thiết kế nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong song hành

Trong thời đại ngày nay, nền khoa học tiên tiến đang phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới.

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại ngày nay, nền khoa học tiên tiến đang phát triển mạnh mẽ

trên toàn thế giới Các máy móc càng trở nên phổ biến và từng bước thay thế

dần con người trong những công việc phức tạp, nguy hiểm

Đảng và nhà nước ta đã chỉ rõ muốn kinh tế nước nhà phát triển phải xem

khoa học kỹ thuật là then chốt Và với một nền công nghiệp phát triển và hiện

đại thì đòi hỏi chúng ta phải chế tạo được những máy móc phục vụ cho các

ngành sản xuất cũng như trong sinh hoạt

Trong bối cảnh đó ngành công nghiệp nặng càng trở nên cần thiết và quan

trọng hơn bao giờ hết Ngành chế tạo máy nói chung và việc thiết kế nguyên

lý máy là rất quan trọng Việc thiết kế kết hợp giữa tin học và vẽ tay truyền

thống giúp ta trực quan hơn về nguyên lý làm việc của máy đồ án nguyên lý

máy sẽ giúp sinh viên làm quen và tìm hiểu bộ môn nguyên lý máy sâu sắc

hơn

Sau một thời gian làm việc cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và

bạn bè cộng với sự nỗ lực của bản thân , em đã hoàn thành đồ án môn học với

đề tài “thiết kế nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong song hành”

Vì thời gian có hạn tài liệu cũng như trình độ bản thân có hạn đồ án của em

không tránh khỏi những sai sót , em rất mong nhận được những sự chỉ bảo

góp ý của thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên :

PHẦN 1 CẤU TRÚC VÀ ĐỘNG HỌC CƠ CẤU

A TỔNG HỢP CƠ CẤU

1 phân tích cấu trúc cơ cấu

Cơ cấu chính của động dơ đót trong 4 kỳ nói chung và cơ cấu động

cơ đốt trong hành nói riêng là cơ cấu tay quay con trượt Dùng cơ cấu nàytrong động cơ để biến chuyển động qua lại của động cơ thành chuyển độngquay của trục khuỷu và từ chuyển động này để dẫn đến máy công tác Vây trong động cơ đốt trong song hành này khâu dẫn (trục khuỷ) cóchuyển động là chuyển động quay mà giả thiết là quay đều với số vòngquay đã cho Con trượt 3 và con trượt 5 (piston) chuyển động tịnh tiếnthẳng Thanh truyền 2 và 4 chuyển động song phẳng Nói tóm lại đối vớiđộng cơ đốt trong này piston là khâu phát động nó truyền chuyển động chothanh truyền 2 hay thanh truyền 4 và truyền tiếp chuyển động cho trụckhuỷu quay

2 bậc tự do của cơ cấu

Ta có công thức tính bậc tự do của cơ cấu là:

Vậy cơ cấu có một bậc tự do

3, Khâu dẫn và phân loại cơ cấu

Từ lược đồ cơ cấu ta thấy khâu 1 quay quanh khớp 01 với vận tốc góc 1

và ta chọn khâu 1 làm khâu dẫn

 Phân loại cơ cấu

Ta thấy cơ cấu bao gồm khâu 1 và 2 nhóm a xua loại 2

Nhóm 1: gồm 2khâu- khâu 2 và khâu 3

Nhóm 2: gồm 2 khâu – khâu 4 và khâu 5

Đây là cơ cấu loại 2

4 Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu :

Xác định hành trình H của cơ cấu

5 Dựng cơ cấu giá trị thực

Để vẽ được cơ cấu ta chọn đoạn biểu diễn độ dàI tay quay 0A= 60(mm)

ta có tỉ lệ xích chiều dài

đoạn thực L0A 0,0425

diễn

CÁCH DỰNG CƠ CẤU :

