đồ án thiết kế các cơ cấu trong động cơ tính toán thiết kế động cơ n63

Và từ các điểm chia có góc tương ứng trên trục O ta vẽ các đường song song với OS.. Nối các điểm này lại ta được đường cong biểu diễn độ dịch chuyển x của piston theo .... + Kết hợp đồ

1.2.1.3 Xây dựng đường giản nở……… 8

1.2.1.4 Biểu diễn các thông số 8

Bảng xác định các điểm trên đường nén và đường giản nở 10

1.3.8 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 42

1.3.2.7 Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền 44

1.3.2.6 Đồ thị khai triển Q(α)……… 49

1.3.2.8 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu 50

PHẦN 1: TÍNH TOÁN XÂY DỰNG BẢN VẼ ĐỒ THỊ

1.1.Các thông số tínhCác thông số cần tính toán

Xác định tốc độ trung bình của động cơ:

Cm=S n

30 =

30 =15.0267 (m/s) Trong đó:

S = 2R [m]: Hành trình dịch chuyển của piston trong xilanh n [vòng/phút]: Tốc độ quay của động cơ

Do Cm > 9 m/s nên động cơ là động cơ tốc độ cao hay động cơ cao tốc.+ Chọn trước: n1 = 1,4 n2 = 1,3 Áp suất khí cuối kỳ nạp: “pa”

Chọn áp suất đường nạp pk = 0,1 [MN/m2]

Đối với động cơ bốn kỳ ta chọn: pa = (0,8-0,9)pk Vậy chọn: pa = 0,9.pk = 0,09 [MN/m2]

 Áp suất cuối kì nén: pc = pa.εn1 = 0,09.101,4= 2,26 [MN/m2]  Chọn tỷ số giãn nở sớm(động cơ Gasoline): ρ = 1

 Áp suất cuối quá trình giãn nở sớm: pb= pzδ1n 2=

+Vc=Vh

] [2] Vận tốc góc của trục khuỷu: 

 ¿ n

30 =513.12 [

rads ]

+ Áp suất đường thải: vì hầu hết các động cơ đều dung bình tiêu âm nên

 pth = 1,04.pk = 1,04.0,1 = 0,104 [MN/m2] [2] Áp suất khí sót (chọn):

 pr = 1,08pth = 1,08 0,104= 0,11232 [MN/m2] [2]

1.2 Đồ thị công

1.2.1Các thông số xây dựng đồ thị1.2.1.1 Các thông số cho trước

 Áp suất cực đại: pz = 4.6 [MN/m2] Góc đánh lửa sớm:φs = 13o

+ Góc phân phối khí: α1 =15o α2 = 45o

 α3 = 50o α4 = 20o

=Pc.Vcn1 =>Pnx=Pc.(Vc

 Đặt i=Vnx

Vc , ta có: Pnx=Pcin1

 Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vh thành  khoảng, khi đó i = 1, 2, 3,….

1.2.1.3 Xây dựng đường giãn nở

 Gọi Pgnx, 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:

 Vngnx2

=const [2] =>Pgnx Vngnx2

=Pz.Vnz2 =>Pgnx=Pz( Vz

n2= Pz

1.2.1.4 Biểu diễn các thông số

 Biểu diễn thể tích buồng cháy: Chọn Vcbd = 15 [mm] μV= Vc

0,00526=132 [mm] Biểu diễn áp suất cực đại:

 pzbd = 160 - 220 [mm] Chọn pzbd = 160 [mm] μp= pz

 Giá trị biểu diễn của oo’: o o

c 1.5 0.118287389 22.5 1.7641 0.5669 1.2458 43.3305 1.694 0.5903 2.715 94.452Vc2 0.157716519 302.639 0.3789 0.8328 28.9654 2.4623 0.4061 1.868 64.982.5V

c 2.5 0.197145649 37.5 3.6067 0.2773 0.6093 21.1936 3.291 0.3039 1.398 48.6183Vc3 0.236574779 45 4.6555 0.2148 0.4721 16.4192 4.1712 0.2397 1.103 38.3593.5V

0.0877

abd (150;3,13)  Điểm b (Vb; pb):

Vb = Va = 0,7728 [dm3]  Vbbd = 150[mm]

pb = 0,236 [MN/m2]  pbbd = 0,241/0,02938 = 8,208 [mm] bbd (150;8,208)

 Điểm phun sớm : c’ xác định từ Brick ứng với s; Điểm c(Vc;Pc) = c(15;76,4401)

 Điểm bắt đầu quá trình nạp : r(Vc;Pr) => r(15;3,906783)

 Điểm mở sớm của xu páp nạp : r’ xác định từ Brick ứng với α1 Điểm đóng muộn của xupáp thải : r’’ xác định từ Brick ứng với α4 Điểm đóng muộn của xupáp nạp : a’ xác định từ Brick ứng với α2 Điểm mở sớm của xupáp thải : b’ xác định từ Brick ứng với α3 Điểm y (Vc, 0,85.Pz) => y(15; 144)

 Điểm áp suất cực đại lý thuyết: z (Vc, Pz) => z(15; 160 )

 Điểm áp suất cực đại thực tế: z’’( z’’=1/2yz’) Điểm c’’ : cc” = 1/3cy Điểm b’’ : bb’’=1/2ba

+ Sau khi có các điểm đặc biệt tiến hành vẽ đường thải và đường nạp , tiến hànhhiệu chỉnh bo tròn ở hai điểm z’’ và b’’.

Hình 1.1 Đồ thị công

1.3.XÂY DỰNG ĐỒ THỊ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC 1.3.1 Đồ thị Brick

+ Ta có : AC=AO - OC= AO - (CO’ - OO’) = R- MO’.cos +Rλλ2

+ Coi : MO’  R + Rλλ2 cos

+ Vẽ hệ trục vuông góc OS, trục O biểu diễn giá trị góc còn trục OS biễu diễn khoảng dịch chuyển của Piston Tùy theo các góc  ta vẽ được tương ứng khoảng dịch chuyển của piston Từ các điểm trên vòng chia Brich ta kẻ các đường thẳng song song với trục O Và từ các điểm chia (có góc tương ứng) trên trục O ta vẽ các đường song song với OS Các đường này sẽ cắt nhau tại các điểm Nối các điểm này lại ta được đường cong biểu diễn độ dịch chuyển x của piston theo .

Bảng 1: Bảng giá trị đồ thị chuyển vị S = f(α)

1.3.2 Xây dựng đồ thị vận tốc V(α)1.3.2.1 Phương pháp

+ Chọn tỷ lệ xích:

v= .s= 0,35763 [m/(s.mm)]

+ Vẽ nữa vòng tròn tâm O có bán kính R1:R1= 132 [mm]

= 2,8324

0 ,35792=7.92(mm)

+ Chia đều nửa vòng tròn bán kính R1, và vòng tròn bán kính R2 ra 18 phần bằngnhau Như vậy, ứng với góc  ở nửa vòng tròn bán kính R1 thì ở vòng tròn bánkính R2 sẽ là 2, 18 điểm trên nửa vòng tròn bán kính R1 mỗi điểm cách nhau 10và trên vòng tròn bán kính R2 mỗi điểm cách nhau là 20

+ Trên nửa vòng tròn R1 ta đánh số thứ tự từ 0, 1, 2, , n theo chiều ngược kimđồng hồ, còn trên vòng tròn bán kính R2 ta đánh số 0’,1’,2’, , n’ theo chiều kimđồng hồ, cả hai đều xuất phát từ tia OA.

+ Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn bán kính R1, ta dóng các đường thẳngvuông góc với đường kính AB, và từ các điểm chia trên vòng tròn bán kính R2 takẻ các đường thẳng song song với AB Các đường kẻ này sẽ cắt nhau tương ứngtheo từng cặp 0-0’;1-1’; ;18-18’ tại các điểm lần lượt là 0, a, b, c, , 18 Nối cácđiểm này lại bằng một đường cong và cùng với nửa vòng tròn bán kính R1 biểu

diễn trị số vận tốc v bằng các đoạn 0, a,2b,3c, , 0 ứng với các góc 0, 1,2,3 18 Phần giới hạn của đường cong này và nửa vòng tròn lớn gọi là giới hạnvận tốc của piston.

Hình 1.4: Giải vận tốc bằng đồ thị.

