tkmh động lực học động cơ đốt trong

TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC & ĐỘNG LỰC HỌCKHUỶU TRỤC THANH TRUYỀN Động học và động lực học là môn học dùng phương pháp quan điểm cơ học để nghiên cứu quy luật chuyến động, chịu lực của các chi ti

LỜI NÓI ĐẦU

Động cơ đốt trong là loại máy ra đời từ rất sớm, có thể nói nó đã

giúp con người tiến lên một bậc trong lịch sử phát triển của mình bởi từ

khi xuất hiện nó đã từng bước giải phóng lao động chân tay cho con

người với năng suất làm việc rất cao Cho đến ngày nay nó vẫn là loại

máy tạo nhiều giá trị nhất về mặt kinh tế và trong tương lai nó sẽ tiếp

tục được chúng ta cải tạo và phát triển

Là một sinh viên thuộc khoa Cơ khí ĐH GTVT em được giao

thực hiện TKMH môn Động Cơ Đốt Trong với nội dung tính bền & vẽ

trục khuỷu Do trình độ có hạn nên trong quá trình thực hiện không thể

chánh khỏi những sai sót bởi vậy em mong được sự quan tâm và giúp đỡ

của thầy cô Bộ môn: Động Cơ Đốt Trong để em hoàn thiện tốt hơn

trong những môn học sau Nhân đây em cũng xin chân thành cảm ơn

thầy Vũ Xuân Thiệp cùng Bộ môn đã giúp đỡ để em hoàn thành bài

TKMH này

Sinh viên

Tạ Ngọc Tuyên

Áp suất cuối hành trình giãn nở pb 0,285MPa

Khối lượng nhóm thanh truyền Mtt 1,2 kg

TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC & ĐỘNG LỰC HỌC

KHUỶU TRỤC THANH TRUYỀN

Động học và động lực học là môn học dùng phương pháp quan điểm

cơ học để nghiên cứu quy luật chuyến động, chịu lực của các chi tiết

máy trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền, trạng thái dao động, nhất là

dao động xoắn của hệ trục

Các động cơ hiện đại có số vòng quay rất cao, do đó gây nên lực

quán tính lớn, có khi vượt xa trị số lực khí thể Lực quán tính tác dụng

lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền gây nên ứng suất khá lớn, đôi khi

làm hư hỏng các chi tiết máy Ngoài ra lực quán tính còn có tác dụng

kích thích khiến cho các chi tiết trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

phát sinh dao động

Tính toán động lực học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền nhằm mục

đích xác định các lực do hợp lực của lực quán tính và lực khí thể tác

dụng lên chi tiết ở mỗi vị trí của trục khuỷu để phục vụ cho việc tính

toán sức bền, nghiên cứu trạng thái mài mòn của chi tiết máy và cân

bằng động cơ

I/ TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CƠ CẤU KHUỶU TRỤC THANH

TRUYỀN:

Nghiên cứu quy luật chuyển động của Piston là nhiệm vụ chủ yếu của

động học Để tiện nghiên cứu, ta giả thiết trong quá trình làm việc trục

khuỷu quay với tốc độ không đổi Đối với các động cơ cao tốc ngày nay

do tốc độ vòng quay cao nên khi trạng thái công tác của động cơ đã ổn

định thì sự thay đổi tốc độ góc do sự không đồng đều vủa mômen động

cơ sinh ra không lớn lắm Vì vậy giả thiết trên gần đúng với thực tế

2600 π

Trong đó: S - là độ chuyển vị của pittông.

R- là bán kính quay của trục khuỷu;

- là tham số kết cấu

w- là góc quay của trục khuỷu

-Ta có: St = S1+ S2;

S1 = R(1-cos ) độ dịch chuyển cấp 1 ;

3/ Vận tốc pitông

Để tính vận tốc chuyển động của piston ta đạo hàm chuyển vị S theo

thời gian ta được vận tốc pitông V

V = Rω(sinα +λ2

sin2α) (m/s)Trong đó:

V2 = Rω

2 λ

.sin2 - Vận tốc cấp 2.

