Đồ án thiết kể kết cấu động cơ

Động học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tđm : Cơ cấu KTTT giao tâm là cơ cấu mà đường xuyên tâm xy lanh trực giao với đường tâm trục khuỷu tại 1 điểm.. Tính toán động lực học

Trang 1

SVTH: Nguyễn Văn Tường Lớp: 07C4A Trang 1

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đầy, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh Bên cạnh đó kỹ thuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ Trong đó phải nói đến ngành động lực và sản xuất ôtô, chúng ta đã liên doanh với khá nhiều hãng ôtô nổi tiến trên thế giới cùng sản xuất và lắp ráp ôtô Để góp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật của ta phải tự nghiên cứu và chế tạo, đó là yêu cầu cấp thiết Có như vậy ngành ôtô của ta mới phát triển được

Sau khi được học hai môn chính của ngành động cơ đốt trong (Nguyên lý động cơ đốt trong, Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong) cùng một số môn cơ sở khác (sức bền vật liệu, cơ lý thuyết, vật liệu học, ), sinh viên được giao nhiệm vụ làm đồ án môn học kết cấu và tính toán động cơ đốt trong Đây là một phần quan trọng trong nội dung học tập của sinh viên, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết một vấn đề cụ thể của ngành

Trong đồ án này, em được giao nhiệm vụ tính toán và thiết kế hệ thống nhiên liệu của động cơ theo các thông số kĩ thuật Đây là một hệ thống không thể thiếu trong động

cơ đốt trong Nó dùng để cung cấp nhiên liệu tạo ra quá trình cháy để sinh công

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu các tài liệu, làm việc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án tốt nhất Tuy nhiên, vì bản thân còn ít kinh nghiệm cho nên việc hoàn thành đồ án lần này không thể không có những thiếu sót

Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô đã tận tình truyền đạt lại những kiến thức quý báu cho em Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Quang Trung đã quan tâm cung cấp các tài liệu, nhiệt tình hướng dẫn trong quá trình làm đồ án Em rất mong muốn nhận được sự xem xét và chỉ dẫn của các thầy để em ngày càng hoàn thiện kiến thức của mình

Đà nẵng, ngày 10 tháng 11năm 2009

Sinh viên

Nguyễn Văn Tường

Trang 2

Phần 1: XÂY DỤNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC

CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN 1.1 Xây dụng đồ thị công:

1.1.1 Xây dụng đường cong áp suất trên đường nén

Phương trình đường nén đa biến:

pV n1 const.

Do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì:

1  n1 

nx nx n c

c V p V

1

n c nx c nx

V V p p

p

p 

Với: n1- chỉ số nén đa biến trung bình (1.34-1.38), chọn n1 = 1,35

pc - áp suất cuối quá trình nén

pc = pan1, trong đó:

Áp suất cuối quá trình nạp: pa = 0,9.pk = 0,9.0,1 = 0,09 [MN/m2]

 pc = 0,09.16,81,35 = 4,059 [MN/m2]

1.1.2 Xây dụng đường cong áp suất trên đường giản nở

Phương trình của đường giãn nở đa biến:

V V p p

1

n c gnx

n z n

c gnx z gnx

V V p

V V p p

Trang 3

Bảng 1.1:Các điểm áp suất trên đường nén và đường

giãn nởV(x) i V(ve) Pc/in2 Pnĩn(ve) Pz.ρ n

V V

4

)10.135.(

4

3 2

2 2 2

dm S

D

V h     

 0,13[ ]

18,16

047,

Vậy câc điểm đặc biệt đó lă:

Trang 4

Nối câc điểm trung gian của đường nĩn vă đường giên nở với câc điểm đặc biệt, ta sẽ

được đồ thị công lý thuyết

Dùng đồ thị Brick xâc định câc điểm:

Phun sớm (c’)

Mở sớm (r’), đóng muộn (a’) của xupâp nạp

Mở sớm (b’), đóng muộn (r’’) của xupâp thải

1.1.5 Hiệu chỉnh đồ thị công

Xâc định câc điểm trung gian:

Trín đoạn cy lấy điểm c’’ với c’’c = 1/3cy = 1/3(221,9 - 126,89) = 31,67[mm]

Trín đoạn yz lấy điểm z’’ với yz’’ = 1/2yz = 1/2(12,44 - 10,4) = 1,02 [mm] Trín đoạn ba lấy điểm b’’ với bb’’ = 1/2ba = 1/2(9,3 - 2,81) = 3,245[mm]

Nối câc điểm c’,c’’,z’’ với câc đường nĩn, đường giên nở thănh đường cong liín tu c ta i

điểm chết trín vă điểm chết dưới ta nối b’, b’’ nối tiếp xúc với đường thải Ta nhận được

