Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, ngành kỹ thuật cơ khí nói chung và ngành cơ khí giao thông nói riêng đóng vai trò then chốt trong sự phát triển kinh tế và khoa học công nghệ. Để nâng cao năng lực nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các thiết bị động lực, việc đào tạo kỹ sư chuyên ngành động cơ đốt trong đòi hỏi sự kết hợp toàn diện giữa lý thuyết nền tảng và kỹ năng giải quyết các bài toán thiết kế thực tế.

Đồ án liên môn (PBL2) với đề tài "Thiết kế động cơ đốt trong XH4-022" được thực hiện bởi nhóm sinh viên Lớp 20C4LC1, Khoa Cơ khí Giao thông, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Quang Trung. Đề tài nhằm mục đích tổng hợp và vận dụng kiến thức từ các học phần cơ sở và chuyên ngành (Nguyên lý động cơ đốt trong, Kết cấu động cơ đốt trong, Sức bền vật liệu, Cơ học lý thuyết) để thực hiện quy trình tính toán, thiết kế một mẫu động cơ đốt trong cụ thể.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án bao gồm 3 phần chính:

  1. Tính toán nhiệt và xây dựng đồ thị công ($P-V$): Xác định các thông số nhiệt động lực học của chu trình công tác lý thuyết và thực tế cho động cơ xăng XH4-022, hiệu chỉnh đồ thị công theo pha phân phối khí.
  2. Nghiên cứu động học cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền: Xác định quy luật chuyển vị, vận tốc và gia tốc của piston chuyển động tịnh tiến trong xylanh theo góc quay trục khuỷu $\alpha$ bằng phương pháp giải tích và đồ thị.
  3. Phân tích động lực học cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền: Tính toán các lực khí thể, lực quán tính, hợp lực tác dụng lên chốt piston, lực tiếp tuyến $T$, lực pháp tuyến $Z$, lực ngang $N$; xây dựng đồ thị tổng momen tiếp tuyến $\sum T - \alpha$, đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, phụ tải đầu to thanh truyền và đồ thị mài mòn chốt khuỷu nhằm làm cơ sở tính toán sức bền và bố trí lỗ dầu bôi trơn.
  • Đối tượng nghiên cứu: Động cơ xăng 4 kỳ XH4-022, cơ cấu trục khuỷu thanh truyền loại giao tâm (đường tâm xylanh trực giao và cắt đường tâm trục khuỷu).
  • Phạm vi nghiên cứu: Tính toán chu trình nhiệt động, tính toán động học và động lực học cơ cấu sinh lực ở chế độ công tác định mức với tốc độ động cơ $n = 6300 \text{ vòng/phút}$.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án sử dụng các hệ thống lý thuyết chuẩn mực trong ngành cơ khí động lực học:

  • Khung lý thuyết nhiệt động lực học động cơ đốt trong: Lý thuyết chu trình công tác thực tế của động cơ xăng 4 kỳ, quá trình nạp, nén đa biến với phương trình $p \cdot V^{n_1} = \text{const}$, quá trình cháy - giãn nở đa biến với $p \cdot V^{n_2} = \text{const}$, và quá trình thải khí.
  • Lý thuyết động học và động lực học cơ cấu biến đổi chuyển động: Áp dụng cho cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm với tỷ số bán kính tay quay trên chiều dài thanh truyền $\lambda = R/l$.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán thực tế được áp dụng trong đồ án:

  • Phương pháp giải tích: Ứng dụng các công thức giải tích tính toán thông số nhiệt động ($p_c, p_b, p_{th}, p_r$), công thức tính diện tích đỉnh piston, khối lượng quy dẫn, tốc độ trung bình piston $C_m = \frac{S \cdot n}{30}$, chuyển vị $x = R[(1-\cos\alpha) + \frac{\lambda}{4}(1-\cos 2\alpha)]$, vận tốc $v = R\omega(\sin\alpha + \frac{\lambda}{2}\sin 2\alpha)$, gia tốc $j = R\omega^2(\cos\alpha + \lambda\cos 2\alpha)$, phân tích các thành phần lực $P_{kt}, P_j, P_1, P_{tt}, N, T, Z$.
  • Phương pháp đồ thị động học - động lực học chuyên ngành:
    • Phương pháp đồ thị Brick (Brich): Dùng để xác định quy luật chuyển vị piston $x = f(\alpha)$ và khai triển các điểm phân phối khí, đường áp suất khí thể.
    • Phương pháp đồ thị Tôlê: Dùng để biểu diễn quan hệ gia tốc piston theo hành trình $j = f(x)$.
    • Phương pháp cộng đồ thị: Tổng hợp đồ thị áp suất khí thể $p_{kt}$ và lực quán tính $P_j$ để xác định hợp lực $P_1 = p_{kt} + P_j$.
    • Phương pháp đồ thị véctơ phụ tải (đồ thị tọa độ cực): Dùng để biểu diễn biến thiên của lực tác dụng lên chốt khuỷu trong hệ tọa độ $T-Z$ và phương pháp xoay hệ trục (dùng giấy bóng) để vẽ phụ tải đầu to thanh truyền.
    • Phương pháp tia cực chia 24 phần: Xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu trên chu vi $360^\circ$ (chia mỗi cung $15^\circ$).

Nội dung chính theo từng chương

1. Xây dựng đồ thị công

Nội dung phần này tập trung tính toán các thông số nhiệt động của chu trình công tác và dựng đồ thị chỉ thị lý thuyết cùng đồ thị hiệu chỉnh thực tế của động cơ xăng XH4-022.

  • Các thông số tính toán chọn trước và kết quả tính toán:
    • Áp suất môi trường: $p_0 = 0{,}1 \text{ MN/m}^2$.
    • Áp suất khí nạp: $p_k = 0{,}09 \text{ MN/m}^2$.
    • Tỉ số giãn nở sớm: $\rho = 1$ (đặc trưng của động cơ xăng).
    • Áp suất cuối kỳ nén: $p_c = p_a \cdot 11{,}3^{1{,}38} = 2{,}5555 \text{ MN/m}^2$.
    • Áp suất cuối quá trình giãn nở: $p_b = 0{,}403 \text{ MN/m}^2$.
    • Áp suất khí thải (có bình tiêu âm): $p_{th} = 0{,}9 p_k = 0{,}09 \text{ MN/m}^2$.
    • Áp suất khí sót: chọn $p_r = 1 \text{ MN/m}^2$ (theo dải $p_r = (1{,}05 \div 1{,}1) p_{th}$).
    • Hành trình piston $S = 97 \text{ mm}$, tốc độ vòng quay $n = 6300 \text{ vòng/phút}$, tính được vận tốc trung bình của piston: $$C_m = \frac{97 \cdot 6300}{30 \times 1000} = 20{,}370 \text{ m/s}$$
  • Xây dựng đường nén và đường giãn nở đa biến:
    • Đường nén tuân theo phương trình $p \cdot V^{n_1} = \text{const}$ ($n_1 = 1{,}38$). Lập tỷ số biến thiên $i$ chạy từ $1$ đến tỉ số nén $\varepsilon = 11{,}3$ để xác định các cặp giá trị $(p_{nx}, V_x)$.
    • Đường giãn nở tuân theo phương trình $p \cdot V^{n_2} = \text{const}$.
  • Biểu diễn tỷ lệ xích và hiệu chỉnh đồ thị công:
    • Tỷ lệ xích thể tích: $\mu_v = 0{,}0392$, ứng với $V_{cbd} = 15 \text{ mm}$, $V_{hbd} = 198{,}9 \text{ mm}$.
    • Tỷ lệ xích áp suất: $\mu_p = 0{,}05625 \text{ MN/m}^2/\text{mm}$, ứng với chiều cao áp suất cực đại $p_{zbd} = 160 \text{ mm}$.
    • Xác định các góc pha phân phối khí bằng vòng tròn đồ thị Brick để hiệu chỉnh đồ thị thực tế:
      • Góc đánh lửa/phun sớm ($c'$): $16^\circ$ trước ĐCT.
      • Góc mở sớm xupap nạp ($r'$): $15^\circ$ trước ĐCT.
      • Góc đóng muộn xupap nạp ($a'$): $25^\circ$ sau ĐCD.
      • Góc mở sớm xupap thải ($b'$): $42^\circ$ trước ĐCD.
      • Góc đóng muộn xupap thải ($r''$): $20^\circ$ sau ĐCT.

2. Động học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ

Chương này khảo sát chuyển động của cơ cấu giao tâm nhằm tìm quy luật dịch chuyển, vận tốc và gia tốc của nhóm piston.

  • Chuyển vị piston ($x = f(\alpha)$):
    • Sử dụng phương pháp đồ thị Brick với độ lệch tâm dời trục $OO' = \frac{R \cdot \lambda}{2} = 6{,}0625 \text{ mm}$ về phía ĐCT.
    • Tỷ lệ xích góc: $\mu_\alpha = 2 \text{ độ/mm}$, tỷ lệ xích dịch chuyển $\mu_s = 0{,}627 \text{ mm/mm}$.
  • Vận tốc piston ($v = f(\alpha)$ và $v = f(x)$):
    • Dựng bán kính vòng tròn phụ $R_1 = 48{,}9809 \text{ mm}$ và $R_2 = 2 \cdot 4{,}997613 \text{ mm}$.
    • Chiếu và chia cung 18 phần bằng nhau trên nửa vòng tròn tương ứng từ $0^\circ$ đến $180^\circ$ để thu được đường cong biểu diễn vận tốc $v = f(\alpha)$ và chuyển sang hệ tọa độ liên hệ với hành trình $v = f(x)$.
  • Gia tốc piston ($j = f(x)$):
    • Dựng đồ thị gia tốc Tôlê trên đoạn thẳng hành trình $AB = S = 2R$.
    • Giá trị biểu diễn gia tốc cực đại: $j_{max} = R\omega^2(1+\lambda)$ lấy chiều cao biểu diễn $AC = 60 \text{ mm}$, tỷ lệ xích gia tốc $\mu_j = 439{,}2 \text{ (m/s}^2\text{)/mm}$.
    • Giá trị biểu diễn gia tốc cực tiểu: $j_{min} = -R\omega^2(1-\lambda)$ có chiều cao biểu diễn $BD = -36 \text{ mm}$; khoảng cách $EF = -36 \text{ mm}$.
    • Chia các đoạn nối thành 5 phần bằng nhau, kẻ các đường bao tạo thành đường cong gia tốc $j = f(x)$.

3. Động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền động cơ

Phần động lực học thực hiện việc xác định các lực tác dụng lên từng chi tiết nhằm phục vụ công tác tính bền, cân bằng động cơ và tính toán mòn.

