Đồ án môn học kết cấu động cơ

* Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng của Nguyễn Đức Phú.+ Xác định vận tốc góc của chốt khuỷu: ω= π... Đồ thị biểu diễn gia tốc J=fx: Để vẽ đường biểu diễn gia tốc củ

LỜI NÓI ĐẦU

Từ khi cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật ra đời, thế giới đã thay đổi về mọimặt,cuộc sống của con người ngày càng phát triển, đem lại cuộc sống thoải mái về vậtchất và tinh thần Trong đó có sự phát triển về động cơ đốt trong, mà đặt biệt là sự pháttriển của nghành giao thông vận tải

Giao thông vận tải đóng vai trò huyết mạch trong nền kinh tế quốc dân, giữ vaitrò quan trọng trong nhiều ngành kinh tế quốc danh như nông nghiệp, giao thông vận tảiđường bộ, đường sắt, đường biển, đường hàng không cũng như trong nhiều ngành côngnghiệp khác

Trên thế giới, xu hướng phát triển giao thông vận tải ngày càng cấp thiết với cuộc sốngngày càng hiện đại để phù hợp với các vấn đề mới như môi trường, nhiên liệu, nên có rấtnhiều vấn đề đặt ra với ngành GTVT, đối với nước ta đang trên đà phát triển nên càng có ýnghĩa thiết thực, việc đào tạo đội ngũ kĩ sư có thể tự đảm nhận việc bảo hành , sữachữa,thiết kế các thiết bị để tăng tỉ lệ nội địa hóa, vận hành …các phương tiện

Trong thời gian làm đồ án được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy “Dương Việt Dũng

“ emđã hoàn thành đồ án môn học Tuy vậy trong quá trình làm đồ án không tránh khỏinhững sai sót của bản thân rất mong được quí thầy cô chỉ bảo thêm

Sinh viên thực hiện

 pa = (0,8 ÷ 0,95) p0 :Áp suất cuối quá trình nạp.→ Chọn pa = 0,088 (MN/m2).

 n1 = (1,34 ÷ 1,38) :Chỉ số nén đa biến trung bình của động cơ xăng

→ Chọn n1 = 1,37

 n2 = (1,23 ÷ 1,34) :Chỉ số giãn nở đa biến trung bình của động cơ xăng

→ Chọn n2 = 1,25

 ρ=1 :Tỉ số giản nở sớm đối với động cơ xăng

1.1.2 Xây dựng đường cong nén.

Phương trình đường nén: p.Vn = cosnt →pc.Vcn = pnx.Vnx n

Rút ra ta có:p nx=p c (V c

V nx)n1Đặt:i= V nx

1.1.3 Xây dựng đường cong giãn nở.

Phương trình đường giãn nở: p.Vn2 = cosnt => pz.Vcn2 = pgnx.Vgnxn2

Rút ra ta có:.p gnx=p z ( V x

V gnx)n2Với :V z=ρ V c=V c (vì  và đặt : i= V gnx

Trong đó: pgnx và Vgnx là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường giãn nở.

 pb=0,351 (NM/m2)Vậy: b(0,434 [dm3];0,351 [NM/m2]).

- Điểm: c (Vc, pc)

Có Vc=0,047(dm3); pc=1,868 (NM/m2)Vậy: c(0,047 [dm3];1,868 [NM/m2])

- Điểm: z (Vz, pz)

Có Vz=0,047(dm3); pz=5,7 (NM/m2)Vậy: z(0,047 [dm3]; 5,7[NM/m2])

 Đóng muộn (a’) của xupáp nạp ứng với góc α2=450.

 Mở sớm (b’) của xupáp thải ứng với góc α3=540

 Đóng muộn (r’’) của xupáp thải ứng với góc α4=170

- Áp suất cực đại của chu trình thực tế thường nhỏ hơn áp suất cực đại trong tính toán:

pz’ = 0,85.pz = 0,85.5,7= 4,845 (MN/m2)

Vẽ đường đẳng áp pz’ = 4,845 (MN/m2) cắt đường giãn nở tại điểm z’

Lấy điểm y(Vc;0,85Pz) Lấy trung điểm y và z’ ta được điểmhiệu chỉnh của đồ thị có ápsuất cực đại thực tế là điểm z’’

- Áp suất cuối quá trình nén thực tế pc’’ thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén lýthuyết do sự đánh lửa sớm Ta có áp suất thực tế :

- Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế pb’’ thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn

nở lý thuyết do mở sớm xupáp thải

Nối các điểm b’, b’’ và tiếp dính với đường thải prx

Nối điểm r với r’, điểm r’ xác định từ đồ thị Brick bằng cách gióng đường song songvới trục tung cắt đường nạp pax tại điểm r’

