Đồ án môn học kết cấu và tính toán động cơ đốt trong SVTH đinh ngọc tú

* Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng của Nguyễn Đức Phú.+ Xác định vận tốc của chốt khuỷu: + Vẽ đường tròn tâm O bán kính R2 với: + Từ các điểm 0;1;2…kẻ các đường thẳ

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đầy, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh Bên cạnh đó kỹ thuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ Trong đó phải nói đến ngành động lực và sản xuất ôtô chúng ta đã liên doanh với khá nhiều hãng ôtô nổi tiếng trên thế giới, cùng sản xuất và lắp ráp ôtô Để gáp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật của ta phải tự nghiên cứu và chế tạo đó là yêu cầu cấp thiết Có như vậy ngành ôtô của ta mới phát triển được

Đây là lần đầu tiên em vận dụng lý thuyết đã học, tự tính toán động học, động lực học và tính toán thiết kế hệ thống làm mát của động cơ theo thông số kỹ thuật Trong quá trình tính toán em đã được sự giúp đỡ và hướng dẩn rất tận tình của thầy Nguyễn Quang Trung và các thầy trong bộ môn động lực, nhưng vì mới lần đầu làm đồ án về môn học này nên gặp rất nhiều khó khăn và không tránh khỏi sự sai sót, vì vậy em rất mong sự xem xét và giúp đỡ chỉ bảo của các thầy để bản thân ngày càng được hoàn thiện hơn về kiến thức kỹ thuật

Sinh viên thưc hiện

Đinh Ngọc Tú

1 VẼ ĐỒ THỊ.

1.1 VẼ ĐỒ THỊ CÔNG.

1.1.1 Các số liệu chọn trước trong quá trình tính toán.

Pk =0,1013 (MN/m2) – Áp suất khí nạp

pr= 0,115 (MN/m2) - Áp suất khí sót

pa= 0,089 (MN/m2) - Áp suất cuối quá trình nạp

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

n2=1,23 - Chỉ số giãn nở đa biến trung bình

ρ=1,00 - Tỉ số giản nở sớm

1.1.2 Xây dựng đường cong nén.

Phương trình đường nén: p.Vn1 = cosnt => pc.Vcn1 = pnx.Vnxn1

Rút ra ta có:

1

n nx

c c

V p

p  Trong đó: pnx và Vnx là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường nén

1.1.3 Xây dựng đường cong giãn nở.

Phương trình đường giãn nở: p.Vn2 = cosnt => pz.Vcn2 = pgnx.Vgnxn2

Rút ra ta có:

2

n gnx

z z gnx

V

V p p

z nx

i p

6466 , 0 10

466 , 6 087 , 0 4

0973 , 0 4

.

dm m

S D

19

6466,0

+ Vẽ đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải bằng hai đường thẳng song songvới trục hoành đi qua hai điểm Pa và Pr Ta có được đồ thị công lý thuyết.

+ Hiệu chỉnh đồ thị công:

- Vẽ đồ thị brick phía trên đồ thị công Lấy bán kính cung tròn R bằng ½ khoảng

cách từ Va đến Vc.

- Tỉ lệ xích đồ thị brick: s 0 , 544mm/mm

20 180

5 , 43 25 , 0 2

Từ đồ thị Brick xác định góc 120 gióng xuống cắt đoạn đẳng áp tại z’

- Áp suất cuối quá trình nén thực tế pc’’:

Áp suất cuối quá trình nén thực tế thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén lýthuyết do sự đánh lửa sớm

pc’’ = pc + 31 ( pz’ -pc )

pc’’ = 1,693 + 31.( 4,505 - 1,693 ) = 2,54 (MN/m2)

Nối các điểm c’, c’’, z’ lại thành đường cong liên tục và dính vào đường giãn nở

- Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế pb’’:

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn nở

lý thuyết do mở sớm xupap thải

Pb’’ = pr +

2

1.( pb - pr )

Pb’’ = 0,115 + 21 ( 0,355 - 0,115 ) = 0,235(MN/m2)

Nối các điểm b’, b’’ và tiếp dính với đường thải prx

- Nối diểm r với r’, r’ xác định từ đồ thị Brick bằng cách gióng đường song songvới trục tung cắt đường nạp pax tại r’

*) Sau khi hiệu chỉnh ta nối các điểm lại thì được đồ thị công thực tế

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Vc[l/mm]

1,25 2,5

3,75 4,5 5 5,3

0 1 2 3 4 5 6

12 13 14 15 16 17

18

8°

c c''

z' z

b' b'' a

b a'

1 1' 2' 3' 4' 5' 6' 5

4 3 2 1

+ Chọn tỉ lệ xích: x 0 , 544mm/mm

20 180

5 , 43 25 , 0 2

tự từ trái qua phải 0;1,2…18

+ Chọn hệ trục tọa độ với trục tung biểu diễn góc quay trục khuỷu, trục hoành biểudiễn khoảng dịch chuyển của piston

+ Gióng các điểm ứng với 100 ; 200…1800 đã chia trên cung tròn đồ thị brick xuống cắtcác đường kẻ từ điểm 100 ; 200…1800 tương ứng ở trục tung của đồ thị x=f(α) để xácđịnh chuyển vị tương ứng

+ Nối các giao điểm ta có đồ thị biểu diễn hành trình của piston x = f(α)

1.2.1.2 Đồ thị biểu diễn tốc độ của piston v=f(α).α).).

* Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng của Nguyễn Đức Phú.+ Xác định vận tốc của chốt khuỷu:

+ Vẽ đường tròn tâm O bán kính R2 với:

+ Từ các điểm 0;1;2…kẻ các đường thẳng góc với AB cắt các đường song song với

AB kẻ từ các điểm 0’;1’;2’…tương ứng tạo thành các giao điểm Nối các giao điểm nàylại ta có đường cong giới hạn vận tốc của piston Khoảng cách từ đường cong này đếnnửa đường tròn biểu diễn trị số tốc độ của piston ứng với các góc 

Từ các điểm 00, 100, 200, ,1800 trên đồ thị Brick ta gióng xuống các đường cắtđường Ox tại các diểm 0, 1, 2, ,18 Từ các điểm này ta đặt các đoạn tương ứng từ đồthị vận tốc, nối các điểm của đầu còn lại của các đoạn ta có đường biểu diễn v = f(x).

1.2.1.3 Đồ thị biểu diễn gia tốc j  f x

Để vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston ta sử dụng phương pháp Tole

+ Chọn hệ trục tọa độ với trục Ox là trục hoành, trục tung là trục biểu diễn giá trị giatốc

343 , 174522

61 , 10471340

min

mm j

j





CD cắt trục hoành Ox tại E Từ E lấy xuống dưới một đoạn EF

10471340

mm

nhau và đánh số thứ tự 0;1;2…đẳng phân định FD thành 6 phần bằng nhau và đánh sốthứ tự 0’;1’;2’…vẽ các đường bao trong tiếp tuyến 11’;22’;33’…Ta có đường congbiểu diễn quan hệ j  f x

j(s)

B E

D 4

Trong đó: m - Khối lượng chuyển động tịnh tiến (kg)

mpt = 0,60 (kg) - Khối lượng nhóm piston

m1- Khối lượng thanh truyền qui về tâm chốt piston (kg)

Theo công thức kinh nghiệm:

m1 = (0,275 ÷ 0,35).mtt Lấy m1 = 0,3.0,7 = 0,21 (kg)

j m

10 35 , 17452234

81 , 0

10 61 , 10471340

8 , 0

6

9 min

Từ A dựng đoạn thẳng AC thể hiện Pjmax

Giá trị biểu diễn của Pjmax là:

76 025 , 0

901 , 1 max







P j

P AC

Từ B dựng đoạn thẳng BD thể hiện Pjmin

Giá trị biểu diễn của Pjmin là:

6 45 025 , 0

14 , 1 min







P j

P BD

10 53 , 566 5 , 43 25 , 0 3 81 , 0

3

6

9 2 2

14 , 1

1.2.2.2 Khai triển các đồ thị.

a) Khai triển đồ thị công trên tọa độ p-V thành p=f(α).

Để biểu diễn áp suất khí thể pkt theo góc quay của trục khuỷu  ta tiến hành như sau: + Vẽ hệ trục tọa độ p -  Trục hoành đặt ngang với đường biểu diễn p0 trên đồ thịcông

+ Chọn tỉ lệ xích:   2(độ/mm)

p 0 , 025MN/m2 mm



+ Dùng đồ thị Brick để khai triển đồ thị p-v thành p-α

+ Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, dựng các đường song song với trục Op cắt đồ thịcông tại các điểm trên các đường biểu diễn quá trình: nạp, nén, cháy - giãn nở, xả.+ Qua các giao điểm này ta kẻ các đường song song với trục hoành gióng sang hệ toạ

độ p-α Từ các điểm chia tương ứng 00, 100, 200,… trên trục hoành của đồ thị p-α ta kẻcác đường thẳng đứng cắt các đường trên tại các điểm ứng với các góc chia trên đồ thịBrick và phù hợp với các quá trình làm việc của động cơ Nối các điểm lại bằng đườngcong thích hợp ta được đồ thị khai triển p-α

b) Khai triển đồ thị p J f x thành p J f  .

Đồ thị  p J f x biểu diễn đồ thị công có ý nghĩa kiểm tra tính năng tốc độ củađộng cơ

Khai triển đường p J f x thành p J f  cũng thông qua đồ thị brick để chuyển tọa

độ Việc khai triển đồ thị tương tự khai triển P-V thành P=f(α) Nhưng lưu ý ở tọa độ

p-α phải đặt đúng trị số dương của pj

c) Vẽ đồ thị p 1 f  .

Theo công thức p1 p kt p j Ta đã có p kt f  và p J f  Vì vậy việc xây

dựng đồ thị p 1 = f() được tiến hành bằng cách cộng đại số các toạ độ điểm của 2 đồ

thị p kt =f() và p j =f() lại với nhau ta được tọa độ điểm của đồ thị p 1 =f() Dùng một

đường cong thích hợp nối các toạ độ điểm lại với nhau ta được đồ thị p 1 =f() Ta có

bảng số liệu sau:

φ Pj(mm) Pkt(mm)(đo) P1=Pk+Pj(mm)

0 -76 0.55 -75.4967195

1.2.2.3 Vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến T  f  , lực pháp tuyến Z  f  và lực ngang N  f  .

Các đồ thị: T = f(α), Z = f(α), N = f(α) được vẽ trên cùng một hệ toạ độ



P T



P Z

Và Tính Toán Động Cơ đốt Trong - Tập 1 ta có các giá trị của:    

và tg  Dựa vào đồ thị khai triển p= f( ta có các giá trị của p 1 Từ đó ta lập được bảng sau:

1.2.2.4 Vẽ đồ thị ΣT = f(α).).

Để vẽ đồ thị tổng T ta thực hiện theo những bước sau:

+ Lập bảng xác định góc i ứng với góc lệch các khuỷu theo thứ tự làm việc

4

4 180

+ Thứ tự làm việc của động cơ là: 1-3-4-2

Ta có bảng xác định góc lệch công tác và thứ tự làm việc của các khuỷu trục:

30.11

61.13

67.66

60.52

41.10

500 28.47

110.04

510 21.34

91.17

520 13.99

63.41

530 6.82

30.66

+ Sau khi đã có đồ thị tổng  T  f  ta vẽ T tb (đại diện cho mô men cản).Phương pháp xác định T tb như sau:

)(3,2018

8,364



 .

10

pt

i tblt n R F

N T





Trong đó:

Ni - Công suất chỉ thị: Ni =

m e

N

 = 980,9,5 = 109,4(kW)

m - Hiệu suất cơ giới của động cơ

m = 0,63 ÷ 0,93 => ta chọn bằng 0,9

n = 5410 (vòng/phút) - số vòng quay của động cơ

R = 0,0435 (m) – bán kính quay của chốt khuỷu

φ = 1 - hệ số điền kín đồ thị công

Fpt - diện tích đỉnh piston

1 0973 , 0 0435 , 0 5410

4 10 4 , 109

2

3

m MN

Giá trị biểu diễn của ΣTTtb theo công thức lý thuyết là: 23,93(mm)

+ Ta kiểm nghiệm bằng công thức lý thuyết như sau:

0

100 93 , 23

3 , 20 93 , 23

T

T

T

1.2.2.5 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.

Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốtkhuỷu ở mỗi vị trí của chốt khuỷu Sau khi có đồ thị này ta tìm được trị số trung bìnhcủa phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, cũng có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất và bénhất, dùng đồ thị phụ tải có thể xác định được khu vực chịu tải ít nhất để xác định vị trí

lỗ khoan dẫn dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền ổ trục

Các bước tiến hành vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu được tiến hành nhưsau:

+ Vẽ hệ trục toạ độ TO’Z trong đó trục hoành O’T có chiều dương từ tâm O’ về phíaphải còn trục tung O’Z có chiều dương hướng xuống dưới

+ Nối các điểm trên hệ trục toạ độ bằng một đường cong thích hợp, ta có đồ thị biểudiễn phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.

+ Trong quá trình vẽ để dễ dàng xác định các toạ độ điểm ta nên đánh dấu các toạ độđiểm đồng thời ghi các số thứ tự tương ứng kèm theo

+ Tính lực quán tính của khối lượng chuyển động quay của thanh truyền (tính trên đơn

vị diện tích của piston)

m

P ko  Với: m2 : Khối lượng đơn vị của thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu

Ta có khối lượng thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu là:

m 2 ’ = m tt – m 1 = 0,7 – 0,21 = 0,49(kg)

0973 0

4 49 , 0

921 , 0

mm P

30

570 10

410 430 440 420

90 80

O1

470 120

450

460 100

110

130 140

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

630

640 650

o

o'

Hình 8 : Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

1.2.2.6 Đồ thị phụ tải tác dụng lên dầu to thanh truyền.

Để vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền ta thực hiện theo các bước nhưsau:

+ Vẽ dạng đầu to thanh truyền lên tờ giấy bóng, tâm của đầu to là O

+ Vẽ một vòng tròn bất kì tâm O Giao điểm của đường tâm phần thân thanh truyền vớivòng tròn tâm O tại 0o

+ Từ điểm 0o, ghi trên vòng tròn các điểm 0;1;2…36 theo chiều quay trục khuỷu (chiềukim đồng hồ) và tương tự ứng với các góc  10 0   10 0;  20 0   20 0…

+ Căn cứ vào  0,25 dựa vào bảng phụ lục 9p sách Kết Cấu và Tính Toán Động CơĐốt Trong - tập 1 có bảng xác định các góc i0  i0như sau:

+ Đem tờ giấy bóng đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt sao cho tâm O trùng với tâm

O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Lần lượt xoay tờ giấy bóng sao cho cácđiểm 0;1;2…trùng với trục O’z về phần dương (theo chiều ngược chiều kim đồng hồ),đồng thời đánh dấu các điểm mút của véc tơ 

+ Nối các điểm lại bằng một đường cong thích hợp cho ta đồ thị phụ tải tác dụng lênđầu to thanh truyền

Cách xác định lực trên đồ thị phụ tải như sau:

+ Giá trị của lực tác dụng lên đầu to là dộ dài đoạn thẳng nối từ tâm O đến điểm trênđường vừa vẽ xong nhân với tỷ lệ xích

+ Chiều của lực hướng từ tâm O ra ngoài

+ Điểm đặt lực là giao điểm của đường nối từ tâm O đến điểm tính với vòng tròn tượngtrưng cho đầu to thanh truyền

1.2.2.7 Đồ thị khai triển véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Q  f 

Các bước vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền thực hiện theo các bước như sau:

+ Chọn tỉ lệ xích:   2(độ/mm)

Q  0 , 025 (MN/m2)/mm

+ Lập bảng:

Quá trình lập bảng theo các bước như sau:

- Xác định Q i bằng cách đo khoảng cách từ tâm O của đồ thị phụ tải tác dụng lênchốt khuỷu tới các điểm a i T i;Z ita nhận được các giá trị khác nhau của Q:

- Vẽ hệ trục toạ độ OQα Đặt các toạ độ điểm lên hệ trục toạ độ, dùng mộtđường

cong thích hợp nối các toạ độ điểm lại với nhau ta nhận được đồ thị khai triển véc tơphụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Q  f 

- Sau khi vẽ xong đồ thị ta xác định Q tb bằng cách đếm diện tích bao bởi đường Qvới trục hoành α rồi chia diện tích này cho chiều dài của đồ thị theo trục hoành

Qtb =

72

52 , 4936

= 68,56 (mm)

1.2.2.8 Vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu.

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 ước ngượcchiều kim đồng hồ

+ Từ các điểm 0,1,2…23 trên vòng tròn gạch cát tuyến O0;O1;O2,…,O23 cắt đồ thị phụtải tác dụng lên chốt khuỷu ở các điểm a;b;c…

Ta lập được bảng phụ tải tác dụng lên điểm thứ i trong một chu trình làm việc của động

cơ như sau (tính bằng mm):

+ Để vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu ta giả thiết như sau:

- Phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu là phụ tải ổn định ứng với công suất Ne và tốc độđịnh mức

- Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 1200

- Độ mài mòn tỉ lệ thuận với phụ tải

- Không xét đến các điều kiện công nghệ và sử dụng, lắp ghép … Ví dụ: khôngxét đến ảnh hưởng của vật liệu, độ bóng, độ chặt lỏng, dầu mỡ bôi trơn

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

- Vẽ đường tròn bán kính R = 80 (mm) tượng trưng cho chốt khuỷu

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

- Đặt các giá trị Q 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 congthể hiện đồ thị mài mòn chốt khuỷu

Hình 10 : Đồ thị mài mòn chốt khuỷu

2 PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ, ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN

HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ X-047.

2.1.Mục đích và ý nghĩa của hệ thống làm mát:

Trong động cơ, nhiệt lượng truyền cho các chi tiết tiếp xúc với khí cháy chiếm khoảng 25% đến 35% nhiệt lượng do nhiên liệu cháy tạo ra Do đó các chi tiết đó sẽ bị nung nóng mãnh liệt và có thể dẫn đến các tác hại:

+ Làm giảm sức bền, tuổi thọ của động cơ

+ Làm giảm độ nhớt của dầu dẫn đến tổn thất do ma sát

+ Có thể gây ra bó kẹt piston, do hiện tượng giãn nỡ nhiệt

+ Giảm lượng khí nạp vào xi lanh

+ Đối với động cơ xăng, dễ gây kích nổ

11

Hình 11: Sơ đồ hệ thống làm mát

1-Két làm mát, 2-Van hằng nhiệt, 3-Nhiệt kế, 4-Ống dẫn nước khi động cơ nguội

5-Bơm nước, 6-Ống dẫn hơi nước, 7-Ống phân phối nước, 8-Van xả nước

9-Bình làm mát dầu nhờn, 10-Ống dẫn nước về bơm, 11-Quạt gió

Để khắc phục các hậu quả xấu trên, cần thiết phải làm mát động cơ Hệ thống làm mát có nhiệm vụ thực hiện quá trình truyền nhiệt từ khí cháy, qua thành buồng cháy đến môi chất làm mát để đảm bảo cho nhiệt độ các chi tiết không quá nóng cũng như không quá nguội.Nếu quá nguội cũng không tốt vì:

+ Làm tăng tổn thất nhiệt nhiều, dẫn đến hiệu suất nhiệt của động cơ giảm

+ Làm tăng độ nhớt của dầu nhờn, khiến dầu nhờn khó lưu động, làm tăng tổn thất cơ giới và tổn thất ma sát

+ Khi nhiệt độ thành xilanh thấp quá, nhiên liệu sẽ ngưng tụ trên bề mặt thành xilanh làm chomàng dầu bôi trơn bị nhiên liệu rửa sạch, nếu trong nhiên liệu có nhiều thành phần lưu huỳnh, thì có thể dễ tạo axit do sự kết hợp của nhiên liệu và hơi nước ngưng tụ trên bề mặt thành xilanh Các axit đó gây ra hiện tượng ăn mòn kim loại