Bài giảng kết cấu và tính toán động cơ đốt trong chương 1 HV kỹ thuật quân sự

KHOA ĐỘNG LỰC
BỘ MÔN ĐỘNG CƠ

BÀI GIẢNG
KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG
CƠ ĐỐT TRONG
Thời gian: 60 tiết (3 tín chỉ)
Dùng cho lớp: VB2 XQS3


NỘI DUNG
Chương 1. Động học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền (CCKTTT)
Chương 2. Động lực học CCKTTT
Chương 3. Cân bằng và dao động xoắn của động cơ
Chương 4. Các chế độ làm việc và phương pháp tính sức bền các chi tiết
Chương 5. Nhóm chi tiết cố định
Chương 6. Nhóm pít tông
Chương 7. Nhóm thanh truyền
Chương 8. Trục khuỷu và Bánh đà
Chương 9. Cơ cấu phối khí (CCPK)
Chương 10. Các hệ thống trên động cơ
- Hệ thống bôi trơn
- Hệ thống làm mát
- Hệ thống sấy nóng và khởi động


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Kết cấu và Tính toán động cơ đốt trong (tập 1, 2); Lại Văn Đinh- Vy Hữu Thành, NXB
Học viện KTQS, 1996 - 2003.
2. Kết cấu và Tính toán động cơ đốt trong (tập 1, 2, 3); Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú,
Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến; NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp, 1979.

3. ATLAT động cơ đốt trong (tập 1, 2), Bộ môn Động cơ - Khoa Động lực, NXB Học viện
KTQS, 2003.
4. Động cơ đốt trong; Phạm Minh Tuấn, NXB KHKT 2005.
5. Đại cương động cơ đốt trong, Lại Văn Định, NXB Học viện KTQS, 2007.
6. Nguyên lý, kết cấu và khai thác các hệ thống phun xăng trên động cơ ô tô hiện đại.
Hà Quang Minh. Học viện KTQS. 1999.
7. Hệ thống phun xăng điện tử dùng trên xe du lịch. Hoàng Xuân Quốc. NXB KHKT.
1996.
8. Automotive Handbook, BOSCH (1996), Cambridge, USA.
9. Hướng dẫn Đồ án môn học ĐCĐT. Vy Hữu Thành, Vũ Anh Tuấn. NXB Học viện KTQS,
1999.


Giáo viên phụ trách
• TS Lương Đình Thi, 4/, BM Động cơ, Khoa Động
lực, HVKTQS. 0974.922.757.

• KS Đào Duy Tùng, 2/, BM Động cơ, Khoa Động lực,
HVKTQS. 0987.752.224.


CHƯƠNG 1. ĐỘNG HỌC CCKTTT

1.1. Động học CCKTTT giao tâm

1.2. Động học CCKTTT lệch tâm
1.3. Động học CCKTTT có TT chính – phụ


A

ĐCT

A
Spl

Sp

A’
SL

CCKTTT giao tâm
CCKTTT

1

CCKTTT lệch tâm

A’’
l


B

O



2

e

CCKTTT có TT chính – phụ

E

R

ĐCD


Động học pít tông
Động học CCKTTT
Động học thanh truyền
Động học trục khuỷu
Chuyển vị
Động học

Vận tốc
Gia tốc


1.1. Động học CCKTTT giao tâm
• Giả thiết:

ĐCT

A

- Tốc độ quay của TK ω = const (n =

Sp

const ).
- Các chi tiết cứng vững tuyệt đối
Chú thích:

ĐCT- điểm chết trên (A)
ĐCD- điểm chết dưới (A’)

A’

ĐCD

R - bán kính quay của khuỷu trục
l - chiều dài thanh truyền



β - góc giữa đường tâm TT và đường tâm XL
α - góc giữa đưòng tâm má khuỷu với đường tâm XL
S = AA’ = 2R – Hành trình của piston
λ = R/l - hệ số kết cấu

Sơ đồ nguyên lý CCKTTT giao tâm


A

1.1.1. Động học pít tông

Sp

1.1.1.1. Chuyển vị của pít tông
• Chuyển vị Sp tính từ ĐCT:
Sp = AB = AO - (DO + BD) = (l + R) - (R.cosα + l.cosβ)

1 
1


S p R 1     cos   cos   
 




(1.1)


(1.2)

• λ là thông số đặc trưng của mỗi động cơ. Khi tăng λ sẽ giảm được chiều cao
động cơ, nhưng có nhiều nhược điểm:
 λ  thanh truyền ngắn   β max  dễ kẹt pít tông trong XL.
 λ   lực ngang N   tổn thất ma sát và mài mòn XL
Động cơ ô tô - máy kéo : λ = 1/3  1/4


• Việc sử dụng công thức (1.2) không thuận tiện vì Sp phụ thuộc vào cả α và β.
Trong tính toán nguời ta mong muốn Sp chỉ là hàm của α . Có thể dùng công

thức gần đúng để xác định Sp:

S p _ app


�
�
�R �
 1  cos     1  cos 2  �
4
�
�

(1.3)

Theo (1.3), Sp được chia thành: Sp = SpI + SpII
Chuyển vị cấp 1: Sp1 = R(1 - cosα)
Chuyển vị cấp 2 : Sp2 = (Rλ/4).(1 - cos2α)





1
�
�
2
2
S p _ acc  R �
1


cos


1

1


sin



�

�
�

(1.4)



1.1.1.2. Vận tốc của pít tông
• Đạo hàm công thức (1.2) theo thời gian ta có biểu thức vận tốc chính xác:

VP  R

sin(    )
cos 

(1.5)

• Đạo hàm công thức (1.3) theo thời gian ta có biểu thức gần đúng của vận
tốc:

dS p

dS p d dS p
Vp 

.

.
dt
d dt
d




Vp R.. sin   sin 2 
2


• Vp cũng được chia thành: Vp = Vp1 + Vp2
Vận tốc cấp 1: Vp1 = R.ω.sinα
Vận tốc cấp 2 : Vp2 = (R.λ.ω.sin2α)/2

(1.6)

• Góc quay TK ứng với tốc độ piston lớn nhất
2

1
�1 � 1
cos  m  
 � �
4
�4 � 2
• Tốc độ trung bình của pít tông Vptb:

S .n
(1.7)
(m / s)
30
• Vptb xác định mức độ cao tốc của động cơ, đồng thời còn đặc trưng cho mức độ
Vptb 

phụ tải nhiệt, phụ tải cơ học và mức độ mài mòn của các chi tiết. Dựa theo V ptb
để phân loại :
- Vptb = 3,5 – 6,5 m/s : động cơ tốc độ thấp
- Vptb = 6,5 – 9,0 m/s : động cơ tốc độ trung bình
- Vptb > 9,0 m/s : động cơ tốc độ cao
Động cơ ô tô – xe tăng, thiết giáp – máy kéo: Vptb = 8 15 m/s



1.1.1.3. Gia tốc của pít tông
• Đạo hàm công thức (1.5) theo thời gian ta có biểu thức gia tốc chính xác:

2
�
cos(



)
cos
�
2

J P  R �
�
3
cos

cos

�
�

(1.8)

• Đạo hàm công thức (1.6) theo thời gian ta có biểu thức gần đúng của gia tốc:

dVp

dVp d dVp
Jp 


. 
.
dt
d dt d
Jp = R.ω2(cosα + λ.cos2α)

(1.9)

Giá trị của (cosα + λ.cos2α) được tính sẵn dưới dạng bảng hoặc sử dụng
các chương trình phần mềm trên máy tính (Excel, Matlab…).
• Jp được chia thành: Jp = Jp1 + Jp2
Gia tốc cấp 1: Jp1 = R.ω2.cosα
Gia tốc cấp 2 : Jp2 = R.ω2.λ.cos2α



Đồ thị chuyển vị, vận tốc và gia tốc của pít tông theo góc quay trục khuỷu


1.1.2. Động học thanh truyền
• Thanh truyền chuyển động song phẳng phức tạp trong mặt phẳng vuông góc
với đường tâm TK. Đầu to TT quay tròn quanh đường tâm TK với tốc độ góc
ω. Đầu nhỏ TT chuyển động tịnh tiến cùng với pít tông.
• Chuyển vị góc của thanh truyền:
Ta có: sinβ = R/l.sinα = λ.sinα
β = arcsin (λ.sinα)
(1.10)
• Tốc độ góc của TT:

d d d

cos 
.
tt   .
..

. cos 
2
2
dt d dt
cos 
1   .sin 

(1.11)


1.1.2. Động học thanh truyền

• Gia tốc góc của TT:

d tt dtt d
sin 
2
2
 tt 

.
  (1   ). 3
dt
d dt
cos 

sin 
2
2
  (1   ).
3
 1   2 .sin 2   2

(1.12)





1.1.3. Khảo sát động học pít tông bằng phương pháp đồ thị
Xác định chuyển vị pít tông bằng phương pháp vòng tròn Bric


§CT

A

1800
0

Sp

Sp

B
C

900

00

M


S = 2R



R/2

S = 2R

O

O'
D

§CD

Cách triển khai quan hệ Sp = f() bằng phương pháp Bric
AC = AO – OC = AO – (CO’ – OO’) = R – MO’.cosα + R.λ/2
MO’  R + R.λ/2.cosα; thay vào (1.12):
AC = R.[(1 – cosα) + λ/4.(1 – cos2α)] = Sp

(1.13)

Xác định vận tốc pít tông bằng phương pháp 2 vòng tròn đồng tâm

a

b

c

1’

2’

A

3’
B

4’

0

0’

d

8

f

7’

e

6’ 5’
1

7

2

6
3

5
4

Xác định vận tốc của pít tông theo bằng 2 vòng tròn đồng tâm


Xác định gia tốc pít tông bằng phương pháp Tôlê ( ≤ 1/4)
C

1
R2(1+)

S
F1

2

A

B

E

3

ĐCT
F2
-3R2

4

R2(1-)

F

1’

2’

3’

4’

D

Xác định gia tốc của pít tông theo bằng PP Tô lê