đồ án môn học tính toán kết cấu động cơ ôtô

Đề số 17
Xe Ford Fiela 4 xy lanh thẳng hàng
Các thông số ban đầu
5500 /
N
n vg ph=
2
/ 77,2 / 73,4
9 0,9 /
kh
D S
p bar N mm
=
= =
Khối lượng KTT
2
/Công suất
1
kt
N
e
m
m
N
= =
Hệ số kết cấu
0,25
λ
=
Yêu cầu
1. Tính toán các thông số động học, động lực học.

2. Vẽ sơ đồ chung của động cơ.
3. Lập bảng và vẽ đồ thị các thông số động học, động lực học thay đổi theo
góc quay
ϕ
.
Bài làm
1. Các thông số cần tính
a. Diện tích đỉnh piston
2 2
2
. 3,1416.77, 2
4680,5( )
4 4
p
D
F mm
π
= = =
b. Tốc độ quay của khuỷu trục
2. .
2.3,1416.5500
575,96(1/sec)
60 60
N
n
π
ω
= = =
c. Thể tích một xy lanh
2

3
.
. 46,805.7,43 347,80( )
4
h
D
V S cm
π
= = =
d. Công suất một xy lanh
6 5
. .
347,80.10 .9.10 .5500
14,35( )
2.60
h kh N
e
V p n
N Kw
k
−
= = =
e. Bán kính khuỷu trục
74,3
37,15( )
2 2
S
R mm= = =
f. Chiều dài thanh truyền
37,15

148,6( )
0,25
R
L mm
λ
= = =
g. Khối lượng thanh truyền
Có
1 14,35( )
kt
N kt e
e
m
m m N kg
N
= = ⇒ = =
h. Khối lượng chuyển động tịnh tiến
1 1
. .14,35 3,5875( )
4 4
kt
m m kg= = =
i. Khối lượng chuyển động quay
3 3
. .14,35 10,7625( )
4 4
r kt
m m kg= = =
2. Tính toán động học
a. Độ dịch chuyển pison

( ) ( )
. 1 cos 1 cos 2
4
x
S R
λ
ϕ ϕ
 
= − + −
 
 
(1)
Với
37,15( )
0,25
R mm
λ
=
=
tra bảng 1, ta được giá trị của
( ) ( )
1 cos 1 cos 2
4
λ
ϕ ϕ
 
− + −
 
 
.

0
0
0
0
0 0
30 6,14
60 22,06
90 41,8
x
x
x
x
S
S mm
S mm
S mm
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =

0
0
0
0
120 59,21

150 70,48
180 74,3
210 70,48
x
x
x
x
S mm
S mm
S mm
S mm
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =

0
0
0
0
0
240 59,21
270 41,8
300 22,06
330 6,14
360 0

x
x
x
x
x
S mm
S mm
S mm
S mm
S
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
b. Tốc độ dịch chuyển piston
. . sin .sin 2
2
V R
λ
ω ϕ ϕ
 
= +
 
 

(2)
Với
575,96(1/ sec)
ω
=
37,15( )
0,25
R mm
λ
=
=
tra bảng 2, ta được giá trị của
sin .sin 2
2
λ
ϕ ϕ
 
+
 
 
.
0
0
0
0
0 0
30 13,01 /
60 20,85 /
90 21, 40 /
v

v m s
v m s
v m s
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =

0
0
0
0
120 16,21 /
150 8,38 /
180 0
210 8,38 /
v m s
v m s
v
v m s
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
= ⇒ =
= ⇒ =

= ⇒ =
= ⇒ = −

0
0
0
0
0
240 16,21 /
270 21,4 /
300 20,85 /
330 13,01 /
360 0
v m s
v m s
v m s
v m s
v
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
= ⇒ = −
= ⇒ = −
= ⇒ = −
= ⇒ = −
= ⇒ =
c. Gia tốc j
2

. .(cos cos2 )j R
ω ϕ λ ϕ
= +
575,96(1/ sec)
ω
=
37,15( )
0,25
R mm
λ
=
=
, tra bảng 3 ta được giá trị của
(cos cos2 )
ϕ λ ϕ
+
.
0 2
0 2
0 2
0 2
0 15450 /
30 12213 /
60 4621 /
90 3081 /
j m s
j m s
j m s
j m s
ϕ

ϕ
ϕ
ϕ
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ = −

0 2
0 2
0 2
0 2
120 7702 /
150 9132 /
180 9243 /
210 9132 /
j m s
j m s
j m s
j m s
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
= ⇒ = −
= ⇒ = −
= ⇒ = −
= ⇒ = −

