lại λ

Ở đây ta chọn λ =1,6

Vậy p = 1,6.4,5156=7,225

2.2.4 Tính toán quá trình giãn nở :

Đối với động cơ diesel Q= Q Q = 42,500 (kJ/kg n.l)

Qua kiệm nghiêm tính toán thì ta chọn đươc n =1,1695 Thay n vào 2 vế của pt trên ta so sánh ,ta thấy sai số giữa 2 vế <0,2% nên n chọn là đúng

4 )Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T :

T= \a\ac\vs2(n–1\f(T,δ = 2849 , 0

17 ,5 1 ,1695−1 =1976,7( ºK )

5 )Áp suất cuối quá trình giãn nở p :

Áp suất cuối quá trình giãn nở P được xác định theo CT :

Ta tính được T =1135,62 ( ºK ).So sánh với nhiệt độ khí thải đã chon ban đầu

thõa mãn điều kiện không vượt quá 15 %

2.2.5 Tính toán các thông số chu trình công tác

1 )Áp suất chỉ thị trung bình p' :

Đây là đông cơ diesel áp suất chỉ thị trung bình P' được xác định theo CT :

p'i = \f(P,ε–1 \f(λ.ρ,n–1\a\ac\vs2(n–1\f(1,δ\f(1,n–1\a\ac\vs2(n–1\f(1,ε

Qua tính toán thực nghiệm ta tính được P' = 1,5664 (MPa)

3 )Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g :

Ta có công thức xác định suất tiêu hoa nhiên liệu chỉ thị g:

g= \f(432.10.η.P,M.P.T = 432.103.0 , 8927 0 ,1

0 ,3314 1,4410 297 =271,86 (g/kW.h)

4 )Hiệu suất chỉ thi η:

Ta có công thức xác định hiệu suất chỉ thị η :

η = \f(,g.Q = 3 ,6.1 03

271 , 86 42 ,500 =0,3316

5 )Áp suất tổn thất cơ giới P :

Áp suất tổn thất cơ giới được xác định theo nhiều công thức khác nhau và đươcbiểu diễn bằng quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ.Ta có tốc độtrung bình của động cơ là :

7 )Hiệu suất cơ giới η :

Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới:

η = =

1,2681

8 )Suất tiêu hao nhiên liệu g :

Ta có có thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là:

Căn cứ vào các số liệu đã tính , p , p , p , p ,n, n, ε ta lập bảng tính đường nén

và đường giãn nở theo biến thiên của dung tích công tác V = i.V

V : Dung tích buồng cháy

V = \f(V,ε–1 = 17 ,51,20924

−1 = 0,07328 (dm3 )

Các thông số ban đầu: p = 0 ,11 MPa ; p = 0,09MPa; p= 4,5156 MPa

p = 7,225 MPa ; p = 0,5801 MPa

2.3.1 Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén :

- Phương trình đường nén đa biến :

P.V\a\ac\vs2(n = const

Khi đó x là điểm bất kỳ trên đường nén thì :

P V\a\ac\vs2(n = P V\a\ac\vs2(n

P = P \f(V,V\a\ac\vs2(n\f(1, = P \a\ac\vs2(n\f(1,i = \a\ac\vs2(n\f(P,i

n : Chỉ số nén đa biến trung bình n = 1,368

P : Áp suất cuối quá trình nén P = 4.5156 ( MPa)

2.3.2 Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở :

- Phương trình của đường giãn nở đa biến :

P.V\a\ac\vs2(n = const

Khi đó x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì :

P V\a\ac\vs2(n = P V\a\ac\vs2(n → P = P \f(V,V\a\ac\vs2(n\f(1,

Ta có : ρ = \f(V,V : Hệ số giãn nở khi cháy ρ = chọn ρ = 1,2377

V = ρ.V Vậy P = P \f(V,ρ.V\a\ac\vs2(n\f(1, = \a\ac\vs2(n\f(V,V\a\ac\vs2(n\ f(P.ρ, = \a\ac\vs2(n\a\ac\vs2(n\f(P.ρ,i = P \f(ρ,i\a\ac\vs2(n

n : Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n = 1,1695

P : Áp suất tại điểm z : P = 7,225 (MPa)

- Giá trị biểu diễn của các thông số trên đồ thị:

+ Giá trị biểu diễn của thể tích buông cháy Vcbd

Vậy các điểm đặc biệt đó là:

