BÀI TẬP ĐỘNG CƠ ĐÔT TRONG

Tính toán động học của cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền Nhiệm vụ chủ yếu của tính toán động học cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền là nghiên cứu quy luật chuyển động của pittong.. R: là b

đông cơ đốt trong lê anh sơn

Các thông số cho trớc

8 áp suất cuối kì nạp :Pa(kG/cm2) 0,89

9 áp suất cuối kì nén :Pc(kG/cm2) 11,1

10 áp suất cuối kì cháy :Pz(kG/cm2) 35,5

11 áp suất cuối kì giãn nở :Pb(kG/cm2) 3,7

12 áp suất cuối kì thảy :Pr(kG/cm2) 1,1 13

14 15

1

đông cơ đốt trong lê anh sơn

I Tính toán động học của cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền

Nhiệm vụ chủ yếu của tính toán động học cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền là nghiên cứu quy luật chuyển động của pittong

1 Chuyển vị của pittong:

Sp = R [(1 - cosα) + (1 – cos(2α))]

Trong đó: Sp :là độ chuyển vị của pittong

R: là bán kính quay của trục khuỷu

λ: là tham số kết cấu

α : là góc quay của trục khuỷu Bảng giá trị của biểu thức : Sp

đông cơ đốt trong lê anh sơn

Đồ thị dịch chuyển Pitông :

S(mm)

α(độ)

∗Trình bày cách vẽ đồ thị: S = 1() bằng phơng pháp đồ thị, phơng pháp dùng đờng tròn

Bơ rích

- Vẽ đờng tròn tâm 0 bán kính R bằng bán quay trục khuỷu

- Từ 0 lấy một đoạn 00’ về phía đểm chết dới: 00’ =

2

R

- Từ 0’ kẻ đờng thẳng song song với tâm má khuỷu cắt vòng tròn tâm 0 tại M Hạ MC thẳng góc với A0 ta có: AC = x hay AC = S Vậy ứng với mỗi giá trị của góc α ta có

độ dịch chuyển của Piston

Vp (m/s)

3

0 20 40 60 80 100

…

đông cơ đốt trong lê anh sơn

V(m/s2)

α(độ)

Đồ thị vận tốc : ∗Trình bày cách vẽ đồ thị: V = f2(α)

Vẽ vòng tròn tâm O có bán kính R2 =

2

λ .R.ω =

4 2

1

40.345,57 = 1727,85(mm)

và đồng tâm với đờng tròn có bán kính R1 = R.ω = 52.209,4 = 10890.88(mm)

Vẽ hai đờng tròn nh hình vẽ:

Chia nữa vòng tròn R1 và vòng tròn R2 thành 8 phần bằng đánh số 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

và 1’, 2’, 3’, 4’, 5’, 6’, 7’, 8’ theo chiều nh hình vẽ:

Từ các điểm 0, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 Kẻ các đờng thẳng góc với AB cắt các đờng thẳng song song với AB , kẻ từ o ,1’, 2’, 3’ .tại các điểm O,a,b,c, bằng các đờng cong ta

đợc đờng biểu diễn tốc độ

-18 -12 -6 0 6 12 18

đông cơ đốt trong lê anh sơn

α

R 1

R 2

4 3 2 1

5 6 7

8 0

a b

c 4 2'

4'

6' 7'

b'

3.Gia tốc pittong Jp = R2(cosα + cos2α)

Bảng các giá trị của biểu thức Jp:

5

0 2000 4000 6000 8000

đông cơ đốt trong lê anh sơn

J(m/s2)

Đồ thị gia tốc :

∗Trình bày cách vẽ đồ thị: j = f3(α)

-Vẽ vòng tròn tâm O có bán kính R2= λ.Rω2 đồng tâm với na vòng tròn có bán kính

R1 = R.ω2 chia nữa vòng tròn R1và vòng tròn R2 8 phần đánh số 1, 2, 3 .8 và 1’, 2’, 8’theo chiều nh hình vẽ t các điểm 1, 2, 8 kẻ các đờng thẳng song song với ờng kính AB và cắt các đờng kẻ từ O’, 1’, 2’, 3’ tai cac điểm a, b, c Nối lại bằng đ-ờng cong biểu diễn trị số của gia tốc

7' 1' 8' 5' 4' 2' 0

1 2 3 4 5 6 7

8

R 1

R 2

a

b c d e

s

p jα

α

III / Tính động lực học :

1/ Khái quát:

Khi động cơ là việc, cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền (CCTKTT) nói riêng và động cơ nói chung chịu tác dụng của các lực nh lực khí thể, lực quán tính, trọng lực và lực ma sát 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 đợc dựa trên phơng pháp và quan điểm của cơ học lý thuyết Các lực và mô men trong tính toán động lực học đợc biểu diễn dới dạng hàm số của góc quay trục khuỷu α và quy ớc là pittong ở điểm chết trên thì α = 00 Ngoài ra, các lực này thờng đợc tính với một đơn vị diện tích đỉnh pittong 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 pittong

-6000 -4000

đông cơ đốt trong lê anh sơn

2/ Lực khí thể :

a/ Xây dựng đồ thị công:

b/ Khai triển đồ thị công P-V sang đồ thị:P-α

- Theo phơng pháp Brich ta khai triển đồ thị p-V sang đồ thị P-α nh sau :

- Dựng đờng tròn Brich có đờng kính 2R = la - lc , đờng tròn (O,R); từ O lấy một đoạn OO’ về phía điểm chết dới có độ dài OO’ = R.λ/2 = R/8 Từ O chia nửa vòng tròn thành 6 phần bằng nhau và bằng 30o nối 01 , 02 , 03 ,06 và lặp lại đến 720o tơng ứng với 24 vị trí Từ O’ kẻ các đờng 0’1’ , 0’2’ , 0’3’ , 0’24’ tơng ứng song song với

01, 02, 03 , 024 Từ 1’ , 2’ , ,24’ dóng lên song song với trục Pz cắt đồ thị công tại 24 vi trí trên đồ thị công vừa vẽ trớc

- Dựng đồ thị P-α bằng cách lấy gốc sao cho trục hoành cao hởn trục hoành của đồ thị P-V 1 KG/cm2 tơng ứng với 10(mm) trên giấy ô li

Chia trục hoành thành 24 phần bằng nhau tơng ứng mỗi phần là 30o ,từ các điểm trên trục hoành dóng lên và các điểm trên đồ thị công (24 điểm trên đồ thị P-V ) chúng ta đợc các điểm cắt nhau , từ 24 điểm đó ta nối thành đờng cong và đợc đồ thị khí thể Pkt (P-α)

3/ Lực quán tính Pj:

Pj = -mJp = - mRω2(cosα + λcos2α) (KG/cm2) Trong đó m là khối lợng chuyển động tịnh tiến trên một đơn vị diện tích của piston

m = mp + m1 ;

mp: khối lợng nhóm piston

m1: khối lợng tập trung đầu nhỏ của thanh truyền

Chọn mp =15.10-3(Kg/cm2) ;

m1 = 0,25.mtt = 0,25.15.10-3 =3,75.10-3(Kg/cm2)

m = 15.10-3 +3,75.10-3 =18,75.10-3 (Kg/cm2) =18,75.10-4(KG/cm2)

R: Bán kính quay trục khuỷu , R = S/2 = 80/2 = 40 (mm) =40.10-3(m)

ω:Vận tốc góc của trục khuỷu ứng với số vòng quay lớn nhất , ω = 345,57(rad/s)

Từ đó ta có bảng tính giá trị lực quán tính : Pj = -m.Jp (KG/cm2)

4/ Tổng hợp lực khí thể và lực quán tính :

PΣ = PKT + Pj

Dựa vào đồ thị khai triển (P-α) ta đo đợc giá trị của lực thể khí PKT tại các góc quay khác nhau của trục khuỷu

Trên đồ thị P-α trục tung vẫn chọn tỉ lệ xích à = 0,1 (KG.cm-2/mm)

7

đông cơ đốt trong lê anh sơn

đông cơ đốt trong lê anh sơn

5/ Xác định sự biến thiên của lực tiếp tuyến T (KG/cm2) và lực pháp tuyến Z (KG/cm2):

) / ( cos

)

m MN P

T

β

β

α +

cos

) cos(

P Z

β

β

α +

= ∑

Ta lập bảng tính T và Z nh sau :

α Pkt(KG/cm2) Pj(KG/cm2) P∑(KG/cm2) T(KG/cm2) Z(KG/cm2)

6/Vẽ đồ thị vec tơ phụ tải tác dụng lên trục khuỷu :

- Vẽ trục tọa độ (O,T,Z) góc tọa độ O1 , chiều dơng của trục T từ trái sang phải còn trục

Z từ trên xuống dới , trong đó trục hoành là trục O1T, trục tung là trục O1Z

- Chọn tỷ lệ xích à =

- Xác định tâm chốt khuỷu

Từ gốc tọa độ O1 của trục tọa độ TO1Z ta dịch xuống phía dới một đoạn PΣ o, ta xác định

đợc điểm O , điểm này chính là tâm chốt của khuỷu cần tìm

9

đông cơ đốt trong lê anh sơn

PKo chính là lực quán tính của khối lợng chuyển động quay của thanh truyền tính trên một đơn vị diện tích đỉnh piston (MN/m2)

PKo = -m2.R.ω2 (MN/m2)

m2 =0,75.mtt= 0,75.15.10-3 =11,2510-3(Kg/cm2) =11,25.10-4(KG/cm2)

Pko = -11,25.10-4.40 10-3 345,572 =-5,374 (KG/cm2)

Vecs tơ Pko có gốc tại O , chiều dơng hớng lên trên

Trên toạ độ T-Z xác định các giá trị củaT và Z ở các góc α khác nhau(0 ữ 720o) ; Trị số của T và Z đợc tính ở bảng ta đợc các điểm 0, 30, 60 .720 Dùng đờng cong nối các

điểm này ta đợc đồ thị vectơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

7/ Khai triển đồ thị (T-Z) sang đò thị (Q-α):

Từ điểm O trên trục tọa độ O1T Z ta vẽ vòng tròn tâm Obán kính , Chia vòng tròn thành 12 phần bằng nhau rồi đánh số thứ tự 1ữ11

Trị số khoảng cách từ O đến các điểm trên trục tọa độ O1TZ ứng với góc α = 0 ữ 720o, giá trị này chính là giá trị phụ tải Q (KG/cm2) tác dụng lên chốt khuỷu tại các góc α tơng ứng ở đồ thị (Q-α) ta chọn tỉ lệ xích à = 8 (KG.cm-2/mm)

8/ Đồ thị mài mòn chốt khuỷu:

- Vẽ đờng tròn bất kỳ tợng trng cho vòng tròn chốt khuỷu ( dùng luôn vòng tròn chốt khuỷu trên đồ thị phụ tải của chốt khuỷu thì thuận tiện hơn rồi chia vòng tròn trên thành 24 phần )

- Tính hợp lực ΣQ’của các lực tác dụng trên các điểm 0,1,2,3 rồi ghi trị số các lực ấy trong phạm vi tác dụng trên bảng số liệu ( phạm vi tác dụng giả thiết là 120o , nên

t-ơng ứng với 9 ô trên bảng)

- Cộng trị số của ΣQ Dùng tỷ lệ xích thích đáng đặt các đoạn thẳng đại biểu cho ΣQ ở các điểm 1, 2, 3 , lên vòng tròn A nh hình vẽ rồi vẽ nh phơng pháp 1 ta sẽ có đồ thị mài mòn Cần phải chú ý rằng cả hai phơng pháp trên đều không chính xác , vì trong thực tế do tác dụng chêm dầu của màng dầu nhờn làm cho chốt khuỷu lệch đi và phạm vi tác dụng cũng không phải là 120o

Hơn nữa trong quá trình sử dụng , phụ tải luôn luôn thay đổi , chất lợng cả dầu nhờn và biến dạng của các chi tiết ảnh hởng đến mài mòn cảu chốt khuỷu rất nhiều Điều đó lànm cho đồ thị vẽ ra không sát với tình hình mài mòn thực tế của chốt khuỷu

III tính toán sức bền xupap trong hệ thống phân phối khí

Tính sức bền của mặt nấm xupap cũng có thể dùng công thức Back , coi mặt nấm xupap nh một đĩa tròn đặt tự do trên đế tựa hình trụ ứng suất uốn trên mặt nấm xupap xác định theo công thức sau:

σu =

4

1

Pz 22 δ

d

Trong đó :

Pz : áp suất khí thể lớn nhất (KG/cm2 )

d : đờng kính trung bình của nấm xupap (mm)

δ : chiều dày trung bình của nấm (mm); (δ = (0,08ữ0,12)d n ,với d n là đờng kính nấm xupap )

đông cơ đốt trong lê anh sơn

σu =

4

1

65,98 2

2 46 , 0

42

= 137510 (KG/cm2) ứng suất uốn cho phép nằm trong pham vi sau:

• đối với thép cac bon: [σu] = 800KG/cm2

• đối với thép hợp kim : [σu] = 1200KG/cm2

Nh vậy xupap không thoả mãn điều kiện chịu uốn

khi trục cam trực tiếp dẫn động xupap cần kiểm tra áp suất nén của thân xupap khi chịu mô men uốn áp suất cực đại kiểm tra theo công thức sau:

kmax = 6 2

l

d

x

p

t

k

trong đó :

pk: lực tac dụng lên xupap (KG/cm2 )

dt: đờng kính thân xupap (mm)

l: chiều dài phần thân tiếp xúc với ống dẫn hớng (mm)

x: khoảng cách từ lực tác dụng đến đờng tâm xupap(mm)

[kmax] = 20(KG/cm2 )

l

sơ đồ tính sức bền của xupap

11