BÀI tập lớn THIẾT kế TÍNH TOÁN ĐỘNG cơ đốt TRONG tính toán kiểm nghiệm bền ống lót xylanh trên động cơ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MƠN MÁY ĐỘNG LỰC
----------------

BÀI TẬP LỚN
THIẾT KẾ TÍNH TỐN
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Giảng viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện
Mã sinh viên
Đề
Lớp
Khóa

: ThS Vũ Xuân Thiệp
: ( Tự ghi vào )
: ( Tự ghi vào )
: 5
: Kỹ thuật Máy Động Lực
: 59

Hà nội 2022


Lời mở đầu
Khoa hc k thut cng phỏt trin thỡ máy móc được sử dụng ngày
càng nhiều với trình độ cơ khí hố và tự động hố ngày càng cao . Động
cơ đốt trong có mặt ở hầu hết các thiết bị và dây truyền cơng nghệ . Vì
vậy việc thiết kế động cơ có vai trị quan trọng trong đời sống nói
chung .

Trong đồ án mơn học Thiết kế động cơ đốt trong lần này , em xin gửi lời
cám ơn đến Thầy ThS Vũ Xuân Thiệp trong quá trình tìm hiểu và học
tập em đã nhận được sự giảng dạy và hướng dẫn rất tận tình, tâm huyết
của thầy . Thầy đã giúp em tích lũy thêm nhiều kiến thức hay và bổ ích.
Từ những kiến thức mà thầy truyền đạt, em xin trình bày lại những gì
mình đã tìm hiểu về vấn đề: Tính tốn kiểm nghiệm bền ống lót xylanh
trên động cơ gửi đến thầy.

Tuy nhiên, kiến thức của em vẫn còn những hạn chế nhất định. Do đó,
khơng tránh khỏi những thiếu sót trong q trình hồn thành bài tập lớn
này. Mong thầy xem và góp ý để bài của em được hồn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!


TÍNH TỐN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG BƠI TRƠN ĐỘNG CƠ
1. TÍNH TỐN HỆ THỐNG BƠI TRƠN
1.1. Các thơng số cơ bản của ổ trượt hình trụ.

1

2

Hình 1. Vị trí của trục trong ổ trục và sự phân bố của áp suất thuỷ động lực học trong
màng dầu.
Ô trượt của phần lớn động cơ đốt trong là ổ trượt hình trụ (ổ đầu tothanh truyền, ổ
trục khuỷu, ổ trục cam....). Trong điều kiện lý tưởng bôi trơn ma sát ướt, dưới tác dụng
của lực P và sự hình thành chêm dầu, tâm trục lệch đi một đoạn e và áp suất thuỷ động
lực học trong màng dầu phân bô như hnh

Trong đó:
1, 2

- Góc ứng với điểm bắt đầu chịu tải và điểm kết thúc chịu tải của màng dầu.

∆ - Khe hở ổ trục .
∆=D−d
ơ -Khe hở bán kính.
ơ =R −r =∆/2


- Khe hở tương đối tính trên đơn vị đường kính của ổ trục.

= ∆/d = ơ/r
l/d - Chiều dài tương đối của ổ trục.
e - Độ lêch tâm tuyệt đối.
÷ - Độ lệch tâm tương đối.
÷ = e/ơ
K - Ap suất trên ổ trục, tính trên đơn vị diện tích hình chiếu của diện tích chịu tải của ổ
trục.
K= P/b.d

h min - Chiều dày nhỏ nhất của màng dầu.
hmin =  - e =  - . = (1-).
h max - Chiều dày lớn nhất của màng dầu.

hmax =  - e =  + . = (1+)
2. Điều kiện hình thành màng dầu chịu tải.
Khi động cơ chưa làm việc, trục tiếp xúc với ổ trục ở điểm a. Điểm thấp nhất của
ổ trục, lúc này chưa hình thành màng dầu.

Vì vậy: Trong giai đoạn đầu tiên khi động cơ bắt đầu làm việc, ma sát giữa trục và
ổ trục là ma sát khơ. Sau đó do bơm dầu hoạt động, dầu được cung cấp mới hình thành
ma sát ướt.
Giả sử rằng, trong quá trình làm việc của động cơ, lực Q tác dụng lên ổ trục có trị
số và hướng không đổi (nhưng thực tế phụ tải luôn thay đổi). Khi trục quay, lớp dầu bám
trên trục sẽ quay theo với vận tốc bằng vận tốc ngoài của vòng trục. Lớp dầu càng xa bề
mặt trục vận tốc càng nhỏ, trường vận tốc phân bố như trên.
Khi lớp dầu bị cuốn vào khe hở hẹp, do tính chất khơng chịu nén của dầu nhờn
nên lớp dầu có xu hướng lưu động dọc trục để thoát ra khỏi khe hở. Nhưng nhờ lực ma
sát trong của dầu nhờn cản khơng cho nó lưu động dọc trục. Vì vậy khiến áp suất thuỷ
động lực học trong lớp dầu càng lớn, càng gần hmin thì nó càng lớn. Khi vận tốc cuả trục
đạt đến gần một vị trí nào đó, tổng các lực trên phương thẳng đứng của áp suất thuỷ động
lực học cân bằng với tải trọng Q và lúc này trục mới bắt đầu được nâng lên và không tiếp


xúc với bạc lót nữa. Giữa hai bề mặt ma sát sẽ hình thành một lớp ngăn cách khơng cho
chúng tiếp xúc với nhau. Ổ trục lúc này làm việc với chế độ bơi trơn ma sát ướt hồn tồn
.
Như vậy, điều kiện chủ yếu để hình thành lớp dầu bôi trơn ma sát ướt bằng
phương pháp thuỷ động là :
-Giữa hai bề mặt phải có khe hở hình chêm.
-Dầu phải có độ nhớt nhất định và liên tục chảy vào khe hở.
-Vận tốc tương đối giữa hai bề mặt phải có phương, chiều thích hợp và trị số vận
tốc đủ lớn để áp suất sinh ra trong lớp dầu đủ khả năng cân bằng với tải trọng ngồi.
3. Tính kiểm tra màng dầu.
Muốn đảm bảo điều kiện bôi trơn ma sát ướt, tức là không để xảy ra hiện tượng
tiếp xúc trực tiếp giữa trục và bạc lót ở bất kỳ thời điểm nào trong quá trình làm việc, thì
điều kiện cần phải có là:
hmin > h th
hmin > 0 +t +hd

Trong đó:
0 độ nhấp nhơ bề mặt ổ trục
1 độ nhấp nhô bề mặt trục
hd sai lệch về hình dáng.
hmin chiều dày tối thiểu của màng dầu chịu tải.
hth chiều dày tới hạn của lớp dầu.
h th = 0 +t +hd
Chọn h th = 0,0035 (mm)
Để an toàn thì hệ số tin cậy của điều kiện bơi trơn sẽ là:
K = hmin /hth ≥1,5
Trị số sai số hình dáng xác định rất khó khăn vì vậy nên bỏ qua và chọn
K = hmin /hth ≥ 1,5
Ở đây hth = 0 +t


Công thức kinh nghiệm.
hmin =

55.10−9

μ.n .d
k tb .ψ . C

(mm)

Trong đó :
: độ nhớt động học của dầu nhờn khi động cơ làm việc ( N.s/m2 )
 = 9.10-3 ( N.s/m2 )
n: số vòng quay của trục (vòng/phút)
n = 2200 (vịng/phút)

d đường kính ổ trục (chốt khuỷu)
d = (0,65 0,72).D
D: đường kính piston
dch = 100 (mm) đo
C hệ số đặc trưng hình dáng của trục.
C = 1 + d/l
Với l chiều dài ổ trượt.
lch = (0,8 1).dch
Chọn l = 0,9. d = 90 (mm)
C = 1+1,1 = 2,1
 khe hở tương đối
 = /d
 = (0,0250,065)

(mm)

Chọn  = 0,04
 = 0,04 /91=0,00044
ktb áp suất trung bình trên bề mặt trục
ktb = Qtb .fdt /ld
Qtb tải trọng trung bình được xác định từ đồ thị phụ tải khai triển phụ tải tác dụng lên
chốt khuỷu.
Qtb = 45,727 (mm ) = 45,727.0,04 = 1,82908 (MN/m2)


ktb =1,82908. 0,0132 /90. 100.10-6 = 2,68 (MN/m2)
Thế Ktb vào
−9

−3

55.10 .9.10 .2200.0,1
=
2,68.0
,00044
.2,1
hmin =
0,0439(mm)
K = hmin/hth = 0,0439/0.0035 = 12,5 > 1,5
Vậy màng dầu bôi trơn thõa mãn.
4. Kiểm nghiệm nhiệt độ dầu trong ổ trượt:
Theo công thức kinh nghiệm ta có:
−5

2

1 , 17 .10 . k tb . d .l . ω. f

Tra =

C dn . v ' . ρ .10−3

−T vao

ktb = 2,68 (MN/m2)
 :vận tốc góc của trục
 = 230,383 (rad/s)
f hệ số ma sát ướt
f = 0,008
Cdn tỷ nhiệt của dầu nhờn (kcal/kg.0c)

Chọn Cdn = 0,48 (kcal/kg.0c)
v’ = v’1 + v’2
v’1 lượng dầu nhờn chảy qua vùng chịu tải.
v’1 = .d2.. (cm3/s)
 hệ số phụ thuột vào độ lệch tâm tương đối.
Chọn  = 5,9.10-6
d đường kính trục (cm)
v’1 = .d2.. = 5,9.10-6 .102.230,383. 40 = 5,437 (cm3/s)
v’2 lượng dầu nhờn chảy qua vùng không chịu tải.
A .α ' . pb .d. Δ 2
l .μ
V2 ’ =

Vùng không chịu tải >2400


A= 8,73.10-10
’ =1,5
Pb áp suất bơm dầu
Chọn: Pb = 4 (KG/cm2)
A .α ' . pb .d. Δ 2 8,73 .10−10 . 1,5 .4 .10 . 402
=
−4
l .μ
v2’ =
= 90 . 9. 10
1,0346 (cm3/s)

v’ = v’1 + v’2 = 5,437 + 1,0346 = 6,4716(cm3/s)
Chọn Tvao = 700c

−5

2

−5
2
1 , 17 .10 . k. d . l. ω. f
1,17 .10 .2,68 .10 .9 .230 ,383 .0,008
+T
vao
C dn . v ' . ρ. 10−3
0 ,48. 4 ,54.0,9 .10−3
Tra =
=
+70 = 88,60 0c

Nhiệt độ dầu nằm trong điều kiện cho phép.
5. Lưu lượng dầu bôi trơn và lưu lượng của bơm dầu.
Qdau = (0,015  0,02). Qt

(kcalo/h)

Chọn Qdau = 0,016 Qt
Qt nhiệt lượng do nhiên liệu cháy trong xylanh sinh ra
Qr = 632.Ne/e
e hiệu suất có ích của động cơ đốt trong.
e = (0,25 0,35)
Chọn e = 0,34
Qr = 632.Ne/e = 632.250/0,34 = 464705 (kcalo/h)
Qdau = 0,016. Qr = 0,016.464705 = 7435,28(kcalo/h)

Lượng dầu cần thiết bôi trơn cung cấp cho các mặt ma sát.
Qd

7435 , 28
=
ρ.
C
.
Δt
0
,
85.
0,5
.14
d
Vd =
1249,6 (lit/h)
=

Lượng dầu bơm cung cấp:
Vbơm = (2 3,5) Vd = 3.1249,6 = 3748,8 (lit/h)
6. Tính tốn bầu lọc thấm:
Kích thước bầu lọc.


Tnh toân loại bầu lọc năy rất kh v thường không xác định được tiết diện thng qua một
câch chnh xâc. V vậy khi thiết kế nín tham khảo kch thước của những loại lọc tinh của
động cơ có cơng suất tương đương. Có thể căn cứ vào tổng dung tích cơng tác của động
cơ để lựa chọn sơ bộ kích thước li lọc theo số liệu thống kí trong bảng
Bảng Kích thước li lọc.

Dung tch cng tâc (l)

Đường kính li lọc (mm)

Chiều cao li lọc

4 trở lín

116

204

1,54

116

126

Dưới 4

88

135

Tính kiểm nghiệm khả năng lọc của bầu lọc thấm theo công thức:

ΔP
V1 = CF η

(l/ph)

1,25
V1 = 0,08. 74342,6 1,4 .10-2 = 53,1 (l/ph)
Trong đó :
V1 : Lưu lượng dầu qua lọc (l/ph)
F : Diện tch thng qua lý thuyết tnh theo cng thức
F = dh =3,14 . 116.204 = 74342,6 mm2
P : Độ chênh áp của bầu lọc
P = Pdv - Pdr (KG/cm2)
Chọn P = 1,25 (KG/cm2)
C : Hệ số lưu thông theo số liệu thực nghiệm:
Đối với các loại li lọc bằng giấy thấm
C = 0,08
 : Độ nhớt của dầu nhờn tính theo poazơ (p)
= 1,4 (p)


7. Tính tốn két làm mát dầu nhờn.
Nhiệt động cơ truyền cho dầu nhờn:
Qd = Cd. .Vd.(Tdr - Tdv) (kcalo/h)
Tdr = 65 0c
Tdv = 88,60c
Vd lưu lượng dầu tuần hoàn trong động cơ
Vd = 1858 (lit/h)
Qd = 0,48.0,9.1858. (88,6-65) = 18942,6 (kcalo/h)
Tiết diện két làm mát
Qd

Fk = k d . ( t d −t k )

( m2)

kd hệ số truyền nhiệt tổng quát giữa dầu nhờn và môi chất làm mát.
kd = 200 (kcalo/ m2.h.0c)
td nhiệt độ trung bình của dầu trong két
T dr +T dv 65+88 , 6
=
=
2
2
td =
76,80c

tk nhiệt độ môi chất làm mát.
tk = 500c

18942 ,6
=
Fk = 200 . ( 76 , 8−50 ) 1,237 ( m2)
8. Lượng dầu chứa trong cacte.
Vct = (0,10,15).Ne (lit)
Vct = 0,1.250 = 25 (lit).