Mô phỏng động học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ IFA trên catia

MôMô
phỏng
động
họchọc
cơ cấu
trục -trục
thanh
truyềntruyền
động cơ
IFA cơ
trênIFA
Catia
phỏng
động
cơ khuỷu
cấu khuỷu
- thanh
động
trên
Catia
LỜI NÓI
ĐẨU
MỤC
LỤC

Trang

Cùng với việc phát trỉên của công nghệ thông tin và khoa học kỹ thuật với
LỜI NÓI ĐÂU
2
mức

độ chóng mặt trong thời đại ngày nay. Đã kẻo theo sự phát trỉên của các nghành
1. Mục đích, ý nghĩa của đề tài
3
nghề
quan cơ
khuỷu
- thanh
truyềntựu
động
đốt trong.
3
khác2.có Tổng
liên quan.
Vớicấu
việc
ứngtrục
dụng
các thành
đạtcơđược
trong lĩnh vực
công

nghệ

2.1 Nhiệm vụ, điểu kiện làm việc của cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền.......3

thông tin đã giúp cho quả trình tự động hóa sản xuất của con người ngày một
2.1.1 Nhiệm vụ.............................................................................................3
hoàn
thiện2.1.2

và tôi Điều
ưu. kiện làm việc..............................................................................3
2.2 Đối
Đặc
kết cấu
của cơ
cư khỉ
câu thì
khuỷu
thanhcông
truyền............................4
vớiđiêm
chuyên
ngành
việctrụcáp dụng
nghệ thông tin càng

ngày2.2.1 Kết cẩu nhóm Pistun...........................................................................4
câp
thiết và đã liên tục diên ra trong quả trình sản xuất đê nham rút ngan thời gian
2.2.2 Kết cấu nhỏm thanh truyền.................................................................6
và
Kết lượng
cấu nhóm
khuỷu
nâng2.2.3
cao chất
sản trục
phâm.
Ngàynguyên......................................................14

nay, việc lên bản vẽ thiết kế không chiếm
nhiều2.2.4 Kết cấu trục khuỷu ghép...................................................................18
thời gian của người thiết kế vì sự trợ giúp của các công cụ của công nghệ thông
2.2.5. Kết cấu trục khuỷu thiếu cô...............................................................18
tin.
2.2.6 Kết cấu trục khuỷu chữ V...................................................................19
Trong đó các phẩm mềm hô trợ thiết kế đã luôn được dùng đê tiến hành thiết kế
chỉ2.3 Cư cấukhuỷu trục thanh truyền động cư xi lanh bô trí thăng hàng........19
tiết2.4
máy.Cư cấukhuỷu trục thanh truyền động cư xi lanh bô trí chử V.................20
thây đượctrục
tâmthanh
quan truyền
trọng đủ
đã được
tài Mô
phỏng
2.5 Nhận
Cư cấukhuỷu
củaemđộng
cư xi thầy
lanhgiao
bố tríđểhình
sao.....21
động

3. Tính toán
động học cơ cấu khuỷu - trục thanh truyền động cơ IFA
học cơ cấu khuỷu
22 trục thanh truyền động cơ IFA trên Catia. Đây là một để tài

mới

đoi

3.1 Xác định quy luật động học của piston bang phương pháp đổ thị..........23

với sinh viên ngành động lực, nó không những giúp cho em có điều kiện đê
3.1.1 Xây dựng đồ thị công........................................................................23
chuân
lại
3.1.2. Xây dựng đồ thị chuyên vị Piston bang phương pháp đồ thị Brick..29

21


Mô phỏng động học cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền động cơ IFA trên Catia
1. Mục đích, ý nghĩa của đề tài

Ngày nay có rất nhiều phần mềm hồ trợ cho công việc của người kỹ
sư

thiết

kế . Giúp cho công việc của người thiết kế trở nên thuận lợi và tiết kiệm được rất
nhiều
thời gian . Trong các công đoạn của quá trình sản xuất cơ khí thì sự tiện ích của
các
phần mềm hồ trợ thực sự có vai trò đóng góp hết sức to lớn. Từ việc lên bản vẽ
thiết

kế

chi tiết máy đến việc mô phỏng lắp ghép và kiểm tra độ bền của các chi tiết máy
trước
khi đưa vào sản xuất thực tế. Do đó, các phần mềm hồ trợ đã tiết kiệm rất nhiều
thời
gian và kinh tế trong sản xuất, hạn chế và tránh những sai sót gặp phải trong quá
trình
sản xuất thực tế. Phần mềm : “Catia thiết kế và mô phỏng các CO’ cấu máy ”
là

một

trong những phầm mềm hỗ trợ cho những người đang học tập cũng như làm việc
trong
lĩnh vực thiết kế chi tiết và cơ cấu máy. Và hiện tại phần mềm này là một trong
những
phần mềm mới chưa được ứng dụng phổ biến đối với sinh viên và kỳ sư của
chúng ta.
Vì vậy em chọn nghiên cứu ứng dụng phần mềm Catia làm đề tài tốt
nghiệp

cho

mình. Em đã thực hiện việc nghiên cứu học tập từ lý thuyết đến thực hành đê sữ
dụng
phần mềm Catia trong thiết kế và mô phỏng các cơ cấu máy.
Em hy vọng đề tài này sẽ mang đến cách nhìn tổng quan về thiết kế và mô
phỏng

chi tiết, cơ cấu máy trong Catia. Tạo tiền đề cho việc nghiên cứu sâu hơn các
3


Mô phỏng động học cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền động cơ IFA trên Catia
+ Các lực này còn gây ra hao mòn các bề mặt ma sát cổ trục và trục khuỷu.
- Đối với thanh truyền: Trong quá trình làm việc, thanh truyền chịu lực

tông

họp

của lực khí thể và lực quán tính (Ps). Ngoài ra do thanh truyền chuyển động
song
phăng nên nó cũng chịu lực quán tính tác dụng trên trọng tâm thanh truyên. Các
lực
này thường làm cho thanh truyền bị cong và bị xoắn.
- Đối với Piston: Điều kiện làm việc của Piston rất nặng nhọc vừa chịu tải

trọng
cơ học vừa chịu tải trọng nhiệt. Ngoài ra Piston còn chịu ma sát và ăn mòn.
+ Tải trọng cơ học: trong quá trình cháy, khí hổn hợp cháy sinh ra áp suất
rất

lớn

trong buồng cháy, trong chu kỳ công tác áp suất khí thể thay đổi rất lón vì vậy
lực

khí

thể có tính chất va đập
+ Tải trọng nhiệt: trong quá trình cháy Piston trực tiếp tiếp xúc với sản vật
cháy
có nhiệt độ rất cao. Mà như vậy nhiệt độ của Piston và nhất là nhiệt độ phần đỉnh
Piston củng rất cao.
+ Ma sát và ăn mòn: Trong quá trình làm việc Piston chịu ma sát khá lớn
do

thiếu

dầu bôi trơn và lực ngang N ép Piston vào xi lanh, ma sát càng lớn do biến dạng
của
Piston. Ngoài ra đỉnh Piston tiếp xúc trực tiếp với sản vật cháy nên còn bị sản
vật

cháy

ăn mòn.
2.2 Đặc điếm kết cấu của cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền

4


Mô phỏng động học cơ câu khuỷu trục - thanh truyên động cơ IFA trên Catia

Hình 2 - 1 Ket cấu piston động cơ Diesel
4

kỳ

+ Ket cấu đinh Piston
- Ket cấu của đỉnh Piston : Đỉnh Piston có kết cấu rất đa dạng gồm đỉnh
bằng
đỉnh lồi và đỉnh lõm ...
Đỉnh bằng là loại phô biến nhất, có diện tích chịu nhiệt bé nhất và có kết
cấu
đơn giản dể chế tạo
Đỉnh lồi có độ cứng vũng cao , loại đỉnh này không cần bố trí các đường
gân
phía dưới đỉnh nên trọng lượng Piston có thể giảm . Loại đỉnh này ít kết muội
than
nhưng do bề mặt chịu nhiệt độ lớn nên có ảnh hưởng xấu tới quá trình làm việc
của
Piston .
Đỉnh lõm có diện tích chịu nhiệt lớn hơn đỉnh bàng nhưng có ưu điểm là
tạo

ra

xoáy lốc trong quá trình nén và trong quá trình cháy .
+ Ket cấu đầu Piston : Nhiệm vụ chủ yếu của đầu Piston là bao kín và là

5


Mô phỏng động học cơ câu khuỷu trục - thanh truyên động cơ IFA trên Catia
+ Ket cấu thân Piston : Thân Piston có tác dụng là dẫn hướng cho Piston
chuyển
động trong xi lanh và chịu lực ngang N . Đẻ dẫn hướng tốt và ít va đập khe hở

giữa
thân Piston và xi lanh cần phải nhỏ. Chiều dài của thân càng 1ÓT1 thì dẫn
hướng

càng

tốt áp suất tác dụng lên Piston càng nhỏ, Piston ít bị mòn. Tuy nhiên thân càng
dài

thì

khổilượng của Piston càng lớn và ma sát càng lớn .
Vị trí của lỗ bệ chốt : khi chịu lực ngang nếu chốt Piston đặt ở chính giữa
thân
thì ớ trạng thái tĩnh áp lực phân bố đều. Nhưng khi Piston chuyên động do lực
ma

sát

tác dụng làm cho Piston có xu hướng quay quanh chốt nên áp suất của Piston
nén

trên

xi lanh sẽ phân bố không đều nữa .
Dạng của thân Piston : Dạng của thân Piston thường không phải là hình trụ

Hình 2-2 Trạng thái biến dạng của Piston khi chịu nhiệt,
lực khí thể pz và lực ngang N
2.2.2

Kết cẩu nhóm thanh truyền

Trong động cơ đốt trong thông thường có một hoặc nhiều hàng xylanh. Tuỳ
vào
sổ hàng xi lanh mà kết cấu và số lượng thanh truyền sẽ khác nhau.
Dộng cơ nhiều hàng xi lanh có một trục khuỷu thường gồm hai loại là động
cơ
6


Mô
Mô phỏng
phỏng động
động học
học cơ
cơ cấu
câu khuỷu
khuỷu trục
trục -- thanh
thanh truyền
truyên động
động cơ
cơ IFA
IFA trên
trên Catia
Catia
2.2.2.1 Kết cấu thanh truyền động cơ một hàng xi lanh.