Sau khi hiệu chỉnh ta nối các điểm lại thì được đồ thị công thực tế:

Hình 1.1 Đồ thị công

+ Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các tia ứng với 100 ; 200; …; 1800 Đồng thời đánh số thứ tự

từ trái qua phải 100 ; 200; …; 1800

+ Chọn hệ trục tọa độ với trục tung biểu diễn góc quay trục khuỷu, trục hoành biểu diễnkhoảng dịch chuyển của piston

+ Gióng các điểm ứng với 100; 200; …; 1800 đã chia trên cung tròn đồ thị brick xuốngcắt các đường kẻ từ điểm 100; 200; …; 1800 tương ứng ở trục tung của đồ thị S = f(α) đểxác định chuyển vị tương ứng

+ Nối các giao điểm ta có đồ thị biểu diễn hành trình của piston S = f(α)

1.2.1.2 Đồ thị biểu diễn tốc độ của piston v = f(α).α).).

* Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng của Nguyễn Đức Phú.+ Xác định vận tốc góc của chốt khuỷu:

ω= π n

30 =

π 6200

30 =649,26(rad s )+ Chọn tỷ lệ xích: vt =s ω =0,5207 649,26 = 388,06[m/s.(mm)]

→vt=0,38806[mm/s.(mm)]

Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính R1 phía dưới đồ thị x() với R1 =75,86 (mm)

+ Vẽ đường tròn tâm O bán kính R2 với:

R2 = R

ω.λ

2.μ vt = 0,0395. 649,26.0,26

2.0,38806 = 8,591 (mm).

+ Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R1 thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự

từ 0; 1; 2; …; 18

+ Chia vòng tròn tâm O bán kính R2 thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0’;1’; 2’; …; 18’ theo chiều ngược lại

+ Từ các điểm 0; 1; 2; … kẻ các đường thẳng góc với AB cắt các đường song song với

AB kẻ từ các điểm 0’; 1’; 2’;… tương ứng tạo thành các giao điểm Nối các giao điểm nàylại ta có đường cong giới hạn vận tốc của piston Khoảng cách từ đường cong này đến nửađường tròn biểu diễn trị số tốc độ của piston ứng với các góc 

Hình 1.2 Đồ thị chuyển vị

Từ các điểm 00, 100, 200, ,1800 trên đồ thị Brick ta gióng xuống các đường cắt đường

OS tại các điểm 0, 1, 2, ,18 Từ các điểm này ta đặt các đoạn tương ứng từ đồ thị vận tốc,nối các điểm của đầu còn lại của các đoạn ta có đường biểu diễn v = f(S)

1.2.1.3 Đồ thị biểu diễn gia tốc J=f(x):

Để vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston ta sử dụng phương pháp Tole:

+ Chọn hệ trục tọa độ với trục Ox là trục hoành, trục tung là trục biểu diễn giá trị giatốc

+ Trên trụcOx lấyđoạn AB = S=2R

Tính:

 Jmax =R.ω2.(1+λ)=0,0395.649,262 .(1+0,26)= 20979,974 (m/s2)

 Jmin= -R.ω2.(1-λ)=- 0,0395.649,262 .(1- 0,26)=- 12321,572(m/s2)

300 =41,072(mm) Nối C với D Đường thẳng

CD cắt trục hoànhOx tại E Từ E lấy xuống dưới mộtđoạn EF=

12987,603

300 =43,292(mm) Nối CF và FD, đẳng phân định hướng CF thành 8 phần bằng nhau và đánh số thứ tự0;1;2…đẳng phân định FD thành 8 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0’;1’;2’…vẽ cácđường bao trong tiếp tuyến 11’;22’;33’…Ta có đường cong biểu diễn quan hệ J=f(x)

Hình 1.4 Đồ thị gia tốc J = f(α).x)

1.2.2 Tính toán động lực học:

1.2.2.1 Đường biểu diễn lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến - p j = f(α).s):

Vẽ theo phương pháp Tole với trục hoành đặt trùng với P0 ở đồ thị công, trục tungbiểu diễn giá trị pj

Vẽ đường biểu diễn lực quán tính được tiến hành theo các bước như sau:

+ Chọn tỉ lệ xích trùng với tỉ lệ xích đồ thị công: μ p j=μ p=0 , 03[ MN /( m2.mm )]

+ Xác định khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến:

m = mnpt + m1

Trong đó: m - Khối lượng chuyển động tịnh tiến (kg)

mnpt = 0,5 (kg) - Khối lượng nhóm piston

m1-Khối lượng thanh truyền tham gia chuyển động thẳng (kg)

Theo công thức kinh nghiệm đối với ôtô máy kéo:

a) Khai triển đồ thị công trên tọa độ P-V thành P kt = f(α).α).).

