Đồ án Khảo sát hệ thống bôi trơn trên động cơ Mazda WL Turbo

lắp ở đuôi trục khuỷu bằng các bulông. Dầu từ đường dầu chính trong thân máy đi đến các cổ trục khuỷu đến bôi trơn cổ trục, trong trục khuỷu có khoan các lỗ dẫn dầu lên bôi trơn chốt khuỷu. Hình 4.2. Kết cấu trục khuỷu và các lỗ dẫn dầu. 1 - Puly; 2 - Bánh răng; 3 - Cổ trục khuỷu; 4 - Chốt khuỷu; 5 - Má khuỷu; 6 - Bánh đà 4.1.2. Bôi trơn nhóm pittông - thanh truyền. Pittông được đúc bằng hợp kim nhôm, do đó khối lượng của pittông tương đối nhẹ, mp = 1,2 (kg). Trên pittông có 3 rảnh để lắp xécmăng, vì tốc độ động cơ cao nên chỉ cần hai xécmăng khí để làm kín và một xécmăng dầu. Đỉnh pittông được khoét lỏm ở gần lổ thông từ buồng cháy phụ nhằm tạo lưu động dòng khí và quá trình tạo hỗn hợp cháy tốt hơn, chiều sâu khoét lõm bằng 2 mm. Chân pittông có vành đai để tăng độ cứng vững cho pittông khi làm việc. Để bôi trơn bề mặt làm việc của xylanh - pittông đầu to thanh truyền có khoan một lỗ để phun dầu lên thành xylanh. Hình 4.3 Nhóm pittông -thanh truyền. Xécmăng khí; 2 - Pittông; 3- Chốt pittông; 4- Xécmăng dầu; 5- Đầu nhỏ; 6- Bulông; 7- Nắp đầu to. 4.1.3. Bôi trơn cơ cấu phân phối khí. Cơ cấu phân phối khí của động cơ MAZDA WL TURBO sử dụng phương án bố trí xupáp treo. Động cơ sử dụng 12 xupáp, gồm 4 xupáp thải và 8 xupáp nạp, để điều khiển việc nạp thải. Để dẫn động xupáp, động cơ dùng một trục cam bố trí trên nắp xylanh, đầu trục cam có một puly được dẫn động từ trục bơm cao áp thông qua bộ truyền đai. Các xupáp được bố trí thành hai dãy dọc theo thân máy (một dãy nạp và một dãy thải), xupáp được dẫn động gián tiếp thông qua cò mỗ. Trục cam bao gồm 5 cổ trục để lắp vào nắp xylanh và 12 vấu cam. Bên trong trục cam có đường dầu để bôi trơn, tẩy rửa và làm mát các bề mặt ma sát trong cơ cấu phân phối khí. Từ đường dầu chính trong trục cam có các đường dầu nhỏ để phân phối dầu bôi trơn đến mặt cam và cò mổ. Hình 4.4 giới thiệu kết cấu của trục cam và bố trí đường dầu bôi trơn cấu phân phối khí. Hình 4.4. Trục cam và cách bố trí đường dầu bôi trơn. 1-Bạc ; 2- Đường dầu; 3- Bulông; 4- Cam; 5- Cổ trục. 4.1.4. Bôi trơn bộ tuabin tăng áp. Hình 4.5. Kết cấu của bộ tuabin tăng áp và khoang dầu bôi trơn. 1- Bánh nén; 2- Phớt dầu; 3,5 - Bạc; 4- Khoang dầu bôi trơn; 6 - Trục tuabin; 7- Bánh tuabin; 8- Vỏ tuabin; 9 - Khoang nước làm mát; 10 - Vỏ giữa; 11- Vỏ máy nén Bộ tuabin tăng áp sữ dụng năng lượng còn lại của dòng khí thải làm quay bánh tuabin, bánh tuabin này gắn đồng trục với bánh nén. Không khí từ bầu lọc không khí qua cánh nén và được tăng áp đến áp suất pk > po. Vì thế tăng được lưu lượng khí nạp . Hệ thống bôi trơn của bộ tuabin được tích hợp trong hệ thống bôi trơn của động cơ chính để bôi trơn các bạc bên trong vỏ giữa. Dầu động cơ được cấp đến từ ống dầu vào và tuần hoàn giữa các ổ bi. Sau khi bôi trơn các bạc, dầu chảy qua ống dầu ra và về cácte của động cơ . 4.2 KẾT CẤU CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG BÔI TRƠN. 4.2.1. Phao hút dầu. Hình 4.6. Cácte và phao hút dầu Cácte; 2 - Phao hút dầu Phao hút dầu gồm có lưới lọc và ống dẫn dầu. Lưới lọc bằng đồng hoặc thép, cỡ mắt lưới đến 1 mm2, chủ yếu dùng để lọc sạch bọt bẩn và tạp chất có kích thước lớn. Phao hút dầu được lắp chặt với ống dẫn dầu. Nó được đặt cố định trên cácte dầu. 4.2.2. Bơm dầu nhờn. Trong hệ thống bôi trơn, bơm dầu nhờn là một bộ phận rất quan trọng. Như ta đã biết, các động cơ hầu hết đều dùng phương pháp bôi trơn cưỡng bức, áp suất dầu được tạo ra nhờ bơm dầu. Bơm dầu có tác dụng cung cấp dầu cho các thiết bị nằm sau nó trên hệ thống một cách liên tục, đảm bảo áp suất, lưu lượng dầu cần cho hệ thống bôi trơn. Bơm dầu sử dụng trong động cơ đốt trong hầu hết đều là các bơm thể tích chuyển dầu bằng áp suất thuỷ tĩnh như: bơm piston, bơm phiến trượt, bơm bánh răng, bơm trục vít. Mỗi loại bơm đều có đặc điểm kết cấu riêng. Do đó có ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng cũng khác nhau. Trên động cơ ôtô, đa số sử dụng bơm bánh răng vì kết cấu nhỏ gọn, dễ bố trí, áp suất đảm bảo cung cấp dầu liên tục. Đặc biệt là độ tin cậy cao, tuổi thọ lâu dài. Động cơ MAZDA WL TURBO sử dụng bơm bánh răng một cấp: Hình 4.7. Bơm bánh răng dùng trên động cơ MAZDA WL TURBO. 1- Bánh răng chủ động; 2- Trục chủ động; 3- Trục bị động; 4- Bánh răng bị động. Bơm dầu nhờn sử dụng trên động cơ MAZDA WL TURBO là loại bơm bánh răng một cấp với nguyên lý làm việc như sau: Bơm bánh răng làm việc nhờ vào bánh răng dẫn động trên trục chủ động. Bánh răng chủ động được lắp cố định trên trục chủ động nhờ mối ghép then. Khi trục chủ động 2 được trục khuỷu dẫn động thông qua bánh răng dẫn động. Bánh răng chủ động 1 quay nên bánh răng bị động 4 quay theo. Dầu nhờn từ đường dầu áp suất thấp được hai bánh răng guồng sang tạo nên áp suất cao cho dòng dầu. Trên mặt đầu của bơm có rãnh triệt áp để tránh chèn dầu khi các bánh răng ăn khớp với nhau. Áp suất dầu đi bôi trơn phải đảm bảo tính ổn định. Do đó, trong bơm dầu có thêm van an toàn. Nếu áp suất trên đường dầu vượt quá giới hạn cho phép, van an toàn sẽ được mở ra nhờ áp suất dầu. Dầu sẽ chảy một phần về đường dầu áp suất thấp. 4.2.3. Lọc dầu. Bộ lọc dầu sử dụng trên động cơ MAZDA WL TURBO thuộc loại lọc bằng giấy, được lắp ở đáy thân của bộ làm mát dầu, làm nhiệm vụ lọc thô và lọc tinh với nguyên lý làm việc như sau: Hình 4.8. Kết cấu bầu lọc 1- Trục bầu lọc; 2 - Vỏ bầu lọc; 3- Nắp bầu lọc; 4 - Lỗ dẫn dầu. a. Lọc thô. Dầu nhờn từ đường dầu chính với áp suất cao đi vào bầu lọc (phần trên). Trong bầu lọc giấy lọc và khung tấm lọc được xếp xen kẽ nhau, dầu thấm qua lọc và được lọc sạch. Dầu sau khi được lọc sạch, sau đó chảy vào các lỗ dầu, theo lỗ trên trục bầu lọc đi bôi trơn. b. Lọc tinh. Do yêu cầu thực tế sử dụng để tăng tính năng của dầu nên theo kiểu kết cấu của bầu lọc này. Dầu sau khi qua phần tử lọc thô, một lượng dầu đi qua phần tử lọc tinh, dầu được lọc sạch và chảy về cácte. 4.2.4. Két làm mát dầu nhờn. Như ta đã khảo sát, trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt độ của dầu nhờn sẽ tăng dần lên do: tải nhiệt sinh ra trong quá trình ma sát, do tiếp xúc với các chi tiết máy có nhiệt độ cao như đỉnh pittông...để giữ cho độ nhớt của dầu nhờn đảm bảo khả năng bôi trơn và các đặc tính lý - hoá khác, cần phải làm mát dầu nhờn để giữ cho nhiệt độ của dầu nhờn được ổn định. Hình 4.9. Két làm mát dầu 1- Bản đáy; 2 - Vách ngăn; 3- Ống dẫn dầu. Thông thường, người ta làm mát dầu nhờn bằng hai cách: làm mát bằng nước và làm mát bằng không khí. Động cơ khảo sát làm mát bằng nước. Nước làm mát được dẫn vào khoang chứa, còn dầu nhờn đi bên trong các ống dẫn dầu và lưu động ngược chiều với dòng nước để tăng tác dụng truyền nhiệt. 4.2.5. Thông gió hộp trục khuỷu. Có hai phương án thông gió hộp trục khuỷu: thông gió hở và thông gió kín. Động cơ MAZDA WL TURBO sử dụng phương án thông gió hở. Đây là kiểu thông gió tự nhiên, để không khí trong hộp trục khuỷu thoát ra ngoài theo ống thông gió. Khí trong hộp trục khuỷu lưu động được nhờ có pittông chuyển động hoặc xe ôtô chuyển động tạo vùng áp suất thấp ở miệng ống hút. Do đó không khí trong hộp trục khuỷu thoát ra ngoài. Hình 4.10. Kiểu thông gió hở. 1- Bầu lọc gió; 2- Nắp xilanh; 3- Lọc khí thông gió; 4-Ống gió vào; 5- Thanh truyền; 6- Ống ra; 7- Lọc ngăn dầu; 8- Pittông. 5.TÍNH TOÁN NHIỆT, ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐỘNG CƠ. 5.1. TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ. Baíng 5.1. Thäng säú choün cuía âäüng cå. TÊN THÔNG SỐ KÝ HIỆU THỨ NGUYÊN GIÁ TRỊ Áp suất khí nạp Pk MN / 0.118 Nhiệt độ khí nạp Tk  310 Hệ số dư lượng không khí a 1.22 Ap suất cuối kỳ nạp Pa MN / 0.1152 Ap suất khí sót Pr MN / 0.132 Nhiệt độ khí sót Tr 800 Độ sấy nóng khí nạp mới DT 20 Chỉ số giản nỡ đoạn nhiệt m 1.48 Hệ số lợi dụng nhiệt tại z xz 0.85 Hệ số lợi dụng nhiệt tại b xb 0.82 Tỷ số tăng áp l 2.1 Hệ số nạp thêm l1 1.02 Hệ số quét buồng cháy l2 0.98 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt lût 1.14 Hệ số điền đầy đồ thị jâ 0.99 5.1.1 Quá trình nạp. 1. Nhiệt độ không khí trước xupáp nạp. Tk = 310 [oK] 2. Hệ số nạp. hv = . (5-1) hv = hv = 0.933 3.Hệ số khí sót. gr = (5-2) gr = gr = 4. Nhiệt độ cuối quá trình nạp. Ta = [oK] (5-3) Ta = [oK] Ta = 342 [oK] 5.1.2.Quá trình nén. 1.Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí. (5-4) 2.Tỷ nhiệt mol của sản phẩm cháy. (5-5) 3.Tỷ nhiệt mol của hỗn hợp công tác. (5-6) 4.Chỉ số nén đa biến trung bình. Tính gần đúng bằng phương trình nén đa biến: (5-7) Chọn n1=1,3647 thay vào vế phải của phương trình trên . Ta có: Vậy chọn n1=1,3648 5.Nhiệt độ cuối quá trình nén (Tc). [oK] (5-8) [oK] [oK] 6.Áp suất cuối quá trình nén. [MN/m2] (5-9) [MN/m2] [MN/m2] 5.1.3.Quá trình cháy. 1. Lượng không khí cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu. [kmol/kg.nl] (5-10) Đối với nhiên liệu diesel: C = 0,87 ; H = 0,126 ; O = 0,004 [kmol/kg.nl] [kmol/kg.nl] 2. Số mol khí nạp mới. [kmol/kg.nl] 3. Lượng sản vật cháy. [kmol/kg.nl] (5-11) [kmol/kg.nl] [kmol/kg.nl] 4. Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết. (5-12) 5. Hệ số biến đổi phân tử thực tế. (5-13) 6. Hệ số biến đổi phân tử tại z. (5-14) 7. Hệ số tỏa nhiệt xz tại z. (5-15) 8. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z. (5-16) [KJ/kmoloK] 9. Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz . Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz được tính theo phương trình sau: (5-17) Đưa về dạng phương trình bậc hai: ATz2 + BTz +C = 0 Trong đó : Ta có phương trình bậc hai sau : Giải phương trình bậc hai và loại nghiệm âm ta tìm được: Tz = 2555 [0K] 10. Áp suất cực đại của chu trình pz. [MN/m2] (5-18) 5.1.4. Quá trình giãn nở. 1. Tỷ số giãn nở sớm. (5-19) 2. Tỷ số giãn nở sau. (5-20) 3. Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở. (5-21) Vậy chọn n2 = 1,271 4. Kiểm nghiệm lại trị số n2. Trị số n2 được kiểm nghiệm lại theo phương trình : (5-22) Vậy chọn n2 = 1,271 5. Ap suất của quá trình giãn nở. [MN/m2] [MN/m2] 6. Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót. (5-23) [0K] Sai số % =3,5 % < 15% 5.1.5. Các thông số chỉ thị. 1. Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết . (5-24) [MN/m2] 2. Áp suất chỉ thị trung bình động cơ. [MN/m2] (5-25) [MN/m2] 3. Hiệu suất chỉ thị động cơ. (5-26) 4. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị. [g/kW.h] (5-27) [g/kW.h] [g/kW.h] 5.1.6. Các thông số có ích. 1. Tổn thất cơ giới pm. Theo công thức kinh nghiệm : a = 0,015 b = 0,0156 Các hệ số a, b được chọn theo cấu tạo buồng cháy động cơ: a = 0,015 b = 0,0156 Cm : vận tốc trung bình của pittông [m/s] [MN/m2] [MN/m2] 2. Áp suất có ích trung bình. [MN/m2] (5-29) [MN/m2] [MN/m2] 3. Hiệu suất cơ giới. (5-30) 4. Suất tiêu hao nhiên liệu có ích. [g/kW.h] (5-31) [g/kW.h] 5. Hiệu suất có ích của động cơ. (5-32) 6. Thể tích công tác của động cơ. [dm3] (5-33) [dm3] [dm3] 7. Kiểm nghiệm đường kính xylanh. [mm] (5-34) [mm] [mm] [mm] 5.1.7. Vẽ đồ thị công. 1. Xác định các điểm trên đường nén với chỉ số đa biến n1. Phương trình đường nén ,do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì: (5-35) Rút ra : Đặt ta có Với n1 là chỉ số nén đa biến trung bình, xác định thông qua tính nhiệt. 2. Xây dựng đường cong áp suất trên đường giãn nở. Phương trình của đường giãn nở đa biến , do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì: (5-36) Ta có : đặt Þ Với n2 là chỉ số giãn nở đa biến trung bình, xác định thông qua tính toán nhiệt 3. Lập bảng xác định đường nén và đường giãn nở. Vx i Đường nén Đường giãn nở in1 1/in1 Pc/in1 in2 1/in2 Pz.rn2/in2 1Vc 1 1.000 1.000 6.800 1.000 1.000 14.200 2Vc 2 2.579 0.388 2.637 2.416 0.414 7.887 3Vc 3 4.488 0.223 1.515 4.047 0.247 4.708 4Vc 4 6.650 0.150 1.023 5.837 0.171 3.264 5Vc 5 9.022 0.111 0.754 7.754 0.129 2.457 6Vc 6 11.574 0.086 0.588 9.779 0.102 1.949 7Vc 7 14.289 0.070 0.476 11.898 0.084 1.601 8Vc 8 17.150 0.058 0.397 14.102 0.071 1.351 9Vc 9 20.145 0.050 0.338 16.382 0.061 1.163 10Vc 10 23.265 0.043 0.292 18.733 0.053 1.017 11Vc 11 26.502 0.038 0.257 21.148 0.047 0.901 12Vc 12 29.848 0.034 0.228 23.625 0.042 0.807 13Vc 13 33.299 0.030 0.204 26.158 0.038 0.728 14Vc 14 36.848 0.027 0.185 28.745 0.035 0.663 15Vc 15 40.492 0.025 0.168 31.383 0.032 0.607 16Vc 16 44.225 0.023 0.154 34.069 0.029 0.559 17Vc 17 48.046 0.021 0.142 36.802 0.027 0.518 18Vc 18 51.949 0.019 0.131 39.579 0.025 0.481 19Vc 19 55.934 0.018 0.122 42.398 0.024 0.449 19,8Vc 19,8 59.177 0.017 0.115 44.682 0.022 0.426 Bảng 5.2. Bảng số liệu P - V trên đường nén và đường giãn nở. Xác định các điểm đăc biệt: Các điểm đặc biệt là: ; ; ; ; ; ; [dm3] [dm3] [dm3] [dm3] Vậy tọa độ các điểm đặc biệt là : r (0,033 : 0,13) ; a (0,658 : 0,1152) ; b(0,658 : 0,427) ; i(0,658 : 0,13) ; c(0,033 : 6,8) ; y(0,033 :14,3) ; z(0,04 : 14,3) . 5. Vẽ đồ thị công P - V theo tỷ lệ xích. Chọn tỷ lệ xích : Với cách chọn này toạ độ các điểm đặt biệt và trung gian là : r (8,5 : 2,097) ; a (170 : 1,6) ; b(170 : 5,97) ; i(170 : 2,097) ; c(8,5 : 95,7) ; y(8,5 :200) ; z(10,8 : 200) . Bảng 5.3. Toạ độ các điểm trung gian theo tỷ lệ xích. i (Vxn;Pxn) (Vxgn ; Pxgn) i (Vxn;Pxn) (Vxgn;Pxgn ) 1 95.105 200 11 3.5887 12.601 2 36.88 110.3 12 3.1863 11.28 3 21.19 65.841 13 2.8561 10.188 4 14.301 45.656 14 2.581 9.2709 5 10.542 34.37 15 2.3488 8.4916 6 8.2168 27.253 16 2.1505 7.822 7 6.6559 22.398 17 1.9795 7.2412 8 5.5456 18.898 18 1.8307 6.7332 9 4.7211 16.267 19 1.7003 6.2855 10 4.0879 14.226 19,8 1.6071 5.9641 Nối các điểm trung gian của đường nén và đường giãn nở với các điểm đặc biệt sẽ được đồ thị công lý thuyết : 6. Dùng đồ thị Brick xác định các điểm. - Phun sớm (c’). - Mở sớm xupap nạp (r’), đóng muộn xupáp nạp (a’). - Mở sớm xupáp thải (b’), đóng muộn xupáp thải (r”). 7. Hiệu chỉnh đồ thị công. Xác định các điểm trung gian - Trên đoạn cy lấy điểm c” với c”c = 1/3cy - Trên đoạn yz lấy điểm z” với yz” = 1/2yz - Trên đoạn ba lấy điểm b” với bb” =1/2ba. Nối các điểm c’c”z” và đường giãn nở thành đường cong liên tục tại ĐCT và ĐCD và tiếp xúc với đường thải .Ta sẽ nhận được đồ thị công đã hiệu chỉnh. Hình 5.1.Đồ thị công 5.2.TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC. Tính toán động học và động lực học nhằm nghiên cứu qui luật chuyển động, tình trạng chịu lực của các chi tiết trong cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền, trạng thái dao động nhất là dao động xoắn của hệ trục khuỷu. 5.2.1. Động học. Nghiên cứu qui luật chuyển động của pittông là nhiệm vụ chủ yếu của động học. Để tiện việc nghiên cứu, ta giả thiết trong quá trình làm việc, trục khuỷu quay với tốc độ không đổi. Thông số kết cấu : l= R : Bán kính tay quay trục khuỷu : R = S/2=92/2 =46 mm L : Chiều dài thanh truyền : L=150 mm l= Sau đây sẽ nghiên cứu qui luật động học của pittông bằng phương pháp đồ thị: 1. Giải x bằng phương pháp đồ thị Brich. - Vẽ nữa đường tròn tâm O, bán kính R, đường kính AB = 2R. - Chọn tỷ lệ xích sao cho AB= 161,5 mm. mr = - Lấy về bên phải tâm O (ĐCD) điểm O’ sao cho: OO’= [mm] - Vẽ hệ trục vuông góc S - a phía dưới nữa đường tròn. Chọn ma = 2 [độ/mm] ms = mr = 0.57 - Trục Oa dóng từ điểm A là trục tung, trục OS là trục hoành. Từ O’ kẻ các tia từ trái sang phải ứng với các góc 0o, 10o, 20o,..., 180o.Từ các điểm cắt trên nữa đường tròn Brich, ứng với các tia, ta kẻ đường song song với Oa. Và từ các điểm chia (các góc tương ứng) trên trục Oa, ta kẻ các đường nằm ngang. Các đường dọc và ngang tương ứng này sẽ cắt nhau tại các điểm 0,1,2,3...nối các điểm này lại ta được đường cong biểu diễn độ dịch chuyển của pittông x theo a. S = f(a). Hình 5.2 . Giải x bằng đồ thị Brich. 2. Giải tốc độ v bằng phương pháp đồ thị. Các bước tiến hành: Vẽ nữa đường tròn (O,r1) với r1= Vẽ đường tròn (O,r2) với r2= Chọn tỷ lệ xích sao cho:r1= [mm] Suy ra: mv= [m/s.mm] r2 = [mm] - Chia nữa đường tròn (O,r1) và đường tròn (O,r2) ra thành n phần bằng nhau, như vậy góc chia của đường tròn nhỏ sẽ gấp đôi góc chia của đường tròn lớn, ta chia đường tròn nhỏ 20o một và nữa đường tròn lớn 10o một và khi chia phải theo chiều ngược lại. - Từ các điểm trên các đường tròn, ta kẻ vuông góc với AB đối với nữa đường tròn lớn và và song song với AB nối với đường tròn nhỏ. Những đường tương ứng sẽ cắt nhau tại các điểm 0, 1”, 2”, 3”,... nối các điểm này lại ta có đường cong. Phần giới hạn của đường cong này và nữa đường tròn lớn gọi là giới hạn vận tốc của pittông. Hình 5.3. Giới hạn vận tốc pittông - Vẽ toạ độ vuông góc v - S; lấy đoạn OA = [mm]. Trục Ov trùng với trục Oa trục ngang là trục Os. Từ các điểm chia trên đồ thị Brich, ta kẻ các đường song song với trục Ov, cắt trục Os tại các điểm 0, 1’, 2’,....Từ các điểm này ta đặt các đoạn thẳng trên đồ thị giới hạn vận tốc như 00”, 11”, 22”,... nối các điểm mút lại ta có đường cong biểu diễn vận tốc pittông. Hình 5.4.Đồ thị chuyển vị vận tốc. 2. Giải gia tốc J bằng đồ thị Tôlê. Các bước tiến hành: - Vẽ hệ trục J - S. Lấy đoạn AB trên trục S ; AB = [mm] Với tỷ lệ xích: ms = mr= 0,57 [mm/mm] Chọn mJ = 120 [m/s2.mm] -Tại A, về phía trên ta lấy đoạn AC = Jmax/mJ = . - Tại B, về phía dưới ta lấy đoạn BD =Jmin/mJ = -. Nối CD cắt AB tại F, về phía dưới dựng EF = - . - Nối CE và DF. Chia hai đoạn CE và DF thành n phần bằng nhau và ghi số thứ tự cùng chiều, chẳng hạn 1, 2, 3,... và 1’, 2’, 3’, ... nối các điểm chia tương ứng 11’, 22’, 33’, ... , đường bao của các đường này là đường cong J, biểu diễn gia tốc pittông J = f(s). Ở đây ta có: Jmax= R.w2.(1+l) = R.()2.(1+l) = 46.()2.(1+ 0,306).10-3 = 8062,2 [m/s2] Jmin= - R.w2.(1-l) = - R.()2.(1-l) = - 46.()2.(1- 0,306).10-3 = -4284,2 [m/s2] Suy ra: AC = Jmax/mJ = [mm] BD = Jmin/mJ = [mm] EF = -= - [mm] Hình 5.5. Đồ thị gia tốc. 5.2.2. Động lực học. Các loại động cơ đốt trong này nay nhất là động cơ có số vòng quay cao, trong quá trình làm việc các động cơ chịu lực quán tính rất lớn, có khi vượt xa trị số của lực khí thể. Lực quán tính tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền nên ứng suất khá lớn, đôi khi có thể làm hư hỏng các chi tiết máy, ngoài ra lực quán tính còn có tác dụng kích thích khiến các chi tiết trong cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền phát sinh dao động. Tính toán động lực học của cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền nhằm mục đích xác định các lực do hợp lực của lực quán tính, lực khí thể tác dụng lên chi tiết ở mỗi vị trí của khuỷu trục phục vụ cho việc tính toán sức bền, nghiên cứu trạng thái mòn của các chi tiết máy và tính toán cân bằng động cơ. 1. Xác định các khối lượng. Khối lượng tham gia chuyển động thẳng: m' = mnp+ m1 Khối lượng của nhóm pittông: mnp = 1,2 [kg] Khối lượng của thanh truyền: mtt = 1,15 [kg] Khối lượng thanh truyền tập trung tại tâm đầu nhỏ thanh truyền: m1= (0,275 0,35).mtt= 0,3.1.15 = 0,345 [kg] m' = 1,2+0,345=1,545 [kg] Để khi tính toán và vẻ đồ thị được đơn giản ta lấy khối lượng trên một đơn vị diện tích đỉnh pittông [kg/m2] Ta vẽ đồ thị -PJ theo phương pháp đồ thị Tôlê, nhưng với tỷ lệ xích mpj = mp. Đồ thị này cùng vẽ chung với đồ thị công, nhưng trục ngang lấy bằng Po. PJmax = -m.Jmax = -227,2.8062,2.10-6= -1,832 [MN/m2] PJmin = - m.Jmin = - 227,2.4284,2.10-6= - 0,973 [MN/m2] ACpj = - [mm] BDpj = - [mm] EFpj = [mm] 2. Khai triển các đồ thị. a. Khai triển đồ thị P - V thành P - a: Vẽ hệ trục toạ độ vuông góc P - a. Trục ngang lấy bằng giá trị Po. Trên trục Oa, ta chia thành 10o một, với tỷ lệ xích ma = 2 (độ/mm2) - Sử dụng đồ thị Brich để khai triển P - V thành P - a. Từ các điểm đã chia trên đồ thị Brich kẻ các đường thẳng song song với OP và cắt đồ thị công tại các điểm trên đường biểu diễn các đường nạp, nén, cháy giãn nở và thải. Qua các giao điểm này ta kẻ đường song song với trục hoành trong hệ trục toạ độ P - a. Từ các điểm chia trên hệ trục Oa, ta kẻ các đường thẳng đứng song song với OP. Những đường này sẽ cắt các đường ngang tại các điểm, ứng với góc chia của đồ thị Brich và phù hợp với các quá trình của động cơ. Nối các điểm đó lại ta được đường cong khai triển đồ thị P - a. Hình 5.6. Đồ thị Khai triển P - V thành P - a: b. Khai triển đồ thị PJ - V thành đồ thị PJ - a: Cách triển khai cũng giống như cách khai triển đồ thị P - V. Nên chú ý dấu -PJ. Do đó khi chuyển sang PJ - a phải đổi dấu. c. Cộng dồ thị Pkt - a và PJ - a: Ta được đồ thị P1 - a. P1= Pkt + PJ 3. Lực tác dụng lên chốt khuỷu. T = Z = N = Ta lập bảng để tính P1, T, N, Z theo giá trị a: P1 đo được trên đồ thị ứng với a. Xác định T, N, Z với l = 0.306 Từ đó ta vẽ được các đồ thị T, N, Z theo a trên hệ toạ độ vuông góc: Chọn tỷ lệ xích mT = mz = mp =0,0715 mN =0.03575 Bảng 5.5. Giá trị các lực T,Z,N a P1/mp Sin(a+b)/cosb T/mp Cos(a+b)/cosb Z/mp tanb N/mN 0 -24.97 0 0 1 -24.97 0 0 10 -25.8 0.2255 -5.8179 0.9757 -25.1731 0.0527 -2.719 20 -24 0.4399 -10.558 0.9041 -21.6984 0.1042 -5.002 30 -21 0.6327 -13.287 0.7894 -16.5774 0.1533 -6.439 40 -17 0.7949 -13.513 0.6381 -10.8477 0.1986 -6.752 50 -12.4 0.9194 -11.401 0.46 -5.704 0.2386 -5.917 60 -7.7 1.002 -7.7154 0.2645 -2.03665 0.2719 -4.187 70 -3 1.0413 -3.1239 0.0629 -0.1887 0.297 -1.782 80 1.2 1.0391 1.2469 -0.1343 -0.16116 0.3127 0.7505 90 5 1 5 -0.318 -1.59 0.318 3.18 100 8 0.9 305 7.444 -0.4816 -3.8528 0.3127 5.0032 110 10.3 0.8381 8.6324 -0.6211 -6.39733 0.297 6.1182 120 11.8 0.7301 8.6152 -0.7355 -8.6789 0.2719 6.4168 130 12.6 0.6126 7.7188 -0.8256 -10.4026 0.2386 6.0127 140 12.7 0.4907 6.2319 -0.8937 -11.35 0.1986 5.0444 150 12.7 0.3673 4.6647 -0.9427 -11.9723 0.1533 3.8938 160 12.7 0.2441 3.1001 -0.9753 -12.3863 0.1042 2.6467 170 12.7 0.1218 1.5469 -0.994 -12.6238 0.0527 1.3386 180 13 0 0 -1 -13 0 0 190 13.2 -0.1218 -1.6078 -0.994 -13.1208 -0.0527 -1.391 200 13.3 -0.2441 -3.2465 -0.9753 -12.9715 -0.1042 -2.772 210 13.7 -0.3673 -5.032 -0.9427 -12.915 -0.1533 -4.2 220 14 -0.4907 -6.8698 -0.8937 -12.5118 -0.1986 -5.561 230 14.2 -0.6126 -8.6989 -0.8256 -11.7235 -0.2386 -6.776 a P1/mp Sin(a+b)/cosb T/mp Cos(a+b)/cosb Z/mp tanb N/mN 240 13.6 -0.7301 -9.9294 -0.7355 -10.0028 -0.2719 -7.396 250 12.3 -0.8381 -10.309 -0.6211 -7.63953 -0.297 -7.306 260 10.5 -0.9305 -9.7703 -0.4816 -5.0568 -0.3127 -6.567 270 7.8 -1 -7.8 -0.318 -2.4804 -0.318 -4.961 280 4.7 -1.0391 -4.8838 -0.1343 -0.63121 -0.318 -2.989 290 1 -1.0413 -1.0413 0.0629 0.0629 -0.297 -0.594 300 -1.1 -1.002 1.1022 0.2645 -0.29095 -0.2719 0.5982 310 -3 -0.9194 2.7582 0.46 -1.38 -0.2386 1.4316 320 -2.3 -0.7949 1.8283 0.6381 -1.46763 -0.1986 0.9136 330 3.6 -0.6327 -2.2777 0.7894 2.84184 -0.1533 -1.104 340 19.1 -0.4399 -8.4021 0.9041 17.2683 -0.1042 -3.98 350 45.7 -0.2255 -10.305 0.9757 44.5895 -0.0527 -4.817 360 101 0 0 1 101 0 0 370 174 0.2255 39.237 0.9757 169.772 0.0527 18.34 380 106 0.4399 46.629 0.9041 95.8346 0.1042 22.09 390 55.3 0.6327 34.988 0.7894 43.6538 0.1533 16.955 400 30.3 0.7949 24.085 0.6381 19.3344 0.1986 12.035 410 19.5 0.9194 17.928 0.46 8.97 0.2386 9.3054 420 15 1.002 15.03 0.2645 3.9675 0.2719 8.157 430 14 1.0413 14.578 0.0629 0.8806 0.297 8.316 440 14.7 1.0391 15.275 -0.1343 -1.97421 0.3127 9.1934 450 16 1 16 -0.318 -5.088 0.318 10.176 460 17.3 0.9305 16.098 -0.4816 -8.33168 0.3127 10.819 470 18.2 0.8381 15.253 -0.6211 -11.304 0.297 10.811 480 19 0.7301 13.872 -0.7355 -13.9745 0.2719 10.332 490 19.3 0.6126 11.823 -0.8256 -15.9341 0.2386 9.21 500 19 0.4907 9.3233 -0.8937 -16.9803 0.1986 7.5468 510 18.6 0.3673 6.8318 -0.9427 -17.5342 0.1533 5.7028 a P1/mp Sin(a+b)/cosb T/mp Cos(a+b)/cosb Z/mp tanb N/mN 520 18 0.2441 4.3938 -0.9753 -17.5554 0.1042 3.7512 530 17 0.1218 2.0706 -0.994 -16.898 0.0527 1.7918 540 16 0 0 -1 -16 0 0 550 15.4 -0.1218 -1.8757 -0.994 -15.3076 -0.0527 -1.623 560 15 -0.2441 -3.6615 -0.9753 -14.6295 -0.1042 -3.126 570 14.8 -0.3673 -5.436 -0.9427 -13.952 -0.1533 -4.538 580 14.8 -0.4907 -7.2624 -0.8937 -13.2268 -0.1986 -5.879 590 14.6 -0.6126 -8.944 -0.8256 -12.0538 -0.2386 -6.967 600 13.7 -0.7301 -10.002 -0.7355 -10.0764 -0.2719 -7.45 610 12 -0.8381 -10.057 -0.6211 -7.4532 -0.297 -7.128 620 9.7 -0.9305 -9.0259 -0.4816 -4.67152 -0.3127 -6.066 630 6.7 -1 -6.7 -0.318 -2.1306 -0.318 -4.261 640 3 -1.0391 -3.1173 -0.1343 -0.4029 -0.318 -1.908 650 -2 -1.0413 2.0826 0.0629 -0.1258 -0.297 1.188 660 -5.9 -1.002 5.9118 0.2645 -1.56055 -0.2719 3.2084 670 -10.6 -0.9194 9.7456 0.46 -4.876 -0.2386 5.0583 680 -15.2 -0.7949 12.082 0.6381 -9.69912 -0.1986 6.0374 690 -19.2 -0.6327 12.148 0.7894 -15.1565 -0.1533 5.8867 700 -22 -0.4399 9.6778 0.9041 -19.8902 -0.1042 4.5848 710 -24 -0.2255 5.412 0.9757 -23.4168 -0.0527 2.5296 720 -24.6 0 0 1 -24.6 0 0 Hình 5.7. Đồ thị T,Z,N 4. Tính mômen tổng åMi . Tính momen tổng ST trong động cơ nhiều xylanh 1 hàng Động cơ có thứ tự làm việc 1-3-4-2. Góc lệch công tác dct== Khi khuỷu trục của xilanh thứ nhất nằm ở a1=0 thì : Khuỷu trục thứ 2 nằm ở vị trí 180° ®a2=180° Khuỷu trục thứ 3 nằm ở vị trí 540° ®a3 =180° Khuỷu trục thứ 4 nằm ở vị trí 360° ®a4=360° ST=T1+T2+T3+T4 Giá trị ST được tính ở bảng sau. Bảng 5.6. Giá trị ST. a1 T1 a2 T2 a3 T3 a4 T4 åT 0 0 180 0 540 0 360 0 0 10 -5.818 190 -1.608 550 -1.876 370 39.237 29.936 20 -10.56 200 -3.247 560 -3.662 380 46.629 29.164 30 -13.29 210 -5.032 570 -5.436 390 34.988 11.234 40 -13.51 220 -6.87 580 -7.262 400 24.085 -3.56 50 -11.4 230 -8.699 590 -8.944 410 17.928 -11.12 60 -7.715 240 -9.929 600 -10 420 15.03 -12.62 70 -3.124 250 -10.31 610 -10.06 430 14.578 -8.912 80 1.2469 260 -9.77 620 -9.026 440 15.275 -2.274 90 5 270 -7.8 630 -6.7 450 16 6.5 100 7.444 280 -4.884 640 -3.117 460 16.098 15.541 110 8.6324 290 -1.041 650 2.0826 470 15.253 24.927 120 8.6152 300 1.1022 660 5.9118 480 13.872 29.501 130 7.7188 310 2.7582 670 9.7456 490 11.823 32.046 140 6.2319 320 1.8283 680 12.082 500 9.3233 29.466 150 4.6647 330 -2.278 690 12.148 510 6.8318 21.367 160 3.1001 340 -8.402 700 9.6778 520 4.3938 8.7696 170 1.5469 350 -10.31 710 5.412 530 2.0706 -1.276 180 0 360 0 720 0 540 0 0 Giá trị của åTtb: (MN/m2) Trong đó: Ni - công suất chỉ thị được xác định ở phần tính nhiệt. (kW) n - số vòng quay của động cơ. (vòng/phút) Fp- diện tích đỉnh pittông. (m2) R - bán kính quay của trục khuỷu. (m) j - hệ số điền đầy đồ thị công dùng khi tính nhiệt. Nhưng khi vẽ căn cứ vào đồ thị công lấy j = 0,99. (MN/m2) Hình 5.8. Đồ thị . 5. Vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu. Sau khi có giá trị này ta có thể tìm vị trí trung bình của phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu cũng như có thể tìm được dể dàng lực lớn nhất và nhỏ nhất. Dùng đồ thị phụ tải ta có thể xác định khu vực chịu lực ít nhất để xác định vị trí khoan lổ dầu bôi trơn và xác định phụ tải khi tính sức bền ổ trục. Khi vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu có thể chưa cần xét đến lực quán tính chuyển động quay của khối lượng thanh truyền m2 quy về tâm chốt khuỷu, vì rằng phương và trị số của lực quán tính này không đổi, sau khi vẽ xong ta xét đến. Có thể vẽ đồ thị vectơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu như sau: - Vẽ toạ độ T - Z gốc toạ độ O1, chiều dương Z hướng xuống dưới. - Chọn tỷ lệ xích mz = mT= 0,0715 - Đặt các giá trị T - Z đã tính trong bảng 5.5 lên hệ trục T - Z. Ứng mỗi cặp cùng góc a, ta có các điểm 0, 1, 2, ..., 72. Nối các điểm đó lại ta có đường đồ thị vectơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. - Dịch gốc tọa độ. Trên trục O1Z (phía dương) lấy điểm O, với OO1= Với : khối lượng thanh truyền quy về đầu to . =(0,650,725)=0,7.1,15=0,805 [] [] [MN/] Chọn tỷ lệ xích: - Từ tâm O vẽ đường tròn tượng trưng cho chốt khuỷu, xác định phương chiều và điểm đặt lực. + Giá trị của lực là độ dài vectơ từ gốc O đến điểm tính (nhân tỷ lệ xích). + Chiều của lực từ tâm O ra ngoài. + Điểm đặt nằm trên phương kéo dài của vectơ về phía O và cắt vòng tròn tượng trưng chốt khuỷu. = = a - điểm bất kỳ trên đồ thị. Qa- là hợp lực của các lực tác dụng lên chốt khuỷu. Hình 5.9. Đồ thị lực tác dụng lên chốt khuỷu. 6. Triển khai đồ thị phụ tải ở toạ độ cực thành Q - a. Vẽ hệ trục Q - a, chọn tỷ lệ xích ma= 2 (độ/mm); mQ = - Trên các điểm chia của trục Oa, ta lần lượt đặt các vectơ tương ứng với các góc 0o, 10o, 20o,..., 720o. Nối các điểm đầu mút vectơ lại ta có đồ thị khai triển Q = f(a). Phân tích đồ thị phụ tải ta thấy dạng phần đuôi của đồ thị phụ thuộc vào trị số cực đại của áp suất khí thể. Dạng phần đầu của đồ thị phụ thuộc vào lực quán tính chuyển động thẳng. - Xác định các giá trị Qtb, Qmax, Qmin: 85,73(mm) 165,43(mm) 7,6(mm) Đơn vị phụ tải trung bình và cực đại tác dụng lên chốt khuỷu: Trong đó: - Qtb, Qmax : phụ tải bình quân và cực đại xác định được. - Fb : diện tích đỉnh pittông. - dc, lc : đường kính và chiều dài chốt khuỷu tiếp xúc với đầu to thanh truyền. - Trị số cho phép của Ktb, quyết định bởi độ cứng vững của ổ trục (hình thức kết cấu động cơ) và kết cấu ổ trục. - Trị số cho phép của Kmax quyết định bởi khả năng làm việc của ổ trục, sự biến dạng của ổ trục và khả năng chịu tải của màng dầu trong ổ. Suy ra . . - Để biểu thị mức độ va đập của phụ tải, thường dùng hệ số va đập c: = 1,63 < 4 (thỏa mãn điều kiện) 7. Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền: Các bước tiến hành: - Trên tờ giấy bóng vẽ dạng đầu to thanh truyền đầu hướng xuống dưới. - Vẽ hệ trục T - Z . Gốc O trùng với tâm đầu to thanh truyền, chiều dương của trục Z hướng xuống dưới. - Vẽ đường tròn bất kỳ có tâm O, giao điểm của đường tròn và trục Z (phía dương) ta ghi 0o. - Trên đường tròn này ta chia thành các góc có giá trị (a + b) bất kỳ từ 0o theo chiều kim đồng hồ, ví dụ (ao + bo), (a1 + b1), (a2 + b2), ... - Góc b phụ thuộc vào l và a tra phụ lục.(với l=0,306) Các bước này thực hiện trên tờ giấy bóng sau đem tờ giấy bóng đặt lên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, sao cho tâm O của đầu to thanh truyền trùng với tâm O của chốt khuỷu, và trục OZ trùng với đường tâm thanh truyền (hướng xuống phía dưới). Trên tờ giấy bóng hiện lên các điểm theo các số của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. Chẳng hạn đầu tiên là điểm 0, sau đó ta xoay tờ giấy bóng theo ngược chiều kim đồng hồ sao cho các tia 10o, 20o... lần lược trùng với OZ và cũng mỗi lần ta lại đánh dấu các điểm hiện trên tờ giấy bóng như 1, 2, 3, ... và ta ghi 10o, 20o, 30o...Nối các điểm này lại ta có đồ thị vectơ phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền. Xác định giá trị, phương chiều và điểm đặt lực: + Giá trị của lực tác dụng là độ dài vectơ kể từ tâm O đến điểm tính (nhân tỷ lệ xích). + Chiều của lực từ tâm O đi ra. + Điểm đặt là giao điểm của vectơ với đường tròn tượng trưng cho đầu to thanh truyền. Hình 5.10. Đồ thị lực tác dụng lên đầu to thanh truyền. 8. Vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu: Dùng phương pháp lập bảng. Các bước tiến hành: - Trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, lấy tâm O, vẽ đường tròn bất kỳ và chia đường tròn đó thành n phần bằng nhau, thường chia làm 24 phần và ghi điểm 0 tại giao điểm của đường tròn và trục Z (chiều dương) tiếp theo là 1, 2, 3,... theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. Từ các điểm chia này ta kẻ các tia qua tâm O và kéo dài, các tia này sẽ cắt đường cong của đồ thị phụ tải tại các điểm. - Trên mỗi tia từ tâm O kéo dài ra, đồ thị có bao nhiêu điểm cắt, sẽ có bấy nhiêu lực cùng tác dụng tại một điểm, nên ta tính được hợp lực åQ’i. - Lập bảng để tính, ta tính tác dụng của lực trong phạm vi 120o chia đều cho hai bên điểm đặt lực. - Cộng các trị số åQ’i , chọn tỷ lệ xích måQi = - Vẽ đường tròn bất kỳ (R = 50mm) tượng trưng cho chốt khuỷu. - Vẽ các tia ứng với phần chia ban đầu 00, 01, 02,... - Lần lượt đặt các giá trị åQi lên các tia ứng với chiều từ đường tròn vào trong tâm O. - Nối các đầu nút lại ta có dạng đồ thị mài mòn chốt khuỷu. Hình 5.11.Đồ thị mài mòn chốt khuỷu 6. TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG BÔI TRƠN. 6.1.TÍNH TOÁN Ổ TRƯỢT Khi tính toán ổ trượt của các động cơ đốt trong (thiết kế động cơ mới hoặc kiểm nghiệm động cơ đã có) thường phải căn cứ vào kết quả tính toán ở phần động lực học để xác định được lực tác dụng lên các ổ trục (ổ đầu to thanh truyền và ổ đầu to trục khuỷu). Đồng thời, căn cứ vào kết quả tính toán sức bền của trục khuỷu và kết quả của việc thiết kế bố trí chung, ta xác định được kích thước cơ bản của ổ trục: chiều dài l và đường kính d của ổ trục. Vì vậy, hoàn toàn có thể tính toán kiếm nghiệm ổ trượt một cách gần đúng theo áp suất trung bình Ktb, áp suất cực đại Kmax và hệ số va đập. Tuy nhiên, việc kiểm nghiệm theo Ktb, Kmax chỉ là gần đúng, vì phương pháp tính toán trên đã dựa vào điều kiện tương tự của các thông số ổ trục (chiều dài, đường kính, khe hở) cũng như các thông số sử dụng (tốc độ tiếp tuyến, áp lực, nhiệt độ của ổ trục, loại dầu bôi trơn....) của ổ trục. Trong thực tế, điều kiện tương tự rất khó xác định và đôi khi không tồn tại. Vì vậy, ngoài việc tính toán kiểm nghiệm để so sánh Ktb, Kmax và theo lý thuyết thuỷ động lực học mới có thể xác định được các thông số tối ưu của ổ trượt. Phương pháp tính toán bôi trơn theo lý thuyết thuỷ động lực học có những vấn đề cơ bản sau. 6.1.1. Các thông số cơ bản của ổ trượt hình trụ . Hình 6.1. Vị trí của trục trong ổ trục và sự phân bố của áp suất thuỷ động lực học trong màng dầu. Ổ trượt của phần lớn động cơ đốt trong là ổ trượt hình trụ (ổ đầu to thanh truyền, ổ trục khuỷu, ổ trục cam....). Trong điều kiện lý tưởng-bôi trơn ma sát ướt, dưới tác dụng của lực P và sự hình thành chêm dầu, tâm trục lệch đi một đoạn e và áp suất thuỷ động lực học trong màng dầu phân bố như hình 6.1. Trong đó: - : Góc ứng với điểm bắt đầu chịu tải và điểm kết thúc chịu tải của màng dầu. - : Khe hở ổ trục . - : Khe hở bán kính. - : Khe hở tương đối tính trên đơn vị đường kính của ổ trục. - l/d: Chiều dài tương đối của ổ trục. - e: Độ lêch tâm tuyệt đối. -: Độ lệch tâm tương đối. - h min: Chiều dày nhỏ nhất của màng dầu. h min = - h max: Chiều dày lớn nhất của màng dầu. h max = 6.1.2. Điều kiện hình thành màng dầu chịu tải. Khi động cơ chưa làm việc, trục tiếp xúc với ổ trục ở điểm a (hình 6.1), điểm thấp nhất của ổ trục, lúc này chưa hình thành màng dầu. Vì vậy, trong giai đoạn đầu tiên khi động cơ bắt đầu làm việc, ma sát giữa trục và ổ trục là ma sát khô. Sau đó do bơm dầu hoạt động, dầu được cung cấp mới hình thành ma sát ướt. Giả sử rằng, trong quá trình làm việc của động cơ, lực Q tác dụng lên ổ trục có trị số và hướng không đổi (nhưng thực tế phụ tải luôn thay đổi). Khi trục quay, lớp dầu bám trên trục sẽ quay theo với vận tốc bằng vận tốc ngoài của vòng trục. Lớp dầu càng xa bề mặt trục vận tốc càng nhỏ, trường vận tốc phân bố như trên hình 6.1. Khi lớp dầu bị cuốn vào khe hở hẹp, do tính chất không chịu nén của dầu nhờn nên lớp dầu có xu hướng lưu động dọc trục để thoát ra khỏi khe hở. Nhưng nhờ lực ma sát trong của dầu nhờn cản không cho nó lưu động dọc trục. Vì vậy khiến áp suất thuỷ động lực học trong lớp dầu càng lớn, càng gần hmin thì nó càng lớn. Khi vận tốc cuả trục đạt đến gần một vị trí nào đó, tổng các lực trên phương thẳng đứng của áp suất thuỷ động lực học cân bằng với tải trọng Q và lúc này trục mới bắt đầu được nâng lên và không tiếp xúc với bạc lót nữa. Giữa hai bề mặt ma sát sẽ hình thành một lớp ngăn cách không cho chúng tiếp xúc với nhau. Ổ trục lúc này làm việc với chế độ bôi trơn ma sát ướt hoàn toàn. Như vậy, điều kiện chủ yếu để hình thành lớp dầu bôi trơn ma sát ướt bằng phương pháp thuỷ động là: - Giữa hai bề mặt phải có khe hở hình chêm. - Dầu phải có độ nhớt nhất định và liên tục chảy vào khe hở . - Vận tốc tương đối giữa hai bề mặt phải có phương, chiều thích hợp và trị số vận tốc đủ lớn để áp suất sinh ra trong lớp dầu đủ khả năng cân bằng với tải trọng ngoài. 6.1.3. Tính kiểm tra màng dầu. Muốn đảm bảo điều kiện bôi trơn ma sát ướt, tức là không để xảy ra hiện tượng tiếp xúc trực tiếp giữa trục và bạc lót ở bất kỳ thời điểm nào trong quá trình làm việc, thì điều kiện cần phải có là: hmin $ hth_+hp Ở đây: - hmin: Chiều dày của màng dầu tối thiểu. - hth: Chiều dày tới hạn của lớp dầu chịu tải. hth = - hp: Chiều dày công tác tối thiểu của màng dầu. Chọn hp = 0,002 (mm) Trong đó: - : Độ nhấp nhô bề mặt của bac lót. - : Độ nhấp nhô bề mặt của trục. - : Sai lệch về hình dáng, khó xác định nên bỏ qua. Suy ra: hth = Do trục được đánh đá mài khôn nên chọn (mm) Bạc là hợp kim tráng Babit nên chọn (mm) Vậy : hth+hp = 0,0004 + 0,001+0,002 = 0,0034 (mm) Để an toàn hệ số tin cậy bôi trơn: K = (6.1) Tuy vậy xác định trị số hmin theo cách tính toán trên hoàn toàn chưa xét đến trạng thái nhiệt của ổ trục. Trong thực tế khi ổ trục chịu nhiệt, sức bền của hợp kim chịu mòn cũng như khả năng chịu mỏi của nó giảm sút khá nhiều. Vì vậy dù ổ trục có trị số hmin đảm bảo điều kiện an toàn ổ trục vẫn có thể bị bó kẹt hoặc cháy. Trạng thái nhiệt của ổ trục thể hiện rất rõ ở nhiệt độ của màng dầu bôi trơn. Nói chung, đối với ổ trục dùng kim loại đồng chì làm hợp kim chịu mòn, nhiệt độ trung bình của ổ trục không được cao quá 1100C, đối với ổ trục dùng hợp kim babit không cao quá 1000C. Tương ứng với các trạng thái nhiệt độ này, độ hâm nóng của dầu nhờn khi đi qua ổ trục nằm trong phạm vi 20¸500C. Căn cứ vào lý thuyết bôi trơn thuỷ động lực và kết quả thực nghiệm, người ta đã xác định được quan hệ biến thiên của độ lệch tâm tương đối c và áp suất bình quân ktb, khe hở tương đối f độ nhớt của màng dầu m vận tốc góc wvà tỷ số . Đối với mỗi ổ trục khi thông số kết cấu đã xác định ta có quan hệ hàm số sau đây: f = f Đại lượng không có thứ nguyên và được gọi là hệ số phụ tải f Hình 6.2. Quan hệ biến thiên của hàm số c = f(f) a) Đối với độ lệch tâm tương đối trung bình. b) Đối với độ lệch tâm tương đối lớn. Biến thiên của hàm c = f(f,l/d) biểu diễn theo hình 6.2. Hệ số phụ tải có thể tính theo công thức sau: f = ().10-4 (6.2) Ở đây : : Độ nhớt dầu nhờn theo nhiệt độ. =1,35.10-3 (kg.s/m2) : khe hở ổ trục. =0,5.10.d=0,5.10.55=27,5() w = : Tần số góc quay của trục khuỷu [ rad/s] [ rad/s] K’tb - Áp suất trung bình trên bề mặt trục. K’tb = (6.3) Fpt - Diện tích đỉnh pittông Fpt = (mm2) Q’tb - Phụ tải bình quân của vùng chịu tải lớn nhất được xác định từ đồ thị khai triển phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. Q’tb = 7,21 (MN/m2) Thay các giá trị tìm được vào công thức (6.3), ta có: K’tb = (MN/m2) Thay các giá trị tìm được vào công thức (6.2), ta có : f= Qua đồ thị hình 6.2 ta xác định theo tỉ số l/d. Vậy chiều dày nhỏ nhất của màng dầu. h min = ==0,009 (mm) Thế các số liệu tìm được vào công thức (6.1), ta có: > 1,5 (thỏa mãn điều kiện). Vậy màng dầu bôi trơn hmin là thoả mãn. 6.2.TÍNH TOÁN BƠM DẦU. 6.2.1.Các thông số của bơm dầu Đường kính trục: d=15 (mm) Đường kính đỉnh răng: Dd=42 (mm) Đường kính chân răng: Dc=22 (mm) Chiều cao răng: h=10(mm) Đường kính vòng chia: Do =33(mm) Số răng: Z=10 Chiều dài răng: bc=39 (mm) 6.2.2. Tính lưu lượng bơm dầu. Lượng dầu bôi trơn và làm mát ổ trục phụ thuộc vào số ổ trục và tổng diện tích ma sát. Do dầu nhờn có nhiệm vụ làm mát ổ trục nên có thể xác định lượng dầu nhờn qua ổ trục bằng phương pháp tính toán nhiệt của ổ trượt. Sau đó tổng hợp lại để tìm lưu lượng dầu cần cung cấp cho các mặt ma sát của động cơ. Cũng có thể xác định lưu lượng dầu nhờn theo phương pháp tính cân bằng nhiệt của động cơ. Vì nhiệt lượng do dầu nhờn tải đi phụ thuộc rất nhiều vào trạng thái nhiệt của ổ trục, trạng thái nhiệt và trạng thái công suất của động cơ. Theo thực nghiệm: Qd = (0,015 0,020).Qr Chọn Qd = 0,018.Qr Ở đây: Qd - Nhiệt lượng do dầu nhờn đem đi. Qr - Nhiệt lượng do nhiên liệu cháy sinh ra trong một giờ. = = (kcal/h) - Hiệu suất có ích của động cơ. = (0,25 4 0,350) Chọn Suy ra: Qd =0,018.1790666,7 = 30441 (kcal/h) Lưu lượng cần thiết của dầu bôi trơn cung cấp cho các mặt ma sát. Vd = (6.4) Trong đó: - Khối lượng riêng của dầu. = 0,85 (kg/l) Cd -Tỷ nhiệt của dầu nhờn. Cd = 0,5 (kcal/kg OC) = (10 415) (oC) Chọn (oC) Thế các số liệu vừa tìm được vào công thức (6.4), ta có: Vb = = 550 (lít/h) Để đảm bảo cung cấp đủ lượng dầu bôi trơn nói trên, bơm dầu thường phải cung cấp lưu lượng lớn gấp vài lần. Do đó lưu lượng Vb của bơm dầu là: Động cơ MAZDA WL TURBO là động cơ diesel một hàng xylanh nên : (lít / h) Nếu xét đến hiệu suất của bơm, lưu lượng lý thuyết của bơm dầu xác định theo công thức: Vb = (lít / h) (6.5) Ở đây : hb : Hiệu suất cung cấp của bơm dầu. Chọn b= 0,7 Vb ==2357 (lít / h) Từ kích thước thực tế của bơm bánh răng ta áp dung công thức để tính toán kiểm tra lưu lượng bơm dầu. Căn cứ vào các thông số kích thước của bánh răng bơm dầu, có thể xác định Vb theo công thức. Vb = p.do.h.b.nb.60.10-6 (lít / h) (6.6) Ở đây: - d0 : Đường kính vòng chia (mm) - h : Chiều dày của bánh răng (mm) - nb : Số vòng quay của bơm dầu (vg/ph) - b: Chiều dài của răng. Thay các giá trị tìm được vào công thức (6.6), ta có: Vb=3,14.34.10.39.1200.60.=2997,8 (lít/h) Vậy vượt 6,4 % nằm trong pham vi cho phép. 6.3. TÍNH TOÁN KÉT LÀM MÁT DẦU. Tính toán két làm mát dầu bao gồm việc xác định bề mặt tản nhiệt để truyền nhiệt từ môi trường dầu ra môi trường xung quanh là nước. Xác định két làm mát dầu dựa trên cơ sở lý thuyết của việc truyền nhiệt. Quá trình truyền nhiệt này bao gồm 3 giai đoạn. Từ dầu đến mặt thành ống bên trong. Q (J/s) Qua thành ống. Q (J/s) Từ mặt ngoài thành ống đến nước. Q (J/s) Ở đây: - Q: Nhiệt lượng do động cơ truyền cho dầu trong quá trình làm việc bằng nhiệt lượng của dầu dẫn qua két làm mát. - : Hệ số tản nhiệt từ dầu đến thành ống. - : Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống. - : Chiều dày của thành ống. - : Hệ số tản nhiệt từ thành ống vào nước. - F: Diện tích mặt tiếp xúc với dầu. - F: Diện tích bề mặt tiếp xúc với nước. - : Nhiệt độ trung bình của mặt ngoài và mặt trong của thành ống. - : Nhiệt độ trung bình của dầu làm mát trong bộ tản nhiệt và của nước đi qua bộ tản nhiệt. Diện tích tản nhiệt cần thiết của két làm mát dầu xácđịnh theo công thức: Fk = (m) (6.7) Ở đây: - Fk : Diện tích làm mát dầu. - Kd: Hệ số truyền nhiệt tổng quát giữa dầu nhờn và môi chất. Động cơ MAZDA WL TURBO có kiểu ống cong tạo dòng chảy xoáy lốc nên Kd (kcal/m.h. ) Chọn Kd = 700 (kcal/m) Kd=700.4,178 (kcal/m)=2924,6 (KJ/m) - td , tk : Nhiệt độ trung bình của dầu trong két và môi chất công tác Chọn td = 85 () , tk = 45 () - Qd: Nhiệt lượng của động cơ truyền cho dầu. Qd = Cd. (6.8) Trong đó: - Cd: Tỷ nhiệt của dầu. Cd = 0,5 (Kcal/kg) - : Khối lượng riêng dầu nhờn. = 0,85 (kg/l) - Vk: Lưu lượng của dầu nhờn tuần hoàn trong két. Vk = Vh = 0,198 (l/giây) Thế các số tìm được vào công thức (6.8), ta có: Qd = 0,5.0,98.0.198.(85 - 30) = 4,628 (Kcal/giây) = 19377,48 (J/giây) Thế Qd vào công thức (6.7), ta có: Fk = (m) 6.4. TÍNH LƯỢNG DẦU TRONG CÁCTE. Lượng dầu chứa trong cacte có thể xác định bằng công thức thực nghiệm sau: Vì động cơ Diêzen ô tô nên : Vct= (0,1- 0,15) Ne Với Ne là công suất của động cơ.Ne = 85 (KW) Vct=0,12. 85=10,2 (lít) 7. CÁC HỎNG HÓC CỦA HỆ THỐNG BÔI TRƠN, CÁCH SỬA CHỮA VÀ BẢO DƯỠNG. 7.1 ÁP SUẤT DẦU BÔI TRƠN GIẢM. - Có thể do dầu ở đuờng ống dẫn dầu chính bị rò, bơm dầu hoặc các ổ trục khuỷu trục cam bị mòn. - Mức dầu cacte quá thấp, không đủ dầu cung cấp. Dầu quá loãng hoặc không phù hợp - Van giảm áp của bơm bị kẹt ở vị trí mở, dầu không cung cấp cho hệ thống được. - Độ nhớt của dầu thấp, dầu bị lọc qua khe trục. - Động cơ quá nóng làm giảm độ nhớt của dầu. 7.2. ÁP SUẤT DẦU BÔI TRƠN TĂNG. Áp suất dầu bôi trơn tăng thường ít xảy ra, trường hợp nếu có thì do các đường ông dẫn dầu bị tắc. Sử dụng dầu có độ nhớt cao. Van giảm áp bị kẹt ở vị trí đóng. Đồng hồ báo áp suất dầu bị hỏng. 7.3. HỎNG BƠM DẦU. Bơm dầu hỏng có thể gây nên giảm áp suất trong hệ thống bôi trơn và làm giảm lưu lượng bơm dầu. Các dạng hỏng của bơm dầu: - Các bánh răng của bơm bị mòn, tróc rổ. - Mặt làm việc bên trong thân bơm bị mòn. - Van điều chỉnh áp suất dầu bôi trơn bị mòn - Lổ, bệ van bị mòn, xước, lổ ren bị hỏng. - Các bạc lót gối đỡ trục bị mòn. - Lò xo van giảm áp bị yếu hoặc gãy. - Thân bơm bị nứt, vỡ. 7.4. HỎNG LƯỚI LỌC VÀ BẦU LỌC. 7.4.1.Các dạng hỏng. - Lưới lọc được đặt trên đường ống hút thường bị thủng hoặc tắc các lỗ lưới - Thân bầu lọc bị bứt các răng vặn bị cháy hỏng. 7.4.2.Sửa chữa. Nếu lưới lọc bị tắc thì đem ngâm vào xăng một thời gian, sau dó súc rửa và thổi sạch bằng khí nén. Bầu lọc bị tắc thì ta thường thay bầu lọc mới. 7.5. HỎNG KÉT LÀM MÁT. 7.5.1 Các dạng hỏng. Đường ống trong ruột két bị bẩn, tít. Két làm mát bị thủng. 7.5.2. Sửa chửa. Ống làm mát bị bẩn, tít thì thông bằng que thông với khí nén và dầu hỏa. Két bị thủng thi dùng phương pháp hàn đắp . 7.6. CÁC NGUYÊN NHÂN KHÁC ĐẾN HỎNG HỆ THỐNG BÔI TRƠN . 7.6.1 Thiếu dầu bôi trơn. Có ba yếu tố chính ảnh hưởng đến sự tiêu hao dầu. 1. Tốc độ động cơ. Tốc độ cao tạo ra nhiệt độ cao và hạ thấp nhiệt độ của dầu, làm cho dầu bôi trơn co thể đi vào trong buồng cháy của động cơ. Tốc độ cao cũng gia tăng độ ly tâm thành xylanh tăng lên. Tốc độ của động cơ cao còn làm cho vòng dầu của piston bị rung, lắc nên dầu có thể đi qua vòng dầu vào buồng đốt. 2. Sự làm kín của động cơ. Khi các đệm kín bị hư hỏng dầu sẽ rò rỉ ra ngoài. Có thể dùng thuốc nhuộm chovào dầu rồi dùng đèn cực tím chiếu lên động cơ để xác định nơi rò rỉ. 3. Sự mài mòn của động cơ. Khi các chi tiết của động cơ bị mòn, sự tiêu hao dầu sẽ gia tăng. Các bạc lót bị mòn làm văng nhiều dầu lên thành xylanh. Các xylanh bị mòn hoặc côn sẽ ngăn cản sự hoạt động bình thường của vòng dầu, chúng không thể gạt hết dầu bám trên thành xylanh. Làm cho dầu đi vào buồng cháy và bị đốt cháy tạo thành muội than trong buồng cháy của động cơ. 7.6.2.Thừa dầu bôi trơn. 7.6.3.Dầu đen, dầu cặn bẩn nhiều mạt kim loại. Do khí cháy lọt xuống cácte. Muội than đóng nhiều trên đỉnh piston. Dùng nhiên liệu có nhiều tro. Các bạc trục khuỷu, trục cam, đệm vòng chns dọc trục bị mài mòn và cào xước có khe hở lớn. Các nguyên nhân trên đều ảnh hưởng lớn đến chất lượng bôi trơn cúa động cơ làm nóng máy, tăng nhanh sự hao mòn cho động cơ và làm giảm công suất máy. 7.7. BẢO DƯỠNG. Kiểm tra mực dầu: Đậu xe ở những nơi bằng phẳng, tắt máy đợi một vài phút để dầu trở về máng dầu. Tháo que thăm dầu và lau sạch nó. Cắm que thăm dầu trở vào rồi lấy ra xem mực dầu bám trên que để biết có cần thiết thêm dầu hay không. Chú ý tình trạng của dầu để xác định xem nó có bị bẩn, loãng hay đặc. Có thể nhỏ một vài giọt dầu lên ngón tay rồi miết hai ngón tay vào nhau để biết trong dầu có bụi hay không. Thay dầu: Thay thế khi nó bị nhiễm bẩn. Dầu bôi trơn động cơ dần dần trở nên bẩn do sự hình thành muội than trong buồng đốt. Sự nhiễm dầu xảy ra do những hạt bụi nhỏ qua lọc khí và những hạt kim loại do sự mài mòn trong động cơ. Mặc dù lọc dầu lọc sạch được những hạt nhỏ nhưng không thể lọc sạch hoàn toàn. Các nhà sản xuất xe ôtô thường giới thiệu cho khách hàng (bằng tài liệu kèm theo) lịch trình thay dầu bôi trơn. Tuy nhiên, thời hạn thay dầu phụ thuộc chủ yếu vào tình trạng sử dụng xe. Những công việc bảo dưỡng khác: Lọc dầu được thay thế định kỳ theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Thường thì lọc dầu được thay thế trong mỗi lần thay dầu hoặc sau vài lần thay dầu. Nói chung vẫn phụ thuộc vào điều kiện sử dụng xe. Bơm dầu không cần thiết phải bảo dưỡng trong điều kiện vận hành bình thường. Nếu bơm bị mòn, không giữ được áp lực thì tháo bơm để sửa chữa hoặc thay thế. Van an toàn áp lực không được khuyến khích điều chỉnh hoặc sửa chữa, nếu nó không hoạt động tốt thì nên thay mới. Các thiết bị chỉ báo áp lực dầu cũng không cần thiết bảo dưỡng, khi chúng hư hỏng thì thay thiết bị mới. 8. KẾT LUẬN. Qua đề tài ” Khảo sát hệ thống bôi trơn trên động cơ MAZDA WL TURBO” Em có những nhận xét sau: Bơm dầu sử dụng trên động cơ MAZDA WL TURBO là loại bơm bánh răng một cấp, được dẫn động bởi trục khuỷu với những ưu điểm sau: kết cấu bơm gọn nhẹ, lưu lượng lớn, độ an toàn cao. Bầu lọc sử dụng trên động cơ loại bầu lọc tổ hợp, có lõi lọc bằng giấy. Có ưu điểm là lọc sạch cặn bẩn, vừa làm nhiệm vụ lọc thô và lọc tinh. Đây là loại bầu lọc có độ an toàn và tin cậy cao. Đáp ứng được các yêu cầu làm việc khắc khe nhất của hệ thống bôi trơn. Có kết cấu nhỏ gọn, khi bảo dưỡng, sữa chữa không cần thay phần tử lọc. Động cơ sử dụng két làm mát dầu nhờn bằng nước làm việc dựa trên nguyên lý trao đổi nhiệt. Loại két này có kết cấu nhỏ gọn, khả năng làm mát tốt. Qua đề tài này, đã giúp cho em củng cố lại những kiến thức đã học, nhất là hệ thống bôi trơn động cơ. Mặc dầu, với sự nổ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Xuân Tuyến, nhưng do kiến thức lẫn kinh nghiệm thực tế còn hạn chế. Do vậy, trong quá trình thực hiện không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong được sự chỉ bảo tận tình của quí thầy cô trong bộ môn Em xin chân thành cảm ơn !