Yêu cầu:+ Áp suất nhiên liệu do bơm tạo ra phải lớn hơn áp suất phun của vòi phun.+ Cung cấp nhiên liệu đúng thời điểm quy định cho các xy lanh của động cơ.+ Điều chỉnh được lượng nhiên
TỔNG QUAN
Đặc điểm động cơ
+ Động cơ Diesel 4 kì, có 6 xy lanh, 1 hàng, không tăng áp.
+ Công suất động cơ: Ne = 182 (mã lực).
+ Số vòng quay động cơ: n = 2500 (vòng/phút).
+ Suất tiêu hao nhiên liệu: ge = 175 (g/ml.h).
Tổ chức quá trình cháy
+ Nhiên liệu dùng cho động cơ là Diesel.
+ Các thành phần hóa học có trong nhiên liệu: C, H, O, S
Loại nhiên liệu Thành phần hóa học Phân tử lượng nl
15 o C γ 15 o \(kg/ dm 3 \) độ nhớt vận động ở
(kj/kg) Không khí lí thuyết Nhiệt trị
G0 (kg/kg) V0 (m 3 /kg) Nhiên liệu
Buồng đốt kiểu lốc xoáy cho phép phối hợp hiệu quả giữa nhiên liệu và không khí, tạo ra hòa khí tốt trong khoảng tốc độ động cơ rộng.
Dòng xoáy lốc được tạo ra từ nén có cuồng độ lớn hơn so với dòng xoáy từ nạp, giúp hòa khí hình thành nhanh chóng Điều này cho phép quá trình cháy hoàn tất kịp thời ngay cả khi phun nhiên liệu trễ, giúp động cơ hoạt động ở tốc độ cao Hơn nữa, vòi phun một lỗ tạo ra ít màng lửa hơn so với vòi phun nhiều lỗ, từ đó giảm tốc độ cháy, tốc độ tăng áp khí cháy và tiếng ồn của động cơ.
Chọn buồng đốt xoáy lốc với thời điểm cháy hơi muộn, gần sát điểm chết trên, giúp giảm nhiệt độ môi chất trong quá trình cháy ở buồng chính Khi piston bắt đầu đi xuống, hiện tượng giãn nở sẽ hạn chế sự hình thành NOx, từ đó cải thiện hiệu suất và giảm ô nhiễm.
+ Cung cấp nhiên liệu cho vòi phun với áp suất cao đảm bảo cho nhiên liệu phun vào buồng cháy dưới dạng sương mù.
Cung cấp nhiên liệu đúng thời điểm cho các xy lanh của động cơ là rất quan trọng Điều này bao gồm việc điều chỉnh lượng nhiên liệu phù hợp với các chế độ làm việc, đảm bảo cung cấp đồng đều giữa các xy lanh Hơn nữa, thời điểm bắt đầu và kết thúc phun cần phải chính xác để tránh hiện tượng phun nhỏ giọt.
Áp suất nhiên liệu do bơm tạo ra cần lớn hơn áp suất phun của vòi phun để đảm bảo cung cấp nhiên liệu đúng thời điểm quy định cho các xy lanh của động cơ Đồng thời, việc điều chỉnh lượng nhiên liệu cho các xy lanh phải phù hợp với các chế độ làm việc, đảm bảo rằng lượng nhiên liệu cung cấp được đồng đều giữa các xy lanh.
+ Đảm bảo thời điểm bắt đầu phun và kết thúc phun phải chính xác, tránh hiện tượng phun nhỏ giọt.
Hình 1.1 Cấu tạo của một bơm PE có 6 phân bơm
Nguyên lý làm việc của động cơ bắt đầu khi nhiên liệu được hút từ thùng chứa qua ống dẫn, đi qua bầu lọc thô và bơm thấp áp, rồi được đẩy lên bầu lọc tinh Sau khi được lọc sạch, nhiên liệu vào ngăn chứa của bơm cao áp, nơi nó được nén đến áp suất cao và đi qua ống dẫn cao áp đến vòi phun Tại đây, nhiên liệu được phun vào buồng cháy, hòa trộn với không khí có áp suất và nhiệt độ cao, dẫn đến quá trình tự bốc cháy, giãn nở và sinh công Khí cháy sau đó được xả ra ngoài qua ống xả và bình tiêu âm, trong khi dầu thừa từ bơm cao áp, bầu lọc tinh và vòi phun được hồi trở về thùng chứa nhiên liệu qua ống dẫn dầu.
1.2.4 Cơ cấu phân phối khí
Cơ cấu phân phối khí kiểu xu páp treo Sử dụng phương pháp dẫn động bằng cơ cấu cam - con đội - đũa đẩy - cò mổ.
Hình 1.2: Sơ đồ cấu tạo hệ thống phân phối khí
Nắp máy là một bộ phận quan trọng, kết hợp với xupáp nạp và xả để điều chỉnh luồng khí vào và ra Lò xo và đĩa lò xo giúp duy trì áp lực cần thiết cho hoạt động của xupáp Cần bẩy và trục cần bẩy làm nhiệm vụ truyền động, trong khi vít điều chỉnh cho phép tinh chỉnh độ chính xác Êcu hãm giữ cho các bộ phận ổn định, và giá đỡ trục cần bẩy hỗ trợ cấu trúc Đũa đẩy và con đội làm việc cùng nhau để thực hiện các chuyển động cần thiết, còn trục cam điều khiển thời điểm đóng mở của xupáp.
14,15,16-các bánh răng phân phối.
Nguyên lý hoạt động của động cơ là khi động cơ hoạt động, bánh răng 16 sẽ kéo bánh răng trục cam quay, dẫn đến việc các vấu cam của bánh răng 13 cũng quay theo Quá trình này khiến vấu cam đẩy con đội hoạt động.
Khi đỉnh vấu cam trượt qua đáy con đội, lò xo xupáp 4 sẽ được đẩy lên nhờ đĩa lò xo 5, làm cho xupáp 2 đi xuống và mở cửa thông Đồng thời, cần bẩy 6 ép đũa đẩy 11 và con đội 12 đi xuống, giúp con đội tiếp xúc với mặt cam.
