MỤC LỤC

MỤC LỤC................................................................................................................1

LỜI NÓI ĐẦU..........................................................................................................2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN......................................................................................4

1.1.Tổng quan về động cơ thiết kế và lựa chọn phương án...................................4

1.1.1.Đặc điểm động cơ thiết kế..........................................................,...................4

1.1.2.Tổ chức quá trình cháy...................................................................................4

1.1.2.2 Buồng đốt ...................................................................................................5

1.1.2.3. Hệ thống nhiên liệu.....................................................................................5

1.1.2.4. Cơ cấu phân phối khí ................................................................................7

1.2. Hệ thống làm mát ............................................................................................8

1.4. Hệ thống khởi động.........................................................................................11

CHƯƠNG II:: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.. 12

2.1. Tính toán chu trình công tác động cơ đốt trong...............................................12

2.1.1. Trình tự tính toán..........................................................................................12

2.1.2. Tính toán các quá trình công tác..................................................................15

2.2. Vẽ và hiệu đính đồ thị công.............................................................................26

2.2.1. Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén...........................................26

2.2.2. Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở.................................27

2.2.3. Bảng tính quá trình nén và quá trình giãn nở...............................................27

2.2.4. Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công................................................28

2.3. Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học. ...................................................31

2.3.1. Đường biểu diễn hành trình Piston x = f(a)..................................................31

2.3.2. Đường biểu diễn tốc độ của Piston v = f(a)..................................................32

2.3.3. Đường biểu diễn gia tốc của Piston j = f(x)..................................................33

2.4. Tính toán động lực học...................................................................................34

2.4.1. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến.........................................................34

2.4.2. Khối lượng chuyển động quay.....................................................................35

2.4.3. Lực quán tính...............................................................................................35

2.4.4. Vẽ đường biểu diễn lực quán tính -P_j = f(x).................................................35

2.4.5. Đường biểu diễn v = f(x)..............................................................................37

2.4.6. Khai triển đồ thị công P-V thành P_kt = f(a)...................................................38

2.4.7. Khai triển đồ thị P_j = f(x) thành P_j = f(a).......................................................38

2.4.8. Vẽ đồ thị P_å = f(a)........................................................................................38

2.4.9. Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T = f(a) và đồ thị lực pháp tuyến Z = f(a)...............42

2.4.10. Vẽ đường åT = f(a) của động cơ nhiều xi lanh.........................................45

2.4.11. Đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu.....................................................48

2.4.12. Đồ thị khai triển véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Q = f(a)............. 51

2.4.13. Vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu. .................................................................54

2.5. Kiểm nghiệm bền Piston................................................................................57

2.5.1. Tính nghiệm bền đỉnh piston.......................................................................57

2.5.2. Tính nghiệm bền đầu Piston.......................................................................59

2.5.3. Tính nghiệm bền thân Piston......................................................................61

CHƯƠNG III: KẾT LUẬN.....................................................................................64

TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................65

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đây, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh. Bên cạnh đó, kĩ thuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ, trong đó có ngành cơ khí nói chung. Để góp phần nâng cao trình độ và kĩ thuật, đội ngũ kĩ thuật của ta phải tự nghiên cứu và chế tạo, đó là yêu cầu cấp thiết.

Đồ án Kết cấu - tính toán động cơ đòi hỏi người thực hiện phải sử dụng tổng hợp rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũng như kiến thức của các môn học cơ sở đã được học. Trong quá trình thực hiện đồ án không những đã giúp cho em củng cố được rất nhiều các kiến thức đã học và còn giúp em mở rộng và hiểu sâu hơn về các kiến thức chuyên ngành của mình cũng như các kiến thức tổng hợp khác. Đồ án này cũng là một bước tập dượt rất quan trọng cho em trước khi tiến hành làm đồ án tốt nghiệp sau này.

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 đồ án đạt kết quả 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. Kính mong thầy giáo và các bạn tham gia góp ý giúp đỡ để em hoàn thành tốt nhiệm vụ.

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo: TS. …………... đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án.     

                                                                                                                                                     Hà Nội, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                                                                                      Sinh viên thực hiện

                                                                                                                                                  (ký)

                                                                                                                                                        ……………….....

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1.Tổng quan về động cơ thiết kế và lựa chọn phương án

1.1.1.Đặc điểm động cơ thiết kế

- Động cơ Diesel 4 kỳ, 6 xy lanh , tăng áp, kiểu động cơ Diesel R330

+ Công suất: N_e= 345 (mã lực) = 257,27 (kW)

+ Tốc độ vòng quay: n = 2100 (v/ph)

+ Suất tiêu hao nhiên liệu = 215 (g/ml.h)

1.1.2.Tổ chức quá trình cháy

1.1.2.1.Loại nhiên liệu

- Nhiên liệu được sử dụng cho động cơ là nhiên liệu Diesel

- Các thành phần hóa học có trong nhiên liệu: C, H, O, S 

1.1.2.3. Hệ thống nhiên liệu

* Nhiệm vụ:

+ Cung cấp nhiên liệu cho vòi phun với áp suất cao đảm bảo cho nhiên liệu phun vào buồng cháy dưới dạng sương mù.

+ Cung cấp nhiên liệu đúng thời điểm quy định cho các xy lanh của động cơ.

+ Điều chỉnh được lượng nhiên liệu cung cấp cho các xy lanh phù hợp với các chế độ làm việc và lượng nhiên liệu cung cấp phải đồng đều giữa các xy lanh.

* Yêu cầu:

+ Áp suất nhiên liệu do bơm tạo ra phải lớn hơn áp suất phun của vòi phun.

+ Cung cấp nhiên liệu đúng thời điểm quy định cho các xy lanh của động cơ.

+ Điều chỉnh được lượng nhiên liệu cho các xy lanh phù hợp với các chế độ làm việc và lượng nhiên liệu cung cấp phải đồng đều giữa các xy lanh.

1.1.2.4. Cơ cấu phân phối khí

Cơ cấu phân phối khí kiểu xu páp treo. Sử dụng phương pháp dẫn động bằng cơ cấu cam - con đội - đũa đẩy - cò mổ.

* Sơ đồ cấu tạo :

Sơ đồ cấu tạo hệ thống phân phối khí như hình 1.3.

1.2. Hệ thống làm mát

Động cơ chỉ có thể hoạt động bình thường khi các chi tiết tiếp xúc với buồng cháy có một chế độ nhiệt thích hợp vì:

+ Nếu nhiệt độ quá nóng thì điều kiện bôi trơn sẽ kém, làm cho các chi tiết chóng mòn, khe hở giữa Piston sẽ giảm do giãn nở nhiệt làm cho pittông dễ bị bó kẹt trong xy lanh.

+ Nếu nhiệt độ mát quá mức làm cho nhiên liệu khó bay hơi và cháy không hết tạo muội than làm bó kẹt vòng găng gây giảm công suất và tăng tiêu hao nhiên liệu.

* Nhiệm vụ của hệ thống làm mát: Là lấy đi số nhiệt dư thừa của các chi tiết rồi tỏa số nhiệt này ra bên ngoài không khí.

1.3. Hệ thống bôi trơn

Lý do phải bôi trơn: trong quá trình làm việc, các chi tiết chuyển động tương đối với nhau luôn xảy ra ma sát giữa các bề mặt, gây mài mòn, đồng thời làm tăng nhiệt độ các chi tiết. Vì vậy động cơ chúng ta cần được bôi trơn các bề mặt ma sát.

* Nhiệm vụ:

+ Đưa dầu đến các bề mặt ma sát để bôi trơn bề mặt, lọc sạch những tạp chất lẫn trong dầu nhờn tẩy rửa các bề mặt ma sát này và làm mát dầu nhờn để đảm bảo tính năng hóa lý của nó.

+ Làm mát các bề mặt ma sát và bảo vệ các chi tiết không bị oxi hóa bề mặt.

+ Bao kín khe hở giữa Piston và xy lanh, giữa xéc măng và Piston.

1.4. Hệ thống khởi động

Nhiệm vụ: Động cơ đốt trong có 1 hệ thống khởi động riêng biệt truyền cho trục khuỷu động cơ một mô men với số vòng quay nhất định nào đó để khởi động được động cơ. Cơ cấu khởi động chủ yếu trên ô tô hiện nay là khởi động bằng động cơ điện một chiều.

* Yêu cầu:

+ Máy khởi động phải quay được trục khuỷu động cơ với tốc độ thấp nhất mà động cơ có thể nổ được.

+ Nhiệt độ làm việc không được quá giới hạn cho phép.

+ Phải đảm bảo khởi động lại được nhiều lần.

+ Tỉ số nén từ bánh răng của máy khởi động và bánh răng của bánh đà nằm trong giới hạn cho phép (từ 9 -> 18).

* Nguyên lý hoạt động: Khi đóng khóa khởi động 3 sẽ có dòng điện qua cuộn dây điện từ 7 kéo lõi từ 8 sang trái. Một đầu của lõi từ gắn với đĩa đồng tiếp điểm 6, đầu khác nối với tay đòn 11, dẫn động bánh răng khởi động 12. khi đĩa đồng 6 nối tiếp điểm của động cơ khởi động 4 thì đồng thời bánh răng 12 cũng vào ăn khớp với vành răng 13 trên bánh đà. Trục động cơ điện 4 quay sẽ làm cặp bánh răng 12, 13 quay theo thực hiện khởi động động cơ ôtô. 

CHƯƠNG II

TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

2.1. Tính toán chu trình công tác động cơ đốt trong

2.1.1. Trình tự tính toán

2.1.1.1. Bảng số liệu

Các số liệu của phần tính toán nhiệt như bảng 2.1.

2.1.1.2. Các thông số cần chọn

a) Áp suất môi trường: P_k

Áp suất môi trường P_k là áp suất khí quyển trước khi nạp vào động cơ.

Ở nước ta nên chọn P₀ = 0,1 (MPa)

b) Nhiệt độ môi trường: T_k

Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm.

T_k = T₀ = 24ºC = 297ºK

d) Áp suất khí thải: P_r

Áp suất khí thải cũng phụ thuộc giống như Pa

Áp suất khí thải có thể chọn trong phạm vi :

Pr= (1,10 ¸ 1,15).0,13 = 0,143 ¸ 0,1495 (MPa)

Chọn Pr= 0,145 (MPa)

e) Mức độ sấy nóng môi chất: DT

Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành hỗn hợp khí ở bên ngoài hay bên trong xi lanh.

Với động cơ Diesel : DT = (20 ¸ 40)^oK, ta chọn DT = 20^oK

j) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z: ξz

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z, ξzphụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ. Với các loại động cơ Diesel ta thường chọn: ξz= 0,70 - 0,85. Chọn ξz= 0,8

k) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b: ξb   

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξbtùy thuộc vào loại động cơ xăng hay là động cơ Diezel. ξbbao giờ cũng lớn hơn ξ_z. Do đây là động cơ Diesel ta chọn: ξb= 0,9

l) Hệ số điền đầy đồ thị công: j_d

Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ với chu trình công tác thực tế. Sự sai lệch giữa chu trình thực tế với chu trình tính toán của động cơ xăng ít hơn của động cơ Diesel. Vì vậy hệ số φ_dcủa động cơ Diesel thường chọn hệ số nhỏ hơn động cơ xăng.

2.1.2. Tính toán các quá trình công tác

2.1.2.1. Tính toán quá trình nạp

a) Hệ số khí sót γ_r :

m : chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót có thể chọn: m = 1,45 ¸ 1,5. Ta chọn m = 1,5

Thay số vào công thức tính γ_r ta tính được hệ số khí sót: γ_r = 0,065

d) Lượng khí nạp mới M₁ :

Thay số vào các công thức trên ta được: M₁ = 0,53 (Kmol/kg nhiên liệu)

2.1.2.2. Tính toán quá trình nén

a) Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí:

Ta có: a_v = 19,806; b_v/2 = 0,00209

b) Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:

Ta có: av"=21,395; bv"/2=0,003

 d) Chỉ số nén đa biến trung bình n₁:

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào rất nhiều thông số kết cấu và thông số vận hành như kích thước xi lanh, loại buồng cháy, số vòng quay, phụ tải trạng thái nhiệt độ của động cơ …Tuy nhiên n₁ tăng giảm theo quy luật sau:

Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ làm cho n₁ tăng.

Vậy ta có nghiệm của phương trình là: n₁ = 1,37

g) Lượng môi chất công tác của quá trình nén M_c :

Lượng môi chất công tác của quá trình nén M_c được xác định theo công thức:

M_c = M₁ + M_r = M₁.(1 + γ_r)

Thay số ta được: M_c = 0,697.(1 + 0,03) = 0,567(Kmol/Kg nhiên liệu)

2.1.2.4. Tính toán quá trình giãn nở

a) Hệ số giãn nở sớm r :

Thay số ta được: r := 0,467

Như vậy với động cơ Diesel đã đảm bảo điệu kiện r < l

d) Áp suất cuối quá trình giãn nở P_b :

Thay số vào ta được:P_b = 0,626 (Mpa)

2.1.2.5. Tính toán các thông số chu trình công tác

a) Áp suất chỉ thị trung bình  :

Thay số vào công thức trên ta được: Pi = 1,136

b) Áp suất chỉ thị trung bình thực tế P_i :

Với: φ_d = 0,9÷0,95 : đối với động cơ diesel, ta chọn φ_d = 0,95

Thay số vào công thức trên ta được:

P_i  = 1,136.0,95 = 1,08 (MPa)

e) Áp suất tổn thất cơ giới P_m :

Áp suất tổn thất cơ giới được xác định theo nhiều công thức khác nhau và được biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ. 

Vậy ta có công thức xác định Pmlà:

Pm= 0,04 + 0,0120.V_tb  = 0,1618 (MPa)

f) Áp suất có ích trung bình P_e :

Ta có công thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định theo công thức:

P_e = 1,495 (MPa)

g)  Hiệu suất có ích h_e :

Ta có công thức xác định hiệu suất có ích η_e được xác định theo công thức:

η_e = η_m.η_i = 1,38.0,0285 = 0,03933 (%)

2.2. Vẽ và hiệu đính đồ thị công

Căn cứ vào các số liệu đã tính P_a­ , P_c , P_z , P_b , n₁ , n₂ , ε ta lập bảng tính đường nén và đường giản nở theo biến thiên của dung tích công tác V_x = i.V_c         

2.2.1. Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén

n₁ : chỉ số nén đa biến trung bình, ta tính được n₁ = 1,37

P_c : áp suất cuối quá trình nén, ta có: P_c = 6,29 (MPa)

2.2.2. Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở

n₂ : chỉ số giãn nở đa biến trung bình n₂ = 1,24

P_z : áp suất tại điểm z; ta có P_z = 9,44 (MPa)

Vẽ đồ thị P-V theo tỉ lệ xích:

u_v = 0,00785 (dm³/mm)

up= 0,03776 (Mpa/mm)

2.2.3. Bảng tính quá trình nén và quá trình giãn nở

Căn cứ vào bảng số liệu, tỉ lệ xích, ta vẽ đường nén và đường giãn nở. Sau đó, ta vẽ tiếp đường biểu diễn quá trình nạp và thải lý thuyết bằng hai đường thẳng song song với trục hoành đi qua hai điểm P_a, P_r.

Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính đồ thị công để có đồ thị công chỉ thị.

2.2.4. Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công

Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị:

1) Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp: (điểm a)

Từ O^’ của đồ thị Brick xác định góc đóng muộn b₂ = 16^o của xu páp thải, bán kính này cắt vòng tròn Brick ở a’, từ a’ gióng đường song song với tung độ cắt đường P_a ở a. Nối điểm r trên đường thải (là giao điểm của P_r  với trục tung) với a. Ta có đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp.

3) Hiệu đính điểm phun sớm: (điểm c’’)

Do hiện tương phun sớm nên đường nén trong thực tế tách khỏi đường nén lý thuyết tại điểm c’’. Điểm c’’ được xác định bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định được góc phun sớm φ_i = 16°, bán kính này cắt vòng tròn Brick tại 1 điểm. Từ điểm gióng này ta gắn song song với trục tung cắt đường nén tại điểm c’’. Dùng một cung thích hợp nối điểm c’’ với điểm c’.

4) Hiệu đính điểm đạt p_{z max} thực tế:

Áp suất P_{z max} thực tế trong quá trình cháy - giãn nở không duy trì hằng số như động cơ Diesel ( đoạn ứng với ρ.Vc) nhưng cũng không đạt được trị số lý thuyết như động cơ xăng. Theo thực nghiệm, điểm đạt trị số áp suất cao nhất là điểm thuộc miền vào khoảng 372° ÷ 375° ( tức là 12° ÷ 15° sau điểm chết trên của quá trình cháy và giãn nở )

6) Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giãn nở: (điểm b”)

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế P_b” thường thấp hơn cuối quá trình giãn nở lý thuyết do xu páp thải mở sớm.

Sau khi xác định được điểm b’ và b’’ dùng cung thích hợp nối với đường thải ta được đồ thị công thực tế.

2.3. Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học

Các đường biểu diễn này đều vẽ trên một hoành độ thống nhất tương ứng với hành trình Piston S = 2R. Vì vậy đồ thị đều lấy hoành độ tướng ứng với V_h của đồ thị công (từ điểm 1V_C đến eV_C).

2.3.1. Đường biểu diễn hành trình Piston x = f(a)

Ta tiến hành vẽ đường hành trình của Piston theo trình tự sau:

1) Chọn tỷ lệ xích góc: m_a = 0,7 (mm/độ).

2) Chọn gốc tọa độ cách gốc đồ thị công khoảng 15cm.

3) Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 10⁰, 20⁰,….180^­0.

4) Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 10⁰, 20⁰,….180^­0 tương ứng trên trục tung của đồ thị x = f(a) để xác định chuyển vị x tương ứng.

5) Nối các giao điểm xác định chuyển vị x, ta có đồ thị x = f(a).

2.3.3. Đường biểu diễn gia tốc của Piston j = f(x)

Ta tiến hành vẽ đường biểu gia tốc của Piston theo phương pháp Tôlê. Chọn cùng hoành độ với trục x = f(a), vẽ theo các bước sau:

Ta vẽ theo các bước sau:

1) Chọn tỉ lệ xích m_j = 70 (m/s².mm)

2) Ta tính được các giá trị:

- Gia tốc cực đại:

j_max = R.w².(1 + λ) = 72,5.10^-3.219,8².(1 + 0,318) = 4616,457(m/s²)

- Gia tốc cực tiểu: P_j

j_min = - R.w².(1 - λ)  = -72,5.10^-3.219,8².(1 – 0,318) = -2388,789 (m/s²)  

- Xác định giá trị EF :

EF = -3.R.l.w² = -3.72,5.10^-3.0,318.219,8² = -3341,5 (m/s²)

Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy AC = j_max, từ điểm B tương ứng điểm chết dưới lấy BD = j_min. Nối liền CD cắt trục hoành tại E, lấy EF = –3.R.λ.ω về phía BD. Nối EF và FD, chia các đoạn ra thành 5 phần, nối 11, 22, 33…Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11, 22, 33….Ta được các đường cong biểu diễn quan hệ j = f(x).

2.4. Tính toán động lực học

2.4.1. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến

Các khối lượng chuyển động tịnh tiến m bao gồm:

- Khối lượng nhóm Piston m_pt = 3,4 kg.

- Khối lượng nhóm thanh truyền m_tt = 3,9 kg        

Khối lượng thanh truyền phân bố về tâm chốt pittông m₁ có tính toán theo công thức kinh nghiệm sau:

Thanh truyền của động cơ Diesel:  

m₁ = (0,275-0,285).m_­tt

Lấy m₁ = 0,28. 3,9 = 1,092 (kg)

Vậy ta xác định đươc khối lượng tịnh tiến mà đề bài cho là:

m = mpt+ m1= 3,4 + 1,092 = 4,292 (kg)

2.4.3. Lực quán tính

Lực quán tính của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền gồm lực quán tính chuyển động tịnh tiến và lực quán tính chuyển động quay.

Lực quán tính chuyển động tịnh tiến:

P_j = -mj

P_j = -mRw²(cosa + lcos2a)

Căn cứ vào hệ số l = R/l ta có thể tra bảng để xác định tổng (cosa +lcos2a) biến thiên theo a. Từ đó có thể lập bảng để tính P_j.

Lực quán tính chuyển động quay:

P_k: P_k = m_r.R.w²

Với: m_r = m_{0 m} + m_ch + m₂

2.4.4. Vẽ đường biểu diễn lực quán tính -P_j = f(x)

Vẽ theo phương pháp Tôlê nhưng hoành độ đặt trùng với đường p₀ ở đồ thị công và vẽ đường bao -P_j = f(x), tiến hành theo các bước sau:

1) Tỷ lệ xích m_p = 0,03776 (MPa/mm) (cùng với tỷ lệ xích áp suất P_kt);

Tỷ lệ xích m_x cùng tỉ lệ xích với hoành độ của j = f(x).

- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cực đại:

P_{j max} = m.R.w².(1 + λ)  = .72,5.10^-3.219,8².(1 + 0,138) = 1,52 (MPa)

- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cực tiểu :

P_{j min} = -m.R.w².(1 - λ)  = - .72,5.10^-3.219,8².(1 - 0,138) = -0,786 (MPa)

Ta xác định giá trị E’F’ là:

E’F’ = -3.m.R.l.w² = -3. .72,5.10^-3. .219,8² = -1,1 (MPa)

Từ điểm A’ tương ứng điểm chết trên lấy A’I’ = P_{j max} ; từ điểm B tương ứng với điểm chết dưới lấy B’D’ = P_{j min} ; nối I’D’ cắt trục hoành ở E’; lấy E’F’ về phía B’D’. Nối I’F’ và F’D’, chia các đoạn này ra làm 5 phần, nối 11, 22, 33.. Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11, 22, 33...Ta được đường cong biểu diễn quan hệ -P_j = f(x).

2.4.6. Khai triển đồ thị công P-V thành P_kt = f(a)

Khai triển đồ thị công P-V thành đồ thị P_kt = f(a). Cách làm như sau:

- Chọn tỷ lệ xích μα= 2 (độ/mm). Như vậy toàn bộ chu trình 720° sẽ ứng với 360 mm. Đặt hoành độ a này cùng trên đường đậm biểu diễn P₀ và cách điểm chết dưới của đồ thị công 100 mm.

- Chọn tỷ lệ: m_p bằng tỉ lệ xích μpkhi vẽ đồ thị công, m_p = 0,03776 (MPa/mm).

- Từ các điểm chia trên đồ thị Brick ta xác định trị số của Pkttương ứng với các góc α rồi đặt các giá trị này trên đồ thị P_kt = f(a).

- Điểm p_{z max} xuất hiện tại điểm 375^o.

- Nối các điểm xác định theo 1 đường cong trơn ta thu được đồ thị biểu diễn quan hệ Pkt= f(α).

2.4.8. Vẽ đồ thị P_å = f(a)

Như ta đã biết P_å = P_kt + P_j. Vì vậy ta đã có P_kt = f(a) và P_j = f(a) việc xây dựng đường P_å = f(a) chỉ là việc cộng tọa độ các trị số tương ứng của P_kt và P_j.

2.4.10. Vẽ đường åT = f(a) của động cơ nhiều xi lanh

Động cơ nhiều xi lanh có mô men tích lũy vì vậy phải xác định mômen này. Chu kỳ của mô men tổng phụ thuộc vào số xy lanh và số kỳ.

t : số kỳ

i : số xilanh.

Vẽ đường biểu diễn åT (cũng là åM vì åM = åT.R) theo các bước sau:

- Lập bảng xác định các góc a_i ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc.

- Động cơ 6 kỳ, 4xy lanh thứ tự làm việc là: 1-5-3-6-2-4

Tại thời điểm trục khuỷu của xi lanh 1 đang ở góc công tác là α1= 0° thì trục khuỷu các xy lanh 5, 3, 6, 2, 4 đang ở góc công tác tương ứng α₅ = 240°, α3= 480° , α₆ = 120°, α₂ = 600^o, α₄ = 360°.

Trị số của T₁ ta đã tính và vẽ đường T = f(a). Căn cứ vào đó tra các giá trị tương ứng mà T_i đã tịnh tiến theo a_i, sau đó cộng tất cả các giá trị của T_i lại ta có:

åT_i = T₁ + T₂ + …….+T_i

2.4.11. Đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu

Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu. Từ đồ thị này ta có thể tìm trị số trung bình của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu cũng như có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất và lực bé nhất. Dùng đồ thị phụ tải ta có thể xác định khu vực chịu lực ít nhất để xác định vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền ở trục.

Các bước tiến hành vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu được tiến hành như sau:

+ Vẽ hệ toạ độ T-Z gốc toạ độ O’ trục O’Z có chiều dương hướng xuống dưới.

+ Chọn tỉ lệ xích: m_T = m_Z = m_p = 0,03776 (MPa/mm).

+ Dựa vào bảng tính T = f(a), Z = f(a). Ta có được toạ độ các điểm a_i = (T_i;Z_i) ứng với các góc α = 10⁰ ; 20⁰…720⁰. Cứ tuần tự như vậy ta xác định được các điểm từ 0 = (T₀;Z₀) cho đến 72 = (T₇₂;Z₇₂).

+ Nối các điểm trên hệ trục toạ độ bằng một đường cong thích hợp, ta có đồ thị biểu diễn phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.

2.4.12. Đồ thị khai triển véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Q = f(a)

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn Q = f(α) theo trình tự sau:

- Chọn hoành độ α gần sát mép dưới của tờ giấy vẽ và đặt cùng m_a = 2 (độ/mm) với các đồ thị P = f(α), T = f(α), Z = f(α).

- Xác định Q_i bằng cách đo khoảng cách từ tâm O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu tới các điểm a_i = (T_i;Z_i) ta nhận được các giá trị khác nhau của Q: Q₀; Q₁₀;… Q₇₂₀; sau đó lập bảng Q = f(a).

+ Để tính Q_max, Q_min và Q_tb, xác định trị số đơn vị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu: Q_max, Q_min và Q_tb là phụ tải cực đại, cực tiểu và trung bình được xác định trên đồ thị Q-a. đơn vị là MPa.

Thay số ta được: Q_tb = 52,4 (MPa)

2.4.13. Vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu

Đồ thị mài mòn chốt khuỷu biểu diễn trạng thái mài mòn lý thuyết của chốt khuỷu từ đó có thể xác định miền phụ tải bé nhất để khoan lỗ dầu bôi trơn chốt khuỷu.

Sở dĩ gọi là mài mòn lý thuyết vì khi vẽ ta đã dùng các giả thiết sau đây:

- Phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu là phụ tải ổn định ứng với công suất N­_e và tốc độ n định mức.

- Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 120⁰.

- Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải.

- Không xét đến các điều kiện công nghệ và sử dụng, lắp ghép…ví dụ không xét đến vật liệu, độ cứng bề mặt, độ bóng, độ chặt lỏng, dầu mỡ bôi trơn…

* Vẽ đồ thị mài mòn lý thuyết theo các bước sau:

- Bước 1: Chia vòng tròn tượng trưng mặt chốt khuỷu thành 24 phần. Đánh số thứ tự.

- Bước 2: Từ các điểm chia 1, 2, 3… 23 trên vòng tròn O, gạch các cát tuyến 0.0, 1.0, 2.0, 3.0…23.0 cắt đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu ở các điểm a, b, c, d…

- Bước 3: Chọn tỷ lệ xích μ_m thể hiện quan hệ giữa mài mòn và phụ tải. μ_m thường phải chọn khá lớn, có thể từ 1/500 ÷ 1/1000. Sau đó nhân với các tổng phụ tải Q_Σi để chuyển thành các đoạn thẳng tương ứng μ_m.Q_Ʃi.

Lập bảng 2.4 tìm tổng phụ tải tác dụng trên các điểm 1, 2, 3,…23.

- Bước 4: Vẽ 1 vòng tròn tượng trưng cho chốt khuỷu và các bán kính đi qua các điểm 0, 1, 2,… rồi đặt các đoạn thẳng μ_m.Q_Ʃ0, μ_m.Q_Ʃ1,… lên các vị trí tương ứng theo chiều từ ngoài vào trong. Sau đó nối các điểm mút lại, ta có dạng mài mòn lý thuyết của chốt khuỷu.

- Bước 5: Vẽ môt chốt khuỷu tượng trưng và chiều quay của chốt để xác định vị trí miền phụ tải nhỏ theo chiều quay

Từ các giả thiết trên ta lập được bảng tổng phụ tải tác dụng trên các điểm 0;1;2…23 trong một chu trình như bảng dưới 2.9.

2.5. Kiểm nghiệm bền Piston

2.5.1. Tính nghiệm bền đỉnh piston

2.5.1.1. Công thức Back

Công thức Back giả thiết đỉnh có chiều dày đồng đều và đặt tự do trên gối đỡ hình trụ. Công thức này thường thích hợp với các loại đỉnh bằng của động cơ Xăng và động cơ Diesel buồng cháy xoáy lốc và dự bị.

 Ứng suất cho phép đối với đỉnh piston gang:

- Nếu đỉnh có gân tăng bền:    [σ_u] = 100 ÷ 190 (MPa)

- Nếu đỉnh không có gân tăng bền:   [σ_u] = 20 ÷ 25 (MPa)

Ta thấy ứng suất uốn đỉnh Piston ta tính nằm trong khoảng đỉnh có gân tăng bền.

Vì vậy ta chọn thiết kế loại Piston này có gân chịu lực.

2.5.1.2. Công thức Orơlin

Vì d = 16,38 < 0,2.110 nên ta sử dụng công thức Orơlin

Công thức Orơlin giả thiết đỉnh Piston là một đĩa tròn bị ngàm cứng trong gối tựa hình trụ.  

 Công thức này thường được dùng để tính đỉnh mỏng ( có d ≤ 0,2D) và với các đỉnh Piston của động cơ Diesel buồng cháy thống nhất.

x : hệ số xét đến tính chất của ngàm cố định ; chọn x = 1

d : chiều dày đỉnh Piston ; d = 16,38 (mm)

P_z : áp suất lực khí thể  ; P_z = 9,44 (MPa)

D : đường kính đỉnh Piston D = 120 (mm)

S : chiều dày phần đầu Piston.

S = (0,05 ÷ 0,1).D = 0,1.120 =12 (mm)

Chọn vật liệu làm đỉnh Piston là gang nên:

Ứng suất uốn cho phép với gang là [s_u] = 60 (MPa)  

Ta có s =  (MPa) < [s_u] = 60 (MPa).  

2.5.2. Tính nghiệm bền đầu Piston

Ta có tiết diện nguy hiểm nhất là tiết diện I-I, cắt qua rãnh xéc măng dầu cuối cùng trên đầu Piston. Tiết diện này chịu kéo bởi lực quán tính âm lớn nhất do khối lượng m_I-_I của phần đầu Piston sinh ra. Ngoài ra cũng chịu nén do lực khí thể p_zmax gây ra.

Ta xác định khối lượng phần đầu piston m_I-I và thể tích phần đầu Piston V_đầu để lấy thông số tính toán.

Ta có với m_I-I là khối lượng của đầu Piston. Nó được xác định bằng cách:

m_I-I = r_gang.V

Trong đó :  

r_gang : khối lượng riêng của gang.   r_gang = 2700 (Kg/m³)

V: thể tích của đầu Piston.

Căn cứ vào hình dạng tỷ lệ của đầu Piston loại động cơ này ta có thể xác định nó bằng việc thực hiện đo 1 đầu Piston đã được thiết kế trong các động cơ, rồi lấy giá trị biểu diễn của 1 kích thước mà ta đã tính được ở giá trị thực ta tính được tỷ lệ xích. Sau đó chúng ta xác định các kích thước thực còn lại của đầu Piston bàng cách lấy các kết quả đo được ở các kích thước nhân với tỷ lệ xích đó.  

Vậy :   m_I-I = r_gang.V = 2700. 3,808.10^-4 = 1,028 (Kg)

s_k  = 1,1572.10⁶  (MPa)

Ta thấy s_k = 1,572 < [s_k] = 10  (MPa)

2.5.2.2. Ứng suất nén

Thay số được: s = 52 (MPa)

Như vậy đó thoả mãn được ứng suất nén cho phép là:  [sⁿ] = 25 (MPa)

2.5.3. Tính nghiệm bền thân Piston

2.5.3.1. Áp suất tiếp xúc trên thân

 D : đường kính xy lanh :   D = 120 (mm) = 0,12 (m)

h_p:  chiều dài thân piston :  l_p = 125 (mm) = 0,125 (m)

N_max : lực ngang lớn nhất, có thể lập đồ thị N = f(a) để xác định N_max hoặc lấy theo số liệu kinh nghiệm : N_max = (0,005 ¸ 0,006)P_å20

P_å20 : hợp lực của lực khí thể và lực quán tính ở 20^o sau ĐCT của quá trình cháy và giãn nở:  P_å20 = P_å20do.m_P = 220.0,04112 = 7,81 (MPa) = 625,18.104 (Pa)

N_max = 0,005. 625,18.104 = 3,12.104 (N) = 0,0312 (MN)

=> Kth = 34,12 (Mpa).

2.5.3.2. Áp suất tiếp xúc trên bề mặt chốt 

Thay số được: k_b = 25,469 (MPa)

Áp suất tiếp cho phép: k_b = (20 - 30) (MPa)

k_b <  [k_b] thoả mãn.

Kết luận: Theo kết quả của kiểm nghiệm ta thấy khi chế tạo Pisston bằng gang thì đủ bền.

CHƯƠNG III: KẾT LUẬN

Sau một thời gian làm việc khẩn trương nghiêm túc, cùng với sự hướng dẫn của thầy giáo : TS………….…, sự cố gắng của bản thân và sự giúp đỡ của các bạn cùng lớp, đồ án Kết cấu - tính toán động cơ của em đã hoàn thành. Với nhiệm vụ và những vấn đề trong đồ án môn học đặt ra, em cố gắng phân tích và trình bày những hiểu biết của mình trong quá trình tính toán sao cho phù hợp với yêu cầu đề bài.

Trong quá trình làm Đồ án Kết cấu - tính toán động cơ, em đã tham khảo một số tài liệu liên quan, cùng với sự chỉ bảo của giáo viên hướng dẫn và các bạn cùng lớp. Nhưng xét ở mức độ nào đó thì vấn đề đã được xem xét khá toàn diện về phương diện lý thuyết. Mặt khác, do trình độ còn hạn chế và thiếu kiến thức thực tế, kinh nghiệm nghề nghiệp chưa có và thời gian có hạn nên đồ án “Kết cấu - tính toán động cơ R330” này không tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong được sự chỉ dẫn của thầy giáo và các bạn đóng góp ý kiến để đồ án Kết cấu - tính toán động cơ của em được hoàn thiện hơn.

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo: TS………….…, đã giúp đỡ em trong thời gian thực hiện đồ án và trong quá trình học tập tại nhà trường.

Em xin chân thành cảm ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Giáo trình Nguyên lí động cơ đốt trong - Vũ Ngọc Khiêm - Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải.

[2]. Giáo trình Kết cấu tính toán động cơ đốt trong - Nguyễn Văn Bằng - Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải.

[3]. Giáo trình Sức bền vật liệu - Đoàn Loan Phương, Hoàng Quyết Chiến, Nguyễn Thị Thu Ngà - Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải.

[4]. Sách Hướng dẫn đồ án môn học động cơ đốt trong - Hữu Thành, Vũ Anh Tuấn - Học viện kĩ thuật quân sự.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"