Các yếu tố gây nên giao động của động cơ lắp trên khung xe ô tô

Chơng 2
Các yếu tố gây nên dao động của động cơ
lắp trên khung xe ôtô
2.1. Đặt vấn đề:
Nội dung của chơng này đợc thực hiện nhằm mục đích xác định các yếu tố
của lực kích thích cho bài toán khảo sát dao động của động cơ đặt trên khung xe
ôtô.
2.2. Các lực, mô men kích thích gây nên dao động của động cơ trên khung xe:
Nh ở chơng một đã đợc trình bầy, động cơ đợc lắp đẳt trên khung xe thông
qua các đệm đàn hồi ở các chân bệ của động cơ (Gối tựa của động cơ). mỗi gối tựa
này chính là một cơ cấu treo, thực hiện đồng thời các chức năng đàn hồi và giảm
chấn (Dập tắt các dao động từ động cơ xuống khung). Các gối tựa này hợp thành
một hệ treo của động cơ trên khung xe ôtô.
Trong quá trình động cơ làm việc để thực hiện chức năng là nguồn động
lực của ôtô, để xe chuyển động đợc trên đờng, các yếu tố tác động trực tiếp tới các
gối treo của động bao gồm :
+ Các yếu tố ở bản thân của động cơ :
- Lực và mô men quán tính của khối lợng chuyển động tịnh tiến, chuyển
động quay của cơ cấu trục khuỷu, thanh truyền.
- Lực và mô men do môi chất công tác bị nén và đốt cháy giãn nở sinh ra
(Gọi tắt là lực khí thể, mô men do lực khí thể gây ra).
- Lực ma sát phát sinh trên các bề mặt lắp ghép có sự chuyển động tơng
đối với nhau.
- Sự không cân bằng về khối lợng so với hệ trục tâm đối xứng qua trọng
tâm của động cơ.
28
+ Các yếu tố tác động t ôtô.
Các dao động do sự thay đổi của lực, mô men xoắn, tốc độ quay phát sinh
ở các bộ phận của hệ truyền lực ôtô truyền ngợc về động cơ, trong đó
đáng lu tâm là chế độ khởi hành, chế độ phanh của ôtô.
+ Các yếu tố về mặt đờng.

Các mấp mô của mặt đờng sẽ gây ra các dao động của các khối lợng đợc
treo, khối lợng không đợc treo của ôtô. Trong đó động cơ là một tổng
thành, phần cấu thành của khối lợng đợc treo của ôtô.
Sự thay đổi liên tục cả về giá trị và hớng của các lực, mô men tác động lên
hệ treo của động cơ, gây lên sự dao động (rung động của động cơ, của chung cả
ôtô). Các rung động này làm nới lỏng các mối ghép của chân động cơ với khung
xe, gia tăng sự hao mòn, sự lão hoá các chi tiết có liên quan, phá huỷ các mối điều
chỉnh của các bộ phận, cơ cấu của động cơ,của ôtô gây mỏi mệt cho ngời lái và
hành khách
Trong khuôn khổ của luận văn, nội dung tiếp sau của chơng chỉ thực hiện
các phân tích các yếu tố kích tích dao động phát sinh trong quá trình làm việc chỉ ở
bản thân của động cơ.
2.3. Lực và mô men quán tính phát sinh ở động cơ:
Do quy luật động học của cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền của động cơ,
theo quá trình làm việc của động cơ luôn phát sinh lực, mô men quán tính trên cơ
cấu trục khuỷu - thanh truyền, từ đó sẽ truyền qua thân của động cơ tác động nên
các gối treo đàn hồi của động cơ.
Lực quán tính tác động trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền của động
cơ đợc mô tả ở (hình 2.1)
Theo động cơ, lực quán tình phát sinh trên cơ cấu trục khuỷu
thanh truyền ở một xi lanh của động cơ, là tổng hợp của các lực quán tính cấp
29
1(Pqt1), và lực quán tính cấp 2 (Pqt2),và lực quán tính ly tâm (Pqtlt):

2
1
cos
qt A
P m R

=
(2.1)

2
2
cos 2
qt A
P m R

=
(2.2)

2
qtlt B
P m R

=
(2.3)
Trong các biểu thức ở trên:
mA Khối lợng quy dẫn của các khối lợng chuyển động tịnh tiến và
quay của cơ cấu truvj khuỷ - thanh truyền.
MB Khối lợng quy dẫn của các khối lợngchuyển động quay của
cơ cấu trục khuỷu thanh truyền.


Hình 2.1 Các lực tác động trên cơ cấu Trục khuỷu thanh truyền
ở một xi lanh động cơ
30
Các lực (Pqt1 và Pqt2) là cùng hớng chiều tác dụng nên:
Pqt1 + Pqt2 = Pqt (2.4)

2
(cos 2 cos 2 )
qt A
P m R

= +
(2.5)
Pqt - Đợc gọi là lực quán tính của các khối lợng
2.4. Các lực, mô men quán tính và sự cân bằng của động cơ:
2.4.1. Các lực, mô men quán tính và sự cân băng của độg cơ 4 kỳ, 4 xi lanh
thẳng hàng:
Các lực quán tính tác động trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền ở các xi
lanh của động cơ 4kỳ đợc thể hiện ở (hình vẽ2.2)


Hình 2.2. Các lực quán tính tác dụng trên cơ cấu
trục khuỷu thanh truyền
Thứ tự nổ của động cơ này có thể là(1-3- 4-2 ) hoặc (1- 2- 4- 3)
31
+ Tổng các lực quán tính cấp1

1
1 1 1 2 1 3 1 4
qt t
qt xl qt xl qt xl qt xl
P p p p p= + + +
(2.6)

[ ]
2

1
cos cos( ) cos(3 ) cos(2 )
qt t A
P m R

= + + + + + +


[ ]
2
cos cos cos cos 0
A
m R

= + =
(2.7)
+ Tổng các lực quán tính cấp 2 :

2
2 1 2 2 2 3 2 4
qt t
qt xl qt xl qt xl qt xl
P p p p p= + + +
(2.8)

[ ]
2
2
cos 2 cos 2( ) cos 2(3 ) cos 2(2 )
qt t A

P m R

= + + + + + +

[ ]
2
cos 2 cos 2 cos 2 cos 2
A
m R

= + + +

2
4 cos 2
A
m R

=
(2.9)
+ Tổng các lực quán tính ly tâm :

1 2 3 4
0
qtlt
qtltxl qtltxl qtltxl qtltxl
P p p p p= + =
(2.10)
+ Tổng mô men của các lực quán tính, do sự đối xứng của động cơ nên :

1 2

0
Pqt t Pqt t Plt
M M M= = =
(2.11)
ở đây :

1 2
, ,
Pqt t Pqt t Plt
M M M
- Mô men do lực quán tính cấp 1, cấp 2, lực ly tâm
2.4.2. Lực quán tính, mô men quán tính và sự cân bằng ở động cơ 2kỳ, 4 xi
lanh, thẳng hàng:
Các lực quán tính tác động trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền động cơ
hai kỳ 4 xy lanh - hình vẽ:

32
Hình 2.3. Các lực quán tính tác dụng trên cơ cấu
trục khuỷu thanh truyền
Thứ tự nổ của động cơ loại này là: 1-3-4-2:
+Tổng các lực quán tính cấp 1:

1 1 1 1 2 1 3 1 4j t qt xl qt xl qt xl qt xl
P p p p p= + + +
(2.12)

2
1
3
cos cos( ) cos( ) cos( )

2 2
j t A
P m R



= + + + + + +




[ ]
2
cos sin sin cos 0
A
m R

= + =
(2.13)
+Tổng các lực quán tính cấp 2:

2 2 1 2 2 2 3 2 4j t qt xl qt xl qt xl qt xl
P p p p p= + + +
(2.14)

2
2
3
cos 2 cos 2( ) cos 2( ) cos 2( )
2 2

j t A
P m R



= + + + + + +




[ ]
2
cos 2 cos 2 cos 2 cos 2 0
A
m R

= + =
(2.15)
+Tổng các lực quán tính ly tâm :
33
Vì :
1 2 3 4qtltxl qtltxl qtltxl qtltxl
p p p p= = =
nên

1 4 2 3
( ) ( )
ltt ltxl ltxl ltxl ltxl
P p p p p= +
(2.16)

+ Mômen tổng do lực quán tính cấp 1 ở các xi lanh của động cơ đối với trục xi
lanh thứ nhất :

2
1 1
3
cos( ) 2 cos( ) 3cos( )
2 2
j t A
M am R



= + + + + +



2
(3cos sin )
A
am R

=
(2.17)
+ Mômen tổng do lực quán tính cấp 2 ở các xi lanh của động cơ đối với trục xi
lanh thứ nhất :

2
2 1
3

cos 2( ) 2 cos 2( ) 3cos 2( )
2 2
j t A
M am R



= + + + + +



2
(cos 2 2cos 2 3cos 2 ) 0
A
am R

= + =
(2.18)
+ Mômen do các lực ly tâm ở xi lanh :
- Trong mặt phẳng chứa cơ cấu trục khuỷu thanh truyền ở các xi lanh
1,4:

1 4
3
lt lt
M aP

=
(2.19)
- Trong mặt phẳng chứa cơ cấu trục khuỷu thanh truyền ở các xi

lanh2,3:

2 3
2
lt lt lt lt
M aP aP aP

= =
(2.20)
+ Mômen tổng do các lực ly tâm :

2
1 4 2 3
( ) ( )
ltt lt lt
M M M

= +
(2.21)

2 2
2 2 2
10 10
lt lt lt B
a P a P aP am R

= + = =
+ Mômen tổng này tác dụng trong mặt phẳng hợp với các mặt phẳng(các mặt
phẳng này // với nhau) chứa cơ cấu trục khuỷu thanh truyền của xi lanh 1, xi
lanh 4 một góc

:

2 3
1 4
1
3 3
lt lt
lt lt
M aP
tg
M aP



= = =
(2.22)
34

0 '
18 26

=
2.4.3. Lực quán tính, mô men quán tính và sự cân băng ở động cơ 4kỳ, 6 xi
lanh, thẳng hàng:
Trạng thái làm việc của động cơ 4kỳ, 6xi lanh, thẳng hàng đợc thể hiện ở
hình vẽ Hình 2-4 Trạng thái làm việc của động cơ 6xi lanh
ở động cơ loại này, phổ biến hơn các là có thứ tự nổ của các xi lanh nh sau:
(1-5-3-6-2-4)
Hình 2.4. Các lực quán

tính tác dụng trên cơ cấu
trục khuỷu thanh truyền
+ Tổng các lực quán tính cấp 1

2
1
4 2 2 4
cos cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos(2 )
3 3 3 3
j t A
P m R


= + + + + + +




2
2 4
2 cos cos( ) cos( ) 0
3 3
A
m R


= + + + + =


(2.23)

+ Tổng các lực quán tính cấp 2
35