Tính toán thiết kế động cơ X74-0613 LỜI NÓI ĐẦU Những 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 góp 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. Sau khi được học hai môn chính của ngành động cơ đốt trong (Nguyên lý động cơ đốt trong, Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong) cùng một số môn cơ sở khác (sức bền vật liệu, cơ lý thuyết, vật liệu học, .), sinh viên được giao nhiệm vụ làm đồ án môn học kết cấu và tính toán động cơ đốt trong. Đây là một phần quan trọng trong nội dung học tập của sinh viên, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết một vấn đề cụ thể của ngành. Trong đồ án này, em được giao nhiệm vụ tính toán và thiết kế hệ thống bôi trơn của động cơ theo các thông số kĩ thuật. Đây là một hệ thống không thể thiếu trong động cơ đốt trong. Đây là một hệ thống quan trọng trong động cơ đốt trong. Nó dùng để bôi trơn các chi tiết trong quá trình làm việc. Nhằm bảo vệ và giảm ma sát giữa các bề mặt làm việc của chi tiết. Đồng thời nó cũng đóng vai trò là môi chất làm mát. Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu các tài liệu, làm việc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án tốt nhất. Tuy nhiên, vì bản thân còn ít kinh nghiệm cho nên việc hoàn thành đồ án lần này không thể không có những thiếu sót. Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các Thầy, Cô đã tận tình truyền đạt lại những kiến thức quý báu cho em. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy NGUYỄN QUANG TRUNG đã quan tâm cung cấp các tài liệu, nhiệt tình hướng dẫn trong quá trình làm đồ án. Em rất mong muốn nhận được sự xem xét và chỉ dẫn của các thầy để em ngày càng hoàn thiện kiến thức của mình. Đà nẵng, ngày .tháng .năm . Sinh viên thực hiện - 1- Tính toán thiết kế động cơ X74-0613 1. PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC: 1.1 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG: 1.1.1 Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén: Ta có: phương trình đường nén đa biến: p.V n1 =const, do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì [1]: 11 n nxnx n cc VpVp = Từ đó rút ra: 1 1 . n c nx cnx V V pp         = Đặt: c nx V V i = Khi đó, áp suất tại điểm bất kỳ x: 1 n c nx i p p = [MN/m 2 ] (1.1) Ở đây: 1 . n ac pp ε = - áp suất cuối quá trình nén. Trong đó: + P a : áp suất cuối quá trình nạp. Động cơ bốn kỳ không tăng áp: p a = (0,8 ÷ 0,9)p k . Chọn: p a = 0.88p k . Với: p k : áp suất trước xu páp nạp. Chọn p k = p 0 = 0,1 [MN/m 2 ]. Vậy: P a = 0,88.0,1 = 0,088 [MN/m 2 ]. + ε: tỷ số nén, ε = 9,5. + n 1 : Chỉ số nén đa biến trung bình, n 1 = (1,34 ÷ 1,39).Chọn: n 1 = 1,34. Suy ra: 34,1 5,9.088,0 = c p =1,797 [MN/m 2 ]. 1.1.2 Xây dựng đường cong áp suất trên đường giãn nở: Phương trình của đường giãn nở đa biến là [1]: p.V n2 = const, do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì: 22 n gnxgnx n zz VpVp = - 2- Tính toán thiết kế động cơ X74-0613 Từ đó rút ra: 2 1 . n z gnx zgnx V V pp         = Trong đó: + p gnx và V gnx :là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường giãn nở. + p z : áp suất cực đại, theo đề cho: p z = 4,4 [MN/m 2 ]. + V z : Thể tích tại áp suất cực đại: V z = ρ.v c . Với ρ: tỷ số giãn nở sớm, ρ= 1. + n 2 : chỉ số giãn nở đa biến, n 2 = (1,23 ÷1,27). Chọn n 2 = 1,23. Ta đặt: c gnx V V i = Suy ra: 2 2 . n n zgnx i pp ρ = [MN/m 2 ] (1.2) 1.1.3. Lập bảng tính: Từ các công thức (1.1) và (1.2), kết hợp với việc chọn các thể tích V nx và V gnx ta tính được các giá trị áp suất p nx và p gnx . Bảng 1.1: Các điểm áp suất trên đường nén và đường giãn nở: V xl V x i Đường nén Đường giãn nở i n1 1/i n1 P c /i n1 i n2 1/i n2 P z .