Tính toán động lực học cấu trục khuỷu truyền cho động Điezen

Phạm Minh Huyền
Lớp MXD _ K41
Tính toán động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh
truyền cho động cơ Điezen INter
Kích thớc xilanh và hành trình công tác : 80 ì 110
Số xilanh : 6
Tỉ số nén : 17
Công suất lớn nhất : 110 (ml)
Số vòng quay lớn nhất : 3000 (v/ph)
I. Cơ sở tính toán.
Để tính toán động lực học và xây dựng các đồ thị ta dựa vào các thông
số sau:
1 - Lực khí thể:
Do kết quả tính toán nhiệt đã xác định đợc các thông số của lực khí
thể:
Pa = 0,94 (kG/cm2)
Pz = 73,45 (kG/cm2)
Pr = 1,1 (kG/cm2)
Pc = 43,2 (kG/cm2)
Pb = 4,31 (kG/cm2)
2 - Bán kính quay của trục khuỷu:
R = S/2
S = 110 (mm) : Hành trình của piston.
R = 110/2 = 55 (mm)
3 - Chiều dài thanh truyền:
L = R/
Chọn = 1/4 : Tham số kết cấu.
L = 55/0,25 = 220 (mm)
4 - Vận tốc góc trục khuỷu:
w = .ne/30
ne : số vòng quay của trục khuỷu ứng với Nemax

nN = 3000 (v/ph)
w = 3,14.3000/30 = 314 (rad/s)
5 - Đờng kính piston:
D = 80 (mm)
6 - Khối lợng nhóm piston:
Bao gồm:
Khối lợng piston
Khối lợng chốt piston
Khối lợng sécmăng
Khối lợng vòng hãm chốt piston
Thiết kế môn học: KCTT ĐCĐT

1


Phạm Minh Huyền
Lớp MXD _ K41
Tra bảng:
mnp = 0,02 (kg/cm2)
Tổng khối lợng nhóm piston:
mnp = mnp.Fp = 0,02.3,14.82/4 = 1,0048 kg
7 - Khối lợng nhóm thanh truyền:
Bao gồm:
Khối lợng thanh truyền
Khối lợng bạc lót
Khối lợng bulông thanh truyền
Tra bảng:
mtt = 0,03 (kg/cm2)
Tổng khối lợng nhóm thanh truyền:
mtt = mtt.Fp = 0,03.3,14.82/4 = 1,5072 kg

8 - Khối lợng nhóm tham gia chuyển động tịnh tiến M1
Bao gồm:
+ Khối lợng đầu nhỏ thanh truyền:
m1 = (0,275 ữ 0,35).mtt
lấy m1 = 0,35.1,5072 = 0,5275 kg
+ Khối lợng nhóm piston:
mnp = 1,0048 kg
Tổng khối lợng nhóm tham gia chuyển động tịnh tiến:
m = m1 + mnp = 0,5275 + 1,0048 = 1,5323 kg
9 - Khối lợng tham gia chuyển động quay M2
Bao gồm:
Khối lợng đầu to thanh truyền và các bulông:
m2 = 0,7.mtt = 0,7.1,5072 = 1,055 kg
10 - Khối lợng vận động thẳng tính trên đơn vị diện tích đỉnh piston
m = M1/Fp
Fp : diện tích đỉnh piston
m = 1,5323/(3,14.82/4) = 0,03 (kg/cm2)
11 - Khối lợng vận động quay tính trên đơn vị diện tích đỉnh piston
m2 = M2/Fp = 1,055/(3,14.82/4) = 0,02 (kg/cm2)
12 - Tỷ số nén: =17
13 - Xuất tiêu hao nhiên liệu: ge = 210
14 - Góc phun nhiên liệu sớm: =150
15 - Góc mở sớm van nạp: 1 = 100
16 - Góc đóng muộn van nạp: 2 =300
17 - Góc mở sớm van thải: 3 = 300
18 - Góc đóng muộn van thải: 4 = 100
Thiết kế môn học: KCTT ĐCĐT

2

Phạm Minh Huyền
Lớp MXD _ K41
II. Tính toán động học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền:
1- Dịch chuyển của piston.
Ta có:
X = R.[(1 - cos) + (1 - cos2)./4]
Trong đó:
X - khoảng dịch chuyển của piston (mm)
R - bán kính quay trục khuỷu (mm)
- tham số kết cấu
Ta có bảng kết quả sau:

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

[(1-cos)+(1-cos2)./4]
0.0000
0.0303
0.1188
0.2590
0.4405
0.6506
0.8750
1.0995
1.3113
1.5000
1.6586
1.7835
1.8750
1.9362

1.9726
1.9910
1.9982
1.9999
2.0000
1.9999
1.9982
1.9910
1.9726
1.9362
1.8750
1.7835
1.6586
1.5000
1.3113
1.0995
0.8750

Thiết kế môn học: KCTT ĐCĐT

X
0.0000
1.6648
6.5338
14.2436
24.2299
35.7843
48.1250
60.4720
72.1201

82.5000
91.2214
98.0942
103.1250
106.4910
108.4948
109.5064
109.9000
109.9937
110.0000
109.9937
109.9000
109.5064
108.4948
106.4910
103.1250
98.0942
91.2214
82.5000
72.1201
60.4720
48.1250

3


Ph¹m Minh HuyÒn
Líp MXD _ K41
310
320

330
340
350
360

0.6506
0.4405
0.2590
0.1188
0.0303
0.0000

ThiÕt kÕ m«n häc: KCTT §C§T

35.7843
24.2299
14.2436
6.5338
1.6648
0.0000

4


Phạm Minh Huyền
Lớp MXD _ K41

2- Xác định vận tốc của piston
Ta có:
V = R.w.[sin + (/2).sin2]

Trong đó:
V - Vận tốc piston (m/s)
R - bán kính quay trục khuỷu (m)
w - vận tốc góc trục khuỷu (rad/s)
Ta có bảng kết quả sau:

0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230

sin+(/2).sin2
0.0000
0.2164
0.4224
0.6083
0.7659
0.8891
0.9743
1.0200
1.0276
1.0000
0.9421
0.8593
0.7578
0.6429
0.5197
0.3917
0.2617
0.1309
0.0000
-0.1309
-0.2617
-0.3917
-0.5197
-0.6429

Thiết kế môn học: KCTT ĐCĐT

V(m/s)

0.0000
3.7372
7.2943
10.5045
13.2269
15.3555
16.8258
17.6161
17.7460
17.2700
16.2693
14.8409
13.0867
11.1036
8.9750
6.7655
4.5191
2.2606
0.0000
2.2606
4.5191
6.7655
8.9750
11.1036

dấu
+
+
+
+

+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-

5


Ph¹m Minh HuyÒn
Líp MXD _ K41
240
250
260
270
280
290
300
310

320
330
340
350
360

-0.7578
-0.8593
-0.9421
-1.0000
-1.0276
-1.0200
-0.9743
-0.8891
-0.7659
-0.6083
-0.4224
-0.2164
0.0000

ThiÕt kÕ m«n häc: KCTT §C§T

13.0867
14.8409
16.2693
17.2700
17.7460
17.6161
16.8258
15.3555

13.2269
10.5045
7.2943
3.7372
0.0000

-

6


Ph¹m Minh HuyÒn
Líp MXD _ K41
3- X¸c ®Þnh gia tèc cña piston
Ta cã:
J = R.w2.(cosα + λ.cos2α)
Trong ®ã:
J - gia tèc cña piston (m/s2)
víi c¸c gi¸ trÞ cña (cosα + λ.cos2α) ta cã b¶ng kÕt qu¶ sau:
α
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

cosα + λ.cos2α
1.2500
1.2197
1.1312
0.9910

0.8095
0.5994
0.3750
0.1505
-0.0613
-0.2500
-0.4086
-0.5335
-0.6250
-0.6862
-0.7226
-0.7410
-0.7482
-0.7499
-0.7500
-0.7499
-0.7482
-0.7410
-0.7226
-0.6862
-0.6250
-0.5335
-0.4086
-0.2500
-0.0613
0.1505
0.3750
0.5994
0.8095
0.9910

ThiÕt kÕ m«n häc: KCTT §C§T

J(m/s2)
6778.4750
6614.3324
6134.2690
5374.1127
4389.5045
3250.2818
2033.5425
816.1774
332.2807
1355.6950
2215.5925
2893.2226
3389.2375
3721.1098
3918.6765
4018.4177
4057.2237
4066.4592
4067.0850
4066.4592
4057.2237
4018.4177
3918.6765
3721.1098
3389.2375
2893.2226

2215.5925
1355.6950
332.2807
816.1774
2033.5425
3250.2818
4389.5045
5374.1127

dÊu
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+

7


Phạm Minh Huyền
Lớp MXD _ K41
340

350
360

1.1312
1.2197
1.2500

6134.2690
6614.3324
6778.4750

+
+
+

III. Tính toán động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
1- Lực quán tính
Pj = -m.R.w2.(cos + .cos2)
Ta có kết quả ở bảng sau:

0
10
20

cos + cos2
1.2500
1.2197
1.1312

Thiết kế môn học: KCTT ĐCĐT

Pj (kG/cm2)
20.3354
19.8430
18.4028

dấu
-

8


Phạm Minh Huyền
Lớp MXD _ K41
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

0.9910
0.8095
0.5994
0.3750
0.1505
-0.0613
-0.2500
-0.4086
-0.5335
-0.6250
-0.6862

-0.7226
-0.7410
-0.7482
-0.7499
-0.7500
-0.7499
-0.7482
-0.7410
-0.7226
-0.6862
-0.6250
-0.5335
-0.4086
-0.2500
-0.0613
0.1505
0.3750
0.5994
0.8095
0.9910
1.1312
1.2197
1.2500

16.1223
13.1685
9.7508
6.1006
2.4485
0.9968

4.0671
6.6468
8.6797
10.1677
11.1633
11.7560
12.0553
12.1717
12.1994
12.2013
12.1994
12.1717
12.0553
11.7560
11.1633
10.1677
8.6797
6.6468
4.0671
0.9968
2.4485
6.1006
9.7508
13.1685
16.1223
18.4028
19.8430
20.3354

+

+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-

2- Lực khí thể
Từ kết quả tính toán nhiệt, ta vẽ đợc đồ thị công trên toạ độ P - V nh
trên bản vẽ. Khai triển đồ thị từ P - V sang đồ thị P - ta sẽ thu đợc các giá
trị của lực khí thể.
IV. Xây dựng các đồ thị
1- Đồ thị P-
Trên hệ trục P- sau khi khai triển thu đợc Pkt ta vẽ đồ thị Pj. Dùng phơng pháp cộng đồ thị ta thu đợc P.
Thiết kế môn học: KCTT ĐCĐT

9


Ph¹m Minh HuyÒn
Líp MXD _ K41
KÕt qu¶ thu ®îc nh b¶ng sau:
α
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
390
420
450
480
510
540
570
600
630

660
690
720

cosα + λ.cos2α
1.2500
0.9910
0.3750
-0.2500
-0.6250
-0.7410
-0.7500
-0.7410
-0.6250
-0.2500
0.3750
0.9910
1.2500
0.9910
0.3750
-0.2500
-0.6250
-0.7410
-0.7500
-0.7410
-0.6250
-0.2500
0.3750
0.9910
1.2500

ThiÕt kÕ m«n häc: KCTT §C§T

Pj (kG/cm2)
-20.3354
-16.1223
-6.1006
4.0671
10.1677
12.0553
12.2013
12.0553
10.1677
4.0671
-6.1006
-16.1223
-20.3354
-16.1223
-6.1006
4.0671
10.1677
12.0553
12.2013
12.0553
10.1677
4.0671
-6.1006
-16.1223
-20.3354

Pkt(kG/cm2)
0.7500
-1.0000
-1.0000
-1.0000
-1.0000
-1.0000
-1.0000
-0.5000
0.7500
3.3750
6.0000
10.8750
18.3500
41.8250
20.3250
10.4250
4.9750
2.8250
1.6000
0.9800
0.7500
0.7500
0.7500
0.7500
0.7500

PΣ(kG/cm2)
-19.5854
-17.1223

-7.1006
3.0671
9.1677
11.0553
11.2013
11.5553
10.9177
7.4421
-0.1006
-5.2473
-1.9854
25.7027
14.2244
14.4921
15.1427
14.8803
13.8013
13.0353
10.9177
4.8171
-5.3506
-15.3723
-19.5854

10


Phạm Minh Huyền
Lớp MXD _ K41

2- Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.
Trớc hết ta tính giá trị các lực thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến.
Lực pháp tuyến:
Z = P.[cos(+)/cos]
Lực tiếp tuyến:
T = P.[sin(+)/cos]
Kết quả tính đợc thể hiện theo bảng sau:

0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330

cos( + )/cos
1.0000
0.8030
0.3079
-0.2582
-0.6921
-0.9290
-1.0000
-0.9290

-0.6921
-0.2582
0.3079
0.8030

sin( + )/cos
0.0000
0.6091
0.9769
1.0000
0.7551
0.3909
0.0000
-0.3909
-0.7551
-1.0000
-0.9769
-0.6091

Thiết kế môn học: KCTT ĐCĐT

T(kG/cm2)
0.0000
-10.4292
-6.9366
3.0671
6.9225
4.3215
0.0000
-4.5169

-8.2440
-7.4421
0.0983
3.1962

Z(kG/cm2)
-19.5854
-13.7492
-2.1863
-0.7919
-6.3450
-10.2703
-11.2013
-10.7348
-7.5561
-1.9215
-0.0310
-4.2136

11


Phạm Minh Huyền
Lớp MXD _ K41
360
390
420
450
480
510

540
570
600
630
660
690
720

1.0000
0.8030
0.3079
-0.2582
-0.6921
-0.9290
-1.0000
-0.9290
-0.6921
-0.2582
0.3079
0.8030
1.0000

0.0000
0.6091
0.9769
1.0000
0.7551
0.3909
0.0000
-0.3909

-0.7551
-1.0000
-0.9769
-0.6091
0.0000

0.0000
15.6555
13.8958
14.4921
11.4343
5.8167
0.0000
-5.0955
-8.2440
-4.8171
5.2270
9.3633
0.0000

-1.9854
20.6392
4.3797
-3.7419
-10.4803
-13.8238
-13.8013
-12.1098
-7.5561
-1.2438

-1.6475
-12.3440
-19.5854

Với kết quả thu đợc nh trên ta tiến hành xây dựng đồ thị:
+ Vẽ hệ trục T - Z.
+ Xác định các trị số T và Z tại các vị trí từ 00 tới 7200.
+ Từ gốc của đồ thị ta dịch xuống dới một đoạn
Pk0 = -m2.w2.R = (0,02.3142.5,5)/1000 = 11,45 (kG/cm2)
Từ đồ thị nếu ta nối O với bất kỳ một điểm nào trên hình vẽ ta sẽ xác
định đợc véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.
Căn cứ vào đồ thị phụ tải này ta vẽ đợc đồ thị Q - .
Đếm ô ta có tổng diện tích là :
(mm2) với chiều dài
(mm)
Qtb =
Do đó hệ số va đập là = Qmax/Qtb =

Thiết kế môn học: KCTT ĐCĐT

12


Phạm Minh Huyền
Lớp MXD _ K41

3- Đồ thị mài mòn chốt khuỷu.
Để xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu ta chú ý hai giả thiết :
+ Độ mòn tỷ lệ thuận với lực tác dụng
+ Phạm vi tác dụng lực là 120o

Trớc hết ta tính hợp lực tác dụng trên các điểm của bề mặt chốt khuỷu
sau đó thống kê phạm vi tác dụng của lực nh bảng phía dới.
Xây dựng đồ thị:
+ Dựng đờng tròn bán kính 100 mm
+ Chia đờng tròn thành 12 phần bằng nhau, đánh số từ 0 đến 11
+ Nối các điểm 0,1,2,11 với O
+ Xác định độ dài các đoạn theo tỷ lệ nhất định với hợp lực Q
Căn cứ vào đồ thị mài mòn ta có vị trí khoan lỗ dầu.

Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
Q9
Q10
Q11
Q

0
0
0
25.5

25.5

1
2
3
0
0
0
0
0
25.5
25.5
25.5
19.225 19.225 19.225
19.7
19.7
29.5

4

25.5
19.225
19.7
29.5
145.4

5

19.225
19.7
29.5
145.4

34.5

44.725 64.425 93.925 239.325 248.325

Thiết kế môn học: KCTT ĐCĐT

6

19.7
29.5
145.4
34.5
0

229.1

7

29.5
145.4
34.5
0
0

209.4

13

8

145.4
34.5
0
0
0
179.9

3

3


Phạm Minh Huyền
Lớp MXD _ K41

V. Sơ đồ: Lực và mômen tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

VI. Tính toán sức bền ống lót silanh ớt
Coi Pz phân bố đều và ứng suất kéo tác dụng lên phơng tiếp tuyến có
trị số lớn nhất :
max = (2 D21 +D2). Pz / (D21-D22)(MN/m2)
Ta có:
Thiết kế môn học: KCTT ĐCĐT

14


Phạm Minh Huyền
Lớp MXD _ K41
D = 80(mm); Pz = 73,45(KG/cm2)= 7,345(MN/m2)

Chọn D2 = D1+20( mm)
D1 =D + =80+ (mm)
max = (2 . (80+)2+ 802 ).7,345/((80+)2-( 100+)2)(MN/m2)
Chọn vật liệu chế tạo ống lót silanh bằng gang hợp kim :
[ k] =40 ữ 60( MN/m2)
max < [ k] = 40 ữ 60( MN/m2)
12,3421
ứng suất kéo hớng tiếp tuyến ở mặt ngoài :
kx min = 2D2 .Pz /(D12-D22) (MN/m2) (MN/cm2)
= 2. 802 . 7,345/ ((80+)2-( 100+)2) (MN/m2)
kx min < max
ứng suất kéo hớng kính mặt trong:
ky min = -Pz =- 7,345
ky max =0
Theo kết quả tính toán ở trên ta chọn = 13(mm)
0

1

2

0

0

0

0

1

14.1

14.1

14.1

14.1

2

25.5

25.5

25.5

25.5

25.5

19.225

19.225

19.225

19.225

3

Thiết kế môn học: KCTT ĐCĐT

3

4

5

6

7

19.225

15

8


Ph¹m Minh HuyÒn
Líp MXD _ K41
4

19.7

5

19.7

19.7

19.7

19.7

29.5

29.5

29.5

29.5

29.5

145.4

145.4

145.4

145.4

145.4

34.5

34.5

34.5

34.5

0

0

0

0

0

6
7
8
9
10

3

0

11
39.6

58.825

78.525

ThiÕt kÕ m«n häc: KCTT §C§T

108.025

239.325

248.325

229.1

209.4

16

179.9

3