+ Điểm cuối quá trình hút: a(Va;Pa) = (1,2840;0,09) (dm3; MPa)+ Điểm cuối quá trình nén: c(Vc;Pc) = (0,07328;4,5156) (dm3; MPa )

+ Điểm cuối quá trình cháy: z(Vz;Pz) = (0,1489;7,225) (dm3; MPa )

+ Điểm cuối quá trình giản nở: b(Va;Pb) = (1,2840;0,5801) (dm3; MPa)

+ Điểm cuối quá trình thải: r(Vc;Pr) = (0,07328;0,11) (dm3; MPa)

- Gócđóng muộn xupap nạp α2 = 400 xác định được a’

- Góc mở sớm xupap thải 1 = 400 xác định được b’

- Góc đóng muộn xupap thải 2 = 100 xác định được r’’

- Gócphun sớm φs = 220 xác định được c’

2.3.5 Lần lượt hiệu định các điểm trên đồ thị :

1 ) Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp : (điểm a)

Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc mở sớm xupap nạp α1, bán kính nàycắt đường tròn tại điểm a’ Từ a’ gióng đường thẳng song song với trục tung cắt

đường P tại điểm a Nối điểm r trên đường thải ( là giao điểm giữa đường P và trục tung ) với a ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp.

2 ) Hiệu định áp suất cuối quá trình nén : ( điểm c’)

Áp suất cuối quá trình nén thực tế do hiện tượng phun sớm (động cơ diesel ) nênthường chọn áp suất cuối quá trình nén

Lý thuyết P đã tính Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quá trình nén thực tế P’ được xác định theo công thức sau :

Vì đây là động cơ diesel :

P’ = P + \f(1,3.( P - P ) = 4,5156+ \f(1,3 ( 7,225- 4,5156) =5,4187 ( MPa )

Từ đó xác định được tung độ điểm c’ trên đồ thị công :

y = =

5,41870,029 = 186,85 (mm )

3 ) Hiệu chỉnh điểm phun sớm : ( điểm c’’ )

Do hiện tương phun sớm nên đường nén trong thực tế tách khỏi đường nén lýthuyết tại điểm c’’ Điểm c’’ được xác định bằng cách Từ điểm O’ trên đồ thị Brick taxác định được góc đánh lửa sớm θ, bán kính này cắt vòng tròn Brick tại 1 điểm Từđiểm gióng này ta gắn song song với trục tung cắt đường nén tại điểm c’ Dùng mộtcung thích hợp nối điểm c’’ với điểm c’

4 )Hiệu đính điểm đạt P thực tế

Áp suất p thực tế trong quá trình cháy - giãn nở không duy trì hằng số như động cơ diesel ( đoạn ứng với ρ.V ) nhưng cũng không đạt được trị số lý thuyết như động cơ xăng Theo thực nghiệm, điểm đạt trị số áp suất cao nhất là điểm thuộc miền vào khoảng 372° ÷ 375° ( tức là 12° ÷ 15° sau điểm chết trên của quá trình cháy và giãn nở )

Hiệu định điểm z của động cơ điezel :

- Cắt đồ thị công bởi đường 0,735.P z =5,31MPa

- Xác định điểm Z từ góc 12o: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc tươngứng với 372o góc quay trục khuỷu, bán kính này cắt vòng tròn tại 1 điểm Từ điểm này

ta gióng song song với trục tung cắt đường 0,735.P z tại điểm z

- Dùng cung thích hợp nối c’ với z và lượn sát đường giãn nở

5 ) Hiệu định điểm bắt đầu quá trình thải thực tế : ( điểm b’ )

Do có hiện tượng mở sớm xupap thải nên trong thực tế quá trình thải thực sựdiễn ra sớm hơn lý thuyết Ta xác định điểm b bằng cách : Từ điểm O’trên đồ thị

Brick ta xác định góc mở sớm xupáp thải β,bán kính này cắt đường tron Brick tại 1 điểm.Từ điểm này ta gióng đường song song với trục tung cắt đường giãn nở tại điểm b’.