Hệ thống làm mát
Động cơ chỉ có thể hoạt động bình thường khi các chi tiết tiếp xúc với buồng cháy có một chế độ nhiệt thích hợp vì:
Nhiệt độ quá cao sẽ ảnh hưởng xấu đến khả năng bôi trơn, dẫn đến tình trạng các chi tiết nhanh chóng bị mòn Sự giãn nở nhiệt làm giảm khe hở giữa piston, khiến piston dễ bị kẹt trong xy lanh.
Nhiệt độ quá mát có thể khiến nhiên liệu khó bay hơi, dẫn đến tình trạng cháy không hoàn toàn và tạo ra muội than, làm kẹt vòng găng, gây giảm công suất và tăng tiêu hao nhiên liệu Hệ thống làm mát có nhiệm vụ loại bỏ nhiệt dư thừa từ các chi tiết và tỏa nhiệt này ra môi trường bên ngoài.
Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng tuần hoàn kín.
Thân máy là bộ phận chính của động cơ, trong khi nắp xylanh bảo vệ và giữ cho các linh kiện bên trong hoạt động hiệu quả Đường nước ra khỏi động cơ và ống dẫn bọt nước giúp duy trì nhiệt độ ổn định Van hằng nhiệt điều chỉnh lưu lượng nước, còn nắp rót nước thuận tiện cho việc bổ sung nước làm mát Két làm mát và quạt gió phối hợp để làm mát động cơ hiệu quả hơn Puli và ống nước nối tắt vào bơm đảm bảo sự lưu thông nước, trong khi đường nước vào động cơ và bơm nước đóng vai trò quan trọng trong hệ thống làm mát Cuối cùng, két làm mát dầu và ống phân phối nước hỗ trợ trong việc duy trì nhiệt độ tối ưu cho động cơ.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống làm mát động cơ dựa trên việc tuần hoàn nước qua bơm nước 12, đưa nước vào các khoang chứa xy lanh Nước làm mát có nhiệt độ thấp được hút từ bình chứa dưới của két 7, đi qua ống 10 và két 13 để làm mát dầu trước khi vào động cơ Để đảm bảo phân phối nước đều cho mỗi xy lanh, nước chảy qua ống phân phối 14 trong thân máy Sau khi làm mát xy lanh, nước tiếp tục làm mát nắp máy và thoát ra ngoài qua đường ống 3, đến van hằng nhiệt 5 Khi van mở, nước vào bình chứa trên của két nước, sau đó đi qua các ống mỏng với cánh tản nhiệt, nơi nước được làm mát bởi không khí do quạt 8 tạo ra Quạt được dẫn động bởi pu li từ trục khuỷu động cơ, và nước có nhiệt độ thấp tại bình chứa dưới lại được bơm hút vào động cơ, hoàn thành chu trình làm mát tuần hoàn.
Hệ thống bôi trơn
Bôi trơn là cần thiết để giảm ma sát giữa các chi tiết chuyển động trong động cơ, giúp ngăn ngừa mài mòn và hạ nhiệt độ các bộ phận Việc này đảm bảo hiệu suất làm việc của động cơ luôn ổn định và kéo dài tuổi thọ của thiết bị.
Dầu được đưa đến các bề mặt ma sát để bôi trơn, giúp lọc sạch tạp chất và tẩy rửa hiệu quả Ngoài ra, dầu còn có tác dụng làm mát, đảm bảo tính năng hóa lý tối ưu.
Làm mát các bề mặt ma sát giúp bảo vệ các chi tiết khỏi sự oxi hóa, đồng thời bao kín khe hở giữa piston và xy lanh, cũng như giữa xéc măng và piston.
Phương án bôi trơn cưỡng bức cacte ướt sử dụng dầu nhờn được bơm với áp suất nhất định để đảm bảo bôi trơn, làm mát và tẩy rửa các bề mặt ma sát Phương pháp này rất hiệu quả cho các xe hoạt động ở độ nghiêng không lớn, giúp duy trì hiệu suất và độ bền của hệ thống.
Hình 1.4: Sơ đồ cấu tạo hệ thống bôi trơn cưỡng bức cacte ướt.
Nguyên lý làm việc của động cơ bắt đầu khi dầu từ các te được bơm hút qua phao lọc dầu và dẫn vào bầu lọc thô, sau đó chảy vào ống dẫn dầu chính Từ đây, dầu được phân phối qua các ống dẫn nhánh để bôi trơn các bộ phận như cổ trục cam, trục đòn mở và bạc cổ trục chính, tiếp theo là bôi trơn bạc đầu to thanh truyền và các cổ trục của trục khuỷu thông qua các lỗ và rãnh bên trong Đồng thời, dầu cũng được dẫn từ cổ biên lên bôi trơn chốt Piston qua các lỗ dẫn nhỏ Đặc biệt, ở đầu to thanh truyền của một số động cơ, có lỗ phun dầu được khoan nghiêng 40-450 so với đường tâm, cho phép dầu phun lên để bôi trơn xi lanh, cam và con đội khi lỗ phun này nối thông với lỗ dầu ở cổ biên.
Sau khi bôi trơn các bề mặt làm việc, dầu sẽ chảy về các te, đảm bảo rằng khi động cơ hoạt động, dầu sẽ lưu thông liên tục trong hệ thống bôi trơn.
Từ đường dầu chính, khoảng 10-15% lượng dầu sẽ được đưa qua bầu lọc tinh, nơi các tạp chất nhỏ được loại bỏ, giúp dầu trở nên sạch hơn trước khi quay trở lại các te Ưu điểm của quy trình này là đảm bảo bôi trơn hiệu quả cho các ổ trục, từ đó giảm thiểu mài mòn, tổn thất ma sát và kéo dài tuổi thọ của động cơ.
Nhược điểm: Kết cấu hệ thống rất phức tạp.
Hệ thống khởi động
Động cơ đốt trong yêu cầu một hệ thống khởi động độc lập để cung cấp mô men xoắn cho trục khuỷu với tốc độ nhất định, nhằm khởi động động cơ Hiện nay, cơ cấu khởi động phổ biến trên ô tô là sử dụng động cơ điện một chiều.
+ Máy khởi động phải quay được trục khuỷu động cơ với tốc độ thấp nhất mà động cơ có thể nổ được.
+ Nhiệt độ làm việc không được quá giới hạn cho phép.
+ Phải đảm bảo khởi động lại được nhiều lần.