1.3.2.2 Đồ thị vận tốc V(α)

- Vẽ hệ toạ độ vuông góc v - s trùng với hệ toạ độ trục thẳng đứng 0v trùng với

trục 0αTừ các điểm chia trên đồ thị Brích, ta kẻ các đường thẳng song song với

trục 0v và cắt trục 0s tại các điểm 0,1,2,3, ,18, từ các điểm này ta đặt các đoạnthẳng 00’’, 11’’, 22’’, 33’’, ,1818’’ song song với trục 0v có khoảng cách bằng

khoảng cách các đoạn tương ứng nằm giữa đường cong với nữa đường tròn bánkính r1 mà nó biểu diển tốc độ ở các góc  tương ứng Nối các điểm0’’,1’’,2’’, ,18’’ lại với nhau ta có đường cong biểu diễn vận tốc piston v=f(s).

Hình 1.5: Đồ thị vận tốc V=f(α)

1.3.3 .Đồ thị gia tốc1.3.3.1 Phương pháp

+ Giải gia tốc của Piston bằng phương pháp đồ thị thường dùng phương pháp TôLê Cáchtiến hành cụ thể như sau:

Lấy đoạn thẳng AB = S = 2R Từ A dựng đoạn thẳng AC = Jmax = R2(1+) Từ B dựng đoạnthẳng BD = Jmin = -R2(1-), nối CD cắt AB tại E.

Lấy EF = -3R2 Nối CF và DF Phân đoạn CF và DF thành những đoạn nhỏ bằng nhau ghicác số 1, 2, 3, 4,  và 1’, 2’, 3’, 4’,  như trên hình 1.17.

Nối 11’, 22’, 33’, 44’,  Đường bao của các đoạn thẳng này biểu thị quan hệ của hàm số:j = f(x).

μJ= Jmaxjmaxb d=

85.05 =183.512[

(s2 mm)]=> Jminbd = −8720,575

+ Nối C với D cắt AB tại E, dựng EF thẳng góc với AB về phía dưới một đoạn: EF = BD = -47,52

+ Nối đoạn CF và DF, ta phân chia các đoạn CF và DF thành 8 đoạn nhỏ bằng nhau và ghi số thứ tự cùng chiều, chẳng hạn như trên đoạn CF: C, 1, 2, 3, 4, F; trên đoạn FD: F, 1’, 2’, 3’,4’,D Nối các điểm chia 11',22',33',

Đường bao của các đoạn này là đường cong biểu diễn gia tốc của piston: J = f(x).

1.3 4 Vẽ đồ thi lực quán tính1.3.4.1 Phương pháp

+ Các chi tiết máy trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền tham gia vào chuyển độngtịnh tiến bao gồm các chi tiết trong nhóm piston và khối lượng của thanh truyềnquy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền.

m’ = mpt +m1 [kg] [2]Trong đó:

+ mpt: Khối lượng nhóm piston Theo đề ta có mpt = 1.1[kg]

+ m1: Khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu nhỏ thanh truyền Được chọn tùytheo loại động cơ ôtô máy kéo hay tàu thủy, tĩnh tại Vì động cơ đang thiết kế cócác thông số phù hợp với động cơ ôtô máy kéo nên ta chọn m1 trong khoảng.

m1 = (0,275  0,35).mtt[2]Trong đó:

+ mtt: Khối lượng nhóm thanh truyền Theo đề ta có mtt = 1.4 [kg].- Ta chọn:

m'π D2

−PJ=m⋅ J [MN/m2] Từ công thức ta xác định được:

PJmax=m⋅Jmax [MN/m2]¿223,39 15018,76872∗10−6=3,355[MN/m2]

PJmin=m⋅ Jmim[MN

m2 ]¿223,39.(−8720,575).10

−6= -1,846 [MN/ m2 ]

+ Đồ thị PJ này vẽ chung với đồ thị công P-V.`

+ Cách vẽ tiến hành tương tự như cách vẽ đồ thị J - S, với:+ Chọn tỷ lệ xích trùng với tỷ lệ xích đồ thị công

μPJ=μp=0,0 2875 [MN/(m2.mm)]+ Trục hoành trùng với trục Po của đồ thị công.

0,02875=−116,7[mm ]

+ Vẽ hệ trục toạ độ vuông góc OP, trục hoành O nằm ngang với trục po + Trên trục O ta chia 10o một, ứng với tỷ lệ xích  = 2 [o/mm].

+ Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị công như ta đã vẽ ở trên, ta tiến hành khai triểnnhư sau:

+ Từ các điểm chia trên đồ thi Brick, dóng các đường thẳng song song với OP vàcắt đồ thị công tại các điểm trên các đường biểu diễn các quá trình nạp, nén, cháy -giãn nở và thải Qua các giao điểm này ta kẻ các đường ngang song song với trụchoành sang hệ trục toạ độ OP.

+Từ các điểm chia trên trục O, kẻ các đường song song với trục OP, nhữngđường này cắt các đường dóng ngang tại các điểm ứng với các góc chia của đồ thịBrick và phù hợp với quá trình làm việc của động cơ Nối các giao điểm này lại tacó đường cong khai triển đồ thị Pkt -  với tỷ lệ xích :

p = 0,02875 [MN/(m2.mm)] = 2 [0/mm]

- Vẽ đồ thị Pj – α

+ Cách vẽ đồ thị khai triển này giống như cách vẽ đồ thị khai triển Pkt - α Tuynhiên, trên đồ thị p - V thì giá trị của lực quán tính là – PJ nên khi chuyển sang đồthị P-α ta phải đổi dấu.

80-0.347834.4040747.53450990 -0.34783 20.3742823.50471100-0.3478333.8870437.01747110-0.3478344.6426547.77309120-0.3478352.6335555.76398130-0.3478358.1060161.23644140-0.3478361.4937164.62415150-0.3478363.332266.46263160-0.3478364.1655567.29599170-0.3478364.4575567.58798180-0.3478364.5185467.64897190-0.3249164.4575567.6109200-0.2544664.1655567.38936210-0.1311363.332266.679322200.05472661.4937165.02672300.31851458.1060161.902782400.68371252.6335556.795522501.18590444.6426549.306822601.87953833.8870439.244842702.84949520.3742826.702032804.2312014.40407412.113542906.245903-13.4275-3.703293009.261862-32.2593-19.519131013.89329-51.0301-33.658532021.12117-68.5696-43.970233032.25359-83.7065-47.974634047.95551-95.3808-43.947

39087.90995-83.70657.68174140061.13779-68.5696-3.9535741043.30021-51.0301-4.2516242031.59692-32.25932.81590743023.8152-13.427513.8660144018.522234.40407426.4045745014.8358120.3742838.6883446012.2139233.8870449.5792147010.3183244.6426558.439244808.93342752.6335565.045234907.91886358.1060169.503135007.18171561.4937172.153695056.89689262.5717172.946865106.01506963.332272.825535204.74929164.1655572.39315304.43284764.4575572.368655402.85062564.5185470.847435502.84429764.4575570.78015602.83797464.1655570.481795702.83165863.332269.642125802.82534861.4937167.797325902.81904458.1060164.403316002.81274752.6335558.924556102.80645644.6426550.927376202.80017133.8870440.165476302.79389320.3742826.646436402.7876214.40407410.669966502.781355-13.4275-7.167846602.775095-32.2593-26.00596702.768842-51.0301-44.7836802.762595-68.5696-62.32886902.756354-83.7065-77.47197002.750119-95.3808-89.15247102.743891-102.749-96.5265

P1 Pttl

Hình 1.9: Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

1.3.6.2 Xây dựng đồ thị T, N, Z – α

+ Lực tiếp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:

T = ptt sin(α +β)= p1.sin ( α+β )

Cosβ [MN/m2] [1] + Lực pháp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:

Z= ptt.cos (α+β )= p1.cos (α+β )

Cosβ [MN/m2] [1]+ Lực ngang tác dụng lên phương thẳng góc với đường tâm xylanh:

N = P1.tgβ [MN/m2] [1]+ P1 được xác định trên đồ thị khai triển tương ứng với các giá trị của .

+ Ta có giá trị của góc :

sinβ = .sinα  = arcsin(sin) [1]+ Ta lập bảng xác định các giá trị N, T, Z Sau đó, ta tiến hành vẽ đồ thị N, T, Ztheo  trên hệ trục toạ độ vuông góc chung (N, T, Z - ).

+ Với tỷ lệ xích :

T = Z = N = p = 0,02875 [MN/(m2.mm)], = 2 [0/mm]Bảng 1.7: Bảng giá trị biểu diễn T,N,Z

-30.2483

Tên kỳ làm việc

+ Khuỷu trục của xylanh thứ 2 nằm ở vị trí α2=90.+ Khuỷu trục của xylanh thứ 3 nằm ở vị trí α3=450.+ Khuỷu trục của xylanh thứ 4 nằm ở vị trí α4=180.+ Khuỷu trục của xylanh thứ 5 nằm ở vị trí α5=270.+ Khuỷu trục của xylanh thứ 6 nằm ở vị trí α6=360.+ Khuỷu trục của xylanh thứ 7 nằm ở vị trí α7=540.+ Khuỷu trục của xylanh thứ 8 nằm ở vị trí α8=630.

041.1

029.823-406847.559-50-42.51433.850037.741-3.773233.5

049.4

39.7

8E-159023.5

Tính giá trị của Ttb

bằng công thức:

∑Ttb=30⋅ Ni

π⋅ Rλ ⋅ FP⋅ϕ⋅ n [N/m2] Trong đó:

+ Ni: công suất chỉ thị của động cơ

∑Ttbbd=Σ Ttbμp

Hình 1.11: Đồ thị ∑T=f(α)

1.3.8 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

+ Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lênchốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu Từ đồ thị này ta có thể tìm trị số trung bìnhcủa phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu cũng như có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhấtvà lực bé nhất Dùng đồ thị phụ tải ta có thể xác định khu vực chịu lực ít nhất đểxác định vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền ở trục.+ Vẽ hệ toạ độ T - Z gốc toạ độ O’ trục O’Z có chiều dương hướng xuống dưới.+ Chọn tỉ lệ xích :T = Z = p = 0,02875 [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  72 ứngvới các góc  từ 00 7200 Nối các điểm lại ta có đường cong biểu diễn véctơ phụtải tác dụng lên chốt khuỷu.

+ Dịch chuyển gốc toạ độ Trên trục 0’Z (theo chiều dương) ta lấy điểm 0 với

00'=PRo (lực quán tính ly tâm).+ Từ công thức: PR0m R2 .2

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:

m2 = (0,6500,725) mtt = 0.7 * 1.4 =0.98 (kg)

Giá trị khối lượng m2 ứng với một đơn vị diện tích đỉnh Piston:

m2= m2π D2

= 0.98(pi∗0.0982

+ Đặt lực PRλ0về phía dưới tâm O’, ta có tâm O, đây là tâm chốt khuỷu.

1.3.8 Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền

- Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền được xây dựng bằng cách :

+ Vẽ một đường tròn bất kì tâm O, tâm của đầu to thanh truyền là O.

+ Đem tờ giấy bóng 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 cácđiểm 00 , 100 , 200 , 300,  trùng với trục +Z của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Đồng thời đánh dấu các điểm đầu mút của các véc tơ Q→0 , Q→10,Q→20,Q→30, của đồ thị phụ tảitác dụng trên chốt khuỷu trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0 , 10 , 20 , 30, 

+ Nối các điểm 0 , 15 , 30 ,  bằng một đường cong , ta có đồ thị phụ tải tác dụng trên đầu to thanh truyền

+ Lập bảng tính xây dựng đồ thị Q - α:

+ Tiến hành đo các khoảng cách từ tâm O đến các điểm ai(Ti, Zi) trên đồ thị phụ tải tácdụng lên chốt khuỷu, ta nhận được các giá trị Qi tương ứng Sau đó lập bảng Q-α:- Tiến hành vẽ đồ thị:

+ Vẽ hệ trục tọa độ Q - α

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

+ Đường cong nối các điểm này biểu diễn đồ thị Q – α cần vẽ.- Giá trị trung bình:

- Giá trị Max, Min: Qmax= 156,87

Qmin= 14.04

1.3.11 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu

- Đồ thị mài mòn của chốt khuỷu (hoặc cổ trục khuỷu ) thể hiện trạng thái chịutải của các điểm trên bề mặt trục Đồ thị này cũng thể hiện trạng thái hao mòn lýthuyết của trục, đồng thời chỉ rõ khu vực chịu tải ít để khoan lỗ dầu theo đúngnguyên tắc đảm bảo đưa dầu nhờn vào ổ trượt ở vị trí có khe hở giữa trục và bạclót của ổ lớn nhất Áp suất bé 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 dụng lên chốt là phụ tải ổn định ứng với công suất Ne và tốc độ nđịnh mức;

+ Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 1200;+ Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải;