đồ án môn học đồ án thiết kế cơ khí trong công nghệ ô tô thiết kế cơ cẩu thanh truyền trục khuỷu

CHƯƠNG 2 ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LựC HỌC CỦA Cơ CẤU TRỤC KHUỶU VÀ THANHTRUYỀN 2.1 Động học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền +Quy luật động học của thanh truyền : Thanh truyền trong cơ cấu khu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP Hồ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ TRONG CÔNG NGHỆ Ô TÔ

THIẾT KẾ CƠ CẨU THANH TRUYỀN TRỤC KHUỶU

Giảng viên hướng dẫn: NGUYỄN Đỗ MINH TRIẾT

Sinh viên thực hiện: Phan Trọng An MSSV:1911252004

Sinh viên thực hiện: Hứa Gia Bảo MSSV:1911250011

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đại Gia MSSV:1911251836

Lớp : 19DOTB3

Tp.HCM, ngày 19 tháng 05 nởm 2021

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy Nguyễn Đỗ Minh Triết - giảng viên

hướng dẫn đ'ô án " Đ'ô án thiết kế cơ khí trong công nghệ ô tô "trong Viện Kỹ

Thuật đã trang bị kiến thức, kĩ năng cũng như hướng dẫn để chúng em có thểhoàn thành đ'ê tài nghiên cứu này

Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu đê tài, do kiến thức chuyên ngành cònhạn chế nên chúng em vẫn còn nhiêu thiếu sót trong tìm hiểu, đánh giá và trìnhbày vê đê tài Rất mong nhận được sự quan tâm, góp ý của các thầy / cô giảngviên bộ môn để đê tài của em được đầy đủ và hoàn chỉnh hơn

Nhóm em xin chân thành cảm ơn

Trang 2

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Đặt vấn đề

1.1.1 Lý do chọn đê tời, tâm quan trọng, ý nghĩa

1.2 Giới thiệu chung về động cơ đổt trong

1.2.1 Sơ lược chung vê động cơ đốt trong

1.2.2 Phân loại động cơ đốt trong

1.3 Động cơ ZIL-130

1.3.1 Thông số kỹ thuật động cơ

1.3.2 sự lắp đặt của động cơ

1.4 Phương pháp nghiên cứu

1.4.1 Sử dụng phương pháp thu thập thông tín

1.4.2 Phương pháp để nghiên cứu

1.4.3 Phân mêm tính toán, thiết kế, mô phỏng

CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LựC HỌC CỦA Cơ CẤU TRỤC KHUỶU VÀ THANH TRUYỀN

2.1 Động học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

2.2 Động lực học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

2.2.1 Khối lượng của các chi tíết chuyển động

2.2.1.1 Khối lượng của nhóm pistong

2.2.1.2 Khối lượng của thanh truyên

2.2.1.3 Khối lượng của trục khuỷu

2.2.2 Lực vờ momen tác dụng trên cơ cốu trục khuỷu thanh truyên

2.2.2.1 Lực quán tính

2.2.2.2 Lực Khỉ Thể

2.2.2.3 Hệ lực tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu-thanh truyên giao tâm 2.2.3 Hệ lực vờ momen tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu thanh truyên của động cơ chủ V8 xilanh, 4 kỳ của ôtô ZIL 130

2.2.3.1 Góc công của trục khuỷu được tính theo công thức sau

Trang 3

2.23.2 Lực và mômen tác dụng lên trục khuỷu của động cơ chữ X

CHƯƠNG 3: NHIỆM vụ ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN

3.1 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, cấu tạo và hoạt động của thanh truyền

3.1.1 Nhiệm vụ của trục khuỷu

3.1.2 Điêu kiện làm việc của trục khuỷu

3.1.3 Cấu tạo và hoạt động của trục khuỷu

3.2 Nhiệm vụ, điệu kiện làm việc, cấu tạo và hoạt động của thanh truyền

3.2.1 Nhiệm vụ của thanh truyên

3.2.2 Điêu kiện làm việc của thanh truyên

3.2.3 Cấu tạo và hoạt động của thanh truyên

4.1.1.3 Kiểm tra, bổo dưỡng

4.1.1.4 Kiểm tra khe hờ dọc thanh truyên

4.1.1.5 kiểm tra khe hờ dầu thanh truyên

4.1.1.6 Kiểm tra độ cong của thanh truyên

4.1.2 Trục khuỷu

4.1.2.1 Chức nâng

4.1.2.2 Cấu tạo

4.1.2.3 Kiểm tra, bổo dưỡng

4.1.2.4 Kiểm tra khe hờ dọc trục khuỷu

4.1.2.5 Kiểm tra trục khuỷu

4.1.2.6 Kiểm tra độ cong trục khuỷu

4.1.2.7 Kiểm tra độ côn, độ oval của cố trục chính và chốt khuỷu

4.1.2.8 Kiểm tra đường kinh bulông nắp cố trục chính trục khuỷu

4.2 Động cơ VC-Turbo trên Inhnití QX50 2018

Trang 4

4.2.1 Động cơ VC-Turbo trên lnfinití QX50 2018 4.3 Công nghệ trục khuỷu thanh truyền D-Cycle 4.3.1 Công nghệ thay đổi hờnh trình D-Cycle 4.3.2 Cấu tạo

4.3.3 Nguyên lý làm việc

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Đặt vấn đề

1.1.1 Lý do chọn đê tời, tâm quan trọng, ý nghĩa

Từ những năm 80 của thế kỷ XIX những chiếc ô tô đầu tiên của thế giới đã rađời, cho tới nay nó đã trở thành một ngành công nghiệp phát triển hàng đầutrên thế giới Ở Việt Nam hiện nay nó đã được Đảng và nhà nước xem là mộtngành công nghiệp mũi nhọn thúc đẩy công cuộc xây dựng và phát triển đấtnước Cho tới nay thì trên ô tô đã có rất nhiều những cải tến v'ê tất cả các hệthổng, cho nên công việc sửa chữa - bảo dưỡng cũng ngày một phức tạp hơn.Chính vì vậy mà môn học cấu tạo ôtô đã trở thành một môn đạc biệt quantrọng nhất là đổì với những sinh viên thuộc ngành cơ khí động lực

Cùng với sự phát triển của thế giới thì ngành cơ khí của nước ta cũng đã vàđang dần hoà nhập với thế giới Trong ngành cơ khí nói riêng thì việc phát triểnnhất là động cơ ô tô 0 tô là một loại xe có cấu tạo rất phức tạp với rất nhiêucác hệ thổng các bộ phận khác nhau Trục khuỷu - thanh truyền là một trongnhững cơ cấu quan trọng của ô tô nó không thể thiếu được ở bất cứ một động

cơ nào không có trục khuỷu thanh truyền thì động cơ sẽ không hoạt động được

nó có nhiệm vụ biến chuyển động tịnh tến của piston thành chuyển động quaycủa trục khuỷu và truyền công suất ra ngoài

Thiết kế môn học là một đề tài thiết thực nó không những giúp cho ta nắmđược về cấu tạo, nguyên lý hoạt động mà còn giúp ta củng cổ vững chắc vềchuyên môn, mở rộng tầm hiểu biết mà còn giúp ta có thêm niềm tn, lòng yêunghề về ngành học mà ta đã lựa chọn Là một sinh viên đang học tập tại TrườngĐHSPKT Nam Định em đã được giao đề tài nghiên cứu về "Kết cấu trục khuỷu-thanh truyền" của động cơ ô tô

1.2 Giới thiệu chung về động cơ đổt trong

1.2.1 Sơ lược chung vê động cơ đốt trong

- 1860: Động cơ đổt trong đầu tìên ra đời do ông Lenoir là một người hầu bàn và

là một nhà kỹ thuật nghiệp dư ở Paris chế tạo Động cơ chạy khí đổt có hiệu suất2-3%

- 1867: Tại một cuộc triển lãm thế giới ở Paris, Otto và Langen đã trưng bày mộtkiểu động cơ nhiệt với hiệu suất 9%

- 1876: Otto đã chế tạo chiếc động cơ khí gas bổn kỳ đầu tìên, hiệu suất khoảng15% Gần như đồng thời lúc bấy giờ, một người Anh là Clerk cũng đã chế tạo rađộng cơ 2 kỳ chạy bằng khí gas

- 1883: Daimler- Maybach đã phát triển động cơ chạy bằng xăng 4 kỳ, đổt cháybằng tía lửa điện có tổc độ nhanh

-1886: Daimler- Maybach cho xuất xưởng chiếc động cơ xăng đầu tìên có côngsuất Ne= 0,25 mã lực và tổc độ vòng quay n= 600v/phút

-1897: Năm đã sản xuất chiếc động cơ Diesel đầu tìên có khả năng làm việcđược với hiệu suất 26%

-1911: Động cơ mới có máy khởi động thay cho quay tay

-1954: Động cơ piston do hãng NSU - Wankel chế tạo nổi bật v'ê tính gọn nhẹ

- 1979: Hệ thổng điêu khiển điện tử (ECU) đã được áp dụng trên ô tô cho cácđộng cơ phun xăng và dóng bộ chế hoà khí điện tử

- 1991: Khoảng 20% các chức năng của ô tô đã được điêu khiển điện tử và đếnnăm 1995 đã có bước nhảy vọt là 80%

Hiện nay, mức độ tự động hoá của ô tô đã tăng lên rất nhiêu Người ta cònnghiên cứu và chế tạo các loại động cơ ô tô sử dụng nhiên liệu sạch như xe chạyđiện, sử dụng oxy và hydro làm nhiên liệu để chổng ô nhiễm môi trường Tiêubiểu là loại động cơ Hybrid- có rất nhiêu ưu điểm và đang được phát triển rộngrãi

5.2.2 Phân loại động cơ đổt trong

Phân loại chung:

Độn g £0 mãngi Động cơ khí

Động cơ đổt trong

-—Tuabin khí

1.3 Động cơ ZIL-130

1.3.1 Thông sổ kỳ thuật của động cơ

0 tô ZIL 130 có động cơ 8 xilanh xếp thành hình chữ v,4 kỳ có các burat (bộ

chế hoà khí) có xupáp ở trên , làm mát bằng nước

+ Sổ lượng xilanh : có 8 cái đạt vuông góc nhau 900

+ Đường kính trong và hành trình của piston 100 x 95mm

+ Tổng dung tích các xilanh 6 bit

+ Mức tìêu thụ nhiên liệu riêng, tổi thiểu của sức ngựa, giờ 240

+ Thứ tự làm việc của các xylanh 1-5-4-2-6-3-7-8 + Sổ thứ tự của các xylanh tính

1.3.2 Sự lắp đột của động cơ

Động cơ được bắt chạt trên khung xe nhờ 3 giá đỡ(điểm tựa)

Theo thời hạn quy định trong mục bảo dưỡng kỹ thuật cần kiểm tra và siết chạtlại êcu bulông trước và sau bắt chạt động cơ, mô men siết chạt êcu bulông củagiá đỡ sau là 20-25 kgm

Mômen siết chạt êcu 2 và 4 của giá đỡ trước và bulông của giá đỡ sau là

8-10 kgm

Giữa tai treo của giá đỡ và xà ngang trước có tấm đệm cao su tròn, giá đỡsau của động cơ có tấm đệm hình vát Sau quãng đường 50000 km khi bảodưỡng thường kỳ cần tháo tấm đệm điều chỉnh

1.4 Phương pháp nghiên cứu :

1.4.1 Sử dụng phương pháp thu thập thông tín nào

- Từ giáo trình môn Động cơ đốt trong v.v

- ]ừ các thông tin trên các trang mạng xã hội

- Từ các anh/chị của các khóa học trươc

1.4.2 Phương pháp để nghiên cứu là: Phương pháp thu thập sổ liệu.

1.4.3 Phần mềm để tính toán, thiết kế, mô phỏng:

CHƯƠNG 2 ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LựC HỌC CỦA Cơ CẤU TRỤC KHUỶU VÀ THANH

TRUYỀN

2.1 Động học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

+Quy luật động học của thanh truyền :

Thanh truyền trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền chuyển động rất phức tạptrong mặt phẳng vuông góc với đường tâm trục khuỷu, đầu nhỏ thanh truyềnchuyển động tịnh tiến theo phương đường tâm xilanh, trong khi đó đầu tothanh truyền chuyển động quay tròn quanh đường tâm trục khuỷu với tổc độcoi như không đổi

Vì vậy chuyển động của thanh truyền đổì với đường tâm xi lanh biến thiêntheo quan hệ sau đây:

p = arcsin(Xsinx) (1)Góc lệch này cực đại khi x 6 9Oovà x=27O0 lúc đó

Pmax = arcsinÀLấy đạo hàm (1) có:

o = d£ 6 dfi dx d@_

0)11 dt dx dt te dx

X: là tổc độ góc trục khuỷu ô

Do sinp = Àsina nên lấy đạo hàm 2 vế đẳng thức ta có :

2.2 Động lực học của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

2.2.1 Khổi lượng của các chi tiết chuyển động

Khổì lượng của các chi tìết này của cơ cấu kt-tt được chia làm 2 loại :

- Khổì lượng chuyển động tịnh tìến

- Khổì lượng chuyển động quay

2.2.1.1 Khối lượng của nhóm píston

- Khổì lượng của nhóm piston bao gồm:

khổi lượng của piston , xéc măng, chồi piston, cán guổc trượt

mnP= mp +mx +mc + mcg +mg + (kg)

- Khối lượng nhóm piston là Khối lượng chuyển động tịnh tiến

2.2.5.2 Khối lượng của thanh truyền

Do thanh truyền chuyển động song phẳng :

đầu nhỏ chuyển động tịnh tiến , đầu to chuyển động quay nên khi xét Khối

lượng của thanh truyền thường phải quay về hai tâm :tâm đầu nhỏ và tâm đầuto

Nói chung khi thay thế thanh truyền thực bằng các khối lượng tương đương baogiờ ta cũng đảm bảo điều kiện bảo toàn của động năng các phương án quy dẫnkhối lượng của thanh truyền được thể hiện trên hình vẽ

Hình 2.1: Các phương án quy dẫn khổi lượng thanh truyền

- Phương án (a) thay thế Khối lượng thanh truyền bằng hệ tương đương mộtkhối lượng tập chung ở trọng tâm G Khi thay thế theo phương án này Khốilượng mH vẫn chuyển động song phẳng Vì vậy qua tính toán ta thấy rằng nếuthay thế thanh truyền sẽ chịu tác động của một khối thanh truyền chuyển độngtịnh tìến

đạt tại tâm đầu nhỏ và một khối lượng chuyển động quay:

đạt tại tâm đầu to

Ngoài ra cơ cấu còn chịu một mô men:

Mc= ftt £tt ỉ ( ỉ - Ỉ 5}

mô men Mc được gọi là mô men thanh truyền

- Phương án (b) thay thế thanh truyền bằng hệ tương đương 2 khối lượng tậpchung ở tâm đầu nhỏ và tâm đầu to Phương án này từ ý nghĩa vật lý rất rõ ràngnhưng không thoả mãn được điều kiện động năng không đổi cụ thể : phương

án chỉ thỏa mãn 2 điều kiện:

từ đó rút ra: mômen quán tính của hệ thay thế khối lượng phân bổ càng xa

trọng tâm thì l0 càng lớn hơn lG mômen quán tính của thanh truyền thực.

- Phương án (c) :Phân bổ thanh truyền thành 2 khối lượng: một đạt ở tâm đầunhỏ và một đạt ở tâm giao động con lắc k (coi thanh truyền giao động như mộtcon lắc) phân bổ khối lượng theo phương án này hoàn toàn bảo đảm điều kiệnnăng động không đổi

- Phương án (e) :phân bổ thanh truyền thành 2 Khổi lượng để thoả mãn điềukiện động năng và thế năng không đổi

Tuy nhiên cách phân bổ này vẫn để mG chuyển động song phẳng nên cũngchư đạt yêu cầu.

Tóm lại: Để thuận tìện cho việc nghiên cứu thiết kế ngày nay người ta vẫnthường quy dẫn khổi lượng thanh truyền theo phương án (b) một khổi lượngtập chung ở đầu nhỏ (m5) và một khổi lượng tập chung ở đầu to (m2)

Ngày nay thanh truyền các loại động cơ ô tô thường có :

Phương án cân được tìến hành như sau :

Giá đặt thanh truyền trên bàn cân theo phương nằm ngang như hình:

Hình 2.2: Tìm trọng tâm thanh truyền theo phương pháp cân

- Để xác định phương Gitập chung v'ê đầu nhỏ, do biết Gi khối lượng tập chung

ở tâm đầu to G; sẽ bằng: G 2 = Gtt - Gi

Trong đó : Gtt là phương thanh truyên

Trọng tâm của thanh truyên cách tâm đầu nhỏ một khoảng 15 một khoảng Xácđịnh theo công thức sau:

Từ một điểm 0 bất kỳ ngoài đường AB ta kẻ các điểm nối 0 với đầu nút cácvectơ thành phần Sau đó từ điểm c trên phương lực truyên của véc tơ i, kẻđường thẳng CD song song với i-2 của đa giác vecto ,DE song song với 2-3, CFsong song với 3-4, từ c và F kẻ CG song song với 0A và FG song song với 0B,giao điểm G là trọng tâm của mH xác định được điểm G ta sẽ có l5, l2 để tínhkhối lượng tịnh tiến mi và khối lượng chuyển động quay m2 của thanh truyên

2.2.I.3 Khổi lượng của trục khuỷu

Để xác định khối lượng của trục khuỷu ta chia trục khuỷu thành các phần

chéo) Nếu đem mm quy dẫn v'ê tâm chốt khuỷu bằng khối lượng mmr thì:

Do đó khối lượng chuyển động quay của trục khuỷu là :

mK 6 mC + mm (8)Như thế :khối lượng chuyển động của cơ cấu khuỷu trục thanh truyên là :

F ri \ 1 nP) H 11

M Trang 17

m„ = r = ( m + m )

2.2.2 Lực và mô men tác dụng nên khuỷu trục thanh truyền

Trong quá trình làm việc ,cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền chịu tác dụngcủa các lực sau :

- Lực quán tính của các chi tìết chuyển động

- Lực của môi chất khi bị nén và khi cháy giãn nở tác dụng nên đỉnh pittong(lực khí thế)

- Trọng lực

- Lực ma sát

- Trừ trọng lực ra, các lực này còn lại đều có trị số và chiều thay đổi trongquá trình làm việc của động cơ do lực khí thể và lực quán tính có trị số rất lớnnên khi tính toán ta chỉ xét hai loại lực này

-□Pi = Pji .Pj2

Chu trình lực quán tính cấp 1 ứng với số vòng quay của trục khuỷu Chutrình của lực quán tính cấp 2 ứng với 1/2 vòng quay của trục khuỷu Lực quántính Pj luôn luôn tác dụng trên phương đường tâm xy xy lanh Khi piston ở điểmchết trên lực quán tính có dấu âm nên tác dụng theo phương ly tâm đối với tâmtrục khuỷu Khi piston ở đcd PO có trị số dương và chiều quay xuống (hướng tâmtrục khuỷu) Vòng xét dấu của lực quán tính cấp 1 và cấp 2 (trên hình) biểu thịchiều và dấu của lực quán tính cấp j trong đó các vectơ biên độ e có trị số :

Trang 19

dấu của lực quán tính cấp 1

Véc tơ e quay quanh 0 với tổc

độ góc ® vì vậy trong phạm vi

a 6 (0° - 90°) va a 6 (270°

-360°) hình chiếu của vectơ c

trên tung độ có chiều hướng

lên phía

trên, lực quán tính chuyển động

tịnh tìến cấp 1 có vị trí sổ âm Trong phạm via690° -270° hình chiếu của vectơ e quay xuổng lực quán tính chuyển động tịnhtìến cấp 1 có giá trị dương

Hình 2.6: Xác định chiều

và dấu của lực quán tính cấp 1

Tương tự như trên vectơ biên độ

của lực quán tính chuyển động

tịnh tiến cấp 2Zc quay với tốc độ

góc 2® trong phạm vi a = °°- 45°

và 315°- 360° hình chiếu của vectơ biên độ có chiều quay xuống nên lực quántính chuyển động tịnh tiến cấp 2 có trị số âm Hình chiếu của vectơ biên độ trêntrục hoành không có ý nghĩa Lực quán tính chuyển động quay có trị số khôngđối

pk 6 -mr.R.®2 6 const

Trang 20

Lực quán tính nay tác dụng trên đường kính má khuỷu va luôn luôn có lực lytâm

2.2.2.2 Lực khí thể:

Vì vậy lực khí thể tác dụng nên đỉnh piston

Trong đó : Fp 6 PD2/4 (diện tích đỉnh piston) (m2)

D : đường kính của xy lanh

2.2.2.3 Hệ lực tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục - thanh truyên giao tâm.

Lực tác dụng nên chổt piston là hợp lực của lực quán tính và lực khí thể

Lực pz tác dụng nên chổt piston và đẩy thanh truyền

Sơ đ'ô hệ lực tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền của động cơ xilanh(hình vẽ)

phần lực pz thành 2 phần lực :ptt tác dụng theo đường tâm thanh truyền vàlực ngang N tác dụng nên phương thẳng góc với đường tâm xy lanh

thiên theo

hìnhsuấttoán

Hình 2.8:Hệ lực tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền giao tâm

Tính theo a và X được thống kê Lực quán tính chuyển động quay Pk tácdụng trên chốt khuỷu:

PK

6M R tó = const

Lực tìếp tuyến T tạo ra mô men làm quay trục khuỷu

Lực ngang N tạữ FỊ nl me mn.1 ậEgttẹcỊữề( ỉc à cos n/F + .cos

Trang 23

A: khoảng cách từ lực N đến tâm trục khuỷu

Mô men M N nguợc chiều với M và tác dụng nên bu lông bệ máy.Trong quá trìnhlàm việc , mô men chính M của động cơ đuợc cân bằng bởi mô men cua Mc và

mô men quán tính Khi gia tốc các chi tiết quay Vì vậy:

T là số chu kỳ của động cơ (T = 4)Thay vào ta có : dk = 180.4/8 = 90

2.2.3.2 Lực và mô men tác dụng lên trục khuỷu của động cơ chữ X

- Trên mồi khuỷu trục có £ác lực sau đây tác dụng lên: Ẳ _

Lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến z, lực quán tính chuyên động quay Pk mômen

của các khuỷu phía truớc ^ F

ĩ-5 , momen Mi tác dụng trên khuỷu này và

£ F tác dụng lên khuỷu trục thứ i ta phải xác định gócquay ai của các khuỷu theo cách lập bảng ,trình tự nố của động cơ là: 1-5- 4- 2- 6-

mônem tác dụng trên cố trục phía sau khuỷu / F = / F , 5 + M,

đê tính mô men tống