thiết kế động cơ đốt trong

Tính toán động cơ và tính toán động lực học của nhóm pittông là hai phần cơ bản của bài tập Thiết Kế Môn Học Động Cơ Đốt Trong F2.. Qua bài thiết kế này, chúng ta có thể gặp lại một số p

Trang 1

Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

đ ề bài 6 : Đề BàI THIếT Kế MÔN HọC Động cơ đốt trong

Suất tiên hao nhiên liệu ge (g/ml.h) 180

Lời nói đầu

Trang 2

Tính toán động cơ và tính toán động lực học của nhóm pittông là hai phần cơ bản của bài tập Thiết Kế Môn Học Động Cơ Đốt Trong F2

Dới đây là phần bài làm đợc hoàn thành dới sự hớng dẫn của Gv Lê Hoài Đức cùng sự góp ý, giúp đỡ của các bạn cùng lớp

Do trình độ và thời gian có hạn, vì thế bài tập dù đã đợc hoàn thành song không khỏi có những chỗ cha đợc nh mong muốn Rất mong đợc sự góp ý, bổ sung của các thầy trong bộ môn cùng của các ban cùng lớp để nhng lần thiết kế sau sẽ

đ-ợc hoàn thiện hơn

Mặc dù vay song bản thiết kế này cũng đã đạt đợc những yêu cầu cơ bản của bài tập Qua bài thiết kế này, chúng ta có thể gặp lại một số phơng pháp tính toán và thiết kế cơ bản mà đã đợc làm quen trong chơng trình học môn Động Cơ Đốt Trong F2, chúng ta có thể khác sâu thêm về các phơng pháp tính và lựa trọn, và chúng ta cũng biết đợc những bớc cần thiết để hoàn thành một bản thiết kế

Đây cũng là lần tập duyệt cho chúng ta làm quen với bản đồ án tốt nghiệp sắp tới

Xin trân thành cảm ơn sự tận tình hớng dẫn và giúp đỡ của các thầy trong tổ môn và các bạn cùng lớp đẻ tôi có thể hoàn thành bài tập thiết kế này

Sv thực hiện

Nguyễn Trung Lơng

Nôi dung thuyết minh:

Phần I Tính toán Động học của cơ cấu trục khuỷu - thanh

truyền

Nhiệm vụ chủ yếu của tớnh toỏn động học cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền là nghiờn cứu quy luật chuyển động của piston

+Xác định vận tốc góc của động cơ:

 = Với n = 4000 (v/p)

Trang 3

⇒  =

60

4000

* 14 , 3

* 2

= 418,7 (rad/s)

+Bán kính quay của trục khuỷu là R = =

2

98 = 49 (mm)

+Tham số kết cấu  = = ( 1 1

4

I-1: Giải độ dịch chuyển piston bằng phơng pháp giải tích

Sp = Sp1 + Sp2 = R.(1- Cosα) +

4

λ(1- Cos2α)]; Tromg đó + Sp1 là chuyển vị cấp 1 của piston

+ Sp2 là chuyển vị cấp 2 của piston

+ Sp là chuyển vị của piston

Với: Sp1 = R.(1- Cosα);

Sp2 = R

4

λ (1- Cos2α);

Hay Sp = f1(α)

Bảng Tính Hành Trình Píttông

Trang 4

150 91.40269074 6.153181814 97.55587256

I-2 Vẽ đồ thị vận tốc bằng phơng pháp giải tích

Vp = Vp1+Vp2 = R.ω.[Sinα +

2

λ.Sin 2α]

Trong đó + Vp1 là vận tốc cấp 1 của piston

Với Vp1 = R.ω.Sinα Vp2 =

2

λ.R.ω.Sin2α hay V = f

2(α) + Vp2 là vận tốc cấp 2 của piston

+ Vp là vận tốc của piston

Bảng tính vận tốc Pittông

Trang 5

I-3 Vẽ đồ thị gia tốc bằng phuơng pháp giải tích

jp = jp1 + jp2 = R.ω2.(cosα+λ.cos2α) ;

Trong đó + Jp1 là gia tốc cấp 1 của piston

+ Jp2 là gia tốc cấp 2 của piston

+ Jp là gia tốc của piston

Với : jp1 = R.ω2.cosα ; jp2 =λ R.ω2.cos 2α hay j = f3(α)

Bảng tính gia tốc

Trang 6

105 -2215591.134 -1861819.361 -4077410.496

Phần II 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  và quy ớc là pittong ở điểm chết trên thì  =

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 diện ngang của đỉnh pittons

Trang 7

2/ Xây dựng đồ thị công P-V:

Thể tích làm việc của xilanh Vs

Vh =

4

.D2 S

4

12 0

* 145 0

* 14

= 0,64 (l) Dung tích buồng cháy:

Vc = =

1 21

10 4 ,

−

= 0,032 (l) Thể tích của xilanh:

Va = εVc =21*0.032 =0,672 (l) Với các giá trị áp suất đã cho

Pa = 0,094(MPa) Pr = 0,12 (MPa)

Po = 1 (at) = 0.1 (MPa) Pc = 5,09 (MPa)

Pb = 0,37 (MPa) Pz = 9,45 (MPa) Chỉ số nén đa biến trung bình n1:

Pc = Pa.n1 ⇒n1 = =1.37

Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2:

Pb = Pz.()n2 , chọn  = 1.5

⇒ n2 = = 1,23

*Dựng đờng nén a-c và đờng dãn nở Z-b

Chia đoạn thẳng ls thành 5 đoạn bằng nhau (i=1,2 5)

I

P Ci = P a( )n1

ci

a

l

Pbi = P z ρ n2( )n1

bi

c

l l

Chọn hệ trục toạ độ P - V nh bản vẽ với gốc toạ độ 0, tỷ lệ xích

p= 0.0375(MPa/mm) và v = 0.0087 (l/mm) với các thông số trên

Trang 8

ta tiến hành vẽ đồ thị công:

+Hiệu chỉnh đồ thị công :

-Dựng đường trũn Bric cú tõm O là điểm giữa đoạn lh = 2R Dịch về phớa ĐCD (sang phải) đoạn OO’ = R2.λ với =1

4

Bán kính vòng tròn brich Rb =

2

98 =49(mm)

Tham số kết cấu:  =

4 1

Khoảng di chuyển : oo’= R =

8

b

R =6,125 (mm) Hiện chỉnh điểm c, : Góc phun sớm ϕs = 170

Hiện chỉnh điểm c,, : Pc,, = 1,25Pc =6,363 (MPa)

Hiệu chỉnh điểm r,: Góc mở sớm van nạp : ϕ1 =200

a,: Góc đóng muộn van nạp : ϕ2 = 490

b’: Góc mở sớm van thải ϕ3 =550

r,, : Góc đóng muộn van thải :ϕ4 = 520

b”: P b’’ = P r + 1/2(P b -P r )=0.245 (Mpa)

Hiệu chỉnh điểm Z’ : áp suất cực đại của động cơ Pz’ =Pz đặt sau ĐCT

Trên trục hoành là lZ’ = ρlZ = 1.5*12=18 (mm)

3/ 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 hơn trục hoành của đồ thị P-V 1KG/cm2 tơng ứng với 4mm trên giấy ô li

Trang 9

- 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)

4/ Lực quán tính P j :

Pj = mJp = mRω2(cosα + λcos2α) (Mpa)

-Trong đó m là khối lợng chuyển động tịnh tiến trên một đơn vị diện tích của piston

m =

P

p

F

m

;

mp: khối lợng nhóm piston

m1: khối lợng tập trung đầu nhỏ của thanh truyền

Fp : Diện tích đỉnh piston

- mp =0,98 (KG)

- m1 = 0,3.mtt = 0,36 (KG)

- Fp =3,14. 2

4

0911 , 0 14 ,

=0.0065 (m2)

m =

P

p

F

m

=

0065 , 0

36 , 0 98 ,

0 + = 206,2 (KG/m2)

Qui đổi đơn vị pj = m Jp = 2

/

Mpa

Trang 10

+ Vẽ đồ thị P j = f() bằng phương pháp Tô-lê

Lấy trục hoành là trục po Vì ptuyệt đối = pdư - po

Từ điểm D (Vc,po) lấy xuống dưới một đoạn DA bằng P jmax =m R .(1ϖ2 +λ)

Từ điểm C (Va, po) lấy về phía trên một đoạn CB bằng P jmin =m R .(1ϖ2 −λ) Nối AB cắt DC tại E Từ E lấy về phía trên một đoạn EF bằng

2 min 3

j

P = m Rλ ϖ

Trang 11

Nối AF và FB Chia đoạn AE và EB thành cỏc đoạn bằng nhau, ghi số thứ tự

1, 2,3,4… và 1’, 2’, 3’, 4’… như trờn hỡnh vẽ

Nối 11’, 22’, 33’, 44’ rồi vẽ đường cong tiếp xỳc với cỏc đường thẳng này, ta được

đồ thị

Pj = f() Nếu vẽ đỳng, diện tớch F1=F2

Chỳ ý :

Phương phỏp Tụ-lờ này chỉ cú thể dựng để vẽ lực quỏn tớnh khối lượng chuyển

động tịnh tiến của cơ cấu Trục khuỷu thanh truyền khi 1

4

λ ≤ , lực quỏn tớnh cú 2

cực trị trỏi dấu Khi 1

4

λ > thỡ lực quỏn tớnh cú 3 cực trị Phương phỏp Tụ-lờ khụng biểu hiện được hai cực trị õm

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 àP = 0.867 (KG.cm-2/mm)

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

a) Xác định sự biến thiên của lực tiếp tuyến T(KG/cm 2 ) và lực pháp tuyến Z(KG/cm 2 ):

β

β α

cos

)

= P∑

T (KG/cm 2 ) ;

β

β α

cos

) cos(

=P∑

Z (KG/cm 2 )

4

sin arcsin(

) sin

-*Ta lập bảng tính T và Z nh sau :

Trang 12

α° β° PΣ T Z

β

β α

cos

) cos( +

ββ

α

cos

) sin( +

- Vẽ trục tọa độ (O,T,Z) góc tọa độ O , chiều dơng của trục T từ trái sang phải còn trục Z từ trên xuống dới , trong đó trục hoành là trục OT, trục tung là trục OZ

- Chọn tỷ lệ xích à = 0.867 (KG.cm-2/mm)

- Xác định tâm chốt khuỷu:Từ gốc tọa độ O của trục tọa độ TOZ ta dịch xuống phía dới một đoạn PKo, ta xác định đợc điểm O1 , điểm này chính là tâm chốt của khuỷu cần tìm

PKo chính là lực quán tính của khối lợng chuyển động quay của thanh truyền tính trên một đơn vị diện tích đỉnh piston (KG/cm 2)

P Ko = -m 2 R.ω2 (KG/cm 2)

Trang 13

m2 = 0.7* tt

P

m

F = 0.7*0.01654.42 =187.52 (Kg /m2)

PKo = 187.52*0.06 *240,72 *10-6 =0.6519 (Mpa)

Véc 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 = 0.867 (KG.cm

-2/mm)

8/ Đồ thị mài mòn chốt khuỷu:

Đồ thị mài mũn chốt khuỷu thể hiện trạng thỏi chịu tải của cỏc điểm trờn bề mặt cổ biờn Đồ thị này cũng biểu hiện trạng thỏi hao mũn của trục, đồng thời chỉ

rừ khu vực chịu tải ớt nhất, để khoan lỗ dầu theo nguyờn tắc “Đưa dầu nhờn vào ổ trượt ở vị trớ khe hở giữa trục và bạc lút của ổ là lớn nhất” Theo nguyờn tắc này, ỏp suất ở vựng này rất bộ, giỳp dầu nhờn lưu động dễ dàng

Để vẽ đồ thị mài mũn, cần biết được tại thời điểm nào (tại vị trớ gúc quay nào của trục khuỷu) sẽ cú lực tỏc dụng lờn điểm ta đang xột trờn bề mặt cổ biờn.

Ta sẽ vẽ đồ thị mài mũn theo phương phỏp lập bảng cho đơn giản

Bước 1 Vẽ đường trũn cú bỏn kớnh R bất kỳ (chọn R= 16.57(mm)) Ở đõy ta

dựng ngay đường trũn tượng trưng cho chốt khuỷu ở đồ thị độc cực, sau đú chia đường trũn này thành 12 phần đều nhau theo cỏc gúc 30o, đỏnh số thứ tự như hỡnh

vẽ Cần tỡm lực tỏc dụng lờn mỗi điểm này

Bước 2 Tớnh lực Qi tỏc dụng lờn mỗi điểm iđỏnh thứ tự trờn chốt khuỷu Lực này được đo từ tổng cỏc lực Qi cú độ lớn bằng OcM1 +…+ OcMi (i là số điểm

Trang 14

cắt) ở đồ thị độc cực Chú ý rằng mỗi lực có phạm vi tác dụng trong 120o (tức là

60o về mỗi bên trái, phải)

Ví dụ: Cần xác định lực tác dụng lên điểm i trên cổ biên Vì lực tác dụng lên điểm i

trên cổ biên có chiều hướng vào tâm cổ biên (thì mới có thể gây mòn), nên ta làm như sau:

Nối iOc theo hướng từ i đến Oc (vì điểm đặt lực tại i, chiều hướng tâm) cắt đường cong phụ tải độc cực tại các điểm M1 và M2 (ở các vị trí i khác, có thể còn nhiều hơn i=2 điểm) Ta có lực tác dụng lên điểm i trên cổ biên là:

Q∑ =O M +O M

Chú ý, ta chỉ cộng độ lớn, không cần dấu , vì tất cả các lực Qi đều cùng phương chiều, điểm dặt: điểm đặt tại i, độ lớn bằng OcMi , phương iOc , chiều từ i hướng vào tâm Oc

Trang 15

Bước 3 Ghi cỏc giỏ trị của lực Qj vào bảng, trong phạm vi 120o tức là 5 ụ trong bảng Cộng cỏc giỏ trị Qj theo cột dọc, để xỏc định tổng hợp lực

23 0

j

=

∑ ∑ tỏc dụng lờn điểm i ta xột

Q 0 = 265,

1

265, 1

Q 1 = 17.4

7

17.4 7

7

Q 2 = 12,3

1

12,3 1

12,31 12,3

1

3

11,9 3

11,93 11,9

3

11,9 3

7

15,57 15,5

7

15,5 7

15, 57

3

34,6 3

34, 63

34,63

6

135, 6

135 ,6

135,6 135,6

7

152 ,7

152,7 152,7 152,7

47

68,47 68,47 68,47 68,4

7

8

51,9 8

Q 10 = 41,3

3

41,33 41,33 41,3

3

41,3 3

Q 11 = 50,8

8

50,8 8

50,88 50,8

8

50,8 8

Q i 387

09

357

69

322

38

91.91 210

04

350

43

406 97

443.3 8

450.0 8

365.3 6

477

76

426 76

Bước 4 Vẽ một đường trũn khỏc và cũng chia nú làm 12 phần như trờn, nờn

đỏnh số cho dễ nhớ Đặt cỏc đoạn biểu thị ∑Q ilờn đường trũn này với tỷ lệ xớch được chọn là Qm=1() Chiều vẽ từ ngoài vào tõm đường trũn

Trang 16

Bước 5 Dựng thước cong, nối cỏc điểm mỳt i của cỏc đoạn ấy

lại, ta sẽ cú đồ thị mài mũn

Từ đồ thi này, ta cú thể xỏc định vị trớ cần khoan lỗ dầu Tuy vậy phương phỏp này khụng chớnh xỏc, vỡ trong thực tế, tỏc dụng của chờm dầu làm cho chốt khuỷu lệch đi, và phạm vi tỏc dụng của mỗi lực khụng cũn là 1200 nữa Ngoài ra, trong quỏ trỡnh sử dụng, phụ tải luụn thay đổi, chất lượng dầu nhờn và biến dạng của cỏc chi tiết đều cú ảnh hưởng tới sự mài mũn chốt khuỷu Tất cả cỏc yếu tố trờn làm đồ thị mài mũn vẽ ra khụng sỏt với tỡnh hỡnh mài mũn thực tế của chốt khuỷu

III Tính hệ số truyền nhiệt k

động cơ làm việc ổn định , nhiệt lợng truyền từ các xi lanh cho nớc làm mát có thể coi nh bằng nhiệt lợng từ két nớc truyền cho không khí.Lợng nhiệt truyền cho chất lỏng làm mát thờng đợc chọn theo công thức thực nghiệm sau:

Động cơ điêzel Qlm = 700 Nhđ ( kcal/h)

Két nớc mặt trong tiếp xúc với chất lỏng làm mát còn mặt ngoài tiếp xúc với không khí , do đó quá trình truyền nhiệt từ chất lỏng làm mát ra không khí là quá trình truyền nhiệt từ môI chất này đến môI chất khác qua thành mỏng và gồm ba giai đoạn truyền nhiệt nh sau:

- Từ chất lỏng đến bề mặt trong của ống :

Qlm = a1.F1.(tn - tol)

- Qua thành ống :

Qlm =

σ

λ .F

1.(tlo – to2)

- Từ bề mặt bên ngoài của ống ra không khí :

Qlm = α 2.F2 (to2 – tkk)

Trong đó a1 : Hệ số tản nhiệt từ chất lỏng làm mát đến thành ống

Trang 17

a1 = (2000-3500) kcal/m2.h.độ

α 2: hệ số tản nhiệt từ thành ống ra không khí , phụ thuộc vào tốc

độ dòng khí

α 2 = 9,8.w0 8

kk kcal/m.độ

w0 8

kk tốc độ không khí đI qua két nớc (m/s)

λ : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm mát ống tản nhiệt

Đồng lá λ = (72 – 108 ) kcal/ m.độ

Hợp kim nhôm λ = (90 – 170 ) kcal/ m.độ

Thép không rỉ λ = (8 – 16 ) kcal/ m.độ

σ- chiều dày thành ống (m)

F1 – diện tích bề mặt tiếp xúc với nớc (m2)

F2 - diện tích bề mặt tiếp xúc với kk (m2)

Từ đó ta có :

Qlm = k.F2.(tn – tkk)

Trong đó k =

2 1

1

α λ

σ

F F

F gọi là hệ số truyền nhiệt của két nớc

Tỉ số

1

2

F

F = ϕ gọi là hệ số diện tích

Định dạng
Số trang	17
Dung lượng	383 KB