Đồ án tính toán thiết kế động cơ đốt trong (DM4 0112)

Bảng 1.3: Bảng giá trị biểu diễn đồ thị công :+ Từ các số liệu đã cho ta xác định được các tọa độ điểm trên hệ trục tọa độ.. + Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, dựng các đường song son

1 VẼ ĐỒ THỊ.

1.1 VẼ ĐỒ THỊ CÔNG

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

Bảng 1.1: Bảng thông số chọn của động cơ:

Chỉ số giản nở đa biến

trong quá trinh thải

1.1.2 Xây dựng đường cong nén.

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

i là tỉ số nén tức thời

p c=p a. ε n1

= 0.1472.17,91.32=6,43(MN/m2)

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:

pgnx= pz ( Vz

Vgnx)n2 . Với : V z=ρVV C và đặt : i=

V a=V C+V h=ε V c=17 ,9 0 , 03=0 ,537(dm 3)

V z=ρVV c=1,5 0 , 03=0 , 045(dm 3)

Cho i tăng từ 1 đến ε ta lập được bảng xác định tọa độ các điểm trên đường nén vàđường giãn nở

1.1.5 Bảng xác định tọa độ các điểm trung gian

Bảng 1.2 : Bảng giá trị đồ thị công của động cơ

0.54 17.9 49.13 0.02 0.15 39.01 0.03 0.45

2 XÁC ĐỊNH CÁC ĐIỂM ĐẶC BIỆT VÀ HIỆU CHỈNH ĐỒ THỊ CÔNG

* Điểm r(Vc,Pr) Vc-thể tích buồng cháy Vc=0,03 [l]

Pr-áp suất khí sót, phụ thuộc vào tốc độ động cơ

Tốc độ trung bình của piston:

Bảng 1.3: Bảng giá trị biểu diễn đồ thị công :

+ Từ các số liệu đã cho ta xác định được các tọa độ điểm trên hệ trục tọa độ Nối các tọa

độ điểm bằng các đường cong thích hợp được đường cong nén và đường cong giãn nở.+ Vẽ đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải bằng hai đường thẳng song song vớitrục 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

4

Nối câc điểm trung gian của đường nĩn vă đường giản nở với câc điểm đặc biệt, sẽđược đồ thị công lý thuyết.

Dùng đồ thị Brick xâc định câc điểm :

Góc mở sớm xupap nạp (r’): α1=7∘

; Góc đóng muộn xupap nạp(a’): α2=12∘

; Gócmở sớm xupap thải (b’): α3= 53∘

;Góc đóng muộnxupap thải (r’’) : α4=10∘

; Góc phun sớm (c’): ϕp=7∘

Hiệu chỉnh đồ thị công :

Động cơ Diesel lấy âp suất cực đại bằng pz

Xâc định câc điểm trung gian:

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

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

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

Nếu câc điểm c’c’’z’’ vă đường giản nỡ thănh đường cong liín tục tại ĐCT vă ĐCD vătiếp xúc với đường thải, ta sẽ nhận được đồ thị công đê hiệu chỉnh

Sau khi hiệu chỉnh ta nối câc điểm lại thì được đồ thị công thực tế

ĐỒ THỊ BRICK

4'

1

3' 6 5

1'

C C''

µ v = 0.052[lit/mm]

ĐỒ THỊ CÔNG

µ p = 0.03[MN/m 2 mm ]

D 4

b'' a' B 1

b' b

1

2

4 Z'' 3

1 5

6

8

1 0

1 1 1 1

B'

O - Giao điểm của đường tđm xi lanh vă đường tđm trục khuỷu

C - Giao điểm của đường tđm thanh truyền vă đường tđm chốt khuỷu

B' - Giao điểm của đường tđm xy lanh vă đường tđm chốt piston

A - Vị trí chốt piston khi piston ở ĐCT

B - Vị trí chốt piston khi piston ở ĐCD

R - Bân kính quay của trục khuỷu (m)

l - Chiều dăi của thanh truyền (m)

S - Hănh trình của piston (m)

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

- Góc lắc của thanh truyền ứng với góc (độ)

1.2 ĐỘNG HỌC VĂ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ CĐ́U TRỤC KHUỶU THANH TRUYÍ̀N

Động cơ đốt trong kiểu piston thường có vận tốc lớn ,nín việc nghiín cứu tính toân độnghọc vă động lực học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền lă cđ̀n thiết để tìm quy luật vậnđộng của chúng vă để xâc định lực quân tính tâc dụng lín câc chi tiết trong cơ cấu trụckhuỷu thanh truyền nhằm mục đích tính toân cđn bằng ,tính toân bền của câc chi tiết vătính toân hao mòn động cơ

Trong động cơ đốt trong kiểu piston cơ cấu trục khuỷu thanh truyền có 2 loại loại giao tđm

vă loại lệch tđm

Ta xĩt trường hợp cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tđm

1.2.1 Động học của cơ cđ́u giao tđm :

Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tđm lă cơ cấu mă đường tđm xilanh trực giao vớiđường tđm trục khuỷu tại 1 điểm (hình vẽ)

6

O - Giao điểm của đường tâm xi lanh và đường tâm trục khuỷu

C - Giao điểm của đường tâm thanh truyền và đường tâm chốt khuỷu

B' - Giao điểm của đường tâm xy lanh và đường tâm chốt piston

A - Vị trí chốt piston khi piston ở ĐCT

B - Vị trí chốt piston khi piston ở ĐCD

R - Bán kính quay của trục khuỷu (m)

l - Chiều dài của thanh truyền (m)

S - Hành trình của piston (m)

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

- Góc lắc của thanh truyền ứng với góc (độ)

Hình 1- 2:Sơ đồ cơ cấu KTTT giao tâm

1.2.1.1 Xác định độ dịch chuyển (x) của piston bằng phương pháp đồ thị Brick

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

x≈R [(1−cos α)+λ

4(1−cos2 α)] .

-Các bước tiến hành vẽ như sau:

+ Từ tâm O’ của đồ thị brick kẻ các tia ứng với 100 ; 200…1800 Đồng thời đánh số thứ 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 biểu diễnkhoảng 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 xác địnhchuyển 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).

* Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng

2×238,04 = 10,14(mm)+ Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R1 thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự0;1;2 …18.

+ 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…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 này lại ta

có đường cong giới hạn vận tốc của piston Khoảng cách từ đường cong này đến nửađường tròn biểu diễn trị số tốc độ của piston ứng với các góc

8

V

0 2'' 3'' 4'' 5'' 6''

7'' 8'' 1'2'

4' 5' 6'7'8'

1

2 3 4 5 6 7

0

1 1

1 2

1 3

1 4

1 5

1 6

1 7

1 8 1''

18 0

16 0

14 0

12 0

10 0

8 0

6 0

4 0

2 0 0

9'' 10'' 11'' 12''

Từ các điểm 00, 100, 200, ,1800 trên đồ thị Brick ta gióng xuống các đường cắt đường

Ox tại các diểm 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 có đường biểu diễn v = f(x)

1.2.1.2 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 gia tốc

Giá trị biểu diễn: AB=

159773 ,11=42,9(mm) Nối C với D Đường thẳng CD cắt

trục hoành Ox tại E Từ E lấy xuống dưới một đoạn

EF=

6494003 ,8

159773,11=40,65(mm) Nối CF và FD, đẳng phân định hướng CF thành 8 phần

bằng nhau và đánh số thứ tự 0;1;2…đẳng phân định FD thành 8 phần bằng nhau và đánh

số thứ tự 0’;1’;2’…vẽ các đường bao trong tiếp tuyến 11’;22’;33’…Ta có đường congbiểu diễn quan hệ j=f ( x) .

10

j = 159,733 m/s 2 mm ĐỒTHỊ GIA TỐC j

B

D F

E 4'

3' 2'

1' C

Vẽ theo phương phâp Tole với trục hoănh đặt trùng với P0 ở đồ thị công, trục tung

biểu diễn giâ trị Pj .

Vẽ đường biểu diễn lực quân tính được tiến hănh theo câc bước như sau:

+ Chọn tỉ lệ xích trùng với tỉ lệ xích đồ thị công:

pjpmmm 

+ Xâc định khối lượng chuyển động tịnh tiến:

m’ = mpt + m1

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

mpt = 0,8(kg) - Khối lượng nhóm piston

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

Theo công thức kinh nghiệm:

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 α ta tiến hành như sau: + Vẽ hệ trục tọa độ p - α Trục hoành đặt ngang với đường biểu diễn p0 trên đồ thị

công

+ Chọn tỉ lệ xích: μ α=2 (độ/mm).

μ p=0, 052(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 độp-α Từ các điểm chia tương ứng 00, 100, 200,… trên trục hoành của đồ thị p-α ta kẻ cácđường thẳng đứng cắt các đường trên tại các điểm ứng với các góc chia trên đồ thị Brick

và phù hợp với các quá trình làm việc của động cơ Nối các điểm lại bằng đường congthích hợp ta được đồ thị khai triển p-α

b) Khai triển đồ thị p J=f ( x ) thành p J=f (α )

12

Đồ thị − p J=f ( x ) biểu diễn đồ thị công có ý nghĩa kiểm tra tính năng tốc độ của

động cơ

Khai triển đường p J=f ( x ) thành p J=f (α ) 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 độp-α phải đặt đúng trị số dương của pj

c) Vẽ đồ thị p1=f (α )

Theo công thức p1= pkt+ pj Ta đã có p

kt =f(α)α)) và p J=f (α ) Vì vậy việc xây

dựng đồ thị p1=f (α) được tiến hành bằng cách cộng đại số các toạ độ điểm của 2 đồ

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

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

1.2.2.3 Vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến T =f (α ) , lực pháp tuyến Z =f (α ) và

Z =P1.

cos(α+β)cos(β) N=P1 tg(β)

14

β được xác định theo quan hệ:

+ Việc vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến T =f (α ) , lực pháp tuyến Z =f (α ) và lực ngang N=f (α )

Trên hệ tọa độ T-α, Z-α, N-α, ta xác định các trị số T, Z, N ở các góc độ α = 00, α =100, α = 200,…, α =720

số của T, Z, N như đã lập ở bảng 1-2 được tính theo công thức đã chứng minh ở trên,ta sẽ có được các điểm 0,

1, 2,…,72.Dùng đường cong nối các điểm ấy lại,ta có đồ thị lực T, Z, N cần xây dựng

1.2.2.4 Vẽ đồ thị biểu diễn momen tổng T:

Thứ tự làm việc của động cơ: 1-3-4-2

+ Khi trục khuỷu của xylanh thứ nhất nằm ở vị trí α1=00 .

thì trục khuỷu của xylanh thứ hai nằm ở vị trí α2=1800 .

trục khuỷu của xylanh thứ ba nằm ở vị trí α3=5400 .

trục khuỷu của xylanh thứ tư nằm ở vị trí α4=3600 .

2.2.6 Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu :

- Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốt khuỷu ở mỗi vị trí củatrục khuỷu Từ đồ thị này ta có thể tìm trị số trung bình của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu cũng như có thể dễdàng tìm được lực lớn nhất và lực bé nhất Dùng đồ thị phụ tải ta có thể xác định khu vực chịu lực ít nhất để xácđịnh vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền ở trục

- Khi vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu có thể chưa cần xét đến lực quán tính chuyển động quay củakhối lượng thanh truyền m2 quy về tâm chốt khuỷu vì phương và trị số của lực quán tính này không đổi sau khi

vẽ xong ta xét

- Vẽ hệ toạ độ T - Z gốc toạ độ 0' trục 0’Z có chiều dương hướng xuống dưới.

- Chọn tỉ lệ xích : μ T=μ Z=μ P=0 , 052( MN /m2 mm)

- Đặt giá trị của các cặp (T.Z) theo các góc  tương ứng lên hệ trục toạ độ T - Z Ứng với mỗi cặp giá trị (T.Z)

ta có một điểm đánh dấu các điểm từ 0,1,2, →72 ứng với các góc  từ 0∘→720∘

nối các điểm lại ta cóđường cong biểu diễn véctơ phụ tải tác dung lên chốt khuỷu

- Dịch chuyển gốc toạ độ Trên trục 0’Z (theo chiều dương) ta lấy điểm 0 với 00 '=P R o (lực quán tính lytâm)

- Từ tâm O vẽ vòng tròn tượng trưng chốt khuỷu.

+ Xác định giá trị, phương chiều và điểm đặt lực

Giá trị của lực là độ dài véctơ tính từ gốc 0 đến vị trí bất kì mà ta cần

Chiều của lực hướng từ tâm 0 ra ngoài

Điểm đặt của lực là giao của phương kéo dài về phía 0 của véctơ lực và đường tròn tượng trưng cho chốtkhuỷu

Z(mm)

2.2.7.Khai triển đồ thị phụ tải trong hệ toạ độ cực thành đồ thị Q - :

- Khai triển đồ thị phụ tải ở toạ độ độc cực trên thành đồ thị Q - α rồi tính phụ tải trung bình Q tb .

- Vẽ hệ trục Q - α Chọn tỉ lệ xích μ Q=0,052( MN /m2.mm) .

