Đồ án môn học “thiết kế động cơ đốt trong”
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.97 MB, 74 trang )
LỜI NÓI ĐẦU
Động cơ đốt trong ngày nay đang phát triển mạnh cả về số lƣợng và chất lƣợng, nó
đóng góp một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế, xã hội, khoa học công
nghệ... Mặc dù hiện nay khoa học công nghệ đã đạt đƣợc những thành tựu đáng kể về
động cơ đốt trong nhƣng tất cả đều dựa trên nguyên lý cơ bản của động cơ cổ điển, nó là
nền tảng cơ sở để chúng ta tiếp tục nghiên cứu, sáng tạo, phát triển hoàn thiện hơn nữa
động cơ đốt trong.
Môn học Kết Cấu và Tính Toán Động Cơ Đốt Trong là môn học chuyên ngành
động cơ đốt trong với những nền tảng cơ sở về kết cấu và tính toán động cơ đốt trong mà
những sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí cần nắm vững.
Đồ án môn học “Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong” là một đồ án quan trọng giúp cho
sinh viên hiểu sâu hơn những kiến thức đã đƣợc học, nắm vững kiến thức một cách chủ
động, lý giải đƣợc các nguyên lý và các hiện tƣợng có liên quan. Trong đồ án môn học
này em đƣợc giao nhiệm vụ thiết kế hệ thống nhiên liệu trên động cơ diessel 4 xi lanh
thẳng hàng để hiểu đƣợc cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thông nhiên liệu.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Văn Nam và thầy Huỳnh Tấn Tiến đã hƣớng
dẫn tận tình để em có thể hoàn thành nhiệm vụ đƣợc giao.
Dù đã rất cố gắng nhƣng không thể tránh khỏi sai sót, em rất mong đƣợc sự chỉ bảo
thêm của thầy cô và những ý kiến đóng góp của các bạn.
Đà Nẵng, ngày 20 tháng 10 năm 2015
Sinh viên
Nguyễn Thanh Bình
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
BẢNG THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỀ CHO
A.SỐ LIỆU BAN ĐẦU:
THÔNG SỐ KỸ THUẬT
KÝ
HIỆU
Loại nhiên liệu
Số xi lanh / Số kì / Cách bố trí
Thứ tự làm việc
Tỷ số nén
Đƣờng kính x Hành trình piston (mm x mm)
Công suất cực đại / số vòng quay(KW/vg/ph)
Tham số kết cấu
Áp suất cực đại
(MN/mm2)
Khối lƣợng nhóm piston
(kg)
Khối lƣợng nhóm thanh truyền (kg)
Góc phun sớm
(độ)
Diesel
i/ τ
4 /4 / In-line
1-3-4-2
ε
17.2
D x S 76.0 x 75.5
Ne / n 64.7 /3920
λ
0,25
pzmax
6.2
m pt
0.6
m tt
0.8
φs
14
α1
12
α2
53
α3
42
α4
14
Bocsh PE inline pump
Cƣỡng bức Cácte ƣớt
Cƣỡng bức, sử dụng môi chất lỏng
Không Tăng Áp
8 valve, SOHC
Góc phân phối khí
Hệ thống nhiên liệu
Hệ thống bôi trơn
Hệ thống làm mát
Hệ thống nạp
Hệ thống phân phối khí
(độ)
GIÁ TRỊ
B. NỘI DUNG ĐỒ ÁN:
I. Phần thuyết minh:
1. Xây dựng đồ thị công,động học và động lực học động cơ D1V4-0415 .
2. Phân tích đặc điểm chung của động cơ chọn làm tham khảo.
3. Thuyết kế hệ thống nhiên liệu động cơ D1V4-0415.
II. Phần bản vẽ:
1. Bản vẽ đồ thị công, đồ thị động học, động lực học động cơ D1V4-0415..
2. Bản vẽ sơ đồ hệ thống nhiên liệu và lắp các cụm chi tiết: Cụm bơm cao áp,vòi
phun động cơ D1V4-0415.
3. Bản vẽ chi tiết: Piston bơm cao áp động cơ D1V4-0415.
Hình thức trình bày theo quy định thống nhất của khoa Cơ Khi Giao Thông!
GVHD
Bộ môn Máy Động Lực
Trang1
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
Phần 1: PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN, XÂY DỰNG ĐỒ
THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC
Bảng thông số chọn:
Tên thông số
Ký
hiệu
n1
n2
Tk
Pk
Pth
pr
Tr
Pa
pc
pb
Chỉ số nén đa biến trung bình
Chỉ số giản nở đa biến
Tỷ số giản nở sớm
Nhiệt độ khí nạp
Hệ số dƣ lƣợng không khí
Áp suất khí nạp môi trƣờng
Áp suất khí thải
Áp suất khí sót
Nhiệt độ khí sót
Áp suất cuối kỳ nạp
Áp suất cuối quá trình nén
Áp suất cuối quá trính giản nở
Thứ
nguyên
K
MN/m2
MN/m2
MN/m2
K
MN/m2
MN/m2
MN/m2
Giá trị
Ghi chú
1,36
1,25
1,4
298
1,6
0,1
1,04Pk=0,104
1,07Pth
700
0,85Pk =0,085
4,071
0,27
1,32÷1,39
1,25÷1,29
1,2÷1,5
25˚C+273˚C
1,5 ÷ 1,9
P0
(1,02-1,04)Pk
(0,105-1,1)pth
(0,8-0,9)pk
pc=pa*n1
Pb=Pz.(ɛ /n2
1. TÍNH TOÁN XÂY DỰNG BẢN VẼ ĐỒ THỊ CÔNG:
Xác định tốc độ trung bình của động cơ:
Cm
S .n 75,5.103.3920
9,865
30
30
Động cơ tốc độ cao hay còn gọi là động cơ cao tốc.
