Đồ án môn học Động cơ đốt trong

Tính lực quán tính chuyển động tịnh tiến Vẽ đồ thị – Pj=fV trên cùng đồ thị PV Tỷ lệ xích:... Đồ thị lực tác dụng lên bạc đầu to thanh truyền Lợi dụng đồ thị L-c tác dụng lên chốt khuỷu

Bộ giáo dục và đào tạo Tr-ờng đại học bách khoa hà nội

Bộ môn: động cơ đốt trong

đồ án môn học

động cơ

Sinh viên: Trịnh minh phụng Lớp: Động cơ-K43

GV H-ớng dẫn: Vũ thị Lạt

Trần văn Tế

Hà nội 2002

11 Khối l-ợng nhóm thanh truyền mtt=0,64(kg)

12 Chiều dài thanh truyền Ltt=144(mm)

5200 8 , 92

=16(m/s)

Cm=16(m/s)9(m/s)  Động cơ tốc độ cao

2 áp xuất và nhiệt độ khí trời

3 áp suất khí trời p0=0,1MPa

1122 , 0

) 094 , 0

1122 ,

0 (

5 , 1 1

17 , 1 8 , 0 04 , 1 7 , 10

r r t

p

p T

r

a T

900 0314 , 0 17 , 1 20

1122 ,

0

0994 ,

0 (

5 , 1 1 5 , 1

1

TT

094 , 0 20 297

297 1 7

5 , 1 1

30 

=

5200 10 4961 , 0 4

4 30 126 7355 , 0

6 =1,0778MPa

M1=

T p g

p

e e

v

0 0 3

.

10

=

297 0778 , 1 175

7355 , 0 9147 , 0 1 , 0 10



=

4

8 , 92 8 , 82



= 496100mm3=0,4961.5 L-ợng khí nạp lý thuyết để đốt 1kg nhiên liệu

32 4 12

.(

21 , 0

145 , 0 12

855 , 0 (

21 , 0

1   = 0,512(kmol/kg.nl) 1.6 Hệ số d- l-ợng không khí

 =

0 1 1

114 / 1 54 ,

= 0,99623

iii Quá trình cháy

1.7 Tỷ nhiệt của quá trình công tác

1.7.1 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới

Động cơ xăng

,

mc v = (17,997+3,504)+

2 1(360,34+252,4).10-5.T(KJ/kmolđộ)

2

1(360,34+252,4.0,99623).10-5.T

.(

1

r v r

n1-1 =

) 1 (

2

314 , 8

1 ,

,

1 

 T n

a v v

b a

n1=1,341,39

Chän n=1,373 thay vµo ph-¬ng trinh trªn 1,373-1=

) 1 7

, 10 (

337 00212 , 0 8572 , 19

314 , 8

1 373 ,

VËy n=0,373 1.8 ¸p xuÊt cuèi qu¸ tr×nh nÐn

1

1 32 4 )

1 ( 21 , 0

= 1+

114

1 512 , 0 99623 , 0

114

1 32

0 4

145 , 0 512 , 0 ).

99623 , 0 1 ( 21 , 0

0314 , 0 1

0314 , 0 0581 , 1





= 1,0563 1.13 Hệ số biến đổi phân tử thực tế tại điểm z

1 0

.xz xz: Hệ số tải nhiệt

xz=z/b=0,9151/0,919=0,9956

z=1+ 0 , 9956

0314 , 0 1

1 99623 , 0





=1,0561 1.14 Nhiệt độ tại z: Tz







 ) 1 (

) (

H H

z

M

Q Q

) (

H H

z

M

Q Q





) 0314 , 0 1 ( 5188 , 0

) 12 , 243 44000 (

915 , 0

2

) 1 ( ) (

.

0 0

0

, 0

x x

x x

z r

z

v z r

,

=

) 1 ( ) (

).

1 ( ) (

.

0 0

0

,

0

x x

a x x

a

z r

z

v z r

z v

0314 , 0 9956 , 0 ( 0581 , 1

48779 , 21 ).

9956 , 0 1 ( ) 0581 , 1

0314 , 0 9956 , 0 (

48779 , 21 0581

).

1 ( ) (

.

0 0

0

,

0

x x

x x

b

z r

z

z r

z v

0314 , 0 9956 , 0 ( 0581 , 1

00209 , 0 ).

9956 , 0 1 ( ) 0581 , 1

0314 , 0 9956 , 0 (

00306 , 0 0581 , 1

b

2

, ,  =21,481+0,0031.TzPh-¬ng tr×nh (1) thµnh

1.16 ChØ sè gi·n në ®a biÕn trung b×nh

n2-1=

) (

2 )

.(

).

1 (

) (

314 , 8

, ,

1

b z vz vz b z r

H z b

T T

b a

0563 , 1 ).

0314 , 0 1 ( 5188 , 0

44000 ).

915 , 0 919 , 0 (

314 , 8

b b

2889



n ; n2=(1,231,27) Chọn n2=1,233

Tb=

7 ,

10 1,2331

2889

 =16630K

n2-1=1,233-1=0.233 thay vào ph-ơng trình ta có 1,233-1=

) 1675 2889

( 0031 , 0 481 , 21 ) 1675 2889

.(

0563 , 1 ).

0314 , 0 1 ( 5188 , 0

44000 ).

915 , 0 919 , 0 (

314 , 8

pb=

2

n z

p

 =10 , 71,233

0898 , 9

=0,4886Mpa 1.18 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở

Tb=

1

2 

n z

T

 =10 , 71,2331

2889

 =16610K 1.19 Kiểm tra nhiệt độ khí sót

900

1122 , 0 (

5 , 1 1 5 ,

1 1 ( )

1 1 ( 1

n

n n

= ]

1 37278 , 1

1 ).

7 , 10

1 1

( ) 7 , 10

1 1

( 1 2334 , 1

7352 , 3 [

1 7

,

10

7 , 10

2334 , 1

37278 , 1

0 3

.

43210

T p M

p

i v



=

297 2718 , 1

7355 , 0 126 4 30

=0,4961(l)

D=

4

4961 , 0

8 , 92

=46,4mm L=144mm

4961 , 0

 =0,0511(l)

ThÓ tÝch lín nhÊt vña xy lanh

Vmax=Vh+Vc=0,4961+0.0511=0,5472(l)

Tû lÖ xÝch=Gi¸ trÞ th-c/Gi¸ trÞ biÓu diÔn

Chän S(biÓu diÔn)=200mm ;Pz(BiÓu diÔn)=200mm

s=

200

8 92

09 , 9

=0,0454(MPa/mm) B¶ng 1:

BiÓu diÔn (mm)

Thùc (Mpa)

BiÓu diÔn (mm)

=7,4756mm OO’ (Biểu diễn) =

908 , 5

=16,1111mm Chia vòng tròn Brich thành 18khoảng mỗi

khoảng 100 ứng với các điểm chia 0 18

Nối O’ với các điểm vừa chia

Dóng các điểm vừa chia xuống cắt các giá

trị Px(biểu diễn) tại các điểm 0 XVIII

Nối các điểm 0 XVIII ta đ-ợc đồ thị nh-

1 , 0 7264 ,

=167,7997mm Hiệu đính áp suất thực tế cuối quá trình nén thực tế

3

1(0,85.9,0898-2,4336)=4,1978MPa

1 , 0 1978 ,

2

1(0,4886-0,1122)=0,3004MPa

1 , 0 3004 ,

=4,4088mm

O' O

p

p

O

Phần ii: tính toán động học và động lực học

1 Đ-ờng biểu diễn các qui luật động học

1.1 Đ-ờng biểu diễn hành trình piston x=f()

Chọn tỷ lệ xích

=1(độ/mm)

x=s=0,464(mm/mm) Gióng các điểm đã chia trên cung Brich xuống các điểm 00,100, 1800 t-ơng ứng trục tung của đồ thị x=f() để xác định chuyển vị x t-ơng ứng



=0.2526(

mm s

m

. )

Vẽ đ-ờng tròn (O;R/2x)=(O;16,1111)

Chia đ-ờng tròn thành 18 phần bằng nhau

Ta xây dựng đ-ợc đồ thị v=f() đi qua các điểm 0,I,II XVIII nh- hình vẽ 1.2.2 Vẽ đồ thị v=f(x)

Tỷ lệ xích:

v=0.2526(

mm s

m

. ) x=0,464(mm/mm)

Từ đồ thị v=f() ta xác định giá trị v t-ơng ứng với các góc

=00,100,200 1800

Đặt các giá trị này trên các tia song song với trục tung đúng các góc t-ơng ứng ,nối các điểm lại với nhau ta đ-ợc đồ thị v=f(x) trên hình vẽ 1.3 Vẽ đồ thị gia tốc piston J=f(x)

8 , 92

8 92

144 2

8 , 92 1 (

2

10 8 , 92

).

30

(

2 3



  n

=18192,2475(m/s2) Chọn Jmax(biểu diễn)=100 mm

8 , 92 1 (

2

10 8 , 92

).

30

(

2 3

8 , 92 2

8 , 92

30

(



=-73,1092mm Chia AF và DF thành 8 Phần bằng nhau ứng với các điểm 0,1 8 và O,I VIII nối các điểm 0O,1I 8VIII và dựng tiếp tuyến đi qua các đoạn thẳng trên đ-ợc

4 36 , 0



2)

m1: Khối l-ợng thanh truyền qui dẫn về tâm chốt piston

10 5 82

4 64 , 0 28 , 0



2)

m2: Khối l-ợng thanh truyền qui dẫn về tâm chốt piston

10 5 82

4 64 , 0 72 , 0



2)

m=67,3449+33,5228=100,8677(kg/m2)

2.2 Tính lực quán tính chuyển động tịnh tiến

Vẽ đồ thị – Pj=f(V) trên cùng đồ thị PV

Tỷ lệ xích:

Pj=0,0454(MPa/mm)

V=0,0025(l/mm)

KÎ AC vu«ng gãc víi AB sao cho AC=-Pjmax(biÓu diÔn)

-Pjmax=mR2(1+)=mJmax=100,8677.18192,2475.10-6=1.835MPa

-Pjmax(biÓu diÔn)=

p j

835 , 1

=40,3749mm

KÎ BD vu«ng gãc víi AB sao cho BD=-Pjmin(biÓu diÔn)

-Pjmin= mR2

(1-)=mJmin=-100,8677.9325,4378.10-6=-0,9406MPa -Pjmin(biÓu diÔn)=-

p j

9406 , 0

=-20,6964mm Nèi CD c¾t AB t¹i E’

KÎ E’ F’ vu«ng gãc víi AB sao cho

-E’ F’ =m.EF=-100,8677.13300,2146.10-6=-1,3416MPa

-E’ F’ (biÓu

diÔn)=-p

F E



' '

=-0454 , 0

3416 1

=-29,5178mm Chia AF’ vµ DF’ thµnh 8 PhÇn b»ng nhau øng víi c¸c ®iÓm 0,1 8 vµ O,I VIII nèi c¸c ®iÓm 0O,1I 8VIII vµ dùng tiÕp tuyÕn ®i qua c¸c ®o¹n th¼ng trªn ®-îc







cos ) cos(  Pkt Pj P T Z

Thùc (MPa)

BiÓu diÔn (mm)

Thùc (MPa)

BiÓu diÔn (mm)

Thùc (MPa)

BiÓu diÔn (mm)

Thùc (MPa)

BiÓu diÔn (mm)

Thùc (MPa)

BiÓu diÔn (mm)

Chọn tỷ lệ xích

=2(độ/mm)

T=Z=T=0,0454(MPa/mm) {T=f();Z=f() Bảng 2}

Kiểm Nghiệm:

Từ đồ thịTtb=0,8293(MPa)

Lý thuyết Ttb=

m p

e

n R F

N



 .