Để biểu diễn áp suất khí thể Pkt theo góc quay của trục khuỷu  ta tiến hành như sau:

+ Vẽ hệ trục tọa độ P -  Trục hoành đặt ngang với đường biểu diễn p0 trên đồ thịcông

+ Chọn tỉ lệ xích: μ α=2 (độ/mm).

μp=0,03 [MN/(m2.mm)]

+ Dùng đồ thị Brick để khai triển đồ thị P-V thành P-α

+ Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, dựng các đường song song với trục OP cắt đồ thịcông tại các điểm trên các đường biểu diễn quá trình: Nạp, nén, cháy - giãn nở, xả

+ Qua các giao điểm này ta kẻ các đường song song với trục hoành gióng sang hệ toạ

độ P-α Từ các điểm chia tương ứng 00, 100, 200,… trên trục hoành của đồ thị P-α ta kẻcác đường thẳng đứng cắt các đường trên tại các điểm ứng với các góc chia trên đồ thịBrick và phù hợp với các quá trình làm việc của động cơ Nối các điểm lại bằng đườngcong thích hợp ta được đồ thị khai triển P-α

b) Khai triển đồ thị P j = f(α).s) thành P j = f(α).α).)

Đồ thị -Pj = f(s) biểu diễn đồ thị công có ý nghĩa kiểm tra tính năng tốc độ của độngcơ

Khai triển đường Pj = f(s) thành Pj = f(α) cũng thông qua đồ thị Brick để chuyển tọa

độ Việc khai triển đồ thị tương tự khai triển P-V thành P=f(α) Nhưng giá trị tìm đượcứng với với α chọn trước lại được lấy đối xứng qua Oα, bởi vì đồ thị trên cùng trục tọa độ

với đồ thị công là -Pj.Sở dĩ triển khai như vậy bởi vì trên cùng trục tọa độ với đồ thị côngnhưng nhưng -Pj được vẽ trên trục có áp suất P0

c)Vẽ đồ thị P 1 =f(α).α).):

Ta có P1=Pkt + Pj và đã xác định được đồ thịPkt = f(α) vàPj = f(α) Vì vậy việc xây dựng

đồ thị P1 = f() được tiến hành bằng cách cộng đại số các toạ độ điểm của 2 đồ thị Pkt =f(α) vàPj = f(α)lại với nhau ta được tọa độ điểm của đồ thịP1 = f() Dùng một đườngcong thích hợp nối các toạ độ điểm lại với nhau ta được đồ thị P1 = f()

Ta có hình đồ thị:

Hình 1.5 Đồ khai triểnP kt ,P j ,P 1 theo α)

1.2.2.3 Vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến T = f(α).α).), lực pháp tuyến Z = f(α).α).), và lực ngang N = f(α).α).).

Các đồ thị: T = f(α), Z = f(α), N = f(α) được vẽ trên cùng một hệ toạ độ

trị của p1.Từ đó ta lập được bảng sau:

+ Việc vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến T = f(α), lực pháp tuyến Z = f(α) và lực ngang

N = f(α) cho ta mối quan hệ giữa chúng cũng như tạo tiền đề cho việc tính toán và thiết kế

về sau nhằm bảo đảm độ ổn định ngang, độ ổn định dọc của động cơ, phụ tải tác dụng lênchốt khuỷu, đầu to thanh truyền… đồng thời là cơ sở thiết kế các hệ thống khác như hệthống làm mát, hệ thống bôi trơn…

Hình 1.6 Đồ thị T,N,Ztheo α)

1.2.2.4 Vẽ đồ thị ΣT = f(T = f(α).).

Để vẽ đồ thị tổng T ta thực hiện theo những bước sau:

+ Lập bảng xác định góc α i ứng với góc lệch các khuỷu theo thứ tự làm việc

+ Góc lệch khuỷu trục của 2 xi lanh làm việc kế tiếp nhau:

Ta có bảng xác định góc lệch công tác và thứ tự làm việc của các khuỷu trục:

Xy lanh 00 ÷ 1800 1800 ÷3600 3600 ÷ 5400 5400 ÷ 7200

+ Sau khi lập bảng xác định góc α i ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc, dựa vàobảng tính N, T, Z và lấy tỉ lệ xích μΣTT = μT = 0,03 [MN/(m2.mm)],ta lập được bảng tính

tiến theo α Cộng tất cả các giá trị của T i ta có ∑ T =T1+ T2+ T3+ T4 .

