PhamCongDat
Tài xế O-H
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.. 3
1: TÍNH TOÁN NHIỆT CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ.. 4
1.1. TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN:4
1.1.1. Số liệu ban đầu:4
Động cơ: HONDA CRV.. 4
2.4. Tính toán quá trình dãn nở:10
Ở động cơ xăng, quá trình cháy kết thúc trên hành trình dãn nở và qúa trình dãn nở còn lại được tính trên một phần của hành trình pít tông ứng với tỷ số dãn nở muộn
. Do đó các thông số của quá trình dãn nở được tính với10
2.5.Kiểm tra kết quả tính toán:11
3. Xác định các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của động cơ 11
3.1. Các thông số chỉ thị11
3.1.1. Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết p’i11
3.1.2. Hệ số điền đầy đồ thị công jd11
3.1.3. Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi12
3.1.4. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi12
3.1.5. Hiệu suất chỉ thị hi12
3.2. Các thông số có ích. 12
3.2.1. Áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ13
3.2.2. Áp suất có ích trung bình pe13
3.2.3. Hiệu suất cơ khí hcơ13
3.2.4. Suất tiêu hao nhiên liệu có ích. 13
3.2.5. Hiệu suất có ích:13
4. Dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác. 14
4.1. Khái quát14
4.3. Hiệu chỉnh đồ thị công lý thuyết thành đồ thị công thực tế. 17
4.3.1. Vẽ vòng tròn brick đặt trên đồ thị công. 17
4.3.2. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp.17
4.3.3. Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén.17
4.3.4. Hiệu đính điểm đánh lửa sớm.. 18
4.3.5. Hiệu đính điểm đạt pzmax thực tế. 18
4.3.6. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế.18
4.3.7. Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giãn nở. 19
5. Dựng đặctính ngoài của động cơ. 20
5.1. Khái quát20
v Đối với động cơ xăng. 20
- Kết quả tính toán được thống kê thành bảng.21
6. Tính toán động lực học.23
6.1. Mục đích:23
6.2. Tính Toán động lực học:23
Các lực và mô men trong tính toán động lực học được biểu diển dưới dạng hàm số góc quay trục khuỷu a. Với quy ước là khi pít tông ở điểm chết trên thì a = 0. Ngoài ra các lực này còn tính với 1 đơn vị diện tích đỉnh pít tông, khi cần các giá trị thực của lực ta nhân với giá trị của áp suất với diện tích tiết diện ngang của đỉnh pít tông.23
6.4 Đồ thị vec tơ phụ tải cổ khuỷu.36
LỜI NÓI ĐẦU
Ôtô ngày càng được sử dụng rộng rãi ở nước ta như một phương tiện đi lại cá nhân cũng như vận chuyển hành khách, hàng hoá rất phổ biến. Sự gia tăng nhanh chóng số lượng ôtô trong xã hội, đặc biệt là các loại ôtô đời mới đang kéo theo nhu cầu đào tạo rất lớn về nguồn nhân lực phục vụ trong ngành công nghiệp ôtô nhất là trong lĩnh vực thiết kế.
Trong quá trình học môn "Kết cấu, tính toán động cơ đốt trong" tôi được thầy Kim Ngọc Duy giao nhiệm vụ làm bài tập lớn môn học. Vì bước đầu làm quen với công việc nên không tránh khỏi những bỡ ngỡ và vướng mắc. Nhưng với sự quan tâm, động viên, giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy nên tôi đã hoàn thành đồ án trong thời gian được giao. Qua đồ án này giúp sinh viên chúng tôi nắm được các chu trình công tác, đặc tính ngoài động cơ, cách lập và vẽ các đồ thị động học, động lực học... Và những kiến thức này rất thiết thực và bổ ích với sinh viên nghành công nghệ kỹ thuật ôtô.
Tuy nhiên trong quá trình thực hiện dù đã cố gắng rất nhiều không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy tôi rất mong nhận được sự quan tâm đóng góp ý kiến của các thầy để tôi có thể hoàn thiện đồ án của mình tốt hơn và cũng qua đó rút ra được những kinh nghiệm quý giá cho bản thân nhằm phục vụ tốt cho quá trình học tập và công tác sau này.
Xin chân thành cảm ơn!
Tp.HCM,ngày 5 tháng 12 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Phạm Công Đạt
1: TÍNH TOÁN NHIỆT CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ
1.1. TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN:
1.1.1. Số liệu ban đầu:
Động cơ: HONDA CRV
- Thứ tự công tác: 1-3-4-2. Nhiên liệu : xăng 4 kỳ.
Bảng 1: Các thông số của động cơ
TT
Các thông số
Giá trị
Đơn vị
1
Đường kính xy lanh (D)
87
mm
2
Số xy lanh (i)
4
3
Số kỳ (τ)
4
4
Hành trình công tác (S)
87
mm
5
Thể tích công tác (Vh)
0,516
dm3
6
Tỷ số nén (
)
7
7
Công suất có ích lớn nhất (NeMax)
110
hp
8
Số vòng quay ứng với công suất cực đại (n)
5800
v/ph
9
Góc mở sớm XP nạp
40
Độ
10
Góc đóng muộn của XP nạp
22
Độ
11
Góc mở sớm XP xả
44
Độ
12
Góc đóng muộn XP xả
8
Độ
13
Khối lượng nhóm pít tông ( mpt)
0,70
Kg
14
Khối lượng thanh truyền (mtt)
0,84
Kg
15
Góc đánh lửa sớm (φi )
15
Độ
16
Chiều dài thanh truyền ( Ltt)
135
mm
17
Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ( ge )
191
g/kW.h
Phần 2
TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC
2.1. Mục đích tính toán.
+ Mục đíchcủa việc tính toánchu trìnhcông tác là xác định các chỉ tiêu về kinh tế, hiệu quả của chu trình công tác và sự làm việc của động cơ.
+ Kết quả tính toán cho phép xây dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình để làm cơ sở cho việc tính toán động lực học, tính toán sức bền và sự mài mòn các chi tiết của động cơ.
+ Phương pháp chung của việc tính toán chu trình công tác có thể áp dụng để kiểm nghiệm động cơ sẵn có, động cơ được cải tiến hoặc thiết kế mới.
+ Việc tính toán kiểm nghiệm động cơ sẵn có cho ta các thông số để kiểm tra tính kinh tế và hiệu qủa của động cơ khi môi trường sử dụng hoặc chủng loại nhiên liệu thay đổi. Đối với trường hợp này ta phải dựa vào kết cấu cụ thể của động cơ và môi trường sử dụng thực tế để chọn các số liệu ban đầu.
+ Đối với động cơ được cải tiến hoặc được thiết kế mới, kết quả tính toán cho phép xác định số lượng và kích thước của xy lanh động cơ cũng như mức độ ảnh hưởng của sự thay đổi về mặt kết cấu để quyết định phương pháp hoàn thiện các cơ cấu và hệ thống của động cơ theo hướng có lợi. Khi đó phải dựa vào kết quả của việc phân tích thực nghiệm đối với các động cơ có kết cấu tương tự để chọn các số liệu ban đầu.
+ Việc tính toán chu trình công tác còn được áp dụng khi cường hoá động cơ và xây dựng đặc tính tốc độ bằng phương pháp phân tích lý thuyết nếu các chế độ tốc độ khác nhau được khảo sát.
2.2. Chọn các số liệu ban đầu.
1-Công suất có ích lớn nhất:
Ne= 125 [kW]
2- Số vòng quay ứng với công suất cực đại n:
n = 5800 [vg/p].
3- Tốc độ trung bình của pít tông CTB:
CTB =
(Trong đó S = 87 [mm] là hành trình pít tông).
4- Số xy lanh của động cơ i:i = 4
5- Tỷ số giữa hành trình của pít tông và đường kính xy lanh
:
6- Tỷ số nén e:
e = 7
7- Hệ số dư lượng không khí a:
Ở đây ta chọn a =0,9
8- Nhiệt độ môi trường T0:
Nhiệt độ trung bình ở nước ta thường chọn là: T0 = 240C = 2970K.
9- Áp suất của môi trường p0:
P0 Phụ thuộc vào độ cao sử dụng. Thường chọn P0=0,103 [MN/m2]
10- Hệ số nạp hv và áp suất cuối quá trình nạp pa.
Hệ số nạp phụ thuộc vào nhiều vào các yếu tố như : thành phần nhiên liệu, kết cấu hệ thống nạp khí, chế độ sử dụng. [h]= 0,79..0,80. Chọn hv= 0,8
11- Áp suất khí thể cuối quá trình thải cưỡng bức pr:
Pr phụ thuộc chủ yếu vào số vòng quay trục khuỷu và sức cản của hệ thống thải:
[Pr] =[1,06..1,15] .105 N/m2. ở đây ta chọn Pr =1,1.105 [N/m2].
12- Nhiệt độ cuối quá trình thải Tr.
Tr phụ thuộc vào e, n, thành phần khí hỗn hợp a, góc phun sớm.
Động cơ xăng [Tr] =900-1100[0k] ,ta chọn Tr = 1000[0k].
13- Độ sấy nóng khí nạp DT.
Giá trị DT phụ thuộc vào kết cấu thiết bị sấy nóng, kết cấu và cách bố trí của đường nạp và cách bố trí của đường thải, số vòng quay n, hệ số dư lượng không khí a.
[DT] =10-30 [0k] . Ta chọn DT = 150K.
14- Chỉ số nén đa biến trung bình n1.
n1 phụ thuộc vào số vòng quay, kích thước xy lanh, kiểu làm mát, mức độ cường hoá động cơ.
Đọng cơ xăng [ n1] =1,34-1,37. Chọn n1=1,34
15- Hệ số sử dụng nhiệt xz.
xz là tỷ số giữa lượng nhiệt biến thành công và tổng lượng nhiệt cung cấp ban đầu.
Đọng cơ xăng[xz] = 0,85-0,92. Ta chọn xz = 0,9
16- Nhiệt trị thấp của nhiên liệu QT.
QT Là lượng nhiệt toả ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 đơn vị khối lượng hoặc thể tích nhiên liệu không kể đến nhiệt hoá hơi của nước chứa trong sản vật cháy.
[QT] =44.106 [J/kgnl] .
17- Chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2.
n2 phụ thuộc đặc điểm cấp nhiệt cho sản vật cháy trên đường cháy dản nở.
Động cơ xăng[n2] = 1,23-1,27. Ta chọn n2 =1,25
2.3. Tính toán các quá trình công tác:
2.3.1. Tính toán quá trình trao đổi khí.
a) Mục đích của việc tính toán quá trình trao đổi khí là xác định các thông số chủ yếu cuối quá trình nạp chính (ở điểm a) như áp suất pa và nhiệt độ Ta.
b) Thứ tự tính toán:
*Xác định hệ số khí sót gr :
+ Giá trị của gr phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tỷ số nén, số vòng quay, áp suất khí sót Pr và nhiệt độ khí sót Tr cuối quá trình thải. Giá trị của gr có thể chọn theo bảng 14 [trang42-HĐĐAMHĐCĐT]
=
ở động cơ xăng 4 kì [gr ] = 0,05-0,15.
*Nhiệt độ của quá trình nạp:
Ta =
[Trong đó 
T = 150K; Tr = 10000k]
ÞTa =
0K.
*áp suất cuối quá trình nạp Pa:
Pa =
[Mpa]
Theo các số liệu đã cho ở trên ,thay vào ta có:
Pa=
[Pa] = [0,085...0,092] MPa
2.3.2. Tính toán cuối quá trình nén:
a) Mục đích của việc tính toán quá trình nén là xác định các thông số như áp suất pc và nhiệt độ Tc ở cuối quá trình nén.
b) Thứ tự tính toán:
* Áp suất cuối quá trình nén:
pc = pa
= 0,089 . 71,34 = 1,2 [Mpa]
*Nhiệt độ cuối quá trình nén:
Tc = Ta.
= 354,59 . 71,34-1 = 687,16 [0K].
Động cơ xăng [Tc] = [600,...,700]0K.
2.3.3. Tính toán quá trình cháy.
a) Mục đích tính toán quá trình cháy là xác định các thông số cuối quá trình cháy như áp suất pz và nhiệt độ Tz.
b) Thứ tự tính toán: chia làm hai giai đoạn như sau
* Tính toán tương quan nhiệt hoá
- Mục đích việc tính toán tương quan nhiệt hoá là xác định những đại lượng đặc trưng cho quá trình cháy về mặt nhiệt hoá để làm cơ sở cho việc tính toán nhiệt động. Thứ tự tính toán như sau:
- Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu thể lỏng:
- Trong đó: gC, gH và g0: là thành phần nguyên tố tính theo khối lượng của cácbon, hyđrô và ôxy tương ứng chứa trong 1 kg nhiên liệu. Trị số các thành phần ấy đối với nhiên liệu xăng
Có thể lấy gần đúng theo các giá trị sau:
gc = 0,855; gH = 0,145; g0 = 0
ÞM0=
0,512
- Lượng không khí thực tế nạp vào xy lanh động cơ ứng với 1 kg nhiên liệu Mt:
Mt = aMo = 0,9 .0,512 = 0,461
- N hư vậy lượng hỗn hợp cháy M1 tương ứng với lượng không khí thực tế
M1=
= 0,470 (
)
Với: μnl = 110 (
)
- Số mol của sản vật cháy M2:
=
(
)
- Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết bo:
- Hệ số thay đổi phân tử thực tế:
vTính toán tương quan nhiệt động.
Thứ tự tính các thông số như sau:
- Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp công tác ở cuối quá trình nén mcvc.
- Để xác định mcvc ta có thể tra bảng, xác lập quan hệ giải tích giữa nhiệt dung riêng và nhiệt độ đối với các chất khí khác nhau trong hỗn hợp hoặc tính theo công thức gần đúng. Công thức tính toán gần đúng có dạng sau:
mcvc= 20,223+1,742.10-3.Tc= 20,223+1,742.10-3.738,3= 21,42 (
)
- Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của khí thể tại điểm z.
Phương pháp tính toán chung tương tự như đối với mcvc. Nếu tính gần đúng, ta dùng công thức sau:
m cvz=
= 18,423 + 2,596.0,9 + ( 1,55 + 1,38.0,9).
.Tz
= 20,7594 + 0,002792.Tz
- Nhiệt dung mol đẳng áp trung bình tại điểm z:
mcpz = mcvz + 8,314
- Tổn thất do cháy nhiên liệu không hoàn toàn:
=120.10
(1-0,9).0,512 = 6144(
)
- Nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz được xác định theo phương trình nhiệt động của quá trình cháy sau :
Thay các giá trị đã biết ta có: 84232,2= 20,7594.Tz + 0,002792.T
`
Giải phương trình loại bỏ nghiệm âm ta được : Tz = 2618,355 (
)
- Tỷ số áp suất:
lp =
[λp = 3-4,5].
- Áp suất cuối quá trình cháy:
pz = lp.pc = 4,09.1,2 = 4,91 (MPa)
2.4. Tính toán quá trình dãn nở:
Mục đích việc tính toán quá trình dãn nở là xác định các giá trị áp suất pb và nhiệt độ Tb ở cuối quá trình dãn nở.
Ở động cơ xăng, quá trình cháy kết thúc trên hành trình dãn nở và qúa trình dãn nở còn lại được tính trên một phần của hành trình pít tông ứng với tỷ số dãn nở muộn
. Do đó các thông số của quá trình dãn nở được tính với
Áp suất cuối quá trình dãn nở:
= 0,43N/m2
- Nhiệt đội cuối quá trình dãn nở:
Tb =
=
= 1609,7(0K)
2.5.Kiểm tra kết quả tính toán:
Tr =
=
=1021,8 (0K)
Sai số trong quá trình chọn và tính toán là: DTr = 2,13% < 3%
So sánh giữa giá trị đã chọn của Tr và kết quả thu được theo các biểu thức kiểm tra vừa nêu.Ta thấy quá trình tính toán trên là đảm bảo.
3. Xác định các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của động cơ
3.1. Các thông số chỉ thị
Các thông số chỉ thị là các thông số đặc trưng cho chu trình công tác của động cơ. Khi xác định các thông số chỉ thị ta chưa kể đến các dạng tổn thất về công mà chỉ xét đến các tổn thất về nhiệt.
3.1.1. Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết p’i
Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết p’i đối với động cơ xăng được xác định bằng công thức:
MPa
=
= 0,976 (MPa).
3.1.2. Hệ số điền đầy đồ thị công jd
Hệ số điền đầy đồ thị công nhằm chỉ rõ sự khác nhau giữa đồ thị công chỉ thị lý thuyết với đồ thị công chỉ thị thực tế, đối với động cơ xăng 4 kỳ có thể chọn
jd = (0,90 ÷ 0,96)
Chọn jd = 0,96.
3.1.3. Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi
Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi đối với động cơ xăng được xác định bằng công thức:
(MPa).
3.1.4. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi
Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi được tính bằng công thức:
[gi ] = 230-340
3.1.5. Hiệu suất chỉ thị hi
=
hI = 0,31 = 31%
Trong đó: QT được tính bằng [KJ/kgnl ] và gi [kg/KWh ].
[hi ] = 25% - 40%
3.2. Các thông số có ích
+ Các thông có ích là những thông số đặc trưng cho sự làm việc của động cơ. Để xác định các thông số đó, ta sử dụng kết quả tính toán các thông số chỉ thị ở mục trên và xác định giá trị của áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ.
+ Áp suất tổn hao cơ khí trung bình là áp suất giả định, không đổi, tác động lên pít tông trong một hành trình và gây ra công tổn hao bằng công tổn hao của trao đôỉ khí, dẫn động các cơ cấu phụ, tổn hao do ma sát ở các bề mặt công tác.
Thứ tự tính toán các thông số có ích như sau:
+ Áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ được xác định bằng các công thức kinh nghiệm theo vận tốc trung bình của pít tông CTB [m/s] và các thông số khác của động cơ.
.
3.2.1. Áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ
Áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơđược xác định bằng công thức kinh nghiệm sau:
(MPa)
3.2.2. Áp suất có ích trung bình pe
Áp suất có ích trunng bình pe được xác định bằng hiệu số giữa pi với pcơ:
(MPa)
3.2.3. Hiệu suất cơ khí hcơ
Hiệu suất cơ khí hcơ được xác định bằng công thức:
hcơ
=
Động cơ xăng 4 kì [hcơ ] = 0,70¸0,80
3.2.4. Suất tiêu hao nhiên liệu có ích
[ge] = 285-380
3.2.5. Hiệu suất có ích:
he = hihcơ = 0,31 . 0,709 = 0,22
[he] = 0,20¸0,28
+ Công suất có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán:
=
[KW]
Ở đây i.Vh = 4 . 0,516 [dm3]
Sai số: DNe = 2,32 % < 3%
+ Mô men xoắn có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán :
[Nm]
4. Dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác
4.1. Khái quát
+ Đồ thị công chỉ thị là đồ thị biểu diễn các quá trình của chu trình công tác xảy ra trong xy lanh động cơ trên hệ toạ độ p-V. Việc dựng đồ thị được chia làm hai bước: dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết và hiệu chỉnh đồ thị đó để được đồ thị công chỉ thị thực tế.
+ Đồ thị công chỉ thị lý thuyết được dựng theo kết quả tính toán chu trình công tác khi chưa xét các yếu tố ảnh hưởng của một số quá trình làm việc thực tế trong động cơ.
+ Đồ thị công chỉ thị thực tế là đồ thị đã kể đến các yếu tố ảnh hưởng khác nhau như góc đánh lửa sớm hoặc góc phun sớm nhiên liệu, góc mở sớm và đóng muộn các xu páp cũng như sự thay đổi thể tích khi cháy.
4.2. Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết
Đối với động cơ HONDA CRV là động cơ xăng 4 kì. Ở đồ thị công chỉ thị lý thuyết ta thay thế chu trình thực tế bằng chu trình kín a-c-y-b-a. Trong đó quá trình cháy nhiên liệu được thay bằng quá trình cấp nhiệt đẳng tích c-y, quá trình trao đổi khí được thay bằng quá trình nhả nhiệt đẳng tích b-a.
Thứ tự tiến hành dựng đồ thị như sau:
+ Thống kê giá trị của các thông số đã tính ở các quá trình như áp suất khí thể ở các điểm đặc trưng pa, pc, pz, pb, chỉ số nén đa biến trung bình n1, chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2, tỷ số nén e
, thể tích công tác Vh, thể tích buồng cháy Vc và tỷ số dãn nở sớm r.
Pa = 0,089[MPa] n1 = 1,34
pc = 1,2 [MPa] n2 = 1,25
pz = 9,1 [MPa] e = 7
pb = 0,43[MPa] Vh = 0,516 [dm3]
r= 1,002
=
Vz = r.Vc = 1,002 . 0,074 = 0,07 [dm3 ]
- Trong đó tỷ số dãn nở sớm r:
=
Va = Vh +Vc = 0,516 + 0,074 = 0,59 [dm3 ]
Với quá trình nén đa biến, ta có:
Với quá trình dãn nở đa biến, ta có:
+ Trong đó: pn, pd, Vn và Vd là các giá trị biến thiên của áp suất và thể tích trên đường nén và dãn nở. Ta có thể đưa các phương trình trên về dạng:
và
+ Trong đó:
và
là những tỷ số biến thiên [tỷ số nén tức thời].
Ta chọn tỷ lệ xích
và
hợp lý để vẽ đồ thị công. Ta chọn chiều dài hoành độ tương ứng với Vc khoảng 200mm trên giấy kẻ ly và chiều dài tung độ tương ứng với pz khoảng 230mm trên giây A0.Ta có :
(dm3/mm)
(MPa/mm)
Chọn
ta có
.
STT
OB’=OB/ε[mm]
V[dm3]
Pn = Pa.εn1[MPa]
Pd = pb. εn2[MPa]
1
1
98
0.59
0.089
1.05
0.457041
2
1.5
65.33333
0.393333
0.153233
1.55
0.743675
3
2
49
0.295
0.225305
2.05
1.054777
4
2.5
39.2
0.236
0.303829
2.55
1.385619
5
3
32.66667
0.196667
0.387911
3.05
1.733178
6
3.5
28
0.168571
0.476915
3.55
2.095337
7
4
24.5
0.1475
0.570362
4.05
2.470514
8
4.5
21.77778
0.131111
0.667874
4.55
2.857477
9
5
19.6
0.118
0.769148
5.05
3.255237
10
5.5
17.81818
0.107273
0.873929
5.55
3.662981
11
6
16.33333
0.098333
0.982003
6.05
4.080024
12
6.5
15.07692
0.090769
1.093186
6.55
4.505781
13
7
14
0.084286
1.207317
6.98
4.878516
Đồ thị áp suất trên đường nén và đường dãn nở
4.3. Hiệu chỉnh đồ thị công lý thuyết thành đồ thị công thực tế
4.3.1. Vẽ vòng tròn brick đặt trên đồ thị công
Thông số kết cấu của động cơ:
Tỷ lệ xích của hành trình piston S là:
(mm/mm)
Khoảng cách OO’ biểu diễn trên đồ thị công là :
Bán kính R biểu diễn trên đồ thị công là:
mm.
4.3.2. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp.
Từ điểm O’ trên đường tròn Brick ta xác định góc đóng muộn xupáp thải b2 = 8o, bán kính này cắt đường tròn Brick tại điểm a’. Từ a’ gióng đường song song với trục Op cắt đường pa tại điểm ro. Nối điểm r trên đường thải với ro ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp.
4.3.3. Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén.
Áp suất cuối quá trình nén thực tế thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết do có hiện tượng đánh lửa sớm. Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quá trình nén thực tế pc’ được xác định theo công thức sau:
MPa.
Tung độ điểm c’’ trên đồ thị công:
4.3.4. Hiệu đính điểm đánh lửa sớm
Do đánh lửa 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 đánh lửa sớm ji = 15o, bán kính này cắt vòng tròn Brick tại 1 điểm. Từ điểm này ta dóng song song với trục Op cắt đường nén tại điểm c”. Dùng một cung thích hợp nối điểm c” với điểm c’.
4.3.5. Hiệu đính điểm đạt pzmax thực tế
Áp suất pzmax thực tế trong quá trình cháy – giãn nở không đạt trị số lý thuyết của động cơ xăng. Do vậy cần phải hiệu đính điểm z. Theo thực nghiệm, điểm đạt trị số áp suất cao nhất là điểm thuộc miền 372o ÷ 375o (tức là 12o ÷ 15o sau điểm chết trên của quá trình cháy và giãn nở).
Cắt đồ thị công bởi đường 0,85Pz.
Xác định điểm z từ góc 12o: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc tương ứng với 372o góc quay trục khuỷu. Bán kính này cắt vòng tròn tại 1 điểm z’. Từ điểm này ta dóng song song với trục Op cắt đường 0,85Pz tại điểm z.
Dùng cung thích hợp nối c’ với z và lượn sát đường giãn nở.
4.3.6. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế.
Do có hiện tượng mở sớm xupáp thải nên trong thực tế quá trình thải diễn ra sớm hơn lý thuyết. Ta xác định được điểm b’ bằng cách: Từ O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc mở sớm xupáp thải b1=44o, bán kính này cắt vòng tròn Brick tại 1 điểm. Từ điểm này ta dóng song song với Op cắt đường giãn nở tại điểm b’.
4.3.7. Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giãn nở
Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế pb” thường thấp hơn áp suất cuối qu á trình giãn nở lý thuyết do xupáp thải mở sớm. Theo công thức kinh nghiệm ta có thể xác định được:
Tung độ điểm b” là:.
Sau khi xác định được các điểm b’, b” ta dùng cung thích hợp nố với đường thải.
5. Dựng đặctính ngoài của động cơ
5.1. Khái quát
+ Đặc tính ngoài là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của các chỉ tiêu như công suất có ích Ne, mô men xoắn có ích Me, lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ Gnl và suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge vào số vòng quay của trục khuỷu n [v/ph] khi thanh răng bơm cao áp chạm vào vít hạn chế.
+ Đồ thị này được dùng để đánh giá sự thay đổi các chỉ tiêu chính của động cơ khi số vòng quay thay đổi và chọn số vòng quay sử dụng một cách hợp lý khi khai thác.
+ Đặc tính ngoài được dựng bằng các phương pháp như thực nghiệm, công thức kinh nghiệm hoặc bằng việc phân tích lý thuyết. ở đây giới thiệu phương pháp dựng bằng các công thức kinh nghiệm của Khơ-lư-stốp Lây-đéc-man.
5.2. Thứ tự dựng các đường đặc tính
vĐối với động cơ xăng
Để xây dựng đường đặc tính, ta chọn trước một số giá trị trung gian của số vòng quay n trong giới hạn giữa nmin và nmax rồi tính các giá trị biến thiên tương ứng của Ne, Me, ge, Gnl theo các biểu thức sau:
kW.
Nm.
g/kWhh.
kg/h.
Trong đó:
: Là công suất có ích lớn nhất [KW];
: Số vòng quay ứng với công suất lớn nhất [v/ph];
: Mô men xoắn có ích ứng với số vòng quay
[Nm] Gnl : Lượng tiêu hao nhiên liệu trong 1h [kg/
: Suất tiêu hao nhiên liệu [g/kWh]
Nemax= 125 (Kw)
(v/ph)
(Nm)
(g/kWh)
Giá trị Me còn có thể xác định theo cặp giá trị của Ne và n tương ứng theo biểu
thức:
(Nm)
Trong đó: Ne (Kw) ; n(v/p)
Giá trị biến thiên của
được xác định theo từng cặp giá trị tương ứng của Ge và Ne theo biểu thức:
(kg/h)
Chọn tỉ lệ
- Kết quả tính toán được thống kê thành bảng.
Dựa vào các số liệu thu được, ta dựng đường đặc tính lên giấy kẻ ly.
Kết quả tính toán các chỉ tiêu.
Giá trịn
Ne[KW]
Me[Nm]
ge[g/KWh]
Gnl[kg/h]
Gnlbd[kg/h]
500
11.62473
222.1287
213.87
2486.182
26.61865
1000
24.62688
235.2887
200.8112
4945.353
52.9481
1500
38.52595
245.3882
190.0234
7320.833
78.38151
2000
52.84144
252.4273
181.5068
9591.08
102.6882
2500
67.09287
256.4059
175.2612
11758.78
125.897
3000
80.79975
257.324
171.2868
13839.93
148.1791
3500
93.48156
255.1817
169.5835
15852.93
169.7316
4000
104.6578
249.9789
170.1512
17807.66
190.6602
4500
113.8481
241.7157
172.9901
19694.59
210.8629
5000
120.5718
230.3919
178.1001
21473.85
229.9127
5500
124.3485
216.0077
185.4812
23064.3
246.9411
5800
125
205.9082
191
23875
255.621
Đồ thị :Ge, Me, Gnl, Ge
Hình 3. Đặc tính ngoài của động cơ xăng
Đồ thị đường đặc tính ngoài
6. Tính toán động lực học.
6.1. Mục đích:
Phần tính toán động lực học của đồ án nhằm xác định quy luật biến thiên của lực khí thể, lực quán tính và hợp lực tác dụng lên pít tông cũng như các lực tiếp tuyến và pháp tuyến tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu. Trên cơ sở đó sẽ xây dựng đồ thị véc tơ lực [phụ tải] tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu, cổ trục và bạc đầu to thanh truyền cũng như đồ thị mài mòn bề mặt. Từ các đồ thị véc tơ phụ tải ta biết được một cách định tính tình trạng chịu lực của bề mặt và mức độ đột biến của tải thông qua hệ số va đập.
6.2. Tính Toán động lực học:
Các lực và mô men trong tính toán động lực học được biểu diển dưới dạng hàm số góc quay trục khuỷu a. Với quy ước là khi pít tông ở điểm chết trên thì a = 0. Ngoài ra các lực này còn tính với 1 đơn vị diện tích đỉnh pít tông, khi cần các giá trị thực của lực ta nhân với giá trị của áp suất với diện tích tiết diện ngang của đỉnh pít tông.
Thứ tự làm việc của các xy lanh:1-3-4-2.
Góc công tác của động cơ:dk = 1800.
Thứ tự tính toán động lực học như sau:
1 => 3 => 4 => 2 =>
a) Khối lượng của các chi tiết chuyển động:
*Khối lượng nhóm pít tông: mpt
mpt = 0,70 [kg]
Khối lượng của nhóm pít tông trên 1 đơn vị diện tích đỉnh pít tông:
m’pt =
.
Trong đó :Fpt =
*Khối lượng thanh truyền:
Khi động cư làm việc ,thanh truyền tham gia chuyển động song phẳng, đầu nhỏ tham gia chuyển động tịnh tiến cùng nhóm pít tông, đầu to tham gia chuyển động quay cùng cổ khuỷu, và thân chuyển động lắc. Để đơn giản trong quá trình trình tính toán ta phân tích khối lượng thanh truyền gồm 2 phần [M1 và M2] và quy dẫn chúng về các điểm có chuyển động đặc trưng đơn giản. Khi quy dẫn phải dựa trên các nguyên tắc sau:
- Tổng khối lượng sau phân chia phải bằng khối lượng thanh truyền.
- Trọng tâm của thanh truyền không thay đổi
- Mômen quán tính đối với trọng tâm của thanh truyền không thay đổi.
Þmtt = m1 + m2
=0,47 + 0,508 = 0,978 [kg].
m1.l1 = m2.[l- l1].
Với l-chiều dài thanh truyền;
l1 –khoảng cách từ tâm đầu nhỏ đến trọng tâm thanh truyền.
Khối lượng quy dẫn trên 1 đơn vị diện tích đỉnh pít tông:
m’1 =
m’2 =
* Khối lượng trục khuỷu:
Để xác định khối lượng chưa tự cân bằng của khuỷu trục ta chia khuỷu trục thành 4 phần: A,B,C,D.
* Phần A là khối lượng cổ khuỷu và 1 phần má khuỷu chưa tự cân bằng được quy về đường tâm chốt khuỷu với bán kính quay R.
* Phần B là khối lượng của 2 má khuỷu [2(mm)z] chưa tự cân bằng với trọng tâm O, có bán kính quay z . Khi tính toán ta quy dẫn 2(mm)z về tâm quay cổ khuỷu với bán kính quay R sao cho lực quán tính ly tâm do khối lượng quay thay thế (mm)r sinh ra ở bán kính R bằng lực quán tính ly tâm của khối lượng 2(mm)z sinh ra ở bán kinh z ,nghĩa là:
(mm)r.R .w2 = (mm)z.z.w2
Do đó : (mm)r =
* Phần C: là phần khối lượng các cổ trục và một phần các má khuỷu đã tự cân bằng với tâm quay O của trục khuỷu.
* Phần D : là khối lượng của các đối trọng chưa tự cân bằng với tâm quay O và có bán kính quay là zd. Để đơn giản cho việc tính toán ta quy dẫn khối lượng đối trọng Md về tâm quay O với bán kính quay zd.
Như vậy khối lượng tham gia chuyển động quay chưa tự cân bằng của trục khuỷu là: mk = mck + 2[mm]z
-Khối lượng của cổ khuỷu [mck]được tính:
mck = Vck.rthép
Trong đó : rthép khối lượng riêng vật liệu làm cổ khuỷu = 7,8 [kg/dm3]
Vck thể tích cổ khuỷu
Vck=
Dck - đường kính ngoài cổ khuỷu: » 0,69 [dm]
dck- đường kính trong cổ khuỷu: = 0,31 [dm]
lck- chiều dài cổ khuỷu = 0,59 [dm]
Þ Vck=
=
Þ mck = Vck.rthép=0,176.7,8 =1,373 [kg].
Khối lượng 2 má khuỷu 2(mm)z quy về tâm cổ khuỷu có bán kính quay R:
(mm)r =
Với : z - bán kính quay của má khuỷu: = 0,35 [dm].
R-bán kính quay của má khuỷu quy về tâm chốt khuỷu: = 0,7 [dm].
(mm)z - khối lượng quay của má khuỷu quanh tâm O với bán kính z.
(mm)r - khối lượng quay của má khuỷu quanh tâm O với bán kính R quy về cổ khuỷu.
(mm)z = Vmk.
rthép
Với : rthép - khối lượng riêng vật liệu làm má khuỷu = 7,8 [kg/dm3]
Vmk- thể tích má khuỷu.
Vmk =
Với : Dmk -đường kính má khuỷu: = 0,85 [dm]
bm – bề rộng [dày] má khuỷu : = 0,1755 [dm]
Þ Vmk =
=
Khối lượng 2 má khuỷu với bán kính quay R quanh tâm O của cổ trục:
(mm)r = 2.
=
ÞNhư vậy khối lượng chuyển động quay của cổ khuỷu và má khuỷu chưa tự cân bằng là:
mk = mck + 2(mm)z = 1,373 + 0,936 = 2,309 [kg]
Khối lượng của cổ khuỷu Mk ứng với 1 đơn vị diện tích đỉnh pít tông:
m’k =
- Khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến mj :
mj = mp + m1 + mc
= 0,7 + 0,275 + 0,21 = 1,185 [kg]
mpt= 0,7 [kg] : khối lượng pít tông.
m1= 0,275[kg] : khối lượng thanh truyền qui dẫn về tâm chốt pít tông.
mc= 0,21 [kg] : khối lượng chốt pít tông và khoá hãm
b) Lực và mô men tác dụng lên cơ cấu KTTT:
Khi làm việc cơ cấu KTTT chịu tác dụng của các lực sau:
- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến.
- Lực quán tính ly tâm.
- Lực khí thể.
- Lực ma sát.
- Phản lực khí thể.
Trong các lực kể trên thì lực quán tính và lực ly tâm có ảnh hưởng lớn hơn cả.Vì vậy trong quá trình tính toán động lực học người ta có thể bỏ qua ảnh hưởng của các lực khác mà chỉ xét lực khí thể và lực quán tính.
* Lực quán tính:
- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến:
Pj = - mj. Rw2 [cosa + l cos 2a].10-6 [MN]
Trong đó:
R: bán kính quay của khuỷu trục [m]; R = 43.5.10-3[m]
w: vận tốc góc trục khuỷu, w = p.n/30 = 3,14.5800/30
= 607,067[Rad/s]
l: hệ số kết cấu của động cơ. l = R/L=0,3222
Lực Pj thay đổi trong suốt chu trình công tác của động cơ và được coi như có phương tác dụng trùng với phương của lực khí thể Pk.
Dấu [-] có ý nghĩa tượng trưng về sự ngược chiều giữa gia tốc và lực quán tính.
Vậyj = - mj. Rw2 [cosa + l cos 2a].10-6 [MN]
= - 1,185 . 0,00435.607,0672[cosa + 0,3222.cos2a].10-6 [MN]
Khi làm việc giá trị a luôn thay đổi từ [0..7200] tương ứng sẽ có các giá trị khác nhau của Pj .Kết quả tính toán được ghi trong bảng .
- Lực quán tính ly tâmr
Lực quán tính chuyển động quay Pr do các khối lượng chuyển động quay với vận tốc w, bán kính R gây nên, ta có:
Pr = mr Rw2.10-6 [MN]
= 2,75. 0,00435.607,0672.10-6 = 4408,54.10-6[MN]
*.Lực khí thể Pk:
Pk = [P - P0].
[MN]
Trong đó : P- áp suất của môi chất công tác trong xy lanh;
P0- áp suất môi trường = 1,03.105 [N/m2]
Do lực khí thể trong suốt quá trình công tác của động cơ sẽ lỗp lại ở chu trình công tác sau, nên từ đồ thị công P-V ta triển khai thành dạng P-a bằng cách chuyển trục hoành lên đường P0. Véc tơ lực khí thể Pk được quy ước trùng với đường tâm xy lanh, do đó ta tìm được giá trị của Pk theo góc quay a . Kết quả tính toán ghi trong bảng .
*.Lực tác dụng lên chốt pít tông PS:
Lực tác dụng lên chốt pít tông PSlà tổng lực khí thể và lực quán tính chuyển động tịnh tiến.
PS = Pk + Pj [MN]
Bằng phương pháp đồ thị ta tính được Pk.
Bằng phương pháp giải tích ta tính được PJ.
Kết quả tính PS được ghi ở bảng .
Từ các giá trị của PS theo góc quay a trên cùng 1 hệ trục toạ độ ta vẽ được PS- a theo 1 tỷ lệ xích nhất định. Hoặc có thể vẽ đồ thị Pk -a và Pj-a trên cùng 1 hệ trục toạ độ với cùng 1 tỷ lệ xích ,rồi bằng phương pháp cộng đồ thị ta nhận được đồ thị PS- a với kết quả tương tự trên.đồ thị có dạng:
ϕ(độ)
Pj
gtbd Pj
gtbd Pk
Pk
P1
gtbd P1
0
-0.0197
-37.2
0.4
0.000212
-0.01948
-36.8
10
-0.0192
-36.2
-0.6
-0.00032
-0.01952
-36.8
40
-0.01254
-23.7
-0.6
-0.00032
-0.01285
-24.3
60
-0.00554
-10.5
-0.6
-0.00032
-0.00586
-11.1
80
0.001377
2.6
-0.6
-0.00032
0.001059
2
100
0.006721
12.7
-0.6
-0.00032
0.006403
12.1
120
0.009848
18.6
-0.6
-0.00032
0.00953
18
140
0.011039
20.8
-0.6
-0.00032
0.010721
20.2
160
0.011159
21.1
-0.6
-0.00032
0.010841
20.5
180
0.011079
20.9
-0.6
-0.00032
0.010761
20.3
200
0.011159
21.1
-0.49
-0.00026
0.010899
20.6
220
0.011039
20.8
-0.16
-8.5E-05
0.010954
20.7
240
0.009848
18.6
0.46
0.000244
0.010092
19
260
0.00672
12.7
1.67
0.000885
0.007605
14.3
280
0.001376
2.6
4.09
0.002168
0.003544
6.7
300
-0.00554
-10.5
9.63
0.005104
-0.00044
-0.8
320
-0.01254
-23.7
25.53
0.013531
0.000995
1.9
340
-0.01776
-33.5
66.69
0.035346
0.017586
33.2
360
-0.0197
-37.2
168.57
0.089342
0.069646
131.4
380
-0.01776
-33.5
189.2
0.100276
0.082516
155.7
400
-0.01254
-23.7
77.19
0.040911
0.028376
53.5
420
-0.00554
-10.5
39.69
0.021036
0.015497
29.2
440
0.001377
2.6
22.35
0.011846
0.013223
27.9
460
0.006721
12.7
15.93
0.007383
0.014104
26.1
480
0.009848
18.6
12.46
0.005544
0.015392
25.2
500
0.011039
20.8
9.53
0.004521
0.01556
24.4
520
0.011159
21.1
7.64
0.003519
0.014678
22.7
540
0.011079
20.9
5.3
0.002279
0.013358
21.2
560
0.011159
21.1
3.24
0.000657
0.011816
20.3
580
0.011039
20.8
1.44
0.000212
0.011251
18.2
600
0.009848
18.6
0.4
0.000212
0.01006
16
620
0.00672
12.7
0.4
0.000212
0.006932
13.1
640
0.001376
2.6
0.4
0.000212
0.001588
3
660
-0.00554
-10.5
0.4
0.000212
-0.00533
-10.1
680
-0.01254
-23.7
0.4
0.000212
-0.01232
-23.3
700
-0.01776
-33.5
0.4
0.000212
-0.01755
-33.1
720
-0.0197
-37.2
0.4
0.000212
-0.01948
-36.8
Đồ thị:
Đồ thị lực khí thể, lực quán tính và tổng lực.
c) Dựng đồ thị véc tơ phụ tải:
* Ý nghĩa:
Đồ thị véc tơ phụ tải là đồ htị biểu diễn tổng hợp các lực tác dụng lên bề mặt làm việc ở các vị trí khác nhau của trục khuỷu.
Các bề mặt làm việc quan trọng của trục khuỷu bao gồm: cổ trục, cổ khuỷu, bạc lót đầu to thanh truyền và bạc lót ổ trục. Đồ thị véc tơ phụ tải dùng để:
- Xác định phụ tải xem xét quy luật mài mòn của các bề mặt làm việc.
- Xác định đơn vị phụ tải lớn nhất, trung bình nhằm đánh giá mức độ va đập.
- Xác định vị trí chịu lực nhỏ nhất để khoan lỗ dầu bôi trơn.
Đối với cổ trục, lực tác dụng bao gồm phản lực của các lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z và lực quán tính ly tâm của các khuỷu trục gây ra.
Lực tiếp tuyến T được xác định:
[MN]
Lực pháp tuyến Z được xác định :
[MM]
Pr2 = m2 .R.w2.10-6 =
= 0, 0097629 [MN]
Với khối lượng thanh truyền quy dẫn về tâm đầu to thanh truyền :
m2 =0,609 [kg].
Giá trị của các lực T và Z củng như của các hàm số lượng giác được trình bày trong bảng 1.
* Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu.
Đồ thị này phản ánh sự tác dụng của lực T, Z, và Pr2 lên bề mặt cổ khuỷu thông qua bạc trong một chu trình công tác của xy lanh, ta có:
[MN]
Đtvtpt cổ khuỷu được bố trí ở phía dưới đồ thị công, với tỷ lệ xích :
mT = mZ = mPr2.
Dựng hệ trục vuông góc TOZ; OT là trục tung hướng sang phải, OZ là trục hoành hướng xuống phía dưới. Dựa theo kết quả tính ở bảng biến thiên xác định các giao điểm ứng với véc tơ
. Nối các giao điểm đó bằng một đường cong, ta được đồ thị lực thanh truyền Pth trong hệ toạ độ mà trục khuỷu đứng yên, còn thanh truyền quay tương đối góc a + b so với trục khuỷu về phía trái.
Từ 0, về phía chiều dương trục OZ, xác định điểm 01sao cho
Vẽ vòng tròn bán kính bất kỳ tượng trưng cho bề mặt cổ khuỷu, vẽ kéo dài má khuỷu tượng trưng về phía chiều dương trục OZ. Đồ thị nhận được ứng với góc O1 chính là đtvtpt cổ khuỷu với tỷ lệ xích mQck = mT. Dạng của đồ thị được thể hiện trên hình sau:
ϕ(độ)
gtbd Z
gtbd T
T
Z
0
36.8
0
0
-0.01948
20
30.9
-14.8
-0.00782
-0.01639
40
15.7
-19
-0.01006
-0.00834
60
3.1
-11
-0.00581
-0.00166
80
0.2
2.1
0.001096
-0.00012
100
5.5
11.3
0.005987
-0.00292
120
12.9
13.3
0.007062
-0.00683
140
17.9
10.2
0.005388
-0.00947
160
19.9
5.1
0.002727
-0.01054
180
20.3
0
0
-0.01076
200
20
-5.2
-0.00274
-0.0106
220
18.3
-10.4
-0.00551
-0.00968
240
13.6
-14.1
-0.00748
-0.00723
260
6.5
-13.4
-0.00711
-0.00347
280
0.7
-6.9
-0.00367
-0.00038
300
0.2
0.8
0.000432
-0.00012
320
-1.2
-1.5
-0.00078
0.000645
340
-30.1
-14.4
-0.00761
0.015946
360
-131.4
0
0.000001
0.069646
380
-141.2
67.3
0.03569
0.074821
400
-34.7
41.9
0.022218
0.018399
420
-8.3
29
0.015358
0.004393
440
2.7
25.8
0.01368
-0.00144
460
12.1
24.9
0.013188
-0.00643
480
20.8
21.5
0.011405
-0.01103
500
25.9
14.8
0.00782
-0.01375
520
26.9
7
0.003692
-0.01428
540
25.2
0
0
-0.01336
560
21.7
-5.6
-0.00297
-0.01149
580
18.8
-10.7
-0.00566
-0.00994
600
13.6
-14.1
-0.00746
-0.00721
620
6
-12.2
-0.00648
-0.00316
640
0.3
-3.1
-0.00164
-0.00017
660
2.8
10
0.00528
-0.00151
680
15.1
18.2
0.009649
-0.00799
700
30
14.3
0.007589
-0.01591
720
36.8
0
-1E-06
-0.01948
Đồ thị véctơ phụ tải cổ khuỷu
+Đây là dạng đồ thị đặc biệt, không hoàn toàn là dạng độc cực thuần túy. Bởi vậy, để có hình ảnh trực quan hơn, ta triển khai thành đồ thị trong hệ toạ độ Đề các:Qck-a.
+ Vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn.
Vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn tối ưu cho chế độ được tính toán và vẽ đtvtpt ở cổ khuỷu có thể xác định trên cơ sở đồ thị mài mòn tượng trưng hoặc có thể xác định trực tiếp trên đtvtpt cổ khuỷu. Cách tiến hành như sau:
- Từ tâm O1 vẽ các vòng tròn đồng tâm tượng trưng cho bề mặt cổ khuỷu rỗng.
- Vẽ tượng trưng má khuỷu về phía chiều dương trục OZ.
- Từ O1 kẻ hai đường tiếp tuyến với đồ thị .
- Đường phân giác với góc tạo bởi hai tiếp tuyến chính là phương khoan lỗ dầu nhờn, cách tìm đường phân giác được thể hiện trên đồ thị động lực học.
Bản biến thiên các thành phần lực
QB =
[MN]
T1=QB .sinξ
Z1=- QB.cosξ
Ψ= arctg
đồ thị mài mòn cổ khuỷu.
- Đồ thị mài mòn thể hiện một cách tượng trưng mức độ mài mòn bề mặt cổ khuỷu sau một chu trình tác dụng của lực. Để có thể xây dựng được đồ thị mài mòn, phải có đtvtpt cổ khuỷu. Đồ thị này được bố trí ở ô giữa, phía bên phải tờ A0. Ô phía trên có chiều cao khoảng 1/3 chiều rộng tờ ô ly A0 dùng cho đồ thị đường đặc tính ngoài. Có hai phương pháp vẽ. Phương pháp thứ nhất phức tạp, tốn thời gian hơn [tự tham khảo trong tập 1 cuốn kết cấu tính toán động cơ, Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp]. Phương pháp thứ hai gồm các bước sau:
- Trên đtvtpt cổ khuỷu, vẽ vòng tròn tượng trưng cho bề mặt và chia thành 2n phần bằng nhau, ví dụ chia thành 24 phần và đánh số như trên hình sau:
- Tính hợp lực SQ' của tất cả các lực tác dụng lần lượt lên các điểm 0, 1, 2, 3... , ký hiệu tương ứng là SQ0' ,
, ghi trị số lực và phạm vi tác dụng lên bảng sau với giả thiết là lực SQ' tác dụng đều lên tất cả các điểm trong phạm vi 1200, tức là về mỗi phía của điểm chia là 600.
- Xác định tổng lực tương đương SQi của tất cả các hợp lực SQ'tác dụng lên điểm thứ i và ghi vào các ô hàng dưới cùng.
- Trên đồ thị, vẽ vòng tròn tượng trưng và má khuỷu như trên hình.15. và cũng chia thành 2n phần bằng nhau tương ứng (ví dụ như trên hình là 24 phần bằng nhau) đánh số từ 0 tới 2n-1. Chọn một tỷ lệ xích lực thích hợp, đặt các đoạn thẳng tương ứng với SQi từ vòng tròn theo hướng kính vào phía tâm.
- Nối các điểm cuối của các đoạn thẳng ấy bằng một đường cong liên tục rồi gạch nghiêng phần diện tích nằm giữa vòng tròn và đường cong liên tục khép kín vừa nhận được, ta được đồ thị mà phần gạch nghiêng được coi như tỷ lệ thuận với mức độ mòn của bề mặt sau một chu trình tác dụng của lực.
Từ đồ thị này, ta chọn vị trí mòn ít nhất để khoan lỗ dầu bôi trơn.
Mô hình đồ thị mài mòn.
6.3 Đồ thị lực tiếp tuyến và pháp tuyến:
- Lực tiếp tuyến:
- Lực pháp tuyến:
- Lực quán tính do khối lượng chuyển động quay gây nên:
Pr2 = m2 .R.w2.10-6 =
= 0, 0097629 [MN]
Với khối lượng thanh truyền quy dẫn về tâm đầu to thanh truyền :
m2 =0,609 [kg].
- Ta vẽ đồ thị lực tiếp tuyến và pháp tuyến với mT=mZ=mP và mjnhư đồ thị lực khí thể.
ϕ(độ)
T
gtbd T
Z
gtbd Z
T phu tai
Z phu tai
0
0
0
-0.01948
-36.8
0
-55.2
20
-0.00782
-14.8
-0.01639
-30.9
-22.2
-46.35
40
-0.01006
-19
-0.00834
-15.7
-28.5
-23.55
60
-0.00581
-11
-0.00166
-3.1
-16.5
-4.65
80
0.001096
2.1
-0.00012
-0.2
3.15
-0.3
100
0.005987
11.3
-0.00292
-5.5
16.95
-8.25
120
0.007062
13.3
-0.00683
-12.9
19.95
-19.35
140
0.005388
10.2
-0.00947
-17.9
15.3
-26.85
160
0.002727
5.1
-0.01054
-19.9
7.65
-29.85
180
0
0
-0.01076
-20.3
0
-30.45
200
-0.00274
-5.2
-0.0106
-20
-7.8
-30
220
-0.00551
-10.4
-0.00968
-18.3
-15.6
-27.45
240
-0.00748
-14.1
-0.00723
-13.6
-21.15
-20.4
260
-0.00711
-13.4
-0.00347
-6.5
-20.1
-9.75
280
-0.00367
-6.9
-0.00038
-0.7
-10.35
-1.05
300
0.000432
0.8
-0.00012
-0.2
1.2
-0.3
320
-0.00078
-1.5
0.000645
1.2
-2.25
1.8
340
-0.00761
-14.4
0.015946
30.1
-21.6
45.15
360
0.000001
0
0.069646
131.4
0
197.1
380
0.03569
67.3
0.074821
141.2
100.95
211.8
400
0.022218
41.9
0.018399
34.7
62.85
52.05
420
0.015358
29
0.004393
8.3
43.5
12.45
440
0.01368
25.8
-0.00144
-2.7
38.7
-4.05
460
0.013188
24.9
-0.00643
-12.1
37.35
-18.15
480
0.011405
21.5
-0.01103
-20.8
32.25
-31.2
500
0.00782
14.8
-0.01375
-25.9
22.2
-38.85
520
0.003692
7
-0.01428
-26.9
10.5
-40.35
540
0
0
-0.01336
-25.2
0
-37.8
560
-0.00297
-5.6
-0.01149
-21.7
-8.4
-32.55
580
-0.00566
-10.7
-0.00994
-18.8
-16.05
-28.2
600
-0.00746
-14.1
-0.00721
-13.6
-21.15
-20.4
620
-0.00648
-12.2
-0.00316
-6
-18.3
-9
640
-0.00164
-3.1
-0.00017
-0.3
-4.65
-0.45
660
0.00528
10
-0.00151
-2.8
15
-4.2
680
0.009649
18.2
-0.00799
-15.1
27.3
-22.65
700
0.007589
14.3
-0.01591
-30
21.45
-45
720
-1E-06
0
-0.01948
-36.8
0
-55.2
Đồ thị:
6.4 Đồ thị vec tơ phụ tải cổ khuỷu.
Đồ thị này phản ánh sự tác dụng của lực T, Z, và Pr2 lên bề mặt cổ khuỷu thông qua bạc trong một chu trình công tác của xy lanh, ta có:
[MN]
Dạng triển khai của đồ thị vec tơ phụ tải cổ khuỷu trong hệ trục Qck-α như sau: ứng với trị số góc α cụ thể trên trục hoành, ta xác định trị số tương ứng của véc tơ
trên đồ thị véc tơ phụ tải cổ khuỷu và thông qua tỷ lệ xích
xác định được một điểm trên đồ thị. Lần lượt tiến hành tương tự ta được tập hợp các điểm.
+ Trị số tải trọng trung bình tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu:
= 0. 01717 [MN] ;
GTBD Qcktb =85,85(mm)
ϕ(độ)
gtbd Q
ϕ(độ)
gtbd Q
0
89.49
380
204.77
20
83.13
400
66.08
40
62.52
420
48.86
60
38.53
440
54.92
80
31.98
460
64.87
100
45.18
480
72.53
120
56.24
500
74.25
140
60.62
520
71.73
160
60.97
540
67.89
180
60.54
560
63.74
200
60.65
580
62.12
220
61.43
600
57.8
240
60.18
620
46.44
260
53.76
640
32.39
280
41.27
660
37.64
300
31.55
680
61.16
320
29.96
700
81.66
340
23.97
720
89.49
360
162.81
Đồ thị vectơ phụ tải dạng triển khai
7. Đồ thị biểu diễn momen tổng ∑T:
· Thứ tự làm việc của động cơ: 1-3-4-2.
Góc công tác
Ta tính ∑T trong một chu trình công tác:
Khi trục khuỷu của xy lah thứ nhất nằm ở vị trí
Thì trục khuỷu của xy lah thứ hai nằm ở vị trí
Thì trục khuỷu của xy lah thứ ba nằm ở vị trí
Thì trục khuỷu của xy lah thứ tư nằm ở vị trí
Tính momen tổng: ∑T =
Tính giá trị của ∑T trung bình bằng công thức:
Trong đó Ni : công suất chỉ thị của động cơ;
Fp : diện tích đỉnh piton ; Fp=0,0054106
R: Bán kính quay trục khuỷu: R= 0,004575
Từ đó ta có : ∑T trung bình
Với tỷ lệ xích:
Ta thiết lập bảng tính :
ϕ(độ)
T-Me
ϕ(độ)
T-Me
0
125.49
380
159
20
159
400
110.95
40
110.95
420
60.72
60
60.72
440
32.56
80
32.56
460
61.34
100
61.34
480
102.56
120
102.56
500
159
140
159
520
110.95
160
110.95
540
60.72
180
60.72
560
32.56
200
32.56
580
61.34
220
61.34
600
102.56
240
102.56
620
159
260
159
640
110.95
280
110.95
660
60.72
300
60.72
680
32.56
320
32.56
700
61.34
340
61.34
720
102.56
360
102.56
LỜI NÓI ĐẦU.. 3
1: TÍNH TOÁN NHIỆT CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ.. 4
1.1. TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN:4
1.1.1. Số liệu ban đầu:4
Động cơ: HONDA CRV.. 4
2.4. Tính toán quá trình dãn nở:10
Ở động cơ xăng, quá trình cháy kết thúc trên hành trình dãn nở và qúa trình dãn nở còn lại được tính trên một phần của hành trình pít tông ứng với tỷ số dãn nở muộn
. Do đó các thông số của quá trình dãn nở được tính với102.5.Kiểm tra kết quả tính toán:11
3. Xác định các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của động cơ 11
3.1. Các thông số chỉ thị11
3.1.1. Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết p’i11
3.1.2. Hệ số điền đầy đồ thị công jd11
3.1.3. Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi12
3.1.4. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi12
3.1.5. Hiệu suất chỉ thị hi12
3.2. Các thông số có ích. 12
3.2.1. Áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ13
3.2.2. Áp suất có ích trung bình pe13
3.2.3. Hiệu suất cơ khí hcơ13
3.2.4. Suất tiêu hao nhiên liệu có ích. 13
3.2.5. Hiệu suất có ích:13
4. Dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác. 14
4.1. Khái quát14
4.3. Hiệu chỉnh đồ thị công lý thuyết thành đồ thị công thực tế. 17
4.3.1. Vẽ vòng tròn brick đặt trên đồ thị công. 17
4.3.2. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp.17
4.3.3. Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén.17
4.3.4. Hiệu đính điểm đánh lửa sớm.. 18
4.3.5. Hiệu đính điểm đạt pzmax thực tế. 18
4.3.6. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế.18
4.3.7. Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giãn nở. 19
5. Dựng đặctính ngoài của động cơ. 20
5.1. Khái quát20
v Đối với động cơ xăng. 20
- Kết quả tính toán được thống kê thành bảng.21
6. Tính toán động lực học.23
6.1. Mục đích:23
6.2. Tính Toán động lực học:23
Các lực và mô men trong tính toán động lực học được biểu diển dưới dạng hàm số góc quay trục khuỷu a. Với quy ước là khi pít tông ở điểm chết trên thì a = 0. Ngoài ra các lực này còn tính với 1 đơn vị diện tích đỉnh pít tông, khi cần các giá trị thực của lực ta nhân với giá trị của áp suất với diện tích tiết diện ngang của đỉnh pít tông.23
6.4 Đồ thị vec tơ phụ tải cổ khuỷu.36
LỜI NÓI ĐẦU
Ôtô ngày càng được sử dụng rộng rãi ở nước ta như một phương tiện đi lại cá nhân cũng như vận chuyển hành khách, hàng hoá rất phổ biến. Sự gia tăng nhanh chóng số lượng ôtô trong xã hội, đặc biệt là các loại ôtô đời mới đang kéo theo nhu cầu đào tạo rất lớn về nguồn nhân lực phục vụ trong ngành công nghiệp ôtô nhất là trong lĩnh vực thiết kế.
Trong quá trình học môn "Kết cấu, tính toán động cơ đốt trong" tôi được thầy Kim Ngọc Duy giao nhiệm vụ làm bài tập lớn môn học. Vì bước đầu làm quen với công việc nên không tránh khỏi những bỡ ngỡ và vướng mắc. Nhưng với sự quan tâm, động viên, giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy nên tôi đã hoàn thành đồ án trong thời gian được giao. Qua đồ án này giúp sinh viên chúng tôi nắm được các chu trình công tác, đặc tính ngoài động cơ, cách lập và vẽ các đồ thị động học, động lực học... Và những kiến thức này rất thiết thực và bổ ích với sinh viên nghành công nghệ kỹ thuật ôtô.
Tuy nhiên trong quá trình thực hiện dù đã cố gắng rất nhiều không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy tôi rất mong nhận được sự quan tâm đóng góp ý kiến của các thầy để tôi có thể hoàn thiện đồ án của mình tốt hơn và cũng qua đó rút ra được những kinh nghiệm quý giá cho bản thân nhằm phục vụ tốt cho quá trình học tập và công tác sau này.
Xin chân thành cảm ơn!
Tp.HCM,ngày 5 tháng 12 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Phạm Công Đạt
1: TÍNH TOÁN NHIỆT CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ
1.1. TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN:
1.1.1. Số liệu ban đầu:
Động cơ: HONDA CRV
- Thứ tự công tác: 1-3-4-2. Nhiên liệu : xăng 4 kỳ.
Bảng 1: Các thông số của động cơ
TT
Các thông số
Giá trị
Đơn vị
1
Đường kính xy lanh (D)
87
mm
2
Số xy lanh (i)
4
3
Số kỳ (τ)
4
4
Hành trình công tác (S)
87
mm
5
Thể tích công tác (Vh)
0,516
dm3
6
Tỷ số nén (
7
7
Công suất có ích lớn nhất (NeMax)
110
hp
8
Số vòng quay ứng với công suất cực đại (n)
5800
v/ph
9
Góc mở sớm XP nạp
40
Độ
10
Góc đóng muộn của XP nạp
22
Độ
11
Góc mở sớm XP xả
44
Độ
12
Góc đóng muộn XP xả
8
Độ
13
Khối lượng nhóm pít tông ( mpt)
0,70
Kg
14
Khối lượng thanh truyền (mtt)
0,84
Kg
15
Góc đánh lửa sớm (φi )
15
Độ
16
Chiều dài thanh truyền ( Ltt)
135
mm
17
Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ( ge )
191
g/kW.h
Phần 2
TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC
2.1. Mục đích tính toán.
+ Mục đíchcủa việc tính toánchu trìnhcông tác là xác định các chỉ tiêu về kinh tế, hiệu quả của chu trình công tác và sự làm việc của động cơ.
+ Kết quả tính toán cho phép xây dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình để làm cơ sở cho việc tính toán động lực học, tính toán sức bền và sự mài mòn các chi tiết của động cơ.
+ Phương pháp chung của việc tính toán chu trình công tác có thể áp dụng để kiểm nghiệm động cơ sẵn có, động cơ được cải tiến hoặc thiết kế mới.
+ Việc tính toán kiểm nghiệm động cơ sẵn có cho ta các thông số để kiểm tra tính kinh tế và hiệu qủa của động cơ khi môi trường sử dụng hoặc chủng loại nhiên liệu thay đổi. Đối với trường hợp này ta phải dựa vào kết cấu cụ thể của động cơ và môi trường sử dụng thực tế để chọn các số liệu ban đầu.
+ Đối với động cơ được cải tiến hoặc được thiết kế mới, kết quả tính toán cho phép xác định số lượng và kích thước của xy lanh động cơ cũng như mức độ ảnh hưởng của sự thay đổi về mặt kết cấu để quyết định phương pháp hoàn thiện các cơ cấu và hệ thống của động cơ theo hướng có lợi. Khi đó phải dựa vào kết quả của việc phân tích thực nghiệm đối với các động cơ có kết cấu tương tự để chọn các số liệu ban đầu.
+ Việc tính toán chu trình công tác còn được áp dụng khi cường hoá động cơ và xây dựng đặc tính tốc độ bằng phương pháp phân tích lý thuyết nếu các chế độ tốc độ khác nhau được khảo sát.
2.2. Chọn các số liệu ban đầu.
1-Công suất có ích lớn nhất:
Ne= 125 [kW]
2- Số vòng quay ứng với công suất cực đại n:
n = 5800 [vg/p].
3- Tốc độ trung bình của pít tông CTB:
CTB =
4- Số xy lanh của động cơ i:i = 4
5- Tỷ số giữa hành trình của pít tông và đường kính xy lanh
6- Tỷ số nén e:
e = 7
7- Hệ số dư lượng không khí a:
Ở đây ta chọn a =0,9
8- Nhiệt độ môi trường T0:
Nhiệt độ trung bình ở nước ta thường chọn là: T0 = 240C = 2970K.
9- Áp suất của môi trường p0:
P0 Phụ thuộc vào độ cao sử dụng. Thường chọn P0=0,103 [MN/m2]
10- Hệ số nạp hv và áp suất cuối quá trình nạp pa.
Hệ số nạp phụ thuộc vào nhiều vào các yếu tố như : thành phần nhiên liệu, kết cấu hệ thống nạp khí, chế độ sử dụng. [h]= 0,79..0,80. Chọn hv= 0,8
11- Áp suất khí thể cuối quá trình thải cưỡng bức pr:
Pr phụ thuộc chủ yếu vào số vòng quay trục khuỷu và sức cản của hệ thống thải:
[Pr] =[1,06..1,15] .105 N/m2. ở đây ta chọn Pr =1,1.105 [N/m2].
12- Nhiệt độ cuối quá trình thải Tr.
Tr phụ thuộc vào e, n, thành phần khí hỗn hợp a, góc phun sớm.
Động cơ xăng [Tr] =900-1100[0k] ,ta chọn Tr = 1000[0k].
13- Độ sấy nóng khí nạp DT.
Giá trị DT phụ thuộc vào kết cấu thiết bị sấy nóng, kết cấu và cách bố trí của đường nạp và cách bố trí của đường thải, số vòng quay n, hệ số dư lượng không khí a.
[DT] =10-30 [0k] . Ta chọn DT = 150K.
14- Chỉ số nén đa biến trung bình n1.
n1 phụ thuộc vào số vòng quay, kích thước xy lanh, kiểu làm mát, mức độ cường hoá động cơ.
Đọng cơ xăng [ n1] =1,34-1,37. Chọn n1=1,34
15- Hệ số sử dụng nhiệt xz.
xz là tỷ số giữa lượng nhiệt biến thành công và tổng lượng nhiệt cung cấp ban đầu.
Đọng cơ xăng[xz] = 0,85-0,92. Ta chọn xz = 0,9
16- Nhiệt trị thấp của nhiên liệu QT.
QT Là lượng nhiệt toả ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 đơn vị khối lượng hoặc thể tích nhiên liệu không kể đến nhiệt hoá hơi của nước chứa trong sản vật cháy.
[QT] =44.106 [J/kgnl] .
17- Chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2.
n2 phụ thuộc đặc điểm cấp nhiệt cho sản vật cháy trên đường cháy dản nở.
Động cơ xăng[n2] = 1,23-1,27. Ta chọn n2 =1,25
2.3. Tính toán các quá trình công tác:
2.3.1. Tính toán quá trình trao đổi khí.
a) Mục đích của việc tính toán quá trình trao đổi khí là xác định các thông số chủ yếu cuối quá trình nạp chính (ở điểm a) như áp suất pa và nhiệt độ Ta.
b) Thứ tự tính toán:
*Xác định hệ số khí sót gr :
+ Giá trị của gr phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tỷ số nén, số vòng quay, áp suất khí sót Pr và nhiệt độ khí sót Tr cuối quá trình thải. Giá trị của gr có thể chọn theo bảng 14 [trang42-HĐĐAMHĐCĐT]
ở động cơ xăng 4 kì [gr ] = 0,05-0,15.
*Nhiệt độ của quá trình nạp:
Ta =
T = 150K; Tr = 10000k]ÞTa =
*áp suất cuối quá trình nạp Pa:
Pa =
Theo các số liệu đã cho ở trên ,thay vào ta có:
Pa=
[Pa] = [0,085...0,092] MPa
2.3.2. Tính toán cuối quá trình nén:
a) Mục đích của việc tính toán quá trình nén là xác định các thông số như áp suất pc và nhiệt độ Tc ở cuối quá trình nén.
b) Thứ tự tính toán:
* Áp suất cuối quá trình nén:
pc = pa
*Nhiệt độ cuối quá trình nén:
Tc = Ta.
Động cơ xăng [Tc] = [600,...,700]0K.
2.3.3. Tính toán quá trình cháy.
a) Mục đích tính toán quá trình cháy là xác định các thông số cuối quá trình cháy như áp suất pz và nhiệt độ Tz.
b) Thứ tự tính toán: chia làm hai giai đoạn như sau
* Tính toán tương quan nhiệt hoá
- Mục đích việc tính toán tương quan nhiệt hoá là xác định những đại lượng đặc trưng cho quá trình cháy về mặt nhiệt hoá để làm cơ sở cho việc tính toán nhiệt động. Thứ tự tính toán như sau:
- Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu thể lỏng:
- Trong đó: gC, gH và g0: là thành phần nguyên tố tính theo khối lượng của cácbon, hyđrô và ôxy tương ứng chứa trong 1 kg nhiên liệu. Trị số các thành phần ấy đối với nhiên liệu xăng
Có thể lấy gần đúng theo các giá trị sau:
gc = 0,855; gH = 0,145; g0 = 0
ÞM0=
- Lượng không khí thực tế nạp vào xy lanh động cơ ứng với 1 kg nhiên liệu Mt:
Mt = aMo = 0,9 .0,512 = 0,461
- N hư vậy lượng hỗn hợp cháy M1 tương ứng với lượng không khí thực tế
M1=
Với: μnl = 110 (
- Số mol của sản vật cháy M2:
- Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết bo:
- Hệ số thay đổi phân tử thực tế:
vTính toán tương quan nhiệt động.
Thứ tự tính các thông số như sau:
- Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp công tác ở cuối quá trình nén mcvc.
- Để xác định mcvc ta có thể tra bảng, xác lập quan hệ giải tích giữa nhiệt dung riêng và nhiệt độ đối với các chất khí khác nhau trong hỗn hợp hoặc tính theo công thức gần đúng. Công thức tính toán gần đúng có dạng sau:
mcvc= 20,223+1,742.10-3.Tc= 20,223+1,742.10-3.738,3= 21,42 (
- Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của khí thể tại điểm z.
Phương pháp tính toán chung tương tự như đối với mcvc. Nếu tính gần đúng, ta dùng công thức sau:
m cvz=
= 18,423 + 2,596.0,9 + ( 1,55 + 1,38.0,9).
= 20,7594 + 0,002792.Tz
- Nhiệt dung mol đẳng áp trung bình tại điểm z:
mcpz = mcvz + 8,314
- Tổn thất do cháy nhiên liệu không hoàn toàn:
- Nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz được xác định theo phương trình nhiệt động của quá trình cháy sau :
Thay các giá trị đã biết ta có: 84232,2= 20,7594.Tz + 0,002792.T
`
Giải phương trình loại bỏ nghiệm âm ta được : Tz = 2618,355 (
- Tỷ số áp suất:
lp =
- Áp suất cuối quá trình cháy:
pz = lp.pc = 4,09.1,2 = 4,91 (MPa)
2.4. Tính toán quá trình dãn nở:
Mục đích việc tính toán quá trình dãn nở là xác định các giá trị áp suất pb và nhiệt độ Tb ở cuối quá trình dãn nở.
Ở động cơ xăng, quá trình cháy kết thúc trên hành trình dãn nở và qúa trình dãn nở còn lại được tính trên một phần của hành trình pít tông ứng với tỷ số dãn nở muộn
Áp suất cuối quá trình dãn nở:
- Nhiệt đội cuối quá trình dãn nở:
Tb =
2.5.Kiểm tra kết quả tính toán:
Tr =
Sai số trong quá trình chọn và tính toán là: DTr = 2,13% < 3%
So sánh giữa giá trị đã chọn của Tr và kết quả thu được theo các biểu thức kiểm tra vừa nêu.Ta thấy quá trình tính toán trên là đảm bảo.
3. Xác định các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của động cơ
3.1. Các thông số chỉ thị
Các thông số chỉ thị là các thông số đặc trưng cho chu trình công tác của động cơ. Khi xác định các thông số chỉ thị ta chưa kể đến các dạng tổn thất về công mà chỉ xét đến các tổn thất về nhiệt.
3.1.1. Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết p’i
Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết p’i đối với động cơ xăng được xác định bằng công thức:
=
3.1.2. Hệ số điền đầy đồ thị công jd
Hệ số điền đầy đồ thị công nhằm chỉ rõ sự khác nhau giữa đồ thị công chỉ thị lý thuyết với đồ thị công chỉ thị thực tế, đối với động cơ xăng 4 kỳ có thể chọn
jd = (0,90 ÷ 0,96)
Chọn jd = 0,96.
3.1.3. Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi
Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi đối với động cơ xăng được xác định bằng công thức:
3.1.4. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi
Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi được tính bằng công thức:
[gi ] = 230-340
3.1.5. Hiệu suất chỉ thị hi
hI = 0,31 = 31%
Trong đó: QT được tính bằng [KJ/kgnl ] và gi [kg/KWh ].
[hi ] = 25% - 40%
3.2. Các thông số có ích
+ Các thông có ích là những thông số đặc trưng cho sự làm việc của động cơ. Để xác định các thông số đó, ta sử dụng kết quả tính toán các thông số chỉ thị ở mục trên và xác định giá trị của áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ.
+ Áp suất tổn hao cơ khí trung bình là áp suất giả định, không đổi, tác động lên pít tông trong một hành trình và gây ra công tổn hao bằng công tổn hao của trao đôỉ khí, dẫn động các cơ cấu phụ, tổn hao do ma sát ở các bề mặt công tác.
Thứ tự tính toán các thông số có ích như sau:
+ Áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ được xác định bằng các công thức kinh nghiệm theo vận tốc trung bình của pít tông CTB [m/s] và các thông số khác của động cơ.
.
3.2.1. Áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ
Áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơđược xác định bằng công thức kinh nghiệm sau:
3.2.2. Áp suất có ích trung bình pe
Áp suất có ích trunng bình pe được xác định bằng hiệu số giữa pi với pcơ:
3.2.3. Hiệu suất cơ khí hcơ
Hiệu suất cơ khí hcơ được xác định bằng công thức:
hcơ
Động cơ xăng 4 kì [hcơ ] = 0,70¸0,80
3.2.4. Suất tiêu hao nhiên liệu có ích
[ge] = 285-380
3.2.5. Hiệu suất có ích:
he = hihcơ = 0,31 . 0,709 = 0,22
[he] = 0,20¸0,28
+ Công suất có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán:
Ở đây i.Vh = 4 . 0,516 [dm3]
Sai số: DNe = 2,32 % < 3%
+ Mô men xoắn có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán :
4. Dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác
4.1. Khái quát
+ Đồ thị công chỉ thị là đồ thị biểu diễn các quá trình của chu trình công tác xảy ra trong xy lanh động cơ trên hệ toạ độ p-V. Việc dựng đồ thị được chia làm hai bước: dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết và hiệu chỉnh đồ thị đó để được đồ thị công chỉ thị thực tế.
+ Đồ thị công chỉ thị lý thuyết được dựng theo kết quả tính toán chu trình công tác khi chưa xét các yếu tố ảnh hưởng của một số quá trình làm việc thực tế trong động cơ.
+ Đồ thị công chỉ thị thực tế là đồ thị đã kể đến các yếu tố ảnh hưởng khác nhau như góc đánh lửa sớm hoặc góc phun sớm nhiên liệu, góc mở sớm và đóng muộn các xu páp cũng như sự thay đổi thể tích khi cháy.
4.2. Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết
Đối với động cơ HONDA CRV là động cơ xăng 4 kì. Ở đồ thị công chỉ thị lý thuyết ta thay thế chu trình thực tế bằng chu trình kín a-c-y-b-a. Trong đó quá trình cháy nhiên liệu được thay bằng quá trình cấp nhiệt đẳng tích c-y, quá trình trao đổi khí được thay bằng quá trình nhả nhiệt đẳng tích b-a.
Thứ tự tiến hành dựng đồ thị như sau:
+ Thống kê giá trị của các thông số đã tính ở các quá trình như áp suất khí thể ở các điểm đặc trưng pa, pc, pz, pb, chỉ số nén đa biến trung bình n1, chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2, tỷ số nén e
Pa = 0,089[MPa] n1 = 1,34
pc = 1,2 [MPa] n2 = 1,25
pz = 9,1 [MPa] e = 7
pb = 0,43[MPa] Vh = 0,516 [dm3]
r= 1,002
Vz = r.Vc = 1,002 . 0,074 = 0,07 [dm3 ]
- Trong đó tỷ số dãn nở sớm r:
Va = Vh +Vc = 0,516 + 0,074 = 0,59 [dm3 ]
Với quá trình nén đa biến, ta có:
Với quá trình dãn nở đa biến, ta có:
+ Trong đó: pn, pd, Vn và Vd là các giá trị biến thiên của áp suất và thể tích trên đường nén và dãn nở. Ta có thể đưa các phương trình trên về dạng:
+ Trong đó:
Ta chọn tỷ lệ xích
Chọn
STT
OB’=OB/ε[mm]
V[dm3]
Pn = Pa.εn1[MPa]
Pd = pb. εn2[MPa]
1
1
98
0.59
0.089
1.05
0.457041
2
1.5
65.33333
0.393333
0.153233
1.55
0.743675
3
2
49
0.295
0.225305
2.05
1.054777
4
2.5
39.2
0.236
0.303829
2.55
1.385619
5
3
32.66667
0.196667
0.387911
3.05
1.733178
6
3.5
28
0.168571
0.476915
3.55
2.095337
7
4
24.5
0.1475
0.570362
4.05
2.470514
8
4.5
21.77778
0.131111
0.667874
4.55
2.857477
9
5
19.6
0.118
0.769148
5.05
3.255237
10
5.5
17.81818
0.107273
0.873929
5.55
3.662981
11
6
16.33333
0.098333
0.982003
6.05
4.080024
12
6.5
15.07692
0.090769
1.093186
6.55
4.505781
13
7
14
0.084286
1.207317
6.98
4.878516
Đồ thị áp suất trên đường nén và đường dãn nở
4.3. Hiệu chỉnh đồ thị công lý thuyết thành đồ thị công thực tế
4.3.1. Vẽ vòng tròn brick đặt trên đồ thị công
Thông số kết cấu của động cơ:
Tỷ lệ xích của hành trình piston S là:
Khoảng cách OO’ biểu diễn trên đồ thị công là :
Bán kính R biểu diễn trên đồ thị công là:
4.3.2. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp.
Từ điểm O’ trên đường tròn Brick ta xác định góc đóng muộn xupáp thải b2 = 8o, bán kính này cắt đường tròn Brick tại điểm a’. Từ a’ gióng đường song song với trục Op cắt đường pa tại điểm ro. Nối điểm r trên đường thải với ro ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp.
4.3.3. Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén.
Áp suất cuối quá trình nén thực tế thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết do có hiện tượng đánh lửa sớm. Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quá trình nén thực tế pc’ được xác định theo công thức sau:
Tung độ điểm c’’ trên đồ thị công:
4.3.4. Hiệu đính điểm đánh lửa sớm
Do đánh lửa 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 đánh lửa sớm ji = 15o, bán kính này cắt vòng tròn Brick tại 1 điểm. Từ điểm này ta dóng song song với trục Op cắt đường nén tại điểm c”. Dùng một cung thích hợp nối điểm c” với điểm c’.
4.3.5. Hiệu đính điểm đạt pzmax thực tế
Áp suất pzmax thực tế trong quá trình cháy – giãn nở không đạt trị số lý thuyết của động cơ xăng. Do vậy cần phải hiệu đính điểm z. Theo thực nghiệm, điểm đạt trị số áp suất cao nhất là điểm thuộc miền 372o ÷ 375o (tức là 12o ÷ 15o sau điểm chết trên của quá trình cháy và giãn nở).
Cắt đồ thị công bởi đường 0,85Pz.
Xác định điểm z từ góc 12o: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc tương ứng với 372o góc quay trục khuỷu. Bán kính này cắt vòng tròn tại 1 điểm z’. Từ điểm này ta dóng song song với trục Op cắt đường 0,85Pz tại điểm z.
Dùng cung thích hợp nối c’ với z và lượn sát đường giãn nở.
4.3.6. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế.
Do có hiện tượng mở sớm xupáp thải nên trong thực tế quá trình thải diễn ra sớm hơn lý thuyết. Ta xác định được điểm b’ bằng cách: Từ O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc mở sớm xupáp thải b1=44o, bán kính này cắt vòng tròn Brick tại 1 điểm. Từ điểm này ta dóng song song với Op cắt đường giãn nở tại điểm b’.
4.3.7. Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giãn nở
Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế pb” thường thấp hơn áp suất cuối qu á trình giãn nở lý thuyết do xupáp thải mở sớm. Theo công thức kinh nghiệm ta có thể xác định được:
Tung độ điểm b” là:.
Sau khi xác định được các điểm b’, b” ta dùng cung thích hợp nố với đường thải.
5. Dựng đặctính ngoài của động cơ
5.1. Khái quát
+ Đặc tính ngoài là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của các chỉ tiêu như công suất có ích Ne, mô men xoắn có ích Me, lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ Gnl và suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge vào số vòng quay của trục khuỷu n [v/ph] khi thanh răng bơm cao áp chạm vào vít hạn chế.
+ Đồ thị này được dùng để đánh giá sự thay đổi các chỉ tiêu chính của động cơ khi số vòng quay thay đổi và chọn số vòng quay sử dụng một cách hợp lý khi khai thác.
+ Đặc tính ngoài được dựng bằng các phương pháp như thực nghiệm, công thức kinh nghiệm hoặc bằng việc phân tích lý thuyết. ở đây giới thiệu phương pháp dựng bằng các công thức kinh nghiệm của Khơ-lư-stốp Lây-đéc-man.
5.2. Thứ tự dựng các đường đặc tính
vĐối với động cơ xăng
Để xây dựng đường đặc tính, ta chọn trước một số giá trị trung gian của số vòng quay n trong giới hạn giữa nmin và nmax rồi tính các giá trị biến thiên tương ứng của Ne, Me, ge, Gnl theo các biểu thức sau:
Trong đó:
Nemax= 125 (Kw)
Giá trị Me còn có thể xác định theo cặp giá trị của Ne và n tương ứng theo biểu
thức:
Trong đó: Ne (Kw) ; n(v/p)
Giá trị biến thiên của
Chọn tỉ lệ
- Kết quả tính toán được thống kê thành bảng.
Dựa vào các số liệu thu được, ta dựng đường đặc tính lên giấy kẻ ly.
Kết quả tính toán các chỉ tiêu.
Giá trịn
Ne[KW]
Me[Nm]
ge[g/KWh]
Gnl[kg/h]
Gnlbd[kg/h]
500
11.62473
222.1287
213.87
2486.182
26.61865
1000
24.62688
235.2887
200.8112
4945.353
52.9481
1500
38.52595
245.3882
190.0234
7320.833
78.38151
2000
52.84144
252.4273
181.5068
9591.08
102.6882
2500
67.09287
256.4059
175.2612
11758.78
125.897
3000
80.79975
257.324
171.2868
13839.93
148.1791
3500
93.48156
255.1817
169.5835
15852.93
169.7316
4000
104.6578
249.9789
170.1512
17807.66
190.6602
4500
113.8481
241.7157
172.9901
19694.59
210.8629
5000
120.5718
230.3919
178.1001
21473.85
229.9127
5500
124.3485
216.0077
185.4812
23064.3
246.9411
5800
125
205.9082
191
23875
255.621
Đồ thị :Ge, Me, Gnl, Ge
Hình 3. Đặc tính ngoài của động cơ xăng
Đồ thị đường đặc tính ngoài
6. Tính toán động lực học.
6.1. Mục đích:
Phần tính toán động lực học của đồ án nhằm xác định quy luật biến thiên của lực khí thể, lực quán tính và hợp lực tác dụng lên pít tông cũng như các lực tiếp tuyến và pháp tuyến tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu. Trên cơ sở đó sẽ xây dựng đồ thị véc tơ lực [phụ tải] tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu, cổ trục và bạc đầu to thanh truyền cũng như đồ thị mài mòn bề mặt. Từ các đồ thị véc tơ phụ tải ta biết được một cách định tính tình trạng chịu lực của bề mặt và mức độ đột biến của tải thông qua hệ số va đập.
6.2. Tính Toán động lực học:
Các lực và mô men trong tính toán động lực học được biểu diển dưới dạng hàm số góc quay trục khuỷu a. Với quy ước là khi pít tông ở điểm chết trên thì a = 0. Ngoài ra các lực này còn tính với 1 đơn vị diện tích đỉnh pít tông, khi cần các giá trị thực của lực ta nhân với giá trị của áp suất với diện tích tiết diện ngang của đỉnh pít tông.
Thứ tự làm việc của các xy lanh:1-3-4-2.
Góc công tác của động cơ:dk = 1800.
Thứ tự tính toán động lực học như sau:
1 => 3 => 4 => 2 =>
a) Khối lượng của các chi tiết chuyển động:
*Khối lượng nhóm pít tông: mpt
mpt = 0,70 [kg]
Khối lượng của nhóm pít tông trên 1 đơn vị diện tích đỉnh pít tông:
m’pt =
Trong đó :Fpt =
*Khối lượng thanh truyền:
Khi động cư làm việc ,thanh truyền tham gia chuyển động song phẳng, đầu nhỏ tham gia chuyển động tịnh tiến cùng nhóm pít tông, đầu to tham gia chuyển động quay cùng cổ khuỷu, và thân chuyển động lắc. Để đơn giản trong quá trình trình tính toán ta phân tích khối lượng thanh truyền gồm 2 phần [M1 và M2] và quy dẫn chúng về các điểm có chuyển động đặc trưng đơn giản. Khi quy dẫn phải dựa trên các nguyên tắc sau:
- Tổng khối lượng sau phân chia phải bằng khối lượng thanh truyền.
- Trọng tâm của thanh truyền không thay đổi
- Mômen quán tính đối với trọng tâm của thanh truyền không thay đổi.
Þmtt = m1 + m2
=0,47 + 0,508 = 0,978 [kg].
m1.l1 = m2.[l- l1].
Với l-chiều dài thanh truyền;
l1 –khoảng cách từ tâm đầu nhỏ đến trọng tâm thanh truyền.
Khối lượng quy dẫn trên 1 đơn vị diện tích đỉnh pít tông:
m’1 =
m’2 =
* Khối lượng trục khuỷu:
Để xác định khối lượng chưa tự cân bằng của khuỷu trục ta chia khuỷu trục thành 4 phần: A,B,C,D.
* Phần A là khối lượng cổ khuỷu và 1 phần má khuỷu chưa tự cân bằng được quy về đường tâm chốt khuỷu với bán kính quay R.
* Phần B là khối lượng của 2 má khuỷu [2(mm)z] chưa tự cân bằng với trọng tâm O, có bán kính quay z . Khi tính toán ta quy dẫn 2(mm)z về tâm quay cổ khuỷu với bán kính quay R sao cho lực quán tính ly tâm do khối lượng quay thay thế (mm)r sinh ra ở bán kính R bằng lực quán tính ly tâm của khối lượng 2(mm)z sinh ra ở bán kinh z ,nghĩa là:
Do đó : (mm)r =
* Phần C: là phần khối lượng các cổ trục và một phần các má khuỷu đã tự cân bằng với tâm quay O của trục khuỷu.
* Phần D : là khối lượng của các đối trọng chưa tự cân bằng với tâm quay O và có bán kính quay là zd. Để đơn giản cho việc tính toán ta quy dẫn khối lượng đối trọng Md về tâm quay O với bán kính quay zd.
Như vậy khối lượng tham gia chuyển động quay chưa tự cân bằng của trục khuỷu là: mk = mck + 2[mm]z
-Khối lượng của cổ khuỷu [mck]được tính:
mck = Vck.rthép
Trong đó : rthép khối lượng riêng vật liệu làm cổ khuỷu = 7,8 [kg/dm3]
Vck thể tích cổ khuỷu
Vck=
Dck - đường kính ngoài cổ khuỷu: » 0,69 [dm]
dck- đường kính trong cổ khuỷu: = 0,31 [dm]
lck- chiều dài cổ khuỷu = 0,59 [dm]
Þ Vck=
Þ mck = Vck.rthép=0,176.7,8 =1,373 [kg].
Khối lượng 2 má khuỷu 2(mm)z quy về tâm cổ khuỷu có bán kính quay R:
(mm)r =
Với : z - bán kính quay của má khuỷu: = 0,35 [dm].
R-bán kính quay của má khuỷu quy về tâm chốt khuỷu: = 0,7 [dm].
(mm)z - khối lượng quay của má khuỷu quanh tâm O với bán kính z.
(mm)r - khối lượng quay của má khuỷu quanh tâm O với bán kính R quy về cổ khuỷu.
(mm)z = Vmk.
Với : rthép - khối lượng riêng vật liệu làm má khuỷu = 7,8 [kg/dm3]
Vmk- thể tích má khuỷu.
Vmk =
Với : Dmk -đường kính má khuỷu: = 0,85 [dm]
bm – bề rộng [dày] má khuỷu : = 0,1755 [dm]
Þ Vmk =
Khối lượng 2 má khuỷu với bán kính quay R quanh tâm O của cổ trục:
(mm)r = 2.
ÞNhư vậy khối lượng chuyển động quay của cổ khuỷu và má khuỷu chưa tự cân bằng là:
mk = mck + 2(mm)z = 1,373 + 0,936 = 2,309 [kg]
Khối lượng của cổ khuỷu Mk ứng với 1 đơn vị diện tích đỉnh pít tông:
m’k =
- Khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến mj :
mj = mp + m1 + mc
= 0,7 + 0,275 + 0,21 = 1,185 [kg]
mpt= 0,7 [kg] : khối lượng pít tông.
m1= 0,275[kg] : khối lượng thanh truyền qui dẫn về tâm chốt pít tông.
mc= 0,21 [kg] : khối lượng chốt pít tông và khoá hãm
b) Lực và mô men tác dụng lên cơ cấu KTTT:
Khi làm việc cơ cấu KTTT chịu tác dụng của các lực sau:
- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến.
- Lực quán tính ly tâm.
- Lực khí thể.
- Lực ma sát.
- Phản lực khí thể.
Trong các lực kể trên thì lực quán tính và lực ly tâm có ảnh hưởng lớn hơn cả.Vì vậy trong quá trình tính toán động lực học người ta có thể bỏ qua ảnh hưởng của các lực khác mà chỉ xét lực khí thể và lực quán tính.
* Lực quán tính:
- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến:
Pj = - mj. Rw2 [cosa + l cos 2a].10-6 [MN]
Trong đó:
R: bán kính quay của khuỷu trục [m]; R = 43.5.10-3[m]
w: vận tốc góc trục khuỷu, w = p.n/30 = 3,14.5800/30
= 607,067[Rad/s]
l: hệ số kết cấu của động cơ. l = R/L=0,3222
Lực Pj thay đổi trong suốt chu trình công tác của động cơ và được coi như có phương tác dụng trùng với phương của lực khí thể Pk.
Dấu [-] có ý nghĩa tượng trưng về sự ngược chiều giữa gia tốc và lực quán tính.
Vậy
j = - mj. Rw2 [cosa + l cos 2a].10-6 [MN]= - 1,185 . 0,00435.607,0672[cosa + 0,3222.cos2a].10-6 [MN]
Khi làm việc giá trị a luôn thay đổi từ [0..7200] tương ứng sẽ có các giá trị khác nhau của Pj .Kết quả tính toán được ghi trong bảng .
- Lực quán tính ly tâm
rLực quán tính chuyển động quay Pr do các khối lượng chuyển động quay với vận tốc w, bán kính R gây nên, ta có:
Pr = mr Rw2.10-6 [MN]
= 2,75. 0,00435.607,0672.10-6 = 4408,54.10-6[MN]
*.Lực khí thể Pk:
Pk = [P - P0].
Trong đó : P- áp suất của môi chất công tác trong xy lanh;
P0- áp suất môi trường = 1,03.105 [N/m2]
Do lực khí thể trong suốt quá trình công tác của động cơ sẽ lỗp lại ở chu trình công tác sau, nên từ đồ thị công P-V ta triển khai thành dạng P-a bằng cách chuyển trục hoành lên đường P0. Véc tơ lực khí thể Pk được quy ước trùng với đường tâm xy lanh, do đó ta tìm được giá trị của Pk theo góc quay a . Kết quả tính toán ghi trong bảng .
*.Lực tác dụng lên chốt pít tông PS:
Lực tác dụng lên chốt pít tông PSlà tổng lực khí thể và lực quán tính chuyển động tịnh tiến.
PS = Pk + Pj [MN]
Bằng phương pháp đồ thị ta tính được Pk.
Bằng phương pháp giải tích ta tính được PJ.
Kết quả tính PS được ghi ở bảng .
Từ các giá trị của PS theo góc quay a trên cùng 1 hệ trục toạ độ ta vẽ được PS- a theo 1 tỷ lệ xích nhất định. Hoặc có thể vẽ đồ thị Pk -a và Pj-a trên cùng 1 hệ trục toạ độ với cùng 1 tỷ lệ xích ,rồi bằng phương pháp cộng đồ thị ta nhận được đồ thị PS- a với kết quả tương tự trên.đồ thị có dạng:
ϕ(độ)
Pj
gtbd Pj
gtbd Pk
Pk
P1
gtbd P1
0
-0.0197
-37.2
0.4
0.000212
-0.01948
-36.8
10
-0.0192
-36.2
-0.6
-0.00032
-0.01952
-36.8
40
-0.01254
-23.7
-0.6
-0.00032
-0.01285
-24.3
60
-0.00554
-10.5
-0.6
-0.00032
-0.00586
-11.1
80
0.001377
2.6
-0.6
-0.00032
0.001059
2
100
0.006721
12.7
-0.6
-0.00032
0.006403
12.1
120
0.009848
18.6
-0.6
-0.00032
0.00953
18
140
0.011039
20.8
-0.6
-0.00032
0.010721
20.2
160
0.011159
21.1
-0.6
-0.00032
0.010841
20.5
180
0.011079
20.9
-0.6
-0.00032
0.010761
20.3
200
0.011159
21.1
-0.49
-0.00026
0.010899
20.6
220
0.011039
20.8
-0.16
-8.5E-05
0.010954
20.7
240
0.009848
18.6
0.46
0.000244
0.010092
19
260
0.00672
12.7
1.67
0.000885
0.007605
14.3
280
0.001376
2.6
4.09
0.002168
0.003544
6.7
300
-0.00554
-10.5
9.63
0.005104
-0.00044
-0.8
320
-0.01254
-23.7
25.53
0.013531
0.000995
1.9
340
-0.01776
-33.5
66.69
0.035346
0.017586
33.2
360
-0.0197
-37.2
168.57
0.089342
0.069646
131.4
380
-0.01776
-33.5
189.2
0.100276
0.082516
155.7
400
-0.01254
-23.7
77.19
0.040911
0.028376
53.5
420
-0.00554
-10.5
39.69
0.021036
0.015497
29.2
440
0.001377
2.6
22.35
0.011846
0.013223
27.9
460
0.006721
12.7
15.93
0.007383
0.014104
26.1
480
0.009848
18.6
12.46
0.005544
0.015392
25.2
500
0.011039
20.8
9.53
0.004521
0.01556
24.4
520
0.011159
21.1
7.64
0.003519
0.014678
22.7
540
0.011079
20.9
5.3
0.002279
0.013358
21.2
560
0.011159
21.1
3.24
0.000657
0.011816
20.3
580
0.011039
20.8
1.44
0.000212
0.011251
18.2
600
0.009848
18.6
0.4
0.000212
0.01006
16
620
0.00672
12.7
0.4
0.000212
0.006932
13.1
640
0.001376
2.6
0.4
0.000212
0.001588
3
660
-0.00554
-10.5
0.4
0.000212
-0.00533
-10.1
680
-0.01254
-23.7
0.4
0.000212
-0.01232
-23.3
700
-0.01776
-33.5
0.4
0.000212
-0.01755
-33.1
720
-0.0197
-37.2
0.4
0.000212
-0.01948
-36.8
Đồ thị:
Đồ thị lực khí thể, lực quán tính và tổng lực.
c) Dựng đồ thị véc tơ phụ tải:
* Ý nghĩa:
Đồ thị véc tơ phụ tải là đồ htị biểu diễn tổng hợp các lực tác dụng lên bề mặt làm việc ở các vị trí khác nhau của trục khuỷu.
Các bề mặt làm việc quan trọng của trục khuỷu bao gồm: cổ trục, cổ khuỷu, bạc lót đầu to thanh truyền và bạc lót ổ trục. Đồ thị véc tơ phụ tải dùng để:
- Xác định phụ tải xem xét quy luật mài mòn của các bề mặt làm việc.
- Xác định đơn vị phụ tải lớn nhất, trung bình nhằm đánh giá mức độ va đập.
- Xác định vị trí chịu lực nhỏ nhất để khoan lỗ dầu bôi trơn.
Đối với cổ trục, lực tác dụng bao gồm phản lực của các lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z và lực quán tính ly tâm của các khuỷu trục gây ra.
Lực tiếp tuyến T được xác định:
Lực pháp tuyến Z được xác định :
Pr2 = m2 .R.w2.10-6 =
Với khối lượng thanh truyền quy dẫn về tâm đầu to thanh truyền :
m2 =0,609 [kg].
Giá trị của các lực T và Z củng như của các hàm số lượng giác được trình bày trong bảng 1.
* Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu.
Đồ thị này phản ánh sự tác dụng của lực T, Z, và Pr2 lên bề mặt cổ khuỷu thông qua bạc trong một chu trình công tác của xy lanh, ta có:
Đtvtpt cổ khuỷu được bố trí ở phía dưới đồ thị công, với tỷ lệ xích :
mT = mZ = mPr2.
Dựng hệ trục vuông góc TOZ; OT là trục tung hướng sang phải, OZ là trục hoành hướng xuống phía dưới. Dựa theo kết quả tính ở bảng biến thiên xác định các giao điểm ứng với véc tơ
Từ 0, về phía chiều dương trục OZ, xác định điểm 01sao cho
Vẽ vòng tròn bán kính bất kỳ tượng trưng cho bề mặt cổ khuỷu, vẽ kéo dài má khuỷu tượng trưng về phía chiều dương trục OZ. Đồ thị nhận được ứng với góc O1 chính là đtvtpt cổ khuỷu với tỷ lệ xích mQck = mT. Dạng của đồ thị được thể hiện trên hình sau:
ϕ(độ)
gtbd Z
gtbd T
T
Z
0
36.8
0
0
-0.01948
20
30.9
-14.8
-0.00782
-0.01639
40
15.7
-19
-0.01006
-0.00834
60
3.1
-11
-0.00581
-0.00166
80
0.2
2.1
0.001096
-0.00012
100
5.5
11.3
0.005987
-0.00292
120
12.9
13.3
0.007062
-0.00683
140
17.9
10.2
0.005388
-0.00947
160
19.9
5.1
0.002727
-0.01054
180
20.3
0
0
-0.01076
200
20
-5.2
-0.00274
-0.0106
220
18.3
-10.4
-0.00551
-0.00968
240
13.6
-14.1
-0.00748
-0.00723
260
6.5
-13.4
-0.00711
-0.00347
280
0.7
-6.9
-0.00367
-0.00038
300
0.2
0.8
0.000432
-0.00012
320
-1.2
-1.5
-0.00078
0.000645
340
-30.1
-14.4
-0.00761
0.015946
360
-131.4
0
0.000001
0.069646
380
-141.2
67.3
0.03569
0.074821
400
-34.7
41.9
0.022218
0.018399
420
-8.3
29
0.015358
0.004393
440
2.7
25.8
0.01368
-0.00144
460
12.1
24.9
0.013188
-0.00643
480
20.8
21.5
0.011405
-0.01103
500
25.9
14.8
0.00782
-0.01375
520
26.9
7
0.003692
-0.01428
540
25.2
0
0
-0.01336
560
21.7
-5.6
-0.00297
-0.01149
580
18.8
-10.7
-0.00566
-0.00994
600
13.6
-14.1
-0.00746
-0.00721
620
6
-12.2
-0.00648
-0.00316
640
0.3
-3.1
-0.00164
-0.00017
660
2.8
10
0.00528
-0.00151
680
15.1
18.2
0.009649
-0.00799
700
30
14.3
0.007589
-0.01591
720
36.8
0
-1E-06
-0.01948
Đồ thị véctơ phụ tải cổ khuỷu
+Đây là dạng đồ thị đặc biệt, không hoàn toàn là dạng độc cực thuần túy. Bởi vậy, để có hình ảnh trực quan hơn, ta triển khai thành đồ thị trong hệ toạ độ Đề các:Qck-a.
+ Vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn.
Vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn tối ưu cho chế độ được tính toán và vẽ đtvtpt ở cổ khuỷu có thể xác định trên cơ sở đồ thị mài mòn tượng trưng hoặc có thể xác định trực tiếp trên đtvtpt cổ khuỷu. Cách tiến hành như sau:
- Từ tâm O1 vẽ các vòng tròn đồng tâm tượng trưng cho bề mặt cổ khuỷu rỗng.
- Vẽ tượng trưng má khuỷu về phía chiều dương trục OZ.
- Từ O1 kẻ hai đường tiếp tuyến với đồ thị .
- Đường phân giác với góc tạo bởi hai tiếp tuyến chính là phương khoan lỗ dầu nhờn, cách tìm đường phân giác được thể hiện trên đồ thị động lực học.
Bản biến thiên các thành phần lực
QB =
T1=QB .sinξ
Z1=- QB.cosξ
Ψ= arctg
đồ thị mài mòn cổ khuỷu.
- Đồ thị mài mòn thể hiện một cách tượng trưng mức độ mài mòn bề mặt cổ khuỷu sau một chu trình tác dụng của lực. Để có thể xây dựng được đồ thị mài mòn, phải có đtvtpt cổ khuỷu. Đồ thị này được bố trí ở ô giữa, phía bên phải tờ A0. Ô phía trên có chiều cao khoảng 1/3 chiều rộng tờ ô ly A0 dùng cho đồ thị đường đặc tính ngoài. Có hai phương pháp vẽ. Phương pháp thứ nhất phức tạp, tốn thời gian hơn [tự tham khảo trong tập 1 cuốn kết cấu tính toán động cơ, Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp]. Phương pháp thứ hai gồm các bước sau:
- Trên đtvtpt cổ khuỷu, vẽ vòng tròn tượng trưng cho bề mặt và chia thành 2n phần bằng nhau, ví dụ chia thành 24 phần và đánh số như trên hình sau:
- Tính hợp lực SQ' của tất cả các lực tác dụng lần lượt lên các điểm 0, 1, 2, 3... , ký hiệu tương ứng là SQ0' ,
- Xác định tổng lực tương đương SQi của tất cả các hợp lực SQ'tác dụng lên điểm thứ i và ghi vào các ô hàng dưới cùng.
- Trên đồ thị, vẽ vòng tròn tượng trưng và má khuỷu như trên hình.15. và cũng chia thành 2n phần bằng nhau tương ứng (ví dụ như trên hình là 24 phần bằng nhau) đánh số từ 0 tới 2n-1. Chọn một tỷ lệ xích lực thích hợp, đặt các đoạn thẳng tương ứng với SQi từ vòng tròn theo hướng kính vào phía tâm.
- Nối các điểm cuối của các đoạn thẳng ấy bằng một đường cong liên tục rồi gạch nghiêng phần diện tích nằm giữa vòng tròn và đường cong liên tục khép kín vừa nhận được, ta được đồ thị mà phần gạch nghiêng được coi như tỷ lệ thuận với mức độ mòn của bề mặt sau một chu trình tác dụng của lực.
Từ đồ thị này, ta chọn vị trí mòn ít nhất để khoan lỗ dầu bôi trơn.
Mô hình đồ thị mài mòn.
6.3 Đồ thị lực tiếp tuyến và pháp tuyến:
- Lực tiếp tuyến:
- Lực pháp tuyến:
- Lực quán tính do khối lượng chuyển động quay gây nên:
Pr2 = m2 .R.w2.10-6 =
Với khối lượng thanh truyền quy dẫn về tâm đầu to thanh truyền :
m2 =0,609 [kg].
- Ta vẽ đồ thị lực tiếp tuyến và pháp tuyến với mT=mZ=mP và mjnhư đồ thị lực khí thể.
ϕ(độ)
T
gtbd T
Z
gtbd Z
T phu tai
Z phu tai
0
0
0
-0.01948
-36.8
0
-55.2
20
-0.00782
-14.8
-0.01639
-30.9
-22.2
-46.35
40
-0.01006
-19
-0.00834
-15.7
-28.5
-23.55
60
-0.00581
-11
-0.00166
-3.1
-16.5
-4.65
80
0.001096
2.1
-0.00012
-0.2
3.15
-0.3
100
0.005987
11.3
-0.00292
-5.5
16.95
-8.25
120
0.007062
13.3
-0.00683
-12.9
19.95
-19.35
140
0.005388
10.2
-0.00947
-17.9
15.3
-26.85
160
0.002727
5.1
-0.01054
-19.9
7.65
-29.85
180
0
0
-0.01076
-20.3
0
-30.45
200
-0.00274
-5.2
-0.0106
-20
-7.8
-30
220
-0.00551
-10.4
-0.00968
-18.3
-15.6
-27.45
240
-0.00748
-14.1
-0.00723
-13.6
-21.15
-20.4
260
-0.00711
-13.4
-0.00347
-6.5
-20.1
-9.75
280
-0.00367
-6.9
-0.00038
-0.7
-10.35
-1.05
300
0.000432
0.8
-0.00012
-0.2
1.2
-0.3
320
-0.00078
-1.5
0.000645
1.2
-2.25
1.8
340
-0.00761
-14.4
0.015946
30.1
-21.6
45.15
360
0.000001
0
0.069646
131.4
0
197.1
380
0.03569
67.3
0.074821
141.2
100.95
211.8
400
0.022218
41.9
0.018399
34.7
62.85
52.05
420
0.015358
29
0.004393
8.3
43.5
12.45
440
0.01368
25.8
-0.00144
-2.7
38.7
-4.05
460
0.013188
24.9
-0.00643
-12.1
37.35
-18.15
480
0.011405
21.5
-0.01103
-20.8
32.25
-31.2
500
0.00782
14.8
-0.01375
-25.9
22.2
-38.85
520
0.003692
7
-0.01428
-26.9
10.5
-40.35
540
0
0
-0.01336
-25.2
0
-37.8
560
-0.00297
-5.6
-0.01149
-21.7
-8.4
-32.55
580
-0.00566
-10.7
-0.00994
-18.8
-16.05
-28.2
600
-0.00746
-14.1
-0.00721
-13.6
-21.15
-20.4
620
-0.00648
-12.2
-0.00316
-6
-18.3
-9
640
-0.00164
-3.1
-0.00017
-0.3
-4.65
-0.45
660
0.00528
10
-0.00151
-2.8
15
-4.2
680
0.009649
18.2
-0.00799
-15.1
27.3
-22.65
700
0.007589
14.3
-0.01591
-30
21.45
-45
720
-1E-06
0
-0.01948
-36.8
0
-55.2
Đồ thị:
6.4 Đồ thị vec tơ phụ tải cổ khuỷu.
Đồ thị này phản ánh sự tác dụng của lực T, Z, và Pr2 lên bề mặt cổ khuỷu thông qua bạc trong một chu trình công tác của xy lanh, ta có:
Dạng triển khai của đồ thị vec tơ phụ tải cổ khuỷu trong hệ trục Qck-α như sau: ứng với trị số góc α cụ thể trên trục hoành, ta xác định trị số tương ứng của véc tơ
+ Trị số tải trọng trung bình tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu:
GTBD Qcktb =85,85(mm)
ϕ(độ)
gtbd Q
ϕ(độ)
gtbd Q
0
89.49
380
204.77
20
83.13
400
66.08
40
62.52
420
48.86
60
38.53
440
54.92
80
31.98
460
64.87
100
45.18
480
72.53
120
56.24
500
74.25
140
60.62
520
71.73
160
60.97
540
67.89
180
60.54
560
63.74
200
60.65
580
62.12
220
61.43
600
57.8
240
60.18
620
46.44
260
53.76
640
32.39
280
41.27
660
37.64
300
31.55
680
61.16
320
29.96
700
81.66
340
23.97
720
89.49
360
162.81
Đồ thị vectơ phụ tải dạng triển khai
7. Đồ thị biểu diễn momen tổng ∑T:
· Thứ tự làm việc của động cơ: 1-3-4-2.
Góc công tác
Ta tính ∑T trong một chu trình công tác:
Khi trục khuỷu của xy lah thứ nhất nằm ở vị trí
Thì trục khuỷu của xy lah thứ hai nằm ở vị trí
Thì trục khuỷu của xy lah thứ ba nằm ở vị trí
Thì trục khuỷu của xy lah thứ tư nằm ở vị trí
Tính momen tổng: ∑T =
Tính giá trị của ∑T trung bình bằng công thức:
Trong đó Ni : công suất chỉ thị của động cơ;
Fp : diện tích đỉnh piton ; Fp=0,0054106
R: Bán kính quay trục khuỷu: R= 0,004575
Từ đó ta có : ∑T trung bình
Với tỷ lệ xích:
Ta thiết lập bảng tính :
ϕ(độ)
T-Me
ϕ(độ)
T-Me
0
125.49
380
159
20
159
400
110.95
40
110.95
420
60.72
60
60.72
440
32.56
80
32.56
460
61.34
100
61.34
480
102.56
120
102.56
500
159
140
159
520
110.95
160
110.95
540
60.72
180
60.72
560
32.56
200
32.56
580
61.34
220
61.34
600
102.56
240
102.56
620
159
260
159
640
110.95
280
110.95
660
60.72
300
60.72
680
32.56
320
32.56
700
61.34
340
61.34
720
102.56
360
102.56