ρ n2 /i n2 0.05 1Vc 1 1 1 1.80 1 1 4.40 0.08 1.5Vc 1.5 1.72 0.58 1.04 1.65 0.61 2.67 0.10 2Vc 2 2.53 0.40 0.71 2.35 0.43 1.88 0.13 2.5Vc 2.5 3.41 0.29 0.53 3.09 0.32 1.43 0.16 3Vc 3 4.36 0.23 0.41 3.86 0.26 1.14 0.18 3.5Vc 3.5 5.36 0.19 0.34 4.67 0.21 0.94 0.21 4Vc 4 6.41 0.16 0.28 5.50 0.18 0.80 0.23 4.5Vc 4.5 7.50 0.13 0.24 6.36 0.16 0.69 0.26 5Vc 5 8.64 0.12 0.21 7.24 0.14 0.61 0.29 5.5Vc 5.5 9.82 0.10 0.18 8.14 0.12 0.54 0.31 6Vc 6 11.03 0.09 0.16 9.06 0.11 0.49 0.34 6.5Vc 6.5 12.28 0.08 0.15 10.00 0.10 0.44 0.36 7Vc 7 13.57 0.07 0.13 10.95 0.09 0.40 0.39 7.5Vc 7.5 14.88 0.07 0.12 11.92 0.08 0.37 0.41 8Vc 8 16.22 0.06 0.11 12.91 0.08 0.34 0.44 8.5Vc 8.5 17.60 0.06 0.10 13.91 0.07 0.32 0.47 9Vc 9 19.00 0.05 0.09 14.92 0.07 0.29 0.49 9.5Vc 9.5 20.42 0.05 0.09 15.94 0.06 0.28 Chọn tỷ lệ xích: μ v = V c /15=0,003455 [dm 3 /mm]. - 3- Tính toán thiết kế động cơ X74-0613 μ p = P z /180 = 0,024444 [MN/m 2 .mm]. Bảng1.2:Giá trị biểu diễn các điểm áp suất trên đường nén và đường giãn nở: V xl P nx P gnx P 0 15 73.51 180.00 4.09 22.5 42.71 109.32 4.09 30 29.05 76.74 4.09 37.5 21.54 58.32 4.09 45 16.87 46.60 4.09 52.5 13.72 38.55 4.09 60 11.47 32.71 4.09 67.5 9.80 28.30 4.09 75 8.51 24.86 4.09 82.5 7.49 22.11 4.09 90 6.66 19.87 4.09 97.5 5.99 18.00 4.09 105 5.42 16.44 4.09 112.5 4.94 15.10 4.09 120 4.53 13.95 4.09 127.5 4.18 12.94 4.09 135 3.87 12.07 4.09 142.5 3.60 11.29 4.09 1.1.4 Xác định các điểm đặc biệt và hiệu chỉnh đồ thị công: Vẽ hệ trục tọa độ (V,P) với các tỷ lệ xích: μ v = 0,0034555 [dm 3 /mm] μ p = 0,0244444 [MN/m 2 .mm]. Xác định các điểm đặc biệt: + Điểm r(V c ;P r ) V c : thể tích buồng cháy: 1 − = ε h c V V (1.3) V h : thể tích công tác: 5.85. 4 81.1416,3 . 4 . 22 == S D V h π = 440582,3037 [mm 3 ]= 0,441 [dm 3 ]. Suy ra: 15,9 44058234,0 − = c V = 0.052 [dm 3 ]. Như vậy động cơ ta khảo sát là động cơ tốc độ cao, do đó áp suất khí sót P r được xác định theo [1]: P r = (1,05÷1,1)P 0 Vì động cơ không tăng áp, có lắp bình tiêu âm trên đường thải nên thay P 0 ở trên bằng áp suất trên đường thải P th , theo [1]: P th = (1,02÷1,04)P 0 - 4- Tính toán thiết kế động cơ X74-0613 Chọn P th = 1,04.P 0 và P r = 1,08.P th Suy ra: P r = 1,08.P th = 1,08.1,04.P 0 = 1,08.1,04.0,1= 0,112 [MN/m 2 ]. + Điểm a(V a ;P a ) V a : thể tích toàn phần: V a = V h +V c = 0,441+0,052= 0,492 [dm 3 ]. P a : áp suất cuối quá trình nạp, P a = 0,088 [MN/m 2 ]. + Điểm b(V a ;P b ) P b : áp suất cuối quá trình giãn nở: 23,1 5,9 4,4 . 2 2 == n n zb PP ε ρ = 0,276 [MN/m 2 ]. + Điểm c(V c ;p c ) P c : áp suất cuối quá trình nén 34,11 5,9.088,0. == n ac PP ε = 1,797 [MN/m 2 ]. + Điểm y(V c ;P z ) V c : thể tích buồng cháy, V c = 0,052 [dm 3 ]. P z : áp suất cực đại, P z = 4,4 [MN/m 2 ]. + Điểm z(V z ;P z ) V z : thể tích tại áp suất cực đại: V z = ρ.V c = 0,052[dm 3 ]. Bảng 1.3: Giá trị các điểm đặc biệt: Giá trị biểu diễn Giá trị thật r Vc 15 0.052 Pr 4.58 0.112 a Va 142.5 0.492 Pa 3.60 0.088 b Va 142.5 0.492 Pb 11.29 0.276 c Vc 15 0.052 Pc 73.53 1.797 y Vc 15 0.052 Pz 180 4.400 z Vz 15 0.052 - 5- Tính toán thiết kế động cơ X74-0613 Pz 180 4.400 1.1.5. vẽ đồ thị công: Để vẽ đồ thị công ta thực hiện các bước sau: + Chọn tỷ lệ xích: 15 052,0 15 == c v V µ = 0,0034555 [dm 3 /mm] 180 4,4 180 == z p p µ = 0,0244444 [MN/m 2 .mm]. + Vẽ hệ trục tọa độ trong đó: trục hoành biểu diễn thể tích xilanh, 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 ta 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 p a và p r . Ta có được đồ thị công lý thuyết. + Hiệu chỉnh đồ thị công: Vẽ đồ thị Brick phía trên đồ thị công. Vẽ vòng tròn tâm O, bán kính R= S/2 = 85,5/2= 42,75 [mm]. Chọn tỷ lệ xích đồ thị Brick: 441,0 0034555,0.5,85 . == h v s V S µ µ = 0,670588235 [mm/mm]. Giá trị biểu diễn của R là: 670588235,0 75,42 == s R R µ = 63,75 [mm]. Từ O lấy đoạn OO’ dịch chuyển về phía điểm chết dưới một đoạn: 2 . ' λ R OO = Với λ là tham số kết cấu: λ=0,25 Giá trị biểu diễn là: 6070588235,0.2 25,0.75,42 .2 . ' == s R OO µ λ = 7,96875 [mm]. Dùng đồ thị Brick để xác định các điểm • Đánh lửa sớm c’. • Mở sớm (b’), đóng muộn (r’’) xupáp thải. • Mở sớm (r’), đóng muộn (a’’) xupáp nạp. - 6- Tính toán thiết kế động cơ X74-0613 Áp suất cực đại của chu trình thực tế thường nhỏ hơn áp suất cực đại trong tính toán: P z’ = 0,85P z = 0,85.4,4= 3,75 [MN/m 2 ]. Vẽ đường đẳng áp P z’ = 3,75 [MN/m 2 ]. Xác định các điểm trung gian: • Trên đoạn cy lấy điểm c” với c”c= 1/3 cy. • Trên đoạn yz lấy điểm z” với yz”= 1/2 yz. • Trên đoạn ab lấy điểm b” với bb”= 1/2 ab. 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. - 7- Tính toán thiết kế động cơ X74-0613 Hình 1-1.Đồ thị công. - 8- )/(593,0 )/(00484,0 )./(0186,0 3 2 mmmm mmdm mmmMN s v p = = = µ µ µ Tính toán thiết kế động cơ X74-0613 1.2. ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN: Động cơ đốt trong kiểu piston thường có vận tốc lớn, nên việc nghiên cứu tính toán động học và động lực học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền (KTTT) là cần thiết để tìm quy luật vận động của chúng và để xác định lực quán tính tác dụng lên các chi tiết trong cơ cấu KTTT nhằm mụch đích tính toán cân bằng, tính toán bền của các chi tiết và tính toán hao mòn động cơ… Trong động cơ đốt trong kiểu piston cơ cấu KTTT có hai loại là loại giao tâm và loại lệch tâm. Ta xét trường hợp cơ cấu KTTT giao tâm. Động học của cơ cấu giao tâm: Cơ cấu KTTT giao tâm là cơ cấu mà đường tâm xilanh trực giao với đường tâm trục khuỷu tại 1 điểm (hình vẽ). Hình 1-2 Sơ đồ cơ cấu khuỷu trục thanh truyền giao tâm. - 9- DCD DCT x C O S D A B’ α l R B β O - Giao điểm của đường tâm xilanh và đường tâm trục khuỷu. C - Giao điểm của đường tâm thanh truyền và đường tâm chốt khuỷu. B' - Giao điểm của đường tâm xy lanh và đường tâm chốt piston. A - Vị trí chốt piston khi piston ở ĐCT B - Vị trí chốt piston khi piston ở ĐCD R - Bán kính quay của trục khuỷu [m] l - Chiều dài của thanh truyền [m] Tính toán thiết kế động cơ X74-0613 1.2.1. Xác định độ dich chuyển (x) của piston bằng phương pháp đồ thị Brick: R. λ/2 O' ÂCD D x S=2R ÂCT α O α C A B R 180 α M 0 X=f( α) x S=2R (S=Xmax) 90 α Hình 1- 3: Phương pháp xây dựng đồ thị chuyển vị piston bằng đồ thị Brick + Theo phương pháp giải tích chuyển dịch x của piston được tính theo công thức: )]2cos1.( 4 )cos1[( α λ α −+−≈ Rx + Các bước tiến hành vẽ như sau: Chọn tỷ lệ xích: 441,0 0034555,0.5,85 . == h v s V S µ µ = 0,67059 [mm/mm]. μ α = 2 [độ/mm]. + Vẽ đường tròn tâmO,bán kính: R= S/2= 85,5/2= 42,75[mm]. Giá trị biểu diễn của R là: 67059,0 75,42 == s R R µ = 63,75 [mm]. + Từ O lấy đoạn OO’ dịch chuyển về phía điểm chết dưới một đoạn: 2 . ' λ R OO = Với λ là tham số kết cấu: λ = 0,25 Giá trị biểu diễn là: 607059,0.2 25,0.75,42 .2 . ' == s R OO µ λ = 7,96875 [mm]. - 10-