thiết kế hệ thống bôi trơn các te khô và tính bền bơm dầu

Lời nói đầuTính 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 l

Lời nói đầu

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

nh-ng lần thiết kế sau sẽ đợc 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 Vũ Mạnh Hà

thiết kế môn học Động cơ đốt trong

Đề Số 2

Vẽ Hệ THốNG BÔI TRƠN CáC TE KHÔ Và TíNH BềN BƠM DầU

Các thông số cơ bản

Đờng kính xi lanh D(mm) 90,2 Hành trình pittông S(mm) 90

Suất tiêu hao nhiên liệu ge (g/ml.h)

-Xupap nạp mở sớm 1 180

Xupap nạp đóng muộn 2 560

Xupap thải mở sớm 3 560

Xupap thải đóng muộn 4 180

áp suất cuối hành trình nạp pa 0,09 Mpa

áp suất khí sót pr 0,12 Mpa

áp suất cuối hành trình nén pc 5,00 Mpa

áp suất cuối hành trình cháy pz 8,508 Mpa

áp suất cuối kỳ giãn nở pb 0,30Mpa Khối lợng nhóm piston mpt 0,95kg Khối lợng nhóm thanh truyền mtt 1,1kg

A-Tính toán động học và động lực học động cơ đốt trong

I/ Tính toán động học động cơ đốt trong

1/ Tính toán động học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

Bán kính quay của trục khuỷu: R =

2

S

= 2 90 = 45 mm = 0.045 m

Chiều dài thanh truyền : L =



R

= 25 0

45 = 180 mm = 0.180 m

trong đó  là tham số kết cấu( ta chọn bằng 0.25 ).

Vận tốc góc trục khuỷu :  =

30

.n

 = 418.67 (rad/s) 2/ Chuyển vị của pitông

X = R[(1-cos) +

4

 (1-cos2)] (mm)

Trong đó: X là độ chuyển vị của pittông.

R là bán kính quay của trục khuỷu

 là tham số kết cấu

 là góc quay của trục khuỷu

bảng tính độ địch chuyển của pistong

( Bảng 01 )

Đồ thị chuyển vị piston : ( Đồ thị 01 )

Trục tung biểu thị độ dịch chuyển S (mm)

Trục hoành biểu thị góc quay  ( 10o)

Đồ thị 01:

Biểu đồ chuyển vị piston

-10.000

0.000

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

80.000

90.000

100.000

0.000 100.000 200.000 300.000 400.000

X X1 X2

Bảng 01:

10 0.015177 0.68296 0.060247 0.169444 0.852404

20 0.060247 2.711109 0.233728 0.65736 3.368469

30 0.133842 6.022886 0.49954 1.404957 7.427843

40 0.233728 10.51776 0.825655 2.322154 12.83992

50 0.356874 16.05931 1.172777 3.298435 19.35774

60 0.49954 22.47931 1.49908 4.216163 26.69548

70 0.657398 29.58291 1.765248 4.964759 34.54766

80 0.825655 37.15446 1.939207 5.454021 42.60849

90 0.999204 44.96417 1.999999 5.624996 50.58916

100 1.172777 52.77495 1.940296 5.457084 58.23204

110 1.341105 60.34974 1.767294 4.970515 65.32026

120 1.49908 67.45861 1.501838 4.223919 71.68253

130 1.641906 73.88577 1.175913 3.307256 77.19303

140 1.765248 79.43614 0.828792 2.330978 81.76712

150 1.865361 83.94125 0.502301 1.41272 85.35397

160 1.939207 87.26434 0.235779 0.663127 87.92746

170 1.984545 89.30454 0.061341 0.17252 89.47707

180 1.999999 89.99994 5.07E-06 1.43E-05 89.99996

190 1.985098 89.32942 0.059163 0.166395 89.49582

200 1.940296 87.31334 0.231685 0.651615 87.96495

210 1.866953 84.01288 0.496785 1.397208 85.41009

220 1.767294 79.52824 0.822519 2.313335 81.84158

230 1.644345 73.99553 1.169638 3.289608 77.28514

240 1.501838 67.58271 1.496317 4.208393 71.7911

250 1.344098 60.48441 1.763193 4.958981 65.44339

260 1.175913 52.9161 1.938109 5.450932 58.36703

270 1.002389 45.1075 1.999989 5.624968 50.73247

280 0.828792 37.29565 1.941376 5.460119 42.75577

290 0.660392 29.71765 1.769333 4.976249 34.6939

300 0.502301 22.60353 1.504591 4.231661 26.83519

310 0.359316 16.16922 1.179048 3.316073 19.48529

320 0.235779 10.61004 0.831931 2.339807 12.94984

330 0.135438 6.09472 0.505066 1.420498 7.515218

340 0.061341 2.760325 0.237837 0.668916 3.429241

350 0.015735 0.708063 0.062444 0.175623 0.883686

360 5.07E-06 0.000228 2.03E-05 5.71E-05 0.000285

3/ Vận tốc pitông

Đạo hàm chuyển vị X ta đợc vận tốc pitông V

V = R(sin +

4

 sin2) (m/s)

V vận tốc piston m/s

R là bán kính quay của trục khuỷu

 là tham số kết cấu

 là góc quay của trục khuỷu

 tốc độ góc trục khuỷu

Lập bảng tính vận tốc piston

( Bảng 02 )

Đồ thị vận tốc piston :( Đồ thị 02 )

Trục tung biểu thị vận tốc piston (m/s)

Trục hoành biểu thị góc quay  ( o )

§å thÞ 02:

Biểu đồ vận tốc piston

-25.000

-20.000

-15.000

-10.000

-5.000

0.000

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

0.000 100.000 200.000 300.000 400.000

V2 V V1

B¶ng 02 :

10 0.173561 3.269916 0.341854 0.805072 4.074988

20 0.341854 6.440578 0.642516 1.513138 7.953716

30 0.49977 9.415744 0.86576 2.038881 11.45462

40 0.642516 12.10511 0.984685 2.318951 14.42406

50 0.76576 14.42703 0.984961 2.319602 16.74663

60 0.86576 16.31105 0.866556 2.040755 18.3518

70 0.939481 17.69996 0.643736 1.51601 19.21597

80 0.984685 18.55161 0.34335 0.808596 19.3602

90 1 18.84014 0.001593 0.003751 18.84389

100 0.984961 18.55681 -0.34036 -0.80155 17.75527

110 0.940025 17.71021 -0.6413 -1.51026 16.19995

120 0.866556 16.32604 -0.86496 -2.037 14.28904

130 0.766783 14.44631 -0.98441 -2.31829 12.12802

140 0.643736 12.12808 -0.98523 -2.32025 9.807837

150 0.501149 9.441722 -0.86735 -2.04262 7.399097

160 0.34335 6.468768 -0.64495 -1.51888 4.949889

170 0.175129 3.299462 -0.34485 -0.81212 2.487345

180 0.001593 0.030006 -0.00319 -0.0075 0.022504

190 -0.17199 -3.24036 0.338859 0.798019 -2.44234

200 -0.34036 -6.41237 0.640072 1.507382 -4.90499

210 -0.49839 -9.38974 0.864161 2.035116 -7.35463

220 -0.6413 -12.0821 0.984124 2.317631 -9.76447

230 -0.76473 -14.4077 0.985506 2.320886 -12.0868

240 -0.86496 -16.296 0.868141 2.044489 -14.2515

250 -0.93893 -17.6897 0.64617 1.521743 -16.1679

260 -0.98441 -18.5464 0.34634 0.815637 -17.7307

270 -1 -18.8401 0.004778 0.011252 -18.8288

280 -0.98523 -18.562 -0.33736 -0.79449 -19.3565

290 -0.94057 -17.7204 -0.63885 -1.5045 -19.2249

300 -0.86735 -16.341 -0.86336 -2.03323 -18.3742

310 -0.7678 -14.4656 -0.98384 -2.31696 -16.7825

320 -0.64495 -12.151 -0.98578 -2.32152 -14.4725

330 -0.50253 -9.46768 -0.86893 -2.04635 -11.514

340 -0.34485 -6.49694 -0.64739 -1.5246 -8.02154

350 -0.1767 -3.329 -0.34783 -0.81915 -4.14816

360 -0.00319 -0.06001 -0.00637 -0.015 -0.07501

4/ Gia tốc pitông

Đạo hàm vận tốc pitông ta đợc gia tốc pitông J

J = R2(cos + cos2) (m/s2)

J gia tốc của piston

R là bán kính quay của trục khuỷu  là tham số kết cấu

 là góc quay của trục khuỷu

 tốc độ góc trục khuỷu

Lập bảng tính gia tốc piston

( Bảng 03 )

Đồ thị gia tốc piston : ( Đồ thị 03 )

Trục tung biểu thị gia tốc piston (m/s2)

Trục hoành biểu thị góc quay  ( o )

Đồ thị 03:

Biểu đồ gia tốc piston

-10000.000

-8000.000

-6000.000

-4000.000

-2000.000

0.000

2000.000

4000.000

6000.000

8000.000

10000.000

12000.000

0.000 100.000 200.000 300.000 400.000

j2 j j1

Bảng 03:

0 1.000 7887.806 1.000 1971.951 9859.757

10 0.985 7768.093 0.940 1853.148 9621.241

20 0.940 7412.590 0.766 1511.051 8923.641

30 0.866 6832.087 0.500 986.882 7818.969

40 0.766 6044.204 0.174 343.800 6388.004

50 0.643 5072.856 -0.173 -340.707 4732.149

60 0.500 3947.529 -0.499 -984.162 2963.367

70 0.343 2702.379 -0.765 -1509.031 1193.348

80 0.174 1375.201 -0.939 -1852.072 -476.870

90 0.001 6.281 -1.000 -1971.949 -1965.668

100 -0.173 -1362.829 -0.940 -1854.219 -3217.048

110 -0.341 -2690.573 -0.767 -1513.067 -4203.640

120 -0.499 -3936.648 -0.502 -989.600 -4926.248

130 -0.642 -5063.230 -0.176 -346.892 -5410.122

140 -0.765 -6036.124 0.171 337.614 -5698.511

150 -0.865 -6825.800 0.498 981.439 -5844.361

160 -0.939 -7408.286 0.764 1507.007 -5901.279

170 -0.985 -7765.903 0.939 1850.991 -5914.912

180 -1.000 -7887.796 1.000 1971.941 -5915.854

190 -0.985 -7770.264 0.941 1855.285 -5914.978

200 -0.940 -7416.875 0.768 1515.079 -5901.796

210 -0.867 -6838.356 0.503 992.315 -5846.041

220 -0.767 -6052.268 0.177 349.984 -5702.284

230 -0.644 -5082.470 -0.170 -334.519 -5416.989

240 -0.502 -3958.400 -0.496 -978.714 -4937.114

250 -0.344 -2714.178 -0.763 -1504.980 -4219.157

260 -0.176 -1387.570 -0.938 -1849.905 -3237.475

270 -0.002 -18.844 -1.000 -1971.929 -1990.773

280 0.171 1350.454 -0.941 -1856.347 -505.893

290 0.340 2678.760 -0.769 -1517.087 1161.673

300 0.498 3925.756 -0.505 -995.028 2930.728

310 0.641 5053.591 -0.179 -353.074 4700.517

320 0.764 6028.030 0.168 331.423 6359.453

330 0.865 6819.495 0.495 975.986 7795.481

340 0.939 7403.963 0.762 1502.949 8906.912

350 0.984 7763.693 0.938 1848.815 9612.509

360 1.000 7887.766 1.000 1971.911 9859.677

II/

Tính toán động lực học động cơ đốt trong

1/ Khái quát

Khi động cơ làm 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 pittông

ở điểm chết trên thì  = 00 Ngoài ra, các lực này thờng đợc tính với một

đơn vị diện tích đỉnh pittông 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 pittông.

2/Dựng các đồ thị véctơ phụ tải

Đồ thị véctơ phụ tải là đồ thị biểu diễn sự tác dụng của các lực lên

bề mặt làm việc ở các vị trí khác nhau trên trục khuỷu Các bề mặt làm việc quan trọng của động cơ gồm bề mặt chốt khuỷu, cổ trục, bạc, lót đầu to thanh truyền và bạc lót ổ trục

Đồ thị vectơ phụ tải dùng để:

Xác định phụ tải nhằm xem xét quy luật mài mòn bề mặt làm việc Xác định khu vực chịu lực bé nhất và trung bình nhằm đánh giá nhằm chọn vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn.

Xác định đơn vị phụ tải lớn nhất và trung bình nhằm đánh giá mức

độ va đập.

Để dựng đồ thị ấy, trớc tiên ta phải xác định các lực tác dụng: lực

tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z và lực li tâm Pk0 do khối lợng m2 gây ra.

Sau khi có đồ thị lực khí thể P = (P - P0)* theo góc quay  sẽ xác

định đợc sự biến thiên của lực quán tính chuyển động tịnh tiến:

Pj = - mj * R * 2 * (cos + cos2).

Cộng hai đồ thị đó lại sẽ đợc sự biến thiên của lực P theo .

Tiếp theo sẽ xác định đợc sự biến thiên của lực tiếp tuyến:

T = và lực pháp tuyến Z =

Lực quán tính của khối lợng thanh truyền quy dẫn về tâm đầu to thanh truyền, tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu: PR2 = m2* R * 2.

Đồ thị vectơ phụ tải tác dụng trên bề mặt chốt khuỷu đợc vẽ với giả thiết rằng trục khuỷu đứng yên còn xi lanh quay với vận tốc trục khuỷu

nh-ng theo chiều nh-ngợc lại Hợp lực Q của các lực tác dụnh-ng lên bề mặt chốt khuỷu:

= ++

Từ đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên bề mặt chốt khuỷu ta có thể triển khai thành đồ thị Qck -  sau đó tính giá trị trung bình Qtb trên cơ sở đó có

thể xác định đợc hệ số va đập của bề mặt tơng tác

3/ Lực khí thể

Xây dựng đồ thị công P-V

Dựa vào các thông số nhiệt :

+ Hành trình pitông : S = 90 mm

+ Tỉ số nén :  = 22

+ áp suất :

Pa = 0.09 (Mpa)

Pc = 5.00 (Mpa)

Pz = 8,508 (Mpa)

Pb = 0,30 (Mpa)

Pr = 0,12 (Mpa)

Thể tích làm việc của xi lanh Vh

Vh=*D2*S/4 =

4

09 , 0 0902 , 0 14 ,

=5,748.10-4 ( m3)

Dung tích buồng cháy :

1 22

10 748 , 5 1

















h C

V

Thể tích toàn buồng cháy Va

Va = Vh + Vc = 5,748.10-4 + 0,2737.10-4 = 6,0217.10-4 (m3)

Dựng đờng nén đa biến a-c

Theo phơng trình đờng cong đa biến PVn = const ta có

Chỉ số nén trung bình:

1

n a

c P

30 1 22

ln

09 , 0 03 , 5 ln ln

ln































a

c P

P n

Dựng đờng giãn nở đa biến z-b

Chỉ số đa biến n2 :

2

n z

b P















22 5 , 1 ln

508 , 8 30 , 0 ln ln

ln

























































z

b

P

P n

Lập bảng

c

x V

V

i 

1

n

c

xn i

P

i  







z xd

i P











 

1.000 1.000 5.000 1.322 11.245 2.000 2.462 2.031 0.556 4.728 3.000 4.171 1.199 0.335 2.848 4.000 6.063 0.825 0.234 1.988 5.000 8.103 0.617 0.177 1.504 6.000 10.271 0.487 0.141 1.198 7.000 12.550 0.398 0.116 0.988 8.000 14.929 0.335 0.098 0.836 9.000 17.399 0.287 0.085 0.721 10.000 19.953 0.251 0.074 0.632 11.000 22.585 0.221 0.066 0.561 12.000 25.289 0.198 0.059 0.503 13.000 28.062 0.178 0.054 0.456 14.000 30.901 0.162 0.049 0.415 15.000 33.800 0.148 0.045 0.381 16.000 36.758 0.136 0.041 0.351 17.000 39.773 0.126 0.038 0.326 18.000 42.840 0.117 0.036 0.303 19.000 45.960 0.109 0.033 0.283 20.000 49.129 0.102 0.031 0.266 21.000 52.346 0.096 0.029 0.250 22.000 55.610 0.090 0.028 0.236

Hiệu chỉnh đồ thị :

+ Góc phun sớm : s = 200

+ Xupap nạp mở sớm : 1 = 180

+ Xupap nạp đóng muộn :  2= 560

+ Xupap xả mở sớm : 3 = 560

+ Xupap xả đóng muộn :  = 180

Pc’’=1.25Pc

Dựng đờng tròn Bric tâm O là điểm giữa lh = 2R Dịch về phía ĐCD(sang phảI ) đoạn OO’ = 5,625

2

4 / 1 45 2







R

Xác định các điểm:



Điểm c’ : Góc phun sớm : s = 200



Điểm c” : Với P c 1,25.P c 1,25.5,00 6,25 MPa



Điểm z’ : Pz = 8,508 MPa ; z z c

z

V

V

.







