Tính toán và thiết kế nhóm piston thanh truyền của động cơ IFE

Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
LỜI NÓI ĐẦU
Sau khi được học 2 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 sơ khác (sức
bền vật liệu, cơ lý thuyết, vật liệu học,... ), sinh viên được giao làm đồ án môn học kết
cấu và tính toán động cơ đốt trong. Đây là một phần quan trọng trong nội dung học
tập của sinh viên, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiến thức
đã học để giải quyết một vấn đề cụ thể của ngành.
Trong đồ án này, em được giao nhiệm vụ tính toán và thiết kế nhóm piston thanh
truyền của động cơ IFE . Đây là một nhóm chi tiết chính, không thể thiếu trong động
cơ đốt trong. Nó dùng để tiếp nhận lực khí thể do khí cháy sinh ra, biến chuyển động
tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.
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 thiếu sót.
Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô đã tận tình truyền
đạt lại những kiến thức quý báu cho em. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy
Dương Việt Dũng đã quan tâm cung cấp các tài liệu, nhiệt tình hướng dẫn trong quá
trình làm đồ án. Em vô cùng mong muốn nhận được sự xem xét và chỉ dẫn của thầy.
Sinh viên
Hoàng Thắng
Sv thực hiện : Hoàng Thắng
Lớp : 06C4B
Trang:1
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
I). PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CÁC ĐỒ THỊ TRONG BẢN VẼ ĐỒ THỊ ĐỘNG
HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC.
1. VẼ ĐỒ THỊ CÔNG:
1.1. Các thông số cho trước:
+ Công suất động cơ : Ne= 85 (kW).

+ Số vòng quay: n= 5490 (vòng/ph).
+ Tỷ số nén: ε= 9.4
+ Đường kính xilanh: D= 90(mm)
+ Hành trình piston: S= 84 (mm)
+ Tham số kết cấu: λ=0.26
+ Áp suất cực đại: Pz= 5.8 (MN/m
2
)
+ Khối lượng nhóm piston: m
np
= 0.8 (Kg)
+ Khối lượng nhóm thanh truyền:
1( ).
tt
m kg=
+ Góc phun sớm:
13 .
o
s
φ
=
+ Góc phân phối khí:
1 2 3 4
6 ; 46 ; 42 ; 4 .
α α α α
= = = =
o o o o
+ Thứ tự làm việc của động cơ: 1- 3- 4-2.
1.2. Các thông số chọn:
+ Áp suất môi trường:

)./(098,0
2
0
mMNP
=
+ Chỉ số nén đa biến trung bình :
35,1
1
=
n
+ Chỉ số giãn nở đa biến trung bình :
2
1,25n =
.
+ Áp suất cuối quá trình nạp : - Động cơ không tăng áp: p
a
= (0,8; 0,9)p
k

)./(
2
mMN
Chọn: p
a
= 0,806p
k .
)./(
2
mMN
Trong đó:

p
k
- áp suất trước xupáp nạp
Chọn p
k
= p
0
= 0,098[MN/m
2
]
Vậy:
0,806*0,098 0,079
a
p = =
. [MN/m
2
]
+ Đối với động cơ Xăng tỷ số giãn nở sớm bằng:
1
=
ρ
+ Aïp suất cuối quá trình giãn nở :
2
2
1,25
2
1,25
. 5,8.1
0,3524( / ).
9,4

n
z
b
n
P
P MN m
ρ
ε
= = =
+ Chọn áp suất khí sót : phụ thuộc vào loại động cơ

Như vậy động cơ đang khảo sát là động cơ tốc độ cao, do đó áp suất khí sót p
r
được
xác định [1]:

.
Vì động cơ không tăng áp
Vậy chọn: P
r
= 0,105(MN/m
2
)
+ Thể tích công tác :
Sv thực hiện : Hoàng Thắng
Lớp : 06C4B
Trang:2
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong

2 2

3
. 3,14.90
. *84 534384.9104 0,5344( ).
4 4
0,5344
0,0636( ).
1 9.4 1
0,5344 0,0636 0,598( ).
0,0636( )
h
h
c
a h c
c
D
V S mm l
V
V l
V V V l
Vz V l
π
ε
= = = =
→ = = =
− −
→ = + = + =
= =
1.3. Vẽ đồ thị công:
Để vẽ đồ thị công ta cần xác định các điểm trên đường nén và đường giãn nở.
1.3.1. Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén:

Ta xác định các điểm trên đường nén với chỉ số nén đa biến n
1.
Ta có phương trình đường cong nén đa biến :
1
.
n
PV Const=
Nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì:
...
1
1
n
nxnx
n
cc
VpVP
=
Suy ra :
;
1
.
1
n
c
nx
cnx
V
V
PP







=
Đặt :
.i
V
V
c
nx
=
⇒
.
1
n
c
nx
i
P
P
=
1.3.2. Xây dựng đường cong áp suất trên giãn nở:
- Ta có phương trình của đường cong giãn nở đa biến :

.
2
ConstPV
n

=
Gọi x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì:
...
2
2
n
gnxgnx
n
zz
VPVP
=
- Suy ra :
;
1
.
2
n
z
gnx
zgnx
V
V
PP






=

Với
cz
VV .
ρ
=
; Đặt :
.i
V
V
c
gnx
=

Thì ta có:
.
.
2
2
n
n
z
gnx
i
P
P
ρ
=

1.3.3. Lập bảng xác định các điểm trên đường nén và đường giãn nở:
Cho i tăng từ

1 9.4
ε
→ =
từ đó ta lập bảng xác định các điểm trên đường nén và
đường giãn nỡ.
1.3.4.Xác định các điểm đặc biệt:

Lập bảng:
Sv thực hiện : Hoàng Thắng
Lớp : 06C4B
Trang:3
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
i
*
x c
V V i=
1
c
nx
n
P
P
i
=
2
z
gnx
n
P
P

i
=
1 0.0636 1.6468 5.8000
1.4 0.0891 1.0456 3.8086
1.8 0.1145 0.7448 2.7819
2.2 0.1400 0.5680 2.1647
2.6 0.1654 0.4533 1.7568
3 0.1909 0.3737 1.4690
3.4 0.2163 0.3156 1.2563
3.8 0.2417 0.2716 1.0932
4.2 0.2672 0.2373 0.9646
4.6 0.2926 0.2099 0.8610
5 0.3181 0.1875 0.7757
5.4 0.3435 0.1690 0.7046
5.8 0.3690 0.1535 0.6444
6.2 0.3944 0.1403 0.5928
6.6 0.4199 0.1289 0.5483
7 0.4453 0.1191 0.5094
7.4 0.4708 0.1105 0.4752
7.8 0.4962 0.1029 0.4449
8.2 0.5217 0.0962 0.4180
8.6 0.5471 0.0902 0.3938
9 0.5726 0.0848 0.3721
9.4 0.5980 0.0800 0.3524
- Sau khi xác định được các điểm đặc biệt và các điểm trung gian ta tiến hành vẽ đồ
thị công theo trình tự sau :
- Vẽ hệ trục toạ độ P - V theo tỷ lệ xích :
µ
V
= 0.00299 (l/mm)

µ
P
= 0,029 (MN/m
2
/mm)
- Theo cách chọn tỷ lệ xích như trên toạ độ của các điểm đặc biệt và trung gian là :
+Điểm đặt biệt là:
r(21,3;3,6207) b(200; 5,800)
a(200; 2.75) c(21,3; 56,7859)
z(21,3; 200)
- Nối tất cả các điểm trung gian của đường nén và đường giãn nở với các điểm đặc
biệt ta được đồ thị công lý thuyết.

2.TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU KHUỶU TRỤC THANH
TRUYỀN:
Động cơ đốt trong kiểu piston thường có tốc độ lớn nên việc nghiên cứu tính toán
động học và động lực học của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền là cần thiết, mục đích
là để tìm quy luật vận động của chúng và để xác định lực quán tính tác dụng lên các
Sv thực hiện : Hoàng Thắng
Lớp : 06C4B
Trang:4
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
chi tiết tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền dùng để tính toán cân bằng các chi
tiết và tính toán mòn động cơ.
2.1.Động học của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền:
Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền thuộc loại giao tâm, là cơ cấu mà đường tâm xylanh
trực giao với đường tâm khuỷu trục tại 1 điểm. (hình
vẽ).
Với : R : bán kính quay của trục khuỷu.
l : chiều dài thanh truyền.

S : hành trình piston.

lR /=
λ
: tham số kết cấu.
ω : vận tốc góc của trục khuỷu (rad/s).
x : độ dịch chuyển của piston tính từ ĐCT
ứng với góc quay α của khuỷu trục.
β : góc lắc của thanh truyền ứng với góc α
O : giao điểm của đường tâm xylanh và
đường tâm khuỷu trục.
B : giao điểm của đường tâm thanh truyền và
đường tâm chốt khuỷu.
A : giao điểm của đường tâm thanh truyền và đường tâm chốt piston.
2.1.1.Xác định độ dịch chuyển (x) của piston bằng phương pháp đồ thị Brích:
Chuyển vị x của piston tuỳ thuộc vào vị trí của khuỷu trục, x thay đổi theo góc quay
α của khuỷu trục.
- Theo phương pháp giải tích chuyển dịch x của piston được tính theo công thức:
.
( ) ( )






−+−≈
α
λ
α

2cos1.
4
cos1.Rx
.
-Giải x bằng phương pháp đồ thị Brích cho phép ta xác lập được mối quan hệ thuận
nghịch giữa chuyển vị x của piston với góc quay α của trục khuỷu một cách thuận lợi
và khá chính xác.

+ Các bước tiến hành vẽ đồ thị như sau:
- Vẽ nữa vòng tròn tâm 0 bán kính R/
S
µ
,
đường kính
SS
RS
AB
µµ
.2
==
- Chọn tỉ lệ xích µ
S
sao cho
vS
VhS
µµ
=
⇒
*
82*0.00299

0,47
0,5344
v
R S
S
Vh
µ
µ µ
= = = =
[mm/mm].
⇒
82
0,47
AB
= =
178.7234 (mm).
- Lấy về phía bên phải tâm 0 (phía ĐCD) trên AB một đoạn 00’ sao cho:

'
. . 84*0,26
11,617( ).
2. 4. 4*0,47
R S
OO mm
s s
λ λ
µ µ
= = = =

Sv thực hiện : Hoàng Thắng

Lớp : 06C4B
Trang:5

O’