tính toán kiểm nghiệm động cơ b55

Đồ án Môn học KCTTĐCĐT
ST
T
Kết Quả Đvị
tính
Tính toán chu trình công tác của động cơ.
I.Mục đích tính toán
Mục đích của việc tính toán chu trình công tác là xác định các
chỉ tiêu về kinh tế, hiệu quả của chu trình công tác và sự làm việc
của động cơ B55 trong điều kiện môi trờng ở nớc ta
Nội dung tính toán :
1.Chọn thông số ban đầu :
Căn cứ vào đặc tính kỹ chiến thuật của động cơ B55 , có các số
liệu cụ thể sau:
công suất có ích định mức (đối với động cơ diesel) N
eđm
. =
580 ml
= 426.9 kw
Số vòng quay trong một phút của trục khuỷu : n =
2000 v/ph
Tốc độ trung bình của pít tông C
TB

C
Sn m
S
TB
=

30
=
12 m/s
Trong đó:
S: Hành trình của pít tông [m].
n: Số vòng quay của trục khuỷu động cơ
v
ph






.
180
2000
mm
v/ph
Tỷ số giữa hành trình của pít tông và đờng kính xy lanh
a S D= /

S/D = 180 /150
Tỷ số nén =
15
Hệ số d lợng không khí

:
Vì động cơ làm việc ở chế độ tốc độ cao .Nhiên liệu phun
nhiều ,sự tạo thành hỗn hợp trong xi lanh ngắn trong 1 thời gian
đốt cháy rất ngắn ,điều kiện khó khăn ,hỗn hợp không đều thờng
xảy ra không hoàn toàn chọn : =
Nhiệt độ môi trờng
Nhiệt độ trung bình sử dụng ở nớc ta là 24
0
C tức là 297
0
K
T
0
=
áp suất của môi trờng p
0
=
1.65
297
0.1013
0
K
MN/
m
2
Hệ số nạp
v
và áp suất cuối quá trình nạp p
a

là loại động cơ diesel 4 kỳ suppap treo
v
= 0,75
ữ
0,82
vì động cơ tốc độ cao lợng khí sót lớn nên ta chọn
v
=
0.8
GVHD :Nguyễn Năng Thắng HVTH :Mai Hồng Cẩm
23
Đồ án Môn học KCTTĐCĐT
áp suất khí sót P
r
:
ở chế độ N
edm
nên thời gian thải ngắn , tốc độ thải lớn do vậy sự
cản trên đờng thải lớn cho nên áp suất của quá trình thải tăng p
r
=
0,106ữ 0,115 [MPa] Ta chọn P
r
=
0.113 Mpa
Nhiệt độ cuối quá trình thải :T
r

Đối với động cơ Diesel 4 kỳ T
r

= 700-900
0
K
Động cơ cao tốc ,thành phần hỗn hợp đậm đặc hiện tợng cháysót
dài , thời gian thải ngắn ,mức độ toả nhiệt ra môi trờng không
nhiều nên chọn T
r
=
830
0
K
Độ sấy nóng khí nạp

T:
ở chế độ làm việc của động cơ với n cao thì vận tốc dòng khí nạp
lớn, thời gian tiếp xúc giữa khí nạp và các chi tiết nóng giảm
nên T có giá trị thấp.Đối với động cơ B2 T =( 14 - 16)
0
K.
Chọn =
15
0
K
Chỉ số nén đa biến trung bình n
1
Khi tăng số vòng quay, phụ tải và đờng kính xy lanh thì chọn n
1
với giá trị cao. Động cơ đợc làm mát tốt thì chọn n
1
thấp.Động cơ

B2 n
1
=1,32ữ1,35 , Chọn n
1
=
1.35
Hệ số sử dụng nhiệt
z

Do động cơ kết cấu đảm bảo chất lợng tạo hỗn hợp tốt .Động cơ
B2
z
=(0,83 0,85) => Chọn
z
=
0.85
chỉ số tăng áp :
p
= 1,2 ữ2,4 . Chọn :
p
=
1.65
Trị Số giãn nở đa biến n
2
: ở chế độ công suất định mức với vòng
quay cao nên thời gian cháy giãn nở kém hạn chế sự mất
nhiệt .Động cơ B2 n
2
=(1,21-1,23) chọn
n

2
=
1.22
II.Tính toán các quá trình công tác :
1.Tính toán quá trình trao đổi khí:
-Xác định hệ số khí sót :
r


0.0356
Nhiệt độ cuối quá trình nạp đợc xác định T
a
329.82
0
K
GVHD :Nguyễn Năng Thắng HVTH :Mai Hồng Cẩm
24
( )
vr
r
r
Tp
Tp


0
0
1

=

r
rr
a
TTT
T


+
++
=
1
0
Đồ án Môn học KCTTĐCĐT
áp suất cuối quá trình nạp :p
a
0.0869
MPa
2.Quá trình nén
áp suất của quá trình nén P
c

p
c
= p
a


n
1

3.3666 MN/
m
2
Nhiệt độ cuối quá trình nén:
T
c
= T
a
.

n
1
1

850.97
0
K
3.Quá trình cháy
Lợng không khí cần thiết đốt cháy 1kg nhiên liệu là:
g
C
= 0.86 ; g
H
= 0.13 ; g
O
=0.01
0.4945
Lợng không khí thực nạp vào xi lanh động cơ:
M
t

= M
o
=
0.8159
Kmol
kgnl






Số mol sản vật cháy M
2
Khi 1:
M M
g g
H O
2 0
4 32
= + +

Kmol
kgnl

.
0.8480
Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết
o
:


0
2
1
=
M
M
=
1.0402
Hệ số thay đổi phân tử thực tế :

r
r



+
+
=
1
0
=
1.0388
+ Tính toán tơng quan nhiệt động:

Nhiệt độ cuối quá trình cháy T
z
theo phơng trình nhiệt động
sau:
* Đối với động cơ diesel
Thứ tự tính các thông số nh sau:
-Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp công tác ở
cuối quá trình nén à
cvc
.
à
cvc
= 20,223 + 1,742.10
-3
T
c

KJ
Kmol dộ.






=
-Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của khí thể tại điểm z
à
cvz

= + + +







20 098
0 921
1 55
1 38
10
3
,
,
,
,

T
Z

KJ
Kmol dộ

21.705
GVHD :Nguyễn Năng Thắng HVTH :Mai Hồng Cẩm
25












+=
kgnl
Kmol
g
g
g
M
O
H
C
3241221,0
1
0
( )( )
[ ]

MPa
T
Tp
p
avr
a
0
0
11


+
=
Đồ án Môn học KCTTĐCĐT
- Nhiệt dung mol đẳng áp trung bình tại điểm z:
à
cpz
= à
cvz
+ 8,314
KJ
Kmol dộ






- Nhiệt độ cuối quá trình cháy T
z

đợc xác định theo phơng trình
nhiệt động của quá trình cháy sau:
( )
( )
Q
M
T T
T Z
T
p cv
c
C cpz Z


à à
1
1
8 314
+
+ + =
,
Thay số vào các công thức ta tính đợc à
cvc
, à
cpz
, à
cvz
và giải
phơng trình bậc 2 đối với Tz, = 1.03568
Ta có:

0,00239917T
2
z +29,9537Tz -72729,205 = 0
=>Tz =
2069.3
0
K
-Tỷ số dãn nở sớm :




=
T
T
Z
P C
=
1.5309
-áp suất cuối quá trình cháy:
p
z
=
P
p
c
[MPa]
5.5549
4.Tí nh toán quá trình dãn nở .
Mục đích việc tính toán quá trình dãn nở là xác định các giá trị

áp suất p
b
và nhiệt độ T
b
ở cuối quá trình dãn nở
- áp suất cuối quá trình dãn nở:
p
p
b
z
n
=

2
[MPa]
Trong đó:



=
;
0.3431
9.7975
MPa
- Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở:
T
T
b
z
n

=


2 1
[
0
K]
1252.5
0
K
5.Kiểm tra kết quả tính toán
Sau khi kết thúc việc tính toán các quá trình của chu trình
công tác, ta có thể dùng công thức kinh nghiệm để kiểm tra kết
quả việc chọn và tính các thông số:
3
'
r
b
b
r
p
p
T
T =
864.91
0.0403
GVHD :Nguyễn Năng Thắng HVTH :Mai Hồng Cẩm
26
Đồ án Môn học KCTTĐCĐT

r
rr
T
TT
T
'
'
=
=
4.0363 <5%
III. Xác định các thông số đánh giá chu trình công tác và sự
làm việc của động cơ
1. Các thông số chỉ thị
Đó là những thông số đặc trng cho chu trình công tác của động cơ.
Khi xác định các thông số chỉ thị, ta cha kể đến các dạng tổn thất
về công mà chỉ xét các tổn thất về nhiệt. Các thông số cần tính bao
gồm:
a- áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết p
i
':
0.8798
b- áp suất chỉ thị trung bình thực tế p
i
, [MPa]:
+ Đối với động cơ 4 kỳ:
p
i
= p'
i

đ
[MPa]
Trong đó:
đ
là hệ số điền đầy đồ thị công. Động cơ diesel bốn
kỳ với buồng cháy thống nhất:
đ
= 0,93ữ0,96
0.8358
0.95
c- Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị:
+ Đối với động cơ bốn kỳ:
g
p
M p T
g
KWh
i
v
i o
=






423 10
0
3

1

169.226
d- Hiệu suất chỉ thị.

i
T i
Q g
=
3600
Trong đó: Q
T
đợc tính bằng [KJ/kgnl ] và g
i
[kg/KWh ].
0.50054
2. Các thông số có ích
Các thông có ích là những thông số đặc trng cho sự làm việc của
động cơ. Để xác định các thông số đó, ta sử dụng kết quả tính toán
các thông số chỉ thị ở mục trên và xác định giá trị của áp suất tổn hao
cơ khí trung bình p
cơ
.
áp suất tổn hao cơ khí trung bình là áp suất giả định, không
đổi, tác động lên pít tông trong một hành trình và gây ra công tổn
hao bằng công tổn hao của trao đôỉ khí, dẫn động các cơ cấu phụ,
tổn hao do ma sát ở các bề mặt công tác (và quét khí đối với động
cơ hai kỳ).
Thứ tự tính toán các thông số có ích nh sau:
-Xác định áp suất cơ khí trung bình [MPa]

GVHD :Nguyễn Năng Thắng HVTH :Mai Hồng Cẩm
27
( )























+

=
11

1
12
2
1
1
1
11
1
1
1
1
'
nn
p
p
c
nn
p
Pi




Đồ án Môn học KCTTĐCĐT
Động cơ diesel bốn kỳ và hai kỳ với i=12, D 150 mm.
p
cơ
=0,03 + 0,012 C
TB
=

- Hiệu suất cơ khí:
i
e
co
p
p
=

- Suất tiêu hao nhiên liệu có ích:
g
g
g
KWh
e
i
co
=







- Hiệu suất có ích:

e
=
i

cơ
- Công suất có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán:

30
'
niVP
N
he
e
=
[KW]
Đơn vị tính của các thông số trong biểu thức trên nh sau:
[ ]
p :
MN
m
; V : dm ; n:
v
ph
; 4
e
2
h
3

=
Mô men xoắn có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán :
M
3.10 N
. n
e
4
e
=

[Nm]
Trong đó: N
e
đợc tính bằng [KW] và n:
v
ph






Sai số công suất Ne :

100
'
'
e
ee
e
N
NN
N

=
0.174
0.7918
213.71
0.3963
421.04
2010.3
-1.389
MPa
3. Dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác
GVHD :Nguyễn Năng Thắng HVTH :Mai Hồng Cẩm
28
Đồ án Môn học KCTTĐCĐT
a. Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết
*Đối với động cơ diesel bốn kỳ:
ở đồ thị công chỉ thị lý thuyết, ta thay chu trình thực tế bằng
chu trình kín a-c-y-z-b-a (hình 1). Trong đó quá trình cháy nhiên
liệu đợc thay bằng quá trình cấp nhiệt đẳng tích c-y và cấp nhiệt
đẳng áp y-z, quá trình trao đổi khí đợc thay bằng quá trình rút
nhiệt đẳng tích b-a. Thứ tự tiến hành dựng đồ thị nh sau:

- Thống kê giá trị của các thông số đã tính ở các quá trình nh
áp suất khí thể ở các điểm đặc trng p
a
, p
c
, p
z
, p
b
, chỉ số nén đa biến
trung bình n
1
, chỉ số dãn nở đa biến trung bình n
2
, tỷ số nén , thể
tích công tác V
h
, thể tích buồng cháy V
c
và tỷ số dãn nở sớm .
- Dựng hệ toạ độ p-V với gốc toạ độ 0 trên giấy kẻ ly (hình 1)
và theo một tỷ lệ xích đợc chọn trớc của thể tích và áp suất, ta xác
định các điểm a, (p
a
, V
a
), c (p
c
, V
c

), y (p
y
, V
c
), z (p
z
, V
z
) và b (p
b
,
V
a
) trên hệ toạ độ đó.
Với quá trình nén đa biến, ta có:
p V p V
n n
n
a a
n
1 1
=
Với quá trình dãn nở đa biến, t a có:
p V p V
d d
n
b a
n
2 2
=

Trong đó: p
n
, p
d
, V
n
và V
d
là các giá trị biến thiên của áp suất
và thể tích trên đờng nén và dãn nở. Ta có thể đa các phơng trình
trên về dạng:
p p e
n a
n
=
1
1
và
p p e
d b
n
=
2
2
Trong đó:
e
V
V
a
n

1
=
và
e
V
V
a
d
2
=
là những tỷ số biến thiên (tỷ số nén tức
thời).
Nếu chọn trớc các giá trị của e
1
(biến thiên trong giới hạn
1ữ) và e
2
(biên thiên trong giới hạn 1ữ), ta có thể xác định các
cặp giá trị (p
n
, V
n
) và (p
d
, V
d
) tơng ứng. Mỗi cặp giá trị ấy cho một
điểm tơng ứng trên đồ thị p - V. Kết quả tính toán đợc thống kê
trong bảng sau :
e1 Vn Pn

Vn/ Pn/
1 3,408 0,087 87,611 2,175
2 1,704 0,220 43,805 5,505
3 1,136 0,379 29,204 9,479
GVHD :Nguyễn Năng Thắng HVTH :Mai Hồng Cẩm
29
Đồ án Môn học KCTTĐCĐT
4 0,852 0,557 21,903 13,937
5 0,682 0,752 17,522 18,795
6 0,568 0,960 14,602 23,996
7 0,487 1,180 12,516 29,502
8 0,426 1,411 10,951 35,282
9 0,379 1,653 9,735 41,314
10 0,341 1,903 8,761 47,579
11 0,310 2,162 7,965 54,060
12 0,284 2,430 7,301 60,746
13 0,262 2,705 6,739 67,623
14 0,243 2,987 6,258 74,683
15 0,227 3,277 5,841 81,917

0,0389 0,04 mm mm
e2 Vd Pd
Vd/ Pd/
1 3,408 0,343 87,611 8,579
2 1,704 0,799 43,805 19,985
3 1,136 1,311 29,204 32,775
4 0,852 1,862 21,903 46,555
5 0,682 2,445 17,522 61,122
6 0,568 3,054 14,602 76,348
7 0,487 3,686 12,516 92,146

8 0,426 4,338 10,951 108,449
9 0,379 5,008 9,735 125,208
10 0,341 5,695 8,761 142,382
11 0,310 6,398 7,965 159,939
12 0,284 7,114 7,301 177,851
13 0,262 7,844 6,739 196,095
Giá trị của V
c
đợc xác định theo biểu thức
V
V
c
h
=
1
và V
z
theo
biểu thức V
z
= .V
c
.
V
c
=
V
z
=
0.22720

0.34784
dm
3
dm
3
GVHD :Nguyễn Năng Thắng HVTH :Mai Hồng Cẩm
30
Đồ án Môn học KCTTĐCĐT
Dựa vào kết quả tính toán ta có:
pr 0,113
pa 0,08699073
p 0,1013
pb 0,3607
pc 3,2918
py 5,55494981
pz 5,55494981
b- Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết hành thành đồ thị
công chỉ thị thực tế.
* Đối với động cơ diesel bốn kỳ:
Để đợc đồ thị công chỉ thị thực tế a' - c' - c" - z' - z" - b' - b" - b"
- a' (hình 1), ta gạch bỏ các diện tích I, II, III, IV trong đồ thị lý
thuyết.
Diện tích I xuất hiện do góc phun sớm nhiên liệu gây ra. Khi đó
một phần nhiên liệu đợc cháy trớc trên đờng nén nên áp suất cuối
quá trình nén thực tế
p
c
'
cao hơn áp suất cuối quá trình nén thuần
tuý p

c
.
Điểm c' nằm trên đờng nén thuần tuý. Vị trí của nó đợc xác định
bởi góc phun sớm nhiên liệu và đợc dựng theo vòng tròn Brích.
Điểm c" đợc xác định bằng cách lợn đều từ điểm c' cho đến khi
cắt trục tung ứng với thể tích V
c
.
Diện tích II tồn tại là do quá trình cháy diễn ra với thể tích luôn
luôn thay đổi. Quá trình cháy thực tế diễn ra không theo lý thuyết
và theo đờng cong c' - c" - z' - z". ở động cơ diesel, áp suất lớn
nhất
p
z
'
đạt giá trị của p
z
, vì trong quá trình cháy thì nhiên liệu
vẫn đợc phun tiếp vào xi lanh động cơ.
GVHD :Nguyễn Năng Thắng HVTH :Mai Hồng Cẩm
31
Đồ án Môn học KCTTĐCĐT
4.Dựng đặc tính ngoài của động cơ.
Đặc tính ngoài là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của các chỉ tiêu
nh công suất có ích N
e
, mô men xoắn có ích M
e
, lợng tiêu hao
nhiên liệu trong một giờ G

nl
và suất tiêu hao nhiên liệu có ích g
e
vào số vòng quay của trục khuỷu n [v/ph] khi thanh răng bơm
cao áp chạm vào vít hạn chế (đối với động cơ diesel) hoặc bớm ga
mở hoàn toàn (đối với động cơ xăng)
* Đối với động cơ diesel có buồng cháy thống nhất (không
phân chia)

+=
3
dm
2
dmdm
ee
n
n
n
n
b
n
n
aNN c
dm
[KW]

+=
2
dmdm
N
ee
n
n
n
n
baMM c
[MNm]
g g 1,55 1,55
n
n
n
n
e e
N
dm dm
2
= +

g
KWh






Trong đó:
N
eđm
: công suất định mức thu đợc trong tính toán
n
đn
: số vòng quay ứng với công suất định mức
v
ph

M g
e
N
e
N
,
: mô men xoắn có ích [MNm] và suất tiêu hao
nhiên liệu có ích
g
KWh






ở số vòng quay định mức n
đm
.
N
e
, M
e
, g
e
là giá trị tơng ứng của công suất có ích, mô men
xoắn có ích và suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với từng số vòng

quay trung gian đợc chọn trớc.n- giá trị của biến số đợc chọn trớc
[v/ph].
a,b,c : Các hệ số khi tính toán thực nghiệm
a=0.8083 ; b=1.1503 ; c =0.9586
Giá trị biến thiên của G
nl
đợc xác định theo từng cặp giá trị t-
ơng ứng của g
e
và N
e
theo biểu thức:
G
nl
= g
e
N
e

kg
h






Trong đó: g
e
đợc tính bằng

kg
KWh






và N
e
: [KW].
Kết quả tính toán đợc thống kê thành bảng (xem bảng dới) thông
qua thí dụ đối với động cơ xăng. Dựa vào các số liệu thu đợc, ta
dựng đờng đặc tính lên giấy kẻ ly.

GVHD :Nguyễn Năng Thắng HVTH :Mai Hồng Cẩm
32
Đồ án Môn học KCTTĐCĐT
n(v/ph)
Ne Me ge Gnl=ge.Ne
500
109,047 2082,653 261,803 28,549
600
134,792 2145,282 251,117 33,849
700
161,142 2198,276 241,500 38,916
800
187,795 2241,635 232,951 43,747
900
214,447 2275,357 225,471 48,352

1000
240,797 2299,445 219,059 52,749
1100
266,542 2313,896 213,716 56,964
1200
291,378 2318,712 209,442 61,027
1300
315,003 2313,892 206,236 64,965
1400
337,115 2299,436 204,099 68,805
1500
357,410 2275,345 203,031 72,565
1600
375,587 2241,619 203,031 76,256
1700
391,341 2198,256 204,099 79,872
1800
404,372 2145,258 206,236 83,396
1900
414,375 2082,625 209,442 86,787
2000
421,048 2010,355 213,716 89,985
IV. Tính toán động lực học
1. Triển khai đồ thị công chỉ thị p -V thành đồ thị lực khí thể P
k
tác dụng lên pít tông. theo góc quay

Đồ thị công chỉ thị thể hiện sự biến thiên áp suất tuyệt đối bên
trong xy lanh theo sự thay đổi thể tích của xy lanh trong suốt một
chu trình công tác (hai vòng quay của trục khuỷu - tơng ứng với 4

hành trình của pít tông đối với động cơ 4 kỳ)
Lực khí thể đợc tạo bởi sự chênh áp suất giữa mặt trên và mặt
dới đỉnh pít tông và đợc xác định nh sau:
GVHD :Nguyễn Năng Thắng HVTH :Mai Hồng Cẩm
33
Đồ án Môn học KCTTĐCĐT
( )
P p p
D
4
k 0
2
=

[MN]
Trong đó:
p: áp suất khí thể trong xy lanh, [MPa];
p
0
: áp suất phía dới đỉnh pít tông, [MPa];
D: đờng kính danh nghĩa của pít tông, [m].
Đối với động cơ 4 kỳ ta thờng chọn p
0
là áp suất môi trờng
(0,1 MPa).
Lực P
k
đợc coi nh tập trung thành một véc tơ tác dụng dọc
theo phơng đờng tâm xy lanh và cắt đờng tâm chốt pít tông (bỏ qua
hệ số lệch tâm k để đơn giản hoá việc tính toán).

- Dựng trục hoành (trục góc quay ) ngang bằng với đờng
nằm ngang thể hiện áp suất p
0
của môi trờng trên đồ thị công. Đối
với động cơ 2 kỳ quét vòng khi tính toán biểu thức P
k
và khi vẽ đồ
thị ta cũng coi nh áp suất phía dới đỉnh pít tông là không đổi và
bằng p
0
cho đơn giản.
- Trục tung thể hiện lực P
k
với tỷ lệ xích à
P
=à
p
.
4
2
D

MN
mn

Trong đó:
à
p
MPa
mm






là tỷ lệ xích áp suất trên đồ thị công.
Việc xác định quan hệ giữa chuyển vị pít tông và góc quay
có thể thực hiện bằng phơng pháp vòng tròn Brích, các bớc nh sau:
- Về phía dới trục hoành đồ thị công p - V vẽ nửa dới vòng
tròn Brích (để tiết kiệm diện tích) đờng kính AB bằng khoảng cách
từ ĐCT tới ĐCD trên đồ thị p - V, tâm 0, (đờng kính AB này tơng
ứng với S = 2R của động cơ thực); A tơng ứng với ĐCT.
- Về phía điểm chết dới, xác định điểm 0' sao cho
00
4
'
.
=
AB
- Từ 0' dựng tia tạo góc với 0'A, tia này cắt vòng tròn Brích
tại một điểm. Từ điểm đó dựng đờng song song với trục áp suất,
cắt đồ thị công tại điểm tơng ứng (với quá trình nạp, nén, dãn nở
hoặc thải). Từ giao điểm đó gióng ngang sang đồ thị lực khí thể và
cắt đờng thẳng đứng tơng ứng gióng từ trục lên. Giao điểm đó

chính là độ lớn của lực khí thể tại góc tơng ứng trên đồ thị lực
khí thể P
k
-.
- Lần lợt dựng góc lớn dần (ví dụ = 15
0
, 30
0
, 45
0
, 60
0
, )
12.56

mm
GVHD :Nguyễn Năng Thắng HVTH :Mai Hồng Cẩm
34
Đồ án Môn học KCTTĐCĐT
và tiến hành tơng tự nh trên ta đợc tập hợp các giao điểm trên đồ
thị P
k
- .
- Nối các giao điểm nhận đợc bằng đờng cong liên tục ta đợc
đồ thị biến thiên của lực khí thể theo góc quay của khuỷu trục
trong một chu trình công tác của xy lanh.
- Đối với động cơ 4 kỳ, trục hoành thể hiện góc từ 0
0
đến
720

0
(và nh vậy trục tung, tơng ứng với lực khí thể, lực quán tính P
j

và lực tổng P

sẽ nằm ở giữa ô N
0
2).
2. Quy dẫn khối l ợng chuyển động
2.1 Khối l ợng chuyển động tịnh tiến m
j
.
Khối lợng chuyển động tịnh tiến m
j
đợc xác định theo biểu
thức:
m
j
= m
p
+ m
c
+ m
g
+ m
1
+m
x
[kg]

Trong đó:
m
p
: khối lợng toàn bộ pít tông, [kg];
m
x
: khối lợng các xéc măng, [kg];
m
c
: khối lợng chốt pít tông và khoá hãm, [kg];
m
g
: khối lợng guốc trợt (nếu có), [kg].;
m
1
: khối lợng thanh truyền quy dẫn về đờng tâm chốt pít tông,
[kg].
m
j
= 5.241; m
2
=4.95
2.2. Khối l ợng thanh truyền và khuỷu trục .
+ Toàn bộ khối lợng thanh truyền đợc quy dẫn về đờng tâm
đầu nhỏ (tham gia chuyển động tịnh tiến) và về đờng tâm đầu to
(tham gia chuyển động quay) theo nguyên lý sau:
m
th
= m
1

+ m
2
m
1
l
1
= m
2
l
2
.
Phần khối lợng quy dẫn m
2
coi nh tập trung tại tâm cổ khuỷu,
quay xung quanh trục khuỷu với vận tốc , bán kính R gây nên lực
P
r2
.
+ Khối lợng khuỷu trục ký hiệu là m
kh
m
kh
cũng quay quanh đờng tâm trục khuỷu với vận tốc góc
và bán kính quay R gây nên lực quán tính ly tâm P
rk
nhng chỉ tác
dụng lên các bạc cổ trục mà thổi. Trong khi đó P
r2
vừa tác dụng lên
bề mặt cổ khuỷu vừa tác dụng lên bạc cổ trục.

3. Lực quán tính và tổng lực, lực tiếp tuyến và pháp tuyến
Lực quán tính do khối lợng chuyển động tịnh tiến m
j
gây nên
GVHD :Nguyễn Năng Thắng HVTH :Mai Hồng Cẩm
35
Đồ án Môn học KCTTĐCĐT
thờng đợc gọi tắt là lực quán tính chuyển động tịnh tiến và ký hiệu
là P
j
.
P
j
= - m
j
. R
2
(cos + cos 2).10
-6
[MN]
Trong đó:
R: bán kính quay của khuỷu trục, [m];
: vận tốc góc trục khuỷu, [
1 / s
];
: hệ số kết cấu của động cơ. = R/L
Lực P
j
thay đổi trong suốt chu trình công tác của động cơ và
đợc coi nh có phơng tác dụng trùng với phơng của lực khí thể P

k
.
Dấu (-) có ý nghĩa tợng trng về sự ngợc chiều giữa gia tốc và
lực quán tính.
Lực quán tính chuyển động quay P
r
do các khối lợng chuyển
động quay với vận tốc , bán kính R gây nên, ta có:
P
r2
= m
2
R
2
.10
-6
[MN]
P
rk
= m
kh
R
2
.10
-6
[MN]
P
r
= P
r2

+ P
rk
[MN]
m
kh
gồm có khối lợng m
ck
và các khối lợng quy dẫn của má
khuỷu m

.
m
kh
= m
ck
+ m

[kg]
m m
R
m


=
2
[kg]
2m
m
- phần khối lợng không cân bằng của hai má khuỷu coi
nh đợc tập trung tại trọng tâm cách đờng tâm trục khuỷu với bán kính

.
Tuy P
r2
, P
rk
có giá trị không đổi khi động cơ làm việc ở chế độ
= const nhng phơng tác dụng lại quay với vận tốc và luôn
trùng với phơng đờng tâm các má khuỷu (nói chính xác là phơng
của bán kính quay).
Tổng lực khí thể vàlực quán tính chuyển động tịnh tiến.
P

= P
k
+ P
j
[MN]
Để thuận tiện ta lập bảng biến thiên sau:
Bảng biến thiên của các loại lực
P
r2
= m
2
R.
2
.10
-6
= [MN]
Các trị số tức thời của lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z và
điền vào bảng theo các biểu thức sau:

0.28
0,5
>1/4
GVHD :Nguyễn Năng Thắng HVTH :Mai Hồng Cẩm
36
Đồ án Môn học KCTTĐCĐT
T P=
+

.
sin( )
cos


[MN]
Z P=
+

.
cos( )
cos


[MM]
4.Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu.
Q T Z P
ck
r
= + +

2
[MN]
(à
T
= à
Z
= à
Pr2
= 0.000353 MN/mm)
Đồ thị Véctơ phụ tải
GVHD :Nguyễn Năng Thắng HVTH :Mai Hồng Cẩm
37
Đồ án Môn học KCTTĐCĐT
Z
+ Xác định trị số tải trọng trung bình tác dụng lên bề mặt cổ
khuỷu:
Q
Q
i
ckTB
cki
i
i
=

[MN]
+ Hệ số va đập :
Tìm trên đồ thị Q
ckmax

và tính
=
Q
Q
ck
ckTB
max
=0.0266/0.01878
0.01878
1.417
5. đồ thị mài mòn cổ khuỷu
GVHD :Nguyễn Năng Thắng HVTH :Mai Hồng Cẩm
38
Đồ án Môn học KCTTĐCĐT
6.đồ thị tổng lực tiếp tuyến và mô men tổng
lực tiếp tuyến gây nên mô men làm quay các khuỷu của trục
khuỷu và truyền ra ngoài
M
e
= M
i
.
cơ
= T. R.
cơ
.
Nếu động cơ chỉ có một trị số góc lệch pha công tác, tức là:


=

180
0
.
i
thì chu trình biến thiên của lực T

cũng là .
Tổng lực tiếp tuyến:
Động cơ B55 là động cơ chữ V 4 kỳ 12 xilanh.Góc lệch pha
công tác là



=
180
0
.
i
=
12
4.180
= 60
0

1
t
6
p
5
t

2
p
3
t
4
p

0
0
660
0
600
0
540
0
480
0
360
0
6
t
1
p
2
t
5
p
4
t
3

p

GVHD :Nguyễn Năng Thắng HVTH :Mai Hồng Cẩm
39
Đồ án Môn học KCTTĐCĐT
180
0
60
0
480
0
120
0
240
0
120
0


Ta biết rằng lực tiếp tuyến gây nên momen làm quay các khuỷu
của trục khuỷu và truyền ra ngoài Momen xoắn Me, ta có :
M
e
=M
i
.
cơ
. =T.R.
cơ

Đi61 với động cơ nhiều xilanh ta xác định T

tb
và xác định
mômen xoắn có ích M
etb
:
M
etb
. = T

tb
.R.
cơ
10
6
[Nm]
Thực ra đồ thị T

- chính là đồ thị M
e
- với tỷ lệ xích mới :
à
Me
= à
T

.
cơ
.R.10

6
[Nm/mm]
Các bảng số liệu đã tính toán đợc cho trong phụ lục phía sau:
8.Tính toán bền chốt piston :
a- ứng suất uốn chốt:

( )
( )
[ ]


u
P
z
P
jp
b a
d
c o
MPa=







+

2 1 5

1 2
3
1
4
,
,
Trong đó:
d
c
: đờng kính ngoài của chốt, [m];
b: khoảng cách giữa hai bệ chốt, [m];
a: chiều dài tiếp xúc với bạc đầu nhỏ, [m];

t
: chiều dài chốt pít tông, [m];
GVHD :Nguyễn Năng Thắng HVTH :Mai Hồng Cẩm
40
Đồ án Môn học KCTTĐCĐT
d
t
: đờng kính trong của chốt; [m].

0
=
d
d
t
c
P
D

p
z z
=

2
4

[MN] lực khí thể đầu hành trình dãn nở (coi nh tại vị trí ứng
với ĐCT).
P
jp
= + (m
p
+m
x
+ m
k
+ m
c
) j
p
.10
-6
[MN]
( )
( )
[ ]


u

P
z
P
jp
b a
d
c o
MPa
=







+

2 1 5
1 2
3
1
4
,
,
mà ứng suất cho phép của chốt piston nằm trong giới hạn 150-250
Mpa của hợp kim thép.Vậy chốt piston có khả năng chịu uốn.
b- ứng suất cắt chốt.
Chốt pít tông chịu cắt tại tiết diện nằm giữa bệ chốt và bạc
đầu nhỏ và đợc xác định nh sau:

( )
( )
( )



=
+ +

0 85 1
1
0 0
2
2
0
4
, P P
d
Z jp
c
ứng suất cắt cho phép của chốt nằm trong khoảng 50-70 MPa .Vậy
chốt chịu cắt đợc.
0.0980.
0.015
120.932
67.31
MN
MPa
MPa
GVHD :Nguyễn Năng Thắng HVTH :Mai Hồng Cẩm

41
l 135 mm
b 40 mm
dt 20 mm
d 43 mm
a 55 mm
§å ¸n M«n häc KCTT§C§T
GVHD :NguyÔn N¨ng Th¾ng HVTH :Mai Hång CÈm
42