CHƯƠNG II TÍNH TOÁN ĐỘNG học và ĐỘNG lực học ĐỘNG cơ đốt TRONG

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 2.1 Xác định giải vận tốc bằng phương pháp dùng đồ thị vận tốc.Ta có giá trị của vận tốc piston bằng cách lấy đạo hàm của h

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 2.1) Xác định (giải vận tốc) bằng phương pháp dùng đồ thị vận tốc.

Ta có giá trị của vận tốc piston bằng cách lấy đạo hàm của hàm chuyển vị

của piston theo góc quay trục khuỷu vậy ta được

Từ biểu thức (1) ta áp dụng phương pháp đồ thị vòng để giải vận tốc theo trình tự như sau:

• Vẽ nữa vòng tròn tâm O có bán kính tương ứng với giá trị

biễu diễn trên bản vẽ là

• Chia nữa vòng tròn này thành 18 phần bằng nhau(tương ứng với 1 phần là 100

góc quy trục khuỷu) đánh số 0,1,2….18

• Tại tâm O vẽ vòng tròn bán kính R2 = tương ứng với giá

trị biểu diễn trên bản vẽ là R2 = (bán kính vòng tròn này trùng với đoạn OO’ trên vòng tròn brick)

• Chia vòng tròn bán kính R2 thành 18 phần bằng nhau(tương ứng với 1phần là

200 góc quay trục khuỷu) đánh số 0,1’,2’….18’

• Từ 1 vẽ đường thẳng vuông góc với đường bán kính AB từ 1’ kẻ đường dóng song song với AB cắt đường 1 tại một điểm,tương tự với các điểm 22’,33’…1818’.ta được một tập hợp điểm dùng đường cong liên tục nối các điểm này lại

ta được đường thể hiện vận tốc.(như hình vẽ)

8 9 10

11 12 13 14 15 16 17

19 1'

2' 3' 4' 5' 6'

7' 8' 9' 0'

Hình 2-1: Đồ thị vận tốc

2.2) Giải gia tốc bằng phương pháp Tô Lê:

Từ chuyển vị của piston lấy đạo hàm cấp 2 của hàm chuyển vị ta được công

Vậy tại (tương ứng với piston ở điểm chết trên) thì gia tốc đạt giá trị cực đại, khi đó: thay số ta được:

Chọn giá trị biểu diễn của jmax trên đồ thị là 50mm,vậy ta có tỷ lệ xích

Nên ta tính được giá trị biễu diễn của jmin=29.4mm và của EF=31mm

• Các bước vẽ đồ thị gia tốc:

- Tại điểm chết trên ta vẽ đoạn thẳng AC vuông góc với trục hoành có giá trị

Ta có công thức tính lực quán tính là :

Với m là khối lượng chuyển động tịnh tiến của piston và thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền tính trên một đơn vị diện tích đỉnh piston:

Vậy khi piston ở điểm chết trên thì lực quán tính sẽ đạt cực đại ta có:

Và tại điểm chết dưới thì lưc quán tính có giá trị nhỏ nhất :

2.4) Đồ thị khai triển áp suất khí thể.

Để thuận tiện cho việc tính toán các thông số sau này ta cần có áp suất khí thể(áp suất dư) vì vậy ta tiến hành khai triển đồ thị công thành đồ thị pkt=f(�).cách

vẽ đồ thị khai triển tiến hành theo trình tự sau:

• Chọn tỷ lệ xích biểu diễn góc quay trục khuỷu là 20/mm vì vậy toàn bộ chu trình là 7200 sẽ ứng với 360mm biễu diễn.đặt hoành độ này nằm ngang với trục

p0 của đồ thị công trong đó p0=2mm biễu diễn

• Chọn tỉ lệ xích trục tung bằng tỉ lệ xích biểu diển của trục áp suất trên đồ thị

• Từ các điểm chia trên vòng tròn brick ứng với các góc 00-1800 ta dóng thẳng xuống cắt đường nạp rồi dóng qua đồ thị khai triển tương ứng với các góc độ tương ứng trên trục hoành dóng lên cắt các đường dóng trước đó ta tìm được

các giá trị tương ứng, tương tự cho đường nén với góc quay 1800-3600 đường cháy giản nở 3600-5400 và đường thải là 5400-7200.

• Do áp suất cực đại khi cháy không xuất hiện ngay ở 3600 mà muộn hơn nên hơn nữa do đồ thị công thực tế có hiệu chỉnh (có bo tròn)vậy để tăng tính chính xác của đồ thị ta cần lấy thêm điểm 3650 và sau đó góc tăng trở lại là 100

2.5) Đồ thị khai triển lực quán tính P j

Đồ thị này có thể tiến hành theo 2 cách cách thứ nhất là làm giống với cách

vẽ đồ thị khai triển đồ thị công nhưng do độ chính xác của nó không cao nên ta có thể tính trực tiếp giá trị của nó theo công thức Pj= -m*j

với

Sau đó lấy giá trị nhân với tỉ lệ xích ta sẽ vẽ được đồ thi Pj

Bảng giá trị Pj được liệt kê theo bảng tính sau:

Hình 2-4: Đồ thị khai triển,Pj,

2.7) Đồ thị lực tác dụng tiếp tuyến T,lực pháp tuyến Z,lực ngang N theo

Đồ thị lực tiếp tuyến được vẽ nhờ tìm giá trị của nó theo góc quay giá trị

của nó tính theo công thức

Tương tự ta tìm được các giá trị của lực pháp tuyến và các

giá trị lực ngang theo trong đó các giá trị được liệt kê theo bảng sau:

Hình 2-5: Đồ thị lực tiếp tuyến T,lực ngang N, pháp tuyến Z

2.8) Vẽ đồ thị tổng lực tiếp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu.

Đồ thị tổng lực tiếp tuyến vẽ được nhờ tính các giá trị lực tiếp tuyến tác dụng lên từng chốt khuỷu theo thứ tự làm việc của các xylanh sau đó cộng các lực tác

dụng này tại các thời điểm ta có tổng lực tiếp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu.với yêu cầu thiết kế động cơ có thứ tự làm việc là 1-3-4-2 với loại động cơ bốn kỳ nên

ta có góc công tác theo đó ta tìm được góc lệch giữa

các khuỷu khi khuỷu thứ nhất đang ở góc quay 00 là: ,

có bảng giá trị tính được như sau:

Bảng 2-4: Bảng giá trị biểu diễn tổng lực tiếp tuyến

Hình 2-6: Đồ thị tổng lực tiếp tuyến.

2.9) Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu thể hiện lực tác dụng lên chốt khuỷu tại các thời điểm(góc quay)của trục khuỷu.đồ thị này là mối quan hệ của lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu tại các góc quay của chốt khuỷu

vì vậy đồ thị này được vẽ bằng cách : kẻ trục tọa độ với trục hoành thể hiện giá trị lực tiếp tuyến T và trục tung thể hiện giá trị lực pháp tuyến Z, lấy chiều dương của trục Z hướng xuống qua hệ tọa độ này ta biễu diễn các giá trị T,Z tại các góc quay

ta sẽ được đồ thị lực tác dụng lên chốt khuỷu,để xác định được các vectơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu sau khi vẽ xong ta tiến hành dịch chuyển gốc đồ thị theo chiều dương trên trục Z một đoạn có giá trị là

trong đó: khối lượng này tính trên đơn vị diện tích đỉnh

piston,vậy

Khi đó nối O với bất kỳ điểm nào trên đồ thị ta sẽ có vec tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ở góc quay tương ứng Ví dụ cho điểm tương ứng với góc quay 3700 ở hình dưới:

Hình 2-7: Đồ thi phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

2.10) Đồ thị lực tác dụng lên đầu to thanh truyền

Đồ thị này thường được vẽ bằng cách dùng tờ giấy bóng,cách vẽ như sau:Dùng 1 tờ giấy bóng trên tờ giấy này vẽ một vòng tròn bán kính bất kỳ sao cho điểm 00 cắt đường tâm của đầu to thanh truyền(tức phía dương của trục Z trên đồ thị này) và trên vòng tròn này ta lần lượt chia các điểm ứng với 10,20,30…360 tương ứng với các điểm này là các góc 10+ ,20+ 30+ ….360+ trong đó là

0

đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu sao cho tâm O của vòng tròn trên tờ giấy bóng trùng với tâm O trên đồ thị thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu sau đó thực hiện xoay tờ giấy bóng ngược chiều kim đồng hồ để lần lượt các điểm 0,10,20,30…720 trùng với trục Z(phía dương) của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu và khi đó các vec tơ Q0,Q10…Q720 sẽ xuất hiện trên tờ giấy bóng,thực hiện đánh đánh dấu đầu mút của các vec tơ này lại sau đó nối các điểm này lại thành đường cong ta nhận được đồ thị phụ tai tác dụng lên chốt khuỷu.

Ngoài ra cũng dựa trên nguyên lý này ta cũng có thể vẽ được đồ thị này bằng cách lập hàm tính trên excell (dùng định lý pitago trong tam giác vuông để xác định tọa độ của các điểm tương ứng với các góc ) một cách nhanh chóng,hoặc có thể dùng thước để vẽ trực tiêp đồ thị này

2.11) Đồ thị khai triển vec tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

Q-Đồ thị này được vẽ bằng 2 cách:

Cách 1: đo trực tiếp độ lớn đại số của các vec tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu tại các góc quay tương ứng của trục khuỷu sau đó biễu diễn nó lên hệ tọa

độ với trục hoành thể hiện góc quay với tỉ lệ xích là 20/mm và trục tung thể hiện

độ lớn đại số của vec tơ Q với tỉ lệ xích bằng tỉ lệ xích của đồ thị công,sau đó nối các điểm này lại thành đường cong trơn ta sẽ được đồ thi khai triển vec tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Q-

Cách 2: ta có thể tính trực tiếp giá trị Q tại từng thời điểm.vì vec tơ Q là cạnh huyền của tam giác vuông với 2 cạnh góc vuông lần lượt là T và Z-Pko

Nên ta có Q=

Sau khi vẽ được đồ thi này ta tiến hành tìm Qtb theo công thức

Trong đó S là diện tích bảo bởi đường cong và trục hoành,diện tích này có thể tính bằng cách đếm ô ly trên đồ thị nhưng phương pháp này rất khó vì vậy ta có thể vẽ

nó trên autocad sau đó dùng lệnh để tính diện tích.với cách dùng autocad ta tìm được S=12746,53mm2

Và 360 là chiều dài của trục hoành tính bằng mm.vậy ta có:

Theo công thức này ta có bảng tính sau:

Bảng 2-5: bảng giá trị biểu diễn

Hình 2-8: Đồ thị khai triển lực phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

2.12) Đồ thị mài mòn chốt khuỷu

Đồ thị này được vẽ bằng cách sau:

1) Vẽ một vòng tròn trên đó chia thành 24 phần bằng nhau tương ứng với mỗi điềm là 150

2) Tính tổng phụ tải tác dụng lên các điểm 0,1,2,

…23.và ghi các trị số này vào ô thể hiện miền ảnh hưởng của nó.giả thiết miền ảnh hưởng là 1200 nên cần phải ghi 9 điểm tương ứng với 8 khoảng

3) Cộng các giá trị của tổng các phụ tải thống kê theo cột 0,1,2…23 sau đó đem nhân với tỉ lệ xích của đồ thị công sau đó dùng tỉ

lệ xích thu nhỏ để thu nhỏ và biếu diễn các giá trị này trên các đoạn hướng tâm của vòng tròn nói trên ta sẽ được đồ thi mài mòn chốt khuỷu

Sau đây là bảng giá trị đồ thị mài mòn:

ΣQ0 ΣQ1 ΣQ2 ΣQ3 ΣQ4 ΣQ5 ΣQ6 ΣQ7 ΣQ8 ΣQ9 ΣQ10 ΣQ11 ΣQ12 ΣQ13 ΣQ14 ΣQ15 ΣQ16 ΣQ17 ΣQ18 ΣQ19 ΣQ20 ΣQ21 ΣQ22 ΣQ23

0 1

2

3 4 5 6 7 8 9

10 11

12 13

14 15 16

23

5.9 mm

Hình 2-9: Đồ thị mài mòn chốt khuỷu