Đồ án Tính toán thiết kế động cơ đốt trong

Lời nói đầu Đồ án “tính toán thiết kế động cơ đốt trong” là đồ án chuyên nghành,trong quá trình làm sử dụng các kiến thức tổng hợp của rất nhiều môn học trước đó.Và nó tổng hợp các kiến thức của các môn đồ án đã làm ,nhất là đồ án công nghệ chế tạo máy .Đây không phải là đồ án đầu tiên em làm nhưng nó là đồ án chuyên nghành nên cần có lượng kiến thức rất lớn về động cơ đốt trong cũng như các kiến thức khác nữa.Trong quá trình làm đồ án chúng em không những củng cố lại những kiến thức đã học,mà còn mở rộng và chuyên sâu về nghành của mình.Đây là đồ án sẽ phục vụ cho đồ án tốt nghiệp,do vậy làm đồ án sẽ có thêm được rất nhiều kiến thức mới về động cơ đốt trong,nó sẽ phục vụ tốt cho công việc sau này.Trong quá trình làm đồ án em đã tham khảo nhiều sách không chỉ về động cơ đốt trong mà còn cả các sách công nghệ các thông số đầu vào 1. Kiểu động cơ: Động cơ xăng AUDI 2.0 2. Thứ tự nổ 1-3-4-2 3. Công suất động cơ Ne = 128 mã lực 4. Số vòng quay n = 5500 vòng / phút 5. Suất tiêu thụ nhiên nliệu ge = 178 g/ml.h 6. Số kỳ = 4 7. Đường Kính xy lanh D =82.5 mm 8. Hành trình piston S =92.8mm 9. Tỷ số nén e =10.7 10. Số xi lanh i = 4 11. Chiều dài thanh truyền lt= 144 mm 12. Trọng lượng nhóm piston mpt = 0.36 kg 13. Trọng lượng thanh truyền mtt = 0,64 kg 14. Góc mở sớm xupáp nạp = 260 15. Góc đóng muộn xupáp nạp = 480 16. Góc mở sớm xupáp thải β1= 320 17. Góc đóng muộn xupáp thải β2 =80 18. Góc đánh lửa sớm ji = 150 Chương I: Tính Toán Nhiệt 1.1 Các thông số chọn: 1.1.1 Tính tốc độ trung bình của piston : Ta có công thức tính tốc độ trung bình của piston như sau : Vậy động cơ có tốc độ cao tốc, áp suất và nhiệt độ của môi trường: pk = 0,1 MPa Tk= 24 + 273 = 297 oK 1.1.2 áp suất cuối quá trình nạp (động cơ không tăng áp) pa = (0,8 á 0,9)pk = (0,8á 0,9).0,1ị chọn pa = 0,09 MPa 1.1.3 áp suất và nhiệt độ khí sót pr= (1,1 á 1,15).pk = (1,1 á 1,15).0,1ị chọn pr = 0,11 MPa Tr = (700 á 1000) oK ,chọn Tr= 930 oK 1.1.4 Độ tăng nhiệt độ do sấy nóng khí nạp mới DT = 0 á 20, chọn DT = 10 oK 1.1.5 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt lt = 1,17 1.1.6 Hệ số quét buồng cháy l2 = 1 ; (do không tăng áp) 1.1.7 Hệ số nạp thêm l1 = 1,02 á 1,vcị chọn l1 = 1,04 1.1.8 Hệ số lợi dụng nhiệt tại z và b xz = 0,70 á 0,85 ị chọn xz = 0,8759 xb = 0,80 á 0,90 ị chọn xb = 0,886 1.1.9 Hệ số hiệu đính đồ thị công jd = 0,92 á 0,97 ị chọn jd = 0,97 1.2 Các thông số tính toán : 1.2.1 Hệ số khí sót Chỉ số dãn nở đa biến m = 1,45 á 1,5 , chọn m = 1,45 1.2.2 Nhiệt độ cuối hành trình nạp =333K 1.2.3 Hệ số nạp =0,882 1.2.4 Lượng khí nạp mới: (*) Ta có trong đó Vh = (dm3) ịpe = = 1,0352 (MPa ) thay vào (*) ta được M1 = = 0,5121 kmol/kgnl 1.2.5 Lượng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu : M0 = kmol/kgnl Đối với nhiên liệu điêzen C=0,855; H=0,145; O= 0 M0 = 0,512 kmol/kgnl 1.2.6 Hệ số dư lượng không khí a: = = 0,9842 ; =114 1.3 Quá trình nén 1.3.1 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới: kj/kmolđộ 