Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta đang trong quá trình đẩy mạnh công nghiệp hóa,hiện đại hóa đất nước. Trong đó lĩnh vực cơ khí là nền tảng để thúc đẩy các ngành khác phát triển,vì vậy ngành cơ khí luôn được ưu tiên nghiên cứu phát triển và đã đạt được những thành tựu to lớn, tác động mạnh mẽ tới mọi lĩnh vực của đời sống xã hội. Hiện nay ngành công nghiệp Việt Nam đang phát triển không ngừng, trong đó phải kể đến ngành công nghiệp ô tô. Việc thiết kế, chế tạo, lắp ráp cũng như tính toán một chiếc ô tô đạt tiêu chuẩn, kiểu dáng đẹp, có khả năng cạnh tranh trên thị trường trong nước và thế giới đòi hỏi đội ngũ chuyên gia, kỹ sư phải tìm tòi áp dụng những công nghệ mới . Trong đó có việc áp dụng những phần mềm tính toán thiết kế 3D, những phần mềm này ngoài khả năng thiết kế một cách trực quan nó còn có khả năng mô phỏng, tính toán phân tích động lực học máy . Do vậy có thể rút ngắn thời gian thiết kế, kiểm tra sai sót trong qua trình thiết kế và tối ưu hóa mà không phải sản xuất thử. Một số phần mềm thiết kế mô phỏng phổ biến hiện nay như Autodesk Inventor, CATIA, SolidWorks, Dynamic Designer Motion. Việc thiết kế một chiếc ô tô bao gồm rất nhiều chi tiết, trong đó động cơ là chi tiết quan trọng nhất . Đối với sinh viên ngành cơ khí nói chung và sinh viên ngành Tự động hóa thiết kế cơ khí nói riêng, việc tìm hiểu thiết kế động cơ giúp chúng em vận dụng tốt những kiến thức đã học kết vào quá trình thiết kế để sau khi ra trường không bị bỡ ngỡ. Vì vậy em chon đề tài “Nghiên cứu tính toán, thiết kế và mô phỏng nguyên lý làm việc của đông cơ V8 trên xe Zil 130”. Trong đề tài, em sử dụng phần mềm Autodesk Inventor và Dynamic Designer Motion để tính toán thiết kế mô phỏng. Vũ Văn Tuấn 1 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Em xin chân thành cảm ơn sự tận tình hướng dẫn của thầy Đỗ Trọng Phú cũng như các thầy cô trong bộ môn Thiết kế máy và bộ môn Cơ khí ô tô đã giúp em hoàn thành đề tài này. Tuy nhiên, do thời gian có hạn, khối lượng kiến thức lớn nên không tránh khỏi thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên: Vũ Văn Tuấn Vũ Văn Tuấn 2 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Chương 1: tæng quan Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu chung về động cơ đốt trong, cách phân loại động cơ đốt trong kiểu Piston. Sau đó chúng ta sẽ tìm hiểu về động cơ ôtô, các bộ phận chính và cách phân loại động cơ ôtô. Cuối cùng chúng ta sẽ tìm hiểu nguyên lí làm việc của động cơ 2 kỳ và 4 kỳ sử dụng nhiên liệu xăng và Diesel, so sánh ưu-nhược điểm của chúng. 1.1 Giới thiệu chung về động cơ Nguồn động lực là bộ phận cung cấp năng lượng để các phương tiện có thể hoạt động được. Trên các phương tiện giao thông vận tải, nguồn động lực thường được sử dụng là động cơ. Động cơ được dùng trên các phương tiện vận tải trong các lĩnh vực khác như hàng không, vận tải thuỷ, vận tải đường bộ, về mặt kết cấu cũng như loại nhiên liệu dùng là khác nhau. Động cơ đốt trong nói chung, động cơ xăng và động cơ Diesel nói riêng thuộc loại động cơ nhiệt, hoạt động nhờ quá trình biến đổi hoá năng thành nhiệt năng do nhiên liệu trong buồng kín bị đốt cháy rồi chuyển sang dạng cơ năng. Toàn bộ quá trình này được thực hiện trong buồn kín của xylanh động cơ. Động cơ đốt trong kiểu Piston là nguồn động lực chủ yếu sử dụng trên các phương tiện hoạt động trong mọi thành phần kinh tế: giao thông vận tải (đường bộ, thuỷ, đường sắt..), nông nghiệp, lâm nghiệp, công nghiệp, quốc phòng … Căn cứ vào phương pháp chuyển nhiệt năng thành cơ năng của hơi nước hay khí trong động cơ mà người ta chia ra động cơ kiểu Piston và kiểu turbin. Nếu nhiệt năng của hơi nước hoặc khí trong động cơ chuyển sang cơ năng bằng tác dụng của hơi nước hay khí lên Piston trong xylanh động cơ có động cơ kiểu Piston. Nếu nhiệt năng được sử dụng dưới dạng dòng tốc độ của hơi nước hoặc khí tác dụng lên cánh lắp trên đĩa công tác của máy và làm cho nó quay gọi là động cơ kiểu turbin. 1.1.1 Phân loại động cơ đốt trong kiểu Piston Căn cứ vào chu trình làm việc của động cơ mà có thể chia thành: Vũ Văn Tuấn 3 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp - Động cơ 4 kỳ. Bộ môn Thiết kế máy - Động cơ 2 kỳ. Căn cứ vào nhiên liệu dùng cho động cơ: - Loại nhiên liệu nhẹ: Xăng, cồn, dầu hoả. - Loại nhiên liệu nặng: Dầu Diesel, dầu mazút. - Loại nhiên liệu khí: Khí thiên nhiên, khí hoá lỏng, khí Gas. Căn cứ vào phương pháp hình thành hỗn hợp nhiên liệu: - Hình thành hỗn hợp nhiên liệu bên ngoài động cơ. - Hình thành hỗn hợp nhiên liệu bên trong động cơ: Động cơ Diesel. Căn cứ vào số lượng xylanh: Động cơ một hay nhiều xylanh. Căn cứ vào bố trí xylanh: thẳng đứng, nằm ngang, theo hàng dọc, chữ V. 1.1.2 Động cơ xe ôtô Động cơ xe ôtô là động cơ đốt trong vì nhiên liệu được đốt cháy bên trong động cơ. Có hai loại gồm loại chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay. Chuyển động tịnh tiến nghĩa là chuyển động lên, xuống hoặc tới, lui. Hầu hết các xe ôtô, Piston chuyển động tịnh tiến trong xylanh, loại này được gọi là động cơ Piston. Động cơ có Piston rotor quay gọi là động cơ Wankel. Có hai loại động cơ Piston: Động cơ kích nổ bằng tia lửa điện và động cơ kích nổ bằng sức nén (động cơ Diesel). So sánh sự khác nhau giữa hai loại này là: - Loại nhiên liệu sử dụng. - Phương pháp nạp nhiên liệu vào trong xylanh. - Phương pháp đốt cháy nhiên liệu. Động cơ kích nổ bằng tia lửa luôn luôn sử dụng nhiên liệu có độ bay hơi cao, chẳng hạn như gasoline (xăng) hoặc hỗn hợp alcohol. Hơi nhiên liệu được hoà trộn với không khí trước khi đưa vào xylanh động cơ. Hỗn hợp nhiên liệu khí có khả năng bốc cháy dẽ dàng. Hỗn hợp nhiên liệu khí vào trong xylanh bị nén lại. Tia lửa điện được tạo nên từ hệ thống đánh lửa sẽ đốt cháy hỗn hợp. Khi hỗn hợp cháy, nhiệt độ và áp suất cao được tạo nên trong xylanh. Áp suất cao đặt lên đỉnh Vũ Văn Tuấn 4 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Piston, đẩy Piston đi xuống. Chuyển động của Piston truyền qua các bánh răng, các trục đến bánh xe làm xe chạy. Trong động cơ Diesel, nhiên liệu sẽ hoà trộn với không khí sau khi chúng vào trong xylanh. Piston nén không khí còn lại khoảng 1/22 thể tích ban đầu. Không khí bị nén nhiệt độ nó sẽ tăng khoảng 538 0C [1000F] hoặc cao hơn. Khi đó, nhiên liệu Diesel được phun vào không khí nóng. Không khí nóng sẽ đốt cháy nhiên liệu. Nhiên liệu bị đốt cháy bởi nhiệt do không khí bị nén nên động cơ Diesel còn được gọi là động cơ kích nổ bằng khí nén. 1.1.3 Các bộ phận chính của động cơ - Thân vỏ động cơ. - Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền - Piston. - Cơ cấu phối khí. - Hệ thống cung cấp nhiên liệu. - Hệ thống làm mát. - Hệ thống bôi trơn. - Hệ thống điện. 1.2 Phân loại động cơ ôtô Động cơ ôtô có thể phân loại dựa vào: - Số lượng xylanh. - Cách bố trí các xylanh. - Cách bố trí các van và truyền động van. - Phương pháp làm mát. - Số kỳ (2 kỳ hay 4 kỳ). - Loại nhiên liệu sử dụng. - Phương pháp kích nổ. - Thứ tự đốt cháy. - Chuyển động tịnh tiến hay quay tròn. 1.2.1 Số lượng và cách bố trí xylanh Động cơ xe ôtô có 4, 6, 8 hoặc 10 xylanh. Một số động cơ có 3, 4, 5, 6, 8 và 12 xylanh. Các xylanh có thể được bố trí theo cách sau: Vũ Văn Tuấn 5 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp - Trên 1 dãy (thẳng hàng). Bộ môn Thiết kế máy - Trên 2 dãy hợp thành 1 góc (loại chữ V). - Trên 2 dãy đối nghịch nhau (trên cùng một mặt phẳng hoặc xếp chồng lên nhau). - Bố trí như nan hoa của bánh xe (loại hướng kính) Trong thực tế chỉ có 3 loại đầu được sử dụng trên động cơ xe ôtô. 1.2.1.1 Động cơ 3 xylanh Một vài động cơ xe ôtô nhỏ có 3 xylanh, bố trên 1 dãy. Để giảm trọng lượng trục cam và trục khuỷu được chế tạo rỗng. Blốc xylanh làm bằng hợp kim nhôm, ống lót xylanh đúc bằng gang. Trục cam được dẫn động bởi trục khuỷu thông qua một dây đai có răng. Bộ chia điện được dẫn động trực tiếp một đầu của trục cam Bơm dầu được bố trí ở đầu phía trước trục khuỷu. Hình 1.1: Động cơ 3 xylanh Một đai truyền hình chữ V truyền động từ trục khuỷu đến máy phát điện xoay chiều và bơm nước. 1.2.1.2 Động cơ 4 xylanh Bốn xylanh có thể được bố trí: - Trên một dãy (thẳng hàng). - Hình chữ V. - Đối nghịch nhau (trên một mặt phẳng hoặc xếp chồng). Động cơ 4 xylanh kiểu V có các xylanh bố trí trên 2 dãy, mỗi dãy 2 xylanh hai dãy hợp thành một góc. Vũ Văn Tuấn 6 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 1.2: Động cơ 4 xylanh thẳng hàng Hình 1.3: Động cơ V4 Hình 1.4: Động cơ 4 xylanh đối ngịch 1.2.1.3 Động cơ 5 xylanh Vũ Văn Tuấn 7 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 1.5: Động cơ 5 xylanh thẳng hàng 1.2.1.4 Động cơ 6 xylanh Sáu xylanh có thể xếp thẳng hàng, hình V hoặc đối diện. Các van được điều hành bởi 1 trục cam trong blốc xylanh hoặc 1 hay 2 trục cam trong nắp xylanh. Động cơ 6 xylanh thẳng hàng: Có 6 xylanh đựoc xếp thẳng hàng. Động cơ V-6: Có các xylanh đặt trên 2 dãy, mỗi dãy 3 xylanh. Góc giữa 2 dãy thường là 60 0 hay 900. Hình 1.6: Động cơ V6 Hình 1.7: Động cơ 6 xylanh thẳng hàng Hình 1.8: Động cơ 6 xylanh đối nghịch Vũ Văn Tuấn 8 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy 1.2.1.5 Động cơ V8 Động cơ V8, xylanh bố trí trên hai dãy, mỗi dãy 4 xylanh, hợp thành góc 900. Trục khuỷu có 4 cổ lắp thanh truyền. Các thanh truyền của 2 xylanh đối diện lắp trên cùng một cổ. Hình 1.9: Động cơ V8 1.2.1.6 Động cơ 12, 16 xylanh Những loại động cơ này được dùng trên xe ôtô chở khách, xe tải và các thiết bị kỹ nghệ. Thường các xylanh đặt thành hai dãy(V hoặc đối nghịch). Một số thiết kế thành 3 dãy (W)hoặc 4 dãy (X) Hình 1.10: Động cơ V12 Hình 1.11: Động cơ W12 Vũ Văn Tuấn Hình 1.12: Động cơ W16 9 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy 1.2.2 Phân loại theo cách bố trí các van truyền động van Các van cho phép động cơ “ thở ”. Các van nạp mở ra nạp hỗn hợp nhiên liệu khí vào các xylanh động cơ. Các van thoát mở cho phép khí đã dốt cháy thoát ra khỏi xylanh. Các cam (bánh lệch tâm) sẽ đóng hoặc mở các van khi trục cam quay. Sự khác nhau về cách bố trí ảnh hưởng đến sự phân loại động cơ bao gồm: a) Vị trí của trục cam: trục cam có thể đặt trong blốc xylanh hoặc trên nắp xylanh như trên hình 1.10. b) Các loại truyền động trục cam: Các trục cam được truyền động bởi các bánh răng, các đĩa xích và xích, hoặc các đĩa răng và dây đai răng. Một số động cơ dùng kết hợp dây xích và đai để truyền động các trục cam như trên hình 1.7, 1.9 và 1.10 Hình 1.13: Truyền động cam bằng xích,đai răng. c) Các loại truyền động van: Hầu hết các loại ôtô dùng 1 trong 2 các truyền động van cơ bản. - Trục cam trên. Vũ Văn Tuấn 10 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp - Trục cam trong blốc Bộ môn Thiết kế máy xylanh hoặc van treo. Trong mỗi loại, việc mở van đều do chuyển động quay tròn của nướu cam tác động. Trục cam trong blốc máy cũng có thể truyền động cho bộ chia điện. Một trục từ bộ chia điện truyền cho bơm dầu. Một bánh lệch tâm trên trục cam vận hành bơm nhiên liệu kiểu cơ khí. Hình 1.14: Trục cam dùng đũa đẩy. d) Số van trên mỗi xylanh: Một số động cơ trên mỗi xylanh có nhiều hơn 2 van có 3, 4, 5 hoặc cả 6 trên mỗi xylanh. Hình 1.10 cho thấy động cơ có 4 van trên mỗi xylanh. Mục đích của việc bố trí nhiều van là cho phép động cơ nạp và thoát khí nhanh hơn. Điều này làm tăng ”hiệu suất thể tích” vì vậy động cơ tạo ra nhiều công suất hơn. 1.2.3 Phân loại theo chiều quay động cơ và cách đánh số xylanh Khi nhìn từ bánh đà của động cơ thì chiều quay của trục khuỷu là ngược chiều kim đồng hồ. Nếu nhìn vào phía trước động cơ thì trục khuỷu quay cùng chiều kim đồng hồ. Các xylanh trong một động cơ được đánh số thứ tự. Trong hầu hết các động cơ, chúng được đánh số theo trình tự mà thanh truyền gắn dọc theo trục khuỷu. Xylanh số một thường là xylanh xa nhất tính từ đầu ra của trục khuỷu. Sử dụng phương pháp này, động cơ có thể đặt dọc hoặc đặt ngang vẫn không ảnh hưởng đến số thứ tự của xylanh. Trong các động cơ xylanh bố trí kiểu V hoặc kiểu đối nghịch, các xylanh được đánh số liên tiếp trong mỗi dãy. Xylanh số 1 xa nhất từ đầu ra của trục khuỷu. Vũ Văn Tuấn 11 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy 1.2.4 Phân loại theo thứ tự đốt cháy Thứ tự hay trình tự đốt cháy là trình tự phát ra công suất của các xylanh. Sự xếp đặt ở cổ lắp thanh truyền và trục cam xác định thứ tự đốt cháy. Thứ tự đốt cháy phân phối một cách đều dặn các kỳ công suất dọc theo trục khuỷu. Hầu hết các thiết kế động cơ tránh việc 2 xylanh ở cùng một đầu trục khuỷu đốt cháy liên tiếp nhau. Thứ tự đốt cháy của các động cơ cùng loại có thể khác nhau. Hai thứ tự đốt cháy trong động cơ 4 xylanh thẳng hàng là: 1-3-4-2 và 1-2-4-3. Động cơ 6 xylanh thẳng hàng có thứ tự là: 1-5-3-6-2-4. Động cơ chrysle V6 và hai loại động cơ General Motors V6 có thứ tự đốt cháy giống nhau là: 1-2-3-4-5-6. Động cơ Ford V6 có thứ tự là 1-4-2-5-3-6 và 1-4-2-3-5-6. Động cơ V8 của hãng chrysler và General Motors là 1-8-4-3-6-5-7-2. Động cơ V8 của hãng Ford là 1-5-2-6-3-7-8 và 1-3-7-2-6-5-4-8. 1 1 1 1 2 3 2 2 3 4 3 4 4 2 4 3 Hình 1.15: Thứ tự đốt cháy của 1 1 2 5 3 3 4 6 5 2 6 6 động cơ 4 xylanh 1 3 5 7 1 8 4 3 6 5 7 2 Hình 1.16: Thứ tự đốt cháy 2 của động cơ 6 xylanh 4 6 8 Hình 1.17: Thứ tự đốt cháy của động cơ V8 Vũ Văn Tuấn 12 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Nhiều công việc sửa chữa động cơ đòi hỏi bạn phải biết số thứ tự xylanh, thứ tự đốt cháy và chiều quay của bộ phận chia điện. Thường các thông tin này được đúc hoặc đóng dấu trên cụm ống nạp chúng cũng được ghi trong tài liệu hướng dẫn của nhà sản xuất. Hoàn thành thứ tự đốt cháy của một động cơ 4 kỳ tương ứng với hai vòng quay của trục khuỷu tức là trục khuỷu quay 720 o. Hầu hết các động cơ đều có “sự đốt cháy tức thì ”. Ví dụ, trong một động 6 xylanh thẳng hàng. Sự đốt cháy xảy ra trong mỗi xylanh tương ứng góc quay của trục khuỷu là 120o. Với thứ tự đốt cháy của động cơ này là 1-5-3-6-2-4. Khi Piston số 1 ở điểm tử thượng trong cuối kỳ nén, thì píton số 6 cũng ở tử điểm thượng trong cuối kỳ thoát. Để xác định cặp Piston nào cùng chuyển động lên xuống, ta chia dãy thứ tự đốt cháy làm hai phần. Rồi đặt phần thứ 2 dưới phần thứ nhất. 1 – 5 - 3 6–2-4 Các cặp Piston của động cơ 6 xylanh thẳng hàng này là: 1 và 6, 5 và 2, 3 và 4. 1.2.5 Phân loại động cơ theo phương pháp làm mát Hầu hết cả các động cơ xe ôtô được làm mát bằng chất lỏng. Chất làm mát tuần hoàn giữa động cơ và bộ phận tản nhiệt để tách lượng nhiệt thái quá. Có nhiều động cơ được làm mát bằng không khí (động cơ Volkswagen Beetle). Chúng có cánh bằng kim loại trên xylanh để giúp cho việc tản nhiệt. 1.2.6 Phân loại động cơ theo số kỳ Động cơ Piston có chu kỳ làm việc là 2 hoặc 4 kỳ. 1.2.6.1 Động cơ 4 kỳ Động cơ bốn kỳ là động cơ đốt trong trong đó chu trình công tác được hoàn thành trong 4 hành trình dịch chuyển của Piston tuơng ứng vói 2 vòng quay trục khuỷu. Căn cứ vào dạng nhiên liệu cung cấp cho động cơ đốt trong mà có thể chia thành loại động cơ xăng 4 kỳ và Diesel 4 kỳ. Về cơ bản nguyên lí chung là giống nhau, nhưng quá trình khác nhau. Vũ Văn Tuấn 13 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp a. Sơ đồ nguyên lí làm việc của động cơ xăng 4 kỳ Bộ môn Thiết kế máy Hỗn hợp nhiên liệu cung cấp cho quá trình đốt cháy trong động cơ xăng là hỗn hợp xăng là không khí (hoà khí). - Kỳ 1(Còn gọi là kỳ nạp): Vị trí xuất phát đầu tiên của Piston là ở trên đỉnh, lúc này van (xupap) nạp mở ra và Piston chuyển động xuống dưới. Thể tích xylanh giảm dần, áp suất giảm (0,8 – 0,9)KG/ cm 2, do sự chênh áp, hỗn hợp nhiên liệu được đưa vào buồng xylanh qua của nạp, cơ cấu phối khí điều khiển sự đóng mở của cửa này, cửa xả đóng kết thúc kỳ nạp trục khuỷu quay một góc 180 0 (phần 1màu vàng). A: Van nạp, cò mổ, lò xo xu-páp; B: Nắp xilanh; C: Họng hút; D: Nắp xilanh; E: Thân xilanh; G: Các-te chức dầu; H: Dầu bôi trơn; I: Trục cam; Van xả, cò mổ, lò xo xu-páp; K: Bugi; L: Họng xả; M: Piston; P: Trục khuỷu; N: Thanh truyền; Hình1.18: Diễn biến quá trình nạp O: Vòng đệm; Vũ Văn Tuấn 14 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy - Kỳ 2 (Còn gọi là kỳ nén): Trục khuỷu tiếp tục quay, Piston dịch chuyển từ điểm chết duới đến điểm chết trên, thể tích buồn xylanh giảm dần, cửa nạp và cửa xả đều đóng, hỗn hợp nhiên liệu bị nén lại do đó nhiệt độ tăng đến 350 – 500 0 C, áp suất tăng lên đến 11 – 12 KG/cm2. Cuối kỳ nén, khi Piston đi lên đến điểm chết trên, bugi bật tia lửa điện đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu. Khi Piston chuyển động lên trên để nén khối không khí đã hoà trộn các hạt xăng nhỏ li ti. Việc nén không khí lại sẽ làm cho hiệu quả của việc đốt cháy không khí tăng thêm nhiều (phần 2-màu tím). Hình 1.19: Diễn biến quá trình nén - Kỳ 3 (còn gọi là kỳ nổ): Cuối kỳ nén bugi bật tia lửa điện đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu, hỗn hợp nhiên liệu bốc cháy, giãn nở sinh công đẩy trục khuỷu dịch chuyển từ ĐCT xuống ĐCD, trong lúc này của nạp và xả đều đóng. Trong quá trình này nhiên liệu trong buồn đốt cháy nhanh, áp suất tăng mãnh liệt: áp suất tăng đến 30 – 40kG/cm 2, nhiệt độ 2100 – 25000C. Quá trình này gọi là quá trình sinh công. Trong các kỳ làm việc chỉ có kỳ nổ sinh công (phần 3màu đỏ). Vũ Văn Tuấn 15 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 1.20: Diễn biến quá trình nổ - Kỳ 4 (Còn gọi là kỳ xả): Sau khi Piston dịch chuyển xuống ĐCD từ kỳ nổ, Piston lại tiếp tục dịch chuyển lên ĐCT, cùng lúc đó, cửa xả mở, Piston dịch chuyển đồng thời đẩy sản phẩm cháy ra khỏi buồn xylanh động cơ thông qua cửa xả, cửa nạp vẫn đóng (phần 4-màu xanh). Hình 1.21: Diễn biến quá trình xả Vũ Văn Tuấn 16 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Thực tế trong quá trình làm việc, sự đóng mở các cửa nạp và xả còn đáp ứng yêu cầu nạp đầy và thải sạch cho động cơ nên các cửa đóng mở sớm muộn khác nhau. Khi khởi động động cơ, trục khuỷu quay nhờ nguồn năng lượng bên ngoài (máy đề). Khi động cơ đã làm việc, các kỳ diễn ra nhờ năng luợng tích luỹ vào bánh đà động cơ trong kỳ sinh công. Sau khi kết thúc quá trình xả, động cơ đã hoàn thành một chu trình công tác với 2 vòng quay trục khuỷu (tương ứng 720 0) và một chu trình công tác mới lại được nói tiếp. b. Nguyên lí làm việc của động cơ Diesel 4 kỳ Nhiên liệu cung cấp cho buồng xylanh là không khí sạch. - Kỳ 1(Kỳ nạp): Trục khuỷu quay, sau khi đến điểm chết trên, Piston bắt đầu đi xuống điểm chết dưới. Thể tích xylanh giảm dần, áp suất giảm (0,08-0,95kG/cm 2), do sự chênh áp, nhiên liệu là không khí sạch được đưa vào buồn xylanh qua cửa nạp, cơ cấu phối khí điều khiển sự đóng mở của các cửa này, cửa xả đóng kết thúc kỳ nạp trục khuỷu quay được 1800. - Kỳ 2 (Kỳ nén): Trục khuỷu tiếp tục quay, Piston dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT, thể tích buồn xylanh giảm dần, cửa nạp và cửa xả đều đóng, không khí sạch bị nén lại, nhiệt độ tăng đến 450-6500C, áp suất tăng lên đến 35-55 kG/cm2. Cuối kỳ nén, khi Piston đi gần đến ĐCT, vòi phun phun nhiên liệu là dầu Diesel dưới dạng sương mù vào buồng đốt. - Kỳ 3 (Kỳ nổ): Cuối kỳ nén nhiên liệu đã được phun vào buồn đốt, tự bốc cháy nhờ không khí bị nén với áp suất cao ở nhiệt độ lớn. Nhiên liệu bốc cháy giãn nở sinh công đẩy trục khuỷu dịch chuyển từ ĐCT xuống ĐCD, trong lúc này cửa nạp và xả đều đóng. Trong quá trình này, nhiên liệu trong buồng đốt cháy nhanh áp suất tăng mãnh liệt: áp suất tăng đến 50 – 90 kG/cm 2, nhiệt độ 1600 – 20000C. Quá trình này gọi là quá trình giãn nở sinh công. - Kỳ 4 (Kỳ xả ): Sau khi Piston dịch chuyển xuống ĐCD từ kỳ nổ, Piston lại tiếp tục dịch chuyển lên ĐCT, cùng lúc đó, cửa xả mở, Piston dịch chuyển đồng thời đẩy sản phẩm cháy ra khỏi buồng xylanh động cơ thông qua cửa xả, cửa nạp vẫn đóng. Vũ Văn Tuấn 17 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Sau khi kết thúc quá trình xả, động cơ đã hoàn thành một cho trình công tác với 2 vòng quay của trục khuỷu (tương ứng với góc quay 7200) và một chu trình công tác mới lại được nối tiếp. 1.2.6.2 Động cơ 2 kỳ Động cơ 2 kỳ cũng bao gồm bốn quá trình: nạp, nén, nổ, xả, nhưng khác với động cơ 4 kỳ là muốn hoàn thành một chu trình làm việc, trục khuỷu của động cơ 2 kỳ chỉ quay 1 vòng 360 0 tương ứng với Piston dịch chuyển hai hành trình. Do đó, trong mỗi hành trình của Piston có nhiều quá trình cùng xảy ra. Động cơ 2 kỳ thường dùng hai kiểu phối khí: - Loại có cửa thổi (cửa nạp), cửa xả (không có xupap). - Loại có cửa thổi và xupap xả. a. Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 2 kỳ, loại có cửa thổi và cửa xả. - Hành trình nén: Trục khuỷu 2 quay, Piston 5 dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT, khi cửa xả 4 được Piston đóng kín. 6 7 Hoà khí có sẵn trong xylanh 6 bị nén, làm cho áp 5 suất và nhiệt độ của nó tăng, đến khi Piston gần tới 4 ĐCT thì nó bị đốt cháy nhờ bugi 7 phóng tia lửa điện. 8 9 Khi Piston đi lên để nén hoà khí, ở phía dưới 3 Piston. Trong cac-te 1 áp suất giảm và hoà khí từ bộ 2 chế hòa khí, qua ống nạp và cửa nạp 3 được hút vào cac-te để chuẩn bị cho việc thổi hoà khí vào xylanh ở hành trình sau. Ở cuối hành trình nén, áp suất và nhiệt độ 1 của hoà khí trong xylanh là: Áp suất p = 6 đến 10 kG/cm2. Hình 1.22: Hành trình nén Nhiệt độ là T = 400 đến 6000K. - Hành trình sinh công là thay khí: Do hoà khí đã được đốt ở cuối hành trình nén nên khi Piston đến ĐCT, thì hoà khí càng cháy nhanh hơ, làm cho áp suất khí cháy tăng lên và đẩy Piston đi xuống ĐCD qua thanh truyền làm quay trục khuỷu 2 phát sinh công. Vũ Văn Tuấn 18 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Khi Piston dịch chuyển dần tới ĐCD cửa Bộ môn Thiết kế máy xả 4 mở, đồng thời sau đó cửa thổi 8 có chiều cao thấp hơn cửa xả cũng được mở và cửa nạp 3 đóng lại. Do đó, khí cháy sau khi đã làm việc có áp suất 3 - 4 kG/cm2 lớn hơn áp suất khí trời p0 1 kG/cm2 được xả ra ngoài và hoà khí ở dưới cac-te bị nén có áp suất 1,2 – 1,3 kG/cm2 cao hơn áp suất của khí cháy còn lại trong xylanh 1,1kG/cm2 theo đường 9, theo cửa thổi 8 vào xylanh ở phía trên đỉnh Piston góp phần làm sạch hoà khí trong đó và tạo điều kiện cho hành trình sau. Hình 1.23: Hành trình sinh công Áp suất và nhiệt độ của khí cháy trong xylanh là: P = 40 đến 70 kG/cm2, T = 2000 đến 23000K. Sau hành trình sinh công và thay khí, nếu trục khuỷu vẫn quay thì quá trình 5 làm việc của động cơ xăng 2 kỳ lặp lại như trên. b. Động cơ Diesel hai kỳ, loại có cửa thổi 6 4 và xupáp xả. Động cơ Diesel hai kỳ có đặc 7 8 điểm là không dùng cac-te để chứa và 9 thổi khí mà dùng máy nén khí riêng để thổi khí trực tiếp vào trong xylanh. Chu trình làm 3 2 việc của động cơ này như sau: - Hành trình nén: Trong hành trình này, khi 1 trục khuỷu 1 quay, Piston 7 dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT, cửa thổi 9 được Piston đậy kín và sau đó xupáp xả 6 cũng được đóng lại, không khí có sẵn trong xylanh 4 bị nén, Hình 1.24: Hành trình nén áp suất và nhiệt độ của nó tăng lên cho đến khi Piston gần đến ĐCT, vòi phun 5 của hệ thống nhiên liệu sẽ phun nhiên liệu với áp suất cao (100: 140KG/cm 2) hình Vũ Văn Tuấn 19 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy thành hỗn hợp với không khí nén có nhiệt độ cao làm cho nhiên liệu này tự cháy được. Cuối hành trình nén áp suất và nhiệt độ của không khí nén trong xylanh là: P = (40 – 50)KG/cm2 ;T = (800 – 900)0 K. - Hành trình sinh công và thay khí: Trong hành trình này do nhiên liệu đã được đốt cháy, nhờ không khí nén có nhiệt độ cao ở cuối hành trình nén, nên khi Piston đến ĐCT, thì nhiên liệu này càng cháy nhanh hơn, làm cho áp suất tăng lên và đẩy Piston từ ĐCT xuống ĐCD, qua thanh truyền 2 làm quay trục khuỷu 1 phát sinh công. Khi Piston dịch chuyển gần tới ĐCD, xupáp 6 mở, đồng thời sau đó cửa thổi 9 cũng được Piston mở ra. Do đó khí cháy sau khi đã làm việc, có áp suất từ 4 đến 5 kg/cm2 lớn hơn áp suất khí trời, được xả ra ngoài và không khí mới ở bên ngoài qua bình lọc nhờ máy nén khí 3, buồng khí 8, cửa thổi 9 được cung cấp vào xylanh với áp suất khoảng 1,4 đến 1,5 kg/cm2 lớn hơn áp suất khí xả còn lại trong xylanh góp phần làm sạch khí cháy trong đó và tạo điều kiện cho hành trình sau. Áp suất và nhiệt độ của khí cháy trong xylanh là: P = 80 đến 100 kg/cm2, T = 1900 đến 21000 K. Sau hành trình sinh công và thay khí, nếu trục khuỷu vẫn quay thì quá trình làm việc động cơ lặp lại. Hình 1.25: Hành trình sinh công 1.2.6.3 So sánh động cơ 2 kì và 4 kì *Ưu điểm: - Động cơ 2 kì có số hành trình sinh công gấp đôi (khi cùng số vòng quay) và có công suất lớn hơn khoảng 50 đến 70 % so với động cơ 4 kì. - Động cơ 2 kì chạy đều và êm hơn động cơ 4 kì, vì mỗi vòng quay của trục khuỷu có 1 hành trình sinh công. Do đó với điều kiện như nhau ( V và n ) thì ở Vũ Văn Tuấn 20 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy động cơ 2 kì có thể dùng bánh đà, lắp trên trục khuỷu có kích thước và trọng lượng nhở hơn so với động cơ 4 kì. - Động cơ 2 kì không có xupáp nạp và nếu dùng cac-te để thổi khí vào xylanh thì cấu tạo đơn giản và dễ sử dụng hơn động cơ 4 kì. * Nhược điểm: - Hiệu suất động cơ 2 kì nhỏ hơn so với động cơ 4 kì do có sự hao phí nhiên liệu trong quá trình trao đổi khí. - Nhiệt độ trong quá trình làm việc của động cơ 2 kì lớn hơn so với động cơ 4 kì, do có số lần sinh công nhiều hơn làm cho động cơ bị đốt nóng và đặc biệt đối với động cơ Diesel dẽ bị bám muội than ở buồng cháy. - Trong động cơ xăng 2 kì nếu dùng cac-te chứa dầu bôi trơn để thổi khí, thì dễ làm hỏng dầu bôi trơn. Căn cứ vào những ưu điểm trên, động cơ xăng 2 kì thường được dùng ở động cơ có công suất nhỏ ví dụ động cơ phụ ở máy kéo, động cơ motor xe máy. Còn động cơ Diesel 2 kì dùng nhiều ở động cơ có công suất trung bình và lớn ví dụ động cơ ô tô, tàu thuỷ, máy xây dựng, máy phát điện. 1.2.6.4 So sánh động cơ xăng và động cơ Diesel *Ưu điểm: - Hiệu suất của động cơ Diesel lớn hơn động cơ xăng, do hao phí nhiên liệu ít và tỉ số nén cao. - Nhiên liệu dùng trong động cơ Diesel là dầu Diesel rẻ tiền và ít gây cháy hơn so với xăng dùng trên động cơ xăng. - Hệ thống nhiên liệu của động cơ Diesel (bơm cao áp, vòi phun) ít bị hư hỏng và dễ dùng hơn hệ thống nhiên liệu của động cơ xăng (dùng bộ chế hoà khí hoặc hệ thống phun xăng điện tử) *Nhược điểm: - Kích thước và trọng lượng của động cơ Diesel lớn hơn động cơ xăng vì áp suất khí cháy trong động cơ Diesel lớn. Do đó trọng lượng riêng của động cơ Diesel lớn hơn trọng lượng riêng của động cơ xăng 40 đến 70%. Vũ Văn Tuấn 21 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy - Động cơ Diesel, đặc biệt là hệ thống nhiên liệu, chế tạo khó hơn động cơ xăng. Do đó giá thành của động cơ Diesel thường cao hơn động cơ xăng. - Động cơ Diesel dùng nhiên liệu nặng khó cháy và phương pháp tạo hoà khí giữa nhiên liệu phun sương với không khí không tốt nên khó khởi động hơn động cơ xăng. Do đó công suất của động cơ Diesel thực tế bằng công suất động cơ xăng (khi cùng thể tích công tác và số vòng quay mặc dù hiệu suất của động cơ Diesel cao hơn). 1.3 Động cơ Wankel Động cơ có rotor quay trong buồng đốt hình ôvan. Nó là động cơ có buồng đốt quay. Một chu kỳ hoạt động của động cơ Wankel gồm 4 kỳ: nạp, nén, sinh công và thoát. Các kỳ không xảy ra theo thứ tự như trong động cơ 4 kỳ mà có thể xảy ra đồng thời khi rotor quay. Động cơ Wankel tuơng đương với động cơ Piston thông thường 4 kỳ 3 xylanh. Hình 1-26 cho thấy các tác động xảy ra trong động cơ trong một vòng quay của rotor xét từ nướu A. Khi nó chuyển động, khoảng không gian giữa A và C (vùng 2) dãn ra.Hỗn hợp nhiên liệu khí nạp vào khoảng không. Khi nướu C đi ngang qua cổng nạp, khoảng không từ A đến C kín lại. Trong lúc này, khoảng không giữa 2 nướu A và B giảm rất lớn. Hỗn hợp nhiên liệu-khí giữa A và B bị nén, tia lửa từ bugi sẽ đốt cháy hỗn hợp. Sự cháy tạo ra áp lực đẩy rotor quay. Khi nướu B đi qua cửa thoát, khí cháy sẽ thoát ra. Các “kỳ” nạp, nén, sinh công và thoát liên tục xảy ra trong mỗi buồng đốt của rotor, trong suốt thời gian hoạt động. Hình 1.26: Động cơ Wankel Vũ Văn Tuấn 22 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Chương 2: cÊu t¹o ®éng c¬ «t« Các động cơ kích nổ bằng tia lửa và động cơ Diesel có cấu tạo tương tự nhau. Cả hai đều có blốc xylanh, trục khuỷu, thanh truyền, Piston, truyền động van và các bạc (ổ trục). Sự khác nhau cơ bản giữa các bộ phận của 2 loại động cơ trên là các bộ phận của động cơ Diesel thường nặng nề và chắc chắn hơn, vì phải chịu áp lực bên trong cao hơn. Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu cấu tạo các chi tiết dùng trong động cơ ôtô. 2.1 Blốc xylanh Là bộ phận cơ bản của động cơ. Những bộ phận khác của động cơ được cài vào trong hoặc gắn với blốc xylanh. Hình 2.1: Blốc xylanh Blốc xylanh thường được đúc bằng gang hay hợp kim thép và các kim loại khác như nickel và chronium, một số được đúc từ hợp kim nhôm. Blốc có nhiều lỗ hình trụ lớn, đó là các nòng xylanh. Nó cũng có áo nước và các rãnh làm mát. Phân loại: • Blốc xylanh có ống lót. • Blốc xylanh không có ống lót. Vũ Văn Tuấn 23 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy 2.2 Những bộ phận gắn vào Blốc xylanh. - Trục khuỷu, với các bạc lót cổ trục chính (gọi tắt là bạc lót chính) được gắn vào đáy blốc. Trục khuỷu lắp vào các bạc lót trong nắp bạc lót chính và blốc. - Cụm Piston - thanh truyền. Các thanh truyền cùng với bạc lót thanh truyền, nắp bạc lót thanh truyền được gắn vào cổ lắp thanh truyền trên trục khuỷu. - Những bộ phận khác. - Nắp xylanh với các van và trục cam (đối với động cơ có trục cam trên) được lắp vào blốc. -Các bơm dầu, máng dầu. Sau khi lắp ráp xong các bộ phận nạp dầu bôi trơn vào động cơ. Hình 2.2: Các bộ phận lắp vào blốc xylanh Vũ Văn Tuấn 24 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy 2.3 Máng dầu Máng dầu làm bằng plastic hay kim loại, một miếng đệm đặt giữa máng dầu và blốc máy để làm kín mặt lắp ghép nhằm để tránh sự rò rỉ dầu. Đáy của blốc máy cộng với máng dầu tạo thành hộp trục khuỷu (cac-te), bao bọc trục khuỷu. Máng dầu chứa từ 3 đến 8 lít dầu, tùy thuộc vào từng động cơ. Bơm dầu sẽ chuyển dầu từu máng đến các bộ phận của động cơ. Một số động cơ có máng dầu chống ồn. Những miếng vật liệu giảm chấn động bằng nhựa và thép dập được gắn vào mặt phẳng bên trong máng dầu. Hình 2.3: Máng dầu 2.4 Nắp xylanh và tấm đệm nắp xylanh Nắp xylanh được đúc bằng gang hay hợp kim nhôm, rồi được gia công để các chi tiết khác nhau có thể lắp vào nắp. Nắp xylanh tạo thành phần trên của buồng đốt, Piston và vòng găng Piston tạo thành phần dưới. Mỗi hình dạng cơ bản của buồng đốt tạo ra những ảnh hưởng riêng biệt. Dạng hình nêm làm gia tăng sự xoáy lốc của hỗn hợp cháy. Dạng hình chỏm cầu thì sự đốt cháy tương đối chậm. Dạng có đầu Piston lõm vào như cái tách dùng trong các động cơ Diesel, nén khí kiểu tua-bin, động cơ có hiệu suất cao cũng làm tăng sự xoáy lốc hỗn hợp cháy, làm cho hỗn hợp nhiên liệu - khí cháy nhanh hơn. Vũ Văn Tuấn 25 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 2.4: (1) Nắp xylanh; (2) Đệm nắp xylanh Một số nắp che trên nắp xylanh (còn gọi là nắp che van) là loại chống âm. Nó có 3 lớp, 2 lớp ngoài bằng kim loại, lớp chính giữa bằng plastic. Tiếng ồn từ động cơ làm cho lớp kim loại bên trong rung động. Tuy nhiên, lớp plastic chính giữa sẽ ngăn cản tiếng ồn phát ra ngoài. Tấm đệm nắp xylanh được đặt giữa và làm kín mặt tiếp xúc giữa nắp xylanh và blốc máy. Siết chặt các bu-lông, vật liệu mềm của tấm đệm sẽ lắp kín bề mặt tiếp xúc. Việc đặt tấm đệm nắp xylanh rất quan trọng trong việc làm kín giữa một nắp bằng nhôm và một blốc máy bằng gang. 2.5 Trục khuỷu 2.5.1 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc và yêu cầu đối với trục khuỷu - Tiếp nhận lực khí thể truyền từ Piston xuống để tạo mô men quay cho động cơ. • Điều kiện làm việc trục khuỷu. + Trục khuỷu chịu lực quán tính và lực khí thể. + Chịu va đập chịu xoắn. + Mài mòn lớn, khó bôi trơn tốc độ cao. • Yêu cầu: + Trục khuỷu có độ cứng vững lớn có độ bền cao và trọng lượng nhỏ. Vũ Văn Tuấn 26 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy + Có tính cân bằng cao không xảy ra cộng hưởng trong phạm vi tốc độ sử dụng + Độ chính xác cao trong gia công cơ khí. + Kết cấu trục khuỷu phải đảm bảo tính cân bằng tốt (tĩnh và động). 2.5.2. Đặc điểm kết cấu các dạng trục khuỷu 2.5.2.1. Trục khuỷu nguyên. Trục khuỷu gồm các phần: Đầu trục khuỷu, khuỷu trục (chốt, má, cổ trục khuỷu) và đuôi trục khuỷu. Đầu trục khuỷu thường dùng để lắp bánh răng dẫn động bơm nước, bơm dầu bôi trơn, bơm cao áp, bánh đai (puly) để dẫn động quạt gió và đai ốc khởi động để khởi động động cơ bằng tay quay. Các bánh răng chủ động hoặc bánh đai dẫn động lắp trên đầu Hình 2.5: Kết cấu đầu trục khuỷu trục khuỷu theo kiểu lắp căn hoặc lắp trung gian và đều là lắp bán nguyệt đai ốc hãm chặt bánh đai, phớt chắn dầu, ổ chắn dọc trục đều lắp trên đầu trục khuỷu. Ngoài ra các bộ phận thường gặp kể trên trong 1 số động cơ còn có lắp bộ giảm dao động xoắn của hệ trục khủyu ở đầu trục khuỷu, bộ dao động xoắn có tác dụng thu năng lượng sinh ra do mô men kích thích trên hệ khuỷu do đó dập tắc dao động gây ra bởi mô men. Bộ dao động xoắn thường lắp ở đầu trục khuỷu là nơi có biên độ dao động xoắn lớn nhất. Khuỷu trục. • Cổ trục: Các cổ trục thường có cùng kích thước đường kính. (Đường kính của trục thường tính theo sức bền và điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn, quy định thời gian sử dụng và thời gian sửa chữa động cơ). • Trong một vài động cơ cổ trục làm lớn dần theo chiều từ đầu đến đuôi trục để đảm bảo sức bền và khả năng chịu lực của cổ trục được đồng đều hơn. • Khi đường kính cổ trục tăng làm tăng thêm lượng cứng vững trục khuỷu mặt khác mô men quán tính độc cực của trục khuỷu tăng lên, độ cứng chống xoắn Vũ Văn Tuấn 27 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy của trục tăng lên mà khối lượng chuyển động quay hệ thống trục khuỷu vẫn không thay đổi Tuy vậy khi tăng kích thước cổ trục kích