BÀI tập lớn môn học TÍNH TOÁN kết cấu ĐỘNG cơ đốt TRONG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
(Times New Roman 16 in đậm)

KHOA CƠ KHÍ
(Times New Roman 14)

-----------

BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC
TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
(Times New Roman 28 in HOA, đậm)

HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN
TRẦN VĂN C
(Times New Roman 14 in đậm)

TÊN ĐỀ TÀI
(Times New Roman 20 in đậm)

Ví dụ : Lựa chọn tổ máy làm đất tối ưu…..(Times New Roman 14 đậm)
Ngành: KĨ THUẬT CƠ KHÍ
GIÁO VIÊN GIẢNG DẠY: TS. NGUYỄN TƯỜNG VI
(Times New Roman 13 thường)

HÀ NỘI – NĂM 20…
LỜI NÓI ĐẦU

download by :


Cùng với việc phát triển của công nghệ thông tin và khoa học kỹ thuật với mức độ

chóng mặt trong thời đại ngày nay. Đã kéo theo sự phát triển của các nghành nghề khác
có liên quan. Với việc ứng dụng các thành tựu đạt được trong lĩnh vực công nghệ thơng
tin đã giúp cho q trình tự động hóa sản xuất của con người ngày một hoàn thiện và tối
ưu.
Cùng với việc phát triển của công nghệ thông tin và khoa học kỹ thuật với mức độ
chóng mặt trong thời đại ngày nay. Đã kéo theo sự phát triển của các nghành nghề khác có
liên quan. Đối với chuyên ngành cơ khí thì việc áp dụng cơng nghệ thơng tin càng ngày
cấp thiết và đã liên tục diễn ra trong quá trình sản xuất để nhằm rút ngắn thời gian và nâng
cao chất lượng sản phẩm. Ngày nay, việc lên bản vẽ thiết kế không chiếm nhiều thời gian
của người thiết kế vì sự trợ giúp của các cơng cụ của cơng nghệ thơng tin. Trong đó các
phầm mềm hỗ trợ thiết kế đã luôn được dùng để tiến hành thiết kế chi tiết máy.
Nhận thấy được tầm quan trọng đó em đã được thầy giao đề tài Thiết kế tính tốn ,
mơ phỏng và kiểm nghiệm bền nhóm piston trên động Xăng 1NZ-FE. Đây là một đề tài
mới đối với sinh viên ngành động lực, nó khơng những giúp cho em có điều kiện để
chuẩn lại các kiến thức đã học ở trường mà cịn có thể hiểu biết kiến thức nhiều hơn khi
tiếp xúc với thực tế thiết kế.
Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Tường Vi các thầy cô
trong khoa cùng với việc tìm hiểu, tham khảo các tài liệu liên quan và vận dụng các kiến
thức được học, em đã cố gắng hoàn thành đề tài này. Mặc dù vậy, do kiến thức của em có
hạn, đề tài mới, phần mềm mới chưa được phổ biến ở Việt nam việc tìm kiếm tài liệu gặp
nhiều khó khăn nên đồ án sẽ khơng tránh khỏi những thiếu sót. Em mong các thầy cơ góp
ý, chỉ bảo thêm để kiến thức của em ngày càng hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn "Nguyễn Tường vi ”
cùng các thầy cô trong khoa và các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ để em hồn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn !
Đồng Nai, ngày

tháng

năm 2021

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Tiến Dũng

download by :