+ Thể tích công tác : Vh S .
+Thể tích buồng cháy: Vc
.D 2
4
.(0, 076)2 .(0, 0755)
4
3, 425.104 m3=0,3425dm3
Vh
3, 425.104
2,11.105 m3=0,0211dm3
1
17, 2 1
+Thể tích toàn phần buồng cháy :Va =Vh +Vc =3,636.10-4m3=0,3636dm3
+Vận tốc của trục khuỷu:
.n
30
.3920
30
410,5 rad / s
+Thể tích tại áp suất cực đại: Vz .Vc 1, 4.2,11.105 2,954.105 m3 =
2,954.10-2 dm3
+Thể tích điểm cuối quá trình giãn nở :Vb=Va=3,636.10-4m3=0,3636dm3
Trang2
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
+Thể tích điểm cuối quá trình thải:Vr=Vc=2,11.10-5m3=3,11.10-2dm3
1.1 ĐỒ THỊ CÔNG:
1.1.1. Xây dựng đƣờng nén:
Gọi Pnx ,Vnx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình nén của động cơ.
Ta có: phƣơng trình đƣờng nén đa biến: pnx.Vnx n1 =const , do đó nếu gọi x
là điểm bất kỳ trên đƣờng nén thì :
pc .Vcn1 pnx .Vnxn1
Từ đó:
1
p nx pc .
(
Đặt:
i
Vnx n1
)
Vc
Vnx
Vc
Khi đó áp suất tại một điểm bất kỳ x:
pnx
pc
i n1
[MN/m2] (1.1)
n1
Ở đây, pc pa . là áp suất cuối kỳ nén. Với pa là áp suất cuối kỳ nạp và đối
với động cơ không tăng áp thì pa = (0,8 0,9)pk.
Chọn pa = 0,85 pk.Trong đó pk là áp suất trƣớc xupap nạp chọn pk= 0,1[MN/m2].
Nên: pa = 0,085 [MN/m2].
: tỷ số nén, =17,2 (Theo [1](N T Tiến) trang 63, đây là động cơ Diezel buồng
cháy thống nhất: buồng cháy dự bị, buồng cháy xoáy lốc…).
n1: chỉ số nén đa biến trung bình.
Động cơ Diesel: n1 = (1,321,39).
Chọn n1 = 1,36.
pc = 0,085.17,2 1,36 = 4,07 [MN/m2].
Trang3
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
1.1.2. Xây dựng đƣờng giản nở:
Phƣơng trình của đƣờng giản nở đa biến: p.V n 2 const do đó nếu gọi x là
một điểm bất kỳ trên đƣờng giản nở thì:
1
n2
p z .Vzn 2 p gnx.Vgnx
. Rút ra: p gnx p z . V
gnx n 2
(
)
Vz
Ở đây:
pz: Áp suất cực đại, pz = 6,2 [MN/m2].
Vz = .Vc
Trong đó:
: Tỷ số giãn nở sớm, = (1,2÷1,5).
Chọn = 1,4.
n2- chỉ số giãn nở đa biến.
Đối với động cơ Diesel: n2 = (1,251,29).
Chọn n2 = 1,25
Ta đặt:
V gnx
Vc
i
n
Suy ra: p gnx p z . n (1.2)
i
2
2
1.1.3. Lập bảng tính đƣờng nén và đƣờng giản nở :
+Biểu diễn thể tích buồng cháy :Chọn Vcbd=10mm
V
dm3
Vc
2,11.102
0, 00211
Vcbd
10
mm
Giá trị biểu diễn của Vhbd
Vh
Vc
0,3425
162,32 mm
2,11.103
+Biểu diễn áp suất cự đại :Chọn Pzbd=200mm
P
Pz
6, 2
MN
0, 031 2
Pzbd 200
m .mm
+Về giá trị biểu diễn ta có giá trị của đƣờng kính Brick AB bằng giá trị biểu
diễn của Vh,nghĩa là giá trị biểu diễn của AB=Vhbd=162mm
Trang4
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
S
75,5.103
m
S
0, 00047
Vhbd
162
mm
+Giá trị biểu diễn của oo’ :
.R
0, 25.37, 75.103
0, 0047 mm
2
2
oo' 0, 0047
oo'bd
10 mm
s 0, 00047
oo'
Từ công thức (1.1) và (1.2), kết hợp với việc chọn các thể tíchVnx và Vgnx, ta tìm
đƣợc các giá trị áp suất pnx, pgnx. Việc tính các giá trị pnx, pgnx đƣợc thực hiện trong
bảng sau :
Vx
i
i
Đƣờng nén
1/i
Pc*1/in1 Pn(mm) in2
1.000
0.633
0.390
0.288
0.224
0.182
0.152
0.112
0.087
0.071
0.059
0.050
0.044
0.038
0.034
0.031
0.028
0.025
V(dm3) V(mm)
n1
0.0211
0.0295
0.0422
0.0528
0.0633
0.0739
0.0844
0.1055
0.1266
0.1477
0.1688
0.1899
0.2110
0.2321
0.2532
0.2743
0.2954