Vẽ đường tròn tâm O đường kính 120 mm Trên đường tròn lấy một điểm A

từ A vẽ cung tròn bán kính AB có độ dàI L=258 mm cắt đường thẳng đứngtại B Ta được cơ cấu tay quay con trượt OAB Trên đường tròn có đườngkính 120mm lấy đIểm C đối xứng đIểm A qua tâm 0 (đường kính AC chính làtay quay) vẽ cung tròn đường kính CD với độ dàI =258mm Ta cũng đã dựngđược cơ cấu tay quay con trượt OCD

C 0

D B

A

B PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU

1 HOẠ ĐỒ VỊ TRÍ

Với cơ cấu đã dựng được ta thấy tay quay AC có trọng tâm O1 và quay quanh

O1 tạo thànhđường tròn đường kính AC trên đường tròn ta chia đường trònthành 8 phần bằng nhau ứng với các đIểm từ A1 ; A2 ; A3 ; A4 ; A5 ; A6 ; A7 ;

A8 (các điểm từ C1 C8 lần lượt đối xứng) Với 8 vị trí trên xi lanh thì có 2

điểm chết đó là đó là vị trí 1 và vị trí 5 Do động cơ là song hành nên piston 3

và piston 5 cùng ở những đIểm chết Piston 3 ở trên thì piston 5 ở dưới vàngược lại ở trên ta gọi là đIểm chết trên còn ở dưới ta gọi là đIểm chết dưới

VA2 đã biết phương chiều và độ lớn

VB2 có phương thẳng đứng

Ta chọn đIểm P làm gốc hoạ đồ vận tốc , dựng pa1 biểu diễn VA1 = VA2 .cóchiều cùng chiều quay với 1 từ đIểm a1a2 kẻ phương của véc tơ VB2A2 từgốc P kẻ phương của VB3 = VB2 hai đường thẳng này cắt nhau ở đâu đó chính

là đIểm b2  b3 nối pb ta có véc tơ pb1  pb2 biểu diễn vân tốc của đIểm B.Xét nhóm axua (4-5)

VD4 : có phương là phương trượt của piston5, độ lớn chưa xác định được

VC4 : đã xác định cả phương chiều và độ lớn

Ta thấy (*) có 2 ẩn ta dùng phương pháp vẽ để giải

Ta chọn đIểm P làm gốc hoạ đồ vận tốc , dựng pc1 biểu diễn VC1 = VC4 cóchiều cùng chiều quay với 1 từ đIểm c1c4 kẻ phương của véc tơ VC4D4 từ

gốc P kẻ phương của VD5 = VD4 hai đường thẳng này cắt nhau ở đâu đó chính

là đIểm d5  d4 nối pd ta có véc tơ pd4  pd5 biểu diễn vân tốc của đIểm D

6020,4727

6020,4727

6020,4727

6020,4727

6020,4727

6020,4727

35,353412,0624

00

35,353412,0624

6020,4727

6020,4727

48,544616,5632

44,945915,3335

48,544616,5632

6020,4727

6020,4727

49,499416,8889

00

49,499416,8889

6020,4727

00

43,011914,6754

6020,4727

43,011914,6754

00

00

43,011914,6754

6020,4727

43,011914,6754

00

6020,4727

52,694317,9796

44,945915,3353

52,694317,9796

6020,4727

atB2A2 chưa biết độ lớn , chiều vuông góc AB

aB2 độ lớn chưa xác định phương thẳng đứng theo phương trượt của piston

Ta thấy () có 2 ẩn do đó ta giảI bằng phương pháp vẽ

Xét đIểm C ta có 1 = const do đó

aC1= aC4= anC =  2

1 LOC = (80,3035)2 0,18275 = 1178,4911 (m/s2) cóchiều từ C về 0

xét điểm D

có aD4 = aD5 = aC4 + anD4C4 + atD4C4 ()

aD4 có độ lớn chưa xác định Có phương cùng thẳng đứng theo chiều trượtcủa piston 5 anC4D4 có độ lớn = 4 LCD = (80,3035)2 0,18275 =1178,4911 (m/s)

atC4D4 có độ lớn chưa xác định , phương vuông góc với CD

ta thấy () chỉ còn 2 ẩn do đó ta dùng phương pháp vẽ để giải

/ PHƯƠNG PHÁP VẼ:

chọn tỉ lệ xích gia tốc a = 12 L = (481,7108)2 0,0007083 =164,3576823(m/mms2)

ta chọn một đIểm  làm gốc hoạ đồ gia tốc dựng véc tơ a‘

Từ  ta dựngvéc tơ c’1 = c’4 biểu diễn các véc tơ aC1=aC4 từ mút c’ tadựng véc tơ c’1n biẻu diễn véc tơ gia tốc an

42,23036940,8742a’1n

an

B2A2

7,17021178,4774

7,17021178,4774

41,81666872,8794

S’

2

as2

50,65878326,1465

50,54388307,2618

d4-5

aD4-5

42,23036940,8742

42,62257005,3353

609861,4609

nc’

S’

4

as4

50,54388307,2618

50,65878326,1465

ta đã xác định được tâm va đập K của khâu 2

từ hoạ đồ gia tốc ta có : aS2 = aA2+ aS2A2

nhân cả 2 vế của phương trình với (-m2 ) ta được

-maS2 = -m2 ( aS2A2+ aA2)

Pt

q2 = - m2.aA2 là lực quán tính tịnh tiến của khâu 2 và lực này có đIểm đặt tại

S2 và có phương song song với phương của véc tơ gia tốc aA2 , chiều ngược lại

Pn

q2 = -m2 aS2A2 là thành phần quán tính của khâu 2 trong chuyển động quayquanh đIểm A nó có đIểm đặt tại K và có phương song song với phương củavéc tơ gia tốc aS2A2 , chiều ngược lại

ta dựng hoạ đồ lực theo vị trí của nhóm axua tạo bởi khâu 2 và khâu 3

at

B2A2 a2’b’2.a 42,4269 164,3576823

tại trọng tâm S2 của khâu 2 ta kẻ phương song song với 0A tại tâm va đập K2

ta kẻ phương song song với gia tốc aS2A2 2 phương này gặp nhau ở đâu thì đóchính là đIểm đặt lực T

tách nhóm axua 2-3 đặt các lực ta có phương trình cân bằng lực :

B15đến B20 là hành trình xả vì đây là động cơ đốt trong song hành do đó :Với vị trí số 2 ở vòng quay thứ nhất P3 ứng với áp suất 3,3 N/cm2

.D2 3,14 7,62

Ta có P3 =  3,3 =  3,3 = 116,2875 (N)

4 4

chiều của P3 đI lên vì ngược chiều với chiều chuyển động của piston

Ta thấy () còn 4 ẩn đó là chiều và độ lớn của R03 và R1-2

để khử tiếp ẩn của phương trình () ta phân tích:

với nhóm A xua được tách ra từ khâu 2 và khâu 3 thì phương trình lực đượcviết lại là:

Có chiều với chiều của d3.

P3 có trị số : P3 = 116,2875(N) có phương thẳngđứng có chiều hướng lên

G3 =14 hướng thẳng đứng xuống dưới

Pq2 có trị số : Pq2 = 50,6587.164,3576823.1,2223 = 10184,5424 (N)

Cùng phương ngược chiều với aS2.

