Tính toán Động học Động lưc học có kèm theo sơ Đồ tính nghiệm bền chi tiết trục khuỷu có Đầy Đủ sơ Đồ kết cấu và sơ Đồ lực tác dụng

Trong quá trình tính toán để hoàn thành đồ án môn học chuyên nghành này, bước đầu đã gặp không ít khó khăn bỡ ngỡ nhưng với sự nỗ lực của chính bản thân cùng với sự hướng dẫn và giúp đỡ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

ĐỀ TÀI:

Giáo viên hướng dẫn:

Họ tên sinh viên:

Thực hiện trên động cơ D12 các nội dung sau:

A Phần thuyết minh:

1 Tính toán chu trình công tác động cơ đốt trong

2 Tính toán động học động lưc học có kèm theo sơ đồ

Tính nghiệm bền chi tiết: Trục khuỷu có đầy đủ sơ đồ kết cấu và sơ đồ lực tác dụng.

SỐ LIỆU BAN ĐẦU CỦA ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐCĐT (D12) SỐ 3

Họ tên sinh viên: Khóa:

Các số liệu của phần tính toán nhiệt

12 Chiều dài thanh truyền ltt

STT Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Ghi chú

4 Đường kính trong piston d 70

5 Diện tích tiết diện suy yếu FI-I 2630 mm2

6

Số lỗ thoát dầu

Đường kính lỗ thoát dầu d2

62

Lỗmm

9 Đường kính ngoài chốtpiston dcp 35 mm

10 Chiều dài phần bệ tiếp xúcvới chốt l1 21,5 mm

Xéc măng

3 Khe hở miệng ở trạng tháitự do A 14,5 mm

4 Khe hở miệng ở trạng tháilắp ghép f 0,5 mm

Thanh truyền

3 Chiều dài đầu nhỏ thanhtruyền lđ 34 mm

4 Bán kính góc lợn nối đầunhỏ với than 1 55 mm

5 Chiều rộng thân tại vị trí nối vớiđầu nhỏ H 30 mm

7 Nhiệt độ làm việc của bạc lótvà đầu nhỏ thanh truyền t 95 0C

8

Các số liệu của thân thanh

truyền tại tiết diện tính toán

(đo trên bản vẽ hoăc tính theo

tỷ lệ cấu tạo thân thanh

truyền)

H, h, B 30, 16, 20 mm

9 Khối lượng nắp đầu to thanh

10 Khoảng cách giữa 2 đờng tâmbulông thanh truyền l 90 mm

14 Chiều dày nắp đầu to ở A-A h2 12

Bulông thanh truyền

5 Khối lượng riêng vật liệu làtrục khuỷu  7800 kg/m3

7 Chiều dài cổ trục khuỷu lck

8 Các kích thước của má khuỷu b, h 31; 90 mm

9 Khối lượng ly tâm của má

mmmm

Khoảng cách từ trọng tâm rmk 0

phần khối lượng ly tâm đến

tâm quay

10 Khối lượng đối trọng

Khoảng cách từ trọng tâm đối

trọng đến tâm quay

Khoảng cách c' và c"

Mđt

rdc', c"

1,0447575,75

kgmm

Động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế,là nguồn động lực cho các phương tiện vận tải như ôtô,máy kéo,xe máy,táu thủy,máy bay và các máy công tác như máy phát điện,bơm nước … Mặt khác động cơ đốt trong đặc biệt là động cơ ôtô là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường,nhất là ở thành phố.

Sau khi học xong môn học ‘‘ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG’’, em đã vận dụng những kiến thức đã học để làm đồ án ‘‘TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG’’ Trong quá trình tính toán để hoàn thành đồ án môn học chuyên nghành này, bước đầu đã gặp không

ít khó khăn bỡ ngỡ nhưng với sự nỗ lực của chính bản thân cùng với sự hướng dẫn và giúp đỡ hết sức tận tình của thầy giáo Nguyễn Văn Đại, giờ đây sau một thời gian làm việc hết mình, nghiêm túc trong nghiên cứu và tìm hiểu em đã hoàn thành xong đồ án môn học ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Tuy nhiên do đây là lần đầu tiên em vận dụng lý thuyết đã học, vào tính toán một bài tập cụ thể theo thông số cho trước, nên gặp rất nhiều khó khăn và không tránh khỏi những sai sót Vì vậy em rất mong được sự xem xét, sự giúp đỡ chỉ bảo và đưa ra ý kiến của các thầy để em hoàn thành đồ án một cách tốt nhất, đồng thời cũng qua đó rút ra kinh nghiệm, bài học làm giàu kiến thức chuyên môn và khảnăng tự nghiên cứu của mình

Cũng qua đồ án này em xin bày tỏ lòng biết ơn đối với thầy giáo Nguyễn Văn Đại cùng các thầy giáo trong khoa đã giúp đỡ, hướng dẫn tận tình và đóng góp ý kiến quý báugiúp em hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất và đúng tiến độ

Rất mong được sự giúp đỡ nhiều hơn nữa của thầy Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2024

SVTH:

NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN

Giáo viên hướng dẫn:

Kết quả đánh giá:

Giáo viên chấm:

PHẦN I: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC ĐỘNG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1 Trình tư tính toán:

1.1 Số liệu ban đầu:

 Công suất của động cơ Ne Ne = 12 (mã lực) = 8,83 (Kw)

 Số vòng quay của trục khuỷu n n = 2200 (vòng/phút)

 Thứ tự làm việc của xi lanh

 Công suất tiêu hao nhiên liệu ge ge = 180(g/mlh)

 Góc mở sớm và đóng muộn của xupap nạp ɑ1 , ɑ2 ɑ1 = 10(độ) ɑ2 = 29 (độ)

 Góc mở sớm và đóng muộn của xupap thải ß1 , ß2 ß1 = 32 (độ) ß2 = 7 (độ)

 Chiều dài thanh truyền ltt ltt = 205 (mm)

 Khối lượng nhóm pitton mpt mpt = 1,15 (kg)

 Khối lượng nhóm thanh truyền mtt mtt = 2,626 (kg)

1.2 Các thông số cần chọn:

1.2.1 Áp suất môi trường: p k

Áp suất môi trường pk là áp suất khí quyển trước khi nạp vào động cơ (với động cơ không tăng áp ta có áp suất khí quyển bằng áp suất trước khi nạp nên ta chọn pk =p0

Ở nước ta nên chọn pk =p0 = 0,1 (MPa)

1.2.1 Nhiệt độ môi trường: T k

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

Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ trước xupaptăng áp nên:

Tk = T0 =24° C =297° K

1.2.3 Áp suất cuối quá trình nạp: p a

Áp suất pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại động cơ, tính năng tăng tốc

độ n, hệ số cản trên đường nạp, tiết diện lưu thông… Vì vậy càn xem xét động cơ đang tính thuộc nhóm nào để lựa chọn pa

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

pa =( 0,8 – 0,9).pk =0,9.0,1 =0,08 – 0,09 (MPa)Căn cứ vào động cơ D12_3 đang tính ta chọn pa =0,08-0,09 (MPa)

1.2.4 Áp suất khí thải P:

Áp suất khí thải cũng yêu cầu phụ thuộc giống như

Áp suất khí thải có thể chọn trong phạm vi:

P = (1,05 – 1,05).0,1 =1,105-0,105 (MPa)chọn P = 0,11

1.2.5 Mức độ sấy nóng của môi chất ΔT.

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

Với động cơ diezen: ΔT =20o C- 40o C

Vì đây là động cơ D12_3 nên chọn ΔT= 29,5o C = 302,5 oK

1.2.7 Hiệu số hiệu đỉnh tỉ nhiệt λ.

Hệ số hiệu định tỷ nhiệt λ được chọn theo hệ số dự lượng không khí α để hiệu định.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 =1,10

1.2.8 Hệ số quét buồng cháy λ:

λ 1,13 1,17 1.14 1,11

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

1.2.9 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 = 1,0316

1.2.10.Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ζ :

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ζ phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ Với các loại động cơ diezel ta thường chọn: ζ = 0,70 -0,85

Chọn ζ= 0,75

1.2.11.Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ζ:

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ζ tùy thuộc vào loại động cơ xăng hay là động cơ diezel.Với các loại động cơ diezel ta thường chọn: ζ =0,80-0,90

1.2.12.Hệ số hiệu chỉnh đồ thị công φ.

