Tính toán và thiết kế nhóm piston-thanh truyền của động cơ XZ4-0112 theo các thông số kĩ thuật

Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112
MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
LỜI NÓI ĐẦU 3

LỜI NÓI ĐẦU
Những năm gần đầy, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh. Bên cạnh đó kỹ
thuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ. Trong đó phải nói đến ngành động lực và sản xuất
ôtô, chúng ta đã liên doanh với khá nhiều hãng ôtô nổi tiến trên thế giới cùng sản xuất và lắp
ráp ôtô. Để góp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật của ta phải tự nghiên
cứu và chế tạo, đó là yêu cầu cấp thiết. Có như vậy ngành ôtô của ta mới phát triển được.
Sau khi được học hai môn chính của ngành động cơ đốt trong (Nguyên lý động cơ đốt
trong, Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong) cùng một số môn cơ sở khác (sức bền vật liệu,

cơ lý thuyết, vật liệu học, ), sinh viên được giao nhiệm vụ làm đồ án môn học kết cấu và
tính toán động cơ đốt trong. Đây là một phần quan trọng trong nội dung học tập của sinh
viên, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiến thức đã học để giải
quyết một vấn đề cụ thể của ngành.
Trong đồ án này, em được giao nhiệm vụ tính toán và thiết kế nhóm piston-thanh
truyền của động cơ theo các thông số kĩ thuật. Đây là một nhóm chi tiết chính, không thể
thiếu trong động cơ đốt trong. Nó dùng để tiếp nhận lực khí thể do khí cháy sinh ra, biến
chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.
Trang 1
1
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112
Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu các tài liệu, làm

việc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án tốt nhất. Tuy nhiên, vì bản thân
còn ít kinh nghiệm cho nên việc hoàn thành đồ án lần này không thể không có những thiếu
sót.
Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô đã tận tình truyền đạt
lại những kiến thức quý báu cho em. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Trần Thanh
Hải Tùng đã quan tâm cung cấp các tài liệu, nhiệt tình hướng dẫn trong quá trình làm đồ án.
Em rất mong muốn nhận được sự xem xét và chỉ dẫn của các thầy để em ngày càng hoàn
thiện kiến thức của mình.
Đà Nẵng, ngày 01 tháng 12 năm 2012.
Sinh viên

Trần Văn Linh

1. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ XZ4-
0112.
1.1. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG.
1.1.1. CÁC SỐ LIỆU CHỌN TRƯỚC KHI TÍNH TOÁN.
p
r
= 0,108 (MN/m
2
) - Áp suất khí sót. [P
r
=(1,05-1,1)P
th

và P
th
=(1,02-1,04)P
o
]
p
a
= 0,080 (MN/m
2
) - Áp suất cuối quá trình nạp
[động cơ không tăng áp P
a

=(0,8-0,9) P
k
].
n
1
=1,35 - Chỉ số nén đa biến trung bình [n
1
=(1,34÷1,39)].
n
2
=1,25 - Chỉ số giãn nở đa biến trung bình [n
2

=(1,23÷1.27)]
ρ=1,00 - Tỉ số giản nở sớm.
1.1.2. XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG NÉN.
Phương trình đường nén: p.V
n1
= cosnt => p
c
.V
c
n1
= p
nx

.V
nx
n1
Rút ra ta có:
1
.
n
nx
c
cnx
V
V

pp








=

Trang 2

2
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112
Đặt :
c
nx
V
V
i =
.Ta có:
1
1
.

n
cnx
i
pp =
Trong đó: p
nx
và V
nx
là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường nén.
i là tỉ số nén tức thời.

==

1
.
n
ac
pp
ε
0,080.9,2
1,35
=1,60 (MN/m
2
)
1.1.3. XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG GIÃN NỞ.

Phương trình đường giãn nở: p.V
n2
= cosnt => p
z
.V
c
n2
= p
gnx
.V
gnx
n2

Rút ra ta có:
2
.
n
gnx
z
zgnx
V
V
pp









=
.
Với :
Cz
VV
=

(vì ρ=1) và đặt :
c
gnx
V
V
i =
.
Ta có:
2
1
.
n

znx
i
pp =
.
Trong đó p
gnx
và V
gnx
là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường giãn nở.
1.1.4. TÍNH V
a
, V

h
, V
c
.
V
a
= V
c
+V
h

( )

( ) ( )
2
2
3 3 3
. 0,077
.
. .0,086 0,40.10 0,40
4 4
h
D
V S m dm
π

π
−
= = = =
.

( )
3
0,40
0,049
1 9,2 1
h
C

V
V dm
ε
= = =
− −
.

( )
3
. 9,2.0,049 0,451
a C h c
V V V V dm

ε
= + = = =
.

( )
3
0,049
z c
V V dm
= =
.
Cho i tăng từ 1 đến

ε
ta lập được bảng xác định tọa độ các điểm trên đường nén và
đường giãn nở.
Bảng 1-1: Bảng giá trị đồ thị công
V i V(dm
3
) V(mm) Đường nén Đường giản nở
Trang 3
3
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112
i
n1

P
c
/(i
n1
) P
n
(mm) i
n2
P
z
/(i
n2

) P
gn
(mm)
1Vc 1 0.049 20.0 1 1.6 61.5 1 5.2 200
1.5Vc 1.5 0.0735 30.0 1.729 0.926 35.6 1.660 3.132 120.5
2Vc 2 0.098 40.0 2.549 0.628 24.1 2.378 2.186 84.1
2.5Vc 2.5 0.1225 50.0 3.445 0.464 17.9 3.144 1.654 63.6
3Vc 3 0.147 60.0 4.407 0.363 14.0 3.948 1.317 50.7
3.5Vc 3.5 0.1715 70.0 5.426 0.295 11.3 4.787 1.086 41.8
4Vc 4 0.196 80.0 6.498 0.246 9.5 5.657 0.919 35.4
4.5Vc 4.5 0.2205 90.0 7.618 0.210 8.1 6.554 0.793 30.5
5Vc 5 0.245 100.0 8.782 0.182 7.0 7.477 0.695 26.7

5.5Vc 5.5 0.2695 110.0 9.988 0.160 6.2 8.423 0.617 23.7
6Vc 6 0.294 120.0 11.233 0.142 5.5 9.391 0.554 21.3
6.5Vc 6.5 0.3185 130.0 12.515 0.128 4.9 10.379 0.501 19.3
7Vc 7 0.343 140.0 13.832 0.116 4.4 11.386 0.457 17.6
7.5Vc 7.5 0.3675 150.0 15.182 0.105 4.1 12.412 0.419 16.1
8Vc 8 0.392 160.0 16.564 0.097 3.7 13.454 0.386 14.9
8.5Vc 8.5 0.4165 170.0 17.977 0.089 3.4 14.514 0.358 13.8
9Vc 9 0.441 180.0 19.419 0.082 3.2 15.588 0.334 12.8
9.2Vc 9.2 0.4508 184.0 20.004 0.080 3.1 16.023 0.325 12.5
XÁC ĐỊNH CÁC ĐIỂM ĐẶC BIỆT VÀ HIỆU CHỈNH ĐỒ THỊ CÔNG.
• Điểm r(V
c

,P
r
) V
c
-thể tích buồng cháy V
c
=0,049 [l]
P
r
-áp suất khí sót, phụ thuộc vào tốc độ động cơ .
chọn P
r

=0,108 [MN/m
2
].
Trang 4
4
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112
vậy : r(0,049 ;0,108)
• Điểm a(V
a
;P
a
)

Với V
a
=ε.V
c
=9,2.0,049=0,451 [l].
P
a
=0,080 [MN/m
2
]
vậy điểm a(0,451 ;0,080).
• Điểm b(V

a
;P
b
).
với P
b
: áp suất cuối quá trình giãn nở.

2
2
2 1,25
5,2

. 0,320[ / ]
9,2
n
b z
n
P P MN m
ρ
ε
= = =
.
vậy điểm b(0,451;0,320).
Các điểm đặc biệt:

r(V
c
; p
r
) = (0,049 ; 0,108) ; a(V
a
; p
a
) = (0,451 ; 0,080)
b(V
a
; p

b
) = (0,451 ; 0,320) ; c(V
c
; p
c
) = (0,049 ; 1,60)
z(V
c
; p
z
) = (0,049 ; 5,2).
* VẼ ĐỒ THỊ CÔNG: Để vẽ đồ thị công ta thực hiện theo các bước như sau:

+ Chọn tỉ lệ xích:
( )
2
5,2
0,026 / /
200
p
MN m mm
µ
= =
.

( )
3
0,040
0,00245 /
20
v
dm mm
µ
= =
.
+ Vẽ hệ trục tọa độ trong đó: trục hoành biểu diễn thể tích xi lanh, trục tung biểu diễn áp
suất khí thể.

+ Từ các số liệu đã cho ta xác định được các tọa độ điểm trên hệ trục tọa độ. Nối các tọa độ
điểm bằng các đường cong thích hợp được đường cong nén và đường cong giãn nở.
+ Vẽ đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải bằng hai đường thẳng song song với
trục hoành đi qua hai điểm P
a
và P
r
. Ta có được đồ thị công lý thuyết.
+ Hiệu chỉnh đồ thị công:
- Vẽ đồ thị brick phía trên đồ thị công. Lấy bán kính cung tròn R bằng ½ khoảng
cách từ V
a

đến V
c
(R=S/2).
Trang 5
5
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112
- Tỉ lệ xích đồ thị brick:
( )
86
0,5266 /
163,3
s

hbd
S
mm mm
V
µ
= = =
.
- Lấy về phía phải điểm O’ một khoảng : OO’
.2
.R
λ
=

.
- Giá trị biểu diễn : OO’
. 0,24.43
9,8
2. 2.0,5266
s
R
λ
µ
= = =
(mm)
- Dùng đồ thị Brick để xác định các điểm:

• Đánh lửa sớm (c’).
• Mở sớm (b’) đóng muộn (r’’) xupap thải.
• Mở sớm (r’) đóng muộn (d ) xupap hút.
- Áp suất cực đại của chu trình thực tế thường nhỏ hơn áp suất cực đại trong tính toán :
p
z’
= 0,85.p
z
= 0,85.5,2 = 4,42 (MN/m
2
)
Vẽ đường đẳng áp p

z’
= 4,42 (MN/m
2
).
Điểm z’ được xác định bằng trung điểm của đoạn thẳng giới hạn bởi đường đẳng tích V
c
và đường cháy giản nở.
- Áp suất cuối quá trình nén thực tế p
c’’
.
Áp suất cuối quá trình nén thực tế thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết do
sự đánh lửa sớm.

p
c’’
= p
c
+
3
1
.( p
z’
-p
c
)

p
c’’
= 1,60 +
3
1
.( 4,42 - 1,60 ) = 2,54 (MN/m
2
)
Nối các điểm c’, c’’, z’ lại thành đường cong liên tục và dính vào đường giãn nở.
- Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế p
b’’
:

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn nở lý
thuyết do mở sớm xupap thải.
P
b’’
= p
r
+
2
1
.( p
b
- p

r
)
Trang 6
6
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112
P
b’’
= 0,108 +
2
1
.( 0,32 - 0,108 ) = 0,214(MN/m
2

).
Nối các điểm b’, b’’ và tiếp dính với đường thải p
rx
.
- Nối điểm r với r’’, r’’ xác định từ đồ thị Brick bằng cách gióng đường song song với
trục tung ứng với góc 3 độ trên đồ thi Brick cắt đường nạp p
ax
tại r’’.
*) Sau khi hiệu chỉnh ta nối các điểm lại thì được đồ thị công thực tế.
Trang 7
7
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112

µP=0,0295 [ MN/m².mm]
µv=0,002875 [dm³/mm]
µs=0,5842 [mm/mm]
o
o'
4
0
°
6
3
°
3°

1
0
°
1
2
°
b
b''
a
d
r'
r

r''
1Vc 2Vc 3Vc 4Vc 5Vc 6Vc 7Vc 8Vc 9Vc 10Vc
Vc [dm³]
0
2,99
5,015
5,9
P(MN/m
²
)
c'
z

z'
P
j
m
i
n
P
j
m
a
x
0

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

13
14
15
16
17
18
10
2
3
4
5
6

7
7'
6'
5'
2'
1
Hình 1.1- Đồ thị công
Trang 8
8


R

C
x
l
O
CD
CT
A
B
B'
S
O - Giao õióứm cuớa õổồỡng tỏm xi lanh vaỡ õổồỡng tỏm truỷc khuyớu.
C - Giao õióứm cuớa õổồỡng tỏm thanh truyóửn vaỡ õổồỡng tỏm chọỳt khuyớu.

B' - Giao õióứm cuớa õổồỡng tỏm xy lanh vaỡ õổồỡng tỏm chọỳt piston.
A - Vở trờ chọỳt piston khi piston ồớ CT
B - Vở trờ chọỳt piston khi piston ồớ CD
R - Baùn kờnh quay cuớa truỷc khuyớu (m)
l - Chióửu daỡi cuớa thanh truyóửn (m)
S - Haỡnh trỗnh cuớa piston (m)
x - ọỹ dởch chuyóứn cuớa piston tờnh tổỡ CT ổùng vồùi goùc quay truỷc khuyớu (m)
- Goùc lừc cuớa thanh truyóửn ổùng vồùi goùc (õọỹ)
Tớnh toỏn thit k ng c XZ4-0112
1.2. NG HC V NG LC HC CĐA C CâU TRC KHUêU THANH
TRUYôN .
ng c t trong kiu piston thng cú vn tc ln ,nờn vic nghiờn cu tớnh toỏn ng

hc v ng lc hc ca c cu trc khuu thanh truyn (KTTT)l cn thit tỡm quy lut
vn ng ca chỳng v xỏc nh lc quỏn tớnh tỏc dng lờn cỏc chi tit trong c cu
KTTT nhm mc ớch tớnh toỏn cõn bng ,tớnh toỏn bn ca cỏc chi tit v tớnh toỏn hao mũn
ng c
Trong ng c t trong kiu piston c cu KTTT cú 2 loi loi giao tõm v loi lch tõm .
Ta xột trng hp c cu KTTT giao tõm .
1.2.1 NG LC HC CĐA C CâU GIAO TM :
C cu KTTT giao tõm l c cu m ng tõm xilanh trc giao vi ng tõm trc
khuu ti 1 im (hỡnh v).
Hỡnh 1.2. S c c%u KTTT giao tõm .
1.2.1.1 XC NH DCH CHUYN (X) CĐA PISTON BNG PHNG PHP
TH BRICK.

-Theo phng phỏp gii tớch chuyn dch x ca piston c tớnh theo cụng thc :
Trang 9
9
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112

( ) ( )







−+−≈
α
λ
α
2cos1
4
cos1.Rx
.
-Các bước tiến hành vẽ như sau:
+ chọn tỷ lệ xích
( )
86

0,5266 /
163,3
s
hbd
S
mm mm
V
µ
= = =

2=
α

µ
(độ/mm)
+ Đồ thị Brick có nửa đường tròn tâm O bán kính R = S/2. Lấy bán kính R bằng ½
khoảng cách từ V
a
đến V
c
.
+ Lấy về phía phải điểm O’ một khoảng
OO’
. 0,24.43
9,8

2. 2.0,5266
s
R
λ
µ
= = =
(mm)
+ Từ tâm O’ của đồ thị brick kẻ các tia ứng với 10
0
; 20
0
…180

0
. Đồng thời đánh số thứ tự
từ trái qua phải 0,1,2…18.
+ Chọn hệ trục tọa độ với trục tung biểu diễn góc quay trục khuỷu, trục hoành biểu diễn
khoảng dịch chuyển của piston.
+ Gióng các điểm ứng với 10
0
; 20
0
…180
0
đã chia trên cung tròn đồ thị brick xuống cắt các

đường kẻ từ điểm 10
0
; 20
0
…180
0
tương ứng ở trục tung của đồ thị x=f(α) để xác định
chuyển vị tương ứng.
+ Nối các giao điểm ta có đồ thị biểu diễn hành trình của piston x = f(α).
1.2.1.2. ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN TỐC ĐỘ C§A PISTON V=f(α).
* Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng của Nguyễn Đức Phú.
+ Xác định vận tốc của chốt khuỷu:

ω =
30
.n
π
=
.6040
30
π
= 632,5 (rad/s)
+ Chọn tỷ lệ xích
ωµµ
.

svt
=
=
632,5.0,5266 333,07
=
(mm/s/mm)
+ Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính R
1
phía dưới đồ thị x(α) với
R
1
= R ω.=43.632,5=27197,5 (mm/s).

Trang 10
10
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112
Giá trị biểu diễn: R
1
=
27197,5
81,65( )
333,07
mm=
+ Vẽ đường tròn tâm O bán kính R
2

với:
R
2
= R.
vt
µ
λω
.2
.
= 43.
632,5.0,24
2.333,07

= 9,89.(mm)
+ Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính
1
R
thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0,1,2
…18.
+ Chia vòng tròn tâm O bán kính
2
R
thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0’, 1’,
2’…18’ theo chiều ngược lại.
+ Từ các điểm 0;1;2… kẻ các đường thẳng góc với AB cắt các đường song song với AB kẻ

từ các điểm 0’, 1’, 2’…tương ứng tạo thành các giao điểm. Nối các giao điểm này lại ta có
đường cong giới hạn vận tốc của piston. Khoảng cách từ đường cong này đến nửa đường
tròn biểu diễn trị số tốc độ của piston ứng với các góc α.
Trang 11
11
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112
6
7
8
9
10
11

12
13
14
15
16
17
18
B
A
0'
1'
2'

3'
4'
5'
6'
7'
8'
9'
10'
11'
12'
13'
14'

15'
16'
17'
0
1
2
3
4
5
6
7
8

9
10
11
12
13 14
1516
17
18
20
40
60
80

100
120
140
160
180
V[mm/s]
X[mm]
0
1
2
3
4

5
*) Biểu diễn v = f(x)
Để khảo sát mối quan hệ giữa hành trình piston và vận tốc của piston ta đặt chúng cùng
chung hệ trục toạ độ.
Trang 12
α [độ]
X = f(α)
Hình 1.3 - Đồ thị chuyển vị
V = f(x)
Hình 1.4 - Đồ thị vận tốc
( )
α

fv =
12
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112
Trên đồ thị chuyển vị x = f(α) lấy trục Ov ở bên phải đồ thị song song với trục Oα, trục
ngang biểu diễn hành trình của piston.
Từ các điểm 0
0
, 10
0
, 20
0
, ,180

0
trên đồ thị Brick ta gióng xuống các đường cắt đường Ox
tại các diểm 0, 1, 2, ,18. Từ các điểm này ta đặt các đoạn tương ứng từ đồ thị vận tốc, nối
các điểm của đầu còn lại của các đoạn ta có đường biểu diễn v = f(x).
1.2.1.3 ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN GIA TỐC
( )
xfJ =
.
Để vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston ta sử dụng phương pháp Tole.
+ Chọn hệ trục tọa độ với trục Ox là trục hoành, trục tung là trục biểu diễn giá trị gia tốc.
+ Chọn tỉ lệ xích:
266,64

j
µ
=
(m/s
2
.mm)
+ Trên trục Ox lấy đoạn AB = S=2R=86 mm.
Giá trị biểu diễn: AB=
86
163,3
0,5266
s

s
µ
= =
(mm)
Tính:
( )
( )
( )
( )
2 2 2
max
. . 1 0,043. 632,5 . 1 0,24 21331j R m s

ω λ
= + = + =
.
( )
( )
( )
( )
2 2 2
min
. . 1 0,043. 632,5 . 1 0,24 13073,8j R m s
ω λ
= − − = − − = −

.
EF = -3.R.λ.ω
2
= -3.0,043.0,24.632,5
2
= -12385,7(m/s
2
).
+ Từ điểm A tương ứng với điểm chết trên lấy lên phía trên một đoạn:
AC =
max
21331

80( )
266,64
j
j
mm
µ
= =
.
Từ điểm B tương ứng với điểm chết dưới lấy xuống dưới một đoạn:
BD =
min
13073,8

49,03( )
266,64
j
j
mm
µ
= =
.
Nối C với D. Đường thẳng CD cắt trục hoành Ox tại E. Từ E lấy xuống dưới một đoạn EF=
12385,7
46,46( )
266,64

mm=
. Nối CF và FD, đẳng phân định hướng CF thành 8 phần bằng nhau và
đánh số thứ tự 0;1;2…đẳng phân định FD thành 8 phần bằng nhau và đánh số thứ tự
Trang 13
13
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112
0’;1’;2’…vẽ các đường bao trong tiếp tuyến 11’;22’;33’…Ta có đường cong biểu diễn quan
hệ
( )
xfj =
.
C

A
E
B
D
F
0
1'
2'
3'
4'
5'
6'

7'
7
6
5
4
3
2
1
jmax
j
min

µ
j
= 240,4861[(m/s
2
)/mm]
Hình 1.5 - Đồ thị gia tốc
( )
xfJ =
Trang 14
j=f(α)
14
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112

1.2.2. TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC.
1.2.2.1. ĐƯỜNG BIỂU DIỄN LỰC QUÁN TÍNH C§A KHỐI LƯỢNG CHUYỂN ĐỘNG
TỊNH TIẾN
( )
xfP
J
=−
.
Vẽ theo phương pháp Tole với trục hoành đặt trùng với
0
P
ở đồ thị công, trục tung biểu

diễn giá trị
j
P
.
Vẽ đường biểu diễn lực quán tính được tiến hành theo các bước như sau:
+ Chọn tỉ lệ xích trùng với tỉ lệ xích đồ thị công: = = 0,026
+ Xác định khối lượng chuyển động tịnh tiến:
m’ = m
pt
+ m
1
Trong đó: m’ - Khối lượng chuyển động tịnh tiến (kg).

m
pt
= 0,7 (kg) - Khối lượng nhóm piston.
m
1
-

Khối lượng thanh truyền qui về tâm chốt piston (kg).
Theo công thức kinh nghiệm:
m
1
= (0,275 ÷ 0,35).m

tt
. Lấy m
1
= 0,28.0,8 = 0,224 (kg).
m
tt
= 0,8 (kg) - Khối lượng nhóm thanh truyền.
=> m’ = 0,7 + 0,224 = 0,924 (kg).

Để đơn giản hơn trong tính toán và vẽ đồ thị ta lấy khối lượng trên một đơn vị diện tích
của một đỉnh piston:
m =

pt
F
m'
=
2
0,924.4
.0,077
π
= 198,4 (kg/m
2
)
Áp dụng công thức tính lực quán tính: p

j
= - m.j , ta có:
p
jmax
= - m.j
max
= -198,4. 21331 = -4,23 (MN/m
2
).
p
jmin
= -m.j

min
= 198,4.13073,8 = 2,59 (MN/m
2
)
Đoạn: EF = - m.j
EF
= 198,4.12385,7 = 2,46 (MN/m
2
)
Giá trị biểu diễn:
Trang 15
15

AC= 162,7 mm
BD= -99,6 mm
EF= -94,6 mm
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112
1.2.2.2. KHAI TRIỂN CÁC ĐỒ THỊ.
a) Khai triển đồ thị công trên tọa độ p-V thành p=f(α).
Để biểu diễn áp suất khí thể p
kt
theo góc quay của trục khuỷu α ta tiến hành như sau:
+ Vẽ hệ trục tọa độ p - α. Trục hoành đặt ngang với đường biểu diễn p
0
trên đồ thị công.

+ Chọn tỉ lệ xích:
2=
α
µ
(độ/mm).
= 0,026
+ Dùng đồ thị Brick để khai triển đồ thị p-v thành p-α.
+ Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, dựng các đường song song với trục Op cắt đồ thị
công tại các điểm trên các đường biểu diễn quá trình: nạp, nén, cháy - giãn nở, xả.
+ Qua các giao điểm này ta kẻ các đường song song với trục hoành gióng sang hệ toạ độ p-
α . Từ các điểm chia tương ứng 0
0

, 10
0
, 20
0
,… trên trục hoành của đồ thị p-α ta kẻ các
đường thẳng đứng cắt các đường trên tại các điểm ứng với các góc chia trên đồ thị Brick và
phù hợp với các quá trình làm việc của động cơ. Nối các điểm lại bằng đường cong thích
hợp ta được đồ thị khai triển p-α.
b) Khai triển đồ thị
( )
xfp
J

=
thành
( )
α
fp
J
=
.
Đồ thị
( )
xfp
J

=−
biểu diễn đồ thị công có ý nghĩa kiểm tra tính năng tốc độ của động cơ.
Khai triển đường
( )
xfp
J
=

thành
( )
α
fp

J
=
cũng thông qua đồ thị brick để chuyển tọa
độ. Việc khai triển đồ thị tương tự khai triển P-V thành P=f(α). Nhưng lưu ý ở tọa độ p-α
phải đặt đúng trị số dương của p
j
.
c) Vẽ đồ thị
( )
α
fp
=

1
.
Theo công thức
jkt
ppp +=
1
. Ta đã có p
kt
=f (α) và
( )
α
fp

J
=
. Vì vậy việc xây
dựng đồ thị p
1
= f(α) được tiến hành bằng cách cộng đại số các toạ độ điểm của 2 đồ thị
p
kt
=f(α) và p
j
=f(α) lại với nhau ta được tọa độ điểm của đồ thị p
1

=f(α) . Dùng một đường
cong thích hợp nối các toạ độ điểm lại với nhau ta được đồ thị p
1
=f(α).
Trang 16
16
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112

Hình 1.6 - Đồ thị khai triển P
kt
, P
j

, P
1.
1.2.2.3. VẼ ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN LỰC TIẾP TUYẾN T = f(α), LỰC PHÁP TUYẾN Z=f(α)
VÀ LỰC NGANG N = f(α).
Các đồ thị: T = f(α), Z = f(α), N = f(α) được vẽ trên cùng một hệ toạ độ.
Áp dụng các công thức:

( )
( )
β
βα
cos

sin
.
1
+
= PT

( )
( )
β
βα
cos
cos

.
1
+
= PZ

( )
β
tgPN .
1
=
Quá trình vẽ các đường này được thực hiên theo các bước sau:
+ Chọn tỉ lệ xích:

2
=
α
µ
(độ/mm).
= 0,026 .
Trang 17
17
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112
+ Căn cứ vào trị số
0,24
R

L
λ
= =
. Tra các bảng phụ lục 2p, 7p, 11p trong sách Kết Cấu Và
Tính Toán Động Cơ đốt Trong - Tập 1 ta có các giá trị của:
( )
( )
β
βα
cos
sin +
;

( )
( )
β
βα
cos
cos +
và
( )
β
tg
.
Dựa vào đồ thị khai triển p= f(α) ta có các giá trị của p

1
. Từ đó ta lập được bảng sau:
Bảng 1-2: Bảng giá trị T, N, Z-α
α (độ) P
1
(mm) T (mm) Z(mm) tanβ N(mm)
0 -162.8874 0.0000 0.0000 1.0000 -162.8874 0.0000 0.0000
10 -159.6686 0.2147 -34.2850 0.9776 -156.0864 0.0417 -6.6601
20 -148.2797 0.4194 -62.1909 0.9115 -135.1604 0.0824 -12.2127
30 -130.2344 0.6047 -78.7501 0.8056 -104.9153 0.1209 -15.7419
40 -106.8368 0.7624 -81.4520 0.6657 -71.1192 0.1561 -16.6813
50 -79.72528 0.8863 -70.6582 0.4995 -39.8234 0.1870 -14.9117

60 -50.71051 0.9723 -49.3042 0.3160 -16.0236 0.2125 -10.7753
70 -21.60147 1.0189 -22.0090 0.1245 -2.6892 0.2315 -5.0005
80 5.9613875 1.0270 6.1226 -0.0659 -0.3929 0.2432 1.4501
90 30.647125 1.0000 30.6471 -0.2472 -7.5768 0.2472 7.5768
100 51.534308 0.9426 48.5746 -0.4132 -21.2939 0.2432 12.5355
110 68.159663 0.8605 58.6526 -0.5595 -38.1387 0.2315 15.7783
120 80.511483 0.7598 61.1712 -0.6840 -55.0714 0.2125 17.1076
130 88.970469 0.6458 57.4587 -0.7861 -69.9368 0.1870 16.6409
140 94.206976 0.5232 49.2871 -0.8664 -81.6217 0.1561 14.7093
150 97.048788 0.3953 38.3654 -0.9265 -89.9120 0.1209 11.7306
160 98.336935 0.2646 26.0224 -0.9679 -95.1766 0.0824 8.0993
170 98.788282 0.1326 13.0964 -0.9921 -98.0030 0.0417 4.1206

180 98.882562 0.0000 0.0000 -1.0000 -98.8826 0.0000 0.0000
190 98.928282 -0.1326 -13.1149 -0.9921 -98.1419 -0.0417 -4.1265
200 98.616935 -0.2646 -26.0965 -0.9679 -95.4476 -0.0824 -8.1224
210 97.468788 -0.3953 -38.5314 -0.9265 -90.3011 -0.1209 -11.7814
220 94.766976 -0.5232 -49.5801 -0.8664 -82.1069 -0.1561 -14.7967
Trang 18
18
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112
230 89.670469 -0.6458 -57.9108 -0.7861 -70.4871 -0.1870 -16.7719
240 81.351483 -0.7598 -61.8094 -0.6840 -55.6459 -0.2125 -17.2861
250 69.459663 -0.8605 -59.7713 -0.5595 -38.8661 -0.2315 -16.0792
260 53.434308 -0.9426 -50.3655 -0.4132 -22.0790 -0.2432 -12.9977

270 33.647125 -1.0000 -33.6471 -0.2472 -8.3184 -0.2472 -8.3184
280 10.261388 -1.0270 -10.5389 -0.0659 -0.6762 -0.2432 -2.4960
290 -15.40147 -1.0189 15.6920 0.1245 -1.9173 -0.2315 3.5653
300 -41.91051 -0.9723 40.7483 0.3160 -13.2429 -0.2125 8.9054
310 -66.62528 -0.8863 59.0480 0.4995 -33.2798 -0.1870 12.4615
320 -87.33678 -0.7624 66.5852 0.6657 -58.1384 -0.1561 13.6366
330 -100.7344 -0.6047 60.9120 0.8056 -81.1505 -0.1209 12.1761
340 -103.2797 -0.4194 43.3172 0.9115 -94.1419 -0.0824 8.5064
350 -95.66859 -0.2147 20.5426 0.9776 -93.5222 -0.0417 3.9905
360 0.4385725 0.0000 0.0000 1.0000 0.4386 0.0000 0.0000
370 7.3314066 0.2147 1.5742 0.9776 7.1669 0.0417 0.3058
380 -8.279745 0.4194 -3.4727 0.9115 -7.5472 0.0824 -0.6819

390 -37.23437 0.6047 -22.5149 0.8056 -29.9956 0.1209 -4.5006
400 -42.33678 0.7624 -32.2774 0.6657 -28.1828 0.1561 -6.6104
410 -33.22528 0.8863 -29.4466 0.4995 -16.5963 0.1870 -6.2144
420 -16.71051 0.9723 -16.2471 0.3160 -5.2802 0.2125 -3.5508
430 4.1985319 1.0189 4.2777 0.1245 0.5227 0.2315 0.9719
440 26.161388 1.0270 26.8690 -0.0659 -1.7241 0.2432 6.3636
450 47.347125 1.0000 47.3471 -0.2472 -11.7054 0.2472 11.7054
460 65.434308 0.9426 61.6763 -0.4132 -27.0374 0.2432 15.9166
470 80.159663 0.8605 68.9789 -0.5595 -44.8533 0.2315 18.5562
480 91.211483 0.7598 69.3009 -0.6840 -62.3904 0.2125 19.3812
490 98.570469 0.6458 63.6586 -0.7861 -77.4831 0.1870 18.4365
500 102.90698 0.5232 53.8388 -0.8664 -89.1594 0.1561 16.0677

510 104.64879 0.3953 41.3698 -0.9265 -96.9531 0.1209 12.6493
520 104.83694 0.2646 27.7424 -0.9679 -101.4677 0.0824 8.6347
530 103.78828 0.1326 13.7592 -0.9921 -102.9633 0.0417 4.3292
540 102.48256 0.0000 0.0000 -1.0000 -102.4826 0.0000 0.0000
Trang 19
19
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112
550 101.48828 -0.1326 -13.4543 -0.9921 -100.6815 -0.0417 -4.2333
560 100.13694 -0.2646 -26.4987 -0.9679 -96.9188 -0.0824 -8.2476
570 98.248788 -0.3953 -38.8398 -0.9265 -91.0238 -0.1209 -11.8757
580 95.206976 -0.5232 -49.8103 -0.8664 -82.4881 -0.1561 -14.8654
590 89.720469 -0.6458 -57.9431 -0.7861 -70.5264 -0.1870 -16.7812

600 81.185483 -0.7598 -61.6833 -0.6840 -55.5324 -0.2125 -17.2508
610 68.833663 -0.8605 -59.2326 -0.5595 -38.5159 -0.2315 -15.9343
620 52.208308 -0.9426 -49.2099 -0.4132 -21.5724 -0.2432 -12.6994
630 31.321125 -1.0000 -31.3211 -0.2472 -7.7434 -0.2472 -7.7434
640 6.6353875 -1.0270 -6.8149 -0.0659 -0.4373 -0.2432 -1.6140
650 -20.92747 -1.0189 21.3223 0.1245 -2.6053 -0.2315 4.8445
660 -50.03651 -0.9723 48.6489 0.3160 -15.8106 -0.2125 10.6321
670 -79.05128 -0.8863 70.0608 0.4995 -39.4867 -0.1870 14.7857
680 -106.1628 -0.7624 80.9381 0.6657 -70.6705 -0.1561 16.5761
690 -129.5604 -0.6047 78.3425 0.8056 -104.3724 -0.1209 15.6604
700 -147.6057 -0.4194 61.9082 0.9115 -134.5460 -0.0824 12.1572
710 -158.9946 -0.2147 34.1403 0.9776 -155.4275 -0.0417 6.6320

720 -162.8874 0.0000 0.0000 1.0000 -162.8874 0.0000 0.0000

+ Vẽ hệ trục tọa Decac trong đó trục hoành biểu thị giá trị góc quay trục khuỷu, trục tung
biểu diễn giá trị của T, N, Z. Từ bảng 1-2 ta xác định được tọa độ các điểm trên hệ trục, nối
các điểm lại bằng các đường cong thích hợp cho ta đồ thị biểu diễn:
( )
α
fT =

( )
α
fZ =

;
( )
α
fN =
.
+ Việc vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến
( )
α
fT
=
, lực pháp tuyến
( )

α
fZ =
và lực ngang
( )
α
fN =
cho ta mối quan hệ giữa chúng cũng như tạo tiền đề cho việc tính toán và thiết kế
về sau nhằm bảo đảm độ ổn định ngang, độ ổn định dọc của động cơ, phụ tải tác dụng lên
chốt khuỷu, đầu to thanh truyền …đồng thời là cơ sở thiết kế các hệ thống khác như hệ
thống làm mát, hệ thống bôi trơn…
Trang 20
20

Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112
Hình 1.7. Đồ thị N-T-Z =f(α).
1.2.2.4. VẼ ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN ΣT = f(α).
Để vẽ đồ thị tổng T ta thực hiện theo những bước sau:
+ Lập bảng xác định góc
i
α
ứng với góc lệch các khuỷu theo thứ tự làm việc.
+ Góc lệch khuỷu trục của 2 xi lanh làm việc kế tiếp nhau:
0
180
4

4.180.180
===
i
k
τ
α
.
+ Thứ tự làm việc của động cơ là: 1-3-4-2. Ta có bảng xác định góc lệch công tác và thứ tự
làm việc của các khuỷu trục
Trang 21
21
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112

Bảng 1-3: Thứ tự làm việc của động cơ
Xi lanh Tên kỳ làm việc α
i
o
1 Nạp Nén Cháy-giãn nở Thải 0
2 Nén Cháy-giãn nở Thải Nạp 180
3 Thải Nạp Nén Cháy-Giãn nở 540
4 Cháy-giãn nở Thải Nạp Nén 360
0
0
180
0

360
0
540
0
720
0


+ Sau khi lập bảng xác định góc
i
α
ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc, dựa vào bảng

tính N, T, Z và lấy tỉ lệ xích μ
ΣT
= 0,1474 , ta lập được bảng tính
( )
α
fT =
∑
. Trị số của
i
T
ta
đã tính, căn cứ vào đó tra bảng các giá trị

i
T
đã tịnh tiến theo
α
.Cộng tất cả các giá trị của
i
T
ta có
4321
TTTTT +++=
∑
.

Bảng 1-4: Bảng giá trị ∑T-α
α1 T1 α2 T2 α3 T3 α4 T4 ΣT ΣTve
0 0.0000 180 0.0000 540 0.0000 360 0.0000 0.0000 0.0000
10 -0.9068 190 -0.3469 550 -0.3558 370 0.0256 -1.5839 -10.7432
20 -1.6448 200 -0.6903 560 -0.7008 380 -0.1181 -3.1540 -21.3932
30 -2.0827 210 -1.0192 570 -1.0273 390 -0.6206 -4.7498 -32.2172
40 -2.1541 220 -1.3115 580 -1.3175 400 -0.8756 -5.6587 -38.3816
50 -1.8686 230 -1.5318 590 -1.5326 410 -0.7971 -5.7301 -38.8662
60 -1.3037 240 -1.6349 600 -1.6316 420 -0.4443 -5.0145 -34.0121
70 -0.5818 250 -1.5808 610 -1.5668 430 0.1017 -3.6276 -24.6055
80 0.1623 260 -1.3317 620 -1.3017 440 0.7017 -1.7693 -12.0011
90 0.8110 270 -0.8890 630 -0.8285 450 1.2452 0.3387 2.2972

100 1.2852 280 -0.2772 640 -0.1803 460 1.6258 2.4535 16.6415
110 1.5517 290 0.4175 650 0.5639 470 1.8202 4.3533 29.5276
120 1.6183 300 1.0813 660 1.2867 480 1.8297 5.8159 39.4482
130 1.5200 310 1.5667 670 1.8531 490 1.6812 6.6211 44.9094
140 1.3039 320 1.7676 680 2.1408 500 1.4222 6.6344 45.0000
150 1.0149 330 1.6189 690 2.0721 510 1.0930 5.7990 39.3337
160 0.6884 340 1.1541 700 1.6375 520 0.7331 4.2131 28.5764
Trang 22
22
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112
170 0.3465 350 0.5495 710 0.9030 530 0.3637 2.1626 14.6685
180 0.0000 360 0.0000 720 0.0000 540 0.0000 0.0000 0.0000

+ Nhận thấy tổng T lặp lại theo chu kỳ 180
0
vì vậy chỉ cần tính tổng T từ 0
0
đến 180
0
sau đó
suy ra cho các chu kỳ còn lại.
+ Vẽ đồ thị tổng T bằng cách nối các tọa độ điểm
( )
i
ii

Ta
∑
= ;
α
bằng một đường cong
thích hợp cho ta đường cong biểu diễn đồ thị tổng T.
Hình 1.8. Đồ thị
( )
α
fT =
∑
+ Sau khi đã có đồ thị tổng

( )
α
fT =
∑
ta vẽ
tb
T
∑
(đại diện cho mô men cản). Phương
pháp xác định
tb
T

∑
như sau:
49,05
2,58( )
18 18
i
tb
T
T mm
∑
= = =
∑

.
1.2.2.5. ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN CHỐT KHUªU.
Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốt khuỷu ở
mỗi vị trí của chốt khuỷu. Sau khi có đồ thị này ta tìm được trị số trung bình của phụ tải tác
dụng lên chốt khuỷu, cũng có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất và bé nhất, dùng đồ thị phụ
Trang 23
ΣΤ
tb
23
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112
tải có thể xác định được khu vực chịu tải ít nhất để xác định vị trí lỗ khoan dẫn dầu bôi trơn
và để xác định phụ tải khi tính sức bền ổ trục.

Các bước tiến hành vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu được tiến hành như sau:
+ Vẽ hệ trục toạ độ TO’Z trong đó trục hoành O’T có chiều dương từ tâm O’ về phía phải
còn trục tung O’Z có chiều dương hướng xuống dưới.
+ Chọn tỉ lệ xích µ
T
= 0,026 .
µ
Z
= 0,026 .
+ Dựa vào bảng tính
( )
α

fT =
,

( )
α
fZ
=
. Ta có được toạ độ các điểm
( )
iii
ZTa ;=
ứng với

các góc α = 10
0
; 20
0
…720
0
. Cứ tuần tự như vậy ta xác định được các điểm từ
( )
00
;0 ZT=
cho đến
( )

7272
;72 ZT=
.
+ Nối các điểm trên hệ trục toạ độ bằng một đường cong thích hợp, ta có đồ thị biểu diễn
phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.
+ Trong quá trình vẽ để dễ dàng xác định các toạ độ điểm ta nên đánh dấu các toạ độ điểm
đồng thời ghi các số thứ tự tương ứng kèm theo.
+ Tính lực quán tính của khối lượng chuyển động quay của thanh truyền (tính trên đơn vị
diện tích của piston).
Từ công thức:
2
2

ω
RmP
ko
=
Với: m
2
: Khối lượng đơn vị của thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu.
Ta có khối lượng thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu là:
m
2
’ = m

tt
– m
1
= 0,8 – 0,224 = 0,576 (kg)
=>
2
2
2
2
'
0,576.4
123,76( / )

.0,077
pt
m
m kg m
F
π
= = =
Vậy:
2 2
123,76.0,0385.632,187 2,127[ ]
ko
P MN m= =

Từ gốc tọa độ O’của đồ thị lấy theo hướng dương của Z một khoảng:
O’O =
2,127
81,8( )
0,026
ko
p
P
mm
µ
= =
Trang 24

24
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0112
O là tâm chốt khuỷu, từ tâm chốt khuỷu ta kẻ đường tròn tượng trưng cho chốt khuỷu, giá
trị của lực tác dụng lên chốt khuỷu là vectơ có gốc O và ngọn là một điểm bất kỳ nằm trên
đường biểu diễn đồ thị phụ tải.
Trang 25
25