Tính toán thiết kế động cơ

Đồ thị công chỉ thị thể hiện sự biến thiên áp suất tuyệt đối bên trong xy lanh theo sự thay đổi thể tích của xy lanh trong suốt chu trình công tác(2 vòng quay trục khuỷu). Ban đầu chọn sơ bộ tỷ lệ xích áp suất khí thể để vẽ đồ thị lực khí thể P_k là: Lực khí thể sinh ra bởi sự chênh lệch áp suất khí thể trên và dưới piston và được xác định bằng công thức sau: Trong đó: P: áp suất khí thể trong xy lanh. (MPa) p_0: áp suất phái dưới đỉnh piston. (MPa) D: đường kính danh nghĩa đỉnh piston. (m) Cách dựng đồ thị triển khai pV bằng vòng tròn Brick như sau: Dựng trục hoành( trục góc quay ) ngang bằng với đường nằm ngang thể hiện áp suất p_0 của môi trường trên đồ thị công. Trục tung thể hiện p_k với tỷ lệ xích: Với _p là tỷ lệ xích trên đồ thị công. Về phía dưới trục hoành dồ thị công pV vẽ nửa dưới vòng tròn Brick (để tiết kiệm diện tích) đương kính AB bằng khoảng cách từ ĐCT tới ĐCD trên đồ thị pV tâm O (AB=S). Lấy điểm A tương ứng với ĐCT. Về phía ĐCD xác định O’ sao cho OO’=AB.4=8,2 Từ O’ dựng tia tạo góc  với O’A,tia này cắt vòng tròn Brick tại 1 điểm. Từ điểm đó dựng đường song song với trục áp suất, cắt đồ thị công tại điểm tương ứng (với quá trình nạp, nén, nổ, xả). Từ giao điểm đó gióng ngang sang đồ thị lực khí thể và cắt đường thẳng đứng tương ứng gióng từ trục  lên. Giao điểm đó chính là độ lớn của lực khí thể tại góc  tương ứng trên đồ thị lực khí thể pV. Sau khi làm một loạt thao tác như vậy ta tiến hành nối các giao điểm lại bằng đường cong liên tục ta được

Trường Sỹ Quan KTQS CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1. Số liệu ban đầu:

Động cơ MAZDA- WAGON : Động cơ xăng 4 kỳ, 4 xy lanh được bố trí thành 1 hàng

- Thứ tự công tác: 1-3-4-2

- Chế độ tính toán:

- Công suất có ích lớn nhất động cơ : =44 (kWh)

- Số vòng quay trục khuỷu n: n=6000 (rev/min)

R

λ

với λ=(0,196÷0,3125) ⇒ =105,6 (mm)

- Khối lượng thanh truyền: = 0,45(kg)

2. Nội dung thực hiện:

- Tính toán nhiệt chu trình công tác động cơ

- Vẽ đồ thị chỉ thị

- Xây dựng đường đặc tính ngoài động cơ

- Tính động học và động lực học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

3 Bản vẽ:

- 01 bản vẽ A0: gồm các đồ thị: đồ thị công chỉ thị, đồ thị đường đặc tính ngoài của động

cơ, đồ thị tính động học và động lực học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

Các số liệu và những thông số ban đầu:

=0,85(kG/) , =20,325 , =79,32 , =4,3 , Pr = 1,2

=1,35 , =1,24 , ε=10,5 , =0,22 , =0,023 , ρ=1,

PHẦN 1: DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI ĐỘNG CƠ

1. Dựng đường công suất ,

Ta sử dụng công thức:

Từ các giá trị trên ta sẽ vẽ được đồ thị đường đặc tính động cơ như sau:

PHẦN 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC 1/ TRIỂN KHAI ĐỒ THỊ CÔNG CHỈ THỊ p-V THÀNH ĐỒ THỊ LỰC KHÍ THỂ TÁC DỤNG LÊN PISTON THEO GÓC QUAY α

Đồ thị công chỉ thị thể hiện sự biến thiên áp suất tuyệt đối bên trong xy lanh theo sự thay đổi thể tích của xy lanh trong suốt chu trình công tác(2 vòng quay trục khuỷu) Ban đầu

P: áp suất khí thể trong xy lanh (MPa)

: áp suất phái dưới đỉnh piston (MPa)

D: đường kính danh nghĩa đỉnh piston (m)

*Cách dựng đồ thị triển khai p-V bằng vòng tròn Brick như sau:

- Dựng trục hoành( trục góc quay α) ngang bằng với đường nằm ngang thể hiện áp suất của môi trường trên đồ thị công

- Trục tung thể hiện với tỷ lệ xích:

Với là tỷ lệ xích trên đồ thị công Về phía dưới trục hoành dồ thị công p-V vẽ nửa dướivòng tròn Brick (để tiết kiệm diện tích) đương kính AB bằng khoảng cách từ ĐCT tới ĐCD trên đồ thị p-V tâm O (AB=S) Lấy điểm A tương ứng với ĐCT

- Về phía ĐCD xác định O’ sao cho OO’=AB.λ/4=8,2

- Từ O’ dựng tia tạo góc α với O’A,tia này cắt vòng tròn Brick tại 1 điểm Từ điểm

đó dựng đường song song với trục áp suất, cắt đồ thị công tại điểm tương ứng (với quá trình nạp, nén, nổ, xả) Từ giao điểm đó gióng ngang sang đồ thị lực khí thể và cắt đường thẳng đứng tương ứng gióng từ trục α lên Giao điểm đó chính là độ lớn của lực khí thể tại góc α tương ứng trên đồ thị lực khí thể p-V Sau khi làm một loạt thao tác như vậy ta tiến hành nối các giao điểm lại bằng đường cong liên tục ta được

đồ thị biến thiên lực khí thể theo góc quay α cả trục khuỷu trong một chu trình côngtác của xy lanh

- Sau khi ta vẽ được đồ thị lực khí thể thì để cân đối kích thước khi cho vào khổ A0 tascale lại đồ thị p-V với tỷ lệ xích mới là:

Nguyên lý triển khai p-V bằng vòng tròn Brick

2/ QUY DẪN KHỐI LƯỢNG CHUYỂN ĐỘNG.

a. Khối lượng chuyển động tịnh tiến.

Được xác định theo công thức:

[ ]1

Trong đó:

• : Khối lượng toàn bộ piston

• : Khối lượng các xéc măng

• : Khối lượng chốt piston và khóa hãm

• : Khối lượng guốc trượt( nếu có).

• : Khối lượng thanh truyền quy dẫn về đường tâm chốt piston và

=0,3=0,3.0,45=0,135(kg)

 =0,294+0,135=0,429 (kg)

b. Khối lượng thanh truyền và khuỷu trục.

• Toàn bộ khối lượng thanh truyền được quy dẫn về đường tâm đầu nhỏ và đường tâm đầu to theo nguyên lý:

=+

Phần khối lượng coi như tập trung tại tâm cổ khuỷu, quay xung quanh trục khuỷu với vận tốc góc ω, bán kính R gây nên lực

• Khối lượng khuỷu trục

3/ LỰC QUÁN TÍNH VÀ TỔNG LỰC, LỰC TIẾP TUYẾN VÀ PHÁP TUYẾN.

Lực quán tính do khối lượng chuyển động tịnh tiến gây nên thường gọi tắt là lực quán tínhchuyển động tịnh tiến và ký hiệu là

2 6

2

.10 10

Tổng lực khí thể và lực quán tính chuyển động tịnh tiến:

PΣ = P + P MN

Để tiện ta lập bảng biến thiên như sau:

Bảng biến thiên các loại lực:

Đồ thị

)(α

f

P kt =

,

)(α

f

P j =

,

)(α

c

α β β

+ Sau khi có kết quả ta tiến hành thay số và tính:

os

c

α β β

T (MN)

cos(α +β) cosβ

Z (MN) muy

T,Z

gtbd T

gtbd Z

83,25

-10 0,1745 0,0543 -0,007 0,2272 -0,002 0,9754 -0,007 8E- -

-05 18,57 79,75

20 0,3491 0,1071 -0,006 0,443 -0,003 0,9029 -0,006

05

8E 33,54

68,35

-30 0,5236 0,1569 -0,005 0,637 -0,003 0,7869 -0,004

05

8E 41,52

51,29

-40 0,6981 0,2022 -0,004 0,7999 -0,003 0,6342 -0,003

8E-05 -41,3

32,75

-50 0,8727 0,2417 -0,003 0,9245 -0,003 0,4539 -0,001

05

8E 33,36

16,38

-60 1,0472 0,2741 -0,002 1,0066 -0,002 0,2565 -4E-04

8E-05 -19,8

5,046

-70 1,2217 0,298 -3E-04 1,0448

-3E-04 0,0533 -2E-05

05

8E 3,655

0,187

-80 1,3963 0,3128 0,001 1,041 0,001 -0,145 -1E-04

05

8E-11,90 2

1,657

-90 1,5708 0,3178 0,002 1 0,002 -0,329 -7E-04

05

8E-24,34 3

8,008

-100 1,7453 0,3128 0,0029 0,9286

0,002

7 -0,492 -0,001

05

8E-32,24 8

17,09

-120 2,0944 0,2741 0,0039 0,7255

0,002

9 -0,743 -0,003

05

8E-34,38 6

35,24

8E-18,50 9

48,19

-160 2,7925 0,1071 0,0042 0,241 0,001 -0,976 -0,004

05

8E-12,13 5

49,17

-170 2,9671 0,0543 0,0041 0,1201

0,000

5 -0,994 -0,004

05

8E-5,975 1

49,45

-180 3,1416 -1E-10 0,0041 -3E-10

-1E-12 -1 -0,004

05

8E- 08

1E 49,49

8E 12,17

49,32

-210 3,6652 -0,157 0,0043 -0,363 -0,002 -0,945 -0,004

05

8E 18,62

48,49

-220 3,8397 -0,202 0,0043 -0,486 -0,002 -0,898 -0,004

05

8E 25,07

46,35

-230 4,0143 -0,242 0,0042 -0,608 -0,003 -0,832 -0,004

05

8E 30,85

42,23

-240 4,1888 -0,274 0,004 -0,725 -0,003 -0,743 -0,003

05

8E 34,98

35,85

-250 4,3633 -0,298 0,0036 -0,835 -0,003 -0,631 -0,002

05

8E 36,48

27,56

-260 4,5379 -0,313 0,0031 -0,929 -0,003 -0,492 -0,002

05

8E 34,12

18,08

-270 4,7124 -0,318 0,0023 -1 -0,002 -0,329 -7E-04

05

8E 27,28

8,973

-280 4,8869 -0,313 0,0013 -1,041 -0,001 -0,145 -2E-04

05

8E 16,33

2,272

8E-10,57 9

2,696

-310 5,4105 -0,242 -0,002 -0,925

0,001

7 0,4539 -8E-04

05

8E-20,77

2 -10,2

320 5,5851 -0,202 -0,003 -0,8 0,002 0,6342 -0,002

05

8E-24,54 4

19,46

-330 5,7596 -0,157 -0,003 -0,637

0,001

7 0,7869 -0,002

05

8E-20,95 4

25,89

-350 6,1087 -0,054 -5E-04 -0,227

0,000

1 0,9754 -4E-04

05

8E-1,227 1

5,269

-360 6,2832 3E-10 0,0011 1E-09 1E-12 1 0,0011 8E- 1E-08 13,11

8E-33,15 8

179,0 3

8E-51,56 4

63,70 1

400

6,9813

0,2022 0,0042 0,7999 0,0033 0,6342 0,0026

05

8E-39,92 1

31,65 5

410 7,1558 0,2417 0,0031 0,9245

0,002

8 0,4539 0,0014

05

8E-33,99 8

16,69 2

420 7,3304 0,2741 0,0029 1,0066

0,002

9 0,2565 0,0007

05

8E-34,77 2

8,861 9

430 7,5049 0,298 0,0032 1,0448

0,003

3 0,0533 0,0002

05

8E-40,10 5

2,047 9

440 7,6794 0,3128 0,0037 1,041

0,003

9 -0,145 -5E-04

05

8E-46,80 4

6,514

-460 8,0285 0,3128 0,0049 0,9286

0,004

5 -0,492 -0,002

05

8E-54,13 1

28,69

-470 8,203 0,298 0,0052 0,8346

0,004

4 -0,631 -0,003

05

8E-52,53

7 -39,7

480 8,3776 0,2741 0,0055 0,7255 0,004 -0,743 -0,004

05

8E-47,70 9

48,89

-490 8,5521 0,2417 0,0056 0,6076

0,003

4 -0,832 -0,005

05

8E-40,63 1

55,62

-500 8,7266 0,2022 0,0055 0,4857

0,002

7 -0,898 -0,005

05

8E-32,26 1

59,63

-510 8,9012 0,1569 0,0054 0,363

0,001

9 -0,945 -0,005

05

8E-23,32 1

60,72

-520 9,0757 0,1071 0,0051 0,241

0,001

2 -0,976 -0,005

05

8E-14,86 5

60,23

-530 9,2502 0,0543 0,0049 0,1201

0,000

6 -0,994 -0,005

05

8E-7,073 3

58,54

-540 9,4248 -4E-10 0,0047 -8E-10

-4E-12 -1 -0,005

05

8E- 08

5E 56,36

-550 9,5993 -0,054 0,0046 -0,12

-6E-04 -0,994 -0,005

05

8E 6,636

54,92

-560 9,7738 -0,107 0,0045 -0,241 -0,001 -0,976 -0,004

05

8E 13,13 -53,2

-570 9,9484 -0,157 0,0045 -0,363 -0,002 -0,945 -0,004

05

8E 19,51 -50,8

-580 10,123 -0,202 0,0044 -0,486 -0,002 -0,898 -0,004

05

8E 25,51

47,15

-590 10,297 -0,242 0,0043 -0,608 -0,003 -0,832 -0,004

05

8E 31,31

42,85

-600 10,472 -0,274 0,0041 -0,725 -0,003 -0,743 -0,003

8E-05 -35,4

36,27

-610 10,647 -0,298 0,0036 -0,835 -0,003 -0,631 -0,002

05

8E 36,53

27,61

-620 10,821 -0,313 0,003 -0,929 -0,003 -0,492 -0,001

05

8E 33,54

17,78

-630 10,996 -0,318 0,0021 -1 -0,002 -0,329 -7E-04

05

8E 25,74

8,467

-640 11,17 -0,313 0,0011 -1,041 -0,001 -0,145 -2E-04

05

8E 13,35

1,858

-650 11,345 -0,298 -2E-04 -1,045

0,000

2 0,0533 -9E-06

05

8E-18,39 7

4,689

-670 11,694 -0,242 -0,003 -0,925

0,002

7 0,4539 -0,001

05

8E-32,07 4

15,75

-680 11,868 -0,202 -0,004 -0,8

0,003

3 0,6342 -0,003

05

8E-40,18 4

31,86

-700 12,217 -0,107 -0,006 -0,443

0,002

7 0,9029 -0,006

05

8E-32,91 8

67,09

-710 12,392 -0,054 -0,007 -0,227 0,001 0,9754 -0,007 8E- 18,39

8E- 07

2E 83,25

0 , 180 , 360 , 540 , 720 0

thì T = 0 nên 2 đường này giao nhau trên trục hoành.

4/ ĐỒ THỊ VÉC TƠ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN BỀ MẶT CỔ KHUỶU

Tìm điểm tác dụng của vecto chỉ cần kéo dài véctơ về phía gốc cho đến khi gặp vòngtròn tượng trưng cho bề mặt chốt khuỷu tại điểm B Rất dễ thấy rằng véctơ Q là hợp lựccủa các lực tác dụng lên chốt khuỷu Thực chất Q chính là hợp lực của lực quán tính vàlực thanh truyền và Q có độ lớn là :