0 2

0 2
0 2
0 2
0 2
240 7702 /
270 3081 /
300 4621 /
330 12213 /
360 15450 /
j m s
v m s
v m s
v m s
v m s
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
= ⇒ = −
= ⇒ = −
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
d.Góc lắc thanh truyền
arcsin( .sin )
β λ ϕ
=
với
0,25

λ
=
ta được các giá trị của
β

0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
30 7,2
60 12,5
90 14,5
ϕ β
ϕ β
ϕ β
ϕ β
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =

0 0
0 0
0 0
0 0
120 12,5
150 7,2
180 0
210 7,2

ϕ β
ϕ β
ϕ β
ϕ β
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ = −

0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
240 12,5
270 14,5
300 12,5
330 7,2
360 0
ϕ β
ϕ β
ϕ β
ϕ β
ϕ β
= ⇒ = −
= ⇒ = −
= ⇒ = −
= ⇒ = −
= ⇒ =
e. Tốc độ lắc của thanh truyền

. .cos
tt
ω λ ω ϕ
=
với
575,96(1/ sec)
0,25
ω
λ
=
=
ta được các giá trị của
tt
ω

0
0
0
0
0 144(1/ sec)
30 125(1/sec)
60 72(1/ sec)
90 0(1/ sec)
tt
tt
tt
tt
ϕ ω
ϕ ω
ϕ ω

ϕ ω
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
;
( )
( )
( )
( )
0
0
0
0
120 72 1/sec
150 125 1/ sec
180 144 1/sec
210 125 1/ sec
tt
tt
tt
tt
ϕ ω
ϕ ω
ϕ ω
ϕ ω
= ⇒ = −
= ⇒ = −
= ⇒ = −
= ⇒ = −

;
( )
( )
( )
( )
( )
0
0
0
0
0
240 72 1/sec
270 0 1/sec
300 72 1/ sec
330 125 1/sec
360 144 1/ sec
tt
tt
tt
tt
tt
ϕ ω
ϕ ω
ϕ ω
ϕ ω
ϕ ω
= ⇒ = −
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =

= ⇒ =
f. Gia tốc lắc thanh truyền
( )
2 2
3
2 2
sin
. .(1 ).
1 .sin
tt
ϕ
ε λ ω λ
λ ϕ
= − −
−
với
575,96(1/ sec)
0,25
ω
λ
=
=
ta được giá trị của
tt
ε
.
0 2
0 2
0 2
0 2

0 0(1/ sec )
30 39804(1/sec )
60 72360(1/sec )
90 85652(1/sec )
tt
tt
tt
tt
ϕ ε
ϕ ε
ϕ ε
ϕ ε
= ⇒ =
= ⇒ = −
= ⇒ = −
= ⇒ = −

( )
( )
( )
( )
0 2
0 2
0 2
0 2
120 72360 1/sec
150 39804 1/sec
180 0 1/ sec
210 39804 1/sec
tt

tt
tt
tt
ϕ ε
ϕ ε
ϕ ε
ϕ ε
= ⇒ = −
= ⇒ = −
= ⇒ =
= ⇒ = −

( )
( )
( )
( )
( )
0 2
0 2
0 2
0 2
0 2
240 72360 1/ sec
270 85652 1/ sec
300 72360 1/ sec
330 38904 1/sec
360 0 1/ sec
tt
tt
tt

tt
tt
ϕ ε
ϕ ε
ϕ ε
ϕ ε
ϕ ε
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
Bảng giá trị

( )
/v m s
( )
2
/j m s
( )
0
β

0 0 0 15450 0 144 0
30 6,14 13,01 12213 7,2 125 -39804
60 22,06 20,85 4621 12,5 72 -72360
90 41,80 21,40 -3081 14,5 0 -85652
120 59,21 16,21 -7702 12,5 -72 -72360
150 70,48 8,38 -9132 7,2 -125 -39804
180 74,3 0 -9243 0 -144 0

210 70,48 8,38 -9132 7,2 -125 39804
240 59,21 16,21 -7702 12,5 -72 72360
270 41,80 21,40 -3081 14,5 0 85652
300 22,06 20,85 4621 12,5 72 72360
330 6,14 13,01 12213 7,2 125 39804
360 0 0 15450 0 144 0
0
( )
ϕ
( )
x
S mm
( )
1/sec
tt
ω
( )
2
1/ sec
tt
ε
Đồ thị biểu diễn các thông số động học.
ϕ
ϕ
( )
2
/m s
β
ϕ
ϕ

ϕ
tt
ω
3. Tính toán động lực học
a. Lực quán tính tịnh tiến
j
P
( )
2
. . cos .cos2
j
P m R
ω ϕ λ ϕ
= +
với
1
37,15( )
0,25
575,96(1/ sec)
3,5875( )
np
R mm
m m m kg
λ
ω
=
=
=
= + =
với giá trị của

(cos cos2 )
ϕ λ ϕ
+
tra trong bảng (0- 3), ta được giá trị của
j
P

0
0
0
0
0 55,26( )
30 43,81( )
60 16,58( )
90 11,05( )
j
j
j
j
P kN
P kN
P kN
P kN
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =

= ⇒ = −
( )
( )
( )
( )
0
0
0
0
120 27,63
150 32,76
180 33,16
210 32,76
j
j
j
j
P kN
P kN
P kN
P kN
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
= ⇒ = −
= ⇒ = −
= ⇒ = −
= ⇒ = −

( )
( )
( )
( )
( )
0
0
0
0
0
240 27,63
270 11,05
300 16,58
330 43,81
360 55,26
j
j
j
j
j
P kN
P kN
P kN
P kN
P kN
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ

= ⇒ = −
= ⇒ = −
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
b. Lực quán tính chuyển động quay
k
P
2
. .
k p
P m R
ω
=
với
2
37,15( )
575,96(1/sec)
10,7625( )
r k
R mm
m m m kg
ω
=
=
= + =
2
10,7625.0,03715.575,96 132634,5( )
k
P N⇒ = =

.
c. Lực tổng hợp tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền
kh j
P P P= +
ϕ
tt
ε
Trong đó
. 0,9.4680,5 4212,45( )
kh kh p
P p F N= = =
và giá trị
j
P
đã tính ở trên, ta có giá
trị của
P

0
0
0
0
0 59,48( )
30 48,03( )
60 20,80( )
90 6,84( )
P kN
P kN
P kN
P kN

ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ = −

( )
( )
( )
( )
0
0
0
0
120 23, 43
150 28,55
180 28,95
210 28,55
P kN
P kN
P kN
P kN
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
= ⇒ = −

= ⇒ = −
= ⇒ = −
= ⇒ = −

( )
( )
( )
( )
( )
0
0
0
0
0
240 23, 42
270 6,84
300 20,80
330 48,03
360 59,48
P kN
P kN
P kN
P kN
P kN
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
= ⇒ = −

= ⇒ = −
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
d. Các lực thành phần
+ Lực pháp tuyến
cos( )
.
cos
Z P
β ϕ
β
+
=
với giá trị của
cos( )
cos
β ϕ
β
+
tra trong bảng 4, ta có giá trị của
Z
.
0
0
0
0
0 59, 48( )
30 38,57( )
60 6,43( )

90 1,75( )
Z kN
Z kN
Z kN
Z kN
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =

( )
( )
( )
( )
0
0
0
0
120 16,18
150 26,52
180 26,95
210 26,52
Z kN
Z kN
Z kN
Z kN

ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
( )
( )
( )
( )
( )
0
0
0
0
0
240 16,18
270 1,75
300 6,43
330 38,57
360 59, 48
Z kN
Z kN
Z kN
Z kN
Z kN
ϕ
ϕ

ϕ
ϕ
ϕ
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
+ Lực tiếp tuyến
sin( )
.
cos
T P
β ϕ
β
+
=
với giá trị của
sin( )
cos
β ϕ
β
+
tra trong bảng 5, ta có giá trị của
T
.
0
0
0
0

0 0( )
30 29,25( )
60 20,30( )
90 6,84( )
T kN
T kN
T kN
T kN
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ = −

( )
( )
( )
( )
0
0
0
0
120 17,71
150 11,16
180 0
210 11,16
T kN

T kN
T kN
T kN
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
= ⇒ = −
= ⇒ = −
= ⇒ =
= ⇒ =
( )
( )
( )
( )
( )
0
0
0
0
0
240 17,71
270 6,84
300 20,30
330 29,25
360 0
T kN
T kN
T kN
T kN

T kN
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
= ⇒ =
= ⇒ =
= ⇒ = −
= ⇒ = −
= ⇒ =
Bảng giá trị

ϕ

( )
j
P kN

( )
P kN

( )
Z kN
( )
T kN

0 55,26 59,48 59,48 0
30 43,81 48,03 38,57 29,25
60 16,58 20,80 6,43 20,30

90 -11,05 -6,84 1,75 -6,84
120 -27,63 -23,42 16,18 -17,71
150 -32,76 -28,55 26,52 -11,16
180 -33,16 -28,95 28,95 0
210 -32,76 -28,55 26,52 11,16
240 -27,63 -23,42 16,18 17,71
270 -11,05 -6,84 1,75 6,84
300 16,58 20,80 6,43 -20,30
330 43,81 48,03 38,57 -29,25
360 55,26 59,48 59,48 0
Đồ thị biểu diễn các thông số động lực học
4. Sơ đồ chung của động cơ
Z
P
j
P
T
ϕ