nghiên cứu thiết kế động cơ đốt trong đối xứng

Động cơ đốt trong đối xứng
Lời nói đầu
Trong thời kì công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc hiện nay thì ngành công
nghiệp đóng một vai trò quan trọng. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền khoa
học kỹ thuật thì sinh viên nói chung và sinh viên ngành kỹ thuật nói riêng phải
trang bị cho mình một kiến thức để tiếp cận kịp thời với sự phát triển khoa học của
thế giới. Vì vậy trong thời gian học tập ở trờng mọi sinh viên phải nắm vững đợc
các môn học cơ sở.
Môn học nguyên lý máy là một trong các môn cơ sở đó. Trong quá trình học
tập môn học này em đợc bộ môn giao đề tài thiết kế Động cơ đốt trong đối xứng
. Cùng với những tiếp thu đợc trong quá trình học tập và sự tận tình của của thầy
giáo Phan Quang Thế và các thầy cô trong tổ bộ môn, nay về cơ bản em đã hoàn
thành đồ án môn học. Mặc dù còn nhiều thiếu sót rất mong thầy cô giúp đỡ em để
em hoàn thành tốt hơn.
Vậy em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Phan Quang Thế và các thầy cô giáo
đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án môn học. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên
Hoàng Ngọc Quang

Phân tích cấu trúc cơ cấu.
1. Phân tích chuyển động :
Cơ cấu chính của động cơ đốt trong đối xứng là cơ cấu tay quay con trợt gồm 5
khâu khác nhau và 2 Pistong đối xứng nhau.
Dùng cơ cấu này trong động cơ để biến chuyển động tịnh tiến qua lại của
pistong thành chuyển động quay tròn của trục khuỷu (Khâu dẫn). Để từ đó dẫn
động tới các máy công tác khác.
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
1
Động cơ đốt trong đối xứng
Trong cơ cấu của động cơ đốt trong đối xứng có 5 khâu đợc nối với nhau bằng

5 khớp bản lề và 2 khớp trợt.
Khâu 1 chuyển động quay: Ta giả thiết quay đều với số vòng đã cho.
Khâu 3 và khâu 5 (Pistong )chuyển động tịnh tiến , thanh truyền 2 và 4 chuyển
động song phẳng.
Khi cả khâu3 và khâu 5 cùng nằm trên đờng trợt với OD = OB = L+R thì 2
Pistong 3 và 5 sẽ nằm ở điểm chết trên khi OD = OB = L - R thì 2 Pistong nằm ở
điểm chết dới.
Trong động cơ đốt trong Pistong là khâu phát động nó truyền động chuyển cho
thanh truyền 2 và qua thanh truyền 2 truyền tiếp chuyển động cho trục khuỷu 1
2. Tính bậc tự do và sếp loại cơ cấu :
Cơ cấu chính của động cơ đốt trong đối xứng gồm 5 khâu động và 7 khớp loại
5
Khâu 1 nối với khâu 2 bằng khớp bản lề
Khâu 2 nối với khâu 3 bằng khớp bản lề
Khâu 1 nối với khâu 4 bằng khớp bản lề
Khâu 4 nối với khâu 5 bằng khớp bản lề
Các khớp bản lề này có trục với mặt phẳng bản vẽ tính theo công thức tính
bậc tự do ta có :
W = 3n (2P
5
+ P
4
) +R
s
S.
Ta thấy đây là cơ cấu phẳng toàn khớp thấp và không có ràng buộc thụ động
nên.
R
S
= 0 ; S = 0.

Do đó ta có :
W = 3x5 - 2x7 = 1
Số bậc tự do của cơ cấu phẳng = 1
Xếp loại cơ cấu ta tách nhóm Axua
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
2
4
4
4
5
4
1
4
2
4
3
Động cơ đốt trong đối xứng
Tách khâu
{
)54(
)32(


2 nhóm Axua loại 2 }
Động cơ đốt trong đối xứng là cơ cấu loại 2.
b. Tổng hợp cơ cấu chính và vẽ hoạ đồ vị trí.
- Theo cách dựng của bài toán tổng hợp cơ cấu tay quay con trợt của Pistong 3
và 5 là trục xx.
Tâm quay nằm trên trục xx và quỹ tích A và C làđờng tròn tâm O bán kính khi
R = OA = OC.

Gọi B1 là điểm chết trên
Gọi B5 là điểm chết dới.
Ta có : B
1
B
5
= H vì động cơ là đối xứng nên D
1
D
5
= H.
Hành trình Pistong: H = 2R.
Theo đầu bài : 2R = 68 R = 34 (mm).

85,3
134
===
LL
R

L = 130,9 (mm).
Vậy: L
AB
= L
C D
= L = 130,9(mm).
Theo giả thiết cho: L
AS2
= L
CS4

= L = 130,9 (mm).
Để phù hợp với bản vẽ và khuôn giấy ta biểu diễn R = OA = OC = 50 (mm)
Chọn tỉ lệ xích chiều dài:
)(00068,0
50
034,0
mm
m
OA
L
OA
L
===
à
Vậy các đoạn biều diễn trên bản vẽ là :
)(5,192
00068,0
1309,0
mmCDAB
===

)(5,192
00068,0
1309,0
42
mm
L
CSAS
L
====

à
.

).(0
24
mmLLLLBSDS
AS
====



DS

4
và
BS

2
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
3
Động cơ đốt trong đối xứng
).`(100
00068,0
068,0
51
5151
mm
L
DDBB
L

BB
====
à

)(5,242
00068,0
034,01309,0
11
mm
RL
ODOB
L
=
+
=
+
==
à
).(5,142
00068,0
034,01309,0
55
mm
RL
OBOD
L
=

=

==
à
Cách dựng hoạ đồ vị trí :
- Dựng đờng thẳng xx trùng với phơng trợtcủa 2 Pistong.
- Chọn tâm O thuộc xx (Vì là động cơ đốt trong đối xứng nên chọn tâm là
trung điểm đoạn xx, vẽ đờng tròn tâm O bán kính R = 50 mm ).
- Chia vòng tròn thành 8 phần bằng nhau khi chia ta xuất phát từ điểm bắt đầu
làm việc ta chọn điểm xuất phát là điểm chết trên của 2 Pistong sau đó ta đánh số
thứ tự từ điểm A
1
, A
8
và C
1
, C
8
, theo chiều quay của tâm vận tốc
1

.
- Lấy các điểm A
1
, A
8
làm tâm quay các đờng tròn bán kính
R = L = 212,5(mm) các đờng tròn này cắt trục xx tại các điểm tơng ứng B
1
,
B
2

, ,B
8
lấy các điểm C
1
, C
2
,C
8
làm tâm quay các đờng tròn bán kính
R = 212,5(mm) ta cũng đợc các điểm D
1
, D
2
, ,D
8
.
Lần lợt nối các điểm của từng vị trí với nhau ta đợc đồ hoạ đồ vị trí của cơ cấu.
a
2

c
6
O
n
1
d
1
d
2

d
8

d
3

d
7
d
4

d
6

d
5

b
2

b
8
b
1
b
3

b
7

b
4

b
6

b
5


a
3

c
7
a
4

c
8


a
5

c
1
a
6

c
2


a
7

c
3

a
8

c
4
a
1

c
5

Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
4
Động cơ đốt trong đối xứng
Phần II. Phân tích động học cơ cấu.
1. Phơng trình và cách dựng hoạ đồ vận tốc .
Ta lần lợt vẽ hoạ đồ vận tốc cho 16 vị trí nhng vì cơ cấu đối xứng nên ta chỉ vẽ
8 vị trí :
A
1

C
5
A
5
C
1
A
2
C
6
A
6
C
2
A
3
C
7
A
7
C
3
A
4
C
8
A
8
C
4

Do đó ta chỉ cần vẽ hoạ đồ cho 8 vị trí sau đó lấy đối xứng qua tâm vận tốc và
có chiều ngợc lại.
Các phơng trình vận tốc của cơ cấu là:

1A
V

- Có Phơng OA , chiều theo chiều quay

1
- Độ lớn
1A
V
=
1

.
OA
L
=
)/(174,13034,0.
30
3700.
sm
=


Trong đó:
)/(
30

3700.
30
1
srad
n



==
Mặt khác :
21 A
V
A
V

=
(Khớp quay).

1A
V
=
2A
V
= 13,174 ( m/s).
Ta biết 2 điểm A , B cùng thuộc khâu 2 nên ta có phơng trình.

2222 AB
V
A
V

B
V

+=
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
5
Động cơ đốt trong đối xứng
Mà :
2B
V

=
3B
V

(Khâu 2 và khâu 3 nối nhau bằng khớp quay).

2223 ABAB
VV
V

+=
2A
V

Đã biết phơng chiều độ lớn
3B
V

Có phơng song song với phơng trợt, chiều và trị số cha biết

22AB
V

Có phơng vuông góc với AB, chiều và trị số cha biết
Chọn P làm gốc hoạ đồ vận tốc và tỉ lệ xích vận tốc là :
==
à

à
LV
.
1
13,174/ 50 =0,263 (
smm
m
.
)
Khi đó đoạn biểu diễn điểm A đúng bằng đoạn OA :
P
a1
= OA = 50 (mm)
Từ P ta dựng vectơ
2,1a
P

- Có phơng OA , chiều thuận chiều

1
- Độ lớn :
P

a1
= OA = 50 (mm)
Biểu diễn vectơ vận tốc
2,1A
V

Từ mút a
1
a
2
kẻ phơng của vectơ vận tốc
22AB
V

. Từ gốc P ta kẻ tiếp ph-
ơng của vectơ vận tốc
2B
V

=
3B
V

( Phơng ngang ) ; 2 đờng thẳng này cắt nhau tại
đâu thì đó là vị trí của điểm b
2
b
3.
Nối P với b
2

b
3
ta đợc vectơ
32 bb
PP
=
biểu diễn vectơ vận tốc
2B
V

=
3B
V

Vì cơ cấu đối xứng nên các vectơ vận tốc :
41 CC
VV
=
54 DD
VV
=
44CD
V
lây đối xứng qua P
Véc tơ
41 CC
PP
=
- Có phơng trùng với phơng
2,1a

P

- Chiều ngợc chiều
2,1a
P

Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
6
Động cơ đốt trong đối xứng

45 dd
PP
=
- Có phơng trùng với phơng
3,2b
P

- Chiều ngợc chiều
3,2b
P


44
dc
- Có phơng song song với
22
ba
, chiều ngợcchiều
22
ba

- Độ lớn :
44
dc
=
22
ba
.Sau khi vẽ song hoạ đồ
vận tốc ta xác định vận tốc thực của các điểm trên các khâu bằng cách lấy đoạn
biểu diễn nhân với tỉ lệ xích vận tốc
2B
V
=
3B
V
=
3,2b
P
.
à
V

4D
V
=
5D
V
=
5,4d
P
.