Ta vẽ đồ thị V- biểu diễn vận tốc của Piston phụ thuộc vào góc quay

trục khuỷu Trục tung biểu thị vận tốc của piston, trục hoàng biểu thị

góc quay  của trục khuỷu Ta có đồ thị như hình dưới

J - gia tốc của piston;

R - là bán kính quay của trục khuỷu;

J2 :Gia tốc cấp hai J2 = Rω2 λcos2α

Ta vẽ đồ thị J- biểu thị sự phụ thuộc gia tốc của piston vào góc quay 

của trục khuỷu Trục tung biểu diễn độ lớn của J, trục hoành biểu thị góc

quay trục khuỷu 

II/ TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1/ Khái quát

Khi động cơ làm việc, cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền

(CCTKTT) nói riêng và động cơ nói chung chịu tác dụng của các lực

như lực khí thể, lực quán tính, trọng lực và lực ma sát Trừ trọng lực ra,

các lực các lực khác đều có trị số thay đổi theo các vị trí của Piston

trong các chu trình công tác của động cơ Khi tính toán động lực học, ta

chỉ xét các lực có giá trị lớn là lực khí thể và lực quán tính

Mục đích của việc tính toán động lực học là xác định các lực do

hợp lực của hai loại lực trên đây tác dụng lên CCTKTT và mô men do

chính chúng sinh ra để làm cơ sở cho việc tính toán cân bằng động cơ,

tính toán sức bền của các chi tiết, nghiên cứu trạng thái mài mòn và tính

toán dao động xoắn của hệ trục khuỷu

Việc khảo sát động lực học được dựa trên phương pháp và quan điểm

của cơ học lý thuyết Các lực và mô men trong tính toán động lực học

được biểu diễn dưới dạng hàm số của góc quay trục khuỷu α và quy

ước là pittông ở điểm chết trên thì α = 00 Ngoài ra, các lực này thường

được tính với một đơn vị diện tích đỉnh pittông Về sau khi cần tính giá

trị thực của các lực, ta nhân giá trị của áp suất với diện tích tiết diên

ngang của đỉnh pittông

2/Dựng các đồ thị véctơ phụ tải

Đồ thị véctơ phụ tải là đồ thị biểu diễn sự tác dụng của các lực

lên bề mặt làm việc ở các vị trí khác nhau trên trục khuỷu Các bề mặt

làm việc quan trọng của động cơ gồm bề mặt chốt khuỷu, cổ trục, bạc,

lót đầu to thanh truyền và bạc lót ổ trục

Đồ thị vectơ phụ tải dùng để:

-Xác định phụ tải nhằm xem xét quy luật mài mòn bề mặt làm

việc

-Xác định khu vực chịu lực bé nhất và trung bình nhằm đánh

giá nhằm chọn vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn

-Xác định đơn vị phụ tải lớn nhất và trung bình nhằm đánh giá

mức độ va đập

Để dựng đồ thị ấy, trước tiên ta phải xác định các lực tác dụng:

lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z và lực li tâm Pk0 do khối lượng m2

Pj = - mj.R.2.(cosα + cos2α)

Cộng hai đồ thị đó lại sẽ được sự biến thiên của lực P theo α

Tiếp theo sẽ xác định được sự biến thiên của lực tiếp tuyến:

β α cos

) sin(

) cos(

∑

P

Lực quán tính của khối lượng thanh truyền quy dẫn về tâm đầu to thanh

truyền, tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu: PR2 = m2.R.2

Đồ thị vectơ phụ tải tác dụng trên bề mặt chốt khuỷu được vẽ với

giả thiết rằng trục khuỷu đứng yên còn xi lanh quay với vận tốc trục

khuỷu nhưng theo chiều ngược lại Hợp lực Q của các lực tác dụng lên

bề mặt chốt khuỷu:

= ++

Từ đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên bề mặt chốt khuỷu ta có thể

triển khai thành đồ thị Qck - α sau đó tính giá trị trung bình Qtb trên cơ sở

đó có thể xác định được hệ số va đập của bề mặt tương tác

( ) V

+ Hiệu chỉnh b’’:

pb’’ = pb – 0,5(pb- pr)=0,285- 0,5(0,285- 0,12 )

=0,2 (M Pa)+ Độ dịch chuyển Brich:

OO’= R

2 λ

Từ các số liệu trên ta xây dựng được đồ thị công như hình vẽ :

Tỉ lệ xích µv = 3 (cm 3/mm)

Tỉ lệ xích µp =0,025(MPa/mm)

Đồ thị công P-V : ( chi tiết bản A0)

5/ Tổng hợp lực khí thể và lực quán tính tác dụng lên cơ cấu

pΣ = pkt+pj

Sau khi vẽ đồ thị P-V ta xác định được Pkt với Pkt = P-Po Kết hợp với

bảng Pj ở trên ta tính được pΣ tương ứng với góc α

β α

(kG/cm2), Z = + .pΣ

cos

) cos(

β

β α

(kG/cm2)β= arcsin (λsin α ) =arcsin (

4

Sinα)

α P tổng BETA COS SIN T Z

705 -6.535 -3.710 0.949 -0.321 2.101 -6.203

720 -6.921 0.000 1.000 0.000 0.000 -6.921

hệ toạ độ T-Z gốc tại O1 chiều dương của T hướng sang phải , chiều

dương của Z hướng xuống dưới

Ta có lực quán tính li tâm của khối lượng chuyển động quay của thanh

0,84.10 0,050.272,13

5,1.10 0,61.10

−

−

(KG/m2) Vậy Pk =-5,1 (KG/cm2)

Xác định tâm chốt khuỷu: tâm chốt khuỷu nằm trên trục Z và cách O1

một đoạn bằng trị số của Pk

Trên hệ toạ độ T-Z xác định các trị số của T và Z khác nhau tuỳ vào các

giá trị α

7/Vẽ đồ thị Q - 

Từ đồ thị phụ tải tác dụng lên cổ biên ta lập được quan hệ Q - ,

trong đó Q là lực tổng hợp tác dụng lên cổ biên

= + + = + Trên đồ thị thì lực tổng hợp được xác bằng cách: với góc quay

trục khuỷu  ta xác định được điểm Ptt tương ứng trên đồ thị, sau đó nối

điểm Ptt với tâm cổ biên giả định D ta xác định được véc tơ DPtt biểu

diễn tổng hợp tác dụng lên cổ biên tại thời điểm ứng với góc quay  của

trục khuỷu

Sau khi xác định được quan hệ Q -  ta tiến hành xây dựng được đồ

thị Q- như trên bản vẽ Căn cứ đồ thị Q -  ta tiến hành xác định Qtb:

Qtb = ; Trong đó Sđt = 17400 (mm2)

L = 480 (mm)

=> Qtb = 24600/480 =51,25 (mm)

Do đó hệ số va đập:  = = 261/51,25= 5 Vậy  = 5 > 4: Không thoả mãn về hệ số va đập Tuy nhiên kmax=(Qmax.Fp)/(lc.ld)= 62,19 KG/cm2 < [k] nên vẫn đảm bảo

8/ Vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu

Đồ thị mài mòn chốt khuỷu thể hiện trạng thái hao mòn của trục

và  vị trí chịu tải ít để khoan lỗ dầu

Để vẽ đồ thị mài  mòn, ta tiến hành vẽ vòng tròn có bán kính R(chọn R= 100(mm) ) tượng trưng cho chốt khuỷu, sau đó chia vòngtròn thành 12 phần đều nhau và được đánh số thứ tự như bản vẽ Tiếnhành lập bảng tính tại mỗi điểm với giả thiết phạm vi ảnh hưởng củalực tại mỗi điểm là 1200 sang 2 phía, với tỷ lệ xích được chọn là Qm=5(

mm

cm

KG/ 2 ) ta xác định được độ dài các đoạn thẳng biểu diễn giá trị Qtại các điểm chia tương ứng Sau khi xác định được tất cả các điểmtrên ta tiến hành nối các điểm đó lại sẽ được đồ thị mài mòn chốtkhuỷu

9/ Tính bền trục khuỷu.

Tính bền trục khuỷu ta chia trục khuỷu ra thành nhiều đoạn mỗi đoạn

coi như một dầm với những giả thiết sau :

Dầm cứng tuyệt đối

Trong động cơ có nhiều trục khuỷu, ta chọn trục khuỷu chịu tải

lớn nhất để tính

Dưới đây tính bền trục khuỷu khi khởi động

Giả thiết khi này Pittong ở ĐCT

Bỏ qua ảnh hưởng của lực quán tính vì khi này vận tốc rất nhỏ

Lực tác dụng lên chốt khuỷu có trị số lớn nhất là lớn nhất Pmax

u W

Z W

M ' 75

= (MN/ m2 )

Wu là modun chống uốn trên tiết diện ngang của chốt khuỷu

075 , 0 0197 ,

W

M u

035 , 0 0197 , 0