Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

Đề bài 3 : Vẽ trục khuỷu và tính bển trục khuỷu trớc khi khởi động .

Kiểu động cơ

IAMZ-236 chữ V

Đờng kính xi lanh (mm) D

140mm

Hành trình píton (mm) S

130mm

Số xy lanh i

6

Công suất Ne

170 mã lực

Tỷ số nén

16

Số vòng quay n

2020 vòng/phút

Suất tiêu hao nhiên liệu ge(g/ml.h)

180 g/ml.h

Xúppáp nạp mở sớm 1

200

Xúppáp nạp đóng muộn 1

560

Xúppáp thải mở sớm 3

560

Xúppáp thải đóng muộn 4

200

Góc phun sớm nhiên liệu s

200

áp suất cuối hành trình nạp pa

0.086 Mpa

áp suất khí sót pr


0.105 Mpa

âp suất cuối hành trình nén pc

3.83 Mpa

âp suất cuối hành trinh cháy pz

5.954 Mpa

áp suất cuối hành trình dãn nở pb

0.34 Mpa

Khối lợng nhóm piston mnp

2.3 kg

Khối lơng nhóm thanh truyền mtt

3.2 kg

Lu Duy Tõn

Lớp : Máy động lực K49

1



Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

Nôi dung thuyết minh:

Phần I tính toán động học
-

= = 211,53 (rad/s)

Với n = 2020 (v/p)

S

-R= 2 = 65 mm
- Chọn = 1/4 là tham số kết cấu
I-1.Công thức tính độ dịch chuyển của Piston:
Sp = Sp1 + Sp2 = R.(1- Cos) +


(1- Cos2)];
4

với: Sp1 = R.(1- Cos); Sp2 = R.


(1- Cos2);
4

hay Sp = f1()


Ta có bảng số liệu sau:

Lu Duy Tõn

Lớp : Máy động lực K49

2


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

Bảng tính độ dịch chuyển của Piston

Lu Duy Tõn



S 1(m m)

S2(mm)

S (m m)

0

0

0

0


15

2.21

0.54

2.75

30

8.71

2.03

10.74

45

19.04

4.06

23.1

60

32.5

6.09


38.59

75

48.18

7.58

55.76

90

65

8.13

73.13

105

81.82

7.58

89.4

120

97.5


6.09

103.59

135

110.96

4.06

115.02

150

121.29

2.03

123.32

165

127.79

0.54

128.33

180


130

0

130

195

127.79

0.54

128.33

210

121.29

2.03

123.32

225

110.96

4.06

115.02


240

97.5

6.09

103.59

255

81.82

7.58

89.4

270
285
300
315
330
345
360

65
48.18
32.5
19.04
8.71

2.21
0

8.13
7.58
6.09
4.06
2.03
0.54
0

73.13
55.76
38.59
23.1
10.74
2.75
0

Lớp : Máy động lực K49

3


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

I-2 .Công thức tính vận tốc Piston :
Vp = Vp1+Vp2 = R..[Sin +

Vp2 =



2

.R..Sin2


2

.Sin 2]

; với Vp1 = R..Sin ;

hay V = f2()

b) Vẽ đồ thị V = f2( ) bằng phơng pháp giải tích
-Dựa vào bảng số liệu sau:

Bảng tính độ dịch chuyển của Piston


V1(mm/s)

V2(mm/s)

V(mm/s)

0

0


0

0

15

3.56

0.86

4.42

30

6.87

1.49

8.36

45

9.72

1.72

11.44

60


11.9

1.49

13.39

75

13.28

0.86

14.14

90

13.75

0

13.75

105

13.28

-0.86

12.42


120

11.91

-1.49

10.42

135

9.73

-1.72

8.01

150

6.89

-1.49

5.4

165

3.58

-0.86


2.72

180

0.02

0

0.02

195

-3.54

0.86

-2.68

210

-6.85

1.49

-5.36

225

-9.7


1.72

-7.98

240

-11.89

1.49

-10.4

255

-13.27

0.86

-12.41

270
285
300
315
330
345
360

-13.75

-13.29
-11.93
-9.75
-6.91
-3.6
-0.04

0
-0.86
-1.49
-1.72
-1.49
-0.86
0

-13.75
-14.15
-13.42
-11.47
-8.4
-4.46
-0.04

Lu Duy Tõn

Bảng
giá trị tốc độ piston

Lớp : Máy động lực K49


4


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

I.3 công thức tính gia tốc của píston
a) Vẽ đồ thị gia tốc bằng phơng pháp giải tích
jp = jp1 + jp2 = R.2.(cos+.cos2).
với : jp1 = R.2.cos ; jp2 = R.2.cos 2 hay j = f3();
I

Bảng tính độ dịch chuyển của Piston

Lu Duy Tõn



J1(mm/s.s)

J2(mm/s.s)

J(mm/s.s)

0

2908.42

727.11

3635.53


15

2809.32

629.69

3439.01

30

2518.77

363.55

2882.32

45

2056.56

0

2056.56

60

1454.21

-363.55


1090.66

75

752.75

-629.69

123.06

90

0

-727.11

-727.11

105

-752.75

-629.69

-1382.44

120

-1454.21


-363.55

-1817.76

135

-2056.56

0

-2056.56

150

-2518.77

363.55

-2155.22

165

-2809.32

629.69

-2179.63

180


-2908.42

727.11

-2181.31

195

-2809.32

629.69

-2179.63

210

-2518.77

363.55

-2155.22

225

-2056.56

0

-2056.56


240

-1454.21

-363.55

-1817.76

255

-752.75

-629.69

-1382.44

270
285
300
315
330
345
360

0
752.75
1454.21
2056.56
2518.77

2809.32
2908.42

-727.11
-629.69
-363.55
0
363.55
629.69
727.11

-727.11
123.06
1090.66
2056.56
2882.32
3439.01
3635.53

Lớp : Máy động lực K49

5


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

Phần II tính toán động lực học
1/ Khái quát:
Khi động cơ là việc, cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền (CCTKTT) nói riêng và
động cơ nói chung chịu tác dụngcủa các lực nh lực khí thể, lực quán tính, trọng lực và lực

ma sát. khi tính toán động lực học, ta chỉ xét các lực có giá trị lớn là lực khí thể và lực
quán tính.
Mục đích của việc tính toán động lực học là xác định các lực do hợp lực của hai
loại lực trên đây tác dụng lên CCTKTT và mô men do chính chúng sinh ra để làm cơ sở
cho việc tính toán cân bằng động cơ, tính toán sức bền của các chi tiết, nghiên cứu trạng
thái mài mòn và tính toán dao động xoắn của hệ trục khuỷu.
Việc khảo sát động lực học đợc dựa trên phơng pháp và quan điểm của cơ học lý
thuyết. Các lực và mô men trong tính toán động lực học đợc biểu diễn dới dạng hàm số
của góc quay trục khuỷu và quy ớc là pittong ở điểm chết trên thì = 00. Ngoài ra, các
lực này thờng đợc tính với một đơn vị diện tích đỉnh pittong. Về sau khi cần tính giá trị
thực của các lực, ta nhân giá trị của áp suất với diện tích tiết diện ngang của đỉnh pittons.
2/ Lực khí thể :

a. Vẽ đồ thi công P - V
Thể tích làm việc của xilanh Vs
Vs =

.D 2 .S 3,14.0,14 2.0.,13
=
= 20.10-4 (m3)
4
4

Dung tích buồng cháy:
Vc =

VS
20.10 4
=
= 1,33.10-4 (m3)

1
16 1

Thể tích của xilanh:
Va = Vs + Vc = 20.10-4 + 1.33.10 4 = 21.33.10-4(m3)
Chỉ số nén đa biến trung bình n1:
Pc = Pa.

n1

pc
3.83
ln
n1 =
pa =
0.086 = 1.37
ln
16
ln
ln

Với các giá trị áp suất đã cho

Lu Duy Tõn

Lớp : Máy động lực K49

6



Thiết kế môn học Động cơ đốt trong

Pa = 0.086 (MPa)
Pc = 3.83 (MPa)
Pb = 0,34 (MPa)
Pz = 5,954 (MPa)
Pr = 0.105 (MPa)
Po = 1 (at) = 0.1 (MPa)
Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2:
Pb = Pz.(

n
) 2 , chọn = 1.5


pb
0,34
ln
p
5,954
n2 = z =
= 1,26
1.5
ln
ln
16

ln




*Dựng đờng nén a-c và đờng dãn nở Z-b
i
1
2
3
4
5

n2 la n2

( )
Pbi = Pz
li

la n1
PCi = Pa(
li )

Chọn hệ trục toạ độ P - V nh bản vẽ với gốc toạ độ 0, tỷ lệ xích
p= 0.02(MPa/mm) và p =-4(m3/mm) với các thông số trên
ta tiến hành vẽ đồ thị công:
- Hiệu chỉnh đồ thị công
Bán kính vòng tròn bric Rb =
Tham số kết cấu:

Lu Duy Tõn

=


S
= 65 mm
2

1
4

Lớp : Máy động lực K49

7


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong
R
= 8.125(mm)
8

Khoảng di chuyển :

oo= R. =

Hiện chỉnh điểm

c, : Góc đánh lửa sớm = 250

Hiện chỉnh điểm

c ,, : Pc = 1,25Pc =1,25*3.83MPa)

Hiệu chỉnh điểm


r , : Góc mở sớm van nạp : 1 =100

,,

a , : Góc đóng muộn van nạp : 2 = 450
r ,, : Góc đóng muộn van thải : 4 = 100
b: Góc mở sớm van thải : 3 = 550
Hiệu chỉnh điểm Z : áp suất cực đại của động Pz đặt sau ĐCT
15o góc quay trục khuỷu z = 13o

b/ Khai triển đồ thị công P-V sang đồ thị:P-
-

Theo phơng pháp Brich ta khai triển đồ thị p-V sang đồ thị P- nh sau :

-

Dựng đờng tròn Brich có đờng kính 2R = la lc , đờng tròn (O,R); từ O lấy một
đoạn OO về phía điểm chết dới có độ dài OO = R./2 = R/8 . Từ O chia nửa vòng
tròn thành 6 phần bằng nhau và bằng 30o nối 01 , 02 , 03... ,06 và lặp lại đến 720o tơng ứng với 24 vị trí . Từ O kẻ các đờng 01 , 02 , 03 ... , 024 tơng ứng song
song với 01, 02, 03 ... , 024 .Từ 1 , 2 , ... ,24 dóng lên song song với trục P z cắt
đồ thị công tại 24 vi trí trên đồ thị công vừa vẽ trớc .

-

Dựng đồ thị P- bằng cách lấy gốc sao cho trục hoành cao hởn trục hoành của đồ
thị P-V 1KG/cm2 tơng ứng với 4 mm trên giấy ô li .

Chia trục hoành thành 24 phần bằng nhau tơng ứng mỗi phần là 30o ,từ các điểm trên

trục hoành dóng lên và các điểm trên đồ thị công (24 điểm trên đồ thị P-V ) chúng ta
đợc các điểm cắt nhau , từ 24 điểm đó ta nối thành đờng cong và đợc đồ thị khí thể Pkt
(P-)
3/ Lực quán tính Pj:
Pj = -mJp = - mR2(cos + cos2) (KG/cm2)
Trong đó m là khối lợng chuyển động tịnh tiến trên một đơn vị diện tích của piston
m = mp + m1 ;
mp: khối lợng nhóm piston

Lu Duy Tõn

Lớp : Máy động lực K49

8


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong
m1: khối lợng tập trung đầu nhỏ của thanh truyền
Chọn mnp =2,3. (kg) ;
m1 = 0,4.mtt = 0,3*3..2 = 0,96. (Kg)
Diện tich đỉnh pittôn :

S = 3,14.(0,13)2/4 = 0.0154(m2)

R: Bán kính quay trục khuỷu , R = 130/2 = 65 (mm) = 65.103(m)
Khối lợng : m = (2,3+0,96)/0,0132 = 211.,69(kg/m2)
:Vận tốc góc của trục khuỷu ứng với số vòng quay lớn nhất , = 211,53(rad/s)
Qui đổi đơn vị pj = Kg/cm2.m/s2 = N/cm2 = KG/cm2.10-1 = 10-1MPa
Vậy m = 247(Kg/m2) thì pj(KG/m2)
Từ đó ta có bảng tính giá trị lực quán tính : Pj = -m.Jp (KG/m2)



J (m/s.s)

m(kg/m.m) Pj

= -m.Jp (KG/cm 2 )



J (m/s.s)

Pj = -m.Jp (KG/cm 2 )

0

3635.53

211.69

-34.98

390

2970.28

-33.35

30


2657.04

211.69

-25.57

420

2111.68

-23.71

60

780.74

211.69

-7.51

450

-189.11

2.12

90

-391.51


211.69

3.77

480

-2167.74

24.34

120

-926.1

211.69

8.91

510

-2586.18

29.04

150

-1923.72

211.69


18.51

540

-2212.22

24.84

180

-3208.89

211.69

30.88

570

-2188.03

24.57

210

-3228.55

211.69

31.07


600

-2035.52

22.85

240

-1427.26

211.69

13.73

630

-569.67

6.4

270

712.38

211.69

-6.85

660


1797.52

-20.18

300

1688.06

211.69

-16.24

690

3199.1

-35.92

330

1886.41

247

-21.18

720

2811.74


-31.57

360

2429.64

247

-27.28

4/ Tổng hợp lực khí thể và lực quán tính :
P = PKT + Pj

Lu Duy Tõn

Lớp : Máy động lực K49

9


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong
Dựa vào đồ thị khai triển (P-) ta đo đợc giá trị của lực thể khí PKT tại các góc quay

khác nhau của trục khuỷu .
Trên đồ thị P- trục tung vẫn chọn tỉ lệ xích à = 4 (KG.cm-2/mm)
5/ Xác định sự biến thiên của lực tiếp tuyến T(KG/cm2) và lực pháp tuyến Z(KG/cm2):
T = P

sin( + )
cos( + )

(KG/cm2) ; Z = P .
(KG/cm2)
cos
cos

= arcsin( sin ) = arcsin(

sin
)
4

-*Ta lập bảng tính T và Z nh sau :





0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360

390
420
450
480
510
540
570
600
630
660
690
720



sin( + )
cos

cos( + )
cos

0
7.18
12.5
14.48
12.5
7.18
0
-7.18
-12.5

-14.48
-12.5
-7.18
0
7.18
12.5
14.48
12.5
7.18
0
-7.18
-12.5
-14.48
-12.5
-7.18
0

0
0.61
0.98
1
0.76
0.39
0
-0.39
-0.75
-1
-0.98
-0.61
0

0.61
0.98
1
0.76
0.4
0
-0.39
-0.75
-1
-0.98
-0.61
0

1
0.8
0.31
-0.26
-0.69
-0.93
-1
-0.93
-0.69
-0.26
0.31
0.8
1
0.8
0.31
-0.26
-0.69

-0.93
-1
-0.93
-0.69
-0.26
0.31
0.8
1



P
-11.5
-10
-5
0.25
3.75
5.25
5.5
5.625
4.75
2
-0.75
3.25
42.37
15.25
3.5
5.25
7
7.625

7.125
6.375
4.625
1.375
-3.75
-9.125
-11.25

T
0
-6.1
-4.9
0.25
2.85
2.05
0
-2.19
-3.56
-2
0.74
-1.98
0
9.3
3.43
5.25
5.32
3.05
0
-2.49
-3.47

-1.38
3.68
5.57
0

Z
-11.5
-8
-1.55
-0.07
-2.59
-4.88
-5.5
-5.23
-3.28
-0.52
-0.23
2.6
42.37
12.2
1.09
-1.37
-4.83
-7.09
-7.13
-5.93
-3.19
-0.36
-1.16
-7.3

-11.5

6/Vẽ đồ thị vec tơ phụ tải tác dụng lên trục khuỷu :

Lu Duy Tõn

Lớp : Máy động lực K49

10


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong
-

Vẽ trục tọa độ (O,T,Z) góc tọa độ O 1 , chiều dơng của trục T từ trái sang phải còn
trục Z từ trên xuống dới , trong đó trục hoành là trục O1T, trục tung là trục O1Z

-

Chọn tỷ lệ xích à = 8 (KG.cm-2/mm)

-

Xác định tâm chốt khuỷu:Từ gốc tọa độ O 1 của trục tọa độ TO1Z ta dịch xuống
phía dới một đoạn PKo, ta xác định đợc điểm O , điểm này chính là tâm chốt của
khuỷu cần tìm .

PKo chính là lực quán tính của khối lợng chuyển động quay của thanh truyền tính trên
một đơn vị diện tích đỉnh piston (KG/cm2)
PKo = -m2.R.2 (KG/cm2)

m2 = 0,75.35.10-3 = 26,25.10-3(Kg/cm2) = 26,25.10-4(KG/cm2)
PKo = -26,25.10-4.51. 10-3 .209,442 =-5,87(KG/cm2)
Vecs tơ PKO có gốc tại O , chiều dơng hớng lên trên
Trên toạ độ T-Z xác định các giá trị củaT và Z ở các góc khác nhau(0 ữ 720o) ; Trị
số của T và Z đợc tính ở bảng ta đợc các điểm 0, 30, 60. . .720. Dùng đờng cong nối
các điểm này ta đợc đồ thị vectơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu
7/ Khai triển đồ thị (T-Z) sang đò thị (Q- ):
Từ điểm O trên trục tọa độ O1T Z ta vẽ vòng tròn tâm Obán kính .........., Chia vòng
tròn thành 12 phần bằng nhau rồi đánh số thứ tự 1ữ11
Trị số khoảng cách từ O đến các điểm trên trục tọa độ O 1TZ ứng với góc = 0 ữ 720o,
giá trị này chính là giá trị phụ tải Q (KG/cm2) tác dụng lên chốt khuỷu tại các góc tơng ứng . ở đồ thị (Q-) ta chọn tỉ lệ xích à = 8 (KG.cm-2/mm)
8/ Đồ thị mài mòn chốt khuỷu:
-

Vẽ đờng tròn bất kỳ tợng trng cho vòng tròn chốt khuỷu ( dùng luôn vòng tròn chốt
khuỷu trên đồ thị phụ tải của chốt khuỷu thì thuận tiện hơn rồi chia vòng tròn trên
thành 24 phần ).

-

Tính hợp lực Qcủa các lực tác dụng trên các điểm 0,1,2,3... rồi ghi trị số các lực
ấy trong phạm vi tác dụng trên bảng số liệu ( phạm vi tác dụng giả thiết là 120 o ,
nên tơng ứng với 9 ô trên bảng)

-

Cộng trị số của Q . Dùng tỷ lệ xích thích đáng đặt các đoạn thẳng đại biểu cho
Q ở các điểm 1, 2, 3 , ... lên vòng tròn A nh hình vẽ rồi vẽ nh phơng pháp 1 ta sẽ
có đồ thị mài mòn . Cần phải chú ý rằng cả hai phơng pháp trên đều không chính


Lu Duy Tõn

Lớp : Máy động lực K49

11


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong
xác , vì trong thực tế do tác dụng chêm dầu của màng dầu nhờn làm cho chốt
khuỷu lệch đi và phạm vi tác dụng cũng không phải là 120o .
Hơn nữa trong quá trình sử dụng , phụ tải luôn luôn thay đổi , chất lợng cả dầu nhờn và
biến dạng của các chi tiết ảnh hởng đến mài mòn cảu chốt khuỷu rất nhiều . Điều đó
lànm cho đồ thị vẽ ra không sát với tình hình mài mòn thực tế của chốt khuỷu .

III. tính toán sức bền xupap trong hệ thống phân phối khí
Tính sức bền của mặt nấm xupap cũng có thể dùng công thức Back , coi mặt nấm xupap
nh một đĩa tròn đặt tự do trên đế tựa hình trụ . ứng suất uốn trên mặt nấm xupap xác định
theo công thức sau:
1
d2
u = pz. 2 (KG/cm2)
4


Trong đó :
pz : áp suất khí thể lớn nhất (KG/cm2 )
d : đờng kính trung bình của nấm xupap (mm)
: chiều dày trung bình của nấm (mm); ( = (0,08ữ0,12)dn,với dn là đờng kính
nấm xupap )
u =


1
42 2
65,98.
= 137510 (KG/cm2)
4
0,46 2

ứng suất uốn cho phép nằm trong pham vi sau:
đối với thép cac bon: [u] = 800KG/cm2
đối với thép hợp kim : [u] = 1200KG/cm2
Nh vậy xupap không thoả mãn điều kiện chịu uốn
khi trục cam trực tiếp dẫn động xupap cần kiểm tra áp suất nén của thân xupap khi chịu
mô men uốn. áp suất cực đại kiểm tra theo công thức sau:

Lu Duy Tõn

Lớp : Máy động lực K49

12


Thiết kế môn học Động cơ đốt trong
kmax =

6 pk x
dtl 2

trong đó :
pk: lực tac dụng lên xupap (KG/cm2 )

dt: đờng kính thân xupap (mm)
l: chiều dài phần thân tiếp xúc với ống dẫn hớng (mm)
x: khoảng cách từ lực tác dụng đến đờng tâm xupap(mm)
[kmax] = 20(KG/cm2 )

Kmax

l

dt

sơ đồ tính sức bền của xupap

Lu Duy Tõn

Lớp : Máy động lực K49

13


ThiÕt kÕ m«n häc §éng c¬ ®èt trong

Lưu Duy Tân

Líp : M¸y ®éng lùc K49

14