Tính toán xây dựng bản vẽ đồ thị
Các thông số đề
Bảng 1.1: Các thông số cho trước của động cơ
THÔNG SỐ KỸ THUẬT KÝ HIỆU GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ
Số xilanh/ Số kỳ/ Cách bố trí i/ τ 6/ 4/ In-line
Tỷ số nén ε 16,8 Đường kính piston D 130 mm
Công suất cực đại/ số vòng quay Ne 235 kW n 1846 v/ph
Tham số kết cấu λ 0,24 Áp suất cực đại pz 9,5 MN/m 2
Khối lượng nhóm piston mpt 1,9 kg
Khối lượng nhóm thanh truyền mtt 2,4 kg
Góc phân phối khí α1 17 độ α2 57 độ α3 68 độ α4 15 độ
Hệ thống nhiên liệu Bocsh VE – Type pump
Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cascte ướt
Hệ thống làm mát Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng
Hệ thống nạp Turbo Charger Intercooler
Hệ thống phân phối khí 12 Valve, OHV
Các thông số tính chọn
Để thiết kế động cơ hiệu quả, cần xác định và lựa chọn các thông số thiết kế phù hợp dựa trên các dãy số kinh nghiệm Việc này đảm bảo quá trình tính toán động cơ đạt hiệu suất cao.
- Tốc độ trung bình của động cơ: nhằm mục đích dễ lựa chọn các thông số tính toán phù hợp cho động cơ được chọn.
S [m]: hành trình dịch chuyển của piston trong xilanh. n [vòng/ phút]: tốc độ quay của động cơ.
C m m s m s : động cơ tốc độ cao hay động cơ cao tốc
Chỉ số nén đa biến trung bình của động cơ diesel phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tỷ lệ hòa khí, loại buồng cháy và các thông số kết cấu động cơ Nó được xác định gần đúng theo phương trình cân bằng nhiệt để giải thích rõ bản chất của nó.
- Chỉ số nén đa biến trung bình : n 1 = 1,35 Trang 10 - [1]
- Chỉ số giãn nở đa biến trung bình : n 2 = 1,27 Trang 10 - [1]
- Áp suất khí cuối kì nạp:
Vì là động cơ bốn kì tăng áp: pa = (0,8÷ 0,96) × pk Đối với động cơ tăng áp tuabin khó
- Áp suất cuối kì nén: pc = pa × ε n 1 = 8.57 [MN/m 2 ]
- Chọn tỷ số dãn nở sớm: động cơ diesel ρ = 1,3
- Áp suất cuối quá trình giãn nở:
Vì là động cơ cao tốc: p r 1,05 1,1 p th (chọn 1,1) (1.8)
Đồ thị công
Các thông số xây dựng đồ thị
- Để xây dựng được đồ thị công theo cách tính toán thì ta chú yếu quan tâm đến đường nén và cháy.
Pnx và Vnx đại diện cho áp suất và thể tích thay đổi trong quá trình nén của động cơ Quá trình nén này mang tính chất đa biến, ảnh hưởng đến hiệu suất và hoạt động của động cơ.
(1.2) Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vh thành khoảng , khi đó i = 1, 2 , 3, .
- Xây dựng đường giãn nở:
Áp suất Pgnx và thể tích Vgnx thay đổi trong quá trình giãn nở của động cơ Do quá trình giãn nở là một quá trình đa biến, điều này dẫn đến sự biến đổi phức tạp của các tham số này.
1 n nx nx n n nx nx c c n c nx c nx
2 n gnx gnx n n gnx gnx z z n z gnx z gnx
Ta có : VZ = ×VC Pgnx P Z
P Z ρ n 2 i n 21 (1.4) Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vh thành khoảng , khi đó i = 1, 2 , 3,
- Biểu diễn các thông số:
Biểu diễn thể tích buồng cháy: Vcbd = 10 mm
Giá trị biểu diễn thể tích công tác: hbd h 158 v
Biểu diễn áp suất cực đại: pzbd = 200mm
Đường kính của vòng tròn Brick AB tương đương với giá trị biểu diễn Vh, cụ thể là AB = Vhbd = 158 mm.