Ở động cơ một hàng xi lanh số lượng thanh truyền sẽ băng sổ lượng xi lanh

và
trên một cô khuỷu chỉ lắp một thanh truyền. Ket cấu của thanh truyền một hàng
xi

lanh

gồm ba phần
- Đầu nhỏ thanh truyền: Ket cấu đầu nhỏ phụ thuộc vào kích thước chốt
piston
nhỏ
thanh
truyền
địnhtruyền.
với chốt piston.
và phươngHình
pháp2-4
lắpĐầu
ghcp
chốt
piston
với khi
đầu lắp
nhỏcổthanh
Ket cấu đầu nhỏ thanh truyền loại này phụ thuộc vào phương pháp cố định
chốt
piston trên đầu nhỏ.
Cố định chốt piston trên đầu nhỏ thanh truyền theo kiều giới thiệu trên hình
2

-

Hình 2 - 5 Cố định chốt Piston trên đầu nhỏ thanh truyền
- Thân thanh truyền:
Trong động cơ máy bay, động cơ dùng trên ôtô, đầu nhỏ thanh truyền có
Chiều dài 1 của thân thanh truyền phụ thuộc vào tham số kết cấu X. Tiết
dạng
trụi
diện
mỏng ( hình 2 - 3.c).
Khi lắp chốt piston tự do có sự chuyển động tương đối giữa chốt piston và
đầu
nhỏ nên phải chú ý bôi trơn mặt ma sát. Thông thường dầu nhờn được đưa lên
mặt
chốt piston và bạc lót đầu nhỏ bàng đường dẫn dầu khoan dọc theo thân thanh
truyền.
Phía trên đầu nhỏ thanh truyền của động cơ cao tốc, đôi khi làm lồi lên một
87


Mô phỏng động học cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền động cơ IFA trên Catia

ã)

b)

c)

d)

Hình 2 - 6 Tiết diên thân thanh truyền.

Loại thân thanh truyền có tiết diên tròn ( hình 2 - 6c,d) thường dùng trong
động
cơ tĩnh tại và động cơ tàu thuỷ tốc độ thấp. Ưu điểm của loại này là dễ chế tạo
theo
phương pháp rèn tự do và dễ gia công. Khuyết điểm của loại thân thanh truyền
này

là

sử dụng vật liệu không họp lý. Vì trong mặt phẳng lắc của thanh truyền nó chịu
lực

lớn

nhất, do đó yêu càu thanh truyền phải có mô đuyn chống uốn trong mặt phẳng
lắc

lớn

hơn so với môđuyn chống uốn trong mặt phẳng kia (mặt phẳng thẳng góc với
mặt
phang lắc). Vì vậy dùng thân thanh truyền có tiết diện tròn nếu đảm bảo độ cứng
vừng
trong mặt phăng lăc vừa đủ thì độ cứng vững trong mặt phăng kia sẻ thừa.
Hiện nay loại thân thanh truyền có tiết diện chừ I (hình 2 - 6a,b) được dùng
rất
nhiều trong động cơ ô tô máy kéo và các động cơ cao tốc. Loại thân có tiết diện
loại
này sữ dụng vật liệu rất họp lý do đó trọng lượng thanh truyền nhỏ mà độ cứng
vững

của thanh truyền lớn. Loại thân thanh truyền có tiết diện chữ I thường chế tạo
9


Mô phỏng động học cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền động cơ IFA trên Catia
hình 2 - 6i. Lỗ dầu khoan dọc trên thân thanh truyền dùng để đưa dầu bôi trơn lên bôi
trơn chốt piston.
- Đầu to thanh truyền:
Kích thước đầu to thanh truyền phụ thuộc vào đường kính và chiều dài chốt
khuỷu. Đầu to thanh truyền phải đảm bảo các yêu cầu sau:
+ Có độ cứng vừng lớn để bạc lót không bị biến dạng nhất là đổi với bạc
lót
mỏng.
+ Kích thước nhỏ gọn để đảm bảo lực quán tính chuyền động quay nhỏ;
giảm
được tải trọng lên chốt khuỷu, ổ trục và giảm kích thước hộp trục khuỷu, đồng
thời

tạo

khả năng đặt trục cam gần với trục khuỷu, do đó làm cho buồng cháy của loại
động

cơ

dùng xupáp đặt nhỏ gọn hơn.
+ Chồ chuyền tiếp giữa thân và đầu to phải có góc lượn lớn đổ giảm ứng
suất

tập

trung.
+ Dễ lắp ghép cụm piston thanh truyền với trục khuỷu.
Trong hầu hết các động cơ nhất là động cơ ô tô máy kéo, đầu to thanh
truyền
được cắt thành hai nữa, nữa trên làm liền với thân thanh truyền, nừa dưới cắt rời
ra

làm

thành nắp đầu to thanh truyền. Hai nữa của đầu to thanh truyền lắp ghép với
nhau

bàng

bulông hay gujông. Trong trường họp này bạc lót đầu to cũng làm thành hai nữa,
nữa
trên làm liền với thân thanh truyền, nừa dưới cắt rời ra làm thành nắp đầu to
thanh

10


Mô phỏng động học cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền động cơ IFA trên Catia

Hình 2-7 Đầu to thanh truyền của động cơ ô tô máy kéo (a)
và động cơ tĩnh tại (b)
2.2.2.2 Thanh truyền của động cơ chữ V.

