Đang tải... (xem toàn văn)
Tính toán và thiết kế, nhóm piston-thanh truyền, của động cơ XZ4-0614 ,theo các thông số kĩ thuật
Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614 PHẦN 1. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ X14 – 0413 1.1. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VẼ ĐỒ THỊ CÔNG Thông số kỹ thuật của động cơ 1.1.1.Các số liệu chọn trước trong quá trình tính toán Các thông số Ký hiệu Giá trị Ghi chú 1 Thông số kỹ thuật Ký hiệu Giá trị Nhiên liệu Gasoline Số xi lanh / Số kỳ / Cách bố trí i/τ 4 / 4 / In-line Thứ tự làm việc 1-3-4-2 Tỉ số nén ε 9 Đường kính x hành trình piston (mm x mm) D x S 76,0 x 87 Công suất cực đại / số vòng quay (kw/vg/ph) N e /n 74 / 4998 Tham số kết cấu 0,24 Áp suất cực đại (MN/m 2 ) p z 4,1 Khối lượng nhóm piston (kg) m pt 0,6 Khối lượng nhóm thanh truyền (kg) m tt 0,8 Góc đánh lửa sớm (độ) θ s 11 Góc phối khí (độ) α 1 15 α2 60 α3 51 α4 14 Hệ thống nhiên liệu EFI Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cácte ướt Hệ thống làm mát Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng Hệ thống nạp Không tăng áp Hệ thống phân phối khí 16 valve, DOHC Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614 Chỉ số nén đa biến trung bình n 1 1,35 n 1 =(1,34 – 1,39) Chỉ số giản nỡ đa biến n 2 1,25 n 2 =(1,23 – 1,27) Tỷ số giản nỡ sớm ρ 1 ( động cơ xăng) Nhiệt độ khí nạp (K) T k 298 Hệ số dư lượng không khí α 1,1 α = (0,85 – 1,15) Áp suất khí nạp (MN/m 2 ) p k 0,1 Áp suất khí thải (MN/m 2 ) p th 0,104 P th =(1,02 –1,04)p o =1,04.p o Áp suất khí sót (MN/m 2 ) p r 0,1092 P r =(1,05 – 1,1)p th =1,05.p th Áp suất cuối kỳ nạp (MN/m 2 ) p a 0,09 P a =(0,8 – 0,9).p k (n 1 : chọn từ Tr128, Sách Nguyên lý động cơ đốt trong, Nguyễn Tất Tiến) (n 2 : chọn từ Tr188, Sách Nguyên lý động cơ đốt trong, Nguyễn Tất Tiến) (α: chọn từ Tr14, Sách Nguyên lý động cơ đốt trong, Nguyễn Tất Tiến) 1.1.2. Xây dựng đường cong nén Gọi P nx và V nx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình nén của động cơ. Vì quá trình nén là quá trình đa biến nên: Phương trình đường nén: P nx =V n1 =const => p c .V c n1 = P nx .V nx n1 Rút ra ta có: 1 n nx c cnx V V .pP = Đặt : c nx V V i = suy ra 1 n cnx i 1 .pP = (i: Tỉ số nén tức thời) Áp suất cuối quá trình nén: 1 n 1.35 p . 0,08.10,5 1,9129 c a p ε = = = (MN/m 2 ) 1.1.3. Xây dựng đường cong giãn nở Gọi P gnx và V gnx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình giãn nở của động cơ. Vì quá trình giãn nở là quá trình đa biến nên: Phương trình đường giãn nở: p.V n2 = cosnt => p z .V c n2 = p gnx .V gnx n2 Rút ra ta có: 2 n z gnx z gnx V p p . V = ÷ ÷ . Với : Cz VV = (vì ρ=1) và đặt : c gnx V V i = . Ta có: 2 gnx z n 1 p p . i = . 2 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614 1.1.4. Tính V a , V h , V c a h c V V V= + )(394672)(3947,0)(0004,0087,0. 4 )075,0.( . 4 . 333 22 mmdmmS D V h ===== ππ )(10.49334)(0493,0)(49334 19 394672 1- V 3933 h mdmmmV c − === − == ε )(444,0)(44400649334394672V 33 a dmmmVV ch ==+=+= Cho i tăng từ 1 đến ɛ ta lập được bảng xác định tọa độ các điểm trên đường nén và đường giãn nở Bảng 1-1: Bảng xác định tọa độ các điểm trên đường nén và đường giãn nở i V(dm^3) Vbd(mm) Đường nén Đường giãn nở i^n1 Pnx Pnxbd i n2 Pgnx Pgnbd 1 0,05 15,20 1,00 1,75 68,29 1,00 4,10 160,00 1,5 0,07 21,28 1,73 1,01 39,41 1,66 2,47 96,39 2 0,10 30,40 2,55 0,68 26,54 2,38 1,72 67,12 2,5 0,12 36,49 3,45 0,51 19,90 3,14 1,31 51,12 3 0,15 45,61 4,41 0,40 15,61 3,95 1,04 40,59 3,5 0,17 51,69 5,43 0,31 12,10 4,79 0,86 33,56 4 0,20 60,81 6,50 0,26 10,15 5,66 0,72 28,10 4,5 0,22 66,89 7,62 0,23 8,98 6,55 0,63 24,59 5 0,25 76,01 8,78 0,19 7,41 7,48 0,55 21,46 5,5 0,27 82,09 9,99 0,17 6,63 8,42 0,49 19,12 6 0,30 91,21 11,23 0,16 6,24 9,39 0,44 17,17 6,5 0,32 97,30 12,52 0,14 5,46 10,38 0,39 15,22 7 0,35 106,42 13,83 0,12 4,68 11,39 0,36 14,05 7,5 0,37 112,50 15,18 0,12 4,68 12,41 0,33 12,88 8 0,39 118,58 16,56 0,10 3,90 13,45 0,30 11,71 8,5 0,42 127,70 17,98 0,10 3,90 14,51 0,28 10,93 9 0,44 133,78 19,42 0,09 3,51 15,59 0,26 10,15 1.1.5. Xác định các điểm đặc biệt và hiệu chỉnh đồ thị công • Điểm r(V c ,P r ) Thể tích buồng cháy: )(0493,0 3 dmV c = Áp suất khí sót: )(1092,0 2 m MN P r = 3 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614 Vậy : r(0,0493 ; 0,1092) • Điểm c(V c ; P c ) Với: )(7477,1 2 m MN P c = Vậy : c(0,0493 ; 1,7477) • Điểm a(V a ; P a ) Với : )(4440,0 3 dmV a = )(09,0 2 m MN P a = Vậy điểm a(0,4440 ; 0,09). • Điểm b(V a ; P b ). Với p b là áp suất cuối quá trình giãn nở lí thuyết: )(2630,0 2 m MN P b = Vậy điểm b(0,4440 ; 0,2630). • Điểm áp suất cực đại lí thuyết z(V c ;P z ): )(1,4 2 m MN P z = Vậy z(0,0493 ; 4,1). • Điểm y(V c ; 0,85.P z ): )(485,31,4.85,0.85,0 2 m MN P c == Vậy điểm y(0,0493 ; 3,485) Bảng 1-2: Các điểm đặc biệt Điểm Giá trị thực ( 3 2 ; /dm MN m ) Giá trị biểu diễn (mm;mm) r(V c ; P r ) (0,0493 ; 0,1092) (15,2 ; 4,29) c(V c ; P c ) (0,0493 ; 1,7477) (15,2 ; 68,29) a(V a ; P a ) (0,4440 ; 0,090) (133,78 ; 3,510) b(V a ; P b ). (0,4440 ; 0,2630) (133,78 ; 10,15) z(V c ; P z ) (0,0493 ; 4,1) (15,2 ; 160) y(V c ;0,85P z ) (0,0493 ; 3,485) (15,2 ; 136) 4 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614 1.1.6. Vẽ đồ thị công. Để vẽ đồ thị công ta thực hiện theo các bước như sau: + Chọn tỉ lệ xích: ) . (0256,0 160 1,4 2 mmm MN P P zbd z p === µ , chọn P zbd = 160 (mm) )(0033,0 10 0493,0 mm lit V V cbd c v === µ , chọn V cbd = 15 (mm) + Vẽ hệ trục tọa độ trong đó: trục hoành biểu diễn thể tích xi lanh, trục tung biểu diễn áp suất khí thể. + Từ các số liệu đã cho ta xác định được các tọa độ điểm trên hệ trục tọa độ. Nối các tọa độ điểm bằng các đường cong thích hợp được đường cong nén và đường cong giãn nở. + Vẽ đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải bằng hai đường thẳng song song với trục hoành đi qua hai điểm P a và P r . Ta có được đồ thị công lý thuyết. + Hiệu chỉnh đồ thị công: - Vẽ đồ thị Brick phía trên đồ thị công. Lấy bán kính cung tròn R bằng ½ khoảng cách từ V a đến V c . - Tỉ lệ xích đồ thị brick: )(000725,0 0033,0 3947,0 087,0 mm m V S V S vc h hbd s ==== µ µ . - Lấy về phía phải điểm O một khoảng : . oo' 2. s R λ µ = . - Giá trị biểu diễn : 2,7 000725,0.2 0435,0.24,0 .2 . ' === s R oo µ λ (mm) - Dùng đồ thị Brick để xác định các điểm: • Điểm đánh lửa sớm: c’ xác định từ Brick ứng với góc θ s • Điểm c(Vc ; Pc). • Điểm bắt đầu quá trình nạp : r (Vc ; Pr). • Điểm mở sớm của xupap nạp: r’ xác định từ Brick ứng với α 1 . • Điểm đóng muộn của xupap thải: r’’xác định từ Brick ứng với α 4 . 5 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614 • Điểm đóng muộn của xupap nạp: a’xác định từ Brick ứng với α 2 . • Điểm mở sớm của xupap thải : b’ xác định từ Brick ứng với α 3 . • Điểm y(Vc;0,85Pz). • Điểm áp suất cực đại lý thuyết: z (Vc ; Pz) • Điểm áp suất cực đại thực tế: z’’=1/2.yz’ • Điểm c’’: cc’’ = 1/3.cy • Điểm b’’: b’’ = 1/2.ba + Sau khi hiệu chỉnh ta nối các điểm lại thì được đồ thị công thực tế. 6 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614 Hình 1-1: Đồ thị công µ p =0,0256 [MN/m 2 .mm] µ v =0,0033 [lit/mm] 7 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614 1.2. ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN Động cơ đốt trong kiểu piston thường có vận tốc lớn, nên việc nghiên cứu tính toán động học và động lực học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền (TKTT) là cần thiết để tìm quy luật vận động của chúng và để xác định lực quán tính tác dụng lên các chi tiết trong cơ cấu TKTT nhằm mục đích tính toán cân bằng ,tính toán bền của các chi tiết và tính toán hao mòn động cơ . Trong động cơ đốt trong kiểu piston cơ cấu TKTT có 2 loại, loại giao tâm và loại lệch tâm . Ta xét trường hợp cơ cấu TKTT giao tâm . 1.2.1 Động học của cơ cấu giao tâm Cơ cấu KTTT giao tâm là cơ cấu mà đường tâm xilanh trực giao với đường tâm trục khuỷu tại 1 điểm (hình vẽ). a O C ß B' A B ÐCD ÐCT x S l Hình 1-2: Sơ đồ cơ cấu KTTT giao tâm. O - Giao điểm của đường tâm xylanh và đường tâm trục khuỷu. C - Giao điểm của đường tâm thanh truyền và đường tâm trục khuỷu. 8 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614 B' - Giao điểm của đường tâm xylanh và đường tâm chốt khuỷu. A - Vị trí của chốt piston khi piston ở ĐCT B - Vị trí của chốt piston khi piston ở ĐCD R - Bán kính quay của trục khuỷu (m) l - Chiều dài của thanh truyền (m) S -Hành trình của piston (m) x - Độ dịch chuyển của piston tính từ ĐCT khi góc quay trục khuỷu α (độ). β - Góc lắc của thanh truyền ứng với góc α (độ). Cơ cấu KTTT giao tâm là cơ cấu mà đường tâm xilanh trực giao với đường tâm trục khuỷu tại 1 điểm (hình vẽ). 1.2.1.1 Xác định độ dịch chuyển (x) của piston bằng phương pháp đồ thị Brick -Theo phương pháp giải tích chuyển dịch x của piston được tính theo công thức : ( ) ( ) . 1 cos 1 cos 2 4 x R λ α α ≈ − + − . Đồ thị Brick đã được vẽ ở mục 1.1.6 + Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các tia ứng với 10 0 ; 20 0 , ,180 0 . Đồng thời đánh số thứ tự từ trái qua phải 0,1,2, ,18. + Vẽ hệ trục tọa độ với trục tung biểu diễn góc quay trục khuỷu α, trục này trùng với đường đẳng tích Vc của đồ thị công; trục hoành biểu diễn khoảng dịch chuyển x của piston. + Gióng các điểm ứng với 10 0 ; 20 0 , ,180 0 đã chia trên cung tròn đồ thị brick xuống cắt các đường kẻ từ điểm 10 0 ; 20 0 , ,180 0 tương ứng ở trục tung của đồ thị x=f(α) để xác định chuyển vị tương ứng. + Nối các giao điểm ta có đồ thị biểu diễn hành trình của piston x = f(α). 1.2.1.2. Đồ thị biểu diễn tốc độ của piston v=f(α). * Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng. + Xác định vận tốc của chốt khuỷu: ω = . 30 n π = 30 4998. π = 523,124 (rad/s) + Chọn tỷ lệ xích . vt s µ µ ω = = 124,523.000725,0 =0,3793 (m/s.mm) 9 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614 + Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính R 1 phía dưới đồ thị x(α) với 894,22755124,523.5,43. 1 === ω RR (mm) Giá trị biểu diễn của R 1 = 60000 3793,0 894,22755. == vt R µ ω (mm). + Vẽ đường tròn tâm O bán kính R 2 với: 33,7199 3793,0.2 24,0.124,523 .5,43 .2 . . 2 === vt RR µ λω (mm) + Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R 1 thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0;1;2 …18. + Chia vòng tròn tâm O bán kính R 2 thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0’; 1’; 2’…18’ theo chiều ngược lại. + Từ các điểm 0;1;2…kẻ các đường thẳng góc với AB cắt các đường song song với AB kẻ từ các điểm 0’;1’;2’…tương ứng tạo thành các giao điểm. Nối các giao điểm này lại ta có đường cong giới hạn vận tốc của piston. Khoảng cách từ đường cong này đến nửa đường tròn biểu diễn trị số tốc độ của piston ứng với các góc α. * Biểu diễn v = f(x) Để khảo sát mối quan hệ giữa hành trình piston và vận tốc của piston ta đặt chúng cùng chung hệ trục toạ độ. Trên đồ thị chuyển vị x = f(α) lấy trục Ov ở bên phải đồ thị song song với trục Oα, trục ngang biểu diễn hành trình của piston. Từ các điểm 0 0 , 10 0 , 20 0 , ,180 0 trên đồ thị Brick ta gióng xuống các đường cắt đường Ox tại các diểm 0, 1, 2, ,18. Từ các điểm này ta đặt các đoạn tương ứng từ đồ thị vận tốc, nối các điểm của đầu còn lại của các đoạn ta có đường biểu diễn v = f(x). 10 α[độ] [...]... đường tâm phần thân thanh truyền với vòng tròn tâm O tại 0o + Từ điểm 0o, ghi trên vòng tròn các điểm 0;1;2…36 theo chiều quay trục khuỷu (chiều kim đồng hồ) và tương tự ứng với các góc α10 + β10 ; α 20 + β 20 0 0 0 0 … α35 + β35 24 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614 + Căn cứ vào λ = 0,24 dựa vào bảng phụ lục 9p sách Kết Cấu và Tính Toán Động Cơ Đốt Trong - tập 1 có bảng xác định các góc α i + βi như sau:... tra tính năng tốc độ của động cơ Khai triển đường p J = f ( x ) thành p J = f ( α ) cũng thông qua đồ thị brick để chuyển tọa độ Việc khai triển đồ thị tương tự khai triển P-V thành P=f(α) 14 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614 c) Vẽ đồ thị p1 = f ( α ) Theo công thức p1 = p kt + p j Ta đã có pkt=f (α) và p J = f ( α ) Vì vậy việc xây dựng đồ thị p1 = f(α) được tiến hành bằng cách cộng đại số các. .. của T,N,Z Từ bảng 2 ta xác định được tọa độ 17 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614 các điểm trên hệ trục, nối các điểm lại bằng các đường cong thích hợp cho ta đồ thị biểu diễn: T = f (α ) Z = f (α ) ; N = f (α ) + Việc vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến T = f ( α ) , lực pháp tuyến Z = f (α ) và lực ngang N = f ( α ) cho ta mối quan hệ giữa chúng cũng như tạo tiền đề cho việc tính toán và thiết kế. .. và FD, đẳng phân định hướng CF thành 8 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0;1;2…đẳng phân định FD thành 8 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0’;1’;2’…vẽ các đường bao trong tiếp tuyến 11’;22’;33’…Ta có đường cong biểu diễn quan hệ j = f ( x ) Hình 1-5: Đồ thị gia tốc j = f(x) 12 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614 2 µj= 184514,39 [m/s mm] 1.2.2 Tính toán động lực học 1.2.2.1 Đường biểu diễn lực quán tính. .. xupap bằng “0” nhờ áp lực của dầu và lực của lò xo + Nắp quy lát được đúc bằng hợp kim nhôm nhẹ, các trục cam đều được phân bố trên đầu quy lát + Thân máy cũng giống các động cơ cổ điển nhưng hoàn thiện hơn Lốc máy được chế tạo bằng thép đúc có dạng gân tăng cứng nhằm giảm rung động và tiếng ồn 31 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614 + Piston: được làm bằng hợp kim nhôm có kết cấu đặc biệt đỉnh piston... Innova của hãng Toyota là loại động cơ xăng thế hệ mới, 4 xy lanh thẳng hàng, dung tích xylanh 2,0lít trục cam kép DOHC 16 xupap dẫn động bằng xích thông qua con đội thuỷ lực với hệ thống van nạp biến thiên thông minh VVT-i Động cơ có công suất 100Kw/5600v/p có hệ thống đánh lửa trực tiếp điều khiển bằng điện tử và hệ thống nhiên liệu phun trực tiếp điều khiển bởi ECU 30 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614. .. tại các điểm trên các đường biểu diễn quá trình: Nạp, nén, cháy - giãn nở, xả + Qua các giao điểm này ta kẻ các đường song song với trục hoành, gióng sang hệ toạ độ p-α Từ các điểm chia tương ứng 0 0, 100, 200,… trên trục hoành của đồ thị p-α, ta kẻ các đường thẳng đứng cắt các đường trên tại các điểm ứng với các góc chia trên đồ thị Brick và phù hợp với các quá trình làm việc của động cơ Nối các. .. to: φ52,989 đến φ53,002mm 32 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614 Hình 2.3: Kết cấu thanh truyền 1:Thân thanh truyền; 2:Bu lông thanh truyền; 3:Nắp đầu to + Trục khuỷu: có kết cấu khá đặc biệt, bên trong có đường dầu đi bôi trơn các bạc lót và cổ trục Đường kính cổ trục tiêu chuẩn: φ59,981 đến φ59,994mm, đường kính các cổ biên tiêu chuẩn: φ52,989 đến φ53,002mm Hình 2.4: Kết cấu trục khuỷu 1:Rãnh then... Sau khi lập bảng xác định góc αi ứng với các khuỷu theo thứ tự làm MN , ta 2 m mm việc, dựa vào bảng tính N, T, Z và lấy tỉ lệ xích μΣT = μp = 0,0256 lập được bảng tính ∑ T = f ( α ) Trị số của T i ta đã tính, căn cứ vào đó tra bảng các giá trị Ti đã tịnh tiến theo α Cộng tất cả các giá trị của Ti ta có ∑ T = T1 + T2 + T3 + T4 Bảng 1-4: Bảng các giá trị Ti α1 0 10 20 30 40 50 60 70 80... Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614 Z ' (MN/m²) µT' =µ Z'=0,03((MN/m²/mm) Hình 1-10: Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền 1.2.2.7 Đồ thị khai triển véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Q = f ( α ) Các bước vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền thực hiện theo các bước như sau: + Chọn tỉ lệ xích: µα = 2 (độ/mm) µQ = 0,0256( MN / m 2 mm ) + Lập bảng: Quá trình lập bảng theo các . Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614 PHẦN 1. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ X14 – 0413 1.1. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VẼ ĐỒ THỊ CÔNG Thông số kỹ thuật của động cơ 1.1.1 .Các. ta nối các điểm lại thì được đồ thị công thực tế. 6 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614 Hình 1-1: Đồ thị công µ p =0,0256 [MN/m 2 .mm] µ v =0,0033 [lit/mm] 7 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614 1.2 Sơ đồ cơ cấu KTTT giao tâm. O - Giao điểm của đường tâm xylanh và đường tâm trục khuỷu. C - Giao điểm của đường tâm thanh truyền và đường tâm trục khuỷu. 8 Tính toán thiết kế động cơ XZ4-0614