+ Nhận thấy tổng T lặp lại theo chu kỳ 1800 vì vậy chỉ cần tính tổng T từ 00 đến 1800

sau đó suy ra cho các chu kỳ còn lại

+ Vẽ đồ thị tổng T bằng cách nối các tọa độ điểm a i=(α i ;∑T i) bằng một đường

cong thích hợp cho ta đường cong biểu diễn đồ thị tổng T

Hình 1.7 Đồ thị ∑¿ ¿ T = f(α). α )

+ Sau khi đã có đồ thị tổng ∑ T =f (α ) ta vẽ ∑ Ttb (đại diện cho mô men cản).

Phương pháp xác định ∑ Ttb như sau:

∑T tb=∑T i

1.2.2.5.Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.

Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốt khuỷu ởmỗi vị trí của chốt khuỷu Sau khi có đồ thị này ta tìm được trị số trung bình của phụ tảitác dụng lên chốt khuỷu, cũng có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất và bé nhất, dùng đồthị phụ tải có thể xác định được khu vực chịu tải ít nhất để xác định vị trí lỗ khoan dẫn dầubôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền ổ trục

Các bước tiến hành vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu được tiến hành như sau:+ Vẽ hệ trục toạ độ TO’Z trong đó trục hoành O’T có chiều dương từ tâm O’ về phíaphải còn trục tung O’Z có chiều dương hướng xuống dưới

+ Chọn tỉ lệ xích: μ T=0,03 (MN/m2.mm)

μ Z=0 ,03 (MN/m2.mm)

+ Dựa vào bảng tính T =f (α) Z =f(α) Ta có được toạ độ các điểm a i=(T i ;Z i)

ứng với các góc α = 100 ; 200…7200 Cứ tuần tự như vậy ta xác định được các điểm từ0=(T0;Z0) cho đến 72=(T72; Z72)

+ Nối các điểm trên hệ trục toạ độ bằng một đường cong thích hợp, ta có đồ thị biểudiễn phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

+ Trong quá trình vẽ để dễ dàng xác định các toạ độ điểm ta nên đánh dấu các toạ độđiểm đồng thời ghi các số thứ tự tương ứng kèm theo

+ Tính lực quán tính của khối lượng chuyển động quay của thanh truyền (tính trên đơn

vị diện tích của piston)

Từ công thức: P ko=m2.R ω2

Với: m2 - Khối lượng đơn vị của thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu

Ta có khối lượng thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu là:

O là tâm chốt khuỷu, từ tâm chốt khuỷu ta kẻ đường tròn tượng trưng cho chốt khuỷu, giátrị của lực tác dụng lên chốt khuỷu là vectơ có gốc O và ngọn là một điểm bất kỳ nằm trênđường biểu diễn đồ thị phụ tải

0 23 22 21 20 19 18 17

1615

14 13

1 2

345 6 7 8 9 10 11 12

2

Z [MN/m ]

2

T [MN/m ] O'

O

37 38 39

41 36

1 2

28 29

47 48 49

50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64

68 69 70

71 72

35

33 34

10 30

31 32

424344 45 46

65

66 67

40

Hình 1.8.Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

1.2.2.6 Đồ thị phụ tải tác dụng lên dầu to thanh truyền.

Để vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền ta thực hiện theo các bước nhưsau:

+ Vẽ dạng đầu to thanh truyền lên tờ giấy bóng, tâm của đầu to là O

+ Vẽ một vòng tròn bất kì tâm O Giao điểm của đường tâm phần thân thanh truyềnvới vòng tròn tâm O tại 0o

+ Từ điểm 0 , ghi trên vòng tròn các điểm 0; 1; 2;…; 36 theo chiều quay trục khuỷu(chiều kim đồng hồ) và tương tự ứng với các góc α100+β100 ; α200+β200 …

+ Căn cứ vào  0,27 dựa vào bảng phụ lục 9p sách Kết Cấu và Tính Toán Động CơĐốt Trong - Tập 1 có bảng xác định các góc α i0+β i0 như sau:

+ Đem tờ giấy bóng đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt sao cho tâm O trùng với tâm

O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Lần lượt xoay tờ giấy bóng sao cho các điểm0; 1; 2… trùng với trục O’z về phần dương (theo chiều ngược chiều kim đồng hồ), đồng

thời đánh dấu các điểm mút của véc tơ Q→0 ; Q→1 ; Q→2 …của đồ thị phụ tải tác dụng lên

chốt khuỷu trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0; 1; 2; …; 72

+ Nối các điểm lại bằng một đường cong thích hợp cho ta đồ thị phụ tải tác dụng lênđầu to thanh truyền

