Bài giảng kết cấu và tính toán động cơ đốt trong chương 2 HV kỹ thuật quân sự

CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU
KHUỶU TRỤC THANH TRUYỀN
2.1. Xác định và qui dẫn các khối lượng chuyển động
2.2. Lực tác dụng lên CCKTTT
2.3. Lực và mô men tác dụng lên trục khuỷu động cơ 1 xi lanh
2.4. Lực và mô men tác dụng lên trục khuỷu động cơ một hàng nhiều XL
2.5. Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên cổ khuỷu và bạc đầu to thanh truyền
2.6. Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên cổ trục và bạc ổ trục
2.7. Đồ thị mài mòn
2.8. Động lực học động cơ kiểu chữ V


ĐỘNG HỌC

CHUYỂN VỊ

VẬN TỐC

GIA TỐC

ĐỘNG LỰC HỌC

LỰC
Giả thiết:
- Trục khuỷu quay đều (n = const)
- Bỏ qua lực ma sát, lực cản khí động

MÔ MEN


2.1. Xác định và qui dẫn các khối lượng chuyển động

2.1.1. Qui dẫn khối lượng nhóm pít tông:
mnp = mp + mx + mc + mk + mg + … (kg)

(2.1)

Khi piston có kết cấu đặc biệt (cơ cấu thay đổi tỷ số nén, khoang chứa dầu
làm mát…) thì khối lượng của chúng cũng được tính chung vào mnp.


2.1.2. Qui dẫn khối lượng nhóm thanh truyền
Nguyên tắc quy dẫn:
- Tổng khối lượng không đổi
- Trọng tâm không đổi
- Mô men quán tính đối với trọng tâm không đổi
m1

Chú thích

l1
l

m1 – khối lượng quy dẫn về tâm đầu nhỏ

m2

m2 - khối lượng quy dẫn về tâm đầu to
m3- khối lượng quy dẫn về trọng tâm

m3

l – chiều dài tính toán của TT
l1 – chiều dài từ trọng tâm tới tâm đầu nhỏ

Hình 2.1. Sơ đồ quy dẫn khối lượng TT về 3 điểm.


• Hệ phương trình xác định m1, m2 và m3:
mtt = m1 + m2 + m3
m1.l1 = m3(l – l1)
m1. l12 + m3(l – l1)2 = Jo

(2.3)

Do: m2 << m1, m3 và quy luật động học của
trọng tâm TT khá phức tạp nên để đơn giản
việc tính toán, quy dẫn mtt thành 2 thành
phần m1 và m3
Hệ phương trình xác định m1, m2:
mtt = m1 + m3
m1.l1 = m3(l – l1)

(2.4)

Với các động cơ hiện nay:
m1 = (0,275 0,35). mtt;
m3 = (0,65 0,725). mtt
Hình 2.2. Sơ đồ quy dẫn khối lượng TT về 2 điểm.


• Trọng tâm TT có thể xác định bằng phương pháp: cân (khi có TT thực), sử

dụng các phần mềm CAD mô phỏng 3D (khi có bản vẽ).

Hình 2.3. Xác định trọng tâm TT theo PP cân


2.1.3. Qui dẫn khối lượng của khuỷu trục
mkh
mck
mm

R

R

ρ
mct

Hình 2.4. Sơ đồ xác định khối lượng khuỷu trục
Khối lượng khuỷu trục chia thành: mck, mm, mct.
Quy dẫn mm về tâm cổ khuỷu:
mmr = mm.ρ/R
Khối lượng chuyển động quay không cân bằng của khuỷu trục:
mkh = mck + 2.mmr
(2.5)


• Khối lượng chuyển động tịnh tiến của CCKTTT là:
mj = mnp + m1

[kg]

(2.6)

• Khối lượng chuyển động quay của CCKTTT là:
mr = mkh + m2

[kg]

(2.7)

• Ngoài ra, thường gặp đối trọng bố trí trên phần kéo dài của má khuỷu nhưng
khối lượng quay sẽ được tính riêng.


2.1.4. Qui dẫn khối lượng của CCKTTT động cơ kiểu chữ V
• Đối với TT đồng dạng:
mj = mnp + m1;

mr = mkh + 2m2

[kg]

(2.8)

• Đối với TT hình nạng – trung tâm:
mtttr = m1tr + m2tr ;

mttph = m1ph + m2ph

mr = mkh + m2tr + m2ph

[kg]

(2.9)

Thiết kế: m1tr = m1ph để quy luật động lực học 2 piston trái và phải giống nhau
• Đối với TT chính – phụ:
- TT chính:

mc = mc1 + mc2

- TT phụ:

mp = mp1 + mp2

mp2 tập trung tại tâm chốt phụ, tiếp tục quy dẫn (cùng với chốt phụ m cp):
mp2 + mcp = mp2’ + mp2’’
b1.mp2’ = b2.mp2’’




Khối lượng chuyển động tịnh tiến
- ở dãy chính:

mjc = mnp + mc1 + mp2’

- ở dãy phụ:

mjp = mnp + mp1

Khối lượng chuyển động quay:
mr = mkh + mc2 + mp2’’


2.2. Các lực tác dụng lên CCKTTT

Lực khí thể
Lực quán tính

CCKTTT

Trọng lực

chịu các lực

Lực ma sát
Lực cản khí – thủy động
Các lực khác

2.2.1. Lực khí thể Pkt:
Pkt = p. Fp = p.π. D2/4
p = pkt – po

(2.13)


Pkt, pkt
[MN];[MN/m2]

α



Hình 2.5. Đồ thị triển khai lực khí thể theo GQTK và pha phối khí ĐC diesel 4 kỳ
ra-kỳ nạp; ac-kỳ nén; czz’b-kỳ cháy giãn nở; br-kỳ thải; r’a’-quá trình nạp; a’c-quá trình nén;
czz’b’-quá trình cháy-giãn nở; b’r’’-quá trình thải; rr’’- giai đoạn trùng điệp; hc’-góc phun
sớm; cc’-góc bất đầu cháy; hc-góc cháy trễ; fx, fn-tiết diện lưu thông cửa nạp và cửa xả



2.2.2. Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến
Pj = - mj.jp = - mj.R.ω2.(cosα + λcos2α).10-6 (MN) (2.14)
Pj được chia thành: Pj = Pj1 + Pj2
Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1:
Pj1 = - mj.R.ω2.cosα

(2.15)

Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2:
Pj2 = - mj.R.λω2.cos2α

(2.16)

Chu kỳ Pj1 ứng với 1 vòng quay TK, Pj2 ứng với 1/2 vòng quay TK.
Pj luôn tác dụng trên đường tâm xi lanh, trùng với phương của Jp.
Pj là dương khi nó cùng chiều với lực khí thể


ĐCT



3600, 00



-

Pj1 = C.cos

O’

2700
C

+

ĐCD

1800

2

ĐCT


900

3150

450

-

Pj2 = λC. cos2

O’’

+

+

.C

2250

-

1350

ĐCD

Với C = mj.R.ω2
Hình 2.6. Sơ đồ xác định chiều và dấu của lực quán tính cấp 1 và cấp 2


Hình 2.7. Diễn biến lực khí thể (Pkt), lực quán tính (Pj)
và lực tổng (P = Pkt + Pj) theo góc quay TK

2.2.3. Lực quán tính ly tâm

Khối lượng chuyển động quay của CCKTTT: mr
Lực quán tính ly tâm Pr được xác định theo công thức:
Pr = mr.R.ω2.10-6 [MN]

(2.18)

Do mr, R, ω có giá trị không đổi (động cơ làm việc ổn định) nên
Pr có giá trị không đổi, phương luôn trùng với bán kính quay,
hướng từ tâm TK ra ngoài.


2.3. Hợp lực và mô men tác dụng lên động cơ 1 xi lanh

Hình 2.8. Lực và mô men tác dụng lên CCKTTT


Lực quán tính và lực khí thể cùng tác dụng trên đường tâm xi lanh nên tổng lực
của chúng là:
P = Pj + Pkt

(2.19)

Lực P được phân thành 2 lực:
- Ptt tác dụng dọc theo đường tâm thanh truyền; Ptt = P/cosβ
- Lực ngang N ép pít tông lên thành xi lanh; N = P .tgβ
Ptt được phân tiếp thành lực tiếp tuyến T (sinh ra mô men quay TK) và lực pháp

tuyến Z (gây uốn TK):
T = Ptt.sin(α + β) = P.sin(α + β)/cosβ

(2.20)

Z = Ptt.cos(α + β) = P.cos(α + β)/cosβ

(2.21)

Mô men xoắn M của TK: M = T.R
Lực ngang N gây ra mô men lật (ngược chiều với mô men xoắn M R = - M) tác
dụng lên thân máy và truyền xuống gối đỡ:
MR = N.A = N.(l.cosβ + R.cosα)

(2.22)