tính toán thiết kế động cơ đốt trong

Lời nói đầu
Đồ án tính toán thiết kế động cơ đốt trong là đồ án chuyên
nghành,trong quá trình làm sử dụng các kiến thức tổng hợp của rất
nhiều môn học trớc đó.Và nó tổng hợp các kiến thức của các môn đồ án
đã làm ,nhất là đồ án công nghệ chế tạo máy .Đây không phải là đồ án
đầu tiên em làm nhng nó là đồ án chuyên nghành nên cần có lợng kiến
thức rất lớn về động cơ đốt trong cũng nh các kiến thức khác nữa.Trong
quá trình làm đồ án chúng em không những củng cố lại những kiến thức
đã học,mà còn mở rộng và chuyên sâu về nghành của mình.Đây là đồ
án sẽ phục vụ cho đồ án tốt nghiệp,do vậy làm đồ án sẽ có thêm đợc rất
nhiều kiến thức mới về động cơ đốt trong,nó sẽ phục vụ tốt cho công việc
sau này.Trong quá trình làm đồ án em đã tham khảo nhiều sách không
chỉ về động cơ đốt trong mà còn cả các sách công nghệ
các thông số đầu vào
1. Kiểu động cơ: Động cơ xăng AUDI 2.0
2. Thứ tự nổ 1-3-4-2
3. Công suất động cơ N
e
= 128 mã lực
4. Số vòng quay n = 5500 vòng / phút
5. Suất tiêu thụ nhiên nliệu g
e
= 178 g/ml.h
6. Số kỳ

= 4
7. Đờng Kính xy lanh D =82.5 mm
8. Hành trình piston S =92.8mm
9. Tỷ số nén =10.7
10. Số xi lanh i = 4
11. Chiều dài thanh truyền l

t
= 144 mm
12. Trọng lợng nhóm piston m
pt
= 0.36 kg
13. Trọng lợng thanh truyền m
tt
= 0,64 kg
14. Góc mở sớm xupáp nạp
1

= 26
0
1
15. Gãc ®ãng muén xup¸p n¹p
2
α
= 48
0

16. Gãc më sím xup¸p th¶i β
1
= 32
0

17. Gãc ®ãng muén xup¸p th¶i β
2
=8
0

18. Gãc ®¸nh löa sím ϕ
i
= 15
0
2
Chơng I: Tính Toán Nhiệt
1.1 Các thông số chọn:
1.1.1 Tính tốc độ trung bình của piston :
Ta có công thức tính tốc độ trung bình của piston nh sau :
Vậy động cơ có tốc độ cao tốc, áp suất và nhiệt độ của môi trờng:
p
k
= 0,1 MPa
T
k
= 24 + 273 = 297
o
K
1.1.2 áp suất cuối quá trình nạp (động cơ không tăng áp)
p
a
= (0,8 ữ 0,9)p
k
= (0,8ữ 0,9).0,1 chọn p
a
= 0,09 MPa
1.1.3 áp suất và nhiệt độ khí sót
p
r
= (1,1 ữ 1,15).p

k
= (1,1 ữ 1,15).0,1 chọn p
r
= 0,11 MPa
T
r
= (700 ữ 1000)
o
K ,chọn Tr= 930
o
K
1.1.4 Độ tăng nhiệt độ do sấy nóng khí nạp mới
T = 0 ữ 20, chọn T = 10
o
K
1.1.5 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt

t
= 1,17
1.1.6 Hệ số quét buồng cháy

2
= 1 ; (do không tăng áp)
1.1.7 Hệ số nạp thêm

1
= 1,02 ữ 1,vc chọn
1
= 1,04
1.1.8 Hệ số lợi dụng nhiệt tại z và b

z
= 0,70 ữ 0,85 chọn
z
= 0,8759

b
= 0,80 ữ 0,90 chọn
b
= 0,886
3
)/(013,17
30
5500.
3
10.8,92
30
.
sm
nS
tb
v =

==
1.1.9 Hệ số hiệu đính đồ thị công

d
= 0,92 ữ 0,97 chọn
d
= 0,97

1.2 Các thông số tính toán :
1.2.1 Hệ số khí sót
( )
m
a
r
t
a
r
r
k
r
p
p
p
p
T
TT
1
21
2

1

+
=



Chỉ số dãn nở đa biến m = 1,45 ữ 1,5 , chọn m = 1,45
( )
45,1
1
09,0
11,0
.1.17,104,1.7,10
1
.
09,0
11,0
.
930
10297.1







+

=
r

041,0
=
r

1.2.2 Nhiệt độ cuối hành trình nạp
r
m
1m
r
a
rrt0
a
1
p
p
.T )TT(
T
+








++

=

041,01
11,0
09,0
930.041,0.17,1)10297(
45,1
145,1
+






++
=

a
T
=333K
1.2.3 Hệ số nạp

+
=
m
a
r
t
k
a
k
k
v
P
p
p
p
TT
T
1
21

1
1




















+
=
45,1
1
09,0
11,0
.1.17,104,1.7,10.

1,0
09,0
.
10297
297
.
17,10
1
v

v

=0,882
1.2.4 Lợng khí nạp mới:
4
kee
vk
Tpg
P
M

10.432
3
1

=
(*) Ta có
n.V.i
.30.N
P

h
e
e

=
trong đó
V
h
=
S
D
.
4
2

(dm
3
)
p
e
=
5500 0928,0.)0825,0.(4
4.4.30.5,130.7355,0
2

= 1,0352 (MPa ) thay vào (*) ta đợc
M
1
=
297.0352,1.

7355.0
178
882.0.1,0.10.432
3
= 0,5121 kmol/kgnl
1.2.5 Lợng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu :
M
0
=






+
32412
.
21,0
1 OHC
kmol/kgnl
Đối với nhiên liệu điêzen C=0,855; H=0,145; O= 0
M
0
= 0,512 kmol/kgnl
1.2.6 Hệ số d lợng không khí :
0
NL
1
M

1
M
à

=
=
512,0
114
1
5121,0

= 0,9842 ;
NL
à
=114
1.3 Quá trình nén
1.3.1 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới:
Tmc
v
00209,0806,19
+=
kj/kmolđộ
1.3.2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí sót :
( )
T10.4,25234,360
2
1
504,3997,17mc
5
''

v

+++=

( )
T
5
10.9842,0.4,25234,360
2
1
9842,0.504,3997,17

+++=

1.3.3 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí hỗn hợp công tác:
5
T
mcmc
mc
r
vrv
v
2
00608,0
446,21
1
.
''
'
+=

+
+
=


=
T
2
'b
'a
v
v
+
1.3.4 Chỉ số nén đa biến n
1
:
( )
1
2
314,8
1
1
'
'
1
1
++
=
n
a

v
v
T
b
a
n

Giải phơng trình : n
1
= 1,372
1.3.5 áp suất cuối quá trình nén:
p
c
= p
a
.
n1
= 0,09.10,7
1,372
=2,33 MPa
1.3.6 Nhiệt độ cuối quá trình nén:
T
c
= T
a
.
n1 - 1
= 333.10,7
1,372 - 1
= 804.2 K

1.3.7 Lợng môi chất công tác của quá trình nén:
M
c
=M
1
+ M
r
= M
1
(1+
r
) = 0,512(1+0,041) = 0,533 kmol/kgnl
1.4 Quá trình cháy
1.4.1 Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết:
NL
0
0
NL
0
1
M.
M)1(21,0
1
32
0
4
H
1
à
+

+








à
+
+=

114
1
512,0.9842,0
512,0).9842,01.(21,0
114
1
32
145,0
4
855,0
1
+
+

+
+=

42,1
0
=

1.4.2 Hệ số thay đổi phân tử thực tế :
r
r



+
+
=
1
0
041,01
041,042,1
+
+
=

6
4,1
=

1.4.3 Hệ số thay đổi phân tử tại z :
z
r
z
x.
1
1
1
0



+

+=

x
z
=
886,0
8759,0
=
b
z



886,0
8759,0
.

041,01
142,1
1
+

+=
z


z
= 1,39
1.4.4 Nhiệt độ tại z:
( )
(
)
z
''
vzzc
'
v
r1
Hz
T.mc.T.mc
1.M
)QQ.(
=+
+

(**)
trong đó Q

H
là nhiệt trị thấp Q
H
= 44 .10
3
kJ/kgmol
Tc
2
0042574,0
86944,19Tc.
2
'bv
'av'mc
vc
+=+=
( )
( )
z
r
z
vz
r
zv
vz
xx
mcxxmc
mc
+

+
+








+
=
1.
'.1
0
0
0
''
0
''

=21,22938 +
2
0059176,0
.T
z
=
''
v
a
+
2
b
''
v
.T
z
Thay tất cả vào (**) ta đợc phơng trình cháy:
0,003158T
z
2
+22,659914T
z
88455,128106=0
Giải phơng trình trên ta đợc: T
z
= 2793K
1.4.5 Tỷ số tăng áp suất :
=

z
.
==
2.804
2793
.39,1
c
z
T
T
3,64
1.4.6 áp suất tại điểm z:
7
p
z
= p
c
= 3,64.2,33 = 8.49MPa
1.4.7 Tỷ số giãn nở sớm :
= 1
1.4.8 Tỷ số giãn nở sau :
=

=10,7
1.5 Quá trính giãn nở
1.5.1 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình:
( )
( ) ( )
( )
bzvzvz

bzr
H
zb
TTba
TTM
Q
n
+++
+

=
''''
1
*
2
1.
.
314,8
1


(***)
trong đó :
T
b
=
11
22
7,10

=
n
z
n
z
TT

.
Giải phơng trình ta đợc : n
2
=1,234
1.5.2 áp suất cuối quá trình giãn nở :
p
b
=
455,0
7,10
49.8
234,1
2
==
n
z
p

MPa
1.5.3 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở:
T
b
=

1372,11
7,10
2793
2

=
n
z
T

=1156,49 K
1.5.4 Kiểm tra nhiệt độ khí sót:
T
r
(tính) = T
b
.
m
m
b
r
p
p
1

= 1156,49.
45,1
145,1
455,0
11,0







= 996,78K
Kiểm tra :
T
r
=
100.
)(
r
rr
T
chonTT
% =
100.
78,996
93078,996
% = 6,7% < 15%

Vậy T
r
chọn nh ở trên là đúng.
1.6 Tính toán các thông số của chu trình công tác
1.6.1 áp suất trung bình chỉ thị lý thuyết :
8

=

1372,11234,1
'
7,10
1
1.
1372,1
1
7,10
1
1
1234,1
64,3
.
17,10
33,2
i
p
p
i

= 1,21 MPa
1.6.2 áp suất trung bình chỉ thị thực tế:
p
i
= p

i

.
d
p
i
= 1,21 . 0,97 = 1,1737 MPa
1.6.3 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị:
)/(44,213
297.1737,1.5121,0
882,0.1,0.10.432

10.432
3
01
3
kwhg
TpM
p
g
i
vo
i
===

1.6.4 Hiệu suất chỉ thị:
3833,0
44.44,213
10.6,3
.

10.6,3
33
===
Hi
i
Qg

1.6.5 áp suất tổn thất cơ khí:
p
m
= 0,145 Mpa
1.6.6 áp suất có ích trung bình:
p
e
= p
i
- p
m
= 1,1737 - 0,145 = 1,0287 (MPa)
1.6.7 Hiệu suất cơ giới:

m
= p
e
/p
i
= 1,0287 / 1,1737= 0,8765
1.6.8 Suất tiêu hao nhiên liệu có ích:
ge = gi/
m

= 213,44/ 0,8765 = 243,514 (g/kw.h)
1.6.9 Hiệu suất có ích :

e
=
i
.
m
= 0,3833 . 0,8765 = 0,3359
1.6.10 Kiểm nghiệm đờng kính xylanh:
496,0
5500.4.0352,1
7355,0.5,130.4.30

.30
===
niP
N
V
e
e
h

dm
3
D
tính toán
=
mm5017,82
10.8,92.142,3

496,0.4
S.
V.4
2
h
==


D < 0,1mm ( thoả mãn )
1.7 Vẽ và hiệu đính đồ thị công
9
1.7.1 Xác định dung tích buồng cháy:
Vc =
053343,0
17,10
496,0
1
=

=


h
V
(dm
3
)
* Giả thiết quá trình nạp áp suất bằng hằng số và bằng p
a
=0,09 Mpa

* Giả thiết quá trình thải áp suất bằng hằng số và bằng p
r
=0,11 Mpa
1.7.2 Xác định quá trình nén ac, quá trình giãn nở zb:
Để xác định ta phải lập bảng :
* Quá trình nén:
Ta có pv
n1
= const p
x
v
x
n1
= p
c
v
c
n1
đặt v
x
= iv
c
, trong đó i = 1ữ
p
x
= p
c
.
1
n

x
c
v
v








= = p
c
.
1
n
c
c
iv
v








p

x
= p
c
.
1
1
n
i
* Quá trình giãn nở:
pv
n2
= const p
x
v
x
n2
= p
z
v
z
n2
Đối với động cơ xăng : v
z
= v
c
( vì = 1 )
p
x
= p
z

.
2
n
i
1
Bảng 1.1 : Bảng xác định quá trình nén và quá trình giãn nở
i iv
c
Quá trình nén Quá trình giãn nở
i
1
n
p
x
=
c
n
p
i
.
1
1
i
2
n
p
x
=
2n
z

i
1
.p






1 1Vc 68.315 250
2
2Vc
26.3928 106.284
3
3Vc
15.1325 64.443
4
4Vc
10.1973 45.186
5
5Vc
10.1973 34.308
10
6
6Vc
7.5088 27.397
7
7Vc
5.845 22.65
8

8Vc
4.732 19.211
9
9Vc
3.9399 16.611
10
10Vc
3.351 14.848
10,3
10,3Vc
2.644 13.418
1.7.3 Vẽ và hiệu đính đồ thị công:
1.7.3.1 Vẽ:
Dựa vào bảng đã lập ta vẽ đờng nén và đờng giãn nở, vẽ tiếp đờng biểu diễn quá
trình nạp và quá trình thải lý thuyết bằng hai đờng song song với trục hoành, đi qua
hai điểm p
a
và p
r
. Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính để có đồ thị công chỉ thị , các b-
ớc hiệu đính nh sau :
Chọn à
p
= 0,03396(Mpa/mm)
Chọn à
v
= 0.04864(mm
3
/mm)
Chọn à

s
= 0,4671749 (mm/mm)
Vẽ đồ thị Brick đặt phía trên đồ thị công
Lần lợt hiệu đính các điểm trên đồ thị
1.7.3.2 Hiệu đính các điểm trên đồ thị:
1. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp :
Từ 0

của đồ thị Brick xác định góc đóng muộn
2
= 8
0
của xupáp thải, bán kính này
cắt Brick ở a

, từ a gióng đờng song song với tung độ cắt đờng p
a
ở d nối điểm r trên
đờng thải. Ta có đờng chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình thải
2. Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén (điểm c):
Cũng từ 0

của đồ thị Brick xác định góc đánh lửa sớm
i
=15
0
bán kính này cắt
đồ thị Brick tại c

, từ c

gióng đờng song song với tung độ cắt đờng nén tại điểm c.
Trên đoạn cz lấy c sao cho cc

=
cz
3
1
.Dùng một cung cong thích hợp, nối 2 điểm
c và c.
3. Hiệu đính điểm đạt điểm p
max
thực tế :
11
Trên đoạn zz

lấy điểm z

sao cho
zzzz
''''
3
2
=
. Dùng thớc cong nối z

và c

và ttiếp
tuyến với đờng zb ta có đờng chuyển tiếp từ quá trình nén sang quá trình giãn nở

4. Hiệu đính điểm bắt đầu thải thực tế : Hiệu đính điểm b căn cứ vào góc mở sớm
xu páp thải. áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế b

thờng thấp hơn áp suất cuối quá
trình giãn nở lý thuyết do xu páp thải mở sớm
Từ đồ thị Brick xác định góc mở sớm xu páp thải
1
= 32
o
cắt vòng tròn Brick tại
một điểm, từ điểm đó gióng đờng song song với trục tung cắt zb tại T
1
. Trên ba lấy
bb

sao cho bb

=
ba
2
1
. Dùng thứơc cong nối T
1
b

tiếp tuyến với p
r
= const ta đợc quá
trình chuyển tiếp từ quá trình giãn nở sang quá trình thải.
Chơng II: Tính toán động học và động lực học

2.1 Vẽ đờng biểu diễn các quy luật động học
Các đờng biểu diễn này đều vẽ trên một hoành độ thống nhất ứng với hành trình của
piston S = 2R. Vì vậy đồ thị đều lấy hoành độ tơng ứng với V
h
của đồ thị công (từ
điểm 1Vc đến Vc).
2.1.1 Đờng biểu diễn hành trình của pittong x= f()
Dùng phơng pháp Brick để vẽ, trình tự vẽ nh sau :
Chọn gốc toạ độ cách gốc đồ thị công một khoảng bằng giá trị biểu diễn của dung
tích V
C

Chọn tỷ lệ xích góc : 0,5 mm/độ
Tiến hành vẽ theo phơng pháp Brick
+ Phía trên đồ thị công ta vẽ nửa vòng tròn tâm 0 có đờng kính là S/à
s
sau đó
lấy về phía ĐCD một khoảng 00

= R/2à
s

+ Lấy 0

làm tâm chia độ và đánh dấu trên đờng tròn ấy các điểm chia độ
12
+ Gióng các điểm chia độ trên đờng tròn đó xuống đồ thị x=f() và trên trục
gióng các tia nằm ngang tơng ứng, nối các điểm đó lại ta đợc x = f()
2.1.2 Đờng biểu diễn tốc độ của pittong v= f()
Đờng biểu diễn tốc độ của pittong đợc vẽ trên cùng hệ toạ độ của x và

- Trình tự vẽ đờng v=f(x) nh sau :
Vẽ ở phía dới đồ thị v=f(x) nửa vòng tròn tâm là 0, bán kính của nó bằng S/2à
x
à
v
= S/ 2à
x
. Lấy 0 làm tâm vẽ vòng tròn bán kính bằng R/2à
v
. Chia vòng tròn
nhỏ và nửa vòng tròn lớn (bán kính R) ra n phần bằng nhau (18 phần), đánh số các
điểm chia từ 1ữ18. Từ các điểm chia trên vòng tròn lớn ta kẻ các tia thẳng đứng, từ
các điểm chia trên vòng tròn nhỏ ta kẻ các tia nằm ngang giao điểm của các tia tơng
ứng đợc đánh số I, II . Nối các điểm đó lại ta đợc đờng cong biểu thị v=f()
2.1.3 Vẽ đờng biểu thị v=f(x):
Từ nửa vòng tròn Brick theo các điểm chia độ đã có ta dóng xuống trục hoành
x của đồ thị v=f(x) ta sẽ đợc các giá trị
0
10
x
,
0
20
x

0
90
x
.Đo giá trị v trên đồ thị v=f()
và đặt giá trị ấy đúng với góc tơng ứng nên các tia x đó . Nối các điểm đó lại ta đ-

ợc đờng cong v=f(x)
2.1.4 Vẽ đờng biểu diễn gia tốc của pittong j = f(x):
Đồ thị này đợc vẽ cùng hoành độ với trục x = f()
Để vẽ đồ thị này ta sử dụng phơng pháp Tôlê :
- Chọn tỷ lệ xích à
j
= 150 (m/s
2
.mm)
- Tínhj
max
= Rw
2
(1+) =
2
10.8,92
3
( )
32,01
30
5500.
2
+

= 20331 m/s
2
(với = R/L
tt
=
32,0
144.2
8,92
=
)
đoạn biểu diễn AC = j
max
/à
j
= 135.5mm
Tính j
min
=- Rw
2
(1-) = -
( )
32,01
30
5500.
2
10.8,92
2
3

=-10422 m/s
2

đoạn biểu diễn BD = j
min
/à
j
= 69.5 mm
13
- Nối C với D cắt trục hoành tại E lấy
EF = -
2
3

R

= -3.0,32.
2
30
500.142,3
2
10.8,92
3







= -14864 m/s
2
Đoạn biểu diễn EF = 99.1 mm
- Từ điển A tơng ứng với ĐCT lấy AC = j
max
, từ điểm B tơng ứng với ĐCD lấy
BD = j
min
, nối CD cắt trục hoành ở E, lấy EF = -
2
3

R
về phía BD. Nối CF và
FD đẳng phân CF và FD thành 6 phần bằng nhau, kí hiệu tơng ứng 1,26 và
1,26. Nối 11,22.66. Vẽ đờng bao trong tiếp tuyến với 11,22.66

ta đợc đờng cong biểu diễn quan hệ j = f(x).
2.2 Tính toán động lực học
2.2.1 Các khối lợng chuyển động tịnh tiến
- Khối lợng nhóm pittông: m
np
= 0,36 kg
- Khối lợng nhóm thanh truyền: m
tt
= 0,64 kg
- Khối lợng của thanh truyền phân bố về tâm chốt pittông tính theo công thức kinh
nghiệm sau :
m
1
= (0,275 -:- 0,285)m
tt

Lấy m
1
= 0,28m
tt
= 0,28.0,64 = 0,1792 kg
Khối lợng chuyển động tịnh tiến trên một đơn vị diện tích đỉnh pittông
m =
1
mm
np
+
=0.5392 kg
2.2.2 Các khối lợng chuyển động quay
- Khối lợng thanh truyền quy dẫn về tâm chốt : m

2
= m
tt
- m
1
m
2
= 0,64 0,1792 = 0,4608 kg
- Khối lợng của má khuỷu quy dẫn về tâm chốt m
0m
- Khối lợng của chốt khuỷu m
ch
2.2.3 Vẽ đờng biểu diễn lực quán tính p
j
= f(x)
áp dụng phơng pháp Tôlê để vẽ nhng hoành độ đặt trùng với đờng p
k
ở đồ thị công
và vẽ đờng - p
j
= f(x) (tức cùng chiều với j = f(x)), tiến hành nh sau:
- Chọn tỷ lệ : à
p
= 0,396
- Tính :
p
jmax
= mj
max
= 0.5392.20331=10962,7N=372,29 MPa

p
jmin
= mj
min
= 0,5392.10422=5619,5 N =190,8 MPa
EF = m.
2
3

R
= 0,5392.14864=88014,7 N=272,18
14
2.2.4 Khai triển đồ thị p -V thành p = f()
- Chọn tỷ lệ xích à

= 2
0
/1mm, nh vậy toàn bộ chu trình 720
0
sẽ ứng với 360mm.
Đặt hoành độ này cùng trên đờng đậm biểu diễn p
k

- Chọn tỷ lệ à
p
= 0,0339MPa/mm
- Xác định trị số p
kt
ứng với các góc từ đồ thị Brick rồi đặt các giá trị này trên đồ
thị p - , p

max
đạt đợc tại = 372
0
.
2.2.5 Khai triển đồ thị p
j
= f(x) thành p
j
= f()
Đồ thị p
j
= f() biểu diễn trên đồ thị công có nghĩa kiểm tra tính năng tốc độ của
động cơ . Triển khai p
j
= f(x) thành p
j
= f() cũng thông qua Brick để chuyển toạ độ,
nhng trên toạ độ p- phải đặt đúng giá trị âm dơng của p
j
.
2.2.6 Vẽ đồ thị p

= f()
Ta đã biết p

= p
kt
+ p
j
.Vì vậy việc xây dựng p

= f() chỉ là việc cộng toạ độ
các trị số tơng ứng của p
j
và p
kt
. Kết quả nh hình vẽ.
2.2.7 Vẽ đờng biểu diễn lực tiếp tuyến T = f() và lực pháp tuyến Z = f()
Theo kết quả tính toán động lực học, ta có :
T=
( )


cos
sin
.
+

p
MPa
Z =
( )


cos
cos
.
+

p

MPa
Trình tự vẽ nh sau:
Chọn à


= 2
0
/1mm, à
p
= à
T
= à
Z
= 0,03396MPa/mm
Dựa vào = R/L
tt
ta tính đợc các trị số
( )


cos
sin +
và
( )


cos
cos +
Biểu diễn Z = f() và T = f() trên cùng một hệ trục toạ độ .
Các số liệu để vẽ các đồ thị biểu diễn trên bảng 2.1

15
Bảng 2.1: Số liệu để vẽ các đồ thị p
kt
, p
j
, p

,T và Z = f(

)

p

( )


cos
sin +
Pthực BD T(mm)
( )


cos
cos +

BDZ(mm)
0 -57 0 0 1 -57
10 -57 0,.2273 -12.9561 0.9754 -55.9508
20 -52 0.4430 -23.036 0.9029 -46.9508

30 -44 0,636 -27.984 0.7870 -34.628
40 -35 0.7998 -27.993 0.6343 -22.2
50 -24 0.9245 -22.188 0.4539 -10.8936
60 -13 1.066 -13.858 0.2566 -3.3358
70 -1 1.0448 -1.0448 0.0532 -0.0532
80 8 1.0409 8.3272 -0.1447 -1.1576
90 16 1 16 -0.3291 -5.2656
100 23 0.9287 21.3601 -0.4920 -11.316
110 28 0.8346 23.3688 -0.6307 -17.6596
120 31 0.7255 22.4905 -0.7434 -23.0454
130 33 0.6076 20.0508 -0.8317 -27.446
140 34 0.4858 16.5172 -0.8978 -30.525
150 33,6 0.3631 12 2 -0.9451 -31.75
160 33,5 0.2410 8.0735 -0.9764 -32.7
170 33,2 0.1200 3.984 -0.9943 -33
180 33 0 0 -1 -33
190 33,7 -0.12 -3.37 -0.9943 -33.5
200 33,2 -0.241 -8.0012 -0.9764 -32.4
210 33.4 -0.3631 -12.128 -0.9451 -31.56
220 33.5 -0.4856 -16.2743 -0.8978 -30.07
230 34.7 -0.6076 -21.08 -0.8317 -28.86
240 32.8 -0.7255 -23.7964 -0.7434 -24.38
250 30 -0.8346 -25.038 -0.6307 -18.9
260 25.8 -0.9287 -23.96 -0.4920 -12.6
270 19 2 -1 -19.2 -0.3291 -6.3187
280 12 -1.0409 -12.5 -0.1447 -1.7364
290 4.5 -1.0448 -4.7 0.0532 -0.2394
300 -5 -1.0066 5.033 0 2566 -1 283
310 -12 -0.9245 11.094 0.4539 -5.4468
320 -18 -0.7998 14.3964 0.6343 -11.4174

330 -17 -0.6360 10.812 0.7870 -13.379
340 -11 -0.4430 4.873 0.9029 -9.931
350 14 -0.2273 -3.1822 0.9754 13.656
16
360 55 0 0 1 55
370 151 0.2273 34.3229 0.9754 147.2854
380 99 0.4430 43.857 0.9029 89.387
390 67 0.6360 42.612 0.7870 52.729
400 46 0.7998 36.79 0.6343 29.1778
410 34 0.9245 31.433 0.4539 15.43
420 29 0.0066 29.1614 0.2566 7.44
430 32 1.0448 33.4336 0.0532 1.7024
440 34 1.0409 35.3906 -0.1447 -4.9198
450 38 1 38 -0.3291 -12.5058
460 42 0.9287 39 -0.4920 -20.664
470 45 0.8345 37.557 -0.6307 -28.3815
480 46 0.7255 33.373 -0.7434 -34.1964
490 46.2 0.6076 28.07 -0.8317 -38.4245
500 47 0.4858 22.8326 -0.8978 -42.196
510 45.6 0.3631 16.557 -0.9451 -43.096
520 43.5 0.2410 10.4835 -0.7964 -42.47
530 41,2 0.1200 4.944 -0.9943 -40.965
540 39 0 0 -1 -39
550 36.7 -0.1200 -4.4 -0.9943 -36.49
560 36.5 -0.2410 -8.7965 -0.9764 -35.6386
570 25.6 -0.3631 -12.926 -0.9451 -33.645
580 36 -0.4858 -17.98 -0.8978 -32.23
590 35 -0.6076 -21 266 -0.8317 -29.11
600 33 -0.7255 -23.94 -0.7434 -24.53
610 30 -0.8346 -25.038 -0.6307 -18.921

620 25 -0.9287 -23.22 -0.4920 -12.3
630 18 -1 -18 -0.3291 -8.9238
640 10 -1.0409 -10.409 -0.1447 -1.447
650 1 -1.0448 -1.0448 0.0532 0.0532
660 -11 -1.0066 11.07 0 2566 -2.8266
670 -22 -0.9245 20.339 0.4539 -9.9858
680 -33 -0.7998 26.39 0.6343 -20.931
690 -42 -0.6360 26.712 0.7870 -33.054
700 -50 -0.4430 22.15 0.9029 -45.145
710 -55 -0.2273 12.5 0.9754 -53.647
720 -57 0.00 0.00 1 -57
Bảng 2.1: Số liệu để vẽ các đồ thị p
kt
, p
j
, p

,T và Z = f(

)
2.2.8 Vẽ đờng T = f() của động cơ 4 xilanh
Động cơ nhiều xilanh có mô men tích luỹ vì vậy phải xác định mô men này. Chu kỳ
của mô men tổng bằng đúng góc công tác của các khuỷu :

0
0
ct
180
4
4.180

i
.180
==

=

i
= 720
0
- (i-1).
ct
17
Đối với động cơ AUDI2.0 - 4 kỳ, 4 xy lanh thứ tự làm việc là 1-3-4-2 ta tiến hành
lập bảng xác định góc
i
ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc.
0
0
180
0
360
0
540
0
720
0
1 Nạp Nén Cháy Thải

1
= 0

0
2 Nén Cháy Thải Nạp

2
= 180
0
3 Thải Nạp Nén Cháy

3
= 540
0
4 Cháy Thải Nạp Nén

4
= 360
0
Từ các giá trị ta lập đợc bảng nh sau :
Bảng 2.2 : Bảng tính T = f()
a1
T1
mm
a2 T2 a3
T3
mm
a3
T4
mm
Tong T
Thuc
MPa

BD
mm
0 0.00 180 0.00 540 0.00 360 0.00 0
10 -12.95 190 -3.37 550 -4.4 370 34.3 13.58
20 -23 200 -8 560 -8.79 380 43.86 4.07
30 -27.98 210 -12.13 570 -12.9 390 42.6 -10.41
40 -27.99 220 -16.27 580 -17.48 400 36.79 -24.95
50 -22.2 230 -21.08 590 -21.27 410 31.4 -33.15
60 -13.9 240 -23.8 600 -23.94 420 29.2 -32.44
70 -1.045 250 -25 610 -25.04 430 33.4 -17.68
80 8.3 260 -23.96 620 -23.22 440 35.4 -3.48
90 16 270 -19.2 630 -18 450 38 16.8
100 21 280 -12.5 640 -10.41 460 39 37.09
110 23.37 290 -4.7 650 -1.045 470 37.56 55.19
120 22.5 300 5.033 660 11.07 480 33.4 72
130 20.05 310 11.09 670 20.34 490 28.1 79.58
140 16.52 320 14.39 680 26.39 500 22.8 80.1
150 12.2 330 10.81 690 26.7 510 16.6 66.31
160 8.1 340 4.87 700 22.15 520 10.5 45.62
170 3.98 350 -3.20 710 12.5 530 4.9 18.18
180 0.00 360 0.00 720 0.00 540 0.00 0.00
Vẽ đờng T
i
= f() ở góc trên của đồ thị T và Z. Chỉ vẽ trong một chu kỳ.
Diện tích bao bởi đờng T với trục hoành là : F
(

T)
= 1710 mm
2

T
tb
=
19
90
1710
90
)(
==
T
F
mm
18
2.2.9 Đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu
Vẽ theo các bớc sau :
Lập bảng xác định toạ tơng ứng
i
trên toạ độ T - Z (Bảng 2.3)
Vẽ hệ trục toạ độ TOZ , rồi xác định các toạ độ
i
(T
i
,Z
i
), đây chính là đồ thị p
tt
biểu
diễn trên toạ độ T-Z.
p
tt

= T + Z
Xác định tâm đồ thị điểm O, điểm O có toạ độ Z=p
ko
, T=0
với p
ko
= m
2
R
2

= (MPa)
p
kovẽ
=
1000000.03396,0.0825,0.0825,0.14,3
.575,67.467,575.0464,0.4608,0
= 39 (mm).
Lấy OO = 39 mm
Nối O với bất kỳ điểm nào ta đều có : Q = p
k0
+ p
tt

Bảng 2.4 : Số liệu tính toán vẽ đờng biểu diễn Q = f()

Q

Q

Q

Q
Thực
(Mpa)
BD
(mm)
Thực
(Mpa)
BD
(mm)
Thực
(Mpa)
BD
(mm)
Thực
(Mpa)
BD
(mm)
0 96 180 72 360 16 540 78
10 95.5 190 73 370 113 550 76
20 89 200 72 380 67 560 75
30 79 210 71.8 390 44.5 570 74
40 68 220 71 400 38 580 73
50 55 230 70.5 410 39 590 71
60 44 240 68 420 43 600 68
70 40 250 63 430 50 610 63
80 41 260 56.5 440 56.5 620 52
90 46.5 270 49 450 64 630 49
100 54 280 42.5 460 72 640 42

110 61 290 41 470 77 650 39.5
120 66 300 41 480 80.5 660 33
130 70 310 46 490 82.5 670 53
140 72 320 52 500 85 680 65
150 72 330 54 510 84 690 77
160 72.5 340 49 520 82.5 700 87
170 72 350 26 530 80.5 710 94
180 72 360 16 540 78 720 96
Giá trị đặc biệt: với = 356 thì Q
min
ứng với điểm biểu diễn Q = 2.5mm
Sau khi vẽ xong đồ thị Q = f(), ta xác định Q
tb
bằng cách tính diện tích bao bởi
19
Q = f() và trục hoành, rồi chia cho chiều dài trục hoành.
Q
tb
=
60
360
21600
360
==
p
F

mm

Q

tb
t
= Q
tb
.à
Q
= 56.0,0404615 = 2,26304 MPa
Hệ số va đập
=
8,1
60
113
==
tb
MAX
Q
Q
< 4, do đó thoả mãn.
2.2.11 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu:
Dựa vào 3 giả thiết:
- Lợng mòn tỷ lệ thuận với lực tác dụng
- Lực gây mòn không phải tại một điểm mà lân cận điểm đó trong phạm vi120
0
- Lúc xây dựng đồ thị mài mòn không xác định với điều kiện thực tế
Xây dựng đồ thị theo trình tự các bớc sau đây:
-Vẽ vòng tròn bất kỳ tợng trng cho vòng tròn chốt tâm là K, các lực cắt trục dơng Z
tại O và chia vòng tròn đó ra làm 24 phần bằng nhau, mỗi phần 15
0
và đánh số các
điểm chia từ 0ữ23

-Xác định tổng các lực tác dụng nên trên các điểm 0,1,2 23, tơng ứng Q
0
, Q
1
,
Q
2
, . Q
23
,

i
= à
m
.Q

i
, à
m
là tỷ lệ mài mòn, chọn à
m
= 0,02 MPa/mm
-Vẽ vòng tròn tợng trng cho bề mặt chốt trên giấy kẻ ly và trên vòng tròn đó chia
làm 24 điểm bằng nhau và đánh số điểm chia từ 0ữ23, từ các điểm chia đó lấy theo
phơng hớng tâm các đoạn có độ lớn bằng
i
đánh dấu đầu mút các đoạn đó ta đợc
dạng bề mặt của chốt sau khi đã mòn
Vị trí ít mòn nhất chính là vị trí khoan lỗ khoan dầu (Bảng 2.5)
20

Bảng 2.5 : Bảng xác định vùng ảnh hởng của Q

382
382
382
382
382
382
382
382
382
1360

75
75
75
75
75
75
75
75
75
1395

40
40
40
40
40
40

40
40
40
1430

37
37
37
37
37
37
37
37
37
1109

37
37
37
37
37
37
37
37
37
761

39
39
39

39
39
39
39
39
39
491

42
42
42
42
42
42
42
42
42
496

48
48
48
48
48
48
48
48
48
472

61
61
61
61
61
61
61
61
61
439

82
82
82
82
82
82
82
82
82
404

110
110
110
110
110
110
110
110

110
368

16
16
16
16
16
16
16
16
16
328

4
4
4
4
4
4
4
4
4
282

2.5
2.5
2.5
2.5
2.5

2.5
2.5
2.5
2.5
223

2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
143.5

2
2
2
2
2
2
2
2
2
36.5

2
2

2
2
2
2
2
2
2
24.5

2
2
2
2
2
2
2
2
2
27.5

2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
394

3
3
3
3
3
3
3
3
3
800

4
4
4
4
4
4
4
4
387
1180

7
7
7
7
7
7
7

64
387
1253

369
369
369
369
369
369
29
64
387
1291
409
409
409
409
409
28
29
64
387
1326
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5

Q6
Q7
Q8
Q9
Q10
Q11
Q12
Q13
Q14
Q15
Q16
Q17
Q18
Q19
Q20
Q21
Q22
Q23
Q
Chơng III: Tính nghiệm bền các chi tiết chính
21
3.1 Kiểm nghiệm bền thanh truyền
d
2
d
1
s
l
d
Đầu nhỏ thanh truyền

?
3.1.1 Tính nghiệm bền đầu nhỏ thanh truyền
Đối với loại thanh truyền mỏng (
5,126/35/
12
<=dd
) tính theo lý thuyết thanh cong
bị ngàm ở tiết diện chuyển tiếp từ đầu nhỏ đến thân (tiết diện ngàm có góc

nh
hình vẽ).
?
?
1
?
r
2
r
1
f
f
?
A
A
N
A
M
A
B
B

x
x
C
C
Sơ đồ lục tác dụng khi Đầu nhỏ thanh truyền chịu kéo
3.1.1.1 ứng suất tổng khi đầu nhỏ thanh truyền chịu kéo
Kinasotxvili tính với giả thiết sau:
+ Coi lực quán tính phân bố đều trên đờng bán kính trung bình của đầu nhỏ:
22
q=

.2
j
P
Trong đó:
4
12
dd +
=

=
mm25,15
4
2635
=
+
Lực quán tính của nhóm piston:
( )
MNRmP
npj

3
2
32
10.32,7
144
4,46
1
30
5500
10.4,46.36,01

=






+






=+=


q=
24,0

10.25,15.2
10.32,7
3
3
=


+Góc ngàm

tính theo công thức:
( ) ( )
00
12
1
0
87,126
155,17
15
2
28
arccos90
r
2
H
arccos90 =
+

+
+=
+






+
+=
+Khi cắt một nửa thanh cong siêu tĩnh, mômen và lực pháp tuyến thay thế xác định
theo phơng trình sau:
)0297,087,126.00033,0.(10.25,15.10.87,7)0297,000033,0.(.
33
==


jA
PM

( )
MNm
6
10.46,1

=
( )

MNPN
jA
303
10.7,3)87,126.0008,0752,0.(10.87,7)0008,0752,0.(

===


: Góc ngàm tính theo độ.
Mômen và lực pháp tuyến trên tiết diện ngàm C-C tính theo công thức:
)cos.(sin 5,0)cos1.(.

+=
jAAj
PNMM
( )
MNm
6
330336
10.73,7
)cos.(sin10.25,15.10.87,7.5,0)87,126cos1.(10.25,15.10.7,310.46,1


=
+=

( )
MN
PNN
jAj

3
303
10.29,3
)cos.(sin10.87,7.5,087,126cos.10.7,3)cos.(sin.5,0cos.


=
+=+=

Do ép căng bạc lót vào đầu nhỏ nên hệ số giảm tải

tính theo công thức sau:
8516,0
360.10.15,1120.10.2,2
10.2,2.360

.
55
5
=
+
=
+
=
bbdd
dd
FEFE
EE

Trong đó:

23
dd
FE .
: Mômen đàn hồi và tiết diện đầu nhỏ

bb
FE .
: Mômen đàn hồi và tiết diện bạc lót
Do có hệ số giảm tải, lực kéo thực tế
k
N
nhỏ hơn
j
N
N
k
=
( )
MNN
j
33
10.8,210.29,3.8516,0.

==

s
n
j
s
tj

úng suất trên mặt ngàm và mặt
trong trên đầu nhỏ chịu kéo
Sơ đồ lục tác dụng khi
đầu nhỏ chịu nén
M
A
N
A
ứng suất tổng tác dụng trên mặt trong và mặt ngoài đầu nhỏ trên các tiết diện
0=

đến
0
87,126=

tính theo công thức sau:
( )
( )
( )
MN/m3,48
10.5,4.40
1
10.8,2
10.5,425,15.25,4
10).5,425,15.6(
.10.73,7.2
.
1
2
6

2
2
6
3
6
3
6
=






+


=






+


=

Sl
N
SS
S
M
d
kjtj




( )
( )
( )
MN/m92,67
10.5,4.40
1
10.8,2
10.5,425,15.25,4
10).5,425,15.6(
.10.73,7.2
.
1
2
6
2
2

6
3
6
3
6
=






+
+
+
=






+
+
+
=

Sl
N
SS
S
M
d
kjnj



3.1.1.2 ứng suất tổng khi đầu nhỏ thanh truyền chịu nén
Lực tác dụng lên đầu nhỏ thanh truyền là lực tổng

P
:
jkt
PPP +=

( ) ( )
MNPRmFPP
jnppz
632
10.22,5010.3456,5.923,71.


=+=++=

24
Lực này phân bố theo dạng cosin nh hình vẽ:

Lực và mômen thay thế (N
A
và M
A
) theo Kinasôtxvili biếtn thiên theo góc ngàm

theo quy luật parabol.
Mômen và lực kéo trên tiết diện ngàm xác định theo công thức:
027,0
87,126cos
87,126sin
180
87,126
2
87,126sin
)/sin/cos2/(sin
0
0
0
=








==

A
( )
MNm
A
PNMM
AAz
6
360336
10.97,70
.10.25,15.10.22,50)87,126cos1.(10.25,15.10.7,310.46,1
)/sin/cos2/.(sin.)cos1.(.



=
+=
+=

( )
MNA
PNN
Az
3303
10.86,0.10.22,5087,126cos.10.7,3
)/sin/cos2/.(sincos.


=+=
+=

ứng suất mặt ngoài khi đầu nhỏ chịu kéo:
( )
( )
( )
MN/m58,476
10.5,4.40
1
10.73,0
10.5,425,15.25,4
10).5,425,15.6(
.10.73,7.2
.
1
2
6
2
2
6
3
6
3
6
=

+
+
=






+
+
+
=





Sl
N
SS
S
M
d
zznz

ứng suất mặt trong khi đầu nhỏ chịu nén:
( )
( )
( )
MN/m43,590
10.5,4.40
1
10.73,0
10.5,425,15.25,4
10).5,425,15.6(
.10.73,7.2
.
1
2
6
2
2
6
3
6
3
6
=

=






+


=





Sl
N
SS
S
M
d
kztz

25