Điểm z” : P  Z'' P Z ; Z  nằm giữa z v z’ à z’



Điểm b’ : Xupap xả mở sớm : 3 = 560



Điểm b” : Nằm giữa điểm a v à z’ điểm b

P b P b  P b  P a

2

1

   





b P P P P

2

1

0,195 Mpa



Điểm r : Xupap xả đóng muộn : 4 = 180

Tỉ lệ xích  v = 0.036 (cm3 /mm),  p = 0.024 (Mpa/ mm)

Từ các số liệu trên ta xây dựng đợc đồ thị công nh trên hình vẽ

3/ Khai triển đồ thị:

Sử dụng đồ thị Brick để khai triển đồ thị Pj =P(α) Dựng hệ trục P- α của

đồ thị khai triển, trục tung biểu thị áp suất, trục hoành biểu thị góc quay trục khuỷu với = 1.5 (độ/cm)

Khai triển đồ thị P-V sử dụng hệ trục P-α với trục hoành là đờng kéo dài của P0 trên đồ thị P-V, trục tung có tỷ xích p = 0.024 ( )

Triển khai đồ thị -Pj = P(α) ta sử dụng hệ trục P- α với trục hoành là

đờng kéo dài của trục AB, trục tung có tỷ xích p j= 0.024( )

Tại O’ dựng các góc 30, 60, 90, … rồi dóng lên đồ thị công tại điểm i Dóng rồi dóng lên đồ thị công tại điểm i Dóng ngang từ i sang đồ thị P- α cần dựng cắt các đờng dóng từ αi tại các điểm

j Nối các điểm j này lại ta đợc đồ thị lực khí thể Pkh.

Làm tơng tự dóng lên đồ thị (pj, ) ta đợc đồ thị lực quán tính (pj, ).

4/ Lực quán tính.

Pj = -mR2(cos + cos2) (kG/cm2) Với m = mpt+ m1

Diện tích đỉnh pittông: FP = = (3.14*0,09022)/4 = 0,638.10-2 (m2)

Ta có mpt : khối lợng nhóm pitông

mpt=0,95 (kg)

m1 : khối lợng thanh tryền qui dẫn về đầu nhỏ thanh truyền

mtt = 1,1(kg)

Mặt khác m1= 0.275*1.1 = 0.3025 (kg)

Khối lợng trên một đơn vị diện tích đỉnh piston

10 638 , 0

3025 , 0 95 , 0









p

pt

F

m m

= 196,316 (KG/m2)

PJ=- m J = - 196,316*J (KG/m2)

α cosαα cosα2α j pj(kG/m2) pj(mpa) pcm

0 1 1 9869.604 -1937561 -1.93756 -7.944

15 0.965926 0.866025 9336.11 -1832828 -1.83283 -7.51459

30 0.866025 0.5 7824.823 -1536138 -1.53614 -6.29817

45 0.707107 1.62E-15 5583.091 -1096050 -1.09605 -4.49381

60 0.5 -0.5 2960.881 -581268 -0.58127 -2.3832

75 0.258819 -0.86603 334.0876 -65586.7 -0.06559 -0.26891

90 1.62E-15 -1 -1973.92 387512.3 0.387512 1.5888

105 -0.25882 -0.86603 -3753.02 736777.7 0.736778 3.020788

120 -0.5 -0.5 -4934.8 968780.6 0.968781 3.972001

135 -0.70711 -4.6E-15 -5583.09 1096050 1.09605 4.493806

150 -0.86603 0.5 -5850.9 1148626 1.148626 4.709365

165 -0.96593 0.866025 -5917.18 1161637 1.161637 4.762711

180 -1 1 -5921.76 1162537 1.162537 4.766401

195 -0.96593 0.866025 -5917.18 1161637 1.161637 4.762711

210 -0.86603 0.5 -5850.9 1148626 1.148626 4.709365

225 -0.70711 8.3E-15 -5583.09 1096050 1.09605 4.493806

240 -0.5 -0.5 -4934.8 968780.6 0.968781 3.972001

255 -0.25882 -0.86603 -3753.02 736777.7 0.736778 3.020788

270 -4.6E-15 -1 -1973.92 387512.3 0.387512 1.5888

285 0.258819 -0.86603 334.0876 -65586.7 -0.06559 -0.26891

300 0.5 -0.5 2960.881 -581268 -0.58127 -2.3832

315 0.707107 -1.1E-14 5583.091 -1096050 -1.09605 -4.49381

330 0.866025 0.5 7824.823 -1536138 -1.53614 -6.29817

345 0.965926 0.866025 9336.11 -1832828 -1.83283 -7.51459

360 1 1 9869.604 -1937561 -1.93756 -7.944

375 0.965926 0.866025 9336.11 -1832828 -1.83283 -7.51459