+ Tỉ số nén từ bánh răng của máy khởi động và bánh răng của bánh đà nằm trong giới hạn cho phép (từ 9 18).
+ Chiều dài, điện trở của dây dẫn nối từ ac qui đến máy khởi động phải nằm trong giới hạn quy định ( 1, được xác định theo công thức: m c v }} =( 19,876+ {1,634 } over {α } )+ {1} over {2} left ( 427,86 + {187,36 } over { α} right ) {10 } ^ {−5 } T (kJ/kmol độ ) ¿ ¿
Thay số ta được: m c v }} =(1 9 ,876 + {1,634 } over {1,655 } ) + {1} over {2} left ( 427,86 + {187,36 } over {1,655 } right ) {10 } ^ {−5 } T ,863+ { 0,0054 } over {2} T ¿ ¿
Ta có: av" ,863; bv"/2=0,00541 c Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp:
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén m c v
' tính theo công thức: m c v ' = m c v + γ r m c v }}} over {1+ {γ } rsub { r}} = { α} rsub { v} rsup { ' } + {{b } rsub { v} rsup { ' }} over {2} T( KJ /Kmol độ) ¿ ¿¿
→ { α b v ' v ' = 20,426 = 0,004314 d Chỉ số nén đa biến trung bình n 1 :
Chỉ số nén đa biến trung bình chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố như kích thước xi lanh, loại buồng cháy, số vòng quay và tải trọng nhiệt độ của động cơ Đặc biệt, n1 có xu hướng tăng hoặc giảm theo một quy luật nhất định.
Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ làm cho n1 tăng.
Chỉ số nén đa biến trung bình n1 được xác định bằng cách giải phương trình: n 1 - 1= 8,314 a v ' + b ' v T α (ε n 1 -1 + 1) Thay n1 = 1,375 vào hai vế của phương trình ta được: n1 - 1 = 0,375
Vậy ta có sai số giữa hai vế của phương trình là:
Vậy ta có nghiệm của phương trình là: n1 = 1,375 e Áp suất cuối quá trình nén P c : Áp suất cuối quá trình nén Pc được xác định theo công thức:
Thay số ta xác định được:
P c = 0,09.17 , 5 1,375 = 4,607 \(MPa\) f Nhiệt độ cuối quá trình nén T c :
Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc được xác định theo công thức:
= 966,59 \( 0 K\) g Lượng môi chất công tác của quá trình nén M c :
Lượng môi chất công tác của quá trình nén Mc được xác định theo công thức:
M c = M1 + Mr = M1.(1 + γr) Thay số ta được:
Mc = 0,819.(1 + 0,028) = 0,841 (Kmol/Kg nhiên liệu)
2.1.2.3 Tính toán quá trình cháy a Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết 0 :
Ta có hệ số thay đổi phân tử lí thuyết 0 được xác định theo công thức: β 0 = M 2
Với động cơ Diesel ta sử dụng công thức : β 0 = 1 +
32 1,655 0,495 = 1,0 38 b Hệ số thay đổi phân tử thực tế :
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế được xác định theo công thức: β = 0 + γ r
Thay số ta có được: β = 1,0 38 + 0,02 8
1 + 0,02 8 = 1,0 36 c Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z z :
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z z được xác định theo công thức: β z = 1 + 0 - 1
Ta có lượng sản vật cháy M2 được xác định theo công thức:
M2 = 1,038.0,819 = 0,85 (Kmol/Kg nhiên liệu) e Nhiệt độ tại điểm z Tz : Đối với động cơ Diesel, nhiệt độ tại điểm z Tz được xác định bằng cách giải phương trình sau: z \( Q H \)
QH là nhiệt trị thấp của nhiên liệu Diesel ta có: QH = 42500 (KJ/Kg.nhiên liệu)
Q là nhiệt lượng tổn thất do nhiên liệu cháy không hết khi đốt 1kg nhiên liệu.trong điều kiện α > 1 xác định như sau:
Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra từ quá trình cháy được biểu diễn bằng ΔQ = 120.10³.(1 - α).M₀ = 669,696 (Kmol/Kg nhiên liệu) Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy, ký hiệu là mₐᵥ, được xác định theo công thức: mₐᵥ = (β₀.(Xₐ + (γₐ/β₀))).
Thay số vào ta xác định được: m c v z }} = {1,0 38 left ( 0 ,9 44 + { 0 ,0 28 } over {1 ,0 38 } right ) left ( 20,863+ { 0,0054 } over {2} {T } rsub { z } right ) + left ( 1−0 ,9 44 right ) (20,426 +0 ,00 43 {T } rsub { z)}} over {1,0 38 left ( 0 ,9 44 + { 0 ,0 2 8 } over {1,0 38 } right ) + left ( 1−0 ,9 44 right )¿ ¿ = 21,331 + 0,00605
Mặt khác ta có: m c v z }} = {α} rsub { vz } rsup { + b vz }} over {2} {T } rsub { z ¿ ¿¿
Thay các giá trị vào phương trình (**) ta tính được:
Tz = 2782,34 ( 0 K) f Áp suất tại điểm z P Z :
Ta có áp suất tại điểm z PZ được xác định theo công thức:
Trong đó λ là hệ số tăng áp :
Hệ số tăng áp λ cho động cơ Diesel được xác định sơ bộ trong phần thông số chọn, với giá trị 9 66,59 = 2,87 Sau khi thực hiện các phép tính, hệ số giãn nở ρ trong quá trình giãn nở cần phải thỏa mãn điều kiện ρ < λ; nếu không, cần phải điều chỉnh lại giá trị λ.
2.1.2.4 Tính toán quá trình giãn nở a Hệ số giãn nở sớm :
Hệ số giãn nở sớm được xác định theo công thức sau:
Như vậy với động cơ Diesel đã đảm bảo điệu kiện < b Hệ số giãn nở sau :
Ta có hệ số giãn nở sau được xác định theo công thức:
1, 038 = 16,859 c Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n 2 :
Ta có chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2 được xác định từ phương trình cân bằng sau: n 2 - 1 =
Trong đó: Tb là nhiệt trị tại điểm b và được xác định theo công thức:
Thay số vào ta được:
QH *: là nhiệt trị thấp của nhiên liệu.
