Tiểu luận tính toán động cơ đốt trong nhóm 6 lớp 19845LTT3C

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ
KHÍ ĐỘNG LỰC

BÀI TIỂU LUẬN
ĐỀ TÀI:
TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
GVHD :

Đỗ Tấn Thích

SVTH :

Nguyễn Dương Khang

MSSV : 19645241

Đồn Hữu Hịa

MSSV : 19645236

Lê Nam Trọng

MSSV : 19645258
Lớp

TP.HCM 06-2021

: 19845LTT3C

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành bài tiểu luận này , lời đầu tiên nhóm chúng em xin chân thành cảm
ơn thầy Đỗ Tấn Thích đã giao đề tài và giảng dạy, hướng dẫn, trang bị cho chúng em
những kiến thức bổ ích trong mơn học “Tính tốn động cơ đốt trong “ và sử dụng phần
mềm Matlab. Nhờ sự giúp đỡ của thầy mà nhóm chúng em và các bạn có thể hồn thành
bài tiểu luận đúng thời hạn cho phép . Chúng em xin chúc thầy và gia đình có nhiều sức
khỏe để có thể tiếp tục cống hiến cho nền giáo dục nước nhà , và hơn nữa là truyền nhiệt
huyết và cảm hứng đam mê của nghành Cơng Nghệ Kỹ Thuật Ơ Tơ vào thế hệ trẻ chúng
em.
Trong q trình làm bài vì kiến thức cịn hạn chế ,bài tiểu luận khơng thể tránh
khỏi những sai sót vì vậy chúng em mong nhận được những đóng góp của thầy cũng như
các bạn để bài tiểu luận được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
TP.HCM , ngày 23 tháng 06 năm 2021


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 : TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Các số liệu ban đầu của động cơ :...................................................................................................1
A.CÁC THÔNG SỐ CẦN CHỌN CHO TÍNH TỐN NHIỆT:...........................................................2
1)

Áp suất khơng khí nạp (p0 ):............................................................................................................2

2)

Nhiệt độ khơng khí nạp mới (T0):...................................................................................................2

3)

Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (Tk):..........................................................................................2

4)

Áp suất cuối q trình nạp (pa):......................................................................................................2

5)

Áp suất khí sót (pr):........................................................................................................................2

6)

Nhiệt độ khí sót (khí thải )Tr:..........................................................................................................3

7)

Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (∆T):................................................................................................3

8)

Hệ số nạp thêm (λ1):........................................................................................................................3

9)

Hệ số quét buồng cháy(λ2):.............................................................................................................3

10) Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt (λt):...........................................................................................................3
11) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z ( z ):..............................................................................................4
12) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b( b) :...............................................................................................4
13) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm x x) :..............................................................................................4

14) Hệ số hiệu đính đồ thị cơng  d :....................................................................................................4
B.TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CỦA CHU TRÌNH CƠNG TÁC :.................................................5
1)

Q trình nạp :................................................................................................................................5
Hệ số nạp : ( ηv )...........................................................................................................................5
Hệ số nạp thực tế : ( ηy ).............................................................................................................5
Hệ số khí sót ( γr ) : Hệ số khí sót γr được tính theo cơng thức :.................................................5
Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta[K]:..............................................................................................6

2)

Quá trình nén:.................................................................................................................................6
Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khơng khí :....................................................................6
Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình cuả sản phẩm cháy :............................................................6
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp :........................................................................6
Chỉ số nén đa biến trung bình n1 :...............................................................................................7
Áp suất và nhiệt độ cuối quá trình nén pc :.................................................................................7
Áp suất :.......................................................................................................................................7
Nhiệt độ :.....................................................................................................................................7


3)

Q trình cháy :..............................................................................................................................8
Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu Mo :........................................8
Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh M1 :.........................................................................8
...........................................................................................8
Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết βo :
Trong đó độ tăng mol của các loại động cơ được xác định theo công thức:...............................9

