ĐỒ AN MÔN HỌC KÊT CẤU VÀ TÍNH TOAN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (TINH TOÁN TRỤC KHUỶU VÀ BANH ĐÀ)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (429.78 KB, 43 trang )
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Mục lục
Lời nói
đầu..................................................................................................
....Trang 2
1.CAẽC THNG S BAN
ệU .............................................................................3
2. TấNH TOAẽN ĩNG HOĩC-ĩNG LặC HOĩC-XY
DặNG ệ THậ .........3
2.1.TấNH TOAẽN ĩNG HOĩC
...............................................................................3
2.1.1.Xỏy dổỷng õọử thở
cọng .....................................................................................3
2.1.2.Đồ thị chuyển
vị..............................................................................................5
2.1.3.Đồ thị vận tốc
v...............................................................................................7
2.1.4.Đồ thị gia tốc
J.................................................................................................8
2.2.TấNH TOAẽN ĩNG LặC
HOĩC.........................................................................8
2.2.1.Xác định khối lợng........................................................................................8
2.2.2.Khai triển các đồ
thị.....................................................................................10
3.Phân tích đặc điểm kết cấu và tính toán nhóm trục
khuỷu-bạc lót-bánh
đà............................................................................22
3.1. PHÂN TíCH đặC ĐIểM KếT
CấU...............................................................22
3.1.1. Đặc điểm kết cấu của trục
khuỷu...............................................................22
3.1.2. Đặc điểm kết cấu của bạc lót
......................................................................25
3.1.3. Đặc điểm kết cấu của bánh
đà....................................................................26
3.2. TíNH TOáN NHóM TRụC KHUỷU-BạCLóT-BáNH
Đà .......................27
3.2.1.Tính toán và kiểm tra bền trục
khuỷu........................................................27
3.2.2. Bánh
đà...................................................................................................
......32
SVTH:Vơng Hữu Thạch
Trang 1
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Tài
liệu
tham
khảo................................................................................................
.33
Lời
nói
đầu
Giao thông vận tải là một ngành rất
quan trọng,trong đó việc hoàn thiện động cơ
về mọi mặt là rất cần thiết đối với xu thế
hiện nay.Đối với sinh viên chuyên ngành động
lực,Đồ án kết cấu và tính toán động cơ đốt
trong là một đồ án rất quan trọng,giúp làm
SVTH:Vơng Hữu Thạch
Trang 2
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
quen với việc nghiên cứu,tìm hiểu kết cấu và
tính toán bền các chi tiết,bộ phận trong một
kết cấu cụ thể.Để hoàn thành nhiệm vụ đó
sinh viên phải phát huy tính tự lực,tham khảo
từ nhiều nguồn tài liệu về chuyên môn.
Đây là lần đầu tiên em vận dụng lý
thuyết đã học để phân tích kết cấu và tính
toán thiết kế nhóm Trục khuỷu-Bạc lót-Bánh
đà của động cơ ZAZ 968. Trong quá trình
làm đồ án,mặc dù em đã đợc sự giúp đỡ và hớng dẫn rất tận tình của thầy Trần Thanh Hải
Tùng và các thầy trong bộ môn động lực, nhng
với một đồ án yêu cầu một lợng lớn về kiến thức
chuyên ngành và sự hạn chế về tài liệu tham
khảo nên gặp nhiều khó khăn và khó tránh
khỏi sự sai sót. vì vậy em rất mong đợc sự
xem xét và chỉ bảo của các thầy để em đợc
bồi bổ thêm về kiến thức chuyên ngành.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn
thầy Trần Thanh Hải Tùng đã giúp đỡ em hoàn
thành đồ án này.
Sinh viên thực hiện
Vơng Hữu Thạch.
1.CAẽC THNG S BAN ệU:
Động cơ ZAZ968 là loại động cơ xăng cỡ vừa với bốn xilanh đợc
bố trí theo dạng chữ V theo hai hàng.Độngcơ này đợc bố trí phía
sau ôtô.Thứ tự làm việc của các xi lanh động cơ là : 1-3-4-2.
Các thông số ban đầu của động cơ đợc cho theo bảng sau:
Thông số
Đơn vị
Giá trị
Công suất (Ne)
kW
30
Số vòng quay (n)
Vòng/phút
4200
7,2
Tỷ số nén ()
Đờng kính xy lanh (D)
mm
76
SVTH:Vơng Hữu Thạch
Trang 3
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Hành trình piston (S = 2R)
Thông số kết cấu ()
áp suất cực đại (Pz)
Khối lợng nhóm piston
Khối lợng nhóm thanh truyền
Góc đánh lửa sớm (S)
Góc mở sớm supáp nạp 1
Góc đóng muộn supáp nạp 2
Góc mở sớm supáp thải 3
Góc đóng muộn supáp thải 4
Số xy lanh (i)
Số kỳ ()
Dung tích công tác của Xylanh:
.D 2 .S 3,14.76 2.66
Vh =
=
= 0,2994 [lít]
4
mm
MN/m2
Kg
Kg
độ
độ
độ
độ
độ
66
0,25
4,2
0,5
0,85
12
20
60
60
20
4
4
4
Dung tích buồng cháy:
Vc =
Vh
0,2994
=
= 0,04829
1 7,2 1
[lít]
Dung tích toàn phần:
Va = Vh + Vc = 0,3477
[lít]
2. TấNH TOAẽN ĩNG HOĩC-ĩNG LặC HOĩC-XY
DặNG ệ THậ:
Động cơ đốt trong kiểu Piston thờng có vận tốc lớn nên việc
nghiên cứu,tính toán động học và động lực học của cơ cấu khuỷu
trục thanh truyền (KTTT) là cần thiết để tìm quy luật vận động
của chúng và để xác định lực quán tính tác dụng lên các chi tiết
trong cơ cấu KTTT,nhằm mục đích tính toán cân bằng các chi
tiết và tính toán hao mòn động cơ.
2.1.TấNH TOAẽN ĩNG HOĩC:
2.1.1.Xỏy dổỷng õọử thở cọng:
Các thông số chọn trớc:
n1 =1,36 (Đối với động cơ xăng n1=1,34ữ1,38)
n2 = 1,27 (n2=1,23ữ1,34)
Pr =0,11
[MN/m 2]
Po =0,098
[MN/m 2]
Pb =0,43
[MN/m2]
Pa =0,85.Po =0,0833
[MN/m2]
Pc = Pa. n1 =0,0833. 7,21,36=1,2207 [MN/m2]
2.1.1.1.Xaùc õởnh caùc õióứm vaỡ õổồỡng cỏửn thióỳt cuớa
õọử thở:
SVTH:Vơng Hữu Thạch
Trang 4
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Để tiến hành xây dựng đồ thị công, ta cần xác định các
điểm đặc biệt và đờng nén,đờng giãn nở.
+Xây dựng đờng cong áp suất nén:
Quá trình nén của động cơ là quá trình nén đa biến với phơng trình:
P.V n1 = const
Hay: Pc .Vcn1 = Pnx .Vnxn1
1
Pnx = Pc .
V
Vnx n1 ; Đặt : i = nx
=>
( )
Vc
Vc
=>Phơng trình đờng nén: Pnx =
Pc
i n1
n1: chỉ số nén đa biến.
+ Xây dựng đờng giãn nở:
Phơng trình đờng giãn nở đa biến : PVn2 = const .
Gọi x là điểm bất kỳ trên đờng giãn nở, ta có :
Pz .V
n2
z
= Pgnx .V
n2
gnx
=>
1
Pgnx = Pz .
(
V gnx
Vz
) n2
.
Vz = .Vc, với động cơ xăng = 1, => Vz = Vc.
V gnx
P n
Đặt : i =
=> Pgnx = z n .
2
Vz
i
2
n2 : chỉ số giãn nở đa biến.
+Các điểm đặc biệt:
r(Vc,Pr) =r(0,05;0,11)
a(Va,Pa) = a(0,35;0,08)
b(Vb,Pb) = b(0,35;0,34)
i(Va,Pr) = i(0,35;0,11)
c(Vc,Pc) = c(0,05;1,22)
y(Vc,Pz) = y(0,05;4,2)
z(Vz,Pz) = z(0,05;4,2)
+ Bảng giá trị xác định đờng nén và đờng giãn nở:
SVTH:Vơng Hữu Thạch
Trang 5
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Vx(lít)
i
i
n1
Đờng nén
1/ in1
Pc/in1
i
n2
Đờng giãn nở
1/ in2
Pz.n2/in
2
0.048 1
1.00
1.00
1.22
1.00
3
0.096 2
2.57
0.39
0.48
2.41
6
0.144 3
4.46
0.22
0.27
4.04
9
0.193 4
6.59
0.15
0.19
5.82
2
0.241 5
8.92
0.11
0.14
7.72
5
0.289 6
11.44
0.09
0.11
9.73
7
0.338 7
14.10
0.07
0.09
11.84
0
0.347 7. 14.65
0.07
0.08
12.27
7
2
2.1.1.2.Xỏy dổỷng õọử thở vaỡ hióỷu chốnh
+ Xây dựng đồ thị công trên bản vẽ:
Chọn tỉ lệ xích: à v =
àP =
1.00
4.20
0.41
1.74
0.25
1.04
0.17
0.72
0.13
0.54
0.10
0.43
0.08
0.35
0.08
0.34
õọử thở cọng:
Vh
lit
= 0,00187
160
mm
MN / m 2
Pz
= 0,0175
240
mm
Với tỉ lệ xích này ta sẽ có các điểm tơng ứng trên đồ thị,nối
các đIểm trên ta có đồ thị công lý thuyết.
+ Hiệu chỉnh đồ thị công:
Dùng đồ thị Brich xác định các điểm:
Đánh lửa sớm (c).
Mở sớm (b), đóng muộn (r) xupap thải.
Mở sớm (r), đóng muộn (a) xupap nạp.
Lấy áp suất cực đại: p z,, = 0,85 p z = 3,57[ MN / m 2 ]
Xác định các điểm trung gian:
Trên đoạn cy lấy điểm c ,, với:
1
c ,, c = cy
3
Trên đoạn ba lấy điểm b ,, sao
1
cho: bb ,, = ba
2
SVTH:Vơng Hữu Thạch
Trang 6
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Nối các điểm hiệu chỉnh bằng thớc cong ta có đợc đồ thị
công đã hiệu chỉnh.
2.1.2.Đồ thị chuyển vị:
R
Thông số kết cấu: = ,trong đó:
L
- R: Bán kính quay trục khuỷu [mm].
R=
S 66
=
= 33[mm]
2
2
- L: Chiều dài thanh truyền [mm].
L=
R
33
=
= 132[mm]
0.25
O: Giao điểm của đờng tâm xy lanh và đờng
tâm trục khuỷu.
B: Giao điểm của đờng tâm thanh truyền và
đờng tâm chốt khuỷu.
A: Giao điểm của đờng tâm xy lanh và đờng
tâm chốt khuỷu.
S: Hành trình của Piston [m].
x: Độ dịch chuyển của Piston tính từ ĐCT ứng
với góc quay trục khuỷu [m].
: Góc lắc của thanh truyền ứng với góc
[độ].
rad
: Vận tốc góc của trục khuỷu .
s
Theo giải tích chuyển dịch x của piston tính theo công thức:
-
1
x = R (1 cos ) + (1 cos )
Công thức tính gần đúng giá trị x:
x = R (1 cos ) + (1 + cos 2 ) = R. A
4
Giá trị A tơng ứng với các trị số của và đợc cho ở bảng phụ
lục cuối sách.
Phơng pháp đồ thị Brich xác lập đợc mối quan hệ thuận
nghịch giữa độ dịch chuyển x của Piston và góc quay của trục
khuỷu.
Xây dựng đồ thị:
+ Vẽ nửa vòng tròn tâm O,bán kính R
Chọn tỉ lệ xích àR sao cho AB =Vh=160 [mm]
àR =
2.R 2.33
mm
=
= 0,4125
AB 160
mm
SVTH:Vơng Hữu Thạch
Trang 7
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
+
OO'thuc =
Lấy
R.
2
điểm
O
ở
bên
trái
điểm
O
OO' ve =
R.
= 10[mm]
2à j
một
đoạn:
= 4,125[mm]
+ Vẽ hệ trục vuông góc s- ở dới vòng tròn Brich, trục O biểu
diễn giá trị góc còn trục Os biễu diễn khoảng dịch chuyển của
Piston. Tùy theo các góc ta vẽ đợc tơng ứng khoảng dịch chuyển
của piston.
+ Chọn tỷ lệ xích: à = 2
[độ/mm]
à s = à R = 0,4125
[ mm]
[ mm]
Điểm A ứng với ĐCT và = 0 o .
Điểm B ứng với ĐCD và = 180 o .
Từ điểm O kẻ các tia OB ứng với các góc 10o, 20o, 30o, ...
Từ điểm O kẻ các tia OB song song với OB cắt vòng tròn tại B.
Kẻ BC thẳng góc với AD. Theo Brich thì đoạn AC=x(độ dịch
chuyển).
Từ các điểm trên vòng chia Brich ta kẻ các đờng thẳng song
song với trục O. Và từ các điểm chia (có góc tơng ứng) trên trục
O ta vẽ các đờng nằm ngang. Các đờng này sẽ cắt nhau tại các
điểm 1, 2,...,18. Nối các điểm này lại ta đợc đờng cong biểu
diễn độ dịch chuyển của piston theo : s = f ( )
2.1.3.Đồ thị vận tốc v:
Theo giải tích vận tốc v của piston đợc xác định theo công
thức:
v = R(Sin + Sin 2 ) = RB
2
Trong đó: B = Sin + Sin 2
2
Từ trên ta có:
v = R(Sin + Sin 2) = RSin + RSin 2 = v1 + v 2
2
v1 = RSin , v 2 = R( Sin 2 )
2
Vận tốc trung bình của Piston đợc xác định theo công thức:
S.n
v tb =
30
Trong đó:
S: Hành trình của Piston
n: Số vòng quay của trục khuỷu [v/ph]
SVTH:Vơng Hữu Thạch
Trang 8
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
v max
thờng vào khoảng 1,6.
v tb
Xây dựng đồ thị:
Tỷ số
m / s
mm
R 33.418,88
=
= 80[mm] và vẽ
Vẽ nửa vòng tròn tâm O, bán kính r1 =
àv
172,79
Chọn tỷ lệ xích à v = à s = 418,88.0,4125 = 172,79
đờng kính AB=S=2r1=160[mm].
Vẽ đờng tròn đồng tâm O bán kính r2:
R 33.418,88.0,25
r2 =
=
= 10[mm] .
2.à v
2.172,79
Chia nửa vòng tròn bán kính r 1 và vòng tròn bán kính r 2 thành
18 phần bằng nhau.
Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn ta kẻ các đờng thẳng
vuông góc với OA, và từ các điểm chia trên vòng tròn nhỏ ta kẻ các
đờng song song với bán kính AB. Những đờng tơng ứng này sẽ
cắt nhau tại các điểm 0, 1, 2,...,18. Nối các điểm này lại ta đợc
đờng cong giới hạn vận tốc của piston.
Dựng hệ trục tọa độ vuông góc v-s, lấy đoạn OA =
s
= 160[mm] ,
àR
trục Ov trùng với trục O, trục hoành biểu diễn giá trị s.
Từ các điểm chia trên đồ thị Brich ta kẻ các đờng thẳng song
song với trục Ov, và cắt OS các điểm 0,1,2,...,18. Từ điểm này ta
đặt các đoạn thẳng trên đồ thị giới hạn vận tốc nh:
00,11,22,...Nối các điểm mút lại ta có đồ thị vận tốc của Piston
theo góc : V = f ( ) .
2.1.4.Đồ thị gia tốc J: ta tiến hành xây dựng đồ thị theo phơng pháp Tôlê.
Các bớc tiến hành nh sau:
Vẽ hệ trục toạ độ J-s.
Lấy đoạn AB trên trục s sao cho AB =
s
= 160[mm] .
às
mm
.
mm
Tỷ lệ xích là: à s = 0,4125
m / s2
à J = 57,9
mm
Tại A,về phía trên ta lấy đoạn:
J
R 2 ( + 1) 33.10 3.418,88 2.(0,25 + 1)
AC = max =
=
= 125[ mm]
àJ
àJ
57,9
Tại B,về phía dới ta lấy đoạn:
SVTH:Vơng Hữu Thạch
Trang 9
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
BD =
J min
R 2 (1 )
33.10 3.418,88 2.(1 0,25)
=
=
= 75[ mm]
àJ
àJ
57,9
CD cắt AB tại F. Dựng EF (vuông góc AB) về phía dới một đoạn:
EF = 3R 2 = 75[mm]
à
Nối CF và DF, chia EF và DF làm 8 phần bằng nhau và ghi thứ
tự cùng chiều 1, 2,3,...và 1,2,3,...Nối các điểm tơng ứng lại
thành các đoạn:11,22,33,... ta có đờng cong biểu diễn gia tốc
của piston theo vận tốc góc , J = f ( ) .
2.2.TấNH TOAẽN ĩNG LặC HOĩC :
Mục đích của việc tính toán động lực học là xác định hợp lực
của lực quán tính và lực khí thể tác dụng lên các chi tiết ứng với
mỗi vị trí của khuỷu trục-thanh truyền nhằm tính sức bền,sự mài
mòn của các chi tiết và thực hiện cân bằng động cơ.
Trong quá trình làm việc,cơ cấu KT-TT chịu các lực:
- Lực quán tính do các chi tiết có khối lợng chuyển động.
- Lực khí thể.
- Trọng lực.
- Lực ma sát.
Trong quá trình tính toán,do lực quán tính và lực khí thể có
ảnh hởng rất lớn đến động cơ,trọng lực và lực masát có giá trị rất
bé so với hai lực này nên ta chỉ xét sự tác dụng của lực quán tính
và lực khí thể.
2.2.1.Xác định khối lợng:
2.2.1.1.Khối lợng tham gia chuyển động thẳng:
Các chi tiết máy trong cơ cấu KT-TT tham gia vào chuyển động
thẳng bao gồm:Các chi tiết trong nhóm Piston và khối lợng nhóm
thanh truyền đợc quy về đầu nhỏ thanh truyền. Trong quá trình
tính toán, xây dựng các đồ thị,để tiện lợi, ngời ta thờng tính
toán lực quán tính trên một đơn vị diện tích đỉnh Piston(để
cùng thứ nguyên với áp suất cháy trong động cơ).
+ Khối lợng nhóm Piston:
mnp=mp+mc+mx+mh+mg [kg/m2]
Trong đó:
mp: Khối lợng piston.
mc: Khối lợng chốt piston.
mx: Khối lợng xéc măng.
mh: Khối lợng vòng hãm.
mg: Khối lợng các guốc trợt.
Ta có: mnp=0,5[kg].
+ Khối lợng nhóm thanh truyền đợc quy dẫn về đầu nhỏ thanh
truyền:
SVTH:Vơng Hữu Thạch
Trang 10
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Khi tính toán khối lợng thanh truyền trong cơ cấu khuỷu trục
thanh truyền, chúng ta phân chia thành nhiều khối lợng tơng đơng để quy dẫn về 2 dạng chuyển động: chuyển động thẳng
và chuyển động quay. Tùy thuộc vào mức độ chính xác cần thiết,
ngời ta có thể chia nhóm thanh truyền ra 2, 3 hoặc nhiều phần tơng đơng.
Trong thực tế, chúng ta có thể tính gần đúng theo các công
thức kinh nghiệm sau đây:
Đối với động cơ ôtô máy kéo: m1=(0,275 ữ0,350)mtt
Ta chọn: m1=0,3.0,85=0,255[kg]
Với mtt là khối lợng của thanh truyền: mtt=0,85[kg]
Vậy khối lợng chuyển động tịnh tiến:
ms=mnp+m1=0,5+0,255=0,755 [kg]
Suy ra khối lợng chuyển động tịnh tiến trên một đơn vị diện
tích đỉnh piston là:
m=
ms
4.0,755
kg
=
= 166,429 2
3 2
F p .(76.10 )
m
2.2.1.2.Khối lợng tham gia chuyển động quay:
Khối lợng tham gia chuyển động quay trong cơ cấu KTTT gồm:
+ Phần khối lợng nhóm thanh truyền quy dẫn về đầu to.
+ Khối lợng khuỷu trục gồm có: Khối lợng chốt khuỷu và khối lợng má khuỷu đợc quy dẫn về tâm chốt khuỷu.
mR=m2+mkt.
Trong đó:
m2: Khối lợng thanh truyền quy về đầu lớn.
m2=(0,65 .. 0,725)mtt=0,7.0,85=0,595[kg].
mkt: Khối lợng khuỷu trục.
mkt=mck+2mmR
Với : mck: Khối lợng chốt.
mmR:Khối lợng má khuỷu quy về tâm chốt khuỷu.
Các khối lợng tham gia chuyển động quay này sẽ đợc xét ở mục
tính bền trục khuỷu.
2.2.1.3.Lực quán tính chuyển động thẳng:
PJ= - mj = - mR2(cos +cos ) [MN/m2]
Với m=166,429 [kg/m2]
Suy ra : PJmax= - 166,429.Jmax= - 166,429.7237,5.10 -6
=1,2045[MN/m2].
Tơng tự ta có: PJmin = - 166,429.Jmin= 166,429.4342,5.10-6
=0,7227[MN/m2].
Đồ thị -PJ này vẽ chung với đồ thị công với tỉ lệ xích:
MN / m 2
àP=àPJ=0,0175
.
mm
SVTH:Vơng Hữu Thạch
Trang 11
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
2.2.2.Khai triển các đồ thị:
2.2.2.1.Khai triển đồ thị công Pkt-V thành đồ thị Pkt - :
Xây dựng hệ trục tọa độ vuông góc P-:Trục hoành lấy trùng
với Po. Trên trục O ta chia thành các giá trị góc với các tỷ lệ xích:
à=2[độ/mm].
Sử dụng đồ thị Brich để khai triển đồ thị P kt-V thành đồ thị
Pkt-.
Từ các điểm chia trên đồ thị Brich ta dóng các đờng thẳng
song song với trục OP và cắt đồ thị công tại các điểm trên các đờng biểu diễn các quá trình nạp,nén, giãn nở,thải. Qua các giao
điểm này ta vẽ các đờng ngang song song với trục hoành sang hệ
tọa độ Pkt-. Từ các điểm chia trên tọa độ O, ta kẻ các đờng
thẳng đứng song song với trục OP, những đờng thẳng này cắt
các đờng nằm ngang tại các điểm tơng ứng với các góc chia của
đồ thị Brich và phù hợp với các quá trình làm việc của động cơ.
Nối các điểm đó lại ta có đờng cong khai triển đồ thị Pkt-.
2.2.2.2.Khai triển đồ thị PJ-V thành đồ thị PJ- :
Cách khai triển đồ thị này giống nh cách khai triển đồ thị PktV. Nhng phải đổi dấu của lực PJ khi khai triển (-PJ).
2.2.2.3.Cộng đồ thị :
Từ trên đồ thị khai triển P kt- và PJ- ta tiến hành cộng hai đồ
thị này theo công thức: P1=Pkt+PJ
Các đồ thị khai triển đợc vẽ trên hình bên.
Ta có thể khai triển trực tiếp đồ thị PJ- từ đồ thị Pkt-V. Giá trị
P1 đợc xác định từ hai đờng cong PJ với các đờng cong biểu diễn
quá trình công tác của động cơ.
2.2.2.4.Xác định các lực tác dụng lên chốt khuỷu:
Ta có các công thức sau:
sin ( + )
[ MN / m 2 ]
T = P1
cos
cos( + )
[
Z = P1
MN / m 2 ]
cos
N =P1.tg
[MN/m2]
Từ các giá trị P1 tính đợc khi cộng đồ thị ở trên và các giá trị
, tra trong các bảng tra 5 và 6 ở phụ lục. Sau khi tính toán ta có
đợc các giá trị của T, Z, N trong bảng sau:
SVTH:Vơng Hữu Thạch
Trang 12
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Bảng tính các lực tác dụng lên chốt khuỷu
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10
0
11
0
12
0
13
0
14
0
15
0
16
0
17
0
18
0
19
0
20
0
P1
àP
T
àP
sin( + )
cos
MN / m 2
MN / m 2
mm.
mm.
cos( + )
cos
Z
àP
Tg
MN / m
mm.
2
N
àP
MN / m 2
mm.
-68.5
-68
-64
-56
-46
-34
-22
-9.5
1.5
12.5
0.00
0,22
0,43
0,61
0,77
0,89
0,98
1,02
1,03
1.00
0.00
-14.72
-27.05
-34.11
-35.31
-30.31
-21.49
-9.71
1.54
12.50
1.00
0.98
0.91
0.80
0.66
0.99
0.31
0.11
-0.08
-0.26
-68.50
-66.45
-58.26
-44.97
-30.42
-16.77
-6.77
-1.09
-0.11
-3.23
0.00
0.04
0.09
0.13
0.16
0.20
0.22
0.24
0.25
0. 26
0.00
-2.95
-5.49
-7.06
-7.49
-6.93
-4.88
-2.30
0.38
3.23
20
0,94
18.81
-0.42
-8.48
0.25
5.08
27.5
0,86
32.57
-0.57
-15.65
0.24
6.65
33.5
0,75
25.30
-0.69
-23.18
0.22
7.43
36.5
0,64
23.38
-0.79
-28.92
0.20
7.12
38.5
0,52
19.95
-0.87
-33.52
0.16
6.27
39.5
0,39
15.44
-0.93
-36.70
0.13
4.98
40
0,26
10.46
-0.97
-38.76
0.09
3.43
40
0,13
5.23
-0.99
-39.69
0.04
1.74
40
0.00
0.00
-1.00
-40.00
0.00
0.00
40
-0,13
-5.23
-0.99
-39.69
-0.04
-1.74
40
-0,26
-10.46
-0.97
-38.76
-0.09
-3.43
SVTH:Vơng Hữu Thạch
Trang 13
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Bảng tính các lực tác dụng lên chốt khuỷu
21
0
22
0
23
0
24
0
25
0
26
0
27
0
28
0
29
0
30
0
31
0
32
0
33
0
34
0
35
0
36
0
37
0
38
0
39
0
40
0
39.5
-0,39
-15.44
-0.93
-36.70
-0.13
-4.98
39
-0,52
-20.20
-0.87
33.96
-0.16
-6.35
37
-0,64
-23.70
-0.79
-29.31
-0.20
-7.22
34.5
-0,75
-26.05
-0.69
-23.88
-0.22
-7.65
29
-0,86
-24.85
-0.57
-16.50
-0.24
-7.01
22
-0,94
-20.70
-0.42
-9.32
-0.25
-5.59
16
-1.00
-16.00
-0.26
-4.13
-0.26
-4.13
7.5
-1,03
-7.72
-0.08
-0.57
-0.25
-1.91
-1.5
-1,02
1.53
0.11
-0.17
-0.24
0.36
-10
-0,98
9.77
0.31
-3.08
-0.22
2.22
-17
-0.89
15.15
0.49
-8.39
-0.20
3.32
-22
-0,77
16.89
0.66
-14.55
-0.16
3.58
-21
-0,61
12.79
0.80
-16.86
-0.13
2.65
-10
-0,42
4.23
0.91
-9.10
-0.09
0.86
16.5
-0,22
-3.57
0.98
16.12
-0.04
-0.72
51.5
0.00
0.00
1.00
51.50
0.00
0.00
106.5
0,22
23.05
0.98
104.08
0.04
4.63
94
0,42
39.73
0.91
85.57
0.09
8.07
71
0,61
43.25
0.80
57.02
0.13
8.95
55
0,77
42.21
0.66
36.38
0.16
8.95
SVTH:Vơng Hữu Thạch
Trang 14
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Bảng tính các lực tác dụng lên chốt khuỷu
41
0
42
0
43
0
44
0
45
0
46
0
47
0
48
0
49
0
50
0
51
0
52
0
53
0
54
0
55
0
56
0
57
0
58
0
59
0
60
0
43
0,89
38.33
0.49
21.21
0.20
8.39
37
0,98
36.15
0.31
11.39
0.22
8.21
36
1,02
36.80
0.11
4.14
0.24
8.70
38.5
1,03
39.61
-0.08
-2.95
0.25
9.78
42.5
1.00
42.50
-0.26
-10.97
0.26
10.97
46
0,94
43.27
-0.42
-19.50
0.25
11.68
50.5
0,86
43.28
-0.57
-28.74
0.24
12.21
54
0,75
40.78
-0.69
-37.37
0.22
11.98
55
0,64
35.23
-0.79
-43.57
0.20
10.73
56
0,52
29.01
-0.87
-48.76
0.16
9.12
55.5
0,398
9
21.69
-0.93
-51.56
0.13
6.99
54
0,26
14.11
-0.97
-52.33
0.09
4.63
50
0,13
6.54
-0.99
-49.62
0.04
2.17
47
0.00
0.00
-1.00
-47.00
0.00
0.00
44
-0,13
-5.76
-0.99
-43.66
-0.04
-1.91
43.5
-0,26
-11.37
-0.97
-42.15
-0.09
-3.73
42.5
-0,39
-16.61
-0.93
-39.48
-0.13
-5.35
41.5
-0,52
-21.50
-0.87
-36.13
-0.16
-6.76
39.5
-0,64
-25.30
-0.79
-31.29
-0.20
-7.71
36
-0,75
-27.19
-0.69
-24.91
-0.22
-7.98
SVTH:Vơng Hữu Thạch
Trang 15
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Bảng tính các lực tác dụng lên chốt khuỷu
61
0
62
0
63
0
64
0
65
0
66
0
67
0
68
0
69
0
70
0
71
0
72
0
30
-0,86
-25.71
-0.57
-17.07
-0.24
-7.25
22.5
-0,94
-21.17
-0.42
-9.54
-0.25
-5.72
15
-1.00
-15.00
-0.26
-3.87
-0.26
-3.87
4
-1,03
-4.12
-0.08
-0.31
-0.25
-1.02
-7
-1,02
7.16
0.11
-0.80
-0.24
1.69
-20
-0,98
19.54
0.31
-3.16
-0.22
4.44
-32
0,89
28.53
0.49
-15.79
-0.20
6.24
-44
-0,77
33.77
0.66
-29.10
-0.16
7.16
-54
-0,61
23.89
0.80
-43.36
-0.13
6.80
-62
-0,42
26.21
0.91
-56.44
-0.09
5.32
-66.5
-0,22
14.39
0.98
-64.99
-0.04
2.89
-68.5
0.00
0.00
1.00
-68.50
0.00
0.00
Vẽ các đồ thị T,Z,N trong hệ tọa độ vuông góc, với tỉ lệch
xích:
MN / m 2
àT=àZ=àN =àP=0,0175
mm
T-Z-N
80
Z
T
N
SVTH:Vơng Hữu Thạch
30
-20 0
-70
120
240
360
480
600
Trang 16
720
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
0
ttb
2.2.2.5.Lập bảng tính T:
Dựa vào thứ tự làm việc của động cơ để ta xác định các góc
làm việc 1, 2, 3, 4 của các khuỷu. Thứ tự làm việc của động cơ
là: 1-3-4-2.
Vậy góc lệch công tác của động cơ là:
180 o 180 o .4
ct =
=
= 180 o
i
4
Góc lệch giữa hai hàng xi lanh: =180o
Lập bảng để xác định các góc của trục khuỷu ta có:
0
180
360
540
720
Xylanh
CháyNạp
Nén
Thải
1=0o
1
G/nở
Xylanh
Cháy2=18
Nén
Thải
Nạp
2
G/nở
0o
Xylanh
Cháy3=54
Thải
Nạp
Nén
3
G/nở
0o
Xylanh
Cháy4=36
Thải
Nạp
Nén
4
G/nở
0o
Khi trục khuỷu 1 nằm ở vị trí 1=0o thì:
+ Khuỷu 2 ở vị trí 2=180o
+ Khuỷu 3 ở vị trí 3=540o
+ Khuỷu 4 ở vị trí 4=360o
Trị số của Ti=f() đã có ở bảng T, căn cứ vào bảng đó mà ta
tra các giá trị tơng ứng mà Ti đã định theo i, sau đó cộng tất cả
các
giá
trị
của
Ti
lại
ta
có
giá
trị
của
T:
T=T1+T2+T3+T4
Sau khi có đờng T=f() ta vẽ đờng Ttb (đại diện cho mômen
cản) bằng cách đếm diện tích bao bởi đờng T với trục hoành O
(FT), sau đó chia diện tích này cho chiều dài của trục hoành.
SVTH:Vơng Hữu Thạch
Trang 17
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Nghĩa là: Ttb =
F T
T 360
MN / m 2
Chọn tỷ lệ xích: àT=0,0175
mm
Bảng tính T
1
T1
2
T2
3
T3
4
T4
T
0
0.00
14.7
2
27.0
5
34.1
1
35.3
1
30.3
1
21.4
9
180
0.00
540
0.00
360
0.00
0.00
190
-5.23
550
-5.76
370
23.0
5
-2.66
380
39.7
3
-9.15
390
43.2
5
400
42.2
1
410
38.3
3
420
36.1
5
70
-9.71
250
430
36.8
0
80
1.54
260
440
39.6
1
-0.70
90
12.5
0
270
450
42.5
0
24.0
0
43.2
7
43.2
8
50.2
5
75.5
4
10
20
30
40
50
60
100
110
18.8
1
23.5
7
200
210
220
230
240
10.4
6
15.4
4
20.2
0
23.7
0
26.0
5
24.8
5
20.7
0
16.0
0
560
570
580
590
600
610
620
630
11.7
7
16.6
1
21.5
0
25.3
0
27.1
9
25.7
1
21.1
7
15.0
0
280
-7.72
640
-4.12
460
290
1.53
650
7.16
470
SVTH:Vơng Hữu Thạch
22.9
2
34.8
0
40.9
8
38.5
8
23.4
7
Trang 18
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
120
130
140
150
160
25.3
0
23.3
8
19.9
5
15.4
4
10.4
6
300
310
320
330
9.77
15.1
5
16.8
9
12.7
9
660
670
680
690
340
4.23
700
170
5.23
350
-3.57
710
180
0.00
360
0.00
720
19.5
4
28.5
3
33.7
7
32.8
9
26.2
1
14.3
9
0.00
480
490
500
510
520
40.7
8
35.2
3
29.0
1
21.6
9
14.1
1
530
6.54
540
0.00
95.3
8
102.
30
99.6
1
82.8
2
55.0
0
22.6
0
0.00
đồ thị t
120
t
100
t
80
60
Ttb
40
20
0
0
-20 0
120
240
360
480
600
720
-40
-60
Tính giá trị Ttb:
Ta tính Ttb theo diện tích đồ thị:
MN / m 2
F + F 3306 867
=
= 27,1
Ttb=
a
90
mm
2.2.2.6.Vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu:
ttb
Các bớc tiến hành:
SVTH:Vơng Hữu Thạch
Trang 19
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Vẽ trục tọa độ vuông góc Z-T. Trục Z có chiều hớng xuống dới, có
gốc là O1.
MN / m 2
mm
Chọn tỷ lệ xích: àT=àZ=0,0175
Đặt các giá trị từ bảng Z, T lên trục tơng ứng, với mỗi cặp
điểm ta ghi 0, 1, 2, ..., 72. Nối các điểm đó lại ta có đờng cong
của đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.
Dịch gốc tọa độ để tìm gốc của tọa độ của đồ thị phụ tải
tác dụng lên chốt khuỷu bằng cách đặt véctơ P Ro lên (đại diện
cho lực ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu).
Tính giá trị lực của lực quán tính ly tâm:
m2 R 2 MN / m 2
PRo =
Ta có
Fb
mm
m2=0,595[kg]
n
rad
=
= 418,88
30
s
2
D
3,14.76 2
Fp =
=
= 0,004536[m 2 ]
6
6
4.10
4.10
3
0,595.33.10 .418,88 2
N
= 0,7595.10 6 2
Vậy PRo =
0,004536
m
MN
Suy ra PRo=-0,7595 2
m
Giá trị dịch chuyển hệ trục trên bản vẽ:
OO1=
0,7595
= 43,4[ mm]
0.0175
Vậy ta xác định đợc đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.
Nối O với bất kỳ điểm nào ta đều có:
Q = PRo + T + Z
Q có giá trị bằng OA , có gốc là O và A là một trong các điểm
thuộc đờng cong.
+ Chiều tác dụng là chiều từ O đến A
+ Điểm tác dụng là điểm a trên phơng kéo dài của AO cắt
vòng tròn tợng trng cho mặt chốt khuỷu.
2.2.2.7.Vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền:
Các bớc tiến hành:
Trên tờ giấy bóng vẽ đầu to thanh truyền (đầu nhỏ hớng
xuống dới).
Vẽ hệ trục Z-T có gốc O trùng với tâm đầu to thanh truyền,
chiều dơng hớng xuống dới.
SVTH:Vơng Hữu Thạch
Trang 20
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Vẽ đờng tròn bất kỳ tâm là O. Giao điểm của vòng tròn với
trục OZ (trên chiều dơng) chọn là O.
Trên đờng tròn này ta chia thành các góc có giá trị (+) và
bắt đầu từ điểm O theo chiều kim đồng hồ. Để đơn giản ta
ghi các điểm chia đó trên vòng tròn là 0 o, 10o, 20o, ... Góc chia
phụ thuộc vào và cho trong bảng phụ lục.
Các bớc tiếp theo ta thực hiện trên tờ giấy bóng, đem tờ giấy
bóng đặt lên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu sao cho tâm
O của đầu to thanh truyền trùng với tâm O của chốt khuỷu và trục
OZ trùng với đờng tâm của thanh truyền (hớng xuống dới). Trên tờ
giấy bóng hiện lên các số ghi của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt
khuỷu. Đầu tiên ta đánh dấu điểm O, sau đó xoay tờ giấy bóng
theo ngợc chiều kim đồng hồ sao cho các tia 0 o, 10o, 20o, ... lần lợt
trùng với OZ và mỗi lần ta lại đánh dấu các điểm hiện lên trên tờ
giấy bóng, chẳng hạn: 0, 1, 2, ... và ta ghi 0 o, 10o, 20o, ... Nối các
điểm này lại ta đợc đờng cong biểu diễn đồ thị phụ tải tác dụng
lên đầu to thanh truyền.
Xác định chiều và điểm đặt:
Độ lớn của lực là chiều dài của véctơ nối từ tâm O đến bất kỳ
vị trí nào của đồ thị (nhân với tỷ lệ xích).
Chiều của lực là chiều từ tâm O hớng ra ngoài.
Điểm đặt là giao điểm của véctơ kéo dài vô vòng tròn tợng
trng cho cổ trục.
2.2.2.8.Vẽ đồ thị khai triển Q=f( ):
Các bớc tiến hành:
Chọn hoành độ . Đặt cùng à với các đồ thị P=f(), T=f(),
Z=f().
+ Lập bảng giá trị của Q theo bằng cách đo các khoảng
cách từ tâm O đến các điểm trên đồ thị phụ tải tác dụng lên
chốt khuỷu.
+ Xác định Qtb bằng cách đếm diện tích bao bởi Q=f() và
trục hoành rồi chia cho chiều dài trục hoành, ta có:
Q .à =1,238 MN
Qtb =
Q
m 2
360
+ Hệ số va đập:
Q
= max
Q tb
Ta có:
MN
Qmax=111.9.àQ=111,9.0,0175=1,958 2
m
MN
Qmin=8,1.0,0175=0,142 2
m
SVTH:Vơng Hữu Thạch
Trang 21
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
=
1,958
= 1,582
1,238
Vậy hệ số va đập tính đợc nằm trong giới hạn cho phép ( 4)
.
Q
120
Q
100
Qtb
80
60
40
20
0
0
0
120
240
360
480
600
720
2.2.2.9.Đồ thị mài mòn chốt khuỷu:
Đồ thị mài mòn chốt khuỷu biểu thị trạng thái mài mòn lý
thuyết của chốt khuỷu, từ đó có thể xác định đợc miền phụ tải
bé nhất để khoan lổ dầu bôi trơn chốt khuỷu.
Sở dĩ gọi là mài mòn lý thuyết vì khi ta vẽ ta sử dụng giả
thuyết sau đây:
+ Phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu là phụ tải ổn định ứng với
công suất Ne và tốc độ n định mức.
+ Lực tác dụng có ảnh hởng đều trong miền 120o.
+ Độ mài mòn tỉ lệ thuận với phụ tải.
+ Không xét đến điều kiện công nghệ và sử dụng, lắp
ghép, v.v. Ví dụ không xét đến vật liệu, độ cứng bề mặt,
độ bóng, dầu mỡ bôi trơn.
Ta tiến hành theo các bớc sau:
Chia vòng tròn tợng trng chốt khuỷu thành 24 phần từ 0, 1,
2, .., 24 (24 vẽ trùng với 0).
Từ các điểm chia trên ta gạch các cát tuyến 0O, 1O, 2O,..., 23O
cắt đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ở các điểm a, b, c,...
SVTH:Vơng Hữu Thạch
Trang 22
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Ta lập đợc tổng phụ tải tác dụng lên mỗi điểm của chốt
khuỷu:
Q i = OA + OB + ....
Giá trị Qi đợc ghi vào các ô tơng ứng, sau đó cộng tất cả các
lực tác dụng tại tất cả các điểm trên bề mặt chốt Q i.
Chọn đờng kính chốt khuỷu để vẽ tợng trng là:Dvẽ=160[mm]
MN / m 2
Chọn tỷ lệ xích: àQ=0,0175
thể hiện quan hệ mài
mm
mòn của phụ tải. Sau đó chuyển Qi thành các đoạn thẳng tơng
ứng trên vòng tròn tợng trng cho chốt khuỷu đã đợc chia thành 24
phần.
Nối các điểm đầu của các đoạn thẳng đó ta đợc đờng cong
biểu diễn độ mài mòn ở các vị trí của chốt khuỷu.
Bảng tính đồ thị mài mòn chốt khuỷu
Q1
0
460.
5
424
1
460.
5
424
2
460.
5
424
3
460.
5
424
4
460.
5
424
424
Q2
4
4
4
4
4
4
4
Q3
3
3
3
3
3
3
3
3
Q4
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Q0
Q5
SVTH:Vơng Hữu Thạch
5
6
7
Trang 23
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Q6
1.5
Q7
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
2
2
2
2.5
2.5
Q8
Q9
Q10
Q11
3.5
Q12
Q13
Q14
Q15
Q16
Q17
Q18
Q19
Q20
44.5
Q21
52
52
Q22
86
489.
5
86
489.
5
86
489.
5
489.
5
Q
1565
1523
1472
1388
900
Qthực
27.4
26.7
25.8
24.3
Qvẽ
39.1
38.1
36.8
34.7
Q23
SVTH:Vơng Hữu Thạch
20
19.5
15.8
441.
5
7.7
0.4
0.3
22.5
11.0
0.5
0.5
Trang 24
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
8
9
10
11
Q4
Q5
2
2
2
Q6
Q7
1.5
1.5
Q8
Q9
12
13
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
2
1.5
2
1.5
2
Q10
Q11
2.5
3.5
2.5
3.5
Q12
Q13
8
8
43
14
15
1.5
2
1.5
2
2
2.5
3.5
2.5
3.5
2.5
3.5
2.5
3.5
2.5
3.5
3.5
8
43
8
43
8
43
8
43
8
43
8
43
64.5
64.5
57
64.5
57
64.5
57
64.5
57
64.5
57
49.5
49.5
45
49.5
45
49.5
45
42.5
42.5
43
Q0
Q1
Q2
Q3
Q14
Q15
Q16
Q17
Q18
Q19
Q20
Q21
Q22
Q23
Q
24.5
65.5
128
Qthực
Qvẽ
0.4
0.6
1.2
1.6
2.2
3.2
SVTH:Vơng Hữu Thạch
183.
5
3.2
4.6
231.
5
4.1
5.8
275
4.8
6.9
315.
5
5.5
7.9
356
6.2
8.9
Trang 25