Hạng mục tính toán Đại lượng / Thông số Giá trị trong đồ án
Khối lượng chuyển động tịnh tiến Khối lượng nhóm piston $m_{pt}$ $0{,}9 \text{ kg}$
Khối lượng thanh truyền $m_{tt}$ $1{,}1 \text{ kg}$
Khối lượng thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ $m_1$ $(0{,}275 \div 0{,}35)m_{tt} \approx 0{,}77 \text{ kg}$
Tổng khối lượng tịnh tiến $m' = m_{pt} + m_1$ $0{,}89 \text{ kg}$ ($1{,}229417 \text{ kg/m}^2$ trên đỉnh piston)
Lực quán tính tịnh tiến Phương trình: $-P_j = -m' \cdot j$ Vẽ chung hệ trục $P-V$ theo tỷ lệ xích đồ thị công
Giá trị biểu diễn $-P_{j\min}$ (đoạn $AC$) $46{,}970 \text{ mm}$
Giá trị biểu diễn $-P_{j\max}$ (đoạn $BD$) $-28{,}182 \text{ mm}$
Đoạn $EF$ $-35 \text{ mm}$
Lực khí thể Khai triển $p_{kt} = p - p_0$ theo góc quay $\alpha$ Tỷ lệ xích $\mu_p = 0{,}05625 \text{ MN/m}^2/\text{mm}$, $\mu_\alpha = 2 \text{ độ/mm}$
Lực tổng tác dụng lên chốt piston $P_1 = p_{kt} + P_j$ Cộng đại số đồ thị $p_{kt}$ và $P_j$ cho dải $\alpha = 0^\circ \div 720^\circ$
Phân tích lực trên cơ cấu Lực tác dụng dọc thanh truyền $P_{tt}$ $P_{tt} = P_1 / \cos\beta$
Lực ngang ép thân piston vào xylanh $N$ $N = P_1 \cdot \tan\beta$
Lực tiếp tuyến gây momen quay $T$ $T = P_1 \cdot \frac{\sin(\alpha+\beta)}{\cos\beta}$
Lực pháp tuyến nén má khuỷu $Z$ $Z = P_1 \cdot \frac{\cos(\alpha+\beta)}{\cos\beta}$
Tổng momen tiếp tuyến Động cơ 4 kỳ, thứ tự làm việc 1-3-4-2 Góc công tác $\delta_{ct} = 180^\circ$
Lệch pha làm việc các xylanh $\alpha_1 = 0^\circ, \alpha_3 = 180^\circ, \alpha_4 = 360^\circ, \alpha_2 = 540^\circ$
Tổng momen tiếp tuyến: $\sum T = T_1 + T_2 + T_3 + T_4$ Giá trị $\sum T_{tb} = 0{,}004201 \text{ MN/m}^2$
  • Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu:
    • Dựng hệ trục tọa độ $O-T-Z$ (trục $Z$ hướng xuống dưới), biểu diễn các cặp lực $(T, Z)$ ứng với các góc quay từ $0^\circ$ đến $720^\circ$ (chu kỳ 2 vòng quay trục khuỷu).
    • Dời gốc tọa độ $O$ một đoạn theo phương trục $Z$ bằng trị số lực quán tính ly tâm $P_{R0}$ do khối lượng quy dẫn $m_2$ về tâm chốt khuỷu gây ra ($m_2$ quy dẫn từ đầu to thanh truyền và má khuỷu, giá trị $m_2$ trên đơn vị diện tích đạt $111{,}8196 \text{ kg/m}^2$).
  • Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền:
    • Xây dựng từ đồ thị phụ tải chốt khuỷu bằng phương pháp xoay hệ trục tọa độ tương đối theo góc $\delta$ và $\phi$ của thanh truyền.
  • Đồ thị mài mòn chốt khuỷu:
    • Khảo sát trạng thái chịu tải trên bề mặt làm việc $360^\circ$ của chốt khuỷu.
    • Chia đường tròn chốt khuỷu thành 24 phần bằng nhau ($15^\circ$ mỗi phần, đánh số từ 0 đến 23 theo chiều ngược chiều kim đồng hồ từ trục $+Z$).
    • Kẻ 24 tia xuyên tâm cắt đồ thị phụ tải, tổng hợp các lực tác dụng $Q_i = \sum Q'_{ik}$ tại mỗi điểm chia để dựng đường bao mài mòn lý thuyết theo tỷ lệ xích $\mu_Q = 1{,}0 \text{ (MN/m}^2\text{)/mm}$.

Thiết kế và triển khai kỹ thuật

Quy trình thiết kế kỹ thuật động cơ XH4-022 được triển khai qua các bước tính toán và biểu diễn đồ họa cơ học:

[Tính toán nhiệt chu trình công tác] 
[Xây dựng đồ thị công P-V & Hiệu chỉnh pha phối khí qua đồ thị Brick]
[Tính toán động học: Chuyển vị Brick, Vận tốc v(α), Gia tốc Tôlê j(x)]
[Xác định khối lượng quy dẫn tịnh tiến m' và khối lượng quay m2]
[Phân tích lực: Lực tiếp tuyến T, Lực pháp tuyến Z, Lực ngang N]
[Tổng hợp lực tiếp tuyến động cơ 4 xylanh: ΣT - α theo thứ tự 1-3-4-2]
[Dựng véctơ phụ tải chốt khuỷu (T-Z) dời tâm PR0 & Phụ tải đầu to thanh truyền]

Các bước dựng hình kỹ thuật đặc trưng

  1. Dựng đường nén và giãn nở lý thuyết: Sử dụng phương pháp giải tích đa biến chia tỉ số nén từ $i = 1 \div 11{,}3$, quy đổi ra milimét bản vẽ theo các hệ số tỷ lệ $\mu_v = 0{,}0392$, $\mu_p = 0{,}05625 \text{ MN/m}^2/\text{mm}$.
  2. Hiệu chỉnh đồ thị công bằng đồ thị Brick: Dựng nửa cung tròn đường kính bằng hành trình piston, xác định vị trí góc mở sớm xupap nạp ($15^\circ$), đóng muộn xupap nạp ($25^\circ$), phun sớm ($16^\circ$), mở sớm xupap thải ($42^\circ$), đóng muộn xupap thải ($20^\circ$) để vê tròn các đoạn chuyển tiếp áp suất thực tế.
  3. Khai triển đồ thị lực tiếp tuyến tổng: Phối hợp 4 xylanh làm việc cách nhau góc lệch công tác $\delta_{ct} = 180^\circ$. Đặt các đường cong $T_1(\alpha), T_2(\alpha), T_3(\alpha), T_4(\alpha)$ theo đúng thứ tự 1-3-4-2 và cộng tung độ để xác định đường $\sum T - \alpha$.
  4. Xác định vị trí khoan lỗ bôi trơn: Căn cứ vào đồ thị mài mòn chốt khuỷu (tổng hợp 24 điểm chia $Q_0 \div Q_{23}$), tìm vùng có giá trị lực tổng hợp $Q_i$ nhỏ nhất trên chu vi chốt. Vùng chịu lực bé này tạo khe hở làm việc thuận lợi nhất giữa ngõng trục và bạc lót, giúp màng dầu thủy động hình thành ổn định và dầu bôi trơn lưu thông tốt.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán chính có trong tài liệu

  • Hoàn thành đầy đủ các thông số nhiệt động của động cơ xăng XH4-022 ở tốc độ $n = 6300 \text{ vòng/phút}$:
    • Áp suất cuối nén $p_c = 2{,}5555 \text{ MN/m}^2$.
    • Áp suất cuối giãn nở $p_b = 0{,}403 \text{ MN/m}^2$.
    • Áp suất khí nạp $p_k = 0{,}09 \text{ MN/m}^2$, áp suất khí thải $p_{th} = 0{,}09 \text{ MN/m}^2$, áp suất khí sót $p_r = 1 \text{ MN/m}^2$.
    • Tốc độ trung bình piston đạt $C_m = 20{,}370 \text{ m/s}$.
  • Xác lập được hệ thống đồ thị động học hoàn chỉnh: Đồ thị chuyển vị $x = f(\alpha)$ bằng phương pháp Brick với tâm dời $OO' = 6{,}0625 \text{ mm}$; đồ thị vận tốc $v = f(\alpha)$ và $v = f(x)$; đồ thị gia tốc Tôlê $j = f(x)$ với tỷ lệ xích $\mu_j = 439{,}2 \text{ (m/s}^2\text{)/mm}$.
  • Xác lập hệ thống đồ thị động lực học:
    • Khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến $m' = 0{,}89 \text{ kg}$.
    • Đồ thị lực quán tính $-P_j$ với biên độ biểu diễn từ $46{,}970 \text{ mm}$ đến $-28{,}182 \text{ mm}$.
    • Khai triển lực khí thể $p_{kt}$, lực tổng $P_1$, phân tích các thành phần lực tiếp tuyến $T$, pháp tuyến $Z$, lực ngang $N$ theo dải góc trục khuỷu $0^\circ \div 720^\circ$.
    • Đồ thị tổng momen tiếp tuyến $\sum T - \alpha$ cho động cơ 4 kỳ theo thứ tự nổ 1-3-4-2 với giá trị tiếp tuyến trung bình $\sum T_{tb} = 0{,}004201 \text{ MN/m}^2$.
    • Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, phụ tải đầu to thanh truyền và đồ thị mài mòn chốt khuỷu theo phương pháp 24 tia.

Giá trị đóng góp của đồ án

  • Đồ án cung cấp quy trình tính toán nhiệt động và cơ học chuẩn xác, nhất quán cho mẫu động cơ đốt trong nhiều xylanh (XH4-022).
  • Phối hợp đồng bộ các phương pháp đồ giải kinh điển trong ngành động cơ đốt trong (đồ thị Brick, đồ thị Tôlê, đồ thị véctơ phụ tải, đồ thị mài mòn) giúp trực quan hóa sự biến thiên của lực và ứng suất cơ học theo thời gian/góc quay, tạo tiền đề trực tiếp cho việc tính bền chi tiết máy và thiết kế hệ thống bôi trơn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế trong tài liệu:
    • Đồ án tập trung vào tính toán động học và động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền ở chế độ làm việc định mức ($n = 6300 \text{ vòng/phút}$), chưa khảo sát các chế độ tải từng phần hoặc quá độ (khởi động, không tải, tăng tốc).
    • Phạm vi tính toán trong thuyết minh dừng lại ở việc lập bảng số liệu, dựng đồ thị lực, mômen và mài mòn lý thuyết; chưa bao gồm phần kiểm nghiệm bền chi tiết (piston, chốt, thanh truyền, trục khuỷu) theo phương pháp phần tử hữu hạn (FEM).
  • Hướng mở rộng:
    • Tính toán kiểm nghiệm độ bền mỏi và hệ số an toàn cho trục khuỷu, thanh truyền dưới tác dụng của phụ tải tổng hợp.
    • Tích hợp phần mềm mô phỏng động lực học nhiều vật thể (MBD) và mô phỏng dòng chảy bôi trơn thủy động trong khe hở ổ trục.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn học liệu và tài liệu tham khảo trực tiếp cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ khí Động lực, Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ khí Giao thông khi thực hiện đồ án môn học Động cơ đốt trong, Đồ án thiết kế cơ khí hoặc Đồ án liên môn (PBL2, PBL3).
  • Giảng viên và người làm kỹ thuật cần tài liệu hướng dẫn từng bước quy trình dựng đồ thị công $P-V$, phương pháp đồ thị Brick xác định chuyển vị, phương pháp Tôlê xác định gia tốc, cách vẽ và khai triển véctơ phụ tải chốt khuỷu và đồ thị mài mòn chốt khuỷu.
  • Các bảng số liệu mẫu về phân tích lực khí thể, lực quán tính, lực tiếp tuyến $T$, pháp tuyến $Z$ theo từng bước góc quay $10^\circ$ trong suốt chu kỳ làm việc $720^\circ$.

Câu hỏi thường gặp

1. Vận tốc trung bình của piston động cơ XH4-022 được tính toán bằng bao nhiêu?

Theo tính toán ở phần xây dựng đồ thị công, với hành trình dịch chuyển của piston $S = 97 \text{ mm}$ và số vòng quay định mức của động cơ $n = 6300 \text{ vòng/phút}$, tốc độ trung bình của piston được xác định theo công thức: $$C_m = \frac{S \cdot n}{30} = \frac{97 \cdot 6300}{30 \times 1000} = 20{,}370 \text{ m/s}$$

2. Các góc phân phối khí được sử dụng để hiệu chỉnh đồ thị công $P-V$ gồm những thông số nào?

Các góc pha phân phối khí được xác định trên vòng tròn đồ thị Brick gồm có:

  • Góc đánh lửa/phun sớm ($c'$): $16^\circ$ trước ĐCT.
  • Góc mở sớm xupap nạp ($r'$): $15^\circ$ trước ĐCT.
  • Góc đóng muộn xupap nạp ($a'$): $25^\circ$ sau ĐCD.
  • Góc mở sớm xupap thải ($b'$): $42^\circ$ trước ĐCD.
  • Góc đóng muộn xupap thải ($r''$): $20^\circ$ sau ĐCT.

3. Phương pháp đồ thị Brick xác định khoảng dời tâm $OO'$ như thế nào?

Trong cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm, phương pháp đồ thị Brick lấy tâm dời $O'$ lệch về phía bên phải tâm $O$ (về phía Điểm Chết Trên) trên đoạn $AB$ một khoảng bằng: $$OO' = \frac{R \cdot \lambda}{2} = 6{,}0625 \text{ mm}$$ Từ tâm $O'$, các tia được kẻ ứng với các góc từ $0^\circ$ đến $180^\circ$ để xác định chuyển vị tương ứng của piston.

4. Thứ tự làm việc của các xylanh và góc công tác trong động cơ XH4-022 được bố trí ra sao?

Động cơ có thứ tự làm việc là 1 - 3 - 4 - 2 với góc công tác giữa các kỳ nổ là $\delta_{ct} = 180^\circ$. Khi trục khuỷu xylanh thứ 1 ở vị trí $\alpha_1 = 0^\circ$, vị trí góc quay của các xylanh còn lại tương ứng là:

  • Xylanh 3: $\alpha_3 = 180^\circ$
  • Xylanh 4: $\alpha_4 = 360^\circ$
  • Xylanh 2: $\alpha_2 = 540^\circ$ Tổng mômen tiếp tuyến của động cơ là $\sum T = T_1 + T_2 + T_3 + T_4$, có giá trị tiếp tuyến trung bình chọn là $\sum T_{tb} = 0{,}004201 \text{ MN/m}^2$.

5. Mục đích của việc vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu là gì và được thực hiện ra sao?

Đồ thị mài mòn chốt khuỷu thể hiện trạng thái chịu tải và mức độ hao mòn lý thuyết tại từng điểm trên bề mặt ngõng trục. Đồ thị được vẽ bằng cách chia đường tròn chốt khuỷu thành 24 phần ($15^\circ$ mỗi cung, đánh số $0 \div 23$), kẻ các tia cắt đồ thị phụ tải để tính tổng lực tác dụng $\sum Q_i$. Dựa vào đồ thị này, người thiết kế xác định chính xác khu vực chịu tải ít nhất để bố trí lỗ khoan dẫn dầu bôi trơn, đảm bảo đưa chất bôi trơn vào vị trí có khe hở lớn nhất và áp suất bé nhất, giúp dầu lưu động dễ dàng.

Kết luận

Đồ án liên môn PBL2 "Thiết kế động cơ đốt trong XH4-022" của nhóm sinh viên Khoa Cơ khí Giao thông - Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng đã giải quyết hoàn chỉnh các nội dung cốt lõi từ tính toán nhiệt động chu trình $P-V$, khảo sát động học chuyển động piston đến phân tích động lực học lực và mômen cơ cấu trục khuỷu thanh truyền. Các phương pháp đồ giải truyền thống như đồ thị Brick, đồ thị Tôlê, véctơ phụ tải chốt khuỷu và đồ thị mài mòn 24 tia được áp dụng chuẩn xác, cung cấp cơ sở dữ liệu số và hình học tin cậy cho bài toán thiết kế kết cấu cơ khí động lực. Đây là công trình học thuật tiêu biểu, phản ánh năng lực ứng dụng lý thuyết vào giải quyết bài toán kỹ thuật chuyên ngành động cơ đốt trong.