Thay n2 = 1,225 ta được: n2 - 1 = 0,225 ta có:
Vậy ta có sai số giữa hai vế của phương trình là:
→ n 2 = 1,225 d Áp suất cuối quá trình giãn nở P b : Áp suất cuối quá trình giãn nở Pb được xác định trong công thức:
Thay số vào ta được:
P b = 13,222 16,859 1,225 = 0,415 \(MPa\) e Tính nhiệt độ khí thải T rt :
Nhiệt độ khí thải được tính theo công thức:
Thay số vào ta xác định được:
Vậy ta có sai số khi tính toán và chọn nhiệt độ khí thải là:
Vậy giá trị nhiệt độ khí thải chọn và tính toán thoả mãn yêu cầu.
2.1.2.5 Tính toán các thông số chu trình công tác a Áp suất chỉ thị trung bình P i
' : Với động cơ Diesel áp suất chỉ thị trung bình P i
' được xác định theo công thức:
Thay số vào công thức trên ta được:
= 0,8 931 b Áp suất chỉ thị trung bình thực tế P i :
Do sự khác biệt giữa tính toán và thực tế, áp suất chỉ thị trung bình trong thực tế được xác định theo công thức.
Thay số vào công thức trên ta được:
Pi = 0,8931.0,97 = 0,8663 (MPa) c Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g i :
Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi : g i = 432.10 3 v P k
Vậy thay số vào ta xác định được: g i = 432.10 3 0,872.0,1 0,819.0,8663.297 = 178,769 \(g/KW.h\) d Hiệu suất chỉ thị i :
Ta có công thức xác định hiệu suất chỉ thị: i = 3,6.10 3 g i Q H
Áp suất tổn thất cơ giới (P m) được xác định qua nhiều công thức khác nhau và có mối quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ Tốc độ trung bình của động cơ được tính theo công thức v tb = S.n, với i = 3,6.10^3 và giá trị 178,769.42500 tương ứng với 0,4 (%).
Vậy ta có công thức xác định P là:
P = 0,04 + 0,0120.Vtb = 0,04 + 0,0120.11,58 = 0,1789 (MPa) f Áp suất có ích trung bình P e :
Ta có công thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định theo công thức:
Thay số vào công thức trên ta được:
Pe = 0,8663 - 0,1789 = 0,6874 (MPa) g Hiệu suất cơ giới m :
Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới: η m = P e
Thay số vào công thức trên ta được: η m = 0,6874 0,8 663 = 0,79 \(%\) h Suất tiêu hao nhiên liệu g e :
Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là: g e = g i η m
Vậy thay số vào ta được: g e = 178,769 0,79 = 226,29 \(g/KW.h\) i Hiệu suất có ích e :
Ta có công thức xác định hiệu suất có ích ηe được xác định theo công thức: ηe = ηm.ηi
Thay số vào công thức trên ta được: ηe = 0,79.0,4 = 0,316 (%) j Kiểm nghiệm đường kính xy lanh D theo công thức:
Ta có thể tích công tác tính toán được xác định theo công thức:
Vậy thay số vào ta được:
Ta có công thức kiểm nghiệm đường kính xy lanh Dkn :
Thay số vào ta được:
Vậy ta xác định được sai số đường kính giữa tính toán và thực tế là:
Vậy đường kính xy lanh giữa tính toán và thực tế thoả mãn yêu cầu.
Vẽ và hiệu đính đồ thị công
Dựa vào các số liệu Pa, Pc, Pz, Pb, n1, n2 và ε, chúng ta tiến hành lập bảng tính cho đường nén và đường giản nở, dựa trên sự biến đổi của dung tích công tác Vx = i.Vc.
(Vc : thể tích buồng cháy).
Các thông số ban đầu: Pr = 0,115 (MPa); Pa = 0,09 (MPa);
Pc = 4,607 (MPa); Pz = 13,222 (MPa); Pb = 0,415 (MPa)
2.2.1 Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén
Phương trình đường nén đa biến: P V n 1 = const
Khi đó x là điểm bất kỳ trên đường nén thì: P c V c n 1 = P x V x n 1
P c i n 1 n1 : là chỉ số nén đa biến trung bình, ta tính được n1 = 1,375
Pc : là áp suất cuối quá trình nén, ta có: Pc = 4,607 (MPa)
2.2.2 Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở
Phương trình của đường giãn nở đa biến: P V n 2 = const
Khi đó x là điểm bất kì trên đường giãn nở thì: P z V z n 2 = P x V x n 2
Ta có hệ số giãn nở khi cháy, ta tính được = 1,651
P z ρ n 2 i n 2 = P z ( ρ i ) n 2 n2 : là chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2 = 1,225
Pz : áp suất tại điểm z; ta có Pz = 13,222 (MPa)
Vẽ đồ thị P-V theo tỉ lệ xích: μ v = ε V c
2.2.3 Bảng tính quá trình nén và quá trình giãn nở
Quá trình nén Quá trình giãn nở GTBD
Vc i i.Vc Px Biểu diễn Px Biểu diễn
Dựa vào bảng số liệu và tỷ lệ xích, chúng ta tiến hành vẽ đường nén và đường giãn nở Tiếp theo, cần vẽ hai đường thẳng song song với trục hoành để biểu diễn quá trình nạp và thải lý thuyết, đi qua hai điểm Pa và Pr.
Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính đồ thị công để có đồ thị công chỉ thị Các bước hiệu đính như sau:
2.2.4 Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công
Ta chọn tỷ lệ xích của hành trình Piston S là: μ s = gtt s gtbd s = S
Thông số kết cấu của động cơ là:
Ta có nửa hành trình của Piston là:
Khoảng cách OO ' là: OO ' = R
Giá trị biểu diễn OO ’ trên đồ thị: gtbd OO ' = gt t OO ' μ s = 10,411
Giá trị biểu diễn R trên đồ thị: gtbt R = gtt R μ S = 69,5
Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị:
1- Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp: (điểm a)
Điểm O' trên đồ thị Brick xác định góc đóng muộn β2 = 14° của xu páp thải Bán kính này cắt vòng tròn Brick tại điểm a' Từ a', chúng ta vẽ một đường song song với trục tung để cắt đường Pa tại điểm a Kết nối điểm r trên đường thải (giao điểm của Pr với trục tung) với điểm a, ta có đường chuyển tiếp giữa quá trình thải và quá trình nạp.
2- Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén: (điểm c’) Áp suất cuối quá trình nén thực tế do có sự phun sớm nên thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết Pc đã tính Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quá trình nén thực tế P c ' có thể xác định theo công thức sau: Đối với động cơ Diesel: P ' c = P c + 1
Thay số vào công thức trên ta được:
3 \(13,222 - 4,607\) = 7,479 \(MPa\) Điểm c’ được biểu diễn trên đồ thị công sẽ có tung độ là: y c ' = P c ' μ P = 7,479 0,052888 = 141,412 \(mm\)
3- Hiệu đính điểm phun sớm: ( điểm c’’)
Do hiện tượng phun sớm, đường nén thực tế tách rời khỏi đường nén lý thuyết tại điểm c’’ Điểm c’’ được xác định bằng cách lấy điểm O’ trên đồ thị Brick để xác định góc phun sớm φi = 20°, tại đó bán kính cắt vòng tròn Brick tại một điểm.
Từ điểm gióng này ta gắn song song với trục tung cắt đường nén tại điểm c’’ Dùng một cung thích hợp nối điểm c’’ với điểm c’.
4- Hiệu đính điểm đạt p z max thực tế: Áp suất Pz max 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 đính điểm z của động cơ Diesel :
Để xác định điểm z từ góc 15º (375º), ta bắt đầu từ điểm O΄ trên đồ thị Brick và xác định góc tương ứng với 375º của trục quay khuỷu Bán kính này sẽ cắt vòng tròn tại một điểm, từ đó ta vẽ một đường song song với trục tung để cắt đường P tại điểm z.
- Dùng cung thích hợp nối c’ với z và lượn sát với đường giãn nở
5- Hiệu đính điểm quá trình thải thực tế (điểm b’):
Do hiện tượng mở sớm xu páp thải, quá trình thải thực tế diễn ra sớm hơn so với lý thuyết Để xác định điểm b, từ điểm O’ trên đồ thị Brick, ta xác định góc mở sớm xu páp thải là 1 = 46 độ, bán kính này cắt đường tròn Brick tại một điểm Từ điểm này, ta vẽ đường song song với trục tung để cắt đường giãn nở tại điểm b’.
6- Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giãn nở: (điểm b”) Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế Pb” thường thấp hơn cuối quá trình giãn nở lý thuyết do xu páp thải mở sớm.
Xác định Pb” theo công thức kinh nghiệm sau:
Từ đó xác định tung độ của điểm b” là:
Sau khi xác định được điểm b’ và b’’ dùng cung thích hợp nối với đường thải ta được đồ thị công thực tế.
Hình 2.1: Đồ thị công đã hiệu đính
Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học
Các đường biểu diễn được vẽ trên một hoành độ thống nhất, tương ứng với hành trình Piston S = 2R Do đó, đồ thị sử dụng hoành độ tương ứng với Vh của đồ thị công, bắt đầu từ điểm 1VC đến điểm VC.
2.3.1 Đường biểu diễn hành trình Piston x = f()
Ta tiến hành vẽ đường hành trình của Piston theo trình tự sau:
1) Chọn tỷ lệ xích góc: = 0,7 (mm/độ).
2) Chọn gốc tọa độ cách gốc đồ thị công khoảng 15cm.
3) Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 10 0 , 20 0 ,….180 0
4) Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 10 0 , 20 0 ,….180 0 tương ứng trên trục tung của đồ thị x = f() để xác định chuyển vị x tương ứng.
5) Nối các giao điểm xác định chuyển vị x, ta có đồ thị x = f().
SVTH: Lê Minh Hoàng 27 72DCOT11 ĐCT
X=f( x S= 2R (S =X m ax ) ĐỒ ÁN KẾT CẤU-TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ GVHD: TS Dương Quang Minh
Hình 2.2: Đồ thị biểu diễn hành trình của Piston x = f( )
2.3.2 Đường biểu diễn tốc độ của Piston v = f()
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn của Piston theo phương pháp đồ thị vòng Tiến hành theo các bước cụ thể sau:
1) Vẽ nửa vòng tròn tâm O bán kính R, phía dưới đồ thị x = f(), sát mép dưới của giấy vẽ.
2) Vẽ vòng tròn tâm O bán kính R./2
3) Chia nửa vòng tâm O bán kình R và vòng tròn tâm O bán kính R/2 thành 18 phần theo chiều ngược nhau.
4) Từ các điểm chia trên vòng tròn bán kình R kẻ các đường song song với tung độ, các đường này sẽ cắt các đường song song với hoành độ xuất phát từ các điểm chia tương ứng trên vòng tròn bán kính R/2 tại các điểm a, b, c,…
5) Nối các điểm a, b, c,…tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ thể hiện bằng đoạn thẳng song song với tung độ từ điểm cắt vòng tròn R của bán kính tạo với trục hoành 1 góc đến đường cong abc… Đồ thị này biểu diễn quan hệ v = f() trên tọa độ cực.
Hình 2.3: Đồ thị biểu diễn vận tốc của Piston v = f(α) ĐCD
2.3.3 Đường biểu diễn gia tốc của Piston j = f(x)
Ta tiến hành vẽ đường biểu gia tốc của Piston theo phương pháp Tôlê Chọn cùng hoành độ với trục x = f(), vẽ theo các bước sau:
Ta vẽ theo các bước sau:
1 Chọn tỉ lệ xích j = 120 (m/s 2 mm)
2 Ta tính được các giá trị:
- Gia tốc cực đại: jmax = R. 2 (1 + λ) = 69,5.10 -3 261,67 2 ( 0,2996 + 1 ) = 6184,468 (m/s 2 )
Vậy ta được giá trị biểu diễn jmax là: gtbd j max = gtt j max μ j = 6184,468
- Gia tốc cực tiểu: Pj jmin = - R. 2 (1 - λ) = -69,5.10 -3 261,67 2 (1 - 0,2996 ) = -3333,03 (m/s 2 )
Vậy ta được giá trị biểu diễn jmin là : gtbd j min = gtt j min μ j = − 3333 ,03
- Xác định giá trị EF :
EF = -3.R.. 2 = -3.69,5.10 -3 0,2996 261,67 2 = -4277,2 (m/s 2 ) Vậy ta được giá trị biểu diễn EF là: gtbd EF = gtt EF μ j = - 4277,2
Từ điểm A, lấy AI = jmax tương ứng với điểm chết trên, và từ điểm B, lấy BD = jmin tương ứng với điểm chết dưới Nối liền CD cắt trục hoành tại E, sau đó lấy EF = –3.R.λ.ω về phía BD Tiến hành nối IF và FD, chia các đoạn thành 4 phần và nối các điểm 11, 22, 33 Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với các điểm 11, 22, 33, từ đó ta có được các đường cong biểu diễn mối quan hệ j f(x), với ĐCT ĐCD j = f(x).
