thuyết minh đồ án động cơ đốt trong Duonghoa

Nhưng được sự quan tâm, nhiệt tình, động viên, hướng dẫn của Thầy Trần Văn Nam cùng với các thầy cô giáo bộ môn trong khoa nên chúng em đã cố gắng hết sức để hoànthành đồ án trong thời g

LỜI NÓI ĐẦU

Ô tô ngày càng được sử dụng rộng rãi ở nước ta như một phương tiện đi lại cá nhâncũng như vận chuyển hành khách, hàng hoá rất phổ biến Sự gia tăng nhanh chóng sốlượng ô tô trong xã hội, đặc biệt là các loại ô tô đời mới đang kéo theo nhu cầu đào tạorất lớn về nguồn nhân lực phục vụ trong ngành công nghiệp ô tô nhất là trong lĩnh vựcthiết kế

Sau khi học xong giáo trình “ động cơ đốt trong “ chúng em được tổ bộ môn giaonhiệm vụ làm đồ án môn học Vì bước đầu làm quên với công việc tính toán, thiết kế ô

tô nên không tránh khỏi những bỡ ngỡ vướng mắc trong quá trình làm đồ án Nhưng

được sự quan tâm, nhiệt tình, động viên, hướng dẫn của Thầy Trần Văn Nam cùng

với các thầy cô giáo bộ môn trong khoa nên chúng em đã cố gắng hết sức để hoànthành đồ án trong thời gian được giao

Qua đồ án này giúp sinh viên chúng em nắm được các lực tác dụng, công suất củađộng cơ… và điều kiện đảm bảo bền của vài nhóm chi tiết… ô tô, máy kéo Vì thế nórất thiết thực đối với sinh viên ngành công nghệ kĩ thuật ô tô

Tuy nhiên trong quá trình thực hiện dù đã cố gắng rất nhiều không tránh khỏi nhữngthiếu sót Vì vậy chúng em rất mong nhận được sự quan tâm đóng góp ý kiến của cácthầy và các bạn để em có thể hoàn thiện đồ án của mình tốt hơn và cũng qua đó rút rađược những kinh nghiệm quý giá cho bản thân nhằm phục vụ tốt hơn nhằm phục vụ tốtcho quá trình học tập và làm việc sau này

Em xin chân thành cảm ơn !

Đà Nẵng, ngày 21 tháng 12 năm2020

Sinh viên thực hiện

PHẦN 1 ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC

I Đồ thị công

1.1 Các thông số cho trước

Số xylanh/ Số kỳ/ Cách bố trí i/τ 6/4/In-line

Đường kính x Hành trình piston(mmxmm) DxS 125x123Công suất cực đại/Số vòng quay(KW/vg/ph) Ne/n 235/2128

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

1.2 Các thông số chọn

Áp suất môi trường: p0 = 0,1 [MN/ [1]

Áp suất khí nạp: pk = 0.17 [MN/ [1]

Chỉ số nén đa biến trung bình: n1 = 1,35 [2]

Chọn áp suất khí sót: Phụ thuộc vào loại động cơ

Tốc độ trung bình của động cơ: Cm = [1]

Trong đó: S [m] – hành trình dịch chuyển của piston trong xylanh

Để vẽ đồ thị công ta cần xác định các điểm trên đường nén và đường giãn nở.

1.3.1 Xây dựng đường nén

Theo [1] (127): Ta có phương trình đường cong nén đa biến:

p = const

Trong đó: p- áp suất biến thiên theo quá trình nén của động cơ

V- thể tích biến thiến theo quá trình nén của động cơ

Nếu gọi x là điểm bất kì trên đường nén thì: =

Suy ra = pc

Đặt i = , ta có =

1.3.2 Xây dựng đường giãn nỡ

Theo [1] (180): Ta có phương trình giãn nỡ đa biến:

p = const

Nếu gọi x là điểm bất kì trên đường giãn nở ta có: =

Mặt khác ta có: Vz = ρ.Vc, Đặt i =

Suy ra: = pz

Biểu diễn thông số:

Biểu diễn thể tích buồng cháy: = 13 [mm]

Do đó, ta có: = = =0,0076

Suy ra Vhbd = = = 198,9

Biểu diễn áp suất cực đại: pzbd = 200 [mm]

Do đó,ta có: = = = 0,046

1.3.3 Lập bảng xác định các điểm trên đường nén và đường giãn nở

Cho i tăng từ 1đến ε ta lập được bảng các điểm trên đường nén và đường giãn nở

Bảng 1-1: Bảng giá trị đồ thị công của động cơ diesel Đường nén Đường giãn nở

Vẽ vòng tròn của đồ thị Brich để xác định các điểm đặc biệt:

Điểm phun sớm: c’ xác định từ đồ thị Brich ứng với góc = 15

Điểm mở sớm xupap nạp: r’ xác định từ đồ thị Brich ứng với góc = 15

Điểm đóng muộn xupap thải: r’’ xác định từ đồ thị Brich ứng với =11

Điểm đóng muộn xupap nạp: a’ xác định từ đồ thị Brich ứng với = 28

Điểm mở sớm xupap thải: b’ xác định từ đồ thị Brich ứng với = 54

Điều chỉnh đồ thị công:

Hình 1-1: Đồ thị công động cơ p = f(V)

II Đồ thị động học và động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

Động cơ kiểu piston thường có vận tốc lớn nên việc nghiên cứu, tính toán động học,động lực học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là cần thiết để tìm quy luật vận độngcủa chúng ta và để xác định lực quán tính tác dụng lên các chi tiết trong cơ cấu trụckhuỷu thanh truyền nhằm mục đích tính toán cân bằng, tính toán bền các chi tiết vàtính toán hao mòn của động cơ

Trong động cơ đốt trong kiểu piston, cơ cấu trục khuỷu thanh truyền có hai loại: loạigiao tâm và loại lệch tâm

Ta xét trường hợp cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm

2.1 Động học cơ cấu giao tâm:

Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm là cơ cấu mà đường tâm xylah trực giao vớiđường tâm trục khuỷu tại một điểm

Hình 2-1: Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm

O – giao điểm của đường tâm xylanh và đường tâm trục khuỷu

B – Giao điểm của đường tâm thanh truyền và đường tâm chốt khuỷu

A – Giao điểm của đường tâm xylah và đường tâm chốt piston

R – Bán kính tay quay (m)

l – Chiều dài thanh truyền (m)

S – Hành trình piston (m)

x – Độ dịch chuyển của piston tính từ ĐCT ứng với góc quay trục khuỷu (m)

2.1.1 Xác định độ dịch chuyển x của piston bằng phương pháp đồ thị Brich

Theo [3] (7) chuyển vị x của piston được tính theo công thức:

x = R[(1-cos )+ (1-cos2 )]

Phương pháp đồ thị Brich tiến hành như sau:

Từ các điểm chia trên nữa vòng tròn Brich, ta kẻ các đường thẳng song song với trục

O và từ các điểm chia (có góc tương ứng ) trên trục O , ta kẻ các đường thẳng nằm ngang song song với OS Các đường này sẽ cắt nhau tại các điểm 0,1,2,…18 Nối các điểm này lại ta có đường cong biểu diễn độ dịch chuyển x theo x = f( )

Hình 2-2: Phươg pháp đồ thị Brich

2.1.2 Đồ thị chuyển vị

Muốn xác định chuyển vị của piston ứng với góc quay của trục khuỷu là =10,20

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 =0 ( vị trí điểm chết trên ) và điểm D ứng với khi = 180 (vị trí điểm chết dưới) Theo Brich đoạn AC = x

Vẽ hệ trục vuông góc OS , trục O biểu diễn giá trị góc còn trục OS biểu diễn khoảng dịch chuyển của piston Tuỳ theo các góc ta vẽ được tương ứng khoảng dịch

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 theo

Hình 2-3: Đồ thị chuyển vị S = f ()

2.1.3 Đồ thị biểu diễn vận tốc của piston v = f( )

Theo [3] (8) ta có vận tốc của piston là:

v = R .(sin + sin2 )

Các bước xây dựng đồ thị:

Chọn tỷ lệ xích = = 0,0076.222,7 = 0,13774 [m/s.mm]

Vẽ vòng tròn tâm O bán kính R2 = = = 19,125 [mm] đồng tâm với nữa vòng tròn có bán kính R1

Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R1 thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0,1,2,…18 theo ngược chiều kim đồng hồ

Chia vòng tròn tâm O bán kính R2 thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự

0’,1’,2’…18’ theo chiều ngược lại

Từ các điểm 0,1,2, ,18 kẻ các đường thẳng góc với AB cắt các đường song song với

AB kẻ tự 0’,1’,2’,…18’ tại các điểm 0,a,b,…q Nối 0,a,b, q bằng các đường cong ta được đường biểu diễn trị số vận tốc của piston v = f( ) Khoảng cách từ đường cong

Để khảo sát mối quan hệ giữa hành trình piston và vận tốc của piston ta đặt chúng cùng chung hệ trục toạ độ.

Trên đồ thị chuyển vị s = f( ) lấy trục Ov bên phải đồ thị song song với trục O , trụcngang biểu diễn hành trình của piston

Từ các điểm 0, 10, 20,…,180 trên đồ thi Brich ta giống xuống các đường cắt đường

OS tại các điểm 0,1,2,…,18 Từ các điểm này ta đặt các đoạn tương ứng từ đồ thị vận tốc, nối các điểm của đầu còn lại của các đoạn ta được đường biểu diễn v = f( )

Hình 2 – 3: Đồ thị vận tốc v = f( )

2.1.4 Đồ thị biểu diễn gia tốc j = f(x)

Để vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston ta dùng phương pháp Tôlê

Theo [3] (8) ta có công thức tính gia tốc của piston:

j = R .(cos + cos2 )

Các bước xây dựng đồ thị Tôlê như sau:

Vẽ hệ trục J-S, lấy đoạn thẳng AB trên trục OS sao cho AB=S=2R

Từ A dựng đoạn thẳng AC về phía AB, AC AB sao cho:

AC = jmax = R .(1+ ) = 0,0615 .(1+0,25) = 3813,688 [m/ ]

Từ B dựng đoạn thẳng BD về phía AB , BD AB sao cho:

BD = jmin = -R .(1+ ) = -0,0615 .(1-0,25) = -2288,21 [m/ ]

Nối CD cắt AB tại E

Lấy EF = -3 R = -3.0,25.0,0615 = -2288,21 [m/ ].

Chọn giá trị biểu diễn của jmax = 60 [mm]

Chọn tỷ lệ xích: = = = 63,5615 [m/ mm]

Do đó giá trị biểu diễn = = = -36 [mm]

Giá trị biểu diễn EF = = = -36 [mm]

Nối CF và DF

Phân các đoạn CF và DF thành 5 đoạn nhỏ bằng nhau ghi các số 1,2,3,4 và1’,2’,3’,4’.Nối các điểm chia 11’,22’,33’,44’ Đường bao các đoạn thẳng này biểu thị quan hệ củahàm j = f(x)

m' = mpt + m1 [kg]

Trong đó:

mpt: Khối lượng nhóm piston Theo đề ta có mpt = 1,7 kg

hợp với động cơ ô tô máy kéo nên ta chọn m1 trong khoảng m1 = (0,275 0,35)mtt

Đồ thị Pj này vẽ chung với đồ thị P-V

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

Chọn tỷ lệ xích trùng với tỷ lệ xích đồ thị công

= 0,046 [MN/ mm]

Trục hoành trùng với trục P0 của đồ thị công

Từ A dựng đoạn thẳng AC thể hiện –Pjmin

Giá trị biểu diễn –Pjmin bằng :

Từ B dựng đoạn thẳng BD thể hiện Pjmax

Giá trị biểu diễn –Pjmax bằng :

+ Trên trục O ta chia 10o một, ứng với tỷ lệ xích  = 2 [0/mm].

+ Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị công như ta đã vẽ ở trên, ta tiến hành khai triển nhưsau:

Từ các điểm chia trên đồ thi Brick, dóng các đường thẳng song song với OP và cắt đồthị 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 OPα

Từ các điểm chia trên trục Oα, kẻ các đường song song với trục OP, những đường nàycắt các đường dóng ngang tại các điểm ứng với các góc chia của đồ thị Brick và phùhợp với quá trình làm việc của động cơ Nối các giao điểm này lại ta có đường congkhai triển đồ thị Pkt - α với tỷ lệ xích : p = 0,046 [MN/(m2.mm)];  = 2 [0/mm]

Hình 2.8 Đồ thị khai triển Pkt,Pj,P1-α

2.2.4 Đồ thị lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z, lực ngang N

2.2.4.1 Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

trục thanh truyềnLực tác dụng trên chốt piston P1 là hợp lực của lực quán tính và lực khí thể Nó tácdụng lên chốt piston và đẩy thanh truyền

(1) Nhưng trong quá trình tính toán động lực học các lực này thường tính trên đơn vị diệntích đỉnh piston nên sau khi chia hai vế của đẳng thức (1) cho diện tích đỉnh piston Fpt

(2)

Từ quan hệ lượng giác ta có thể xác định được trị số của ptt và N :

(3)Phân tích ptt làm hai thành phần lực: lực tiếp truyến T và lực pháp tuyến Z:

Trên hệ toạ độ T-α, Z-α, N-α ta lấy các điểm T, Z, N có giá trị tương ứng với các góc từ

00, 100, , 7200 ở bảng trên Dùng thước cong nối các điểm lại ta có đồ thị cần dựng

Hình 2.10 Đồ thị khai triển T,N,Z

2.2.5 Đồ thị ∑T – α

Ta có thứ tự làm việc của động cơ là 1-4-2-6-3-5

Động cơ 4 kỳ, 6 xy lanh có góc công tác δct = = = 1200

Ta tính T trong 1 chu kỳ góc công tác

Khuỷu trục của xylanh thứ 2 nằm ở vị trí α2 = 2400

Khuỷu trục của xylanh thứ 3 nằm ở vị trí α3 = 4800

Khuỷu trục của xylanh thứ 4 nằm ở vị trí α4 = 1200

Khuỷu trục của xylanh thứ 5 nằm ở vị trí α5 = 6000

Khuỷu trục của xylanh thứ 6 nằm ở vị trí α6 = 3600

Bảng 2.4 Thứ tự làm việc của động cơNửa vòng

Tính giá trị của bằng công thức :

Trong đó : + : công suất chỉ thị của động cơ;

+ : hiệu suất cơ khí; chọn

T3

(mm) (Độ)

T4

(mm) (Độ)

T5

(mm) (Độ)

T6

(mm) (mm)

2.2.6 Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng vào chốt khuỷu

Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốtkhuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu Từ đồ thị này ta có thể tìm trị số trung bình của phụtải tác dụng lên chốt khuỷu cũng như có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất và lực bénhất Dùng đồ thị phụ tải ta có thể xác định khu vực chịu lực ít nhất để xác định vị tríkhoan lỗ dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền ở trục

Từ bảng giá trị T , Z , chọn hệ trục toạ độ OTZ có chiều dương của trục Z là chiềuhướng xuống dưới

Đặt giá trị của các cặp (T,Z) theo các góc  tương ứng lên hệ trục toạ độ T - Z Ứng vớimỗi 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 chốtkhuỷu.

Sau đó dời gốc toạ độ O theo phương chiều của trục Z đoạn bằng giá trị biểu diễn của

Hình 2.6 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

2.2.7 Đồ thị phụ tải tác dụng vào đầu to thanh truyền

Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền được xây dựng bằng cách :

Đem tờ giấy bóng đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt khuỷu sao cho tâm O trùng vớitâm O của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Lần lượt xoay tờ giấy bóng cho các điểm (α1+

β1 ) 0, (α2+ β2 )0, (α3+ β3 )0 , trùng với trục +Z của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Đồng thờiđánh dấu các điểm đầu mút của các véc tơ , , , của đồ thị phụ tải tác dụngtrên chốt khuỷu trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0 , 10 , 20 , 30,

Nối các điểm 0 , 10 , 20 , bằng một đường cong , ta có đồ thị phụ tải tác dụng trênđầu to thanh truyền.

