Đồ án liên môn PBL2: Thiết kế động cơ đốt trong XH4-022 tại Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Đồ án nghiên cứu liên môn pbl2 thiết kế động cơ đốt trong đề tài thiết kế động cơ xh4 022, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán .

• Tác giả: Lưu Văn Thành
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Quang Trung
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa - Đại Học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Cơ khí giao thông
• Đề tài: Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong - Thiết Kế Động Cơ XH4-022
• Loại tài liệu: Đồ án liên môn (PBL2)
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Tổng quan đồ án PBL2 thiết kế động cơ XH4 022 chi tiết

Đồ án liên môn PBL2 về thiết kế động cơ đốt trong là một học phần quan trọng, tổng hợp kiến thức từ các môn cơ sở ngành như Nguyên lý Động cơ đốt trong, Kết cấu động cơ đốt trong, Sức bền vật liệu. Nhiệm vụ cốt lõi là áp dụng lý thuyết để giải quyết một bài toán kỹ thuật cụ thể, trong trường hợp này là thiết kế động cơ XH4-022. Đây không chỉ là một bài tập lớn, mà còn là một báo cáo PBL2 cơ khí động lực điển hình, giúp sinh viên rèn luyện kỹ năng nghiên cứu, tính toán và trình bày một thuyết minh đồ án cơ khí hoàn chỉnh. Việc thực hiện thành công đồ án này đòi hỏi sự kết hợp nhuần nhuyễn giữa lý thuyết và thực hành, từ việc lựa chọn thông số ban đầu, xây dựng các đồ thị công, phân tích động học, động lực học cho đến thiết kế chi tiết các bộ phận máy. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra một bộ tài liệu thiết kế hoàn chỉnh, bao gồm cả bản tính toán và bản vẽ kỹ thuật cơ khí, có thể dùng làm nền tảng cho các dự án phức tạp hơn như đồ án tốt nghiệp động cơ đốt trong. Tài liệu này sẽ đi sâu vào từng giai đoạn, cung cấp một cái nhìn tổng thể và chi tiết về quy trình thực hiện một đồ án mẫu động cơ đốt trong, giúp người đọc hiểu rõ các bước cần thiết để hoàn thành dự án một cách hiệu quả và chính xác, từ đó nâng cao năng lực chuyên môn và kinh nghiệm thực tiễn trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí động lực.

1.1. Mục tiêu và yêu cầu cốt lõi của đồ án thiết kế động cơ

Mục tiêu chính của đồ án liên môn PBL2 thiết kế động cơ đốt trong là trang bị cho sinh viên khả năng tổng hợp và vận dụng kiến thức đã học để giải quyết một bài toán kỹ thuật hoàn chỉnh. Sinh viên phải nắm vững quy trình từ việc xác định các thông số đầu vào, tiến hành các bước tính toán quan trọng cho đến việc hoàn thiện hồ sơ thiết kế. Yêu cầu đặt ra bao gồm: khả năng tính toán nhiệt động cơ đốt trong để xây dựng đồ thị công; phân tích động học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền và động lực học động cơ piston; thực hiện thiết kế piston, thiết kế thanh truyền, và thiết kế trục khuỷu. Ngoài ra, sinh viên cần thể hiện kỹ năng sử dụng các công cụ hiện đại như mô phỏng 3D SolidWorks để dựng hình và phân tích kết cấu Ansys để kiểm tra bền, cuối cùng là xuất ra các bản vẽ kỹ thuật cơ khí đạt chuẩn.

1.2. Giới thiệu thông số kỹ thuật cơ bản của động cơ XH4 022

Động cơ XH4-022 được lựa chọn làm đối tượng thiết kế trong đồ án này có các thông số kỹ thuật cơ bản được cho trước. Đây là các dữ liệu nền tảng để bắt đầu quá trình tính toán. Các thông số này bao gồm: áp suất môi trường (p0 = 0,1 MN/m²), áp suất khí nạp (pk = 0.09 MN/m²), tốc độ động cơ (n = 6300 vòng/phút), và các kích thước hình học cơ bản như hành trình piston. Từ những thông số này, các đại lượng quan trọng khác như thể tích công tác (Vh), thể tích buồng cháy (Vc), và công suất và momen xoắn dự kiến sẽ được xác định. Việc lựa chọn và hiểu rõ các thông số ban đầu là bước cực kỳ quan trọng, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến toàn bộ quá trình tính toán và kết quả thiết kế cuối cùng, đặc biệt là hiệu suất động cơ và độ bền của các chi tiết.

II. Bí quyết tính toán nhiệt động cơ đốt trong chính xác nhất

Giai đoạn tính toán nhiệt động cơ đốt trong là nền tảng của mọi đồ án thiết kế động cơ. Nó quyết định các thông số làm việc cơ bản và ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất động cơ. Quá trình này bắt đầu bằng việc xác định các thông số trạng thái tại các điểm đặc biệt của chu trình công tác của động cơ. Dựa trên các thông số cho trước như áp suất môi trường (p0), áp suất nạp (pk), và tỉ số nén (ε), các giá trị áp suất và nhiệt độ ở cuối kỳ nén (pc, Tc) và cuối kỳ giãn nở (pb, Tb) được tính toán. Phương trình đường cong nén và giãn nở đa biến (p.V^n = const) là công cụ toán học cốt lõi được sử dụng. Từ các tính toán này, đồ thị công lý thuyết (P-V) được xây dựng. Tuy nhiên, đồ thị này cần được hiệu chỉnh để phản ánh đúng thực tế, bao gồm việc xác định các góc mở sớm, đóng muộn của xupap và góc phun sớm. Việc xây dựng chính xác đồ thị công không chỉ giúp xác định công suất và momen xoắn của động cơ mà còn là dữ liệu đầu vào không thể thiếu cho các bước phân tích động lực học tiếp theo. Một thuyết minh đồ án cơ khí chi tiết phải trình bày rõ ràng các bước tính toán, các giả thiết được lựa chọn và cơ sở khoa học của chúng, đảm bảo tính minh bạch và chính xác của kết quả.

2.1. Phân tích chu trình công tác của động cơ và đồ thị công

Việc phân tích chu trình công tác của động cơ xăng 4 kỳ bao gồm các quá trình Nạp - Nén - Cháy & Giãn nở - Thải. Để xây dựng đồ thị công, cần xác định áp suất tại các điểm đặc biệt như cuối kỳ nén (pc) và cuối kỳ giãn nở (pb). Theo tài liệu gốc, ta có pc = pa * ε^n1 và pb được tính toán tương ứng. Các phương trình đa biến được sử dụng để vẽ đường cong nén và giãn nở. Sau khi có đồ thị lý thuyết, việc hiệu chỉnh là cần thiết bằng cách xác định các điểm đặc biệt như phun sớm (c'), mở sớm xupap thải (b'), đóng muộn xupap nạp (a'). Đồ thị công P-V sau hiệu chỉnh sẽ phản ánh gần đúng hơn hoạt động thực tế, là cơ sở để tính toán công chỉ thị và các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của động cơ.

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và công suất động cơ

Hiệu suất động cơ là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất. Nó bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố trong quá trình tính toán nhiệt. Tỉ số nén (ε) là một yếu tố then chốt; tỉ số nén cao hơn thường dẫn đến hiệu suất nhiệt cao hơn. Tuy nhiên, nó bị giới hạn bởi hiện tượng kích nổ. Các chỉ số đa biến n1 và n2 cũng phản ánh mức độ tổn thất nhiệt trong quá trình nén và giãn nở. Việc hiệu chỉnh đồ thị công, đặc biệt là các góc phối khí, cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu suất động cơ và công suất và momen xoắn. Tối ưu hóa các góc này giúp quá trình trao đổi khí diễn ra hiệu quả, tăng lượng hỗn hợp nạp và thải sạch khí cháy, từ đó cải thiện hiệu suất chung.

III. Phương pháp phân tích động học và động lực học động cơ

Sau khi có đồ thị công, bước tiếp theo trong đồ án liên môn PBL2 thiết kế động cơ đốt trong là phân tích động học và động lực học. Giai đoạn này nhằm xác định quy luật chuyển động và các lực tác dụng lên các chi tiết của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền. Việc phân tích động học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền cho phép xác định chuyển vị, vận tốc và gia tốc của piston tại mọi góc quay của trục khuỷu. Phương pháp đồ thị Brich và phương pháp đồ thị Tôlê là những công cụ cổ điển nhưng hiệu quả được áp dụng để xây dựng các đồ thị này. Kết quả từ phân tích động học là cơ sở để tiến hành phân tích động lực học động cơ piston. Ở đây, các lực tác dụng lên nhóm piston được xác định, bao gồm lực khí thể (lấy từ đồ thị công) và lực quán tính (tính từ khối lượng và gia tốc piston). Tổng hợp hai lực này cho ta lực tổng hợp tác dụng lên chốt piston. Từ đó, các lực thành phần như lực tiếp tuyến (T), lực pháp tuyến (Z) và lực ngang (N) được tính toán. Các đồ thị khai triển lực theo góc quay trục khuỷu là công cụ trực quan để đánh giá tải trọng, là dữ liệu đầu vào quan trọng cho việc tính toán bền và thiết kế các chi tiết chính của động cơ.

3.1. Xây dựng đồ thị động học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

Để phân tích động học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền, các đồ thị biểu diễn chuyển vị, vận tốc và gia tốc của piston theo góc quay trục khuỷu được xây dựng. Phương pháp đồ thị Brich được sử dụng để xác định chuyển vị x của piston một cách trực quan và nhanh chóng. Từ đó, đồ thị vận tốc v = f(α) và đồ thị gia tốc j = f(α) được dựng lên. Gia tốc của piston (j) có vai trò đặc biệt quan trọng vì nó trực tiếp quyết định lực quán tính. Theo tài liệu, công thức tính gia tốc j = R.ω²(cosα + λ.cos2α) được sử dụng làm cơ sở. Phương pháp Tôlê được áp dụng để vẽ đồ thị gia tốc j = f(x), thể hiện mối quan hệ giữa gia tốc và hành trình piston, cung cấp cái nhìn toàn diện về quy luật chuyển động của nhóm piston.

3.2. Phân tích lực trong động lực học động cơ piston chi tiết

Phân tích động lực học động cơ piston tập trung vào việc xác định các lực tác dụng. Lực khí thể (Pkt) được khai triển từ đồ thị công. Lực quán tính (Pj) được tính bằng công thức Pj = -m.j, trong đó m là khối lượng chuyển động tịnh tiến của nhóm piston và một phần thanh truyền. Lực tổng hợp tác dụng lên piston là P1 = Pkt + Pj. Lực này sau đó được phân tích thành lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z tác dụng lên chốt khuỷu. Lực T gây ra momen quay trục khuỷu, quyết định công suất và momen xoắn. Lực Z gây uốn trục khuỷu. Các đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu và đồ thị mài mòn chốt khuỷu là kết quả cuối cùng, giúp xác định vùng chịu tải lớn nhất và vị trí tối ưu để khoan lỗ dầu bôi trơn, một phần quan trọng của hệ thống bôi trơn động cơ.

IV. Cách thiết kế các chi tiết chính động cơ XH4 022 bền bỉ

Từ kết quả phân tích động lực học, giai đoạn thiết kế chi tiết máy được tiến hành. Đây là phần cốt lõi của một đồ án thiết kế động cơ đốt trong, nơi các thông số tải trọng được chuyển hóa thành kích thước và hình dạng cụ thể của chi tiết. Các bộ phận chính cần thiết kế bao gồm piston, thanh truyền và trục khuỷu. Quá trình thiết kế piston bắt đầu bằng việc xác định các kích thước cơ bản của đỉnh, vùng bao xéc măng và thân piston dựa trên áp suất và nhiệt độ làm việc. Thiết kế thanh truyền là một bài toán phức tạp hơn, đòi hỏi phải tính toán bền cho thân thanh truyền dưới tác dụng của lực dọc trục, cũng như kiểm tra bền cho đầu to và đầu nhỏ. Quá trình thiết kế trục khuỷu là quan trọng nhất, vì đây là chi tiết chịu tải phức tạp và nặng nề nhất. Trục khuỷu được tính toán kiểm tra bền ở các tiết diện nguy hiểm dưới tác dụng đồng thời của momen uốn và momen xoắn. Một yếu tố không thể thiếu trong giai đoạn này là việc lựa chọn vật liệu chế tạo chi tiết máy. Vật liệu phải đáp ứng các yêu cầu về độ bền, độ cứng, khả năng chịu mài mòn và chịu nhiệt, đồng thời phải phù hợp với công nghệ chế tạo và chi phí. Mỗi lựa chọn thiết kế đều phải được ghi lại cẩn thận trong thuyết minh đồ án cơ khí.

4.1. Quy trình thiết kế piston và thiết kế thanh truyền tối ưu

Quy trình thiết kế piston bao gồm việc tính toán chiều dày đỉnh piston để chịu được áp suất khí cháy, xác định số lượng và kích thước các rãnh xéc măng để đảm bảo khả năng bao kín và truyền nhiệt. Tương tự, thiết kế thanh truyền yêu cầu tính toán tiết diện thân thanh truyền (thường có dạng chữ I) để chịu nén và uốn do lực quán tính. Đầu to và đầu nhỏ thanh truyền cùng với bu lông thanh truyền cũng phải được kiểm tra bền một cách cẩn thận để tránh phá hủy do mỏi. Mục tiêu là tạo ra các chi tiết có khối lượng nhỏ nhất nhưng vẫn đảm bảo độ bền và tuổi thọ yêu cầu.

4.2. Lựa chọn vật liệu chế tạo chi tiết máy động cơ phù hợp

Việc lựa chọn vật liệu chế tạo chi tiết máy quyết định đến độ tin cậy và tuổi thọ của động cơ. Piston thường được làm từ hợp kim nhôm để có khối lượng nhẹ, dẫn nhiệt tốt. Thanh truyền và trục khuỷu yêu cầu vật liệu có độ bền cao và khả năng chịu mỏi tốt, do đó thường được chế tạo từ các loại thép hợp kim chất lượng cao như thép 40Cr, 45Cr và được xử lý nhiệt (tôi, ram) để đạt được cơ tính yêu cầu. Việc lựa chọn vật liệu đúng đắn là sự cân bằng giữa yêu cầu kỹ thuật, công nghệ gia công và giá thành sản phẩm.

4.3. Các bước tính toán và thiết kế trục khuỷu động cơ XH4 022

Quá trình thiết kế trục khuỷu bao gồm việc xác định các kích thước cơ bản của cổ trục, chốt khuỷu và má khuỷu. Sau đó, tiến hành kiểm tra bền cho các tiết diện nguy hiểm nhất. Sơ đồ tải trọng tác dụng lên trục khuỷu được xây dựng dựa trên các lực T và Z đã tính toán ở phần động lực học. Trục khuỷu được xem như một dầm đặt trên các gối đỡ (ổ trục chính) và chịu uốn, xoắn phức tạp. Các phương pháp tính toán sức bền vật liệu được áp dụng để đảm bảo hệ số an toàn nằm trong giới hạn cho phép, đặc biệt là an toàn về mỏi.

V. Ứng dụng mô phỏng 3D SolidWorks và Ansys trong đồ án

Để nâng cao độ tin cậy và trực quan hóa thiết kế, việc ứng dụng các phần mềm CAD/CAE là không thể thiếu trong một đồ án thiết kế động cơ đốt trong hiện đại. Công cụ mô phỏng 3D SolidWorks được sử dụng để xây dựng mô hình 3D chi tiết cho từng bộ phận như piston, thanh truyền, trục khuỷu, sau đó lắp ráp chúng thành một cụm hoàn chỉnh. Mô hình 3D không chỉ giúp kiểm tra khả năng lắp ráp, phát hiện các va chạm hình học mà còn là cơ sở để tạo ra các bản vẽ kỹ thuật cơ khí 2D một cách nhanh chóng và chính xác. Sau khi có mô hình 3D, bước tiếp theo là thực hiện phân tích kết cấu Ansys hoặc các công cụ phân tích phần tử hữu hạn (FEA) tương đương. Quá trình này cho phép mô phỏng lại điều kiện làm việc thực tế của chi tiết. Bằng cách đặt các điều kiện biên (ngàm, gối đỡ) và áp dụng tải trọng (áp suất, lực quán tính) đã tính toán, phần mềm sẽ phân tích và hiển thị trực quan sự phân bố ứng suất, biến dạng trên chi tiết. Kết quả phân tích giúp xác định các vùng tập trung ứng suất cao, từ đó có thể tối ưu hóa lại thiết kế để tăng độ bền, giảm khối lượng mà không cần chế tạo thử nghiệm tốn kém. Đây là bước kiểm nghiệm quan trọng trước khi hoàn thiện báo cáo PBL2 cơ khí động lực.

5.1. Quy trình mô phỏng 3D SolidWorks cho cụm chi tiết máy

Quy trình mô phỏng 3D SolidWorks bắt đầu từ việc thiết kế từng chi tiết (Part) theo đúng kích thước đã tính toán. Các chi tiết sau đó được đưa vào môi trường lắp ráp (Assembly) để tạo thành các cụm cơ cấu như nhóm piston-thanh truyền, cơ cấu trục khuỷu. Trong môi trường này, các ràng buộc chuyển động (Mates) được thiết lập để mô phỏng chính xác chuyển động quay của trục khuỷu và chuyển động tịnh tiến của piston. Việc mô phỏng động học này giúp kiểm tra lại kết quả tính toán lý thuyết và trực quan hóa hoạt động của động cơ.

5.2. Thực hiện phân tích kết cấu Ansys để kiểm tra độ bền

Việc phân tích kết cấu Ansys là bước kiểm nghiệm thiết kế bằng phương pháp số. Mô hình 3D từ SolidWorks được nhập vào Ansys. Kỹ sư sẽ tiến hành chia lưới phần tử hữu hạn, gán thuộc tính vật liệu chế tạo chi tiết máy đã chọn, đặt điều kiện biên và áp đặt tải trọng tại các vị trí tương ứng. Ví dụ, áp suất khí cháy lớn nhất được đặt lên đỉnh piston, lực quán tính tác dụng lên thanh truyền. Kết quả phân tích sẽ cho thấy các giá trị ứng suất von Mises. So sánh ứng suất lớn nhất với giới hạn bền của vật liệu sẽ cho biết chi tiết có đủ bền hay không, cung cấp cơ sở vững chắc để kết luận về tính khả thi của thiết kế.

5.3. Hoàn thiện bộ bản vẽ kỹ thuật cơ khí theo đúng tiêu chuẩn

Từ mô hình 3D đã được kiểm nghiệm, bước cuối cùng là tạo ra bộ bản vẽ kỹ thuật cơ khí hoàn chỉnh. Môi trường Drawing trong SolidWorks cho phép tạo các hình chiếu đứng, bằng, cạnh, hình cắt, hình trích một cách tự động. Các yêu cầu kỹ thuật như kích thước, dung sai, độ nhám bề mặt, và các yêu cầu về nhiệt luyện phải được ghi chú đầy đủ và rõ ràng theo đúng tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam (TCVN) hoặc quốc tế (ISO). Một bộ bản vẽ chuyên nghiệp là sản phẩm cuối cùng và quan trọng nhất của một đồ án thiết kế động cơ đốt trong.

Trích đoạn nội dung tài liệu

PBL2: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG ĐỒ ÁN LIÊN MÔN (PBL2) THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Đề tài: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ XH4-022 Giảng viên hướng dẫn: T.S Nguyễn Quang Trung Sinh viên thực hiện : Lưu Văn Thành Hà Hữu Nam Lê Đăng Tài Nguyễn Anh Tuấn Nguyễn Kiều Tân Lớp: 20C4LC1 Đà Nẵng 2022 PBL2: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ PBL2: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đầy, nền kinh tế Việt Nam đang trong giai đoạn chuyển mình, từng bước phát triển theo hướng Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa. Thúc đẩy đa ngành đa lĩnh vực phát triển, trong đó các ngành Kỹ thuật đóng vai trò rất lớn trong việc phát triển đất nước. Để góp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật giỏi ta phải tự nghiên cứu và chế tạo, đó là yêu cầu cấp thiết. Đào tạo kỹ sư cho chương trình kỹ thuật rất khó và đòi hỏi trình độ chuyên môn cao, trong đó ngành Kỹ thuật Cơ khí là ngành được chú ý và quan tâm rất nhiều.

Để đạt những yêu cầu ấy, Ngành Kỹ thuật Cơ khí đã có bộ môn Đồ án Thiết kế Cơ khí, nhằm tổng hợp các kiến thức đã học, trang bị cho sinh viên nền tảng kiến thức cơ bản để học tập tốt hơn. Sau khi được học hai môn chính của ngành động cơ đốt trong (Nguyên lý động cơ đốt trong và Kết cấu động cơ đốt trong) cùng một số môn cơ sở khác (sức bền vật liệu, cơ lý thuyết,. ), sinh viên được giao nhiệm vụ làm đồ án môn học “Thiết kế Cơ khí ”. 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 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, mong quý thầy cô góp ý giúp đỡ thêm để em hoàn thành tốt nhiệm vụ. Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô đã tận tình truyền đạt lại những kiến thức và đặc biệt là Thầy TS. Nguyễn Quang Trung đã quan tâm, 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. Nhóm Thực Hiện Nhóm 3 DO.022 PBL2: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ MỤC LỤC 1. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG 1. Các thông số xây dựng đồ thị 1.

Các thông số cho trước 1. Xây dựng đường nén 1. Xây dựng đường giãn nở 1. Biểu diễn các thông số 1.

Xác định các điểm đặc biệt 1.6 Vẽ và hiệu chỉnh đồ thị công 1. ĐỘNG HỌC CƠ CẤU KHUỶU TRỤC THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ 1. Xây dựng đồ thị chuyển vị piston bằng phương pháp đồ thị Brick 1. Xây dựng đồ thị vận tốc 1.

Xây dựng đồ thị gia tốc bằng phương pháp đồ thị Tôlê 1. ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ 1. Xác định khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến 1. Xây dựng đồ thị lực quán tính –PJ – V 1.

Vẽ đồ thị khai triển Pkt - α 1. Vẽ đồ thị khai triển PJ - α 1. Xây dựng đồ thị lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z, lực ngang N theo α 1. Xây dựng đồ thị ∑T - α 1.

Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 1. Khai triển đồ thị Q - α 1. Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền 28 1. Đồ thị mài mòn chốt khuỷu DO.022 PBL2: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ DO.022 PBL2: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ 1.

XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG 1. Các thông số xây dựng đồ thị 1.1 Các thông số chọn trước Áp suất môi trường: p0 = 0,1 [MN/m2 ¿ [1] Áp suất khí nạp: pk = 0.09 [MN/m2 ¿ Áp suất cuối kì nén pc = pa.11,31,38 = 2,5555[MN/m2 ¿ Đối với động cơ xăng ρ = 1 [1] Chọn ρ = 1 Áp suất cuối quá trình giãn nỡ m2 ¿ Pb = = = 0.403 [MN/ [1] Chọn áp suất khí sót: Phụ thuộc vào loại động cơ Tốc độ trung bình của động cơ: Cm = [1] Trong đó: S [m] – hành trình dịch chuyển của piston trong xylanh. n [vòng/phút] – tốc độ của động cơ. 97∗6300 Suy ra: Cm = = 20.370 [m/s] 30 Áp suất khí thải của động cơ có lắp bình tiêu âm: Pth = (0,75 – 0,9)pk chọn pth = 0,9pk = 0,9.0,1 = 0,09 [MN/ ] [1] Áp suất khí sót: pr = ( 1,05-1,1 ) pth [1] Chọn pr = 1 [MN/m2 ¿ Thể tích công tác: 3 m ¿ Vh = S.0572[d [1] GVHD: NGUYỄN QUANG TRUNG 1 NHÓM 3 – PBL2 DO.022 PBL2: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ Thể tích buồng cháy: m3 ¿ Vc = = 0.

Xây dựng đường nén Theo [1] (127): Ta có phương trình đường cong nén đa biến: p.V n = const 1 Trong đó: p- áp suất biến thiên theo quá trình nén của động cơ V- thể tích biến thiến theo quá trình nén của động cơ n1 n1 Nếu gọi x là điểm bất kì trên đường nén thì: pnx .V c pnx Suy ra = pc. pnx Đặt i = , ta có = 1. Xây dựng đường giãn nỡ Theo [1] (180): Ta có phương trình giãn nỡ đa biến: p.V n = const 2 Nếu gọi x là điểm bất kì trên đường giãn nở ta có: p gnx.V nz 2 2 Mặt khác ta có: Vz = ρ.Vc, Đặt i = p gnx Suy ra: = pz. Biểu diễn thông số: Biểu diễn thể tích buồng cháy: V cbd = 15 [mm] μv Do đó, ta có: = =0.0392 Suy ra Vhbd = = = 198,9 Biểu diễn áp suất cực đại: pzbd = 160 [mm] μp Do đó,ta có: = = 0,05625 GVHD: NGUYỄN QUANG TRUNG 2 NHÓM 3 – PBL2 DO.022 PBL2: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ Cho i tăng từ 1đến ε ta lập được bảng các điểm trên đường nén và đường giãn nở Bảng 1-1: Bảng giá trị đồ thị công của động cơ xăng nén giãn nỡ i V(dm^3) V(mm) i^(n1) pc/i^n1 1/i^n1 pn i^n2 1/i^n2 pzρ^n2/i^ pgn(mm) 1 0.

Xác định các điểm đặc biệt Bảng 1-2: Bảng giá trị các điểm đặc biệt Giá trị thật V(dm3 ¿ P(MN/m2 ¿ a(Va,Pa) 0.0572 9 GVHD: NGUYỄN QUANG TRUNG 3 NHÓM 3 – PBL2 DO.022 PBL2: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ Sau khi xác định được các điểm đặc biệt và các điểm trug gian ta tiến hành vẽ đồ thị công theo trình tự sau: Vẽ hệ trục toạ độ P-V theo tỷ lệ xích: −3 3 = 4,93.6 Vẽ và hiệu chỉnh đồ thị công Nối tất cả các điểm trung gian của đường nén và các đường giãn nở với các điểm đặc biệt ta được đồ thị công lý thuyết. Xác định các điểm đặc biệt: Vẽ vòng tròn của đồ thị Brich để xác định các điểm đặc biệt: Điểm phun sớm: c’ xác định từ đồ thị Brich ứng với góc = 16° Điểm mở sớm xupap nạp: r’ xác định từ đồ thị Brich ứng với góc = 15° Điểm đóng muộn xupap thải: r’’ xác định từ đồ thị Brich ứng với =20° Điểm đóng muộn xupap nạp: a’ xác định từ đồ thị Brich ứng với = 25° Điểm mở sớm xupap thải: b’ xác định từ đồ thị Brich ứng với = 42° Điều chỉnh đồ thị công: GVHD: NGUYỄN QUANG TRUNG 4 NHÓM 3 – PBL2 DO.022 PBL2: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ Hình 1 Đồ thị công 1.2 Đồ thị động học và động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền động cơ Động cơ kiểu piston thường có vận tốc lớn nên việc nghiên cứu, tính toán động học, động lực học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là cần thiết để tìm quy luật vận động của chúng ta và để xác định lực quán tính tác dụng lên các chi tiết trong cơ cấu trục khuỷu thanh truyền nhằm mục đích tính toán cân bằng, tính toán bền các chi tiết và tính toán hao mòn của động cơ. Trong động cơ đốt trong kiểu piston, cơ cấu trục khuỷu thanh truyền có hai loại: loại giao tâm và loại lệch tâm. Ta xét trường hợp cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm.

Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm là cơ cấu mà đường tâm xylah trực giao với đường tâm trục khuỷu tại một điểm. GVHD: NGUYỄN QUANG TRUNG 5 NHÓM 3 – PBL2 DO.022 PBL2: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ Hình 2 – 1: Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm O – giao điểm của đường tâm xylanh và đường tâm trục khuỷu. B – Giao điểm của đường tâm thanh truyền và đường tâm chốt khuỷu. A – Giao điểm của đường tâm xylah và đường tâm chốt piston.

R – Bán kính tay quay (m) l – Chiều dài thanh truyền (m). S – Hành trình piston (m) x – Độ dịch chuyển của piston tính từ ĐCT ứng với góc quay trục khuỷu (m).1 Xác định độ dịch chuyển x của piston bằng phương pháp đồ thị Brich Theo [3] (7) chuyển vị x của piston được tính theo công thức: x = R[(1-cos )+ (1-cos2 )] Phương pháp đồ thị Brich tiến hành như sau: Chọn tỷ lệ xích: = 0.627 [mm/mm] GVHD: NGUYỄN QUANG TRUNG 6 NHÓM 3 – PBL2 DO.022 PBL2: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ = 2 [độ/mm] Lấy về phía phải tâm O (phía ĐCT ) trên AB một đoạn OO’ sao cho: R∗λ OO’ = = 6.0625 [mm] [3] (13) 2 Từ tâm O’ của đồ thị Brich, kẻ các tia ứng với các góc 0° , 10° , 20° ,…,180° ; Các tia này cắt nữa vòng tròn Brich tại các điểm tương ứng 0, 1, 2, …18. Vẽ hệ trục vuông góc S - phía dưới vòng tròn. Trục O gióng từ điểm A biểu diễn giá trị.

Trục OS biểu diễn giá trị hành trình piston S. Từ các điểm chia trên nữa vòng tròn Brich, ta kẻ các đường thẳng song song với trục O và từ các điểm chia (có góc tương ứng ) trên trục O , ta kẻ các đường thẳng nằm ngang song song với OS. Các đường này sẽ cắt nhau tại các điểm 0,1,2,…18. Nối các điểm này lại ta có đường cong biểu diễn độ dịch chuyển x theo x = f( ) Hình 2 – 2: Phươg pháp đồ thị Brich 1.

Xây dựng đồ thị vận tốc Theo [3] (8) ta có vận tốc của piston là: v = R.sin2 ) Các bước xây dựng đồ thị: Chọn tỷ lệ xích = = 4.mm] GVHD: NGUYỄN QUANG TRUNG 7 NHÓM 3 – PBL2 DO.022 PBL2: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ 0.4 Vẽ vòng tròn tâm O bán kính R2 = = 2∗4.997613 [mm] đồng tâm với nữa vòng tròn có bán kính R1 48.