thiết kế nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong song hành

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại ngày nay, nền khoa học tiên tiến đang phát triển mạnh mẽ
trên toàn thế giới. Các máy móc càng trở nên phổ biến và từng bước thay thế
dần con người trong những công việc phức tạp, nguy hiểm.
Đảng và nhà nước ta đã chỉ rõ muốn kinh tế nước nhà phát triển phải xem
khoa học kỹ thuật là then chốt. Và với một nền công nghiệp phát triển và hiện
đại thì đòi hỏi chúng ta phải chế tạo được những máy móc phục vụ cho các
ngành sản xuất cũng như trong sinh hoạt.
Trong bối cảnh đó ngành công nghiệp nặng càng trở nên cần thiết và quan
trọng hơn bao giờ hết. Ngành chế tạo máy nói chung và việc thiết kế nguyên
lý máy là rất quan trọng. Việc thiết kế kết hợp giữa tin học và vẽ tay truyền
thống giúp ta trực quan hơn về nguyên lý làm việc của máy. đồ án nguyên lý
máy sẽ giúp sinh viên làm quen và tìm hiểu bộ môn nguyên lý máy sâu sắc
hơn.
Sau một thời gian làm việc cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và
bạn bè cộng với sự nỗ lực của bản thân , em đã hoàn thành đồ án môn học với
đề tài “thiết kế nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong song hành”.
Vì thời gian có hạn tài liệu cũng như trình độ bản thân có hạn đồ án của em
không tránh khỏi những sai sót , em rất mong nhận được những sự chỉ bảo
góp ý của thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn.
Sinh viên :
23:27 a4/p423:27 a4/p4
1
PHẦN 1 CẤU TRÚC VÀ ĐỘNG HỌC CƠ CẤU
A TỔNG HỢP CƠ CẤU
1. phân tích cấu trúc cơ cấu.
Cơ cấu chính của động dơ đót trong 4 kỳ nói chung và cơ cấu động
cơ đốt trong hành nói riêng là cơ cấu tay quay con trượt. Dùng cơ cấu này
trong động cơ để biến chuyển động qua lại của động cơ thành chuyển động

quay của trục khuỷu và từ chuyển động này để dẫn đến máy công tác.
Vây trong động cơ đốt trong song hành này khâu dẫn (trục khuỷ) có
chuyển động là chuyển động quay mà giả thiết là quay đều với số vòng
quay đã cho . Con trượt 3 và con trượt 5 (piston) chuyển động tịnh tiến
thẳng . Thanh truyền 2 và 4 chuyển động song phẳng . Nói tóm lại đối với
động cơ đốt trong này piston là khâu phát động nó truyền chuyển động cho
thanh truyền 2 hay thanh truyền 4 và truyền tiếp chuyển động cho trục
khuỷu quay.
2 . bậc tự do của cơ cấu .
Ta có công thức tính bậc tự do của cơ cấu là:
W=3n-(p4+2p5)+r + r’-s
W: số bậc tự do của cơ cấu
n=5 :số khâu động
p5=7 : số khớp thấp
p4=0 : số khớp cao
r=0: buộc số ràng trùng
r’=0:số ràng buộc thừa
S=0: số bậc tự do thừa .
⇒ W= 3.5-(0+2.7) + 0 + 0 – 0 =1.
Vậy cơ cấu có một bậc tự do.
3, Khâu dẫn và phân loại cơ cấu.
Từ lược đồ cơ cấu ta thấy khâu 1 quay quanh khớp 01 với vận tốc góc ω1
và ta chọn khâu 1 làm khâu dẫn .
23:27 a4/p423:27 a4/p4
2
∗ Phân loại cơ cấu .
Ta thấy cơ cấu bao gồm khâu 1 và 2 nhóm a xua loại 2
Nhóm 1: gồm 2khâu- khâu 2 và khâu 3
Nhóm 2: gồm 2 khâu – khâu 4 và khâu 5
⇒Đây là cơ cấu loại 2

0
A
B
C
D
2
3
4
5
1

4. Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu :
Xác định hành trình H của cơ cấu
Từ thông số dã cho ta có :
85
H = 2R = 85 (mm) → R =  = ) 42,5(mm
2
ta có : R 1
λ =  =  ⇒ L =4,3 . 42,5 = 182,75(mm)
L 4.3
5. Dựng cơ cấu giá trị thực
Để vẽ được cơ cấu ta chọn đoạn biểu diễn độ dàI tay quay 0A= 60(mm)
ta có tỉ lệ xích chiều dài

đoạn thực L0A 0,0425
µL=  =  =  = 0,0007083(m/mm)
đoạn biểu diễn 0A 60

→ bảng 1 kích thước các khâu

Đoạn biểu
diễn
0
1
A AC AB CD
Giá trị thực 0,0425 0,085 0,18275 0,18275
23:27 a4/p423:27 a4/p4
3
Giá tri biểu
diễn
60 120 258 258
CÁCH DỰNG CƠ CẤU :

Vẽ đường tròn tâm O đường kính 120 mm . Trên đường tròn lấy một điểm A.
từ A vẽ cung tròn bán kính AB có độ dàI L=258 mm . cắt đường thẳng đứng
tại B. Ta được cơ cấu tay quay con trượt OAB. Trên đường tròn có đường
kính 120mm lấy đIểm C đối xứng đIểm A qua tâm 0 (đường kính AC chính là
tay quay) vẽ cung tròn đường kính CD với độ dàI =258mm. Ta cũng đã dựng
được cơ cấu tay quay con trượt OCD.
C
0
D
B
A
B PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU
1. HOẠ ĐỒ VỊ TRÍ

Với cơ cấu đã dựng được ta thấy tay quay AC có trọng tâm O
1
và quay quanh

O
1
tạo thànhđường tròn đường kính AC . trên đường tròn ta chia đường tròn
thành 8 phần bằng nhau ứng với các đIểm từ A
1
; A
2
;

A
3
; A
4
; A
5
; A
6
; A
7
;
A
8
. (các điểm từ C
1
..C
8
lần lượt đối xứng). Với 8 vị trí trên xi lanh thì có 2
23:27 a4/p423:27 a4/p4
4
điểm chết đó là đó là vị trí 1 và vị trí 5. Do động cơ là song hành nên piston 3

và piston 5 cùng ở những đIểm chết. Piston 3 ở trên thì piston 5 ở dưới và
ngược lại. ở trên ta gọi là đIểm chết trên còn ở dưới ta gọi là đIểm chết dưới.
_
_
_
C2
0
C4
_
_
_
A7
_
_
_
C5A1
_
_
_
B1
_
_
_
D5
B6
B7
D7
D3
B3
D2

B5
D1
_
_
_
_
_
_
D8
B4
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
B8
_

_
_
D6
D4 B2
_
_
_
_
_
_
A4
C8
A3 C7
_
_
_
C6
A2
_
_
_
A6
C3
A8
A5
C1
_
_
_
2. HOẠ ĐỒ VẬN TỐC

Chọn tỷ lệ xích vận tốc
23:27 a4/p423:27 a4/p4
5
ω
1.
L
0
1
A

ω
1
.O
1
A.µ
L
µ
v
=  = 
Pa
1
Pa
1
để tiện lợi ta chọn Pa
1
= O
1
A ⇒ µ
v
= ω

1
. µ
L

**Ta lần lượt vẽ hoạ đồ vận tốc cho 8 vị trí :
2Π n 2.3,14.4600
Ta có : ω
1
=  =  = 481,7108 (Rad/s)
60 60
⇒ µ
v
= 481,7108 . 0,0007083 = 0,3411958 (m/mm)
V
A1
= V
A2
= ω
1
. O
1
A = 481,7108.0,0425= 20,4727
V
B2
= V
A2
+ V
B2A2
(1)
V

B3
= V
B2
(2)
Dựa vào 2 phương trình trên ta có thể xác định được V
B2
vẽ được hoạ đồ vận
tốc vì :
V
A2
đã biết phương chiều và độ lớn .
V
B2A2
biết phương vuông góc với AB.
V
B2
có phương thẳng đứng
Ta chọn đIểm P làm gốc hoạ đồ vận tốc , dựng pa
1
biểu diễn V
A1
= V
A2 .
có
chiều cùng chiều quay với ω
1.
từ đIểm a
1
≡a
2

kẻ phương của véc tơ V
B2A2 .
từ
gốc P kẻ phương của V
B3
= V
B2
hai đường thẳng này cắt nhau ở đâu đó chính
là đIểm b
2
≡ b
3
nối pb ta có véc tơ pb
1
≡ pb
2
biểu diễn vân tốc của đIểm B.
Xét nhóm axua (4-5)
V
C1
=V
C4
= ω1 .L
OC
= 481,7108.0,0425= 20,4727
V
C1
: phương vuông góc oc và có chiều theo chiều ω
1.
Xét đIểm D:

V
D4
= V
C4
+ V
C4D4
(*)
V
D4
= V
D5
V
D4
: có phương là phương trượt của piston5, độ lớn chưa xác định được.
V
C4D4
: có phương vuông góc với CD độ lớn chưa xác định.
V
C4
: đã xác định cả phương chiều và độ lớn.
Ta thấy (*) có 2 ẩn ta dùng phương pháp vẽ để giải.
23:27 a4/p423:27 a4/p4
6
Ta chọn đIểm P làm gốc hoạ đồ vận tốc , dựng pc
1
biểu diễn V
C1
= V
C4 .
có

chiều cùng chiều quay với ω
1.
từ đIểm c
1
≡c
4
kẻ phương của véc tơ V
C4D4 .
từ
gốc P kẻ phương của V
D5
= V
D4
hai đường thẳng này cắt nhau ở đâu đó chính
là đIểm d
5
≡ d
4
nối pd ta có véc tơ pd
4
≡ pd
5
biểu diễn vân tốc của đIểm D.
z


3. HOẠ ĐỒ GIA TỐC
Xác định hoạ đồ gia tốc tại vị trí số 2 và vị trí số 4
Xét đIểm A ta thấy
aA

1
= aA
2
= aA
n
= ω
2
1 . L
OA
= (481,7108)
2
. 0,0425 = 9861,9250(
m/s
2
)
có chiều từ A hướng tới o
xét đIểm B:
aB
2
= aB
3
= aA
2
+ a
n
B
2
A
2
+ a

t
B
2
A
2
(∗)
aA
2
=9861,9250m/s
2
chiều từ A về 0
23:27 a4/p423:27 a4/p4
Vị trí 1 2 3 4 5 6 7 8
P
a1-2
V
a1-2
60
20,4727
60
20,4727
60
20,4727
60
20,4727
60
20,4727
60
20,4727
60

20,4727
60
20,4727
P
b2-3
V
b2-3
0
0
49,4994
16,8889
60
20,4727
35,3534
12,0624
0
0
35,3534
12,0624
60
20,4727
49,4994
16,8889
P
s2
V
s2
44,9459
15,3335
52,6943

17,9790
60
20,4727
48,5446
16,5632
44,9459
15,3335
48,5446
16,5632
60
20,4727
52,6943
17,9790
ω
2
112,0205 80,3035 0 80,3035 112,0205 80,3035 0 80,3035
Pd
4-5
Vd
4-5
0
0
35,3534
12,0624
60
20,4727
49,4994
16,8889
0
0

49,4994
16,8889
60
20,4727
35,3534
12,0624
C
4
d
4
Vc
4
d
4
60
20,4727
43,0119
14,6754
0
0
43,0119
14,6754
60
20,4727
43,0119
14,6754
0
0
43,0119
14,6754

b
2
a
2
V
B2A
2
60
20,4727
43,0119
14,6754
0
0
43,0119
14,6754
60
20,4727
43,0119
14,6754
0
0
43,0119
14,6754
ω
4
112,0205 80,3035 0 80,3035 112,0205 80,3035 0 80,3035
Ps
4
Vs
4

44,9459
15,3353
48,5446
16,5632
60
20,4727
52,6943
17,9796
44,9459
15,3353
52,6943
17,9796
60
20,4727
48,5446
16,5632
7
a
n
B
2
A
2
= ω2
2
. LAB = (80,3035)
2
. 0,18275 =1178,4911(m/s
2
) chiều từ B về

A
a
t
B
2
A
2
chưa biết độ lớn , chiều vuông góc AB
aB
2
độ lớn chưa xác định phương thẳng đứng theo phương trượt của piston.
Ta thấy (∗) có 2 ẩn do đó ta giảI bằng phương pháp vẽ .
Xét đIểm C ta có ω
1
= const do đó
aC
1
= aC
4
= a
n
C = ω

2
1
. LOC = (80,3035)
2
. 0,18275 = 1178,4911 (m/s
2
) có

chiều từ C về 0
xét điểm D
có aD
4
= aD
5
= aC
4
+ a
n
D
4
C
4
+ a
t
D
4
C
4
(∗∗)
aD
4
có độ lớn chưa xác định. Có phương cùng thẳng đứng theo chiều trượt
của piston 5 a
n
C
4
D
4

có độ lớn = ω
4
. LCD = (80,3035)
2
. 0,18275 =
1178,4911 (m/s).
a
t
C
4
D
4
có độ lớn chưa xác định , phương vuông góc với CD
ta thấy (∗∗) chỉ còn 2 ẩn do đó ta dùng phương pháp vẽ để giải.
•/ PHƯƠNG PHÁP VẼ:
chọn tỉ lệ xích gia tốc µ
a
= ω
1
2
. µ
L
= (481,7108)
2
. 0,0007083 =
164,3576823(m/mms
2
)
ta chọn một đIểm Π làm gốc hoạ đồ gia tốc dựng véc tơ Πa
‘

1
=Πa
‘
2
biểu diễn
a
A1
=a
A2
từ mút a
12
dựng véc tơ n có phương song song AB chiều từ B về A để
biểu diễn a
n
B2A2
từ mút véc tơ n tabiểu diễn véc tơ a
t
A2 B2
bằng cách dựng một
đoạn thẳng vuông góc với véc tơ n đường thẳng này cắt trục thẳng đứng đi
qua ∏ ở đâu đó chính là đIểm b’
2
≡ b’
3
cần phảI tìm. đoạn ∏b
’
2
≡ ∏b
‘
3

biểu
diễn véc tơ gia tốc a
B2
= a
B3
.
Từ ∏ ta dựngvéc tơ ∏c’1 = ∏c’4 biểu diễn các véc tơ a
C1
=a
C4
từ mút c’ ta
dựng véc tơ c’
1
n biẻu diễn véc tơ gia tốc a
n
D4 C4
. từ mút n ta dựng một đoạn
thẳng vuông góc với c’
1
n cắt trục thẳng đứng qua ∏ ở đâu đó chính là d
’
4
≡
d
’
5
cần tìm .
23:27 a4/p423:27 a4/p4
8
Xác định vị trí khác cũng tương tự

BẢNG THÔNG SỐ CÁC GIÁ TRỊ µ
a
= 164,3576823
2 4
Πa
1,2
a
’
A1,2
60
9861,4609
60
9861,4609
Πb
’
2,3
a
’
B2A2
42,6225
7005,3353
42,2303
6940,8742
a’
1
n
a
n
B2A2

7,1702
1178,4774
7,1702
1178,4774
nb
’
2
a
t
B2A2
41,8166
6872,8794
41,8166
6872,8794
∏S
’
2
as
2
50,6587
8326,1465
50,5438
8307,2618
∏d
4-5
a
D4-5
42,2303
6940,8742
42,6225

