Đồ án tính toán và thiết kế động cơ d4v4 0217

Qua các điểm này ta kẻ các đường thẳng song song với trụchoành sang hệ trục tọa độ P –+ Từ các điểm chia trên trục 0 kẻ các đường thẳng song song với 0 cắt nhữngđiểm dóng ngang tại những

MỤC LỤC

Trang

Lời nói đầu 1

Phần 1 Phương pháp, tính toán xây dựng đồ thị công, động học và động lực học 2

1.1 Tính toán xây dựng dồ thị công 5

1.2 Đồ thị Brick 10

1.3 Xây dựng đồ thị vận tốc V = f() 11

1.4 Xây dựng đồ thị gia tốc j = f(x) 12

1.5 Xây dựng đồ thị lực quán tính Pj 13

1.6 Xây dựng đồ thị khai triển ,, theo 15

1.7 Xây dựng đồ thị T , Z , N theo 16

1.8 Xây dựng đồ thị T – 20

1.9 Xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 21

1.10 Khai triển đồ thị phụ tải trong hệ tạo độ cực O thành đồ thị Q – 23

1.11 Xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền 24

1.12 Xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu 25

Phần 2 Phân tích đặc điểm chung của động cơ chọn tham khảo 35

Phần 3 Phân tích đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của nhóm trục khuỷu-bạc lót-bánh đà 3.1 Trục khuỷu 49

3.2 Bạc lót 52

3.3 Bánh đà 55

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đầy, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh Bên cạnh đó kỹthuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ Trong đó phải nói đến ngành động lực vàsản xuất ôtô, chúng ta đã liên doanh với khá nhiều hãng ôtô nổi tiếng trên thế giớicùng sản xuất và lắp ráp ôtô Để góp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ

sư của ta phải tự nghiên cứu và chế tạo, đó là yêu cầu cấp thiết Có như vậy ngànhôtô của ta mới đuổi kịp với đà phát triển của các quốc gia trong khu vực và trên thếgiới

Sau khi được học hai học phần của ngành động lực là nguyên lý động cơ đốt trong, kết cấu và tính toán động cơ đốt trong cùng một số môn cơ sở nghành khác (sức bềnvật liệu, cơ lý thuyết, vật liệu học, ), sinh viên được giao nhiệm vụ làm đồ án mônhọc tính toán động cơ đốt trong Đây là một học phần quan trọng trong chương trìnhđào tạo của nghành động lực, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụngcác kiến thức đã học vào quá trình tính toán thiết kế động cơ đốt trong

Trong đồ án này, em được giao nhiệm vụ tính toán và thiết kế động cơ

D4V4-0217 với các thông số kĩ thuật đã cho Trong suốt quá trình thực hiện đồ án, em đã cốgắng tìm hiểu, nghiên cứu các tài liệu bên ngoài cùng với vận dụng những kiến thức

đã học tại lớp, làm việc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án mộtcách tốt nhất Tuy nhiên, quá trình thực hiện không tránh khỏi những thiếu sót

Phần 1 Phương pháp, tính toán xây dựng đồ thị công, động học và động lực học

- Các thông số tính:

+ Tốc độ trung bình của động cơ: Cm= = = 11.9 (m/s)

Trong đó: S là hành trình dịch chuyển của piston trong xilanh (m)

n là tốc độ quay của động cơ (vòng/phút)

Ta thấy rằng Cm = 11.9 (m/s) > 9 (m/s)

Suy ra động cơ trên là động cơ cao tốc

+ Áp suất cuối kỳ nạp:

Đối với động cơ cao tốc: pa = (0.9-0.96).pk Chọn pa = 0,9pk

Trong đó: pk là áp suất môi chất mới ở trước xupáp nạp

Đối với động cơ tang áp pk > pth > p0,

Chọn n1 = 1,35

Nên pc = pa.n1 = 0,18.171,35 = 8,91 (MN/m2)

+ Áp suất cuối quá trình giãn nở:

Từ phương trình của quá trình giãn nở đa biến:

Với là tỷ số giãn nở sớm Đối với động cơ diesel = 1,21,5, ta chọn = 1,4

Và n2 là tỷ số giãn nở đa biến trung bình

= = = 349,764 (rad/s).

+ Áp suất khí sót:

Đối với động cơ cao tốc: pr = (1,051,1)pth

Trong đó: pth là áp suất trước tuôcbin

Với động cơ tăng áp pth = (0,9-1.0) pk

pnx.(Vnx)n1 = const (1.1)Suy ra: pnx.(Vnx)n1 = pc.(Vc)n1 pnx = pc)n1

Đặt i = , nên pnx = (1.2)

- Xây dựng đường giãn nở

Gọi pgnx và Vgnx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình giãn nở của động cơ

Vì quá trình giãn nở là quá trình đa biến nên ta có:

Pgnx.(Vgnx)n2 = const (1.3)Suy ra: pgnx.(Vgnx)n2 = pz.(Vz)n2 pgnx = pz)n2

Ta có: Vz = Vc = 1,4.0,0409 = 0.0573 (dm3)

Suy ra: pgnx= =

Đặt i = , nên pgnx = (1.4)

- Giá trị biểu diễn của các thông số trên đồ thị:

+ Giá trị biểu diễn của thể tích buông cháy Vcbd

+ Giá trị biểu diễn của áp suất cực đại pzbd

Từ 0 lấy đoạn 00’ về phía ĐCD: oo’ = = = 0,0064 (mm)

Suy ra: oo’bd= = = 10,2 (mm)

- Bảng 1-1: Bảng giá trị đồ thị công động cơ Diesel

09

1.00

00

1.0000

1.0000

8.9100

1.0000

1.0000

6.70001Vc 1.0 0.04

1 10 1.000 1.000 8.910 169.714 1.000 1.000 15.883 200.000ρVc 1.4 0.05

7 15 1.575 0.635 5.657 107.757 1.513 0.661 10.500 200.0002Vc 2.0 0.08

2

20 2.54

9

0.392

3.495

66.578

2.346

0.426

6.771 128.9

74

4Vc 4.0 0.16

4 40 6.498 0.154 1.371 26.118 5.502 0.182 2.887 54.9845Vc 5.0 0.20

5

50 8.78

2

0.114

1.015

19.325

7.240

0.138

2.194 41.78

66Vc 6.0 0.24

6 60 11.233 0.089 0.793 15.108 9.060 0.110 1.753 33.3927Vc 7.0 0.28

7

70 13.8

32

0.072

0.644

12.270

10.951

0.091

1.450 27.62

58Vc 8.0 0.32

7 80 16.564 0.060 0.538 10.246 12.906 0.077 1.231 23.4409Vc 9.0 0.36

8 90 19.419 0.051 0.459 8.740 14.918 0.067 1.065 20.27910V

0.398

7.581 16.9

82

0.059

0.935 17.81

411V

c 11.0 0.450 110 25.461 0.039 0.350 6.666 19.095 0.052 0.832 15.84412V

0.311

5.927 21.2

52

0.047

0.747 14.23

613V

c 13.0 0.532 130 31.902 0.031 0.279 5.320 23.450 0.043 0.677 12.90114V

c 14.0 0.573 140 35.259 0.028 0.253 4.813 25.688 0.039 0.618 11.77715V

0.230

4.385 27.9

64

0.036

0.568 10.81

916V

c 16.0 0.655 160 42.224 0.024 0.211 4.019 30.274 0.033 0.525 9.99317V

0.194

3.704 32.6

18

0.031

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

- Điểm phun sớm c’ : Xác định từ đồ thị Brick ứng với góc phun sớm s= 14o

- Điểm c : (Vc , Pc= 8,91 MN/m2)

- Điểm mở cửa xupap thải b : Xác định từ đồ thị Brick ứng với 3 = 54o

- Điểm mở cửa quét d : Xác định từ đồ thị Brick ứng với 1= 24,5o và pa = 0,18(MN/m2)

- Điểm bắt đầu nén a : Xác định từ đồ thị Brick ứng với 4= 26o và pa= 0,18(MN/m2)

- Điểm y : (Vc , py = 10,5 MN/m2)

- Điểm áp suất cực đại lý thuyết z’: ( 1,3 Vc , pz’= 10,5 MN/m2 )

- Điểm áp suất cực đại thực tế z’’: ( 0,65 Vc , pz’’= 10,5 MN/m2 )