Hệ số thay đổi phân tử thực tế β: (Do khí sót)............................................................................9
Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z (): (Do cháy chưa hết)...............................................9
Lượng nhiệt tổn thất do cháy khơng hồn tồn (∆��):............................................................9
Nhiệt trị thấp của nhiên liệu xăng (� � ):...................................................................................10
Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của mơi chất tại điểm z:.....................................................10
Nhiệt độ tại điểm z (Tz ) :...........................................................................................................10
Áp suất cuối quá trình cháy pz:.................................................................................................10

4)

Tính tốn q trình giản nở :.......................................................................................................11
Hệ số giản nở sớm :...................................................................................................................11
Hệ số giản nở sau δ:...................................................................................................................11
Chỉ số giản nở đa biến trung bình n2 :.......................................................................................11
Nhiệt độ cuối quá trình giản nở Tb:...........................................................................................12
Áp suất cuối quá trình giản nở pb :............................................................................................12
Tính nhiệt độ khí thải Tr :.........................................................................................................12
Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót Tr:..............................................................................................12

5)

Tính tốn các thơng số chu kỳ cơng tác :.....................................................................................13
Áp suất chỉ thị trung bình pi΄ được xác định theo cơng thức:..................................................13
Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi΄ :......................................................................................13
Áp suất tổn thất cơ giới pm :......................................................................................................13
Áp suất có ích trung bình pe :....................................................................................................14
Hiệu suất cơ giới :......................................................................................................................14
Hiệu suất chỉ thị ηi :...................................................................................................................14
Suất tiêu hao nhiên liệu gi :........................................................................................................14
Hiệu suất có ích ηe :...................................................................................................................14

Suất tiêu hao nhiên liệu ge :.......................................................................................................14

6)

Tính thơng số kết cấu của động cơ :.............................................................................................15
Kiểm nghiệm đường kính xilanh theo cơng thức:.....................................................................15


CHƯƠNG II: TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN ( CƠ CẤU GIAO
TÂM )....................................................................................................................................................16
A.Tính tốn động học pistong góc quay trục khuỷu thanh truyền ( theo công thức gần đúng )........16
1)

Động học của piston :...................................................................................................................16

2)

Các thông số cơ bản :...................................................................................................................17

3)

Chuyển vị của piston ( theo công thức gần đúng ).....................................................................17
Đồ thị chuyển vị của piston ( theo công thức gần đúng )..........................................................18
Viết code của đồ thị chuyển vị của piston ( theo công thức gần đúng )....................................19

4)

Tốc độ piston :..............................................................................................................................20
Đồ thị tốc độ của piston ( theo công thức gần đúng )................................................................21
Viết code đồ thị tốc độ của piston ( theo công thức gần đúng ).................................................22

5)

Gia tốc piton :...............................................................................................................................23
Đồ thị gia tốc của piston ( theo công thức gần đúng )...............................................................24
Viết code đồ thị gia tốc của piston ( theo cơng thức gần đúng )................................................25

B.Tính toán động lực học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền.........................................................26
1)

Sơ đồ lực và mômen tác động lên cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền động cơ một xilanh.....26
Quy ước chiều quay và dấu :.....................................................................................................28

2)

Lực khí thể Pkt:.............................................................................................................................28

3)

Lực quán tính ( văng thẳng ) của các chi tiết khối lượng chuyển động tịnh tiến.....................29
Đồ thị lực quán tính ( văng thẳng) của các chi tiết khối lượng chuyển động tịnh tiến.............30
Viết code đồ thị lực quán tính ( thẳng văng ) của các chi tiết khối lượng chuyển động tịnh tiến.
......................................................................................................................................................31

4)

Hệ lực tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền.............................................................32
Đồ thị lực tác dụng lên chốt piston P1........................................................................................34
Viết code đồ thị lực tác dụng lên chốt piston.............................................................................35
Vẽ đồ thị lực dọc theo hướng tâm thanh truyền Ptt...................................................................36

Viết code đồ thị lực dọc hướng tâm thanh truyền Ptt................................................................37
Đồ thị lực tiếp tuyến T...............................................................................................................38
Viết code đồ thị lực tiếp tuyến T................................................................................................39
Đồ thị lực pháp tuyến Z.............................................................................................................40
Viết code đồ thị lực pháp tuyến Z..............................................................................................41
Đồ thị lực ngang N:....................................................................................................................42
Viết code đồ thị lực ngang N......................................................................................................43
Đồ thị mômen lực tiếp tuyến.....................................................................................................45


Viết code đồ thị mômen lực tiếp tuyến......................................................................................46
Đồ thị tổng hợp hợp lực tác dụng lên cơ cấu giao tâm:............................................................46
Viết code đồ thị tổng hợp hợp lực và momen tác dụng lên cơ cấu giao tâm:...........................47



CHƯƠNG 1 : TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Các số liệu ban đầu của động cơ :
Động cơ tham khảo : Động cơ xăng Honda CITY 1.5 CVT 2017.
-

Kiểu loại động cơ : Động cơ xăng , 4 kỳ , không tăng áp

-

Công suất động cơ : Ne = 188 ( mã lực ) = 86,73 ( Kw )

-

Số vòng quay của trục khuỷu : n = 6.600 ( vịng/phút )

-

Tỉ số nén :  = 10,4

-

Đường kính xy lanh : D = 73 (mm)

-

Hành trình piston : S = 90 (mm)

-

Bán kính vịng quay trục khuỷu: R =

-

Trị số λ của động cơ ô tô thường nằm trong phạm vi ( 0,25 ÷ 0,29 ). Khi chọn trị số
λ lớ lớn góc lắc của thanh truyền tăng lên , thanh truyền thanh truyền có thể va
chạm phần dưới của xy lanh. Nên nhóm em chọn λ = 0,25 để góc lắc của thanh
truyền nhỏ nhất có thể.

-

Chiều dài thanh truyền : L =

-

Xác định tính cao tốc của động cơ :

Tính cao tốc của động cơ được xác định theo tốc độ trung bình của piston ( V p) :
Vp =
 Đây là động cơ cao tốc do Vp ≥ 9 (m/s)

1


A. CÁC THƠNG SỐ CẦN CHỌN CHO TÍNH TỐN NHIỆT:
1) Áp suất khơng khí nạp (p0 ):
Áp suất mơi trường p0 là áp suất khí quyển. Với động cơ khơng tăng áp ta có áp suất
khí quyển bằng áp suất trước xupap nạp nên ta chọn:
Pk= P0 = 0,1 (MPa)
2) Nhiệt độ khơng khí nạp mới (T0):
Nhiệt độ khơng khí nạp mới phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của môi trường nơi
xe sử dụng. Với động cơ không tăng áp ta có nhiệt độ mơi trường bằng nhiệt độ trước
xupap nạp.
T0 = 27oC = 300oK
3) Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (Tk):
Đối với động cơ 4 kỳ không tăng áp : tk = t0 = 300oK
4) Áp suất cuối quá trình nạp (pa):
Áp suất cuối quá trình nạp pa với động cơ không tăng áp ta chọn trong phạm vi:
Pa = (0,8 – 0,9)p0 = 0,9.p0 = 0,9. 0,1= 0.09 (MPa)
5) Áp suất khí sót (pr):
Áp suất khí thải pr có thể chọn trong phạm vi:
pr = (1,05-1,12).pk = 1,8.pk = 1,8. 0,1 = 0,18 (MPa)

2

6) Nhiệt độ khí sót (khí thải )Tr:
Nhiệt độ khí sót Tr phụ thuộc vào chủng loại động cơ. Mức độ giãn nở và sự trao đổi
nhiệt trong quá trình giãn nở và thải. Thơng thường ta có thể chọn đối với động cơ xăng :
Tr = ( 700 – 900 )oK = 800oK
7) Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (∆T):
Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới ∆T chủ yếu phụ thuộc vào loại động cơ xăng hay
diesel. Với động cơ xăng ta chọn:
∆T = ( 0 – 20 )oC = 20oC
8) Hệ số nạp thêm (λ1):
Hệ số nạp thêm λ1 biểu thị sự tương quan tăng tương đối của hỗn hợp khí cơng tác
sau khi nạp thêm so với lượng khí cơng tác chiếm chỗ ở thể tích V a. Thơng thường hệ số
nạp thêm ta có thể chọn :
λ1 = ( 1,02 ÷ 1,07 ) = 1,03
9) Hệ số quét buồng cháy(λ2):
Với các động cơ không tăng áp ta thường chọn hệ số quét buồng cháy λ2 là :
λ2 = 1
10)Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt (λt):
Hệ số đính tỉ nhiệt λt phụ thuộc vào thành phần của khí hỗn hợp α và nhiệt độ khí sót
Tr. Theo thực nghiệm thống kê đối với động cơ xăng λt được chọn:α = 0,08 ; λt = 1,13
Hệ số dư lượng khơng khí α
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt

0,08
1,13

1,00
1,17

1,20

1,14

1,40
1,11
3


Bảng 1. Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt theo thực nghiệm với động cơ xăng
11) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z ( z ):
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z z phụ thuộc vào chu trình cơng tác của động cơ.
Với các loại động cơ xăng ta thường chọn:

z = ( 0,80 ÷ 0,92 ) = 0,80
12) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b( b) :
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm bb tuỳ thuộc vào loại động cơ xăng hay Diesel.
Với các loại động cơ xăng ta chọn:

b = ( 0,85 ÷ 0,95 ) = 0,95
13) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm x x) :
x = 0,85
14) Hệ số hiệu đính đồ thị cơng  d :
Hệ số hiệu đính đồ thị cơng d phụ thuộc vào loại động cơ xăng hay diesel.
Với các động cơ xăng ta chọn :

d = ( 0,92 ÷ 0,97 ) = 0,97

4


B. TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CỦA CHU TRÌNH CƠNG TÁC :

1) Quá trình nạp :
 Hệ số nạp : ( ηv )

m : là chỉ số đa biến trung bình của khơng khí , chọn m = 1,5
 Hệ số nạp thực tế : ( ηy )
Do động cơ đang chọn là động cơ xăng xupap treo ηy ( 0,75 ÷ 0,85 )

 ηy = 0,8
 Hệ số khí sót ( γr ) : Hệ số khí sót γr được tính theo cơng thức :
γr =..

γr của động cơ xăng bốn kỳ nằm trong phạm vi ( 0,06 ÷ 0,10 )
 γr = 0,0897

 Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta[K]:

Ta =
T a=
2) Quá trình nén:
 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khơng khí :

5


=19,806 + 0,00209.T
 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình cuả sản phẩm cháy :
Khi hệ số dư lượng không khí <1 ,tính theo cơng thức sau:
=(17,997 + 3.504.)+ (kJ/kmol. độ)
= 20,8002+ 0,0028.

(kJ/kmol. độ)

 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp :
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong q trình nén tính theo cơng thức
sau:
=

(kJ/kmol. độ)

 Chỉ số nén đa biến trung bình n1 :
Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào rất nhiều thông số kết cấu và thông số vận
hành như kích thước xilanh, loại buồng cháy, số vịng quay, phụ tải trạng thái nhiệt độ của
động cơ …Tuy nhiên n1 tăng giảm theo quy luật sau :
Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ làm cho n 1 giảm .
Chỉ số nén đa biến trung bình n1 được xác định bằng cách giải phương trình :
 Áp suất và nhiệt độ cuối quá trình nén pc :
Bảng các thơng số của q trình nén :
Loại động cơ
Đ/cơ xăng 4 kỳ
Đ/cơ xăng 2 kỳ

n1
1,34÷1,40
1,27÷1,33

6


Đ/cơ Diesel – Buồng cháy ngăn cách
– Buồng cháy ngăn cách

1,32÷1,38
1,34÷1,40

Bảng 2. thơng số của q trình nén
Dựa vào bảng thông số trên để chọn và thế vào các công thức để tính tốn. Chọn n 1=1,34
 Áp suất :

 Nhiệt độ :

3) Q trình cháy :
 Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu Mo :
Mo=
C,H,O – là thành phần của Carbon, hydro, ôxy, tham khảo ở bảng 1:
Thành phần trong 1kg nhiên liệu [kg]
Nhiên liệu

C

H

Xăng Ơ tơ

0,855

0,145

O

Bảng 3. Đăc tính nhiên liệu lỏng dung cho động cơ

 Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh M1 :
Đối với động cơ xăng ( khí nạp mới là khơng khí và nhiên liệu ) :

ηnl – trọng lượng phân tử của xăng : ηnl = 114 kg

7


Lượng sản vật cháy M2 : α < 1 thì
[kmol SVC/kg nl]



Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết βo :

 Trong đó độ tăng mol của các loại động cơ được xác định theo công thức:

0,21(1-).M0 + (+)

 Hệ số thay đổi phân tử thực tế β: (Do khí sót)
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác định theo công thức:

 Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z (): (Do cháy chưa hết)
Ta có hệ số thay đổi phân tử thưc tế tại điêm z () được xác định theo cơng thức:
Xz

Trong đó : X z==
 Lượng nhiệt tổn thất do cháy khơng hồn tồn (∆� � ):
Đối với động cơ xăng (� < 1):
QH 120.103.(1).M0 120.103.(10,8).0,511 1263,2 (kJ / khnl)

8


 Nhiệt trị thấp của nhiên liệu xăng (� � ):
Đối với động cơ xăng thơng thường ta có thể chọn �� = 44.103 [kJ/kg nl]
 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của mơi chất tại điểm z:
: Là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy được xác định theo công thức:

 Nhiệt độ tại điểm z (Tz ) :
Đối với động cơ xăng ,nhiệt độ tại điểm z (Tz ) bằng cách giải phương trình cháy :

 Áp suất cuối quá trình cháy pz:

Với λ là hệ số tăng áp :

λ==

4) Tính tốn q trình giản nở :
 Hệ số giản nở sớm :
Đối với động cơ xăng
 Hệ số giản nở sau δ:
Ta có hệ số giản nở sau được xác định theo công thức :
Đối với động cơ xăng =10,4
 Chỉ số giản nở đa biến trung bình n2 :
Ta có chỉ số giản nở đa biến trung bình n2 được xác định từ phương trình cân bằng sau :
Trong đó :
Tb : là nhiệt trị tại điểm bvà xác định theo công thức :
9

(0K)
: Nhiệt trị tính tốn
Đối với đọng cơ xăng :
44.000 (kJ/kgnl)
(ΔQο=0)
Nên :

(kJ/kgnl)

(kJ/kgnl)

Chú ý : thông thường để xác định n2 ta chọn n2 trong khoảng (1,150÷1,250).
Chọn n2=1,2146 . Ta có :
vế trái = 0,2229

sai số = 0,004 < 0,2%

vế phải =0,2408 => thỏa mãn điều kiện.
 Nhiệt độ cuối quá trình giản nở Tb:
Ta có cơng thức xác định nhiệt độ cuối quá trình giản nở Tb:
Tb=

(0K)
(0K)

 Áp suất cuối quá trình giản nở pb :
Áp suất cuối quá trình giản nở pb được xác định theo công thức :
(MPa)
 Tính nhiệt độ khí thải Tr :

Nhiệt độ khí thải được xác định theo công thức :
(0K)
 Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót Tr:
Điều kiện: Tr 10%Tr

Vậy đã thoả mãn điều kiện trên.

10


5) Tính tốn các thơng số chu kỳ cơng tác :

Áp suất chỉ thị trung bình pi΄ được xác định theo cơng thức:

=

(MPa)

(MPa)
 Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi΄ :
Do có sự sai khác giữa tính tốn và thực tế do đo ta có áp suất chỉ thị trung bình thực tế
được xác định theo cơng thức :
(MPa)
Trong đó là số hiệu đính đồ thị cơng. Chọn theo tính năng và chủng loại động cơ .
 Áp suất tổn thất cơ giới pm :
Áp suất tổn thất cơ giới được xác định theo nhiều công thức khác nhau và được biểu diễn
bằng nhiều quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ . Ta có tốc độ trung bình
của động cơ là :
(m/s) ,

(m/s)

Theo số thực nghiệm có thể tính pm theo cơng thức sau :
Động cơ xăng có I ≤ 6 và S/D> 1 nên :
(Mpa)
(Mpa)

 Áp suất có ích trung bình pe :
Ta có cơng thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định theo cơng thức :
11


(MPa)
(MPa)
 Hiệu suất cơ giới :
Ta có cơng thức xác định hiệu suất cơ giới :
Đối với động cơ phun xăng hiện đai chọn 0,75÷0,93
 Hiệu suất chỉ thị ηi :
Ta có cơng thức xác định hiệu suất chỉ thị :

 Suất tiêu hao nhiên liệu gi :
Ta có cơng thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi :
( g/Kw.h )
 Hiệu suất có ích ηe :
Cơng suất có ích được xác định theo cơng thức sau :
 Suất tiêu hao nhiên liệu ge :
Ta có cơng thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính tốn là :
[Kg/W.s]

6) Tính thơng số kết cấu của động cơ :

 Kiểm nghiệm đường kính xilanh theo cơng thức:
(mm)
Ta có thể tích cơng tác tính tốn được xác định theo cơng thức :
( lit )
Ta có : (mm)

12


CHƯƠNG II: TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ CẤU
TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN ( CƠ CẤU GIAO TÂM )
Động học và động lực học là môn học dùng phương pháp quan điểm cơ học để
nguyên cứu quy luật chuyển đổi, góc quay, chịu lực của các chi tiết máy trong cơ cấu trục
khuỷu thanh truyền, trạng thái dao động, chuyển động của động cơ.
Các động cơ cực đại hiện thường có số vịng quay và tính chính xác rất cao, nên gây
ra lực qn tính lớn, có thể vượt qua trị số lực khí thể. Lực quán tính tác dụng lên cơ cấu
trục khuỷu thanh truyền nên ứng suất rất lớn., dẫn đến làm hư hỏng các chi tiết máy.
Ngoài ra, lực qn tính cịn có tác dụng kích thích khiến cho chi tiết trong cơ cấu phát
sinh dao động.
Tính tốn động cơ trục khuỷu thanh truyền nhằm mục đích xác định các lực do hợp
lực của lực quán tính và lực khí thể tác dụng lên các chi tiết ở mỗi vị trí của trục khuỷu
13


thanh truyền khác nhau. Để phục vụ cho sự tính tốn sức bền, nghiên cứu các trạng thái
hao mịn cơ cấu tác dụng lên các chi tiết và cân bằng động cơ.
A. Tính tốn động học pistong góc quay trục khuỷu thanh truyền ( theo
công thức gần đúng ).
1) Động học của piston :
Với giả thuyết trục khuỷu quay với vận tốc góc ω = const, thì góc quay trục khuỷu α

tỷ lệ thuận với thời gian, còn tất cả các đại lượng động học là các hàm phụ thuộc vào biến
số α. Tuy nhiên, giả thiết này đối với động cơ cao tốc hiện đại cho sai số không đáng kể
vì trị số dao động của vận tốc góc (ω) do độ không đồng đều của moment động cơ gây ra
khi động cơ làm việc ở chế độ ổn định là rất nhỏ.

2) Các thông số cơ bản :
Từ các số liệu ta có :
Bán kính quay của trục khủyu : = = 45 (mm) = 0.045 (m)
Chiều dài thanh truyền L : L = 0.18 (m) = 180 (m)
Trong đó, χ là thơng số kết cấu ta chọn (χ = 0.25).
Vận tốc góc trục khuỷu : ω = 691.15 (rad/s)
3) Chuyển vị của piston ( theo công thức gần đúng ).
Chuyển vị của piston trong xilanh động cơ tính bằng cơng thức sau :
Sp = R[(1-cosα) + (1-cos2α)] (mm)
Trong đó :

S – Là độ dịch chuyển của piston.

14


R – Bán kính quay của trục khuỷu.
λ – Tham số kết cấu.
ω – Là góc quay của trục khuỷu.
Ta có, ta thấy tốc độ piston là tổng hai hàm điều hòa cấp I và cấp II với chu kỳ điều
hịa của hàm cấp II bằng hai lần chu kì diều hòa của hàm cấp I.
Sp = S1 + S2
S1 = R[(1-cosα) độ dịch chuyển cấp 1.
S2 = (1-cos2α) độ dịch chuyển cấp 2.

Khi trục khuỷu quay tương ứng với α từ 0 º đến 90 º ( 1/4 vòng quay trục khuỷu thứ
nhất) thì piston dịch chuyển được một quảng đường lớn hơn so với quãng đường ứng với
α từ 90 º - 180 º ( 1/4 vòng quay trục khuỷu thứ hai ) vì chuyển động của piston này là
tổng của hai chuyển động, một là chuyển động dọc theo đường tâm xilanh của đầu nhỏ
thanh truyền, hai là chuyển động lắc nghiêng của nó so với đường tâm xilanh. Ở 1/4 vịng
quay trục khuỷu thứ nhất thì thành phần hai mang dấu “ + ” cùng hướng cịn Ở 1/4 vịng
quay trục khuỷu thứ hai thì thành phần hai mang dấu “ - ” ngược hướng. Trị số lớn hơn
này vào khoảng ( 58 ÷ 53 ) % S, phụ thuộc vào tham số kết cấu λ, nếu λ tăng thì Rλ/2
tăng.
 Đồ thị chuyển vị của piston ( theo công thức gần đúng ).
Ta vẽ đồ thị Sp- biểu diễn chuyển vị của Piston phụ thuộc vào góc quay trục khuỷu.
Trục tung biểu thị góc quay  của trục khuỷu, trục hoành biểu thị chuyển vị của piston.
Ta có đồ thị như hình dưới :

15


Hình 1. Đồ thị chuyển vị của piston ( theo công thức gần đúng ).
 Viết code của đồ thị chuyển vị của piston ( theo công thức gần đúng ).
Ta khai báo các thơng số của góc quay , rồi tiếp tục lập các hàm code để vẽ đồ thị
chuyển vị của piston ( theo công thức gần đúng ). Ta có code như hình dưới :

16


Hình 2. Code của đồ thị chuyển vị của piston ( theo công thức gần đúng ) trên phần mềm
Matlab

4) Tốc độ piston :
Để tính tốc độ chuyển vị của piston ta đạo hàm chuyển vị S theo thời gian. Ta được tốc độ

piston Vp.
= {R[1- costα) + (1-cost2α)]} = Vp
Vì,

= Vp

= ω – Vận tốc góc trục khuỷu
Vp = Rω ( sinα + sin2α) (m/s)
Trong đó, Vp - Vận tốc piston.
R - Bán kính quay của trục khuỷu.
λ – Tham số kết cấu.
α – Góc quay của trục khuỷu.
17


Ta lại có, Vp = V1 + V2
V1 = Rω.sinα – Vận tốc cấp 1.
V2 = Rω.sin2α – Vận tốc cấp 2.

 Đồ thị tốc độ của piston ( theo công thức gần đúng ).
Ta vẽ đồ thị Vp- biểu diễn vận tốc của Piston phụ thuộc vào góc quay trục khuỷu.
Trục tung biểu thị tốc độ của piston, trục hồnh biểu thị góc quay  của trục khuỷuv tốc
độ của piston. Ta có đồ thị như hình dưới :

18