6 ) Hiệu định điểm kết thúc quá trình giãn nở : ( điểm b’’ )

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế P thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn nở lý thuyết do xupap thải mở sớm Theo công thức kinh nghiệm ta có thể xác

Hình 2.1: Đồ thị công chỉ thị

2.4 Tính toán động học và động lực học

2.4.1 Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học:

Các đường biểu diễn này đều vẽ trên 1 hoành độ thống nhất ứng với hành trìnhpiston

S = 2R Vì vậy độ thị đều lấy hoành độ tương ứng với V của độ thị công ( từ điểm 1.V đến ε.V )

2.4.1.1 Đường biểu diễn hành trình của piston x = ƒ(α)

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn hành trình của piston theo trình tự sau:

1 Chọn tỉ xích góc: ở đây ta chọn tỉ lệ xích 2 mm/độ

2 Chọn gốc tọa độ cách gốc cách độ thị công khoảng 150 ÷ 180 mm

3 Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 10°, 20°,…….180°

4 Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 10°, 20°,…….180°tương ứng trên trục tung của đồ thị của x = ƒ(α) ta được các điểm xác định chuyển vị xtương ứng với các góc 10°,20°,… 180°

5 Nối các điểm xác định chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ x = f(α)

Hình 2.2: Đồ thị x= f(α)

2.4.1.2 Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α).

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α) Theo phương pháp

đồ thị vòng Tiến hành theo các bước cụ thể sau:

1.Vẻ nửa vòng tròn tâm O bán kính R = 66 (mm), phía dưới đồ thị x = f(α) Sátmép dưới của bản vẽ

5 Nối tại các điểm a,b,c,… Tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độpiston thể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắt vòng trònbán kính R tạo với trục hoành góc α đến đường cong a,b,c… Đồ thị này biểu diễnquan hệ v = f(α) trên tọa độ độc cực :

Hình 2.3: Đồ thị v = f(α)

2.4.1.3 Đường biểu diễn gia tốc của piston j = f( x)

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston theo phương pháp Tôlê ta vẽtheo các bước sau :

3 Lấy đoạn thẳng AB trên trục OS Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy AC

= j , từ điểm B tương ứng điểm chết dưới lấy BD = j, nối CD cắt trục hoành ở E ; lấy EF = –3.R.λ.ω về phía BD Nối CF với FD, chia các đoạn này làm 4 phần, nối 11’, 22’, 33’, 44’ Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11’, 22’, 33’, 44’ ta được đường cong biểu diễn quan hệ j = ƒ(x)

Hình 2.4: Đồ thị gia tốc

2.4.2 Tính toán động học :

2.4.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến :

- Khối lượng nhóm piton m = 2,5 Kg

- Khối lượng nhóm thanh truyền mtt = 3 Kg

- Khối lượng thanh truyền phân bố về tâm chốt piston

+ ) Khối lương thanh truyền phân bố về tâm chốt piston m có thể tra

trong các các sổ tay ,có thể cân các chi tiết của nhóm để lấy số liệuhoặc có thể tính gần đúng theo bản vẽ

+ ) Hoặc có thể tính theo công thức kinh nghiêm sau :

Đối với động cơ diesel ta có: m =

Trong đó =3 là khối lượng thanh truyền mà đề bài đã cho

Vậy m = ( 0,275  0,35 ).3 = (0,825  1,05) Chọn m1= 1 kg

Vậy ta xác định đươc khối lượng tịnh tiến mà đề bài cho là :

m = m + m = 2,5 + 1 =3,5 (Kg)

2.4.2.2 Các khối lượng chuyển động quay :

Hình 2.5 Xác định khối lượng khuỷu trục

Khối lượng chuyển động quay của một trục khuỷu bao gồm :

- Khối lượng của thanh truyền quy dẫn về tâm chốt :

l : Là chiều của chốt khuỷu : 46

ρ : Là khối lượng riêng của vật liệu làm chốt khuỷu

Lực quán tính chuyển động tịnh tiến :

P = - m.j = -m.R.ω.( cos α + λ.cos 2α ) = -13386,66(cos α + λ.cos 2α )

Với thông số kết cấu λ ta có bảng 2.2 tính P :

α A =cos α + λ.cos 2α = - 13386,66.( cos α + λ.cos 2α )

2.4.2.4.Vẽ đường biểu diễn lực quán tính :

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn lực quán tính theo pp Tolê nhưng hoành độ đặt

trùng với đường p ở đồ thị công và vẽ đường - =ƒ(x) (tức cùng chiều với j = ƒ(x))

Ta tiến hành theo bước sau :