Tuỳ theo vị trí lắp ghép thanh truyền của hai xi lanh chung khuỷu, thanh

truyền
của động cơ chữ V được chia ra thành hai loại.
- Loại thanh truyền trung tâm: Loại thanh truyền này có hai thanh truyền
cùng
lắp chung trên một chốt khuỷu nhưng cả hai thanh truyền cùng nằm trong một
mặt
phang nên một thanh truyền có hình dạng nạng ( t h a n h truyền ngoài) còn thanh
truyền
kia lắp đồng tâm và bị kẹp giữa phần nạng của thanh truyền nạng. Cũng như
thanh
truyền kế tiếp, kết cấu này có ưu điêm là động học và động lực học của hai
11


Mô phỏng động học cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền động cơ IFA trên Catia
truyền nhất là thanh truyền hình nạng kém, dễ biến dạng và bố trí đường dầu bôi trơn
bạc lót cùng khó khăn.

Hình 2-8 Thanh truyền trung tâm.
- Loại thanh truyền chính và thanh truyền phụ: Loại này gồm có một thanh
truyền chính và một thanh truyền phụ lắp trên thanh truyền chính ( t h a n h truyền
chính
có chốt để lắp thanh truyền phụ). Loại thanh truyền này ngày nay được dùng khá
nhiều
vì nó có ưu diêm chính là kết cấu gọn nhẹ, giảm được kích thước và trọng lượng
của
động cơ, đồng thời vẩn đảm bảo độ cứng vừng của đầu to thanh truyền. Song nó
có
nhược điểm là động học của piston và thanh truyền trên hai hàng xi lanh không

12


Mô phỏng động học cơ câu khuỷu trục - thanh truyên động cơ IFA trên Catia

Hình 2-9 Thanh truyền chính và thanh truyền phụ.
Trục khuỷu lắp trên động cơ này củng có kết cấu khá phức tạp, góc lệch hai
khuỷu
kế tiếp 90°. Trục khuỷu động cơ chử V thường dùng trong động cơ có công suất
cờ
trung bình và lớn, kết cấu phức tạp khó chế tạo, giá thành cao.
2.2.23 Thanh truyền động cơ hình sao.
Trong động Cơ hình sao, thanh truyền của các xi lanh cùng lắp chung trên
một
chốt khuỷu nên không thể dùng kiểu thanh truyền lắp kiều kế tiếp hoặc thanh
truyền
trung tâm được. Vì như vậy chốt khuỷu sẽ rất dài, làm giảm độ cứng vững và
giảm

khả

13


Mô phỏng động học cơ câu khuỷu trục - thanh truyên động cơ IFA trên Catia
7

Hình 2 - 1 0 Thanh truyền chính và thanh truyền phụ của động cơ hình
sao.
Đầu to thanh truyền thường làm nguyên khối không cắt thành hai nửa, còn nếu

cắt thành hai nửa thì dùng chốt con (chốt bản lề) để lắp nắp đầu to thanh truyền
với
nửa trên của đầu to.
Bôi tron bạc lót đầu to thanh truyền phụ cũng tiến hành như trong động cơ
chữ
V. dầu nhon sau khi bôi tron bạc lót đầu to thanh truyền chính được dẫn đến bôi
tron
bạc lót đầu to thanh truyền phụ.
14


Mô phỏng động học cơ câu khuỷu trục - thanh truyên động cơ IFA trên Catia

Hình 2 - 11 Ket cấu tổng thể đầu trục khuỷu
Đầu trục khuỷu thường dùng để lắp bánh răng dẫn động bơm nước,bơm
dầu

bôi

trơn, bơm cao áp, bánh đai (puly) đế dẫn động quạt gió và đai ốc khởi động đế
khỏi
động động cơ bàng tay quay. Các bánh răng chủ động hoặc bánh đai dẫn động
lắp

trên

đầu trục khuỷu theo kiểu lắp căn hoặc lắp trung gian và đều là lắp bán nguyệt
đai

ốc

hãm chặt bánh đai, phớt chắn dầu, 0 chắn dọc trục đều lắp trên đầu trục khuỷu.
Ngoài ra các bộ phận thường gặp kế trên trong một số động cơ còn có lắp
bộ
giảm dao động xoắn của hệ trục khuỷu ở đầu trục khuỷu bộ dao động xoắn có
tác

dụng

thu năng lương sinh ra do mô men kích thích trên hệ khuỷu do đó dập tắc dao
động

tắt

dao động gây ra bỡi mô men.
Bộ dao động xoắn thường lắp ở đầu trục khuỷu là nơi có biên độ dao động
xoắn
lớn nhất.
Cổ trục : các cổ trục thường có cùng kích thước đường kính. (Đường kính

Hình 2 - 1 2 Kết cấu khuỷu trục
15


Mô phỏng động học cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền động cơ IFA trên Catia
Chốt khuỷu: có thể lấy đường kính của chốt khuỷu lấy bàng đường kính
của

cổ

trục khuỷu, nhất là động cơ cao tốc do phụ tải và lực quán tính lớn muốn vậy để
tăng
khả năng khả năng làm việc bạc lót và chốt khuỷu người ta thường tăng đường
kính
chốt khuỷu.
Như vậy kính thước và khối lượng đầu to thanh truyền đàu to sẽ tăng theo
tần

số

dao động riêng sê giảm có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng trong phạm vi tốc
độ

sử

dụng cho phép. Vì vậy cần phải lựa chọn chiều dài sao cho có thê thoã mãn điều
kiện
hình thành màng dầu bôi trơn, và trục khuỷu có độ cúng vừng lớn, do đó đề
giảm

trọng

lượng chốt khuỷu phải làm rồng, chốt khuỷu rồng có tác dụng chứa dầu bôi trơn
bạc
lót đầu to thanh truyền giảm khối lượng quay thanh truyền, lỗ rồng trong chốt
khuỷu
có thê làm đồng tâm hoặc lệch tâm với chốt khuỷu.
Má khuỷu: là bộ phận nối liền giữa cổ trục và chốt khuỷu, hình dạng má
khuỷu
chủ yếu phụ thuộc vào dạng động cơ, trị số áp suất khí thể và tốc độ quay của

trục
khuỷu.
Khi thiết kế má khuỷu động cơ cần giảm trọng lượng , má khuỷu có nhiều
dạng
nhưng chủ yếu dạng má hình chữ nhật và hình tròn có kết cấu đơn giản dễ chế
tạo,
dạng má hình ô van có kết cấu phức tạp loại má khuỷu hình chữ nhật phân bổ lợi
dụng
16