à
V

22AB
V
=
22
ba
.
à
V

44CD
V
=
44
cd
.
à
V
Vận tốc góc của khâu 2 ta xác định bằn công thức :

AB
ba
AB
ba
L
V
L
V

AB
AB 2212222
2
.
.
.

à
à

===
Và vận tốc góc của khâu 4 :
4
=
2

Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
7
Động cơ đốt trong đối xứng
Bảng trị số các đoạn biểu diễn vận tốc :
Vị trí
Vận tốc
(mm)
1 2 3 4 5 6 7 8
Pa
1,2
= Pc
1,4
50 50 50 50 50 50 50 50
Pb

2,3
= Pd
4,5
0 41,9612 50 28,7495 0 28,7495 50 41,9612
Ps
2
= Ps
4
0 41,9612 50 28,7495 0 28,7495 50 41,9612
a
2
b
2
= c
4
d
4
50 35,9672 0 35,9672 50 35,9672 0 35,9672
2. Phơng trình và cách dựng hoạ đồ gia tốc.
Ta giải bằng phơng pháp hoạ đồ
Tại các vị trí khác nhau, phơng trình véctơ gia tốc hoàn toàn giống nhau và
cách vẽ cũng giống nhau vì vậy ta xét đặc trng tại vị trí số 3 và số 8 còn lại các vị
trí khác tơng tự.
a. Xét vị trí số 3:
21 AA
aa
=
- Có phơng trùng với phơng OA .
- Chiều hớng từ A O.

Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
8
Động cơ đốt trong đối xứng
- Độ lớn :
OA
n
AAA
Laaa .
2
121

===
=
)/(34,5104034,0.)
30
3700.
(
22
sm
=


Vì 2 điểm A và B cùng thuộc 1 khâu (2) nên ta có
2222 ABAB
aaa
+=
Mà
32 BB
aa
=

(khớp quay).
Và có thể phân tích
22 BA
a
thành 2 thành phần


222222
222222
AB
n
ABAB
AB
n
ABAB
aaaa
aaa
++=
+=

3B
a
- Có phơng // với phơng trợt trong chuyển động (phơng ngang)
- Chiều và trị số cha biết.
n
AB
a
22
- Là gia tốc pháp tuyến trong chuyển động tơng đối B quay quanh A .
- Có phơng song song với AB ; Chiều hớng từ B A

- Độ lớn :
n
AB
a
22
=
AB
AB
AB
AB
AB
AB
LVL
L
v
L /
22
22
2
2
2
2
=

=




22 AB
a
- Là gia tốc tiếp tuyến trong chuyển động tơng đối B quay quanh A.
Có phơng vuông góc AB có chiều và trị số cha biết.
Bằng phơng pháp vẽ ta xác định đợc gia tốc của các vị trí .
Ta chọn tỉ lệ xích gia tốc :
)./(087,10200068,0.
30
3700.
.
2
2
2
1
smmm
La
=






==

àà
Chọn điểm P làm gốc hoạ đồ, dựng các véctơ a
1
= a
2
= OA = 50 (mm)
biểu diễn véctơ gia tốc
=
1A
a
2A
a
từ mút
'
2
'
1
aa
ta dựng véctơ :
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
9
Động cơ đốt trong đối xứng


BA
na
'
2

- Có phơng AB.
- Chiều B đến A
- Giá trị biểu diễn :
BA
na
'
2
=
à
a
n
AB
a
22
= 0 ( do v
B2A2
= 0 = v
C4D4
)
biểu diễn véctơ
n
AB
a
22
rồi vẽ nối tiếp phơng của véc tơ gia tốc

22AB
a
là phơng
vuông góc với thanh truyền AB . Tiếp theo, từ gốc ta kẻ phơng của véctơ gia tốc

=
2B
a
3B
a
( Phơng ngang). Hai đờng thẳng chỉ phơng cắt nhau ở đâu thì điểm đó là
điểm b
2

b
3

, từ ta dựng véctơ b
2

b
3

biểu diễn véctơ gia tốc
2B
a
=
3B
a
.
Ta dựng các véctơ biểu diễn cho các véctơ gia tốc :
41 CC
aa
=
;

54 DD
aa
=
;
n
CD
a
44
và
44CD
a
. Bằng cách lấy đối xứng qua gốc các véctơ

1
'a

2
'a
;

2
'b

3
'b
;
22AB
n

và

22
'' ba


Xác định gia tốc góc của khâu 2 và khâu 4 bằng công thức :
AB
BA
AB
L
a

==
22
222
b. Tại vị trí số 8
=
1A
a
2A
a
- Có phơng OA ; Có chiêù hớng từ A O.
- Độ lớn :
OA
n
AAA
Laaa .
2
121

===

=
)/(34,5104034,0.)
30
3700.
(
22
sm
=

Hai điểm A,B cùng thuộc khâu 2 nên ta có phơng trình :
=
2B
a
2A
a
+
22AB
a
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
10
Động cơ đốt trong đối xứng

=
2B
a
3B
a
(Khớp quay).