- Để tính Qmax,Qmin và Q tb Xác định trị số đơn vị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu:

Qmax,Qmin và Q tb là phụ tải cực đại, cực tiểu và trung bình được xác định trên đồ thị Q - α đơn vị là

2.2.8.Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền:

Dựa trên nguyên lý lực và phản lực tác dụng tại một điểm bất kỳ trên chốt khuỷu và đầu to thanh truyền và xétđến sự chuyển động tương đối giữa chúng ta có thể xây dựng được đồ thị phụ tải tác dụng lên trục khuỷu Saukhi vẽ được đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta căn cứ vào đó để vẽ đồ thị phụ tải của ổ trượt ở đầu tothanh truyền

Cách vẽ như sau :

- Chiều của lực tác dụng lên chốt khuỷu ngược chiều với lực tác dụng lên đầu to thanh truyền nhưng trị số củachúng bằng nhau

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

đồ thị phụ tải chốt khuỷu hiện trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0, 1, 2, 3, , 72

Nối lần lượt các điểm vừa đánh dấu trên tờ giấy bóng theo đúng thứ tự ta được đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu tothanh truyền

- Xác định giá trị phương chiều và điểm đặt lực :

+ Giá trị là độ dài của véctơ tính từ tâm O đến bất kỳ vị trí nào ta cần xác định trên đồ thị + Chiều của lực từ tâm O đi ra

+ Điểm đặt là giao điểm của véctơ và vòng tròn tượng trưng cho đầu to thanh truyền

125.000120.00

134.000130.00

142.000140.00

150.000150.00

202.000

24

254.000280.00

265.000290.00

360.000370.00

373.000380.00

385.000390.00

0 0450.00

466.000460.00

525.000530.00

533.000540.00

540.000550.00

547.000560.00

605.000630.00

614.000640.00

625.000650.00

635.000660.00

26

ĐỒ THỊ LỰC TÁC DỤNG LÍN ĐẦU TO THANH TRUYỀN

40 0 44 0 10 0

45 0 11 0

46 0 12 0 47 0 13 0 48 0 39 0 14 0

50 0 49 0 51 0 52 0 53 0 36 0 54 0 55 0 19

0 18 0 20 0 56 0 21 0 57 0 23 0 59 0 60 0 24 0 61 0 25 0 26 0 62 0

27 0 63 0

64

0

65 0 30 0 66 0 31 0 32 0 33 0

67 0

68 0

69 0

70 0 71 0

34 0

35 0

17 0 16 0

38 0

37 0

2 7

4 5

3

3 3 3 3

2 1 3

2 2 1 1 1 1 1

O 1

2

2 1

2

15 0 22 0 58 0

29 0

707.000720.00

720.000

2.2.9 Đồ thị măi mòn chốt khuỷu:

Đồ thị măi mòn của chốt khuỷu ( hoặc cổ trục khuỷu ) thể hiện trạng thâi chịu tải của câc điểm trín bề mặttrục Đồ thị năy cũng thể hiện trạng thâi hao mòn lý thuyết của trục, đồng thời chỉ rõ khu vực chịu tải ít đểkhoan lỗ dđ̀u theo đúng nguyín tắc đảm bảo đưa dđ̀u nhờn văo ổ trượt ở vị trí có khe hở giữa trục vă bạc lót của

ổ lớn nhất Ap suất bĩ lăm cho dđ̀u nhờn lưu động dễ dăng

Sở dĩ gọi lă măi mòn lý thuyết vì khi vẽ ta dùng câc giả thuyết sau đđy :

+ Phụ tải tâc dụng lín chốt lă phụ tải ổn định ứng với công suất Ne vă tốc độ n định mức

+ Lực tác dụng có ảnh hưởng 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

+ Các bước tiến hành vẽ như sau:

- Trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta vẽ vòng tròn bất kỳ và chia thành 24 phần bằng nhau tức là chiatheo 15o theo chiều ngược chiều kim đồng hồ bắt đầu tại điểm 0 tai giao điểm của vòng tròn với trục OZ (theochiều dương) tiếp tục đánh số thứ tự 0.1.2 23

- Từ các điểm chia vòng tròn này ta kẻ các tia qua tâm O và kéo dài, các tia này sẽ cắt đồ thị phụ tải phụ tảitai nhiều điểm, có bao nhiêu điểm cắt đồ thị thì sẽ có bấy nhiêu lực tác dụng tại vị trí đó Do đó ta có :

- Vẽ vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho chốt khuỷu vẽ các tia ứng với số lần chia lần lượt đặt các giá trị

∑Q0,∑Q1, ,∑Q23. lên các tía tương ứng theo chiều từ ngoài vào tâm vòng tròn Nối các đầu mút lại ta códạng đồ thị mài mòn chốt khuỷu

- Các hợp lực ∑Q0,∑Q1, ,∑Q23. được tính theo bảng sau: