Tính toán Động học cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền

Đồ án tính toán thiết kế ĐCĐT GVHD: Lương Huỳnh Giang Chương I: PHÂN TÍCH ĐIÊU KIỆN LÀM VIỆC, NHIỆM VỤ VÀ YÊU CÂU CỦA HỆ THÓNG PHÁT LỰC 1.1 Nhiệm vụ của hệ thống phát lực: - Tiếp nhận n

Trang 1

DONG CO 1NZ-FE TOYOTA VIOS 2007

Môn: Tính toán kết cấu động cơ đốt trong Giảng viên hướng dẫn: Ts Lương Huỳnh Giang Nhóm thực hiện: Nhóm 8

TP HÒ CHÍ MINH - 2023

Trang 2

Đồ án tính toán thiết kế ĐCĐT

1 Thành viên nhóm

GVHD: Lương Huỳnh Giang

PHAN CONG CONG VIEC

2 Phân công công việc

Đề tài: tính toán trục khuỷu động cơ INZ-FE Toyota Vios 2007

Tính toán bền trục

Khang

khuyu

Trang 3

Đồ án tính toán thiết kế ĐCĐT GVHD: Lương Huỳnh Giang

In, 5 een eect Ee LOL EE ELEEEL EACLE GEOL EE CEES OE EEEEEEEEtGEEES 6

1.2.2 Chốt Pist0n: 00 HH0 102g th kg ra 7

1.2.3 Xec — mặng L n TH n TH 1101111 11111111 111111 11 1111 1H 1111 11111111111 tt 8 1.2.4 Nhóm thanh troyens c.cccccccccccccccsccecsessessseseresssessessesssessresseseetsessessesseseesven 8 1.2.5 True KRU yue 9

1.2.6 Banh Gar cece n eee eee 511111101 11t 1H H11 kg ah 10

2.1 Cau tao chung ctia hé thong phat lye cccccccccccccccc cess eessesssessesstessessreseeteee 11

2.1.1 Cụm chỉ tiết Piston ST HH T101 1 1011 1n 1 ng ng ga 12 2.1.2 Cum 6n na n6 12 2.1.3 Cụm chỉ tiết trục khuÿu - bánh đà S021 221 cra 13

2.2 Chọn phương án thiết kế các chỉ tiết trong hệ thống eee 14

2.2.1 Một số phương án thiết kế 5 ST 2211121221121 001211 reg 14 2.3 Chọn phương án thiết kế - 5 SE 2111211221 12112121 1 0 1 12 xu l6

2.3.2 Loại động Cơ LH H111 1111 tt HH HH HH HH 17 2.4 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phát lực đã chọn - 2 TH Hn20 ngay 17 2.5 Nguyên lý làm việc của hệ thống phát lực -2- 5 2n 1e 17

Chương III: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU - THANH

TRUYEN 19

3 Phân tích động học cơ cấu thanh truyền - trục khuỷu 5-5 S2 19 3.1 Phân tích động học cơ cấu - s- c2 1122212122222 g re 19

3.2 Động học cua piston (theo phương pháp giải tích) con 20

3.3 Phân tích động lực học cơ cấu thanh truyền - trục khuỷu s 23 3.4 Chọn các thông số cho tính toán nhiệt 5 ST E212 E822 reg 31 3.4.1 Áp suất không khí nạp (p,) - 5 ST 2H 212221221 21g 31 3.4.2 Nhiệt độ không khí map m61(Ty) 000 cette 2212111 reg 31

Trang 4

5 Tính bền `: | 44

5.1 Điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo của piston: -à- scnnnn nen 44 5.2 bảng kích thước piston và thông số đầu vào của động cơ: : 45 5.3 Tính toán thông số đầu vào: - 0S HH 2121212122212 ra 46

5.4 Tính toán bền của piston: ST n1 2212121 2121 222212 ea 47

5.5 Tính bền thanh truyễn -2- 5 SE EEE1211121222121211211 12121211 gà 56 5.5.1 Thiết lap thong s6 Gau VaO! ccc ccccccccscecsesseseresssetseesscsseseressretsiesetseee 56 5.5.2 Tính bền thanh truyền: 2 SE 111 12212211212121 2121 xa 58 5.6 Tinh bén true KAUyU 0 .ă 65 5.6.1 Điều kiện làm việc 5 S01 1221121221 1 1 1 1g 65 5.6.1.1 Thu thập thông số đầu vào - 5 0S TT 220 0 121 re 65

5.7 Phương pháp tính sức bền theo cách phân đoạn 5 ni 67

Chương VI: THIẾT KẺ 3D CÁC CHI TIẾT PHÁT LỰC .« s° ss° 74

6.1 Piston

Trang 5

6.3 Thanh truyền: HH1 1111011110111 1111111111111 1111111111111 1111111111111 1181111411119 111 1111111111111 11g 93 SN) .0i)).).0cÀIadđdđddaiảảđẢi 93

CAN) 06 1n e 104

6.4.2 Bản vẽ kỹ thuật: 5 2 22212 1112211221112211211221212122 da 109

ý 04) 07 .aaAẽăẽăăằă 110 SN) i0i))( 6 dŨOO bšä£ä 110

11.180 1) 8n ÁẢ 123 Chuong VII: SU DUNG PHAN MEM NX12 DE MO PHONG BEN CAC CHI

r8 DỤ ăn 124 l9) 0 130

L cu cả 134

Trang 6

Hình 2 I Hệ thống phát lực 14

Hình 2 2 Cụm chỉ tiết Piston 0 n0 121211212211 1 1 gu 15 Hình 2 3 Cụm chỉ tiết thanh truyền 5 0 ST 22 1222222212122 rau 15 Hình 2 4 Cụm chỉ tiết trục khuỷu — bánh đà -2- S121 228 ray 16

Hình 2 5 Piston dimh Dang 00.00 ccccccccccccccescsssesesesssetscssesereseresstesereesetieveseesresreanen 17

Hình 2 6 Piston đỉnh lồi 5 SỰ 11 112121 1221212212221 1g ga 18

Hình 2 7 Piston đỉnh lõm LH HH nnn ng 1111111116 x11 11 c2 nen 18 Hình 2 8 Các dạng thanh truyền 52 SE 1121222221 10221212221 ng rêu 19

Hình 5 2: Đồ thị chu trình cấp nhiệt đắng tích 2S SH 22H22 re, 51

Hinh 5 3 Hợp lực tác dụng lên đỉnh piston nhu ng 52

;1,1:55.9v.0/0 40).) 0n 34

5 ẮẮ a Ỏ 62

Hình 5 6 Sơ đồ lực tác dụng khi đầu nhỏ thanh truyền chịu kéo - 63

Hình 5 7: Ứng suất trên mặt ngoài và mặt trong đầu nhỏ thanh truyền 65 Hình 5 8: Quan hệ giữa ứng suất mặt ngoài vời góc ? - Son nen 65 Hình 5 9: Sơ dé lực tác dụng khi đầu nhỏ thanh truyền chịu nén - + 66

Hình 5,

Hình 5

Trang 7

Đồ án tính toán thiết kế ĐCĐT GVHD: Lương Huỳnh Giang Chương I: PHÂN TÍCH ĐIÊU KIỆN LÀM VIỆC, NHIỆM VỤ VÀ YÊU CÂU CỦA

HỆ THÓNG PHÁT LỰC 1.1 Nhiệm vụ của hệ thống phát lực:

- Tiếp nhận năng lượng khí cháy, tạo thành chuyên động tinh tién cua piston (trong xy — lanh) và biến nó thành cơ năng làm quay trục khuỷu, tạo mô — men có ích cho động cơ

làm việc

- Báo đảm bao kín buồng cháy, giữ không cho khí cháy trong buông cháy lọt xuống Các-

te (hay hộp trục khuỷu) và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy

- Làm nhiệm vụ nén trong quá trình thải và hút khí nạp mới vào buông cháy trong quá

® Ởmộtsố động cơ 2 kỳ, pIston còn có nhiệm vụ đóng mở các cửa nạp và thải của

cơ cầu phân phối khí

- Điễu kiện làm việc (rât khắc nghiệt):

® - Tái trọng cơ học lớn và có chu kỳ, áp suất lớn có thể đạt tới 120 kG/cm?, lực quán

tính lớn đặc biệt nếu là động cơ cao tốc

® - Tái trọng nhiệt cao: Do tiếp xúc trực tiếp với khí cháy có nhiệt độ 2200 — 2800 °K

nên nhiệt độ đỉnh piston có thể lên đến 500 — 800 °K, Do nhiệt độ cao piston bi giảm sức bền, bó kẹt, nứt, làm giảm hệ 36 nap, gay kich nỗ Ma sát lớn vả ăn

mòn hóa học: Do có lực ngang nên giữa piston và xylanh có ma sát lớn Điều kiện bôi trơn tại đây rất khó khăn, thông thường chỉ bằng vung té nên khó đảm bảo bôi

Trang 8

trơn hoàn háo Mặt khác do thường xuyên tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm cháy có

các chất ăn mòn như các hơi axit nên piston con chịu ăn mòn hóa học

- Yên cấu cua piston

® - Dạng đỉnh piston tạo thành buồng cháy tốt nhất

® - Đảm báo bao kín buồng cháy để công suất động cơ không bị giảm sút do hiện tượng lọt khí từ buồng cháy xuống cacte

® - Tán nhiệt tốt để tránh dãn nở nhiệt quá mức khi động cơ đang làm việc, ngoài ra tránh được hư hỏng piston do ứng suất nhiệt

- Phân loại Theo dạng đỉnh piston

¢ Dinh bang: dién tích chịu nhiệt nhỏ, kết cầu đơn giản

* Đinh lõm: có thể tạo xoáy lốc nhẹ, tạo thuận lợi cho quá trình hình thành hỗn hợp

và đốt cháy Tuy nhiên sức bền kém và điện tích chịu nhiệt lớn hơn so với đỉnh

bằng

1.2.2 Chốt Piston:

- Là chỉ tiết nối Piston voi thanh truyền Tuy có kết cầu đơn giản nhưng chốt piston lại có

vải trò rất quan trọng dé dam bảo điều kiện làm việc bình thường của động cơ

- Nhiệm vụ: Truyền lực tác dụng của khí thê từ piston xuống thanh truyền Chốt piston thường có cầu tạo rồng và được lắp lỏng với bệ chốt piston và đầu nhỏ thanh truyền

- Điều kiện làm việc: Chốt piston chiu lye va dap, tuan hoan, nhiét độ cao và điều kiện bôi trơn khó khăn Chốt pIston còn chịu ma sát dạng nửa ướt, chốt piston để bị mòn

- Yêu cấu:

có độ cứng cao, chịu mài mòn tốt

® - Ruột chốt phái dẻo dé chống mỏi tốt Mặt chốt phải mài bóng để chống ứng suất tập trung và khi lắp phép với piston và thanh truyền khe hở phải nhỏ

Trang 9

- Phần loại:

® Theo kiếu lắp ghép chốt:

> Cố định chốt piston trên bệ chốt piston

> Cố định chốt piston trên đầu nhỏ thanh truyền

> Chét piston lap tự do

¢ Theo hinh dang: bé mat bén trong chét co dang hinh trụ hoặc côn

1.2.3 Xec — mang:

- Nhiém vu:

¢ Xéce mang khi lam nhiém vu bao kin khi tranh lot khi

¢ Xéc mang dau ngan dau béi trơn từ hộp trục khuỷu sục ngược lên buồng cháy

- Điểu kiện làm việc:

® _ Cũng như piston, xéc măng chịu tải trọng cơ học lớn, nhất là xéc măng đầu tiên

® - Áp suất khí cháy rất lớn Ngoài ra, xéc măng còn chịu lực quán tính lớn, có chu kỳ

và va đập

° Đồng thời, phải kế đến nhiệt độ cao, ma sát lớn, ăn mòn hóa học và ứng suất uốn

ban đầu khí lắp ráp xéc măng vào rãnh ở piston

- Yêu cầu:

¢ Chiu lye va đập: vì khi làm việc lực khí thé va luc quán tính tác dụng lên xec — mang

¢ Chiu mai mon: khi làm việc xec - măng ma sát với các xylanh rất lớn

- Phân loại: có hai loại xee — măng là xec — măng khí và xec — mang dau

1.2.4 Nhóm thanh truyền:

- Nhiệm vụ:

® - Nhận lực piston truyền cho trục khuỷu và ngược lại

Trang 10

- Điều kiện làm việc: Khi làm việc thanh truyền chịu tác dụng của lực khí cháy và lực

quán tính, các lực này biến đổi có tính chất chu kỳ cá về trị số và hướng Làm việc trong

điều kiện nhiệt độ cao, chịu áp lực, chịu lắc, chịu va đập, chịu ứng suất cơ lớn, chịu ăn mòn hóa học, Do đó thanh truyền chịu uốn, chịu kéo vả chịu nén, dẫn đến thanh truyền thường bị cong, xoắn

- Yêu cấu:

¢ (Cac thành phần của thanh truyền phải có độ bên và tính tin cậy cần thiết

® Độ chống mòn và khả năng làm việc của các ô đỡ cao

- Phân loại: Theo tiết điện thân thanh truyền

động cơ cỡ nhỏ đến động cơ cỡ lớn

mô - tô, xuông máy cỡ nhỏ

1.2.5 Trục khuỷu:

- Nhiệm vụ: Nhận lực của piston thông qua thanh truyền dẫn động tạo moment để quay

máy công tác, biến lực di chuyển tỉnh tiễn thảnh lực quay, sau đó nổi với các hệ thống

khác tạo thành một động cơ hoàn chỉnh Ngoài ra trục khuỷu còn dẫn động cho tất cá các

cơ cấu hệ thống dé động cơ hoạt động

- Điểu kiện làm việc: Trục khuyu chịu lực T, Z do lực khí thể và lực quán tính của nhóm

piston — thanh truyền gây ra Ngoài ra trục khuỷu còn chịu lực quán tính ly tâm của các khối lượng quay lệch tâm của bản thân trục khuỷu và của thanh truyền Những lực này gây uốn, xoắn, đao động xoắn và dao động ngang của trục khuỷu lên các ô đỡ

- Yêu cấu:

¢ Truc khuyu chịu lực tác dụng của khí thể, lực quán tính của khối chuyển động tịnh

tiến P; và của khối lượng chuyên động quay P Các lực trên thay đổi theo chu kỳ

và ứng suất uốn, xoăn

¢ Truc khuyu co dé cứng vững lớn có độ bền cao và trọng lượng nhỏ

¢ (6 tính cân bằng cao không xáy ra cộng hưởng trong phạm vi tốc độ sử dụng

¢ D6 chinh xác cao trong sia công cơ khí

Trang 11

® - Kết cầu trục khuỷu phải đảm bảo tính cân bằng tốt (nh và động)

- Phân loại: có hai loại là trục khuỷu nguyên là trục khuỷu ghép

1.2.6 Bánh đà:

- Nhiệm vụ: Giữ cho độ không đồng đều của động cơ nằm trong giới hạn cho phép Ngoài

ra bánh đả còn là nơi lắp vành răng khởi động và khắc vạch chia độ góc quay truc khuyu

- Yếu cẩu: Trong quá trình làm việc, bánh đà tích trữ năng lượng dư sinh ra trong quá trinh sinh cong (luc nay moment chính của động cơ có giá trị lớn hơn moment can nên nó làm cho trục khuỷu quay nhanh) để bù đắp phần năng lương hao hụt trong các hành trình tiêu hao công (lúc này moment cán có giá trị lớn hơn moment chính của động cơ) khiến cho trục khuỷu quay đều hơn, giảm được biên độ dao động của tốc độ góc trục khuỷu

- Phần loại:

¢ Banh đả dạng đĩa: là bánh đả mỏng có moment quán tính nhỏ nên chỉ dùng cho

động cơ tốc độ cao

¢ Banh da dạng vành: là bánh đà có momert quán tính lớn

¢ Banh da dang chau: la banh đà có dạng trung gian của hai loại bánh đà trên, có moment quán tính vả sức bền lớn

¢ Banh da dang vanh co nan hoa: dé tang moment quan tinh cua banh da, phan lon khối lượng bánh đà ở dạng vành xa tâm quay và nối với mayơ bằng các gân kiêu

nan hoa

Trang 12

Chương II: CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KÉ

2.1 Cấu tạo chung của hệ thống phát lực

Hình 2 1 Hệ thông phát lực

- Hệ thống phát lực là tổng hợp các cụm chỉ tiết như: Piston, thanh truyền, trục khuỷu - bánh da trong động cơ ô tô Có nhiệm vụ tạo ra nguồn động lực chính trên ô tô giúp cung cấp năng lượng cho ô tô hoạt động

- Hệ thống phát lực động cơ ô tô là hệ thống cung cấp nguồn động lực cho cá ô tô hoạt động di chuyển Các cụm chi tiết trên tạo thanh buồng cháy để đốt cháy nhiên liệu sinh

công cho đônh cơ, đồng thời nhận công đề thực hiện chu trình nén nhiên liệu và thực hiện

tiếp quá trình đốt cháy trong động cơ

Cấu tạo của hệ thống phát lực động cơ ô tô:

- Như đã nói hệ thống phát lực động cơ được chia thành 3 cụm chị tiết như sau: cụm chỉ tiết Piston, cụm chỉ tiết thanh truyền, cụm chỉ tiết trục khuyu — bánh da

Trang 13

- Cụm chỉ tiết Piston có 2 chỉ tiết chính la: Piston va Xéc măng

= Piston có nhiệm vụ kết hợp với thân máy và nắp máy tạo thành buồng cháy và thực hiện việc nén nhiên liệu để đốt cháy trong buông cháy

- Xéc măng có 2 dạng: Xéc măng dầu và Xéc măng khí Chúng có nhiệm vụ ngăn không cho không khí lọt xuống phai dưới Piston và ngăn không cho dầu bôi trơn tràn vào buồng cháy gây tiêu hao dầu bôi trơn

2.1.2 Cụm chỉ tiết thanh truyền

Trang 14

- Cụm chỉ tiết thanh truyền gồm các chỉ tiết chỉnh như: Thanh truyền và các bạc lót

- Đầu nhỏ thanh truyền liên kết với Piston thông qua chốt Piston và đầu to thanh truyền liên kết với trục khuyu thanh truyền là chỉ tiết ttrung gian dé truyền công sinh ra đê động

cơ hoạt động và nhận công dé thực hiện quá trinh nén

2.1.3 Cụm chỉ tiết trục khuỷu - bánh đà

Chốt khuỷu

Hình 2 4 Cụm chỉ tiết trục khuỷu — bánh đà

- Trục khuỷu có nhiệm vụ lả biến đổi chuyển động tịnh tiến của Piston sang chuyên động quay động cơ

- Bánh đà có nhiệm vụ tích trữ năng lượng cho động cơ, trong động cơ 4 kỷ thì có một ky

sinh công và các kỳ còn lại là tiêu hao công Bánh đà được thiết kế sao cho khối lượng đủ

lớn để tạo ra lực quán tỉnh quay trong suốt quá trinh hoạt động của động cơ, lực quán tính

sẽ giúp cung cấp công cho các kỳ còn lại để động cơ hoạt động theo nguyên lý

2.2 Chọn phương án thiết kế các chỉ tiết trong hệ thống

2.2.1 Mật số phương án thiết kê

2.2.1.1 Piston

Trang 15

- Dinh bang: cu tạo đơn giản, diện tích chiệu nhiệt nhỏ, thường dùng trong động cơ

Diezel

Hinh 2 5 Piston dinh bang

- Đỉnh lỗi: mong, nhẹ, sức bền lớn, diện tích chiệu nhiệt lớn, dùng trong động cơ

xăng 4 kỳ, 2 kỳ xupap treo, buồng cháy chỗm cầu

Trang 16

Hình 2 6 Piston dinh loi

- Dinh lõm: tạo xoáy lóc nhẹ, đễ làm đều hòa khí, sức bền kém, diện tích chiệu nhiệt

lớn, dùng trong động cơ xăng và Diezel

- Loại a và b: được dùng phô biến hiện nay

- Loại e và đ: thường đùng trong động cơ tốc độ thấp Loại này đễ chế tạo nhưng sử dụng vật liệu không hợp lý

Trang 17

- Loại e: thường dùng trong động cơ nhiều hàng xilanh vì có bán kính

chuyến tiếp lớn

- Loại ø và h: thường dùng trong động cơ nhỏ, vì kết cầu đơn giản

- Loại i: loại này có ưu điểm là tăng độ cứng vững và dé khoan đường dầu

2.2.1.3 Truc khuyu:

- Truc khuyu liền: là loại trục khuỷu có cổ trục, cô biên, má khuỷu được chế tạo thanh

khói, không thê tháo rời, thường được sử dụng trong động cơ cở nhỏ và trung bình như máy kéo

- Trục khuỷu ghép: loại này có các bộ phận như cô trục, cỗ biên, má khuỷu được chế tạo

rời và nối lại với nhau thành một trục Được sử dụng nhiều trong động cơ cở lớn và một

số động cơ công suất nhỏ, ít xylanh và đầu to thanh truyền không cắt đôi

2.3 Chọn phương án thiết kế

2.3.1 Các cụm chỉ tiết:

- Piston: đỉnh lõm

- Thanh truyền: loại a

- Trục khuyu: loại trục khuyu liền

2.3.2 Loại động cơ

1NZ-FE 4 xylanh, thăng hàng, đặt thắng đứng

2.4 Sơ đồ cầu tạo hệ thống phát lực đã chọn

- D -

Piston - | Chot piston

nv

Thanh truyền Truc khuyu

f if od

= |#

Trang 18

Hình 2 9 Sơ đồ hệ thông phát lực

- PIston nhận lực khí thê di chuyển tịnh tiên đi xuông, truyền lực cho thanh truyền Thanh truyền là chỉ tiết chuyên động trung gian, có chuyền động phức tạp bao gồm chuyên động tịnh tiến và chuyên động quay để truyền lực khí thé tir piston đến trục khuỷu Trục khuỷu

là chỉ tiết máy quan trọng đùng để chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyên động quay và truyền công suất của động cơ ra ngoài để dẫn động máy công tác khác Đồng thời trục khuỷu biến chuyển động xoay thành chuyên động tịnh tiến để truyền cho thanh truyền và thanh truyền truyén cho piston lam piston dich chuyén tịnh tiến đến thực hiện quá trình nén

Trang 19

Đồ án tính toán thiết kế ĐCĐT GVHD: Lương Huỳnh Giang Chương III: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU —- THANH

TRUYÈN

3 Phân tích động học cơ cấu thanh truyền - trục khuỷu

3.1 Phân tích động học cơ cầu

- Nhiệm vụ phân tích động học của cơ cầu trục khuỷu - thanh truyền là thiết lập quy luật chuyên động của Pit-tông và thanh truyền trên cơ sở đã biết quy luật chuyển động của trục khuỷu với giả thuyết trục khuỷu quay với vân tốc góc là hằng số

- Trong động cơ đốt trong kiểu piston, cụm chỉ tiết chuyển động chính (piston, thanh truyền, trục khuỷu) làm việc theo nguyên tắc sau:

- Nhóm piston chuyển động tịnh tiến lên xuống truyền lực khí thé cho thanh truyền

- Nhóm thanh truyền là chỉ tiết chuyên động trung gian có chuyên động phức tạp dé biến chuyến động tịnh tiến của piston thành chuyên động quay của truc khuyu

- Trục khuỷu là chỉ tiết máy quan trọng nhất, có chuyển động quay và truyền công suất của động cơ ra ngoài đê dẫn động các máy công tác khác

- Sơ đồ cơ cầu trục khuỷu — thanh truyền động cơ kiêu trục khuỷu cắt đường tâm xylanh

Hình 3.1 Sơ đồ cơ cầu trục khuju thanh truyền

Trang 20

3.2 Động học của piston (theo phương pháp giải tích)

- Với giả thiết trục khuỷu quay với vận tốc góc œ = const, thì góc quay trục khuỷu œ tỷ lệ

thuận với thời gian, còn tat ca các đại lượng động học là các hàm phụ thuộc vào biến sốœ 3.2.1 Chuyén vi cia piston

- Chuyên vị của piston trong xylanh động cơ tính theo công thức sau:

S,=R|L1—cos øl+2[I—cosa] 4

Với S,: Chuyén vi cua piston

a: Goec quay trục khuyu

R: Bán kính quay trục khuỷu

À: Thông số kết cầu

Trang 21

- Vi phân phương trình chuyển vị theo thời gian

“=, Mav ,=Ro sina+4 sin2a

Trang 22

Vi phân phương trình tốc độ đối với thời gian, ta có công thức tính gia tốc của piston

_d _ d = x === „ đu _ d x w= Rw’ (cosa+Acos 2a)

“dt da dt da

Từ công thức (3), cho thay gia téc piston là tổng hai hàm điều hòa cấp I và cấp II

J=J,+J,=3J,=Ro cosa=J,=Ro Acos2a

Trang 23

330 360 -5000

-10000

-15000

Hinh 3 4 Biéu dé gia toc

3.3 Phân tích động lực học cơ cấu thanh truyền - truc khuyu

3.3.1 Sơ đồ lực và moment tác động lên cơ cấu

Trang 24

Đồ án tính toán thiết uỳnh Giang

mo’

Hinh 3 5 Co cau truc khuyu thanh truyén

¢ Py: Lue khi thé tac dung lén dinh piston

® P, Lye quan tinh (vang) cua khéi long cae chi tiét chuyên động thắng

e Ps: Luc téng cong tac dung 1én piston

¢ N: Lye ngang tac dụng lên vách xylanh, có hướng vuông góc với đường tâm

® Py: Luc dọc theo đường tâm thanh truyền

©Z: Lực pháp tuyến theo hướng nối tử tâm chốt đến tâm cổ khuỷu

® M,: Moment xoan cua trục khuýu

¢ M.: Moment lật của động cơ

® Pụ: Áp suất khí thể trong xylanh, (MN/m?)

e F,; diện tích tiết diện của piston, (m°)

Trang 25

- Lực khí thê là một đại lượng thay đôi theo góc quay của trục khuỷu: Pu = Ñ( ), xác định được từ áp suất khí thê pkt ở tính toán nhiệt của động cơ tại chế độ công suất cực

đại

3.3.3 Lực quán tính của các chỉ tiết chuyển động

- Lực quán tính được xác định theo công thức sau:

Pa =mxJ

m: khối lượng của các chỉ tiết chuyên động

® _J: gia tốc chuyến động của các chỉ tiết

® mạ—=m; 1n; + m

mạ: khối lượng nhóm piston

¢ m,: khdi luong cua piston

¢ m, khdi luong cla xéc — mang

¢ m.: khối lượng của chốt piston

- Khối lượng của khuỷu trục (các chỉ tiết chuyên động quay)

Trang 26

Ming x R x o'=m,po'=2 XM SM py

- Khối lượng chuyển động quay của trục khuỷu:

_ _ p m„ =mcạx F2 Me =Mepnxt 2M, * R

- Khối lượng của thanh truyền:

e Trọng tâm của hệ tương đương phải trùng với trọng tâm thực của thanh truyền:

ma #¡+ mp.Ý; =0 —> ma f,= mp (/— f¡)

e Tổng moment quán tính của các khối lượng thay thế đối với trọng tâm phải bằng moment quán tính thức của thanh truyền đối với trọng tâm của nó

Ji =ma 7 +mẹ /2= ma (7 +m,(6-0,)

e Các khối lượng thay thế (khối lượng tương đương) phải nằm trên một đường

thẳng và di qua trọng tâm thanh truyền thực

- Từ các phương trình trên ta suy ra:

J J J

ma=—*; mp= —*—; mo=mn- ————

ti C(f—2£,) (—61)4:

- Hiện nay đối với các loại động cơ ô tô khối lượng quy về đầu nhỏ và đầu to thanh

truyền xác định theo công thức kinh nghiệm sau:

Trang 27

3.3.4 Lực quán tính (văng thắng) của khối lượng chuyền động tịnh tiến

oe 2 2 2

P j=—m,.j=—mjRe@ (cosa+Acos2a)>P,=—m,R@ cosa P jy=—m,;R@ Acos2a

e Py: Lye quan tính tịnh tiến cấp I

¢ Py: Lye quan tinh tịnh tiến cấp II

® P,=P, + Py: lacac ham diéu hoa voi chu ky cua P; tg voi 1 vòng quay trục khuyu va chu ky cua Pjn img voi 1⁄2 vòng quay trục khuyu

- Lực P; luôn luôn tác dụng trên đường tâm xylanh và có hướng thay đổi khi piston đôi chiều chuyên động Khi piston ở ĐCT, P¡ mang đấu âm, chiều quay lên phía trên (chiều

ly tâm với trục khuýu)

- Khi piston ở ĐCD, P, có dấu đương và chiều quay xuống (hướng vảo tâm trục khuỷu) 3.3.5 Lực quán tính (ly tâm) của khối lượng chuyền động quay P«

P„=—m, Ro°=const 3.3.6 Hệ lực tác động lên cơ cấu

- Lực tác động lên đỉnh piston là hợp lực khí thé va lye quan tính của khối lượng chuyên động tịnh tiên, do chúng tác dụng trên đường tâm xylanh nên lực tổng hợp của chúng có phương tác dụng trên đường tâm xylanh và có giá trị bằng tổng đại số của hai lực này

P;=Pu+P,, (MN

- Lye Ps được phân thành lực tác dụng dọc tâm thanh truyền P, và lực ngang N ép lên

thành xylanh, các lực này xác định băng công thức sau:

_— Ps -N-—

Pụu= cos B ;N=P;,igB

- Lực Pa sau khi đời xuống tâm chốt khuỷu lại được phân thành hai thành phần lực: lực tiếp tuyến T, sinh ra moment quay vả lực pháp tuyến Z„ gây uốn trục khuyu Chúng được tính bằng quan hệ sau

(a+)

T=P,sin(.a+B)=P, xsin cos f ¿¿Z=P,cos(¿a+B)=P, x cos Lê%*8Ì ¿„

cos B

Trang 28

- Sau khi tính toán các giá trị lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z và lực ngang N theo góc

quay truc khuyu thi ta thu được các đề thị biểu điễn lực tác động lên cơ cầu trục khuyu —

thanh truyền như sau:

Trang 29

Trang 30

Hình 3 7 Biéu do lực

Trang 31

3.4 Chọn các thông số cho tính toán nhiệt:

3.4.1 Áp suất không khí nạp (pu)

- Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyên: p, = 0,1013 (MN/m’) 3.4.2 Nhiệt độ không khí nạp mới (T,)

- Nhiệt độ không khí nạp là một thông số rất quan trọng, nó không những quyết định cho việc sây nóng hay không sấy nóng khí nạp mới mà còn ảnh hưởng tới khá năng nạp đầy

khí nạp mới vào xi-lanh động cơ Nhiệt độ khí nạp mới chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường nơi động cơ hoạt động Nhiệt độ trung bình của nước ta là 29°%C

- Do đó: Ts= (ta + 273)°K = 29 + 273 = 302 (°K)

3.4.3 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (T:)

- Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp 7; tương đương với 7:

- Đối với động cơ bốn kỳ không tăng áp: T, = T, = 302 (°K)

3.4.4 Áp suất cuối quá trình nạp (p.)

- Áp suất p của động cơ bồn kỳ không tăng áp thường nhỏ hơn 0; /¿< p„) vì khi đi vào đường ống nạp thường gặp lực cán của bầu lọc không khí

- Động cơ 4 kỳ không tăng áp: pa = 0,8.p, = 0,8.0,1013 = 0,08104 (MN/m”)

3.4.5 Chọn áp suất khí sót (p.)

- Áp suất khí sót là một thông số quan trọng đánh giá mức độ thải sạch sản phâm cháy ra

P, = Py + Ap,

khỏi Ap,

xi-lanh động cơ Áp suất khí sót được xác định bằng quan hệ sau:

- Với là tổn thất trong quá trình thai, chủ yếu phụ thuộc vào trở lực trên đường thải (động

cơ có lắp bình tiêu âm, thiết bị xử lý khí thải, bình chứa khí thải hay không), tốc độ quay của động cơ vả tiết điện lưu thông của họng xupap thải

Trang 32

- Giá trị áp suất khí sót p; phụ thuộc vảo các yêu tố:

® - Diện tích thông qua của các xupap xả

s - Biên độ, độ cao, góc mở sớm, đóng muộn của xupap xa

® - Động cơ có lắp tăng áp bằng khí xa hay không

® - Độ cản của bình tiêu âm, bệ xúc tác khi xã

- Đối với động cơ xăng chọn p, = 0,12 (MN/m?)

3.4.6 Nhiệt độ khí sót (T,)

- Giá tri của 7, phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như tỷ số £® nén, thành phần hỗn hợp, tốc độ quay n, góc đánh lửa sớm (ở động cơ xăng), hoặc góc phun sớm nhiên liệu (ở động co Diesel)

- Giá trị của ty số nén càng cao thì khí cháy giãn nở càng nhiều nên 7, càng thấp Xi-lanh thành phần hỗn hợp càng phù hợp thì quá trình cháy xảy ra cảng nhanh, ít cháy rớt nên 7, cảng giảm

- Nếu góc phun sớm nhiên liệu quá nhỏ thì quá trình cháy rớt tăng lên nên 7; cao

- Đối với động cơ xăng chọn T = 1000 (°K)

3.4.7 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (AT)

- Khí nạp mới khi chuyên động trong đường ống nạp vào trong xy lanh động cơ do tiếp xúc với vách nóng nên được sấy nóng lên một trị số nhiệt độ 1a AT

- Mức độ sây nóng khí nạp mới phụ thuộc vào tốc độ lưu thông của khí nạp, thời gian nạp

dài hay ngăn, ngoài ra cũng phụ thuộc vào mức độ chênh lệch nhiệt độ giữa bê mặt tiếp

xúc của xylanh với khí nạp

Theo [20] trang 32, độ tăng nhiệt độ AT được xác định theo thực nghiém AT = 10

+25'K Do động cơ có đường nạp ngắn nên sự tiếp xúc giữa khí nạp và thành động cơ ít

nên ta chọn 47 ở giới hạn thấp AT = 10 (°C)

3.4.8 Chọn hệ số nạp thêm ˆ¿

- Hệ số nạp thêm A, biểu thị sự tương quan lượng tương đối của hỗn hợp khí công tác sau khi nạp thêm so với lượng khí công tác chiếm chỗ ở thé tích Vụ Động cơ thiết kế có tốc

độ cao, cơ cầu phân phối khí hiện đại, có đường ống nạp đài tạo quán tính lớn cho đòng

khí nạp có thé chon A, & giới hạn cao

- Đối với động co xang chon A, = 1,07

Trang 33

Đồ án tính toán thiết kế ĐCĐT GVHD: Lương Huỳnh Giang 3.4.9 Chọn hệ số quét buồng cháy 2;

- Đối với động cơ không tăng áp do không có quét buông cháy nên chọn ^¿ = I

Trang 34

Đồ án tính toán thiết kế ĐCĐT GVHD: Lương Huỳnh Giang Chương VI: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU - THANH

TRUYÈN

4.1 Phân tích động lực học

- Phần tính toán động lực học nhằm xác định quy luật biến thiên của lực khí thể vả lực

quán tính và hợp lực tác dụng lên piston cũng như các lực tiếp tuyến tác dụng lên bề mặt

cỗ khuyu, cổ trục và bạc đầu to thanh truyền Từ các đề thị vector phụ tải ta biết được ] cách định tính tỉnh trạng chịu lực của bề mặt và mức độ đột biến của tải thông qua hệ 36

+ Trục khuỷu là chỉ tiết máy quan trọng nhất có chuyên động quay và truyền công suất của động cơ ra ngoài đê dẫn động các máy công tác khác

- Chọn kết câu trục khuỷu — thanh truyền: trục khuỷu cắt đường tâm xylanh

4.2 Sơ đồ lực và moment tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu — thanh truyền 1 xylanh

Trang 35

Hình 4 1 Sơ đồ lic va moment tac dung lén co cau truc khuyu-thanh truyền I

xylanh

- Ghi cht:

¢ Py: Lye khi thé tac dung 1én piston

e P,; Lye quan tinh ctia cac chỉ tiết chuyển động thắng

e Ps: Luc téng céng tác dụng lên đỉnh piston

¢ N: Lye ngang tac dụng lên vách xylanh có hướng vuông góc với đường tâm xylanh

® Py: Luc dọc theo đường tâm thanh truyền

® -T: Lực tiếp tuyến vuông góc với lực pháp tuyến

¢ My: Moment lat déng co

4.3 Vẽ đồ thị lực quán tính

Phương pháp

- Các chỉ tiết máy trong cơ cầu khuỷu trục thanh truyền tham gia vào chuyển động tịnh tiến bao gồm các chỉ tiết trong nhóm piston và khối lượng của thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền

m =m, +m, [kg]

- Trong do:

¢ my: Khéi hrong nhom piston Theo dé ta co my, = 0.24947 [kg]

¢ mị: Khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu nhỏ thanh truyền

- Được chọn tùy theo loại động cơ ôtô máy kéo hay tàu thủy, tĩnh tại Vì động cơ đang thiết kế có các thông số phù hợp với động cơ ôtô máy kéo nên ta chọn mị trong khoáng

Trang 36

- D6 thi P; nay vé chung voi dé thi cong P-V

- _ Cách vẽ tiễn hành tương tự như cách vẽ đồ thị J - S, với:

BD=——“*= 153.90 [mm]

H P i

_-3m:R:À:@` _

Hp i

Trang 37

Trang 38

Trang 39

+ Trên trục Oơ ta chia 10° một, ứng với tỷ lệ xích u„ = 2 [°4mm]

+ Kết hợp đề thị Brick va dé thi công như ta đã vẽ ở trên, ta tiến hành khai triển như sau:

+ Từ các điểm chia trên đồ thi Briek, dóng các đường thắng song song voi OP va cat dé thị công tại các điểm trên các đường biếu diễn các quá trình nạp, nén, cháy - giãn nở và thải Qua các giao điểm này ta kẻ các đường ngang song song với trục hoành sang hệ trục

toạ độ OPơ

+ Từ các điểm chia trên trục Oœ, kẻ các đường song song với trục OP, những đường này cắt các đường đóng ngang tại các điểm ứng với các góc chia của đồ thi Brick va phu hop với quá trình làm việc của động cơ Nối các giao điểm này lại ta có đường cong khai triển

đỗ thị P¿ - œ với tỷ lệ xích :

Up = 6,49765E-05 [MN/(m?.mm)]

u„ =2 [mm]

- Vẽ P¡— œ

+ Cách vẽ đồ thị khai triển này giống như cách vẽ đồ thị khai triển P„ - ơ Tuy nhiên, trên

đỗ thị p - V thì giá trị của lực quán tinh là — P; nên khi chuyển sang đồ thị P-ơ ta phải đôi dấu

Trang 40

Giá trị đo (mm) Gia trị vẽ

Tiêu đề	Tính Toán Động Học Cơ Cấu Trục Khuỷu - Thanh Truyền
Tác giả	Phan Công Công Việc
Người hướng dẫn	Ts. Lương Huỳnh Giang
Trường học	Trường Đại Học Cảnh Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Động Lực
Thể loại	Đồ Án Tính Toán Thiết Kế ĐCĐT
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	138
Dung lượng	30,51 MB