10

30 3

=

8474 0 5200 10 4 46 10 5 82

4 7355 0 126 10 30

3 6

 1

(độ)

T1(MPa)

 2

(độ)

T2(MPa)

 4

(độ)

T4(MPa)

 3

(MPa)

T3(MPa) T

)2 =1,19(MPa)

Pk0(biÓu diÔn)=

Z k

19 1

=26,0958mm

VÏ ®Çu nhá thanh truyÒn quay 1800

B¶ng 4

2.7 Đồ thị lực tác dụng lên bạc đầu to thanh truyền

Lợi dụng đồ thị L-c tác dụng lên chốt khuỷu ta

xây dựng lực tác dụng lên bạc đầu to thanh truyền

Dựng hệ trục Z’ O’ T’ trên tờ giấy bóng ,vẽ đ-ờng

tròn bất kỳ cắt trục d-ơng O’ Z’ tại điểm 0 ,chấm

lên vòng tròn các điểm 1,2 23 ứng với các góc

i+i (Bảng 4) ,mang tờ giấy bóng đặt vào đồ thị

l-c tác dụng lên chốt khuỷu sao cho tâm O’ trùng

Pk0Z’ trùng Z và chấm lại lên tờ giấy bóng điểm 0

của đồ thị lực tác dụng lên chốt khuỷu ,lần l-ợt

quay tờ giấy bóng để cho các điểm 1,2 23 trên tờ giấy bóng lần l-ợt trùng với trục d-ơng OZ và cứ mỗi lần trùng ta lại chấm các điểm trên đồ thị lực tác dụng lên chốt khuỷu Nối lại các điểm đã chấm ta đ-ợc đồ thị lực tác dụng lên bạc đầu to thanh truyền

Can lại đồ thị trên giấy kẻ ly

Vẽ đầu to thanh truyền quay đi 1800 đặt tại gốc hệ toạ độ

lên

2.8 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu

Giả thiết :

L-ợng mòn tỷ lệ thuận với lực tác dụng

Lực gây ra mòn không tại một điểm mà

lân cân tại điểm đó 600

Không xét đến điều kiện thực tế

Xây dựng

Vẽ vòng tròn tâm Pk0 bất kỳ trên đồ thị cổ

chốt cắt trục d-ơng Z tại 0 ,chia

Vòng tròn này thành 24 phần bằng nhau mỗi phần 150 ,

đánh dấu các điểm chia 0,1 23

vị trí khoan

lỗ dầu

Phần II Tính Nghiệm Bền các chi tiết chính

Ch-ơng I: Tí nh toán sức bền trục khuỷu

1 Tính sức bền trục khuỷu bao gồm tính sức bền tĩnh và tính sức bền

động

Tính sức bên theo ph-ơng pháp phân đoạn

Do trục khuỷu là dầm siêu tĩnh nên khi tính toán gần đúng, ng-ời ta phân trục khuỷu ra làm nhiều đoạn, mỗi đoạn là một dầm tĩnh định nằm giữa hai gối tựa là hai ổ trục Thông th-ờng, mỗi đoạn đó là một khuỷu Khi tính toán ta sẽ phải xét khuỷu nào chịu lực lớn nhất để tính cho khuỷu đó

Sơ đồ tính toán sức bền tĩnh theo ph-ơng pháp phân doạn đ-ợc trình bày ở hình vẽ d-ới đây

Ký hiệu các lực trên sơ đồ nh- sau:

-T, Z: Lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến tác dụng trên chốt khuỷu (MN)

-Pr1, Pr2: Lực quán tính ly tâm của má khuỷu và của đối trọng (MN)

-C1, C2: Lực quán tính ly tâm của chốt khuỷu và của khối l-ợng thanh truyền quy dẫn

về đầu to (MN)

-Z’, Z’ ’: Các phản lực gối tựa nằm trong mặt phẳng khuỷu (MN)

-T’, T’ ’: Các phản lực gối tựa nằm trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng khuỷu (MN)

-Mk’, Mk’ ’: mômen xoắn tại cổ trục bên trái và cổ trục bên phải của khuỷu trục tính toán (MNm)

trong đó :

Mk’ = Ti-1.R

Mk’ ’ = Ti.R

ở đây R: bán kính khuỷu (m)

Ti-1 : tổng các lực tiếp tuyến của các khuỷu đứng tr-ớc khuỷu tính toán (MN)

Kích th-ớc của trục khuỷu

Ng-ời ta giả thiết rằng ứng suất lớn nhất tác dụng trên khuỷu nguy hiểm có thẻ xảy

ra trong các tr-ờng hợp sau:

1 Tr-ờng hợp chịu lực PZmax khi khởi động

2 Tr-ờng hợp chịu lực Zmax khi làm việc

3 Tr-ờng hợp chịu lực Tmax khi làm việc

4 Tr-ờng hợp chịu lực Tmax

Trong thực tế vận hành của động cơ lực tác dụng trong tr-ờng hợp 1 bao giờ cũng lớn hơn tr-ờng hợp 2 và lực tác dụng lên trục khuỷu trong tr-ờng hợp 3 bao giờ cũng lớn hơn tr-ờng hợp 4 Vì vậy ng-ời ta chỉ tính nghiệm bền ở hai tr-ờng hợp 1 và 3

1.1 Tr-ờng hợp chịu lực P Zmax :

Đối với động cơ điêsel, đây là tr-ờng hợp khởi động

Vị trí khuỷu trục ở ĐCT nên =0, T=0, n=0, pj=0, pr=0

14 ,

10 01 , 1

1.1.2, Tính nghiệm bền má khuỷu:

Lực pháp tuyến Z gây uốn và nén tại A-A

* ứng suất uốn má khủyu:

' '

hb

b Z

10 26 0202 0





= 96,1 MN/m2ứng suất nén má khủyu:

0404 0

 =12,3 MN/m2 ứng suất tổng:  = u + n = 12,3+96,1= 108,4 MN/m2>[u]

10 26 0202 , 0

=30,3 MN/m2 <[u]

2.2, Tr-ờng hợp chịu lực T max :

Vị trí tính toán của khuỷu trục nguy hiểm lêch so với vị trí ĐCT một góc =Tmax =

3810

Lúc này n0, T = Tmax, các lực quán tính đều tồn tại, Cần căn cứ vào đồ thị T=f()

để xác định trị số lực tiếp tuyến và các góc t-ơng ứng

Nhìn trên đồ thị ta có T1max = 2,048 MPa tại  = 3810

lực tiếp tuyến ở các góc cần tính thống kê trong bảng sau:

Từ bảng thống kê ta thấy khuỷu thứ nhất ngoài lực Tmax ra còn chịu mômen cùng chiều do Ti-1 gây ra nên khuỷu thứ nhất là khuỷu nguy hiểm nhất Do đó ta phải tính

nghiệm bền cho khuỷu thứ nhất

max

MN l

b b l b

l l

Z Z

o

o o

o

0089 0 100

100

* 0054 0 74

* 00124 0 50

* 0267

6 3

2 1

/ 9 , 31 10

* 08 , 1

10

* 24

* ) 24 , 1 4 , 5 ( 10

* 50

* 0089 0 ) Pr (Pr ' '*

m MN W

a l

Z W

M

ux ux

10 08 , 1

10 50 10 7 , 5







=26,4 MN/m2-øng suÊt uèn tæng céng:

u =    2 y 2

u x

u 

4 , 26 9 ,

31  = 41,4 MN/m2-øng suÊt xo¾n chèt khuûu:

10 53 , 0





=24,5 MN/m2-øng suÊt tæng khi chÞu uèn xo¾n:

Th-êng tÝnh cæ bªn ph¶i v× cæ nµy chÞu lùc lín h¬n cæ bªn tr¸i

-øng suÊt uèn do lùc ph¸p tuyÕn Z’ ’ g©y ra:

ux

=

ux

x u

14 ,

10 15

10 26 10 9 , 8







=15,4 MN/m2-øng suÊt uèn do lùc T’ ’ g©y ra trong mÆt ph¼ng th¼ng gãc víi mÆt ph¼ng khuûu: uy

=

uy

y u

10 15

10 26 10 7 , 5







= 9,9MN/m2 -øng suÊt xo¾n cæ trôc :

10 53 , 0





= 17,7 MN/m2-øng suÊt tæng khi chÞu uèn xo¾n:

 =    2 2 2

4 x

y u x

7 , 17 4 9 , 9 4 ,

2.2.3, TÝnh søc bÒn m¸ khuûu:

Ta th-ờng tính nghiệm bền má khuỷu bên phải và má này th-ờng chịu lực lớn hơn -ứng suất uốn do lực pháp tuyến Z’ ’ gây ra:

2

'' ''

hb

b Z

=

6

10 20 82

10 26 10 9 , 8

9 2

3 3

2 ''

hb

r T

=

9 2

3 3

10 6

20 82

10 8 , 25 10 7 , 5

bh

R T

10 53 , 0

9 2

Do tiết diện chịu xoắn của má là tiết diện hình chữ nhật nên

ở các điểm 1, 2, 3, 4 thìx = 0

ở các điểm I, II thìx = max

ở các điểm III, IV thìx = min

max và min xác định nh- sau:

max = 2

1

'' ''

.hb

g

b T

.hb

g

b T

3 3

10 20 82 28 , 0

10 26 10 7 , 5

10 9 , 8

1 , 16 4 7 , 47

1 , 16 4 9 , 36

1 , 12 4 7 , 8

1 , 12 4 1 , 2

a ,a : Biên độ ứng suất pháp và ứng suất tiếp

 ,  : Hệ số kể đến ảnh h-ởng của ứng suất trung bình đến độ bền mỏi

m ,m : Trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp

-1 ,-1 : Giớ hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kỳ đối xứng

,  : Hệ số kích th-cs kể đến ảnh h-ởng của kích th-ớc tiết diện trục đến giới hạn mỏi

k, k : Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn

Đối với trục khuỷu, do tính chất chu trình đối xứng nên m =0,m=0 Khi tính

hệ số an toàn của chốt và cổ trục ta có thể

* k

1 n

1

*

* k

Vì ứng suất uốn cổ trục rất nhỏ nên khi tính hệ số an toàn cho cổ trục , ta chỉ

tính đơn thuần chịu xoắn ( bỏ qua uốn ), sai số tính toán không v-ợt quá 2  3%

Hệ số an toàn cổ trục đ-ợc tính theo công thức sau

x x a

a

W

W k

0

*

1 1

i i

a

W

M W

M M

2 2

2

min max

Căn cứ vào bảng ta tính cho cổ khuỷu số 3 có Mi lớn hơn cả Do T có đơn vị

là MN/m2 nên ta phải nhân Mi với diện tích đỉnh piston

* 64

* 7 151 8 0

Ta biÕt m«men xo¾n trªn chèt khuûu thø i sÏ lµ:

Mchi =Mi-1 + Ti’*R=(Ti-1+Ti’)*R

* 17 0

10

* 6 , 4

* 7 151 8 0

* 8 0 4

M0 =Mzcos + MTsin = MTsin =MT Mà MT = T’ *l’

Để xác định Mo và từ đó xác định Mo = Momax-Momin ta lập bảng sau.(bảng 13)

Hệ số an toàn đ-ợc tính theo công thức sau

8 , 10 0095 , 0

* 08 0

10

* 6 , 4

* 1 256 8 0

* 8 0

* 8

0 4

0

5 1

min max

o

x

W M

2 3

* 8 , 10

*

2 2 2

n n

=2.5 (lấy theo đồ thị hình 16) khi ta chọn r/b =0.25

ứng suất biên độ của má trái khi chịu nén và uốn là :

2

3 3

3 2

3

3 min min

max

' min '

max

'

/ 2

,

24

) 10

* 69

* 10

* 23

1 10

* 69

* ) 10

* 23 (

10

* 75 , 32 (

137

* 2

5 , 68 0095 , 0

* ) 3 1 9

,

4

(

) 1 ' ( 2

"

) (

2

m MN

F W

b l

l Z Z

o a

Trong đó 9 3

3 2

3 2

6

10

* 69

* ) 10

* 23 ( 6

*

m h

* 5 2

6

x o a

W l

b l T T

*

* 2

"

"*

) (

' min '

3 3

2

6

) 10

* 69 ( 10

* 23 278 0 6

*

m h

3

3 3

'

/ 7 41 10

* 3 2481

* 10

* 69

* 2

10

* 2 , 24

* 10

* 48 0095 0

* ) 698 0 097

7 151 5 0 5

9 1

* 35 4

*

2 2 2

n n

d?

10 J

0

10 5





=31

1

Tµi liÖu tham kh¶o

[1] NguyÔn V¨n B×nh, NguyÔn TÊt TiÕn