đồ án động cơ diesel

đây là đồ án môn học rất quan trọng đối với sinh viên ô tô, động cơ được gọi là quả tim của chiếc xe , yêu cầu chuẩn đầu ra đối với bộ môn là hiểu rõ được nguyên lý làm việc của động cơ, quá trình sinh công và thiết kế các chi tiết

Đồ án thiết kế động cơ đốt trong

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: XÂY DỰNG TÍNH TOÁN BẢN VẼ ĐỒ THỊ 1.1.CÁC THÔNG SỐ TÍNH 3

1.1 ĐỒ THỊ CÔNG 5

1.2.1.Các thông số xây dựng đồ thị 5

1.2.2.Cách vẽ đồ thị 7

1.2 ĐỒ THỊ BRICK 10

1.3.1.Phương pháp 10

1.3.1.Đồ thị chuyển vị 11

1.3 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VẬN TỐC V(α) 12

1.4.1.Phương pháp 12

1.4.1Đồ thị vận tốc V(α) 14

1.4 ĐỒ THỊ GIA TỐC 15

1.5.1.Phương pháp 15

1.5.2.Đồ thị gia tốc j = f(x) 15

1.6.VẼ ĐỒ THỊ LỰC QUÁN TÍNH 16

1.6.1.Phương pháp 16

1.6.2.Đồ thị lực quán tính 17

1.7.ĐỒ THỊ KHAI TRIỂN: PKT, PJ, P1 – α 19

1.7.1.Vẽ Pkt – α 19

1.7.2.Vẽ Pj – α 19

1.7.3.Vẽ p1 – α 19

1.7.4.Đồ thị khải triển Pkt, Pj, P1 – α 20

1.8 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ T, Z, N – α 23

1.8.1.Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu trục khủy thanh truyền 23

1.8.2.Xây dựng đồ thị T, Z, N – α 24

1.9.ĐỒ THỊ ∑T – α 27

1.10.ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN CHỐT KHUỶU 30

1.11.ĐỒ THỊ KHAI TRIỂN Q(α) 32

1.5 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN ĐẦU TO THANH TRUYỀN 35

1.6 ĐỒ THỊ MÀI MÒN CHỐT KHUỶU 39

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CHUNG ĐỘNG CƠ THAM

KHẢO 42

2.1 Chọn động cơ tham khảo 42

2.2 Phân tích đặc điểm của động cơ 42

2.2.1 Cơ cấu piston, thanh truyền, trục khuỷu 42

3.1.Nhiệm vụ và yêu cầu : 50

3.2.Kết cấu trục khuỷu – Bạc lót – Bánh đà 50

3.2.1 Trục khuỷu 50

3.2.2 Bạc lót 53

3.2.3 Bánh đà 55

3.3 Tính toán nhóm trục khuỷu – Bạc lót – Bánh đà 57

3.3.1 Tính sức bền trục khuỷu theo cách phân đoạn 57

3.3.1.1 Sơ đồ lực tác dụng trên khuỷu trục 58

3.3.1.2 Trường hợp khuỷu trục chịu lực Zmax 59

3.3.2 Tính sức bền bánh đà 63

Tài liệu tham khảo 64

Đồ án thiết kế động cơ đốt trong

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN XÂY DỰNG BẢN VẼ ĐỒ THỊ

1.1.CÁC THÔNG SỐ TÍNH

Các thông số cho trước

Hệ thống làm mát Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng

Hệ thống phân phối khí 16 valve, DOHC

-Các thông số cần tính toán

Xác định tốc độ trung bình của động cơ:

Trong đó:

S (m) : Hành trình dịch chuyển của piston trong xilanh

N (vòng/phút) : Tốc độ quay của động cơ

Do Cm > 9 m/s nên động cơ là động cơ tốc độ cao hay động cơ cao tốc.Chọn trước: n1 = 1,35

n2 = 1,25+ Áp suất khí cuối kỳ nạp:

Chọn áp suất đường nạp (tăng áp tuabin khí): pk = 0,15[MN/ m2]

p0 =0.1 [MN/m2]

Đối với động cơ bốn kỳ tăng áp ta chọn: pa = (0,9 - 0,96)pk

Vậy chọn: pa = 0,96pk = 0,144[MN/m2] + Áp suất cuối kì nén:

pc= pa.εn1 = 0,144*17.71,35 = 6,968 [MN/m2]

+ Chọn tỷ số giãn nở sớm(động cơ diesel): ρ = 1,5

+ Áp suất cuối quá trình giãn nở sớm:

+ Áp suất khí sót (động cơ cao tốc) chọn:

Áp suất trước tuabin: pth = 0,97pk = 0,97.0,15 = 0,1425[MN/m2]

Đồ án thiết kế động cơ đốt trong

Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vh thành  khoảng , khi đó i = 1, 2 , 3, 

c Xây dựng đường giãn nở

Gọi Pgnx , Vgnx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình giãn nở của độngcơ.Vì quá trình giãn nở là quá trình đa biến nên ta có:

V P V

P P

i





Để dể vẽ ta tiến hành chia Vh thành  khoảng , khi đó i = 1, 2 , 3, 

d Biểu diễn các thông số

- Biểu diễn thể tích buồng cháy: Chọn Vcbd = 10 [mm]

 [dm3/mm]

0.037

0.0037 10

p

[MN/(m2.mm)]

Về giá trị biểu diễn ta có đường kính của vòng tròn Brick AB bằng giá trị biểu diễn Vh, nghĩa là giá trị biểu diễn cửa AB = Vhbd

 =0.559 [mm/mm]

+ Giá trị biểu diễn của oo’: [mm]

Bảng 1.1: Bảng giá trị Đồ thị công động cơ diesel

Đồ án thiết kế động cơ đốt trong

Hình 1.1: Các điểm đặc biệt cần xác định trên đồ thị công động cơ diesel

+ Từ bảng giá trị ta tiến hành vẽ đường nén và đường giản nở

+ Vẽ vòng tròn của độ thị Brick để xác định các điểm đặc biệt:

 Điểm bắt đầu quá trình nạp : r(Vc;Pr) => r(0,0372;0,157)

 Điểm mở sớm của xu páp nạp : r’ xác định từ Brick ứng với α1

 Điểm đóng muộn của xupáp thải : r’’ xác định từ Brickứng với α4

 Điểm đóng muộn của xupáp nạp : a’ xác định từ Brick ứngvới α2

 Điểm mở sớm của xupáp thải : b’ xác định từ Brick ứng với α3

 Điểm y (Vc, Pz) => y(0,0372; 10,2)

 Điểm áp suất cực đại lý thuyết: z (Vc, Pz) => z(0,0558; 10,2)

 Điểm áp suất cực đại thực tế: z’’(/2Vc, Pz) => z’’(20,16; 10,2)

 Điểm c’’ : cc” = 1/3cy = 1/3(py-pc) = 1/3( 10,2 –6,968) = 1,08

 Điểm b’’ : bb’’=1/2baBảng 1.2:Các điểm đặc biệt

Đồ án thiết kế động cơ đốt trong

176,9 2,9 9,1 1,96+ Sau khi có các điểm đặc biệt tiến hành vẽ đường thải và đường nạp , tiến hành hiệu chỉnh bo tròn ở hai điểm z’’ và b’’.

Đồ án thiết kế động cơ đốt trong

- Muốn xác định chuyển vị của piston ứng với góc quay trục khuỷu là α

=10o, 20o, 30o, ta làm như sau: từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm

má khuỷu OB Hạ MC vuông góc với AD Điểm A ứng với góc quay =00(vịtrí điểm chết trên) và điểm D ứng với khi =1800 (vị trí điểm chết dưới).TheoBrick đoạn AC = x.

- Vẽ hệ trục vuông góc OS, trục O biểu diễn giá trị góc còn trục OS biễu diễn khoảng dịch chuyển của Piston Tùy theo các góc  ta vẽ được tương ứng khoảng dịch chuyển của piston Từ các điểm trên vòng chia Brich ta kẻ cácđường thẳng song song với trục O Và từ các điểm chia (có góc tương ứng) trên trục O ta vẽ các đường song song với OS Các đường này sẽ cắt nhau tại các điểm Nối các điểm này lại ta được đường cong biểu diễn độ dịch chuyển x của piston

Đồ án thiết kế động cơ đốt trong

18104,8873

83, 48 216,87

bd

v

R R

2263

10, 435 216,87

bd

v

R R

tròn bán kính R2 sẽ là 2, 18 điểm trên nửa vòng tròn bán kính R1 mỗi điểmcách nhau 10 và trên vòng tròn bán kính R2 mỗi điểm cách nhau là 20

- Trên nửa vòng tròn R1 ta đánh số thứ tự từ 0, 1, 2, , 18 theo chiều ngượckim đồng hồ, còn trên vòng tròn bán kính R2 ta đánh số 0’,1’,2’, , 18’ theochiều kim đồng hồ, cả hai đều xuất phát từ tia OA

- Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn bán kính R1, ta dóng các đường thẳngvuông góc với đường kính AB, và từ các điểm chia trên vòng tròn bán kính R2

ta kẻ các đường thẳng song song với AB Các đường kẻ này sẽ cắt nhau tươngứng theo từng cặp 0-0’;1-1’; ;18-18’ tại các điểm lần lượt là 0, a, b, c, , 18.Nối các điểm này lại bằng một đường cong và cùng với nửa vòng tròn bán kính

R1 biểu diễn trị số vận tốc v bằng các đoạn 0, a,2b,3c, , 0 ứng với các góc

0, 1,2, 3 18 Phần giới hạn của đường cong này và nửa vòng tròn lớn gọi làgiới hạn vận tốc của piston

- Vẽ hệ toạ độ vuông góc OvS trùng với hệ toạ độ OS , trục thẳng đứng

Ov trùng với trục O Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, ta kẻ các đường

thẳng song song với trục Ov cắt trục Os tại các điểm 0, 1, 2, 3, , 18 Từ các

điểm này, ta đặt các đoạn thẳng 00, 1a, 2b, 3c, , 1818 song song với trục Ov

và có khoảng cách bằng khoảng cách các đoạn 0, a,2b,3c, , 0 Nối các điểm

0, a ,b c, , 18 lại với nhau ta có đường cong biểu diễn vận tốc của pistonv=f(S)

1.4.2.Đồ thị vận tốc V(α)

Đồ án thiết kế động cơ đốt trong

Hình 1.4: Giải vận tốc bằng đồ thị

Hình 1.5: Đồ thị vận tốc V = f(α)

- Vẽ hệ toạ độ vuông góc v - s trùng với hệ toạ độ trục thẳng đứng 0v

trùng với trục 0Từ các điểm chia trên đồ thị Brích, ta kẻ các đường

thẳng song song với trục 0v và cắt trục 0s tại các điểm 0,1,2,3, ,18, từ các

điểm này ta đặt các đoạn thẳng 00’’, 11’’, 22’’, 33’’, ,1818’’ song song

với trục 0v có khoảng cách bằng khoảng cách các đoạn tương ứng nằm

giữa đường cong với nữa đường tròn bán kính r1 mà nó biểu diển tốc độ ở các góc  tương ứng Nối các điểm 0’’,1’’,2’’, ,18’’ lại với nhau ta có đường cong biểu diễn vận tốc piston v=f(s).

1.5.ĐỒ THỊ GIA TỐC

1.5.1.Phương pháp

Để giải gia tốc j của piston, người ta thường dùng phương pháp

đồ thị Tôlê vì phương pháp này đơn giản và có độ chính xác cao.Cáchtiến hành cụ thể như sau:

Lấy đoạn thẳng AB = S = 2R Từ A dựng đoạn thẳng AC = Jmax =R2(1+) Từ B dựng đoạn thẳng BD = Jmin = -R2(1-) , nối CD cắt

AB tại E

Lấy EF = -3R2 Nối CF và DF Phân đoạn CF và DF thànhnhững đoạn nhỏ bằng nhau ghi các số 1 , 2 , 3 , 4 ,  và 1’ , 2’ , 3’ ,4’ , (hình 1.6).

Nối 11’ , 22’ , 33’ , 44’ ,  Đường bao của các đoạn thẳng nàybiểu thị quan hệ của hàm số : j = f(x)

J  Rω (1 λ)� �    46, 75 10 � � -3 387, 27 (1 0,25) - 5258,6 2 �   [m/s2]

- Chọn tỷ lệ xích:

max J

Đồ án thiết kế động cơ đốt trong

4, F; trên đoạn FD: F, 1’, 2’, 3’,4’,D Nối các điểm chia 11',22',33', Đường bao của các đoạn này là đường cong biểu diễn gia tốc của piston: J = f(x)

m’ = mpt +m1 [kg]

Trong đó:

+ mpt: Khối lượng nhóm piston Theo đề ta có mpt = 0,9 [kg]

+ m1: Khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu nhỏ thanh truyền Được chọn tùy theo loại động cơ ôtô máy kéo hay tàu thủy, tĩnh tại Vì động cơ đang thiết kế có các thông số phù hợp với động cơ ôtô máy kéo nên ta chọn m1 trong khoảng