Giá trị biểu diễn của OO’: , , 9,5 bd 2
Bảng 1.2: Bảng giá trị đồ thị công động cơ xăng
V i V V(mm) Đường nén Đường giãn nở i n1 1/ i n1 p c /i n1 p n i n2 1/ i n2 p z ρ n2 /i n1 p gn
2VC 2 0,3 20 2,55 0,392 3,36 70,77 2,41 0,415 5,497 115,733VC 3 0,4 30 4,41 0,227 1,94 40,94 4,04 0,248 3,285 69,154VC 4 0,5 40 6,50 0,154 1,32 27,76 5,82 0,172 2,279 47,995VC 5 0,7 50 8,78 0,114 0,98 20,54 7,72 0,130 1,717 36,146VC 6 0,8 60 11,23 0,089 0,76 16,06 9,73 0,103 1,362 28,677VC 7 0,9 70 13,83 0,072 0,62 13,04 11,84 0,084 1,120 23,588VC 8 1,0 80 16,56 0,060 0,52 10,89 14,03 0,071 0,945 19,909VC 9 1,2 90 19,42 0,051 0,44 9,29 16,29 0,061 0,814 17,1310VC 10 1,3 100 22,39 0,045 0,38 8,06 18,62 0,054 0,712 14,9911VC 11 1,4 110 25,46 0,039 0,34 7,09 21,02 0,048 0,631 13,2812VC 12 1,6 120 28,63 0,035 0,30 6,30 23,47 0,043 0,565 11,8913VC 13 1,7 130 31,90 0,031 0,27 5,65 25,98 0,038 0,510 10,7414VC 14 1,8 140 35,26 0,028 0,24 5,12 28,55 0,035 0,464 9,7815VC 15 1,9 150 38,70 0,026 0,22 4,66 31,16 0,032 0,425 8,9616VC 16 2,0 160 42,22 0,024 0,20 4,27 33,82 0,030 0,392 8,2516,8VC 16,8 2,2 168 45,10 0,022 0,19 4,00 35,99 0,028 0,368 7,76
Cách vẽ đồ thị
Từ bảng giá trị ta tiến hành vẽ đường nén và đường giản nở.
Vẽ vòng tròn của đồ thị Brick để xác định các điểm đặc biệt:
Va = Vc + Vh = 2,18756 [dm 3 ] pa = 0,19 [MN/m 2 ]
- Điểm phun sớm: c’ xác định từ đồ thị Brick ứng với s;
Vc = 0,13021 [dm 3 ] V cbd 10 mm pc = 8,57[MN/m 2 ] cbd c 180, 4 p p p mm
- Điểm bắt đầu quá trình nạp: r (Vc ; Pr) = (0,13 ; 0,22) => rbd (10 ; 4,63)
- Điểm mở sớm của xupáp nạp: r’ xác định từ đồ thị Brick ứng với α1
- Điểm đóng muộn của xupáp nạp: a’ xác định từ đồ thị Brick ứng với α2
- Điểm mở sớm của xupáp thải : b’ xác định từ đò thị Brick ứng với α3
- Điểm áp suất cực đại lý thuyết: z (Vc ;Pz) = (0,169 ; 9,5) => zbd (13; 200)
- Điểm áp suất cực đại thực tế: z’’(/2.Vc ;Pz)
Bảng 1.3: Các điểm đặc biệt Điểm Giá trị thật Giá trị vẽ [mm]
V[dm 3 ] P[MN/m 2 ] V P a (Va, pa) 2,187 0.19 168 4 c (Vc, pc) 0,13 8,57 10 180,4 z (Vz, pz) 0.169 9,5 13 200
- Sau khi có các điểm đặc biệt tiến hành vẽ đường thải và đường nạp, tiến hành hiệu chỉnh bo tròn ở hai điểm z’’ và b’’.
Đồ thị Brick
Phương pháp
Hình 1.2 Phương pháp vẽ đồ thị Brick
- Vẽ vòng tròn tâm O, bán kính R Do đó AD = 2R = S = 78 [mm] Điểm A ứng với góc quay =0 0 (vị trí điểm chết trên) và điểm D ứng với khi
0 0 (vị trí điểm chết dưới).
Chọn tỷ lệ xích đồ thị Brick:
- Từ O lấy đoạn OO’ dịch về phía ĐCD như Hình 1.2 , với :
Giá trị biểu diễn : OO' OO' 9,5 bd 2
- Từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB , hạ M’C thẳng góc với AD Theo Brick đoạn AC = x Điều đó được chứng minh như sau:
- Ta có : AC = AO - OC= AO - (CO’ - OO’) = R- MO’ × cos +
Đồ thị chuyển vị
Phương pháp
- Muốn xác định chuyển vị của piston ứng với góc quay trục khuỷu là α 0 ,
Để xác định các điểm trên đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB, chúng ta cần hạ MC vuông góc với AD Điểm A tương ứng với góc quay α = 0° (vị trí điểm chết trên) và điểm D tương ứng với góc quay α = 180° (vị trí điểm chết dưới) Đoạn AC được ký hiệu là x.