đồ thị công đê hiệu chỉnh

1.2 Động học vă động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

1.2.1 Động học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tđm :

Cơ cấu KTTT giao tâm là cơ cấu mà đường xuyên tâm xy

lanh trực giao với đường tâm trục khuỷu tại 1 điểm

B

B'S

O - Giao điểm của đường tâm

xi lanh và đường tâm trục khuỷu

C - Giao điểm của đường tâm

thanh truyền và đường tâm chốt

khuỷu

B' - Giao điểm của đường tâm

xy lanh và đường tâm chốt piston

A - Vị trí chốt piston khi

S - Hành trình của piston (m)

x - Độ dịch chuyển của piston

tính từ ĐCT ứng với góc quay

trục khuỷu  (m)

 - Góc lắc của thanh truyền

ứng với góc  (độ)

Trang 5

Hình 1.1: Sơ đồ cơ cấu KTTT giao tâm

1.2.1.2 Xác định độ dịch chuyển (x) của piston bằng phương pháp đồ thị Brick:

Theo phương pháp giải tích chuyển dịch x của piston được tính theo công thức:

   .1cos 2

4 cos 1

143

2

mm R

S AB

S S

25,0.143

4

2

'

mm S

R OO

S S

Từ các điểm chia 0,1,2, ,18 trên nữa vòng tròn Brick, ta dóng các đường thẳng song song với trục O Và từ các điểm chia trên trục O ứng với các giá trị 0, 10, 20, , 180

ta kẻ các đường nằm ngang song song với OS Các đường này tương ứng với các góc cắt nhau tại các điểm 0’, 1’, 2’, 3’, ., 18’ Nối các điểm này lại ta đựơc đường cong biểu diễn độ dịch chuyển của piston (x) theo  : x = f()

Hình 1.2 Phương pháp đồ thị Brick và cách khai triển trên tọa độ x - 

1.2.1.3 Giải vận tốc (v) của piston bằng phương pháp đồ thị

Theo phương pháp giải tích ta tính gần đúng vận tốc của piston là:

MC

Trang 6

Các bước tiến hành xây dựng đồ thị :

Chọn tỷ lệ xích: v .S

Với n 218,86rad/s

30

2090.14,330

86 , 218 5 , 71

25 , 0 86 , 218 5 71

2

.

Từ các điểm chia trên 1/2 vòng tròn bán kính r1, ta dóng các đường thẳng vuông góc với đường kính AB, và từ các điểm chia trên vòng tròn bán kính r2 ta kẻ các đường thẳng song song với AB Các đường kẻ này sẽ cắt nhau tương ứng theo từng cặp 0-0’;1-1’; ;18-18’ tại các điểm lần lượt là 0, a, b, c, ., 18 Nối các điểm này lại bằng một đường cong và cùng với 1/2 vòng tròn bán kính r1 biểu diễn trị số vận tốc v bằng các đoạn 0, a,2b,3c, , 0 ứng với các góc 0, 1,2, 3 18. Phần giới hạn của đường cong này và 1/2 vòng tròn lớn gọi là giới hạn vận tốc của piston

Vẽ hệ toạ độ vuông góc v - s trùng với hệ toạ độ s, trục thẳng đứng Ov trùng với trục O Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, ta kẻ các đường thẳng song song với trục Ov cắt trục Os tại các điểm 0, 1, 2, 3, , 18 Từ các điểm này, ta đặt các đoạn thẳng 00, 1a, 2b, 3c, , 1818 song song với trục Ov và có khoảng cách bằng khoảng cách các đoạn 0,

c3

Trang 7

Theo phương pháp giải tích lấy đạo hàm của vận tốc theo thời gian ta có công thức để tính gia tốc của piston j R.2.cos cos 2

Để giải gia tốc j của piston, người ta thường dùng phương pháp đồ thị Tôlê vì phương pháp này đơn giản và có độ chính xác cao

Các bước tiến hành xây dựng đồ thị như sau :

143

=163,73 [mm]

Tại A, dựng đoạn thẳng AC thẳng góc với AB về phía trên, với:

][67,66218,64

203,4281

max

mm

J AC

,64

7.2568

min

mm

J BD

,64

10.86,218.5,71.25,0.3

mm

R EF

1.2.2 Động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

Tính toán động lực học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền nhằm mục đích xác định các lực tác dụng lên các chi tiết trong cơ cấu ở mỗi vị trí của khuỷu trục để phục vụ cho việc tính toán sức bền, nghiên cứu trạng thái mài mòn của các chi tiết máy và tính toán cân bằng động cơ

Trong quá trình làm việc của động cơ, cơ cấu khuỷu trục thanh truyền chịu tác dụng của các lực sau: Lực quán tính của các chi tiết có khối lượng chuyển động; lực khí thể; trọng lực; lực ma sát Trừ trọng lực ra, chiều và trị số của các lực khác đều thay đổi theo vị trí của piston trong các chu kỳ công tác của động cơ Trong các lực nói trên lực quán tính và lực khí thể có trị số lớn hơn cả, nên trong quá trình tính toán ta chỉ xét đến hai loại lực này

1.2.2.1 Xây dụng đồ thị lực quán tính P j , lực khí thể P kt và lực tổng P 1

1.2.2.1.1 Xác định khối lƣợng :

Khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến:

Trang 8

Các chi tiết máy trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền tham gia vào chuyển động tịnh tiến bao gồm các chi tiết trong nhóm piston và khối lượng của thanh truyền quy dẩn về đầu nhỏ thanh truyền

Ta có: m' m ptm1.

Trong đó: m pt : khối lượng nhóm piston, m pt 3 kg, 1 [ ]

m1: khối lượng thanh truyền tham gia chuyển động tịnh tiến quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền

2 2

m mm

D

Khối lượng các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến tính trên đơn vị diện tích đỉnh piston là:

306 ,7[kg/m ]

014314 ,

0

39 , 4

1.2.2.1.2 Xác định lực quán tính các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến

Lực quán tính các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến:

1

2 6

3 2

max

2 max

max

m MN P

R m J

m P

25,01.(

86,218.5,71.7,306

1 ]1 [

2 6

3 2

min

2 2

min min

m MN P

R m R

m J

m P

1.2.2.1.3 Vẽ đồ thi biểu diễn lực quán tính

Đồ thị P j này vẽ chung với đồ thị công p-v

Cách vẽ tiến hành tương tự như cách vẽ đồ thị J - s, với:

313,1

max

mm

P AC

Trang 9

032,0

7878,0

min

mm

P BD

10.10.86,218.25,0.5,71.7,306.3

mm

mR EF

Vẽ hệ trục toạ độ vuông góc p -, trục hoành O nằm ngang với trục pk

Trên trục 0 ta chia 10o một, ứng với tỷ lệ xích:   2 [0/mm]

Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị công như ta đã vẽ ở trên, ta tiến hành khai triển như sau:

Từ các điểm chia trên đồ thi Brick, dóng các đường thẳng song song với Op và

cắt đồ thị công tại các điểm trên các đường biểu diễn các quá trình nạp, nén, cháy - giản

nỡ và thải Qua các giao điểm này ta kẻ các đường ngang song song với trục hoành sang

hệ trục toạ độ p-

Từ các điểm chia trên trục O, kẻ các đường song song với trục Op, những đường này cắt các đường dóng ngang tại các điểm ứng với các góc chia của đồ thị Brick và phù hợp với quá trình làm việc của động cơ Nối các giao điểm này lại ta có đường cong khai triển

đồ thị p - với tỷ lệ xích :

P  0 , 032 [MN/m2/mm]

  2 [0/mm]

Khai triễn đồ thị pj - V thành pj -: Cách khai triễn đồ thị này giống như cách khai

triễn đồ thị p -V thành p -  Tuy nhiên, trên đồ thị p - V thì giá trị của lực quán tình là -

pj nên khi chuyển sang đồ thị p - ta phải đổi dấu

Cộng các giá trị pkt với pj ở các trị số góc  tương ứng, ta vẽ được đường biểu diễn hợp lực của lực quán tính và lực khí thể 1: p1 = pkt + pj , [MN/m2]

1.2.2.2 Xây dựng đồ thị lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z, lực ngang N theo α

N

P 1

P t t l P k T

P t t

P 1

P t t

N

Z

P t t O









Trang 10

Hình 1.6: Hệ lực tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền giao tâm

Ta có : Lực tiếp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:  

P được xác định trên đồ thị khai triển tương ứng với các giá trị của 

Ta có giá trị của góc  trong các công thức  

Ta lập bảng xác định các giá trị N, T, Z (bảng 1.2) Sau đó, ta tiến hành vẽ đồ thị N, T,

Z theo  trên hệ trục toạ độ vuông góc chung (N, T, Z - )

Bảng 1.2 Giá trị T, Z, N ứng với các góc α

] / / [ 032 ,

P N Z

Trang 11

Trang 12

Trang 13

)(

12

1

mm

T T

i i

10

m MN n F R

N T

P

i tblt  

Ne N





Với: m  ( 0 , 63  0 , 93 ), chọn m 0,9  144,44

9,0

R: là bán kính quay của trục khuỷu, R 71 , 5 [mm]  71 , 5 103[m]

: là hệ số hiệu đính đồ thị công, lấy 1(đồ thị công đã hiệu chỉnh)

2090.1.014314,

0.10.5,71

10.44,144

3

m MN

644855,

0

mm

T T

T

tb tblt   

83,2015,20

%100

T T T

Trang 14

Trang 15

1.2.2.4 Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

Mục đích xây dựng đồ thị phụ tải trên chốt khuỷu nhằm:

Xác định lực tác dụng trên chốt ở mỗi vị trí của trục khuỷu

Khai triển đồ thị phụ tải theo quan hệ Q- chúng ta các định được phụ tải lớn nhất,

bé nhất và trung bình trên chốt khuỷu

Từ đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu, chúng ta xây dựng được đồ thị phụ tải

trên đầu to thanh truyền và các đồ thị mài mòn trên chốt khuỷu cũng như trên đầu to

thanh truyền, từ đó biết được khu vực chịu phụ tải bé nhất trên chốt khuỷu để khoan

lỗ dẫn dầu bôi trơn trên chốt khuỷu được tối ưu nhất

Cách vẽ:

Vẽ hệ toạ độ T - Z gốc toạ độ O’, trục O’Z có chiều dương hướng xuống dưới

Chọn tỉ lệ xích : T Z P  0 , 0320 (MN/m2/mm)

Đặt giá trị của các cặp (T, Z) theo các góc  tương ứng lên hệ trục toạ độ T - Z

Ứng với mỗi cặp giá trị (T, Z) ta có một điểm đánh dấu các điểm từ 0 , 1 , 2 ,  72 ứng

với các góc  từ 0  720nối các điểm lại ta có đường cong biểu diễn véctơ phụ tải

tác dung lên chốt khuỷu

m

m2  0,7. : khối lượng đơn vị của thanh truyền quy dẫn về đầu to thanh truyền

014314,

0

86,218.10.5,71.3,4.7,0

7,

F

R m

7202,0

Xác định giá trị, phương chiều và điểm đặt lực

Giá trị của lực là độ dài véctơ tính từ gốc O đến vị trí bất kì mà ta cần

Chiều của lực hướng từ tâm O ra ngoài

Điểm đặt của lực là giao của phương kéo dài về phía O của véctơ lực và đường tròn

tượng trưng cho chốt khuỷu

1.2.2.5 Khai triển đồ thị phụ tải trong hệ toạ độ cực thành đồ thị Q - 

Khai triển đồ thị phụ tải ở toạ độ độc cực trên thành đồ thị Q - rồi tính phụ tải

trung bình Q tb

Chọn tỉ lệ xích Q P 0,0320[MN/m2/mm]   2 [o/mm]

Trang 16

Lập bảng tính xây dựng đồ thị Q - 

Tiến hành đo các khoảng cách từ tâm O đến các điểm i (Ti, Zi) trên đò thị phụ tải

tác dụng lên chốt khuỷu, ta nhận được các giá trị Qi tương ứng Sau đó lập bảng Q -

Trang 17

Trang 18

Dựa vào bảng Q - , đặt các tọa Qi tương ứng với  lên hệ tọa độ Q0.

Dùng thước cong nối các điểm Qi lại, ta có đồ thị Q = f().

72

1

mm

Q Q

i i

1.2.2.6 Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền

Dựa trên nguyên lý lực và phản lực tác dụng tại 1 điểm bất kỳ trên chốt khuỷu và đầu to thanh truyền và xét đến sự chuyển động tương đối của chúng, ta có thể xây dựng được đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền, nhờ có kết quả xây dựng

đồ thị phụ tải tác dụng lên trục khuỷu

Tại bất kỳ một điểm trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, chúng ta hoàn toàn xác định được giá trị, phương, chiều và điểm đặt của lực tác dụng lên chốt khuỷu Bây giờ chúng ta xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền tức là tìm các phản lực tác dụng lên ổ trượt đầu to thanh truyền do phụ tải Q trên chốt khuỷu gây ra

Như vậy, ứng với một giá trị Q ta sẽ có một phản lực Q’i bằng nhau về giá trị nhưng ngược chiều nhau Còn điểm đặt của phản lực này do có sự chuyển động tương đối nên tại vị trí của một chốt khuỷu có góc i thì trên đầu to thanh truyền sẽ

Trang 19

có một góc tương ứng là i + i, chiều quay của đầu to thanh truyền ngược chiều quay với chốt khuỷu

Giá trị i có thể là dương hoặc có thể là âm tùy thuộc vào  và  được xác định theo bảng 1.5 :

Định dạng
Số trang	37
Dung lượng	1,86 MB
File đính kèm	co cau phan phoi khi dong co KAMAZ 740 (2004).rar (5 MB)