Đồ án môn học kết cấu tính toán động cơ 6 xilanh thẳng hàng

Lực tác dụng lên chốt piston là hợp lực của lực quán tính và lực khí thể: P1 = Pkh + Pj Từ đồ thị lực quán tính và lực khí thể đã vẽ ở trên, theo nguyên tắc cộng đồ thị ta sẽ được đồ th

+ Aïp suất cực đại : Pz=7,1 (MN/m2)

+ Khối lượng nhóm piston : mpt=4 (kg)

+ Khối lượng nhóm thanh truyền : mtt=6(kg)

+ Góc phun sớm : s =17

+ Góc phân phối khí : 1 =20; 2=50; 3=50; 4=20

+ Thứ tự làm việc của động cơ : 1-4-2-5-3-6

1.2.Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén.

Phương trình của đường nén đa biến:

n1- chỉ số nén đa biến trung bình

- Động cơ Diesel buồng cháy thống nhất: n1 = (1,341,42) Chọn n1 = 1,36

 pc = 0,088.16,31.36 = 3.918 [MN/m2]

1.3 Xây dựng đường cong áp suất trên đường giãn nở.

Phương trình của đường giãn nở đa biến:

Ở đây:

pz- áp suất cực đại, pz = 7,1 [MN/m2]

n2- chỉ số giãn nở đa biến

- Đối với động cơ Diesel: n2 = (1,151,28)

8421 , 1 139 4

9 , 129

8421 , 1

Lập bảng tính : Từ công thức (1.1) và (1.2), kết hợp với

việc chọn các thể tích Vnx và Vgnx, ta tìm được các giá trị ápsuất pnx, pgnx Việc tính các giá trị pnx, pgnx được thực hiệntrong bảng sau:

n

n z

i

P 

Ta được bảng giá trị thực biểu diễn đồ thị công

Bảng 1.1.3 _Bảng giá trị biểu diễn đồ thị công

Vx

1

n

c i

P

2

2.

n

n z

pr- áp suất khí sót, phụ thuộc vào loại động cơ

Tốc độ trung bình của piston:

4326 8 30

1820 139 , 0

,16

1,

22 , 1

- Điểm z (Vz, pz)

 z (0.1806 [l];7,1[MN/m2])

Nối các điểm trung gian của đường nén và đường giãn nở với các điểm đặc biệt, sẽ được đồ thị công lý thuyết

Dùng đồ thị Brick xác định các điểm :

Góc mở sớm xupap nạp (r’):1  20 ; Góc đóng muộn xupap nạp(a’):2  50 ; Gócmở sớm xupap thải (b’):3  50 ;Góc đóng muộnxupap thải (r’’) :4  20 ; Góc phun sớm (c’):p  17 

Hiệu chỉnh đồ thị công :

Động cơ Diesel lấy áp suất cực đại bằng pz

Xác định các điểm trung gian:

- Trên đoạn cy lấy điểm c’’ với c’’c = 1/3 cy

- Trên đoạn yz lấy điểm z’’ với yz’’ = 1/2 yz

- Trên đoạn ba lấy điểm b’’ với bb’’ = 1/2 ba

Nối các điểm c’c’’z’’ và đường giãn nở thành đường cong liêntục tại ĐCT và ĐCD và tiếp xúc với đường thải, ta sẽ nhậnđược đồ thị công đã hiệu chỉnh

1.2.XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CHUYỂN VỊ PISTON BẰNG

PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ BRICK.

Chuyển vị x của piston tuỳ thuộc vào vị trí của trục khuỷu, xthay đổi theo góc quay  của trục khuỷu

- Theo phương pháp giải tích chuyển dịch x của piston đượctính theo công thức:

R

Giải x bằng phương pháp đồ thị Brích cho phép ta xác lậpđược mối quan hệ thuận nghịch giữa chuyển vị x của pistonvới góc quay () của trục khuỷu một cách thuận lợi và kháchính xác

Các bước tiến hành vẽ đồ thị như sau :

Vẽ vòng tròn tâm O, bán kính R = S/2 = 139/2 = 69,5 [mm] Chọn tỷ lệ xích: s = 139/153=0.9085[mm/mm]

Giá trị biểu diễn của R là :

5 , 69

OO 

Ở đây:

' R  

Giá trị biểu diễn là :

2 0 , 9085 10,71( )

28 , 0 5 , 69

30

1820

4

1'

0' 7'

3'

5' 2'

7 g

5

6

e 4'

R2

V=f( 

h

B 8

5 , 76 15

, 173

99805 , 13245 1

v

R R

Vẽ vòng tròn tâm O có bán kính R2:

439727 ,

1854 2

5899 , 190 28 , 0 5 , 69 2

.

Giá trị biểu diễn của R2 là:

71 , 10 15

, 173

439727 ,

1854 2

v

R R

b, c với nữa đường tròn R1 biểu diễn trị số của vận tốc ở các góc  tương ứng; điều đó có thể chứng minh dễ dàng Từ hình1.2, ở một góc  bất kỳ ta có : bb’ = R2.sin2 và b’2

.

2 2 ' ' b R2 Sin R1Sin R Sin Sin bb

V a

Hình 1.2 Đồ thị xác định vận tốc của piston

1.4.XÂY DỰNG ĐỒ THỊ GIA TỐC THEO PHƯƠNG PHÁP TÔLÊ

Chọn tỷ lệ xích J = s.2 = 0,9085.190,58992 = 33000,8173 [mm/s2.mm]

Lấy đoạn thẳng AB = S = 2R = 139 (mm)

Giá trị biểu diễn là:

- Từ A dựng đoạn thẳng AC về phía trên AB, với:

2 max R 1 69 , 5 190 , 5899 ( 1 0 , 28 ) 3231428 , 408m/s J

- Từ B dựng đoạn thẳng BD về phía dưới AB, với:

2 min R .1 69,5.190,5899 (1 0,28) 1817678,48m/s J

408 , 3231428

J AC

48 , 1817678

J BD

893 , 2120625

mm

EF EF

Hình 1.3 Đồ thị Tôlê.

1.5 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ LỰC QUÁN TÍNH Pj, LỰC KHÍ THỂ Pkh, LỰC TỔNG P1

1.5.1 Đồ thị lực quán tính P j

Cách xây dựng hoàn toàn giống đồ thị gia tốc, ta chỉ thaycác giá trị Jmax, Jmin và

-3R2 bằng các giá trị Pmax,, Pmin, , -3R2.m

Ở đây:

m- khối lượng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu

khuỷu trục thanh truyền [2]:

m = m + m

A C

F

j m

10 408 , 3231428

68 , 5

10 48 , 1817678

68 , 5

6

9 min

(1.5)

Từ A dựng đoạn thẳng AC thể hiện (-Pjmax)

Giá trị biểu diễn của (-Pjmax) là:

92 , 42 03227 , 0

385 , 1

P AC

Từ B dựng đoạn thẳng BD thể hiện (-Pjmin)

Giá trị biểu diễn của (-Pjmin) là:

14 , 24 03227 , 0

779 , 0

P BD

10 5899 , 190 5 , 69 28 , 0 3 68 , 5

3

6

9 2 2

Giá trị biểu diễn của EF là:

28 , 16

03227 , 0

9088 , 0

Nối CF và DF Phân các đoạn CF và DF thành các đoạn nhỏ bằng nhau ghi các số 1, 2, 3, 4, và 1’, 2’, 3’, 4’, như hình 1.4 Nối 11’, 22’, 33’, v.v Đường bao của các đoạn thẳng này biểu thị quan hệ của hàm số -Pj=f(s) Diện tích F1 = F2

SVTH: Thái Văn Ngọc

N

P1 Ptt

l Pk

T Ptt

1.5.2 Đồ thị lực khí thể P kh

Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị công như ta đã vẽ ở trên

ta có cách vẽ như sau :

Từ các góc 0, 100, 200, 300, , 1800 tương ứng với kỳ nạp của động cơ

1900, 2000, 2100, , 3600 tương ứng với kỳ nén của động cơ

3700, 3800, 3900, , 5400 tương ứng với kỳ cháy - giãn nở của động cơ

5500, 5600, 5700, , 7200 tương ứng với kỳ thải của động cơ

trên đồ thị Brick ta gióng các đoạn thẳng song song với trục p của đồ thị công sẽ cắt đường biểu diễn đồ thị công tương

ứng các kỳ nạp, nén, cháy - giãn nở, thải của động cơ và lần lượt đo các giá trị được tính từ điểm cắt đó đến đường

thẳng song song với trục V và có tung độ bằng p0, ta đặt sang bên phải bản vẽ các giá trị vừa đo ta sẽ được các điểm tương ứng các góc 00, 100, 200, 300, , 7100, 7200 và lần lượt nối các điểm đó ta sẽ được đồ thị lực khí thể Pkh cần biểu diễn

1.5.3 Đồ thị lực tác dụng lên chốt piston P 1

Lực tác dụng lên chốt piston là hợp lực của lực quán tính và lực khí thể:

P1 = Pkh + Pj

Từ đồ thị lực quán tính và lực khí thể đã vẽ ở trên,

theo nguyên tắc cộng đồ thị ta sẽ được đồ thị P1 cần biểu diễn

1.6 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ LỰC TIẾP TUYẾN T, LỰC PHÁP

TUYẾN Z, LỰC NGANG N

Các công thức để tính toán T, Z, N được chứng minh như sau:

SVTH: Thái Văn Ngọc

Hình 1.5 Hệ lực tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục thanh

truyền giao tâm.

Ở đây:

p1 = pkh + pJ

p1 = P1/Fp , pJ = PJ/Fp

Phân p1 thành hai thành phần lực: p1 ptt N

Trong đó: ptt -lực tác dụng trên đường tâm thanh truyền N- lực ngang tác dụng trên phương thẳng góc với đường tâm xy lanh

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

p tt p1.Cos1 (1.6)

N p1.tg (1.7)

Phân ptt thành hai phân lực: lực tiếp tuyến T và lực pháptuyến Z (sau khi đã dời xuống tâm chốt khuỷu ) ta cũng có thể xác định trị số của T và Z bằng các quan hệ sau:

p

Z  tt   1.  (1.9) Lập bảng tính T, N, Z tương ứng với các góc quay trục khuỷu  = 00, 100, 200, , 7200 và  = arcsin(.sin)

Chọn tỷ lệ xích T = Z =N =0,03227 [MN/m2.mm],  = 2 [độ/

Bảng 1.2 được tính theo công thức đã chứng minh ở trên, ta sẽ

được các điểm 0, 1, 2, 3, , 72 Dùng đường cong nối các điểmấy lại, ta có đồ thị lực T, Z, N cần xây dựng

1.7.XÂY DỰNG ĐỒ THỊ TỔNG T:

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

Ta có bảng giá trị theo T- :

6 8421 , 1 1820 8 , 0

30

.

Giá trị biểu diễn : 4155 , 714

03227 , 0

105 , 134

N N

705 , 284 30 10

.

F R n

ta có thể xác định :

+Khu vực chịu lực ít nhất để xác định vị trí khoan lỗ dẫn dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền trục +Xây dựng đồ thị phụ tải tác dung lên đầu to thanh truyền +Xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu

_Khi vẽ đồ thị phụ tải tác dung trên chốt khuỷu chúng ta có

một vài nhận xét sau:

+Tại điểm A chịu tác dung của các lực : Qpk0TZpk0ptt

+ Trên chốt khuỷu chịu tác dung của lực quán tính ly tâm (PRo) lực này do khối lượng vận động quay m 2 của nhóm thanh truyền quy về đầu to thanh truyền

+ Lực PRo có trị số không đổi và luôn hướng ra ngoài trên cùngphương với lực Z nhưng ngược chiều

Từ nhận xét trên ,khi vẽ đồ ta chưa xét đến lực PRo sẽ dùng phương pháp dịch gốc tọa độ O’ đến tâm O có giá trị bằng (-

Bước 4 :

_ Nối các điểm 0,15,30 , ,720 theo thứ tự ta có đường congbiểu diễn đồ thị phụ tải trên chốt khuỷu

2 2

10 25 , 8789

6

6 0



p

R R

5325 , 0

0

p

R R

p p

_Xác định giá trị ,chiều và điểm đặt của một điểm bất kỳ

trên đồ thị phụ tải :

_Lấy một điểm bất kỳ (A) trên đồ thị phụ tải chúng ta có thể xác định giá trị của vectơ phụ tải bằng cách nối điểm (A) với gốc O của đồ thị

Tìm điểm tác dụng của véctơ chỉ cần kéo dài véctơ về phía gốc cho đến khi gặp vòng tròn tượng trưng bề mặt chốt khuỷu tại điểm b Rất dễ thấy rằng véctơ Q là hợp lực của các lực tác dụng trên chốt khuỷu:

tt k k

300, , 72 = 7200 trên đồ thị véctơ phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu.

Xác định trị số trung bình của phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu Qtb bằng cách đếm diện tích bao bởi đồ thị triển khai Q

- , trục hoành và trục tung Kết quả được FQ = 8743[mm2], chia

FQ cho chiều dài trục hoành nên giá trị của Qtb là :

0 , 0312 1 , 9032 / 2

360

21960

Sau khi đã vẽ được đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu, ta căn cứ vào đấy để vẽ đồ thị phụ tải của ổ trượt

ở đầu to thanh truyền Cách vẽ như sau :

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

Vẽ một vòng tròn bất kỳ, tâm O Giao điểm của đường tâm phần thân thanh truyền với vòng tâm O là điểm 00

Từ điểm 00, ghi trên vòng tròn các điểm 1, 2, 3, , 72 theo chiều quay trục khuỷu và tương ứng với các góc 100 + 100, 200

+ 200, 300 + 300, , 7200 + 7200

Đem tờ giấy bóng này đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt khuỷu sao cho tâm O trùng với tâm O của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Lần lượt xoay tờ giấy bóng cho các điểm 0, 1, 2,

3, , 72 trùng với trục (+Z) của đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu Đồng thời đánh dấu các điểm đầu mút của các véctơ Q0, Q1, Q2, , Q72 của đồ thị phụ tải chốt khuỷu hiện trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0, 1, 2, 3, , 72

Nối các điểm 0, 1, 2, 3, , 72 lại bằng một đường cong,

ta có đồ thị phụ tải tác dụng trên đầu to thanh truyền như trên hình 1.7

Hình 1.7 Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng đầu

to thanh truyền.

1.10 XÂY DỰNG 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 Aïp suấtbé 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

+ Lực tác dụng có ảnh hưởng dụng lên chốt là phụ tải ổn định ứng với công suất Ne và tốc độ n định mức.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

Vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu tiến hành theo các bước sau :

+ Vẽ vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho vòng tròn chốt khuỷu, rồi chia vòng tròn trên thành 24 phần bằng nhau

Đồ án môn học: Kết cấu và tính toán động cơ

GVHD:TS Trần Thanh Hải Tùng

+ Tính hợp lực Q của các lực tác dụng trên các điểm 0,

1, 2, , 23 rồi ghi trị số của các lực ấy trong phạm

vi tác dụng

trên Bảng

1.5.

+ Cộng trị số của

Q Chọn tỷ lệ xích Q = 1[MN/m2.mm], dùng tỷ lệ xích vừa

323,5

32

3,5

323,5

323,5Q

Q

4 10,210,210,210,210,210,2 10,20,1

2

10,2Q

10,

5 0,15Q

76,

4 6,74

76,4 6,74

76,4Q

15

2 152

15

2 152

152

152Q

10

8 108

108

108

108Q

Q

15 9,6 69,5 9,6 69,5 9,6 9,6 9,6 9,6 9,6

chọn đặt các đoạn thẳng đại biểu cho Q ở các điểm 0, 1, 2,

3, , 23 lên vòng tròn đã vẽ, dùng đường cong nối các điểm đầu mút của các đoạn ấy lại ta sẽ có đồ thị mài mòn chốt khuỷu

2.2.Động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền :

Trong quá trình làm việc của động cơ, cơ cấu trục khuỷuthanh truyền chịu tác dụng của các lực sau: Lực quán tính docác chi tiết có khối lượng chuyển động ; Lực khí thể ;trọng lực ; Lực ma sát Trừ trọng lực ra, chiều và trị sốcủa các lực khác đều thay đổi theo vị trí của piston trong cácchu kỳ công tác của động cơ Trong các lực nói trên lực quántính và kực khí thể có trị số lớn hơn cả, nên trong quá trìnhtính toán ta chỉ xét đến hai loại lực này

2.2.1.Xác định khối lượng :

2.2.1.1.Khối lượng tham gia chuyển động thẳng :

Các chi tiết máy trong cơ cấu trục khuỷu thanh truyền thamgia vào chuyển động tịnh tiến bao gồm các chi tiết trong nhómpiston và khối lượng của thanh truyền quy dẩn về đầu nhỏthanh truyền

Ta có: mm np m1.

Trong đó: m np : khối lượng nhóm piston m np  4 0 (kg)

m1 : khối lượng thanh truyền qui dẩn về đầunhỏ thanh truyền

m R m2 m k

A C

cơ cấu trục khuỷu thanh truyền thường tính trên đơn vị diệntích đỉnh piston

2.2.2.Xác định lực quán tính các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến :

- Diện tích đỉnh piston :

2 2 13252 , 81646 ( 2 ) 13252 , 81646 10 6 2 `

4

9 , 129

81646 , 13252

8 , 4

F

m m

 2

6 max 1170382 , 465 10 MN/m

 2

6 min 685339 , 523 10 MN/m

03227 , 0

10 465 ,

1170382 6

P AC

10 523 ,

685339 6

P BD

10 8069 , 768026 '

mm F

E EF

lPk

TPtt

N

ZO

- Vẽ hệ trục toạ độ vuông góc P - trục ngang lấy giá trị Po

trên trục 0 ta chia 10o một ứng với tỷ lệ xích:   1 ( 0 /mm).-Sử dụng đồ thị Brich để khải triễn đồ thị P -V thành P - Từcác điểm chia trên đồ thi Brich dóng các đường thẳng song songvới 0P và cắt đồ thị công tại các điểm trên đường biểu diễncác quá trình nạp, nén, cháy, giản nỡ và thải Qua các giaođiểm này ta kẻ các đường ngang song song với trục hoành sanghệ trục toạ độ P-

- Từ các điểm chia trên trục 0 kẻ các đường song song vớitrục 0P, những đường này cắt các đường dóng ngang tại cácđiểm ứng với các góc chia của đồ thị Brich và phù hợp vớiquá trình làm việc của động cơ Nối các giao điểm này lại tacó đường cong khai triển đồ thị P - với tỷ lệ xích :

0 , 03227 ( / 2 )

mm m MN

P 

  1 ( 0 /mm)

2.2.4.Khai triễn đồ thị Pj - V thành Pj - :

Cách khai triễn đồ thị này giống như cách khai triễn đồ thị P-V thành P - nhưng giá trị của Pj trên đồ thị P - V khi chuyểnsang đồ thị P - phải đổi dấu

2.2.5.Cộng đồ thị P -và Pj - được P1 - :

Cộng các giá trị P kt với P j ở các trị số góc  tương ứng tavẽ được đường biểu diễn hợp lực của lực quán tính vàlực khí thể P1

P1P kt P j (MN/m2)

2.2.6.Lập bảng tính các lực tác dụng lên chốt khuỷu :

Hệ lực tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục thanh

- Ta lập bảng tính P1,T,Z,N. theo giá trị góc 

+P1 ta xác định được trên đồ thị tương ứng với các giá trịcủa 

+ Xác định các giá trị T,Z,N :Ta có các giá trị sincos,coscos,tg  phụ thuộc vào giá trị  , cho trong bảng phụ lục sáchKết Cấu và Tính Toán Động Cơ tập I

Sau khi lập bảng xác định các giá trị T,Z,N Ta vẽ đồ thị