CHƯƠNG 1 – GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài

Ơtơ đã trở thành một phương tiện vận chuyển thông dụng và hữu hiệu trong bất cứ ngành
nghề nào của nền kinh tế quốc dân như: Khai thác tài nguyên, dich vụ công cộng, xây
dựng cơ bản, quân sự, và đặc biệt là nhu cầu ngày càng cao của con người… Một chiếc ô
tô hiện đại ngày ngay phải đáp ứng được các nhu cầu về tính tiện nghi, an tồn, kinh tế,
thẩm mỹ và thân thiện với mơi trường, v.v…
Vì vậy em nhận : thực hiện đề tài xin trình bày chuyên đề về động cơ 1NZ–FE trên xe
TOYOTA VIOS 2007. Do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc
chắn nội dung và hình thức của đề tài khơng tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy chúng em
rất mong được sự đóng góp ý kiến q báu của Q Thầy Cơ để đề tài được hồn thiện
hơn.
1.2. Nội dung chính đề tài
- Để giảm thiểu ô nhiễm môi trường, một vấn đề nhức nhối đối với tất cả các nước

trên thế giới, nhất là các nước phát triển, một phần gây ảnh hưởng trực tiếp đến con người
là khí thải động cơ đốt trong.
- Do nhu cầu tất yếu của con người ngày một cao, để đáp ứng nhu cầu của người

tiêu dùng thì động cơ ngày càng phải tối ưu hơn như tốc độ cao hơn, tính tự động cao,

đảm bảo được độ bền, tiết kiệm nhiên liệu, an toàn cao hơn, hiện đại hơn.v.v…
- Mở rộng khả năng đa nhiên liệu.
- Khả năng thích ứng tốt đối với các quốc gia khác nhau như địa hình, thời tiết

cũng như nhu cầu con người ở mỗi quốc gia là khác nhau.
- Giảm trọng lượng và kích thước của thiết bị nhưng vẫn đảm bảo chắc chắn với độ

an toàn, tin cậy cao.
- Động cơ không dùng nhiên liệu dầu mỏ, khí đốt mà được thay thế bằng các loại

nhiên liệu khác.
Bước sang một thế kỉ mới, thế kỉ XXI, động cơ đốt trong hứa hẹn bước phát triển
vượt bậc. Những công bố mới đây của các nhà khoa học về loại động cơ đốt trong chạy
bằng nhiên liệu không phải là cacbuahidrô như H2, dầu thực vật, năng lượng mặt trời,

download by :


cồn.v.v…sẽ khắc phục được vấn đề cạn kiệt về nhiên liệu và nạn ô nhiễm môi trường, hai
vấn đề được xem là yếu tố quyết định sự tồn tại của động cơ đốt trong.
1.3. Phương pháp nghiên cứu đề tài
Ở nước ta hiện tồn tại một thực tế mâu thuẫn đó là nhu cầu sử dụng và việc sản xuất

các loại động cơ của các nhà máy trong nước. Là một đất nước nông nghiệp nên nhu cầu
sử dụng các loại động cơ để phục vụ cho người nông dân là rất lớn, nhất là thời kỳ đổi mới
đất nước với các chính sách đẩy mạnh phát triển nơng nghiệp thì nhu cầu về việc thay thế
lao động thủ cơng bằng máy móc càng địi hỏi cấp thiết hơn.
Nhu cầu đi lại của nhân dân, đây cũng là thị trường rất lớn trong vấn đề tiêu thụ xe,
người tiêu dùng ln địi hỏi về kỹ thuật ngày càng cao, chất lượng, giá thành, các chỉ tiêu
khác. Điều này cũng đúng trong phát triển ngư nghiệp, thuỷ hải sản.

Trên thực tế, đất nước ta chưa thể đáp ứng nổi nhu cầu của người tiêu dùng mà hầu
hết là nhập hay liên doanh với các hãng nước ngoài, sản xuất và tự sản xuất dang là hướng
phát triển của dất nước ta.
1.4. Ý Nghĩa của đề tài
Ngày nay có rất nhiều phần mềm hỗ trợ cho công việc của người kỹ sư thiết kế
. Giúp cho công việc của người thiết kế trở nên thuận lợi và tiết kiệm được rất nhiều thời
gian . Trong các cơng đoạn của q trình sản xuất cơ khí thì sự tiện ích của các phần mềm
hỗ trợ thực sự có vai trị đóng góp hết sức to lớn. Từ việc lên bản vẽ thiết kế chi tiết máy
đến việc mô phỏng lắp ghép và kiểm tra độ bền của các chi tiết máy trước khi đưa vào sản
xuất thực tế. Do đó, các phần mềm hỗ trợ đã tiết kiệm rất nhiều thời gian và kinh tế trong
sản xuất, hạn chế và tránh những sai sót gặp phải trong q trình sản xuất thực tế. Phần
mềm : “Catia thiết kế và mô phỏng các cơ cấu máy ” là một trong những phầm mềm hỗ
trợ cho những người đang học tập cũng như làm việc trong lĩnh vực thiết kế chi tiết và cơ
cấu máy. Và hiện tại phần mềm này là một trong những phần mềm mới chưa được ứng
dụng phổ biến đối với sinh viên và kỹ sư của chúng ta.
Vì vậy em chọn Nghiên cứu thiết kế, kiểm nghiệm và mô phỏng thanh truyền
trên ứng dụng phần mềm Catia làm đề tài tốt nghiệp cho mình. Em đã thực hiện việc
nghiên cứu học tập từ lý thuyết đến thực hành để sữ dụng phần mềm Catia trong thiết kế
và mô phỏng các cơ cấu máy.

download by :


Em hy vọng đề tài này sẽ mang đến cách nhìn tổng quan về thiết kế và mơ phỏng chi
tiết, cơ cấu máy trong Catia. Tạo tiền đề cho việc nghiên cứu sâu hơn các tính năng mà
phần mềm hổ trợ, giúp cho người kỹ sư có cách nhìn mới về thiết kế, mơ phỏng 3D một
cách chính xác và trung thực.

download by :

CHƯƠNG 2 – ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU

THANH TRUYỀN
Mục đích:
- Thiết lập quy luật chuyển động của piston và thanh truyền trên cơ sở biết luật
chuyển động của trục quay với thiết bị quay vận tốc góc ω = const.
- Xác định giá trị và sự thay đổi các hiệu lực xuất hiện trong từng phần chuyển

động của cấu trúc khi cơ sở làm việc xây dựng cơ sở khảo sát và tác dụng mô phỏng
lên cơ cấu phát triển.
Ý nghĩa: là một trong những cơ sở chính cho việc tính tốn thiết kế động cơ.
2. ĐỘNG HỌC

Với giả thiết trục khuỷu quay với vận tốc góc ω = const, thì góc quay trục
khuỷu α tỷ lệ thuận với thời gian, còn tất cả các đại lượng động học là các
hàm phụ thuộc vào biển số α .
2.1.

Xác định qui luật động học bằng phương pháp giải tích

– Độ dịch chuyển pittons
- Vận tốc dịch chuyển pittons
- Gia tốc chuyển động pittons

1.1. Xác định qui luật động học bằng phương pháp đồ thị a.
Giải x bằng đồ thị Brich
Khi trục khuỷu quay một góc α thì piston dịch chuyển một khoảng x so với
vị trí ban đầu (ĐCT). Chuyển vị của piston trong xilanh độngg cơ tính bằng
cơng thức sau:

Đây là phương trình chuyển động của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền, biểu
diễn bằng khoảng trượt của piston phụ thuộc vào α , R (bán kính trục
khuỷu)
-

Vẽ nửa vịng trịn tâm O bán kính R. Chọn tỉ lệ xích sao cho đường kính AB của ½
vòng tròn bằng đoạn Vh/ μ v trên đồ thị công.

-

Lấy về bên phải tâm O một điểm O’ sao cho OO’ = (R λ /2) μ

download by :

R.


- Từ O’ kẻ các tia ứng với góc 00, 100 , 200,…, 1800. Vẽ hệ trục vng góc S- α phía
dưới ½ vịng trịn. Trục O dóng từ điểm A biểu diễn giá trị α . Trục OS biểu
diễn giá trị S. Chọn tỉ lệ xích:
-

Từ các điểm chia trên ½ vịng trịn brich, ta kẻ các đường thằng song song với trục
O α và từ các điểm này sẽ cắt nhau tại các điểm 0, 1, 2, 3, …18. Nối các điểm này
lại ta có đường cong biểu diễn độ dịch chuyển x theo x = f( α ).

Hình 1.1. Đồ thị chuyển vị S = f (α )
b. Giải vận tốc v bằng phương pháp đồ thị

Theo giải tích vận tốc v của pitson xác định theo cơng thức

Từ trên ta có:

Vận tốc trung bình của piston được xác định theo cơng thức:

Trong đó:
S: hành trình của piston(m); S = 2.R; n:số vòng quay trục khuỷu(v/ph)
Đối với động cơ diesel Vtb > 6,5 cũng có thể xem là động cơ cao tốc. Tỷ số
Vmax/Vtb thường vào khoảng 1,6

download by :


Hình 1.2 Đồ thị vận tốc V= f (S)
C. Giải gia tốc j bằng đồ thị Tơlê
Theo giải tích gia tốc j của piston xác đính theo cơng thức:

Hình 1.3 Đồ thị gia tốc J =f (S)

2. ĐỘNG LỰC HỌC

2.1. Xác định các lượng qui dẫn
*Khối lượng tham gia chuyển động thẳng:
Các chi tiết máy trong cơ cấu KTTT tham gia vào chuyển động thẳng gồm:
-

Các chi tiết trong nhóm piston

-

Thành phần khối lượng nhóm thanh truyền được quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền.

-

Trong q trình tính tốn, xấy dựng các đồ thị lực tác dụng được tiện lợi, cùng thứ
nguyên với ấp suất tổng buồng cháy động cơ)

download by :


m = mnp + m1 [kg/m2]
mnp [kg/m2] – khối lượng nhóm piston;
m1 [kg/m2] – khối lượng thanh truyền qui về đầu nhỏ thanh truyền;
mtt [kg/m2] khối lượng thanh truyền.
Qui khối lượng chuyển động tịnh tiến trên đơn vị diện tích đỉnh piston:
Diện tích đỉnh piston:

2.2.

Xác định lực quán tính chuyển động thẳng
Pj = -mJ = -mR ω 2(cos α

+ λ cos2 α )

Pj = pj1 + pj2
Với: Pj1 = -m.R. ω 2cos α
-

Là lực qn tính cấp 1, có chu kỳ 1 vòng quay trục khuỷu.
Pj2 = -m.R. ω

2

λ cos2 α

-

Là lực qn tính cấp 2, có chu kỳ ½ vịng quay trục khuỷu.

-

Lực qn tính chuyển động thẳng ln tác dụng theo đường tâm xilanh động cơ, có
độ lớn và chiều thay đổi theo góc α . Dấu của lực qn tính Pj1 và Pj2 được xác
định nhờ vịng trịn xét dấu
+ xét dấu lực qn tính cấp I, cấp II:
Qui ước: lực qn tính có chiều hướng vào tâm chốt khuỷu sẽ có giá trị dương và
ngược lại.
2.3.

Xác định lực quán tính chuyển động quay

download by :


2.4.

Khai triển các đồ thị
Khai triển đồ thị P-V thành P- α :
Sử dụng đồ thị brich để khai triển đồ thị P-V thành đồ thị P- α .
Khỉ chuyển sang đồ thị Pj- α đổi dấu Pj lại. cộng đồ thị Pkt- α và đồ thị Pα ta được: P1 – α

P1 = Pkt + Pj

Hình 2.4 Đồ thị khai triển Pkt, Pj, P1
Lập bảng tính các lực tác dụng lên chốt khuỷu:

Bảng 2.1. Biểu diễn thành phần lực theo

download by :

α :


Hình 2.5 Đồ thị T-Z-N
3. TÍNH TỔNG T TRONG ĐỘNG CƠ NHIỀU XI LANH PHÂN BỐ THẲNG

HÀNG
-

Xác định thứ tự làm việc của động cơ

-

Xác định góc lệch cơng tác của xilanh

-

Lập bảng xác thứ tự làm việc của các xilanh

-

Xác định lực T như ở động cơ 1 xilanh

-

Lập bảng để tính các giá trị T1 + T2 + T3 + T4

Bảng 2.2 Bảng tính tổng T

download by :


Hình 2.6 Đồ thị tổng T
Tính giá trị

∑T tb

. Dựa theo công thức:

Vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu:

Hình 2.7 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

download by :


Vẽ hệ trục tọa độ vng góc Z-T. trục Z có chiều hướng xuống dưới Đặt các giá trị
T, Z lên hệ trục T-Z, ứng với mỗi cặp ta có một điểm, đánh số 0, 1, 2… 72. Nối các
điểm đó lại ta có đồ thị vecto phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. dịch gốc tọa độ
xuống một đoạn bằng giá trị lực quán tính ly tâm:

Đây chính là tâm chốt khuỷu 01.
Xác định phương chiều và điểm đặt lực
Giá trị của lực là vecto tính từ gốc 01 đến một vị trí bất kỳ mà ta cần; chiều của lực
là từ tâm ra ngoài;
Điểm đặt nằm trên phương kéo dài của vecto và cắt vòng tròn tượng trưng cho chốt
khuỷu.
Khai triển đồ thj vecto phụ tải Z-T thành đồ thị Q- α :
Vẽ hệ trục tọa độ Q- α , chọn tỉ lệ xích

μ

Q =0,05[độ/mm]

và μ

Q=

μ

Z

Trên các điểm chia của trục O- α ta lần lượt đặt các vecto tương ứng với các
góc. Chẳng hạn 100, 200,…,7200.
Nối các đầu mút vecto lại tai có đồ thị khai triển Q= f( α ).
Lập bảng để vẽ Q= f( α ).
Bảng 2.3 Bảng tính Qtb

download by :

T=

μ


Hình 2.8 Đồ thị khai triển của vecto phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu
Vẽ đồ thị phụ tải tác dụng trên đầu to thanh truyền:
Dùng một tờ giấy bóng có các điểm chia ứng với các góc ( α + β ) độ. Sau đó đặt tờ
giấy bóng lên đồ thị ngược chiều kim đồng hồ ứng với góc α dưới tờ giấy
bóng thì có góc ( α + β ) trên tờ giấy bóng, cứ mỗi lần xoay như vậy ta đánh dấu
các điểm trên tờ giấy bóng. Sau đó ta nối các điểm lại ta được đồ thị phụ tải tác
dụng lên đầu to thanh truyền.

Hình 2.9 Đồ thị lực tác dụng lên đầu to thanh truyền
Đồ thị mai mòn chốt khuỷu:
-

Chia vòng tròn tượng trung cho chốt khuỷu thành 24 phần bằng nhau, đánh số thư
tự theo chiều ngược kim đồng hồ.

-

Từ các điểm chia 0, 1, 2, 3,…23. Trên vòng tròn 0, kẻ các tia 0. 10, 20, … 230 kéo
dài cắt đồ thị phụ tải các tác dụng trên chốt khuỷu ở các điểm xác định. Ta lập

download by :


đươc tổng phụ tải tác dụng lên 1 điểm đặt là

∑Qi . Giá trị của Qi được ghi vào các

ô có đánh dấu trước, sau đó cộng tất cả các giá trị trên từng cột có tổng phụ tải
tác dụng trên các điểm của bề mặt chốt Q
Lập bảng giá trị để tính Q

∑i

∑i

Bảng 2.4 Bảng xác định vùng ảnh hưởng

∑Qi

Hình 2.10 Đồ thị mài mịn chốt khuỷu

download by :