Đồ án thiết kế Động cơ đốt trong - Nguyễn Văn Tường
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.69 MB, 67 trang )
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
PHẦN I
XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC
ĐỘNG CƠ D1 V40415
1. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG:
1.1 Các thông số cho trước:
Bảng 11: Bảng các thông số cho trước
Thông số kỹ thuật
Nhiên liệu
Số xilanh/ Số kỳ/ Cách bố
trí
Thứ tự làm việc
Tỷ số nén
Đường kính x Hành trình
piston (mm x mm)
Công suất cực đại / Số
vòng quay (kW/(vg/ph))
Tham số kết cấu
Áp suất cực đại
(MN/m2)
Khối lượng nhóm piston
(kg)
Khối lượng nhóm thanh
truyền (kg)
Góc phun sớm
(độ)
Góc phân phối khí
(độ)
Ký hiệu
i/ τ/
Giá trị
Diesel
4/ 4/ Inline
ε
D x S
1342
17.4
75.0 x 77.0
Ne / n
64.7 / 3890
λ
pz
0.25
6.2
mpt
0.6
mtt
0.8
φs
14
α 1
α 2
α 3
α 4
12
53
42
13
Hệ thống nhiên liệu
Hệ thống bôi trơn
Hệ thống làm mát
Hệ thống nạp
Hệ thống phân phối khí
SVTH: Nguyễn Văn Tường
Bosch PE inline pump
Cưỡng bức cácte ướt
Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng
Không tăng áp
8 Valve, SOHC
Trang 2
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
1.2 Các thông số chọn:
Xác định tốc độ trung bình của động cơ:
[m/s]
Vì [m/s] nên động cơ đang khảo sát là động cơ cao tốc.
Bảng 12 : Bảng thông số chọn
Thông số
Đơn vị Khoảng giá trị
Áp suất khí nạp pk
Chỉ số nén đa biến trung bình
n1
Chỉ số nén giãn nở đa biến
biến trung bình n2
Áp suất cuối quá trình nạp
Tỉ số giãn nở sớm ρ
Áp suất khí thải
Áp suất khí sót
MN/m2
Tài liệu
tham
khảo
[1]
[1]
[1]
MN/m2
[1]
[1]
[1]
[1]
MN/m2
MN/m2
Từ các thông số đã chọn, ta tính toán được các thông số sau:
+ Áp suất cuối kì nén:
[MN/m2]
+ Áp suất cuối kì giãn nở:
[MN/m2]
+ Thể tích công tác:
[dm3]
+ Thể tích buồng cháy:
[dm3]
SVTH: Nguyễn Văn Tường
Giá trị
chọn
Trang 3
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
+ Thể tích toàn phần:
[dm3]
1.3 Vẽ đồ thị công:
Để vẽ đồ thị công, ta cần xác định đường nén và đường giãn nở.
1.3.1 Xây dựng đường nén:
Gọi Vnx và pnx là thể tích và áp suất của không khí biến thiên theo quá trình nén của
động cơ. Vì quá trình nén là quá trình đa biến, nên:
Đặt , ta có:
1.3.2 Xây dựng đường giãn nở:
Gọi Vgnx và pgnx là thể tích và áp suất của khí cháy biến thiên theo quá trình giãn nở của
động cơ. Vì quá trình giãn nở là quá trình đa biến, nên:
Mà
Đặt
1.3.3 Lập bảng xác định các điểm trên đường nén và đường giãn nở:
Cho i tăng từ 1, ρ, 2, 3, …, ε ; từ đó ta xác định được các điểm trên đường nén và
đường giãn nở.
+ Biểu diễn thể tích buồng cháy: [mm]
Chọn [mm]
[dm3/mm]
=>Giá trị biểu diễn của thể tích công tác: [mm]
+ Biểu diễn áp suất cực đại: [mm]
Chọn [mm] [MN/(m2.mm)]
SVTH: Nguyễn Văn Tường
Trang 4
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
+Về giá trị biểu diễn, ta có đường kính của vòng tròn Brick AB bằng giá trị biểu diễn
của Vh. Nghĩa là giá trị biểu diễn của AB = Vhbd = 164,35 [mm]
[m/mm]
+ Giá trị biểu diễn của OO’: [mm]
Bảng 13: Bảng giá trị các điểm trên đường nén và đường giãn nở
Đườn
g nén
V
Đường giãn nở
i
1Vc
1
1.00
1.00
4.51
145.35
1.00
1.39
8.63
ρVc
1.3
1.43
0.70
3.15
101.47
1.39
1.00
6.20
2Vc
3Vc
4Vc
5Vc
6Vc
7Vc
8Vc
9Vc
10Vc
11Vc
12Vc
13Vc
14Vc
15Vc
16Vc
17Vc
17.4Vc
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
17.4
2.58
4.50
6.68
9.07
11.64
14.38
17.27
20.29
23.44
26.71
30.09
33.58
37.17
40.85
44.63
48.50
50.07
0.39
0.22
0.15
0.11
0.09
0.07
0.06
0.05
0.04
0.04
0.03
0.03
0.03
0.02
0.02
0.02
0.02
1.74
1.00
0.67
0.50
0.39
0.31
0.26
0.22
0.19
0.17
0.15
0.13
0.12
0.11
0.10
0.09
0.09
56.24
32.27
21.76
16.03
12.48
10.11
8.42
7.16
6.20
5.44
4.83
4.33
3.91
3.56
3.26
3.00
2.90
2.39
3.99
5.74
7.60
9.56
11.61
13.74
15.93
18.20
20.52
22.90
25.33
27.80
30.33
32.90
35.51
36.57
0.58
0.35
0.24
0.18
0.15
0.12
0.10
0.09
0.08
0.07
0.06
0.05
0.05
0.05
0.04
0.04
0.04
3.60
2.16
1.50
1.14
0.90
0.74
0.63
0.54
0.47
0.42
0.38
0.34
0.31
0.28
0.26
0.24
0.24
1.3.4 Xác định các điểm đặc biệt:
Dựng hệ trục tọa độ pV theo tỷ lệ xích:
[dm3/mm]
SVTH: Nguyễn Văn Tường
Trang 5
278.3
5
200.0
0
116.2
3
69.73
48.53
36.64
29.12
23.98
20.26
17.47
15.30
13.57
12.16
10.99
10.01
9.18
8.46
7.84
7.61
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
[MN/(m2.mm)]
Dựng vòng tròn đồ thị Brick với đường kính AB=164,35 [mm].
Dựng đường nén và đường giãn nở của đồ thị công dựa vào bảng 13 và các điểm đặc
biệt sau:
+ Điểm phun sớm: c’ xác định từ Brick ứng với góc phun sớm φs
+ Điểm cuối đường nén không cháy: hay
+ Điểm bắt đầu quá trình nạp: hay
+ Điểm mở sớm của xupap nạp: r’ xác định từ Brick ứng với α1
+ Điểm đóng muộn xupap thải: r’’ xác định từ Brick ứng với α4
+ Điểm đóng muộn của xupap nạp: a’ xác định từ Brick ứng với α2
+ Điểm mở sớm của xupap thải: b’ xác định từ Brick ứng với α3
+ Điểm hay
+ Điểm áp suất cực đại lý thuyết: hay
+Điểm áp suất cực đại thực tế: hay
+ Điểm cuối quá trình nén ứng với đường nén cháy: c’’ sao cho
+ Điểm cuối quá trình cháy thực tế: b’’ sao cho
Ta có đồ thị công hoàn chỉnh như sau:
SVTH: Nguyễn Văn Tường
Trang 6
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
O
0
a4
fs
18
2
z''
y z
17
a3
1
p[MN/m 2]
6.2
O'
a1
a2
16
15
3
14
4
13
12
5
c''
11
6
7
8
4.65
9
10
c
3.1
c'
p=f(V)
1.55
b'
po
0
r'
r''
1Vc 2Vc
r
a'
4Vc
6Vc
8Vc
10Vc
12Vc
14Vc
Hình 1: Đồ thị công động cơ D1 V40415
2. Xây dựng đồ thị động học và động lực học:
2.1 Xây dựng đồ thị động học:
SVTH: Nguyễn Văn Tường
Trang 7
16Vc
b
b''
a
V[dm3]
17.4Vc
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
2.1.1 Xây dựng đồ thị chuyển vị S=f(α)
A
x
B
C
a
0
180o a
90o
M
R?/2
S=2R
a
O
x=f( a)
O'
D
S
Hình 21: Xây dựng đồ thị chuyển vị bằng phương pháp Brick
+ Vẽ vòng tròn tâm O, bán kính R=38,5 [mm]. Do đó, đoạn AD=2R=77 [mm]. Điểm A
ứng với góc quay (vị trí điểm chết trên) và điểm D ứng với khi (vị trí điểm chết dưới).
+ Từ O, lấy điểm O’ trên đoạn AD dịch về phía D sao cho [mm].
+ Tư O, ve OB
̀
̃
ưng v
́ ơi cac goc 10
́ ́ ́ 0, 200, 300....1800.
+Từ O’ kẻ đoạn thẳng O’M song song với đường tâm má khuỷu OB. Tại M, hạ
đường thẳng vuông góc với AD, cắt AD ở C. Theo đồ thị Brick, đoạn AC = x . Điều
này có thể chứng minh như sau:
Ta có:
Coi:
+ Cứ như thê t
́ ừ 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.
SVTH: Nguyễn Văn Tường
Trang 8
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
+ 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 này với nhau, ta có đồ thị chuyển vị S = f(α), biểu diễn hành trình
của piston theo góc quay trục khuỷu như sau:
a[ 0 ]
200
190
S=f(a)
180
170
160
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
100
50
150
165
S[mm]
Hình 22: Đồ thị chuyển vị S=f(α)
2.1.2 Xây dựng đồ thị vận tốc v=f(α)
+ Chọn tỷ lệ xích: [m/(s.mm)]
+ Vẽ vòng tròn tâm O, bán kính: [mm]
Vòng tròn tâm O đồng tâm với nửa vòng tròn có bán kính: [mm]
+ Chia đều nửa vòng tròn bán kính R1 thành 18 phần bằng nhau, đánh số thứ tự 0, 1, 2,
…, 18.
SVTH: Nguyễn Văn Tường
Trang 9
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
+ Chia đều vòng tròn bán kính R2 thành 18 phần bằng nhau, đánh số thứ tự 0’, 1’, 2’,
…, 18’ theo chiều ngược lại so với chiều đánh số trên nửa vòng tròn bán kính R1.
+ Trên nửa vòng tròn bán kính R1, gọi AB là đường kính. Từ các điểm 0, 1, 2,…, 18, ta
kẻ các đường thẳng vuông góc với AB, các đường này lần lượt cắt các đường thẳng
kẻ từ các điểm 0’, 1’, 2’,…, 18’ song song với AB.
Gọi giao điểm của các đường kẻ từ 1 và 1’ là a; giao điểm của các đường kẻ từ 2 và
2’ là b; giao điểm của các đường kẻ từ 3 và 3’ là c…
+ Nối các điểm 0, a, b, c … bằng các đường cong, ta được đường biểu diễn giá trị vận
tốc của piston tại các vị trí góc quay trục khuỷu khác nhau v=f(α) như sau:
v=f(a)
a
d
b c
e
f
g
A
0
h 1'
2'
0
3'
4' 5' 6'
i
7'
8'
9'
j
10'
17'
11'
16'
15' 14' 13' 12'
1
k
l
m n o
B
q
p 18
17
16
2
15
3
4
14
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Hình 23: Đồ thị vận tốc v=f(α)
Để khảo sát mối quan hệ giữa hành trình piston và vận tốc của piston, ta đặt đồ
thị của chúng lên cùng hệ trục toạ độ.
SVTH: Nguyễn Văn Tường
Trang 10
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
+ Trên đồ thị chuyển vị S = f(α), thay trục tung Oα biểu diễn góc quay trục khuỷu
thành trục Ov, biểu thị giá trị vận tốc piston, còn trục hoành OS vẫn biểu diễn hành
trình của piston.
Từ các điểm 00, 100, 200,...,1800 trên đồ thị Brick, ta gióng các đường thẳng góc
với trục OS, cắt trục này tại các điểm 0, 1, 2,...,18 tương ứng. Từ các điểm này ta đặt
các đoạn tương ứng từ đồ thị vận tốc v=f(α), sau đó, nối các điểm của đầu còn lại
của các đoạn này, ta có đường biểu diễn v = f(S).
a[d?]
v=f(S)
01 2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14 15 16 17 18
S[mm]
Hình 24: Đồ thị v=f(S)
2.1.3 Xây dựng đồ thị gia tốc j=f(x)
Giải gia tốc của piston bằng phương pháp đồ thị, người ta thường dung phương pháp
Tô
Lê. Cách tiến hành cụ thể như sau:
+ Ta có: [m/s2]
SVTH: Nguyễn Văn Tường
Trang 11
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
Chọn giá trị biểu diễn của Jmax là: [mm]
[m/(s2.mm)]
[m/s2]
[mm]
+ Lấy đoạn thẳng AB=S=2R. Từ A, dựng đoạn thẳng AC vuông góc với AB, sao cho:
AC = Jmaxbd. Từ B, dựng đoạn BD vuông góc với AB, sao cho: BD = Jminbd . Nối CD,
đoạn này cắt AB tại E.
+Từ E, dựng đoạn EF vuông góc với AB sao cho: [m/(s2.mm)]
[mm]
+ Nối CF và DF. Chia đoạn CF thành 5 đoạn bằng nhau, đánh số thứ tự là C, 1, 2, 3, 4,
F. Chia đoạn DF thành 5 đoạn bằng nhau, đánh số thứ tự là F, 1’, 2’, 3’, 4’, D.
Nối 11’, 22’, 33’, 44’ với nhau, ta được đường bao của các đoạn này chính là đường
biểu diễn mối quan hệ của hàm sô: j=f(x). Cụ thể như sau:
C
j=f(x)
Jmax
1
2
A
E
3
B
Jmin
4
F
1'
2'
3'
Hình 25: Đồ thị gia tốc j=f(x)
2.2 Xây dựng đồ thị động lực học:
SVTH: Nguyễn Văn Tường
Trang 12
4'
D
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
2.2.1 Xây dựng đồ thị lực quán tính Pj
Trươc tiên ta thây l
́
́ ực quan tinh
́ ́ Pj = m j Pj = m j. Do đó, thay vì vẽ P j , ta vẽ
Pj lấy trục hoành đi qua po của đồ thị công vì đồ thị Pj là đồ thị j = f(x) có tỷ lệ xích
khác mà thôi. Vi vây ta co thê ap dung ph
̀ ̣
́ ̉ ́ ̣
ương phap Tôlê đê ve đô thi
́
̉ ̃ ̀ ̣ Pj=f(x).
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.
Ta có: Với động cơ ôtô, máy kéo thì:
Trong đó: m _ khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến
mnpt _ khối lượng nhóm Piston
mtt _ khối lượng nhóm thanh truyền
m’1 _ khối lượng nhóm thanh truyền quy về đầu nhỏ
m’2 _ khối lượng nhóm thanh truyền quy về đầu to
Chọn:
[kg]
[kg]
[kg/m2]
+ Chọn tỷ lệ xích của đồ thị Pj là: [MN/(m2.mm)]
+ Lấy trục po làm trục hoành cho đồ thị Pj
Ta có: [N/m2]
[mm]
[N/m2]
[mm]
[N/m2]
[mm]
SVTH: Nguyễn Văn Tường
Trang 13
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
O
0
O'
a1
a4
fs
18
p[MN/m ]
17
a3
1
2
a2
16
2
15
6.2
3
14
4
13
12
5
11
6
7
8
4.65
10
9
3.1
p=f(V)
1.55
C
Pj=f(x)
P jmax
1
2
po
1Vc 2Vc
E
3
4Vc
6Vc
8Vc
12Vc
10Vc
B V[dm3]
a'
16Vc
14Vc
17.4Vc
4
F
1'
2'
3'
4'
PJmin
0
A
D
Hình 26: Đồ thị Pj=f(x)
2.2.2 Xây dựng đồ thị Pkt, Pj và P1
2.2.2.1 Đồ thị khai triển Pktα
+ Đồ thị Pkt được vẽ bằng cách khai triển p theo từ đồ thị công trong 1 chu trình
của động cơ ( =0,10,20,...,720o). Nếu trục hoành của đồ thị khai triển nằm bằng với
trục hoành của đồ thị công thì ta được p , để được pkt ta đặt trục hoành của đồ
thị mới ngang với trục p0 ở đồ thị công . Làm như vậy bởi vì áp suất khí thể : p kt = p
p0 .
SVTH: Nguyễn Văn Tường
Trang 14
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
+ Cách khai triển là dựa vào đồ thị Brick và đồ thị công để xác định điểm có áp suất
theo giá trị cho trước.
o
o'
P
P
Pkt
P0
0
V
0
Hình 27: Cách khai triển pkt
2.2.2.2 Đồ thị Pjα
+ Cách vẽ giống cách khai triển đồ thị công, nhưng giá trị của điểm tìm được ứng với
chọn trước lai được lấy đối xứng qua trục O , bởi vì đồ thị trên cùng trục tọa độ
với đồ thị công là đồ thị Pj .
+ Sở dĩ khai triển như vậy, bởi vì trên cùng trục toạ độ với đồ thị công nhưng Pj được
vẽ trên trục có áp suất p0
2.2.2.3 Đồ thị P1α
+ P1 được xác định : P1 = pkt + Pj
+ Do đó P1 đựoc vẽ bằng phương pháp cộng đồ thị.
+ Để có thể tiến hành cộng đồ thị thì P1 , pkt và Pj phải cùng thứ nguyên và cùng tỷ lệ
xích.
Chọn tỷ lệ xích cho 3 đồ thị này là [MN/(m2.mm)]
Ta có bảng số liệu các giá trị P1 như sau:
Bảng 21: Bảng giá trị đồ thị pkt, Pj và P1
α[độ
]
α
[rad]
Pkt
0
0.00
0.6
10
0.17
0.2
Pj
48.98
47.80
SVTH: Nguyễn Văn Tường
P1
α[độ
]
α
[rad]
Pkt
Pj
P1
α[độ
]
α
[rad]
Pkt
Pj
P1
48.38
250
4.36
1.9
20.91
22.81
490
8.55
6
26.89
32.89
48.00
260
4.54
2.1
16.01
18.11
500
8.73
5.3
28.32
33.62
Trang 15
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
20
0.35
0.4
30
0.52
0.5
40
0.70
0.6
50
0.87
0.6
60
1.05
0.6
44.33
38.83
31.72
23.49
14.69
70
1.22
0.6
80
1.40
90
44.73
270
4.71
3.4
9.80
13.20
510
8.90
4.9
29.04
33.94
39.33
280
4.89
4.3
2.40
6.70
520
9.08
3.9
29.32
33.22
32.32
290
5.06
6.6
0.70
530
9.25
3
29.38
32.38
24.09
300
5.24
10.9
3.79
540
9.42
2.3
29.39
31.69
15.29
310
5.41
15.6
7.89
550
9.60
1.7
29.38
31.08
5.90
6.50
320
5.59
24.6
7.12
560
9.77
0.9
29.32
30.22
0.6
2.40
1.80
330
5.76
42.1
3.27
570
9.95
0.8
29.04
29.84
1.57
0.6
9.80
9.20
340
5.93
71.1
26.77
580
10.12
0.7
28.32
29.02
100
1.75
0.6
16.01
15.41
350
6.11
129.1
81.30
590
10.30
0.7
26.89
27.59
110
1.92
0.6
20.91
20.31
360
6.28
160.1
111.12
600
10.47
0.7
24.49
25.19
120
2.09
0.6
24.49
23.89
370
6.46
197.1
149.30
610
10.65
0.6
20.91
21.51
130
2.27
0.5
26.89
26.39
380
6.63
140.1
95.77
620
10.82
0.6
16.01
16.61
140
2.44
0.5
28.32
27.82
390
6.81
94.1
55.27
630
11.00
0.6
9.80
10.40
150
2.62
0.5
29.04
28.54
400
6.98
58.1
26.38
640
11.17
0.6
2.40
3.00
160
2.79
0.5
29.32
28.82
410
7.16
38.6
15.11
650
11.34
0.6
170
2.97
0.5
29.38
28.88
420
7.33
27.4
5.90
14.69
23.49
31.72
38.83
44.3
3
47.80
48.98
47.80
44.3
3
38.83
31.72
23.49
14.69
12.71
660
11.52
0.6
180
3.14
0.5
29.39
28.89
430
7.50
19.9
5.90
14.00
670
11.69
0.6
5.30
14.09
22.89
190
3.32
0.5
29.38
28.88
440
7.68
15.1
2.40
17.50
680
11.87
0.6
200
3.49
0.3
29.32
29.02
450
7.85
11.8
9.80
21.60
690
12.04
0.6
210
3.67
0.2
29.04
28.84
460
8.03
9.5
16.01
25.51
700
12.22
0.6
220
3.84
0.1
28.32
28.22
470
8.20
8
20.91
28.91
710
12.39
0.6
230
4.01
0.5
26.89
27.39
480
8.38
6.9
24.49
31.39
720
12.57
0.6
5.90
14.69
23.49
31.72
38.83
44.33
47.80
48.98
Từ bảng số liệu, ta vẽ được đồ thị khai triển pkt, Pj , P1 như sau:
SVTH: Nguyễn Văn Tường
Trang 16
31.12
38.23
43.73
47.20
48.38
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
pkt, p j, p1[MN/m2]
50
pkt
50
P1
50
50
a[ o ]
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
720
Pj
Hình 28: Đồ thị khai triển pkt , Pj và P1
2.2.3 Xây dựng đồ thị T, Z, Nα
Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền:
+ Lực tác dụng trên chốt piston P1 là hợp lực của lực quán tính và lực khí thể . Nó tác
dụng lên chốt Piston và đẩy thanh truyền: P1 = Pkt + Pj
+ Phân tích P1 ra làm hai thành phần lực:
Ptt _ lực tác dụng trên đường tâm thanh truyền.
N _ tác dụng trên phương thẳng góc với đường tâm xylanh.
+ Từ quan hệ lượng giác,ta có thể xác định được trị số của Ptt và N :
+ Phân tích Ptt làm hai thành phần lực : lực tiếp truyến T và lực pháp tuyến Z :
Trong đó: sin = sin
SVTH: Nguyễn Văn Tường
= arcsin( sin )
Trang 17
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
Pkt
N
Ptt
A
P1
PR0
Z
R
Ptt
T
Hình 29: Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền
Ta có bảng giá trị các thành phần lực T, Z, N theo α như sau:
Bảng 22: Bảng giá trị các lực T, Z và N theo α
α[độ]
α [rad]
β[rad]
P1
T
Tbd
Z
Zbd
N
Nbd
0
0.00
0.00
48.38
0.00
0.00
1.50
48.38
0.00
0.00
10
0.17
0.04
48.00
0.32
10.39
1.45
46.90
0.06
2.09
20
0.35
0.09
44.73
0.59
18.90
1.26
40.72
0.12
3.84
30
0.52
0.13
39.33
0.74
23.96
0.98
31.59
0.15
4.96
40
0.70
0.16
32.32
0.77
24.81
0.66
21.38
0.16
5.26
50
0.87
0.19
24.09
0.67
21.47
0.37
11.88
0.15
4.70
60
1.05
0.22
15.29
0.46
14.94
0.15
4.71
0.11
3.39
70
1.22
0.24
6.50
0.21
6.64
0.02
0.75
0.05
1.57
SVTH: Nguyễn Văn Tường
Trang 18
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
80
1.40
0.25
1.80
0.06
1.85
0.00
0.14
0.01
0.46
90
1.57
0.25
9.20
0.29
9.20
0.07
2.37
0.07
2.37
100
1.75
0.25
15.41
0.45
14.50
0.20
6.53
0.12
3.91
110
1.92
0.24
20.31
0.54
17.40
0.36
11.56
0.15
4.91
120
2.09
0.22
23.89
0.56
18.04
0.51
16.53
0.16
5.30
130
2.27
0.19
26.39
0.52
16.91
0.65
20.91
0.16
5.15
140
2.44
0.16
27.82
0.45
14.41
0.75
24.22
0.14
4.53
150
2.62
0.13
28.54
0.35
11.16
0.82
26.51
0.11
3.60
160
2.79
0.09
28.82
0.23
7.53
0.87
27.93
0.08
2.47
170
2.97
0.04
28.88
0.12
3.78
0.89
28.66
0.04
1.26
180
3.14
0.00
28.89
0.00
0.00
0.90
28.89
0.00
0.00
190
3.32
0.04
28.88
0.12
3.78
0.89
28.66
0.04
1.26
200
3.49
0.09
29.02
0.24
7.58
0.87
28.12
0.08
2.49
210
3.67
0.13
28.84
0.35
11.27
0.83
26.79
0.11
3.63
220
3.84
0.16
28.22
0.45
14.62
0.76
24.57
0.14
4.59
230
4.01
0.19
27.39
0.54
17.55
0.67
21.70
0.17
5.34
240
4.19
0.22
25.89
0.61
19.55
0.56
17.92
0.18
5.74
250
4.36
0.24
22.81
0.61
19.55
0.40
12.98
0.17
5.51
260
4.54
0.25
18.11
0.53
17.04
0.24
7.68
0.14
4.60
270
4.71
0.25
13.20
0.41
13.20
0.11
3.41
0.11
3.41
280
4.89
0.25
6.70
0.21
6.89
0.02
0.51
0.05
1.70
290
5.06
0.24
0.70
0.02
0.72
0.00
0.08
0.01
0.17
300
5.24
0.22
3.79
0.11
3.71
0.04
1.17
0.03
0.84
310
5.41
0.19
7.89
0.22
7.03
0.12
3.89
0.05
1.54
320
5.59
0.16
7.12
0.17
5.46
0.15
4.71
0.04
1.16
330
5.76
0.13
3.27
0.06
1.99
0.08
2.62
0.01
0.41
340
5.93
0.09
26.77
0.35
11.32
0.76
24.37
0.07
2.30
350
6.11
0.04
81.30
0.55
17.60
2.46
79.46
0.11
3.53
360
6.28
0.00
111.12
0.00
0.00
3.44
111.12
0.00
0.00
370
6.46
0.04
149.30
1.00
32.32
4.52
145.91
0.20
6.49
380
6.63
0.09
95.77
1.25
40.48
2.70
87.19
0.25
8.22
390
6.81
0.13
55.27
1.04
33.66
1.38
44.38
0.22
6.96
400
6.98
0.16
26.38
0.63
20.25
0.54
17.45
0.13
4.30
410
7.16
0.19
15.11
0.42
13.47
0.23
7.46
0.09
2.95
420
7.33
0.22
12.71
0.38
12.41
0.12
3.91
0.09
2.82
430
7.50
0.24
14.00
0.44
14.32
0.05
1.61
0.10
3.38
440
7.68
0.25
17.50
0.56
18.01
0.04
1.34
0.14
4.45
450
7.85
0.25
21.60
0.67
21.60
0.17
5.58
0.17
5.58
SVTH: Nguyễn Văn Tường
Trang 19
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
460
8.03
0.25
25.51
0.74
24.00
0.34
10.81
0.20
6.48
470
8.20
0.24
28.91
0.77
24.77
0.51
16.45
0.22
6.99
480
8.38
0.22
31.39
0.73
23.70
0.67
21.72
0.22
6.96
490
8.55
0.19
32.89
0.65
21.07
0.81
26.06
0.20
6.42
500
8.73
0.16
33.62
0.54
17.42
0.91
29.27
0.17
5.47
510
8.90
0.13
33.94
0.41
13.27
0.98
31.53
0.13
4.28
520
9.08
0.09
33.22
0.27
8.68
1.00
32.19
0.09
2.85
530
9.25
0.04
32.38
0.13
4.24
1.00
32.14
0.04
1.41
540
9.42
0.00
31.69
0.00
0.00
0.98
31.69
0.00
0.00
550
9.60
0.04
31.08
0.13
4.07
0.96
30.85
0.04
1.35
560
9.77
0.09
30.22
0.24
7.90
0.91
29.28
0.08
2.59
570
9.95
0.13
29.84
0.36
11.66
0.86
27.72
0.12
3.76
580
10.12
0.16
29.02
0.47
15.03
0.78
25.27
0.15
4.72
590
10.30
0.19
27.59
0.55
17.67
0.68
21.86
0.17
5.38
600
10.47
0.22
25.19
0.59
19.02
0.54
17.43
0.17
5.59
610
10.65
0.24
21.51
0.57
18.43
0.38
12.24
0.16
5.20
620
10.82
0.25
16.61
0.48
15.63
0.22
7.04
0.13
4.22
630
11.00
0.25
10.40
0.32
10.40
0.08
2.68
0.08
2.68
640
11.17
0.25
3.00
0.10
3.09
0.01
0.23
0.02
0.76
650
11.34
0.24
5.30
0.17
5.42
0.02
0.61
0.04
1.28
660
11.52
0.22
14.09
0.43
13.77
0.13
4.34
0.10
3.13
670
11.69
0.19
22.89
0.63
20.40
0.35
11.29
0.14
4.47
680
11.87
0.16
31.12
0.74
23.88
0.64
20.58
0.16
5.07
690
12.04
0.13
38.23
0.72
23.29
0.95
30.70
0.15
4.82
700
12.22
0.09
43.73
0.57
18.48
1.23
39.81
0.12
3.75
710
12.39
0.04
47.20
0.32
10.22
1.43
46.12
0.06
2.05
720
12.57
0.00
48.38
0.00
0.00
1.50
48.38
0.00
0.00
Từ bảng số liệu, ta có đồ thị T, Z, Nα như sau:
Hình 210: Đồ thị T, Z, Nα
2.2.4 Xây dựng đồ thị ΣTα
Để vẽ đồ thị ΣTα ta thực hiện theo những bước sau:
SVTH: Nguyễn Văn Tường
Trang 20
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
+ Lập bảng xác định góc ứng với góc lệch các khuỷu theo thứ tự làm việc.
+ Góc lệch công tác:
+ Thứ tự làm việc của động cơ là: 1342
+ Sau khi lập bảng xác định góc ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc. Lấy tỉ lệ
xích [MN/(m2.mm)] và lập được bảng tính . Trị số của ta đã tính, căn cứ vào đó tra
bảng các giá trị đã tịnh tiến theo α . Cộng tất cả các giá trị của ta có ΣT. Với giá trị
ΣT được tính theo μΣT, ta có bảng giá trị sau:
Bảng 23: Bảng giá trị ΣT
α1[độ]
T1 [mm]
α2[độ]
T2 [mm]
α3[độ]
T3 [mm]
α4[độ]
T4 [mm]
ΣT [mm]
0
0.00
180
0.00
540
0.00
360
0.00
0.00
10
10.39
190
3.78
550
4.07
370
32.32
14.08
20
18.90
200
7.58
560
7.90
380
40.48
6.09
30
23.96
210
11.27
570
11.66
390
33.66
13.23
40
24.81
220
14.62
580
15.03
400
20.25
34.21
50
21.47
230
17.55
590
17.67
410
13.47
43.22
60
14.94
240
19.55
600
19.02
420
12.41
41.10
70
6.64
250
19.55
610
18.43
430
14.32
30.31
80
1.85
260
17.04
620
15.63
440
18.01
12.80
90
9.20
270
13.20
630
10.40
450
21.60
7.20
100
14.50
280
6.89
640
3.09
460
24.00
28.51
110
17.40
290
0.72
650
5.42
470
24.77
46.88
120
18.04
300
3.71
660
13.77
480
23.70
59.22
130
16.91
310
7.03
670
20.40
490
21.07
65.41
140
14.41
320
5.46
680
23.88
500
17.42
61.18
150
11.16
330
1.99
690
23.29
510
13.27
45.72
160
7.53
340
11.32
700
18.48
520
8.68
23.38
170
3.78
350
17.60
710
10.22
530
4.24
0.64
180
0.00
360
0.00
720
0.00
540
0.00
0.00
Từ bảng, ta có đồ thị ΣTα như sau:
SVTH: Nguyễn Văn Tường
Trang 21
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
ST[MN/m2]
2,17
1,55
0,62
STtb
0
a[ o ]
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
720
1,55
Hình 211: Đồ thị ΣTα
2.2.5 Xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu:
Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốt
khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu. Sau khi có đồ thị này, ta tìm được trị số trung bình
của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, cũng có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất và bé
nhất, dùng đồ thị phụ tải có thể xác định được khu vực chịu tải ít nhất để xác định vị
trí lỗ khoan dẫn dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền ổ trục.
Các bước tiến hành vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu được tiến hành như
sau:
+ Vẽ hệ trục toạ độ TO’Z trong đó trục hoành O’T có chiều dương từ tâm O’ về phía
phải, còn trục tung O’Z có chiều dương hướng xuống dưới.
+ Chọn tỉ lệ xích: [MN/(m2.mm)]
+ Dựa vào bảng giá trị , , ta có được toạ độ các điểm ứng với các góc α = 10 0 ; 200…
7200. Cứ tuần tự như vậy ta xác định được các điểm từ cho đến .
+ Nối các điểm đã xác định trên hệ trục toạ độ bằng một đường cong thích hợp, ta có
đồ thị biểu diễn phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.
SVTH: Nguyễn Văn Tường
Trang 22
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
Hình 212: Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu
+ Tính lực quán tính của khối lượng chuyển động quay của thanh truyền (tính trên đơn
vị diện tích của piston).
Từ công thức:
Với: m2 _khối lượng của thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu, ứng với một đơn
vị diện tích đỉnh piston.
Ta có khối lượng thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu là:
[kg]
=>
Vậy: [N/m2]
[MN/m2]
+Từ gốc tọa độ O’ của đồ thị, lấy điểm O trên chiều dương của O’Z , sao cho:
[mm]
=> O là tâm chốt khuỷu, từ tâm chốt khuỷu, ta kẻ đường tròn tượng trưng cho
chốt khuỷu, giá trị của lực tác dụng lên chốt khuỷu là vectơ có gốc O và ngọn là một
điểm bất kỳ nằm trên đường biểu diễn đồ thị phụ tải.
2.2.6 Xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền
Để vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền, ta thực hiện theo các bước
như sau:
SVTH: Nguyễn Văn Tường
Trang 23
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
+ Vẽ tượng trưng đầu to thanh truyền lên tờ giấy bóng, đầu nhỏ hướng xuống, tâm
của đầu to là O, trục tung OZ’ trùng với đường tâm thanh truyền và hướng xuống
dưới, trục hoành OT’ hướng sang phải.
+ Vẽ một vòng tròn bất kì tâm O. Giao điểm của trục tung OZ’ với vòng tròn tâm O tại
điểm 0o.
+ Lấy điểm 0 ứng với điểm 0o đó, sau đó, chia tiếp trên vòng tròn tâm O các điểm từ 1,
2, 3, …36 theo chiều quay trục khuỷu (cùng chiều kim đồng hồ) và lần lượt tương
ứng với các góc ; ; ... ;
Từ giá trị góc β tính theo α ở phần trước ta có bảng xác định các góc như sau:
Bảng 24: Bảng xác định giá trị các góc α+β
α[độ]
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
β[độ]
0.00
2.49
4.9
7.2
9.2
11.0
12.5
13.6
14.3
14.5
14.3
13.6
12.5
11.0
9.2
7.2
4.9
2.5
0.0
2.5
4.9
7.2
9.2
11.0
α+β[độ]
0.00
12.49
24.9
37.2
49.2
61.0
72.5
83.6
94.3
104.5
114.3
123.6
132.5
141.0
149.2
157.2
164.9
172.5
180.0
187.5
195.1
202.8
210.8
219.0
SVTH: Nguyễn Văn Tường
α[độ]
240
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360
370
380
390
400
410
420
430
440
450
460
470
β[độ]
12.5
13.6
14.3
14.5
14.3
13.6
12.5
11.0
9.2
7.2
4.9
2.5
0.0
2.5
4.9
7.2
9.2
11.0
12.5
13.6
14.3
14.5
14.3
13.6
α+β[độ]
227.5
236.4
245.7
255.5
265.7
276.4
287.5
299.0
310.8
322.8
335.1
347.5
360.0
372.5
384.9
397.2
409.2
421.0
432.5
443.6
454.3
464.5
474.3
483.6
Trang 24
α[độ]
480
490
500
510
520
530
540
550
560
570
580
590
600
610
620
630
640
650
660
670
680
690
700
710
β[độ]
12.5
11.0
9.2
7.2
4.9
2.5
0.0
2.5
4.9
7.2
9.2
11.0
12.5
13.6
14.3
14.5
14.3
13.6
12.5
11.0
9.2
7.2
4.9
2.5
α+β[độ]
492.5
501.0
509.2
517.2
524.9
532.5
540.0
547.5
555.1
562.8
570.8
579.0
587.5
596.4
605.7
615.5
625.7
636.4
647.5
659.0
670.8
682.8
695.1
707.5
Đồ án thiết kế động cơ đốt trong
+ Đem tờ giấy bóng đặt chồng lên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, sao cho tâm
O trên tờ giấy bóng trùng với tâm O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, đường
tâm thanh truyền O’Z trùng với trục OZ’ của đồ thị. Lần lượt xoay tờ giấy bóng sao
cho các điểm 0; 1; 2; 3; …; 36 trùng với trục O’Z về phần dương (xoay tờ giấy bóng
theo chiều ngược chiều kim đồng hồ), đồng thời đánh dấu các điểm mút của véc tơ , ,
,, của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu trên tờ giấy bóng bằng các điểm
0;10;20...Vì đây là động cơ 4 kỳ nên ta quay thêm một vòng nũa, tức là đến điểm ...720.
+ Nối các điểm lại bằng một đường cong thích hợp cho ta đồ thị phụ tải tác dụng lên
đầu to thanh truyền. Cụ thể như sau:
SVTH: Nguyễn Văn Tường
Trang 25