3B
a
=
2A
a
+
22AB
a
=
2A
a
+
n
AB
a
22
+

22AB
a
.

n
AB
a
22
- Phơng AB.
- Chiều từ B đến A.
- Trị số :
n

AB
a
22
=
AB
L.
2
2

=
)/(573,683
10.9,130
263,0).9672,35(
.
/
2
3
22
22
22
2
22
sm
L
ab
LV
AB
v
AB
AB

===

à

22AB
a
- Phơng vuông góc AB
- Chiều, trị số cha biết.
Với :
)./(087,102.
22
1
smmm
La
==
àà

Chọn làm gốc hoạ đồ.
Dựng véctơ a
1
= a
2
từ mút a
1
a
2
ta dựng véctơ :


BA

na
'
2
- Có phơng AB.
- Chiều B đến A
- Giá trị biểu diễn :
BA
na
'
2
=
à
a
n
AB
a
22
=683,573/102,087=6,7 (mm)
biểu diễn véctơ
n
AB
a
22
. Rồi vẽ nối tiếp phơng của véc tơ gia tốc

22AB
a
. Tiếp
theo, từ gốc kể phơng của véctơ gia tốc
=

2B
a
3B
a
, hai đờng thẳng chỉ phơng cắt
nhau tại đâu thì đó là điểm b
2
b
3
. Véctơ
'
2
b

=
'
3
b


biểu diễn véctơ
2B
a
=
3B
a
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
11
Động cơ đốt trong đối xứng
Tơng tự lấy đối xứng các véctơ này qua gốc nh đối với vị trí 2 ta đợc các

véctơ :
'
1
c

=
'
4
c

;
'
4
d

=
'
5
d

;
44
'' dc

và
44CD
n

biểu diễn cho các véc tơ gia tốc
41 CC

aa
=
;
54 DD
aa
=
;
44CD
a

và
n
CD
a
44
.
Khi đó ta đợc hoạ đồ gia tốc của vị trí 8 .
Sau khi vẽ song hoạ đồ gia tốc ta đi xác định gia tốc thực của các điểm trên
các khâu bằng cách lấy đoạn biểu diễn của chúng đo đợc từ hoạ đồ nhân với tỉ lệ
xích gia tốc.
a
B2
= a
B3
= b
2
.
à
a

22AB
a

=


44CD
a
=
'
4
'
4
dc
.
à
a

a
D4
= a
D5
= a
B2
Gia tốc góc của khâu 2 và khâu 4.
Tại vị trí số 2 :
42

=

= 51,7771.102,087 = 5285,769(m/
2
s
)
Tại vị trí số 8 :

42

=
= 35,356.102,087= 3609,388(m/
2
s
)
Bảng các giá trị biểu diễn gia tốc dài và gia tốc tại vị trí số 3 và số 8(mm).
Vị trí Vị trí số 3 Vị trí số 8
a
A1,2
= a
C1,4
50 50
a
1,2
n
BA
= c
1,4
n
DC
0 6,7
a

1,2
b
2

= c
1,4
d
4

51,7771 35,356
a
B2,3
= a
5,4D

13,4486 35,5654
2S
a
=
4S
a
= a
B2,3
13,4486 35,5654
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
12
Động cơ đốt trong đối xứng
Phần IIi . Phân tích lực
1. Phơng pháp chung để giải bài toán lực :
Ta xét cơ cấu động cơ đốt trong đối xứng ở vị trí nh hình vẽ.

Trong đó chịu tác dụng của các lực P
3
, P
5
(lực tác dụng vào đầu Pistong);
3
qt
P
,
5
qt
P
2
qt
P
,
4
qt
P
là lực quán tính của các khâu và G
3
, G
5
, G
2
, G
4
là trọng lợng của các
khâu.
a) Tách nhóm Axua (2-3) và đặt lực ta có :

(
3
P
;
3
qt
P
;
3
G
;
2
G
;
2
qt
P
;
12
R
;
3
Ro
)

0 .
Phơng trình cân bằng:

12
R

+
3
Ro
+
3
P
+
3qt
P
+
3
G
+
2qt
P
+
2
G


0;
Trong đó : * P
3
tính đợc trên đồ thị áp suất.
*
3
qt
P
- Có phơng ngang , chiều ngợc chiều
'

3
b

-
Độ lớn :
3
qt
P
= m
3
.a
S3

*
3
G
;
2
G
đã biết phơng chiều độ lớn.
*
3
Ro
- Có phơng thẳng đứng , chiều cha biết.
*
12
R
Cha biết
Khử ẩn phơng trình bằng cách tách khâu 2 lấy

12
R)Fx(M
và thay vào ph-
ơng trình trên giải đợc hoạ đồ lực.
Tách nhóm Axua (4-5) vì đây là động cơ đốt trong đối xứng lên hoạ đồ lực của
nhóm Axua (4-5) giống hoạ đồ lực nhóm Axua (2-3), nhng các véctơ có chiều ngợc
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
13
D
5
4
C
O
1
2
B
3
Động cơ đốt trong đối xứng
lại nên ta vẽ đợc hoạ đồ lực (4-5) dựa vào hoạ đồ lực nhóm (2-3). Sau khi vẽ đợc ta
tính các giá trị
n
R
12
;
3
Ro
bằng cách đo trên hoạ đồ.
b. Xác định điểm đặt

03
R
Tách khâu 3 ta đặt lực và lấy mômen đối với điểm B.

===
00.
3
xxRm
OB
Vậy có R
03
có điểm đặt tại B.
c. Xác định mômen cân bằng trên khâu dẫn :
- Bằng phơng pháp thông thờng
M
CB
= R
21
. h
- Bằng phơng pháp Ducopski.
M
CB
= à
v
(P
3
h
3
+P
q3

h
q3
+P
q2
h
q2
+ G
2
h
2
+ P
5
h
5
+P
q5
h
5
+ G
3
h
3
+P
q4
h
q4
).
2. Phân tích lực ở vị trí số 3 và số 8.
a. Xác định trị số các lực đã biết :
- Lực tác động lên Pistong ta phải dựa vào biểu đồ lực và hành trình làm việc

của động cơ.
Ta biết rằng sau2 vòng quay của trục khuỷu động cơ hoàn thành một chu kì
sinh công.
Một chu kì sinh công sảy ra ở 4 giai đoạn sảy ra ở bên trong Xilanh.
Giai đoạn 1 : Là hành trình hút (ứng với đờng hút) Pistong đi từ điểm chết trên
B
1
điểm chết dới B
5
.
Giai đoạn 2 : Là hành trình nén (ứng với đờng nén) Pistong đi từ điểm B
5
đến
điểm B
9
.
Giai đoạn 3 : Là hành trình nổ ( ứng với đờng nổ ) Pistong đi từ điểm B
9
đến
điểm B
13.
Giai đoạn 4 : Là hành trình xả ( ứng với đờng xả ) Pistong đi từ điểm B
13
đến
điểm B
17
.
Dựa vào độ lớn thực của áp xuất và giá trị biểu diễn của nó trên đồ thị P - S
Ta có :

=
mmcm
N
P
.
6
5
2
à
.
áp lực thực tế tác động lên Pistong :
P = p
i
S.
Trong đó S là tiết diện ngang của Pistong :
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
14
Động cơ đốt trong đối xứng
4
2
D
S

=
P

i
là áp suất thực tác dụng lên Pistong ở vị trí thứ i : Pi = p
i
.à
P
.
Pi là tung độ của vị trí i trên đồ thị áp suất.
Đồ thị áp suất và các hành trình tơng ứng
Trị số tính toán của P đợc ghi ở bảng sau:
Vị trí 3
I
8
I
3
II
8
II
Quá trình Hút Nén Nổ Xả
P
i
(mm) -3 12,5953 28,0345 3
P (N) -90,792 381,184 846,436 90,792
- Xác định lực quán tính của con trợt và thanh truyền
P
3
qt
= P
5
qt
= m

3
.a
S3
= m
5
a
S5
;
P
2
qt
= P
4
qt
= m
2
.a
S2
= m
4
a
S4

Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
15
40
30
20
10
0

Nổ
Nén
Xả
Hút
5 4 3 2 1
5 6 7 8 9
13 12 11 10 9
13 14 15 16 17
S
P ( N/cm)
Động cơ đốt trong đối xứng
+ m
3
, m
5
là khối lợng của Pistong và có trị số :
)(
8,9
20
3
53
kg
g
G
mm
===
+ m
2
, m
4

là khối lợng của khâu 2 và khâu 4 và có trị số :
)(
8,9
25
2
42
kg
g
G
mm ===
+ a
S3
, a
S5
là gia tốc trọng tâm khâu 3 và khâu 5.
+ a
S4
, a
S2
là gia tốc trọng tâm khâu 2 và khâu 4.
+ S
3
, S
5
lần lợt là đoạn biểu diễn của gia tốc trọngtâm khâu 3 và khâu 5.
+ S
2
, S
4
lần lợt là đoạn biểu diễn của gia tốc trọngtâm khâu 2 và khâu 4.

Vì trọng tâm S
2
S
3
B và S
4
S
5
= D nên S
2
= S
3
= S
4
= S
5
= b
3
= d
5
Bảng trị số lực quán tính của Pistong và thanh truyền
Vị trí
Giá trị thực
Số 3 Số 8
a
S2
= a
S4
(m/s
2

) 1372,927 3630,765
a
S3
= a
S5
(m/s
2
) 1372,927 3630,765
P
3
qt
= P
5
qt
( N) 2801,892 7409,724
P
4
qt
= P
2
qt
3502,365 9262,156
b. Xác định phản lực tại các khớp động
Trọng tâm S
2
và S
4
của khâu 2 và khâu 4 có khoảng cách là :
L
AS2

= L
CS4
= L
AB
= 192,5 ( mm )
Mômen tĩnh của khâu 2 và khâu 4 là :
Js
2
= Js
4
=
12
1
m
2
L
A2S2
2
.
Xác định tâm va đập khâu 2 và khâu 4.
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
16
Động cơ đốt trong đối xứng
)(0417,16
12
5,192
12
22
2
2

mm
L
ml
Js
l
SA
AS
SK
====
)(5417,2080417,165,192 mmLLL
SKASAK
=+=+=
Tách nhóm Axua (2-3) ; (4-5).
Vì là động cơ đốt trong đối xứng nên ta chỉ cần phân biệt 1 bên còn bên kia t-
ơng tự.
* Hoạ đồ lực vị tri số 3 :
Xét nhóm Axua (2-3) ta có :
n
R
12
+

12
R
+
2
G
+
2
qt

P
+
3
G
+
3
P
+
3
qt
P
+
3
Ro
= 0
Trong đó :
+ G
2
, G
3
Có giá trị xác định và có phơng thẳng đứng , chiều từ trên xuống
dới.
+
3
qt
P
- Phơng phơng trợt ( Phơng ngang )
- Chiều hớng từ phải qua trái ( Ngợc chiều
3B
a

)
- Giá trị : P
3
qt
=2801,892 (N)
+
2
qt
P
- Phơng phơng a
S2
; Có chiều ngợc lại
- Giá trị : P
2
qt
=3502,365 (N)
+
3
P
- Phơng phơng chuyển động của pistong ( phơng ngang )
- Chiều ngợc chiều chuyển động của pistong ( Từ T P )
- Giá trị :
3
P
= 90,792 (N)
Ta thấy phơng trình còn 3 ẩn nên cha giải đợc. Tiếp tục tách khâu 2 và đặt lực :
Ta có phơng trình cân bằng :
2
qt

p
+


2
G
+
12
R
+
32
R
= 0
Ta có :
12
R
=
n
R
12
+

12
R

)(
xB
Fm
=

12
R
.AB + P
2
qt
. h = 0.
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
17
Động cơ đốt trong đối xứng

)(677,1123
5,192
7605,61.365,3502
.
2
12
N
AB
hP
R
qt
=

=

=

h
r
32

2
b

s

G
2
2
p
qt
k
r
12
r
12

a
r
12
n
Phơng trình còn lại 2 ẩn ta giải đợcbằng hoạ đồ lực.
n
R
12
+

12
R
+
2

G
+
2
qt
p
+
3
G
+
3
qt
p
+
3
P
+
3
Ro
= 0.
Chọn à
P
= 40 (N/mm) .
Ta tính đợc các giá trị biểudiễn nh sau :
2
qt
p
= 87,55913 (mm)
3
qt
p

= 70,0473 (mm)

12
R
= 28,09193(mm)
2
G
= 0,625 (mm)
3
G
= 0,5 (mm)
P
3
=2,2698 (mm)
Bằng cách tơng tự ta vẽ hoạ đồ lực của nhóm Axua (4-5) và hoạ đồ này ngợc
với hoạ đồ lực của nhóm Axua (2-3).
Nhng P
5
có giá trị thực là P
5
=848,436 (N)
=> Giá trị biểu diễn =
40
436,848
=21,2109 (mm) Chiều từ trái sang phải.
* Hoạ đồ lựa vị trí số 8 :
Tách nhóm Axua(2-3).
Đặt lực : (
3
qt

p
,
3
G
,
2
qt
p
,
2
G
,
12
R
,
3
Ro
) ~ 0
Ta có phơng trình cân bằng :

n
R
12
+
3
Ro
+
2
qt
p

+
2
G
+
3
qt
p
+
3
G
= 0
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
18
Động cơ đốt trong đối xứng
Trong đó :
+ G
2
, G
3
là giá trị xác định và có phơng thẳng đứng chiều từ trên xuống d-
ới.
+
3
qt
p
- Phơng phơng trợt.
- Có chiều hớng từ trái qua phải ( Ngợc chiều
3B
a

)
- Giá trị : P
3
qt
=7409,724 ( N ).
+
2
qt
p
- Phơng phơng
2S
a
và có chiều ngợc lại chiều của
2S
a
.
- Trị số P
2
qt
= 9262,156 (N).
+
12
R
- Cha biết chiều và trị số
+
03
R
- Phơng thẳng đứng
- Cha biết chiều và trị số.
+

3
P
- Phơng phơng chuyển động của pistong ( phơng ngang )
- Chiều ngợc chiều chuyển động của pistong ( Từ P T )
- Giá trị :
3
P
= 381,184 (N)
Nh vậy phơng trình còn 3 ẩn cha giải đợc bây giờ ta khử ẩn bằng cách tách
riêng khâu 2 và đặt lực :
k
2

b

s
h
r
32
G
2

n
r
12
r
12
a
r
12

p
2
qt
Khi đó ta có phơng cân bằng :
2
qt
p
+
2
G
+
12
R
+
32
R
= 0.
Tính phản lực :
12
R
=
n
R
12
+

12
R
.
Ta có :

.0.R )(
2
12
=

= hPABFm
qtxB

Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
19
Động cơ đốt trong đối xứng


12
R
=
AB
hP
pt
.
2
=
5,192
6583,15.156,9262
= 753,401 (N)
phơng trình còn lại 2 ẩn ta giải đợc bằng phơng pháp hoạ đồ lực
n
R
12
+

12
R
+
2
qt
p
+
2
G
+
3
P
+
3
G
+
3
qt
p
+
3
Ro
= 0
Chọn à
P
= 40 (N/mm).
Ta có các giá trị biểu diễn :
2
qt

p
= 231,5539 (mm) ;
3
qt
p
= 185,2431 (mm) ;
3
P
=9,5296 (mm)

12
R
= 18,835 (mm) ;
2
G
= 0,625 (mm) ;
3
G
= 0,5 (mm)
Tơng tự ta giải cho nhóm Axua(4-5) và hoạ đồ của nó ngợc với nhóm Axua(2-
3).
Xác định điểm đặt
3
Ro
.
Tách khâu (3) đặt lực và viết phơng trình cân bằng mômen đối cới điểm B.

)F(m
KB
=

03
R
. x = 0 x =0.
Vậy
03
R
có điểm đặt tại B.
Tính mômen cân bằng tại vị trí số 3 :
3
9
.
3
7
2
4
3
9
.
4
4
5
4
P
5
P
3
cb
m
P
qt

4
R
41
R
21

S2
S4

R
05
P
qt
5
R
03
2
P
qt
3
P
qt
G
4
G
5
G
3
G
2

a
12
P
2
c
14
b
23
d
45
41.3208
38.6384
Ta có :

)(536,673640.4134,168.
12
12
NlR
p
n
===
à
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
20
Động cơ đốt trong đối xứng
)(61,6829677,1123536,6736
22
12
2
12

2
12
NRRR
n
=+=+=

)(148,770940.7287,192.
14
14
NlR
p
n
===
à
)(611,7790677,1123148,7709
22
14
2
14
2
14
NRRR
n
=+=+=

)(86,287940.9965,71.
0303
NlR
p
===

à
)(488,304240.0622,76.
0505
NlR
p
===
à
M
cb
- à
L
(R
21
.h
23
+ R
41
.h
43
) =0
=> M
cb
= (6829,61.45,4503 + 7790,611.45,8793).0,00068 =454,128 (N.m)
Ta cũng có thể xác định bằng phơng pháp Jucopki.
Bằng cách xoay hoạ đồ vận tốc đi 90
0
theo chiều kim đồng hồ đặt các lực và
lấy mômen tại gốc P
3
.

( )
( )
)/(449,454
00068,0.50.792,90365,3502.2892,2801.2436,848

3
3245
523
mN
PPPPPPHM
qtqtqtqt
LCB
=
++=
++++=
à

So sánh 2 cách tính Momen cân bằng ta có sai số là :
071,0
449,454
128,454449,454
=

%.
Vị trí số 8 làm tơng tự ta có:

p
n
lR
à

.
12
12
=
;
p
n
lR
à
.
14
14
=
M
cb
- à
L
(R
21
.h
28
+ R
41
.h
48
) =0
=> M
cb
=
( )

( )
)/(632,930
00068,0.0807,40.40.219,4230643,40.40.5957,430
48142812
mN
hlhl
Lpp
=
+=+
ààà
Ta cũng có thể xác định bằng phơng pháp Jucopki.
Bằng cách xoay hoạ đồ vận tốc đi 90
0
theo chiều kim đồng hồ đặt các lực
và lấy mômen tại gốc P
8
.
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
21
Động cơ đốt trong đối xứng
( )
( )
)/(885,964
00068,0.9612,41.724,7409.2156,9262.2792,90184,381

3
3245
548
mN
PPPPPPdpM

qtqtqtqt
LCB
=
+++=
+++++=
à

So sánh 2 cách tính Momen cân bằng ta có sai số là :
5,3
885,964
632,930885,964
=

%.
Bảng giá trị các lực
Vị trí
Các lực
Số 3 Số 8
BD(mm) GTT(N) BD(mm) GTT(N)
G
2
= G
4
0,625 25 0,625 25
G
3
= G
5
0,5 20 0,5 20
P

3
qt
= P
5
qt
70,0473 2801,892 185,2431 7409,724
P
2
qt
= P
4
qt
87,5913 3502,365 231,5539 9262,156
P
3
2,2698 90,792 9,5296 381,184
R

12
28,0919 1123,677 18,835 753,401
R
n
12
168,4134 6736,536 430,1831 17207,324
R
03
71,9965 2879,86 61,6089 2464,356
P
5
21,2109 848,436 2,2698 90,792

R

14
28,0919 1123,677 18,835 753,401
R
n
14
192,7287 7709,148 422,7997 16911,988
R
05
76,0622 3042,488 57,9737 2318,948
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
22
Động cơ đốt trong đối xứng
Phần Iv. Thiết kế bánh đà
Đặt vấn đề : Khi làm việc dới tác động của các lực máy sẽ hoạt động với
những vận tốc góc của trục khuỷu khác nhau. ở phần trên ta giả thiết vận tốc góc

1
= const.
Song trong thực tế nó vẫn thay đổi theo từng chu kì làm việc của máy. Xuất
phát từ phơng trình chuyển động thực của máy ta xác định đợc vận tốc góc thực đó.
Vì ở động cơ đốt trong đối xứng ta xem nh mômen cản không thay đổi còn
mômen động là mômen thay thế.
Phơng trình chuyển động
A
đ
=

0
d.M
d

0
, là vị trí khâu dẫn ở thời gian t
1) xác định mômen động thay thế.

+








=


K
K
K
K
K
M
V

PMdtt
11



Trong đó : - p
k
là lực phát động và trọng lợng các khâu
- M
k
là mômen phát động của khâu
- V
k
là vận tốc của điểm đặt lực p
k
-
1
làvận tốc góc của khâu thứ k
Với cơ cấu động cơ đốt trong đối xứng M
k
= 0 nên :

=


1

K
K
K
V
PMdtt
Ta biết : v
k
=h
k
.
à
v
= h
k
.

1
.
à
L
M
đtt
=

k
p
k
.h
k
.
à
L
(1)
Ta xác định mômen động thay thế bằng phơng pháp cánh tay đòn Rucôpski ta
xoay hoạ đồ vận tốc 90
0
và đặt các ngoại lực và các điểm tơng ứng lúc này công
thức (1) đợc viết nh sau :
M
đtt
= = ( P
3
.H
3
G
3
.h
3
G
2
.h
2
P

5
.H
5
G
5
.h
5
G
4.
h
4
).à
L
(*)
Trong đó : h
2
, h
3
, h
4
, h
5
là khoảng cách cánh tay đòn của các lực G
2
, G
3
,
G
4
, G

5.
H
3
, H
5
là khoảng cách cánh tay đòn các lực P
3
, P
5
.
G
2
=

G
4
Trọng lợng khâu 2 và khâu 4
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
23
Động cơ đốt trong đối xứng
G
3
=

G
5
Trọng lợng khâu 3 và khâu 5
P
3
và P

5
là lực tác dụng vào đầu pitông (3) và (5) , có trị số đợc xác định
bằng áp suất trong xilanh nhân với diện tích tiết diện ngang của xilanh ( cách tính
nh phần xác định áp lực tại khớp quay ) .
Bây giờ ta tiến hành tính lực P
3
và P
5
cho 17 vị trí
Từ hoạ đồ vị trí ta xác định đợc vị trí của 2 pitong sau đó ta chiếu lên đồ thị
biểu diễn lực 4 hành trình Hút - Nén - Nổ - Xả với tỉ lệ xích :
à
p
=
6
5
(
mmcm
N
.
2
)
Bảng giá trị lực phát động p
vị trí 1 2 3 4 5 5 6 7 8 9
P
i3
(N/cm
2
)
2,5

2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
0,7 4,3706 10,4961 13,3333
P
3
(N) -
90,792
-90,792 -90,792
-90,792
-
90,792
-
90,792
-
25,4127 158,7256
381,18
4 484,224
hút nén
P
i5
(N/cm
2
)
13,3333 40 23,3621 7,9663 2,5 2,5
2,5 2,5 2,5 2,5
P
5
(n)
484,224 1451,672 848,436 289,3118 90,792 90,792 90,792 90,792 90,792 90,792
Nổ Xả
vị trí 9 10 11 12 13 13 14 15 16 17

P
i3
(N/cm
2
)
13,3333 40 23,3621 7,9663 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
P
3
(N)
484,224 1451,672 848,436 289,3118 90,792 90,792 90,792 90,792 90,792 90,792
Nổ Xả
P
i5
(N/cm
2
)
2,5
2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
0,7 4,3706 10,4961 13,3333
P
5
(n)
-
90,792
-90,792 -90,792
-90,792
-
90,792
-
90,792

-
25,4127 158,7256
381,18
4 484,224
hút nén
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
24
Động cơ đốt trong đối xứng
Vì với động cơ đốt trong đối xứng G
2
= G
4
, G
3
= G
5
. Mặt khác, ở phơng án
này thì G
2
G
3
, G
4
G
5
mà G
3
và G
5
đều có cánh tay đòn = 0 nên từ công thức (*)

ta có thể thu gọn thành công thức :
M
đtt
= M
L
( P
3
h
3
P
5
h
5
)
Lần lợt thay các giá trị vào biểu thức trên với qui ớc :
- Các lực gây mômen chống lại chiều xoay của hoạ đồ vận tốc lấy dấu (+)
- Các lực gây ra mômen cùng chiều xoay của hoạ đồ vận tốc lấy dấu (-)
Ta lập đợc bảng :
Trị số của mômen động thay thế
vị trí 1 2 3 4 5 6 7 8 9
M
đtt

(Nm)
0 38,8594 25,7599 3,881 0 2,272 8,4836 13,4672 0
Sau khi có đợc giá trị M
đtt
tại các vị trí ta vẽ đợc biểu đồ mô men động thay thế
trên hệ trục vuông góc với : à
M

= 0,25 ( Nm/ mm ) và à

=
240
4

= 0,0524 ( rad/
mm ) .
Ta tính đợc các giá trị biểu diễn M
tt
là:
M
1
tt
= 0 ; M
2
tt
= 155,4376(mm)
M
3
tt
=103,0396 (mm) ; M
4
tt
=15,524 (mm)
M
5
tt
= 0 ; M
6

tt
= 9,088 (mm)
M
7
tt
= 33,9344 (mm) ; M
8
tt
= 55,8688 (mm) ; M
9
tt
= 0
(mm)
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
25