Mô phỏng động học cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền động cơ IFA trên Catia

Đuôi trục khuỷu thường lắp với các chi tiết máy của động Cơ truyền dẫn
công
suất ra ngoài máy công tác.
- Trục thu công suất động cơ thường đồng tâm với trục khuỷu, dùng mặt

bích
trục khuỷu đế lắp bánh đà.
Ngoài kết cấu dùng đế lắp bánh đà trên đuôi trục khuỷu còn có lắp các bộ
phận
đặc biệt:
+Bánh răng dẫn động cơ cấu phụ: Trong một vài loại động cơ do đặc điểm
kết
cấu phải bố trí dẫn động cơ cấu phụ phải lắp bánh răng đuôi trục khuỷu nên phía
đuôi
trục khuỷu phải có mặt bích đê lăp bánh răng.
+Vành chắn dầu trên đuôi trục khuỷu có tác dụng ngăn không cho dầu
nhờn

chảy

ra khỏi các te.
Các dạng trục khuỷu phụ thuộc vào số xi lanh, cách bố trí xi lanh sổ kỳ
động

cơ

và thứ tự làm việc của các xi lanh kết cấu trục khuỷu phải đảm bảo động cơ làm
việc

17


Mô phỏng động học cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền động cơ IFA trên Catia
9

Hình 2 - 1 4 Ket cấu tổng thể trục khuỷu nguyên
2.2.4

Kết cấu trục khuỷu ghép

Trục khuỷu ghép thường chế tạo riêng thành từng bộ phận. Co trục, má
khuỷu,
chốt khuỷu, ghép lại với nhau hoặc làm cô trục riêng rồi ghép với khuỷu.Thường
dùng
trong động cơ cỡ lớn, trục khuỷu được chế tạo thành từng đoạn rồi ghép lại với
nhau
bàng mặt bích trục khuỷu lớn thường ghép trong động cơ cỡ lớn động cơ tàu

Hình 2 - 1 5 Kết cấu trục khuỷu ghép
2.2.5. Kết cấu trục khuỷu thiếu co
Đặc điểm kết cấu trục khuỷu loại này kích thước nhỏ gọn nên có the rút
ngắn
chiều dài của thân máy và giảm khối lượng động cơ.
Trục khuỷu thiếu cổ có độ cứng vừng kém vì vậy khi thiết kết cần kích
18


Mô phỏng động học cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền động cơ IFA trên Catia
vừng cho trục khuỷu.Thường dùng trong động cơ xăng ôtô máy kéo và động Cơ
điezen
công suất nhó do phụ tải tác dụng lên cổ trục nhỏ.

Hình 2 - 1 6 Ket cấu trục khuỷu thiếu cổ
2.2.6 Kết cẩu trục khuỷu chữ V
Loại trục khuỷu này thường dùng trong động cơ có hai hàng xi lanh góc
lệch hai
,,0
khuỷu kêt tiêp
90
Trục khuỷu chữ V thường dùng trong động cơ có công suất cờ trung bình

Hình 2 - 1 7 Ket cấu trục khuỷu chủ V
2.3 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ xi lanh bố trí thắng hàng.

Đối với động cơ xi lanh bổ trí thẳng hàng thường sữ dụng cơ cấu khuỷu
trục
thanh truyền lệch tâm.Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền này được ứng dụng khá

rộng

Hình 2 - 1 8 Cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền động cơ xi lanh bố trí thăng hàng
19


Mô phỏng động học cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền động cơ IFA trên Catia
- Trục khuỷu lắp trên Cơ cấu này thường dùng trục khuỷu nguyên, là loại
trục
khuỷu có các bộ phận cổ trục, khuỷu trục... làm liền với nhau thành một khối.
- Thanh truyền dùng trên cơ cấu này thường dùng thanh truyền có tiết diện

thân
hình chử I, đây là loại thanh truyền có kết cấu đơn giản được chế tạo theo
phương
pháp rèn khuôn rất thích hợp với phương án sản xuất lớn
- Piston thường dùng cho Cơ cấu này là dạng Piston đỉnh lõm, phần lõm có

thể

là

toàn đỉnh hoặc chỉ lõm xuống ớ một vùng của đỉnh. Chỏm cầu lõm có thê đồng
tâm
hoặc lệch tâm. Loại Piston này có diện tích chịu nhiệt lớn hơn đỉnh bằng nhưng
có

ưu

điểm là tạo ra xoáy lốc nhẹ trong quá trình nén và trong quá trình cháy.

2.4 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ xi lanh bo trí chử V

Động cơ chử V ra đời nhằm tăng số xi lanh cho động cơ đê tăng công

20


TÊN THÔNG SÒ
KÝ HIỆU
suất có ích

ố nén

THỨ
GIÁ
NGUYÊN
TRỊ
Ne
Kw
92
Mô
động
học
cơcơ
cấu
khuỷu
trục
- thanh
truyền
động

cơcơ
IFA
trên
Catia
Mô
phỏng
động
học
câu
khuỷu
trục
- thanh
truyên
động
IFA
trên
Catia
8phỏng
17

òng quay

n
Vòng/phút
2250
Bảng
3chốt
- 2thanh
Bảng
thông

chọn
động
truyền trung tâm2.5
được.
Vì như
vậytrục
khuỷutruyền
sê rấtsốcủa
dài,
làm
giảm
cứng
và
Cơ cấu
khuỷu
động
cơcơ
xi độ
lanh
bố vừng
trí hình
ng kính xi lanh
D
mm
120
giảm khả năng
sao chịu lực của trục khuỷu. Trong động cơ hình sao thuờng chỉ dùng
trình piston
mm
145

s
cơ
Động cơ hình sao gồm các động cơ mà đường tâm xi lanh nằm trong
lanh
i
4
cấu
có
các thanh truyền chính lắp rất nhiều thanh truyền phụ. Thanh truyền chínhmặt
4
kích
phăngTthăng góc với đường tâm của trục khuỷu. Loại động cơ này có khá nhiêu

mở sớm xupap nạp

Độvững cao, trên8đầu to của thanh truyền chính có rất nhiều
thước
lớn và độ cứng
xi (X|

đóng muộn xupap nạp

chốt
đê
lanh,0-2
các xi lanh sắpĐộ
xếp theo cá hình
38 sao 3, 5, 7, 9 cánh. Mỗi cánh của động cơ

mở sớm xupap thải

lắp
hìnhthanh
Ơ3 truyền phụ.Độ

Trục khuỷu lắpĐộ
trên động cơ hình
0.4
8 sao thường dùng là trục khuỷu ghép, trục

đóng muộn xupap thải

buồng cháy

xupap

tiêu hao nhiên liệu

44

khuỷu ghép thường được chế tạo riêngNgăn
thành từng bộ phận. Cô trục, má khuỷu,
cách
chốt
Bảng
3 - 1làm
Bảng
độngrồicơghép với trục khuỷu.
khuỷu,
nhau

hoặc
cốthông
trục số
riêng
Ge ghép lại với
g/Kw.h

TÊN THÔNG SÔ KÝ HIỆU

THƯ GIÁ TRỊ
NGUYÊN

Áp suất khí nạp

Pk

MN/nr

0.1

Nhiệt độ khí nạp

Tk

K

287

Hệ số dư lượng không

a

khí
Áp suất cuối kỳ nạp Pa

1.5

<=0.1
1.5 - 1.9

MN/m2

0.090.078 -0.088
0.1070.103 -0.107

Áp suất khí sót

Pr

MN/m2

Nhiệt độ khí sót

Tr

k

700

Độ sấy nóng khí nạp A T

mới
m
hi số giãn nở đoạn nhiệt

K

20
1.45

700
900
20-40

-

1.45 - 1.5

của khí sót
Hệ số lợi dụng nhiệt
0.85
0.65
tại z
-0.85
Hệ số lợi dụng nhiệt
0.8thanh
-0.9 truyền động cơ bố trí hình sao
Hình 2 - 20 Cơ cấu 0.9
khuỷu trục
tại b
Do Xkết cấu của động cơ khá

phức tạp
Tỷ số tăng áp
1.604
1.5nên
- 1.8cơ cấu khuỷu trục thanh truyền
dùng
tốn kém.
Hê số nạp thêm
h trên động cơ loại này củng
1.04phức tạp và rất
1.02
1.07
Trong
động
cơ
hình
sao,
thanh
truyền
của
các
Hệ số quét buồng x2
0.95
0.92
- xi lanh cùng lắp chung
cháy
0.97
trênxt
Hệ số hiệu đính tỷ
1.1

1.11
nhiệt
mộtỌdchốt khuỷu nên không thê
lắp kiêu kế tiếp hoặc
Hệ số điền đầy đồ
0.97dùng kiêu thanh
0.92 truyền
thị
0.97
22
21


Đường nén
vx
Vc

VC

2V
c

3V
c
4V
c
5V
c
6V
c

VY
7V
c
8V
c
9V
c
lO
Vc
ll
Vc
12
Vc
13
Vc
14
Vc
15
Vc
16
Vc
17
Vc

i

•nl
1

Đường giãn nở

i/in'

Pc(l/i •n2
1/i
n2 /1 /-n2\
nl)
1
"2
pz. p .(1/i )
phỏng4.364
độnghọc
họccơ
cơcâu
cấu
khuỷu
trục
- thanh
truyền
cơ trên
IFACatia
trên
Mô
Môphỏng
động
động
học
cơ
câu
khuỷu

khuỷu
trục
trục
--thanh
thanh
truyên
truyên
động
độngđộng
cơ
cơIFA
IFA
trên
Catia
1.000
1.00
1.00
1
0
00
7
00
1.
1.822
0.54
2.394
1.74
7.0000
Catia
55

9
86
4
47
Đặt:
1.
1.903
0.52
2.292
1.81
6.7234
6
9
52
5
65
Trong
đó: 2.10
1.
2.237
0.44 Khi
1.950
tại điểm bất 5.7893
kỳ x:
8
3
70
9đó, áp suất
96
ptỷ

số
giãn
nở
sớm,
p = (1,2M ,7).
2.584
0.38
1.688
2.411
5.0642
2
/>„p= £ [MN/m2]
7
69
7
6
Chọn
=
1,55.
(1.1)
2.
2.945
0.33
1.482
2.72
7 14.4869
2
2
95 n2- chỉ0số giãn nở19
đa biến.

2.
3.318
0.30 Ở đây:
1.315
3.04
4.0175
4
1
14
4 với động
00cơ Diesel: n2 = (1,15+1,28).
Đối
p. = pa.£n'1.178
- áp suất 3.36
cuối quá trình3.6291
nén.
2.
3.702
0.27
6
7
01
8
52
Chọn
đó:n2 = 1,27
2.
4.098
0.24 Trong
1.065

3.69
3.3032
8
3
40
0
74
Pa -=ápi 4.03
suất đầu quá trình
nén.
V-*^
3
4.504
0.22 Ta đặt:
0.968
3.0260
6
20
9
59
- Động 5.81
cơ không tăng2.0999
áp: Pa = (0,8K-ỉ- 0,9)pk
4
6.680
0.14
0.653
7
97
3

59
5
9.069
0.110Suy ra:
0.481
7.72 [MN/m2]
1.5817
Chọn:
/V =/v^r
(1.2)
Pa = 0,9pk
6
3
2
13
11.64
0.08
0.374 Trong
6
3.1.1.3
Lập9.73
bảng tỉnh : 1.2548
31
59
9
31
Đường nén
pk- áp giãn
suâtnởtrước xúpáp nạp
đó:Đường

Từ
công
thức
(1.1)
và
(1.2),
kết họp với việc chọn các thể tíchVnx và
i inI
Chọn
pk =1/i
Po = 0,1 [MN/m2]
i/in'
Pc(l/i
i"2 Pz.
pn2.(l/i"2)
Vgnx,
ta
nl)
"2
0,9.0,1
0,09 [MN/m2]
3 - 3 . CácVậy:
điểmpa
áp=suất
trên =đường
nén và đường giãn nở
7
14.38
0.06 Bảng
11.8379

0.303
1.0317
08
95
53.1.1.4 Xác định các điêm đặc biệt và hiệu chỉnh đồ thị công.
17.26
0.05
14.0257
0.252
8- tỷ Số nén,
8=17 (Theo [1] trang0.8708
138, đây là động cơ Diezel buồng
8
77
79 Vẽ hệ
8 trục tọa độ (V, p) với các tỷ lệ xích: \Xy= 10,244.10‘3 [lít/mm]
9
20.291 0.04
0.215
0.7498
cháy phân16.2888
cách )
Pp= 0,03 [MN/m2.mm].
4
93
1
1
23.442 0.04
18.6209
0.186

0.6559
nr chỉXác
số nén
đa
biến
trung
bình.
0
3
27
2định các điểm đặc biệt:
1
26.712 0.03
0.163
- Động cơ21.0169
Diesel buồng cháy ngăn0.5811
cách: ni = (1,34-5-1,38).
1
1
74 -Điểm
4 r (Vc,pr)
1
30.09
0.03
0.145
0.5203
Chọn niỞ=23.4725
1,37.
đây:
2

39
32
0
1
33.58
0.02
25.9841
0.130
0.4700
=> Pc = 0,09.17
= 4,3647
[MN/m2].
vcthể l>37
tích buồng
cháy:
3
17
98
0
1
37.17
0.02
28.5485
0.117 Xây dựng đường 0.4278
3.1.1.2
cong áp suất trên đường giãn nở.
piston bằng phương pháp đồ thị
4
02
69 3.1 Xác4định quy luật động

K học
= —,của
(1.3)
1
40.855 Phương
0.02
31.1628
0.106
trình
của đường giãn nở đa0.3919
biến là [1]: p.V"2 = const, do đó nếu gọi
3.1.18
Xây dựng đô thị công
5
0
45
Trong
đó:
1 là44.63
0.02
33.8246
0.097
0.3611
điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì:
6
18
24
8
3.1.1.1 vhXâythể
dựng

cong áp suất trên đường nén.
tíchđường
công tác:
1
48.497 0.02
36.5317
0.090
p V"2 =0.3343
p ỵ"2
r' Tr
z,r ĨĨ.D2
z r gnx'
7
0
06
0
_ 7Ĩ. 1202
, = conts, do |-đó3nnếu gọi X
Ta có: phương trình đường
p.vnl
V. =nén
—.sđa= biến: —
.145
= 163991 l[mm ]
Từ
đó
rút
ra:
*
4

4
là
vh = 1,6399 [1]
diêm bât kỳ trên đường nén thì [1]:
p
vn'
=
p yn'
Khi đó: r c c rnx
nx
Ở đây:
1 6399
pz- áp suất =cựci,ojyy
đại, pz=0,1025
= 7.0 [MN/m2].
V'
[1]
Pnx= Pcvz=p.vc
cJ
25
23
24
26


Mô phỏng động học cơ câu khuỷu trục - thanh truyên động cơ IFA trên Catia
pr- áp suất khí sót, phụ thuộc vào loại
động

cơ

5. piston:
Tốc độ trung bình của
M 30
30

=

0,145.2250

Như vậy động cơ đang khảo sát là động cơ tốc độ cao, do đó áp suất
khí
pr = (l,05M,l).p0

sót pr được xác định [ 1 ]:

Trong đó: Po- áp suất khí trời
Vì động cơ không tăng áp, có lắp bình tiêu âm trên đường thải nên
thay
Po ở trên bằng áp suất trên đường thải pth,với [1 ]: pth =(1,02-H ,04).p0
Chọn:

Pth

=

l,04p0

Vậy:

pr=

l,029.pth=

và

pr

=

1,029.1,04

l,029pth
.p0

=

1,029.1,04.0,1
= 0,107[MN/m2].
Vậy: r (0,1025 [1]; 0,107 [MN/m2])
- Điểm a (Va,pa)
Trong

đó

:

Va

=8.

vc

=

17.

0,1025

=

1,7415

[1].

=>a(l,5974[l];0,09[MN/m2])
- Điểm
(Vb,
pb -báp
suấtPb)
cuối quá trình giãn nở. pb =
8
—
Pb
p

=>
=

7

Pb = 0.3343 [MN/m2]
=> b (1,7415 [1]; 0.3343 [MN/m2]).
- Điểm c (Ve, Pc)

=>c(0,1025[l]; 4,3647 [MN/m2]).
- Điểm y (Vc, pz)

^y (0.1025 [1];7 [MN/m2])
- Điểm z (Vz, pz)

27


Mô phỏng động học cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền động cơ IFA trên Catia
Với v2 = p.vc= 1,55. 0.1025= 0.1589 [1].
(0.1589 [1];7 [MN/m2])
Nối các điểm trung gian của đường nén và đường giãn nở với các
điềm

đặc

biệt, sẽ được đồ thị công lý thuyết.
Dùng đồ thị Brick xác định các điểm :
- Phun sớm c\
- Mở sớm (V), 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 điêm trung gian:
- Trên đoạn cy lấy điểm c” với c”c = 1/3 cy.
- Trên đoạn yz lấy điếm z” với yz” = 1/2 yz.
- Trên đoạn ba lấy điếm b” với bb” = 1/2 ba.

Nổi các điểm c’c”z” và đường giãn nở thành đường cong liên tục tại
ĐCT

28


Mô phỏng động học cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền động cơ IFA trên Catia

Hình 3 - 1 Đồ thị công
3.1.2. Xây dựng đồ thị chuyên vị Piston hằng phương pháp đồ thị
Brick
Vè vòng tròn tâm o, bán kính R = S/2 = 145/2 = 72,5
[mm].
Chọn tỷ lệ xích: ps = 0,90625 [mm/mm].
Giá trị biêu diễn của R là :
R = — = 72,5 =80 [rum].
Ở đây:
X- thông số kết cấu; X = 0,25.

29


RẪ
_
72,5.0,25

00 = —— = -— =10 [mml.

_1A

r

n

Mô phỏng động học cơ câu khuỷu trục - thanh truyên động cơ IFA trên Catia
. 72,5.0,25
r
00 = —— = ——-— = 9,06 25
[mm].
22
Giá trị biểu diễn là :
2.jUs 2.0,90625
Muốn xác định chuyến vị của piston ứng với góc quay trục khuỷu là
a

ta

làm nhu sau: từ O’ kẻ đoạn Ơ’M song song với đường tâm má khuỷu OB như
hình
3.2. Hạ MC thẳng góc với AD. Theo Brick đoạn AC = X.
Thật vậy, ta có thê chứng minh điều này rất dễ dàng.
AC = AO - oc = AO - (CO’ - OO’) = R - MO\Cosa + R.X/2
Coi:
MO'~R+ R'Ẫ
2.Co
sa

Thay quan hệ trên vào công thức tính AC, sau khi chỉnh lý ta có :

Tỷ

lệ

xích:

Pv

=

(0.ps

Ở đây:
; ,, ,
__ ,, ,
7T.n 7T.2250
■
Cớ- tôc độ góc của trục khuỷu, Cở = —— = = 235,5\rad/s
30
30
L
30


Mô phỏng động học cơ câu khuỷu trục - thanh truyên động cơ IFA trên Catia
=> u = —.[mm/s.mm]
30

30
Vẽ nữa vòng tròn tâm o có bán kính R|:
R, = R.co = 72,5- 235,5= 17073,75
[mm/s].
„ R. 17073,75
Giá trị biêu
diễn của R| là :
R, = — =- - -—= 80 mm .
jLỉv 213,4218
Vẽ vòng tròn tâm o có bán kính R2:
R.x.co _ 72,5.0,25.235,5 = 2134 218
22
Giá trị biêu diễn của R2 là:
_

2134,218 _10
flv 213,4218

Chia nữa vòng tròn Rj và vòng tròn R2 thành n phần đánh số 1 , 2 ,
3,

...,

n

và 1 ’, 2’, 3’, ..., n’ theo chiều như hình 3 - 2 . (n = 8 ; a =45° )
Từ các điểm 0, 1, 2, 3, ... kẻ các đường thẳng góc với AB kẻ từ 0, r,
2’,

3’,

... tại các điểm o, a, b, c, ... Nối o, a, b, c, ... bằng đường cong ta được đường
biểu
diễn trị số vận tốc
R^sinot.
—.Sin2a I

Từ hình 3 - 3, ở một góc a bất kỳ ta có : bb’ = R2.sin2a và b’2 =
Do đó :

Va = bb'+b'2 = R2.Sin2a + Rị.Sina = R.coí Sina +

31