Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 LỜI NÓI ĐẦU 3 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 phải nói đến ngành động lực và sản xuất ôtô, chúng ta đã liên doanh với khá nhiều hãng ôtô nổi tiến trên thế giới cùng sản xuất và lắp ráp ôtô. 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 ôtô của ta mới phát triển được. Sau khi được học hai môn chính của ngành động cơ đốt trong (Nguyên lý động cơ đốt trong, Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong) cùng một số môn cơ sở khác (sức bền vật liệu, cơ lý thuyết, vật liệu học, ), sinh viên được giao nhiệm vụ làm đồ án môn học kết cấu và tính toán động cơ đốt trong. 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 đồ án này, em được giao nhiệm vụ tính toán và thiết kế nhóm piston-thanh truyền của động cơ theo các thông số kĩ thuật. Đây là một nhóm chi tiết chính, không thể thiếu trong động cơ đốt trong. Nó dùng để tiếp nhận lực khí thể do khí cháy sinh ra, biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu. Trang 1 1 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112 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. 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 Trần Thanh Hải Tùng đã quan tâm cung cấp các tài liệu, 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. Đà Nẵng, ngày 01 tháng 12 năm 2012. Sinh viên Trần Văn Linh 1. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ XZ4- 0112. 1.1. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG. 1.1.1. CÁC SỐ LIỆU CHỌN TRƯỚC KHI TÍNH TOÁN. p r = 0,108 (MN/m 2 ) - Áp suất khí sót. [P r =(1,05-1,1)P th và P th =(1,02-1,04)P o ] p a = 0,080 (MN/m 2 ) - Áp suất cuối quá trình nạp [động cơ không tăng áp P a =(0,8-0,9) P k ]. n 1 =1,35 - Chỉ số nén đa biến trung bình [n 1 =(1,34÷1,39)]. n 2 =1,25 - Chỉ số giãn nở đa biến trung bình [n 2 =(1,23÷1.27)] ρ=1,00 - Tỉ số giản nở sớm. 1.1.2. XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG NÉN. Phương trình đường nén: p.V n1 = cosnt => p c .V c n1 = p nx .V nx n1 Rút ra ta có: 1 . n nx c cnx V V pp         = Trang 2 2 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112 Đặt : c nx V V i = .Ta có: 1 1 . n cnx i pp = Trong đó: p nx và V nx là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường nén. i là tỉ số nén tức thời. == 1 . n ac pp ε 0,080.9,2 1,35 =1,60 (MN/m 2 ) 1.1.3. XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG GIÃN NỞ. Phương trình đường giãn nở: p.V n2 = cosnt => p z .V c n2 = p gnx .V gnx n2 Rút ra ta có: 2 . n gnx z zgnx V V pp         = . Với : Cz VV = (vì ρ=1) và đặt : c gnx V V i = . Ta có: 2 1 . n znx i pp = . Trong đó p gnx và V gnx là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường giãn nở. 1.1.4. TÍNH V a , V h , V c . V a = V c +V h ( ) ( ) ( ) 2 2 3 3 3 . 0,077 . . .0,086 0,40.10 0,40 4 4 h D V S m dm π π − = = = = . ( ) 3 0,40 0,049 1 9,2 1 h C V V dm ε = = = − − . ( ) 3 . 9,2.0,049 0,451 a C h c V V V V dm ε = + = = = . ( ) 3 0,049 z c V V dm = = . Cho i tăng từ 1 đến ε ta lập được bảng xác định tọa độ các điểm trên đường nén và đường giãn nở. Bảng 1-1: Bảng giá trị đồ thị công V i V(dm 3 ) V(mm) Đường nén Đường giản nở Trang 3 3 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112 i n1 P c /(i n1 ) P n (mm) i n2 P z /(i n2 ) P gn (mm) 1Vc 1 0.049 20.0 1 1.6 61.5 1 5.2 200 1.5Vc 1.5 0.0735 30.0 1.729 0.926 35.6 1.660 3.132 120.5 2Vc 2 0.098 40.0 2.549 0.628 24.1 2.378 2.186 84.1 2.5Vc 2.5 0.1225 50.0 3.445 0.464 17.9 3.144 1.654 63.6 3Vc 3 0.147 60.0 4.407 0.363 14.0 3.948 1.317 50.7 3.5Vc 3.5 0.1715 70.0 5.426 0.295 11.3 4.787 1.086 41.8 4Vc 4 0.196 80.0 6.498 0.246 9.5 5.657 0.919 35.4 4.5Vc 4.5 0.2205 90.0 7.618 0.210 8.1 6.554 0.793 30.5 5Vc 5 0.245 100.0 8.782 0.182 7.0 7.477 0.695 26.7 5.5Vc 5.5 0.2695 110.0 9.988 0.160 6.2 8.423 0.617 23.7 6Vc 6 0.294 120.0 11.233 0.142 5.5 9.391 0.554 21.3 6.5Vc 6.5 0.3185 130.0 12.515 0.128 4.9 10.379 0.501 19.3 7Vc 7 0.343 140.0 13.832 0.116 4.4 11.386 0.457 17.6 7.5Vc 7.5 0.3675 150.0 15.182 0.105 4.1 12.412 0.419 16.1 8Vc 8 0.392 160.0 16.564 0.097 3.7 13.454 0.386 14.9 8.5Vc 8.5 0.4165 170.0 17.977 0.089 3.4 14.514 0.358 13.8 9Vc 9 0.441 180.0 19.419 0.082 3.2 15.588 0.334 12.8 9.2Vc 9.2 0.4508 184.0 20.004 0.080 3.1 16.023 0.325 12.5 XÁC ĐỊNH CÁC ĐIỂM ĐẶC BIỆT VÀ HIỆU CHỈNH ĐỒ THỊ CÔNG. • Điểm r(V c ,P r ) V c -thể tích buồng cháy V c =0,049 [l] P r -áp suất khí sót, phụ thuộc vào tốc độ động cơ . chọn P r =0,108 [MN/m 2 ]. Trang 4 4 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112 vậy : r(0,049 ;0,108) • Điểm a(V a ;P a ) Với V a =ε.V c =9,2.0,049=0,451 [l]. P a =0,080 [MN/m 2 ] vậy điểm a(0,451 ;0,080). • Điểm b(V a ;P b ). với P b : áp suất cuối quá trình giãn nở. 2 2 2 1,25 5,2 . 0,320[ / ] 9,2 n b z n P P MN m ρ ε = = = . vậy điểm b(0,451;0,320). Các điểm đặc biệt: r(V c ; p r ) = (0,049 ; 0,108) ; a(V a ; p a ) = (0,451 ; 0,080) b(V a ; p b ) = (0,451 ; 0,320) ; c(V c ; p c ) = (0,049 ; 1,60) z(V c ; p z ) = (0,049 ; 5,2). * VẼ ĐỒ THỊ CÔNG: Để vẽ đồ thị công ta thực hiện theo các bước như sau: + Chọn tỉ lệ xích: ( ) 2 5,2 0,026 / / 200 p MN m mm µ = = . ( ) 3 0,040 0,00245 / 20 v dm mm µ = = . + Vẽ hệ trục tọa độ trong đó: trục hoành biểu diễn thể tích xi lanh, trục tung biểu diễn áp suất khí thể. + 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 với trục hoành đi qua hai điểm P a và P r . 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 V a đến V c (R=S/2). Trang 5 5 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112 - Tỉ lệ xích đồ thị brick: ( ) 86 0,5266 / 163,3 s hbd S mm mm V µ = = = . - Lấy về phía phải điểm O’ một khoảng : OO’ .2 .R λ = . - Giá trị biểu diễn : OO’ . 0,24.43 9,8 2. 2.0,5266 s R λ µ = = = (mm) - Dùng đồ thị Brick để xác định các điểm: • Đánh lửa sớm (c’). • Mở sớm (b’) đóng muộn (r’’) xupap thải. • Mở sớm (r’) đóng muộn (d ) xupap hút. - Áp suất cực đại của chu trình thực tế thường nhỏ hơn áp suất cực đại trong tính toán : p z’ = 0,85.p z = 0,85.5,2 = 4,42 (MN/m 2 ) Vẽ đường đẳng áp p z’ = 4,42 (MN/m 2 ). Điểm z’ được xác định bằng trung điểm của đoạn thẳng giới hạn bởi đường đẳng tích V c và đường cháy giản nở. - Áp suất cuối quá trình nén thực tế p c’’ . Áp suất cuối quá trình nén thực tế thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết do sự đánh lửa sớm. p c’’ = p c + 3 1 .( p z’ -p c ) p c’’ = 1,60 + 3 1 .( 4,42 - 1,60 ) = 2,54 (MN/m 2 ) Nối các điểm c’, c’’, z’ lại thành đường cong liên tục và dính vào đường giãn nở. - Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế p b’’ : Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn nở lý thuyết do mở sớm xupap thải. P b’’ = p r + 2 1 .( p b - p r ) Trang 6 6 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112 P b’’ = 0,108 + 2 1 .( 0,32 - 0,108 ) = 0,214(MN/m 2 ). Nối các điểm b’, b’’ và tiếp dính với đường thải p rx . - Nối điểm r với r’’, r’’ xác định từ đồ thị Brick bằng cách gióng đường song song với trục tung ứng với góc 3 độ trên đồ thi Brick cắt đường nạp p ax tại r’’. *) Sau khi hiệu chỉnh ta nối các điểm lại thì được đồ thị công thực tế. Trang 7 7 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112 µP=0,0295 [ MN/m².mm] µv=0,002875 [dm³/mm] µs=0,5842 [mm/mm] o o' 4 0 ° 6 3 ° 3° 1 0 ° 1 2 ° b b'' a d r' r r'' 1Vc 2Vc 3Vc 4Vc 5Vc 6Vc 7Vc 8Vc 9Vc 10Vc Vc [dm³] 0 2,99 5,015 5,9 P(MN/m ² ) c' z z' P j m i n P j m a x 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 10 2 3 4 5 6 7 7' 6' 5' 2' 1 Hình 1.1- Đồ thị công Trang 8 8 R C x l O CD CT A B B' S O - Giao õióứm cuớa õổồỡng tỏm xi lanh vaỡ õổồỡng tỏm truỷc khuyớu. C - Giao õióứm cuớa õổồỡng tỏm thanh truyóửn vaỡ õổồỡng tỏm chọỳt khuyớu. B' - Giao õióứm cuớa õổồỡng tỏm xy lanh vaỡ õổồỡng tỏm chọỳt piston. A - Vở trờ chọỳt piston khi piston ồớ CT B - Vở trờ chọỳt piston khi piston ồớ CD R - Baùn kờnh quay cuớa truỷc khuyớu (m) l - Chióửu daỡi cuớa thanh truyóửn (m) S - Haỡnh trỗnh cuớa piston (m) x - ọỹ dởch chuyóứn cuớa piston tờnh tổỡ CT ổùng vồùi goùc quay truỷc khuyớu (m) - Goùc lừc cuớa thanh truyóửn ổùng vồùi goùc (õọỹ) Tớnh toỏn thit k ng c XZ4-0112 1.2. NG HC V NG LC HC CĐA C CâU TRC KHUêU THANH TRUYôN . ng c t trong kiu piston thng cú vn tc ln ,nờn vic nghiờn cu tớnh toỏn ng hc v ng lc hc ca c cu trc khuu thanh truyn (KTTT)l cn thit tỡm quy lut vn ng ca chỳng v xỏc nh lc quỏn tớnh tỏc dng lờn cỏc chi tit trong c cu KTTT nhm mc ớch tớnh toỏn cõn bng ,tớnh toỏn bn ca cỏc chi tit v tớnh toỏn hao mũn ng c Trong ng c t trong kiu piston c cu KTTT cú 2 loi loi giao tõm v loi lch tõm . Ta xột trng hp c cu KTTT giao tõm . 1.2.1 NG LC HC CĐA C CâU GIAO TM : C cu KTTT giao tõm l c cu m ng tõm xilanh trc giao vi ng tõm trc khuu ti 1 im (hỡnh v). Hỡnh 1.2. S c c%u KTTT giao tõm . 1.2.1.1 XC NH DCH CHUYN (X) CĐA PISTON BNG PHNG PHP TH BRICK. -Theo phng phỏp gii tớch chuyn dch x ca piston c tớnh theo cụng thc : Trang 9 9 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112 ( ) ( )       −+−≈ α λ α 2cos1 4 cos1.Rx . -Các bước tiến hành vẽ như sau: + chọn tỷ lệ xích ( ) 86 0,5266 / 163,3 s hbd S mm mm V µ = = = 2= α µ (độ/mm) + Đồ thị Brick có nửa đường tròn tâm O bán kính R = S/2. Lấy bán kính R bằng ½ khoảng cách từ V a đến V c . + Lấy về phía phải điểm O’ một khoảng OO’ . 0,24.43 9,8 2. 2.0,5266 s R λ µ = = = (mm) + Từ tâm O’ của đồ thị brick kẻ các tia ứng với 10 0 ; 20 0 …180 0 . 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 diễn khoảng dịch chuyển của piston. + Gióng các điểm ứng với 10 0 ; 20 0 …180 0 đã chia trên cung tròn đồ thị brick xuống cắt các đường kẻ từ điểm 10 0 ; 20 0 …180 0 tương ứng ở trục tung của đồ thị x=f(α) để xác định chuyển 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 C§A PISTON V=f(α). * Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng của Nguyễn Đức Phú. + Xác định vận tốc của chốt khuỷu: ω = 30 .n π = .6040 30 π = 632,5 (rad/s) + Chọn tỷ lệ xích ωµµ . svt = = 632,5.0,5266 333,07 = (mm/s/mm) + Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính R 1 phía dưới đồ thị x(α) với R 1 = R ω.=43.632,5=27197,5 (mm/s). Trang 10 10 [...]... Trang 32 32 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112 14 13 12 11 15 10 9 16 8 7 17 18 6 19 5 4 20 21 22 23 0 1 2 Hình1.11 - Đồ thị mài mòn chốt khuỷu Trang 33 33 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112 2 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ CHON THAM KHẢO 2.1 THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ CHỌN TƯƠNG ĐƯƠNG Loại động cơ Chọn 1NZ-FE Yêu cầu Số xylanh – cách bố trí 4 xylanh – thẳng hàng 4 xylanh – thẳng hàng Số kỳ 4 4 Loại nhiên... toạ độ Áp dụng các công thức: T = P1 sin (α + β ) cos( β ) Z = P1 cos( α + β ) cos( β ) N = P1 tg ( β ) Quá trình vẽ các đường này được thực hiên theo các bước sau: + Chọn tỉ lệ xích: µα = 2 (độ/mm) = 0,026 Trang 17 17 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112 + Căn cứ vào trị số λ= R = 0, 24 L Tra các bảng phụ lục 2p, 7p, 11p trong sách Kết Cấu Và sin( α + β ) cos( α + β ) Tính Toán Động Cơ đốt Trong... tọa độ O của đồ thị lấy theo hướng dương của Z một khoảng: O’O = Pko 2,127 = = 81,8(mm) µ p 0, 026 Trang 24 24 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112 O là tâm chốt khuỷu, từ tâm chốt khuỷu ta kẻ đường tròn tượng trưng cho chốt khuỷu, giá trị của lực tác dụng lên chốt khuỷu là vectơ có gốc O và ngọn là một điểm bất kỳ nằm trên đường biểu diễn đồ thị phụ tải Trang 25 25 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112. .. ổn định dọc của động cơ, phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, đầu to thanh truyền …đồng thời là cơ sở thiết kế các hệ thống khác như hệ thống làm mát, hệ thống bôi trơn… Trang 20 20 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112 Hình 1.7 Đồ thị N-T-Z =f(α) 1.2.2.4 VẼ ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN ΣT = f(α) Để vẽ đồ thị tổng T ta thực hiện theo những bước sau: + Lập bảng xác định góc α i ứng với góc lệch các khuỷu theo thứ tự... với góc lệch các khuỷu theo thứ tự làm việc + Góc lệch khuỷu trục của 2 xi lanh làm việc kế tiếp nhau: αk = 180 τ 180 4 = = 180 0 i 4 + Thứ tự làm việc của động cơ là: 1-3-4-2 Ta có bảng xác định góc lệch công tác và thứ tự làm việc của các khuỷu trục Trang 21 21 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112 Bảng 1-3: Thứ tự làm việc của động cơ Xi lanh 1 2 3 4 Tên kỳ làm việc Nạp Nén Cháy-giãn nở Thải Nén Cháy-giãn... 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 nửa đường tròn biểu diễn trị số tốc độ của piston ứng với các góc α Trang 11 11 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112 α [độ] V[mm/s] V = f(x) 180... 1.5 - Đồ thị gia tốc J = f ( x ) Trang 14 14 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112 1.2.2 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC 1.2.2.1 ĐƯỜNG BIỂU DIỄN LỰC QUÁN TÍNH CỦA KHỐI LƯỢNG CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN − PJ = f ( x ) Vẽ theo phương pháp Tole với trục hoành đặt trùng với P0 ở đồ thị công, trục tung biểu diễn giá trị Pj Vẽ đường biểu diễn lực quán tính được tiến hành theo các bước như sau: + Chọn tỉ lệ xích trùng với... vẽ để dễ dàng xác định các toạ độ điểm ta nên đánh dấu các toạ độ điểm đồng thời ghi các số thứ tự tương ứng kèm theo + Tính lực quán tính của khối lượng chuyển động quay của thanh truyền (tính trên đơn vị diện tích của piston) 2 Từ công thức: Pko = m2 R.ω 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’ = mtt – m1 = 0,8 –... cách cộng đại số các toạ độ điểm của 2 đồ thị pkt=f(α) và pj=f(α) lại với nhau ta được tọa độ điểm của đồ thị p1=f(α) Dùng một đường cong thích hợp nối các toạ độ điểm lại với nhau ta được đồ thị p1=f(α) Trang 16 16 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112 Hình 1.6 - Đồ thị khai triển Pkt , Pj, P1 1.2.2.3 VẼ ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN LỰC TIẾP TUYẾN T = f(α), LỰC PHÁP TUYẾN Z=f(α) VÀ LỰC NGANG N = f(α) Các đồ thị:... 26 26 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112 1.2.2.6 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN ĐẦU TO THANH TRUYỀN Để vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền ta thực hiện theo các bước như sau: + Vẽ dạng đầu to thanh truyền lên tờ giấy bóng, tâm của đầu to là O + Vẽ một vòng tròn bất kì tâm O Giao điểm của đường tâm phần thân thanh truyền với vòng tròn tâm O tại 0o + Từ điểm 0o, ghi trên vòng tròn các điểm . 17 17 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112 + Căn cứ vào trị số 0,24 R L λ = = . Tra các bảng phụ lục 2p, 7p, 11p trong sách Kết Cấu Và Tính Toán Động Cơ đốt Trong - Tập 1 ta có các giá trị của: . giao nhiệm vụ tính toán và thiết kế nhóm piston-thanh truyền của động cơ theo các thông số kĩ thuật. Đây là một nhóm chi tiết chính, không thể thiếu trong động cơ đốt trong. Nó dùng để tiếp nhận. = Trang 14 j=f(α) 14 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112 1.2.2. TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC. 1.2.2.1. ĐƯỜNG BIỂU DIỄN LỰC QUÁN TÍNH C§A KHỐI LƯỢNG CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN ( ) xfP J =− . Vẽ theo phương pháp