Động Cơ Đốt Trong Song Hành

Nguyên Lý Máy là một trong những môn học cơ sở rất quan trọng cho các chuyên ngành cơ khí.

Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Khoa Cơ khí – Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí

THUYẾT MINH BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY

Máy: Động Cơ Đốt Trong Song Hành(1) Phương án:5

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thành Nam

Mã số: DTK0851010698

Lớp sinh viên: K44CCM6 Lớp học phần: 44C

Email liên hệ: thanhnam240390@gmail.com

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Vũ Quý Đạc

Thái Nguyên, năm 2011

Muc lục

trang:

Phần 1: Tổng hợp và phân tích động học cơ cấu phẳng 5

Phần 2: Phân tích áp lực khớp động của nhóm (4.5) bằng phương

pháp vẽ và tính Mcb trên khâu dẫn bằng phương pháp

1.Phân tích áp lực khớp động của các nhóm (4,5)và (2,3) 16

Lời nói đầu

Nguyên Lý Máy là một trong những môn học cơ sở rất quan trọng chocác chuyên ngành cơ khí Việc hoàn thành bài tập lớn là một khâu rất quantrọng trong quá trình học tập môn học Nguyên Lý Máy, nó giúp cho người sinhviên hiểu sâu hơn về những kiến thức của môn học

Qua thời gian học tập, em đã được giao bài tập lớn về “động cơ đốt

trong song hành” Với bài tập lớn này, qua một thời gian tìm hiểu tài liệu kết

hợp với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Vũ Quý Đạc và các thầy

cô trong tổ môn đến nay em đã hoàn thành về cơ bản bài tập lớn của mình

Mặc dù em đã cố gắng học hỏi để làm tốt bài tập lớn của mình, nhưng

do kiến thức còn hạn chế nên bài tập lớn của em không tránh khỏi những saisót.Vậy em rất mong đợc sự chỉ bảo và giúp đỡ của các thầy cô để bài tập lớncũng như kiến thức của em được hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 24 tháng 3 năm 2011

Sinh viên:

Nguyễn Thành Nam

Phần I - Tổng hợp và phân tích động học cơ cấu phẳng

1 Tính 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

Từ lược đồ cơ cấu ta thấy khâu 1 quay quanh khớp O1 với vận tốc góc ω1và

ta chọn khâu 1 làm khâu dẫn

∗ Phân loại cơ cấu

Ta thấy cơ cấu bao gồm khâu 1 và 2

nhóm atxua loại 2

Nhóm 1: gồm 2 khâu: khâu 2 và khâu 3

Nhóm 2: gồm 2 khâu: khâu 4 và khâu 5

⇒ Đây là cơ cấu loại 2

2.Phân tích chuyển động của cơ cấu.

Cơ cấu động cơ đốt trong song hành là cơ cấu tay quay con trượt chínhtâm Dùng cơ cấu này trong động cơ để biến chuyển động qua lại của pistonsthành chuyển động quay của trục khuỷu và từ chuyển động này để dẫn đến máycông tác

Trong động cơ đốt trong song hành này khâu dẫn (trục khuỷ) có chuyểnđộng là chuyển động quay tròn quanh một trục cố định mà giả thiết là đều Contrượt 3 (pistons) và con trượt 5 (pistons) chuyển động tịnh tiến thẳng Thanhtruyền 2 và 4 chuyển động song phẳng

3 Tổng hợp động học cơ cấu

Xác định kích thước động của các khâu trong cơ cấu

Từ thông số dã cho ta có :

) ( 027 , 0 ) ( 45 , 1 40

) ( 04 , 0 ) ( 40 2

80 2 2

m mm

R L

L

R

m mm

H R

LAS2= LCS4= 0,35L= 0,35.27,58 = 9,653(mm) = 0,0096 (m)

Để vẽ được cơ cấu ta chọn đoạn biểu diễn O1A=50(mm)

Chọn tỉ lệ xích chiều dài làµL:

) ( 00095 , 0 50

0475 ,

0

mm

m OA

4 Phân tích động học cơ cấu

4.1.Vẽ họa đồ chuyển vị

Trên phương thẳng đứng lấy

điểm O1 làm tâm, dựng đường tròn

tâm O1 bán kính R=50 mm Chia

dường tròn làm 8 phần đều nhau

tương ứng với các điểm A1 ,A2 ,…A8

theo chiều quay ω1 bắt đầu từ điểm

chết trên, các điểm C1 ,C2 ,…C8 lần

lượt đối xứng với các điểm A1 , A2 ,…

A8 Lần lượt từ các điểm A1 ,A2 ,…A8 ,

vẽ cung tròn bán kính AiB =180

mm ,cắt đường thẳng đứng đi qua O

tại B Ta được 8 vị trí tương ứng của

con trượt 3 (điểm B) Tương tự với

các điểm C1 ,C2 ,…C8 vẽ cung tròn bán

kính CiB =180 mm , cắt đường thẳng

đứng đi qua O tại C Ta được 8 vị trí

tương ứng của con trượt 5 (điểm D)

Trong xilanh có 2 điểm chết :

điểm chết trên ứng với vị trí B1≡ D5

và điểm chết dưới ứng với vị trí B5

≡ D1 vì đây là động cơ đốt trong

song hành nên 2 pistons 3 và 5 cùng

thực hiện ở hai điểm chết khi pistons

3 nằm ở điểm chết trên thì pistons 5

nằm ở điểm chết dưới và sau nửa

vòng quay của trục khuỷu thì pistons

3 ở điểm chết dưới còn pistons 5 ở

Vận tốc góc của khâu 1

) / ( 38 , 230 60

2200 2 60

1 1 1

VB2 = A2+ B2A2 (1) , VB2A2 có phương vuông góc với AB

Trị số chưa biết

V

VB2= B3 ,V B3 có phương thẳng đứng

Trị số chưa biếtPhương trình (1) còn 2 ẩn chưa biết là trị số của VB2A2 và VB 2 , hai ẩnnày sẽ đươc xác định bằng phương pháp vẽ

phương vuông góc với O1C

V

VC1= C4 , V C1 có Chiều phù hợp ω1

Trị số VC1=ω1.LO1C =10 , 94 ( m / s )

V V

VD4= C4+ D4C4 (2) , VD4C4 có phương vuông góc với DC

Trị số chưa biết

V

VD4= D5 ,V D5 có phương thẳng đứng

Trị số chưa biếtPhương trình (2) còn 2 ẩn chưa biết là trị số của VD4C4 và V D 4 ,hai ẩn này sẽ đươc xác định bằng phương pháp vẽ

Trọng tâm S2 và S4 được xác định bằng định lí đồng dạng thuận

* Vẽ họa đồ vận tốc

Chọn điểm P là gốc của họa đồ vận tốc, khi đó ta dựng các véctơ

Pa

Pa1= 2 có phương vuông góc với O1A, có chiều phù hợp chiều ω1 và có

độ dài là pa1= pa2 =50 ( ) mm Từ mút véctơ pa2 ta kẻ 1 đườngthẳng theo phương vuông góc với AB biểu diễn cho phương của véctơ VB2A2

.Tiếp theo từ gốc p của họa đồ vận tốc ta kẻ một dường thẳng theo phươngthẳng đứng biểu diễn cho phương của véctơ VB2=VB3 Khi đó giao điểmcủa 2 đường thẳng này cắt nhau tại đâu thì điểm đó chính là điểm b2≡ b3.Vận tốc của trọng tâm S2 của khâu 2 được xác định bằng phương phápđồng dạng thuận

Theo đầu bài ta có: LAS2=0 35 LAB

b a s

( ) mm pc

pc1= 4 =50 Từ mút véctơ pc4 ta kẻ 1 đường thẳng theo phương vuông góc với CD biểu diễn cho phương của véctơ VD4C4 Tiếp theo

từ gốc p của họa đồ vận tốc ta kẻ một dường thẳng theo phương thẳng đứng biểu diễn cho phương của véctơ VD4=VD5 Khi đó giao điểm của 2 đường thẳng này cắt nhau tại đâu thì điểm đó chính là điểm d4≡ d5

Vận tốc của trọng tâm S4 của khâu 4 được xác định bằng phương phápđồng dạng

Theo đầu bài ta có: LCS4 =0 35 LCD

d c s

Vận tốc các điểm:

) ( 284 ,

9 41 , 42 2189 ,

0

) ( 780 ,

8 11 , 40 2189 ,

0

) ( 861 ,

7 91 , 35 2189 ,

0

) ( 173 , 6 20 , 28 2189 ,

0

4 5

4

2 2

2 2 2

2

2 3

2

s

m pd

V

V

s

m ps

V

s

m b

a V

s

m pb

V

V

v D

D

v

S

v A

B

v B

µ

µ

) ( 861 ,

7 91 , 35 2189 ,

0

4 4 4

s

m d

c

) ( 689 ,

9 26 , 44 2189 ,

b

a L

V

AB

v AB

A

171

0

2189 ,

0 91 , 35

.

2 2 2

2

2

µ ω

d

c L

V

CD

v CD

D

171 0

2189 ,

0 91 , 35

4 4 4

4

4

µ ω

Bảng vận tốc góc của các khâu quay

Vận tốc góc Trị số (rad/s) Chiều quay

4.3 Xác định gia tốc của các điểm:

Chọn điểm π là gốc của họa đồ gia tốc

m a

AO

a L a

a

'

'

1 1

2 1 1

1

2 1 1

1

ω π

ω π

mL

a

.

421 , 50 0,00095

n A

O

A A

V L

a

2

1

2 1 1

2 1 1

µ µ π

µ

L a

1= ' = '

AO

pa a

1

2 1 1

a

n A B A

B

τ

2 2 2 2 2

A B BA

V L

a

2 2 2

2 2 2

n A

a

2

2 2 2

2 2

2 2

⇒

a a a a

C C

n C C

O

C C

O

n

pc L

V L

a

2

1

2 1 1

2 1 1

µ

µ π

µ

L a

1= ' = '

CO

pc c

1

2 1 1

' =

⇒π

a a

a

n C D C

D

τ

4 4 4 4 4

C D DC

V L

a

2 2 2

2 2 4

n C

a

2

4 4 4

4 2

*Vẽ họa đồ gia tốc:

Từ gốc họa đồ π ta dựng 1 véctơ π a '1 =π a '2( chuyển π a '1từ họa

đồ chuyể n vị sang) biểu diễn véctơ gia tốc aA1=aA2 ( a '1≡ a '2) Từ mútvéctơ π a '2 vẽ véctơ nB2A2 ( chuyển nB2A2từ họa đồ chuyển vị sang) biểudiễn cho véctơ gia tốc an

2 Tiếp theo, từ gốc họa đồ gia tốc π

ta kẻ một đường thẳng theo phương thẳng đứng biểu diễn cho véctơ gia tốc

aB3 2 đường này cắt nhau tại đâu thì điểm đó chính là điểmb '2 ≡ b '3.Gia tốc trọng tâm S '2 của khâu 2 được xác định bằng phương pháp đồng dạng

Theo bài ta có: LAS2=0 35 LAB

' ' 35 0 '

'2s 2 a 2b2

⇒

Từ gốc họa đồ ta dựng 1 véctơ π c '1 =π c '4 ( chuyển π c '1từ họa

đồ chuyển vị sang) biểu diễn véctơ gia tốcaC1=aC4 Từ mút véctơ π c '4

vẽ véctơ nD4C4 ( chuyển nD4C4từ họa đồ chuyển vị sang) biểudiễn cho véctơgia tốc an

Gia tốc trọng tâm S '4 của khâu 4 được xác định bằng phương pháp đồng dạng:

Theo bài ta có: LCS4 =0 35 LCD

' ' 35 0 '

'4s 4 c 4d 4

c =

⇒

5 4

a

s

m b

a

a

s

m n

a

a C D

n

C

D

a B

B

a A B

363 421

, 50 20 , 7

1770 421

, 50 10 , 35

'

363 421

, 50 20 , 7

4 4 4

4

3 3

2

2 2 2

2

µ

µ π

a

a

s

m L

a

a

a D

D

A O A

A

2

2

1796 421

, 50 62 , 35 '