G2 có trị số : G2 =12 có chiều hướng thẳng đứng xuống dưới

ta có : MD = G4 h4 - Pq4.h3 + Rt

1-4 l = 010161,4426.84,929 + 12.27,5765

Pq4 = m4 aS4 = 1,2232 164,3576823.50,5438 = 10161,4426 (N) chiều ngượcvới aS4

G5 có trị số : G5 = 14 phương thẳng đứng chiều hướng xuống

G3 có trị số : G4 = 12 phương thẳng đứng chiều hướng xuống

Rn

1-4 trị số chưa biết , có phương vuông góc với Rt

1-4 .vậy phương trình () còn 2 ẩn đó là trị số của R05 và Rn

1-4

ta giải được bằng phương pháp vẽ

Giá trị thực Rt 5167,0410

 Tính theo phương pháp cổ điển

xét khâu dẫn (1) :đặt các phản lực khớp động R2-1 và R4-1có chiều ngược vớichiêu của R1-2 và R1-4 lên khâu dẫn

Chọn chiều Mcb ngược với chiều của 1

viết phương trình cân bằng mômen với điểm 0

Tính theo phương pháp đòn jucốpky

Xoay hoạ đồ vận tốc đI một góc 90 độ rồi đặt tất cả các lực lên các điểmtương ứng trên hoạ đồ vận tốc đã được xoay và lấy mômen với gốc P.những lực nào chống lại chiều xoay của hoạ đồ vận tốc sẽ mang dấu

dương và ngược lại sau đó dược nhân với ta được mômen cânbằng

Mcb = L[(G3 - P3 – Pq3) Pb – (Pq5 + G5+ P5)Pd– Pq4.h4+G2.h1– Pq2.h3– G4.h2 

= 0,0007083[(14 – 116,2875 – 9997,1263).49,4994 – (9905,3216 + 14 + 36,19).35,3534 – 10161,4426.16,6775 + 12.44,9033 - 10184,5424.19,6925-12.39,9515

* Tính theo phương pháp cổ điển

Tương tự như trên ta có

Mcb – R21 h1.L – R21 h1.L = 0

Mcb = (R21 h1 + R41 h4)L = 0,0007083(19430,9989.25,95 +18603,9222.37,2193)

= 847,5938

Tính theo phương pháp đòn jucốpky

Mcb = L[(G3- P3 +Pq3) Pb + (Pq5 - G5- P5)Pd+ Pq4.h4+G2.h1+ Pq2.h3– G4.h2 

=0,0007083[(14 - 116,2875 +9997,314)35,3534 + (9997,314 – 14 –36,19) 49,4994 + 10184,5424 19,6925 + 12 39,9509 +10161,4426.16,6775 –12.39,9515

THIẾT KẾ BÁNH ĐÀ

Khi làm việc dưới tác động của các lực máy sẽ có một chuyển động nhất định

gọi là chuyển động thực của máy

Vì chuyển động của các khâu trong máy phụ thuộc vào chuyển động của khâu

đẫn nên muốn biết chuyển động thực của máy chỉ cần xác định chuyển động

thực của khâu dẫn Trong thực tế khâu dẫn chuyển động không đều do tác

dụng của nhiều yếu tố

Một trong những phương pháp làm đều chuyển động của máy làtính toán thiết

kế bánh đà

1 Vẽ đồ thị mômen động thay thế :

Mdtt = (Pk.Vk)/1 = {( G3  P3 )h1 G2 h2  G4 h3 (P5 G5)h4Ư.L

Cách làm xoay hoạ đồ vận tốc đI 1 góc 90o rồi đặt các lực vào nút các véc tơ

vận tốc các đIểm đặt lực và lấy mô men theo phương pháp đòn ta được

trị số mô men động thay thế tại các vị trí

Trục tung biểu thị Mđtt với tỷ lệ xích M = 0,240045(Nm/mm)

Trục hoành biểu diễn góc  với tỷ lệ xích  =0,0523(1/mm)

Tích phân đồ thị Mđtt ta được đồ thị công động, chọn cực tích phân H=80 mm

A = M  H = 0,240045 0,0523.80=1,004348(Nm/mm)

Phương pháp tích phân :

