Đồ án Động cơ đốt trong - Tính toán – Kết cấu động cơ đốt trong

LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại đất nước đang trên con đường CNH – HĐH, từng bước phát triển đất nước. Trong xu thế của thời đại khoa học kỹ thuật của thế giới ngày một phát triển cao. Để hòa chung với sự phát triển đó đất nước ta đã có chủ trương phát triển một số ngành công nghiệp mũi nhọn, trong đó có ngành Cơ Khý Động Lực. Để thưc hiện được chủ trương đó đòi hỏi đất nước cần phải có một đội ngũ cán bộ, công nhân kỹ thuật có trình độ và tay nghề cao. Hiểu rõ điều đó trường ĐHSPKT Vinh không ngừng phát triển và nâng cao chất lượng đào tạo đội ngũ cán bộ, công nhân có tay nghề và trình độ cao mà còn đào tạo với số lượng đông đảo đáp ứng nhu cầu nguồn nhân lực cho đất nước. Khi đang còn là một sinh viên trong trường chúng em được phân công thực hiện đồ án “Tính Toán –Kết Cấu Động Cơ Đốt Trong”. Đây là một điều kiện rất tốt cho chúng em có cơ hội xâu chuỗi kiến thức mà chúng em đã được học tại trường ,bước đầu đi sát vào thực tế sản xuất ,làm quen với công việc tính toán thiết kế ô tô. Trong quá trình tính toán chúng em đã được sự quan tâm chỉ dẫn,sự giúp đỡ nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn và các thầy cô giáo trong khoa cơ khí động lực. Tuy vậy nhưng không thể tránh những hạn chế , thiếu sót trong quá trình tính toán. Để hoàn thành tốt, khắc phục được những hạn chế và thiếu sót đó chúng em rất mong được sự đóng góp ý kiến ,sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và các bạn để sau này ra trường bắt tay vào công việc ,trong quá trình công tác chúng em hoàn thành công việc một cách tốt nhất. Vinh, ngày ...tháng....năm 2015 Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Tuấn PHẦN I :TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG I ) Trình tự tính toán : 1.1 )Số liệu ban đầu : Loại đông cơ: 3D6-động cơ Diesel 1 hàng, không tăng áp, buồng cháy thống nhất. 1- Công suất của động cơ : Ne =150 (mã lực) = 111 kW 2- Số vòng quay của trục khuỷu  : n =1600(vg/ph) 3- Đường kính xi lanh : D =150 (mm) 4- Hành trình piton : S =180 (mm) 5- Dung tích công tác : Vh = = 3,18 (l) 6- Số xi lanh : i = 6 7- Tỷ số nén : ε = 15.5 8- Thứ tự làm việc của xi lanh : (1-5-3-6-2-4) 9- Suất tiêu hao nhiên liệu : =192 (g/ml.h) 10- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp nạp α1;α2: α1=20(độ),α2 =48 (độ) 11- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp thải:=48(độ),=20 (độ) 12- Chiều dài thanh truyền: ltt = 320 (mm) 13- Số kỳ : 14- Góc phun sớm : 15-Khối lượng thanh truyền: mtt = 5,62 (kg) 16- Khối lượng nhóm piston: mpt = 2,37 (kg) 1.2 )Các thông số cần chọn : 1 )Áp suất môi trường :pk Áp suất môi trường pk là áp suất khí quyển trước khi nạp vào đông cơ (với đông cơ không tăng áp ta có áp suất khí quyển bằng áp suất trước khi nạp nên ta chọn pk =po Ở nước ta nên chọn pk =po = 0,1 (MPa) 2 )Nhiệt độ môi trường :Tk Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ trước xupáp nạp nên : Tk =T0 =24ºC =297ºK 3 )Áp suất cuối quá trình nạp :pa Áp suất Pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại đông cơ ,tính năng tốc độ n ,hệ số cản trên đường nạp ,tiết diện lưu thông Vì vậy cần xem xét đông cơ đang tính thuộc nhóm nào để lựa chọn Pa Áp suất cuối quá trình nạp ta lấy pa =0,085 (MPa) 4 )Áp suất khí thải P : Áp suất khí thải cũng phụ thuộc giống như p Áp suất khí thải có thể chọn trong phạm vi : p= 0,1 (MPa) 5 )Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành hỗn hợp khí ở bên ngoài hay bên trong xy lanh Vì đây là đ/c điezel nên chọn ∆T= 38 6 )Nhiệt độ khí sót (khí thải) T Nhiệt độ khí sót T phụ thuộc vào chủng loại đông cơ.Nếu quá trình giản nở càng triệt để ,Nhiệt độ T càng thấp Thông thường ta có thể chọn : T =800 ºK 7 )Hệ số hiệu định tỉ nhiêt λ : Hệ số hiệu định tỷ nhiệt λ được chọn theo hệ số dư lượng không khí α để hiệu định .Thông thường có thể chọn λ theo bảng sau : 0,8 1,0 1,2 1,4 λ 1,13 1,17 1,14 1,11 Ở đây ta chọn λ = 1,1 8 )Hệ số quét buồng cháy λ : Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta chọn λ =1 9 )Hệ số nạp thêm λ Hệ số nạp thêm λ phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí .Thông thường ta có thể chọn λ =1,02÷1,07 ; ta chọn λ =1,02 10 )Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ : Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ.Với đây là đ/c điezen nên ta chọn ξ=0,78 11 )Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ : Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ tùy thuộc vào loại động cơ xăng hay là động cơ điezel .ξ bao giờ cũng lớn hơn ξ Do đây là đ/c điezel ta chọn ξ=0,9 12 )Hệ số hiệu chỉnh đồ thị công dφφ : Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ với chu trình công tác thực tế .Sự sai lệch giửa chu trình thực tế với chu trình tính toán của động cơ xăng ít hơn của động cơ điezel vì vậy hệ số φ của đ/c xăng thường chọn hệ số lớn.Nhưng đây là đ/c xăng nên ta chọn φ =0,934 II )Tính toán các quá trình công tác : 2.1 .Tính toán quá trình nạp : 1 )Hệ số khí sót γ : Hệ số khí sót γ được tính theo công thức : γ= . . Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót m =1,45÷1,5 Chọn m =1,45 2 )Nhiệt độ cuối quá trình nạp T Nhiệt độ cuối quá trình nạp T đươc tính theo công thức: T= ºK 3 )Hệ số nạp η : η = . . . 4 )Lượng khí nạp mới M : Lượng khí nạp mới M được xác định theo công thức sau : M = (kmol/kg) nhiên liệu Trong đó : p = = (MPa) Vậy : M = (kmol/kg) nhiên liệu 5 )Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M : Lượng kk lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M được tính theo công thức : M = . (kmol/kg) nhiên liệu Vì đây là đ/c diesel nên ta chọn C=0,87 ; H=0,126; O=0,004 M = . (kmol/kg) nhiên liệu 6 )Hệ số dư lượng không khí α Vì đây là động cơ nên : α = 2.2 )Tính toán quá trình nén : 1 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí : = 19,806+0,00209.T (kJ/kmol.độ) =19,806+0,00209.297=20,427 (kJ/kmol.độ) 2 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phạm cháy : Khi hệ số lưu lượng không khí α >1 tính theo công thức sau : = (kJ/kmol.độ) (kJ/kmol.độ) 3 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp : Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hh trong quá trình nén tính theo công thức sau : = =20,546 (kJ/kmol.độ) Thay số vào ta có : a' = 19,890 ; b' = 0,004  4 ) Chỉ số nén đa biến trung bình n: Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào thong số kết cấu và thong số vận hành như kích thước xy lanh ,loại buồng cháy,số vòng quay ,phụ tải,trạng thái nhiệt độ của động cơTuy nhiên n tăng hay giảm theo quy luật sau : Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n tăng.Chỉ số nén đa biến trung bình n được xác bằng cách giải phương trình sau : n-1 = Chú ý : Thông thường để xác định được n ta chọn n trong khoảng 1,340÷1,390. Rất hiếm trường hợp đạt n trong khoảng 1,400 ÷ 1,410 → (theo sách Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong - trang 128 ) Vì vậy ta chọn n theo điều kiện bài toán cho đến khi nao thõa mãn điều kiện bài toán :thay n vào VT và VP của phương trình trên và so sánh,nếu sai số giữa 2 vế của phương trình thõa mãn <0,2% thì đạt yêu cầu. n-1 = = Sau khi chọn các giá trị của n ta thấy n = 1,367 thõa mãn điều kiện bài toán 5 )Áp suất cuối quá trình nén P : Áp suất cuối quá trình nén P được xác định theo công thức : P = P. ε = 0,085. = 3,607 (MPa) 6 )Nhiệt độ cuối quá trình nén T Nhiệt độ cuối quá trình nén T được xác định theo công thức T = T. ε = 350. = 957,0 ( ºK ) 7 )Lượng môi chất công tác của quá trình nén M : Lượng môi chất công tác của quá trình nén M được xác định theo công thức : M = M+ M = M. = 1,41.(1+0,038) = 1,464 2.3 )Tính toán quá trình cháy : 1 )Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β : Ta có hệ số thay đổi phần tử lý thuyết β được xác định theo công thức : β = = = 1+ Trong đó độ tăng mol ΔM của các loại động cơ được xác định theo công thức sau: ΔM = 0,21.(1-α)M + ( + ) Đối với động cơ Diesel thì 2 )Hệ số thay đổi phân tư thưc tế β: ( Do có khí sót ) Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác đinh theo công thức : β = = 3 )Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z β : (Do cháy chưa hết ) Ta có hệ số thay đổi phân tư thực tế tại điểm z β được xác định theo công thức : β = 1 + . χ Trong đó 4 )Lượng sản vật cháy M : Ta có lượng sản vật cháy M đươc xác định theo công thức : M= M +ΔM = β. M = 1,407.0,67 = 0, 93 5 )Nhiệt độ tại điểm z T : Đối với động cơ Diesel, tính nhiệt độ Tz bằng cách giải phương trình cháy sau: (3) Trong đó :-: nhiệt trị thấp của nhiên liệu , thông thường tachọn(KJ/kg.nl) - : là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy được xác định theo công thức: (4) Hệ số tăng áp được chọn sơ bộ trong khoảng (1,5-2) Giải (3),(4) ra ta được :=1287,213 () 6. Áp suất tại điểm z : Áp suất tại điểm z được xác định theo công thức: (MPa) Với : là hệ số tăng áp + (MPa) 2.4 )Tính toán quá trình giãn nở : 1 )Hệ số giãn nở sớm ρ : ρ = Thỏa mãn điều kiện ρ < λ 2 )Hệ số giãn nở sau δ : Ta có hệ số giãn nở sau δ được xác định theo công thức : δ = = 3 )Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n : n–1= Trong đó : T :là nhiêt trị tại điểm b và được xác định theo công thức : T= ( ºK ) Q :là nhiệt trị tính toán Đối với động cơ diesel Q= Q=42,5.103 (kJ/kgn.l) 4 )Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T : T= = ( ºK ) 5 )Áp suất cuối quá trình giãn nở p : Áp suất cuối quá trình giãn nở P được xác định theo CT : p = = (MPa) 6 )Tính nhiệt độ khí thải T : T = T. ( ºK ) Ta tính được T =481,719(ºK 2.5 )Tính toán các thông số chu trình công tác : 1 )Áp suất chỉ thị trung bình p' : Đây là đông cơ xăng áp suất chỉ thị trung bình P' được xác định theo CT: p' = . Qua tính toán thực nghiệm ta tính được p' = 0,597 (MPa) 2 )Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p : Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đó ta có áp suất chỉ thị trung bình. Trong thực tế được xác định theo công thức : p= p'.φ=0,597.0,934= 0,604 (MPa) 3 )Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g : g= = (g/kW.h) 4 )Hiệu suất chỉ thi η: η = = % 5 )Áp suất tổn thất cơ giới P : Áp suất tổn thất cơ giới 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 : V = = (m/s) Vì đây là đông cơ diesel nên τ = 4 ;i =6 , D= 150 mm và là buồng cháy thống nhất : P= 0,05+0,015.V= 0,05+0,015.9,6 = 0,165 (MPa) 6 )Áp suất có ích trung bình P : Ta có công thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định theo CT : P = P – P =0,604-0,165=0,439 (MPa) Ta có trị số P tính quá trình nạp P (nạp) =0,44 va P=0,439 thì không có sự chênh lệch nhiều nên có thể chấp nhận được 7 )Hiệu suất cơ giới η : η = = % 8 )Suất tiêu hao nhiên liệu g : g= = (g/kW.h) 9 )Hiệu suất có ích η : η = η .η = 0,788.0.001 = 0,00078 10 )Kiểm nghiệm đường kính xy lanh D theo công thức : D = (mm ) Mặt khác V = = ( l ) D = (mm) Ta có sai số so với đề bài là :0,017 (mm) III ) Vẽ và hiệu đính đồ thị công : Căn cứ vào các số liệu đã tính , p , p , p , p ,n, n, ε ta lập bảng tính đường nén và đường giãn nở theo biến thiên của dung tích công tác V = i.V V : Dung tích buồng cháy V = = ( l ) =0,085 =1,367 =0,234 =1,288 3,607 =15,5 =6,647 =1,152 =0,219 3.1 ) Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén : - Phương trình đường nén đa biến : P.V = const Khi đó x là điểm bất kỳ trên đường nén thì : P. V = P .V P = P. = P. = n : Chỉ số nén đa biến trung bình n = 1,367 P : Áp suất cuối quá trình nén P = 3,607 ( MPa) 3.2 ) Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở : - Phương trình của đường giãn nở đa biến : P.V = const Khi đó x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì : P. V = P. V → P = P. Ta có : V = ρ.V Vậy P = P. = = = P n : Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n = 1,288 Quá trình nén Quá trình giãn nở i i.Vc Giá trị biểu diễn P = Giá trị biểu diễn Giá trị biểu diễn 1 0,2193 15,4 3,607 158,2 7,9758 349,8 0,2523 17,7 2,9726 130,4 6,647 291,5 2 0,438 30,7 1,3984 61,3 3,2663 143,3 3 0,657 46,0 0,8034 35,2 1,9375 85,0 4 0,876 61,3 0,5422 23,8 1,3376 58,7 5 1,095 76,7 0,3996 17,5 1,0035 44,0 6 1,314 92,0 0,3115 13,7 0,9734 42,7 7 1,533 107,3 0,2523 11,1 0,6506 28,5 8 1,752 122,6 0,2102 9,2 0,5478 24,0 9 1,972 138,0 0,1789 7,8 0,4707 20,6 10 2,19 153,3 0,1549 6,8 0,4109 18,0 11 2,409 168,6 0,136 6,0 0,3635 15,9 12 2,628 184,0 0,1208 5,3 0,3249 14,2 13 2,847 199,3 0,1082 4,7 0,2931 12,9 14 3,066 214,6 0,0978 4,3 0,2664 11,7 15 3,285 230,0 0,089 3,9 0,2438 10,7 15,5 3,3945 273,6 0,0851 3,7 0,2337 10,3 3.3 ) Chọn tỷ lệ xích phù hợp và các điểm đặc biệt : - Vẽ đồ thị P-V theo tỷ lệ xích := dm3 /mm = Ta có ( l ) V = V + V = 0,219 + 3,18 = 3,399 ( l ) Mặt khác ta có : V = ρ. V = 1,152.0,219 = 0,2523 ( l ) 3.4 ) Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công : Ta chọn tỉ lệ xích của hành trình piton S là : μ = = = Thông số kết cấu động cơ là : λ = = = ( mm ) Khoảng cách OO’ là : OO’= = ( mm ) Giá trị biểu diễn của OO’ trên đồ thị : gtbd = = ( mm ) Ta có nửa hành trình của piton là : R = = ( mm ) Giá trị biểu diễn của R trên đồ thị : gtbd = = ( mm ) 3.5 ) Lần lượt hiệu định các điểm trên đồ thị : 1 ) Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp : (điểm a) Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc đóng muộn xupáp thải β , bán kính này cắt đường tròn tại điểm a’ .Từ a’ gióng đường thẳng song song với trục tung cắt đường P tại điểm a . Nối điểm r trên đường thải ( là giao điểm giữa đường P và trục tung ) với a ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp. 2 ) Hiệu định áp suất cuối quá trình nén : ( điểm c’) Áp suất cuối quá trình nén thực tế do hiện tượng phun sớm (động cơ điezel ) và hiện tượng đánh lửa sớm (động cơ xăng ) nên thường chọn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết P đã tính. Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quá trình nén thực tế P’ được xác định theo công thức sau : Đối với động cơ điezel : P’ = P + .( P - P ) = 3,607 + .( 6,647- 3,607 ) = 4,6303 ( MPa ) Từ đó xác định được tung độ điểm c’trên đồ thị công : (mm) 3 ) Hiệu chỉnh điểm phun sớm : ( điểm c’’ ) Do hiện tương 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 được góc phun sớm hoặc góc đánh lửa sớm θ, bán kính này cắt vòng tròn Brick tại 1 điểm . Từ điểm gióng này ta gắn song song với trục tung cắt đường nén tại điểm c’’. Dùng một cung thích hợp nối điểm c’’ với điểm c’ 4 )Hiệu đính điểm đạt P thực tế Áp suất p thực tế trong quá trình cháy - giãn nở không duy trì hằng số như động cơ điezel ( đoạn ứng với ρ.V ) nhưng cũng không đạt được trị số lý thuyết như động cơ xăng. Theo thực nghiệm ,điểm đạt trị số áp suất cao nhất là điểm thuộc miền vào khoảng 372° ÷ 375° ( tức là 12° ÷ 15° sau điểm chết trên của quá trình cháy và giãn nở ) Hiệu định điểm z của động cơ diesel : - Xác định điểm z từ góc 15º .Từ điểm O΄trên đồ thị Brick ta xác định góc tương ứng với 375º góc quay truc khuỷu ,bán kính này cắt vòng tròn tại 1 điểm . Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường P tại điểm z . - Dùng cung thích hợp nối c’ với z và lượn sát với đường giãn nở . 5 ) Hiệu định điểm bắt đầu quá trình thải thực tế : ( điểm b’ ) Do có hiện tượng mở sớm xupáp thải nên trong thực tế quá trình thải thực sự diễn ra sớm hơn lý thuyết . Ta xác định điểm b bằng cách : Từ điểm O’trên đồ thị Brick ta xác định góc mở sớm xupáp thải β,bán kính này cắt đường tròn Brick tại 1 điểm.Từ điểm này ta gióng đường song song với trục tung cắt đường giãn nở tại điểm b’. 6 ) Hiệu định điểm kết thúc quá trình giãn nở : ( điểm b’’ ) Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn nở lý thuyết do xupáp thải mở sớm . Theo công thức kinh nghiệm ta có thể xác định được : (MPa) Từ đó xác định tung độ của điểm b’’ là : ( mm ) Đồ thị công chỉ thị (được biểu diễn trên giấy A0) PHẦN II : TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC I ) Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học : Các đường biểu diễn này đều vẽ trên 1 hoành độ thống nhất ứng với hành trình piston S = 2R .Vì vậy độ thị đều lấy hoành độ tương ứng với V của độ thị công ( từ điểm 1.V đến ε.V ) 1.1 ) Đường biểu diễn hành trình của piston x = ƒ(α) Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn hành trình của piston theo trình tự sau : 1 . Chọn tỉ xích góc : thường dùng tỉ lệ xích ( 0,6 ÷ 0,7 ) ( mm/độ ) 2 . Chọn gốc tọa độ cách gốc cách độ thị công khoảng 15 ÷ 18 cm 3 . Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 10° ,20° ,.180° 4 . Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 10° ,20°,.180° tương ứng trên trục tung của đồ thị của x = ƒ(α) ta được các điểm xác định chuyển vị x tương ứng với các góc 10°,20°,..180° 5 . nối các điểm xác định chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ x = f(α). 1.2 ) Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α) . Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn tốc độ của píton v = f(α). Theo phương pháp đồ thị vòng .Tiến hành theo các bước cụ thể sau: 1.Vẻ nửa vòng tròn tâm O bán kính R ,phía dưới đồ thị x = f(α). Sát mép dưới của bản vẽ 2. Vẽ vòng tròn tâm O bán kính là Rλ/2 3. Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R và vòng tròn tâm O bán kính là Rλ/2 thành 18 phần theo chiều ngược nhau . 4. Từ các điểm chia trên nửa vòng tâm tròn bán kính là 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 bán kính là Rλ/2 tại các điểm a,b,c,. 5. Nối tại các điểm a,b,c,. Tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ piton thể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắt vòng tròn bán kính R tạo với trục hoành góc α đến đường cong a,b,c. Đồ thị này biểu diễn quan hệ v = f(α) trên tọa độ độc cực Hinh 2.1: Dạng đồ thị v = f() 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 μ phù hợp trong khoảng 30 ÷ 80 (m/s .mm ) Ở đây ta chọn μ = 80 (m/.mm ) 2.Ta tính được các giá trị : - Ta có góc : ω = = (rad/s) - Gia tốc cực đại : j= R.ω .( 1 + λ ) = ( m/ s) Vậy ta được giá trị biểu diễn j là : gtbd = = ( mm ) -Gia tốc cực tiểu : j = –R.ω.( 1– λ ) = ( m/s ) Vậy ta được giá trị biểu diễn của j là : gtbd = = ( mm ) -Xác định vị trí của EF : EF = –3.R.λ.ω = ( m/s ) Vậy giá trị biểu diễn EF là : gtbd = = ( mm ) 3. Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy AC = j , từ điểm B tương ứng điểm chết dưới lấy BD = j , nối CD cắt trục hoành ở E ; lấy EF = –3.R.λ.ω về phía BD Nối CF với BD ,chia các đoạn này làm 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 = ƒ(x II )Tính toán động học : 2.1 )Các khối lượng chuyển động tịnh tiến : - Khối lượng nhóm piton m = 2,37 Kg - Khối lượng thanh truyền phân bố về tâm chốt piston + ) Khối lương thanh truyền phân bố về tâm chốt piston m có thể tra trong các các sổ tay ,có thể cân các chi tiết của nhóm để lấy số liệu hoặc có thể tính gần đúng theo bản vẽ . + ) Hoặc có thể tính theo công thức kinh nghiêm sau : Đối với động cơ ô tô ta có : m = m Ta chọn m = 0,285. m = 0,285.5,26= 1,4991 (Kg ) Vậy ta xác định đươc khối lương tịnh tiến mà đề bài cho là : m = m + m = 2,37 + 1,4991 = 3,8691 (Kg) 2.2 ) Các khối lượng chuyển động quay : Hình 2.2 : Xác định khối lượng khuỷu trục Khối lượng chuyển động quay của một trục khuỷu bao gồm : - Khối lượng của thanh truyền quy dẫn về tâm chốt : m = mtt - m1 = 5,26 – 3,8691 = 1,3909 (Kg) - Khối lượng của chốt trucj khuỷu : m m = π. .ρ Trong đó ta có : d : Là đường kính ngoài của chốt khuỷu : 85 δ : Là đường kính trong của chốt khuỷu : 44 l : Là chiều dài của chốt khuỷu : 70 ρ : Là khối lượng riêng của vật liệu làm chốt khuỷu ρ : 7800 Kg/mm = 7,8.10 ( Kg/ m ) m = π. Khối lượng của má khuỷu quy dẫn về tâm chốt : m . Khối lượng này tính gần đúng theo phương trình quy dẫn : m = Trong đó : m khối lượng của má khuỷu r bán kính trọng tâm má khuỷu : 60 R :bán kính quay của khuỷu : R = S /2= 180/2 =90 (mm) Ta có m = m = 0,105 ( kg ) 2.3 ) Lực quán tính : Lực quán tính chuyển động tịnh tiến : P = - m.j = -m.R.ω.( cos α + λ.cos 2α ) = - 8,7.10.( cos α + λ.cos 2α ) Với thông số kết cấu λ ta co bảng tính P : α radians A =cosα+λ.cos2α =cosα+0,2669.cos2α Pj =-8,7.1000.(cosα+λ.cos2α ) = - 8,7.1000 . A 0 0 1.2669 -11022.03 10 0.174533 1.235611713 -10749.82191 20 0.349066 1.144149883 -9954.103979 30 0.523599 0.999475404 -8695.436013 40 0.698132 0.812391142 -7067.802933 50 0.872665 0.596440911 -5189.035926 60 1.047198 0.36655 -3188.985 70 1.22173 0.137562881 -1196.797069 80 1.396263 -0.077155783 671.2553105 90 1.570796 -0.2669 2322.03 100 1.745329 -0.424452138 3692.733602 110 1.919862 -0.546477405 4754.353425 120 2.094395 -0.63345 5511.015 130 2.268928 -0.689134308 5995.468482 140 2.443461 -0.719697744 6261.370377 150 2.617994 -0.732575404 6373.406013 160 2.792527 -0.735235359 6396.547623 170 2.96706 -0.734003793 6385.832995 180 3.141593 -0.7331 6377.97 2.4 ) Vẽ đường biểu diễn lực quán tính : Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn lực quán tính theo pp Tolê nhưng hoành độ đặt trùng với đường p ở đồ thị công và vẽ đường –p =ƒ(x) (tức cùng chiều với j = ƒ(x)) Ta tiến hành theo bước sau : 1 ) Chọn tỷ lệ xích để của p là μ (cùng tỉ lệ xích với áp suất p ) (MPa/mm), tỉ lệ xích μ cùng tỉ lệ xích với hoành độ của j = ƒ(x) Chú ý : Ở đây lực quán tính p sở dĩ có đơn vị là MPa (tính theo đơn vị áp suất ) bởi vì được tính theo thành phần lực đơn vị (trên 1 đơn vị diện tích đỉnh piston )để tạo điều kiện cho công việc công tác dụng lực sau này của lực khí thể và lực quán tính. 2 ) Ta tính được các giá trị : - Diện tích đỉnh piston : F = = = 0,00664 ( m ) - Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cực đại : P ===1,274.N/m P = 1,274 Mpa Vậy ta được giá trị biểu diễn P là : gtbd = = 56 ( mm ) -Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cực tiểu : P = == 0,737.( N/m) P = 0, 737 ( Mpa ) Vậy ta được giá trị biểu diễn P là : gtbd = = = 32 ( mm ) -Ta xác định giá trị E’F’ là : E’F’=== 0,8357 ( Mpa ) Vậy ta được giá trị biểu diễn của E’F’ là : gtbd = = = 36,7 ( mm ) 3 ) Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy A’C’ = P từ điểm B tương ứng với điểm chết dưới lấy B’D’ = P ; nối C’D’ cắt trục hoành ở E’ ; lấy E’F’ về phía B’D’. Nối C’F’ và F’D’ ,chia các đoạn này ra làm 8 phần , nối 11, 22 , 33 Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11, 22, 33Ta đuợc đường cong biểu diễn quan hệ –P = ƒ(x) 2.5 ) Đường biểu diễn v = ƒ(x) Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn quan hệ v = ƒ(x) dựa trên 2 đồ thị là đồ thị đó là x = ƒ(x) và đồ thị v = ƒ(x) (sử dụng theo pp đồ thị vòng ).Ta tiến hành theo đồ thị sau : 1 ) 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 giá trị góc quay α = 10°, 20°, 30°180° 2 ) Đặt các giá của vận tốc v này (đoạn thăng biểu thị giá trị của v có 1 đầu mút thuộc đồ thị v = ƒ(x) ,1 đầu thuộc nữa vòng tròn tâm O, bán kính R trên đồ thị ) trên các tia song song với các trục tung nhưng xuất phát tư các góc tương ứng trên đồ thị Brick gióng xuống hệ trục tọa độ của đồ thị v = ƒ(x). 3 ) Nối các điểm trên đồ thị ta được đường biểu diễn quan hệ v = ƒ(x) Chú ý : nếu vẽ đúng điểm v sẽ ứng với j = 0 2.6 ) Khai triển đồ thị công P–V thành p =ƒ(α) Để thuận tiện cho việc tính toán sau này ta tiến hành khai triển đồ thị công P–V thành đồ thị p =ƒ(α).Khai triển đồ thị công theo trình tự sau : 1 ) Chọn tỷ lệ xích μ = 2°/ 1mm .Như vậy toàn bộ chu trình 720° sẽ ứng với 360 mm .Đặt hoành độ α này cùng trên đường đậm biểu diễn P và cách điểm chết dưới của đồ thị công khoảng 4÷5 cm 2 ) Chọn tỷ lệ xích μ đúng bằng tỷ lệ xích μ khi vẽ đồ thị công (MN/mm) 3 ) Từ các điểm chia trên đồ thị Brick ta xác định trị số cua P tương ứng với các góc α rồi đặt các giá trị này trêb đồ thị P–α Chú ý : + ) Cần xác định điểm p .Theo kinh nghiệm , điểm này thường xuất hiện ở 372° ÷ 375°. + ) Khi khai triển cần cận thận 1 đoạn có độ dốc tăng trưởng và đột biến lớn của p từ 330° ÷ 400° ,nên lấy thêm điểm ở đoạn này để vẽ được chính xác. 4 ) Nối các điểm xác định theo 1 đường cong trơn ta thu được đồ thị biểu diễn quan hệ P = ƒ(α) Hình 2.3 Dạng đồ thị của = f () 2.7 )Khai triển đồ thị P = ƒ(x) thành P = ƒ(α) Đồ thị P = ƒ(x) 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 đương này thế nào cũng cắt đường nén ac . Động cơ tốc độ thấp, đường P ít khi cắt đường nén. Ngoài ra đường P còn cho ta tìm được giá trị của P = P + P một cách dễ dàng vì giá trị của đường p chính là khoảng cách giữa đường nạp P với đường biểu diễn P của các quá trình nạp, nén ,cháy giãn nở và thải của động cơ. Khai triển đồ thị P = ƒ(x) thành đồ thị P = ƒ(α) tương tự như cách ta khai triển đồ thị công ( thông qua vòng tròn Brick ) chỉ có điều cần chú ý là đồ thị trước là ta biểu diễn đồ –P = ƒ(x) nên cần lấy lại giá trị P cho chính xác. pkt=f() Đồ thị 2.8 ) Vẽ đồ thị P = ƒ(α). Ta tiến hành vẽ đồ thị P = ƒ(α) bằng cách ta cộng 2 đồ thị là đồ thị là độ thị P=ƒ(α) và đồ thị P = ƒ(α). 2.9 ) Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T = ƒ(α) và đồ thị lực pháp tuyến Z = ƒ(α) Theo kết quả tính toán ở phần động lực học ta có công thức xác định lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến như sau : T = P.  ; Z = P. Trong đó góc lắc của thanh truyền β được xác định theo góc quay α của trục theo công thức sau : sin β= λ.sinα Vẽ 2 đường này theo trình tự sau: Bố trí hoành độ α ở dưới đường P , tỷ lệ xích μ = 2°/ 1mm sao cho đường biểu diễn nằm ở khoảng giữa tờ giấy kẻ ly A ( có thể chọn trùng với đường biểu diển hoành độ của đồ thị j = ƒ(α) ).Căn cứ vào thông số kết cấu λ = R/l, dựa vào các công thức trên và dựa vào đồ thị P = ƒ(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 10 0.174 0.046 0.220 0.219 0.976 -1.266 -0.27 -12.2 20 0.349 0.091 0.440 0.428 0.908 -1.17 -0.502 -22.08 30 0.523 0.133 0.657 0.616 0.798 -1.026 -0.633 -27.83 40 0.69 0.17 0.87 0.77 0.654 -0.83 -0.64 -28.57 50 0.87 0.20 1.07 0.90 0.48 -0.61 -0.55 -24.48 60 1.04 0.23 1.28 0.98 0.29 -0.38 -0.37 -16.70 70 1.221 0.25 1.47 1.02 0.09 -0.15 -0.15 -6.95 80 1.39 0.26 1.66 1.03 -0.09 0.06 0.06 2.89 90 1.57 0.27 1.84 1 -0.27 0.25 0.25 11.25 100 1.74 0.26 2.01 0.9 -0.44 0.41 0.38 17.12 110 1.91 0.25 2.17 0.85 -0.58 0.53 0.45 20.17 120 2.09 0.23 2.32 0.74 -0.70 0.62 0.46 20.60 130 2.26 0.20 2.47 0.63 -0.80 0.68 0.43 18.99 140 2.44 0.17 2.61 0.50 -0.87 0.71 0.36 16.00 150 2.62 0.13 2.75 0.38 -0.93 0.73 0.27 12.26 160 2.79 0.09 2.88 0.25 -0.97 0.73 0.18 8.22 170 2.96 0.04 3.01 0.12 -0.99 0.72 0.09 4.10 180 3.14 0 3.14 0 -1 0.72 0 0 190 3.31 -0.04 3.26 -0.12 -0.99 0.72 -0.09 -4.10 200 3.49 -0.09 3.399 -0.25 -0.97 0.73 -0.18 -8.24 210 3.66 -0.13 3.53 -0.38 -0.93 0.73 -0.28 -12.35 220 3.83 -0.17 3.66 -0.50 -0.87 0.72 -0.36 -16.22 230 4.01 -0.20 3.80 -0.63 -0.80 0.69 -0.44 -19.43 240 4.189 -0.23 3.95 -0.74 -0.70 0.65 -0.48 -21.42 250 4.36 -0.25 4.11 -0.85 -0.58 0.57 -0.49 -21.55 260 4.53 -0.26 4.27 -0.93 -0.44 0.46 -0.43 -19.30 270 4.712 -0.27 4.44 -1 -0.27 0.33 -0.33 -14.55 280 4.88 -0.26 4.62 -1.03 -0.09 0.16 -0.17 -7.69 290 5.061 -0.25 4.807 -1.08 0.098 -0.004 0.004 0.26 300 5.235 -0.22 5.02 -0.98 0.294 -0.179 0.172 7.57 310 5.412 -0.20 5.20 -0.90 0.482 -0.31 0.28 12.6 320 5.58 -0.17 5.412 -0.77 0.65 -0.41 0.319 14.03 330 5.75 -0.13 5.62 -0.61 0.798 -0.42 0.26 11.61 340 5.93 -0.09 5.84 -0.42 0.908 -0.36 0.15 6.87 350 6.108 -0.04 6.062 -0.21 0.976 -0.14 0.03 1.354 360 6.283 -0 6.283 0 0.68 0 0 370 6.457 0.046 6.504 0.219 0.977 2.576 0.56 24.84 380 6.632 0.091 6.72 0.428 0.908 2.315 0.991 43.5 390 6.806 0.133 6.940 0.61 0.798 1.701 1.049 46.13 400 6.981 0.172 7.153 0.77 0.654 1.246 0.967 42.543 410 7.155 0.205 7.361 0.900 0.482 0.978 0.88 38.739 420 7.330 0.233 7.563 0.984 0.294 0.860 0.847 37.242 430 7.504 0.253 7.758 1.02 0.098 0.841 0.864 38.025 440 7.679 0.265 7.945 1.032 -0.094 0.878 0.906 39.82 450 7.853 0.27 8.124 1 -0.276 0.94 0.94 41.33 460 8.028 0.265 8.294 0.937 -0.441 1.00 0.94 41.38 470 8.203 0.253 8.456 0.851 -0.585 1.056 0.89 39.54 480 8.377 0.233 8.610 0.747 -0.705 1.092 0.816 35.88 490 8.552 0.205 8.758 0.63 -0.802 1.109 0.70 30.822 500 8.726 0.172 8.899 0.509 -0.877 1.111 0.566 24.89 510 8.901 0.133 9.035 0.383 -0.933 1.104 0.423 18.61 520 9.075 0.091 9.162 0.255 -0.971 1.06 0.27 12.02 530 9.250 0.04 9.296 0.127 -0.992 1.028 0.131 5.78 540 9.424 0 9.42 0 -1 0.916 0 0 550 9.599 -0.06 9.55 -0.17 -0.992 0.801 -0.102 -4.509 560 9.77 -0.09 9.682 -0.28 -0.94 0.766 -0.196 -8.62 570 9.94 -0.13 9.81 -0.38 -0.933 0.752 -0.288 -12.67 580 10.12 -0.17 9.950 -0.50 -0.877 0.73 -0.376 -16.55 590 10.29 -0.20 10.09 -0.63 -0.802 0.708 -0.447 -19.6 600 10.4 -0.22 10.23 -0.74 -0.70 0.651 -0.487 -21.41 610 10.65 -0.25 10.39 -0.85 -0.58 0.563 -0.479 -21.09 620 10.82 -0.26 10.55 -0.93 -0.441 0.440 -0.412 -18.13 630 10.99 -0.27 10.72 -1 -0.27 0.28 -0.288 -12.33 640 11.17 -0.26 10.90 -1.03 -0.094 0.08 -0.091 -4.00 650 11.34 -0.2 11.09 -1.02 0.098 -0.12 0.132 5.842 660 11.51 -0.23 11.28 -0.98 0.294 -0.36 0.35 15.63 670 11.69 -0.20 11.48 -0.90 0.482 -0.59 0.534 23.51 680 11.86 -0.17 11.69 -0.77 0.654 -0.81 0.630 27.73 690 12.04 -0.13 11.90 -0.61 0.798 -1.00 0.618 27.17 700 12.21 -0.09 12.125 -0.42 0.908 -1.14 0.49 21.62 710 12.39 -0.04 12.34 -0.21 0.97 -1.24 0.272 11.97 720 12.56 0 12.56 0 1 -1.27 0 0 2.10 )Vẽ đường biểu diễn ΣT = ƒ(α) của động cơ nhiều xy lanh. Động cơ nhiều xy lanh có nhiều momen tích lũy vì vậy phải xác định momen này.Ta xác định chu kỳ của momen tổng phụ thuộc vào số xy lanh và số kỳ ,chu kỳ này bằng đúng góc công tác của các khuỷu : δ = Trong đó : τ :Là số kỳ của động cơ : 4 kỳ i : Số xy lanh của động cơ : 4 xy lanh Nếu trục khuỷu không phân bố các khuỷu theo đúng góc canh tác (điều kiện đồng đều chu trình ) thì chu kỳ của momen tổng cũng thay đổi. Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn ΣT = ƒ(α) cũng chính là đường biểu diễn ΣM =ƒ(α) (do ta đã biết ΣM = Σ T.R ) .Ta vẽ đường biểu diễn này như sau : 1 ) Lập bảng xác định các góc α ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc của động cơ.Do ở đây là động cơ 4 kỳ ,4 xy lanh có thứ tự làm việc 1-3-4-2 : 0° 180° 360° 540° 720° 1 Nạp Nén Cháy Thải 2 Nén Cháy Thải Nạp 3 Thải Nạp Nén Cháy 4 Cháy Thải Nạp Nén α = 0° α = 180° α = 540° α = 360° Chú thích :Tại thời điểm xy lanh đang ở góc công tác là α = 0° thì các xy lanh 2, 3, 4 đang ở góc công tác tương ứng α = 180°, α = 540° , α = 360° 2 ) Ta có bảng tính ΣT = ƒ(α) : 3 ) Từ bảng số liệu trên ta vẽ đường đồ thị ΣT=ƒ(α) ở góc trên của đồ thị T và Z 4 ) Vẽ đường ngang xác định ΣT (đại diện cho momen cản ) trực tiếp trên đồ thị bằng cách đếm diện tích bao bởi đường ΣT với trục hoành α (F) rồi chia diện tích này cho chiều dài của trục hoành. Nghĩa là : ΣT= = = = 25,44 ( mm ) Trong đó là tỷ lệ xích của lực tiếp tuyến. Tiếp đến ta tính theo công suất động cơ : Trong đó : : Công suất động cơ = 51,48 ( KW )  : Diện tích đỉnh piston = 0,0066 R : Bán kính quay trục khuỷu R = 46. ( m ) n: Số vòng quay của động cơ  n = 4100 ( v/ph ) = chọn = 0,8027 = 0,5603 Giá trị biểu diễn của là = = = 24,63 ( mm ) .100% = = 3,28 % So sánh 2 giá trị và ta thấy 3,28% < 5%. Đạt yêu cầu bài toán a1 T1 a2 T2 a3 T3 a4 T4 ΣT 0 0 180 0 540 0 360 0 0 10 -12.2095 190 -4.10486 550 -4.50981 370 24.84425 4.020039 20 -22.0894 200 -8.24211 560 -8.62413 380 43.58243 4.626813 30 -27.8388 210 -12.3544 570 -12.6796 390 46.13197 -6.74088 40 -28.5758 220 -16.2237 580 -16.5546 400 42.54304 -18.811 50 -24.486 230 -19.4386 590 -19.6724 410 38.73962 -24.8574 60 -16.7011 240 -21.4244 600 -21.4141 420 37.24277 -22.2968 70 -6.95133 250 -21.5491 610 -21.0932 430 38.02518 -11.5684 80 2.893201 260 -19.3081 620 -18.1399 440 39.86241 5.307603 90 11.25404 270 -14.5524 630 -12.3321 450 41.33188 25.70143 100 17.12922 280 -7.6929 640 -4.00593 460 41.38199 46.81239 110 20.17566 290 0.212565 650 5.842706 470 39.54332 65.77425 120 20.60849 300 7.574363 660 15.63936 480 35.88348 79.70569 130 18.99127 310 12.63068 670 23.5154 490 30.82025 85.9576 140 16.00542 320 14.03889 680 27.73897 500 24.89979 82.68307 150 12.26624 330 11.61035 690 27.17406 510 18.61522 69.66587 160 8.21709 340 6.874185 700 21.62777 520 12.02008 48.73912 170 4.10205 350 1.35485 710 11.97307 530 5.787434 23.2174 180 0 360 0 720 0 540 0 0 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: - Vẽ hệ trục tọa độ 0’TZ và dựa vào bảng tính T= f( α) và Z= f( α) đã tính ở bảng trên để xác định được các điểm 0 là điểm có tọa độ , ; điểm 1 là các điểm , điểm 72 là điểm có tọa độ , . Thực chất đây là đồ thị ptt biểu diễn trên đồ thị T- Z do ta thấy tính từ gốc tọa độ tại bất kỳ điểm nào ta đều có : . - Tìm gốc của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu bằng cách đặt vec tơ pko ( đại diện cho lực quán tính ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu) lên đồ thị. Ta có công thức xác định lực quán tính ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu là: ( MN) => = 31,31 ( mm) Vậy xác định được gốc O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. Nối O với bất cứ điểm nào trên đồ thị ta đều có: Trị số thể hiện bằng độ dài . Chiều tác dụng là chiều . Điểm tác dụng là a trên phương kéo dài của AO cắt vòng tròn tượng trưng cho mạt chốt khuỷu.----------- Đồ thì phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 2.12 Vẽ đường biểu diễn Q= f( α). Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn Q= f( α) theo trình tự sau: - 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). - 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 Q α Q α Q α Q 0 87.113 180 63.151 360 0.9824 540 71.445 10 86.371 190 63.118 370 83.293 550 66.280 20 81.063 200 62.953 380 75.235 560 64.440 30 72.731 210 62.444 390 54.289 570 63.285 40 62.171 220 61.288 400 42.809 580 61.920 50 50.585 230 59.120 410 40.100 590 59.478 60 39.797 240 55.656 420 42.275 600 55.643 70 32.550 250 50.758 430 46.920 610 50.282 80 31.531 260 44.628 440 52.907 620 43.633 90 36.051 270 38.055 450 59.3413 630 36.683 100 42.786 280 32.755 460 65.398 640 31.754 110 49.327 290 31.154 470 70.475 650 32.227 120 54.633 300 34.244 480 74.268 660 39.072 130 58.43 310 39.955 490 76.755 670 49.66 140 60.86 320 45.199 500 78.12 680 61.161 150 62.2167 330 47.609 510 78.685 690 71.68 160 62.855 340 46.230 520 77.681 700 79.995 170 63.0927 350 37.1947 530 76.2024 710 85.9577 - Vẽ Q= f( α) trên đồ thị Q- α - Xác định Qtb bằng cách đếm diện tích bao bởi Q= f( α) và trục hoành rồi chia cho chiều dài trục hoành ta có Qtb: ( MPa) Hệ số va đập χ: Chương III :TÍNH NGHIỆM BỀN CÁC CHI TIẾT CHÍNH I )Tính nghiệm bền trục khuỷu : Ta biết trục khuỷu là một dầm siêu tĩnh ,chịu lực phức tạp .Để đơn giản cho quá trình xét và tính kiểm nghiệm , ta phân thành nhiều đoạn với đoạn dầm đó trở thành dầm tĩnh định ứng với 1 khuỷu sơ đồ tính được giới thiệu trên hình : Ký hiệu trên sơ đồ như sau : T va Z lần lượt là lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu : Lực quán tính ly tâm của má khuỷu : Lực quán tính ly tâm của chốt khuỷu . : Lực quán tính ly tâm của : Lực quán tính ly tâm của đối trọng. T’, T’’, Z’, Z’’ : là các phản lực do T và Z sinh ra khi tác dụng lên trục làm việc , : Momen xoắn tác dụng lên cổ trục bên trái và bên phải. Người ta giả thiết rằng ứng suất lớn nhất tác dụng lên khuỷu nguy hiểm nhất có thể xảy ra trong các trường hợp sau: 1 . Trường hợp chịu lực khi khởi động. 2 . Trường hợp chịu lực khi làm việc . 3 . Trường hợp chịu lực khi làm việc 4 . Trường hợp chịu lực Trong thực tế khi vận hành động cơ , lực tác dụng trong trường hợp (1) bao giờ cũng lớn hơn trường hợp (2).Và lực tác dụng lên cổ khuỷu ở trường hợp (3) bao giờ cũng lớn hơn trường hợp (4) . Vì vậy ta chỉ cần xét hai trường hợp 1 và 3. 1 ) Trường hợp chịu lực () : Đối với động cơ điezel thì đây là trường hợp khởi động . Lúc này ta xét vị trí trục khuỷu ở vị trí điểm chết trên (ĐCT) nên ta có : , T = 0 , n = 0 , , Z = = 4,549.0,00664 = 0,03 ( MN ) Lúc này : l’= l’’= ( mm ) ; Z ’= Z’’= = = 0,015 ( MN ) a )Tính nghiệm bền chốt khuỷu và momen uốn chốt khuỷu : . l’ = 0,015.60,5. = 0,9075. ( MN.m ) Ứng suất uốn chốt khuỷu là : (MN.) Trong đó : : mođun chống uốn của tiết diện ngang chốt : Đối với chốt rỗng: ( ) Trong đó : : Đường kính ngoài và trong của chốt khuỷu = ( MN ) b )Tính nghiệm bền của má khuỷu : Lực pháp tuyến Z gây uốn và nén má khuỷu tại tiết diện (A-A) * )Ứng suất uốn má khuỷu : b’= ( mm ) a. Ứng suất uốn má khuỷu : (MN/m) Trong đó: b’=0,0355(m) -khoảng cách từ tâm trục khuỷu đến tâm má khuỷu h=122.10-3 (m) -chiều rộng của má khuỷu b=25.10-3 (m) -chiều dày của má khuỷu Ta có : (MN/m) Giới hạn bền cho phéo của má khuỷu < =120 ÷ 180 (MN/m) Vật liệu làm má khuỷu là quá bền b, Ứng suất nén má khuỷu : (MN/m) (MN/m) Tổng ứng suất tác dụng lên má khuỷu là: (MN/m). ( MN/m). Giới hạn bền cho phép của má khuỷu =120÷180 (MN/m) Vật liệu làm má khuỷu quá bền 2 ) Trường hợp chịu lực ( ) Vị trí tính toán của khuỷu trục xét nguy hiểm nhất lệch so với ĐCT một góc α= αTmax. Lúc này n≠ 0; T= Tmax các lực quán tính khác đều tồn tại. Cần căn cứ vào đồ thị T= f( α) để tính giá trị của lực tiếp tuyến và các góc tương ứng. Tương ứng ta có T = 2.95 ( MN/) , lực tiếp tuyến ở các góc cần tính được kê trong bảng dưới : 390 570 210 30   T 1,046 -0,28 -0,281 -0,633 Ta lập bảng để tìm khuỷu nguy hiểm : Khuỷu 390 570 210 30 1 1,046 -0,28 -0,281 -0,633 2 -0,281 -0,633 1,046 -0,28 3 -0,28 -0,281 -0,633 1,046 4 -0,663 1,046 -0,28 -0,281 1)Tính nghiệm bền chốt khuỷu. Ứng suất uốn trong mặt phẳng khuỷu trục: Trong đó : c - khoảng cách từ trọng tâm đối trọng đến đường tâm xy lanh, nếu khuỷu hoàn toàn đối xứng thì : a - Khoảng cách từ tâm phần không bằng của má khuỷu đến đường tâm xylanh. - Lực quán tính quay của má khuỷu -Lực quán tính quay của đối trọng 0,105.7800. = 0,116 ( MN ) =() Ứng suất uốn trong mặt phẳng thẳng góc với mặt phẳng khuỷu trục: ( ) Ứng suất tổng cộng tác dụng lên chốt khuỷu : ( ) Ứng suất xoắn chốt khuỷu: = ( ) Ứng suất tổng cộng khi chịu xoắn chốt khuỷu: 2 Tính nghiệm bền cổ trục. Chúng ta chỉ cần tính cho cổ trục bên phải vì cổ này thường chịu lực lớn hơn cổ trục bên trái . Ứng suất do lực pháp tuyến Z” gây ra: Ứng suất uốn do lực tiếp tuyến T” gây ra: ( MN/m2) Ứng suất uốn tổng cộng : ( MN/m2) Ứng suất xoắn chốt khuỷu: ( MN/m2) = ( MN/m2) Ứng suất xoắn tổng cộng khi chịu uốn và chịu xoắn. ( MN/m2) 3. Tính kiểm nghiệm bền má khuỷu. Ta chỉ cần tính nghiệm bền má bên phải vì ma này thường chịu lực lớn hơn. Ứng suất do lực pháp tuyến Z” gây ra: ( MN/m2) Ứng suất uốn do lực tiếp tuyến T” gây ra: ( MN/m2) Ứng suất uốn do momen xoắn Mk” gây ra: ( MN/m2) Ứng suất xoắn má khuỷu do lực tiếp tuyến T” gây ra: ( MN/m2) Trong đó Wk momen chống xoắn của tiết diện má hình chữ nhật như hình dưới Ở điểm I và II ta có : ( MN/m2) Ở điểm III và IV ta có: ( MN/m2) Các hệ số g1 và g2 phụ thuộc vào tỉ số h/b như hình dưới: Ta có : Từ trên hình vẽ ta có : = 0,29 , =0,75 Vậy ( MN/m2) =0,75.41 = 30,8 ( MN/m2 ) Ứng suất nén má khuỷu do lực phương pháp tuyến: ( MN/ m2) Khi lập bảng để tính ứng suất tổng trên các điểm của má khuỷu, ta quy ước ứng suất kéo mang dấu “+” , ứng suất nén mang dấu “-“. Căn cứ vào vào bảng tính ứng suất ta thấy ứng suất tổng tại các điểm 1, 2, 3, 4 bằng Σσi cộng theo cột dọc. Ứng suất tổng tại điểm I và II bằng : ( MN/ m2) Ứng suất tổng tại điểm III và IV bằng : ( MN/ m2) Ứng suất cho phép của trục khuỷu giới thiệu trên bảng sau : Kiểu động cơ Vật liệu Chốt khuỷu Má khuỷu Cổ trục khuỷu Tĩnh tại và tàu thuỷ Thép cacbon 70 ÷ 100 MN/m 80 ÷ 120 Mn/m 50 ÷ 80 Mn/m Ôtô, máy kéo và động cơ cao tốc Thép hợp kim 80 ÷ 120 MN/m 120 ÷ 180 MN/m 60 ÷ 100 MN/m