1.3.2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí sót : 1.3.3 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí hỗn hợp công tác: = 1.3.4 Chỉ số nén đa biến n1: Giải phương trình : n1= 1,372 1.3.5 áp suất cuối quá trình nén: pc = pa . en1 = 0,09.10,71,372 =2,33 MPa 1.3.6 Nhiệt độ cuối quá trình nén: Tc = Ta.en1 - 1 = 333.10,71,372 - 1 = 804.2 K 1.3.7 Lượng môi chất công tác của quá trình nén: Mc =M1 + Mr = M1(1+gr) = 0,512(1+0,041) = 0,533 kmol/kgnl 1.4 Quá trình cháy 1.4.1 Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết: 1.4.2 Hệ số thay đổi phân tử thực tế : 1.4.3 Hệ số thay đổi phân tử tại z : xz = ị bz = 1,39 1.4.4 Nhiệt độ tại z: (**) trong đó QH là nhiệt trị thấp QH = 44 .103 kJ/kgmol =21,22938 +.Tz = + .Tz Thay tất cả vào (**) ta được phương trình cháy: 0,003158Tz2 +22,659914Tz –88455,128106=0 Giải phương trình trên ta được: Tz = 2793K 1.4.5 Tỷ số tăng áp suất : l = bz.3,64 1.4.6 áp suất tại điểm z: pz = lpc = 3,64.2,33 = 8.49MPa 1.4.7 Tỷ số giãn nở sớm : r = 1 1.4.8 Tỷ số giãn nở sau : d = =10,7 1.5 Quá trính giãn nở 1.5.1 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình: (***) trong đó : Tb = . Giải phương trình ta được : n2=1,234 1.5.2 áp suất cuối quá trình giãn nở : pb = MPa 1.5.3 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở: Tb = =1156,49 K 1.5.4 Kiểm tra nhiệt độ khí sót: Tr(tính) = Tb .= 1156,49. = 996,78K Kiểm tra : DTr = % = % = 6,7% < 15% Vậy Tr chọn như ở trên là đúng. 1.6 Tính toán các thông số của chu trình công tác 1.6.1 áp suất trung bình chỉ thị lý thuyết : pi’ = 1,21 MPa 1.6.2 áp suất trung bình chỉ thị thực tế: pi = pi’ .jd ịpi = 1,21 . 0,97 = 1,1737 MPa 1.6.3 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị: 1.6.4 Hiệu suất chỉ thị: 1.6.5 áp suất tổn thất cơ khí: pm = 0,145 Mpa 1.6.6 áp suất có ích trung bình: pe = pi - pm = 1,1737 - 0,145 = 1,0287 (MPa) 1.6.7 Hiệu suất cơ giới: hm = pe/pi = 1,0287 / 1,1737= 0,8765 1.6.8 Suất tiêu hao nhiên liệu có ích: ge = gi/hm = 213,44/ 0,8765 = 243,514 (g/kw.h) 1.6.9 Hiệu suất có ích : he = hi . hm = 0,3833 . 0,8765 = 0,3359 1.6.10 Kiểm nghiệm đường kính xylanh: dm3 Dtính toán = DD < 0,1mm ( thoả mãn ) 1.7 Vẽ và hiệu đính đồ thị công 1.7.1 Xác định dung tích buồng cháy: Vc = (dm3) * Giả thiết quá trình nạp áp suất bằng hằng số và bằng pa=0,09 Mpa * Giả thiết quá trình thải áp suất bằng hằng số và bằng pr=0,11 Mpa 1.7.2 Xác định quá trình nén ac, quá trình giãn nở zb: Để xác định ta phải lập bảng : * Quá trình nén: Ta có pvn1= const ị pxvxn1 = pcvcn1 đặt vx = ivc, trong đó i = 1áe ị px = pc.= = pc. ị px = pc. * Quá trình giãn nở: pvn2= const ị pxvxn2 = pzvzn2 Đối với động cơ xăng : vz= vc ( vì r= 1 ) ị px = pz. Bảng 1.1 : Bảng xác định quá trình nén và quá trình giãn nở i ivc Quá trình nén Quá trình giãn nở i px= i px= 1 1Vc 68.315 250 2 2Vc 26.3928 106.284 3 3Vc 15.1325 64.443 4 4Vc 10.1973 45.186 5 5Vc 10.1973 34.308 6 6Vc 7.5088 27.397 7 7Vc 5.845 22.65 8 8Vc 4.732 19.211 9 9Vc 3.9399 16.611 10 10Vc 3.351 14.848 10,3 10,3Vc 2.644 13.418 1.7.3 Vẽ và hiệu đính đồ thị công: 1.7.3.1 Vẽ: Dựa vào bảng đã lập ta vẽ đường nén và đường giãn nở, vẽ tiếp đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải lý thuyết bằng hai đường song song với trục hoành, đi qua hai điểm pa và pr. Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính để có đồ thị công chỉ thị , các bước hiệu đính như sau : Chọn mp = 0,03396(Mpa/mm) Chọn mv = 0.04864(mm3/mm) Chọn ms = 0,4671749 (mm/mm) Vẽ đồ thị Brick đặt phía trên đồ thị công Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị 1.7.3.2 Hiệu đính các điểm trên đồ thị: 1. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp : Từ 0’ của đồ thị Brick xác định góc đóng muộn b2 = 80 của xupáp thải, bán kính này cắt Brick ở a’, từ a’ gióng đường song song với tung độ cắt đường pa ở d nối điểm r trên đường thải. Ta có đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình thải 2. Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén (điểm c): Cũng từ 0’ của đồ thị Brick xác định góc đánh lửa sớm ji =150 bán kính này cắt đồ thị Brick tại c’’’, từ c’’’gióng đường song song với tung độ cắt đường nén tại điểm c’. Trên đoạn cz lấy c’’ sao cho cc’’ = .Dùng một cung cong thích hợp, nối 2 điểm c’’ và c’. 3. Hiệu đính điểm đạt điểm pmax thực tế : Trên đoạn zz’ lấy điểm z’’ sao cho . Dùng thước cong nối z’’ và c’’ và ttiếp tuyến với đường zb ta có đường chuyển tiếp từ quá trình nén sang quá trình giãn nở 4. Hiệu đính điểm bắt đầu thải thực tế : Hiệu đính điểm b căn cứ vào góc mở sớm xu páp thải. áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế b’ thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn nở lý thuyết do xu páp thải mở sớm Từ đồ thị Brick xác định góc mở sớm xu páp thải β1 = 32o cắt vòng tròn Brick tại một điểm, từ điểm đó gióng đường song song với trục tung cắt zb tại T1. Trên ba lấy bb’ sao cho bb’ =. Dùng thứơc cong nối T1b’ tiếp tuyến với pr = const ta được quá trình chuyển tiếp từ quá trình giãn nở sang quá trình thải. Chương II: Tính toán động học và động lực học 2.1 Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học Các đường biểu diễn này đều vẽ trên một hoành độ thống nhất ứng với hành trình của piston S = 2R. Vì vậy đồ thị đều lấy hoành độ tương ứng với Vh của đồ thị công (từ điểm 1Vc đến eVc). 2.1.1 Đường biểu diễn hành trình của pittong x= f(a) Dùng phương pháp Brick để vẽ, trình tự vẽ như sau : Chọn gốc toạ độ cách gốc đồ thị công một khoảng bằng giá trị biểu diễn của dung tích VC Chọn tỷ lệ xích góc : 0,5 mm/độ Tiến hành vẽ theo phương pháp Brick + Phía trên đồ thị công ta vẽ nửa vòng tròn tâm 0 có đường kính là S/ms sau đó lấy về phía ĐCD một khoảng 00’ = lR/2ms + Lấy 0’ làm tâm chia độ và đánh dấu trên đường tròn ấy các điểm chia độ + Gióng các điểm chia độ trên đường tròn đó xuống đồ thị x=f(a) và trên trục a gióng các tia nằm ngang tương ứng, nối các điểm đó lại ta được x = f(a) 2.1.2 Đường biểu diễn tốc độ của pittong v= f(a) Đường biểu diễn tốc độ của pittong được vẽ trên cùng hệ toạ độ của x và a - Trình tự vẽ đường v=f(x) như sau : Vẽ ở phía dưới đồ thị v=f(x) nửa vòng tròn tâm là 0, bán kính của nó bằng S/2mx ịmv = S/ 2mx . Lấy 0 làm tâm vẽ vòng tròn bán kính bằng Rl/2mv . Chia vòng tròn nhỏ và nửa vòng tròn lớn (bán kính R) ra n phần bằng nhau (18 phần), đánh số các điểm chia từ 1á18. Từ các điểm chia trên vòng tròn lớn ta kẻ các tia thẳng đứng, từ các điểm chia trên vòng tròn nhỏ ta kẻ các tia nằm ngang giao điểm của các tia tương ứng được đánh số I, II …. Nối các điểm đó lại ta được đường cong biểu thị v=f(a) 2.1.3 Vẽ đường biểu thị v=f(x): Từ nửa vòng tròn Brick theo các điểm chia độ đã có ta dóng xuống trục hoành x của đồ thị v=f(x) ta sẽ được các giá trị , ….Đo giá trị v trên đồ thị v=f(a) và đặt giá trị ấy đúng với góc a tương ứng nên các tia x đó . Nối các điểm đó lại ta được đường cong v=f(x) 2.1.4 Vẽ đường biểu diễn gia tốc của pittong j = f(x): Đồ thị này được vẽ cùng hoành độ với trục x = f(a) Để vẽ đồ thị này ta sử dụng phương pháp Tôlê : - Chọn tỷ lệ xích mj = 150 (m/s2.mm) - Tínhjmax= Rw2(1+l) = = 20331 m/s2 (với l = R/Ltt = ) ịđoạn biểu diễn AC = jmax/mj = 135.5mm Tính jmin=- Rw2(1-l) = -=-10422 m/s2 ịđoạn biểu diễn BD = jmin/mj = 69.5 mm - Nối C với D cắt trục hoành tại E lấy EF = - = -3.0,32.= -14864 m/s2 ịĐoạn biểu diễn EF = 99.1 mm - Từ điển A tương ứng với ĐCT lấy AC = jmax, từ điểm B tương ứng với ĐCD lấy BD = jmin, nối CD cắt trục hoành ở E, lấy EF = - về phía BD. Nối CF và FD đẳng phân CF và FD thành 6 phần bằng nhau, kí hiệu tương ứng 1,2…6 và 1’,2’…6’. Nối 11’,22’….66’. Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11’,22’….66’ ta được đường cong biểu diễn quan hệ j = f(x). 2.2 Tính toán động lực học 2.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến - Khối lượng nhóm pittông: mnp = 0,36 kg - Khối lượng nhóm thanh truyền: mtt = 0,64 kg - Khối lượng của thanh truyền phân bố về tâm chốt pittông tính theo công thức kinh nghiệm sau : m1 = (0,275 -:- 0,285)mtt Lấy m1 = 0,28mtt = 0,28.0,64 = 0,1792 kg Khối lượng chuyển động tịnh tiến trên một đơn vị diện tích đỉnh pittông m = =0.5392 kg 2.2.2 Các khối lượng chuyển động quay - Khối lượng thanh truyền quy dẫn về tâm chốt : m2 = mtt - m1 m2 = 0,64 – 0,1792 = 0,4608 kg - Khối lượng của má khuỷu quy dẫn về tâm chốt m0m - Khối lượng của chốt khuỷu mch 2.2.3 Vẽ đường biểu diễn lực quán tính pj = f(x) áp dụng phương pháp Tôlê để vẽ nhưng hoành độ đặt trùng với đường pk ở đồ thị công và vẽ đường - pj = f(x) (tức cùng chiều với j = f(x)), tiến hành như sau: - Chọn tỷ lệ : mp = 0,396 - Tính : pjmax = mjmax = 0.5392.20331=10962,7N=372,29 MPa pjmin = mjmin = 0,5392.10422=5619,5 N =190,8 MPa EF = m. = 0,5392.14864=88014,7 N=272,18 2.2.4 Khai triển đồ thị p -V thành p = f(a) - Chọn tỷ lệ xích ma = 20/1mm, như vậy toàn bộ chu trình 7200 sẽ ứng với 360mm. Đặt hoành độ a này cùng trên đường đậm biểu diễn pk - Chọn tỷ lệ mp = 0,0339MPa/mm - Xác định trị số pkt ứng với các góc a từ đồ thị Brick rồi đặt các giá trị này trên đồ thị p - a, pmax đạt được tại a = 372 0. 2.2.5 Khai triển đồ thị pj = f(x) thành pj = f(a) Đồ thị pj = f(a) biểu diễn trên đồ thị công có ‎ nghĩa kiểm tra tính năng tốc độ của động cơ . Triển khai pj = f(x) thành pj = f(a) cũng thông qua Brick để chuyển toạ độ, nhưng trên toạ độ p-a phải đặt đúng giá trị âm dương của pj. 2.2.6 Vẽ đồ thị pS = f(a) Ta đã biết pS = pkt + pj .Vì vậy việc xây dựng pS = f(a) chỉ là việc cộng toạ độ các trị số tương ứng của pj và pkt . Kết quả như hình vẽ. 2.2.7 Vẽ đường biểu diễn lực tiếp tuyến T = f(a) và lực pháp tuyến Z = f(a) Theo kết quả tính toán động lực học, ta có : T= MPa Z = MPa Trình tự vẽ như sau: Chọn ma = 20 /1mm, mp = mT = mZ = 0,03396MPa/mm Dựa vào l = R/Ltt ta tính được các trị số và Biểu diễn Z = f(a) và T = f(a) trên cùng một hệ trục toạ độ . Các số liệu để vẽ các đồ thị biểu diễn trên bảng 2.1 Bảng 2.1: Số liệu để vẽ các đồ thị pkt, pj, pS ,T và Z = f(a) a pS Pthực BD T(mm) BDZ(mm) 0 -57 0 0 1 -57 10 -57 0,.2273 -12.9561 0.9754 -55.9508 20 -52 0.4430 -23.036 0.9029 -46.9508 30 -44 0,636 -27.984 0.7870 -34.628 40 -35 0.7998 -27.993 0.6343 -22.2 50 -24 0.9245 -22.188 0.4539 -10.8936 60 -13 1.066 -13.858 0.2566 -3.3358 70 -1 1.0448 -1.0448 0.0532 -0.0532 80 8 1.0409 8.3272 -0.1447 -1.1576 90 16 1 16 -0.3291 -5.2656 100 23 0.9287 21.3601 -0.4920 -11.316 110 28 0.8346 23.3688 -0.6307 -17.6596 120 31 0.7255 22.4905 -0.7434 -23.0454 130 33 0.6076 20.0508 -0.8317 -27.446 140 34 0.4858 16.5172 -0.8978 -30.525 150 33,6 0.3631 12..2 -0.9451 -31.75 160 33,5 0.2410 8.0735 -0.9764 -32.7 170 33,2 0.1200 3.984 -0.9943 -33 180 33 0 0 -1 -33 190 33,7 -0.12 -3.37 -0.9943 -33.5 200 33,2 -0.241 -8.0012 -0.9764 -32.4 210 33.4 -0.3631 -12.128 -0.9451 -31.56 220 33.5 -0.4856 -16.2743 -0.8978 -30.07 230 34.7 -0.6076 -21.08 -0.8317 -28.86 240 32.8 -0.7255 -23.7964 -0.7434 -24.38 250 30 -0.8346 -25.038 -0.6307 -18.9 260 25.8 -0.9287 -23.96 -0.4920 -12.6 270 19..2 -1 -19.2 -0.3291 -6.3187 280 12 -1.0409 -12.5 -0.1447 -1.7364 290 4.5 -1.0448 -4.7 0.0532 -0.2394 300 -5 -1.0066 5.033 0..2566 -1..283 310 -12 -0.9245 11.094 0.4539 -5.4468 320 -18 -0.7998 14.3964 0.6343 -11.4174 330 -17 -0.6360 10.812 0.7870 -13.379 340 -11 -0.4430 4.873 0.9029 -9.931 350 14 -0.2273 -3.1822 0.9754 13.656 360 55 0 0 1 55 370 151 0.2273 34.3229 0.9754 147.2854 380 99 0.4430 43.857 0.9029 89.387 390 67 0.6360 42.612 0.7870 52.729 400 46 0.7998 36.79 0.6343 29.1778 410 34 0.9245 31.433 0.4539 15.43 420 29 0.0066 29.1614 0.2566 7.44 430 32 1.0448 33.4336 0.0532 1.7024 440 34 1.0409 35.3906 -0.1447 -4.9198 450 38 1 38 -0.3291 -12.5058 460 42 0.9287 39 -0.4920 -20.664 470 45 0.8345 37.557 -0.6307 -28.3815 480 46 0.7255 33.373 -0.7434 -34.1964 490 46.2 0.6076 28.07 -0.8317 -38.4245 500 47 0.4858 22.8326 -0.8978 -42.196 510 45.6 0.3631 16.557 -0.9451 -43.096 520 43.5 0.2410 10.4835 -0.7964 -42.47 530 41,2 0.1200 4.944 -0.9943 -40.965 540 39 0 0 -1 -39 550 36.7 -0.1200 -4.4 -0.9943 -36.49 560 36.5 -0.2410 -8.7965 -0.9764 -35.6386 570 25.6 -0.3631 -12.926 -0.9451 -33.645 580 36 -0.4858 -17.98 -0.8978 -32.23 590 35 -0.6076 -21..266 -0.8317 -29.11 600 33 -0.7255 -23.94 -0.7434 -24.53 610 30 -0.8346 -25.038 -0.6307 -18.921 620 25 -0.9287 -23.22 -0.4920 -12.3 630 18 -1 -18 -0.3291 -8.9238 640 10 -1.0409 -10.409 -0.1447 -1.447 650 1 -1.0448 -1.0448 0.0532 0.0532 660 -11 -1.0066 11.07 0..2566 -2.8266 670 -22 -0.9245 20.339 0.4539 -9.9858 680 -33 -0.7998 26.39 0.6343 -20.931 690 -42 -0.6360 26.712 0.7870 -33.054 700 -50 -0.4430 22.15 0.9029 -45.145 710 -55 -0.2273 12.5 0.9754 -53.647 720 -57 0.00 0.00 1 -57 Bảng 2.1: Số liệu để vẽ các đồ thị pkt, pj, pS ,T và Z = f(a) 2.2.8 Vẽ đường ST = f(a) của động cơ 4 xilanh Động cơ nhiều xilanh có mô men tích luỹ vì vậy phải xác định mô men này. Chu kỳ của mô men tổng bằng đúng góc công tác của các khuỷu : ai = 7200 - (i-1).dct Đối với động cơ AUDI2.0 - 4 kỳ, 4 xy lanh thứ tự làm việc là 1-3-4-2 ta tiến hành lập bảng xác định góc ai ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc. 00 1800 3600 5400 7200 1 Nạp Nén Cháy Thải a1 = 00 2 Nén Cháy Thải Nạp a2 = 1800 3 Thải Nạp Nén Cháy a3 = 5400 4 Cháy Thải Nạp Nén a4 = 3600 Từ các giá trị ta lập được bảng như sau : Bảng 2.2 : Bảng tính ồT = f(a) a1 T1 mm a2 T2 a3 T3 mm a3 T4 mm Tong T Thuc MPa BD mm 0 0.00 180 0.00 540 0.00 360 0.00 0 10 -12.95 190 -3.37 550 -4.4 370 34.3 13.58 20 -23 200 -8 560 -8.79 380 43.86 4.07 30 -27.98 210 -12.13 570 -12.9 390 42.6 -10.41 40 -27.99 220 -16.27 580 -17.48 400 36.79 -24.95 50 -22.2 230 -21.08 590 -21.27 410 31.4 -33.15 60 -13.9 240 -23.8 600 -23.94 420 29.2 -32.44 70 -1.045 250 -25 610 -25.04 430 33.4 -17.68 80 8.3 260 -23.96 620 -23.22 440 35.4 -3.48 90 16 270 -19.2 630 -18 450 38 16.8 100 21 280 -12.5 640 -10.41 460 39 37.09 110 23.37 290 -4.7 650 -1.045 470 37.56 55.19 120 22.5 300 5.033 660 11.07 480 33.4 72 130 20.05 310 11.09 670 20.34 490 28.1 79.58 140 16.52 320 14.39 680 26.39 500 22.8 80.1 150 12.2 330 10.81 690 26.7 510 16.6 66.31 160 8.1 340 4.87 700 22.15 520 10.5 45.62 170 3.98 350 -3.20 710 12.5 530 4.9 18.18 180 0.00 360 0.00 720 0.00 540 0.00 0.00 Vẽ đường STi = f(a) ở góc trên của đồ thị T và Z. Chỉ vẽ trong một chu kỳ. Diện tích bao bởi đường T với trục hoành là : F(ST) = 1710 mm2 STtb = mm 2.2.9 Đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu Vẽ theo các bước sau : Lập bảng xác định toạ tương ứng ai trên toạ độ T - Z (Bảng 2.3) Vẽ hệ trục toạ độ TOZ , rồi xác định các toạ độ ai (Ti,Zi), đây chính là đồ thị ptt biểu diễn trên toạ độ T-Z. ptt = T + Z Xác định tâm đồ thị điểm O’, điểm O’ có toạ độ Z=pko, T=0 với pko = m2R= (MPa) ịpkovẽ == 39 (mm). Lấy OO’ = 39 mm Nối O’ với bất kỳ điểm nào ta đều có : Q = pk0 + ptt Bảng 2.4 : Số liệu tính toán vẽ đường biểu diễn Q = f(a) a Q a Q a Q a Q Thực (Mpa) BD (mm) Thực (Mpa) BD (mm) Thực (Mpa) BD (mm) Thực (Mpa) BD (mm) 0 96 180 72 360 16 540 78 10 95.5 190 73 370 113 550 76 20 89 200 72 380 67 560 75 30 79 210 71.8 390 44.5 570 74 40 68 220 71 400 38 580 73 50 55 230 70.5 410 39 590 71 60 44 240 68 420 43 600 68 70 40 250 63 430 50 610 63 80 41 260 56.5 440 56.5 620 52 90 46.5 270 49 450 64 630 49 100 54 280 42.5 460 72 640 42 110 61 290 41 470 77 650 39.5 120 66 300 41 480 80.5 660 33 130 70 310 46 490 82.5 670 53 140 72 320 52 500 85 680 65 150 72 330 54 510 84 690 77 160 72.5 340 49 520 82.5 700 87 170 72 350 26 530 80.5 710 94 180 72 360 16 540 78 720 96 Giá trị đặc biệt: với a = 356 thì Qmin ứng với điểm biểu diễn Q = 2.5mm Sau khi vẽ xong đồ thị Q = f(a), ta xác định Qtb bằng cách tính diện tích bao bởi Q = f(a) và trục hoành, rồi chia cho chiều dài trục hoành. Qtb = mm Qtbt = Qtb.mQ = 56.0,0404615 = 2,26304 MPa Hệ số va đập c = < 4, do đó thoả mãn. 2.2.11 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu: Dựa vào 3 giả thiết: - Lượng mòn tỷ lệ thuận với lực tác dụng - Lực gây mòn không phải tại một điểm mà lân cận điểm đó trong phạm vi1200 - Lúc xây dựng đồ thị mài mòn không xác định với điều kiện thực tế ịXây dựng đồ thị theo trình tự các bước sau đây: -Vẽ vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho vòng tròn chốt tâm là K, các lực cắt trục dương Z tại O và chia vòng tròn đó ra làm 24 phần bằng nhau, mỗi phần 150 và đánh số các điểm chia từ 0á23 -Xác định tổng các lực tác dụng nên trên các điểm 0,1,2 ..23, tương ứng SQ0, SQ1, SQ2, …. SQ23, Di = mm.QSi , mm là tỷ lệ mài mòn, chọn mm = 0,02 MPa/mm -Vẽ vòng tròn tượng trưng cho bề mặt chốt trên giấy kẻ ly và trên vòng tròn đó chia làm 24 điểm bằng nhau và đánh số điểm chia từ 0á23, từ các điểm chia đó lấy theo phương hướng tâm các đoạn có độ lớn bằng Di đánh dấu đầu mút các đoạn đó ta được dạng bề mặt của chốt sau khi đã mòn Vị trí ít mòn nhất chính là vị trí khoan lỗ khoan dầu (Bảng 2.5) Bảng 2.5 : Bảng xác định vùng ảnh hưởng của SQ 23 382 382 382 382 382 382 382 382 382 1360 22 75 75 75 75 75 75 75 75 75 1395 21 40 40 40 40 40 40 40 40 40 1430 20 37 37 37 37 37 37 37 37 37 1109 19 37 37 37 37 37 37 37 37 37 761 18 39 39 39 39 39 39 39 39 39 491 17 42 42 42 42 42 42 42 42 42 496 16 48 48 48 48 48 48 48 48 48 472 15 61 61 61 61 61 61 61 61 61 439 14 82 82 82 82 82 82 82 82 82 404 13 110 110 110 110 110 110 110 110 110 368 12 16 16 16 16 16 16 16 16 16 328 11 4 4 4 4 4 4 4 4 4 282 10 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 223 9 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 143.5 8 2 2 2 2 2 2 2 2 2 36.5 7 2 2 2 2 2 2 2 2 2 24.5 6 2 2 2 2 2 2 2 2 2 27.5 5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 394 4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 800 3 4 4 4 4 4 4 4 4 387 1180 2 7 7 7 7 7 7 7 64 387 1253 1 369 369 369 369 369 369 29 64 387 1291 0 409 409 409 409 409 28 29 64 387 1326 SQ0 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 SQ7 SQ8 SQ9 SQ10 SQ11 SQ12 SQ13 SQ14 SQ15 SQ16 SQ17 SQ18 SQ19 SQ20 SQ21 SQ22 SQ23 SQ Chương III: Tính nghiệm bền các chi tiết chính 3.1 Kiểm nghiệm bền thanh truyền 3.1.1 Tính nghiệm bền đầu nhỏ thanh truyền Đối với loại thanh truyền mỏng () tính theo lý thuyết thanh cong bị ngàm ở tiết diện chuyển tiếp từ đầu nhỏ đến thân (tiết diện ngàm có góc như hình vẽ). 3.1.1.1 ứng suất tổng khi đầu nhỏ thanh truyền chịu kéo Kinasotxvili tính với giả thiết sau: + Coi lực quán tính phân bố đều trên đường bán kính trung bình của đầu nhỏ: q= Trong đó: = Lực quán tính của nhóm piston: q= +Góc ngàm tính theo công thức: +Khi cắt một nửa thanh cong siêu tĩnh, mômen và lực pháp tuyến thay thế xác định theo phương trình sau: : Góc ngàm tính theo độ. Mômen và lực pháp tuyến trên tiết diện ngàm C-C tính theo công thức: Do ép căng bạc lót vào đầu nhỏ nên hệ số giảm tải tính theo công thức sau: Trong đó: : Mômen đàn hồi và tiết diện đầu nhỏ : Mômen đàn hồi và tiết diện bạc lót Do có hệ số giảm tải, lực kéo thực tế nhỏ hơn N= ứng suất tổng tác dụng trên mặt trong và mặt ngoài đầu nhỏ trên các tiết diện đến tính theo công thức sau: 3.1.1.2 ứng suất tổng khi đầu nhỏ thanh truyền chịu nén Lực tác dụng lên đầu nhỏ thanh truyền là lực tổng : Lực này phân bố theo dạng cosin như hình vẽ: Lực và mômen thay thế (Nvà M) theo Kinasôtxvili biếtn thiên theo góc ngàm theo quy luật parabol. Mômen và lực kéo trên tiết diện ngàm xác định theo công thức: ứng suất mặt ngoài khi đầu nhỏ chịu kéo: ứng suất mặt trong khi đầu nhỏ chịu nén: 3.1.1.3 ứng suất biến dạng do ép căng bạc lót Độ dôi lắp ghép và độ dôi do giãn nở không đều giữa bạc lót và đầu nhỏ : nhiệt độ làm việc của đầu nhỏ : Hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu (bạc đồng) (đầu nhỏ bằng thép) : Hệ số poatxông =0,3 :Môđul đàn hồi của vật liệu bạc và đầu nhỏ: MN/m MN/m ứng suất trên mặt ngoài đầu nhỏ ứng suất trên mặt trong đầu nhỏ 3.1.1.4 Hệ số an toàn đầu nhỏ ứng suất cực đại và cực tiểu khi đầu nhỏ chịu kéo và nén xác định theo phương trình sau: - Biên độ ứng suất - ứng suất trung bình ứng suất bền của thanh truyền: ; Hệ số an toàn của đầu nhỏ: 3.1.2 Tính nghiệm bền thân thanh truyền Tính nghiệm bền thân thanh truyền động cơ cao tốc phải xét đến lực quá tính và cũng tính theo hệ số an toàn. 3.1.2.1 ứng suất tổng trên tiết diện trung bình MN/m Trong đó: + Để đảm bảo tính bền đồng đều: k=1,1 + Diện tích trung bình của thân thanh truyền: 3.1.2.2 ứng suất kéo trên tiết diện trung bình MN/m 3.1.2.3 Hệ số an toàn của tiết diện trung bình Thân thanh truyền thừa bền khá nhiều nên ta có thể giảm kích thước để giảm khối lượng thanh truyền nhằm giảm lực quán tính, giảm vật liệu. 3.1.3 Tính nghiệm bền đầu to thanh truyền Đầu to thanh truyền cũng được giả thiết như một thanh cong bị ngàm ở tiết diện nối tiếp với thân như hình vẽ: Lực quán tính tác dụng trên đầu to phân bố theo quy luật cosin, xác định theo công thức sau: Trong đó: : khối lượng đầu to : khối lượng tịnh tiến : khối lượng nắp đầu to Góc ngàm thường chọn ứng suất tổng tác dụng trên đầu to thanh truyền xác định theo công thức sau: Trong đó: : mômen chống uốn của tiết diện A-A :Mômen quán tính của tiết diện bạc lót và nắp đầu to tại A-A C: khoảng cách tâm của 2 bulông thanh truyền C=62 mm Độ biến dạng