Cách xác định lực trên đồ thị phụ tải như sau:

+ Giá trị của lực tác dụng lên đầu to là dộ dài đoạn thẳng nối từ tâm O đến điểm trênđường vừa vẽ xong nhân với tỷ lệ xích

+ Chiều của lực hướng từ tâm O ra ngoài

+ Điểm đặt lực là giao điểm của đường nối từ tâm O đến điểm tính với vòng tròn tượngtrưng cho đầu to thanh truyền

Hình 1.9 Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền 1.2.2.7 Đồ thị khai triển véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Q=f (α) .

Các bước vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền thực hiện theo các bướcnhư sau:

- Xác định Q i bằng cách đo khoảng cách từ tâm O của đồ thị phụ tải tác dụng lênchốt khuỷu tới các điểm a i=(T i ;Z i) ta nhận được các giá trị khác nhau của Q: Q0 ; Q1

Vẽ hệ trục toạ độ OQα Đặt các toạ độ điểm lên hệ trục toạ độ, dùng một đường

cong thích hợp nối các toạ độ điểm lại với nhau ta nhận được đồ thị khai triển véc tơ phụtải tác dụng lên chốt khuỷu Q=f (α) .

Sau khi vẽ xong đồ thị ta xác định Q tb bằng cách đếm diện tích bao bởi đường Q vớitrục hoành α rồi chia diện tích này cho chiều dài của đồ thị theo trục hoành

Để vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu ta thực hiện theo các bước như sau:

+ Từ tâm O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta vẽ đường tròn (O, R) với bánkính tùy ý (vòng tròn đặc trưng mặt chốt khuỷu)

+ Chia đường tròn thành 24 phần bằng nhau, đánh số thứ tự theo chiều quy ước ngượcchiều kim đồng hồ

+ Từ các điểm 0,1,2…23 trên vòng tròn gạch cát tuyến O0;O1; O2, …, O23 cắt đồ thịphụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ở các điểm a; b; c; ….

Ta lập được bảng phụ tải tác dụng lên điểm thứ i trong một chu trình làm việc củađộng cơ như sau (tính bằng mm):

+ Để vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu ta giả thiết như sau:

- Phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu là phụ tải ổn định ứng với công suất Ne và tốc độđịnh mức

- Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 1200

- Độ mài mòn tỉ lệ thuận với phụ tải

- Không xét đến các điều kiện công nghệ và sử dụng, lắp ghép, … Ví dụ: không xétđến ảnh hưởng của vật liệu, độ bóng, độ chặt lỏng, dầu mỡ bôi trơn

- Chia đường tròn thành 24 phần bằng nhau đồng thời đánh số thứ tự 0,1, 2…23 theochiều ngược chiều kim đồng hồ

- Đặt các giá trị ∑Q từ đường tròn hướng về tâm theo thứ tự các điểm

- Nối các điểm lại với nhau bằng một đường cong thích hợp ta được đường cong thểhiện đồ thị mài mòn chốt khuỷu

- Ta có bảng số liệu :

Với ηΞQQ =2 (MN/m2)/mm

PHẦN 2:PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ, ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN HỆ

1.2 Yêu cầu

Cơ cấu phối phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Đóng mở đúng quy luật và thời điểm quy định

- Độ mở lớn để dòng khí dễ dàng lưu thông

- Đóng kín, xupáp thải không tự mở trong quá trình nạp

- Dễ dàng điều chỉnh, sửa chữa, giá thành chế tạo thấp

- Thải sạch và nạp đầy

- Làm việc êm dịu, bền vững

- Có kết cấu đơn giản khối lượng gọn nhẹ

- Tháo lắp, sửa chữa dễ dàng

- Tin cậy, giá thành hợp lý

1.3 Phân loại

Cơ cấu phân phối khí được phân thành các loại sau:

+ Cơ cấu phối khí dùng cam-xupáp:

Là loại cơ cấu phối khí được sử dụng phổ biến trong các loại động cơ đốt trong, cókết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ điều chỉnh, giá thành không cao lắm

+ Cơ cấu phối khí dùng van trượt:

Là loại cơ cấu có nhiều ưu điểm như tiết diện lưu thông lớn, dễ làm mát, ít tiếng ồn.Nhưng do kết cấu khá phức tạp, giá thành cao nên người ta chỉ sử dụng cho các loại xe đặc