tính toán động cơ d25

à à trong đó Qmax= Qđo / à = 91Xác định véctơ phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền căn cứ vào đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.. Đồ thị mài mòn chốt khuỷu biểu diễn trạng thái

Lời nói đầu

*****

Lịch sử phát triển của ngành động cơ chứng kiến sự ra đời của hàng loạt các loaị động cơ khác nhau, với những u khuyết điểm riêng biệt, nhng nguồn lực chủ yếu của nguồn động cơ đợc sử dụng rộng rãi ngày nay vẫn là động cơ đốt trong loại píton Vì vậy việc nghiên cứu động cơ đốt trong vẫn đợc chú trọng hơn Trong thời điểm nay xã hội vẫn đang sử dụng rộng rãi hai loại động cơ,

động cơ dùng nhiên liệu xăng và động cơ sử dụng nhiên liệu dầu Điezel

Tính toán chu trình công tác của động cơ

ϕ1 = 22; ϕ2 = 180 0 ϕ3 = 64 0 ; ϕ4 = 22 0

- ChiÒu dµi thanh truyÒn : Ltt = 230mm

- Khèi l¬ng nhãm pÝt t«ng thanh truyÒn :

m n S

30

1700 125 , 0 / 30

r r

r

p

p p

p T

T T

/ 1 2 1

0 2

.

1

=

λ λ λ ε λ

γ

( )

5 , 1 / 1 085 , 0

115 , 0 1 1 , 1 05 , 1 3 , 17

1

085 , 0

115 , 0 800

30 297 1

p

p T T

T

T

γ

γ λ +

∆ +

=

−

1

.

1 0

K

5 , 1 1 5 , 1

345 042

, 0 1

115 , 0

085 , 0 800 042 , 0 1 , 1 30 297

= +

−

a

r t

a v

p

p p

p T T T

1 2

1 0 0

1

1

λ λ λ ε ε

−

085 , 0

115 , 0 1 1 , 1 05 , 1 3 , 17 1 , 0

085 , 0 30 297

297 1 3 , 17

4 30 02 , 18

.

30

=

i n V

N

p

h

e e

τ

(MN/m2)

79 , 0 297 535 , 0 266

78 , 0 1 , 0 10 432

.

10

0 0 3

T p g

p M

e e

126 , 0 12

87 , 0 21 , 0

1 32

4 12 21 , 0

1 634 , 1 876 , 19

T

6 , 1

36 , 187 86 , 427 2

1 6 , 1

634 , 1 876 , 19

2

'' '' '' = +

c Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí hỗn hợp

r

cv r

m mcv

γ

γ +

+

=

1

'' '

042 , 0 1

00272 , 0 9 , 20 042 , 0 00209 , 0 806 , 19 '

+

+ +

2

' ' ' = +

d Chỉ số nén đa biến trung bình

2

' '

314 , 8 1

1 1

1

+ +

=

−

−

n a

T

bv av

, 17 345 00289 0 849 , 19

314 , 8 1

353

,

+ +

004 , 0 4

126 , 0 1

32 4 1

0

M

O H

α β

b.Hệ số thay đổi phân tử thực tế

038 , 1 042 , 0 1

042 , 0 04 , 1 1

+

+

= +

β

c.Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại z

xz = ξz/ξb = 0,75/0,85 =0,88

034 , 1 88 , 0 042 , 0 1

1 04 , 1 1 1

1

+

− +

= +

− +

, 8 ' 1

.

1

β λ

r z

cv z

r z cv cvz

x x

m x x

m m

− +







 +

− +







 +

=

1

1 ''

''

0 0

0 0

β

γ β

β

γ β

(1 0 , 88)04

, 1

042 , 0 88 , 0 04 , 1

00209 , 0 806 , 19

88 , 0 1 04 , 1

042 , 0 88 , 0 00272 , 0 9 , 20 04 , 1 ''

− +

cvz

T T

m

= 20,766 + 0,00264Tz

vz vz

m

2

'' '' '' = +

+ Tỉ nhiệt mol đẳng áp trung bình của sản vật cháy tại z

314 , 8 00264 , 0 766 , 20 314 , 8 ''

b z r

H z

T T M

Q

n

+ +

+

− +

1

.

314 , 8 1

1

2

β γ

ξ ξ

Chọn n2 = 1,243

Tb = Tz/σn2-1 = 2036/11,461,243-1 = 11250K

(1 0 , 042) 1 , 038(2036 1125) 20,76 0,00264(2036 1125)79

, 0

10 5 , 42 75 , 0 85 , 0

314 , 8 1

243

,

+ +

+

− +

% 100 830

800 830

% 100

T

T T

−

−

1 1 2 2

1 1

1 1

1 1

1 1

p

p

ε σ

ρ λ ρ

1 1

1 353 , 1

1 46

, 11

1 1

1 243 , 1

48 , 1 508 , 1 1 508 , 1 48 , 1 1 3

,

17

3 ,

p M

p g

i

v

297 79 , 0 71 , 0

78 , 0 1 0 10 432

.

10

0 1 0

10 6 , 3

10 6 ,

Q g

6.SuÊt c¬ tÝnh trung b×nh

pe = pi – pm = 0,71 – 0,1592 = 0,55

7.Hiªô suÊt c¬ khÝ

4 30 1 , 18

.

30

=

i n p

Ne

V

e h

187 , 1 14 , 3

+ Giả thiết : quá trình nạp đẳng áp : p = pa = hằng

quá trình nén đẳng áp : p = pr = hằng

Vh = πD2.S/4 = 3,14.1,12.1,25/4 = 1,187 dm3

Vc = vh/ε-1 = 1.1,187/17,3-1 = 0,073+ Qu¸ tr×nh ch¸y:

§éng c¬ §iezel : gi¶ thiÕt ch¸y hçn hîp

§Æt Vx =1Vc ; i=1- ε

2 Qu¸ tr×nh gi·n në

PVn2 = h»ngPx.Vzn2= pz Vzn2 => px = pz(vz/vx)n2

Tiến hành hiệu đính các điển trên đồ thị

1 Từ O’ của đồ thị Brích xác định góc đóng muộn của xupáp thải ϕ4 =22 0 bán kính này cắt đờng Brích ở a, từ a’ dóng đờng song song với tung độ cắt đờng Pa ở a, nối điểm r trên đờng thải với a ta có đờng chuyển tiếp từ

đờng thải sang đờng nạp

2 Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén

áp suất cuối quá trình nén thực tế c’ đợc xác định:

Pc’ = Pc + 1/3( Pz– Pc) = 1/3(6,576 – 4,022) + 4,022

Pc’= 4,783(MPa)

Điểm c’’ đờng nén tách khỏi đờng nén lý thuyết đợc xác định theo góc

đánh nửa sớm (góc phun sớm) θ = 180 đặt trên đồ thị rồi dóng xuống đờng nén xác định điểm c’ ta nối c’’ với c’

Điển z’’=2/3zz’

Hiệu đính điểm T1 căn cứ vào góc mở sớm ϕ3=64 0 của xupap thải, áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế Pb’ thờng thấp hơn áp suất quá trình giãn nở

lý thuyết

Pb’ = Pr + 1/2( Pb – Pr ) = 0,115 + 1/2( 0,29 – 0,115) = 0,202( MPa)Hiệu đính tại Pzmax thực tế tại góc 150 sau điểm chết trên từ đồ thị brích

kể góc 170 dóng xuống đồ thị công dùng một cung thích hợp nối với c với

z và đờng cháy giãn nở

c''

b b'' a

120 110

130 140 150

180 0

170

48°

64°

22°

Phần II Tính toán động học và động lực học

1 Vẽ đ ờng biểu diễn các quy luật động học

- Trên đồ thị công vẽ đờng biểu diễn nửa đờng tròn bán kính P tâm O

- Lấy về phía điểm CD một đoạn OO’

- Nối các giao điểm ta có đồ thị x = f(α)

- Từ các điểm chia trên vòng tròn kẻ đờng song song với trục tung, các

đờng song song với hoành độ suất phát từ các điểm chia tơng ứng trên vòng tròn λR/2 tại các điểm a,b,c

Nối các điểm a,b,c tao thành đờng cong giới hạn trị số của tốc độ ta

có đồ thị V = f(α)