Đồ thị công

α

M 0

1.2.1 Xác định độ dịch chuyển x của piston bằng phương pháp đồ thị Brick

+ Vẽ đường tròn tâm O bán kính R Do đó AD = 2R Điểm A ứng với góc quay = 0o

(vị trí điểm chết trên) và điểm D ứng với góc quay = 180o( vị trí điểm chết dưới) + Từ o lấy đoạn oo’ dịch về phía ĐCT , với oo’bd = = = 10,19(mm)

+ Từ o’ kẻ đoạn o’M song song với đường tâm má khuỷu oB , hạ MC vuông gócvới AD Theo Brick thì đoạn AC = R [(1-cos) + (1- cos2 )] = x

1.2.2 Xây dựng đồ thị chuyển vị S = f ()

+ Từ o’ kẻ các tia ứng với các góc từ 0o, 10o, 20o…180o.Các tia này cắt nửa đườngtròn Brick tương ứng tại các điểm 0, 1, 2,…, 18

+ Vẽ hệ trục tọa độ vuông góc S- phía dưới nửa vòng tròn Brick

- Trục thẳng đứng O biểu diễn giá trị từ 0o 180o với tỉ lệ xích = = 2()

- Trục nằm ngang OS Biểu diễn giá trị của S với tỉ lệ xích = (m/mm)

+ Từ các điểm chia 0,1,2…,18 trên nửa vòng tròn Brick ta dóng các đường thẳngsong song với trục O Và từ các điểm chia trên trục O ứng với các giá trị của từ

0o,10o,20o,…,180o ta kẻ các đường thẳng nằm ngang song song với OS Những đườngthẳng tương ứng trên 2 trục sẽ giao nhau tại các điểm cắt Đường cong đi qua các

+ Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn bán kính R1 ta đánh số thứ tự từ 0,1,2 …,18ngược chiều kim đồng hồ và trên vòng tròn bán kính R2 ta đánh số thứ tự từ0’,1’,2’, , 18’(điểm 0’18’) thuận chiều kim đồng hồ

+ Từ các điểm chia 0,1,2,…,18 trên nửa vòng tròn bán kính R1 ta kẻ các đườngthẳng vuông góc với AB cắt các đường thẳng song song với AB kẻ từ các điểm0’,1’,2’,…18’ trên đường tròn bán kính R2 tại các điểm A, a, b, c,…, q, B Đườngcong đi qua các điểm A, a, b, c,…, q, B cùng với nửa vòng tròn bán kính R1 biểudiễn trị số vận tốc v bằng các đoạn thẳng a1,b2 ,q17 ở các góc tương ứng

Thật vậy, chẳng hạn tại điểm 1 trên đồ thị ta có:

va = a1 = aa’+ a’1= R2 .sin + R1.Sin = RSin2 + RSin

va = a1= R (.Sin2 + Sin )

1.4 Xây dựng đồ thị gia tốc j = f(x)

Theo phương pháp giải tích lấy đạo hàm vận tốc theo thời gian ta có công thức đểtính gia tốc của piston như sau:

- Lấy đoạn thẳng AB trên trục OS, sao cho AB = = = 170 (mm)

- Từ A dựng đoạn thẳng AC vuông góc với AB, với AC = jmaxbd = 60 (mm)

- Từ B dựng đoạn thẳng BD vuông góc với AB, với BD= jminbd = - 36,78 (mm)

- Nối C với D cắt AB tại E Dựng đoạn EF vuông góc với AB

- Ta có lực quán tính Pj = - mj Suy ra –Pj = mj Do đó thay vì vẽ Pj ta vẽ -Pj lấytrục hoành đi qua p0 của đồ thị công vì đồ thị -Pj thực chất là đồ thị j=f(x) có tỷ lệxích khác Vì vậy ta có thể áp dụng phương pháp Tole để vẽ đồ thị -Pj = f(x).

- Chọn tỷ lệ xích pj = p= 0,0525 ( )

- Khối lượng chuyển động tịnh tiến m’ = mpt + m1

Trong đó mpt= 0,9 kg là khối lượng nhóm piston

m1 là khối thanh truyền tham gia chuyển động tịnh tiến quy về đầu nhỏthanh truyền

Đối với động cơ ô tô, máy kéo ta lấy m1 = (0,275 0,35) mtt , chọn m1 = 0,3 mtt

Đã cho mtt = 1,2 kg là khối lượng nhóm thanh truyền

Suy ra m1 = 0,3.1,2 = 0,36 kg

Suy ra m’ = mpt + m1 = 0,9 +0,36 = 1,26 kg

Để có thể dùng phương pháp cộng đồ thị -Pj với đồ thị công thì phải lấy trục P0 trên

đồ thị công làm trục hoành cho đồ thị -Pj đồng thời đồ thị -Pj phải có cùng thứnguyên và cùng 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 Tức là thay:

AC = -= = = 31,85 (mm).

BD = -= = = -16,45 (mm)

EF = = = -15,48 (mm)

- Cách khai triển là dựa vào đồ thị Brick và đồ thị công để xác định điểm có ápsuất theo giá trị cho trước

- Tỷ lệ xích: = 1(0/ mm)

Pkt = 0,0525 ( )

- Các bước tiến hành vẽ như sau:

+ Vẽ hệ tọa độ vuông góc P –

+ Từ các điểm chia trên đồ thị Brick dóng các đường thẳng vuông góc với trụchoành và cắt đồ thị công tại các điểm trên đường biểu diễn cá qua trình nạp, nén,cháy-giãn nở, thải Qua các điểm này ta kẻ các đường thẳng song song với trụchoành sang hệ trục tọa độ P –

+ Từ các điểm chia trên trục 0 kẻ các đường thẳng song song với 0 cắt nhữngđiểm dóng ngang tại những điểm ứng với điểm chia trên đồ thị Brick và phù hợpvới quá trình làm việc của động cơ.Nối các giao điểm nạy lại ta được đồ thị -

a

a + ßA

Trong đó: là thành phần lực tác dụng lên đường tâm thanh truyền.

N là thành phần lực tác dụng lên phương thẳng góc với đường tâm xilanh

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

(1.7)

- Ta lại phân tích ra làm 2 thành phần lực: lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z

(1.8)

b Xây dựng đồ thị T, Z , N theo

- Từ đồ thị - tiến hành đo giá trị biểu diễn của p1 theo = 00, 50, 100, …, 3600 Sau

đó xác định theo quan hệ: Sin = Sin = arcsin(.Sin )

- Do đó, với mỗi giá trị của ta có một giá trị của tương ứng Từ quan hệ ở các

công thức (1.7) và (1.8) , ta lập được bảng giá trị của đồ thị T, N, Z –

- Ta có quan hệ 2 , 3 , 4 , theo 1 khi 1 lần lượt nhận các giá trị từ 00 đến 3600 được cho

170 0.138 350 -1.059 710

- Ta có Ttb từ đồ thị: Ttb = ((Ti))/4 = 0,7865 MN/m2

1.9

Xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

a Mục đích của việc xây dựng đồ thị phụ tải:

- Xác định lực tác dụng trên chốt ở mỗi vị trí của trục khuỷu

- Khai triển đồ thị phụ tải theo quan hệ Q - ta có thể xác định được phụ tải lớn

nhất, bé nhất trên chốt khuỷu

- Từ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta có thể xây dựng được đồ thị phụ tải

tác dụng lên đầu to thanh truyền và đồ thị mài mòn chốt khuỷu , từ đó có thể xác định

được vị trí chịu phụ tải bé nhất trên chốt khuỷu để khoan lỗ dầu bôi trơn

b Phương pháp vẽ

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

- Đặt giá trị của các cặp (T, Z) theo các góc tương ứng lên hệ trục tọa độ T-Z Ứng

với mỗi cặp giá trị (T, Z) ta có một điểm Đánh dấu các điểm từ 0, 5, 10,…, 360, ứng

với các góc từ 00, 50, 100,…, 3600

- Nối các điểm này lại ta được đường cong biểu diễn phụ tải tác dụng lên chốt

khuỷu

- Dời gốc tọa độ O’ theo phương trục Z một đoạn O’O bằng giá trị biểu diễn của

lực quán tính li tâm PRo

- Tính lực quán tính li tâm PRo:

Ta có: PRo = m2.R.