Thể hiện sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ với chu trình công tác thực tế Sự sai lệch giữa chu trình thực tế với chu trình tính toán của động cơ xăng ít hơn động cơ diezel vì vậy hệ số φ của động cơ xăng thường chọn hệ số lớn

Có thể chọn φ trong phạm vi: φ= 0,92-0,97

Nhưng đây là động cơ diezel nên ta chọn φ =0,97

2 Tính toán các quá trình công tác:

r= 1(297+302,5)700 0,110,088 1

16.1,0316-1,11.( 0,110,088 )11,5 = 0,069

2.1.2 Nhiệt độ cuối quá trình nạp T

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

T a = ( (Tk + T)+t r+ Tr(Pa

Pr )

m-1 m

M = 432 10180 0,59059 2973 0,1 0,402 = 0,55 (kmol/kg nhiên liệu)

2.1.5 Lượng không khí lý thuyết cần để đôt cháy 1kg nhiên liệu M:

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

M0 = 10,21.(C12+H4 -O32) (kmol/kg) nhiên liệu

Vì đây là động cơ Diezel nên ta chọn C=0,87; H=0,126; O= 0,004

M0 = 10,21 .(0,8712 +0,1264 +0,00432 ) = 0,495 (kmol/kg) nhiên liệu

2.1.6 Hệ số dư lượng không khí α

Vì đây là động cơ diezel nên:

2.2.2 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:

m c ''

v = (19,876 + 1,634) + 12 (427,86 + 187,36) 10 −5T (kJ/kmol.độ)

= (19,876 + 1,6341,656) + (427,86 + 187,361,656 ) 10 −5 297 = 22,470 (kJ/kmol.độ)

2.2.3 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:

m c '' v = m cv + r m c ''

v

1 +r = 20,427 + 0,0693 22,4701 + 0,0693 = 20,56 (kJ/kmol.độ)

2.2.4 Chỉ số nén đa biến trung bình n1:

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào thông số kết cấu vầ thông số vận hành như kích thước xi lanh, loại buồng cháy, số vòng quay, phụ tải, trạng thái nhiệt độ động cơ… Tuy nhiên n tang hay giảm theo quy luật sau:

Tất cả các nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n tăng Chỉ số nén đa biến trung bình n được xác định bằng cách giải phương trình sau:

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

Vì vậy ta chọn n theo điều kiện bài toán đến khi nào thỏa mãn điều kiện bài toán thay n vào vế trái và vế phải của phương trình trên và so sánh, nếu sai số giữa hai vế của phươngtrình thỏa mãn <0,2% thì đạt yêu cầu

Sau khi chọn các giá trị của n ta thấy n =1,3685 thỏa mãn điều kiện bài toán

2.2.6 Áp suất cuối quá nén P:

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

P = P  = 0.088.16 1,3685 = 3,9037 (MPa)

2.2.6 Nhiệt độ cuối quá trình nén T.

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

T= T ε = 340,8.161,3685-1 =944,9 (° K)

2.2.7 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(1 + γr ) = 0,8191.(1+0,0693) = 0,88

2.3 Tính toán quá trình cháy:

2.3.1 Hệ số thay đổi phần tử lí thuyết β:

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

Β = 1 + H4 + O32

M0 = 1 + 0,1264 + 0,00432

1,1.0,495 = 1,05

2.3.2 Hệ số thay đổi phân tử thực tế β: (Do có khí sót)

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

 = 1 + 0 + r

r = 1,05 + 0,03821 + 0,0382 = 1,048

2.3.3 Hệ số thay đổi phần tử thực tế tại điểm z βz: (Do cháy chưa hết)

Ta có hệ số thay đổi phần tử thực tế tại điểm z βz được xác định theo công thức:

Ta có lượng sản vật cháy M được xác đinh theo công thức:

M= M + ΔM = ❑0 M1 = 1,0386.0,8507 = 0,8507

2.3.5 Nhiệt độ tại điểm z Tz:

Đối với động cơ diezel, tính nhiệt độ Tz bằng cách giải phương trình cháy

Giải phương trình trên với a ''= 29,05697; b ''= 0,00264 ta được: T z=2032,7

2.3.6 Áp suất tại điểm z p z:

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

n2 - 1 =

8,314 ( ❑b− ❑z ).Q H¿

Đối với động cơ diezel QH¿ = QH = 42,500 (kJ/Kg n.l)

Qua kiệm nghiệm tính toán thì ta chọn được n2 = 1,244 Thay n2 vào 2 vế phương trình trên ta so sánh, ta thấy sai số giữa 2 vế < 0,2% nên n2 chọn là đúng

2.4.4 Nhiệt đọ cuối quá trình giãn nở T b:

T b = Tz

❑n2−1 = 2032,712,96191,244-1 = 1088,4 (° K)

2.4.5 Áp suất cuối quá trình giãn nở p b :

Áp suất cuối quá trình giãn nở p b được xác định theo công thức:

2.5.2 Áp suất chỉ thị trung bình thực tế P i :

Do đó sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đó ta có áp suất chỉ thị trung bình Trong thực tế được xác định bằng công thức:

p i = p' i ❑d = 0,75919.0,97 = 0.7364 (MP a¿

Trong đó ❑d_hệ số hiệu đính đồ thị công Chọn theo tính năng và chung loại động cơ

2.5.3.Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g i :

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

2.5.5.Áp suất tổn thất cơ giới P m :

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

2.5.7 Hiệu suất cơ giới ❑m :

Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới:

❑m = p e

p i = 0,58980,7364 = 0,8010 %

2.5.8.Suất tiêu hao nhiên liệu g e :

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

3.1 Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén:

- Phương trình đường nén đa biến:

P.V c n1 = const

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

n1: Chỉ số nén đa biến trung bình n1=1,3685

P c : Áp suất cuối quá trình nén P c = 3,9037 (MP a )

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

- Phương trình của đường dãn nở đa biến:

P.V c n1 = const

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

P z.V z n2 = P x.V x n2  P x = P z

1 (V x

n2: Chỉ số dãn nở đa biến trung bìnhn2 = 1,2438

P z : Áp suất tại điểm z: P z = 7,027 (MP a )

Quá trình nén Quá trình dãn nở

i i.V c P x= p c

i n1

Giá trị biểudiễn P x = P z(ρ

3.5 Lần lượt hiện hiệu định các điểm trên đồ thị:

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

Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc đóng muộn xupáp thải β2, bán kính này cắt đường tròn tại điểm a’ Từ a’ gióng đường thẳng song song với trục tung cắt đường Pa tạiđiểm a Nối điểm r trên đường thải (là giao điểm giữa đường Pr và trục tung ) với a ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp

3.5.2 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 diezel) và hiện tượng đánh lửa sớm (động cơ xăng) nên thường chọn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết

Pc đã tính Theo kinh nghiệm, áp suất cuối nén thực tế P’c được xác định theo công thức sau:

Vì đây là động cơ diezel:

P ' c = P c + 13 (P z - P c) = 3,9037 + 13 (7,027 – 3,9037) = 4,9448 (MPa)

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

y ' c = P ' c

❑p = 4,94480,2778 = 178,0128 (mm)

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

Do hiện tượng phun sớm nên đường nén trong thực tế tách ra khỏi đường nén lý thuyết tại điểm c” Điểm c’’ được xác định bằng cách Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định được góc phun sớm hoặc góc đánh lửa sớm θ, bán kính này cắt vòng tròn Brick tại 1 điểm Từ điểm gióng này ta gắn song song với trục tung cắt đường nén tại điểm c’’ Dùngmột cung thích hợp nối điểm c’’ với điểm c,

3.5.4.Hiệu đính điểm đạt P zmax thực tế

Áp suất P zmax thực tế trong qua trình cháy – dãn nở không duy trì hằng số như động cơ diezel (đoạn ứng với ρ.V c) 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 diezel:

- Xác định điểm z từ góc 15° Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc tương ứng với 375° 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 p z tại điểm z

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

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

Do có hiện tượng mở sớm xupáp thải nên trong thực tế quá trình thải thực sự diễn 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 β1, bán kính này cắt đường tròn Brick tại 1 điểm Từ điểm này ta gióng đường song song với trục tung cắt đường giãn nở tại điểm b’

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

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế Pb'' thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn nở

lý thuyết do xupáp thải mở sớm Theo công thức kinh nghiệm ta có thể xác định được:

P b ' = P r + 12 ( P b - P r) = 0,11 + 12 (0,2903 – 0,11) = 0,2003 (MPa)

Từ đó xác định tung độ của điểm b’’ là:

y b'' = P b''

❑p = 0,20030,02778 = 7,209 (mm)

Hình 1: Đồ thị công

PHẦN II: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC

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

1.1 Đường biểu diễn hành trình của piston x = f(x)

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

1 Chọn tỉ lệ xích góc: thường dùng tỉ lệ xích ( 0,6 ÷ 0,7 ) (mm/độ)

2 Chọn gốc tọa độ cách gốc cách đồ thị công khoảng 15 ÷ 18 cm

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 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)

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.Vẽ nửa vòng tròn tâm O bán kính R ,phía dưới đồ thị x = f(α) Sát mép dưới của bản vẽ

5 Nối tại các điểm a,b,c,… Tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ piston thể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắt vòng tròn bán kính R tạovới trục hoành góc α đến đường cong a,b,c…

Đồ thị này biểu diễn quan hệ v = f(α) trên tọa độ độc cực: