Đồ án môn Kết cấu, tính toán động cơ đốt trong

LỜI NÓI ĐẦU N hững năm gần đầy, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh. Bên cạnh đó kỹ thuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ. Trong đó phải nói đến ngành động lực và sản xuất ôtô chúng ta đã liên doanh với khá nhiều hãng ôtô nổi tiếng trên thế giới, cùng sản xuất và lắp ráp ôtô. Để gáp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật của ta phải tự nghiên cứu và chế tạo đó là yêu cầu cấp thiết. Có như vậy ngành ôtô của ta mới phát triển được. Đây là lần đầu tiên em vận dụng lý thuyết đã học, tự tính toán động học, động lực học và tính toán thiết kế hệ thống làm mát của động cơ theo thông số kỹ thuật. Trong quá trình tính toán em đã được sự giúp đỡ và hướng dẩn rất tận tình của thầy Nguyễn Quang Trung và các thầy trong bộ môn động lực, nhưng vì mới lần đầu làm đồ án về môn học này nên gặp rất nhiều khó khăn và không tránh khỏi sự sai sót, vì vậy em rất mong sự xem xét và giúp đỡ chỉ bảo của các thầy để bản thân ngày càng được hoàn thiện hơn về kiến thức kỹ thuật. Sinh viên thưc hiện Đinh Ngọc Tú 1. VẼ ĐỒ THỊ. 1.1. VẼ ĐỒ THỊ CÔNG. 1.1.1. Các số liệu chọn trước trong quá trình tính toán. Pk =0,1013 (MN/m2) – Áp suất khí nạp. pr= 0,115 (MN/m2) - Áp suất khí sót. pa= 0,089 (MN/m2) - Áp suất cuối quá trình nạp. n1=1,34 - Chỉ số nén đa biến trung bình. n2=1,23 - Chỉ số giãn nở đa biến trung bình. ρ=1,00 - Tỉ số giản nở sớm. 1.1.2. Xây dựng đường cong nén. Phương trình đường nén: p.Vn1 = cosnt => pc.Vcn1 = pnx.Vnxn1 Rút ra ta có: , Đặt : .Ta có: Trong đó: pnx và Vnx là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường nén. i là tỉ số nén tức thời. (MN/m2) 1.1.3. Xây dựng đường cong giãn nở. Phương trình đường giãn nở: p.Vn2 = cosnt => pz.Vcn2 = pgnx.Vgnxn2 Rút ra ta có:. Với : (vì r = 1) và đặt : . Ta có: . Trong đó pgnx và Vgnx là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường giãn nở. 1.1.4. Tính Va, Vh, Vc. Va = Vc +Vh . . . . Cho i tăng từ 1 đến ta lập được bảng xác định tọa độ các điểm trên đường nén và đường giãn nở. Bảng xác định tọa độ các điểm trung gian. i i^n1 1/i^n1 Pc*1/i^n1 Pc(mm) i^2 1/i^2 Pz*ρ/i^n2 Pz(mm) Vc 1 1.00 1.00 1.69 67.72 1.00 1.00 5.30 212.00 2Vc 2 2.53 0.40 0.67 26.76 2.35 0.43 2.26 90.36 3Vc 3 4.36 0.23 0.39 15.56 3.86 0.26 1.37 54.88 4Vc 4 6.41 0.16 0.26 10.56 5.50 0.18 0.96 38.52 5Vc 5 8.64 0.12 0.20 7.84 7.24 0.14 0.73 29.28 6Vc 6 11.03 0.09 0.15 6.12 9.06 0.11 0.59 23.40 7Vc 7 13.57 0.07 0.13 5.00 10.95 0.09 0.48 19.36 8Vc 8 16.22 0.06 0.10 4.16 12.91 0.08 0.41 16.44 9Vc 9 19.00 0.05 0.09 3.56 14.92 0.07 0.36 14.20 Các điểm đặc biệt: r(Vc ; pr) = (0,081; 0,115) ; a(Va ; pa) = (0,728 ; 0,089) b(Va ; pb) = (0,728; 0,355) ; c(Vc ; pc) = (0,081 ; 1,693) z(Vc ; pz) = (0,081 ;5,3). 1.1.6. Vẽ đồ thị công. Để vẽ đồ thị công ta thực hiện theo các bước như sau: + Chọn tỉ lệ xích: . . + Vẽ hệ trục tọa độ trong đó: trục hoành biểu diễn thể tích xi lanh,trục tung biểu diễn áp suất khí thể. + Từ các số liệu đã cho ta xác định được các tọa độ điểm trên hệ trục tọa độ. Nối các tọa độ điểm bằng các đường cong thích hợp được đường cong nén và đường cong giãn nở. + Vẽ đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải bằng hai đường thẳng song song với trục hoành đi qua hai điểm Pa và Pr. Ta có được đồ thị công lý thuyết. + Hiệu chỉnh đồ thị công: Vẽ đồ thị brick phía trên đồ thị công. Lấy bán kính cung tròn R bằng ½ khoảng cách từ Va đến Vc. Tỉ lệ xích đồ thị brick: . Lấy về phía phải điểm O’ một khoảng OO’. - Dùng đồ thị Brick để xác định các điểm: Đánh lửa sớm (c’). Mở sớm (b’) đóng muộn (r’’) xupap thải. Mở sớm (r’) đóng muộn (d ) xupap hút. - Áp suất cực đại của chu trình thực tế thường nhỏ hơn áp suất cực đại trong tính toán : pz’ = 0,85.pz = 0,85.5,3 = 4,505 (MN/m2) Vẽ đường đẳng áp p = 4,505 (MN/m2). Từ đồ thị Brick xác định góc 120 gióng xuống cắt đoạn đẳng áp tại z’. Áp suất cuối quá trình nén thực tế pc’’: Áp suất cuối quá trình nén thực tế thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết do sự đánh lửa sớm. pc’’ = pc + .( pz’ -pc ) pc’’ = 1,693 + .( 4,505 - 1,693 ) = 2,54 (MN/m2) Nối các điểm c’, c’’, z’ lại thành đường cong liên tục và dính vào đường giãn nở. Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế pb’’: Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn nở lý thuyết do mở sớm xupap thải. Pb’’ = pr +.( pb - pr ) Pb’’ = 0,115 +.( 0,355 - 0,115 ) = 0,235(MN/m2). Nối các điểm b’, b’’ và tiếp dính với đường thải prx. - Nối diểm r với r’, r’ xác định từ đồ thị Brick bằng cách gióng đường song song với trục tung cắt đường nạp pax tại r’. *) Sau khi hiệu chỉnh ta nối các điểm lại thì được đồ thị công thực tế. Hình 1: Đồ thị công 1.2. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC. 1.2.1. Tính toán động học. 1.2.1.1. Đồ thị biểu diễn hành trình của piston x=f(α). + Chọn tỉ lệ xích: (độ/mm). + Đồ thị Brick có nửa đường tròn tâm O bán kính R = S/2. Lấy bán kính R bằng ½ khoảng cách từ Va đến Vc. + Lấy về phía phải điểm O’ một khoảng OO’. + Từ tâm O’ của đồ thị brick kẻ các tia ứng với 100 ; 2001800. Đồng thời đánh số thứ tự từ trái qua phải 0;1,218. + Chọn hệ trục tọa độ với trục tung biểu diễn góc quay trục khuỷu, trục hoành biểu diễn khoảng dịch chuyển của piston. + Gióng các điểm ứng với 100 ; 2001800 đã chia trên cung tròn đồ thị brick xuống cắt các đường kẻ từ điểm 100 ; 2001800 tương ứng ở trục tung của đồ thị x=f(α) để xác định chuyển vị tương ứng. + Nối các giao điểm ta có đồ thị biểu diễn hành trình của piston x = f(α). 1.2.1.2. Đồ thị biểu diễn tốc độ của piston v=f(α). * Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng của Nguyễn Đức Phú. + Xác định vận tốc của chốt khuỷu: + Vẽ đường tròn tâm O bán kính R2 với: R2 = 10 (mm) + Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0;1;2 18. + Chia vòng tròn tâm O bán kính thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0’; 1’; 2’18’ theo chiều ngược lại. + Từ các điểm 0;1;2kẻ các đường thẳng góc với AB cắt các đường song song với AB kẻ từ các điểm 0’;1’;2’tương ứng tạo thành các giao điểm. Nối các giao điểm này lại ta có đường cong giới hạn vận tốc của piston. Khoảng cách từ đường cong này đến nửa đường tròn biểu diễn trị số tốc độ của piston ứng với các góc a. a [độ] Hình 2 : Đồ thị chuyển vị Hình 3 : Đồ thị vận tốc V = f(x) X = f(a) *) Biểu diễn v = f(x) Để khảo sát mối quan hệ giữa hành trình piston và vận tốc của piston ta đặt chúng cùng chung hệ trục toạ độ. Trên đồ thị chuyển vị x = f(α) lấy trục Ov ở bên phải đồ thị song song với trục Oα, trục ngang biểu diễn hành trình của piston. Từ các điểm 00, 100, 200,...,1800 trên đồ thị Brick ta gióng xuống các đường cắt đường Ox tại các diểm 0, 1, 2,...,18. Từ các điểm này ta đặt các đoạn tương ứng từ đồ thị vận tốc, nối các điểm của đầu còn lại của các đoạn ta có đường biểu diễn v = f(x). 1.2.1.3. Đồ thị biểu diễn gia tốc . Để vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston ta sử dụng phương pháp Tole. + Chọn hệ trục tọa độ với trục Ox là trục hoành, trục tung là trục biểu diễn giá trị gia tốc. + Chọn tỉ lệ xích: 174522,343 (mm/s2)/mm. + Trên trục Ox lấy đoạn AB = S. Tính: . . EF = -3.R.λ.ω2 = -3.43,5.0,25.566,532 = - 10471340,61(mm/s2). + Từ điểm A tương ứng với điểm chết trên lấy lên phía trên một đoạn AC =. Từ điểm B tương ứng với điểm chết dưới lấy xuống dưới một đoạn BD =. Nối C với D. Đường thẳng CD cắt trục hoành Ox tại E. Từ E lấy xuống dưới một đoạn EF = . Nối CF và FD, đẳng phân định hướng CF thành 6 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0;1;2đẳng phân định FD thành 6 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0’;1’;2’vẽ các đường bao trong tiếp tuyến 11’;22’;33’Ta có đường cong biểu diễn quan hệ . Hình 4 : Đồ thị gia tốc 1.2.2. Tính toán động lực học. 1.2.2.1. Đường biểu diễn lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến . Vẽ theo phương pháp Tole với trục hoành đặt trùng với ở đồ thị công, trục tung biểu diễn giá trị . Vẽ đường biểu diễn lực quán tính được tiến hành theo các bước như sau: + Chọn tỉ lệ xích trùng với tỉ lệ xích đồ thị công: + Xác định khối lượng chuyển động tịnh tiến: m = mpt + m1 Trong đó: m - Khối lượng chuyển động tịnh tiến (kg). mpt = 0,60 (kg) - Khối lượng nhóm piston. m1- Khối lượng thanh truyền qui về tâm chốt piston (kg). Theo công thức kinh nghiệm: m1 = (0,275 ÷ 0,35).mtt. Lấy m1 = 0,3.0,7 = 0,21 (kg) => m = 0,60 + 0,21 = 0,81(kg). Áp dụng công thức tính lực quán tính: pj = - m.j, ta có: Lực quán tính Pjmax: FP- diện tích đỉnh piston (mm2). Þ (MN/m2). Lực quán tính Pjmin: (MN/m2). Từ A dựng đoạn thẳng AC thể hiện Pjmax. Giá trị biểu diễn của Pjmax là: (mm). Từ B dựng đoạn thẳng BD thể hiện Pjmin. Giá trị biểu diễn của Pjmin là: (mm). Nối CD cắt AB ở E. Lấy EF: (MN/m2). Giá trị biểu diễn của EF là: (mm). Nối CF và DF. Phân các đoạn CF và DF thành các đoạn nhỏ bằng nhau ghi các số 1, 2, 3, 4, ... và 1’, 2’, 3’, 4’, ... như hình Nối 11’, 22’, 33’, v.v... Đường bao của các đoạn thẳng này biểu thị quan hệ của hàm số j=f(x). Diện tích F1 = F2. 1.2.2.2. Khai triển các đồ thị. a) Khai triển đồ thị công trên tọa độ p-V thành p=f(α). Để biểu diễn áp suất khí thể pkt theo góc quay của trục khuỷu a ta tiến hành như sau: + Vẽ hệ trục tọa độ p - a. Trục hoành đặt ngang với đường biểu diễn trên đồ thị công. + Chọn tỉ lệ xích: (độ/mm). . + Dùng đồ thị Brick để khai triển đồ thị p-v thành p-α. + Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, dựng các đường song song với trục Op cắt đồ thị công tại các điểm trên các đường biểu diễn quá trình: nạp, nén, cháy - giãn nở, xả. + Qua các giao điểm này ta kẻ các đường song song với trục hoành gióng sang hệ toạ độ p-α . Từ các điểm chia tương ứng 00, 100, 200, trên trục hoành của đồ thị p-α ta kẻ các đường thẳng đứng cắt các đường trên tại các điểm ứng với các góc chia trên đồ thị Brick và phù hợp với các quá trình làm việc của động cơ. Nối các điểm lại bằng đường cong thích hợp ta được đồ thị khai triển p-α. b) Khai triển đồ thị thành . Đồ thị biểu diễn đồ thị công có ý nghĩa kiểm tra tính năng tốc độ của động cơ. Khai triển đường thành cũng thông qua đồ thị brick để chuyển tọa độ. Việc khai triển đồ thị tương tự khai triển P-V thành P=f(α). Nhưng lưu ý ở tọa độ p-α phải đặt đúng trị số dương của pj. c) Vẽ đồ thị . Theo công thức . Ta đã có và . Vì vậy việc xây dựng đồ thị p1 = f(a) được tiến hành bằng cách cộng đại số các toạ độ điểm của 2 đồ thị pkt=f(a) và pj=f(a) lại với nhau ta được tọa độ điểm của đồ thị p1=f(a) . Dùng một đường cong thích hợp nối các toạ độ điểm lại với nhau ta được đồ thị p1=f(a). Ta có bảng số liệu sau: φ Pj(mm) Pkt(mm)(đo) P1=Pk+Pj(mm) 0 -76 0.55 -75.4967195 10 -74.2 -0.5 -74.7052274 20 -68.8 -0.5 -69.3194663 30 -60.3 -0.5 -60.7913847 40 -49.2 -0.5 -49.7452084 50 -36.5 -0.5 -36.9644364 60 -22.8 -0.5 -23.3140159 70 -9.16 -0.5 -9.65657455 80 3.728 -0.5 3.227808825 90 15.21 -0.5 14.70934391 100 24.86 -0.5 24.35640765 110 32.46 -0.5 31.95864132 120 38.02 -0.5 37.52335977 130 41.75 -0.5 41.24658611 140 43.96 -0.5 43.46305868 150 45.08 -0.5 44.58204084 160 45.52 -0.5 45.01739956 170 45.62 -0.5 45.12101096 180 45.63 -0.5 45.12803172 190 45.62 -0.48 45.14101096 200 45.52 -0.45 45.06739956 210 45.08 -0.25 44.83204084 220 43.96 -0.1 43.86305868 230 41.75 0.1 41.84658611 240 38.02 0.8 38.82335977 250 32.46 1.2 33.65864132 260 24.86 2 26.85640765 270 15.21 3 18.20934391 280 3.728 4.8 8.527808825 290 -9.16 7 -2.15657455 300 -22.8 10.5 -12.3140159 310 -36.5 15 -21.4644364 320 -49.2 21 -28.2452084 330 -60.3 34 -26.2913847 340 -68.8 48 -20.8194663 350 -74.2 65 -9.20522743 360 -76 101 24.95328046 370 -74.2 173 98.79477257 380 -68.8 171 102.1805337 390 -60.3 130 69.70861525 400 -49.2 79 29.75479161 410 -36.5 58 21.53556359 420 -22.8 44 21.18598414 430 -9.16 34.5 25.34342545 440 3.728 27 30.72780882 450 15.21 22 37.20934391 460 24.86 18.5 43.35640765 470 32.46 15.5 47.95864132 480 38.02 14 52.02335977 490 41.75 12.5 54.24658611 500 43.96 11 54.96305868 510 45.08 9.5 54.58204084 520 45.52 8 53.51739956 530 45.62 6.5 52.12101096 540 45.63 5.5 51.12803172 550 45.62 3.5 49.12101096 560 45.52 2 47.51739956 570 45.08 1 46.08204084 580 43.96 0.55 44.51305868 590 41.75 0.55 42.29658611 600 38.02 0.55 38.57335977 610 32.46 0.55 33.00864132 620 24.86 0.55 25.40640765 630 15.21 0.55 15.75934391 640 3.728 0.55 4.277808825 650 -9.16 0.55 -8.60657455 660 -22.8 0.55 -22.2640159 670 -36.5 0.55 -35.9144364 680 -49.2 0.55 -48.6952084 690 -60.3 0.55 -59.7413847 700 -68.8 0.55 -68.2694663 710 -74.2 0.55 -73.6552274 720 -76 0.55 -75.4967195 Hình 1.5 - Đồ thị khai triển p = f(a) a (độ) P j = f(a) P 1 = f(a) Pkt = f(a) 1.2.2.3. Vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến , lực pháp tuyến và lực ngang . Các đồ thị: T = f(α), Z = f(α), N = f(α) được vẽ trên cùng một hệ toạ độ. Áp dụng các công thức: . Quá trình vẽ các đường này được thực hiên theo các bước sau: + Chọn tỉ lệ xích: (độ/mm). . + Căn cứ vào trị số . Tra các bảng phụ lục 2p, 7p, 11p trong sách Kết Cấu Và Tính Toán Động Cơ đốt Trong - Tập 1 ta có các giá trị của: ; và . Dựa vào đồ thị khai triển p= f(a) ta có các giá trị của p1. Từ đó ta lập được bảng sau: φ P1 sin(φ+β)/ T cos(φ+β)/ Z Tanβ N (mm) cosβ (mm) cosβ (mm) (mm) 0 -75.5 0.00 0.00 1.00 -75.50 0.00 0.00 10 -74.7 0.22 -16.17 0.98 -73.01 0.04 -3.25 20 -69.3 0.42 -29.30 0.91 -63.10 0.09 -5.95 30 -60.8 0.61 -37.03 0.80 -48.82 0.13 -7.66 40 -49.7 0.77 -38.18 0.66 -32.90 0.16 -8.10 50 -37 0.89 -32.95 0.49 -18.24 0.20 -7.21 60 -23.3 0.98 -22.78 0.31 -7.18 0.22 -5.17 70 -9.66 1.02 -9.87 0.11 -1.11 0.24 -2.33 80 3.228 1.03 3.32 -0.08 -0.25 0.25 0.82 90 14.71 1.00 14.71 -0.26 -3.80 0.26 3.80 100 24.36 0.94 22.91 -0.42 -10.32 0.25 6.19 110 31.96 0.86 27.39 -0.57 -18.19 0.24 7.72 120 37.52 0.76 28.34 -0.69 -25.97 0.22 8.32 130 41.25 0.64 26.42 -0.79 -32.68 0.20 8.05 140 43.46 0.52 22.52 -0.87 -37.84 0.16 7.08 150 44.58 0.39 17.43 -0.93 -41.42 0.13 5.62 160 45.02 0.26 11.77 -0.97 -43.62 0.09 3.86 170 45.12 0.13 5.90 -0.99 -44.78 0.04 1.96 180 45.13 0.00 0.00 -1.00 -45.13 0.00 0.00 190 45.14 -0.13 -5.91 -0.99 -44.80 -0.04 -1.96 200 45.07 -0.26 -11.78 -0.97 -43.67 -0.09 -3.87 210 44.83 -0.39 -17.52 -0.93 -41.65 -0.13 -5.65 220 43.86 -0.52 -22.72 -0.87 -38.19 -0.16 -7.14 230 41.85 -0.64 -26.81 -0.79 -33.15 -0.20 -8.17 240 38.82 -0.76 -29.32 -0.69 -26.87 -0.22 -8.61 250 33.66 -0.86 -28.85 -0.57 -19.16 -0.24 -8.13 260 26.86 -0.94 -25.26 -0.42 -11.38 -0.25 -6.82 270 18.21 -1.00 -18.21 -0.26 -4.70 -0.26 -4.70 280 8.528 -1.03 -8.77 -0.08 -0.65 -0.25 -2.17 290 -2.16 -1.02 2.20 0.11 -0.25 -0.24 0.52 300 -12.3 -0.98 12.03 0.31 -3.79 -0.22 2.73 310 -21.5 -0.89 19.13 0.49 -10.59 -0.20 4.19 320 -28.2 -0.77 21.68 0.66 -18.68 -0.16 4.60 330 -26.3 -0.61 16.01 0.80 -21.11 -0.13 3.31 340 -20.8 -0.42 8.80 0.91 -18.95 -0.09 1.79 350 -9.21 -0.22 1.99 0.98 -9.00 -0.04 0.40 360 24.95 0.00 0.00 1.00 24.95 0.00 0.00 370 98.79 0.22 21.38 0.98 96.55 0.04 4.29 380 102.2 0.42 43.19 0.91 93.02 0.09 8.77 390 69.71 0.61 42.46 0.80 55.98 0.13 8.78 400 29.75 0.77 22.84 0.66 19.68 0.16 4.84 410 21.54 0.89 19.20 0.49 10.62 0.20 4.20 420 21.19 0.98 20.70 0.31 6.52 0.22 4.70 430 25.34 1.02 25.91 0.11 2.91 0.24 6.13 440 30.73 1.03 31.62 -0.08 -2.35 0.25 7.81 450 37.21 1.00 37.21 -0.26 -9.61 0.26 9.61 460 43.36 0.94 40.79 -0.42 -18.37 0.25 11.01 470 47.96 0.86 41.10 -0.57 -27.29 0.24 11.59 480 52.02 0.76 39.29 -0.69 -36.00 0.22 11.54 490 54.25 0.64 34.75 -0.79 -42.98 0.20 10.58 500 54.96 0.52 28.47 -0.87 -47.86 0.16 8.95 510 54.58 0.39 21.34 -0.93 -50.71 0.13 6.88 520 53.52 0.26 13.99 -0.97 -51.86 0.09 4.59 530 52.12 0.13 6.82 -0.99 -51.72 0.04 2.26 540 51.13 0.00 0.00 -1.00 -51.13 0.00 0.00 550 49.12 -0.13 -6.43 -0.99 -48.75 -0.04 -2.13 560 47.52 -0.26 -12.42 -0.97 -46.05 -0.09 -4.08 570 46.08 -0.39 -18.01 -0.93 -42.81 -0.13 -5.81 580 44.51 -0.52 -23.06 -0.87 -38.76 -0.16 -7.25 590 42.3 -0.64 -27.10 -0.79 -33.51 -0.20 -8.25 600 38.57 -0.76 -29.13 -0.69 -26.69 -0.22 -8.55 610 33.01 -0.86 -28.29 -0.57 -18.79 -0.24 -7.98 620 25.41 -0.94 -23.90 -0.42 -10.77 -0.25 -6.45 630 15.76 -1.00 -15.76 -0.26 -4.07 -0.26 -4.07 640 4.278 -1.03 -4.40 -0.08 -0.33 -0.25 -1.09 650 -8.61 -1.02 8.80 0.11 -0.99 -0.24 2.08 660 -22.3 -0.98 21.75 0.31 -6.86 -0.22 4.94 670 -35.9 -0.89 32.02 0.49 -17.72 -0.20 7.01 680 -48.7 -0.77 37.37 0.66 -32.21 -0.16 7.93 690 -59.7 -0.61 36.39 0.80 -47.97 -0.13 7.53 700 -68.3 -0.42 28.86 0.91 -62.15 -0.09 5.86 710 -73.7 -0.22 15.94 0.98 -71.98 -0.04 3.20 720 -75.5 0.00 0.00 1.00 -75.50 0.00 0.00 + Vẽ hệ trục tọa Decac trong đó trục hoành biểu thị giá trị góc quay trục khuỷu, trục tung biểu diễn giá trị của T,N,Z. Từ bảng 2 ta xác định được tọa độ các điểm trên hệ trục, nối các điểm lại bằng các đường cong thích hợp cho ta đồ thị biểu diễn: ; . + Việc vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến , lực pháp tuyến và lực ngang cho ta mối quan hệ giữa chúng cũng như tạo tiền đề cho việc tính toán và thiết kế về sau nhằm bảo đảm độ ổn định ngang, độ ổn định dọc của động cơ, phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, đầu to thanh truyền đồng thời là cơ sở thiết kế các hệ thống khác như hệ thống làm mát, hệ thống bôi trơn a (độ) Hình 1.6 - Đồ thị N – T- Z = f(a). 1.2.2.4. Vẽ đồ thị ΣT = f(a). Để vẽ đồ thị tổng T ta thực hiện theo những bước sau: + Lập bảng xác định góc ứng với góc lệch các khuỷu theo thứ tự làm việc. + Góc lệch khuỷu trục của 2 xi lanh làm việc kế tiếp nhau: . + Thứ tự làm việc của động cơ là: 1-3-4-2. Ta có bảng xác định góc lệch công tác và thứ tự làm việc của các khuỷu trục: Xi lanh Tên kỳ làm việc αio 1 Nạp Nén Cháy-giãn nở Thải 0 2 Nén Cháy-giãn nở Thải Nạp 180 3 Thải Nạp Nén Cháy-Giãn nở 540 4 Cháy-giãn nở Thải Nạp Nén 360 00 1800 3600 5400 7200 + Sau khi lập bảng xác định góc ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc, dựa vào bảng tính N, T, Z và lấy tỉ lệ xích μΣT = μT = 0,025(MN/m2.mm), ta lập được bảng tính . Trị số của ta đã tính, căn cứ vào đó tra bảng các giá trị đã tịnh tiến theo . Cộng tất cả các giá trị của ta có . α1 T1(mm) α2 T2 α3 T3 α4 T4 Σ T 0 0.00 180 0.00 540 0.00 360 0.00 0.00 10 -16.17 190 -5.91 550 -6.43 370 21.38 -7.12 20 -29.30 200 -11.78 560 -12.42 380 43.19 -10.31 30 -37.03 210 -17.52 570 -18.01 390 42.46 -30.11 40 -38.18 220 -22.72 580 -23.06 400 22.84 -61.13 50 -32.95 230 -26.81 590 -27.10 410 19.20 -67.66 60 -22.78 240 -29.32 600 -29.13 420 20.70 -60.52 70 -9.87 250 -28.85 610 -28.29 430 25.91 -41.10 80 3.32 260 -25.26 620 -23.90 440 31.62 -14.23 90 14.71 270 -18.21 630 -15.76 450 37.21 17.95 100 22.91 280 -8.77 640 -4.40 460 40.79 50.52 110 27.39 290 2.20 650 8.80 470 41.10 79.50 120 28.34 300 12.03 660 21.75 480 39.29 101.40 130 26.42 310 19.13 670 32.02 490 34.75 112.33 140 22.52 320 21.68 680 37.37 500 28.47 110.04 150 17.43 330 16.01 690 36.39 510 21.34 91.17 160 11.77 340 8.80 700 28.86 520 13.99 63.41 170 5.90 350 1.99 710 15.94 530 6.82 30.66 180 0.00 360 0.00 720 0.00 540 0.00 0.00 + Nhận thấy tổng T lặp lại theo chu kỳ 1800 vì vậy chỉ cần tính tổng T từ 00 đến 1800 sau đó suy ra cho các chu kỳ còn lại. + Vẽ đồ thị tổng T bằng cách nối các tọa độ điểm bằng một đường cong thích hợp cho ta đường cong biểu diễn đồ thị tổng T. a (độ) ΣTtb ΣT(MN/m2) H ình 7: Đồ thị ΣT = f(a) + Sau khi đã có đồ thị tổng ta vẽ (đại diện cho mô men cản). Phương pháp xác định như sau: . + Tính theo công thức lý thuyết như sau: Trong đó: Ni - Công suất chỉ thị: Ni = = = 109,4(kW). hm - Hiệu suất cơ giới của động cơ. hm = 0,63 ÷ 0,93 => ta chọn bằng 0,9. n = 5410 (vòng/phút) - số vòng quay của động cơ. R = 0,0435 (m) – bán kính quay của chốt khuỷu. φ = 1 - hệ số điền kín đồ thị công. Fpt - diện tích đỉnh piston. => Giá trị biểu diễn của ΣTtb theo công thức lý thuyết là: 23,93(mm) + Ta kiểm nghiệm bằng công thức lý thuyết như sau: . 1.2.2.5. Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của chốt khuỷu. Sau khi có đồ thị này ta tìm được trị số trung bình của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, cũng có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất và bé nhất, dùng đồ thị phụ tải có thể xác định được khu vực chịu tải ít nhất để xác định vị trí lỗ khoan dẫn dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền ổ trục. Các bước tiến hành vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu được tiến hành như sau: + Vẽ hệ trục toạ độ TO’Z trong đó trục hoành O’T có chiều dương từ tâm O’ về phía phải còn trục tung O’Z có chiều dương hướng xuống dưới. + Chọn tỉ lệ xích: (MN/m2)/mm. (MN/m2)/mm. + Dựa vào bảng tính . Ta có được toạ độ các điểm ứng với các góc α = 100 ; 2007200. Cứ tuần tự như vậy ta xác định được các điểm từ cho đến . + Nối các điểm trên hệ trục toạ độ bằng một đường cong thích hợp, ta có đồ thị biểu diễn phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. + Trong quá trình vẽ để dễ dàng xác định các toạ độ điểm ta nên đánh dấu các toạ độ điểm đồng thời ghi các số thứ tự tương ứng kèm theo. + Tính lực quán tính của khối lượng chuyển động quay của thanh truyền (tính trên đơn vị diện tích của piston). Từ công thức: Với: m2 : Khối lượng đơn vị của thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu. Ta có khối lượng thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu là: m2’ = mtt – m1 = 0,7 – 0,21 = 0,49(kg) => Vậy: Từ gốc tọa độ O’của đồ thị lấy theo hướng dương của Z một khoảng: O’O = O là tâm chốt khuỷu, từ tâm chốt khuỷu ta kẻ đường tròn tượng trưng cho chốt khuỷu, giá trị của lực tác dụng lên chốt khuỷu là vectơ có gốc O và ngọn là một điểm bất kỳ nằm trên đường biểu diễn đồ thị phụ tải. Hình 8 : Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 1.2.2.6. Đồ thị phụ tải tác dụng lên dầu to thanh truyền. Để vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền ta thực hiện theo các bước như sau: + Vẽ dạng đầu to thanh truyền lên tờ giấy bóng, tâm của đầu to là O. + Vẽ một vòng tròn bất kì tâm O. Giao điểm của đường tâm phần thân thanh truyền với vòng tròn tâm O tại 0o. + Từ điểm 0o, ghi trên vòng tròn các điểm 0;1;236 theo chiều quay trục khuỷu (chiều kim đồng hồ) và tương tự ứng với các góc ; + Căn cứ vào l = 0,25 dựa vào bảng phụ lục 9p sách Kết Cấu và Tính Toán Động Cơ Đốt Trong - tập 1 có bảng xác định các góc như sau: α(độ) β(độ) (α+β)(độ) α(độ) β(độ) (α+β)(độ) α(độ) β(độ) (α+β)(độ) 0 0.00 0.000 130 11.04 141.04 250 -13.59 236.41 10 2.49 12.49 140 9.25 149.25 260 -14.25 245.75 20 4.91 24.91 150 7.18 157.18 270 -14.48 255.52 30 7.18 37.18 160 4.91 164.91 280 -14.25 265.75 40 9.25 49.25 170 2.49 172.49 290 -13.59 276.41 50 11.04 61.04 180 0.000 180.000 300 -12.50 287.50 60 12.50 75.50 190 -2.49 187.51 310 -11.04 298.96 70 13.59 83.59 200 -4.91 195.09 320 -9.25 310.75 80 14.25 94.25 210 -7.18 202.82 330 -7.18 322.82 90 14.48 104.48 220 -9.25 210.75 340 -4.91 335.09 100 14.25 114.25 230 -11.04 218.96 350 -2.49 347.51 110 13.59 123.59 240 -12.50 227.50 360 0.000 360.000 120 12.50 132.50 + Đem tờ giấy bóng đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt sao cho tâm O trùng với tâm O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. Lần lượt xoay tờ giấy bóng sao cho các điểm 0;1;2trùng với trục O’z về phần dương (theo chiều ngược chiều kim đồng hồ), đồng thời đánh dấu các điểm mút của véc tơ ;;của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0;1;272. + Nối các điểm lại bằng một đường cong thích hợp cho ta đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền. Cách xác định lực trên đồ thị phụ tải như sau: + Giá trị của lực tác dụng lên đầu to là dộ dài đoạn thẳng nối từ tâm O đến điểm trên đường vừa vẽ xong nhân với tỷ lệ xích. + Chiều của lực hướng từ tâm O ra ngoài. + Điểm đặt lực là giao điểm của đường nối từ tâm O đến điểm tính với vòng tròn tượng trưng cho đầu to thanh truyền. 1.2.2.7. Đồ thị khai triển véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu . Các bước vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền thực hiện theo các bước như sau: + Chọn tỉ lệ xích: (độ/mm). (MN/m2)/mm + Lập bảng: Quá trình lập bảng theo các bước như sau: Xác định bằng cách đo khoảng cách từ tâm O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu tới các điểm ta nhận được các giá trị khác nhau của Q: ;;, sau đó lập bảng . a(độ) Q(mm) a(độ) Q(mm) a(độ) Q(mm) a(độ) Q(mm) 0 112.30 190 81.81 370 63.46 550 85.79 10 110.99 200 81.33 380 70.89 560 83.78 20 104.11 210 80.39 390 46.59 570 81.63 30 93.28 220 78.36 400 28.54 580 79.00 40 79.48 230 74.92 410 32.46 590 75.35 50 64.15 240 70.10 420 36.68 600 69.86 60 49.53 250 62.96 430 42.66 610 62.37 70 39.18 260 54.41 440 50.33 620 53.24 80 37.20 270 45.32 450 59.48 630 43.80 90 43.18 280 38.47 460 68.62 640 37.39 100 52.40 290 37.12 470 76.14 650 38.80 110 61.43 300 42.34 480 82.73 660 48.78 120 68.87 310 51.11 490 87.02 670 63.23 130 74.34 320 59.57 500 89.32 680 78.48 140 77.97 330 60.09 510 90.07 690 92.26 150 80.14 340 56.45 520 89.76 700 103.07 160 81.28 350 45.84 530 88.79 710 109.95 170 81.79 360 11.85 540 87.93 720 112.30 180 81.93 + Vẽ đồ thị: Vì ở đây giá trị của Q có đơn vị là (mm). Do vậy để nhận được giá trị thật của Q ta có: . Vẽ hệ trục toạ độ OQα. Đặt các toạ độ điểm lên hệ trục toạ độ, dùng một đường a (độ) cong thích hợp nối các toạ độ điểm lại với nhau ta nhận được đồ thị khai triển véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu . Hình 9 : Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu - Sau khi vẽ xong đồ thị ta xác định bằng cách đếm diện tích bao bởi đường Q với trục hoành α rồi chia diện tích này cho chiều dài của đồ thị theo trục hoành Qtb = = 68,56 (mm) 1.2.2.8. Vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu. Để vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu ta thực hiện theo các bước như sau: + Từ tâm O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta vẽ đường tròn (O,R) với bán kính tùy ý (vòng tròn đặc trưng mặt chốt khuỷu). + Chia đường tròn thành 24 phần bằng nhau, đánh số thứ tự theo chiều quy ước ngược chiều kim đồng hồ. + Từ các điểm 0,1,223 trên vòng tròn gạch cát tuyến O0; O1;O2,,O23 cắt đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ở các điểm a;b;c. Ta lập được bảng phụ tải tác dụng lên điểm thứ i trong một chu trình làm việc của động cơ như sau (tính bằng mm): Điểm 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 Q’S 1646.7 1615.7 1583.7 1376 921 516 130 0 0 0 76 144 Điểm 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0 21.0 22.0 23.0 Q'S 198 241 277 309 340 372 580 959 1296 1628 1715 1679 + Để vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu ta giả thiết như sau: Phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu là phụ tải ổn định ứng với công suất Ne và tốc độ định mức. Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 1200. Độ mài mòn tỉ lệ thuận với phụ tải. Không xét đến các điều kiện công nghệ và sử dụng, lắp ghép Ví dụ: không xét đến ảnh hưởng của vật liệu, độ bóng, độ chặt lỏng, dầu mỡ bôi trơn. + Chọn tỉ lệ xích: (MN/m2)/mm + Từ các giả thiết trên ta lập được bảng tổng phụ tải tác dụng trên các điểm 0;1;223 trong một chu trình như sau: Điểm 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 QS 27.4 26.9 26.4 22.9 15.4 8.6 2.2 0.0 0.0 0.0 1.3 2.4 Điểm 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0 21.0 22.0 23.0 QS 3.3 4.0 4.6 5.2 5.7 6.2 9.7 16.0 21.6 27.1 28.6 28.0 + Có được ta tiến hành thực hiện các bước vẽ đồ thị như sau: Vẽ đường tròn bán kính R = 80 (mm) tượng trưng cho chốt khuỷu. Chia đường tròn thành 24 phần bằng nhau đồng thời đánh số thứ tự 0,1,223 theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. Đặt các giá trị từ đường tròn hướng về tâm theo thứ tự các điểm. Nối các điểm lại với nhau bằng một đường cong thích hợp ta được đường cong thể hiện đồ thị mài mòn chốt khuỷu. Hình 10 : Đồ thị mài mòn chốt khuỷu. 2. PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ, ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ X-047. 2.1.Mục đích và ý nghĩa của hệ thống làm mát: Trong động cơ, nhiệt lượng truyền cho các chi tiết tiếp xúc với khí cháy chiếm khoảng 25% đến 35% nhiệt lượng do nhiên liệu cháy tạo ra. Do đó các chi tiết đó sẽ bị nung nóng mãnh liệt và có thể dẫn đến các tác hại: + Làm giảm sức bền, tuổi thọ của động cơ. + Làm giảm độ nhớt của dầu dẫn đến tổn thất do ma sát. + Có thể gây ra bó kẹt piston, do hiện tượng giãn nỡ nhiệt + Giảm lượng khí nạp vào xi lanh. + Đối với động cơ xăng, dễ gây kích nổ. Hình 11: Sơ đồ hệ thống làm mát 1-Két làm mát, 2-Van hằng nhiệt, 3-Nhiệt kế, 4-Ống dẫn nước khi động cơ nguội 5-Bơm nước, 6-Ống dẫn hơi nước, 7-Ống phân phối nước, 8-Van xả nước 9-Bình làm mát dầu nhờn, 10-Ống dẫn nước về bơm, 11-Quạt gió. Để khắc phục các hậu quả xấu trên, cần thiết phải làm mát động cơ. Hệ thống làm mát có nhiệm vụ thực hiện quá trình truyền nhiệt từ khí cháy, qua thành buồng cháy đến môi chất làm mát để đảm bảo cho nhiệt độ các chi tiết không quá nóng cũng như không quá nguội.Nếu quá nguội cũng không tốt vì: + Làm tăng tổn thất nhiệt nhiều, dẫn đến hiệu suất nhiệt của động cơ giảm. + Làm tăng độ nhớt của dầu nhờn, khiến dầu nhờn khó lưu động, làm tăng tổn thất cơ giới và tổn thất ma sát + Khi nhiệt độ thành xilanh thấp quá, nhiên liệu sẽ ngưng tụ trên bề mặt thành xilanh làm cho màng dầu bôi trơn bị nhiên liệu rửa sạch, nếu trong nhiên liệu có nhiều thành phần lưu huỳnh, thì có thể dễ tạo axit do sự kết hợp của nhiên liệu và hơi nước ngưng tụ trên bề mặt thành xilanh. Các axit đó gây ra hiện tượng ăn mòn kim loại. Do đó cần thiết phải có hệ thống làm mát. Có nhiều kiểu làm mát khác nhau, đối với động cơ xe X-047 là động cơ xăng xe du lịch, tốc độ cao nên sử dụng hệ thống làm mát một vòng tuần hoàn kín. 2.2.Phân tích đặc điểm kết cấu: Trên động cơ X-047, để tăng tốc độ lưu động của nước ta dùng bơm đặt trên đường nước của hệ thống làm mát, do vậy nước tuần hoàn được là do cột áp của bơm tạo ra. Vì vậy gọi là tuần hoàn cưỡng bức. 2.2.1.Kết cấu của két làm mát: Két làm mát dùng để hạ nhiệt độ của nước từ động cơ ra rồi lại đưa vào làm mát động cơ. Hình 12: Két làm mát 35- Đường ống nước vào, 36-Nắp két, 37-Ống thong hơi, 38-Ngăn trên, 39-Giàn ống, 40-Cánh tản nhiệt, 41-Ngăn dưới, 42-Đường nước ra. Trên động cơ ô tô máy kéo, két làm mát gồm 3 phần: ngăn trên chứa nước nóng, ngăn dưới chứa nước nguội vào làm mát động cơ, giữa là dàn ống truyền nhiệt. Dàn truyền nhiệt là bộ phận quan trọng nhất của két nước.Hiệu suất truyền nhiệt phụ thuộc vào tốc độ lưu động của hai dòng môi chất.Vì vậy để tăng hệ số truyền nhiệt, phía sau két nước thường được bố trí quạt gió để hút gió đi qua giàn ống truyền nhiệt Kích thước bên ngoài và hình dáng của két làm mát phụ thuộc vào bố trí chung nhưng tốt nhất là chọn bề mặt đón gió của két nước có dạng hình vuông để cho tỷ lệ giữa diện tích chém gió và quạt hút đặt sau két làm mát và diện tích đón gió của két tiến gần đến 1. Đánh giá chất lượng làm mát của két bằng hiệu quả làm mát cao, tức là hệ số truyền nhiệt của bộ phận tản nhiệt lớn, công suất tiêu tốn để dẫn động bơm và quạt gió ít Nói chung, nó phụ thuộc vào 3 yếu tố sau: Khả năng dẫn nhiệt của vật liệu làm két. Hình 13: Nắp két nước làm mát Khả năng truyền nhiệt đối lưu của két. Kết cấu của két. Giải quyết vấn đề thứ nhất bằng cách chọn vật liệu làm ống và lá tản nhiệt. Vấn đề thứ hai là tăng tốc của môi chất làm mát (nước). Nhưng phải đảm bảo công suất tiêu hao cho dẫn động bơm không quá lớn. Vấn đề thứ ba bao gồm chọn hình dáng và kích thước của ống, lá tản nhiệt và cách bố trí ống trên két. Ngoài ra, trong kết cấu của két làm mát còn có một bộ phận quan trọng là nắp két làm mát. Nắp két làm mát có hai van : van xả hơi và van hút không khí.Van xả hơi nước làm việc khi áp suất trong hệ thống làm mát lớn hơn 0,15 - 0,125 MN/m2, còn van hút sẽ mở khi trong hệ thống làm mát có áp suất nhỏ hơn 0,095- 0,09 MN/m2 Nguyên lý làm việc của nắp két nước áp suất thay đổi giới thiệu như hình vẽ, khi xả hơi nước (a), khi nạp không khí (b), do áp suất trong két làm mát cao hơn áp suất môi trường nên nhiệt độ sôi của nước trong hệ thống làm mát cao đến 100-1050 C, do đó giảm được lượng nước bốc hơi.Ưu điểm này rất thuận lợi cho các loại xe chạy đường dài 2.2.2.Kết cấu của bơm: Nhiệm vụ của bơm nước là tạo ra sự tuần hoàn của nước trong hệ thống làm mát bằng nước với lưu lượng cần thiết cho chế độ làm mát và với tần số tuần hoàn khoảng 7..12 lần trên phút. Hình 14: Bơm nước Bơm là loại bơm ly tâm, nguyên lý làm việc của nó là lợi dụng lực ly tâm của nước nằm giữa các bánh để dồn nước từ trong ra ngoài rồi đi làm mát.Puli 13 được dẫn động từ trục khuỷu, qua trục bơm 3 sẽ dẫn động cánh quạt của bơm nước , còn mayơ của quạt gió được gắn qua khớp điện từ, khi nhiệt độ của nước làm mát lên đến 900 thì sẽ được đóng điện làm việc và sẽ ngắt khi nhiệt độ dưới 850 Kết cấu của bơm nước lắp trên xe lắp ở mặt đầu của thân, dẫn động quay của bơm nước nhờ đai truyền và buli. Nắp và thân bơm chế tạo bằng gang. Cánh bơm chế tạo bằng chất dẻo. Trục bơm đặt trên hai ổ bi cầu, để bao kín dầu mỡ bôi trơn ổ bi ta dùng phớt và bao kín nước ta cũng dùng phớt. 2.2.3.Kết cấu quạt gió: Trong hệ thống làm mát bằng nước dùng két làm mát bằng không khí, quạt dùng để tăng tốc độ của không khí qua két nhằm nâng cao hiệu quả làm mát. Quạt gió là loại quạt chiều trục. Hình 15 : Quạt gió Đánh giá chất lượng của quạt bằng hai chỉ tiêu: + Năng suất của quạt. + Công suất tiêu tốn cho quạt. Hai chỉ tiêu trên phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: số vòng quay của quạt, kích thước của cánh, góc nghiêng của cánh và vị trí tương quan giữa quạt và két làm mát. Tăng góc nghiêng của cánh và tăng số vòng quay của quạt đều làm cho công suất dẫn động quạt tăng nhanh (hàm mũ bậc 3 theo số vòng quay). Thường đối với loại cánh phẳng chọn góc nghiêng từ 400..450, cánh lồi 380. Tăng đường kính quạt và tăng chiều rộng cánh quạt có làm cho lưu lượng tăng nhưng công suất dẫn động quạt tăng mãnh liệt, vì vậy đối với động cơ ôtô máy kéo thì đường kính quạt không vượt quá 0,65m và chiều rộng không vượt quá 70mm. Khoảng cách từ quạt đến két phụ thuộc vào việc tổ chức dòng khí làm mát tiếp các bộ phận dưới nắp mui xe: + Dài 80 ÷ 100 mm nếu có bản dẫn hướng. + Không quá 10 ÷ 15 mm nếu không bản dẫn hướng gió. + Số cánh không vượt quá 8. Quạt dẫn động bằng đai truyền hình thang, tốc độ của đai không vượt quá 30÷35 m/s. Tỷ số truyền động nằm trong khoảng 1 ÷ 1,3. 2.2.4.Kết cấu van hằng nhiệt: Trên động cơ X-047 sử dụng van hằng nhiệt để khống chế lưu lượng nước làm mát qua két nước khi nhiệt độ của động cơ chưa đạt tới nhiệt độ quy định, nhằm làm giảm thời gian chạy ấm máy của động cơ. Nguyên lý làm việc của loại van này là lợi dụng sự thay đổi nhiệt độ của nước làm mát để điều chỉnh lượng nước đi qua két làm mát. Động cơ mà ta khảo sát, lợi dụng hiện tượng giãn nở do nhiệt của chất rắn đặt trong thân van (hỗn hợp xêrerin và bột đồng) để điều khiển đóng mở van, làm khống chế lượng nước đi qua két làm mát.Khi nhiệt độ của nước thấp hơn nhiệt độ qui định, van hằng nhiệt vẫn đóng kín nắp van (do thân van chưa bị giãn nở), nước làm mát không đi qua két nước được nên chỉ tuần hoàn tring bản thân động cơ. Khi nhiệt độ của nước làm mát tăng lên cao hơn nhiệt độ qui định ,thân van giãn nở mạnh, nắp van càng mở rộng, tiết diện lưu thông lớn, nước đi qua két làm mát càng nhiều. 2.3.Tính toán hệ thống làm mát: 2.3.1.Xác định lượng nhiệt động cơ truyền cho nước làm mát: Nhiệt độ từ động cơ truyền cho nước làm mát có thể coi gần bằng số nhiệt lượng đưa qua bộ tản nhiệt truyền vào không khí, lượng nhiệt truyền cho hệ thống làm mát của động cơ xăng chiếm khoảng 20..30% tổng số nhiệt lượng do nhiên liệu tỏa ra. Nhiệt lượng Qlm có thể tính theo công thức kinh nghiệm sau đây: Trong đó: q’lm: lượng nhiệt truyền cho nước làm mát ứng với một đơn vị công suất trong một đơn vị thời gian. Đối với động cơ xăng thì: q’lm = 1263¸1360 chọn q’lm =1300 Ta có: Ne = 98,5[KW] Suy ra: Qlm= q’lm.Ne =1300.98,5=128050 Từ đó ta có thể xác định lượng nước Glm tuần hoàn trong hệ thống trong một đơn vị thời gian: Trong đó: Cn: Tỷ nhiệt của nước làm mát, Cn= 4187J/kgđộ. Δtn: hiệu nhiệt độ của nước vào và ra của bộ tản nhiệt. Với động cơ ôtô-máy kéo Δtn = 5 ÷ 100C, chọn Δtn = 80C Ta tính toán hệ thống làm mát ở chế độ công suất cực đại. 2.3.2.Tính két nước: Bao gồm việc xác định bề mặt tản nhiệt để truyền nhiệt từ nước ra môi trường không khí xung quanh. Xác định kích thước của mặt tản nhiệt trên cơ sở lý thuyết truyền nhiệt. Truyền nhiệt trong bộ tản nhiệt chủ yếu là đối lưu. Két tản nhiệt của động cơ ôtô máy kéo có một mặt tiếp xúc với nước nóng và mặt kia tiếp xúc với không khí. Do đó truyền nhiệt từ nước ra không khí là sự truyền nhiệt từ môi chất này đến môi chất khác qua thành mỏng. Như vậy quá trình truyền nhiệt có thể phân ra thành 3 giai đoạn ứng với 3 quá trình truyền nhiệt như sau: + Từ nước đến thành ống bên trong: + Qua thành ống: Hình 16 : Quan hệ của hệ số truyền nhiệt k với tốc độ không khí wkk + Từ mặt trong của thành ống đến không khí: Trong đó: Qlm : Nhiệt lượng của động cơ truyền cho nước làm mát bằng nhiệt lượng do nước dẫn qua bộ tản nhiệt (J/s). α1 : Hệ số tản nhiệt của nước đến thành ống tản nhiệt (W/m2.độ). λ : Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống tản nhiệt (W/m2.độ). δ : Chiều dày thành ống (m). α2 : Hệ số tản nhiệt từ thành ống tản nhiệt vào không khí (W/m2) F1 : Diện tích tiếp xúc với nước nóng (m2). F2 : Diện tích tiếp xúc với không khí (m2). tδ1, tδ2 : Nhiệt độ trung bình của bề mặt trong và ngoài thành ống . tn, tkk : Nhiệt độ trung bình của nước, không khí đi qua bộ tản nhiệt . Giải các phương trình trên ta có: Đặt: là hệ số truyền nhiệt tổng quát của két làm mát. Suy ra: Vậy ta tính được diện tích tiếp xúc với không khí F2 theo công thức: Diện tích F2 thường lớn hơn diện tích F1 vì F2 còn tính đến diện tích các cánh tản nhiệt. Tỷ số gọi là hệ số diện tích. Động cơ ta đang tính sử dụng loại két dùng ống nước dẹp, nên có thể chọn φ = (3¸6), ta chọn φ = 5 Nhiệt độ trung bình của nước làm mát trong két nước được xác định theo công thức sau đây: [oC] Nhiệt độ trung bình của nước làm mát trong hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức là: tn = 80 ÷ 92 oC, ta chọn tn = 85oC. Nhiệt độ trung bình của không khí xác định theo công thức sau: [oC] Nhiệt độ của không khí vào (tkkv) phía trước bộ tản nhiệt lấy bằng 40oC. Chênh lệch nhiệt độ không khí qua bộ tản nhiệt Δtkk lấy bằng 20 ÷ 30oC. Vậy tkk= 50 ÷ 55oC. Chọn tkk = 52oC. Hệ số α1 có thể xác định bằng công thức thực nghiệm. Trị số thí nghiệm của α1 thay đổi trong khoảng 2326 ÷ 4070 . Ta chọn a1=3000. Chọn vật liệu làm ống tản nhiệt là hợp kim nhôm. Hệ số tản nhiệt của nhôm nằm trong khoảng λ = 104,8 ÷ 198 . Ta chọn λ = 150. Hệ số a2 phụ thuộc chủ yếu vào lưu tốc của không khí wkk. Khi thay đổi wkk từ 5 ¸ 60 thì hệ số a2 thay đổi đồng biến từ 40,6 ¸ 303. Hình 17 :Sơ đồ tính toán bơm nước ly tâm Hệ số k cho bộ tản nhiệt kiểu ống có thể xác định theo đồ thị k = f(wkk). Theo số liệu thí nghiệm xác định bề mặt làm mát của bộ tản nhiệt ta có thể lấy k»a2 và có thể tính gần đúng: a2 = 11,38. wkk 0,8 = 260 Vậy suy ra diện tích tản nhiệt F2: [m2] 2.3.3.Tính bơm nước: Xác định lưu lượng nước tuần hoàn trong hệ thống làm mát Glm và cột áp H. Lưu lượng nước tuần hoàn trong hệ thông làm mát phụ thuộc vào nhiệt lượng do nước làm mát mang đi và chênh lệch nhiệt độ của nước trong động cơ, được xác định theo công thức: Trong đó: Qlm : Nhiệt lượng truyền cho nước làm mát (J/s). Cn : Tỷ nhiệt của nước [J/kg.độ] Dtnr, Dtnv : Nhiệt độ nước ra và nhiệt độ nước vào động cơ. Sức cản chuyển động của nước trong hệ thống làm mát được tính theo cột nước H và phụ thuộc vào sức cản của từng bộ phận: két nước, ống dẫn, vách nước trong thân và nắp máy v.v Thường sức cản tổng quát của hệ thống làm mát khi tính toán gần đúng có thể lấy H = 3,5 ÷ 15 mH2O, ở đây ta chọn H = 13 mH2O. Xác định lượng nước làm mát tiêu hao Glm và cột áp H, ta có thể xác định kích thước cơ bản của bơm nước. Lưu lượng của bơm nước xác định theo công thức sau: Trong đó: η là hệ số tổn thất của bơm, với h = 0,8 ¸ 0,9. Chọn h = 0,85. Suy ra: Xác định kích thước chủ yếu của bơm phải căn cứ vào sự chuyển động của chất lỏng trong bơm. Với loại bơm ly tâm các phân tử chất lỏng đồng thời tham gia hai chuyển động: Vận tốc vòng : Nước quay cùng cánh bơm với vận tốc (tại điểm vào A: vận tốc là 1; tại B vận tốc tương đối là2). Vận tốc tương đối theo hướng tiếp tuyến với cánh quạt (tại A: vận tốc tương đối là 1; tại B vận tốc tương đối là 2). Như vậy, phân tử nước chuyển động với vận tốc tuyệt đối là: =+ (tại A có vận tốc , tại B có vận tốc ). Lỗ nước vào bơm phải đảm bảo đủ lượng nước tính toán cần thiết. Kích thước của nó được tính theo công thức: Trong đó: Gb: Lượng nước tính toán của bơm r1: bán kính trong của bánh công tác [m] ro: bán kính ở bánh công tác [m], chọn ro = 0,02m c1: vận tốc tuyệt đối của nước khi vào cánh, bằng 2 ÷ 5(m/s), ta chọn c1 = 3 () : mật độ của nước bằng 1000 Từ phương trình trên rút ra: [m] Bán kính ngoài r2 của bánh công tác được xác định từ vận tốc vòng u2 tại B: Trong đó: + α1, α2 : Góc giữa các phương trình của vận tốc c1 và u1, c2 và u2; thường α1 =900 và α2 = 8 ÷ 120, ta chọn α2 = 120. + β1, β2: Góc kẹp giữa các phương của vận tốc góc tương đối với phương của theo hướng ngược lại (ở A có β1, ở B có β2). Thường chọn β2 = 12 ÷ 150, chọn β2 = 150. Khi tăng β2 thì cột nước tạo ra do bơm sẽ tăng nhưng hiệu suất giảm. + g: Gia tốc trọng trường. + H: Cột áp của bơm. + ηb: Hiệu suât của bơm (bằng 0,6 ÷ 0,7), chọn ηb = 0,65. +: Tốc độ vòng của bánh công tác (1/s). + nb: Số vòng quay của bánh công tác. Vậy Thông thường khi α1 = 900, β1 xác định theo công thức: Suy ra b1= 13,2o Quan hệ giữa tốc độ u1, u2 biểu thị theo công thức sau: Chiều cao của cánh bơm ở lối vào và lối ra được xác định: [m] [m] Trong đó: 2R 2r l y b a δ1, δ2 : chiều dày của cánh ở lối ra [m], có thể lấy δ1= δ2 = δ3 = 3 ÷ 5 mm ta lấy δ1 = δ2 = δ3 = 4 mm cr : tốc độ ly tâm của nước ở lối ra [m/s]. z: số cánh của bánh công tác, chọn z = 8 cánh (thường z = 4 ÷ 8). Vây: Hình 18: Sơ đồ tính quạt gió Bơm nước dung cho động cơ ô tô máy kéo ngày nay thường có : b1= 12 ÷ 35 mm b2= 10 ÷ 25 mm Công suất tiêu hao cho bơm nước tính theo công thức sau: Trong đó: ηcg : Hiệu suất cơ giới của bơm (ηcg = 0,7 ÷ 0,9), chọn ηcg =0,8. 2.3.4.Tính quạt gió: Lượng không khí, áp suất động do quạt tạo ra và công suất cho quạt phụ thuộc vào số vòng quay của trục quạt: lượng không khí tỷ lệ bậc nhất, áp suất tỷ lệ bậc hai, và công suất tỷ lệ bậc ba so với số vòng quay. Khi tính toán quạt gió ta cần lưu ý rằng: khi tính quạt gió của động cơ ôtô nên tính đến ảnh hưởng của tốc độ gió gây ra do tốc độ chuyển động của ôtô. Do đó lưu lượng thực tế của quạt thường lớn hơn lưu lượng tính toán: Gkk Mức độ lớn bé của lưu lượng thực tế phụ thuộc vào tốc độ của ôtô. Khi tốc độ ôtô lớn, lưu lượng thực tế đi qua két nước tăng lên nên lưu lượng không khí do quạt cung cấp giảm xuống rõ rệt. Lưu lượng của quạt gió phụ thuộc vào kích thước của quạt gió, có thể xác định lưu lượng của quạt gió theo công thức sau: Trong đó: ρkk = 1,1 : Khối lượng riêng của không khí [kg/m3]. R,r : bán kính ngoài và bán kính trong của quạt [m]. b : chiều rộng cánh [m]. nq = (1 ÷ 2)n : số vòng quay của quạt [vòng/phút]. n: số vòng quay trục khuỷu, ta chọn nq = n = 5410[vòng/phút]. α : góc nghiêng của cánh,α = 300 (với loại cánh quạt phẳng). Z : số cánh, chọn Z =4. ηkk : hệ số tổn thất tính đến sức cản của dòng không khí khi ở cửa ra dưới nắp đầu xe. Ta có R là bán kính ngoài của quạt , với Dq = 0,3 - 0,7 (m), ta chọn Dq = 0,34 (m). Þ R = 0,17(m) Trong đó, chiều dài công tác là 0,12(m), suy ra r là bán kính trong của quạt : r = 0,17 - 0,12 = 0,05(m) Hệ số ηkk phụ thuộc vào tỷ số , ở đây fn diện tích tiết diện cửa ra của không khí dưới nắp đầu xe. Quan hệ của hệ số ηkk với tỷ số được giới thiệu như hình vẽ. Hình 19 : Quan hệ ηkk = f() Công suất tiêu thụ của quạt gió xác định theo công thức sau: 1 Vẽ đồ thị công ....................2 1.1. VẼ ĐỒ THỊ CÔNG 2 1.1.1Các số liệu chọn trước trong quá trình tính toán....................................................2 1.1.2.XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG NÉN....................................................................................2 1.1.3.Xây dụng đường cong giãn nở..2 1.1.4.Tính Va, Vh, Vc....................................................................................................2 1.1.5.Bảng xác định tọa độ các điểm trung gian....3 1.1.6.Vẽ đồ thị công.......................................................................................................3 1.2.Tính toán động học động lực học.....5 1.2.1.Tính toán động học................................................................................................6 1.2.1.1.Đồ thị biểu diễn hành trình của piston x=f(α)...................................................6 1.2.1.2. Đồ thị biểu diễn tốc độ của piston v=f(α).6 1.2.1.3. Đồ thị biểu diễn gia tốc ...8 1.2.2. Tính toán động lực học9 1.2.2.1.Đường biểu diễn lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến .9 1.2.2.2. Khai triển các đồ thị.11 1.2.2.3.Vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến , lực pháp tuyến và lực ngang..............................................................................................................14 1.2.2.4. Vẽ đồ thị ΣT = f(a)..19 1.2.2.5. Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu............................................................22 1.2.2.6. Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền...............................................24 1.2.2.7. Đồ thị khai triển các tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu . ....26 1.2.2.8. Vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu.28 2.Phân tích nguyên lý, đặc điểm kết cấu và tính toán hệ thống làm mát..30 2.1.Mục đích và ý nghĩa của hệ thống làm mát30 2.2.Phân tích đặc điểm kết cấu.31 2.2.1.Kết cấu của két làm mát..31 2.2.2.Kết cấu của bơm.33 2.2.3.Kết cấu quạt gió..34 2.2.4.Kết cấu van hằng nhiệt....35 2.3.Tính toán hệ thống làm mát...35 2.3.1.Xác định lượng nhiệt động cơ truyền cho nước làm mát.35 2.3.2.Tính két nước36 2.3.3.Tính bơm nước.39 2.3.4.Tính quạt gió.....................................................42 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]- GS.TS Nguyễn Tất Tiến. Nguyên lý động cơ đốt trong. Nhà xuất bản giáo dục - 2000. [2] - Hồ Tấn Chuẩn - Nguyễn Đức Phú - Trần Văn Tế - Nguyễn Tất Tiến. Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong tập1, 2, 3. Nhà xuất đại học và trung học chuyên nghiệp. [3] - Nguyễn Đức Phú. Giáo trình hướng dẫn làm đồ án môn học động cơ đốt trong. Khoa cơ khí – ĐHBK Hà Nội. Ngoài ra còn có tham khảo một số tài liệu: Giáo trình giảng dạy của các thầy trong bộ môn động cơ đốt trong – Khoa cơ khí giao thông – ĐHBK Đà Nẵng và một số tài liệu lấy từ trên mạng internet về.