đồ án động cơ đốt trong

Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519

MỤC LỤC
Lời nói đầu

Lời Nói Đầu
Những năm gần đầy, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh. Bên
cạnh đó kỹ thuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ. Trong đó phải nói đến
ngành động lực và sản xuất ôtô, chúng ta đã liên doanh với khá nhiều hãng ôtô
nổi tiến trên thế giới cùng sản xuất và lắp ráp ôtô. Để góp phần nâng cao trình
độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật của ta phải tự nghiên cứu và chế tạo, đó là yêu
cầu cấp thiết. Có như vậy ngành ôtô của ta mới phát triển được.
Sau khi được học hai môn chính của chuyên ngành động lực (Nguyên lý
động cơ đốt trong, Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong) cùng một số môn cơ
sở khác (sức bền vật liệu, cơ lý thuyết,... ) và thực tập kỹ thuật 1. Sinh viên


Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519
được giao nhiệm vụ làm đồ án môn học kết cấu và tính toán động cơ đốt trong.
Đây là một phần quan trọng trong nội dung học tập của sinh viên, nhằm tạo
điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết
một vấn đề cụ thể của ngành.
Trong đồ án này, em được giao nhiệm vụ tính toán và thiết kế hệ thống
bôi trơn – làm mát của động cơ theo các thông số kĩ thuật. Đây là một hệ thống
không thể thiếu trong động cơ đốt trong. Nó dùng để làm mát và bôi trơn phục
vụ cho quá trình làm việc của động cơ.
Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu các
tài liệu, làm việc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án tốt
nhất. Tuy nhiên, vì bản thân còn ít kinh nghiệm cho nên việc hoàn thành đồ án
lần này không thể không có những thiếu sót.
Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy trong khoa đã

tận tình truyền đạt lại những kiến thức quý báu cho em. Đặc biệt, em xin gửi
lời cảm ơn đến thầy Dương Đình Nghĩa và Nguyễn Quang Trung đã quan tâm
cung cấp các tài liệu, nhiệt tình hướng dẫn trong quá trình làm đồ án. Em rất
mong muốn nhận được sự xem xét và chỉ dẫn của các thầy để em ngày càng
hoàn thiện kiến thức của mình.


Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519
CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN XÂY DỰNG BẢN VẼ ĐỒ THỊ
1.1. CÁC THÔNG SỐ TÍNH
1.1.1. Các thông số cho trước
- Nhiên liệu : Gasoline
- Số xilanh / Số kỳ / Cách bố trí : I /τ = 4 / 4 / In-line
- Thứ tự làm việc : 1-3-4-2
- Tỷ số nén : Ɛ=10.5
- Đường kính x hành trình piston (mm x mm) : D x S = 76.0 x 88.0
- Công suất cực đại / số vòng quay (KW/v/ph) : Ne/n = 69.0 / 5150
- Tham số kết cấu : λ = 0.26
- Áp suất cực đại (MN/m2) : Pz = 5.1
- Khối lượng nhóm piston (kg) : mpt = 0.6
- Khối lượng nhóm thanh truyền (kg) : mtt = 0.8
- Góc đánh lửa sớm (độ) : θs = 16
- Góc phân phối khí (độ) : α1, α2, α3, α4 = 33, 51, 51, 14
- Hệ thống nhiên liệu : L-EFI
- Hệ thống bôi trơn : Force-feed lubrication system
- Hệ thống làm mát : Forced Circulation Water Cooling System
- Hệ thống nạp : Không tăng áp
- Hệ thống phân phối khí : 16 valve, DOHC
1.1.2. Các thông số cần tính toán
Xác định tốc độ trung bình của động cơ:

(1-1) [1]
Trong đó:

S (m)
: Hành trình dịch chuyển của piston trong xilanh.
n (v/ph) :Tốc độ quay của động cơ.
Do Cm > 9 m/s nên động cơ là động cơ tốc độ cao hay động cơ cao tốc.
Chọn trước: n1
=

1,35

[1]
n2

=

1,25

[1]
+ Áp suất khí cuối kỳ nạp:
Áp suất khí trời:

p0

=

0,1

[MN/m2]

[1]
Do động không tăng áp có pk=P0 nên ta chọn: pk = 0,1 [MN/m2]
Đối với dộng cơ bốn kỳ không tăng áp chọn : p a=(0.8-0.9)pk
[1]
Vậy chọn:
[1]

pa = 0,85pk = 0.1 x 0,85=0,085 [MN/m2]

(1-2)

+ Áp suất cuối kì nén:
Trang 3


Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519
pc = pa.εn1 = 0,085*10.51,35 = 2.03 [MN/m2]
[1]

+ Chọn

tỷ

số

giãn

nở

sớm

(1-3)
(động

cơ

xăng):

[1]
+ Áp suất cuối quá trình giãn nở sớm:
(1-4) [1]
+ Thể tích công tác:
π.D 2
Vh = S.
[dm 3 ]
4

ρ

=

1

(1-5)

[1]
+ Thể tích buồng cháy:

Vc =

3
Vh
0.399
[dm ] =
= 0,042 [dm 3 ]
ε −1
10.5 - 1

(1-6)

[1]
+ Vận tốc góc của trục khuỷu:
ω=

π.n π ⋅ 5150
=
= 539.31
30
30
[rad/s]

+ Áp suất khí sót (động cơ cao tốc) chọn:
Áp suất khí thải Pth= (1.02-1,04)P0= 1,04*0.1=0,104 [MN/m2]

(1-7)

[1]
Áp suất khí sót (1,05-1)pth : pr = (1,05-1,1)pth = 1,08*0,104= 0,11 [MN/m2]
(1-8) [1]

1.2. ĐỒ THỊ CÔNG
1.2.1. Các thông số xây dựng đồ thị
Các thông số cho trước
Áp suất cực đại:

pz = 5.1 [MN/m2]

Góc phun sớm:

φs = 16o

Góc phân phối khí: α1 = 33
α2 = 51
α3 = 51
α4 = 14
Xây dựng đường nén
Trang 4


Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519
Gọi Pnx , Vnx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình nén của động
cơ. Vì quá trình nén là quá trình đa biến nên:
Pnx .V nxn1 = const

(1-9) [1]

n
n
⇒ Pnx .Vnx = PC .VC
1

1

V 
PC  C 
V
⇒ Pnx=  nx 
i=

Đặt

n1

V nx
P
Pnx = nC
VC , ta có :
i1

Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vh thành ε khoảng , khi đó i = 1, 2 , 3, …ε.
Xây dựng đường giãn nở
Gọi Pgnx , Vgnx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình giãn nở của
động cơ. Vì quá trình giãn nở là quá trình đa biến nên ta có:
Pnx .V nxn = const

(1-10) [1]

n
n
⇒ Pgnx .V gnx = PZ .VZ

2

V
PZ  Z
V
⇒ Pgnx=  gnx






PZ

Ta có : VZ = ρ.VC

Đặt

i=

 V gnx 


VZ 

⇒ Pgnx =

V gnx
VC , ta có :

Pgnx =

n2

2

n2

=

PZ
 V gnx

 ρ .VC





n2

PZ .ρ n2
i n21

Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vh thành ε khoảng, khi đó i = 1, 2 , 3, …ε.

Trang 5


Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519

Biểu diễn các thông số
- Biểu diễn thể tích buồng cháy: Chọn Vcbd = 20 [mm]

μV =

⇒

Vc
0,042
=
= 0,0021
Vcbd [dm3/mm]
20
[dm3/mm]

(1-

11)
- Biểu diễn thể tích công tác:

Vhbd =

Vh
0.399
=
= 190
μ V [mm] 0.0021
[mm]

(1-

12)
- Biểu diễn áp suất cực đại:
pzbd = 160 - 220 [mm] Chọn pzbd = 170 [mm]

μp =
⇒

pz
5.1
μp =
= 0,03
p zbd [MN/(m2.mm)] =>
170
[MN/(m2.mm)] (1-

13)
Về giá trị biểu diễn ta có đường kính của vòng tròn Brick AB bằng giá trị biểu
diễn Vh, nghĩa là giá trị biểu diễn cửa AB = Vhbd
⇒

µS =

S  mm  88.0
= 0.000463
Vhbd  mm  = 190
[mm/mm]

(1-

14)
+ Giá trị biểu diễn của oo’:

,
oobd
=

oo ,
µ S =12.35 [mm]

(1-15)

[1]

Với oo’=R.λ/2=0.00572 m

(1-16)

[1]

Trang 6


Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519

Đường nén
V

V

(dm3

(mm

Đường giãn nở
Pgn

1/i^n

Pc/i^n

Pn

1/i^n

Pz/i^n

(mm

V

i

)

)

i^n1

1

1

(mm)

i^n2

2

2

)

1Vc

1

0.04

20

1

1

2.03

67.67

1

1

5.1

170
102.

1.5V

1.5

0.06

30

1.72

0.58

1.17

39.14

1.66

0.60

3.07

4
71.4

2Vc

2

0.08

40

2.54

0.39

0.79

26.54

2.37

0.42

2.14

8
54.0

2.5Vc

2.5

0.10

50

3.44

0.29

0.58

19.64

3.14

0.31

1.62

8
43.0

3Vc

3

0.12

60

4.41

0.23

0.46

15.35

3.94

0.25

1.29

6
35.5

3.5Vc

3.5

0.14

70

5.43

0.18

0.37

12.47

4.78

0.21

1.06

1
30.0

4Vc

4

0.16

80

6.49

0.15

0.31

10.41

5.65

0.17

0.90

5
25.9

4.5Vc

4.5

0.18

90

7.62

0.13

0.26

8.88

6.55

0.15

0.77

4
22.7

5Vc

5

0.21

100

8.78

0.11

0.23

7.70

7.47

0.13

0.68

4
20.1

5.5Vc

5.5

0.23

110

9.99
11.2

0.10

0.20

6.77

8.42

0.12

0.60

8

6Vc

6

0.25

120

3
12.5

0.09

0.18

6.02

9.39
10.3

0.11

0.54

18.1
16.3

6.5Vc

6.5

0.27

130

1
13.8

0.08

0.16

5.40

7
11.3

0.09

0.49

8
14.9

7Vc

7

0.29

140

3
15.1

0.07

0.14

4.89

8
12.4

0.08

0.44

3

7.5Vc

7.5

0.31

150

8
16.5

0.06

0.13

4.45

1
13.4

0.08

0.41

13.7
12.6

8Vc

8

0.33

160

6
17.9

0.06

0.12

4.08

5
14.5

0.07

0.37

4
11.7

8.5Vc

8.5

0.35

170

7
19.4

0.05

0.11

3.76

1
15.5

0.06

0.35

1
10.9

9Vc

9

0.37

180

2
20.8

0.05

0.10

3.48

8
16.6

0.06

0.32

1
10.1

9.5Vc

9.5

0.39

190

8
22.3

0.05

0.09

3.23

7
17.7

0.05

0.30

9

10Vc
10.5V

10
10.

0.42

200

8
23.9

0.04

0.09

3.02

8
18.9

0.05

0.28

9.56

c

5

0.44

210

1

0.04

0.08

2.82

0

0.05

0.26

8.99

Trang 7


Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519
Bảng 1-1: Bảng giá trị đồ thị công động cơ xăng

1.2.2. Cách vẽ đồ thị
Xác định các điểm đặc biệt:

Trang 8

Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519

Hình 1-1:Đồ Thị Công Động Cơ Xăng
+ Từ bảng giá trị ta tiến hành vẽ đường nén và đường giản nở.
+ Vẽ vòng tròn của độ thị Brick để xác định các điểm đặc biệt:
- Điểm a (Va ; pa):
Va = Vc+ Vh = 0.042+ 0.399=0.441 [dm3] ⇒ Vabd =210 [mm]

(1-17)

[1]
pa = 0.085 [MN/m2] ⇒ pabd = 0.085/0.03= 2.83 [mm]
⇒abd (210 ; 2.83)
- Điểm b (Vb; pb):
Trang 9


Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519
Vb = Va = 0.441 [dm3] ⇒ Vbbd = 210 [mm]

(1-

18)
⇒bbd (172 ; 8.99)
• Điểm phun sớm : c’ xác định từ Brick ứng với ϕs;
- Điểm c(Vc;Pc)

⇒cbd (14 ; 68.9)

- Điểm bắt đầu quá trình nạp : r(Vc;Pr)
• Điểm mở sớm của xu páp nạp :

⇒rbd (20;67.67
r’ xác định từ Brick ứng với α1

• Điểm đóng muộn của xupáp thải : r’’ xác định từ Brick ứng với α4
• Điểm đóng muộn của xupáp nạp : a’ xác định từ Brick ứng với α2
• Điểm mở sớm của xupáp thải :

b’ xác định từ Brick ứng với α3

- Điểm y(Vy;Py) ⇒ybd (20;144.5)
- Điểm áp suất cực đại lý thuyết: z (ρVc, Pz) => zbd (20 ;170)
- Điểm áp suất cực đại thực tế: z’’(ρ/2Vc, Pz) => z’’(20;85)
- Điểm c’’ : cc” = 1/3cy
- Điểm b’’ : bb’’=1/2ba
Sau khi có các điểm đặc biệt tiến hành vẽ đường thải và đường nạp , tiến hành
hiệu chỉnh bo tròn ở hai điểm z’’ và b’’.
Bảng 1-2: Các giá trị biểu diễn trên đường nén và đường giãn nở
Vbd
20
30
40
50
60
70
80
90
100

110
120

Pnbd
67.66
39.14
26.55
19.64
15.35
12.47
10.4
8.88
7.70
6.77
6.02

Pzbd
170
102.4
71.48
54.08
43.06
35.51
30.05
25.94
22.74
20.18
18.1
Trang 10

Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519
130
140
150
160
170
180
190
200
210

5.41
4.89
4.45
4.08
3.76
3.48
3.23
3.02
2.82

16.38
14.93
13.7
12.64
11.71
10.91
10.19
9.56

8.994

1.3. ĐỒ THỊ BRICK
1.3.1. Phương pháp

Hình 1-2: Phương pháp vẽ đồ thì Brick
+ Vẽ vòng tròn tâm O, bán kính R. Do đó AD = 2R = S =88 [mm]
Điểm A ứng với góc quay α = 00 (vị trí điểm chết trên) và điểm D ứng
với khi α = 1800 (vị trí điểm chết dưới).
-

Chọn tỷ lệ xích đồ thị Brick:
(1-19) [1]
+ Từ O lấy đoạn OO’ dịch về phía ĐCD như Hình 1.2, với :
44.0.26
Rλ
OO’ = 2 = 2
= 0.00572 [mm]

(1-20)

[2]
Giá trị biểu diễn:

(1-21)

Trang 11


Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519

+ Từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB, hạ M’C
thẳng góc với AD. Theo Brick đoạn AC = x. Điều đó được chứng minh như
sau:
Rλ
+ Ta có : AC=AO - OC= AO - (CO’ - OO’) = R - MO’.cosα + 2
Rλ
+ Coi : MO’ ≈ R + 2 cosα

⇒

AC

=

λ

R (1 − cos α ) + 1 − cos 2 α
2


(

) = R (1 − cos α ) + λ4 (1 − cos 2α )  = x






[1]

1.3.2. Đồ thị chuyển vị
- Muốn xác định chuyển vị của piston ứng với góc quay trục khuỷu là α
=10o, 20o, 30o, ... ta làm như sau: từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm
má khuỷu OB. Hạ MC vuông góc với AD. Điểm A ứng với góc quay α = 00 (vị
trí điểm chết trên) và điểm D ứng với khi α = 1800 (vị trí điểm chết dưới). Theo
Brick đoạn AC = x.
- Vẽ hệ trục vuông góc OSα, trục Oα biểu diễn giá trị góc còn trục OS
biễu diễn khoảng dịch chuyển của Piston. Tùy theo các góc α ta vẽ được tương
ứng khoảng dịch chuyển của piston. Từ các điểm trên vòng chia Brick ta kẻ các
đường thẳng song song với trục Oα. Và từ các điểm chia (có góc tương ứng)
trên trục Oα ta vẽ các đường song song với OS. Các đường này sẽ cắt nhau tại
các điểm. Nối các điểm này lại ta được đường cong biểu diễn độ dịch chuyển x
của piston theo α.

Trang 12


Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519

Hình 1-3:Đồ thị chuyển vị S = f(α)
1.4.
XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VẬN TỐC V(α)
1.4.1. Phương pháp
- Chọn tỷ lệ xích:
µv= ω.µs= 539,3 . 0,463 = 249.784 [mm/(s.mm)]

(1-22)

[2]
- Vẽ nửa vòng tròn tâm O có bán kính R1:

R1= S/2= 88/2= 44 [mm/s]

(1-23) [2]

- Vẽ vòng tròn tâm O có bán kính R2:

R2 =

λ ⋅ R ⋅ ω 0,26.44.539,3
= 3084,83
2
2
=
[mm/s]

(1-24)

[2]
- Giá trị biểu diễn của R2 là:

R 2bd =

R 2 3084.83
=
= 12.35
μ v 249.78
[mm]

(1-25)

[2]
- Chia đều nửa vòng tròn bán kính R1, và vòng tròn bán kính R2 ra 18 phần
bằng nhau. Như vậy, ứng với góc α ở nửa vòng tròn bán kính R1 thì ở vòng tròn
Trang 13


Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519
bán kính R2 sẽ là 2α, 18 điểm trên nửa vòng tròn bán kính R 1 mỗi điểm cách


nhau 10 và trên vòng tròn bán kính R2 mỗi điểm cách nhau là 20 .

- Trên nửa vòng tròn R 1 ta đánh số thứ tự từ 0, 1, 2, ..., 18 theo chiều ngược
kim đồng hồ, còn trên vòng tròn bán kính R 2 ta đánh số 0’,1’,2’,..., 18’ theo
chiều kim đồng hồ, cả hai đều xuất phát từ tia OA.
- Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn bán kính R 1, ta dóng các đường thẳng
vuông góc với đường kính AB, và từ các điểm chia trên vòng tròn bán kính R 2
ta kẻ các đường thẳng song song với AB. Các đường kẻ này sẽ cắt nhau tương
ứng theo từng cặp 0-0’;1-1’;...;18-18’ tại các điểm lần lượt là 0, a, b, c, ..., 18.
Nối các điểm này lại bằng một đường cong và cùng với nửa vòng tròn bán kính
R1 biểu diễn trị số vận tốc v bằng các đoạn 0, 1a, 2b, 3c , ..., 0 ứng với các góc 0,
α1,α2, α3...α18. Phần giới hạn của đường cong này và nửa vòng tròn lớn gọi là
giới hạn vận tốc của piston.
- Vẽ hệ toạ độ vuông góc OvS trùng với hệ toạ độ OαS , trục thẳng đứng
Ov trùng với trục Oα. Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, ta kẻ các đường
thẳng song song với trục Ov cắt trục Os tại các điểm 0, 1, 2, 3, .., 18. Từ các
điểm này, ta đặt các đoạn thẳng 00, 1a, 2b, 3c, ..., 1818 song song với trục Ov
và có khoảng cách bằng khoảng cách các đoạn 0, 1a, 2b, 3c , ..., 0. Nối các điểm
0, a ,b c, ..., 18 lại với nhau ta có đường cong biểu diễn vận tốc của piston
v=f(S)

Trang 14


Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519

1.4.2. Đồ thị vận tốc V(α)

Hình 1.4 - Đồ thị chuyển vị

Hình 1-5: Đồ thị vận tốc V = f(α)

Trang 15


Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519
- Vẽ hệ toạ độ vuông góc v - s trùng với hệ toạ độ OS trục thẳng đứng 0v
trùng với trục 0Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, ta kẻ các đường thẳng
song song với trục 0v và cắt trục 0s tại các điểm 0,1,2,3,..,18, từ các điểm này
ta đặt các đoạn thẳng 00’’, 11’’, 22’’, 33’’, ... ,1818’’ song song với trục 0v có
khoảng cách bằng khoảng cách các đoạn tương ứng nằm giữa đường cong với
nữa đường tròn bán kính r1 mà nó biểu diển tốc độ ở các góc α tương ứng. Nối
các điểm 0’’, 1’’, 2’’,..., 18’’ lại với nhau ta có đường cong biểu diễn vận tốc
piston v=f(s).
1.5. ĐỒ THỊ GIA TỐC
1.5.1. Phương pháp
Để giải gia tốc j của piston, người ta thường dùng phương pháp đồ thị
Tôlê vì phương pháp này đơn giản và có độ chính xác cao. Cách tiến hành cụ
thể như sau:
Lấy đoạn thẳng AB = S = 2R. Từ A dựng đoạn thẳng AC = J max =

Rω2(1+λ). Từ B dựng đoạn thẳng BD = Jmin = -Rω2(1-λ), nối CD cắt AB tại E.
Lấy EF = -3λRω2. Nối CF và DF. Phân đoạn CF và DF thành những
đoạn nhỏ bằng nhau ghi các số 1 , 2 , 3 , 4 , … và 1’ , 2’ , 3’ , 4’ ,… (hình 1.6).
Nối 11’ , 22’ , 33’ , 44’ , … Đường bao của các đoạn thẳng này biểu thị
quan hệ của hàm số : j = f(x).
1.5.2. Đồ thị gia tốc j = f(x)

(

)

(

)

(

j max = R.ω 2 .(1 + λ ) = 0,044. 539,3 2 .(1 + 0,26 ) = 16124.8 m s 2

)

(1-26)

[2]

(

jmin = − R.ω 2 .(1 − λ ) = −0,044. 539.32 .(1 − 0,26 ) = −9470.1 m s 2

)

(1-27)

[2]
- Chọn tỷ lệ xích:

µj = 16124.8/60=268.747 [m/(s2.mm)]

(1-

29)
=> Jminbd = -35.238[mm]
- Vẽ hệ trục J - s.
- Tại A, dựng đoạn thẳng AC thẳng góc với AB về phía trên, với:
Trang 16


Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519
AC=Jmaxbd=60[mm]
- Tại B, dựng đoạn thẳng BD thẳng góc với AB về phía dưới, với:
BD=Jminbd=35,238[mm]
- Nối C với D cắt AB tại E, dựng EF thẳng góc với AB về phía dưới một
- 3 ⋅ λ ⋅ R ⋅ω
EF =
μj
đoạn:

2

=

- 3 ⋅ 0,26.0,044.539,3 2
= -37.143
268.747
[mm]

(1-30)

[2]
- Nối đoạn CF và DF, ta phân chia các đoạn CF và DF thành những đoạn
nhỏ bằng nhau và ghi số thứ tự cùng chiều, chẳng hạn như trên đoạn CF: C, 1,
'
'
'
2, 3, 4, F; trên đoạn FD: F, 1’, 2’, 3’,4’,D. Nối các điểm chia 11 ,22 ,33 ,...

Đường bao của các đoạn này là đường cong biểu diễn gia tốc của piston: J =
f(x).

Hình 1-6: Đồ thị gia tốc J = f(x)
1.6.
Vẽ Đồ Thị Lực Quán Tính
1.6.1. Phương pháp
Trang 17


Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519
- Các chi tiết máy trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền tham gia vào chuyển
động tịnh tiến bao gồm các chi tiết trong nhóm piston và khối lượng của thanh
truyền quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền.

m’ = mpt + m1 [kg]

(1-31) [2]

Trong đó:
+ mpt: Khối lượng nhóm piston. Theo đề ta có mpt = 0,6 [kg]
+ m1: Khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu nhỏ thanh truyền. Được
chọn tùy theo loại động cơ ôtô máy kéo hay tàu thủy, tĩnh tại. Vì động cơ đang
thiết kế có các thông số phù hợp với động cơ ôtô máy kéo nên ta chọn m 1 trong
khoảng.
m1 = (0,275 ÷ 0,35).mtt

(1-32) [2]

Trong đó:
+ mtt: Khối lượng nhóm thanh truyền. Theo đề ta có mtt = 0,8[kg].
- Ta chọn:
m1 = 0,3.0,8 = 0,24 [kg]
- Vậy khối lượng các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến là:
m’ = m1 + mpt = 0,6+0,24 = 0,84 [kg]

(1-33) [2]

- Để có thể dùng phương pháp cộng đồ thị -Pj với đồ thị công thì -Pj phải
có cùng thứ nguyên và tỷ lệ xích với đồ thị công, thay vì vẽ giá trị thực của nó
ta vẽ -Pj= f(x) ứng với một đơn vị diện tích đỉnh piston.
m=

m'
m'

0,84
=
=
= 185,16
2
π ⋅ 0,076 2
Fpis πD
4
4
[kg/m2]

(1-34)

[2]
1.6.2. Đồ thị lực quán tính
Lực quán tính các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến: − PJ = m ⋅ J [MN/m2]
Từ công thức ta xác định được:
− PJmax = m ⋅ J max [MN/m2] = 185,16 ⋅ 10 −6 ⋅ 16124,8 = 2,9858 [MN/m2]

(1-35)

[2]
Trang 18


Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519
−6
- PJmin = −9470,1 ⋅ 10 ⋅ 185,16 = −1,754 [MN/m2]

(1-36)

[2]
Đồ thị PJ này vẽ chung với đồ thị công P-V.
Cách vẽ tiến hành tương tự như cách vẽ đồ thị J - S, với:
Chọn tỷ lệ xích trùng với tỷ lệ xích đồ thị công
μ PJ = μ p = 0.03

[MN/(m2.mm)]

- Trục hoành trùng với trục Po của đồ thị công.

AC =

BD =

EF =

− PJmax 2.9858
=
= 99.53
μ Pj
0,03

[mm]

− PJmin − 1.754
=
= −58.45
μ Pj
0,03

[mm]

(1-37) [2]

(1-38) [2]

- 3m ⋅ R ⋅ λ ⋅ ω 2
μ pj

(1-39)

[2]

− 3.185,16.10−6.44.10 −3.539.32
=
= −61.61
0,03
[mm]
1.7. ĐỒ THỊ KHAI TRIỂN: PKT, PJ, P1 – α
1.7.1. Vẽ Pkt – α
- Vẽ hệ trục toạ độ vuông góc OPα, trục hoành Oα nằm ngang với trục po.
- Trên trục Oα ta chia 10o một, ứng với tỷ lệ xích µα = 2 [o/mm].
- Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị công như ta đã vẽ ở trên, ta tiến hành
khai triển như sau:
+ Từ các điểm chia trên đồ thi Brick, dóng các đường thẳng song
song với OP và cắt đồ thị công tại các điểm trên các đường biểu diễn các quá
trình nạp, nén, cháy - giãn nở và thải. Qua các giao điểm này ta kẻ các đường
ngang song song với trục hoành sang hệ trục toạ độ OPα.
+Từ các điểm chia trên trục Oα, kẻ các đường song song với trục

OP, những đường này cắt các đường dóng ngang tại các điểm ứng với các góc
Trang 19


Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519
chia của đồ thị Brick và phù hợp với quá trình làm việc của động cơ. Nối các
giao điểm này lại ta có đường cong khai triển đồ thị Pkt - α với tỷ lệ xích :
µp = 0,03 [MN/(m2.mm)]
µα = 2 [0/mm]
o

o'
P

P
α

Pkt

P0

α

0

V

0

α

Hình 1-7:Cách khai triển Pkt

1.7.2. Vẽ Pj – α
- Cách vẽ đồ thị khai triển này giống như cách vẽ đồ thị khai triển P kt - α. Tuy
nhiên, trên đồ thị p - V thì giá trị của lực quán tính là – P J nên khi chuyển sang
đồ thị P-α ta phải đổi dấu.
1.7.3. Vẽ p1 – α
- Cộng các giá trị pkt với pj ở các trị số góc α tương ứng, ta vẽ được
đường biểu diễn hợp lực của lực quán tính và lực khí thể P1:
P1 = Pkt + PJ [MN/m2 ]

(1-40)
[2]

Trang 20


Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519
1.7.4. Đồ thị khải triển Pkt, Pj, P1 – α
Bảng 1-3:Giá trị đồ thị khai triển Pkt, Pj, P1-α

α(độ)

α(rad)

0
10
20
30

40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
330

340
350
360

0
0.174
0.349
0.523
0.698
0.872
1.047
1.221
1.396
1.570
1.745
1.919
2.094
2.268
2.443
2.617
2.792
2.967
3.141
3.316
3.490
3.665
3.839
4.014
4.188
4.363

4.537
4.712
4.886
5.061
5.23
5.410
5.585
5.759
5.934
6.108
6.283

Pktb
d
0.33
-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
-1.5

-1.5
-1.5
-1.5
-1.5
-1.5
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3.5
5
8
11.5
16
26
40
60
90

Pjbd

P1bd

β(rad)

-99.5
-97

-93
-77
-62
-46
-30
-12
4
20
33
41
47
53.5
55.5
57
57.3
57.5
58
57.5
57.3
57
55.5
53.5
47
41
33
20
4
-12
-30
-46

-62
-77
-93
-97
-99.5

-99.17
-98.5
-94.5
-78.5
-63.5
-47.5
-31.5
-13.5
2.5
18.5
31.5
39.5
45.5
52
54
55.5
55.8
56
56.5
56
55.8
56.5
55.5
54

48
42.5
35
22.5
7.5
-7
-22
-34.5
-46
-51
-53
-37
-9.5

0
0.045
0.089
0.130
0.167
0.200
0.227
0.246
0.258
0.263
0.258
0.246
0.227
0.200
0.167
0.130

0.089
0.045
0
-0.045
-0.089
-0.130
-0.167
-0.20
-0.227
-0.246
-0.258
-0.263
-0.258
-0.246
-0.227
-0.200
-0.167
-0.130
-0.089
-0.045
0

Trang 21


Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519
α(độ)
370
380
390

400
410
420
430
440
450
460
470
480
490
500
510
520
530
540
550
560
570
580
590
600
610
620
630
640
650
660
670
680
690

700
710
720

α(rad)
6.457
6.632
6.806
6.981
7.155
7.330
7.504
7.679
7.853
8.028
8.203
8.377
8.552
8.726
8.901
9.075
9.250
9.424
9.599
9.773
9.948
10.122
10.299
10.471
10.646

10.821
10.995
11.170
11.344
11.519
11.693
11.868
12.042
12.217
12.391
12.566

Pktbd
138
107
78
54
38
29
23
17
12.5
10.5
9
7.5
6.5
6
5
4.5
4

3
2
1.5
1
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5

Pjbd
-97
-93
-77
-62
-46
-30
-12
4
20

33
41
47
53.5
55.5
57
57.3
57.5
58
57.5
57.3
57
55.5
53.5
47
41
33
20
4
-12
-30
-46
-62
-77
-93
-97
-99.5

P1bd
41

14
1
-8
-8
-1
11
21
32.5
43.5
50
54.5
60
61.5
62
61.8
61.5
61
59.5
58.8
58
56
54
47.5
41.5
33.5
20.5
4.5
-11.5
-29.5
-45.5

-61.5
-76.5
-92.5
-96.5
-99

β(rad)
0.045
0.089
0.130
0.167
0.200
0.227
0.246
0.258
0.263
0.258
0.246
0.227
0.200
0.167
0.130
0.089
0.045
0
-0.045
-0.089
-0.130
-0.167
-0.200

-0.227
-0.246
-0.258
-0.263
-0.258
-0.246
-0.227
-0.200
-0.167
-0.130
-0.089
-0.045
0

Trang 22


Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519

Hình 1-8 :Đồ thị Pkt,Pj,P1
1.8. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ T, Z, N – α
1.8.1. Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu trục khủy thanh truyền
Pkh
N
Ptt

P1
β
Ptt

l α+β
Pk

α Z
T
O

N

P1

Ptt
Ptt

Hình 1-9:Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền
- Lực tiếp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:
Trang 23


Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519

T = ptt .Sin (α + β ) = p1.

Sin ( α + β )
Cosβ
[MN/m2]

(1-41)

[2]

- Lực pháp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:

Z = ptt .Cos( α + β ) = p1.

Cos( α + β )
Cosβ
[MN/m2]

(1-42)

[2]
- Lực ngang tác dụng lên phương thẳng góc với đường tâm xylanh:
N = P1.tgβ [MN/m2]

(1-43) [2]

- P1 được xác định trên đồ thị khai triển tương ứng với các giá trị của α.
- Ta có giá trị của góc β:
sinβ = λ.sinα ⇒β = arcsin(λsinα)

(1-44)

[2]
- Ta lập bảng xác định các giá trị N, T, Z. Sau đó, ta tiến hành vẽ đồ thị N, T, Z
theo α trên hệ trục toạ độ vuông góc chung (N, T, Z - α).
- Với tỷ lệ xích :

µT = µZ = µN = µp = 0,003[MN/(m2.mm)]
µα = 2 [0/mm]

1.8.2. Xây dựng đồ thị T, Z, N – α
Bảng 1-4: Số liệu đồ thị T, Z, N – α

α

α0

P1 mm

β

0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10

0.00
0.17
0.35
0.52
0.70
0.87
1.05

1.22
1.40
1.57
1.75

-99.2
-98.5
-94.5
-78.5
-63.5
-47.5
-31.5
-13.5
2.5
18.5
31.5

0.00
0.04
0.09
0.13
0.16
0.19
0.22
0.24
0.25
0.25
0.25

T

(mm)
0
-21.48
-40.24
-48.16
-49.06
-42.59
-30.91
-13.84
2.57
18.5
29.57

Z (mm)

tan(β)

-99.17
-96.232
-85.91
-62.83
-41.72
-23.13
-9.4
-1.42
-0.21
-4.98
-13.68

0.00

0.04
0.09
0.13
0.16
0.20
0.22
0.24
0.25
0.26
0.25

N
(mm)
-4.45
-8.43
-10.29
-10.76
-9.65
-7.27
-3.40
0.66
4.98
8.34

Trang 24


Tính toán thiết kế động cơ XM4-0519
0
110 1.92

12
2.09
0
13
2.27
0
14
2.44
0
15
2.62
0
16
2.79
0
17
2.97
0
18
3.14
0
19
3.32
0
20
3.49
0
21
3.67
0

22
3.84
0
23
4.01
0
24
4.19
0
25
4.36
0
26
4.54
0
27
4.71
0
28
4.89
0
29 5.06

39.5

0.24

33.71

-22.86

0.24

9.95

45.5

0.22

34.15

-31.85

0.22

10.514

52

0.19

33.04

-41.52

0.20

10.56

54

0.16

27.69

-47.25

0.16

9.15

55.5

0.13

21.44

-51.70

0.13

7.276

55.8

0.09

14.40

-54.13

0.09

4.98

56

0.04

7.23

-55.58

0.04

2.53

56.5

0.00

0

-56.5

0.00

0

56

-0.04

-7.23

-55.58

-0.04

-2.53

55.8

-0.09

-14.40

-54.13

-0.09

-4.98

56.5

-0.13

-21.83

-52.63

-0.13

-7.40

55.5

-0.16

-28.46

-48.56

-0.16

-9.40

54

-0.19

-34.31

-43.11

-0.20

-10.97

48

-0.22

-36.02

-33.60

-0.22

-11.09

42.5

-0.24

-36.27

-24.59

-0.24

-10.70

35

-0.25

-32.85

-15.20

-0.25

-9.27

22.5

-0.25

-22.5

-6.05

-0.26

-6.05

7.5

-0.25

-7.73

-0.65

-0.25

-1.98

-7

-0.24

7.18

-0.73

-0.24

1.76
Trang 25