0.3165
1.0
1.4
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
11.0
12.0
13.0
14.0
15.0
0.021
0.030
0.042
0.053
0.063
0.074
0.085
0.106
0.127
0.148
0.169
0.190
0.211
0.233
0.254
0.275
0.296
0.317
10
15
20
25
30
35
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
1.000
1.580
2.567
3.477
4.455
5.495
6.589
8.925
11.436
14.104
16.912
19.850
22.909
26.079
29.355
32.731
36.202
39.763
0.3376 16.0 0.338
160
0.3587 17.0 0.359
0.3629 17.2 0.364
n1
4.071
2.576
1.586
1.171
0.914
0.741
0.618
0.456
0.356
0.289
0.241
0.205
0.178
0.156
0.139
0.124
0.112
0.102
Đƣờng giãn nở
1/in2 Pz.rn2\in2
131.323
83.101
51.161
37.769
29.475
23.900
19.931
14.714
11.483
9.311
7.765
6.616
5.732
5.036
4.474
4.012
3.627
3.303
1.000
1.523
2.378
3.144
3.948
4.787
5.657
7.477
9.391
11.386
13.454
15.588
17.783
20.033
22.335
24.685
27.081
29.520
1.000
0.657
0.420
0.318
0.253
0.209
0.177
0.134
0.106
0.088
0.074
0.064
0.056
0.050
0.045
0.041
0.037
0.034
43.411 0.023 0.094
3.025
32.000 0.031 0.295
170
47.142 0.021 0.086
2.786
34.519 0.029 0.274
172
47.898 0.021 0.085
2.742
35.028 0.029 0.270
Trang5
9.442
6.200
3.970
3.003
2.391
1.972
1.669
1.263
1.005
0.829
0.702
0.606
0.531
0.471
0.423
0.382
0.349
0.320
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
1.1.4. Xác định các điểm đặc biệt:
Vẽ hệ trục tọa độ (V, p) với các tỷ lệ xích:
v= 0,00211 [lít/mm]
p= 0,031 [MN/m2.mm].
Xác định các điểm đặc biệt:
1. Điểm r(Vc,pr)
Với Vc = 0,0211 dm3
Pr: áp suất khí sót, đối với động cơ điesel thì chọn pr = 0,1113 [MN/m2]
=> r (0,0211;0,1113)
2. Điểm a (Va,pa):
Với Va = 0,3636 dm3
pa = 0,085 [MN/m2]
=>a (0,3636; 0,085) [MN/m2]
3. Điểm b (Va,pb):
Ở đây:
pb - áp suất cuối quá trình giãn nở. pb
=
pb = p z n
=
2
6, 2
1,25
17, 2
1, 4
Pz
n
2
;
2
0, 27 [MN/m ]
=> b (0,3636;0,27)
5. Điểm c (Vc, pc):
Và c (0,0211; 4,071)
6. Điểm y (Vc,pz):
Và y (0,0211; 6,2)
7. Điểm z (Vz, pz):
Với Vz = .Vc = 1,4. 0,0211=0,0296 Nên z (0,0296; 6,2)
Ta đƣợc bảng sau :
Trang6
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
Giá trị thực
V
p[MN/m2]
0,0211
0,1113
V
10
a (Va,pa)
0,3636
0,085
172
2,74
b (Va,pb)
0,3636
0,27
172
8,71
c (Vc, pc)
0,0211
4,071
10
131,32
y (Vc,pz)
0,0211
6,2
10
200
z (Vz, pz)
0,0296
6,2
14
200
Điểm đặc biệt
r (Vc,pr)
Giá trị vẽ
p[MN/m2]
3,59
Vẽ hệ trục tạo độ VOp, trong đó trục hoành biểu diển thể tích xilanh động cơ, còn
trục tung biểu diển áp suất khí thể trong piston.
Nối các điểm trung gian của đƣờng nén và đƣờng giãn nở với các điểm đặc biệt, sẽ
đƣợc đồ thị công lý thuyết.
Dùng đồ thị Brick xác định các điểm :
- Phun sớm c’.
- Mở sớm (b’), đóng muộn (r’’) xupáp thải.
- Mở sớm (r’), đóng muộn (a’’) xupáp nạp.
Hiệu chỉnh đồ thị công :
Động cơ Diesel lấy áp suất cực đại bằng pz.
Xác định các điểm trung gian:
- Trên đoạn cz’ lấy điểm c’’ với c’’c = 1/3 cy.
- Trên đoạn zz’ lấy điểm z’’ với z’z’’ = 1/2 zz’.
- Trên đoạn ba lấy điểm b’’ với bb’’ = 1/2 ba.
Nối các điểm c’c’’z’’ và đƣờng giãn nở thành đƣờng cong liên tục tại ĐCT
và ĐCD và tiếp xúc với đƣờng thải, ta sẽ nhận đƣợc đồ thị công đã hiệu chỉnh.
Trang7
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
a 1=12°
p[MN/m²]
f s=a 4=14°
a 3=42°
a 2=53°
y z''z
6,2
c''
4,65
c
c'
3,1
p = f(V)
1,55
b'
r'
r''
1Vc 2Vc
r
P0
0
4Vc
6Vc
8Vc
10Vc
12Vc
a'
14Vc
16Vc
b
b''
a
V[dm³]
Hình 1.1: Đồ thị công động cơ diesel 4 kỳ không tăng áp
1.2. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CHUYỂN VỊ PISTON BẰNG PHƢƠNG
PHÁP ĐỒ THỊ BRICK:
Vẽ vòng tròn tâm O, bán kính R = S/2 = 75,5/2 = 37,75[mm].
Chọn tỷ lệ xích: s sao cho Vhbd/v=S/s
Suy ra : s = 0,000466 [m/mm].
Giá trị biểu diễn của R là : Rbd
R
S
37, 75
81 [mm].
0, 466
Trang8
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
Từ O lấy đoạn OO’ dịch về phía điểm chết dƣới một đoạn : OO'
R.
2
Với: - thông số kết cấu và = 0,25.
OO '
R. 37, 75.0, 25
4, 719[mm].
2
2
R. 37, 75.0, 25
101[mm].
2.S
2.0, 0466
Giá trị biểu diễn là : OO '
Chọn μα=2[độ/mm]
Muốn xác định chuyển vị của piston ứng với góc quay trục khuỷu ta làm
nhƣ sau: từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đƣờng tâm má khuỷu OB nhƣ hình
1.1. Hạ MC thẳng góc với AD. Theo Brick đoạn AC = x.
Thật vậy, ta có thể chứng minh điều này rất dễ dàng.
Từ hình 1.1 ta có : AC = AO - OC = AO - (CO’ - OO’) = R - MO’.Cos +
R./2 và coi: MO’=R+
R.
. cos
2
Thay quan hệ trên vào công thức tính AC, sau khi chỉnh lý ta có :
AC R.1 Cos . 1 Cos 2 R.1 Cos .1 Cos 2 x
2
4
A
ÂCT
M
S=2R
R
O
R.
180
x
x
B
C
90
0
X=f(
S=2R
(S=Xmax)
O'
D
ÂCD
Hình 1.2: Đồ Thị Chuyển Vị
Trang9
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
1.3. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VẬN TỐC:
Tỷ lệ xích : v= .s
Ở đây: - tốc độ góc của trục khuỷu,
.n
30
.3920
30
410,5 rad / s
v .S 410,5.0, 466 191, 29 [mm/s.mm]
Vẽ nữa vòng tròn tâm O có bán kính R1:
R 1 = R. = 37,75.410,5 = 15496,375 [mm/s].
Giá trị biểu diễn của R1 là :
R1bd
R1
v
15496,375
81 [mm].
191, 29
Vẽ vòng tròn tâm O có bán kính R2:
R2
R.. 37, 75.0, 25.410,5
1937, 05 [mm/s].
2
2
Giá trị biểu diễn của R2 là:
R2bd
2''
5''
4''
3''
R2
v
1937, 05
10 [mm].
191, 29
6''
7''
8''
1''
0
2'
3'
4' 5' 6'
1'
18'
O
9''
7'
8'
9'
17'
10'
11'
16'
15' 14' 13' 12'
10''
11''
12''
16''
13'' 14''
17''
18
15''
1
17
2
16
3
15
14
4
5
13
6
12
7
8
9
10
11
Hình 1.3: Đồ Thị Chuyển Vị Và Vận Tốc
Trang10
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
Chia nửa vòng tròn R1 và vòng tròn R2 thành n phần đánh số 1, 2, 3, ..., n và
1’, 2’, 3’, ..., n’ theo chiều nhƣ hình vẽ.
Từ các điểm 0, 1, 2, 3, ... kẻ các đƣờng thẳng góc với AB kẻ từ 0, 1’, 2’, 3’,
... tại các điểm O, a, b, c, ... Nối O, a, b, c, ... bằng đƣờng cong ta đƣợc đƣờng biểu
diễn trị số vận tốc.
Các đoạn thẳng a1, b2, c3, ... nằm giữa đƣờng cong O, a, b, c với nữa
đƣờng tròn R1 biểu diễn trị số của vận tốc ở các góc tƣơng ứng; điều đó có thể
chứng minh dễ dàng.
Từ hình1.3, ở một góc bất kỳ ta có : bb’ = R2.sin2 và b’2 = R1.sin.
do đó :
Va bb'b'2 R2 .Sin 2 R1 .Sin R.. Sin .Sin 2
2
1.4. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ GIA TỐC THEO PHƢƠNG PHÁP TÔLÊ:
Lấy đoạn thẳng AB = S = 2R = 75,5 (mm).
Giá trị biểu diễn là:
AB
S
S
75,5
162 [mm].
0, 466
Tính jmax, jmin [2]:
+ jmax R. 2 .1 37, 75.103 .410,52 . 1 0, 25 7951,58[m/s2 ].
+ jmin R. 2 . 1 37,75.103.410,52. 1 0, 25 4770,95 [m/s2 ].
Từ A dựng đoạn thẳng AC thể hiện jmax .
Chọn giá trị biểu diễn của jmax là: J maxbd 60 mm
j
J max
7951,58
m
132,53 2
J max bd
60
s .mm
Từ B dựng đoạn thẳng BD thể hiện jmin .
Giá trị biểu diễn của jmin là:
J min bd
jmin
j
4770,95
36 [mm].
132,53
Nối CD cắt AB ở E:
Trang11
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
Lấy EF:
EF 3..R. 2 3.0, 25.37,75.103.410,52 4770,95[m/s2 ].
Giá trị biểu diễn của EF là :
EFbd
EF
j
4770,95
36 [mm].
132,53
Nối CF và DF. Phân các đoạn CF và DF thành các đoạn nhỏ bằng nhau ghi
các số 1, 2, 3, 4, ... và 1’, 2’, 3’, 4’, ... nhƣ hình 1.4.
Nối 11’, 22’, 33’, v.v... Đƣờng bao của các đoạn thẳng này biểu thị quan hệ
của hàm số j=f(x). Diện tích F1 = F2.
Hình 1.4: Đồ Thị Gia Tốc
1.5. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ LỰC QUÁN TÍNH Pj, LỰC KHÍ THỂ Pkh,
LỰC TỔNG P1:
1.5.1. Đồ thị lực quán tính Pj:
Cách xây dựng hoàn toàn giống đồ thị gia tốc, ta chỉ thay các giá trị J max,
Jmin và -3R2 bằng các giá trị Pjmax, Pjmin và -3R2.m và vẽ trên đồ thị công với
tỷ xích của đồ thị công.
Với:
Trang12
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
m- khối lƣợng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền :
m = mnp + m1.
Trong đó:
m1- khối lƣợng tập trung tại đầu nhỏ thanh truyền hoặc có thể xác định sơ
bộ theo công thức kinh nghiệm sau đây :
m1 = (0,2750,35)mtt
Chọn m1 = 0,34. mtt = 0,3.0,8= 0,24 [kg].
mnp- khối lƣợng nhóm piston, mnp = 0,6 [kg].
m = 0,24 + 0,6 =0,84 [kg].
Lực quán tính Pjmax :
Pj max
m. j max
FP
(1.4)
Ở đây:
FP- diện tích đỉnh piston.
FP
Pj max
.D 2
4
.762
4
4534,16[mm2 ]. =0,0045m2
0,84.7951,58.106
1, 48 [MN/m2 ].
0, 0045
Lực quán tính Pjmin:
Pj min
m. jmin 0,84. 4770,95.106
2
0,89 [MN/m ].
FP
0, 0045
(1.5)
Từ A dựng đoạn thẳng AC thể hiện (-Pjmax).
Giá trị biểu diễn của (-Pjmax) là: AC Pj max bd
Pj max
P
1, 48
47, 74 [mm].
0, 031
Từ B dựng đoạn thẳng BD thể hiện (-Pjmin).
Giá trị biểu diễn của (-Pjmin) là: BD
Pj min
P
0,89
28, 7 [mm].
0, 031
Nối CD cắt AB ở E, Lấy EF:
Trang13
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
m.3..R. 2 0,84.3.0, 25.37, 75.410,52.106
EF
0,89
FP
0, 0045
[MN/m2].
Giá trị biểu diễn của EF là: EFbd
EF
P
0,89
36 [mm].
0, 031
Nối CF và DF. Phân các đoạn CF và DF thành các đoạn nhỏ bằng nhau ghi
các số 1, 2, 3, 4, ... và 1’, 2’, 3’, 4’, ... nhƣ hình.
Nối 11’, 22’, 33’, v.v... Đƣờng bao của các đoạn thẳng này biểu thị quan hệ của
hàm số -Pj=f(s). Diện tích F1 = F2.
Đồ thị lực quán tính cũng có dạng tƣơng tự nhƣ đồ thị Tôle.
1.5.2. Đồ thị lực khí thể Pkh :
Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị công nhƣ ta đã vẽ ở trên ta có cách vẽ
nhƣ sau :
Từ các góc :
0, 100, 200, 300, ..., 1800
tƣơng ứng với kỳ nạp của động cơ,
1900, 2000, 2100, ..., 3600
tƣơng ứng với kỳ nén của động cơ,
3700, 3800, 3900, ..., 5400
tƣơng ứng với kỳ cháy - giãn nở của động cơ,
5500, 5600, 5700, ..., 7200
tƣơng ứng với kỳ thải của động cơ.
Trên đồ thị Brick ta gióng các đoạn thẳng song song với trục p của đồ thị công sẽ
cắt đƣờng biểu diễn đồ thị công tƣơng ứng các kỳ nạp, nén, cháy - giãn nở, thải
của động cơ và lần lƣợt đo các giá trị đƣợc tính từ điểm cắt đó đến đƣờng thẳng
song song với trục V và có tung độ bằng p0, ta đặt sang bên phải bản vẽ các giá trị
vừa đo ta sẽ đƣợc các điểm tƣơng ứng các góc 00, 100, 200, 300, ..., 7100, 7200 và
lần lƣợt nối các điểm đó ta sẽ đƣợc đồ thị lực khí thể Pkh cần biểu diễn.
Ta có đồ thị khai triển Pkt , theo góc quay trục khuỷu .
Trang14
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
250
200
150
a(rad)
100
Pj
Pkt
50
P1
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
-50
-100
Hình 1.5: Đồ Thị Khai Triển :PKT,PJ,P1-α
1.5.3. Đồ thị lực tác dụng lên chốt piston P1.
Lực tác dụng lên chốt piston là hợp lực của lực quán tính và lực khí thể:
P1 = Pkh + Pj
Từ đồ thị lực quán tính và lực khí thể đã vẽ ở trên, theo nguyên tắc cộng đồ
thị ta sẽ đƣợc đồ thị P1 cần biểu diễn.
1.6. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ LỰC TIẾP TUYẾN T, LỰC PHÁP TUYẾN
Z VÀ LỰC NGANG N :
Các công thức tính toán lực T, Z, N đƣợc chứng minh nhƣ sau :
Ở đây:
P1 = pkh + pJ
p1 = P1/Fp
Trang15
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
pJ = PJ/Fp
Phân p1 thành hai thành phần lực:
p1 ptt N
Pkt
N
P1
Ptt
A
PR0
Z
R
T
Ptt
Hình 1.6: Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền
Trong đó:
ptt -lực tác dụng trên đƣờng tâm thanh truyền.
N- lực ngang tác dụng trên phƣơng thẳng góc với đƣờng tâm xy lanh.
Từ quan hệ lƣợng giác ta có thể xác định đƣợc trị số của ptt và N.
P1
cos
(1.6)
N p1 .tg
(1.7)
Ptt
Phân ptt thành hai phân lực: lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z (sau khi đã dời
xuống tâm chốt khuỷu ) ta cũng có thể xác định trị số của T và Z bằng các quan hệ
sau:
Trang16
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
T ptt .Sin ( ) p1.
Z ptt .Cos p1.
Sin
Cos
(1.8)
Cos
Cos
(1.9)
Lập bảng tính T, N, Z tƣơng ứng với các góc quay trục khuỷu = 00, 100,
200, ..., 7200 và = arcsin(.sin).
Chọn tỷ lệ xích T = Z =N =μP=0,031 [
MN
], = 2 [độ/mm].
m 2 .mm
Sử dụng các công thức (1.7), (1.8), (1.9), ta tính đƣợc các giá trị T, Z, N ứng với
các góc α
nhƣ sau :
Bảng 2. Giá trị T, Z, N ứng với các góc α
Tỷ lệ xích μT = μZ =μN = μP=0,031 [MN/m2/mm].
P1
α0
β(rad) Sin(α + β T(mm) Cos(α + β
)/(Cosβ)
)/Cosβ
0.00
0.00
0.00
1.00
Z(mm) tg(b)
N(mm)
0
α
(rad)
0.00
-47.14
-47.14
0.00
0.00
-46.85
10
0.17
0.04
0.22
-10.14
0.98
-45.78
0.04
-2.04
-43.46
20
0.35
0.09
0.42
-18.37
0.91
-39.57
0.09
-3.73
-38.14
30
0.52
0.13
0.61
-23.23
0.80
-30.62
0.13
-4.80
-31.24
40
0.70
0.16
0.77
-23.97
0.66
-20.66
0.16
-5.09
-23.25
50
0.87
0.19
0.89
-20.73
0.49
-11.47
0.20
-4.54
-14.73
60
1.05
0.22
0.98
-14.39
0.31
-4.54
0.22
-3.27
-6.20
70
1.22
0.24
1.02
-6.34
0.11
-0.71
0.24
-1.50
1.85
80
1.40
0.25
1.03
1.90
-0.08
-0.14
0.25
0.47
9.02
90
1.57
0.25
1.00
9.02
-0.26
-2.33
0.26
2.33
15.04
100
1.75
0.25
0.94
14.15
-0.42
-6.38
0.25
3.82
19.79
110
1.92
0.24
0.86
16.96
-0.57
-11.26
0.24
4.78
Trang17
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
23.27
120
2.09
0.22
0.76
17.57
-0.69
-16.10
0.22
5.16
25.59
130
2.27
0.19
0.64
16.40
-0.79
-20.28
0.20
4.99
26.98
140
2.44
0.16
0.52
13.98
-0.87
-23.49
0.16
4.39
27.68
150
2.62
0.13
0.39
10.82
-0.93
-25.71
0.13
3.49
27.95
160
2.79
0.09
0.26
7.31
-0.97
-27.08
0.09
2.40
28.01
170
2.97
0.04
0.13
3.67
-0.99
-27.80
0.04
1.22
28.02
180
3.14
0.00
0.00
0.00
-1.00
-28.02
0.00
0.00
28.24
190
3.32
-0.04
-0.13
-3.70
-0.99
-28.03
-0.04
-1.23
28.43
200
3.49
-0.09
-0.26
-7.43
-0.97
-27.55
-0.09
-2.44
28.16
210
3.67
-0.13
-0.39
-11.01
-0.93
-26.16
-0.13
-3.55
27.66
220
3.84
-0.16
-0.52
-14.33
-0.87
-24.08
-0.16
-4.50
26.57
230
4.01
-0.19
-0.64
-17.02
-0.79
-21.05
-0.20
-5.19
24.75
240
4.19
-0.22
-0.76
-18.69
-0.69
-17.13
-0.22
-5.49
21.47
250
4.36
-0.24
-0.86
-18.40
-0.57
-12.22
-0.24
-5.19
17.42
260
4.54
-0.25
-0.94
-16.39
-0.42
-7.38
-0.25
-4.43
12.00
270
4.71
-0.25
-1.00
-12.00
-0.26
-3.10
-0.26
-3.10
6.23
280
4.89
-0.25
-1.03
-6.41
-0.08
-0.48
-0.25
-1.58
-0.32
290
5.06
-0.24
-1.02
0.33
0.11
-0.04
-0.24
0.08
-5.25
300
5.24
-0.22
-0.98
5.13
0.31
-1.62
-0.22
1.16
-8.27
310
5.41
-0.19
-0.89
7.38
0.49
-4.08
-0.20
1.61
-6.76
320
5.59
-0.16
-0.77
5.19
0.66
-4.47
-0.16
1.10
1.34
330
5.76
-0.13
-0.61
-0.82
0.80
1.08
-0.13
-0.17
32.02
340
5.93
-0.09
-0.42
-13.53
0.91
29.15
-0.09
-2.75
78.45
350
6.11
-0.04
-0.22
-16.98
0.98
76.67
-0.04
-3.41
Trang18
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
105.30 360
6.28
0.00
0.00
0.00
1.00
105.30 0.00
0.00
146.59 365
6.37
0.02
0.11
15.96
0.99
145.76 0.02
3.19
149.45 370
6.46
0.04
0.22
32.35
0.98
146.06 0.04
6.49
151.87 375
6.54
0.06
0.32
48.82
0.95
144.15 0.06
9.85
141.82 380
6.63
0.09
0.42
59.94
0.91
129.10 0.09
12.17
68.14
390
6.81
0.13
0.61
41.51
0.80
54.72
0.13
8.59
37.04
400
6.98
0.16
0.77
28.43
0.66
24.50
0.16
6.03
22.23
410
7.16
0.19
0.89
19.81
0.49
10.96
0.20
4.34
16.55
420
7.33
0.22
0.98
16.17
0.31
5.10
0.22
3.67
17.08
430
7.50
0.24
1.02
17.46
0.11
1.96
0.24
4.13
20.03
440
7.68
0.25
1.03
20.61
-0.08
-1.53
0.25
5.09
23.10
450
7.85
0.25
1.00
23.10
-0.26
-5.96
0.26
5.96
26.62
460
8.03
0.25
0.94
25.05
-0.42
-11.28
0.25
6.76
29.47
470
8.20
0.24
0.86
25.26
-0.57
-16.77
0.24
7.12
31.75
480
8.38
0.22
0.76
23.97
-0.69
-21.97
0.22
7.04
32.87
490
8.55
0.19
0.64
21.06
-0.79
-26.04
0.20
6.41
33.46
500
8.73
0.16
0.52
17.33
-0.87
-29.13
0.16
5.45
33.36
510
8.90
0.13
0.39
13.04
-0.93
-30.99
0.13
4.20
32.73
520
9.08
0.09
0.26
8.55
-0.97
-31.72
0.09
2.81
32.09
530
9.25
0.04
0.13
4.20
-0.99
-31.85
0.04
1.39
31.30
540
9.42
0.00
0.00
0.00
-1.00
-31.30
0.00
0.00
29.79
550
9.60
-0.04
-0.13
-3.90
-0.99
-29.57
-0.04
-1.29
29.23
560
9.77
-0.09
-0.26
-7.64
-0.97
-28.32
-0.09
-2.51
28.66
570
9.95
-0.13
-0.39
-11.20
-0.93
-26.62
-0.13
-3.61
Trang19
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
27.96
580
10.12
-0.16
-0.52
-14.48
-0.87
-24.34
-0.16
-4.55
26.57
590
10.30
-0.19
-0.64
-17.02
-0.79
-21.05
-0.20
-5.19
24.25
600
10.47
-0.22
-0.76
-18.31
-0.69
-16.78
-0.22
-5.38
20.77
610
10.65
-0.24
-0.86
-17.80
-0.57
-11.82
-0.24
-5.02
16.02
620
10.82
-0.25
-0.94
-15.07
-0.42
-6.79
-0.25
-4.07
10.00
630
11.00
-0.25
-1.00
-10.00
-0.26
-2.58
-0.26
-2.58
2.83
640
11.17
-0.25
-1.03
-2.91
-0.08
-0.22
-0.25
-0.72
-5.22
650
11.34
-0.24
-1.02
5.34
0.11
-0.60
-0.24
1.26
-13.75
660
11.52
-0.22
-0.98
13.43
0.31
-4.23
-0.22
3.05
-22.27
670
11.69
-0.19
-0.89
19.86
0.49
-10.99
-0.20
4.35
-30.26
680
11.87
-0.16
-0.77
23.22
0.66
-20.01
-0.16
4.93
-37.16
690
12.04
-0.13
-0.61
22.63
0.80
-29.84
-0.13
4.68
-42.48
700
12.22
-0.09
-0.42
17.96
0.91
-38.67
-0.09
3.65
-45.85
710
12.39
-0.04
-0.22
9.92
0.98
-44.80
-0.04
1.99
-47.00
720
12.57
0.00
0.00
0.00
1.00
-47.00
0.00
0.00
Trên hệ tọa độ T-, Z-, N-, ta xác định các trị số T, Z, N ở các góc độ = 00,
=100, = 200, ..., = 7200. Trị số của T, Z, N nhƣ đã lập Bảng 2 đƣợc tính theo
công thức đã chứng minh ở trên, ta sẽ đƣợc các điểm 0, 1, 2, 3, ..., 72. Dùng đƣờng
cong nối các điểm đấy lại, ta có đồ thị lực T, Z, N cần xây dựng.
Trang20
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
200
Đồ Thị T,Z,N-α
150
100
α0
T (mm)
50
Z (mm)
N (mm)
0
0
100
200
300
400
500
600
700
-50
-100
Hình 1.7: Đồ Thị Lực khai triển
1.7. TÍNH MOMENT TỔNG T:
Thứ tự làm việc của động cơ : 1-3-4-2
Góc công tác ct
180. 180.4
1800 .
i
4
Ta tính T trong 1 chu k ỳ góc công tác ct
180. 180.4
1800
i
4
+ Khi trục khuỷu của xylanh thứ 1 nằm ở vị trí : α1 = 0˚
+ Khi trục khuỷu của xylanh thứ 2 nằm ở vị trí : α2= 540˚
+ Khi trục khuỷu của xylanh thứ 3 nằm ở vị trí : α3 = 180˚
+ Khi trục khuỷu của xylanh thứ 4 nằm ở vị trí : α4 = 360˚
Tính mômen tổng
T = T1 + T2 + T3 + T4
Trang21
800
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
Xy lanh
0 ÷180
180÷ 360
360 ÷540
540 ÷ 720
1
Nạp
Nén
Cháy-giãn nở
Thải
2
Nén
Cháy-giãn nở
Thải
Nạp
3
Thải
Nạp
Nén
Cháy-giãn nở
4
Cháy -giãn nở
Nén
Nạp
Nén
Tính giá trị của Ttb bằng công thức:
Ttb
30.Ni .103
( MN / m 2 ).
.R.FP ..n
Trong đó :
N i : công suất chỉ thị của động cơ; N i
Ne
m
m (0,63 0,93) ; chọn m 0,93 Ni
64, 7
69,5 .
0,93
n: là số vòng quay của động cơ; n = 3920(v/p).
Fp: là diện tích đỉnh piston; FP 0,0045(m2 ) .
R: là bán kính quay của trục khuỷu; R 37,75(mm) 37,75.103 (m) .
φ: là hệ số hiệu đính đồ thị công : chọn 1 .
30.69,5.103.106
0,99( MN / m2 ) .
Ttb
3
3,14.37, 75.10 .0, 0045.1.3920
Ttb 0,99(MN / m2 ) .
Với tỷ lệ xích : T P 0,031(MN / m2 .mm)
Ttb
Ttb
T
0,99
31,9(mm) .
0, 031
Trang22
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
Đồ Thị Ʃ T-α
∑T
80,00
(mm)
60,00
40,00
20,00
0,00
0
100
200
300
400
500
600
700
*Độ+
-20,00
-40,00
-60,00
Hình 1.7: Đồ Thị Ʃ T-α
Bảng 3 : Bảng tính xây dựng đồ thị ST
Thứ tự làm việc của xi lanh 1-3-4-2
α1
T1(mm)
0
0.00
10
-10.14
20
-18.37
30
-23.23
40
-23.97
α 2 T2(mm
)
54 0.00
0
55 -3.70
0
56 -7.43
0
57 -11.01
0
58 -14.33
0
α3
T3(mm)
α4
T4(mm)
∑T
Ʃ Ttb
18
0
19
0
20
0
21
0
22
0
0.00
360
0.00
0.00
13.76
32.35
370
-3.90
59.94
380
-7.64
41.51
390
-11.20
14.6 13.76
1
26.5 13.76
0
-3.93 13.76
28.43
400
-14.48
24.3
13.76
Trang23
800
Tính toán thiết kế động cơ D1V4-0415
6
50
-20.73
59
0
-17.02
23
0
19.81
410
-17.02
60
-14.39
60
0
-18.69
24
0
16.17
420
-18.31
70
-6.34
61
0
-18.40
25
0
17.46
430
-17.80
80
1.90
-16.39
440
-15.07
9.02
26
0
27
0
28
0
29
0
30
0
31
0
32
0
33
0
34
0
35
0
36
0
20.61
90
62
0
63
0
64
0
65
0
66
0
67
0
68
0
69
0
70
0
71
0
72
0
23.10
450
-10.00
25.05
460
-2.91
25.26
470
5.34
23.97
480
13.43
21.06
490
19.86
17.33
500
23.22
13.04
510
22.63
8.55
520
17.96
4.20
530
0.00
540
100 14.15
110 16.96
120 17.57
130 16.40
140 13.98
150 10.82
160 7.31
170 3.67
180 0.00
-12.00
-6.41
0.33
5.13
7.38
5.19
-0.82
-13.53
-16.98
0.00
34.9
6
35.2
2
25.0
8
-8.96
13.76
13.76
9.92
10.1
2
29.8
8
47.8
8
60.1
0
64.6
9
59.7
2
45.6
7
20.2
8
0.81
0.00
0.00
13.76
13.76
13.76
13.76
13.76
13.76
13.76
13.76
13.76
13.76
13.76
13.76
1.8. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VECTO PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN
CHỐT KHUỶU:
Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng
trên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu. Sau khi có đồ thị này ta có thể tìm trị
số trung bình của phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu cũng nhƣ có thể tìm đƣợc dể
dàng lực lớn nhất và lực bé nhất. Dùng đồ thị phụ tải ta có thể xác định khu vực
Trang24