Vẽ đờng này theo phơng pháp Tôlê: chọn hoành độ với trục

1700 14 , 3 0625 , 0 1

30

2 2

L

R n

1800 14 , 3 0625 , 0 1

30

2 2

L

R n

Jmin = 1601 (m/s2)

Jmin/àj = 1450/50= 29 mm

EF = R ω2.λ = 3.0,0625 184,22.0,271 = 1600

EF = 1601/50 = 51mm

- Từ điểm A tơng ứng điểm chết trên lấy AC = Jmax

- Từ điểm B tơng ứng điểm chết dới BD = Jmin

Nối C với D cắt trục hoành tại E , lấy EF về phía BD

Nối C với F và F với D đẳng phân định hớng CF và FD sau đó nối các

điểm này với nhau

Vẽ đờng bao trong tiếp tuyến với các đờng thẳng trên ta đợc đờng cong biểu diễn đồ thị J = f(x)

mt=Mt/Fp = 2,965/0,0095 = 312,1(kg/m2)Khối lợng đơn vị nhóm thanh truyền quy về đầu nhỏ

m1 = 0,275.mt = 0,275 312,1= 85,82 (kg/m2)Khối lợng đơn vị nhóm thanh truyền quy về đầu to

m2 = 0,725.mt = 0,725.312,1 = 226,27 (kg/m2)Khối lợng vận động tịnh tiến

Vẽ đồ thị biểu diễn lực quán tính Pj = f (x)

Vẽ theo phơng pháp tô lê nhng hoành độ đặt trùng với đờng P0 ở đồ thị công và vẽ đồ thị :

- Pj = f(x) đợc tiến hành theo các bớc sau :

- Trên trục tung lấy AC = Pjmax

- Từ điểm B trên trục hoành lấy BD = Pjmin

- Nối CD cắt trục P0 tại E , lấy EF ( giá trị đã tính ở trên ) về phía BD

- Nối CF và FD sau đó làm tơng tự với đồ thị J = f(α) ta đợc đồ thị –Pj

= f(α)

Vc

0' 0

λ/2

p

r

18 16

14 13 12 10 9 7 5 3 1

1 0

II III

IV V VI VII VIII

X XI XII XIII XIV XV

XVI XVII XVIII IX

a r

C a

70 80 90 100

110 120 130 140 150 160 170 180

D

aBb"

b b'

E

F

V

x B E

4 3

Vẽ lực tiếp tuyến T= f( )và đα ờng lực pháp tuyến Z= f(α )

Nh ta đã biết , theo kết quả tính phần động lực học ta có :

T = PΣ β

β α

cos

) ( +

Sin

(MPa)

Z= PΣ β

β α

cos

) ( +

cos

) ( +

Sin

β α

cos

) ( +

Cos

Giá trị trong bảng 2.5

α PΣ

β

β α

cos

) ( +

Sin

β

β α

cos

) ( +

0° 180° 360° α

Z α

T α

Vẽ đờng ΣT = f(α) đối với động cơ nhiều xilanh

Đối với động cơ D25 có 2 xilanh có mô men tích lũy vì vậy cần phải xác định mô men này Chu kỳ của mô men tổng phụ thuộc vào số xilanh và số chu kỳ, bằng đúng góc công tác của khuỷu

2

4 180

i

τ

Trong đó : τ Số kỳ ; i – Số xilanh

Nếu trục khuỷu không phân bố các khuỷu theo đúng góc công tác

( điều kiện đồng đều chu kỳ của mô men tổng cũng thay đổi )

Vẽ đờng biểu diễn ΣT theo các bớc sau :

Lập bảng xác định các góc αi ứng với các khuỷu làm việc động cơ hai xilanh 4

kỳ có góc lệch khuỷu 1800 thứ tự làm việc 1-2

α 1 = 0 0

α2 = 540 0

Đồ thị mài mòn lên chốt khuỷu

Căn cứ vào bảng T - Z đã thực hiện ở phần trên ta lập tọa độ các điểm

T - Z rồi xác định tọa độ (i = (Ti , Zi ) lần lợt chám điểm trên đồ thị ta có đồ thị tác động lên chốt khuỷu )

Vẽ đờng biểu diễn [ Q = f(α) ]

Tìm gốc tọa độ của phụ tải lên chốt bằng cách đặt vectơ Pk0

Pk0 = m2.R.ϖ2 = 226,3.0,0625 6

2 10 30

1700 14 ,

306 , 0

13 15 17 19 21

23 2 0

1 35

0 2 4 6 7

37,5

- Lập bảng tính giá trị của Q theo α bằng cách đo từ tâm O đến các điểm

αi trên đồ thị phụ tải tác động lên chốt khuỷu

2.11 Vẽ đồ thị vectơ lực tác dụng lên bạc lót đầu to

- Vẽ đồ thị Q = f (α) trên tọa độ Q- α , lực Q không bao giờ có giá trị

âm

à à

trong đó Qmax= Qđo / à = 91Xác định véctơ phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền căn cứ vào đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Để ta dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền chiều của lực tác dụng Q0, Q10,Q20…trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt có chiều tác dụng ngợc chiều lực tác dụng lên đầu to thanh truyền nhng có trị số bằng nhau

Vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu

Đồ thị mài mòn chốt khuỷu biểu diễn trạng thái mài mòn lý thuyết của chốt khuỷu từ đó xác định miền phụ tải bé nhất để khoan lỗ dầu bôi chơn chốt khuỷu.

Sở dĩ gọi là mài mòn lý thuyết vì khi vẽ ta dùng giả thiết sau đây:

- Phụ tải tác dụng lên chốt là phụ tải ổn định ứng với công suất Ne và tốc độ n

định mức

- Lực tác dụng có ảnh hởng đều trong miền 1200

- Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải

- Không xét đến các điều kiện công nghệ và sử dụng lắp ghép, ví dụ không xét

đến vật liệu, độ cứng bề mặt, độ bóng, độ chặt lỏng, dầu mỡ bôi trơn …

Vẽ đồ thị mài mòn lý thuyết theo các bớc sau:

- Lập bảng tìm tổng phụ tải tác dụng lên các điểm 0,1,2,3,4,5 ,23.…

Vẽ vòng tròn tợng trng cho chốt khuỷu và các bán kính đi qua các điểm 0,1,2, …rồi đặt các đoạn thẳng àm lên các vị trí tơng ứng theo chiều từ ngoài vào trong sau đó nối các mút lại ta có dạng mài mòn lý thuyết của chốt khuỷu

Vẽ một chốt khuỷu tơng tự và chiều quay của chốt để xác định vị trí miền phụ tải nhỏ theo chiều quay

20

19

Phần tính bền

- Thí nghiệm bền xéc măng thờng tính theo công thức kinh nghiệm của Ghinxbua trong phạm vi của xéc măng

- D/t = 20 - 30 và A/t = 2,5 – 4

- D = 110 mm

- Đối với xéc măng D25 , t/h = 4,8/ 3 (mm)

- Khe hở miệng ở trạng thái lắp ghép : f = 0,6 mm

- Khe hở miệng ở trạng thái tự do : A = 8mm

1 ứ ng suất uốn của xéc măng ở trạng thái làm việc

(3 ) 1 MN/m2 .

2

E A Cm

ulv

ξ π σ

Trong đó :

+ Cm là hệ số phân bố áp suất không đẳng áp: 1,74 – 1,87

lấy Cm =1,8

+ ξ Hệ số điều chỉnh : ξ= 0,196

+ E mô đun đàn hồi của gang : E =1,2.105 MN/m2

+ A là khe hở miệng ở trạng thái tự do : 8 mm

Thay các giá trị vào :

t

110 10 110 196 , 0 3 14

,

3

10 2 , 1 10 8 8 , 1 2

3

5 3

3

/ 1

.

4

t

D t

D m

t A E

ξ π

trong đó :

m hệ số lắp ghép m=1 (lắp bằng tay) m= 1,57( lắp bằng đệm); m=2 lắp bằng kìm chuyên dùng chọn m =2

1108,4

110.2

196,0314,3

8,4

81

D

E t

A

1 3

425 , 0

110 196 , 0 3 8

,

4

110

10 2 , 1 8 , 4

8 425 , 0

Quy luật phân bố áp suất không đẳng áp có thể vẽ gần đúng theo công thức sau

+ áp suất ở vùng miệng xéc măng có giá trị lớn nhất

II Tính kiểm nghiệm bền trục khuỷu

* Các thông số cơ bản tính toán

Với bài cho : a = 35 (mm)

b = 33 (mm) = 33.10-3 (m); c = 35 (mm) = 35.10-3 (m );

b’ = b” = 33 (mm) = 33.10-3 (m);

Khối lợng ly tâm của má khuỷu : mmkh = 0,9 ( kg)

Khoảng cách từ trọng tâm của khối lợng ly tâm đến tâm quay:

Theo nh sơ đồ ta có :

T và Z- Lần lợt là lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu

Pr1 - Lực quán tính ly tâm của má khuỷu

C1 - Lực quán tính ly tâm của chốt khuỷu

C2- Lực quán tính ly tâm của ( m2)

Pr2 - Lực quán tính ly tâm của đối trọng

T’, T”; Z’, Z” là các phản lực do (T và Z) sinh ra khi và tác dụng lên trục khi làm việc

M’k, M”k - Mô men xoắn tác dụng lên bên trái và bên phải.

Ta thấy ứng suất lớn nhất tác dụng lên khuỷu nguy hiểm nhất có thể xảy

ra trong các trờng hợp sau :

+Trờng hợp chịu lực PZmax khi khởi động

+Trờng hợp chịulực Zmax khi làm việc

+Trờng hợp chịu lực Tmax khi làm việc

+Trờng hợp chịu lực ΣTmax

Nhng thực tế khi cho động cơ làm việc,thì lực tác dụng trong trờng hợp (1) bao giờ cũng lớn hơn trờng hợp (2) Và lực tác dụng lên cổ khuỷu ở trờng hợp ba, bao giờ cũng lớn hơntrờng hợp 4 Vì vậy ta chỉ cần xét hai trờng hợp

(1và 3)

2 Tính toán kiểm nghiệm bền trục khuỷu :

1.Trờng hợp chịu lực (PZmax) :

Đối với động cơ Diezel nói chung và động cơ (D50) nói chung thì đây là trờng hợp khởi động.lúc này ta xét vị trí trục khuỷu ở vị trí của điểm chết trên (ĐCT)

ta có : α = 0,T = 0, n = 0, PJ = 0, Pr = 0

Z = PZmax = pZmax.FP = 6,576

4

11 , 0 14 ,

068 , 0

10 1 , 2

Lực pháp tuyến (Z) gây uốn má khuỷu tại tiết diện (A-A)

a, ứng suất uốn má khuỷu

6

10 116 10 5 , 25

10 1 , 2

10 62

a,ứng suất uốn cổ trục do lực ( Z) tạo ra ở hai bên cổ trục

σu chkh = 3 3

3 ) 10 68 (

1 , 0

10 1 , 2

Ư

' '.

II.Trờng hợp chịu lực (Tmax).

Vị trí tính toán của khuỷu trục xét nguy hiểm nhất lệch so với điểm (ĐCT) với một góc α = αTmax.

Lúc này : (n≠ 0; T = Tmax ; các lực quán tính khác đều tồn tại )

Căn cứ vào đồ thị T = ƒ(α ), để tính các giá trị của lực tiếp tuyến và các góc tơng ứng

Động cơ (D25) có 2 xy lanh với thứ tự nổ (1-2).Và sau khi tính toán trên

đồ thị ta có T = Tmax khi αTmax = 375 0

Vậy ta có bảng làm việc tại các điểm đặc biệt của lực tiếp tuyến (T) với (α)

Nh vậy sau khi xét bảng giá trị lực tiếp tuyến nguy hiểm đến với cổ khuỷu ta thấy chỉ có cổ (1) là nguy hiểm nhất Nó chịu một lực (Tmax = 0,92MN)

1 Tính bền chốt khuỷu

a, ứng suất uốn trong mặt phẳng khủy trục

' '

10 72 , 5

9 , 11 10

72 , 5

10 35 70 , 0 10 35 42 , 0 10 1 , 2

Ư

.

Ư

2 1

=

ux

r r ux

x

u

W

c P a P l Z W

"

068 , 0 1 , 0 2

034 , 0 92 , 0

chkh i

R W

4 x

x

2 Tính kiểm nghiệm bền cổ khuỷu.

Thờng tính bên cổ phải vì cổ này thờng chịu lực lớn hơn cổ bên trái

a,ứng suất do lực pháp tuyến(Z”) gây ra

σy u = . 30.,05,.110.(0,075.33.)103 23,85

3 3

x u

W

b Z

y u

W

b T

c, ứng suất uốn tổng cộngtại khuỷu là

σu = 2 ( )2 ( ) (2 )2

1854 24

max 1

"

10 5 , 37 1 , 0 2

10 5 , 37 37 , 2

cokh i

k

k x

W

R W

R W

4 x

x

3.Tính kiểm nghiệm bền má khuỷu.

Ta thờng kiểm nghiệm bền má bên phảI và má này thờng chịu lực lớn

a,ứng suất do lực pháp tuyến(Z”) gây ra

6

116 , 0 10 5 , 25

10 33 10 5 , 30

6

.

2 3

3 3

10 33 37 , 2

6

6

3 2

b T h b

y u

T và Z- Lần lợt là lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu

Pr1 - Lực quán tính ly tâm của má khuỷu

C1 - Lực quán tính ly tâm của chốt khuỷu

C2- Lực quán tính ly tâm của ( m2)

Pr2 - Lực quán tính ly tâm của đối trọng

T’, T”; Z’, Z” là các phản lực do (T và Z) sinh ra khi và tác dụng lên trục khi làm việc.

M’k, M”k - Mô men xoắn tác dụng lên bên trái và bên phải

Ta thấy ứng suất lớn nhất tác dụng lên khuỷu nguy hiểm nhất có thể xảy ra trong các trờng hợp sau :

1,Trờng hợp chịu lực PZmax khi khởi động

2,Trờng hợp chịulực Zmax khi làm việc

3,Trờng hợp chịu lực Tmax khi làm việc

4,Trờng hợp chịu lực ΣTmax

Nhng thực tế khi cho động cơ làm việc,thì lực tác dụng trong trờng hợp (1) bao giờ cũng lớn hơn trờng hợp (2) Và lực tác dụng lên cổ khuỷu ở trờng hợp ba, bao giờ cũng lớn hơntrờng hợp 4 Vì vậy ta chỉ cần xét hai trờng hợp (1và 3)

I Tính toán kiểm nghiệm bền trục khuỷu :

1.Trờng hợp chịu lực (PZmax) :

Đối với động cơ Diezel nói chung và động cơ (D12) nói chung thì đây là trờng hợp khởi động.lúc này ta xét vị trí trục khuỷu ở vị trí của điểm chết trên (ĐCT)

075 , 0

0345 , 0

10 845 ,

Lực pháp tuyến (Z) gây uốn má khuỷu tại tiết diện (A-A)

+ ứng suất uốn má khuỷu

6

10 31 10 90

1,845.10

2 3 3

10 46

1 , 0

1,845.10

Ư

' '.

= 67,18 (MN/m2)

II.Trờng hợp chịu lực (T max ).

Vị trí tính toán của khuỷu trục xét nguy hiểm nhất lệch so với điểm (ĐCT) với một góc α = αTmax.

Lúc này : (n≠ 0; T = Tmax ; các lực quán tính khác đều tồn tại )

Căn cứ vào đồ thị T = ƒ(α ), để tính các giá trị của lực tiếp tuyến và các góc tơng ứng

Động cơ (D12) có 1xy lanh Và sau khi tính toán trên đồ thị ta có T = Tmax khi αTmax = 375 0

Vậy ta có bảng làm việc tại các điểm đặc biệt của lực tiếp tuyến (T) với (α)

Nh vậy sau khi xét bảng giá trị lực tiếp tuyến nguy hiểm đến với cổ khuỷu ta thấy chỉ có cổ (1) là nguy hiểm nhất Nó chịu một lực (Tmax = 0,52MN)

1 Tính bền chốt khuỷu

a, ứng suất uốn trong mặt phẳng khủy trục