Trên trục hoành của đồ thị Mđtt chia làm 16 đoạn bằng nhau tại cáctrung điểm của các đoạn dóng song song với trục tung cắt đường cong tại cácđIểm a1,a2,a3,… , a16 trên đường cong Mđtt, lấy một điểm H trên trục 0 cách omột khoảng 80mm gọi là cực tích phân ,từ các điểm a1,a2,a3,…a16 ta dóngsong song trục hoành cắt trục tung tại các vị trí tương ứng b1,b2,b3,…, b16, nốicác vị trí tương ứng này với đầu mút H ta được các đường thẳng có độnghiêng khác nhau

Trên biểu đồ vẽ Ađcũng chia trục hoành như biểu đồ M đtt

Từ diểm gốc 1 và trong phạm vi khoảng chia đầu tiên ta vẽ một đoạn 1C1

song song Hb1 cắt đường thẳng song song với trục tung kẻ từ 2 tại C1 sau đó

từ C1 lại lặp lại cho hết 16 khoảng chia cuối cùng ta vẽ được Ađ

Nối điểm đầu và đIểm cuối của đồ thị công động Ađ=f() ta được đồ thịcông cản Ac =f() vì rằng mô men cản thay thế là hằng số : Mc =const (chưabiết trị số mô men cản ) Nhưng công của mô men không đổi bằng

Ac = Mc.

Nghĩa là công cản Ac tỷ lệ với góc  ngoài ra sau toàn bộ chu kỳ làmviệccủa máy , công động bằng công cản: Ađ=Ac

Vì vậy đường thẳng Ac =f() sẽ nối điểm đầu và điểm cuối đường cong Ađ

=f() (ở đầu và ở cuối chu kỳ Ađ=Ac)

Trị số của mô men cản xác định bằng cách vi phân đồ thị.Ac =f()

Muốn thế ,từ điểm H của đồ thị M đtt =f() ta kẻ tia song song vớiđường thẳng Ac = f() tới cắt trục M đtt Tung độ sẽ biểu thị mô men cản Mcvới tỷ lệ xích M

c)Xây dựng đồ thị đồ thị E = f():

E = A = Ađ - Ac

Bằng cách trừ các đồ thị chú ý rằng nếu Ađ >Ac thì E dương vànếu Ađ <Ac thì E âm Xây dựng đồ thị E = f() với tỷ lệ xích E = A =1,004348m jun.m

2) Vẽ biểu đồ mô men quán tính thay thế :Jtt

k V J m

2

1

2

1

1

2

1 4 2

1 3 2

1 2 2

` 1

S S

S

m J

V m

V m J

Các kết quả tính toán đối với các thành phần của công thức và toàn bộ, nêu

trong bảng dựa vào bảng số liệu xây dựng đồ thị Jtt= Jtt ()

Lập hệ trục toạ độ với tỷ lệ xích J = 0,00017(kg.m2/mm)

 = 0,0523rad/mm

b) Xây dựng đồ thị khối năng E = f(JH) bằng cách khử  của các đồ thị E

= f() và Jtt = f() Sau đó khi xác định các đIểm ứng với các vị trí ,ta nối các

đIểm đó bằng đường cong trơn tỷ lệ xích E và J của đường cong khối năng

E = f(Jtt) cũng là tỷ lệ xích E củađường cong E = f() và J của

đồ thị Jtt = f()

c)Xác định mô men quán tính bánh đà

1

( rad/s )

[ 1min ] = 1[

1-2

] [  ] = 324,47.[1-1/( 2.120)] = 479,7036

2 tb2.(1+[ ]) = 2 1 , 00434828

00017 ,

0

.( 481,7108)2 ( 1+1/120)

2 tb2.(1-[ ]) =2 1 , 00434828

00017 ,

Cuối cùng ta tính được mômen quán tính của vô lăng :

D2 (0,5)2

THIẾT KẾ BÁNH RĂNG

Thiết kế cặp bánh răng hình trụ ,răng thẳng ,được cắt với chế độ dịchchỉnh dương bằng dao thanh răng có góc L=0=200 ,

.Biết mô đun m=5,5 mm và số răng Z1=13, Z2=54

Góc ăn khớp ta dựa vào phương trình ăn khớp:

invL=2 C.tg/ZC +inv với =200

invL= 2 C.tg200/ZC +inv200=2.1,534.0,364/67 +0,014904=0,03157 tra bảng

ta được L=25023’

Thiết kế phải thoả mãn :

-Mô đun chọn theo tiêu chuẩn

-Tỷ xích của bản vẽ phải sao cho chiều cao răng lớn hơn 50mm

-mỗi bánh răng vẽ ít nhất là 3 răng đang trong giai đoạn ăn khớp ,biêndang răng phải bảo đảm đúng đường thân khai

-tính toán và vẽ lên bản vẽ cặp bánh răng đang ăn khớp:

+chiều dài đường ăn khớp lý thuyết

+chiều dài đường ăn khớp thực

+Chiều dài cung ăn khớp

+Hệ số trùng khớp

+Chiều dày răng trên các vòng

+Biểu đồ hệ số trượi biên dạng răng 1 , 2

Khoảng cách trục:

A0 =A= m.(ZC/2+)=5,5.(67/2+1,354)=191,697 (mm)

 Tính kích thước của hai bánh răng:

-Bước răng trên vòng chia t=m.=5,5 3,14=17,27(mm)

Để kiểm tra việc thiết kế ta tính các thông số sau :

- hệ số dịch chỉnh răng nhỏ nhất để tránh hiện tượng cắt chân răng

= 6,8915(mm)

*Chiều dày trên vòng cơ sở:

sin

2 02 2 2

01

2    

= 1,19

vậy với =1,19 1,1

là điều kiện đảm bảo sự làm việc tốt của bộ truyền

Cách vẽ bánh răng:

Vẽ biên dạng răng:

Từ điểm ăn khớp P ta vẽ 2 vòng tròn lăn bán kính RL1 , RL2 , vẽ 2vòng tròn cơ

sở R01, R02 xác định đoạn ăn khớp lý thuyết N1N2 , từ N1 đặt một cung N1P’trên vòng cơ sở R01 có chiều dài bằng đoạn N1P Ta chia đoạn N1P thành bốnphần bằng nhau : P1 = 12 =23 =34 Sau đó qua N1  4 đặt thêm các đoạn 45,

56 có chiều dài bằng các đoạn trước, tương tự cũng chia cung N1P’ thành cácphần bằng nhau : P’1’ = 1’2’ = 2’3’ = 3’4’ = 4’5’ = 5’6’ Từ các điểm

1’,2’,3’,4’,5’,6’ kẻ các tiếp tuyến với vòng cơ sở R01 , trên tiếp tuyến đặtnhững đoạn 1’1’’; 2’2’’ bằng đoạn 1P ; 2P Nối các điểm P’ ,1’’,2’’ ta được biên dạng thân khai của bánh răng 1 Biên dạng còn lại củabánh răng 1 được xác định bằng cách xác định chiều dày răng trên vòng chia

và trên vòng đỉnh rồi vẽ đối xứng với biên dạng răng trước Khi đó ta vẽ được

1 răng ta tiến hành đo bước răng trên vòng chia rồi vẽ các răng tiếp theo.Làm tương tự ta cũng vẽ được biên dạng răng của bánh răng số 2

Vẽ vòng tròn đỉnh răng: Dựa vào bán kính Re1, Re2 ta vẽ được vòng tròn đỉnhrăng, giao điểm của các vòng tròn này với đường thân khai xác định đượcđiểm tận cùng của đỉnh răng

Vẽ vòng tròn chân răng:

Từ bán kính Ri1, R12 ta vẽ được vòng tròn chân răng, ta có Ri1 , Ri2 > R01 ,R02

song dù thế nào thì dạng chân răng cũng gồm hai phần là phần thân khai vàphần chuyển tiếp Trong đó phần chuyển tiếp là phần thân khai với cung trònchân răng bằng một cung tròn có bán kính  = 0,2 m = 0,2 * 6 = 1,2 ta được