Vẽ hệ trục vuông góc OSα, trong đó trục Oα biểu diễn giá trị góc và trục OS biểu diễn khoảng dịch chuyển của piston Tùy thuộc vào các góc α, ta có thể xác định khoảng dịch chuyển tương ứng của piston Từ các điểm trên vòng chia Brick, kẻ các đường thẳng song song với trục Oα Từ các điểm chia trên trục Oα, vẽ các đường song song với OS Các đường này sẽ giao nhau tại các điểm, và khi nối các điểm này lại, ta sẽ có đường cong biểu diễn độ dịch chuyển x của piston theo góc α.
Đồ thị chuyển vị
Hình 1-3: Đồ thị chuyển vị S = f()
Ý nghĩa của việc này là thể hiện sự dịch chuyển của piston tương ứng với góc quay của trục khuỷu Mỗi giá trị góc quay sẽ tạo ra một hành trình cụ thể cho trục khuỷu.
Bảng 1-4: Bảng giá trị đồ thị chuyển vị S = f(α)
Góc Giá trị thật Giá trị vẽ α S(m) V(m/s) S(mm) V(mm)
Xây dựng đồ thị vận tốc
Phương pháp
- Theo phương pháp giải tích vận tốc của piston được xác định theo công thức:
- Vẽ nửa đường tròn tâm O có bán kính R1:
- Giá trị biểu diễn của R1 là:
- Vẽ đường tròn tâm O bán kính đồng tâm với nửa đường tròn có bán kính R2
Chia đều nửa đường tròn bán kính R1 và đường tròn bán kính R2 thành 18 phần bằng nhau Tương ứng với góc α ở nửa đường tròn bán kính R1, góc ở đường tròn bán kính R2 sẽ là 2α Trên nửa đường tròn bán kính R1, mỗi điểm cách nhau 10 độ, trong khi trên đường tròn bán kính R2, mỗi điểm cách nhau 20 độ.
Trên nửa đường tròn R1, các điểm được đánh số từ 0 đến 18 theo chiều ngược kim đồng hồ, trong khi trên đường tròn bán kính R2, các điểm được đánh số từ 0’ đến 17’ theo chiều kim đồng hồ, cả hai hệ thống đều bắt đầu từ tia OA.
Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn bán kính R1, ta vẽ các đường thẳng vuông góc với đường kính AB, và từ các điểm chia trên vòng tròn bán kính R2, ta kẻ các đường thẳng song song với AB Các đường thẳng này sẽ cắt nhau theo từng cặp 0-0’; 1-1’; tại các điểm 0, a, b, c, Nối các điểm này lại bằng một đường cong và kết hợp với nửa vòng tròn bán kính R1 để biểu diễn trị số vận tốc v qua các đoạn A0, 1a, 2b, 3c, tương ứng với các góc 0, α1, α2.
3 18 Phần giới hạn của đường cong này và nửa vòng tròn lớn gọi là giới hạn vận tốc của piston.
Vẽ hệ tọa độ vuông góc OvS trùng với hệ tọa độ OαS, trong đó trục thẳng đứng Ov song song với trục Oα Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, kẻ các đường thẳng song song với trục Ov cắt trục OS tại các điểm 0, 1, 2, 3, …, 18 Từ các điểm này, đặt các đoạn thẳng A0, 1a, 2b, 3c, … song song với trục Ov, với khoảng cách bằng khoảng cách các đoạn A0, 1a, 2b, 3c, …, 0 Kết nối các điểm A, a, b, c, … để tạo thành đường cong biểu diễn vận tốc của piston v = f(S).
Đồ thị vận tốc V(S)
Hình 1.3 Đồ thị vận tốc V = f()
Ý nghĩa của việc này là để làm rõ mối liên hệ giữa vận tốc của piston và góc quay của trục khuỷu, đồng thời thể hiện mối quan hệ giữa hành trình của piston và vận tốc của nó.
Đồ thị gia tốc
Phương pháp
- Theo phương pháp giải tích lấy đạo hàm vận tốc theo thời gian ta có công thức để tính gia tốc của piston như sau:
- Giải gia tốc của Piston bằng phương pháp đồ thị thường dùng phương pháp TôLê Cách tiến hành cụ thể như sau:
- Lấy đoạn thẳng AB = S = 2R = 188 [mm]
- Từ A dựng đoạn thẳng : AC = Jmax = R× 2 ×(1+)
- Từ B dựng đoạn thẳng: BD = Jmin = - R× 2 ×(1-).
- Nối CD cắt AB tại E.
- Lấy EF = -3R 2 Nối CF và DF Phân đoạn CF và DF thành những đoạn nhỏ bằng nhau ghi các số 1 , 2 , 3 , 4 và 1’ , 2’ , 3’ , 4’ như trên hình 1.6.
- Nối 11’ , 22’ , 33’ , 44’ Đường bao của các đoạn thẳng này biểu thị quan hệ của hàm số: j = f(x).
Đồ thị gia tốc j = f(x)
- Chọn giá trị biểu diễn của Jmax là Jmaxbd = 50 [mm] max max
- Lấy đoạn thẳng AB trên trục OS, với:
- Tại A, dựng đoạn thẳng AC thẳng góc với AB về phía trên, với:
- Tại B, dựng đoạn thẳng BD thẳng góc với AB về phía dưới, với:
- Nối C với D cắt AB tại E, dựng EF thẳng góc với AB về phía dưới một đoạn:
Nối đoạn CF và DF, ta chia thành 8 đoạn nhỏ bằng nhau, đánh số thứ tự theo chiều từ C đến F trên đoạn CF và từ F đến D trên đoạn FD Các điểm chia được đánh dấu là 11', 22', 33', tạo thành đường cong biểu diễn gia tốc của piston, được biểu diễn dưới dạng J = f(x).
Dùng phương pháp TôLê ta có đồ thị như hình 1.6:
Hình 1.4 Đồ thị gia tốc j = f(x)
Gia tốc của piston biến thiên theo hành trình và góc quay của trục khuỷu, giúp xác định gia tốc cực đại và gia tốc cực tiểu của piston.
Vẽ đồ thị lực quán tính
Phương pháp
Để vẽ đồ thị lực quán tính, ta có công thức Pj = -m × j, từ đó suy ra -Pj = m × j Thay vì vẽ Pj, ta vẽ -Pj với trục hoành đi qua điểm po của đồ thị công Đồ thị -Pj tương ứng với j = f(x) có tỷ lệ xích khác Do đó, phương pháp TôLê có thể được áp dụng để vẽ đồ thị -Pj f(x).
Để áp dụng phương pháp cộng đồ thị -Pj với đồ thị công, -Pj cần có cùng thứ nguyên và tỷ lệ xích với đồ thị công Thay vì vẽ giá trị thực của -Pj, ta sẽ vẽ -Pj = f(x) tương ứng với một đơn vị diện tích đỉnh piston.
' npt m m m Kg Đối với động cơ ô tô máy kéo: m1 = (0,2750,350)×mtt m2 = (0,6500,725)×mtt
Khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến của nhóm Piston là 1,9 kg, trong khi khối lượng của nhóm Piston tổng cộng đạt 2,4 kg Đồng thời, khối lượng của nhóm thanh truyền được xác định và qui về đầu nhỏ.
1 0,3 tt 0,72 m m kg chọn khối lượng nhóm thanh truyền qui về đầu to: khi đó: m’ = 2,62 [kg]
- Để có thể cộng đồ thị lấy trục P0 làm trục hoành cho đồ thị -Pj
Đồ thị lực quán tính
- Tỷ lệ xớch của -pj: àpj = àp = 0,0475 [MN/m 2 mm]
- Giá trị biểu diễn của:
Hình 1.5 Đồ thị lực quán tính Pj
Đồ thị khai triển: P kt , P j , P 1 -
Vẽ P kt -
- Đồ thị Pkt- được vẽ bằng cách khai triển p theo từ đồ thị công trong 1 chu trình của động cơ (động cơ 4 kỳ: = 0, 10, 20, , 720 0 )
Để vẽ hệ trục tọa độ vuông góc OPα, ta đặt trục hoành Oα nằm ngang với trục p0 Đồ thị Pkt - α được xây dựng bằng cách đặt trục hoành của đồ thị mới ngang với trục chứa giá trị p0 ở đồ thị công Việc này thực hiện vì áp suất khí thể được tính theo công thức: pkt = p - p0.
- Trên trục O ta chia 10 o một, ứng với tỷ lệ xích = 2 [ 0 /mm].
- Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị công như ta đã vẽ ở trên, ta tiến hành khai triển như sau:
Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, vẽ các đường thẳng song song với OP để cắt đồ thị công tại các điểm trên các đường biểu diễn quá trình nạp, nén, cháy giãn nở và thải Từ các giao điểm này, kẻ các đường ngang song song với trục hoành sang hệ trục tọa độ OPα.