1 ) Chọn tỷ lệ xích của là μ = 0,0289 (cùng tỉ lệ xích với áp suất p ) (MPa/mm),

Tỉ lệ xích μ cùng tỉ lệ xích với hoành độ của j = ƒ(x)

Chú ý :

Ở đây lực quán tính p sở dĩ có đơn vị là MPa (tính theo đơn vị áp suất ) bởi vì

được tính theo thành phần lực đơn vị (trên 1 đơn vị diện tích đỉnh piston )để tạo điềukiện cho công việc công tác dụng lực sau này của lực khí thể và lực quán tính

Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11’, 22’, 33’, 44’ Ta đuợc đường cong biểu

diễn quan hệ –P = ƒ(x)

Hình 2.6: Đồ thị quán tính

2.4.2.5 Đường biểu diễn v = ƒ(x)

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn quan hệ v = ƒ(x) dựa trên 2 đồ thị là đồ thị

đó là x = ƒ(x) và đồ thị v = ƒ(x) (sử dụng theo pp đồ thị vòng ).Ta tiến hành theo

3 ) Nối các điểm trên đồ thị ta được đường biểu diễn quan hệ v = ƒ(x)

Chú ý : nếu vẽ đúng điểm v sẽ ứng với j = 0

2.4.2.6 Khai triển đồ thị công P–V thành p =ƒ(α)

Để thuận tiện cho việc tính toán sau này ta tiến hành khai triển đồ thị công P–V

thành đồ thị p =ƒ(α).Khai triển đồ thị công theo trình tự sau :

1 ) Chọn tỷ lệ xích μ = 2°/ 1mm Như vậy toàn bộ chu trình 720° sẽ ứng với

360 mm Đặt hoành độ α này cùng trên đường đậm biểu diễn P và cách điểm chết dưới của đồ thị công khoảng 4÷5 cm

+ ) Khi khai triển cần cận thận 1 đoạn có độ dốc tăng trưởng và đột

biến lớn của p từ 330° ÷ 400° ,nên lấy thêm điểm ở đoạn này để vẽ

nở và thải của động cơ

Khai triển đồ thị P = ƒ(x) thành đồ thị P = ƒ(α) tương tự như cách ta khai triển

đồ thị công ( thông qua vòng tròn Brick ) chỉ có điều cần chú ý là đồ thị trước là ta biểu diễn đồ –P = ƒ(x) nên cần lấy lại giá trị P cho chính xác.

2.4.2.8 Vẽ đồ thị P = ƒ(α).

Ta tiến hành vẽ đồ thị P = ƒ(α) bằng cách ta cộng 2 đồ thị là đồ thị là độ thị

Hình 2.8: Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

Lực tác dụng trên chốt piston P là hợp lực của lực quán tính và lực khí thể Nó tác dụng lên chốt piston và đẩy thanh truyền Phân tích P thành hai thành phần:

- Ptt: tác dụng lên đường tâm thanh truyền

- N: tác dụng trên phương thẳng góc với đường tâm xi lanh

- Ta có quan hệ Ptt , N: Ptt = ; N = P tgβ

Phân tích Ptt làm hai thành phần lực: Lực tiếp truyến T và lực pháp truyến Z:

T = Ptt sin(= P.

sin(α+β ) cos β

Z = Ptt cos(= P

cos(α+β ) cos β

Từ đồ thị P-α tiến hành đo giá trị biểu diễn của P theo theo , 400,

Vẽ 2 đường này theo trình tự sau :

- Bố trí hoành độ α ở dưới đường P , tỷ lệ xích μ = 2°/ 1 mm sao cho đường biểu diễn nằm ở khoảng giữa tờ giấy kẻ ly A ( có thể chọn trùng với đường biểu diển hoành độ của đồ thị j = ƒ(α) )

- Căn cứ vào thông số kết cấu λ = R/l, dựa vào các công thức trên và dựa vào đồ thị P = ƒ(α) ta xác định được các giá trị cho trong bảng dưới đây theo góc quay α

của trục khuỷu 

- Biểu diển đường và trên tọa độ đã chọn

Chú ý : Kiểm tra các mối tương quan nhau :

+ ) Ở các điểm ta đều có T = 0 nên đường T đều cắttrục hoành

+ ) Ở các điểm thì T = Z = 0 nên 2 đường này giao nhau trên trục hoành

α (độ) P sin(α + β )

cos β

cos(α + β ) cos β