2521 0475

, 0 38 , 230

4 5

4

2 1

2 1 2

1

µ π

ω

a

s

m b

n

a

s

m s

a

a C

D C

D

a A

B A

B

a S

2

2

2

1745 421

, 50 61 , 34

1745 421

, 50 61 , 34

2129 421

, 50 23 , 42 '

4 4 4 4

4

2 2 2 2

2

4 4

µ µ

µ π

aAB

A B

2

10205 171

, 0

1745

2 2 2

G m

m

kg G

G m

m

81 , 9

22 81

, 9 81 , 9

81 , 9

20 81

, 9 81 , 9

5 3

5

3

4 2

m

L m L

m J L

S A

AB

S A

S K

S K

36 , 0 12

171 ,

0 36

, 0 12

12

2 2 2

2 2

2 2 2

2 4

4 2

Tại trọng tâm S4 của khâu 4 ta kẻ phương song song với π c '4 tại tâm

va đậpk4ta kẻ phương song song với s '4c '4 2 phương này gặp nhau ở

đâu thì đó chính là điểm Q Pqt 4 cùng phương , ngược chiều với π s '4

Tương tự Tại trọng tâm S2 của khâu 2 ta kẻ phương song song với

'2

a

π tại tâm va đậpk2ta kẻ phương song song với s '2a '2 2 phương

này gặp nhau ở đâu thì đó chính là điểm P Pqt 2 cùng phương , ngược chiều

với π s '2

-Xác định giá trị các lực quán tính

( ) ( ) N s

m a

m

P

N s

m a

m

P

a S

qt

a S

qt

4326 421

, 50 08 , 42

81 , 9

20 '

4341 421

, 50 23 , 42

81 , 9

20 '

2 2

2 2

2

4 4

4 4

µ π

( ) N a

m

81 , 9

22

5 5

( ) N a

m

81 , 9

22

3 3

Pqt 3 cùng phương , ngược chiều với π b '3 , Pqt 5 cùng phương , ngược

chiều với π d '5

- Xác định lực tác động lên pistons

Để xác định lực tác động lên pistons ta phải dựa vào biểu đồ công và các

quá trình làm việc của động cơ

( ) ( ) N

D p

F p

P

N

D p

F p

P

1046 4

8 , 9 87 , 13

189 4

8 , 9 5 , 2

2 2

2 5

5

5

2 2

1 3

3

3

4

4

π π

P3 có phương thẳng đứng ,hướng lên trên

P5 có phương thẳng đứng , hướng xuống dưới

(dấu – vì áp suất ngược chiều chuyển động của pistons)

5 5 5

05 +P +P +G +R +P +G =

Phương trình trên còn 3 ẩn đó là chiều và độ lớn củaR14 và độ lớn của R05

,để khử tiếp ẩn của phương trình (∗) ta tách khâu 4 và phân tích :

R R

14 14

14 = +

Viết phương trình momen cho điểm D ta được:

( ) N R

L

h G h

P R

h G h

P L

R M

CD

L L

qt

qt CD

D

2252 171

, 0

00095 ,

0 23 20 00095

, 0 5 , 93

4341

14

2 4 1

4 14

2 4 1

4 14

0

Phương trình (*) được viết lại :

` R05 +P 5 +P5 +G5 +R14 +R14 +Pqt4 +G4 =0

n qt

τ

Phương trình trên còn 2 ẩn là trị số của R05 và Rn

14 ta giải được bằng phương pháp vẽ

Chọn 1 điểm e bất kì.từ điểm e vẽ ef biểu diễn choPpt 5, từ mút của ef , vẽ

fg biểu diễn cho Pp5, từ mút của fg, vẽ gh biểu diễn cho G5, từ mút của

gh, vẽ hi biểu diễn choG4 , từ mút củahi, vẽ ij biểu diễn choPpt 4, từ mút

của ij vẽ jk biểu diễn cho vectơ Rτ14, từ điểm k vẽ 1 đường thẳng theo

phương của vectơRn

14 , từ điểm e vẽ 1 đường thẳng theo phương của R05, hai đường này cắt nhau ở đâu thì đó là điểm n, ne biểu diễn choR05 , jn biểu

diễn cho R14, nh biểu diễn cho R54

R05 = r =67 , 46 20 , 92 =1411

chiều từ phải sang trái

Để xác định điểm đặt của R05ta tách riêng khâu 5:

( ) N jn

R14= µr =318 , 04 20 , 92 =6653 , chiều như trên hình vẽ đa giác lực

( ) N nh

R54 = µr =156 , 72 0 , 92 =3279 , chiều như trên hình

3 3 3

03 +P +P +G +R +P +G =

Phương trình trên còn 3 ẩn đó là chiều và độ lớn của R12và độ lớn của R03

,để khử tiếp ẩn của phương trình (**) ta tách khâu 2 và phân tích :

R R

12 12

12 = +

Viết phương trình momen cho điểm B ta được:

( ) N R

L

h G h

P R

h G h

P L

R M

AB

L L

qt

qt AB

B

1334 171

, 0

00095 ,

0 23 20 00095

, 0 6 , 55

4326

12

4 2 3

2 12

4 2 3

2 12

0

Phương trình (**) được viết lại :

` R03 +P 3 +P3 +G3 +R12 +R12 +Pqt2 +G2 =0

n qt

τ

Phương trình trên còn 2 ẩn là trị số của R03 và Rn

12 ta giải được bằng phương pháp vẽ

Vẽ đa giác lực

Chọn 1 điểm o bất kì.từ điểm o vẽ of' biểu diễn choPpt 3, từ mút của

'

of , vẽ f ' g' biểu diễn cho P3, từ mút của f ' g', vẽ g ' h' biểu diễn choG3

, từ mút của g ' h', vẽ h 'i' biểu diễn choG2, từ mút của h 'i', vẽ i ' j' biểu

diễn choPqt 2, từ mút của i ' j', vẽ j ' k'biểu diễn cho Rτ12, từ mút của j ' k'

,vẽ 1 đường thẳng theo phương của vectơ Rn

12 , từ điểm e vẽ 1 đường thẳng theo phương của R03, hai đường này cắt nhau ở đâu thì đó là điểm n’, n' o

biểu diễn cho R03, j ' n' biểu diễn cho R12, n ' h' biểu diễn cho R32

R03 = ' R =22 , 71 20 , 92 =475

chiều từ phải sang trái

Để xác định điểm đặt của R03ta tách riêng khâu 3:

R03

B

P3 R23 y

Vậy R03 có điểm đặt tại trọng tâm khâu 3( S3 ≡B3)

( ) N n

j

R12 = ' ' µr =380 , 87 20 , 92 =7968 , chiều như trên

hình vẽ đa giác lực

( ) N h

n

R32 = ' ' µr =183 , 41 20 , 92 =3837 , chiều như trên

hình vẽ đa giác lực

2 Tính mô men cân bằng trên khâu dẫn

Tính mô men cân bằng trên khâu dẫn bằng phương pháp lực :Tách

R M

h R h

R M

CB

L L

CB

L L

CB

3 , 333 00095

, 0 9 , 19 7967 00095

, 0 9 , 28 6653

' ''

0 '

''

21 41

21 41

=+

+

−

= µ µ µ µ

Tính mô men cân bằng trên khâu dẫn bằng phương pháp dựa trên

nguyên lý di chuyển khả dĩ : Xoay họa đồ vận tốc vẽ trong phần phân tích

động học cơ cấu đi 90° theo chiều ω1.Đặt các lực trọng lượng khâu, lực quán

tính, lực phát động tác dụng trên hai pistons vào mút các véc tơ vận tốc của

điểm đặt lực tương ứng trên họa đồ vận tốc đã xoay giữ nguyên phương chiều

R41

R21 Kh©u DÉn

MCB h'

h''

( )

0

.

0

.

µ µ

ω

v k k CB

ABk

v k k

v k k CB

h P M

L

ab M

h P M

Pqt2 7+ 2 8+ qt4 5− 4 6

+

00095 ,

, 16 4341 8

, 32 20 8

, 11

+

( N m )

M CB =− 336 , 6

Dấu – có nghĩa là mô men cân bằng MCB ngược chiều ω1.

So sánh kết quả của hai phương pháp

(%) 99

, 0

% 100

4

, 333

3 , 333 6

,

=

η