Từ các điểm chia trên trục Oα, vẽ các đường song song với trục OP, cắt các đường dóng ngang tại các điểm tương ứng với góc chia của đồ thị Brick và quá trình làm việc của động cơ Nối các giao điểm này để tạo thành đường cong khai triển đồ thị Pkt - α với tỷ lệ xích là μp = 0,0629.
Hình 1.6 Cách khai triển pkt α α
Vẽ P j -
Cách vẽ đồ thị công tương tự như cách khai triển đồ thị công, nhưng giá trị của điểm tìm được ứng với α được lấy đối xứng qua trục Oα Điều này xảy ra vì đồ thị trên trục tọa độ với đồ thị công là đồ thị -Pj.
- Sở dĩ khai triển như vậy bởi vì trên cùng trục toạ độ với đồ thị công nhưng -Pj được vẽ trên trục có áp suất pk.
Vẽ P 1 -
- P1 được xác định : P1 = Pkt + Pj
- Do đó P1 được vẽ bằng phương pháp cộng đồ thị
- Để có thể tiến hành cộng đồ thị thì P1 , Pkt và Pj phải cùng thứ nguyên và cùng tỷ lệ xích.
Đồ thị khai triển P kt , P j , P 1 -
Hình 1.7: Đồ thị khai triển Pkt, Pj, P1 – α
Xây dựng đồ thị T , Z , N -
Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
Hình 1.8 Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền
- Lực tác dụng trên chốt piston P1 là hợp lực của lực quán tính và lực khí thể Nó tác dụng lên chốt piston và đẩy thanh truyền.
Trong quá trình tính toán động lực học, các lực thường được tính trên đơn vị diện tích đỉnh piston Khi chia hai vế của đẳng thức cho diện tích đỉnh piston Fpt, ta có công thức p1 = pkt + pj [MN/m²], trong đó p1 = F P 1 p [MN/m²] và pj = F P j p [MN/m²].
- Phân tích p1 ra làm hai thành phần lực: ptt : tác dụng trên đường tâm thanh truyền
N: tác dụng trên phương thẳng góc với đường tâm xy lanh.
- Từ quan hệ lượng giác ta có thể xác định được trị số của ptt và N p tt = p 1 cos β ¿ } ¿¿¿ (1.14)
- Phân tích ptt làm hai thành phần lực: lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z
Xây dựng đồ thị T , Z , N -
- Từ đồ thị P1 - tiến hành đo giá trị biểu diễn của p1 theo = 0 0 , 10 0 , 20 0 , 30 0 ,
720 0 Sau đó xác định theo quan hệ:
Mỗi giá trị của α sẽ tương ứng với một giá trị β cụ thể Dựa vào các công thức đã thiết lập, chúng ta có thể xây dựng bảng giá trị cho đồ thị T, Z, N - α.
Bảng 1.5 Bảng giá trị T, N, Z- p 1 sin cos
Đồ thị T -
i: số xi lanh, τ: số kỳ
- Thứ tự làm việc của động cơ : 1 – 5 – 3 – 6 – 2 – 4
- Ta tính T trong 1 chu kỳ góc công tác ct 120 0
Khi trục khuỷu của xylanh thứ 1 nằm ở vị trí α1 = 0 0 thì:
Khuỷu trục của xylanh thứ 2 nằm ở vị trí α2 = 240 0
Khuỷu trục của xylanh thứ 3 nằm ở vị trí α3 = 480 0
Khuỷu trục của xylanh thứ 4 nằm ở vị trí α4 = 120 0
Khuỷu trục của xylanh thứ 5 nằm ở vị trí α5 = 600 0
Khuỷu trục của xylanh thứ 6 nằm ở vị trí α6 = 360 0
Dựa vào bảng tính T, hãy tra cứu các giá trị tương ứng mà Ti đã được tịnh tiến theo α Sau đó, tổng hợp tất cả các giá trị Ti để có được tổng T.
Bảng 1.6 Bảng giá trị ∑T-α α 1 T1 α 1 T2 α 1 T3 α 1 T4 α 1 T5 α 1 T6 Tổng T
- Để kiểm tra quá trình vẽ đúng hay sai, ta tính giá trị ∑ Ttb từ bản vẽ và ∑ Ttb từ số liệu của đề:
- Tính ∑ Ttb theo lý thuyết:
Ni là công suất chỉ thị của động cơ
m là hiệu suất cơ giới, các loại động cơ đốt trong hiện nay nằm trong giới hạn
n là số vòng quay của động cơ, n = 1846 [vòng/phút]
Fp là diện tích đỉnh piston
R: là bán kính quay của trục khuỷu
là hệ số hiệu đính đồ thị công
= 1 (khi vẽ đã hiệu chỉnh đồ thị công)
- Tính ∑ Ttb theo đồ thị:
- Vậy phương sai của phương pháp vẽ là
Đồ thị vectơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu
Đồ thị vectơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu giúp xác định lực tác động tại từng vị trí của trục khuỷu Từ đồ thị này, có thể tính toán trị số trung bình của phụ tải, cũng như xác định lực lớn nhất và lực nhỏ nhất Ngoài ra, đồ thị còn cho phép xác định khu vực chịu lực ít nhất, từ đó hỗ trợ trong việc xác định vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn và tính toán phụ tải khi đánh giá sức bền của trục.
- Từ bảng giá trị T , Z , chọn hệ trục toạ độ OTZ có chiều dương của trục Z là chiều hướng xuống dưới.
Đặt các giá trị cặp (T, Z) theo các góc lên hệ trục tọa độ T - Z, mỗi cặp giá trị (T, Z) tương ứng với một điểm Đánh dấu các điểm từ 0 đến 72 ứng với các góc từ 0 đến 720 độ Khi nối các điểm lại, ta thu được đường cong biểu diễn vectơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.
- Sau đó dời gốc toạ độ O theo phương chiều của trục Z đoạn bằng giá trị biểu diễn của PRobd
Giá trị khối lượng m2 ứng với một đơn vị diện tích đỉnh Piston:
- Chọn tỉ lệ xích: T = Z = p = 0,0475 [MN/(m 2 mm)
- Giá trị biểu diễn của PRo:
Hình 1.11: Đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu
Tính toán và vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền
Để xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền, cần đặt tờ giấy bóng chồng lên đồ thị phụ tải của chốt khuỷu sao cho tâm O của cả hai đồ thị trùng nhau Sau đó, xoay tờ giấy bóng để các điểm 0°, 10°, 20°, 30°, … trùng với trục +Z của đồ thị phụ tải chốt khuỷu.
- Đồng thời đánh dấu các điểm đầu mút của các véc tơ Q 0 , Q 10 , Q 20 ,
Q 30 ,… của đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0, 10, 20, 30, …
- Nối các điểm 0, 15, 30, bằng một đường cong, ta có đồ thị phụ tải tác dụng trên đầu to thanh truyền.
Ta tiến hành lập bảng xác định các góc để phục vụ cho quá trình vẽ đồ thị
Ta vẽ được đồ thị như sau :
Hình 1.12: Đồ thị phụ tải tác dụng đầu to thanh truyền
Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền thể hiện phản lực từ ổ trượt do phụ tải Q từ chốt khuỷu Mỗi vị trí trên đồ thị tương ứng với một giá trị phụ tải cụ thể, bao gồm điểm đặt, phương, chiều và độ lớn của lực tác dụng.
Đồ thị khai triển Q(α)
- Khai triển đồ thị phụ tải ở toạ độ độc cực trên thành đồ thị Q-α rồi tính phụ tải trung bình Qtb.
- Chọn tỉ lệ xích: àQ =àP = 0,0475 [MN/(m2.mm)]
- Lập bảng tính xây dựng đồ thị Q-α:
Tiến hành đo khoảng cách từ tâm O đến các điểm ai (Ti, Zi) trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, ta thu được các giá trị Qi tương ứng Tiếp theo, lập bảng Q-α để tổng hợp dữ liệu.
Hình 1.13: Đồ thị khai triển phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Q = ()
1.15 Tính toán và vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu
- Vẽ vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho vòng tròn chốt khuỷu , rồi chai vòng tròn trên thành 24 phần bằng nhau.
- Tính hợp lực Q’ của các lực tác dụng trên các điểm 0, 1 , 2 , 3, , 23 Rồi ghi trị số của các lực ấy trong phạm vi tác dụng lực giả thiết là 1200.
Cộng trị số của tổng Q và dựng một tỷ lệ xớch thớch đỏng để biểu diễn các đoạn đại biểu cho tổng Q tại các điểm 0, 1, 2, 3, , 23 trên vòng tròn Sau đó, nối các điểm này bằng đường cong để thể hiện mức độ mòn của chốt khuỷu.
- Ta vẽ được đồ thị như sau:
Hình 1.14: Đồ thị mài mòn chốt khuỷu Ý nghĩa đồ thị mài mòn: để xác định quy luật mài mòn của chốt khuỷu.
Xem xét lý thuyết về phạm vi tác dụng 120 độ, quy luật mài mòn còn bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như chất lượng dầu bôi trơn, vật liệu chế tạo và gia công Để xác định phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu tại góc quay của trục khuỷu, cần tìm vị trí chịu tải nhỏ nhất của chốt khuỷu, từ đó khoan các lỗ dầu phù hợp.
2 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU ĐỘNG CƠ THAM KHẢO 2.1 Chọn động cơ tham khảo
Chọn động cơ tham khảo: Hyundai KIA G6BA 2.7L
THÔNG SỐ KỸ THUẬT Yêu Cầu Mercedes-Benz OM 457
Số xilanh/Số kỳ/Cách bố trí 6/ 4/ In-line 6/4/V-type
Tỷ số nén 16,8 18,5 Đường kính piston 130 128
Công suất cực đại/ số vòng quay
Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cascte ướt Cưỡng bức cascte ướt
Hệ thống làm mát Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng
Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng
Hệ thống nạp Turbo Charger
Hệ thống phân phối khí 12 valve, OHV 12 valve, OHV
Hệ thống nhiên liệu Bocsh VE-type pump Bosch PF-Unit Pump
Hình 2.1 Động cơ Mercedes-Benz OM457
2.2 Phân tích đặc điểm động cơ
2.2.1 Cơ cấu piston, thanh truyền, trục khuỷu
1-Xecmăng lửa; 2- Xec măng khí; 3- Xec măng dầu;
4- Vòng chặn chốt piston; 5- Chốt piston; 6- Piston
Piston là một bộ phận thiết yếu của động cơ đốt trong, chịu áp lực lớn, nhiệt độ cao và ma sát mài mòn Trong quá trình hoạt động, piston phải đối mặt với ứng suất cơ học và nhiệt do lực khí thể và quán tính, cùng với mài mòn do thiếu dầu bôi trơn Vai trò của piston bao gồm việc đảm bảo kín buồng cháy, ngăn không cho khí cháy lọt xuống các te và dầu nhờn từ hộp trục khuỷu không vào buồng cháy Nó còn tiếp nhận lực khí thể và truyền lực cho thanh truyền, giúp quay trục khuỷu trong quá trình nén, đẩy khí thải ra trong quá trình thải, và hút khí nạp mới vào buồng cháy trong quá trình nạp.
Hình 2.2: Piston động cơ Mercedes-Benz OM457
- Piston của động cơ Mercedes-Benz OM457 được chế tạo bằng hợp kim nhôm Với đường kính 128mm và chiều cao 140mm Khối lượng của piston là 2470g.
Đỉnh piston có hình dạng lõm, giúp động cơ hấp thụ khoảng 70-80% nhiệt lượng từ khí cháy Nhiệt này sau đó được truyền qua rảnh xéc măng vào nước làm mát động cơ Bên cạnh đó, trong quá trình hoạt động, piston cũng được làm mát nhờ việc phun dầu vào phía dưới đỉnh piston.
Thân piston là bộ phận dẫn hướng trong xilanh, chịu lực ngang và có bệ chốt piston với các gân gia tăng độ cứng vững Để giảm lực quán tính, một phần khối lượng của thân piston được cắt bỏ mà vẫn đảm bảo độ cứng vững cần thiết.
Chốt piston là chi tiết quan trọng nối piston với đầu nhỏ thanh truyền, chịu lực khí thể và lực quán tính lớn trong quá trình hoạt động Các lực này thay đổi theo chu kỳ và có tính chất va đập mạnh Chốt piston có dạng trụ rỗng và được lắp đặt tự do với đầu nhỏ thanh truyền và piston.
+ Xéc măng khí và xéc măng dầu được lắp trên đầu piston, số lượng xéc măng gồm có: 2 xéc măng khí và 1 xéc măng dầu.
Hình 2.3: Thanh truyền động cơ Mercedes-Benz OM457
- Thanh truyền của động cơ Mercedes-Benz OM457 được chế tạo bằng thép hợp kim có đường kính đầu to 62 mm, đường kính đầu nhỏ 48 mm.
Đầu to thanh truyền có hình dạng trụ rỗng, được chia thành hai nửa để giảm kích thước nhưng vẫn tăng đường kính chuốt khuỷu Nửa trên được đúc liền với thân, trong khi nửa dưới tách rời và tạo thành nắp đầu to thanh truyền Hai nửa này được kết nối với nhau bằng buloong thanh truyền.
Trên đầu to thanh truyền, bạc lót được lắp đặt nhằm giảm mài mòn cho chốt khuỷu và được thiết kế thành hai nửa để dễ dàng thay thế khi bị mòn Bạc lót có lỗ và rãnh để dẫn dầu bôi trơn, cùng với các vấu chống xoay, giúp cố định khi lắp ghép vào đầu to thanh truyền.
- Thanh truyên làm bằng thép có độ bền cao, giửa hai nắp thanh truyền có chốt định vị để tăng tính ổn định khi lắp ráp.
- Bạc thanh truyền chế tạo bằng nhôm, trên bạc có vấu điịnh vị tăng tính ổn định khi lắp ráp.
Trục khuỷu là chi tiết máy quan trọng nhất trong động cơ đốt trong, chịu cường độ làm việc lớn và có chức năng tiếp nhận lực từ piston qua thanh truyền, chuyển đổi chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay để cung cấp công suất cho các máy công tác khác Trong quá trình hoạt động, trục khuỷu phải đối mặt với lực khí thể và lực quán tính, bao gồm quán tính chuyển động tịnh tiến và quán tính chuyển động quay, với cường độ lớn và thay đổi theo chu kỳ, tạo ra tác động va đập mạnh mẽ.
Các lực tác dụng gây hao mòn lớn trên bề mặt ma sát của cổ trục và chốt khuỷu, ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của khuỷu trục thanh truyền Tuổi thọ này chủ yếu phụ thuộc vào độ bền, độ cứng và trọng lượng của trục khuỷu Để đảm bảo hiệu suất, trục khuỷu cần có độ chính xác gia công cao, bề mặt làm việc với độ bóng và độ cứng cao, không xảy ra hiện tượng giao động Ngoài ra, kết cấu của trục khuỷu phải đảm bảo tính cân bằng, đồng đều và dễ chế tạo.
Hình 2.5: Trục khuỷu động cơ Mercedes-Benz OM457
Động cơ đốt trong, đặc biệt là động cơ Mercedes-Benz OM457, có cấu trúc phức tạp với trục khuỷu dành cho động cơ 6 xylanh thẳng hàng, yêu cầu độ chính xác cao.
2.2.2 Hệ thống bơm nhiên liệu
Hệ thống nhiên liệu động cơ Mercedes-Benz OM457 sử dụng công nghệ Unit Pump System, với mỗi xi lanh được trang bị một bơm xi lanh đơn tích hợp van điện từ Thiết kế này cho phép tạo ra áp suất phun nhiên liệu lên tới 2.200 bar thông qua một đường cao áp ngắn Bơm cao áp được dẫn động trực tiếp bởi trục cam động cơ, đảm bảo tốc độ phân phối cao và duy trì áp suất ổn định trong suốt quá trình hoạt động.
Kim phun nhiên liệu với van điện từ tốc độ cao được kích hoạt bởi các đơn vị điều khiển động cơ điện tử, giúp điều chỉnh thời gian phun và thích ứng linh hoạt với điều kiện vận hành của động cơ Việc hiệu chỉnh từng xy lanh không chỉ tối ưu hóa hiệu suất mà còn hướng tới việc tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường.
• Tiêu thụ nhiên liệu ít
• Dễ dàng chuyển đổi từ hệ thống phun nhiên liệu với bơm in-line hoặc distributor (không cần thiết kế lại đầu xi lanh)
• Bảo dưỡng đơn giản và nhanh chóng vì máy bơm có thể được tháo lắp dễ dàng
- Cơ cấu phân phối khí trên động cơ là hệ thống phân phối khí DOHC, gồm 24 van, mỗi xilanh có 4 van: 2 van thải và 2 van nạp
Cơ cấu phối khí của động cơ sử dụng hai trục cam được lắp đặt trong thân máy, loại bỏ hoàn toàn đũa đẩy và cò mổ Hệ thống dẫn động truyền chuyển động từ bánh đai trục khuỷu thông qua bộ truyền dây đến trục cam, kèm theo cơ cấu căng dây để đảm bảo hoạt động ổn định.
- Cơ cấu gồm bốn trục cam, hai trục trên mỗi xilanh, mỗi trục cam có sáu vấu cam điều kiển đóng mở các van.
Hình 2.7 Kết cấu cơ cấu phân phối khí.
- Xupap nạp và xupap thải được dẫn động từ cò mổ, trục cam được dẫn động từ trục khuỷu.
- Đường kính của thân xupap nạp : 5,585 đến 5,980 mm.
- Đường kính của thân xupap thải : 5,95 đến 5,595 mm.