Hình 2.7 Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền

Q-Đồ thị mài mòn chốt khuỷu là đồ thị biểu diễn trạng thái chịu lực của chốt khuỷu trongmột chu trình công tác của động cơ đồng thời phản ánh dạng mài mòn lý thuyết củachốt khuỷu, xác định vùng chịu lực bé nhất khi khoan lỗ dầu bôi trơn Đảm bảo đưadầu nhờn vào ổ trượt ở vị trí có khe hở giữa trục và bạc lót của ổ lớn nhất Áp suất bélàm cho dầu nhờn lưu động dễ dàng.

Để xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu ta dùng các giả thiết sau:

Tính toán động cơ ở tốc độ định mức

Độ mài mòn tác tỷ lệ với lực tác dụng lên chốt khuỷu

Tại một điểm trên chốt khuỷu lực tác dụng sẽ gây ảnh hưởng lên vùng lân cận

về cả hai phía trong phạm vi 1200 (mỗi phía 600)

Để vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu ta thực hiện theo các bước như sau:

Từ tâm O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta vẽ đường tròn (O; R)với bán kính tùy ý (vòng tròn đặc trưng mặt chốt khuỷu)

Chia đường tròn thành 24 phần bằng nhau, đánh số thứ tự theo chiều quy ướcngược chiều kim đồng hồ

Từ các điểm 0, 1, 2…23 trên vòng tròn vẽ cát tuyến O0; O1;O2,…,O23 cắt đồ thịphụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ở các điểm khác nhau

Tính hợp lực ∑Q’: từ các điểm 0, 1, 2 23 ta kẻ qua tâm O và kéo dài, các tianày sẽ cắt đồ thị phụ tải và có bao nhiêu điểm giao nhau thì có bấy nhiêu lực tác dụngtại một điểm

Nên ta có: ∑Q’i= Qi1+ Qi2+ Qi3 + Qin

Với: i là điểm chia bất kỳ, n là số giao điểm của tia chia và đồ thị phụ tải

Ghi kết quả tính được vào bảng trong pham vi tác dụng 1200

Tính ∑Q theo dòng

∑Q = ∑Q’0 + ∑Q’1 + +∑Q’23

Chọn tỷ lệ xích: μm=3[ ]

Có được ta tiến hành thực hiện các bước vẽ đồ thị như sau:

Vẽ đường tròn tượng trưng cho chốt khuỷu

Chia đường tròn thành 24 phần bằng nhau đồng thời đánh số thứ tự 0, 1, 2…23 theochiều ngược chiều kim đồng hồ

Đặt các giá trị từ đường tròn hướng về tâm theo thứ tự các điểm

Nối các điểm lại với nhau bằng một đường cong thích hợp ta được đường cong thểhiện đồ thị mài mòn chốt khuỷu

Ta lập được bảng phụ tải tác dụng lên điểm thứ i trong một chu trình làm việc củađộng cơ như sau (tính bằng mm)

Bảng 2.10 Giá trị đồ thị mài mòn chốt khuỷu

143.76 143.76 143.76 143.76 143.76174.32 174.32 174.32 174.32 174.32 174.32140.94 140.94 140.94 140.94 140.94 140.94 140.94

21.1832.5 32.573.92 73.92 73.92106.04 106.04 106.04 106.04(mm) 824.69 841.3 838.82 790.37 708.44 589.14 468.7(MN/m2) 37.94 38.70 38.59 36.36 32.59 27.10 21.56

53.2337.79 37.7930.02 30.02 30.0225.47 25.47 25.47 25.4724.11 24.11 24.11 24.11 24.1124.46 24.46 24.46 24.46 24.46 24.46