THIẾT KẾ MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

LỜI NÓI ĐẦU
Thiết kế môn học động cơ đốt trong là phần thực hành không thể thiếu đối với mỗi sinh
viên chuyên ngành Cơ khí, sau khi đã học xong phần lý thuyết về nguyên lý động cơ và phần
tính toán thiết kế. Đây là nhiệm vụ bắt buộc phải hoàn thành. Qua bài thiết kế, sinh viên được
củng cố phần lý thuyết đã được trang bị và phần nào tiếp cận, từng bước chuẩn bị dần cho công
việc chuyên môn sau này.
Bài thiết kế được sự hướng dẫn của KS Ngô Văn Thanh là giáo viên trực tiếp giảng dạy,
đồng thời cũng tham khảo thêm các ý kiến đóng góp của các bạn trong lớp và các tài liệu khác.
Tuy nhiên, do trình độ và thời gian có hạn nên bài làm không thể tránh khỏi những thiếu sót, vì
vậy em mong muốn nhận được chỉ bảo và hưóng dẫn của các Thầy trong bộ môn để bản thiết kế
được hoàn chỉnh hơn.
Hà nội, ngày 10/11/2007
Sinh viên thực hiện
Cao Ngọc Toản

1
Cao Ngoc toan - CKGTCC – K45


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

THIẾT KẾ MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Yêu cầu: Vẽ thanh truyền và tính bền thanh truyền
Các thông số cho trước:
Ambassador Car
Động cơ

1800 ISZ MPFI ( Petrol )
MPFI with 4 Cylinder OHC

Đường kính xylanh (mm) D
Hành trình piston S (mm)
Số xylanh i
Công suất Ne (hp)
Số vòng quay n (rpm)
Tỷ số nén ε
Xupáp nạp mở sớm φ1
Xupáp nạp đóng muộn φ2
Xupáp thải mở sớm φ3
Xupáp thải đóng muộn φ4
Góc đánh lửa sớm φs
Áp suất cuối hành trình nạp pa
Áp suất khí sót pr
Áp suất cuối hành trình nén pc
Áp suất cuối hành trình cháy pz
Áp suất cuối hành trình dãn nở pb
Khối lượng nhóm piston Mpt
Khối lượng nhóm thanh truyền Mtt

84
82
4 in-line
74 mã lực
5000 vg/ph
8.5
80
460
520
180

90
0.92 kG/cm2
1.14 kG/cm2
17.26 kG/cm2
66.8 kG/cm2
4.50 kG/cm2
0.73 kg
0.92 kg

Chương 1: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC
Tính các thông số của động cơ:
S 82
= 41 (mm)
+ Bán kính quay trục khuỷu: R = =
2
2
2
Cao Ngoc toan - CKGTCC – K45


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

+ Chọn tham số λ =

1
4

R
= 41 × 4 = 164 ( mm)
λ

π ⋅ n 3.14 × 5000
=
= 523,33 ( rad/s)
+ Vận tốc góc của trục khuỷu: ω =
30
30
λ


1.1.
Tính chuyển vị: x = R (1 − cos ϕ ) + (1 − cos 2ϕ ) 
4


+ khi đó, chiều dài thanh truyền L =

Trong đó:
+ x : là độ chuyển vị của piston (mm)
+ R: là bán kính quay của trục khuỷu (mm)
+ λ : Tham số kết cấu
+ φ : Góc quay của trục khuỷu (độ)
1.1.1: Ta lập bảng giá trị chuyển vị của piston: (Bảng 1.1):
φ
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
260
270
280

1 - cosφ
0.000
0.015
0.060
0.134
0.234
0.357

0.500
0.658
0.826
1.000
1.174
1.342
1.500
1.643
1.766
1.866
1.940
1.985
2.000
1.985
1.940
1.866
1.766
1.643
1.500
1.342
1.174
1.000
0.826

x1
0.000
0.623
2.473
5.493
9.592

14.646
20.500
26.977
33.880
41.000
48.120
55.023
61.500
67.354
72.408
76.507
79.527
81.377
82.000
81.377
79.527
76.507
72.408
67.354
61.500
55.023
48.120
41.000
33.880

1 – cos2φ
0.000
0.060
0.234
0.500

0.826
1.174
1.500
1.766
1.940
2.000
1.940
1.766
1.500
1.174
0.826
0.500
0.234
0.060
0.000
0.060
0.234
0.500
0.826
1.174
1.500
1.766
1.940
2.000
1.940

x2
0.000
0.155
0.600

1.281
2.118
3.007
3.844
4.525
4.970
5.125
4.970
4.525
3.844
3.007
2.118
1.281
0.600
0.155
0.000
0.155
0.600
1.281
2.118
3.007
3.844
4.525
4.970
5.125
4.970

x
0.000
0.777

3.072
6.774
11.710
17.653
24.344
31.503
38.851
46.125
53.090
59.548
65.344
70.362
74.525
77.788
80.127
81.532
82.000
81.532
80.127
77.788
74.525
70.362
65.344
59.548
53.090
46.125
38.851
3

Cao Ngoc toan - CKGTCC – K45

Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

290
300
310
320
330
340
350
360

0.658
0.500
0.357
0.234
0.134
0.060
0.015
0.000

26.977
20.500
14.646
9.592
5.493
2.473
0.623
0.000

1.766
1.500
1.174
0.826
0.500
0.234
0.060
0.000

4.525
3.844
3.007
2.118
1.281
0.600
0.155
0.000

31.503
24.344
17.653
11.710
6.774
3.072
0.777
0.000

1.1.2. Vẽ đồ thị chuyển vị của piston:
Từ bảng kết quả đã có, ta có đồ thị hành trình của piston:

λ


Tính vận tốc v = Rω sin ϕ + sin 2ϕ 
2


Trong đó:
v – là vận tốc của piston (m/s)
R = 0,042 m – là bán kính quay của trục khuỷu
ω = 575,67 (rad/s) – là vận tốc góc quay của trục khuỷu
1
λ – là tham số kết cấu =
4
φ – là góc quay của trục khuỷu
1.2.

1.2.1

φ
0

Lập bảng giá trị vận tốc piston Bảng 1.2):

sinφ
0.000

v1
0.000

sin2φ
0.000

v2
0.000

v
0.000
4

Cao Ngoc toan - CKGTCC – K45


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

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
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360

1.2.2

0.174
0.342
0.500
0.643
0.766

0.866
0.940
0.985
1.000
0.985
0.940
0.866
0.766
0.643
0.500
0.342
0.174
0.000
-0.174
-0.342
-0.500
-0.643
-0.766
-0.866
-0.940
-0.985
-1.000
-0.985
-0.940
-0.866
-0.766
-0.643
-0.500
-0.342
-0.174

0.000

3.726
7.339
10.728
13.792
16.437
18.582
20.163
21.131
21.457
21.131
20.163
18.582
16.437
13.792
10.728
7.339
3.726
0.000
-3.726
-7.339
-10.728
-13.792
-16.437
-18.582
-20.163
-21.131
-21.457
-21.131

-20.163
-18.582
-16.437
-13.792
-10.728
-7.339
-3.726
0.000

0.342
0.643
0.866
0.985
0.985
0.866
0.643
0.342
0.000
-0.342
-0.643
-0.866
-0.985
-0.985
-0.866
-0.643
-0.342
0.000
0.342
0.643
0.866

0.985
0.985
0.866
0.643
0.342
0.000
-0.342
-0.643
-0.866
-0.985
-0.985
-0.866
-0.643
-0.342
0.000

0.917
1.724
2.323
2.641
2.641
2.323
1.724
0.917
0.000
-0.917
-1.724
-2.323
-2.641
-2.641

-2.323
-1.724
-0.917
0.000
0.917
1.724
2.323
2.641
2.641
2.323
1.724
0.917
0.000
-0.917
-1.724
-2.323
-2.641
-2.641
-2.323
-1.724
-0.917
0.000

4.643
9.063
13.051
16.433
19.078
20.905
21.887

22.048
21.457
20.213
18.439
16.259
13.795
11.151
8.406
5.615
2.809
0.000
-2.809
-5.615
-8.406
-11.151
-13.795
-16.259
-18.439
-20.213
-21.457
-22.048
-21.887
-20.905
-19.078
-16.433
-13.051
-9.063
-4.643
0.000

Vẽ đồ thị vận tốc của piston:

5
Cao Ngoc toan - CKGTCC – K45


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

1.3 Tính gia tốc : j = Rω 2 [ cos ϕ + λ cos 2ϕ ]
Trong đó:
+ J : là gia tốc của piston (m/s2)
+ R: là bán kính quay của trục khuỷu (m)
+ λ : Tham số kết cấu ( λ = 1/4 )
+ φ : Góc quay của trục khuỷu (độ)

1.3.1

Lập bảng giá trị gia tốc của piston (bảng 1.3)

φ
0

cosφ
1.000

j1
11228.846

cos 2φ
1.000

j2
2807.211

j
14036.057
6

Cao Ngoc toan - CKGTCC – K45


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

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
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360

1.3.2

0.985
0.940
0.866
0.766
0.643
0.500
0.342
0.174

0.000
-0.174
-0.342
-0.500
-0.643
-0.766
-0.866
-0.940
-0.985
-1.000
-0.985
-0.940
-0.866
-0.766
-0.643
-0.500
-0.342
-0.174
0.000
0.174
0.342
0.500
0.643
0.766
0.866
0.940
0.985
1.000

11058.254

10551.664
9724.466
8601.795
7217.763
5614.423
3840.491
1949.869
0.000
-1949.869
-3840.491
-5614.423
-7217.763
-8601.795
-9724.466
-10551.664
-11058.254
-11228.846
-11058.254
-10551.664
-9724.466
-8601.795
-7217.763
-5614.423
-3840.491
-1949.869
0.000
1949.869
3840.491
5614.423
7217.763

8601.795
9724.466
10551.664
11058.254
11228.846

0.940
0.766
0.500
0.174
-0.174
-0.500
-0.766
-0.940
-1.000
-0.940
-0.766
-0.500
-0.174
0.174
0.500
0.766
0.940
1.000
0.940
0.766
0.500
0.174
-0.174
-0.500

-0.766
-0.940
-1.000
-0.940
-0.766
-0.500
-0.174
0.174
0.500
0.766
0.940
1.000

2637.916
2150.449
1403.606
487.467
-487.467
-1403.606
-2150.449
-2637.916
-2807.211
-2637.916
-2150.449
-1403.606
-487.467
487.467
1403.606
2150.449
2637.916

2807.211
2637.916
2150.449
1403.606
487.467
-487.467
-1403.606
-2150.449
-2637.916
-2807.211
-2637.916
-2150.449
-1403.606
-487.467
487.467
1403.606
2150.449
2637.916
2807.211

13696.170
12702.112
11128.071
9089.262
6730.296
4210.817
1690.043
-688.047
-2807.211
-4587.785

-5990.940
-7018.029
-7705.230
-8114.328
-8320.860
-8401.215
-8420.339
-8421.634
-8420.339
-8401.215
-8320.860
-8114.328
-7705.230
-7018.029
-5990.940
-4587.785
-2807.211
-688.047
1690.043
4210.817
6730.296
9089.262
11128.071
12702.112
13696.170
14036.057

Vẽ đồ thị gia tốc j = j(φ)
7

Cao Ngoc toan - CKGTCC – K45


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC
2.1. Vẽ và hiệu chỉnh đồ thị công
2.1.1/ Cơ sở tính và vẽ đồ thị
8
Cao Ngoc toan - CKGTCC – K45


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

- Thể tích làm việc của xylanh: Vh =
- Dung tích buồng cháy Vc =

πD 2 S 3.14 × 0.084 2 × 0.082
=
= 4,54 × 10 − 4 ( m3 )
4
4

Vh
4,54 × 10 −4
=
= 0,61 × 10 − 4 (m3 )
ε −1
8,5 − 1

- Thể tích của xylanh: V = Vh + Vc = (4,54 + 0,61).10-4 = 5,15.10-4 (m3 )
- Chỉ số nén đa biến trung bình n1 :
Pc
17,26
ln
ln
n1
Pa
0,92
Ta có: Pc = Pa .ε → n1 =
=
= 1,37
ln ε
ln 8,5
- Chỉ số giãn nở trung bình n2 :
n2

ρ
Ta có: Pb = Pz.   . Động cơ thuộc loại chạy xăng nên ta có độ dãn sớm ρ =1.
ε 
P
4,50
ln b ln
Pz
66,8
=
= 1,26
Suy ra: n2 =
ρ
1

ln
ln
ε
8,5
- Ta lập bảng các giá trị của P – V tại các thời điểm nén và giãn nở:
Đặt : i = Vi/Vc , trong đó Vi là thể tích của xylanh tại thời điểm i
i
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

in1
1.000
2.585
4.505
6.681
9.070
11.643
14.381
17.268
20.291
23.442

P
Pnén = nc1
i
kG/cm2
21.100
8.163
4.684
3.158
2.326
1.812
1.467
1.222
1.040
0.900

n2

độ dài
( mm )
72.859
28.189
16.174
10.906
8.033
6.258
5.066
4.219
3.591
3.108

ρ
 
i

n2

1.000
0.420
0.253
0.177
0.134
0.106
0.088
0.074
0.064
0.056

ρ
Pgiãn = Pz.  
i
kG/cm2
72.400
30.440
18.337
12.799
9.683
7.710
6.359
5.381
4.644

4.071

độ dài
(mm)
250.000
105.112
63.320
44.194
33.437
26.623
21.957
18.581
16.038
14.059

2.1.2/ Hiệu chỉnh đồ thị công:
- Bán kính vòng tròn Brick : Rb = Vh/(2.μV) = 4,54.10-4/(2.0,0252.10-4) = 90 (mm)
- Tham số kết cấu: λ = 1/4
λ
- Khoảng dịch chuyển tâm OO’ : OO’ = R. = 90.0,25/2 = 11,25 mm
2
- Hiệu chỉnh điểm c’ : góc đánh lửa sớm φs = 90
Pc’’ = (1,2 ÷ 1,25)Pc . Chọn Pc’’ = 1,25.17,26 = 21,575 kG/cm2
- Hiệu chỉnh điểm z’: Pz’ = 0.,85Pz = 0,85.66,8 = 56,78 kG/cm2
- Hiệu chỉnh điểm b’: Pb’ = Pb – (Pb – Pr)/2 = 4,5 – (4,5 – 1,14)/2 = 2,82 kG/cm2
+ góc đóng muộn xupap nạp : φ2 = 460
+ góc nạp mở sớm φ1 = 80
+ góc thải mở sớm φ3 = 520
9
Cao Ngoc toan - CKGTCC – K45

Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

+ góc thải đóng muộn φ4 = 180
- Từ các thông số trên ta xây dựng đồ thị công p – V với tỷ lệ xích
+ μp = 0,2672

kG / cm 2
mm

m3
mm
2.2 Triển khai đồ thị công sang đồ thị Pkt = P(φ)
- Kết quả tính nhiệt ta đã vẽ được đồ thị công p – V . Triển khai đồ thị p – V thành đồ thị
p - φ ( biểu thị mối quan hệ giữa áp suất p và góc quay trục khuỷu φ). Qua đó ta có thể biết được
sự biến thiên của áp suất khí thể theo góc quay trục khuỷu. Khi tính toán, ta tính toán với áp suất
tương đối, do đó: pkt = p – po (kG/cm2)
Trong đó:
pkt : áp suất khí thể tính theo áp suất tương đối
p – áp suất khí thể trên đồ thị công
po – áp suất khí quyển
- Sử dụng vòng tròn Brick ta sẽ triển khai được đồ thị p – φ với tỷ lệ xích như sau:
+ μV = 0.0252.10-4

kG / cm 2
+ μp = 0,2672 (
)
mm
+ μφ = 2 o/mm

2.3 Tính các lực quán tính:
2.3.1 Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến
Ta có: pj = -m.j = - m. R.ω2 (cosφ + λcos2φ) ( kG/m2)
Trong đó:
+ m : (kg/m2) - khối lượng nhóm piston và khối lượng quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền
M m pt + m1
=
m = FP
πD 2 , với D là đường kính của xylanh (m)
4
0,73 + 0,3 × 0,92
= 181,623
Thay số ta được : m = π .(0,084) 2
kg/m2
4
+ R: là bán kính quay của trục khuỷu (R = 0,041m)
+ λ : Tham số kết cấu ( λ = 1/4 )
+ φ : Góc quay của trục khuỷu (độ)
- Lập bảng tính giá trị pj theo góc quay trục khuỷu φ như sau:
Vì pj là hàm tuần hoàn theo chu kỳ 2π nên ta chỉ cần tính pj trong khoảng 0 – 3600 ;
khoảng còn lại (370 – 7200 ) hoàn toàn đối xứng.

Bảng 2.4 – Giá trị của pj ứng với góc quay của trục khuỷu
φ
0

cosφ
1.000

λ cos2φ

0.250

Pj(kG/cm2)
-25.493

do dai(mm)
-95.407
10

Cao Ngoc toan - CKGTCC – K45


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

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
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360

0.985
0.940
0.866
0.766
0.643
0.500
0.342
0.174
0.000

-0.174
-0.342
-0.500
-0.643
-0.766
-0.866
-0.940
-0.985
-1.000
-0.985
-0.940
-0.866
-0.766
-0.643
-0.500
-0.342
-0.174
0.000
0.174
0.342
0.500
0.643
0.766
0.866
0.940
0.985
1.000

0.235
0.192

0.125
0.043
-0.043
-0.125
-0.192
-0.235
-0.250
-0.235
-0.192
-0.125
-0.043
0.043
0.125
0.192
0.235
0.250
0.235
0.192
0.125
0.043
-0.043
-0.125
-0.192
-0.235
-0.250
-0.235
-0.192
-0.125
-0.043
0.043

0.125
0.192
0.235
0.250

-24.875
-23.070
-20.211
-16.508
-12.224
-7.648
-3.069
1.250
5.099
8.332
10.881
12.746
13.994
14.737
15.113
15.259
15.293
15.296
15.293
15.259
15.113
14.737
13.994
12.746
10.881

8.332
5.099
1.250
-3.069
-7.648
-12.224
-16.508
-20.211
-23.070
-24.875
-25.493

-93.096
-86.339
-75.640
-61.782
-45.748
-28.622
-11.488
4.677
19.081
31.184
40.722
47.703
52.374
55.155
56.559
57.105
57.235
57.244

57.235
57.105
56.559
55.155
52.374
47.703
40.722
31.184
19.081
4.677
-11.488
-28.622
-45.748
-61.782
-75.640
-86.339
-93.096
-95.407

2.3.2 Lực quán tính của khối lượng chuyển động quay
Lực quán tính ly tâm của khối lượng chuyển động quay được tính như sau:
pk = - mr Rω2
Trong đó:
11
Cao Ngoc toan - CKGTCC – K45


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

+ pk : lực qtính ly tâm của kl chđộng quay tính theo đvị dtích đỉnh piston(kG/cm2)

+ mr: là khối lượng quy dẫn về đầu to thanh truyền (kg)
0,7.M tt
0,7.0,92
=
= 116,27
Ta có: mr = F p
(kg/m2)
π .0,084 2
4
Thay số ta được: pk = - 116,27.0,041.523,332.10-5 = 13,06 kG/cm2
2.4. Tính PΣ
- Áp lực tổng cộng lên piston : pΣ = pj + pkt
Đồ thị biểu diễn lực tác dụng lên nhóm piston được thể hiện trên cùng đồ thị p – φ, với cùng tỷ lệ
xích là : + μp = 0,28672

kG / cm 2
mm

+ μφ = 2 o/mm
- Sau khi cộng đồ thị và chia cho tỷ lệ xích ta lập bảng giá trị độ lớn của pΣ theo góc φ như sau
( được thể hiện chung với bảng 2.5):
2.5. Vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu
Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu để xác định lực tác dụng lên chốt khuỷu ở
mỗi vị trí của trục khuỷu. Ta sẽ tìm được giá trị lực lớn nhất, bé nhất, phạm vi chịu lực ít nhất để
xác định vị trí khoan lỗ dẫn dầu bôi trơn.
- Lực tác dụng lên chốt khuỷu: Q = pk + T + Z
Trong đó:
+ pk : lực quán tính của klg chuyển động quay, phương nằm trên tâm má, chiều ly tâm
+ T : Thành phần tiếp tuyến của lực tác dụng lên thanh truyền ptt
+ Z : thành phần pháp tuyền của lực tác dụng lên thanh truyền.

- Cách vẽ được thực hiện như sau:
+ Chọn hệ trục toạ độ TOZ chiều dương Z hướng vào tâm khuỷu, chiều dương T thuận
chiều quay.
+ Trên hệ toạ độ đó, ta đánh số các điểm 1, 2, 3,… theo thứ tự ( B2.5) với cùng tỷ lệ
kG / cm 2
xích lực μT = μZ = μp = 0.2672
mm
+ Nối các điểm đó lại ta được đường cong biểu diễn đồ thị vectơ phụ tải tác dụng lên
chốt khuỷu.
+ Tâm của đồ thị vectơ là điểm O c , nằm trên trục dương Z và cách tâm O của hệ TOZ
một khoảng bằng giá trị của lực quán tính ly tâm pk2 .
pk
13,06
=
= 48,88 mm
Khoảng dịch chuyển OOc =
µ P 0,2672
Tại điểm M bất kỳ trên đồ thị, ta có vectơ lực tác dụng lên chốt khuỷu Q có gốc là O c độ lớn là
OcM, điểm tác dụng A của nó nằm trên chốt khuỷu theo phương pháp ngoại lực tác dụng.
Bảng 2.5 : giá trị lực tác dụng lên chốt khuỷu theo gqtk φ

12
Cao Ngoc toan - CKGTCC – K45


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

φ

Pkt

PΣ
Pj

sin(ϕ + β )
cos β

T

cos(ϕ + β )
cos β

Z

13
Cao Ngoc toan - CKGTCC – K45


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

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
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360
370
380
390

400
410
420
430
440
450
460

-0.140
-0.080
-0.080
-0.080
-0.080
-0.080
-0.080
-0.080
-0.080
-0.080
-0.080
-0.080
-0.080
-0.080
-0.080
-0.080
-0.080
-0.080
-0.080
-0.032
-0.024
-0.018

0.036
0.115
0.222
0.362
0.545
0.814
1.176
1.702
2.464
3.610
5.339
7.859
11.009
14.611
21.601
44.153
57.064
34.376
25.606
18.835
14.210
11.079
8.887
7.341
6.224

-25.493
-24.875
-23.070
-20.211

-16.508
-12.224
-7.648
-3.069
1.250
5.099
8.332
10.881
12.746
13.994
14.737
15.113
15.259
15.293
15.296
15.293
15.259
15.113
14.737
13.994
12.746
10.881
8.332
5.099
1.250
-3.069
-7.648
-12.224
-16.508
-20.211

-23.070
-24.875
-25.493
-24.875
-23.070
-20.211
-16.508
-12.224
-7.648
-3.069
1.250
5.099
8.332

Cao Ngoc toan - CKGTCC – K45

-25.632
-24.955
-23.150
-20.291
-16.588
-12.304
-7.728
-3.149
1.170
5.019
8.253
10.801
12.666
13.915

14.658
15.033
15.179
15.213
15.216
15.261
15.234
15.094
14.773
14.109
12.968
11.242
8.878
5.912
2.425
-1.367
-5.184
-8.613
-11.169
-12.352
-12.061
-10.264
-3.892
19.278
33.994
14.164
9.098
6.611
6.562
8.009

10.137
12.439
14.557

0.000
0.216
0.422
0.609
0.766
0.890
0.975
1.021
1.028
1.000
0.942
0.859
0.757
0.642
0.519
0.391
0.262
0.131
0.000
-0.131
-0.262
-0.391
-0.519
-0.642
-0.757
-0.859

-0.942
-1.000
-1.028
-1.021
-0.975
-0.890
-0.766
-0.609
-0.422
-0.216
0.000
0.216
0.422
0.609
0.766
0.890
0.975
1.021
1.028
1.000
0.942

0.000
-5.401
-9.780
-12.348
-12.713
-10.949
-7.536
-3.215

1.203
5.019
7.771
9.274
9.587
8.936
7.609
5.885
3.970
1.991
0.000
-1.997
-3.985
-5.909
-7.669
-9.061
-9.816
-9.653
-8.359
-5.912
-2.493
1.396
5.055
7.665
8.560
7.517
5.095
2.221
0.000
4.172

14.361
8.620
6.973
5.883
6.399
8.176
10.421
12.439
13.707

1
0.977
0.91
0.803
0.662
0.495
0.311
0.119
-0.071
-0.253
-0.419
-0.565
-0.689
-0.79
-0.87
-0.929
-0.969
-0.992
-1
-0.992

-0.969
-0.929
-0.87
-0.79
-0.689
-0.565
-0.419
-0.253
-0.071
0.119
0.311
0.495
0.662
0.803
0.91
0.977
1
0.977
0.91
0.803
0.662
0.495
0.311
0.119
-0.071
-0.253
-0.419

-25.632
-24.381

-21.066
-16.294
-10.981
-6.090
-2.403
-0.375
-0.083
-1.270
-3.458
-6.103
-8.727
-10.992
-12.752
-13.965
-14.708
-15.092
-15.216
-15.139
-14.762
-14.022
-12.852
-11.146
-8.935
-6.352
-3.720
-1.496
-0.172
-0.163
-1.612
-4.264

-7.394
-9.919
-10.976
-10.028
-3.892
18.835
30.935
11.374
6.023
3.273
2.041
0.953
-0.720
-3.147
-6.099
14


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

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
720

5.419
4.807
4.349
4.025
3.792
3.507
2.972
2.438
1.300
0.835
0.140
0.140
0.140

0.140
0.140
0.140
0.140
0.140
0.140
0.140
0.140
0.140
0.140
0.140
0.140
0.140

10.881
12.746
13.994
14.737
15.113
15.259
15.293
15.296
15.293
15.259
15.113
14.737
13.994
12.746
10.881
8.332

5.099
1.250
-3.069
-7.648
-12.224
-16.508
-20.211
-23.070
-24.875
-25.493

16.300
17.553
18.343
18.762
18.905
18.766
18.265
17.734
16.593
16.093
15.252
14.877
14.134
12.886
11.021
8.472
5.238
1.389
-2.930

-7.508
-12.084
-16.368
-20.071
-22.930
-24.736
-25.353

0.859
0.757
0.642
0.519
0.391
0.262
0.131
0.000
-0.131
-0.262
-0.391
-0.519
-0.642
-0.757
-0.859
-0.942
-1.000
-1.028
-1.021
-0.975
-0.890
-0.766

-0.609
-0.422
-0.216
0.000

13.995
13.286
11.780
9.740
7.400
4.909
2.391
0.000
-2.172
-4.210
-5.971
-7.724
-9.077
-9.754
-9.462
-7.978
-5.238
-1.428
2.991
7.321
10.754
12.545
12.214
9.687
5.353

0.000

-0.565
-0.689
-0.79
-0.87
-0.929
-0.969
-0.992
-1
-0.992
-0.969
-0.929
-0.87
-0.79
-0.689
-0.565
-0.419
-0.253
-0.071
0.119
0.311
0.495
0.662
0.803
0.91
0.977
1

-9.209

-12.094
-14.491
-16.323
-17.562
-18.184
-18.119
-17.734
-16.460
-15.594
-14.169
-12.943
-11.166
-8.879
-6.227
-3.550
-1.325
-0.099
-0.349
-2.335
-5.982
-10.836
-16.117
-20.866
-24.167
-25.353

2.6. Triển khai đồ thị vectơ phụ tái tác dung lên chốt khuỷu sang đồ thị Q = Qφ
Bảng 2.6: Giá trị của lực phụ tải Q theo góc quay trục khuỷu φ
φ

Q (độ dài)

0
10 141
20
30

146
130.5
120

40
50
60
70
80

102
87
67
53
52.5
15

Cao Ngoc toan - CKGTCC – K45


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

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

58
66
80
90
98
103
106
107
107.5
107
106
105
104
101
97.5
96.5
80
70
58
50.5
46
55
70
82
91
93
82
61

28
73
34
36

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
140
720

42
49.5
56
64.5
76
85
96
104.5
112
117
118
119
117
115
112
107
102
98
94
88
80
73

61
50
56.5
63
85
103
118
131
165
146

Đồ thị triển khai phụ tải ở toạ độ độc cực thành Q – φ được thể hiện như hình vẽ trên bản vẽ Ao.
Xác định hệ số va đập χ:
S
36214
= 100.59 mm
+ Phụ tải trung bình Qtb : = tb =
L
360
k max Qmax
168
=
=
= 1.67 < [ χ ] = 4 (đối với động cơ một hàng xylanh)
Hệ số va đập χ =
k tb
Qtb
100.59

2.7. Đồ thị mài mòn

Đồ thị mài mòn của chốt khuỷu thể hiện trạng thái chịu tải của các điểm trên bề mặt chốt
khuỷu. Đồ thị này cũng thể hiện trạng thái hao mòn của cổ trục, đồng thời chỉ rõ khu vực chịu tải
ít để khoan lỗ dẫn dầu bôi trơn theo nguyên tắc đảm bảo đưa dầu nhờn vào ổ trượt ở vị trí có khe
hở giữa trục và bạc lót của ổ lớn nhất, áp suất bé làm cho dầu lưu thông dễ dàng.
Khi vẽ đồ thị mài mòn ta cần sử dụng một số giả thiết sau:
+ Lượng mòn tỷ lệ thuận với lực tác dụng
16
Cao Ngoc toan - CKGTCC – K45


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

+ Lực tác dụng gây mài mòn bề mặt trục trên phạm vi 1200 ( 600 về mỗi bên)
+ Không xét đến điều kiện làm việc thực tế của cổ trục, cổ chốt
Cách vẽ được thể hiện như sau:
+ Vẽ một vòng tròn bán kính ρ = 80 mm biểu hiện chốt khuỷu.
+ Chia vòng tròn thành 24 phần đều nhau, được đánh số lần lượt 0, 1, 2, …, 23
+ Xác định tổng QΣi tác dụng lên các điểm thứ i (dựa vào đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt
khuỷu) sau đó ta lập bảng các giá trị đó của QΣi (B.2.7)
+ Xác định ΣQi bàng cách cộng tất cả các lực QΣp tác dụng lên mỗi điểm
+ Chọn tỷ lệ mài mòn (a = 1/66) , đó là tỷ lện giữa lượng mòn Δ và lực tác dụng. Từ đó
xác định được lượng mòn Δi và ghi vào cùng bảng 2.7
+ Đặt lên vòng tròn đã vẽ theo phương hướng tâm các đoạn giá trị bằng Δi tại các điểm i
tương ứng rồi nối các điểm đầu mút lại ta được hình dáng cổ trục sau khi đã mòn. Từ đó xác định
được vùng mòn ít nhất để khoan lỗ dẫn dầu bôi trơn.
Căn cứ vào đồ thị mài mòn ta xác định được vị trí khoan lỗ dẫn dầu bôi trơn là vị trí 9.
* Nhận xét: Trên thực tế thì các điểm của chốt khuỷu đều bị mài mòn do điều kiện làm việc
không giống với các điều kiện của giả thiết ở trên. Do đó kết quả thu được chỉ là tương đối.
Bảng 2.7 – Xác định hợp lực tác dụng trên chốt khuỷu
(Xem trang bên)

17
Cao Ngoc toan - CKGTCC – K45


III,Tính bền thanh truyền:
1,Tính sức bền đầu nhỏ mỏng chịu kéo:
Xét tỷ số: d2/d1 = 52/39 = 1,333 < 1,5 => loại đầu nhỏ mỏng, tính theo lý thuyết thanh cong bị ngàm tiết diện chuyển tiếp từ dầu nhỏ đến thân, lực tác dụng lên
đầu nhỏ khi chịu kéo chỉ là lực quán tính của nhóm PISTON. Giáo sư Kinaxotsvili đề xuất phương pháp tính như trên cơ sở các giả thiết như sau:
+ Coi đầu nhỏ là 1 dầm cong ngàm hai đầu, vị trí ngàm là vị trí chuyển tiếp giữa đầu nhỏ và thân (tiết diện C-C) ứng với góc γ bằng:
H
28
+ ρ1
+ 28
γ = 90 o + arccos 2
= 90 o + ar cos 2
= 128,9 o
r2 + ρ1
26 + 28
+ Do tính chất đối xứng của ngàm nên khi tính toán, cắt bỏ đi một nửa và thay thế nó bằng 1 lực pháp tuyến và mô men uốn NA và MA, tính gần đúng theo biểu
thức sau:
MA = Pj.ρ(0,00033γ – 0,0297) MNm
NA = Pj(0,572 – 0,0008γ) MN
Giá trị γ biểu thức trên tính theo độ:
ρ = (d1 + d2)/4 = (52+39)/4 = 22,75 (mm) : bán kính trung bình dầu nhỏ.
Pj = mnp.R.ω2 = 2,4.0,062.219,912 = 7196 N = 7,196.10-3 MN
=> MA = 7,196.10-3.0,02275(0,00033.128,9o – 0,0297) = 2,101.10-6 MNm
NA = 7,196.10-3(0,572 – 0,0008γ) = 3,374.10-3 MN
* Lực tác dụng trên dầm cong có bán kính cong bằng bán kính trung bình của đầu nhỏ ρ là lực phân bố đều có giá trị bằng:
m np .R.ω 2 (1 + λ)

2,4.0,062.219,912 (1 + 0,25)
q = Pj/2ρ =
=
= 0,197693(MN/m)
2.0,02275
2ρ
Từ các giả thiết và sơ đồ tính, ta có thể tính được các giá trị lực pháp tuyến và mô men uốn tại tiết diện bất kì. Người ta chứng minh được lực và mô men ở tiết
diện ngàm C – C là lớn hơn cả và đây cũng chính là tiết diện nguy hiểm, như vậy mô men uốn và lực kéo tại tiết diện ngàm C – C là:
Mjc = MA + NA.ρ(1- cosγ) – 0,5Pj.ρ(sinγ - cosγ) =
= 2,101.10-6 + 3,374.10-3.0,02275(1- cos128,9) – 0,5.7,196.10-3.0,02275(sin128,9 – cos128,9)
= 1,2.10-5 MNm
Njc = NAcosy + 0,5Pj(sinγ - cosγ) = 3,374.10-3.cos128,9 + 0,5.7,196.10-3(sin128,9 – cos128,9)
= 2,94.10-3 MN
Đầu nhỏ được ép căng bạc lót nên có sự biến dạng đồng thời của đầu nhỏ và bạc lót. Trong đó đầu nhỏ chịu biến dạng kéo, bạc lót chịu biến dạn nén. Do vậy
trong quá trình làm việc, đầu nhỏ thanh truyền không chịu toàn bộ lực kéo Njc mà chỉ chịu 1 phần lực kéo đó, đặc trưng bởi hệ số giảm tải χ.
Hệ số χ phụ thuộc vào độ cứng của các chi tiết mối ghép( bạc lót và đầu nhỏ) được xác định như sau:


χ=

E đ .Fđ
E đ .Fđ + E b .Fb

Eđ ,Fđ: mô men đàn hồi và tiết diện dọc đầu nhỏ;
Eđ = 2,2.105 (MN/m2)
Fđ = ld(d2 – d1) = 0,034(0,052 – 0,039) = 4,42.10-4(m2)
Eb,Fb: mô men đàn hồi và tiết diện dọc bạc lót:
Eb = 1,15.105 (MN/m2)
Fb = 0,032(0,039- 0,036) = 9,6.10-5 (m2)
2,2.10 5.4,42.10 −4

= 0,898
=> χ =
2,2.10 5.4,42.10 −4 + 1,15.10 5.9,6.10 −5
Do vậy, ứng suất trên đầu nhỏ là:

 1
6ρ + s
+ χN jc 
σnj = 2.M jc
=
s( 2ρ + s )

 l d .s


6.0,02275 + 0,0065
1
−5
−3
2
2.1,2.10 0,0065(2.0,02275 + 0,0065) + 2,94.10 .0,898 0,034.0,0065 = 57,9 (MN/m )



 1
6ρ − s
+ χN jc 
σtj = − 2M jc
=
s( 2ρ − s )


 lds

6.0,02275 − 0,0065
1
−5
−3 
2
− 2.1,2.10 0,0065( 2.0,02275 − 0,0065) + 0,898.2,94.10  0,034.0,0065 = - 49,3 (MN/m )


2
Ứng suất kéo cho phép là [σk] = 30 – 60 MN/m
2,Tính sức bền khi đầu nhỏ chịu nén:
Lực nén tác dụng lên đầu nhỏ thanh truyền là hợp lực của lực khí thể và lực quán tính của khối lượng nhóm piston:
PΣ = Pkt + Pjp = pz.Fp + mnp.R.ω2(1+λ) =
= 70,9.10-3 + 2,4.0,062.219,912(1 + 0,25).10-6
= 79,9.10-3 MN
Theo Kinaxotsvili, lực PΣ gây ra phân bố đều trên đầu nhỏ thanh truyền theo quy luật đương cosin:
2PΣ cos α
q=
πρ
Ta cũng coi đầu nhỏ như 1 dẩm cong và do tính chất đối xứng ta cắt bỏ đi 1 nửa tại tiết diện A-A, thay vào đó là các lực và mô men tương ứng N A, MA:


NA/PΣ = 0,008 => NA = 0,008. 79,9.10-3 = 6,392.10-4 (MN)
MA/PΣ.ρ = 0,0027 => MA = 0,0027. 79,9.10-3.0,02275 = 4,9.10-6(MNm)
Người ta chứng minh rằng lực và mô men sinh ra tại tiết diện ngàm C – C là lớn nhất. Cho nên ta chỉ tính giá trị lực và ứng suất tại tiết diện này:
1
 sin γ γ


− sin γ − cos γ  =
Mz = MA + NA.ρ(1 - cosγ) – PΣ 
π
π
 2

1
 sin 128,9 2,25

−
sin 128,9 −
cos128,9 
= 4,9.10-6 + 6,392.10-4.0,02275(1 – cos128,9) – 79,9.10-3 
2
3,14
3,14


-3
= - 2,48.10 MNm
1
 sin γ γ

− sin γ − cos γ  =
Nz = NAcosγ + PΣ 
π
π
 2


1
 sin 128,9 2,25

−
sin 128,9 −
cos128,9 
= 6,392.10-4 .cos128,9+ 79,9.10-3 
2
3,14
3,14


-3
= 2,11.10 MN
Ứng suất gây ra cho đầu nhỏ khi chịu nén là:
Trên mặt ngoài:

 1
6ρ + s
+ χN z 
σnz = 2.M z
=
s( 2ρ + s )

 l d .s


6.0,02275 + 0,0065
1
−3

+ 2,11.10 −3.0,898
= − 2.2,48.10
=
0,0065(2.0,02275 + 0,0065)

 0,034.0,0065
Trên mặt trong:

 1
6ρ − s
+ χN z 
σtz = − 2M z
=
s( 2ρ − s )

 lds


6.0,02275 − 0,0065
1
−3
+ 0,898.2,11.10 −3 
= 2.2,48.10
=
0,0065( 2.0,02275 − 0,0065)

 0,034.0,0065


TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tên sách

Tác giả

1.Kết cầu và tính toán động cơ đốt trong

PGS.TS. Nguyễn Duy Tiến
NXB Giao thông Vận tải – 2006

2. Động cơ đốt trong

PGS.TS Nguyễn Minh Tuấn
NXB Khoa học kỹ thuật – 2005

3. Nguyên lý động cơ đốt trong

PGS.TS Nguyễn Tất Tiến
NXBGD – 2001

4. Motor Vehicle Engines

M. Khovakh
Mir Publishers Moscow - 1971


MỤC LỤC
Nội dung
Lời nói đầu
Chương 1: Tính toán động học
1.1. Tính chuyển vị của piston

1.2. Tính vận tốc của piston
1.3. Tính gia tốc của piston

Trang
1
3…7
3…4
4…6
6…7

Chương 2: Tính toán động lực học
2.1. Vẽ đồ thị công p – V
2.2. Khai triển đồ thị công sang p – φ
2.3 . Tính các lực quán tính pj
2.4. Tính lực tổng pΣ
2.5. Vẽ đồ thị vectơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu
2.6. Khai triển đồ thị vectơ phụ tải sang Q – φ
2.7 Vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu

8…16
8…9
9
9…10
11
11…13
14
15…16

Chương 3: Tính bền trục khuỷu
3.1 Tính bền chốt khuỷu

3.2. Tính bền mà khuỷu
3.3. Tính bền cổ trục

17…18
17
18
18

Tài liệu tham khảo
Mục lục

19
20