- Để có thể dùng phương pháp cộng đồ thị -Pj với đồ thị công thì -Pj phải có cùng thứ nguyên và tỷ lệ xích với đồ thị công, thay vì vẽ giá trị thực của nó ta

vẽ -Pj= f(x) ứng với một đơn vị diện tích đỉnh Piston

Đồ thị PJ này vẽ chung với đồ thị công P-V

Cách vẽ tiến hành tương tự như cách vẽ đồ thị J - S, với:



[mm]

Đồ án thiết kế động cơ đốt trong

z

z'' y

a' b'

p = f(V)

b'' a b

o o'

1

235,8

1.7.ĐỒ THỊ KHAI TRIỂN: P KT , P J , P 1 – α

1.7.1.Vẽ P kt – α

- Vẽ hệ trục toạ độ vuông góc OP, trục hoành O nằm ngang với trục po

- Trên trục O ta chia 10o một, ứng với tỷ lệ xích  = 2 [o/mm]

- Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị công như ta đã vẽ ở trên, ta tiến hành khai triểnnhư sau:

+ Từ các điểm chia trên đồ thi Brick, dóng các đường thẳng song song với

OP và cắt đồ thị công tại các điểm trên các đường biểu diễn các quá trình nạp, nén, cháy - giãn nở và thải Qua các giao điểm này ta kẻ các đường ngang song song với trục hoành sang hệ trục toạ độ OP

+Từ các điểm chia trên trục O, kẻ các đường song song với trục OP, những đường này cắt các đường dóng ngang tại các điểm ứng với các góc chia của đồ thị Brick và phù hợp với quá trình làm việc của động cơ Nối các giao điểm nàylại ta có đường cong khai triển đồ thị Pkt -  với tỷ lệ xích :

Đồ án thiết kế động cơ đốt trong GVHD:TS.Phùng Xuân Thọ

1.7.4.Đồ thị khải triển P kt , P j , P 1 – α

Bảng 1.5.Giá trị đồ thị khai triển Pkt ,Pj

,P1 - αGiá trị đo (mm) Giá trị vẽ (mm) Giá trị thật (MN/m2)

Giá trị đo (mm) Giá trị vẽ (mm) Giá trị thật (MN/m2)

Đồ án thiết kế động cơ đốt trong GVHD:TS.Phùng Xuân Thọ

Hình 1.8: Đồ thị khải triển Pkt, Pj, P1 – α

1.8 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ T, Z, N – α

1.8.1.Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu trục khủy thanh truyền

góc với đường tâm xylanh:

N = P1.tgβ [MN/m2]

- P1 được xác định trên đồ thị khai triển tương ứng với các giá trị của 

- Ta có giá trị của góc :

sinβ = .sinα  = arcsin(sin)

SVTH: Lê Hải Dương – Lớp: 13C4A 23

Pkh

N

P1 Ptt

l Pk

T Ptt

P1 Ptt N

Z

Ptt O







- Ta lập bảng xác định các giá trị N, T, Z Sau đó, ta tiến hành vẽ đồ thị N, T, Z

theo  trên hệ trục toạ độ vuông góc chung (N, T, Z - )

Đồ án thiết kế động cơ đốt trong GVHD:TS.Phùng Xuân Thọ

i



-Khi trục khuỷu của xylanh thứ 1 nằm ở vị trí thì:

-Khuỷu trục của xylanh thứ 2 nằm ở vị trí  2 1800.

0

540

 

Đồ án thiết kế động cơ đốt trong GVHD:TS.Phùng Xuân Thọ

-Tính mômen tổng T = T1 + T2 + T3 + T4

Dựa vào bảng tính T ở trên, tra các giá trị tương ứng mà Ti đã tịnh tiến theo α

Sau đó, cộng tất cả các giá trị Ti lại ta có các giá trị của T

Bảng 1.7.Thứ tự làm việc của động cơ :

-Tính giá trị của T tb bằng công thức:

i tb

P

30 NT

NNη

Đồ án thiết kế động cơ đốt trong GVHD:TS.Phùng Xuân Thọ

Hình 1.11 Đồ thị ∑T-α

1.10.ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN CHỐT KHUỶU

- Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác

dụng lên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu Từ đồ thị này ta có thể tìm trị

số trung bình của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu cũng như có thể dễ dàng tìm

được lực lớn nhất và lực bé nhất Dùng đồ thị phụ tải ta có thể xác định khu

vực chịu lực ít nhất để xác định vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn và để xác định phụ

tải khi tính sức bền ở trục

- Vẽ hệ toạ độ T - Z gốc toạ độ O’ trục O’Z có chiều dương hướng xuống dưới

- Chọn tỉ lệ xích :T = Z = p = 0,051 [MN/(m2.mm)]

- Đặt giá trị của các cặp (T,Z) theo các góc  tương ứng lên hệ trục toạ

độ T - Z Ứng với mỗi cặp giá trị (T,Z) ta có một điểm, đánh dấu các điểm từ

0  72 ứng với các góc  từ 00 7200 Nối các điểm lại ta có đường cong biểu

diễn véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

- Dịch chuyển gốc toạ độ Trên trục 0’Z (theo chiều dương) ta lấy điểm

0 với (lực quán tính ly tâm)

+ Lực quán tính ly tâm :

o

2 2 R

P

m R.ωP

F



[MN/m2]+ m2: khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu to

m2 = 0,7mtt = 0,84 [kg]

SVTH: Lê Hải Dương – Lớp: 13C4A 29

 o

2 6 R

- Đặt lực về phía dưới tâm O’, ta có tâm O, đây là tâm chốt khuỷu

Hình 1.12.Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

Đồ án thiết kế động cơ đốt trong GVHD:TS.Phùng Xuân Thọ

Tiến hành đo các khoảng cách từ tâm O đến các điểm ai (Ti, Zi) trên đồ thị

phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, ta nhận được các giá trị Qi tương ứng Sau đó

Đồ án thiết kế động cơ đốt trong GVHD:TS.Phùng Xuân Thọ

1.12.ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN ĐẦU TO THANH TRUYỀN

+ Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền được xây dựngbằng cách :

- Đem tờ giấy bóng đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt khuỷusao cho tâm O trùng với tâm O của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Lần lượt

xoay tờ giấy bóng cho các điểm 00 , 100 , 200 , 300,  trùng với trục +Z

Đồ án thiết kế động cơ đốt trong GVHD:TS.Phùng Xuân Thọ

của các véc tơ , ,,, của đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu trên tờ

Đồ án thiết kế động cơ đốt trong GVHD:TS.Phùng Xuân Thọ

Hình 1.14.Đồ thị phụ tải tác dụng lên đâu to thanh truyền

1.13.ĐỒ THỊ MÀI MÒN CHỐT KHUỶU

- Đồ thị mài mòn của chốt khuỷu (hoặc cổ trục khuỷu ) thể hiện trạng

thái chịu tải của các điểm trên bề mặt trục Đồ thị này cũng thể hiện trạng thái

hao mòn lý thuyết của trục, đồng thời chỉ rõ khu vực chịu tải ít để khoan lỗ dầu

theo đúng nguyên tắc đảm bảo đưa dầu nhờn vào ổ trượt ở vị trí có khe hở giữa

trục và bạc lót của ổ lớn

nhất Áp suất bé làm cho dầu nhờn lưu động dễ dàng

- Sở dĩ gọi là mài mòn lý thuyết vì khi vẽ ta dùng các giả thuyết sau đây:

+ Phụ tải tác dụng lên chốt là phụ tải ổn định ứng với công suất Ne

và tốc độ n định mức;

+ Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 1200; + Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải;

+ Không xét đến các điều kiện về công nghệ, sử dụng và lắp ghép

SVTH: Lê Hải Dương – Lớp: 13C4A 37

- Các bước tiến hành vẽ như sau:

+ Trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta vẽ vòng tâm O,bán kính bất kì Chia vòng tròn này thành 24 phần bằng nhau, tức là chia theo

15o theo chiều ngược chiều kim đồng hồ, bắt đầu tại điểm 0 là giao điểm của

vòng tròn O với trục OZ (theo chiều dương), tiếp tục đánh số thứ tự 1, 2, , 23

+ i : Tại mọi điểm chia bất kì thứ i

+ 0, 1, , n: Số điểm giao nhau của tia chia với đồ thị phụ tải tại

1 điểm chia

- Lập bảng ghi kết quả Q’i

- Tính Qitheo các dòng:

- Chọn tỉ lệ xích:

- Vẽ vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho chốt khuỷu, chia vòng tròn thành

24 phần bằng nhau đồng thời đánh số thứ tự 0, 1, , 23 theo chiều ngược

chiều kim đồng hồ

- Vẽ các tia ứng với số lần chia

- Lần lượt đặt các giá trị Q0, Q1, Q2, …, Q23 lên các tia tương ứng

theo chiều từ ngoài vào tâm vòng tròn Nối các đầu mút lại ta có dạng đồ thị

mài mòn chốt khuỷu

- Các hợp lực Q0, Q1, Q2, …, Q23 được tính theo bảng sau :