đồ án cdio3 tên đề tài thiết kế động cơ đốt trong

Biểu diễn các thông số- Biểu diễn thể tích buồng cháy: Chọn Vcbd= 15 [mm]Về giá trị biểu diễn ta có đường kính của vòng tròn Brick AB bằng giá trị biểu diễn Vh, nghĩa là giá trị biểu diễ

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN XÂY DỰNG BẢN VẼ ĐỒ THỊ 4

1 Chọn động cơ tham khảo 44

II KẾT CẤU ĐỘNG CƠ: 44

2.1 Cơ cấu pittông, trục khuỷu, thanh truyền 44

2.2 Cơ cấu phân phối khí 48

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đầy, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh Bên cạnh đó kỹ thuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ,trong đó có ngành công nghê kĩ thuật ôtô nói chung Để góp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật của ta phải tự nghiên cứu và chế tạo, đó là yêu cầu cấp thiết Có như vậy ngành công nghê kĩ thuật ôtô của ta mới phát triển được.

Sau khi được học hai môn chính của ngành động cơ đốt trong (Nguyên lý động cơ đốttrong và Kết cấu động cơ đốt trong) cùng một số môn cơ sở khác (Sức bên vật liệu, Cơlý thuyết, ) sinh viên được giao nhiệm vụ làm đồ án môn học “Thiết Kế Động Cơ ĐốtTrong” Đây là một phần quan trọng trong nội dung học tập của sinh viên, nhằm tạo điều

kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết một vấn đề cụ thể của ngành.

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu các tài liệu, làm việc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án tốt nhất Tuy nhiên, vì bản thân còn ít kinh nghiệm cho nên việc hoàn thành đồ án lần này không thể không có những thiếu sót, mong quý thầy cô góp ý giúp đỡ thêm để em hoàn thành tốt nhiệm vụ.

Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô đã tận tình truyền đạt lại những kiến thức quý báu cho em Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Trương ĐìnhPhong đã quan tâm, nhiệt tình hướng dẫn trong quá trình làm đồ án Em rất mong muốn

nhận được sự xem xét và chỉ dẫn của các thầy để em ngày càng hoàn thiện kiến thức của mình.

Sinh viên thực hiện

Nhóm 5

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN XÂY DỰNG BẢN VẼ ĐỒ THỊ1.1 CÁC THÔNG SỐ TÍNH:

Các thông số cho trước

THÔNG SỐ KỸ THUẬTKý HiệuGiá trịĐơn Vị

Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cascte ướt

�� =� �30 =85 1030−3 5200 = 14.733 (�/�) Trong đó:

S (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= 1.35 ( chỉ số nén đa biến trung bình)

n2= 1.25 (chỉ số giãn nở đa biến trung bình)

Chọn tỷ số giãn nở sớm(động cơ xăng): ρ = 1 Áp suất cuối quá trình giãn nở sớm:

Áp suất khí sót (động cơ cao tốc) chọn:

Áp suất không tăng áp tuabin: pth= 1.03pk= 1.03.0.1 = 0.103 [MN/m2] Áp suất khí sót (chọn): pr= 1.07pth= 1.07.0.103= 0.110 [MN/m2]

1.2 ĐỒ THỊ CÔNG

Gọi Pnx, Vnxlà áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình nén của động cơ.Vì quá trình nén là quá trình đa biến nên:

Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vhthành  khoảng, khi đó i = 1 2 3 .

c Xây dựng đường giãn nở

Gọi Pgnx, Vgnxlà 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:

Để dể vẽ ta tiến hành chia Vhthành  khoảng, khi đó i = 1 2 3 .

d Biểu diễn các thông số

- Biểu diễn thể tích buồng cháy: Chọn Vcbd= 15 [mm]

Về giá trị biểu diễn ta có đường kính của vòng tròn Brick AB bằng giá trị biểu diễn Vh, nghĩa là giá trị biểu diễn cửa AB = Vhbd Bảng 1.1: Bảng giá trị Đồ thị công động cơ xăng

Hình 1.1: Các điểm đặc biệt cần xác định trên đồ thị công động cơ xăng

+ Từ bảng giá trị ta tiến hành vẽ đường nén và đường giản nở + Vẽ vòng tròn của độ thị Brick để xác định các điểm đặc biệt:

 Điểm bắt đầu quá trình nạp : r(Vc;Pr) => r(0.0667;0.11)

 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 0.85Pz) => y(0.0667;4.25)

 Điểm áp suất cực đại lý thuyết: z (Vc,0.85Pz)  Điểm áp suất cực đại thực tế: z’’(/2Vc,Pz)

+ Từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB, hạ M’C thẳng góc với AD Theo Brich đoạn AC = x Điều đó được chứng minh như sau:

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

- Muốn xác định chuyển vị của piston ứng với góc quay trục khuỷu là α =10o, 20o, 30o, ta làm như sau: từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB Hạ MC vuông góc với AD Điểm A ứng với góc quay =00(vị trí điểm chết trên) và điểm D ứng với khi =1800(vị trí điểm chết dưới).Theo Brick đoạn AC = x.

- 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 .

- Chia đều nửa vòng tròn bán kính R1 và vòng tròn bán kính R2 ra 18 phần bằng nhau Như vậy ứng với góc  ở nửa vòng tròn bán kính R1thì ở vòng tròn bán kính R2sẽ là 2.

18 điểm trên nửa vòng tròn bán kính R1 mỗi điểm cách nhau 10 và trên vòng tròn bán kính R2mỗi điểm cách nhau là 20.

- Trên nửa vòng tròn R1 ta đánh số thứ tự từ 0 1 2 18 theo chiều ngược kim đồng hồ còn trên vòng tròn bán kính R2 ta đánh số 0’.1’.2’ 18’ theo chiều kim đồng hồ cả hai đều xuất phát từ tia OA.

- Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn bán kính R1 ta dóng các đường thẳng vuông góc với đường kính AB và từ các điểm chia trên vòng tròn bán kính R2 ta kẻ các đường thẳng song song với AB Các đường kẻ này sẽ cắt nhau tương ứng theo từng cặp 0-0’;1-1’; ;18-18’ tại các điểm lần lượt là 0 a b c 18 Nối các điểm 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 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 hạn vận tốc của piston.

- Vẽ hệ toạ độ vuông góc OvS trùng với hệ toạ độ OS trục thẳng đứng Ov trùng với trục O Từ các điểm chia trên đồ thị Brick ta kẻ các đường thẳng song song với trục Ov

cắt trục Os tại các điểm 0 1 2 3 18 Từ các điểm này ta đặt các đoạn thẳng 00 1a 2b.

3c 1818 song song với trục Ovvà có khoảng cách bằng khoảng cách các đoạn 0.

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

0 Từ 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 đoạn thẳng 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 bán kính r1 mà nó biểu

diển tốc độ ở các góc  tương ứng Nối các điểm 0’’.1’’.2’’ 18’’ lại với nhau ta có đường cong biểu diễn vận tốc piston v=f(s)

1.5 ĐỒ THỊ GIA TỐC1.5.1 Phương pháp

Để giải gia tốc j của piston, người ta thường dùng phương pháp đồ thị Tôlê vì phương pháp này đơn giản và có độ chính xác cao.Cách tiến hành cụ thể như sau:

Lấy đoạn thẳng AB = S = 2R Từ A dựng đoạn thẳng AC = Jmax= R2(1+) Từ B dựng đoạn thẳng 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

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

- 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).

Hình 1.4: Đồ thị gia tốc J = f(x)

1.6 VẼ ĐỒ THỊ LỰC QUÁN TÍNH1.6.1 Phương pháp

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

m’ = mpt+m1[kg] Trong đó:

+ mpt: Khối lượng nhóm piston Theo đề ta có mpt= 1 [kg]

+ m1: Khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu nhỏ thanh truyền Được chọn tùy theo loại động cơ ôtô máy kéo hay tàu thủy, tĩnh tại Vì động cơ đang thiết kế có các thông số phù hợp với động cơ ôtô máy kéo nên ta chọn m1trong khoảng.

m2= 0,7mtt= 0,91 [kg]

- Vậy khối lượng các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến là: m’ = m1+ mpt= 0,39 + 1 = 1,39 [kg]

- Để có thể dùng phương pháp cộng đồ thị -Pj với đồ thị công thì -Pj phải có cùng thứ nguyên và 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.

Đồ thị PJnày vẽ chung với đồ thị công P-V.

Cách vẽ tiến hành tương tự như cách vẽ đồ thị J - S, với:

- Trên trục O ta chia 10omột, 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 triển như sau:

+ Từ các điểm chia trên đồ thi Brick, dóng các đường thẳng song song với OP và cắt 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 trục hoành sang hệ trục toạ độ OP.

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

p= 0,0275 [MN/(m2.mm)] = 2 [0/mm]

1.7.1 Vẽ Pj– α

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

Hình 1.6: Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyển

- Lực tiếp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:

sinβ = .sinα  = arcsin(sin)

- Ta lập bảng xác định các giá trị N, T, Z Sau đó, ta tiến hành vẽ đồ thị N, T, Z theo  trên hệ trục toạ độ vuông góc chung (N, T, Z - ).

- Với tỷ lệ xích :

T= Z= N= p= 0,03125 [MN/(m2.mm)] = 2 [0/mm]

1.8.2 Xây dựng đồ thị T, Z, N – α

690 -7.18 -0.61 0.80 1.34 -1.77 0.28 42.97 -56.65 8.89

Dựa vào bảng tính T ở trên, tra các giá trị tương ứng mà Tiđã tịnh tiến theo α Sau đó, cộng tất cả các giá trị Tilại ta có các giá trị của T.

1.10.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 lên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục 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 dễ dàng 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 xác 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 = 0,03125 [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 ứng với các góc  từ 007200 Nối các điểm lại ta có đường cong biểu diễn véctơ phụ tải tác dụng lên

Tiến hành đo các khoảng cách từ tâm O đến các điểm ai (Ti,Zi) trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, ta nhận được các giá trị Qitương ứng Sau đó lập bảng Q

Hình 1.7: Đồ thị khai triển Q-α

1.12 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 :

- 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 các điểm 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 Q0 , Q10 ,Q20 ,Q30 , của đồ thị phụ tải tác 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.

- 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 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 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 tâm O, bán kính bất kì Chia vòng tròn này thành 24 phần bằng nhau, tức là chia theo 15o theo chiều ngược chiều kim đồng hồ, bắt đầu tại điểm 0 là giao điểm của vòng tròn O với trục OZ (theo chiều dương), tiếp tục đánh số thứ tự 1, 2, , 23 lên vòng tròn.

+ Từ các điểm chia 0, 1, 2, , 23 của vòng tròn O, ta kẻ các tia qua tâm O và kéo dài, các tia này sẽ cắt đồ thị phụ tải tại nhiều điểm, có bao nhiêu điểm cắt đồ thị thì sẽ có bấy nhiêu lực tác dụng tại điểm chia đó Do đó ta có :

+ i : Tại mọi điểm chia bất kì thứ i.

+ 0, 1, , n: Số điểm giao nhau của tia chia với đồ thị phụ tải tại 1 điểm

- Vẽ vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho chốt khuỷu, chia vòng tròn thành 24 phần bằng nhau đồng thời đánh số thứ tự 0, 1, , 23 theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.

- Vẽ các tia ứng với số lần chia.

- Lần lượt đặt các giá trị Q0, Q1, Q2, …, Q23 lên các tia tương ứng theo chiều từ ngoài vào tâm vòng tròn Nối các đầu mút lại ta có dạng đồ thị mài mòn chốt

Vẽ 121 121 121 121 82.3 38.7 0 12.7 25.5 37.5 37.5 37.5 37.5 37.5 37.5 37.5 24.8 12 0 38.8 82.4 121 121 121

Bảng 1.5: Bảng xác định hợp lực tác dụng trên mặt chốt khuỷu

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CHUNG ĐỘNG CƠ THAMKHẢO

I.CHỌN ĐỘNG CƠ:1 Chọn động cơ tham khảo

Chọn động cơ tham khảo:2GR-FE

Số xilanh/ Số kỳ/ Cách bố trí i/ τ / 6 / 4 / V-type 6 / 4 / V-type

II.KẾT CẤU ĐỘNG CƠ:

2.1 Cơ cấu pittông, trục khuỷu, thanh truyền

Các piston được làm bằng hợp kim nhôm.

• Phần piston đầu sử dụng một phần đỉnh hình dạng côn để thực hiện hiệu quả đốt cháy nhiên liệu.

• Những váy pit-tông được phủ một lớp nhựa để giảm tổn thất ma sát.

• Các đường rãnh của vòng đầu được phủ alumite để đảm bảo khả năng chống mài mòn.

• Bằng cách tăng độ chính xác gia công của đường kính xi lanh khoan, đường kính ngoài của piston được làm thành một kích thước.

Xéc măng:

Trên piston có 2 loại xéc măng là xéc măng khí và xéc măng dầu.

Xec măng có nhiệm vụ là bao kín buồng cháy của động cơ và dẫn nhiệt từ đỉnh piston và thành xianh tới nước làm mát Mỗi piston được lắp 2 xéc măng khí vào 2 rãnh trên cùng của đầu piston Để xéc măng rả khít với thành xilanh nó được mạ một lớp thiếc Xéc măng khí phía trên được mạ Crôm đẻ giảm mài mòn Khi lắp, khe hở nhiệt của xec măng trong khoảng 0,25-0,6 mm để giảm hiện tượng khí lọt xuống cacte khi lắp đặt miệng xec măng phải cách nhau 180o Vật liệu chế tạo xéc măng là thép hợp kim cứng Xec măng dầu được làm thù thép chống gỉ, có nhiệm vụ san đều lớp

dầu trên bề mặt làm việc và gạt dầu từ thành xi lanh về cacte Xec măng dầu có các lỗ dầu và được lắp vào rãnh dưới cùng của piston Trong rãnh có lỗ nhỏ thông với khoang trống phía trong piston

Thanh truyền

Thanh truyền là chi tiết dùng để nối piston với trục khuỷu và biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu Khi làm việc, thanh truyền chịu tác dụng của lực khí thể trong xilanh, lực quán tính của nhóm piston và lực quán tính của bản thân thanh truyền Thanh truyền có cấu tạo gồm 3 phần: Đầu nhỏ, thân và đầu to Nắp đầu to thanh truyền được bắt với thanh truyền bằng bulông biến dạng đàn hồi.

Vật liệu chế tạo thanh truyền phải có độ bền cơ học, độ cứng vững cao, thường là thép các bon hoặc thép hợp kim.

Hình 2.4: Kết cấu thanh truyền

Chốt piston:

Chốt pít tông là chi tiết nối pít tông và đầu nhỏ thanh truyền Tuy có kết cấu đơn