đồ án kết cấu tính toán

đồ án kết cấu tính toán oto, đồ án kết cấu tính toán đồ án kết cấu tính toán đồ án kết cấu tính toán đồ án kết cấu tính toán đồ án kết cấu tính toán đồ án kết cấu tính toán đồ án kết cấu tính toán đồ án kết cấu tính toán đồ án kết cấu tính toán đồ án kết cấu tính toán

ĐH: CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Lớp:

- Tên động cơ: TOYOTA 2Y trên xe TOYOTA

- Thứ tự công tác: 1-3-4-2. Nhiên liệu: xăng 4 kỳ

8 Số vòng quay ứng với công suất cực đại (n) 5500 vg/ph

15 Khối lượng nhóm thanh truyền (mtt) 0,7 Kg

17 Suất tiêu hao nhiên liệu (ge) 165.05 g/KWh

1 Tính toán chu trình công tác của động cơ

2 Vẽ đồ thị công chỉ thị

3 Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ

4 Tính động học và động lực học cơ cấu khủy trục thanh truyền

III. BẢN VẼ: 01 bản vẽ A0 gồm: Đồ thị công chỉ thị; Đồ thị lực khí thể;

Lực quán tính và tổng lực; Đồ thị lực tiếp tuyến và pháp tuyến; Đồ thị đặc tính

ngoài của động cơ; Đồ thị véc tơ phụ tải cổ khủy; đồ thị mài mòn; Đồ thị T Σ

Ngày hoàn thành : 16/12/2020 Giáo viên hướng dẫn

MỤC LỤC PHẦN I: TÍNH TOÁN NHIỆT CHU TRÌNH CÔNG TÁC ĐỘNG CƠ

1.1 Mục đích tính toán

1.2 Chọn các số liệu ban đầu

1.2.1 Các thông số cho trước

1.2.2 Các thông số chọn

1.3 Tính toán các quá trình công tác

1.3.1 Tính toán quá trình trao đổi khí

1.3.2 Tính toán cuối quá trình nén

1.3.3 Tính toán quá trình cháy

1.3.4 Tính toán quá trình dãn nở

1.3.5 Kiểm tra kết quả tính toán

1.3.6 Xác định các thông số đánh giá chu trình công tác, sự làm việc của

4.2 Quy dẫn khối lượng chuyển động

4.3 Lực quán và tổng lực, lực tiếp tuyến và pháp tuyến

4.4 Đồ véc tơ phụ tải tác dụng lên bề mặt cổ khủy

4.5 Đồ thị mài mòn cổ khuỷu

4.6 Đồ thị tổng lực tiếp tuyến

LỜI NÓI ĐẦU

Động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, là nguồng độnglực cho các phương tiện vận tải như ô tô, máy kéo, xe máy, tàu thủy, máy bay và cácmáy công tác như máy phát điện, máy bơm nước,… Mặt khác động cơ đốt trong đặcbiệt là động cơ ô tô là nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm môi trường nhất là ở thànhphố

Do tính phổ biến của động cơ 4 kỳ nên đã từ lâu hầu hết các sinh viên ngành kĩthuật cơ khí, ô tô đã được học môn lý thuyết động cơ đốt trong Môn học này trang bịcho sinh viên những kiến thức cơ bản về kết cấu và nguyên lý làm việc của động cơđốt trong

Động cơ đốt trong từ khi ra đời đã không ngừng phát triển và ngày càng hoànthiện về kết cấu, vật liệu và công nghệ gia công chế tạo Tuy nhiên đối với nước ta dodiều kiện kinh tế còn hạng chế khó khăn, công nghệ chế tạo máy nói chung và ô tônói riêng chưa phát triển nên hầu hết các loại ô tô xe máy trong nước hiện nay đềunhập từ các nước và của Liên Xô cũ là nơi có khí hậu, độ ẩm, địa hình và điều kiệnphức tạp Do vậy một số thông số của động cơ hoạt động ở Việt Nam thay dổi đáng

kể Trong điều kiện đó việc tìm hiểu tính toán kiểm nghiệm động cơ của từng loại xetừng loại động cơ công tác khác nhau đặc biệt quan trọng đối với sinh viên ngànhcông nghệ kỹ thuật ô tô

Quá trình tính toán kiểm nghiệm động cơ được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầycùng sự giúp đỡ của các thầy trong khoa đã giúp em hoàn thiện bài tập thầy giao Docòn hạn chế về mặt kiến thức kinh nghiệm còn ít nên trong quá trình bày thực hiệnnhiệm vụ không thể tránh khỏi còn sai sót Nên kính mong được sự đóng góp ý kiến,giúp đở của các thầy để em hoàn thành tốt bài tập này

Em xin cám ơn!

PHẦN I TÍNH TOÁN NHIỆT CHU TRÌNH CÔNG TÁC DỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Mục đích tính toán.

Mục đích của việc tính toán chu trình công tác là xác định chỉ tiêu về kinh tế,hiệu quả của chu trình công tác và sự làm việc của động cơ

Kết quả tính toán cho phép xây dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình để làm

cơ sở cho tính toán động lực học, tính toán sức bền và sự mài mòn của các chi tiếtđộng cơ

Phương pháp chung của việc tính toán chu trình công tác có thể áp dụng đểkiểm nghiệm động cơ sẵn có, động cơ được cải tiến hoặc thiết kế mới

Việc tính toán kiểm nghiệm động cơ có sẵn cho ta các thông số để kiểm tratính kinh tế và hiệu quả của động cơ khi môi trường sử dụng hoặc chủng loạinhiên liệu bị thay đổi Tính toán chu trình công tác của động cơ có nhiều chế độ ởđây ta chọn tính toán chu trình công tác của động cơ ở chế độ momen xoắn lớnnhất Đối với trường hợp này ta phải lựa chọn vào kết cấu cụ thể của động cơ vàmôi trường thực tế để chọn các số liệu ban đầu

Đối với động cơ cải tiến hoặc thiết kế mới kết quả tính toán cho phép xác định

số lượng và kích thước của xylanh đông cơ cũng như mức độ ảnh hưởng của sựthay đổi về mặt kết cấu để quyết định phương pháp hoàn thiện các cơ cấu và hệthống của động cơ cơ theo hướng có lợi Khi đó, phải dựa vào kết quả của việcphân tích thực nghiệm đối với các động cơ có kết cấu tương tự để chọn các sốliệu ban đầu

Việc tính toán chu trình công tác còn được áp dụng khi cường hóa động cơ vàxây dựng đặc tính tốc độ bằng phương pháp phân tích lý thuyết nếu các chế độtốc độ khác nhau được khỏa sát

1.2 Chọn các số liệu ban đầu

1.2.1 Các thông số cho trước

1 Công suất có ích lớn nhất:

Nemax = 85 (Kw)Tại số vòng quay trong 1 phút của trục khủy:

7 Tốc độ trung bình của piston được tính theo công thức:

1 Hệ số dư lượng không khí α: α = 1,1

- Là tỷ số giữa lượng không khí thực tế vào xylanh L1 và lượng khôngkhí lý thuyết L0 cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 Kg nhiêu liệu

- Giá trị của α được tùy chọn vào nhiều yếu tố như kiểu động cơ, phươngpháp tạo hỗn hợp, chế độ sử dụng Với động cơ xăng ở chế độ momen xoắnlớn nhất (không có bộ làm đậm) thường α = 1,0 ÷ 1,1

2 Nhiệt độ môi trường T0: T0 = 2970K

- Nhiệt độ môi trường cũng có ảnh hưởng đến quá trình trao đổi khí,nhiệt độ càn cao thì không khí càng loãng Giá trị trung bình nhiệt độ T0 ởnước ta theo thống kê của nhà khí tượng là 240C tức T0 = 2970K

3 Áp suất của môi trườn P0: P0 = 0,103 MN

- Hệ số nạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: phụ tải và tốc độ của động

cơ, độ sấy nóng của khí nạp mới, hệ số khí sót, nhiệt độ khí sót,…

-Động cơ xăng sử dụng xupap treo (ηv) = 0,75 ÷0,82

5 Áp suất khí thể cuối quá trình thải cưởng bức (áp suất khí sót) Pr:

6 Nhiệt độ cuối quá trình thải (nhiệt độ khí sót) Tr: Tr = 1070 0K

-Tr phụ thuộc vào tỷ số nén, tốc độ động cơ, thành phần khí hỗn hợp α,góc đánh lữa sớm Động cơ xăng có (Tr) = 900 – 1100 (oK)

7 Độ sấy nóng khí nạp ΔT: ΔT = 10 T: ΔT: ΔT = 10 T = 10 0K

-Giá trị ΔT: ΔT = 10 T phụ thuộc vào kết cấu thiết bị sấy nóng, kết cấu và cách bốtrí của đường nạp, đường thải số vòng quay động cơ n, hệ số dư lượngkhông khí α Trong các yếu tố thì tốc độ quay và cách bố trí đường nạp thải

có ảnh hưởng tới thời gian tiếp xúc giửa khí nạp với thành ống củng nhưđiều kiện truyền nhiệt

-Động cơ xăng: 10 ÷ 30 (oK)

8 Chỉ số nén đa biến trung bình n1: n1 = 1,34

- Phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tốc độ quay, kích thước xylanh, kiểu làmmát (động cơ làm mát càn tốt thì n1 càn nhỏ), mức độ cường hóa động cơ[ηn1] = 1,34 ÷ 1,37

9 Chỉ số giản nở đa biến trung bình n2: n2 = 1,23

- Giá trị này phụ thuộc vào đặc điểm cấp nhiệt cho sản vật cháy trênđường giản nở, đặc điểm ấy lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác

- Khi số vòng quay của động cơ cao thì tổn thất nhiệt do truyền nhiệt chomôi chất làm mát và lọt khí giảm, cháy rớt kéo dài nên khí thể được cấpthêm nhiệt Tất cả các yếu tố đều làm giảm n2 nên ta phải chọn n2 về phíagiới hạn dưới Khi tăng đường kính xylanh và giữ nguyên giá trị D S hoặcgiảm D S và giử nguyên thể tích công tác Vh đều làm giảm tổn thất nhiệt nên

Kgnl

12 Hệ số kết cấu : λ = R l

tt = 13340 = 0,30 ≈ 3

10

1.3 Tính toán quá trình trao đổi khí

1.3.1 Tính toán quá trình trao đổi khí.

a) Mục đích :

Việc tính toán quá trình trao đổi khí là xác định thông số chủ yếu cuối quátrình nạp ( ở điểm a) như áp suất pa và nhiệt độ Ta

a) Mục đích:

Việc tính toán quá trình cháy là xác định các thông số cuối quá trình cháynhư áp suất pz và nhiệt độ Tz

b) Thứ tự tính toán:

Việc tính toán được chia làm 2 giai đoạn:

 Tính toán tương quan nhiệt hóa:

- Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 Kg nhiên liệu thể lỏng:

M0 = 0.211 ¿ ) =0.211 ¿ ) = 0,5119 [ηKmol Kgnl ¿

Trong đó:

gc, gh, g0 là thành phần nguyên tố tính theo khối lượng cacbon, hydro vàoxy tương ứng trong 1 kg nhiêu liệu Trị số thành phần ấy đối với nhiên liệudiesel có thể lấy gần đúng các trị số sau: gc = 0,855 gh = 0,145 g0 = 0

- Lượng không khí thực tế nạp vào xylanh động cơ ứng với 1 kg nhiên liệu

 Tính toán tương quan nhiệt động

- Do α ≥ 1, nên tổn thất nhiệt do cháy nhiên liệu không hoàn toàn

pz = λp.Pc = 4,0975 1.4624 = 5,9921MPa

1.3.4 Tính toán quá trình dãn nở

a) Mục đích :

Mục đích việc tính toán quá trình dãn nở là xác định các giá trị áp suất pb

và nhiệt độ Tb ở cuối quá trình giản nở

 Công thức kinh nghiệm tính T’r dùng kiểm tra

= 1055,7 0K

 Sai số

ΔT: ΔT = 10 Tr = |T r '−T r

T r |.100% = |1055,7−10701070 |.100 = 1,341 %-So sánh giá trị của ∆Tr đã chọn và giá trị của ∆Tr tính toán, ta thấy sai sốnhỏ hơn 3%, do đó quá trình chọn thông số như trên là hợp lý

1.3.6 Xác định các thông số đánh giá chu trình công tác, sự làm việc của động

cơ :

1.3.6.1 Các thông số chỉ thị

Đó là những thông số đặc trưng cho chu trình công tác của động cơ Khixác định các thông số chỉ thị, ta chưa kể đến các dạng tổn thất về công mà chỉxét các tổn thất về nhiệt

a) Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết p’1:

 Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết p’1:

 Hệ số điền đầy đồ thị công :

φ đ=0,9÷0,96 ta chọn 0,96Đối với động cơ 4 kỳ:

pi = p’i.φđ = 0,813 0,96 = 0,7805 (MN/m2)Trong đó φđ là hệ số điền đầy đồ thị công Giá trị của φđ phụ thuộc vàonhiều yếu tố khác nhau như góc đánh lửa sớm hoặc góc phun sớm nhiên liệu,thành phần hỗn hợp, tốc độ quay, góc mở xupap , v,v

Trong đó φ đ=0,93÷0,96 đối với động cơ diesel 4 kỳ

c) Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị:

Áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ là áp suất gải định, không đổi, tácđộng lên pít tông trong một hành trình và gây ra cộng tổn hao của trao đổi khí,dẫn động các cơ cấu phụ, tổn hao ma sát trên bề mặt công tác

Thứ tự các thông số có ích:

a) Áp suất hao cơ khí trung bình pcơ

Được xác định bằng các công thức kinh nghiệm theo vận tốc trung bình củapít tông Cm (m/s) và các thông số khác của động cơ

Me = 3.104N e

π n =3.104.50,905

k) Sai số

ΔT: ΔT = 10 Nedm =|N edm−N e

N edm |.100% = |85−50,90585 |.100 = 40,112 % Kết luận : với kết quả tính toán thì sai số giá trị Medm cho trước Medm tính toán lớnhơn 5%, như vậy các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật tương đương với nhà thiết kế nên động

cơ không có thể làm việc phù hợp ở điều kiện của Việt Nam

PHẦN II DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG CỦA CHU TRÌNH CÔNG TÁC ĐỘNG CƠ

2.1 Khái quát:

Đồ thị công chỉ thị: là đồ thị biểu diễn các quá trình của chu trình công tác xảy

ra trong xy lanh động cơ trên hệ tọa độ p –V Việc dựng đồ thị làm 2 bước: dựng đồthị công chỉ thị lý thuyết và hiệu chỉnh đồ thị đó để được đồ thị công chỉ thị thực tế

Đồ thị công chỉ thị lý thuyết: được dựng theo kết quả tính toán chu trình côngtác khi chwua xét các yếu tố ảnh hưởng của một số quá trính làm việc thực tế trongđộng cơ

Đồ thị chỉ thị thực tế: là đồ thị đã kể đến các yếu tố ảnh hưởng khác nhau nhưgóc đáng lửa sớm, góc mở sớm và góc đóng muộn các xu páp cũng như sự thay đổithể tích khí cháy

2.2 Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết

Ở đồ thị chỉ thị lý thuyết, ta thấy chu trình thực tế bằng chu trình thực tế bằngkhí chu trình kín a-c-z-b-a, ở động cơ xăng điểm y trùng với điểm z Trong đó quátrình cháy nhiên liệu được thay bằng quá trình cấp nhiệt đẳng tích cz, quá trình traođổi khí được thay bằng quá trình rút nhiệt đẳng tích b-a

 Thứ tự tiến hành dựng đồ thị như sau:

 Thể tích buồn được đánh theo công thức:

 Dựng các đường nén đa biến ac và dãn nở biến zb Để dựng các đường

ấy, ta có thể dùng các phương pháp lập bảng Dựa vào phương trình của quá trình giải nén và dãn nở đa biến

Với các quá trình nén đa biến: pnV n n 1= paV a n 1

Với các quá trình dãn nở đa biến: pdV d n 2= pbV d n 2

Trong đó: pn, pd, và Vd là các giá trị biến thiên của áp suất và thể tích trên đường nén và dãn nở Ta có thể đưa các phương trình trên về dạng:

pn = pa.e1n 1 và pd = pb.e2n 2

Trong đó : e1 = V a

V n và e2 = V a

V d là những tỉ số biến thiên (tỷ số nén tức thời)

Nếu chọn trước các giá trị e1, e2 (biến thiên trong giới giạn 1 ÷ ε), ta

có thể xác định các cặp giá trị (pn, V n¿và¿pd , V d) tương ứng Mỗi cặp giá trị ấy cho một điểm tương ứng trên đồ thị p – V Kết quả tính toán thống

kê cho bảng 1 Đưa kết quả tính toán được lên đồ thị và nối các điểm củacùng 1 quá trinh bằng 1 nét liền, ta được đồ thị cần dựng.

Kết quả tính toán như sau:

Các điểm trên đường nén đa biến a-c

2.3 Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết thành đồ thị công chỉ thị thực tế:

Để được đồ thị công chỉ thị thực tế: a’ – c’ – c’’ – z’ – b’ – b’’ – b – a’, tagạch bỏ các diện tích I, II, III, IV trong đồ thị lý thuyết

Diện tích I xuất hiện do đánh lửa sớm gây ra Khi đó một phần hỗn hợp bịcháy trước trên đường nén nên áp suất cuối quá trình nén thực tế pc’’ (ứng với điểm c’’) cao hơn áp suất cuối quá trình thuần tuý pc (ứng với điểm c) Điểm c’’ được xác định theo quan hệ:

áp suất lớn nhất pz’ nhỏ hơn giá trị pz ở chu trình lý thuyết.Giá trị pz’ được xác định trong khoảng sau:

pz’ = (0,85 ÷ 0,9).pz (MPa)

Diện tích III biểu diễn tổn hao của công dãn nở do xupap thải mở sớm Khi đó áp suất trong xilanh giảm nhanh và quá trình dãn nở diễn ra theo đường cong thực tế Thời điẻm bắt đầu mở xupap thải được chọn sao cho diện tích III không lớn mà vẫn đảm bảo sản phẩm cháy và tổn hao ít công cho quá trình thải chính Đối với động cơ được kiểm nghiệm, giá trị của góc mở xupap thải đã được cho trước và vị trí điểm b’ trên đường dãn nở được xác định theo vòng brích

Diện tích IV biểu diễn một phần của công tổn hao cho quá trình trao đổi khí Phần còn lại của công tổn hao cho quá trình trao đổi khí (giới hạn bởi diện tích a’ đã được kể đến khi xét hiệu suất cơ khí Do đó khi tính toán công của quátrình thực tế ta không xét Tuy nhiên, để tính toán được động lực học, ta vẫn phải dựng đường nạp r – a và thải b’’ – r Thứ tự dựng như sau:

Dựng điểm b’’ ở giữa đoạn thẳng a – b Từ a và r, kẻ đường song song vớitrục hoành Chọn b’’’ trên đường thải cưỡng bức sao cho đường không bị gấp khúc Dựng điểm r’ theo góc đóng muộn của xupap thải nhờ vòng tròn brích Vẽđường cong lượn từ r’ đến r và đường cong lượn đều qua các điểm b’, b’’, b’’’ sao cho các đường cong ấy không bị gãy khúc

Các hiệu chỉnh cơ bản của đường đặc tính ngoài:

 Góc đánh lửa sớm: 20 o trước ĐCT

 Quá trình thải: góc mở sớm 46 o, góc đóng muộn 23 o

+ Quá trình nạp: góc mở sớm 23 o, góc đóng muộn 46 o

PHẦN III XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH NGOÀI CỦA ĐỘNG CƠ 3.1 Khái quát

Đặc tính ngoài là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc các chỉ tiêu như công suất cóích Ne, mô men xoắn có ích Me, lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ Gnl và côngsuất tiêu hao nhiên liệu có ích ge và số vòng quay trục khuỷu n, khi bướm ga mở hoàntoàn

Đồ thị này được dùng để đánh giá sự thay đổi các chỉ tiêu chính của động cơkhi số vòng quay thay đổi và chọn số vòng quay một cách hợp lý khi khai thác

Đặc tính ngoài được bằng phương pháp thực nghiệm, công thức khinh nghiệm,hoặc bằng việc phân tích lý thuyết Ở đây giới thiệu phương pháp dựng công thứckinh nghiệm của khơ-lư-stop Lây –déc- man

3.2 Thứ tự dựng các đường đặc tính

Để dựng các đường đặc tính, ta chọn một số giá trị trung gian của số vòng quay

n giới hạn giữa nmin và nmax rồi tính các giá trị biến thiên tương ứng của Ne, Me, Gnl, ge

theo các biểu thức sau:

 Công suất có ích của động cơ: