Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ (đính kèm bàn vẽ)

Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ
831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia
MỤC LỤC
MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI....................................................................................3
1. KHẢO SÁT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ 831D5000 ...........................................................4
1.1. Giới thiệu động cơ 831D5.000....................................................................................4
1.2. Các thông số kỹ thuật động cơ 831D5.000 lắp trên xe Lancia....................................6
1.3. Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền - piston ..................................................................7
1.4. Nhóm thân máy - nắp máy .........................................................................................7
1.4.1. Nắp máy...............................................................................................................7
1.4.2. Thân máy .............................................................................................................8
1.5. Cơ cấu phân phối khí ..................................................................................................9
1.6. Hệ thống nhiên liệu ..................................................................................................11
1.8. Hệ thống bôi trơn ......................................................................................................13
2. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ 831D5.000.........................16
2.1. Vẽ đồ thị công............................................................................................................16
2.1.1. Các thông số tính toán........................................................................................16
2.1.2. Đồ thị công.........................................................................................................17
2.2. Động học và động lực học của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền............................20
2.2.1. Động học............................................................................................................20
2.2.2. Động lực học......................................................................................................24
2.2.3. Đồ thị T, Z, N theo α..........................................................................................28
2.2.4. Vẽ đồ thị ΣT = f()...............................................................................................31
3. KHẢO SÁT CƠ CẤU PISTON-KHUỶU TRỤC-THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ
831D5.000............................................................................................................................33
3.1. Piston động cơ 831D5.000........................................................................................33
3.1.1 Piston ..................................................................................................................33
3.1.2. Chốt piston.........................................................................................................35
3.1.3. Xécmăng.............................................................................................................35
3.2. Nhóm thanh truyền động cơ 831D5.000...................................................................36
3.2.1. Thanh truyền.......................................................................................................37

3.2.2. Bạc lót đầu to thanh truyền.................................................................................39
3.2.3. Bulông thanh truyền động cơ.............................................................................40
3.3. Khuỷu trục động cơ 831D5.000................................................................................40
4. TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM CƠ CẤU PISTON-KHUỶU TRỤC-THANH TRUYỀN
ĐỘNG CƠ 831D5.000.........................................................................................................44
4.1. Tính toán và kiểm nghiệm bền nhóm piston.............................................................44
4.1.1 Tính toán piston...................................................................................................44
4.1.2. Tính toán sức bền của chốt piston......................................................................47
4.1.3. Tính toán xecmăng.............................................................................................48
4.2. Tính toán sức bền của thanh truyền ........................................................................50
4.2.1. Tính sức bền của đầu nhỏ thanh truyền..............................................................50
4.2.2. Tính sức bền thân thanh truyền..........................................................................56
4.2.3. Tính sức bền đầu to thanh truyền.......................................................................58
4.2.4. Tính toán sức bền của bulông thanh truyền.......................................................60
4.3. Tính toán nhóm khuỷu trục động cơ..........................................................................61
4.3.1. Sơ đồ tính toán ..................................................................................................61
4.3.2. Tính bền các trường hợp chịu tải........................................................................62
5. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CATIA.................................................................................67
5.1 Lịch sử ra đời và các tính năng của phần mềm Catia.................................................67
5.1.1 Lịch sử ra đời Catia.............................................................................................67
5.1.2 Tính năng của phần mềm Catia..........................................................................67
1


Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ
831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia
5.2 Thiết kế chi tiết 3D trong modul part design............................................................71
5.3 Trình ứng dụng lắp ráp asembly design.....................................................................74
5.3.1. Tính năng của Assembly Design........................................................................74
5.3.2. Phương pháp, trình tự thiết kế bản vẽ lắp trong Assembly Design....................74

6. XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D CƠ CẤU PISTON – KHUỶU TRỤC – THANH TRUYỀN
ĐỘNG CƠ 831D5.000.........................................................................................................77
6.1. Thiết kế chi tiết piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ 831D5.000.................77
6.1.1. Thiết kế 3D nhóm trục khuỷu động cơ 831D5.000............................................78
6.1.2. Thiết kế 3D nhóm thanh truyền động cơ 831D5.000.........................................83
6.2. Lắp ráp cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ 831D5.000..................87
6.3. Mô phỏng cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ 831D5.000..............89
6.4. Xây dựng bản vẽ 2D cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền..............................92
Kết luận................................................................................................................................94
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................95

2


Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ
831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia
MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
Cùng với việc phát triển của công nghệ thông tin và khoa học kỹ thuật trong
thời đại ngày nay. Đã kéo theo sự phát triển của các nghành nghề khác có liên quan.
Với việc ứng dụng các thành tựu đạt được trong lĩnh vực công nghệ thông tin đã
giúp cho quá trình tự động hóa sản xuất của con người ngày một hoàn thiện và tối
ưu.
Đối với chuyên ngành cơ khí thì việc áp dụng công nghệ thông tin càng ngày
cấp thiết và đã liên tục diễn ra trong quá trình sản xuất nhằm rút ngắn thời gian và
nâng cao chất lượng sản phẩm. Ngày nay, việc lên bản vẽ thiết kế không chiếm
nhiều thời gian của người thiết kế vì sự trợ giúp của các công cụ của công nghệ
thông tin. Trong đó các phầm mềm hỗ trợ thiết kế đã luôn được dùng để tiến hành
thiết kế chi tiết máy.
Đề tài: Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh
truyền động cơ 831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia.

Qua thời gian làm đồ án tốt nghiệp không những giúp cho em áp dụng các
kiến thức đã học ở trường mà còn có thể hiểu biết kiến thức nhiều hơn khi tiếp xúc
với thực tế thiết kế.
Nắm vững kết cấu, tính toán kiểm nghiệm chi tiết máy. Đặc biệt hiểu sâu hơn
về cơ cấu khuỷu trục-thanh truyền trong động cơ đốt trong.
Sự hổ trợ của công nghệ thông tin trong thiết kế. Sự hỗ trợ phần mềm Catia
trong thiết kế mô phỏng chi tiết máy.

3


Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ
831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia
1. KHẢO SÁT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ 831D5000
1.1. Giới thiệu động cơ 831D5.000
Động cơ 831D5.000 là động cơ 4 kỳ dùng nhiên liệu xăng, tăng áp do hãng
Lancia sản xuất được lắp trên xe Delta HF Integrale. Động cơ có 4 xilanh bố trí
thẳng hàng. Sử dụng cơ cấu phối khí loại DOHC, trục cam lắp trên nắp máy, dẫn
động cho hai dãy xupáp, một trục cam dẫn động xupáp nạp, một trục dẫn động
xupáp thải, cam dẫn động trực tiếp lên xupáp. Dẫn động trục cam được thực hiện
thông qua bộ truyền đai răng.

Hình 1 - 1 Động cơ 831D5.000

4


Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ
831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia

Hình 1 - 2 Mặt cắt ngang động cơ 831D5.000

Hình 1 - 3 Mặt cắt dọc động cơ 831D5.000
5


Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ
831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia
1.2. Các thông số kỹ thuật động cơ 831D5.000 lắp trên xe Lancia
Bảng 1-1 Thông số kỹ thuật của động cơ 831D5.000
S
Thông số
Số liệu kỹ thuật Đơn vị
TT
1 Loại động cơ

Xăng

2 Số kỳ

4

3 Số xilanh

I=4

4 Bố trí xilanh

Thẳng hàng

5 Đường kính xilanh

D = 84

mm

6 Hành trình Piston

S = 90

mm

7 Dung tích xilanh

1995

cc

8 Tỉ số nén

ε=8

9 Thứ tự nổ

1-3-4-2

1 Công suất cực đại ở số vòng quay
5750 rpm
1 Mômen xoắn cực đại ở số vòng quay
1

3500 rpm
1
Khe hở nhiệt xupáp
2
Xupáp nạp
Xupáp xả
0

Góc mở sớm xupáp nạp
1 Góc đóng muộn xupáp nạp
3
Góc mở sớm xupáp xả
Góc đóng muộn xupáp xả
1
Số xupáp trên một xilanh
4
1
5
1
6
1
7
1
8
1
9

151

Kw

298

N.m

0,35
0,4

mm
mm

8
35
30
0

độ
độ
độ
độ

4

Cam đóng mở xupáp

DOHC

Đường kính cổ trục cam

25

mm

Đường kính nấm xupáp nạp

34,5

mm

Đường kính nấm xupáp xả

28,5

mm

Phun xăng điện tử

có

6


Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ
831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia
1.3. Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền - piston
Cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ 831D5.000 sẽ được trình
bày kỹ ở phần 3.
1.4. Nhóm thân máy - nắp máy
Thân máy và nắp máy là những chi tiết máy cố định, có khối lượng lớn và kết
cấu phức tạp của động cơ đốt trong. Hầu hết các cơ cấu và hệ thống của động cơ đốt

trong đều được lắp trên thân máy và nắp máy.
1.4.1. Nắp máy
Nắp xilanh là chi tiết đậy kín một đầu xilanh ở phía điểm chết trên. Nó là nơi
để lắp các bộ phận và cơ cấu khác như: bugi, cơ cấu xupáp, trục cam, v.v... Trong
quá trình làm việc, nắp xilanh phải chịu các điều kiện rất xấu như chịu nhiệt độ cao,
áp suất lớn, ăn mòn hoá học nhiều. Ngoài ra khi lắp ráp, nắp xilanh còn chịu ứng
suất nén khi xiết chặt các bulông.
Động cơ 831D5.000 có mặt quy lát được đúc từ hợp kim nhôm - silic nhằm
giảm trọng lượng, tản nhiệt tốt và giảm khả năng kích nổ. Nắp máy được đúc chung
cho tất cả các xilanh để tăng độ cứng vững, đường nạp và đường thải bố trí về hai
phía.
Mặt quy lát được bắt chặt với block động cơ bằng bulông và êcu chịu lực và
đậy phía trên khoang xilanh. Giữa block động cơ và nắp máy có một roăng làm kín
bề mặt lắp ghép. Roăng làm kín xupáp nạp có nhiệm vụ không cho dầu bôi trơn
chảy xuống buồng cháy. Dạng buồng cháy của động cơ là buồng cháy hình chêm ,
có nhiều ưu điểm: gọn, có cường độ xoáy lốc thích hợp (do diện tích chèn khí giữa
piston và nắp xilanh gây nên). Mỗi mặt quy lát có một xupáp nạp và một xupáp
thải, chúng được nghiêng một góc 100 so với trục thẳng đứng.
Trên quy lát có bệ đặt trục cam và giàn cò mổ để đóng mở các xupáp, tất cả
các bộ phận dẫn động xupáp trên đỉnh nắp máy được bảo vệ bởi nắp đậy xupáp hay
vỏ bọc nắp máy làm bằng kim loại ở giữa có 1 lớp chất dẻo để giảm ồn.

7


Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ
831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia
1.4.2. Thân máy

Hình 1 - 4 Thân máy động cơ 831D5.000

Thân máy là nơi để gắn các xilanh cũng như là bệ để đặt trục khuỷu, chứa các
đường dầu bôi trơn động cơ. v.v... Phía trên thân máy gắn với nắp quy lát bằng các
bulông và êcu chịu lực, còn phía dưới có gắn cacte chứa dầu bôi trơn. Trong quá
trình làm việc, thân máy chịu lực khí thể rất lớn được truyền theo nhiều kiểu khác
nhau.
Thân máy của động cơ 831D5.000 là kiểu thân xilanh - hộp trục khuỷu được
đúc bằng gang xám. Với kết cấu này thì lực khí thể tác dụng lên nắp xilanh sẽ
truyền cho thân xilanh qua các gujông nắp xilanh. Các xilanh được đúc liền với vỏ
thân, mặt trong được gia công rất chính xác và mài bóng, chung quanh có nước làm
mát bao bọc. Kết cấu này có độ cứng vững tương đối lớn, nhẹ và đỡ tốn kim loại.
Ổ trục khuỷu được chia thành hai nửa. Nửa trên đúc liền với vách ngăn gia cố
của thân máy - hộp trục khuỷu. Nắp ổ trục lắp vào thân máy - hộp trục khuỷu bằng
4 bulông.

8


Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ
831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia
1.5. Cơ cấu phân phối khí
Hệ thống phân phối khí của động cơ 831D5.000 được dùng là xupáp treo.
Gồm 2 trục cam dẫn động trực tiếp xupáp (cam nạp và cam thải). Trục cam dẫn
động xupáp được đặt trên nắp máy. Ở đầu mỗi trục cam được lắp các bánh răng dẫn
động. Các bánh răng trục cam được dẫn động bằng đai răng. Để thuận tiện cho việc
căng đai, ở hệ thống phân phối khí của động cơ được lắp bộ tự động căng đai.
Mỗi xilanh của động cơ được bố trí bốn xupáp trên đỉnh buồng đốt (2 xupáp
nạp và 2 xupáp thải). Các xupáp khác tên được đặt nghiêng và góc giữa chúng là
450 .Các đường ống nạp thải của động cơ được bố trí sang 2 bên của động cơ.
Để cơ cấu phân phối khí làm việc đạt hiệu suất cao ở mọi dãi tốc độ. Ở đầu
trục cam nạp còn lắp thêm bộ phận xoay cam nhằm đáp ứng được các pha phân

phối của xupáp phù hợp với tốc độ hoạt động cơ.
+ Nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí
1

2

4

3

6

5

7

8

9

10

Ø84

11

12

13

14

Hình 1 - 5 Sơ đồ bố trí xupáp
1- Buly dẫn động trục cam; 2- trục cam; 3 - Cam; 4- Xupáp; 5 – Ống dẫn
hướng; 6 – Con đội xupáp; 7- Móng hãm xupáp; 8- Nắp quy lát; 9 – Thân
xupáp; 10- Lò xo nhỏ; 11-Vòi phun; 12 – Trục cam nạp; 13 – Bugi; 14 – Trục
cam thải;
- Phương án bố trí và dẫn động xupáp. Cơ cấu phân phối khí của động cơ dùng
xupáp treo. Với kiểu bố trí này làm cho buồng cháy động cơ gọn, diện tích mặt
9


Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ
831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia
truyền nhiệt nhỏ nên giảm được tổn thất nhiệt. Khả năng chống kích nổ được cải
thiện nhiều. Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo làm cho đường thải và đường
nạp thanh thoát hơn làm cho sức cản khí động giảm nhỏ. Mỗi xilanh của động cơ
được bố trí bởi 4 xupáp (2 hút, 2 xả) làm tăng diện tích tiết diện lưu thông và giảm
được đường kính nấm xupáp, khiến cho các xupáp không bị quá nóng và tăng được
sức bền. Các xupáp được bố trí thành 2 dãy (một dãy xupáp nạp và một dãy xupáp
thải). Các đường ống nạp và ống thải bố trí về hai phía. Theo cách bố trí này trong
động cơ xupáp được đặt nghiêng đi một góc 22,50 so với đường tâm xilanh do đó
dễ dàng bố trí đường thải và đường nạp trong nắp xilanh. Tuy nhiên phương án này
lại làm cho việc dẫn động xupáp trở nên phức tạp nhiều. Để khắc phục nhược điểm
này ở động cơ 831D5.000 dùng hai trục cam (cam nạp và cam thải) để dẫn động
trực tiếp xupáp.
* Nguyên lý làm việc: Nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí được chia
làm hai quá trình cơ bản sau: Quá trình vấu cam đẩy mở xupáp và quá trình lò xo
giãn đóng kín xupáp.
- Quá trình vấu cam đẩy mở xupáp: Khi động cơ làm việc trục khuỷu quay làm

cho dây đai dẫn động cơ cấu phân phối khí lắp ở đầu trục khuỷu quay theo, thông
qua bộ truyền động đai răng trung gian dẫn động các bánh răng (1)lắp ở đầu các
trục cam do đó làm cho các trục cam đóng mở xupáp quay. Khi các vấu cam tiếp
xúc với con đội (6). Con đội bắt đầu chuyển động đi xuống tác động vào đuôi xupáp
(4) ép lò xo xupáp (10) nén lại đồng thời xupáp chuyển động đi xuống làm mở các
cửa nạp (nếu trong giai đoạn nạp khí vào xilanh động cơ) và cửa thải (trong quá
trình thải) thực hiện quá trình nạp môi chất mới và thải khí cháy ra ngoài.
- Quá trình lò xo giãn đóng kín xupáp: Khi trục cam tiếp tục quay, vấu cam di
chuyển theo cho đến khi đỉnh của vấu cam vượt qua đường tâm con đội. Lúc này
con đội (6) bắt đầu di chuyển đi lên, lò xo xupáp (10) từ từ giãn ra nhờ vào đế chặn
lò xocùng với các móng hãm (7) đẩy xupáp tịnh tiến về vị trí ban đầu thực hiện quá
trình đóng kín xupáp. Chu trình đóng mở được lặp đi lặp lại như vậy tuân theo chu
kì làm việc của pha phân phối khí.

10


Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ
831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia
1.6. Hệ thống nhiên liệu
11
3

1

17
18 9

2

14

15
16

5

4

13

6

10

12

19

7

8

20
ECU
21

Hình 1 - 6 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống nhiên liệu động cơ 831D5000
1- bình xăng; 2- bơm xăng điện; 3- lọc xăng; 4- Vòi phun; 5- Xupáp; 6- đường
ống nạp; 7- Piston; 8- Xy lanh; 9- Bướm ga; 10- Đường không tải; 11- Lọc không

khí; 12- Đường ống thải; 13- Bộ ổn định áp suất; 14- Vòi phun khởi động lạnh; 15Ống góp nạp; 16- Cảm biến ôxy; 17- Cảm biến vị trí bướm ga; 18- Cảm biến lưu
lượng không tải; 19- Công tắc nhiệt thời gian; 20- Cảm biến nhiệt độ nước; 21Cảm biến tốc độ động cơ
- Nguyên lý hoạt động:
Xăng từ thùng chứa sẽ được một bơm điện đưa tới mạch nhiên liệu dưới một
áp lực từ 2,5bar ÷ 3bar. Sau khi đi qua lọc xong nhiên liệu được đưa đến ống phân
phối, từ ống phân phối sẽ có nhánh rẽ phân phối xăng tới các vòi phun. Sau ống
phân phối là một bộ điều áp. Mục đích của bộ điều áp là giữ cho áp suất trong
mạch nhiên liệu ở một áp suất giới hạn. Lượng xăng cung cấp cho mạch luôn nhiều
hơn lượng xăng cần thiết khi chạy chế toàn tải. Lượng xăng dư sẽ được trả về thùng
chứa theo đường ống xả xăng từ bộ điều áp. Như vậy khi làm việc xăng sẽ được vận
chuyển liên tục trong mạch nhiên liệu.
Hệ thống nhiên liệu động cơ 831D5000 thuộc loại hệ thống phun xăng đa
điểm (MultiPoint Injection - MPI) mỗi xilanh được trang bị một vòi phun riêng biệt
đặt ngay trước xupáp nạp. Hệ thống gồm các cảm biến xác định điều kiện làm việc
của động cơ, ECU điều khiển hệ thống dựa trên các tín hiệu từ những cảm biến, và
điều khiển các bộ phận phát động để kiểm soát việc phun nhiên liệu.

11


Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ
831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia
Bộ Engine-ECU (bộ điều khiển điện tử) nhận các tín hiệu từ các cảm biến liên
quan và điều khiển các vòi phun cung cấp tỉ lệ nhiên liệu-không khí phù hợp với
các tình trạng hoạt động khác nhau của động cơ. Khi các tình trạng động cơ thay
đổi, thì sự cung cấp nhiên liệu phải được điều chỉnh kịp thời.
Điều khiển độ mở bướm ga: ECU xác định khoảng dịch chuyển của chân ga
thông qua cảm biến vị trí chân ga, và điều khiển kích hoạt của mô tơ phụ được gắn
trên thân họng, để đạt được độ mở bướm ga như đã được xác định trước theo điều
kiện chuyển động.

Điều khiển tốc độ chạy không tải: Tốc độ chạy không tải được giữ ở tốc độ tốt
nhất bằng cách điều khiển lượng khí nạp qua bướm ga theo sự thay đổi của điều
kiện chạy không tải và tải trọng động cơ trong khi chạy không tải. ECU điều khiển
bộ phận điều khiển bướm ga phụ để giữ động cơ chạy ở tốc độ không tải định sẵn
theo nhiệt độ nước làm mát động cơ A/C và tải trọng điện khác. Ngoài ra khi tắt
công tắc trạng thái khí nạp và khi động cơ chạy không tải, bộ phận điều khiển bướm
ga phụ điều chỉnh bướm ga qua lượng khí theo các điều kiện tải trọng động cơ để
tránh sự thay đổi bất thường trong tốc độ động cơ.
Điều khiển thời điểm đánh lửa: Transistor nguồn trong mạch sơ cấp đóng và
mở để điều khiển dòng điện sơ cấp đến bugi đánh lửa. Nó điều khiển thời điểm
đánh lửa để mang lại thời điểm đánh lửa tốt nhất đối với các điều kiện hoạt động
của động cơ. Thời điểm đánh lửa được xác định theo tốc độ động cơ, lượng khí nạp
vào và áp suất khí quyển.
1.7. Hệ thống làm mát
Hệ thống làm mát được thiết kế để giữ các chi tiết trong động cơ ở nhiệt độ ổn
định, thích hợp mọi điều kiện làm việc của động cơ. Động cơ 831D5000 có hệ
thống làm mát bằng nước kiểu kín, tuần hoàn theo áp suất cưỡng bức trong đó bơm
nước tạo áp lực đẩy nước lưu thông vòng quanh động cơ. Hệ thống bao gồm: áo
nước xilanh, nắp máy, két nước, bơm nước, van hằng nhiệt, quạt gió và các đường
ống dẫn nước. Nếu nhiệt độ nước làm mát vượt quá nhiệt độ cho phép thì van hằng
nhiệt sẽ mở để lưu thông nước làm mát đi qua két nước để giải nhiệt bằng gió. Hệ
thống làm mát sử dụng nước làm mát có pha chất chống đông. Giới hạn nồng độ
chất chống đông trong nước làm mát là 30 - 60 %.

12


Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ
831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia

Hình 1 - 7 Sơ đồ hệ thống làm mát
1- Ngăn trên; 2 - Nắp két; 3 - Van hằng nhiệt; 4 - Nhiệt kế; 5 - Áo nước động cơ; 6
- Màn che; 7 - Dàn ống toả nhiệt; 8 - Đường ống hồi nước khi nhiệt độ thấp; 9 Nắp áo nước; 10- Bơm nước; 11- Quạt gió làm mát; 12- Puly dẫn động quạt gió
Két làm mát lắp trên phía đầu xe, két làm mát có đường nước vào từ van hằng
nhiệt (3) và có đường nước ra đến bơm (10), trên két nước có các dàn ống dẫn nước
gắn cánh tản nhiệt. Cánh tản nhiệt có nếp gấp theo hướng lưu thông đi xuống.
Bơm nước kiểu ly tâm (10) được dẫn động bằng dây đai từ trục khuỷu. Quạt
gió (11) được chạy bằng động cơ điện do nguồn điện ắcqui cung cấp. Thùng chứa
nước dùng để chứa nước tràn ra từ hệ thống làm mát do bị hâm nóng khi động cơ
làm việc và để kiểm tra mức nước khi động cơ làm việc. Van hằng nhiệt (3) đóng
khi nhiệt độ nhỏ hơn 820C và bắt đầu mở ở nhiệt độ 950C, áp suất mở van áp suất
cao là 93 - 123 Kpa.
Quạt gió hoạt động dựa vào tín hiệu đầu vào A/C, cảm biến nhiệt độ nước làm
mát, và cảm biến tốc độ trục ra để điều khiển tốc độ của mô tơ quạt gió tản nhiệt và
mô tơ quạt condenser. ECU điều khiển bộ điều khiển quạt gió để kích hoạt mô tơ
quạt gió tản nhiệt.
1.8. Hệ thống bôi trơn
Hệ thống bôi trơn động cơ 831D5.000 là hệ thống bôi trơn kiểu cưỡng bức để
đưa dầu đi bôi trơn các bề mặt ma sát và làm mát các chi tiết. Dầu bôi trơn được lọc
toàn phần. Hệ thống bôi trơn gồm có: bơm dầu, lọc dầu, cácte dầu và đường ống
dẫn dầu.

13


Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ
831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia
10
8

7

11

12

13

9

14
15
16

6

5

4

3

2

1

17

Hình 1 - 8 Sơ đồ hệ thống bôi trơn động cơ 831D5000
1- cacte; 2- phao lọc dầu; 3- bơm dầu; 4- van an toàn của bơm dầu; 5- bầu

lọc toàn phần; 6- van an toàn của bầu lọc; 7- đồng hồ chỉ thị áp suất dầu; 8- đường
dầu chính; 9- đường dầu nhánh đến bôi trơn trục khuỷu; 10- đường dầu nhánh đi
bôi trơn trục cam; 11- đường dầu nhánh đi bôi trơn xupáp; 12- bầu lọc tinh; 13dường dầu về catte; 14- thước thăm dầu; 15- đồng hồ chỉ thị nhiệt độ dầu; 16- Trục
khuỷu; 17- van điều chỉnh làm mát dầu.
- Khi trục khuỷu động cơ quay, bơm dầu 3 được dẫn động, hút dầu từ catte(1)
qua phao lọc(2) và đẩy dầu có áp suất qua bình lọc thô(5) tới đường dầu chính(8)
trên thân máy. Từ đường dầu chính, dầu có áp suất đi vào các lổ khoan nhánh(9),
(10) và (11) trên thân máy tới các rãnh trên bạc để bôi trơn cổ trục khuỷu, cổ trục
cam, và xupáp. Từ rãnh dầu trên bạc cổ trục khuỷu,dầu có áp suất đi theo lỗ khoan
trên trục khuỷu lên bôi trơn chốt khuỷu – bạc đầu to thanh truyền rồi theo lỗ khoan
trên thân thanh truyền lên bôi trơn chốt piston – bạc đầu nhỏ. Dầu có áp suất sau khi
bôi trơn các bề mặt ma sát sẽ chảy ra khỏi các bề mặt này rồi tự chảy về cacte hoặc
tiếp tục bôi trơn nhỏ giọt cho các bề mặt khác như đuôi xupáp, mặt cam và con đội.
v.v…
Mặt gương xilanh, piston, đôi khi chốt piston và mặt các bánh răng phân phối
được bôi trơn băng vung té nhờ các chi tiết chuyển động trong quá trình làm việc
như trục khuỷu, thanh truyền, bánh răng. Để tăng lượng dầu vung té lên bôi trơn
xilanh – piston, trên đầu to thanh truyền của đại da số các động cơ thường có một lỗ
khoan nhỏ để dầu có áp suất trong đường dầu trên trục khuỷu phun ra mỗi khi lỗ
khoan trên đầu to thanh truyền trùng với lỗ khoan trên chốt khuỷu (một lần trong
một vòng quay). Sau khi bôi trơn các chi tiết, dầu chảy ra khỏi các bề mặt ma sát rồi
tự chảy về cacte, hoàn thành một vòng tuần hoàn và quá trình được lặp lại như trên.
Dầu sau khi đi bôi trơn bị nóng lên do nhận nhiệt từ các bề mặt ma sát. Do đó,
cần phải làm mat dầu để duy trì độ nhớt ổn định, đảm bảo chất lượng bôi trơn. Dể
thực hiện điều này, một phần dầu cung cấp từ bơm được đua qua két làm mát dầu
14


Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ
831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia

16, ở đó dầu được làm nguội rồi trở về catte. Van điều tiết (17) điều chỉnh lưu
lượng dầu qua két làm mát theo nhiệt độ dầu để đảm bảo nhiệt độ dầu trong catte
luôn ổn định ở nhiệt độ thích hợp. Dầu nóng có độ nhớt nhỏ nên sức cản của két
nhỏ, do dó phần lớn dầu đi qua két để được làm mát. Khi dầu nguội, độ nhớt lớn
nên sức cản của két lớn, do đó áp suất tăng làm van điều tiết (17) mở và dầu qua két
giảm, tức là làm mát giảm. Trong nhiều động cơ, két làm mát dầu có thể được dặt
nối tiếp trước đường dầu chính, dầu sau khi được làm mát sẽ di vào đường dầu
chính và đi bôi trơn.
Phao lọc (2) có lưới để lọc sơ bộ những tạp chất có kích thước. Phao có khớp
tùy động để luôn nổi trên mặt thoáng của dầu kể cả khi động cơ bị nghiêng, đồng
thời không chạm đáy cacte để tránh hút cặn bẩn.
Bầu lọc thô (5) tương đối thoáng thực hiện lọc toàn bộ dầu cung cấp lên
đường dầu chính đi bôi trơn trong khi bầu lọc tinh (12) bí hơn nhiều nên chỉ thực
hiện lọc khoảng 15 – 20% lưu lượng dầu từ đường dầu chính khỏi các phần tử cặn
bẩn rất nhỏ rồi đưa về cacte.
Đồng hồ áp suất (7) nối với dường dầu chính giúp lái xe kiểm tra làm việc của
hệ thống. Đồng hồ (15) giúp kiểm tra nhiệt độ dầu.
Mức dầu trong cacte được kiểm tra bằng thước thăm dầu (14) khi động cơ
ngừng hoạt động và xe đỗ trên nền bằng.Đầu dưới của thước thăm dầu có hai vạch,
khi mức dầu thấp hơn vạch dưới cần phải bộ sung dầu vào cacte cho tới vạch mức
trên.
Van an toàn (4) của bơm dầu hay còn gọi là van quá tải có tránh hiện tượng áp
suất dầu cung cấp vượt giá trị giới hạn trong quá trình làm việc của động cơ. Khi áp
suất dầu cung cấp quá lớn thì van mở để xả bớt dầu về,đảm bảo an toàn cho bơm,
Van an toàn (6) của bầu lọc sẽ mở khi bầu lọc bị tắc, cho phép một phần lớn
dầu thông qua lọc lên thẳng đường dầu chính đi bôi trơn, tránh hiện tượng thiếu dầu
cung cấp tới các bề mặt cần bôi trơn.

15

Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ
831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia
2. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ 831D5.000
Bảng 2-1 Thông số kỹ thuật động cơ
THÔNG SỐ KỸ THUẬT
KÝ HIỆU
GIÁ TRỊ
Số xilanh/cách bố trí
i
4/thẳng hàng
Thứ tự làm việc
1-3-4-2
Loại nhiên liệu
xăng
Công suất cực đại/số vòng quay
(KW/vg/ph)
Ne/n
151,0/5750
Tỷ số nén
ε
8
Đường kính /hành trình piston(mm)
D/S
84 / 90
Tham số kết cấu
λ
0.27
Áp suất cực đại (MN/m^2)
Pzmax

5
Khối lượng nhóm piston(kg)
mpt
0,6
Khối lượng nhóm thanh truyền (kg)
mtt
0,7
Góc đánh lửa sớm (độ)
θs
17
α1
8
α2
35
Góc phối khí (độ)
α3
30
α4
0
Hệ thống nhiên liệu
EFI
Hệ thống bôi trơn
Cưỡng bức cácte ướt
Cưỡng bức,sử dụng môi chất
Hệ thống làm mát
lỏng
Hệ thống phối khí
16valve – DOHC
2.1. Vẽ đồ thị công
2.1.1. Các thông số tính toán

- Tốc độ trung bình của động cơ:

c

m

=

S .n 0, 090.5750
=
= 17,25(m/s)
30
30

S (m) - Hành trình dịch chuyển của piston trong xilanh
n (vòng/phút) - Tốc độ quay của động cơ
Cm = 17,25(m/s) ≥ 9(m/s); động cơ tốc độ cao hay còn gọi động cơ cao tốc
Chọn: n1 = 1,32 ÷ 1,39 chỉ số nén đa biến trung bình, lấy n1 = 1,34;
n2 = 1,25 ÷ 1,29 chỉ số giãn nở đa biến trung bình, lấy n2 = 1,28
- Áp suất khí sót: pr = (1,05 ÷ 1,1)pth
pth = (1,02 ÷ 1,04)p0 = (1,02 ÷ 1,04).0,1 = (0,102 ÷ 0,104)(MN/m2)
pr = (1,05 ÷ 1,1)pth = (1,05 ÷ 1,1).0,102 = (0,107 ÷ 0,112)(MN/m2)
lấy: pr = 0,1(MN/m2)
ρ − Chỉ số giãn nở sớm đối với động cơ xăng, ρ = 1
- Áp suất cuối kỳ nạp:

16


Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ

831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia
Động cơ bốn kỳ tăng áp: pa = 0,9.pk
Có thể coi gần đúng pk ≈ p0 = 1 at = 0,1 (MN/m2 )và Tk ≈ T0
Suy ra: pa = 0,09(MN/m2)
2.1.2. Đồ thị công
2.1.2.1. Xây dựng đường nén
Phương trình đường nén:
n1

pnx.V nx = cosnt
n1

n1

n1

=> pc. V c = pnx. V nx
Đặt : i =

V 
; => pnx = pc . c  ;
 Vnx 

Vnx
1
; Ta có: pnx = pc . n1
Vc
i

Trong đó: pnx , vnx là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường nén.

i là tỉ số nén tức thời.
Áp suất cuối kỳ nén: pc = pa .εn1 = 0,09.81,34 = 1,46(MN/m2)
2.1.2.2. Xây dựng đường giãn nở
n2

Phương trình giãn nở: pgnx. V gnx = const
n2

n2

= pgnx. V gnx ; => p gnx

=> pz. V z

 V
= p z . z
V
 gnx

n2


 .



Với : Vz = ρ .VC = Vc
Đặt : i =

V gnx

Vc

; Ta có: p gnx = p z .

1
.
i n2

- Trong đó: pgnx và Vgnx là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường
giãn nở.
2.1.2.3. Tính Va , Vh , Vc
Va = Vh + Vc
π .D 2 .S 3,14.0,84 2.0,90
Vh =
=
= 0,5 (dm3)
4
4
VC =

Vh
0,5
=
= 0,07(dm3)
ε −1 8 −1

Va = Vh + Vc = 0,5 + 0,07 = 0,57(dm3)
Vz = Vc = 0,07 (dm3)
- Cho i tăng từ 1 đến ε ta lập được bảng xác định tọa độ các điểm trên đường
nén và đường giãn nở.

- Thể tích buồng cháy ban đầu: Vcbd = 20(mm)
17


Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ
831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia
Suy ra: µV =

3
Vc
0,07
=
= 0,00356( dm )
Vcbd
20
mm

- Giá trị biểu diễn của: Vhbd =

Vh
0,50
=
= 140(mm)
µ vc 0,00356

− Áp suất cực đại ban đầu: pzbd = 160 ÷ 200 mm; chọn pzbd = 180(mm)
µp =

pz
5

MN
=
= 0,028( 2
)
p zbd 180
m .mm

Bảng 2 - 2 Bảng giá trị đồ thị công động cơ 831D5.000
i
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0

V(dm3)
0,07
0,11
0,14
0,18

0,21
0,25
0,29
0,32
0,36
0,39
0,43
0,46
0,50
0,53
0,57

Vbd
(mm)

Đường nén
1/in1 pc/in1 pn(mm)

in1

20
30
40
50
60
70
80
90
100
110

120
130
140
150
160

1,00
1,72
2,53
3,41
4,36
5,36
6,41
7,50
8,64
9,82
11,03
12,28
13,57
14,88
16,22

1,00
0,58
0,39
0,29
0,23
0,18
0,15
0,13

0,11
0,10
0,09
0,08
0,07
0,06
0,06

1,46
0,85
0,58
0,43
0,33
0,27
0,23
0,19
0,17
0,15
0,13
0,12
0,11
0,01
0,09

52,5
30,5
20,7
15,4
12,0
9,81

8,20
7,00
6,08
5,35
4,76
4,28
3,87
3,53
3,24

in2
1,00
1,68
2,43
3,23
4,08
4,97
5,90
6,86
7,85
8,86
9,91
10,98
12,07
13,18
14,32

Đường giãn nở
1/in2 pz/in2 pgn(mm)
1,00

0,60
0,41
0,31
0,25
0,20
0,17
0,15
0,13
0,11
0,10
0,09
0,08
0,08
0,07

5,00
2,98
2,06
1,55
1,23
1,01
0,85
0,73
0,64
0,56
0,50
0,46
0,41
0,38
0,35

180,0
107,1
74,12
55,71
44,11
36,21
30,52
26,25
22,94
20,31
18,17
16,40
14,91
13,65
12,57

- Các điểm đặc biệt của đồ thị:
Điểm a(Va ; pa)
Vậy điểm a(0,61 ; 0,09)
Điểm b(Va ; pb)
pb: Áp suất cuối quá trình giãn nở
n2

n2

n2

n2

pzV z = pbV b  pzV c = pbV a
 Vc

V
pb = pz  a





n2

= pz

1

ε

n2

=

5
1, 28

8

=

0,349(MN/m2)

Vậy điểm b(0,57 ; 0,349)
Điểm đánh lửa sớm: c’ xác định từ brick ứng với θs

18


Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ
831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia
Điểm c(Vc ; pc)
Thể tích buồng cháy: Vc = 0,07(dm3 )= 0,07 (lít)
Áp suất cuối kỳ nén: pc = 1,46(MN/m2)
Vậy điểm c(0,07 ; 1,46)
Điểm r(Vc ; pr)
Áp suất khí sót pr, phụ thuộc vào động cơ
Lấy: pr = 0,1(MN/m2)
Vậy điểm r(0,07 ; 0,1)
Điểm mở sớm của xupap nạp: r’ xác định từ Brick ứng với α1 = 80
Điểm đóng muộn của xupap thải: r ” xác định từ Brick ứng với α4 = 00
Điểm đóng muộn của xupap nạp: a ‘ xác định từ Brick ứng với α2 = 350
Điểm đóng sớm của xupap thải: b ‘ xác định từ Brick ứng với α3 = 300
Điểm y(Vc ; 0,85pz)
Vậy điểm y(0,07 ; 4,25)
Điểm áp suất cực đại lý thuyết: z(Vc ; pz)
Vậy điểm z(0,07 ; 5)
Điểm áp suất cực đại thực tế : z’’ =
Điểm c’’: cc’’ =
Điểm b’’: bb’’ =

yz '

2

MN
cy (4,25 − 1,46)
= 0,93( 2 )
=
3
3
m
MN
ba (0,349 − 0,09)
= 0,1294( 2 )
=
2
2
m

2.1.2.4. Vẽ đồ thị công
- Để vẽ đồ thị công ta thực hiện các bước sau :
Chọn tỉ lệ xích: µ p =
µV =

pz
5
MN
=
= 0,028( 2
)
p zbd 180
m .mm

3
Vc
0,07
=
= 0,0035( dm )
Vcbd
20
mm

- Vẽ hệ trục tọa độ trong đó: trục hoành biểu diễn thể tích xi lanh, trục tung
biểu diễn áp suất khí thể.
Từ các số liệu đã cho ta xác định được các tọa độ điểm trên hệ trục tọa độ.
Nối các tọa độ điểm bằng các đường cong thích hợp được đường cong nén và
đường cong giãn nở. Vẽ đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải bằng hai
đường thẳng song song với trục hoành đi qua hai điểm P a và Pr. Ta có được đồ thị
công lý thuyết.

19


Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ
831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia
Vẽ đồ thị Brick phía trên đồ thị công. Lấy bán kính cung tròn R bằng ½ V hbd ,
nghĩa là giá trị biểu diễn của AB = Vhbd(mm).
- Tỉ lệ xích đồ thị Brick: µ s =

S
Vhbd

'
- Giá trị biểu diễn của oo’: oobd =

P (MN/m²)

=

0,090
= 0,000643( m )
140
mm

oo ′ R.λ
S .λ
0,090.0,27
=
=
=
= 9,45(mm)
µ s 2.µ s 4.µ s 4.0,000643

0

18
17

1

5

16

2

15

4.5

3

14
4

4

Z''

13
12

5

y

6

z'

11
7

8

3,5

9

10

3,0
2,5

0,85Pz

c'

2,0
1,5

c

1,0
0,5

b'
b

r
0

1Vc

a
2Vc

3Vc

4Vc

5Vc

6Vc

7Vc

8Vc

V (dm3 )

Hình 2 - 1 Đồ thị công động cơ 831D5.000
2.2. Động học và động lực học của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền
2.2.1. Động học
Động cơ đốt trong kiểu piston thường có vận tốc lớn, nên việc nghiên cứu
tính toán động học và động lực học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền (TKTT) là
cần thiết để tìm quy luật vận động của chúng và để xác định lực quán tính tác dụng

20


Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ

831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia
lên các chi tiết trong cơ cấu TKTT nhằm mục đích tính toán cân bằng, tính toán bền
của các chi tiết và tính toán hao mòn động cơ.
O – Giao điểm của đường tâm xi lanh và đường tâm
trục khuỷu.
C – Giao điểm của đường tâm thanh truyền và đường
tâm chốt khuỷu.
B’- Giao điểm của đường tâm xilanh và đường tâm
chốt piston.
A – Vị trí của chốt khi piston ở ĐCT.
B – Vị trí của chốt khi piston ở ĐCD.
R – Bán kính quay của trục khuỷu (m).
l – Chiều dài của thanh truyền (m).
S – Hành trình của piston (m).
x – Độ dịch chuyển của piston tính từ ĐCT ứng với

A
DCT
B'

l
B

β

α

o

DCD

C
R

góc quay của trục khuỷu α (m).

Hình 2 - 2 Sơ đồ cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
β - Góc lắc của thanh truyền ứng với góc quay α (độ).
a, Xác định độ dịch chuyển (x) của piston bằng phương pháp đồ thị Brick
Theo phương pháp giải tích chuyển dịch x của piston được tính theo công
thức:
λ


x ≈ R.(1 − cos α ) + (1 − cos 2α ) 
4



Chọn tỷ lệ xích: µα = 0,5 (độ/mm)
µs =

S
0,090
=
= 0,000643 ( m )
Vhbd
140
mm

Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính R = S/2. Lấy bán kính R bằng ½ khoảng
Vh , giá tri AB = Vh
Lấy về phía phải điểm O’ một khoảng:
oo ′ R.λ
S .λ
0,090.0,27
'
oobd
=
=
=
=
= 9,45(mm)
µ s 2.µ s 4.µ s 4.0,000643
Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các tia ứng với 10 0 ; 200…1800. Đồng thời đánh
số thứ tự từ trái qua phải 0;1,2…18.
Chọn hệ trục tọa độ với trục tung biểu diễn góc quay trục khuỷu, trục hoành
biểu diễn khoảng dịch chuyển của piston.

21


Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ
831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia
Gióng các điểm ứng với 100 ; 200…1800 đã chia trên cung tròn đồ thị Brick
xuống cắt các đường kẻ từ điểm 100 ; 200…1800 tương ứng ở trục tung của đồ thị
x=f(α) để xác định chuyển vị tương ứng.
Nối các giao điểm ta có đồ thị biểu diễn hành trình của piston x = f(α).
0

O'

O

18
B

A

α0
180
160
140
120
100
80
60
40
20

S (mm)
0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

196

Hình 2 - 3 Sơ đồ độ dịch chuyển (x)
b, Đồ thị biểu diễn tốc độ của piston v = f(α)
Chọn tỷ lệ xích: µvt = µs .ω (m/s/mm)
ω=

π .n
π .5750
=
= 602,14(rad/s)
30
30

µvt = µ s .ω = 0,000643.602,14 = 0,387(m/s/mm)

Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính R 2 (mm), đồng tâm với nửa đường tròn
có bán kính R1 = AB(mm).
R.ω 0,045.602,14

R1 =
=
= 70(mm)
µv
0,387
R2 = R.

ω.λ
602,14.0,27
= 9,45(mm)
= 0,045.
2.µ vt
2.0,387

Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R1 thành 18 phần bằng nhau và đánh số
thứ tự 0;1;2 …18.
Chia vòng tròn tâm O bán kính R2 thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự
0’; 1’; 2’…18’ theo chiều ngược lại.

22


Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ
831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia
Từ các điểm 0, 1, 2, 3,… kẻ các đường thẳng góc với AB cắt các đường song
song với AB, kẻ từ 0’, 1’, 2’, 3’,…tại các điểm o, a, b, c,…nối các điểm o, a, b, c,..
bằng các đường cong ta được đường biểu diễn trị số tốc độ.
Các đoạn thẳng ứng với a1, b2, c3,…nằm giữa đường cong o, a, b, c,…với
nửa đường tròn R1 biểu diễn trị số tốc độ của các góc α tương ứng.
V (mm)

V = f(a)

0 2

4

6

8

10

3'

4'

5'

14

18

S (mm)

6'

2'

7'

18

8'

1'

0

12

9'

0'

10'

17'

17

11'

16'
15'

14'

13'

12'

1

16
2

15
14

3

13

4
5
6

7

8

9

10

11

12

Hình 2 - 4 Đồ thị vận tốc v = f(x)

Từ hình ta có: bb = R2.sin2α và b’2 = R1.sinα
’

Do đó: Va = bb’ + b’2 = R2.sin2α + R1.sinα = R(sinα + λ.sin2α/2)
c, Đồ thị biểu diễn gia tốc j = f ( x )

Để vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston ta sử dụng phương pháp Tôlê. Chọn
hệ trục tọa độ với trục Ox là trục hoành, trục tung là trục biểu diễn giá trị gia tốc.
2
2
Chọn tỉ lệ xích: µ j = µ s .ω = 0,000643.602,14 = 233,08 (m/s2 /mm)

Trên trục Ox lấy đoạn AB = S = 2.R = 90 (mm), từ A dựng đoạn thẳng
AC = Jmax = R.w2.(1+λ), từ B dựng đoạn thẳng BD = Jmin = - R.w2.(1-λ), nối
CD cắt AB tại E.
Lấy EF = -3.λ.R.w2, nối CF và DF, phân đoạn CF và DF thành những 7 đoạn
nhỏ bằng nhau. Nối 11’, 22’, 33’,… Ta được các đường bao của các đoạn thẳng này
biểu thị quan hệ của hàm số: j = f(x).

23


Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ
831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia
Ta có:

jmax = R.ω 2 .(1 + λ ) = 0,045.602,14.(1+0,27) = 20721,02(m/s2)

jmin = − R.ω 2 .(1 − λ ) = - 0,0465.586.(1- 0,27) = - 11910,5(m/s2)

EF = -3.R.λ.ω2 = -3.0,0465.0,27.5862 = - 13215,8(m/s2)
J max 20721,02
=
= 88,9(mm)
µj
233,08

Giá trị biểu diễn: AC =
BD =

J min − 11910.5
=
= -51,1(mm)
µj
233,08
EF

− 13215,8

EF = µ = 233,08 = -56,7(mm)
j
AB =

S
0,090
=
= 140(mm)
µ s 0,0028

2

J = (m/s )

C

1

2

3
E

B

A
S = (m)

4

5
D
F

1'

2'

3'

4'

5'

Hình 2-5 Đồ thị gia tốc j = f(x)
2.2.2. Động lực học
a, Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến
− PJ = f ( x ) .

Vẽ theo phương pháp Tôlê với trục hoành đặt trùng với P0 ở đồ thị công, trục
tung biểu diễn giá trị Pj .
Vẽ đường biểu diễn lực quán tính được tiến hành theo các bước như sau:
Chọn tỉ lệ xích trùng với tỉ lệ xích đồ thị công:

24


Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ
831D5.000 trên xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia
µ p j = µ p = 0, 028(

MN
)
m 2 .mm

Xác định khối lượng chuyển động tịnh tiến:
m’ = mpt + m1
Trong đó: m’ - Khối lượng chuyển động tịnh tiến (kg);
mpt = 0,6 (kg) - Khối lượng nhóm piston;
m1- Khối lượng thanh truyền qui về tâm chốt piston (kg).
Theo công thức kinh nghiệm:

m1 = (0,275 ÷ 0,350).mtt. Lấy m1 = 0,275.0,7 = 0,1925(kg).
mtt = 0,7 (kg) - Khối lượng nhóm thanh truyền.
=> m’ = 0,6 + 0,1925 = 0,7925(kg).
Để đơn giản hơn trong tính toán và vẽ đồ thị ta lấy khối lượng trên một đơn
vị diện tích của một đỉnh piston:
m'

0,7925.4

2
m= F =
2 = 143(kg/m )
π
.
0
,
084
pt

Áp dụng công thức tính lực quán tính: pj = - m.j , ta có:
pjmax = - m.jmax = -143.20288 = -2800436(N/m2)
= -2,80(MN/m2).
pjmin = -m.jmin = -143.-11662 = 1609699(N/m2)
= 1,6(MN/m2)
EF = - m.R.w2 = - 143.0,465.5862 = -2205068(N/m2)
= -2,2(MN/m2)

25