Đồ án Bản thiết kế tính toán động cơ đốt trong

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đồ án "bản thiết kế tính toán động cơ đốt trong"MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Trong bối cảnh của đất nước ta hiện nay đã và đang phát triển một cách nhanh chóng và đang trên đà phát triển thành một nước công nghiệp trong thời gian sắp tới, thì vai trò của ngành động cơ đốt trong nói chung và nền công nghiệp ôtô nói riêng rất là quan trọng. Cụ thể hơn thì nền công nghiệp ôtô đã góp phần rất nhiều trong các ngành nông nghiệp ,công nghiệp ,dịch vụ…,và đặc biệt là khả năng di chuyển rất linh động đã làm cho phần lớn người dân Việt Nam đã chọn ôtô xe máy làm phương tiện di chuyển qua đó thúc đẩy ngành công nghiệp ôtô phát triển.Học qua môn kết cấu tính toán động cơ đốt trong đã giúp chúng ta phần nào có thể hình dung ra được cách tính toán thiết kế ra một động cơ đốt trong.Và dưới đây là bản thiết kế tính toán động cơ đốt trong mà tôi đã áp dụng những kiến thức về tính toán động cơ để thiết kế.Hi vọng bạn đọc có thể có góp ý giúp tôi để tôi có thể rút kinh nghiệm trong những bản thiết kế tiếp theo.Và xin cảm ơn thầy Phạm Hữu Truyền đã giúp đỡ em tận tình trong quá trình thực hiện bản thiết kế. Xin chân thành cảm ơn thầy cô! Vinh,ngày 27 tháng 12 năm 2010 Sinh viên thực hiện Vũ Đình Công CHƯƠNG I TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Trình tự tính toán: 1.1.1 Số liệu ban đầu: 1 – Công suất của động cơ Ne = 150 ( mã lực ) 2 – Số vòng quay trục khuỷu n = 3100 ( v/ph ) 3 – Đường kính xi lanh D = 100 ( mm ) 4 – Hành trình piston S = 95 ( mm) 5 – Dung tích công tác Vh = 0.74613 ( dm3 ) 6 – Số xi lanh i = 8 7 – Tỷ số nén ε = 6.5 8 – Thứ tự làm việc của xi lanh 1 – 5 – 4 – 2 – 6 – 3 – 7 – 8 9 – Suất tiêu hao nhiên liệu ge = 220 ( g/ml.h) 10 – Góc mở sớm xupap nạp α1 = 31 ( o ) Góc đóng muộn xupap nạp α2 = 83 ( o ) 11 – Góc mở sớm xupap thải β1 = 67 ( o ) Góc đóng muộn xupap thải β2 = 47 ( o ) 12 – Chiều dài thanh truyền ltt = 185 ( mm ) 13 – Khối lượng nhóm piston mpt = 1.187 ( mm ) 14 – Khối lượng nhóm thanh truyền mtt = 1.272 ( mm ) 1.1.2 Các thông số cần chọn: 1. Áp suất môi trường : pk = 0.1 ( Mpa) 2. Nhiệt độ môi trường: Tk = 297 ( o k ) 3. Áp suất cuối quá trình nạp: pa = 0.085 ( Mpa) 4. Âp suất khí thải: pr = 0.105 ( Mpa) 5. Mức độ sấy nóng môi chất: ∆T = 6 ( o c) 6. Nhiệt độ khí sót ( khí thải ): Tr = 1000 ( o k ) 7. Hệ số hiệu đinh nhiệt: λt = 1.1 8. Hệ số quét buồng cháy: λ2 = 1 9. Hệ số nạp thêm: λ1 = 1.02 10. Hệ số lợi dụng nhiệt tại z: ξz = 0.85 11. Hệ số lợi dụng nhiệt tại b ξb = 0.856 12. Hệ số hiệu đính đồ thị công: φd = 0.929 13. Chỉ số mũ đa biến: m = 1.45 1.2. Tính toán các quá trình công tác 1.2.1. Tính toán quá trình nạp: 1. Hệ số khí sót γr : Hệ số khí sót γr dược tính theo công thức == 0.0699 Trong đó: m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót. m = 1,45 1. Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta: Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta được tính theo công thức: ( oK ) Ta > 310 o K → đạt yêu cầu Hệ số nạp ηv : == 0.8116 2. Lượng khí nạp mới M1 : Lượng khí nạp mới M1 được xác định theo công thức : Trong đó: pe là áp suất có ích trung bình dược xác định theo công thức: Vh là thể tích công tác của động cơ được xác định theo công thức: ( dm3 ) ( kmol/kg nhiên liệu ) Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu Mo : Lượng không khí lí thuyết cấn để đốt cháy 1 kg nhiên liệu Mo được tính theo công thức : ( kmol/kg nhiên liệu ) Đối với nhiên liệu của động cơ xăng ta có: C = 0,855 ; H = 0,145. Hệ số dư lượng không khí α: Trọng lượng phân tử của xăng là μnl = 114 nên đối với động cơ xăng ta có: Tính toán quá trình nén: 1. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí: ( kJ/kmol.độ ) Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy (α = 1). = =21,74337T (kJ/kmol.độ) Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp. Được tính theo công thức: Ta đặt : , Vậy ta có tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp ( kJ/kmol.độ ) 4. Chỉ số nén đa biến trung bình n1: Được tính theo công thức: ( I ) Ta chọn : n1 = 1.375 thay vào hai vế của phương trình ( I ) ta được phương trình tương đương : 0.375 = 0.3743 Sai số n1 = 0.1929 < 0.2% 5. Áp suất cuối quá trình nén pc : Áp suất cuối quá trình nén pc được xác định theo công thức ( MPa ) 6. Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc: Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc được tính theo công thức : ( oK) 7.Lượng môi chất công tác của quá trình nén Mc: Lượng môi chất công tác của quá trình nén Mc được tính theo công thức: Mc = M1 + Mr = M1. ( 1 + γr) = 0.5516.( 1 + 0.0699) = 0.590 1.2.3: Tính toán quá trình cháy : 1. Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết βo : Ta có độ tăng mol ∆M của các loại động cơ được xác định theo công thức: ∆M = 0.21.( 1 – α ). Mo + Nên hệ số thay đổi phan tử lý thuyết βo được xác định theo công thức: = 2. Hệ số thay đổi phân tử thực tế β ( do có khí sót ). Được xác định theo công thức: 3. Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z ( βz ) (do cháy chưa hết ): Ta có hệ số thay đổi thực tế tại điểm z, βz được xác định theo công thức : Trong đó: 4. Lượng sản vật cháy M2 : Ta có lượng sản vật cháy M2 được xác định theo công thức: M2 = M1 + ∆M = βo.M1 = 1,0381+ 0,5516 = 0,5726 ( kmol/kg n.l ) 5. Nhiệt độ tại điểm z Tz : Đối với động cơ Xăng, nhiệt độ tại điểm z Tz được xác định bằng cách giải phương trình cháy : ( * ) Trong đó : QH : nhiệt trị thấp của nhiên liệu ta có, thông thường có thể chọn QH = 44000 ( kJ/kgnl ). ∆QH : nhiệt lượng tổn thất do nhiên liệu cháy không hết khi đốt 1 kg nhiên liệu, thông thường có thể xác định ∆QH theo α bằng công thức sau: ∆QH = 120.103.(1- α)Mo (kJ/kgnl) khi α < 1 ∆QH = 0 khi α ≥ 1 : Là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy được xác định theo công thức: Ta có: = = . Thay vào phương trình ( * ) ta được: Vậy nhiệt độ tại điểm z Tz = 2689.1 Áp suất tại điểm z pz: Ta có hệ số tăng áp: Áp suất tại điểm z pz được xác định theo công thức: pz = λ.pc = 3,937 . 1,1147 = 4,389 (MPa) 1.2.4. Tính toán quá trình giản nở: 1. Hệ số giản nở sớm ρ: Đối với động cơ xăng: ρ = 1 2. Hệ số giản nở sau δ : Ta có hệ số giản nở sau δ được xác định theo công thức: δ = Với động cơ xăng : δ = ε = 6,5 3. 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 b và được xác định theo công thức : ( oK ) QH* : Nhiệt trị tính toán Đối với động cơ xăng: QH* = QH - ∆QH = 4400 – 0 = 4400 ( kJ/kg.độ ) Thay vào phương trình; Chọn n2 = 1.23 thay vào hai vế của phương trình trên ta được phương trình tương đương: 0,223 = 0,2303 4. Nhiệt độ cuối quá trình giản nở Tb : Ta có công thức xác định nhiệt độ cuối quá trình giản nở Tb : ( oK ) 5. 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 Trt : Tính nhiệt độ khí thải được xác định theo công thức: ( oK ) Sai số của nhiệt độ khí thải tính toán Trt và nhiệt độ khí thải đã chọn ban đầu Tr = 1000 không vượt quá 15%, nghĩa là : 1.2.5. Tính toán các thông số chu trình công tác. 1. Áp suất chỉ thị trung bình p’i : Với động cơ Xăng áp suất chỉ thị trung bình p’i được xác định theo công thức : = ( MPa) 2. Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi : Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đó ta có áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi được xác định theo công thức : pi = p’i . φd = 0,9411 . 0,929 = 0,8743 ( MPa ) Trong đó φd – Hệ số hiệu đính đồ thị công. Chọn theo tính năng và chủng loại động cơ. 3. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi : Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi : ( g/kW.h ) 4.Hiệu suất chỉ thị ηi : Ta có công thức xác định hiệu suất chỉ thị ηi : ( % ) 5. Áp suất tổn thất cơ giới pm : Áp suất tổn thất cơ giới pm được xác định theo nhiều công thức khác nhau và được biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ. Ta có tốc độ trung bình của động cơ là: ( m/s ) Theo số liệu thực nghiệm, có thể tính pm theo công thức sau: Đối với động cơ xăng i = 8, S/D < 1: pm = 0.04 + 0.012. vtb = 0,04 + 0,012.9,811167 = 0,1578 (MPa) 6. Áp suất có ích trung bình pe : Ta có công thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định theo công thức: pe = pi – pm = 0,8743 – 0,1578 = 0,71648 ( MPa ) Sau khi tính toán được pe phải so sánh với trị số pe dã tính ở phần tính toán quá trình nạp. Nếu có sai lệch thì phải tính lại. So với pe ở quá trình nạp là pe = 0,7155 7. Hiệu suất cơ giới ηm : Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới: ( % ) 8. Suất tiêu hao nhiên liệu ge: Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là: ( g/kW.h ) 9. Hiệu suất có ích ηe : Ta có công thức xác định hiệu suất có ích ηe được xác định theo công thức: ηe = ηm. ηi = 0,8195 . 0,3342 = 0,2739 10. Kiểm nghiệm đường kính xy lanh D theo công thức: Ta có thể tích công tác tính toán được xác định theo công thức : ( lít ) ( mm ) Sai số so với đề bài 0,04498625 1.3. Vẽ và hiệu đính đồ thị công Căn cứ vào các số liệu dã tính pa, pc, pz, pb, n1, n2, ε ta lập bảng tính đường nén và đường giản nở theo biên thiên của dung tích công tác Vx = i.VC ( VC : dung tích buồng cháy) Với : Ta có bảng tính quá trình nén và giản nở : ( Xuất phát từ p.Vn = const => với Vx = i. VC thay vào rút ra) QUÁ TRÌNH NÉN QUÁ TRÌNH GIẢN NỞ i i.Vc px =pc.(1/i^n1) Giá trị biểu diễn px=pz.(p/i)^n2 Giá trị biểu diễn 1.00 0.1357 1.1147 55.8790 4.3888 220.0000 1.25 0.1696 0.8202 41.1147 3.3354 167.1950 1.50 0.2035 0.6383 31.9980 2.6654 133.6074 1.75 0.2374 0.5164 25.8864 2.2050 110.5314 2.00 0.2713 0.4298 21.5443 1.8710 93.7898 2.50 0.3391 0.3162 15.8519 1.4219 71.2781 3.00 0.4070 0.2461 12.3369 1.1363 56.9591 4.00 0.5426 0.1657 8.3065 0.7977 39.9842 5.00 0.6783 0.1219 6.1117 0.6062 30.3871 6.00 0.8140 0.0949 4.7565 0.4844 24.2827 6.50 0.8818 0.0850 4.2608 0.4390 22.0059 Để thuận tiện cho việc vẽ đồ thị công ta chọn đường po và 1Vc lên hai trục tọa độ. Từ đó ta có bảng số liệu tương ứng là: QUÁ TRÌNH NÉN QUÁ TRÌNH GIẢN NỞ i i.Vc Giá trị biểu diễn px =pc.(1/i^n1) Giá trị biểu diễn px=pz.(p/i)^n2 Giá trị biểu diễn 1.00 0.1357 30.7692 1.1147 55.8790 4.3888 220.0000 1.25 0.1696 38.4614 0.8202 41.1147 3.3354 167.1950 1.50 0.2035 46.1537 0.6383 31.9980 2.6654 133.6074 1.75 0.2374 53.8460 0.5164 25.8864 2.2050 110.5314 2.00 0.2713 61.5383 0.4298 21.5443 1.8710 93.7898 2.50 0.3391 76.9229 0.3162 15.8519 1.4219 71.2781 3.00 0.4070 92.3075 0.2461 12.3369 1.1363 56.9591 4.00 0.5426 123.0766 0.1657 8.3065 0.7977 39.9842 5.00 0.6783 153.8458 0.1219 6.1117 0.6062 30.3871 6.00 0.8140 184.6150 0.0949 4.7565 0.4844 24.2827 6.50 0.8818 199.9995 0.0850 4.2608 0.4390 22.0059 Tung độ thường chọn tương ứng với pz = 220 mm. Từ đó ta có tỷ lệ xích: ( mm ) Chiều dài hoành độ ta chọn εVc = 200 mm. Ta có tỉ lệ xích: ( mm ) Từ đó ta có thể vẽ đồ thị công: O' O c" c' c b' b" a r P Z z 0 Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính đồ thị công để có đồ thị công chỉ thị. Các bước hiệu đính như sau: * Vẽ vòng tròn Brick dặt phía trên đồ thị công: Ta chọn tỉ lệ xích của hành trình piston S là : Thông số kết cấu của động cơ là: Khoảng cách OO’ là: Giá trị biểu diễn của OO’ trên đồ thị: ( mm ) Ta có nửa hành trình của piston là: ( mm ) Giá trị biểu diễn của R trên đồ thị : ( mm ) Từ gtbdOO’ và gtbdR ta có thể dựng được vòng tròn Brick * Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị: 1.3.1. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp: ( điểm a ) Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc đóng muộn xu páp thải β2, bán kính này cắt vòng tròn Brick tại điểm a’. Từ a’ gióng đường song song với trục tung cắt đường pa tại điểm a. Nối điểm r trên đường thải ( là giao điểm giữa pr và trục tung) với a ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp. 1.3.2. Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén: ( điểm c’ ) Áp suất cuối quá trình nén thực tế do có hiện tượng đánh lửa sớm ( động cơ xăng) nên thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết pc đã tính. Theo kinh nghiệm, áp suát cuối quá trình nén thực tế p’c được xác định theo công thức sau: ( MPa ) Từ đó ta xác định được tung độ điểm c’ trên đồ thị công: ( mm ) Hiệu đính điểm phum sớm : ( điểm c’’ ) Do có hiện tượng phun sớm nên đường nén trong thực tế tách khỏi đường nén lý thuyết tại điểm c’’. Điểm c’’ được xác định bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc đánh lửa sớm θ, bán kính này cắt vòng tròn Brick tại 1 điểm. Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường nén tại điểm c’’. Dùng một cung thích hợp nối điểm c’’ với điểm c’. Hiệu đính điểm đạt pzmax thực tế Áp suất pzmax thực tế trong quá trình cháy – giãn nở không đạt trị số lý thuyết của động cơ xăng. Theo thực nghiệm, điểm đạt trị số áp suất cao nhất là điểm thuộc miền 372o ÷ 375o ( tức là 12o ÷ 15o sau ĐCT của quá trình cháy và giãn nở). * Hiệu đính điểm z: Cắt đồ thị công bởi đường 0.85 Pz Xác định điểm Z từ góc 12o: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc tương ứng với 372o góc quay trục khuỷu, bán kính này cắt vòng tròn tại 1 điểm. Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường 0.85pz tại điểm z. Dung cung thích hợp nối c’ với z và lượn sát đường giãn nở. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế : ( điểm b’ ) Do có hiện tượng mở sớm xupap thải nên trong thực tế quá trình thải thực sự diễn ra sớm hơn lí thuyết. Ta xác định điểm b’ bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc mở sớm xupap thải β1, bán kính này cắt vòng tròn Brick tại 1 điểm . Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường giãn nở tại điểm b’. Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giãn nở. ( điểm b’’) Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế pb’’ thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn nở lý thuyết do xupap thải mở sớm. theo công thức kinh nghiệm ta có thể xác định được: ( MPa ) Từ đó suy ra tung độ của điểm b’’ là: ( mm ) Sau khi xác định được các điểm b’, b’’ ta dùng cung thích hợp nối với đường thải rr . µ 0.00199 ĐỒ THỊ CÔNG 0 -Pj=f(x) VßNG TRßN BRICK µ 0409 b' CHƯƠNG II TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC 2.1. Vẽ các đường biểu diễn các quy luật động học Các đường biểu diễn này điều vẽ trên một hoành độ thống nhất ứng với hành trình của piston S = 2R. Vì vậy đồ thị điều lấy hoành độ tương ứng với Vh của đồ thị công ( từ điểm 1Vc đến εVc ). 2.1.1. Đường biểu diễn hành trình của piston x = f ( α ). Ta tiến hành biểu diễn hành trình của piston theo thứ tự sau: 1. Chọn tỉ lệ xích góc: thường dùng tỉ lệ xích (0.6 ÷ 0.7) (mm/độ) 2. Chọn gốc tọa độ cách gốc của đồ thị công khoảng 15 ÷ 18 cm 3. Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 10o, 20o, .. , 180o . 4. Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 10o, 20o, .. , 180o tương ứng trên trục tung của đồ thị x = f ( α ) ta được các điểm xác định chuyển vị x tương ứng với các góc 10o, 20o, .. , 180o . 5.Nối các điểm xác định chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệx= f(α). 2.1.2. Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f ( α ). Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn tốc độ của piston v = f ( α ) theo phương pháp đồ thị vòng. Tiến hành theo các bước cụ thể sau: Vẽ nửa vòng tròn tâm O bán kính R, phía dưới đồ thị x = f ( α ), sát mép dưới của bản vẽ. Vẽ vòng tròn tâm O bán kính là Rλ/ 2 Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R và vòng tròn và vòng tròn tâm O bán kính là Rλ/ 2 thành 18 phần có chiều ngược nhau. Từ các điểm chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R kẻ các đường song song với tung độ, các đường này sẽ cắt các đường song song với hoành độ xuất phát từ các điểm chia tương ứng trên vòng tròn tâm O bán kính là Rλ/ 2 tại các điểm a, b, c,.. Đồ thị này biểu diễn quan hệ v = f ( α ) trên tọa độ cực 2.1.3. Đường biểu diễn gia tốc của piston: j = f ( x ) Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston theo phương pháp Tôlê, Ta vẽ theo các bước sau: 1. Chọn tỉ lệ xích μj = 80 ( m/s2.mm ) 2. Ta tính được các giá trị: - Tốc độ góc: ( rad/s ) - Gia tốc cực đại: jmax = R.ω2.( 1 + λ) = 0,0475 . 324,472.( 1 + 0,2566 ) = 6284,059 (m/s2 ) Vậy ta được giá trị biểu diễn jmax là: ( mm ) - Gia tốc cực tiểu: ( m/s2 ) Vậy giá trị biểu diễn của jmin là: ( mm ) - Xác định giá trị EF: ( m/s2 ) Vậy giá trị biểu diễn EF là: ( mm ) 3. Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy AC = jmax, từ điểm B tương ứng điểm chết dưới lấy BD = jmin; nối CD cắt trục hoành ở E; lấy EF = - 3.R.λ. ω2 về phía BD. Nối CF va FD, chia đoạn này thành 8 phần , nối 11, 22, 33 .. Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11, 22, 33, .. ta được đường cong biểu diễn quan hệ j = f ( x ). m j = 80,001 §å THÞ GIA TèC j f(x) 2.2. Tính toán động lực học 2.2.1. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến: - Khối lượng nhóm piston mnpt được cho trong số liệu ban đầu của đề bài ( kg ). - Khối lượng của thanh truyền phân bố về tâm chốt piston m1 có thể tra trong các sổ tay, có thể căn các chi tiết của nhóm để lấy số liệu hoặc tính gần đúng theo bản vẽ. Hoặc có thể tính theo công thức kinh nghiệm sau: + Thanh truyền của động cơ ô tô: m1 = ( 0.275 ÷ 0.285 ).mtt ta chọn m1 = 0,28.mtt Trong đó mtt là khối lượng thanh truyền mà đề bài đã cho. Vậy ta xác định khối lượng chuyển động tịnh tiến: m = mnpt + ml = 1,187 + 0,28 . 1,272 = 1,54316 ( kg ) 2.2.2. Các khối lượng chuyển động quay: Khối lượng chuyển động quay của trục khuỷu bao gồm: Khối lượng của thanh truyền quy về tâm chốt: m2 = ( mtt – ml ) = 1,272 – 0,35616 = 0,91584 ( kg ) Khối lượng của chốt khuỷu: mch ( kg ) Trong đó ta có: dch : là đường kính ngoài của chốt khuỷu. dch = 65 ( mm ) δch : là đường kính trong của chốt khuỷu. δch = 0 ( mm ) lch : là chiều dài của chốt khuỷu . lch = 48 ( mm ) ρ: là khối lượng riêng của vật liệu làm chốt khuỷu. ρ = 7800( kg/mm3) Khối lượng của má khuỷu quy dẫn về tâm chốt : m0m. Khối lượng này tính gần đúng theo phương trình quy dẫn: Trong đó: m0m – khối lượng của má khuỷu rmk – bán kính trọng tâm má khuỷu rmk = 58 ( MN/m2 ) R – bán kính quay của khuỷu 2.2.3. Lực quán tính: Lực quán tính chuyển động tịnh tiến: pj = - m.j = - mRω2 ( cosα + λcos2α ) Với thông số kết cấu λ ta có bảng tính pj: 0 1,31 - 17619,2 10 1,276 - 17161,9 20 1,177 - 15830,4 30 1,021 - 13732,2 40 0,819 - 11015,4 50 0,5889 - 7920,6 60 0,345 - 4640,2 70 0,1045 - 1405,5 80 - 0,1176 1581,7 90 - 0,31 4169,4 100 - 0,465 6254,2 110 - 0,579 7787,4 120 - 0,655 8809,6 130 - 0,697 9374,5 140 - 0,712 9576,3 150 - 0,711 9562,8 160 - 0,702 9441,8 170 - 0,694 9334,2 180 - 0,690 9208,4 2.2.4. Vẽ đường biểu diễn lực quán tính – pj = f ( x ). Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn lực quán tính theo phương pháp Tôlê nhưng hoành độ đặt trùng với đường po ở đồ thị công va vẽ đường – pj = f ( x ) ( tức cùng chiều với j = f ( x )). Tiến hành vẽ theo các bước sau: 1. Chọn tỉ lệ xích pj là μp = 0.0199 ( MPa ), tỉ lệ xích μx cùng tỉ lệ xích với hoành độ của j = f ( x ). 2. Ta tính được các giá trị: - Diện tích đỉnh piston: ( m2 ) Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cực đại: ( MPa ) Trong đó: m: Khối lượng chuyển động tịnh tiến: m = 1,54316 (kg ) R : Bán kính quay trục khuỷu: ( m ) ω: Tốc độ góc trục khuỷu : ω = 324,63 ( rad/s ) λ: Thông số kết cấu: λ = 0,2566 Fpt: Diện tích đỉnh piston: Fpt = 7,654 . 10-3 ( m2 ) Thay vào công thức ta được: ( Pa ) ( MPa ) Vậy ta được giá trị biểu diễn là: ( mm ) Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cực tiểu: ( Pa ) ( MPa ) Vậy ta được giá trị biểu diễn là: ( mm ) Ta xác định giá trị E’F’ là: ( Pa ) ( MPa ) Vậy ta xác định được giá trị biểu diễn E’F’ là: ( mm ) Từ điểm A tương ứng ĐCT A’C’ = , từ điểm B tương ứng ĐCD lấy B’D’ = ; nối C’D’ cắt trục hoành ở E’; lấy E’F’ về phía B’D’, Nối C’F’ và F’D’, chia các đoạn thẳng này ra làm 8 phần, nối 11, 22, 33, …. Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11, 22, 33, …. Ta được đường cong quan hệ - pj = f ( x ) m j = 80,001 ĐỒ THỊ LỰC QUÁN TÍNH j f(x) 2.2.5. Đường biểu diễn v = f ( x). Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn quan hệ v = f ( x ) dựa trên hai đồ thị là đồ thị x = f ( α ) và đồ thị v = f ( α ) ( sử dụng phương pháp đồ thị vòng). Ta tiến hành theo trình tự sau: Từ tâm các điểm đã chia độ trên cung của đồ thị Brick ta gióng các đường song song với trục tung tương ứng với các góc quay α = 10o, 20o, 30o, ..,180o. Đặt các giá trị của vận tốc v này ( đoạn thẳng biểu thị giá trị của v có một đầu mút thuộc đồ thị v = f ( α ), một đầu thuộc nửa vòng tròn tâm O, bán kính R trên đồ thị) trên các tia song song với trục tung nhưng xuất phát từ các góc tương ứng trên đồ thị Brick gióng xuống hệ trục tọa độ của đồ thị x = f ( α ). Nối các điểm trên đồ thị ta được đường biểu diễn quan hệ v = f ( x ). Chú ý : nếu vẽ đúng, điểm vmax sẽ ứng với điểm j = 0. 2.2.6. Khai triển đồ thị công P – V thành pkt = f ( α ). Để thuận tiên cho việc tính toán sau này ta tiến hành khai triển đồ thị công P – V thành pkt = f ( α ). Khai triển đồ thị công theo trình tự sau: 1. Chọn tỉ lệ xích μα = 2o / 1mm. Như vậy toàn bộ chu trình 720o sẽ ứng với 360 mm. Đặt hoành độ α này cùng trên đường đậm biểu diễn po và cách ĐCD của đồ thị công khoảng 4 ÷ 5 cm. 2. Chọn tỉ lệ xích μp đúng bằng tỉ lệ xích μp khi vẽ đồ thị công μp = 0,0199 (MN/mm) 3. Từ các điểm chia trên đồ thị Brick ta xác định trị số của pkt tương ứng với các góc α rồi đặt các giá trị này trên tọa độ p – α . 4. Nối các điểm xác định được theo một đường cong trơn ta thu được đồ thị biểu diễn quan hệ pkt = f ( α ) Pkt = f(α) P∑ = f ( α) Pj = f ( α) 2.2.7. Khai triển đồ thị pj = f ( x ) thành pj = f ( α ). Đồ thị pj = f ( α ) biểu diễn trên đồ thị công có ý nghĩa kiểm tra tính năng tốc độ của động cơ. Nếu động cơ ở tốc độ cao, đường này thế nào cũng cắt đường nén ac . Động cơ tốc độ thấp, đường pj ít cắt đường nén. Ngoài ra đường pj còn cho ta tìm được giá trị của p∑ = pkt + pj một cách dễ dàng vì giá trị của đường p∑ chính là khoảng cách giữa đường pj với đường biểu diễn pkt của các quá trình nạp, nén, cháy giãn nở và thải của động cơ. Khai triển đồ thị pj = f ( x ) thành đồ thị pj = f ( α ) tương tự như cách ta khai triển đồ thị công ( thông qua vòng tròn Brick) chỉ có điều cần lưu ý là ở đồ thị trước là ta biểu diễn đồ thị - pj = f ( α ) nên cần phải lấy lại giá trị pj cho chính xác. 2.2.8. Vẽ đồ thị p∑ = f ( α ). Ta tiến hành vẽ đồ thị p∑ = f ( α ) bằng cách ta cộng hai đồ thị là đồ thị pj = f ( α ) và đồ thị p = f ( α ). 2.2.9. Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T = f ( α ) và đồ thị lực pháp tuyến Z = f ( α ). Theo kết quả tính toán ở phần động lực học ta co công thức xác định lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến như sau: Trong đó góc lắc của thanh truyền β được xác định theo góc quay α của trục theo biểu thức sau: sinβ = λ. sin α Vẽ 2 đường này theo trình tự sau: - Bố trí hoành độ α ở dưới đường pkt, tỷ lệ xích μα = 2o / 1mm sao cho đường biểu diễn nằm ở khoảng giũa tờ giấy kẻ ly Ao ( có thể chọn trùng với đường biểu diễn hoành độ của đồ thị j = f ( x ) ). μp cùng tỉ lệ xich đã chọn μp = 0,0199 - Căn cứ vào thông số kết cấu λ = R/l, dựa vào các công thức trên và dựa vào đồ thị p∑ = f ( α ) ta xác định được các giá trị cho trong bảng dưới đây theo góc quay α của trục khuỷu: α( o) α( rad) β( rad) β+α pΣ T gtbd T Z gtbd Z 0 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 -1.20 0.00 0.00 -1.20 -60.1 10 0.17 0.04 0.22 0.22 0.98 -1.17 -0.25 -12.78 -1.14 -57.4 20 0.35 0.09 0.44 0.42 0.91 -1.09 -0.46 -23.23 -0.99 -49.7 30 0.52 0.13 0.65 0.61 0.80 -0.96 -0.59 -29.48 -0.77 -38.6 40 0.70 0.17 0.86 0.77 0.66 -0.82 -0.63 -31.67 -0.54 -27.1 50 0.87 0.20 1.07 0.89 0.49 -0.63 -0.56 -28.27 -0.31 -15.4 60 1.05 0.22 1.27 0.98 0.30 -0.41 -0.40 -19.97 -0.12 -6.2 70 1.22 0.24 1.47 1.02 0.11 -0.18 -0.19 -9.42 -0.02 -1.0 80 1.40 0.26 1.65 1.03 -0.08 0.03 0.03 1.38 0.00 -0.1 90 1.57 0.26 1.83 1.00 -0.27 0.21 0.21 10.69 -0.06 -2.8 100 1.75 0.26 2.00 0.94 -0.43 0.37 0.35 17.39 -0.16 -8.0 110 1.92 0.24 2.16 0.85 -0.58 0.49 0.42 21.06 -0.28 -14.2 120 2.09 0.22 2.32 0.75 -0.70 0.58 0.44 21.86 -0.40 -20.3 130 2.27 0.20 2.47 0.64 -0.80 0.64 0.41 20.38 -0.51 -25.5 140 2.44 0.17 2.61 0.51 -0.87 0.67 0.34 17.33 -0.59 -29.4 150 2.62 0.13 2.75 0.39 -0.93 0.69 0.27 13.37 -0.64 -32.1 160 2.79 0.09 2.88 0.26 -0.97 0.69 0.18 9.01 -0.67 -33.7 170 2.97 0.04 3.01 0.13 -0.99 0.70 0.09 4.55 -0.69 -34.8 180 3.14 0.00 3.14 0.00 -1.00 0.69 0.00 0.00 -0.69 -34.8 190 3.32 -0.04 3.27 -0.13 -0.99 0.71 -0.09 -4.61 -0.70 -35.3 200 3.49 -0.09 3.40 -0.26 -0.97 0.71 -0.18 -9.26 -0.69 -34.7 210 3.67 -0.13 3.54 -0.39 -0.93 0.71 -0.27 -13.80 -0.66 -33.1 220 3.84 -0.17 3.67 -0.51 -0.87 0.70 -0.36 -18.05 -0.61 -30.6 230 4.01 -0.20 3.82 -0.64 -0.80 0.67 -0.43 -21.46 -0.53 -26.8 240 4.19 -0.22 3.96 -0.75 -0.70 0.62 -0.47 -23.59 -0.44 -21.9 250 4.36 -0.24 4.12 -0.85 -0.58 0.55 -0.47 -23.62 -0.32 -15.9 260 4.54 -0.26 4.28 -0.94 -0.43 0.44 -0.41 -20.68 -0.19 -9.5 270 4.71 -0.26 4.45 -1.00 -0.27 0.30 -0.30 -15.19 -0.08 -4.0 280 4.89 -0.26 4.63 -1.03 -0.08 0.15 -0.15 -7.56 -0.01 -0.6 290 5.06 -0.24 4.82 -1.02 0.11 0.00 0.00 0.20 0.00 0.0 300 5.24 -0.22 5.01 -0.98 0.30 -0.19 0.18 9.19 -0.06 -2.8 310 5.41 -0.20 5.21 -0.89 0.49 -0.32 0.29 14.39 -0.16 -7.9 320 5.59 -0.17 5.42 -0.77 0.66 -0.40 0.31 15.48 -0.26 -13.2 330 5.76 -0.13 5.63 -0.61 0.80 -0.41 0.25 12.65 -0.33 -16.6 340 5.93 -0.09 5.85 -0.42 0.91 -0.32 0.14 6.88 -0.29 -14.7 350 6.11 -0.04 6.06 -0.22 0.98 0.13 -0.03 -1.39 0.12 6.2 360 6.28 0.00 6.28 0.00 1.00 0.67 0.00 0.00 0.67 33.9 370 6.46 0.04 6.50 0.22 0.98 2.48 0.54 27.06 2.42 121.5 380 6.63 0.09 6.72 0.42 0.91 2.26 0.96 48.35 2.06 103.5 390 6.81 0.13 6.94 0.61 0.80 1.73 1.06 53.15 1.38 69.6 400 6.98 0.17 7.15 0.77 0.66 1.29 1.00 50.05 0.85 42.7 410 7.16 0.20 7.35 0.89 0.49 0.98 0.88 44.23 0.48 24.2 420 7.33 0.22 7.55 0.98 0.30 0.88 0.86 43.24 0.27 13.3 430 7.50 0.24 7.75 1.02 0.11 0.85 0.87 43.87 0.09 4.6 440 7.68 0.26 7.94 1.03 -0.08 0.86 0.89 44.65 -0.07 -3.6 450 7.85 0.26 8.11 1.00 -0.27 0.92 0.92 46.19 -0.24 -12.3 460 8.03 0.26 8.28 0.94 -0.43 0.98 0.92 46.04 -0.42 -21.1 470 8.20 0.24 8.45 0.85 -0.58 1.03 0.88 44.13 -0.59 -29.7 480 8.38 0.22 8.60 0.75 -0.70 1.07 0.80 40.29 -0.74 -37.4 490 8.55 0.20 8.75 0.64 -0.80 1.08 0.69 34.72 -0.86 -43.4 500 8.73 0.17 8.89 0.51 -0.87 1.09 0.56 28.14 -0.95 -47.8 510 8.90 0.13 9.03 0.39 -0.93 1.07 0.42 20.94 -1.00 -50.2 520 9.08 0.09 9.16 0.26 -0.97 1.01 0.26 13.15 -0.98 -49.2 530 9.25 0.04 9.29 0.13 -0.99 0.99 0.13 6.43 -0.98 -49.2 540 9.42 0.00 9.42 0.00 -1.00 0.95 0.00 0.00 -0.95 -47.8 550 9.60 -0.04 9.55 -0.13 -0.99 0.86 -0.11 -5.58 -0.85 -42.7 560 9.77 -0.09 9.69 -0.26 -0.97 0.82 -0.21 -10.69 -0.80 -40.0 570 9.95 -0.13 9.82 -0.39 -0.93 0.80 -0.31 -15.51 -0.74 -37.2 580 10.12 -0.17 9.96 -0.51 -0.87 0.76 -0.39 -19.65 -0.66 -33.4 590 10.30 -0.20 10.10 -0.64 -0.80 0.72 -0.46 -22.93 -0.57 -28.7 600 10.47 -0.22 10.25 -0.75 -0.70 0.66 -0.49 -24.87 -0.46 -23.1 610 10.65 -0.24 10.40 -0.85 -0.58 0.57 -0.49 -24.48 -0.33 -16.5 620 10.82 -0.26 10.57 -0.94 -0.43 0.45 -0.42 -21.15 -0.19 -9.7 630 11.00 -0.26 10.74 -1.00 -0.27 0.29 -0.29 -14.69 -0.08 -3.9 640 11.17 -0.26 10.91 -1.03 -0.08 0.11 -0.11 -5.50 -0.01 -0.4 650 11.34 -0.24 11.10 -1.02 0.11 -0.10 0.11 5.32 -0.01 -0.6 660 11.52 -0.22 11.29 -0.98 0.30 -0.33 0.32 16.05 -0.10 -5.0 670 11.69 -0.20 11.50 -0.89 0.49 -0.55 0.49 24.69 -0.27 -13.5 680 11.87 -0.17 11.70 -0.77 0.66 -0.76 0.58 29.36 -0.50 -25.1 690 12.04 -0.13 11.91 -0.61 0.80 -0.94 0.57 28.87 -0.75 -37.8 700 12.22 -0.09 12.13 -0.42 0.91 -1.08 0.46 23.02 -0.98 -49.3 710 12.39 -0.04 12.35 -0.22 0.98 -1.17 0.25 12.76 -1.14 -57.3 720 12.57 0.00 12.57 0.00 1.00 -1.20 0.00 0.00 -1.20 -60.1 - Biểu diễn đường T = f ( α ) và Z = f ( α ) trên tọa độ đã chọn. 2.2.10. Vẽ đường biểu diễn ∑T = f ( α ) của động cơ nhiều xy lanh. Động cơ nhiều xy lanh có moment tích lũy vì vậy phải xác định moment này. Ta xác định chu kỳ của moment tổng phụ thuộc vào số xy lanh và số kỳ , chu kỳ này bằng đúng góc công tác của các khuỷu: Trong đó : τ : Là số kỳ của động cơ. i : Là số xy lanh của động cơ. Nếu trục khuỷu không phân bố các khuỷu theo đúng góc công tác ( điều kiện đồng điều của chu trình ) thì chu kỳ của moment tổng cũng thay đổi. Ta tiến hành vễ đường biểu diễn ∑T = f ( α ) cũng chính là đường biểu diễn ∑M = f ( α ) ( do đã biết ∑M = ∑T.R ). Ta vẽ đường biểu diễn này như sau: Lập bảng xác định góc αi ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc của động cơ 4 kỳ, 8 xy lanh, có thứ tự làm việc 1 – 5 – 4 – 2 – 6 – 3 – 7 – 8: 0o 180o 360o 540o 720o 1 Nạp Nén Nổ Thải α 1 = 0o α 2 = 450o α 3 = 270o α 4 =540 o α 5 = 630o α 6 = 360o α 7 = 180o α 8 = 90o 2 Nổ Thải Nạp Nén Nổ 3 Nén Nổ Thải Nạp Nén 4 Thải Nạp Nén Nổ 5 Thải Nạp Nén Nổ Thải 6 Nổ Thải Nạp Nén 7 Nén Nổ Thải Nạp 8 Nạp Nén Nổ Thải Nạp 2. Ta có bảng tính ∑T = f ( α ): a1 T1 a2 T2 a3 T3 a4 T4 ΣT 0 0 180 0 540 0 360 0 0 10 -0.2543 190 -0.09174 550 -0.1111 370 0.538535 0.081406 20 -0.46237 200 -0.18437 560 -0.21274 380 0.962178 0.102696 30 -0.58675 210 -0.27464 570 -0.3086 390 1.05763 -0.11236 40 -0.63032 220 -0.35924 580 -0.39099 400 0.9959 -0.38465 50 -0.56248 230 -0.42715 590 -0.45631 410 0.880104 -0.56584 60 -0.3974 240 -0.46946 600 -0.4949 420 0.860515 -0.50125 70 -0.18742 250 -0.47007 610 -0.48708 430 0.872942 -0.27163 80 0.027506 260 -0.41152 620 -0.42087 440 0.88853 0.083645 90 0.2128 270 -0.30235 630 -0.2924 450 0.91925 0.5373 100 0.34609 280 -0.15051 640 -0.10951 460 0.916283 1.002355 110 0.41905 290 0.003894 650 0.105852 470 0.878269 1.407064 120 0.435044 300 0.182874 660 0.319392 480 0.801691 1.739 130 0.405597 310 0.286432 670 0.491244 490 0.690872 1.874144 140 0.344905 320 0.308145 680 0.584295 500 0.559969 1.797314 150 0.266145 330 0.251783 690 0.574569 510 0.416674 1.509171 160 0.179211 340 0.136883 700 0.458147 520 0.26174 1.035982 170 0.090447 350 -0.02759 710 0.253862 530 0.127875 0.444593 180 0 360 0 720 0 540 0 0 3. Từ bảng số liệu trên ta vẽ đường đồ thị ∑T = f ( α ) ở góc trên đồ thị T và Z 4. Vẽ đường ngang xác định ∑Ttb ( đại diện cho momen cản ) trực tiếp trên đồ thị bằng cách điếm diện tích bao bởi đường ∑T với trục hoành α ( F∑T ) rồi chia diện tích của chiều dài này cho trục hoành. Nghĩa là: ( MPa ) Trong đó μT là tỉ lệ xích của lực tiếp tuyến. Tiếp điến ta tính ∑Ttb theo công suất của động cơ: ( Với Ne = Me.ω.ηm ) Ta có: ηm = 0,8195 ( thông số chọn ) ω = 324,63 ( Rad/s ) ( m2 ) R = 0,0475 ( m ) n = 3100 ( v/phút ) Ne = 150 ( mã lực ) = 91,94 ( KW ) ( mm ) Ta có: ( mm ) So sánh hai giá trị ∑Ttb và ∑Ttbt đảm bảo sai khác = 0,2% < 5% đạt yêu cầu. 2.2.11. Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu: Ta tiến hành vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu theo các bước: 1. Vẽ hệ trục tọa độ 0’TZ và dựa vào bảng tính T = f ( α ) và Z = f ( α ) đã tính ở bảng trên ta xác định được các điểm 0 là điểm có tọa độ Too, Z0o; điểm 1 là điểm có tọa độ T10o, Z10o … điểm 72 là có tọa độ T720o, Z720o. Thực chất đây chính là đồ thị ptt biểu diễn tọa độ T – Z do ta thấy tính từ từ gốc tọa độ tại bất kỳ điểm nào ta điều có : 2. Tìm gốc tọa độ của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu bằng cách đặt vectơ đại diện cho lực quán tính ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu: Pko = m2.R.ω2 ( MPa ) ( mm ) Vậy ta xác định được gốc 0 của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, Nối 0 với bất kỳ điểm nào trên đồ thị ta điều có: Z T A 2 A0=A72 A 1 A 5 A 15 A 25 A 35 A 36 A 37 A 38 A 39 A 40 A 50 A 30 A 70 A 60 Z 40 T 40 ptt 40 O’ Trị số Thể hiện bằng độ dài | OA |. Chiều tác dụng là chiều . Điểm tác dụng là điểm a trên phương kéo dài của AO cắt vòng tròn tượng trưng cho mặt chốt khuỷu. 2.2.12. Vẽ đường biểu diễn Q = f ( α ). Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn Q = f ( α ) theo trình tự các bước sau: 1. Chọn hoành độ α gần sát mép dưới của tờ giấy vẽ và đặt cùng μα với các đồ thị p = f ( α ); T = f ( α ); Z = f ( α ). 2. Từ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta lập được bảng giá trị của Q theo góc quay α của trục khuỷu: α( o) Q α( o) Q α( o) Q α( o) Q 0 72.976 10 71.369 190 48.3311 370 112.002 550 55.83478 20 66.753 200 48.3958 380 102.765 560 53.90548 30 59.287 210 47.9761 390 77.7451 570 52.39126 40 50.936 220 47.0775 400 58.3031 580 50.19225 50 39.986 230 45.1017 410 45.6564 590 47.41193 60 27.564 240 41.9719 420 43.245 600 43.67291 70 16.734 250 37.2044 430 44.6249 610 38.19285 80 13.021 260 30.4285 440 47.5876 620 30.9064 90 18.975 270 22.7036 450 52.5742 630 22.27206 100 27.123 280 15.4301 460 57.2118 640 14.37679 110 34.254 290 12.8572 470 61.3103 650 14.41523 120 39.676 300 18.1675 480 64.3647 660 23.95975 130 43.397 310 25.214 490 66.0856 670 36.09016 140 45.672 320 30.3146 500 66.8153 680 47.95437 150 46.873 330 32.0058 510 66.4585 690 58.28712 160 47.394 340 28.4069 520 63.427 700 66.2531 170 47.831 350 6.75317 530 62.3387 710 71.26922 180 47.589 360 21.0243 540 60.5888 720 72.9757 3. Vẽ Q = f ( α ) trên tọa độ Q – α. Chú ý: Điểm Qmin thường xuất hiện ở vùng giữa α = 340o 350o biểu thị rất rõ trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt. Lực Q không bao giờ có giá trị âm. Xác định Qtb bằng cách điếm diện tích bao bởi Q = f ( α ) và trục hoành rồi chia cho chiều dài trục hoành ta có Qtb: ( không thỏa mãn ) Ta tính Qtb theo cách sau: Qtb = ( MPa ) Ta có: Qtổng = 3105,875 ( mm ) ( gtbd ) Tính hệ số va đập χ: ( thỏa mãn điều kiện ) CHƯƠNG III TÍNH KIỂM NGHIỂM BỀN CHI TIẾT CHÍNH Tính kiểm nghiệm bền thanh truyền Tính kiểm nghiệm bền đầu nhỏ thanh truyền Sơ đồ đầu nhỏ thanh truyền được giới thiệu như hình dưới: Đối với loại đầu nhỏ thanh truyền mỏng ( d2/d1 = 0.84 < 1.5 ) tính the o lý thuyết thanh cong bị ngàm ở tiết diện chuyển tiếp từ đầu nhỏ đến than ( tiết diện ngàm có góc γ như hình vẽ ). Ứng suất tổng khi đầu nhỏ thanh truyền chịu kéo: Kinasotxvili tính với giả thiết như sau: + Coi lực quán tính phân bố điều trên đường bán kính trung bình đầu nhỏ: Trong đó: .10-3 ( m ) ( MN ) ( MN ) + Góc ngàm γ tính theo công thức: + Khi cắt một nửa thanh cong siêu tĩnh, momen và lực pháp tuyến thay thế xác định theo phương trình sau: MA = Pj.ρ.( 0.00033γ – 0.0297 ) = MA = ( MN ) NA = Pj.( 0.752 – 0.0008γ )= NA = ( MN ) Với γ: Góc ngàm tính theo độ. Momen và lực pháp tuyến trên tiết diện ngàm C – C tính theo công thức: Mj = MA + NA. ρ.( 1 – cosγ) – 0,5.Pj. ρ.( sinγ – cosγ )= = 0,676.10-6 + 2.873.103 .( 1 – cos110o) – 0,5 . 5936,35 . 10-6 . 17,25.10-3.( sin110 - cos110) = 1.5632.10-6 ( MNm ) Nj = NA.cosγ + 0,5.Pj.( sinγ – cos γ )= = 2,873.10-3.cos110 +0,5.5936,35.10-6.( sin110 - cos110 )= 2,82.10-3 Do sức ép căng bạc lót vào đầu nhỏ nên hệ số giảm tải χ tính theo công thức sau: = Trong đó: Ed, Fd : Momen đàn hồi và tiết diện đầu nhỏ Ed = 2,2.105 ( chọn ); Fd = (d2 - d1 ).ld = ( 37,5 - 31,5 ).30.10-6 = 180.10-6 Eb, Fb : Momen đàn hồi và tiết diện bạc lót Eb = 1,15 . 105 ( chọn ) Fb = ( d1 - db ).ld = ( 31,5 - 28 ).30.10-6 = 105.10-6 Do có hệ số giảm tải, lực kéo thực tế Nk nhỏ hơn Nj Nk = χ.Nj = 0,766.2,82.10-3 = 2168.10-3 ( MN ) Ứng suất tổng tác dụng trên mặt trong và ngoài đầu nhỏ trên các tiết diện γ = 0 đến γ = γ tính theo công thức sau: = Trong đó: σtj, σnj - ứng suất tổng của các điểm trên mặt trong và mặt ngoài đầu nhổ thanh truyền khi đầu nhỏ chịu kéo, ứng suất này phân bố như hình trên. 3.1.2. Ứng suất tổng khi đầu nhỏ thanh truyền chịu nén Lực tác dụng lên đầu nhỏ thanh truyền là lực tổng: P∑ = Pkt + Pj Lực này phân bố theo dạng cosin như hình vẽ: Ta có: P∑ = Pkt . Fpt + mnp . R .ω2. ( 1 + λ ) . Fpt = 4,3888 . 0,00875 + 1,187 . 0,0475 . 324,632 . ( 1 + 0,257 ) . 0,00475 . 10-6 P∑ = 0,0345 ( MN ) Lực và moment hay thế ( NA và MA ) theo Kinasôtxvili biến thiên theo góc ngàm γ theo quy luật parabol như hình : Momen và lực kéo tiết diện ngàm xác định theo công thức: Mz = MA + NA.ρ.( 1 – cos γ ) – P∑.ρ = 66,92 . 10-6 (MN.m ) Nz = NA.cosγ + P∑ = Ứng suất mặt ngoài khi đầu nhỏ chịu kéo: = = 463 ( MN/m2 ) Ứng suất nặt trong khi đầu nhỏ chịu nén: = = - 1468,74 ( MN/m2 ) Ứng suất trên mặt ngoài vặt trong thể hiện như hình dưới: 3.1.3. Ứng suất biến dạng do ép căng bạc lót: Trong đó: Δ, Δt – Độ dôi lắp ghép và độ dôi do giãn nở không đều giữa bạc lót và đầu nhỏ Δt = ( αb – αd )d1to = ( 1,8 . 10-5 - 1 . 10-5 ) 37,5.10-3.150o = 45.10-3 ( mm ) to – Nhiệt độ làm việc của đầu nhỏ, to 150o d1, d2, db – Lần lượt là đường kính lỗ đầu nhỏ, đường kính ngoài đầu nhỏ và đường kính trong bạc. d1 = 37,5 ( mm ); d2 = 31,5 ( mm ); db = 28 ( mm ) αb, αd – Hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu αb = 1,8.105 ( bạc đồng ) αd = 1.105 ( đầu nhỏ bằng thép ) μ : Hệ số poatxông μ = 0.3 Eb, Eđ – Môdul đàn hồi của vật liệu bác và đầu nhỏ: Eb = 1.15 . 105 MN/m2 Eđ = 2.2 . 105 MN/m2 Từ đó ta có ứng suất ép căng bạc lót = 15.10-3 ( MN ) Ứng suất trên mặt ngoài đầu nhỏ 0.1019 Ứng suất trên mặt trong đầu nhỏ = 0,087 3.1.4. Hệ số an toàn đầu nhỏ: Ứng suất cực đại và cực tiểu khi đầu nhỏ chịu kéo và nén xác định theo phương trình sau: σmin = σnj + σΔn = 56,9 + 0,1019 = 57,0019 σmax = σnz + σΔn = 463 + 0,1019 = 463,1019 - Biên độ ứng suất = - Ứng suất trung bình - Hệ số an toàn đầu nhỏ: Trong đó: - hệ số: ta có: ( chọn ) 1,72 3.2. Tính kiểm nghiệm bền thân thanh truyền: Ta có vận tốc trung bình của động cơ là: ( m/s ) Suy ra đây là động cơ tốc độ cao Tính nghiệm bền thân thanh truyền động cơ tốc độ cao phải xét đến lực quán tính và phải tính theo hệ số an toàn. a. Ứng suất tổng trên tiết diện trung bình: ( MN/m2 ) Trong đó: Ftb - Tiết diện trung bình của thân, (mm2) k - Hệ số tải trọng, k = 1.15 P = 0.0345 ( MN ) ( MN/m2 ) b. Ứng suất kéo trên tiết diện trung bình ( MN/m2) c. Hệ số an toàn của tiết diện trung bình: Hệ số an toàn thân thanh truyền Sơ đồ tính nghiệm bền thân thanh truyền giới thiệu ở hình dưới: 3.3. Tính nghiệm bền đầu to thanh truyền: Đầu to thanh truyền cũng được giả thiết như một thanh cong bị ngàm ở tiết diện với thân như hình vẽ: Lực quán tính tác dụng trên đầu to phân bố theo quy luật cosin, xác định theo công thức sau: Pd = Pj + Pkt = R.ω2.Fp.[ m.( 1 + λ ) + (m2 - mn ) ] Trong đó: mn : khối lượng nắp đầu to mn = 0,31 ( kg ) γo - Góc ngàm, thường chọn γo = 40o Fp : Diện tích đỉnh piston Fp = 0,00785 ( m2 ) Lực quán tính tác dụng trên đầu to : Pd = 0,0475.324,632.0,00785.[ 1,54316.( 1 + 0,2567 ) + ( 0,91584 - 0,31 ) = 124,37.10-4 ( MN ) Ứng suất tổng tác dụng trên đầu to thanh truyền xác định theo công thức sau: σ∑ = Pd Trong đó: Wu - momen chống uốn của tiết diện A - A Wu = = Jb, Jd - Momen quán tính của tiết diện bạc lót và nắp đầu to tại A - A Jb = = Jd = = Fb, Fd - Tiết diện bạc lót và nắp đầu to ở A - A Fb = lb.sb = 27 . 10-3 . 2,5.10-3 = 67,5.10-6 Fd = ld.sd = 29.10-3.15.10-3 = 435.10-6 C: Khoảng cách tâm của hai bulong thanh truyền. C = 80.10-3 ( m ) Ứng suất tổng tác dụng trên đầu to thanh truyền : ( MN/m2 ) Ứng suất cho phép của động cơ ô tô máy kéo: [σn∑ ] = 150 ÷ 200 (MN/m2) Độ biến dạng hướng kính của đầu to thanh truyền xác định theo công thức sau: Δd = = ( m ) ( mm ) Trong đó: Ed : Modul đàn hồi của vật liệu làm thanh truyền Ed = 2,2.105 MN/m2 Độ biến dạng cho phép: [ Δd ] = 0,06 ÷ 0,1 ( mm ) 3.4 Tính nghiệm bền bulong thanh truyền: 1. Lực tác dụng lên bulong thanh truyền cũng là lực kéo tác dụng lên đầu to thanh truyền. Nếu số lượng bulong là z thì lực tác dụng lên mỗi bulong sẽ là: Pb = = ( MN ) 2. Lực siết ban đầu tính theo công thức kinh nghiệm Ps = ( 2 ÷ 3 ).Pb Chọn Ps = 2.Pb = 2.62,185.10-4 = 124,37.10-4 ( MN ) 3. Lực tác dụng lên bulong khi động cơ làm việc Pbl = Ps + χPb = 124.37.104 + 0,2.62,185.10-4 = 136,81.10-4 ( MN ) Trong đó: χ - Hệ số giảm tải χ = 0,15 ÷ 0,25 chọn χ = 0.2 4. Ứng suất kéo bulong thanh truyền: σk = Trong đó: Fbl - Tiết diện bulong thanh truyền ở đường kính chân ren. Fbl = ( m2 ) σk = = ( MN/m2 ) 5. Momen xoắn bulong do ma sát khi siết bulong tính theo công thức sau: Mx = μ.Ps. ( MNm ) Trong đó: μ - Hệ số ma sát dtb - Đường kính trung bình phần ren dtb = 10,5 ( mm ) Mx = 0,1.124,37.10-4. 6. Ứng suất xoắn bulong = ≈ ≈ 7. Ứng suất tổng: σ∑ = = Ứng suất cho phép đối với bulong thanh truyền của động cơ ô tô máy kéo: [σ∑ ] = 120 ÷ 180 (MN/m2 ) MỤC LỤC Phần mục Tên nội dung thuyết minh trang I Tính toán chu trình động cơ đốt trong 2 II Tính toán động học và động lực học 19 III Tính nghiệm bền chi tiết thanh truyền 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình tính toán và kết cấu Đcơ đốt trong – Tài liệu nội bộ Trường ĐHSP kt Vinh. Hướng dẫn thiết kế đồ án môn Động cơ đốt trong -Tài liệu nội bộ Trường ĐHSP kt Vinh. Nguyên lý động cơ đốt trong – NXB GD. GT sức bền vật liệu – NXB GD.