Tính toán và thiết kế nhóm piston-thanh truyền của động cơ XZ4-0614 theo các thông số kĩ thuật

Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614
PHẦN 1. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC
HỌC ĐỘNG CƠ X14 – 0413
1.1. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VẼ ĐỒ THỊ CÔNG
Thông số kỹ thuật của động cơ
1.1.1.Các số liệu chọn trước trong quá trình tính toán
Các thông số
Ký hiệu Giá trị
Ghi chú
1
Thông số kỹ thuật Ký hiệu Giá trị
Nhiên liệu
Gasoline
Số xi lanh / Số kỳ / Cách bố trí
i/τ
4 / 4 / In-line
Thứ tự làm việc
1-3-4-2
Tỉ số nén
ε 9
Đường kính x hành trình piston (mm x mm)
D x S 76,0 x 87
Công suất cực đại / số vòng quay (kw/vg/ph) N
e
/n 74 / 4998
Tham số kết cấu

0,24
Áp suất cực đại (MN/m
2
)

p
z
4,1
Khối lượng nhóm piston (kg)
m
pt
0,6
Khối lượng nhóm thanh truyền (kg)
m
tt
0,8
Góc đánh lửa sớm (độ)
θ
s
11
Góc phối khí (độ) α
1
15
α2 60
α3 51
α4 14
Hệ thống nhiên liệu EFI
Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cácte ướt
Hệ thống làm mát
Cưỡng bức, sử dụng môi chất
lỏng
Hệ thống nạp Không tăng áp
Hệ thống phân phối khí
16 valve, DOHC
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614

Chỉ số nén đa biến trung bình
n
1
1,35
n
1
=(1,34 – 1,39)
Chỉ số giản nỡ đa biến
n
2
1,25
n
2
=(1,23 – 1,27)
Tỷ số giản nỡ sớm
ρ 1
( động cơ xăng)
Nhiệt độ khí nạp (K)
T
k
298
Hệ số dư lượng không khí
α 1,1
α = (0,85 – 1,15)
Áp suất khí nạp (MN/m
2
)
p
k
0,1

Áp suất khí thải (MN/m
2
)
p
th
0,104
P
th
=(1,02 –1,04)p
o
=1,04.p
o
Áp suất khí sót (MN/m
2
)
p
r
0,1092
P
r
=(1,05 – 1,1)p
th
=1,05.p
th
Áp suất cuối kỳ nạp (MN/m
2
)
p
a
0,09

P
a
=(0,8 – 0,9).p
k
(n
1
: chọn từ Tr128, Sách Nguyên lý động cơ đốt trong, Nguyễn Tất Tiến)
(n
2
: chọn từ Tr188, Sách Nguyên lý động cơ đốt trong, Nguyễn Tất Tiến)
(α: chọn từ Tr14, Sách Nguyên lý động cơ đốt trong, Nguyễn Tất Tiến)
1.1.2. Xây dựng đường cong nén
Gọi P
nx
và V
nx
là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình nén của động
cơ. Vì quá trình nén là quá trình đa biến nên:
Phương trình đường nén: P
nx
=V
n1
=const => p
c
.V
c
n1
= P
nx
.V

nx
n1
Rút ra ta có:
1
n
nx
c
cnx
V
V
.pP








=

Đặt :
c
nx
V
V
i
=
suy ra
1

n
cnx
i
1
.pP
=

(i: Tỉ số nén tức thời)
Áp suất cuối quá trình nén:
1
n
1.35
p . 0,08.10,5 1,9129
c a
p
ε
= = =
(MN/m
2
)
1.1.3. Xây dựng đường cong giãn nở
Gọi P
gnx
và V
gnx
là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình giãn nở của
động cơ. Vì quá trình giãn nở là quá trình đa biến nên:
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
z
gnx z
gnx
V
p p .
V
 
=
 ÷
 ÷
 
.
Với :
Cz
VV
=
(vì ρ=1) và đặt :
c

gnx
V
V
i
=
.
Ta có:
2
gnx z
n
1
p p .
i
=
.
2
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614
1.1.4. Tính V
a
, V
h
, V
c

a h c
V V V= +

)(394672)(3947,0)(0004,0087,0.
4
)075,0.(

.
4
.
333
22
mmdmmS
D
V
h
=====
ππ

)(10.49334)(0493,0)(49334
19
394672
1-
V
3933
h
mdmmmV
c
−
===
−
==
ε

)(444,0)(44400649334394672V
33
a

dmmmVV
ch
==+=+=
Cho i tăng từ 1 đến ɛ ta lập được bảng xác định tọa độ các điểm trên đường
nén và đường giãn nở
Bảng 1-1: Bảng xác định tọa độ các điểm trên đường nén và đường giãn nở
i V(dm^3) Vbd(mm)
Đường nén Đường giãn nở
i^n1 Pnx Pnxbd i
n2
Pgnx Pgnbd
1 0,05 15,20 1,00 1,75 68,29 1,00 4,10 160,00
1,5 0,07 21,28 1,73 1,01 39,41 1,66 2,47 96,39
2 0,10 30,40 2,55 0,68 26,54 2,38 1,72 67,12
2,5 0,12 36,49 3,45 0,51 19,90 3,14 1,31 51,12
3 0,15 45,61 4,41 0,40 15,61 3,95 1,04 40,59
3,5 0,17 51,69 5,43 0,31 12,10 4,79 0,86 33,56
4 0,20 60,81 6,50 0,26 10,15 5,66 0,72 28,10
4,5 0,22 66,89 7,62 0,23 8,98 6,55 0,63 24,59
5 0,25 76,01 8,78 0,19 7,41 7,48 0,55 21,46
5,5 0,27 82,09 9,99 0,17 6,63 8,42 0,49 19,12
6 0,30 91,21 11,23 0,16 6,24 9,39 0,44 17,17
6,5 0,32 97,30 12,52 0,14 5,46 10,38 0,39 15,22
7 0,35 106,42 13,83 0,12 4,68 11,39 0,36 14,05
7,5 0,37 112,50 15,18 0,12 4,68 12,41 0,33 12,88
8 0,39 118,58 16,56 0,10 3,90 13,45 0,30 11,71
8,5 0,42 127,70 17,98 0,10 3,90 14,51 0,28 10,93
9 0,44 133,78 19,42 0,09 3,51 15,59 0,26 10,15
1.1.5. Xác định các điểm đặc biệt và hiệu chỉnh đồ thị công
• Điểm r(V

c
,P
r
)
Thể tích buồng cháy:

)(0493,0
3
dmV
c
=
Áp suất khí sót:
)(1092,0
2
m
MN
P
r
=
3
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614
Vậy : r(0,0493 ; 0,1092)
• Điểm c(V
c
; P
c
)
Với:
)(7477,1
2

m
MN
P
c
=
Vậy : c(0,0493 ; 1,7477)
• Điểm a(V
a
; P
a
)
Với :
)(4440,0
3
dmV
a
=


)(09,0
2
m
MN
P
a
=

Vậy điểm a(0,4440 ; 0,09).
• Điểm b(V
a

; P
b
).
Với p
b
là áp suất cuối quá trình giãn nở lí thuyết:
)(2630,0
2
m
MN
P
b
=
Vậy điểm b(0,4440 ; 0,2630).
• Điểm áp suất cực đại lí thuyết z(V
c
;P
z
):
)(1,4
2
m
MN
P
z
=
Vậy z(0,0493 ; 4,1).
• Điểm y(V
c
; 0,85.P

z
):
)(485,31,4.85,0.85,0
2
m
MN
P
c
==
Vậy điểm y(0,0493 ; 3,485)
Bảng 1-2: Các điểm đặc biệt
Điểm Giá trị thực
(
3 2
; /dm MN m
)
Giá trị biểu diễn (mm;mm)
r(V
c
; P
r
) (0,0493 ; 0,1092) (15,2 ; 4,29)
c(V
c
; P
c
) (0,0493 ; 1,7477) (15,2 ; 68,29)
a(V
a
; P

a
) (0,4440 ; 0,090) (133,78 ; 3,510)
b(V
a
; P
b
). (0,4440 ; 0,2630) (133,78 ; 10,15)
z(V
c
; P
z
) (0,0493 ; 4,1) (15,2 ; 160)
y(V
c
;0,85P
z
) (0,0493 ; 3,485) (15,2 ; 136)
4
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614
1.1.6. Vẽ đồ thị công.
Để vẽ đồ thị công ta thực hiện theo các bước như sau:
+ Chọn tỉ lệ xích:
)
.
(0256,0
160
1,4
2
mmm
MN

P
P
zbd
z
p
===
µ
, chọn P
zbd
= 160 (mm)
)(0033,0
10
0493,0
mm
lit
V
V
cbd
c
v
===
µ
, chọn V
cbd
= 15 (mm)
+ 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
.
- Tỉ lệ xích đồ thị brick:
)(000725,0
0033,0
3947,0
087,0
mm
m
V
S
V
S
vc
h
hbd
s
====

µ
µ
.
- Lấy về phía phải điểm O một khoảng :
.
oo'
2.
s
R
λ
µ
=
.
- Giá trị biểu diễn :

2,7
000725,0.2
0435,0.24,0
.2
.
'
===
s
R
oo
µ
λ
(mm)
- Dùng đồ thị Brick để xác định các điểm:
• Điểm đánh lửa sớm: c’ xác định từ Brick ứng với góc θ

s
• Điểm c(Vc ; Pc).
• Điểm bắt đầu quá trình nạp : r (Vc ; Pr).
• Điểm mở sớm của xupap nạp: r’ xác định từ Brick ứng với α
1
.
• Điểm đóng muộn của xupap thải: r’’xác định từ Brick ứng với α
4
.
5
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614
• Điểm đóng muộn của xupap nạp: a’xác định từ Brick ứng với α
2
.
• Điểm mở sớm của xupap thải : b’ xác định từ Brick ứng với α
3
.
• Điểm y(Vc;0,85Pz).
• Điểm áp suất cực đại lý thuyết: z (Vc ; Pz)
• Điểm áp suất cực đại thực tế: z’’=1/2.yz’
• Điểm c’’: cc’’ = 1/3.cy
• Điểm b’’: b’’ = 1/2.ba
+ Sau khi hiệu chỉnh ta nối các điểm lại thì được đồ thị công thực tế.
6
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614
Hình 1-1: Đồ thị công
µ
p
=0,0256 [MN/m
2

.mm]
µ
v
=0,0033 [lit/mm]
7
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614
1.2. ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ CẤU TRỤC KHUỶU
THANH TRUYỀN
Động cơ đốt trong kiểu piston thường có vận tốc lớn, nên việc nghiên cứu
tính toán động học và động lực học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền (TKTT)
là cần thiết để tìm quy luật vận động của chúng và để xác định lực quán tính tác
dụng lên các chi tiết trong cơ cấu TKTT nhằm mục đích tính toán cân bằng
,tính toán bền của các chi tiết và tính toán hao mòn động cơ .
Trong động cơ đốt trong kiểu piston cơ cấu TKTT có 2 loại, loại giao tâm
và loại lệch tâm .
Ta xét trường hợp cơ cấu TKTT giao tâm .
1.2.1 Động học của cơ cấu giao tâm
Cơ cấu KTTT giao tâm là cơ cấu mà đường tâm xilanh trực giao với đường
tâm trục khuỷu tại 1 điểm (hình vẽ).
a
O
C
ß
B'
A
B
ÐCD
ÐCT
x
S

l
Hình 1-2: Sơ đồ cơ cấu KTTT giao tâm.
O - Giao điểm của đường tâm xylanh và đường tâm trục khuỷu.
C - Giao điểm của đường tâm thanh truyền và đường tâm trục khuỷu.
8
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614
B' - Giao điểm của đường tâm xylanh và đường tâm chốt khuỷu.
A - Vị trí của chốt piston khi piston ở ĐCT
B - Vị trí của chốt piston khi piston ở ĐCD
R - Bán kính quay của trục khuỷu (m)
l - Chiều dài của thanh truyền (m)
S -Hành trình của piston (m)
x - Độ dịch chuyển của piston tính từ ĐCT khi góc quay trục khuỷu α (độ).
β - Góc lắc của thanh truyền ứng với góc α (độ).
Cơ cấu KTTT giao tâm là cơ cấu mà đường tâm xilanh trực giao với đường
tâm trục khuỷu tại 1 điểm (hình vẽ).
1.2.1.1 Xác định độ dịch chuyển (x) của piston bằng phương pháp đồ thị
Brick
-Theo phương pháp giải tích chuyển dịch x của piston được tính theo công
thức :
( ) ( )
. 1 cos 1 cos 2
4
x R
λ
α α
 
≈ − + −
 
 

.
Đồ thị Brick đã được vẽ ở mục 1.1.6
+ 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.
+ Vẽ hệ trục tọa độ với trục tung biểu diễn góc quay trục khuỷu α, trục này
trùng với đường đẳng tích Vc của đồ thị công; trục hoành biểu diễn khoảng
dịch chuyển x 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 của piston v=f(α).

* Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng.
+ Xác định vận tốc của chốt khuỷu:
ω =
.
30
n
π
=
30
4998.
π
= 523,124 (rad/s)
+ Chọn tỷ lệ xích
.
vt s
µ µ ω
=

=
124,523.000725,0
=0,3793 (m/s.mm)
9
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614
+ Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính R
1
phía dưới đồ thị x(α) với

894,22755124,523.5,43.
1
===

ω
RR
(mm)
Giá trị biểu diễn của R
1
=
60000
3793,0
894,22755.
==
vt
R
µ
ω
(mm).
+ Vẽ đường tròn tâm O bán kính R
2
với:

33,7199
3793,0.2
24,0.124,523
.5,43
.2
.
.
2
===
vt
RR

µ
λω
(mm)
+ Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R
1
thành 18 phần bằng nhau và đánh
số thứ tự 0;1;2 …18.
+ Chia vòng tròn tâm O bán kính R
2
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.
* 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. 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).
10
α[độ]
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614
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 Tôle.
+ Chọn hệ trục tọa độ với trục Ox là trục hoành, trục tung là trục biểu diễn
giá trị gia tốc.
+ Chọn giá trị biểu diễn của: J
maxbd
= 80 (mm)
+ Chọn tỉ lệ xích:
→ µ
j
=
39,184514
80
3231,14761151
max
max
==
bd
j
j

(m/s
2
.mm)
+ Trên trục Ox lấy đoạn AB = S=2.R= 87 (mm)
11
Hình 1-3: Đồ thị chuyển vị
( )
x f
α
=
µ
α
= 2 [độ/mm]
µ
vt
= 0,3793 [m/s.mm]
Hình 1-4: Đồ thị vận tốc
( )
α
fv
=
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614
Giá trị biểu diễn: AB=
120
725,0
87
==
s
S
µ

(mm)
Tính:







=+=+=
2
22
max
3231,14761151)24,01.()124,523.(5,43)1.(.
s
mm
Rj
λω






−=−=−−=
2
22
min
2626,9047157)24,01.()124,523.(5,43)1.(.
s

mm
Rj
λω






−=−=−=
2
22
0909,8570991)124,523.(0435,0.3 3
s
mm
REF
ω

+ Từ điểm A tương ứng với điểm chết trên lấy lên phía trên một đoạn
AC =
80
39,184514
3231,14761151
max
==
j
j
µ
(mm).
+ Từ điểm B tương ứng với điểm chết dưới lấy xuống dưới một đoạn BD =

03,49
39,184514
2626,9047157||
min
==
j
j
µ
(mm). Nối C với D. Đường thẳng CD cắt trục
hoành Ox tại E. Từ E lấy xuống dưới một đoạn EF =
( )
mm45,46
39,184514
098570991.09
=
. 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 0’;1’;2’…vẽ các đường bao trong tiếp tuyến
11’;22’;33’…Ta có đường cong biểu diễn quan hệ
( )
xfj
=
.
Hình 1-5: Đồ thị gia tốc j = f(x)

12
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614
µ
j
= 184514,39 [m/s

2
.mm]
1.2.2. Tính toán động lực học.
1.2.2.1. Đường biểu diễn lực quán tính của 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:

0256,0
==
PPj
µµ
(MN/m
2
.mm)
+ 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
= 0,6 (kg) - Khối lượng nhóm piston.
m
1
-

Khối lượng thanh truyền qui về tâm chốt piston (kg).
Theo công thức kinh nghiệm: Đối với động cơ ô tô ,máy kéo :
m
1
= (0,275 ÷ 0,350).m
tt
. Lấy m
1
= 0,275.0,8 = 0,22(kg).
m
tt
= 0,8 (kg) - Khối lượng nhóm thanh truyền.
=> m = 0,6+ 0,22= 0,82 (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
m
F

=
7577,180
0045,0
82,0
=
(kg/m
2
)
Áp dụng công thức tính lực quán tính: p
j
= - m.j , ta có:
AC = P
jmax
= -m’.j
max
= -180,7577.14761151,3231.10
-3
= -2668191,6385(N/m
2
) = -2,6682 (MN/m
2
)
AC
bd
=
)/(1,104
0256,0
6682,2
2
mMN

AC
Pj
==
µ
BD= P
jmin
= -m’.j
min
= -180,7577.(-9047157,2626.10
-3
)
13
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614
=1635343,2623 (N/m
2
) = 1,6353 (MN/m
2
)
BD
bd
=
)/(8,63
0256,0
6353,1
2
mMN
BD
Pj
==
µ

Đoạn: EF = - m’.j
EF
= -180,7577.(-8570991,0909.10
-3
) =1549272,5643
(N/m
2
)=1,5493(MN/m
2
)
EF
bd
=
)/(5,60
0256,0
5493,1
2
mMN
EF
Pj
==
µ
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
0

p

trên đồ thị công.
+ Chọn tỉ lệ xích:
2
=
α
µ
(độ/mm).

0256,0
==
PPj
µµ
.
+ 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).
14
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614
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
).

Hình 1-6: Đồ thị khai triển
1.2.2.3. Vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến
( )
α
fT
=
, lực pháp tuyến
( )
α
fZ

=

và lực ngang
( )
α
fN
=
.
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
15
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614

( )
( )
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).

)./(0256,0
2
mmmMN
NZTP
====
µµµµ
Bảng 1-3: Bảng tọa độ các điểm T, Z, N
P
1
(mm)

( )
( )
β
βα
cos
sin +
T(mm)
( )
( )
β
βα
cos
cos +
Z(mm) tan(β) N(mm)
-103,12 0 0 1 -103,12 0 0
-101,13 0,21 -21,24 0,98 -99,11 0,04 -4,05
-94,35 0,42 -39,63 0,91 -85,85 0,08 -7,55
-83,80 0,6 -50,28 0,81 -67,88 0,12 -10,06
-68,83 0,76 -52,31 0,67 -46,11 0,16 -11,01
-51,48 0,89 -45,81 0,5 -25,74 0,19 -9,78
-32,91 0,97 -31,92 0,32 -10,53 0,21 -6,91
-13,78 1,02 -14,06 0,12 -1,65 0,23 -3,17
4,36 1,03 4,49 -0,07 -0,3 0,24 1,05
20,15 1 20,15 -0,25 -5,04 0,25 5,04
33,72 0,94 31,7 -0,41 -13,82 0,24 8,09
44,56 0,86 38,32 -0,56 -24,95 0,23 10,25
52,86 0,76 40,18 -0,68 -35,95 0,21 11,1
58,38 0,65 37,94 -0,79 -46,12 0,19 11,09
61,83 0,52 32,15 -0,87 -53,79 0,16 9,89
6364 0,4 25,46 -0,93 -59,19 0,12 7,64

64,47 0,26 16,76 -0,97 -62,54 0,08 5,16
64,76 0,13 8,42 -0,99 -64,11 0,04 2,59
64,82 0 0 -1 -64,82 0 0
64,96 -0,13 -8,44 -0,99 -64,31 -0,04 -2,6
64,87 -0,26 -16,87 -0,97 -62,92 -0,08 -5,19
64,24 -0,4 -25,7 -0,93 -59,75 -0,12 -7,71
62,63 -0,52 -32,57 -0,87 -54,48 -0,16 -10,02
59,48 -0,65 -38,66 -0,79 -46,99 -0,19 -11,3
54,56 -0,76 -41,47 -0,68 -37,1 -0,21 -11,46
47,16 -0,86 -40,56 -0,56 -26,41 -0,23 -10,85
37,52 -0,94 -35,27 -0,41 -15,38 -0,24 -9
24,65 -1 -24,65 -0,25 -6,16 -0,25 -6,16
10,36 -1,03 -10,67 -0,07 -0,72 -0,24 -2,49
-4,28 -1,02 4,37 0,12 -0,51 -0,23 0,98
-19,41 -0,97 18,83 0,32 -6,21 -0,21 4,08
-33,48 -0,89 29,79 0,5 -16,74 -0,19 6,36
16
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614
-46,83 -0,76 35,59 0,67 -31,37 -0,16 7,49
-29,80 -0,6 17,88 0,81 -24,14 -0,12 3,58
-16,35 -0,42 6,87 0,91 -14,87 -0,08 1,31
26,37 -0,21 -5,54 0,98 25,84 -0,04 -1,05
65,88 0 0 1 65,88 0 0
96,37 0,21 20,24 0,98 94,44 0,04 3,85
53,65 0,42 22,53 0,91 48,83 0,08 4,29
29,20 0,6 17,52 0,81 23,65 0,12 3,5
-7,83 0,76 -5,95 0,67 -5,24 0,16 -1,25
-11,48 0,89 -10,21 0,5 -5,74 0,19 -2,18
-3,91 0,97 -3,79 0,32 -1,25 0,21 -0,82
7,72 1,02 7,87 0,12 0,93 0,23 1,78

21,36 1,03 22 -0,07 -1,49 0,24 5,13
34,15 1 34,15 -0,25 -8,54 0,25 8,54
45,52 0,94 42,79 -0,41 -18,66 0,24 10,92
53,16 0,86 45,72 -0,56 -29,77 0,23 12,23
60,06 0,76 45,65 -0,68 -40,84 0,21 12,61
64,48 0,65 41,91 -0,79 -50,94 0,19 12,25
67,83 0,52 35,27 -0,87 -59,01 0,16 10,85
69,14 0,4 27,66 -0,93 -64,3 0,12 8,3
69,47 0,26 18,06 -0,97 -67,39 0,08 5,56
68,76 0,13 8,94 -0,99 -68,07 0,04 2,75
67,32 0 0 -1 -67,32 0 0
65,76 -0,13 -8,55 -0,99 -65,1 -0,04 -2,63
65,47 -0,26 -17,02 -0,97 -63,51 -0,08 -5,24
64,64 -0,4 -25,86 -0,93 -60,12 -0,12 -7,76
62,83 -0,52 -32,67 -0,87 -54,66 -0,16 -10,05
59,48 -0,65 -38,66 -0,79 -46,99 -0,19 -11,3
54,06 -0,76 -41,09 -0,68 -36,76 -0,21 -11,35
46,16 -0,86 -39,7 -0,56 -25,85 -0,23 -10,62
35,52 -0,94 -33,39 -0,41 -14,56 -0,24 -8,52
22,15 -1 -22,15 -0,25 -5,54 -0,25 -5,54
6,16 -1,03 -6,34 -0,07 -0,43 -0,24 -1,48
-11,78 -1,02 12,02 0,12 -1,41 -0,23 2,71
-30,71 -0,97 29,79 0,32 -9,83 -0,21 6,45
-49,48 -0,89 44,03 0,5 -24,74 -0,19 9,4
-66,83 -0,76 50,79 0,67 -44,77 -0,16 10,69
-81,80 -0,6 49,08 0,81 -66,26 -0,12 9,82
-93,35 -0,42 39,21 0,91 -84,94 -0,08 7,47
-100,63 -0,21 21,13 0,98 -98,62 -0,04 4,03
-103,12 0 0 1 -103,12 0 0
+ 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 2 ta xác định được tọa độ
17
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614
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…
Hình 1-7: Đồ thị T-Z-N
µ
T
= µ
N
= µ
Z
=0,0256 [MN/m
2
.mm]
µ
α
=2[
o
/ mm]
1.2.2.4. Vẽ đồ thị 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.
18
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614
+ 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 (đề cho) là: 1-3-4-2
Ta có bảng xác định góc lệch công tác và thứ tự làm việc của các khuỷu trục:
+ 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
= μ
p
= 0,0256







mmm
MN
.
2
, 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 các giá trị T
i
α1 T1 α2 T2 α3 T3 α4 T4 ƩT
0 0,00 180 0,00 540 0,00 360 0,00 0,00
10 -21,72 190 -8,61 550 -8,72 370 20,69 -18,35
20 -39,57 200 -17,17 560 -17,32 380 22,50 -51,56
30 -50,67 210 -25,40 570 -25,56 390 17,66 -83,97
40 -52,47 220 -32,76 580 -32,87 400 -5,97 -124,07
50 -45,62 230 -38,41 590 -38,41 410 -10,17 -132,61
60 -32,00 240 -41,46 600 -41,08 420 -3,80 -118,33
70 -14,04 250 -40,58 610 -39,72 430 7,86 -86,48
80 4,47 260 -35,36 620 -33,48 440 21,93 -42,44
90 20,15 270 -24,65 630 -22,15 450 34,15 7,50
100 31,78 280 -10,64 640 -6,32 460 42,91 57,73
110 38,34 290 4,36 650 12,00 470 45,74 100,45
120 40,16 300 18,87 660 29,86 480 45,63 134,53
19
xilanh Tên kỳ làm việc
1 Nạp Nén Cháy-Giãn nở Thải
2 Nén Cháy- giãn nở Thải Nạp
3 Thải Nạp Nén Cháy- Giãn nở
4 Cháy-Giãn nở Thải Nạp Nén
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614
130 37,70 310 29,67 670 43,85 490 41,64 152,86
140 32,35 320 35,70 680 50,95 500 35,49 154,48
150 25,16 330 18,02 690 49,46 510 27,33 119,97
160 17,06 340 6,86 700 39,15 520 18,38 81,45
170 8,58 350 -5,66 710 21,61 530 9,12 33,65

180 0,00 360 0,00 720 0,00 540 0,00 0,00
+ 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.
+ 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:

16,10
18
9,182
===
∑
∑
i
T
T
i
tb
.
Hình 1-8: Đồ thị tổng T
μ
T
= 0,0256 [MN/m
2
.mm]
20
ΣΤ
tb
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614
1.2.2.5. Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.

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 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
= 0,0256 [MN/m
2
.mm]
μ
Z
= 0,0256

(MN/m
2
.mm).
+ 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 tương 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.
+ 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
=
Ta có: m
2
=(065÷0,725). m
tt
= 0,7.0,8 = 0,56(kg)
Giá trị khối lượng m
2
ứng với một đơn vị diện tích đỉnh piston là:






===
22
2
2
'
44,123
076,0.
4.56,0
m

kg
F
m
m
pt
π
Vậy:






=






==
22
2
469,172,1469499124,523.0435,0.44,123
m
MN
m
N
P
ko

Từ gốc tọa độ O’của đồ thị lấy theo hướng dương của Z một khoảng:
O’O =

( )
mm
P
p
k
38,57
0256,0
469,1
0
==
µ
21
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614
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.
( )
( )
β
βα
cos
sin +
( )
( )
β
βα

cos
cos +
P
1
Z T
0 1 -103,12 -103,12 0
0,21 0,98 -101,13 -99,11 -21,24
0,42 0,91 -94,35 -85,86 -39,63
0,6 0,81 -83,80 -67,88 -50,28
0,77 0,66 -68,83 -45,43 -53
0,88 0,51 -51,48 -26,25 -45,3
0,97 0,31 -32,91 -10,2 -31,92
1,02 0,12 -13,78 -1,65 -14,06
1,03 -0,07 4,36 -0,31 4,49
1 -0,24 20,15 -4,84 20,15
0,94 -0,42 33,72 -14,16 31,7
0,86 -0,56 44,56 -24,95 38,32
0,76 -0,68 52,86 -35,94 40,17
0,65 -0,78 58,38 -45,54 37,95
0,52 -0,87 61,83 -53,79 32,15
0,39 -0,93 63,64 -59,19 24,82
0,27 -0,97 64,47 -62,54 17,41
0,13 -0,99 64,76 -64,11 8,42
0 -1 64,82 -64,82 0
-0,14 -0,99 64,96 -64,31 -9,09
-0,27 -0,97 64,87 -62,92 -17,51
-0,4 -0,92 64,24 -59,1 -25,7
-0,53 -0,86 62,63 -53,86 -33,19
-0,65 -0,78 59,48 -46,39 -38,66
-0,76 -0,68 54,56 -37,1 -41,47

-0,86 -0,56 47,16 -26,41 -40,56
-0,94 -0,41 37,52 -15,38 -35,27
-1 -0,25 24,65 -6,16 -24,65
-1,03 -0,06 10,36 -0,62 -10,67
-1,02 0,12 -4,28 -0,51 4,37
-0,97 0,32 -19,41 -6,21 18,83
-0,88 0,5 -33,48 -16,74 29,46
-0,76 0,67 -46,83 -31,38 35,59
-0,6 0,81 -29,80 -24,14 17,88
22
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614
-0,42 0,91 -16,35 -14,88 6,87
-0,21 0,98 26,37 25,84 -5,54
0 1 65,88 65,88 0
0,22 0,98 96,37 94,44 21,2
0,42 0,91 53,65 48,82 22,53
0,61 0,8 29,20 23,36 17,81
0,76 0,67 -7,83 -5,25 -5,95
0,89 0,49 -11,48 -5,63 -10,22
0,97 0,32 -3,91 -1,25 -3,79
1,02 0,13 7,72 1 7,87
1,03 -0,07 21,36 -1,5 22
1 -0,24 34,15 -8,2 34,15
0,94 -0,42 45,52 -19,12 42,79
0,86 -0,56 53,16 -29,77 45,72
0,76 -0,69 60,06 -41,44 45,65
0,64 -0,79 64,48 -50,94 41,27
0,52 -0,86 67,83 -58,33 35,27
0,4 -0,93 69,14 -64,3 27,66
0,26 -0,97 69,47 -67,39 18,06

0,13 -0,99 68,76 -68,07 8,94
0 -1 67,32 -67,32 0
-0,13 -0,99 65,76 -65,1 -8,55
-0,26 -0,97 65,47 -63,51 -17,02
-0,4 -0,93 64,64 -60,12 -25,86
-0,52 -0,86 62,83 -54,03 -32,67
-0,64 -0,79 59,48 -46,99 -38,07
-0,76 -0,69 54,06 -37,3 -41,09
-0,86 -0,56 46,16 -25,85 -39,7
-0,94 -0,42 35,52 -14,92 -33,39
-1 -0,24 22,15 -5,32 -22,15
-1,03 -0,07 6,16 -0,43 -6,34
-1,02 0,12 -11,78 -1,41 12,02
-0,97 0,32 -30,71 -9,83 29,79
-0,89 0,49 -49,48 -24,25 44,04
-0,76 0,67 -66,83 -44,78 50,79
-0,61 0,8 -81,80 -65,44 49,9
-0,41 0,91 -93,35 -84,95 38,27
-0,21 0,98 -100,63 -98,62 21,13
0 1 -103,12 -103,12 0
23
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614
Hình 1-9: Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu
µ
T
= µ
Z
= 0,0256 [MN/m
2
.mm]

1.2.2.6. Đồ thị phụ tải tác dụng lên dầu to thanh truyền.
Để vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền ta thực hiện theo các bước
như sau:
+ Vẽ dạng đầu to thanh truyền lên tờ giấy bóng, tâm của đầu to là O.
+ Vẽ một vòng tròn bất kì tâm O. Giao điểm của đường tâm phần thân thanh
truyền với vòng tròn tâm O tại 0
o
.
+ Từ điểm 0
o
, ghi trên vòng tròn các điểm 0;1;2…36 theo chiều quay trục
khuỷu (chiều kim đồng hồ) và tương tự ứng với các góc
00
1010
βα
+
;
00
2020
βα
+
…
35 35
α β
+
24
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614
+ Căn cứ vào λ = 0,24 dựa vào bảng phụ lục 9p sách Kết Cấu và Tính Toán
Động Cơ Đốt Trong - tập 1 có bảng xác định các góc
00

ii
βα
+
như sau:
Bảng 1-5: Bảng xác định các góc (α+β)
α
0
β
0
(α+β)
0
α
0
β
0
(α+β)
0
α
0
β
0
(α+β)
0
0 0 0 130 10,31 140,31 250 -13,18 236,82
10 2,29 12,29 140 9,17 149,17 260 -13,75 246,25
20 4,58 24,58 150 6,88 156,88 270 -13,75 256,25
30 6,88 36,88 160 4,58 164,58 289 -13,75 266,25
40 9,17 49,17 170 2,29 172,29 290 -13,18 276,82
50 10,31 60,31 180 0 180 300 -12,03 287,97
60 12,03 72,03 190 -2,29 187,71 310 -10,31 299,69

70 13,18 83,18 200 -4,58 195,42 320 -8,59 311,41
80 13,75 93,75 210 -6,88 203,12 330 -6,88 323,12
90 13,75 103,75 220 -8,59 211,41 340 -4,58 335,42
100 13,75 113,75 230 -10,31 219,69 350 -2,29 347,71
110 13,18 123,18 240 -12,03 227,97 360 0 360
120 12,03 132,03
+ Đem tờ giấy bóng đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt sao cho tâm O trùng
với tâm O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. Lần lượt xoay tờ giấy
bóng sao cho các điểm 0;1;2…trùng với trục O’z về phần dương (theo chiều
ngược chiều kim đồng hồ), đồng thời đánh dấu các điểm mút của véc tơ
→
0
Q
;
→
1
Q
;
→
2
Q
…của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu trên tờ giấy bóng bằng các
điểm 0;1;2…72.
+ Nối các điểm lại bằng một đường cong thích hợp cho ta đồ thị phụ tải tác
dụng lên đầu to thanh truyền.
Cách xác định lực trên đồ thị phụ tải như sau:
+ Giá trị của lực tác dụng lên đầu to là dộ dài đoạn thẳng nối từ tâm O đến
điểm trên đường vừa vẽ xong nhân với tỷ lệ xích.
+ Chiều của lực hướng từ tâm O ra ngoài.
+ Điểm đặt lực là giao điểm của đường nối từ tâm O đến điểm tính với vòng

tròn tượng trưng cho đầu to thanh truyền.
25