Hình 2.4: Đồ thị biểu diễn gia tốc của Piston j = f(x)
Tính toán động lực học
2.4.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến
Các khối lượng chuyển động tịnh tiến m bao gồm:
- Khối lượng nhóm thanh truyền mtt = 2,9 kg
- Khối lượng nhóm Piston mpt = 1,58 kg.
Khối lượng thanh truyền phân bố về tâm chốt pittông m1 có tính toán theo công thức kinh nghiệm sau:
Thanh truyền của động cơ diesel : m1 = (0,275 0,285).mtt
Vậy ta xác định đươc khối lượng tịnh tiến mà đề bài cho là: m = m + m = 1,58 + 0,812 = 2,392 (kg)
2.4.2 Khối lượng chuyển động quay
Khối lượng chuyển động quay của một khuỷu bao gồm:
- Khối lượng của thanh truyền quy dẫn về tâm chốt: m2 = mtt – m1 = 2,9 – 0,812 = 2,088 (kg)
- Khối lượng của chốt khuỷu mch.
- Khối lượng của má khuỷu quy dẫn về tâm chốt: mOm.
Lực quán tính của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền gồm lực quán tính chuyển động tịnh tiến và lực quán tính chuyển động quay.
Lực quán tính chuyển động tịnh tiến:
Pj = -mRω² (cosα + λcos²α) Dựa vào hệ số λ = R/l, chúng ta có thể tham khảo bảng để xác định sự biến thiên của tổng (cosα + λcos²α) theo α Từ đó, có thể lập bảng tính toán Pj.
Lực quán tính chuyển động quay Pk: Pk = mr.R. 2
2.4.4 Vẽ đường biểu diễn lực quán tính -P j = f(x)
Vẽ theo phương pháp Tôlê nhưng hoành độ đặt trùng với đường p0 ở đồ thị công và vẽ đường bao -Pj = f(x), tiến hành theo các bước sau:
1 Tỷ lệ xích p = 0, 02844 (MPa/mm) (cùng với tỷ lệ xích áp suất Pkt ); tỷ lệ xích x cùng tỉ lệ xích với hoành độ của j = f(x).
2 Ta tính được các giá trị:
- Khối lượng chuyển động tịnh tiến trên một đơn vị diện tích đỉnh Piston: m = m pt + m 1
- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cực đại:
Pj max = m.R. 2 (1 + λ) = 246,6 69,5.10 -3 261,67 2 (1 + 0,2996 ) = 1,55 (MPa) Vậy ta được giá trị biểu diễn Pj max là: gtbd Pj max = gtt Pj max μ P = 1 , 55
- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cực tiểu :
Pj min = -m.R. 2 (1 - λ) = - 246,6 69,5.10 -3 261,67 2 (1 - 0,2996 ) = -0,82 (MPa) Vậy ta được giá trị biểu diễn Pj min là: gtbd P j min = gtt P j min μ p = -0,82
- Ta xác định giá trị E’F’ là:
- Vậy ta được giá trị biểu diễn E’F’ là: gtbd E'F' = gtt E'F' μ p = −1 , 05
Từ điểm A’ tương ứng với điểm chết trên, xác định A’I’ = Pj max; từ điểm B tương ứng với điểm chết dưới, xác định B’D’ = Pj min Kết nối I’D’ với trục hoành tại E’ và kéo E’F’ về phía B’D’ Tiếp theo, nối I’F’ và F’D’, chia các đoạn này thành 4 phần và nối các điểm 11, 22, 33 Cuối cùng, vẽ đường bao tiếp tuyến với các điểm 11, 22, 33 để có đường cong biểu diễn mối quan hệ -Pj f(x).
Hình 2.5: Đồ thị biểu diễn lực quán tính -P j = f(x)
Sử dụng phương pháp đồ thị vòng, ta có thể xác định đồ thị v = f(α) Để chuyển đổi đồ thị này sang dạng v = f(x) và biểu diễn trên cùng tọa độ với j, cần thực hiện các bước nhất định.
= f(x), ta phải chuyển đổi tọa độ qua đồ thị Brick Cách làm như sau:
- Đặt giá trị của v này trên các tia song song với trục tung nhưng xuất phát từ các góc tương ứng trên đồ thị Brick.
- Nối các điểm mút ta có đường v = f(x) Khi đó, điểm vmax sẽ ứng với điểm j
Hình 2.6: Đồ thị biểu diễn vận tốc v = f(x)
2.4.6 Khai triển đồ thị công P-V thành P kt = f()
Khai triển đồ thị công P-V thành đồ thị Pkt = f() Cách làm như sau:
Chọn tỷ lệ xích μ = 2 (độ/mm) để toàn bộ chu trình 720° tương ứng với 360 mm Đặt hoành độ α trên đường đậm biểu diễn P0 và cách điểm chết dưới của đồ thị công 100 mm.
- Chọn tỷ lệ: p bằng tỉ lệ xích μ khi vẽ đồ thị công, p = 0,02844 (MPa/mm).
- Từ các điểm chia trên đồ thị Brick ta xác định trị số của P tương ứng với các góc α rồi đặt các giá trị này trên đồ thị Pkt = f().
- Điểm pz max xuất hiện tại điểm 375 o
- Nối các điểm xác định theo 1 đường cong trơn ta thu được đồ thị biểu diễn quan hệ P = f(α).
2.4.7 Khai triển đồ thị P j = f(x) thành P j = f() Đồ thị Pj = f(x) biểu diễn trên đồ thị công có ý nghĩa kiểm tra tốc độ của động cơ.
Do động cơ tốc độ cao, đường Pj cắt đường nén ac tại hai điểm, giúp xác định giá trị P = Pkt + Pj dễ dàng Giá trị của đường P chính là khoảng cách giữa đường Pj và đường biểu diễn Pkt, phản ánh các quá trình nạp, nén, cháy giãn nở và thải của động cơ.
Khai triển đường -Pj = f(x) thành Pj = f() cũng thông qua Brick để chuyển tọa độ Nhưng ở P-, phải đặt đúng vị trí âm dương của Pj
P tổng hợp (P) được xác định bằng tổng của Pkt và Pj, với Pkt và Pj đều phụ thuộc vào biến số α Do đó, việc xây dựng đường P = f(α) chỉ cần cộng các tọa độ tương ứng của Pkt và Pj.
Ta có bảng giá trị : α (độ) Pkt(mm) Pj (mm ) PΣ(mm)
Hình 2.7: Đồ thị công khai triển P kt = f(); đồ thị lực quán tính khai triển P j = f( ) và đồ thị khai triển P = f( )
2.4.9 Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T = f() và đồ thị lực pháp tuyến Z = f()
Theo kết quả tính toán ở phần động học, ta có:
Vẽ hai đường này theo các bước sau:
- Bố trí hoành độ ở phía dưới đường Pkt, tỉ lệ xích = 2 (độ/mm).
- Chọn tỷ lệ xích T = Z = p = 0,02844 (MPa/mm).
Căn cứ vào = R l , các trị số sin\(α + β\) cosβ và cos\(α + β\) cosβ ta có kết quả: α (độ) α
(Rad) β (Rad) P Σ (mm) sin(α+β)/cosβ cos(α+β)/cosβ T (mm) Z (mm)
Hình 2.8: Đồ thị lực tiếp tuyến T = f() và đồ thị lực pháp tuyến Z = f( )
2.4.10 Vẽ đường T = f() của động cơ nhiều xi lanh Động cơ nhiều xi lanh có mô men tích lũy vì vậy phải xác định mômen này Chu kỳ của mô men tổng phụ thuộc vào số xy lanh và số kỳ, bằng đúng góc công tác của các khuỷu: δ ct = 180 o τ i = 180 o 4
Trong đó: - số kỳ; i - số xilanh.
Vẽ đường biểu diễn T (cũng là M vì M = T.R) theo các bước sau:
- Lập bảng xác định các góc i ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc.
- Động cơ 4 kỳ, 6 xy lanh thứ tự làm việc là: 1-5-3-6-2-4
2 Nén Nổ Xả Nạp Nén α 2 = 240°
3 Nạp Nén Nổ Xả Nạp α 3 = 480°
5 Xả Nạp Nén Nổ Xả α 5 = 600°
6 Nổ Xả Nạp Nén Nổ α 6 = 360°
Dựa vào trị số của T1 đã được tính toán và biểu đồ T = f(α), ta có thể tra cứu các giá trị tương ứng mà Ti đã tịnh tiến theo αi Sau đó, bằng cách cộng tất cả các giá trị của Ti lại, ta sẽ thu được kết quả tổng hợp.
Qua đó, ta có bảng xác định Ti : α 1 (độ) T 1
Sau khi xác định đường Ti = f(), mô men cản Ttb được tính bằng cách đo diện tích dưới đường T và trục hoành (F T), sau đó chia diện tích này cho chiều dài trục hoành.
Trong đó: T là tỷ lệ xích của lực tiếp tuyến.
Tiếp đến ta tính Ttbt theo công suất động cơ :
Trong đó : Ne : Công suất động cơ Ne = 133,5 (KW)
Fpt : Diện tích đỉnh Piston Fpt = 0, 0064 (m 2 )
R : Bán kính quay trục khuỷu R = 49.10 -3 (m) n: Số vòng quay của động cơ n = 6000 (vòng/phút)
Giá trị biểu diễn của Ttbt là :
Ta kiểm nghiệm bằng công thức thực nghiệm như sau :
So sánh 2 giá trị Ttb và Ttbtbd ta thấy 4,1 % < 5 % Đạt yêu cầu bài toán.
Hình 2.9: Đồ thị T = f( ) của động cơ nhiều xi lanh
2.4.11 Đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu Đồ thị véc tơ 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.
Khi vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, không nhất thiết phải xem xét lực quán tính của khối lượng thanh truyền m2 quy về tâm chốt khuỷu, vì phương và trị số của lực quán tính này là không thay đổi.
Các bước tiến hành vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu được tiến hành như sau:
+ Vẽ hệ toạ độ T-Z gốc toạ độ O’ trục O’Z có chiều dương hướng xuống dưới. + Chọn tỉ lệ xích: T = Z = p = 0,0262 (MPa/mm).
Dựa vào bảng tính T = f(α) và Z = f(α), chúng ta có thể xác định tọa độ các điểm ai = (Ti; Zi) tương ứng với các góc α từ 10° đến 720° Qua đó, ta tuần tự xác định được các điểm cần thiết.
+ Nối các điểm trên hệ trục toạ độ bằng một đường cong thích hợp, ta có đồ thị biểu diễn phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.
Trong quá trình vẽ, việc đánh dấu các tọa độ điểm là rất quan trọng để dễ dàng xác định vị trí Hãy ghi chú các số thứ tự tương ứng với từng tọa độ để đảm bảo tính chính xác và rõ ràng trong quá trình thực hiện.
+ Thực chất đây là đồ thị Ptt biểu diễn trên đồ thị T-Z do ta thấy tính từ gốc tọa độ tại bất kỳ điểm nào ta đều có: ⃗ P tt = ⃗ T + ⃗ Z
+ Tính lực quán tính của khối lượng chuyển động quay của thanh truyền (tính trên đơn vị diện tích của piston):
Ta có công thức xác định lực quán tính ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu là:
Từ gốc tọa độ O’của đồ thị lấy theo hướng dương của Z một khoảng: gtbd O O ' = P k 0
Tâm chốt khuỷu O là điểm quan trọng, từ đó ta có thể vẽ đường tròn biểu thị cho chốt khuỷu Lực tác dụng lên chốt khuỷu được biểu diễn bằng véc tơ có gốc tại O và đỉnh là một điểm bất kỳ trên đường biểu diễn đồ thị phụ tải Công thức thể hiện mối quan hệ này là ⃗ Q = ⃗ P k 0 + ⃗ P tt a (độ).
Hình 2.10: Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu
2.4.12 Đồ thị khai triển véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Q = f()
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn Q = f(α) theo trình tự sau:
- Chọn hoành độ α gần sát mép dưới của tờ giấy vẽ và đặt cùng = 2 (độ/mm) với các đồ thị P = f(α), T = f(α), Z = f(α).
Để xác định Qi, chúng ta cần đo khoảng cách từ tâm O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu đến các điểm αi = (Ti; Zi), từ đó thu được các giá trị khác nhau của Q, bao gồm Q0 và Q.
10;… Q720; sau đó lập bảng Q = f() a (độ) Q
Kiểm nghiệm bền Piston
2.5.1 Tính nghiệm bền đỉnh piston
Công thức Back áp dụng cho các đỉnh có chiều dày đồng đều và được đặt tự do trên gối đỡ hình trụ Công thức này thường phù hợp với các loại đỉnh bằng của động cơ xăng và động cơ diesel có buồng cháy xoáy lốc và dự bị.
Sau khi xác định kích thước cụ thể, ta tính mô men uốn đỉnh:
Mô men chống uốn của tiết diện ngang đỉnh:
Do đó ứng suất đỉnh: σ u = M u
5,258 10 -3 = 14,8 \(MPa\) Ứng suất cho phép đối với đỉnh piston gang:
- Nếu đỉnh có gân tăng bền: [σu] = 100 ÷ 190 (MPa)
- Nếu đỉnh không có gân tăng bền: [σu] = 20 ÷ 25 (MPa)
Ta thấy ứng suất uốn đỉnh Piston ta tính nằm trong khoảng đỉnh không có gân tăng bền.
Vì vậy ta chọn thiết kế loại Piston này không có gân chịu lực.
Vì = 16,859 < 0,2.111 nên ta sử dụng công thức Orơlin
Công thức Orơlin giả thiết đỉnh Piston là một đĩa tròn bị ngàm cứng trong gối tựa hình trụ.
Hình 2.13: Sơ đồ tính đỉnh piston theo phương pháp Orlin
Công thức này thường được dùng để tính đỉnh mỏng ( có ≤ 0,2D) và với các đỉnh Piston của động cơ Diesel buồng cháy thống nhất. Ứng suất hướng kính: σ x = 3
4 r 2 δ 2 P zmax \(MPa\) Ở đây: : Hệ số xét đến tính chất của ngàm cố định ; chọn = 1
: Chiều dày đỉnh Piston ; = 16,859 (mm)
Pz : Áp suất lực khí thể ; Pz = 13,222 (MPa) r : Khoảng cách từ tâm đỉnh Piston đến mép ngàm cố định của đỉnh r = D
Trong đó: D : Đường kính đỉnh Piston D = 111 (mm)
S : Chiều dày phần đầu Piston.
2 - 11,1 = 44,4 \(mm\) Ứng suất hướng tiếp tuyến: σ x = 3
Trong đó: - Hệ số poát xông (đối với gang = 0,26)
Ta thấy ở vùng ngàm, ứng suất uốn có trị số lớn nhất do đó ta chỉ cần tính ứng suất ở ngàm cố định : σ = √ σ x 2 + σ y 2 \(MN/ m 2 \)
Chọn vật liệu làm đỉnh Piston là gang nên: Ứng suất uốn cho phép với gang là [ u ] = 120 (MPa)
2.5.2 Tính nghiệm bền đầu Piston
Tiết diện I-I là tiết diện nguy hiểm nhất, cắt qua rãnh xéc măng dầu cuối cùng trên đầu Piston Tiết diện này chịu lực kéo lớn nhất từ quán tính âm của khối lượng phần đầu Piston, đồng thời cũng phải chịu lực nén do áp suất khí thể pzmax tác động.
Ta xác định khối lượng phần đầu piston mI-I và thể tích phần đầu Piston Vđầu để lấy thông số tính toán.
Ta có với mI-I là khối lượng của đầu Piston Nó được xác định bằng cách: mI-I = gang V Trong đó : gang : khối lượng riêng của gang gang = 2700 (Kg/m 3 )
V: Thể tích của đầu Piston.
Dựa vào hình dạng và tỷ lệ của đầu Piston trong loại động cơ này, chúng ta có thể xác định kích thước của nó bằng cách đo một đầu Piston đã được thiết kế sẵn Sau khi lấy giá trị kích thước thực, chúng ta tính toán tỷ lệ xích Tiếp theo, để xác định các kích thước thực còn lại của đầu Piston, chúng ta nhân các kết quả đo được với tỷ lệ xích đã tính.
Ta có hình vẽ mô phỏng Piston:
Hình 2.14: Hình vẽ mô phỏng Piston
Như vậy ta có: σ k = P j max
Như vậy đó thoả mãn được ứng suất nén cho phép là: n = 44 (MPa)
2.5.3 Tính nghiệm bền thân Piston
2.5.3.1 Áp suất tiếp xúc trên thân
Trong đó : D - Đường kính xy lanh : D = 111 (mm) = 0,111 (m) hp - Chiều dài thân piston : lp = 98 (mm) = 0,098 (m)
Nmax - Lực ngang lớn nhất, có thể lập đồ thị N = f() để xác định N max hoặc lấy theo số liệu kinh nghiệm : Nmax = (0,005 0,006)P 20
P20 - Hợp lực của lực khí thể và lực quán tính ở 20 o sau ĐCT của quá trình cháy và giãn nở: P 20 = P 20do. P = 200.0,0262 = 7,81 (MPa) = 625,18.104 (Pa)
Như vậy: K th = N max l th D = 0,0312
2.5.3.2 Áp suất tiếp xúc trên bề mặt chốt
Trong đó: Pz max = Pz.Fp
Fp : Diện tích đỉnh Piston
4 = 0,0132 \( m 2 \) dch - Đường kính ngoài của chốt piston: dch = 42 (mm) lb - chiều dài tiếp xúc của bệ chốt : l1 = 28,2 (mm)
2.42.28,2.10 -6 = 25,649 \(MPa\) Áp suất tiếp cho phép: kb = (20 30) (MPa) kb < [kb] thoả mãn
Kết luận: Theo kết quả của kiểm nghiệm ta thấy khi chế tạo Pisston bằng hợp kim nhôm thì đủ bền.