Trong đó: m2 là khối lượng nhóm thanh truyền quy về đầu to thanh truyền, tính trênmột đơn vị diện tích đỉnh piston

Suy ra: PRo = -0,84.0,535.349,72 =- 5497,7 (N/)

Giá trị biểu diễn = PRobd = = = 16 mm

- Điểm O xác định chính là tâm chốt khuỷu Từ tâm O vẽ vòng tròn tượng trưng chốtkhuỷu

- Xác định giá trị, chiều và điểm đặt của vectơ phụ tải tại một điểm A bất kỳ trên đồ thị phụ tải

+ Giá trị của vectơ phụ tải là khoảng cách từ tâm O đến điểm A

+ Chiều của vectơ phụ tải theo chiều từ tâm O ra điểm A cần xác định

+ Điểm đặt của vectơ phụ tải là điểm giao nhau của vectơ OA và kéo dài về phíagốc cho đến khi cắt vòng tròn tượng trưng chốt khuỷu

1.10 Khai triển đồ thị phụ tải trong hệ tạo độ cực O thành đồ thị Q –

- Chọn tỉ lệ xích Q = p = 0,0525 (MN/m2.mm)

= 1 (0/ mm)

- Tiến hành đo các khoảng cách từ tâm O đến các điểm Ai(Ti, Zi) ứng với các góc itrên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Ta nhận được các giá trị của Qi tươngứng

- Lập bảng tính xây dựng đồ thị Q -

+ Đặt các cặp điểm (Q, ) lên hệ trục tọa độ.

+ Đường cong nối các điểm này biểu diễn đồ thị Q - cần vẽ

- Xác định giá trị biểu diễn của Qtb: Qtbbd = Ttb = (Qi)/36 =35,5 mm

Suy ra Qtb = Qtbbd Q = 35,5.0,0525 = 1,864 (MN/m2)

1.11 Xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền

a Phương pháp xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền:

- Vẽ tượng trưng dạng đầu to thanh truyền trên tờ giấy bóng mờ Lấy tâm đầu to làtâm O Vẽ một vòng tròn tâm O bán kính bất kì Giao điểm giữa đường tâm thanhtruyền và vòng tròn là điểm gốc 00

- Chia vòng tròn tâm O thành 36 phần theo chiều kim đồng hồ xuất phát từ gốc 00 ,các điểm chia sẽ tương ứng với các góc (+) Để đơn giản tại các điểm chia trên vòngtròn thay vì ghi giá trị (+) ta chỉ ghi giá trị Tức là ghi 0,10,20,…,360

- Đem tờ giấy bóng đặt lên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu sao cho tâm Otrùng với gốc O của đồ thị và đường tâm thanh truyền OZ’ trùng với trục OZ của đồthị

- Lúc này trên tờ giấy bóng hiện lên điểm 0 của đầu mút vectơ , ta ghi điểm đầubằng 0 lên tờ giấy bóng Lần lượt xoay tờ giấy bóng ngược chiều kim đồng hồ chocác điểm chia 10, 20, 30, …, 360 trùng với trục OZ Đồng thời đánh dấu đầu mút củacác vectơ , , , …, của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu trên tờ giấy bóng bằngcác điểm 10, 20, 30, …, 360

- Nối lần lượt các điểm vừa đánh dấu trên tờ giấy bóng theo đúng thứ tự ta sẽ đượcđường cong biểu diễn đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền

b Xác định giá trị, chiều và điểm đặt lực:

- Giá trị biểu diễn là khoảng cách từ tâm O ra điểm B bất kỳ cần xác định

- Điểm đặt là giao điểm của vectơ OB và vòng tròn tượng trưng đầu to thanhtruyền.

1.12 Xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu

a Các giả thiết cơ bản để xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu

- Khi tính mài mòn ta tính lúc động cơ ở tốc độ định mức

- Độ mài mòn tỉ 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

b Phương pháp xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu

- Vẽ vòng tròn tượng trưng cho chốt khuỷu, tâm O trùng với tâm đồ thị phụ tải tácdụng lên chốt khuỷu Chia vòng tròn thành 24 phần bằng nhau ngược chiều kim đồng

hồ xuất phát từ điểm 0 ( giao điểm của đường tâm má khuỷu và vòng tròn tâm O).Đánh số các điểm chia từ 0, 1, 2, …, 23

- Tích hợp lực Q’i :

Từ các điểm 0 đến 23 ta kẻ qua tâm O và kéo dài, các tia này sẽ cắt đồ thị phụ tải Cóbao nhiêu điểm giao nhau sẽ có bấy nhiêu lực tác dụng tại một điểm

Do đó: Q’i = Q’i1 + Q’i2 + Q’i3

Trong đó: i là điểm chia bất kỳ

1, 2, 3 là số giao điểm của tia chia với đồ thị phụ tải

Ta có bảng tính Q’i