0,00410 4

20 -0,0101 -0,01967 -48,7 -99,257 0,000057381 0,000057381 0,004104

30 -0,0125 -0,01466 -60,3 -74,487 0,000057381

0,00005738 1

0,00410 4

40 -0,0124 -0,00924 -59,98 -47,558 0,000057381 0,000057381 0,004104

50 -0,0101 -0,00451 -48,45 -23,788 0,000057381 0,00005738 0,00410

1 4

60 -0,0062 -0,00129 -28,75 -7,3284 0,000057381 0,000057381 0,004104

70 -0,0015 -5,9E-06 -5,308 -0,2711 0,000057381

0,00005738 1

0,00410 4

0,00410 4

0,00410 4

0,00410 4

0,00410 4

0,00410 4

240 -0,0093 -0,01036 -50,8 -52,063 0,000057381

0,00005738 1

0,00410 4

250 -0,0097 -0,00807 -52,98 -40,031 0,000057381 0,000057381 0,004104

260 -0,009 -0,00537 -49,55 -26,26 0,000057381

0,00005738 1

0,00410 4

0,00410 4

0,00410 4

0,00410 4

380 0,0057 0,01115 83,654 170,49 0,000057381 0,000057381 0,004104

390 0,0036 0,00423 74,886 92,511 0,000057381

0,00005738 1

0,00410 4

0,00410 4

0,0031

5 0,00066 50,498 12,87 0,000057381

0,00005738 1

0,00410 4

0,00410 4

0,00410 4

0,00410 4

540 -1E-11 -0,01482 -7E-08 -81,854 0,000057381 0,000057381 0,004104

550 -0,0016 -0,0146 -9,637 -79,759 0,000057381

0,00005738 1

0,00410 4

560 -0,0033 -0,01435 -19,07 -77,266 0,000057381 0,000057381 0,004104

570 -0,005 -0,01394 -28,34 -73,778 0,000057381

0,00005738 1

0,00410 4

580 -0,0066 -0,01321 -37,04 -68,477 0,000057381 0,000057381 0,004104

590 -0,0082 -0,01215 -45,47 -62,236 0,000057381

0,00005738 1

0,00410 4

600 -0,0093 -0,01044 -51,41 -52,681 0,000057381 0,00005738 0,00410

1 4

610 -0,0097 -0,00808 -53,06 -40,093 0,000057381 0,000057381 0,004104

620 -0,0089 -0,00531 -48,71 -25,818 0,000057381

0,00005738 1

0,00410 4

630 -0,0068 -0,00261 -37,38 -12,296 0,000057381 0,000057381 0,004104

640 -0,0032 -0,00062 -19,39 -2,699 0,000057381

0,00005738 1

0,00410 4

0,00410 4

0,00410 4

0,00410 4

710 0,00555 -0,02297 26,711 -114,69 0,000057381 0,000057381 0,004104

720 -5E-11 -0,02423 -3E-07 -120,9 0,000057381

0,00005738 1

0,00410 4

b/ Đồ thị vtpt cổ khuỷu trong hệ tọa độ Đề-các -α.

Từ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta lập được bảng giá trị của Q theo góc quay α

• Vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn:

Vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn tối ưu cho chế độ tính toán vã vẽ đtvtpt ở cổ khuỷu có thể xác định được trên cơ sở đồ thị mài mòn tượng trưng hoặc có thể xác định trực tiếp trên đtvtpt cổ khuỷu Nó được xác định như trên hình vẽ đã thể hiện

Từ đây ta vẽ được đồ thị có dạng như sau:

Bảng giá trị hợp lực tác dụng lên các điểm bề mặt cổ khuỷu:

0,004 5

0,003 5

0,002 4

0,001

0,001 2

0,002 2

mQ 0,000

3

0,000 3

0,000 3

0,000 3

0,000 3

0,000 3

0,000 3

0,000 3

0,000 3

0,000 3

0,000 3 gtbd

Qi

15,97

5

14,76 1

13,42 8

10,52 9

7,128 7

3,440

3,706 8

6,640 4Và:

0,00 45

0,00 49

0,00 53

0,00 58

0,00 55

0,00 56

0,00 61

0,006 653

0,006 16

0,005 724 0,00

03

0,00

03

0,00 03

0,00 03

0,00 03

0,00 03

0,00 03

0,00 03

0,00 03

0,00 03

0,000 333

0,000 333

0,000 333 8,93

61 10,734 12,214 13,526 14,758 15,973 17,305 16,498 16,965 18,357 19,99945 18,51924 17,2075

Ta được đồ thị mài mòn cổ khuỷu:

Lập bảng biến thiên:

Bảng biến thiên các lực tiếp tuyến MAZDA-WAGON.

T2 [MN]

α3 °

[GQT K]

T3 [MN]

α4 °

[GQT K]

T4 [MN] TΣ µΤ Σ gtbd TΣ

0 0 180 -1E-12 540 -4E-12 360 1E-12 -3,96E-12 0,000129101 0

0,00016 4

0,0001291

01 1,2702

20 0,003- 200 0,001- 560 0,001- 380 0,0048

0,00010 31

0,002 390

-0,004 3

0,00234 07

-0,0001291

01 -18,131

40 0,003- 220 0,002- 580 0,002- 400 0,0033

0,00432 97

-0,0001291

01 -33,537

50 0,003- 230 0,003- 590 0,003- 410 0,0028

0,00512 67

0,003 420

-0,002 9

0,00461 71

-0,0001291

01 -35,764

70 -3E-04 250 0,003- 610 0,003- 430 0,0033

0,00304 67

-0,0001291

01 -23,6

80 0,001 260 0,003- 620 0,003- 440 0,0039

0,00074 61

0,001 460

-0,004 5

0,00472 49

0,00727 05

0,01015 15

0,00272 24

-4E- 11

[ ]

6 o .10

etb tb c

Thực ra đồ thị -α chính là đồ thị -α với tỷ lệ xích mới:

6 .10

Nm R

mm

µ = µ η∑    

 

*****hết***** _