7005,3353
∏c
‘
1-4
aC
’
1-4
60
9861,4609
60
9861,4609
nc
’
1-4
7,1702 7,1702
23:27 a4/p423:27 a4/p4
9
a
n
C 4D4
1178,4774 1178,4774
nd’
4-5
a
t
C 4D4
41,8166
6872,8794
41,8166
6872,8794

∏S
’
4
as
4
50,5438
8307,2618
50,6587
8326,1465
ε
2
38156,9737 38156,9737
ε
4
38156,9737 38156,9737

PHÂN TÍCH LỰC
G
2
G
4
12
Ta có : m
2
= m
4
=  =  =  =1,223(kg)
9,81 9,81 9,81
G
3

G
5
14
m
3
= m
5
=  =  =  =1,4271 (kg)
9,81 9,81 9,81
J
S2
m2.l
2
ta lại có L
S2K2
=  =  = 43,5119 (mm)
m
2
.l
A2S2
12.m2.0,35l
ta đã xác định được tâm va đập K của khâu 2
từ hoạ đồ gia tốc ta có : a
S2
=

a
A2
+ a
S2A2

nhân cả 2 vế của phương trình với (-m
2
) ta được
-ma
S2
=

-m
2
( a
S2A2
+ a
A2
)
P
t
q2
= - m
2
.a
A2
là lực quán tính tịnh tiến của khâu 2 và lực này có đIểm đặt tại
S
2
và có phương song song với phương của véc tơ gia tốc a
A2
, chiều ngược lại
P
n
q2

= -m
2
. a
S2A2
là thành phần quán tính của khâu 2 trong chuyển động quay
quanh đIểm A nó có đIểm đặt tại K và có phương song song với phương của
véc tơ gia tốc a
S2A2
, chiều ngược lại
ta dựng hoạ đồ lực theo vị trí của nhóm axua tạo bởi khâu 2 và khâu 3
23:27 a4/p423:27 a4/p4
10
a
t
B2A2
a2’b’2.µ
a
42,4269. 164,3576823
ta có ε2 =  =  =  = 38156,9737 (rad/s
2
)
LAB LAB 0,18275
Do đó a
t
S2A2
=

ε
2
. L

A2B2
= 38156,9737. 0,0639625 =2440,6154
(m/s
2
)
a
n
S2A2
= ω
2
2
. L
A2S2
= (80,3035)
2
.0,0639625= 412,4719 (m/s
2
)
vậy : a
S2A2
=( a
n
S2A2
)
2

+ (a
t
S2A
)

2
= 412,4719
2
+ 2440,6154
2
=
ta giả sử đIểm đặt của lực quán tính P
q2
là đIểm T thì ta xác định đIểm T như
sau:
tại trọng tâm S
2
của khâu 2 ta kẻ phương song song với 0A. tại tâm va đập K
2
ta kẻ phương song song với gia tốc a
S2A2
. 2 phương này gặp nhau ở đâu thì đó
chính là đIểm đặt lực T
tách nhóm axua 2-3 đặt các lực ta có phương trình cân bằng lực :
R
03
+ P
q3
+P
3
+ G
3
+ G
2
+P

q2
+R
1-2
= 0 (∗)
Xác định lực tác động lên piston (3) P
3
.
Để xác định lực này ta phải dựa vào biểu đồ công và quá trình làm việc của
động cơ . Ta biết
cứ sau 2 vòng quay của trục khuỷu động cơ hoàn thành một chu kỳ sinh công.
Vậy khi piston (3) đi từ điểm chết trên B
1
xuống điểm chết dưới B
5
là hành
trình hút. Từ B
5
đến B
10
là hành trình nén . từ B
10
đến B
15
là hành trình nổ. Từ
B
15
đến B
20
là hành trình xả. vì đây là động cơ đốt trong song hành do đó :
23:27 a4/p423:27 a4/p4

11