ĐỒ ÁN TÍNH TOAN THIẾT KẾ đcđt -ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC

*.Cách xác địnhvẽ đồ thị chuyển vị S -Vẽ vòng tròn tâm O bán kính R bằng bán kính quay của trục khuỷu -Ưïng với mổi góc quay của trục khuỷu ta xác định được một góc  Ứng vơi góc quay

Phần mở đầu : LỜI NÓI ĐẦU

Động cơ đốt trong ngày nay đang phát triển rất mạnh cả về số lượng và chất lượng, nó đóng một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinhtế, xã hội, khoa học công nghệ Mặc dù hiện nay khoa học công nghệ đã đạt được những thành tựu đáng kể về động cơ đốt trong nhưng tất cả đều dựa trên nguyên lý cơ bản của động cơ cổ điển, nó là nền tảng cơ sở để chúng ta tiếp tục nghiên cứu, sáng tạo, phát triển và hoànthiện hơn nữa động cơ đốt trong

Môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong là môn học chuyên ngành động cơ đốt trong với những nền tảng cơ sở về kết cấu và tính toánđộng cơ đốt trong mà những sinh viên ngành động cơ đốt trong cần nắm vững

Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong là một đồ án quan trọng giúp cho sinh viên hiểu sâu hơn những kiến thức đã được học, nắm vững kiến thức một cách chủ động, lý giải được các nguyên lý và các hiện tượng có liên quan

Ngoài ra đồ án này còn giúp cho sinh viên năng động sáng tạo trong quá trình tìm tòi, tra cứu tài liệu và ứng dụng tin học trong quá trình giải quyết

Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Thanh Hải Tùng đã hướng dẫn tận tình để em có thể hoàn thành nhiệm vụ được giao

Dù đã rất cố gắng nhưng không thể tránh khỏi sai sót, em rất mong được sự chỉ bảo thêm của thầy và những ý kiến đóng góp của các bạn

Đà nẵng ngày 09 tháng 04 năm 2003

Sinh viên

Phan Tấn Tưởng

Bảng số liệu cho trước :

CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC

Pa: là thông số chọn Pa=(0.98-1)Po

Trong đó Po=(0.98-1)at :áp suất khí trời

Ta chọn Pa=Po=0.98at=0.098MN/m2

Ta có tỷ số nén động cơ :  20

n1 :chỉ số nén đa biến ,được xác định thông qua tính toán nhiệt nhưng trong tính toán ta có thể chọn theo giá trị n1=(1.13-1.38)đối với động cơ diesel có buồng cháy ngăn cách và n1=(1.34-1.42) đối với buồng cháy thống nhất.Do

ưu điểm của buồng cháy thống nhất nên ta có thể chọn chỉ số nén theo buồng cháy thống nhất n1=1.39

p

p 

 Giá trị được xác định trên bảng tính (I)

1.1.1.2 Xây dựng đường cong áp suất trên đường giản nở :

Phương trình của đường giản nở đa biến :PVn2=const

Gọi x là điểm bất kỳ trên đường giản nở ta có phương trình sau :

2 2

2

)(

1

n z n z gnx z gnx n

gnx gnx

n

z

z

i P V

V P P V

Trong đó Vgnx :Thể tích tại vị trí bất kỳ được xác định trên đường giản nở

Pgnx :Aïp suất tại vị trí bất kỳ được xác định trên đường giản nở

n2 :Là chỉ số giản nở đa biến được xác định thông qua tính toán nhiệt nhưng trong tính toán ta có thể xác định thông qua giá trị :n2=(1.25-1.28) ;

i

p P

 Tỷ số giản nở sớm là thông số chọn  (1.21.7)

Pnx :Được xác định trên bảng tính(I)

1.1.1.3 BẢNG XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG NÉN VÀ ĐƯỜNG GIẢN NỞ

1.1.2.Xác định các điểm đặc biệt :

Để xác định các điểm đặc biệt ta phải xác định các thể tích ở các điểm đặc biệt.Ta có:

692.002.14

)93.0(14.34

2 2

692 0

Để vẽ đồ thị công ta chọn tỷ lệ xích :

-Mở sớm (b’),đóng muộn(r’’)xupap thải

-Mở sớm (r’),đóng muộn(a’)xupap nạp

*.Cách xác định(vẽ đồ thị chuyển vị S()

-Vẽ vòng tròn tâm O bán kính R bằng bán kính quay của trục khuỷu -Ưïng với mổi góc quay của trục khuỷu ta xác định được một góc 

Ứng vơi góc quay piston ớ điểm chết trên

Ứng vơi góc quay piston ớ điểm chết trên

-Từ O lấy đoạn OO ‘dịch về điểm chết dưới một đoạn

) ( 375 9 68 0 2

25 0 51 2

-Vẽ trục toạ độ x-

Nối O’ với các điểm chia trên 1/2 đường tròn có bán kính R tương ứng với mổi góc chia bằng 10o ở trên trục  và tương ứng với 18 đoạn thẳng trên trục x

Hçnh 2

Góc phun sớm s 120rồi gióng xuống đồ thị công cắt trên đường nén tại

1 điểm c’ Điểm đó chính là điểm phun sớm của động cơ

Tương tự ta xác định các điểm :

+Góc đóng muộn xu páp thải trên đường nạp tại điểm b’’

+Góc mở sớm xu páp thải trên đường giản nở tại điểm b’

+Góc mở sớm xu páp nạp trên đường giản nở tại điểm r’

+Góc mở sớm xu páp nạp trên đường nén tại điểm a’

1.1.5.Hiệu chỉnh đồ thị công

-Xác định các điểm trung gian :

+Trên đoạn cy lấy điểm c’’ với c’’c=1/3cy

-Nối các điểm c,c’’,z’’ và đường giản nở,đường nén lại ta được đường cong áp suất liên tục Đó chính là đồ thị công hiệu chỉnh.

Sau khi ta có được đồ thị công đã hiệu chỉnh ,các phần tính toán sau ta dựavào đó để tính toán

.3

rad n

s mm

25.0512

R R

s s

-Đường tròn có bán kính OA ngược chiều kiêm đồng hồ

-Đường tròn có bán kính OO’ cùng chiều kiêm đồng hồ

Từ các điểm trên đường tròn bán kính OA vẽ thẳng góc với AB cắt với các đường song song với AB ,tương ưng với giá trị chia tại các điểm a,b,c,d, -Nối các điểm trung gian đó lại với nhau ta được đường cong V() biểu diển giá trị tốc độ

1.2.2Vẽ đồ thị V(s)

Phương pháp vẽ đồ thị :

-Từ đồ thị vận tốc và đồ thị chuyển vị ta vẽ được đồ thị V theo S : -Gióng từ trục xác định goc  ở đồ thị chuyển vị qua cắt đường cong S() tại một điểm ,gióng xuống trục S ta xác định được hoành độ

-Từ đồ thị V() ta xác định được tung độ bằng cách đo từ điểm chia trên đường tương ứng với góc chia của nó lên cắt đường V() Từ đó ta xác định được giá trị tung độ

-Đặt giá trị tung độ đó lên trùng với hoành độ đã xác định ở trên ta xác định được một điểm.Trình tự làm cho tất cả các điểm còn lại ta được các điểm trung gian.Nối tất cả các điểm trung gian đó lại ta được đường cong biểu diển trị số V theo S :V()

-Tỷ lệ xích được chọn theo tỷ lệ xích của V,S

v

v(  

Hình 4 Đồ thị V(s)

1.2.3 Vẽ đồ thị giatốc :J(m/s 2 )

-Để vẽ đồ thị gia tốc ta dùng phương pháp TôLe để vẽ,trình tự thự hiện các bước sau:

-Lấy đoạn thẳng AB=S=2R.Từ A dựng đoạn thẳng AC vuông góc với AB có độ dài AC=JMax=R2(1+)=51(376.8)2x(1+0.25)=9051000(mm/s2)

Đồ thị được vẽ với tỷ lệ xích =90.51(m/mm.s2) Do đó giá trị biểu diển

1 3.1 Vẽ đồ thị khai triển P-

Để vẽ đồ thị khai triển ta trình tự làm các bước sau :

-Ta có P1=Pkt+Pj

Trong đó :Pkt là lực khí thể tác dụng lên đỉnh PISTON

-Pjlà lưc quán tính chuyển động tịnh tiến

Ta có PJmax=-mJmax=-0.855x9051=7738.6(N)

Khi tính Pjma xcho một đơn vị diện tích đỉnh piston

Pjma x= 1139.7 10 ( / )

0.06793

m N F

.5430855

.0

min

m N F

Khi vẽ đồ thị ta chọn tỷ lệ xích theo tỷ lệ xích của đồ thị công.Tức chọn

p=0.04(MN/m2.mm).Do đó giá trị biểu diển

Pjmin= 0.68383x0.04=17.1(mm)

Pjma x=1.1397x0.04=28.5(mm)

cong biểu diển trị số Pkt ở các góc  tương ứng Đồ thị được vẽ với tỷ lệ xích chọn theo tỷ lệ xích của đồ thị công Tức p=0.04(MN/m2.mm)

1.3.1.2 Vẽ đồ thị khai triển P j -

Tương tự như khai triển đồ thị Pkt- chỉ khác ở điểm ta gióng 1/2đường tròn của đồ thị chuyển vị xuống đồ thị Pj ta có giá trị tương ứng vẽ qua đồ Pj-

.Trình tự ta làm cho cả chu trình ta được đồ thị khai triển Pj- hoàn chỉnh

1.3.1.2 Vẽ đồ thị khai triển P 1 -.

Từ giá trị xác định ở các góc xác định trên hai đồ thị Pj - và Pkt- tacó thể xác định đồ thị P1- Bằng cách cộng tổng hai giá trị ở hai đồ thị đó lại ta được giá trị P1ở các góc tương ứng với nhau.Mổi giá trị ta có một điểm trung gian ,nối các điểm trung gian đó lại với nhau ta được đồ thị P1- hoàn chỉnh

1.3.2 Vẽ đồ thị T-Z-N

1.3.2.1Trình tự tính toán và phương pháp vẽ

Ta có :

)cos(

)sin(

)cos(

Cách vẽ :Tương ứng với mổi góc  ta xác định được góc 

Vẽ đồ thị T=f(),z=f(),N=f() trên cùng hệ toạ độ vuông góc và lấy cùng tỷ lệ xích T=Z=N=0.04(MN/m2mm)

i : số xy lanh của động cơ ,i=4

4

4180

1 1

T T T T T T

N

n¹p

nÐn x¶

ch¸y

x¶

ch¸y nÐn

Bảng xác định thứ tự làm việc của cá xy lanh động cơ

1.3.3.2Bảng xác định giá trị T

1.3.3.3Cách vẽ đồ thị T

Từ bảng tính T ta có thể tính giá trị Ti ở từng xy lanh tương ứng với góc côngtác của mổi xy lanh Sau đó ta tính được T như bảng trên

Vì tính đối xứng của của các giá trị nên ta chỉ vẽ 1800 rồi tương tự vẽ đối xứng ,trình tự vẽ như sau :

-Vẽ hệ trục toạ độ T  

-Tỷ lệ xích được chọn cùng với tỷ lệ xích của đồ thị công: T =0.04(MN/

m2mm)

=2(độ/mm)

-Trên hệ toạ độ tương ứng với mổi góc  ta vẽ được một giá trị T

-Nối các giá trị ở các điểm trung gian lại ta được đồ thị hoàn chỉnh

-Tính giá trị trung bình Ttb :

T tb

1.4 Vẽ đồ thị phụ tải Q()

1.4.1 Tác dụng của đồ thị phụ tải

Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tácdụng lên chốt khuỷu ở mổi vị trí của trục khuỷu Sau khi có đồ thị này ta có thể tìm trị số trung bình của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu và giá trị lực lớn nhất và nhỏ nhất tác dụng lên chốt khuỷu Từ đó ta có thể xác định vị trí khoan lổ dẩn dầu bôi trơn đúng qui luật

1.4.2Các bước tính toán :

Trình tự thực hiện theo các bước sau :

-Lực quán tính của khối lượng chuyển động quay của thanh truyền :Pko

.0

p

k

Giá trị biểu diển PK0=0.04x0.5776=15.87(mm)

1.4.3 các bước vẽ đồ thị :

-Vẽ hệ trục toạ độ T-Z chiều như hình vẽ

-Từ giá trị T và Z ta xác định được cácđiểm tương ứng với các góc 

-Để xác định phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta chỉ việc gióng từ o đếngiá trị xác định với các góc  tương ứng ta được giá trị phụ tải.

1.5 Đồ thị khai triển Q-.

Phương pháp vẽ đồ thị khai triển như sau:

-Vẽ hệ trục toạ độ Q- với tỷ lệ xích được chọn Q=0.04(MN/

12093

MN s

Hình 6

Hình 8

1.6.Đồ thị vectơ phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền

Sau khi ta vẽ được đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta căn cứ vào đó để vẽ để vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền Trình tự vẽ

phụ tải Ta có các điểm trung gian trên tờ giấy bóng

- Nối các điểm trung gian đó lại với nhau ta được đường cong biểu diển giá trị phụ tái tác dụng lên đầu to thanh truyền

- Khi vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền ,tỷ lệ xích được chọn theo tỷ lệ xích của đồ thị công Tức Q=0.04(MN/m2mm)

1.7.Đồ thị mài mòn tác dụng lên chốt khuỷu

1.7.1 Công dụng của việc vẽ đồ thị :

Đồ thị mài mòn của chốt khuỷu thể hiện trạng thái chịu tải của các điểm trên bề mặt của trục

Đồ thị này cũng thể hiện trạng thái hao mòn lý thuyết của trục ,đồng thời chỉ rỏ khu vực chịu tải ít nhất để khoan lổ dầu bôi trơn theo đúng nguyên tắc để đảm đưa dầu nhờn vào bôi trơn ổ trục tốt nhất

1.7.2 Cách vẽ đồ thị :

-Vẽ một vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho vòng tròn chôït khuỷu rồi chia vòng tròn làm 24 phần bằng nhau và đánh số từ 0-23theo chiều ngược chiều kim đồng hồ

-Từ đồ thị phụ tải ta xác định được tổng lực tác dụng lên từng điểm trên vòng tròn rồi ghi giá trị vào bảng tính hợp lực tác dụng trên mặt chót khuỷu

-Tương ứng với một điểm ta có 9 giá trị tác dụng tương ứng với một góc 1200

-Từ đó ta xác định được giá trị Qtrên từng điểm

-chọn tỷ lệ xích thích hợp với vòng tròn đã vẽ ,rồi xác định các điểm tương ứng với mổi góc chia ta được các điểm trung gian

-Nối các điểm trung gian lại với nhau ta được đường bao biểu thị khu vực chịu tải của chôït khuỷu

-Tỷ lệ xích được chọn Q =1(MN/m2mm)

1.7.3Bảng giá trị hợp lực tác dụng trên mặt chốt khuỷu

141

141

141

D:Đường kính xilanh.

2.1.1.3 Chốt khuỷu:

Đường kính chốt khuỷu lấy bằng đường kính cổ trục

-Chiều dài chốt khuỷu thuộc vào khoảng cách giữa 2 đường tâm xilanh kềnhau và chiều dài cô øtrục

Hình 11

-Giảmchiềudài chốtkhuỷusẽ làm tăng áp lực trên bề mặt chốt khuỷu điều kiện bôi trơnxấu ,nhưng độ cứng vững cao sẽ làm giảm tần số dao động của trụckhuỷu và giảm số vòng quay cộng hưởng

Do đó cần lựa chọn chiều dài sao cho thoả mãn dược điều kiện hìnhthành màng dầu bôi trơn và trục khuỷu có độ cứng vững tốt nhất

- Chốt khuỷu thường làm rỗng để:

+ Giảm trọng lượng từ đó giảm được khối lượng chuyển động quaycuả cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

+ Chứa dầu bôi trơn bạc lót đầu to thanh truyền.Động cơ ta đang tínhlà động cơ diesel một hàng xi lanh nên ta chọn kích thước như sau:

dchốt=(0,640,72)D.=(0.64-0.72).93=(59.5266.96)mmChọn : dch=62(mm)

lchốt=(0,81)dchốt=(0.81).62=(49.662)mmChọn :lch=54(mm)

2.1.1.4 Má khuỷu

Là bộ phận nối giữa cổ trục và chốt khuỷu Để tăng sức bền và độ cứng vững của trục khuỷu người ta thườngtăng đường kính

cổ trục và chốt khuỷu khiến trục khuỷu có độ trùng điệp giữacổ và chốt

= dch dct R



 2

Chốt khuỷu

Cổ KhuỷuMá

khuỷu

) ( 24

mm h

mm b

Khi 2 khuỷu lệch nhau 180 phần nối tiếp

chốt khuỷu với má phải có góc lượn để

tránh tập trung ứng suất

r=(0,060,08)dch=(0,060,08)62

Chọn r=4(mm)

2.1.1.5Đối trọng :

Lắp trên trục khuỷu nhằm mục đích:

-Cân bằng các lực và momen lực quán

tínhkhông cân bằng của động cơ, chủ yếu

làlựcquán tính li tâm Hình 12

-Giảm phụ tải cho các cổ trục , ở động cơ

4 kỳ 4 xilanh các lực quán tính và momen

quán tính đều tự cân bằng , nhưng các

cổ trục ở giữa thường chịu các ứng suất

uốn rất lớn do đó dùng đối trọng để làm

cổ trục giữa không chịu ứng suất uốn do

các momen lực quán tính gây ra

2.1.1.6 Đuôi trục khuỷu :

Là phần dùng đê ølắp các chi tiết của cơ cấu truyền dẫn công suất Đuôi trục khuỷu thường làm mặt côn hoặc mặt bích để lắp bánh đà Việc dùng mặt bích trên đuôi trục khuỷu để lắp bánh đà có ưu điểm làlắp ghép chắc và dể tháo lăp nhưng có nhược điểm không thể dungphớt vòng để bao kín cacte

Do điều kiện làm việc của động cơ nên ta chọn phương pháp dùng mặtcôn để lắp trên đuôi trục khuỷu có độ côn nhỏ ,trên mặt côn có rảnh thenđể lắp bánh đà Vì kiểu lắp này có ưu điểm là dể tháo lắp và đảm bảođộ bao kín dầu bôi trơn

2 1.2 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC ,KẾT CẤU TRỤC KHUỶU:

Để tính sức bền trục khuỷu ta chọn Phương pháp phân đoạn để tính :

Ta chia trục khuỷu thành nhiều đoạn, mỗi đoạn ứng với mỗi khuỷu,chiều dài mỗi đoạn bằng khoảng cách giữa 2 tâm điểm của ổ trục.Coi mỗi đoạn như 1 dầm tĩnh đặt trên 2 gối tựa , giả thiết rằng khuỷutrục là một dầm có độ cứng vững tuyệt đối

2.1.2.1 Đường kính cổ trục khuỷu:

2.1.2.4 Tính toán má khuỷu:

) ( 24

mm h

mm b

Độ trùng điệp giữa cổ và chốt khuỷu:

7062

54 24 2

Z''

Z'

 : khối lượng riêng của vật liệu TK. = 7,852 ( 3

dm

kg)hay  = 7,852.-6

3mm kg



Hình 14

Nếu ta coiphần diện tích má khuỷu có bán kính r gần như 1 hình chữ nhật códiện tích a’.b thì :



.4

' h b a

m m với a’=2+dch +dct -  =2*10+62+70-16=136(mm)

 mm = 136 24 110*/4x7,852.-6= 2,2 (kg)Để phần khối lượng má mm cùng quay với bán kính R ta phải quy dẫnthành khối lượng tương đương đặt tại các tâm chốt khuỷu, khối lượngquy dẫn được tính như sau :

Khối lượng chốt khuỷu được xác định theo công thức :

4

2 2

mch : khối lượng chốt khuỷu vận động quay với bán kính R

D, d : đường kính ngoài và trong của chốt khuỷu

b

h

R

b1, b2 : chiều dàycủa má khuỷu, b1, b2 = 24(mm)

 : khối lượng riêng của vật liệu chế tạo TK

 mch =

4

 (502) (54+24+ 24).7,85.10-6 = 1,57(kg)

2.1.3.3 Lực quán tính ly tâm của má khuỷu và đối trọng

 Pr1 : lực quán tính ly tâm của má khuỷu quy về tâm chốt

Vị trí Zmax xuất hiện tại  = 100

Giá trị Zmaxđược tính theo đồ thị tại vị trí  = 100

M : khối lượng chuyển động tịnh tiến

Ngoài Zmax, khuỷu còn bị xoắn bởi các khuỷu trước nó, góc công tác của động

cơ là 180o, thứ tự làm việc 1-3-4-2 Ta có thể xác định giá trị lực T ở góc quay  như sau : Khi tính toán sức bền thường tính cho trục nào nguy hiểm nhất Để xác định khuỷu nào nguy hiểm nhất ta dựa vào đồ thị T=f() để xác định trị số của lực tiếp tuyến T ở các vị trí tính toán , sau đó lập bảngđể tìm momen lớn nhất (Ti-1.R)max cũng tức là tìm khuỷu tại lực tiếp tuyến(Ti-1)max

Zmax đạt được khi =100

Căn cứ vào đồ thị ta xác định được trị số T ở các góc quay 

32 /

' '

4 4

' 1 1

ch ch ch

r r

d d

c P a P l Z