ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

MỤC LỤC
Phần 1: XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU
KHUỶU TRỤC THANH TRUYỀN................................................................................3
Phần 2: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ 5VZ-FE......................35
Phần 3: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA
CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ...........................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................60

LỜI NÓI ĐẦU
SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 1


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

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 phân tích đặc điểm kết cáu và nguyên lý
làm việc của hệ thống phân phối khí. Đây là một hệ thống không thể thiếu trong động
cơ đốt trong. Nó dùng để điều khiển quá trình thay đổi môi chất công tác trong động
cơ.
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 gởi lời cảm ơn đến thầy
Phùng Xuân Thọ 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 10 tháng 11 năm 2010.
Sinh viên

Lương Văn Công.

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 2

Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

Phần 1: XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ
CẤU KHUỶU TRỤC THANH TRUYỀN
1.1 Xây dựng đồ thị công
1.1.1 Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén
- Phương trình đường nén đa biến:
pV n1 = const.

Do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì:
p cVc

Đặt:

n1

n1

= p nxVnx ⇒

p nx = pc

1
 Vnx

 Vc

n

1
 .



Vnx
p
= i , ta có: p nx = nc
Vc
i1

Với: n1: chỉ số nén đa biến trung bình
n1 = (1,34 ÷ 1,38). Chọn n1 = 1,37.
pc : áp suất cuối quá trình nén.
pc = pa ε

n1

trong đó: pa: áp suất cuối quá trình nạp.
pa = 0,9.pk = 0,9.0,1 = 0,09 [MN/m2]
với pk =p o : áp suất trước xupap nạp
⇒ pc = 0,09.9,41,37 = 1,938 [MN/m2]
1.1.2 Xây dựng đường cong áp suất trên đường giãn nở
Phương trình của đường giãn nở đa biến:
pV n2 = const.

n2: chỉ số giãn nở đa biến trung bình.

n2 = (1,23 ÷ 1,34). Chọn n2 = 1,31.
Do đó, nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì:
p zVz

Ta có: ρ =

n2

= p gnxVgnx

n2

⇒ p gnx = p z

1
n2
 Vgnx  .


 Vz 

VZ
- hệ số giãn nở khi cháy. Chọn ρ = 1.
VC

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 3



Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong
⇒Vz = ρ.Vc

Đặt:

Vgnx

⇒ p gnx = p z

1
 Vgnx

 ρ .Vc





n2

=

GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

p z .ρ n2
 Vgnx

 Vc





n2

.

= i.

Vc

Do đó: p gnx =

p z .ρ n2
i n2

1.1.3 Lập bảng xác định đường nén và đường giãn nở
Cho i tăng từ 1 → ε = 9,4 từ đó ta lập bảng xác định các điểm trên đường nén
và đường giãn nỡ.

Vx

i

1Vc

Đường nén

Đường giãn nở

i n1

1
i n1

pc
i n1

i n2

1
i n2

Pz .ρ n2
i n2

1

1.000

1.000

1.938

1.000

1.000

9.400

2Vc

2

2.585

0.387

0.749

2.479

0.403

3.792

3Vc

3

4.505

0.222

0.430

4.217

0.237

2.229

4Vc

4

6.681

0.150

0.290

6.147

0.162

1.529

5Vc

5

9.070

0.110

0.213

8.235

0.121

1.141

6Vc

6

11.643

0.086

0.166

10.456

0.095

0.899

7Vc

7

14.381

0.070

0.134

12.796

0.078

0.734

8Vc

8

17.268

0.058

0.112

15.242

0.065

0.616

9Vc

9

20.291

0.049

0.095

17.785

0.056

0.528

9.4Vc

9.4

21.537

0.046

0.089

18.827

0.053

0.499

1.1.4 Xác định các điểm đặc biệt
Ta có: Va = Vc + Vh ; Vc =
Mà: Vh =

Vh
.
ε −1

πD 2
π × (94.5 × 10 −2 ) 2
S=
82.10 −2 = 0.575[dm 3 ]
4
4
0.575
= 0.068[dm3 ]
9.4 − 1

⇒

Vc =

⇒

Va = 0.575 + 0.068 = 0.643[dm3]
Vz = ρ × Vc = 1 × 0.068 = 0.068[dm3]

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 4




Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong
Áp suất cuối quá trình giãn nở

:

Pb =

Pz
ε 
 
ρ

=

n2

GVHD: TS Phùng Xuân Thọ
6,3
1, 31

 9,4 


 1 

= 0,335( MN / m 2 ).

Áp suất khí sót: chọn pr = 0,115[MN/m2]
Vậy các điểm đặc biệt đó là:
r(Vc,pr) : r(0,068; 0.115)

c(Vc,pc) : c(0,068; 1,938)

a(Va,pa) : a(0,643; 0.090)

y(Vc,pz) : y(0,068; 6,300)

b(Va,pb) : b(0,643; 0.335)

z(Vz,pz) : z(0,068; 6,300)

+Các điểm trung gian là:
I

i*Vc

mm

i^n1

Pnx(MN/m^2)

mm

i^n2

Pgnx(MN/m^2)

mm

1

0.068

20

1

1.938

67.76

1

6.3

220

2

0.136

40

2.584

0.749

26.21

2.479

2.540

88.84

3

0.204

60

4.504

0.430

15.04

4.217

1.493

52.23

4

0.272

80

6.680

0.290

10.14

6.147

1.024

35.83

5

0.340 100

9.069

0.213

7.47

8.234

0.765

26.75

6

0.408 120 11.643

0.166

5.81

10.456

0.602

21.06

7

0.476 140 14.380

0.134

4.71

12.796

0.492

17.21

8

0.544 160 17.267

0.112

3.92

15.242

0.413

14.45

9

0.612 180 20.291

0.095

3.33

17.785

0.354

12.38

9.4 0.639 188 21.537

0.089

3.14

18.827

0.334

11.7

1.1.5 Vẽ và hiệu chỉnh đồ thị công
Để vẽ đồ thị công ta thực hiện theo các bước như sau:
+ Chọn tỉ lệ xích: µ p =
µv =

(

)

6,3
= 0,0286 MN /( m 2 .mm) .
220

(

)

0,068
= 0,0034 dm 3 / mm .
20

+ 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 Pa và Pr. Ta có được đồ thị công lý thuyết.
Vẽ đồ thị brick phía trên đồ thị công. Lấy bán kính cung tròn R bằng ½ khoảng
SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 5


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

cách từ Va đến Vc.
sth
82
=
= 0,488( mm / mm ) .
sbd 188 − 20

-

Tỉ lệ xích đồ thị brick: µ s =

-

Lấy về phía phải điểm O’ một khoảng : OO’ =

-

Giá trị biểu diễn : OO’= =

λ .R
.
2.µ s

λ.R 0,25.41
=
= 10,5 (mm)
2.µ s 2.0,488

- 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 (a’) xupap hút.

Áp suất cực đại của chu trình thực tế thường nhỏ hơn áp suất cực đại trong tính

toán :
pz’ = 0,85.pz = 0,85.6,3 = 5,355 (MN/m2)
Vẽ đường đẳng áp pz’ = 5,355 (MN/m2).
Từ đồ thị Brick xác định góc 120 gióng xuống cắt đoạn đẳng áp tại z’.
-

Áp suất cuối quá trình nén thực tế pc’’:

Áp suất cuối quá trình nén thực tế thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén lý
thuyết do sự đánh lửa sớm.
pc’’ = pc +

1
.( pz’ -pc )
3

pc’’ = 1,938 +

1
.( 5,355 - 1,938) = 3,077 (MN/m2)
3

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 pb’’:

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.
1
2

Pb’’ = pr + .( pb - pr )
1
2

Pb’’ = 0,115 + .( 0,335 - 0,115 ) = 0,225(MN/m2).
Nối các điểm b’, b’’ và tiếp dính với đường thải prx.
-

*) Sau khi hiệu chỉnh ta nối các điểm lại thì được đồ thị công thực tế.

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 6


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

ĐỒ THỊ BRICK
P

4°

[ΜΝ/m2]

10,5

O

0

O'

18

10°

17

42°

1
z

6,3

46°

16

2

15

3

14

z'
4

13
12

5

0,85Pzmax

6

3,077

7

2

9

8

11

10

µ

0,0286[ΜΝ/m.mm]

µ

0,0034[dm3/mm]

ĐỒ THỊ CÔNG

c''

ĐỒ THỊ CÔNG
C
c
c'

1'
2'
3'
4'

r'
A r''

Po

1Vc

b'

5'

2Vc

3Vc

4Vc

Vc

a'

6
5Vc
6' Vh

b
b''
V[dm3]
aB

6Vc

7Vc

8Vc

9Vc

7'

F

1

2

3

4

5

6

7

D

Hình 1.1 : Đồ thị công

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 7


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

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 khuỷu trục thanh truyền (KTTT) 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 KTTT nhằm mục đích tính toán cân bằng, tính toán bền các chi tiết và
tính toán hao mòn động cơ ...
Trong động cơ đốt trong kiểu Piston cơ cấu KTTT có 2 loại: Loại giao tâm và
loại lệch tâm.
Ta chỉ xét trường hợp cơ cấu KTTT giao tâm.
1.2.1 Động học của cơ cấu TKTT giao tâm
Cơ cấu KTTT giao tâm là cơ cấu mà đường xuyên tâm xy lanh trực giao với
đường tâm trục khuỷu tại 1 điểm. (Hình 1).
1.2.1.1 Sơ đồ cơ cấu
O – Giao diểm của đường tâm xi lanh và đường tâm
trục khuỷu

A

C - Giao diểm của đường tâm thanh truyền và đường

B'

tâm chốt khuỷu
B' - Giao diểm của đường tâm xi lanh và đường tâm

S

l

l – Chiều dài của thanh truyền (m)

ÂCD

B

B - Vị trí chốt piston khi piston ở ĐCD
R – Bán kính quay của trục khuỷu (m)

ÂCT

β

chốt khuỷu
A – Vị trí chốt piston khi piston ở ĐCT

x

C
α R

O
Hình1.2: Sơ đồ kết cấu TKTT giao tâm
x – Độ dịch chuyển của piston tính từ ĐCT ứng với
S – Hành trình của piston (m)

góc quay trục khuỷu α (m)
β - Góc lắc của thanh truyền ứng với góc α (độ)
1.2.1.2 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:

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 8


ỏn mụn hc: KCTT-ng C t Trong



GVHD: TS Phựng Xuõn Th




x R.(1 cos ) + .(1 cos 2 ) .
4



- Cỏc bc tin hnh v th nh sau :
sth
82
=
= 0,488( mm / mm )
sbd 188 20
S
2ì R

82
=
=
= 168[mm]
+ V na vũng trũn (0; R/ à S ), ng kớnh AB =
àS
àS
0,488

+ Chn t l xớch à s =

+ T tõm O, ly v phớa CD mt on OO sao cho:
OO ' =

R.
S . 82.0,25
=
=
= 10,5[mm]
2.à S 4.à S 4.0,488

+ T O ' k cỏc tia ng vi cỏc gúc t 0 ,10 ,20 ,......,180 , cỏc tia ny ct na
vũng trũn Brick tng ng ti cỏc im t 0,1,2,......,18 .
+ V h trc to vuụng gúc S - phớa di na vũng trũn (O; R/àS), trc O
thng ng dúng t A xung biu din giỏ tr t 0 ữ 180 vi t l xớch:
à = 2 / mm , trc OS nm ngang biu din giỏ tr S vi t l xớch: àS = 0,488

[mm/mm].
+ T cỏc im chia 0,1,2,......,18 trờn na vũng trũn Brick, ta dúng cỏc ng
thng song song vi trc O. V t cỏc im chia trờn trc O ng vi cỏc giỏ

tr 0 ,10 ,20 ,......,180 ta k cỏc ng nm ngang song song vi OS. Cỏc
ng ny tng ng vi cỏc gúc ct nhau ti cỏc im 0, 1, 2, 3, ..., 18.
Ni cỏc im ny li ta c ng cong biu din dch chuyn ca piston
(x) theo : x = f().

x

CT
A

O

C
a R



0
B

90o

180o



M

a
x = f()

S = 2R

O'
B
CD
x

Hỗnh 1.3 Phổồng phaùp õọử thở Brick vaỡ caùch khai trióứn trón toỹa õọỹ x -
SVTH: Lng Vn Cụng Lp: 09C4LT

Trang 9


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

1.2.1.3 Giải vận tốc v của piston bằng phương pháp đồ thị
- Theo phương pháp giải tích ta tính gần đúng vận tốc của piston là:
λ


v = R.ω.. sin α + . sin 2α  .
2



-

Các bước tiến hành xây dựng đồ thị :

+

Chọn tỷ lệ xích: µ v = ω.µ S

Với ω =

π .n 3,14.4850
=
= 507,63( rad / s ) .
30
30

⇒ µv = 507,63 × 0,488 = 247,72 [mm/(s.mm)].
+

Vẽ nửa vòng tròn tâm O bán kính r1 =

R.ω
[mm] và vẽ đường kính AB =S =
µv

2r1. Sau đó vẽ đường tròn đồng tâm O có bán kính : r2 =
Ở đây: R =

R.ω.λ
[mm] .

2µ v

S 82
=
= 41[mm].
2 2

λ = 0,25 .
R.ω 41.507,63
⇒ bán kính: r1 = µ = 247,72 = 84[mm].
v
r2 =

+

R.ω.λ 41.507,63.0,25
=
= 10,5[mm].
2.µ v
2.247,72

Chia đều nửa vòng tròn bán kính r1 , và vòng tròn bán kính r2 ra 18 phần

bằng nhau. Như vậy, ứng với góc α ở nửa vòng tròn bán kính r1 thì ở vòng tròn
bán kính r2 sẽ là 2α , 18 điểm trên nửa vòng tròn bán kính r 1 mỗi điểm cách
nhau 10  và trên vòng tròn bán kính r2 mỗi điểm cách nhau là 20  .
+ Trên nửa vòng tròn r1 ta đánh số thứ tự từ 0, 1, 2, ..., 18 theo chiều ngược
kim đồng hồ, còn trên vòng tròn bán kính r2 ta đánh số 0’,1’,2’,..., 18’ theo
chiều kim đồng hồ, cả hai đều xuất phát từ tia OA.
+

Từ các điểm chia trên 1/2 vòng tròn bán kính r 1, ta dóng các đường thẳng

vuông góc với đường kính AB, và từ các điểm chia trên vòng tròn bán kính r 2 ta
kẻ các đường thẳng song song với AB. Các đường kẻ này sẽ cắt nhau tương
ứng theo từng cặp 0-0’;1-1’;...;18-18’ tại các điểm lần lượt là 0, a, b, c, ..., 18.
Nối các điểm này lại bằng một đường cong và cùng với 1/2 vòng tròn bán kính
SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 10


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

r1 biểu diễn trị số vận tốc v bằng các đoạn 0, 1a , 2 b, 3c , ..., 0 ứng với các góc 0,
α1,α2, α3...α18. Phần giới hạn của đường cong này và 1/2 vòng tròn lớn gọi là
giới hạn vận tốc của piston.
+ Vẽ hệ toạ độ vuông góc v - s trùng với hệ toạ độ a-s , trục thẳng đứng Ov
trùng với trục Oa. Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, ta kẻ các đường thẳng
song song với trục Ov cắt trục Os tại các điểm 0, 1, 2, 3, .., 18. Từ các điểm
này, ta đặt các đoạn thẳng 00, 1a, 2b, 3c, ..., 1818 song song với trục Ov và có
khoảng cách bằng khoảng cách các đoạn 0, 1a , 2 b, 3c , ..., 0. Nối các điểm 0, a ,b
c, ..., 18 lại với nhau ta có đường cong biểu diễn vận tốc của piston v=f(s)

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 11




Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong

GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

ĐỒ THỊ CHUYỂN VỊ, VẬN TỐC
µ =2[ /mm]
µ =0,488[mm/mm]
µ =0,0034[mm/(s.mm)]
0

α

s

v

α [mm]

V[mm]
s=f(α)

V=f(s)

180
160

140
120
100
80
60
40
20

S[mm]

0

2

4

6

8

10

12

14

1618

3' 4' 5' 6'
7'

2'
8'
1'
0'
9'
17'
10'
16'
11'
15'14'13'12'

0A

1

B18

17

2

16
15

3
14

4
13

5
6

7

12
8

9

10

11

Hình 1.4 : Đồ thị chuyển vị và đồ thị vận tốc
1.2.1.4 Giải gia tốc J bằng đồ thị Tôlê:
- Theo phương pháp giải tích lấy đạo hàm của vận tốc theo thời gian ta có
công thức để tính gia tốc của piston :
j = R.ω 2 .( cos α + λ . cos 2α ) .

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 12


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

Để giải gia tốc j của piston, người ta thường dùng phương pháp đồ thị Tôlê vì
phương pháp này đơn giản và có độ chính xác cao.
-

Các bước tiến hành xây dựng đồ thị như sau :

2
2
−3
+ Ta có: J max = R.ω .(1 + λ ) = 41.507,63 .(1 + 0,25).10 = 13206,52 [m/s2].

J min = − R.ω 2 .(1 − λ ) = −41.507,632.(1 − 0,25).10−3 = −7923,91 [m/s2].
2
2
−3
+ Chọn tỷ lệ xích : µ j = µs .ω = 0,488.507,63 .10 = 125,75 (mm/(s2mm)).

+ Vẽ hệ trục J - s.
+ Lấy đoạn thẳng AB trên trục Os, với AB = S/ µ S =

82
= 168 [mm].
0,488

+ Tại A, dựng đoạn thẳng AC thẳng góc với AB về phía trên, với:
AC =

J max 13206,52
=

= 105[mm]
µj
125,75

+ Từ B, dựng đoạn thẳng BD thẳng góc với AB về phía dưới, với:
BD =

J min − 7923,91
=
= −63[mm].
µj
125,75

+ Nối C với D cắt AB tại E, dựng EF thẳng góc với AB về phía dưới một
đoạn:
EF =

− 3λRω 2
3.0,25.41.507,632.10−3
=−
= −63[mm].
µj
125,75

- Nối đoạn CF và DF, ta phân chia các đoạn CF và DF thành 8 đoạn nhỏ
bằng nhau và ghi số thứ tự cùng chiều, chẳng hạn như trên đoạn CF: C, 1, 2,
3, ..., 7, F; trên đoạn FD: F, 1’, 2’, 3’, ..., 7’, D. Nối các điểm chia 11' ,22 ' ,33' ,...
Đường bao của các đoạn này là đường cong biểu diễn gia tốc của piston: J =
f(s).

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 13




Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong

GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

ĐỒ THỊ TÔLÊ

µ j =125,75[mm/(s 2 .mm)]

C

1'

Jmax

J=f(s)

2'

3'

4'
B

F
5'

Jmin

6'

7'

E

1

2

3

4

5

6

7

D

Hình 1.5 : Đồ thị gia tốc
1.2.2 Động lực hoc cơ cấu TKTT
Tính toán động lực học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền nhằm mục đích

xác định các lực tác dụng lên các chi tiết trong cơ cấu ở mỗi vị trí của khuỷu
SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 14


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

trục để phục vụ cho việc tính toán sức bền, nghiên cứu trạng thái mài mòn của
các chi tiết máy và tính toán cân bằng động cơ.
Trong quá trình làm việc của động cơ, cơ cấu khuỷu trục thanh truyền
chịu tác dụng của các lực sau: Lực quán tính của các chi tiết có khối lượng
chuyển động; lực khí thể; trọng lực; lực ma sát. Trừ trọng lực ra, chiều và trị số
của các lực khác đều thay đổi theo vị trí của piston trong các chu kỳ công tác
của động cơ. Trong các lực nói trên lực quán tính và lực khí thể có trị số lớn
hơn cả, nên trong quá trình tính toán ta chỉ xét đến hai loại lực này.
1.2.2.1 Xây dựng đồ thị lực quán tính Pj, lực khí thể Pkt, lực tổng P1
1.2.2.1.1 Xác định khối lượng
a. Khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến:
Các chi tiết máy trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền tham gia vào chuyển
động tịnh tiến bao gồm các chi tiết trong nhóm piston và khối lượng của thanh
truyền quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền.
m' = m pt + m1.

Ta có:
Trong đó:

: khối lượng nhóm piston, m pt = 0,8[kg ] .
m1 : khối lượng thanh truyền tham gia chuyển động tịnh tiến

quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền.
m1 = (0,275 ÷ 0,35). mtt .
Ta chọn : m1 = 0,3.mtt = 0,3.1,1 = 0,33[kg ] .
Vậy khối lượng các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến là :
m' = m pt + m1 = 0,8 + 0,33 = 1,13[kg ] .

b. Khối lượng các chi tiết tham gia chuyển động quay:
Khối lượng tham gia chuyển động quay trong cơ cấu khuỷu trục thanh
truyền gồm phần khối lượng nhóm thanh truyền quy dẫn về đầu to thanh truyền,
khối lượng khuỷu trục gồm có khối lượng chốt khuỷu và khối lượng má khuỷu
quy dẫn về tâm chốt khuỷu.
m' R = m 2 + m k

Trong đó: m 2 - khối lượng thanh truyền quy dẫn về đầu to thanh truyền.
m2 = 0,7.mtt = 0,7.1,1 = 0,77[kg ]

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 15


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

mk - khối lượng của khuỷu trục.

Khuỷu trục có kết cấu 2 má khuỷu như nhau:
mk = mck + 2mmr

Trong quá trình tính toán, thiết kế và để xây dựng các đồ thị được tiên lợi
thì người ta thường tính toán khối lượng chuyển động tịnh tiến và khối lượng
chuyển động quay của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền thường tính trên đơn vị
diện tích đỉnh piston.
- Diện tích đỉnh piston :
FP =

πD 2 3,14.94,52
=
= 7010,25[ mm 2 ] = 0,00701025[m 2 ] .
4
4

- Khối lượng các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến tính trên đơn vị
diện tích đỉnh piston là:
m=

m'
1,13
=
= 161,2[kg/m 2 ]
FP 0,00701025

1.2.2.1.2 Xác định lực quán tính các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến

Lực quán tính các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến:
PJ = −m.J = −m.Rω 2 (cos α + λ cos 2α ) , [MN/m2].

Suyra:
PJ max = −m.J max = −m.R.ω 2 .(1 + λ )

PJ max = −161,2.41.507,632.(1 + 0,25).10 −3.10− 6 = −2,129[ MN / m 2 ].

PJ min = −m.J min = −m.[− R.ω 2 .(1 − λ ) ] = m.R.ω 2 .(1 − λ )
PJ min = 161,2.41.507,632.(1 − 0,25).10 −3.10 −6 = 1,277[ MN / m 2 ].

1.2.2.1.3 Vẽ đồ thị biểu diễn lực quán tính: − Pj = f (s )
- Đồ thị Pj này vẽ chung với đồ thị công P-V
- Cách vẽ tiến hành tương tự như cách vẽ đồ thị J - s, với:
+ Chọn tỷ lệ xích trùng với tỷ lệ xích đồ thị công
µ P = µ P = 0,0286[ MN / m 2 .mm] .
J

+ Trục hoành trùng với trục Po của đồ thị công.
− PJ max

+ AC = µ
P

j

=

2,129
= 74.44[mm] .

0,0286

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 16


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong
− PJ min

+ BD = µ
P

j

+ EF =

=



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

− 1,277
= −44,66[mm] .
0,0286

− 3mRλω 2 − 3.161,2.41.0,25.507,632.10 −3.10 −6
=
= −44.66[mm]

µ pj
0,0286

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 17


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

1.2.2.1.4 Khai triển các đồ thị
a. Khai triển đồ thị P - V thành P - α
- Vẽ hệ trục toạ độ vuông góc P - α , trục hoành O α nằm ngang với trục Po.
0
- Trên trục 0 α ta chia 10o một, ứng với tỷ lệ xích: µα = 2[ / mm] .

- Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị công như ta đã vẽ ở trên, ta tiến hành khai
triển như sau:
+ Từ các điểm chia trên đồ thi Brick, dóng các đường thẳng song song
với OP và
cắt đồ thị công tại các điểm trên các đường biểu diễn các quá trình nạp, nén,
cháy - giãn nở và thải. Qua các giao điểm này ta kẻ các đường ngang song song
với trục hoành sang hệ trục toạ độ P- α .
+Từ các điểm chia trên trục O α , kẻ các đường song song với trục Op,
những đường này cắt các đường dóng ngang tại các điểm ứng với các góc chia
của đồ thị Brick và phù hợp với quá trình làm việc của động cơ. Nối các giao

điểm này lại ta có đường cong khai triển đồ thị p - α với tỷ lệ xích :
µ P = 0,0286[ MN /(m 2 .mm)] .

µα = 2[ 0 / mm] .

b. Khai triễn đồ thị P j - V thành Pj - a: Cách khai triễn đồ thị này giống như
cách khai triễn đồ thị P -V thành P - α. Tuy nhiên, trên đồ thị P - V thì giá trị
của lực quán tình là - Pj nên khi chuyển sang đồ thị P - α ta phải đổi dấu.
1.2.2.1.5 Cộng đồ thị P - α và Pj - α, ta được đồ thị P1 - α
Cộng các giá trị pkt với pj ở các trị số góc α tương ứng, ta vẽ được đường biểu diễn
hợp lực của lực quán tính và lực khí thể P1:
P1 = Pkt + Pj , [MN/m2].

Baín g tênh P J , P kt , P 1 :
Φ
0
10
20
30
40
50

Pj
-74.44
-72.65
-67.37
-58.62
-48
-35.43

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Pkt
0.52
-0.35
-0.35
-0.35
-0.35
-0.35

P1
-73.92
-73.00
-67.72
-58.97
-48.35
-35.78
Trang 18


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong
60
70
80
90
100
110
120
130
140

150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360
370
380
390
400
410
420
430
440

450
460
470

-22.1
-8.79
3.74
14.89
24.26
31.65
37.12
40.85
42.97
43.92
44.37
44.59
44.66
44.59
44.37
43.92
42.97
40.58
37.12
31.65
24.26
14.89
3.74
-8.79
-22.1
-35.43

-48
-58.62
-67.37
-72.65
-74.44
-72.65
-67.37
-58.62
-48
-35.43
-22.1
-8.79
3.74
14.89
24.26
31.65

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT



-0.35
-0.35
-0.35
-0.35
-0.35
-0.35
-0.35
-0.35
-0.35

-0.35
-0.35
-0.35
-0.35
-0.33
-0.26
-0.14
0.04
0.30
0.65
1.13
1.79
2.71
4.00
5.88
8.62
12.98
19.78
29.07
44.15
58.61
104.09
183.73
141.37
103.15
74.73
53.16
39.12
29.72
23.36

18.91
15.73
13.43

GVHD: TS Phùng Xuân Thọ
-22.45
-9.14
3.39
14.54
23.91
31.30
36.77
40.50
42.62
43.57
44.02
44.24
44.31
44.26
44.11
43.78
43.01
40.88
37.77
32.78
26.05
17.60
7.74
-2.91
-13.48

-22.45
-28.22
-29.55
-23.22
-14.04
29.65
111.08
74.00
44.53
26.73
17.73
17.02
20.93
27.10
33.80
39.99
45.08
Trang 19


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong
480
490
500
510
520
530
540
550
560

570
580
590
600
610
620
630
640
650
660
670
680
690
700
710
720

37.12
40.58
42.97
43.92
44.37
44.59
44.66
44.59
44.37
43.92
42.97
40.58
37.12

31.65
24.26
14.89
3.74
-8.79
-22.1
-35.43
-48
-58.62
-67.37
-72.65
-74.44



11.75
10.50
9.50
8.24
6.88
5.54
4.36
3.17
2.10
1.21
0.62
0.52
0.52
0.52
0.52

0.52
0.52
0.52
0.52
0.52
0.52
0.52
0.52
0.52
0.52

GVHD: TS Phùng Xuân Thọ
48.87
51.08
52.47
52.16
51.25
50.13
49.02
47.76
46.47
45.13
43.59
41.10
37.64
32.17
24.78
15.41
4.26
-8.27

-21.58
-34.91
-47.48
-58.10
-66.85
-72.13
-73.92

ĐỒ THỊ KHAI TRIỂN P kt ,P j ,P 1 -α
µ p =0,0286[MN/(m 2 .mm)]
µ α =2[ o /mm]

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 20




Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong

GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

Pkt ,P j,P1

[MN/m2]

Pkt

P1

0

20

40

60

80

100 120

140

160 180

200

220

240 260 280

300 320

340

360 380

400

420

440 460

Pj

480

500 520 540

560

580

600 620

640 660 680

700

720

α

1.2.2.2 Xây dựng đồ thị lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z, lực ngang N theo α.

N
Ptt

P1
β
Ptt

l α+β
Pk

α Z
O
P1

T

N

Ptt
Ptt

Hình 1.6: Hệ lực tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền giao tâm.
- Ta có :
T = P1

sin (α + β )
, [MN/m2]
cos β

+Lực pháp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu: Z = P1

cos( α + β )
, [MN/m2]

cos β

+ Lực tiếp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 21


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

+Lực ngang tác dụng lên phương thẳng góc với đường tâm xylanh:
N = P1tgβ, [MN/m2]
P1 được xác định trên đồ thị khai triển tương ứng với các giá trị của α.

Ta có giá trị của góc b trong các công thức

sin (α + β ) cos(α + β )
,
, tgβ phụ thuộc
cos β
cos β

vào giá trị α , λ theo công thức: sinβ = l sinα.
- Ta lập bảng xác định các giá trị N, T, Z. Sau đó, ta tiến hành vẽ đồ thị N, T, Z
theo α trên hệ trục toạ độ vuông góc chung (N, T, Z - α). Với tỷ lệ xích :

µT = µ Z = µ N = µ P = 0,0286[ MN /( m 2 .mm)] .
µ α = 2 [độ/mm].

Baín g tênh N, T, Z:

α  P1[mm]
(1)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220

230
240
250

(2)
-73.92
-73
-67.72
-58.97
-48.35
-35.78
-22.45
-9.14
3.39
14.54
23.91
31.3
36.77
40.5
42.62
43.57
44.02
44.24
44.31
44.26
44.11
43.78
43.01
40.88
37.77

32.78

tgβ

N[mm]

sin (α + β )
cos β

T[mm]

cos( α + β )
cos β

Z[mm]

(3)
0
0.0434
0.0858
0.126
0.1628
0.1951
0.2217
0.2416
0.2541
0.2582
0.2541
0.2416
0.2217

0.1951
0.1628
0.126
0.0858
0.0434
0
-0.0434
-0.0858
-0.126
-0.1628
-0.1951
-0.2217
-0.2416

(4)
0
-3.168
-5.81
-7.43
-7.871
-6.981
-4.977
-2.208
0.8614
3.7542
6.0755
7.5621
8.1519
7.9016
6.9385

5.4898
3.7769
1.92
0
-1.921
-3.785
-5.516
-7.002
-7.976
-8.374
-7.92

(5)
0
0.2164
0.4227
0.6091
0.7675
0.8915
0.9769
1.0224
1.0289
1
0.9407
0.857
0.7551
0.6406
0.5181
0.3909
0.2614

0.1309
0
-0.1309
-0.2614
-0.3909
-0.5181
-0.6406
-0.7551
-0.857

(6)
0
-15.7972
-28.6252
-35.9186
-37.1086
-31.8978
-21.9314
-9.3447
3.4879
14.54
22.4921
26.8241
27.7650
25.9443
22.0814
17.0315
11.5068
5.7910
0

-5.7936
-11.5303
-17.1136
-22.2834
-26.1877
-28.5201
-28.0924

(7)
1
0.9773
0.9103
0.803
0.6614
0.4933
0.308
0.1149
-0.0766
-0.2582
-0.4239
-0.5691
-0.692
-0.7923
-0.8707
-0.929
-0.969
-0.9923
-1
-0.9923
-0.969

-0.929
-0.8707
-0.7923
-0.692
-0.5691

(8)
-73.92
-71.3429
-61.6455
-47.3529
-31.9786
-17.6502
-6.9146
-1.0501
-0.2596
-3.7542
-10.1354
-17.8128
-25.4448
-32.0881
-37.1092
-40.4765
-42.6553
-43.8993
-44.31
-43.9191
-42.7425
-40.6716
-37.4488

-32.3892
-26.1368
-18.6550

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 22


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360
370
380
390
400
410
420
430
440
450

460
470
480
490
500
510
520
530
540
550
560
570
580
590
600
610
620
630
640
650
660
670
680
690
700
710

26.05
17.6
7.74

-2.91
-13.48
-22.45
-28.22
-29.55
-23.22
-14.04
26.65
111.08
74
44.53
26.73
17.73
17.02
20.93
27.1
33.8
39.99
45.08
48.87
51.08
52.47
52.16
51.25
50.13
49.02
47.76
46.47
45.13
43.59

41.1
37.64
32.17
24.78
15.41
4.26
-8.27
-21.58
-34.91
-47.48
-58.1
-66.85
-72.13

-0.2541
-0.2582
-0.2541
-0.2416
-0.2217
-0.1951
-0.1628
-0.126
-0.0858
-0.0434
0
0.0434
0.0858
0.126
0.1628
0.1951

0.2217
0.2416
0.2541
0.2582
0.2541
0.2416
0.2217
0.1951
0.1628
0.126
0.0858
0.0434
0
-0.0434
-0.0858
-0.126
-0.1628
-0.1951
-0.2217
-0.2416
-0.2541
-0.2582
-0.2541
-0.2416
-0.2217
-0.1951
-0.1628
-0.126
-0.0858
-0.0434

-6.619
-4.544
-1.967
0.7031
2.9885
4.38
4.5942
3.7233
1.9923
0.6093
0
4.8209
6.3492
5.6108
4.3516
3.4591
3.7733
5.0567
6.8861
8.7272
10.161
10.891
10.834
9.9657
8.5421
6.5722
4.3973
2.1756
0

-2.073
-3.987
-5.686
-7.096
-8.019
-8.345
-7.772
-6.297
-3.979
-1.082
1.998
4.7843
6.8109
7.7297
7.3206
5.7357
3.1304

-0.9407
-1
-1.0289
-1.0224
-0.9769
-0.8915
-0.7675
-0.6091
-0.4227
-0.2164
0
0.2164

0.4227
0.6091
0.7675
0.8915
0.9769
1.0224
1.0289
1
0.9407
0.857
0.7551
0.6406
0.5181
0.3909
0.2614
0.1309
0
-0.1309
-0.2614
-0.3909
-0.5181
-0.6406
-0.7551
-0.857
-0.9407
-1
-1.0289
-1.0224
-0.9769
-0.8915

-0.7675
-0.6091
-0.4227
-0.2164

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

-24.5052
-17.6
-7.9636
2.9751
13.1686
20.0141
21.6588
17.9989
9.8150
3.0382
0
24.0377
31.2798
27.1232
20.5152
15.8062
16.6268
21.3988
27.8831

33.8
37.6185
38.6335
36.9017
32.7218
27.1847
20.3893
13.3967
6.5620
0
-6.2517
-12.1472
-17.6413
-22.5839
-26.3286
-28.4219
-27.5696
-23.3105
-15.41
-4.3831
8.4552
21.0815
31.1222
36.4409
35.3887
28.2574
15.6089

-0.4239
-0.2582

-0.0766
0.1149
0.308
0.4933
0.6614
0.803
0.9103
0.9773
1
0.9773
0.9103
0.803
0.6614
0.4933
0.308
0.115
-0.0765
-0.2582
-0.4238
-0.5691
-0.692
-0.7923
-0.8707
-0.929
-0.969
-0.9923
-1
-0.9923
-0.969
-0.929

-0.8707
-0.7923
-0.692
-0.5691
-0.4239
-0.2582
-0.0766
0.1149
0.308
0.4933
0.6614
0.803
0.9103
0.9773

-11.0425
-4.5443
-0.5928
-0.33435
-4.15184
-11.0745
-18.6647
-23.7286
-21.1371
-13.7212
26.65
108.5584
67.3622
35.7575
17.6792

8.7462
5.2421
2.4069
-2.0731
-8.7271
-16.9477
-25.6550
-33.8180
-40.4706
-45.6856
-48.4566
-49.6612
-49.7439
-49.02
-47.3922
-45.0294
-41.9257
-37.9538
-32.5635
-26.0468
-18.3079
-10.5042
-3.9788
-0.3263
-0.9502
-6.6466
-17.2211
-31.4032
-46.6543
-60.8535

-70.4926
Trang 23


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong
720

-73.92

0

0



0

GVHD: TS Phùng Xuân Thọ
0

1

-73.92

ĐỒ THỊ T,N,Z-α
µ T =µ N =µ Z =0,0286[MN/(m 2 .mm)]
µ α =2[ o /mm]

T,N,Z

Z

[MN/m2]

T
N

0 20 40 60

80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700 720

α

1.2.2.3 Xây dựng đồ thị tổng T: ∑ T
Thứ tự làm việc của động cơ : 1 - 4 - 5 - 2 - 3 - 6.
Góc lệch công tác δ ct =

180.τ 180.4
=
= 120 0 .
i
6

Bảng thứ tự làm việc của động cơ là:
00
1800

3600

5400

7200

Khi trục khuỷu của xylanh thứ nhất nằm ở vị trí α 1 = 0 0
Khuỷu trục của xylanh thứ 2 nằm ở vị trí α 2 = 360 0 .
Khuỷu trục của xylanh thứ 3 nằm ở vị trí α 3 = 240 0 .
Khuỷu trục của xylanh thứ 4 nằm ở vị trí α 4 = 600 0 .
SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 24


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

Khuỷu trục của xylanh thứ 5 nằm ở vị trí α 5 = 480 0 .
Khuỷu trục của xylanh thứ 6 nằm ở vị trí α 6 = 120 0 .
ΣT = T1 + T2 + T3 + T4 + T5 + T6 .

Tính mômen tổng

- Dựa vào bảng tính T ở trên, tra các giá trị tương ứng mà Ti đã tịnh tiến theo α.
Sau đó, cộng tất cả các giá trị T i lại ta có các giá trị của ơT. (ΣT = T1 + T2 + T3 + T4 +
T5 + T6)
Bảng tính ΣT:

Tính giá trị của ∑ Ttb bằng công thức:

∑ Ttb =

30.N i .10 3
( N / m 2 ).
π .R.FP .ϕ .n

Trong đó : - N i : công suất chỉ thị của động cơ; N i =

Ne
[KW ]
ηm

Với η m = (0,7 ÷ 0,95) ; chọn η m = 0,9 ⇒ N i =

142
= 157,77 [KW ]
0,9

- n: là số vòng quay của động cơ
- ω=

π .n 3,14.4850
=
= 507,63( Rad / s )
30
30

- FP :là diện tích đỉnh piston
- FP =

π .D 2 3,14.94,52
=
= 7010,24 (mm) = 7010,24.10 −6 (m 2 ) .
4
4

- R: là bán kính quay của trục khuỷu; R = 41(mm) = 41.10 −3 (m) .
- ϕ : là hệ số hiệu đính đồ thị công;
SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 25