thước của ổ bi trục sẽ tăng theo đồng thời trọng lượng trục khuỷu lớn nên ảnh hưởng đến tần số dao động xoắn của hệ trục có thể xảy ra cộng hưởng trong phạm vi tốc độ sử dụng. • Chốt khuỷu có thể lấy đường kính của chốt khuỷu lấy bằng đường kính của cổ trục khuỷu, nhất là động cơ cao tốc do phụ tải và lực quán tính lớn muốn vậy để tăng khả năng làm việc bạc lót và chốt khuỷu người ta thường tăng đường kính chốt khuỷu. Hình 2.6: Kết cấu khuỷu trục Như vậy kích thước và khối lượng đầu to thanh truyền đầu to sẽ tăng theo tần số dao động riêng sẽ giảm có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng trong phạm vi tốc độ sử dụng cho phép. Vì vậy cần phải lựa chọn chiều dài sao cho có thể thoả mãn điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn. Và trục khuỷu có độ cứng vững lớn, do đó để giảm trọng lượng chốt khuỷu phải làm rỗng, chốt khuỷu rỗng có tác dụng chứa dầu bôi trơn bạc lót đầu to thanh truyền giảm khối lượng quay thanh truyền, lỗ rỗng trong chốt khuỷu có thể làm đồng tâm hoặc lệch tâm với chốt khuỷu. • Má khuỷu là bộ phận nối liền giữa cổ trục và chốt khuỷu, hình dạng má khuỷu chủ yếu phụ thuộc vào dạng động cơ, trị số áp suất khí thể và tốc độ quay của trục khuỷu. Khi thiết kế má khuỷu động cơ cần giảm trọng lượng, má khuỷu có nhiều dạng nhưng chủ yếu dạng má hình chữ nhật và hình tròn có kết cấu đơn giản dễ chế tạo, dạng má hình ôvan có kết cấu phức tạp loại má khuỷu hình chữ nhật phân bố lợi dụng vật liệu không hợp do tăng khối lượng không cân bằng má khuỷu, má khuỷu dạng tròn sức bền cao có khả năng giảm chiều dày má do đó có thể tăng chiều dài cổ trục và chốt khuỷu và giảm mài mòn cổ trục và chốt khuỷu mặt khác má tròn dễ gia công. • Đối trọng lắp trên khuỷu có 2 tác dụng: Vũ Văn Tuấn 28 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy + Cân bằng mô men lực quán tính không cân bằng động cơ chủ yếu là lực quán tính ly tâm nhưng đôi khi dùng để cân bằng lực quán tính chuyển động tịnh tiến như động cơ chữ V. + Giảm phụ tải cho cổ trục nhất là giữa động cơ 4 kỳ có 4, 6, 8 xylanh vì ở động cơ này có lực quán tính và mô men quán tính tự cân bằng nhưng ứng suất giữa cổ trục chịu ứng suất uốn lớn, khi dùng đối trọng mô men quán tính nói trên được cân bằng nên cổ trục giữa không chịu ứng suât uốn do lực quán tính mô men gây ra. Mặt khác trục khuỷu không phải là chi tiết cứng vững tuyệt đối và thân máy trong thực tế bị biến dạng nên trong động cơ dùng đối trọng để cân bằng. Hình 2.7: Kết cấu các dạng má khuỷu Đuôi trục khuỷu thường lắp với các chi tiết máy của động cơ truyền dẫn công suất ra ngoài máy công tác. - Trục thu công suất động cơ thường đồng tâm với trục khuỷu dùng mặt bích trục khuỷu để lắp bánh đà. Ngoài kết cấu dùng để lắp bánh đà trên đuôi trục khuỷu còn có lắp các bộ phận đặc biệt: + Bánh răng dẫn động cơ cấu phụ: Trong 1 vài loại động cơ do đặc điểm kết cấu phải bố trí dẫn động cơ cấu phụ phải lắp bánh răng đuôi trục khuỷu nên phía đuôi truc khuỷu phải có mặt bích để lấp bánh răng. + Vành chắn dầu trên đuôi trục khuỷu có tác dụng ngăn không cho dầu nhờn chảy ra khỏi các te. Vũ Văn Tuấn 29 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Các dạng trục khuỷu phụ thuộc vào số xylanh, cách bố trí xylanh số kỳ động cơ và thứ tự làm việc của các xylanh kết cấu trục khuỷu phải. Đảm bảo động cơ làm việc đồng đều biên độ dao động và mô men xoắn tương đối nhỏ. - Động cơ làm việc cân bằng ít rung động. - Ứng suất sinh ra do dao động xoắn nhỏ. - Công nghệ chế tạo, giá thành rẻ. Kích thước của trục khuỷu phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách giữa hai đường tâm xylanh, chiều dày của lót xylanh và phương pháp làm mát. Đối với động cơ 2 kỳ kích thước trục khuỷu còn phụ thuộc vào hệ thống quét thải. Hình 2.8: Kết cấu tổng thể của trục khuỷu nguyên 1-Đai ốc khởi động; 2-Bánh răng; 3-Đối trọng; 4-Đường dầu; 5,8-Cổ trục khuỷu; 6- Má khuỷu; 7-Chốt khuỷu; 9-Bạc lót. 2.5.2.2. Kết cấu trục khuỷu ghép Trục khuỷu ghép thường chế tạo riêng thành từng bộ phận. Cổ trục, má khuỷu, chốt khuỷu, ghép lại với nhau hoặc làm cổ trục riêng rồi ghép với khuỷu. Thường dùng trong động cơ cỡ lớn, truc khuỷu được chế tạo thành từng đoạn rồi ghép lại với nhau bằng mặt bích trục khuỷu lớn thường ghép trong động cơ cỡ lớn động cơ tàu thuỷ, động cơ tĩnh đại nhưng cũng dùng trong động cơ cỡ nhỏ, như xe mô tô, động cơ xăng cỡ nhỏ, động cơ cao tốc có công suất lớn để giảm hiện tượng dao động của trục cần rút ngắn chiều dài trục khuỷu. Vũ Văn Tuấn 30 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 2.9: Kết cấu trục khuỷu ghép 1-Cổ trục khuỷu; 2-Má khuỷu; 3, 6-Đường dầu bôi trơn chính; 4-Cổ trục khuỷu; 5-Đai ốc ghép má khuỷu và chốt khuỷu; 7- Ổ bi 2.5.2.3. Kết cấu trục khuỷu thiếu cổ Đặc điểm kết cấu trục khuỷu loại này kích thước nhỏ gọn nên có thể rút ngắn chiều dài của thân máy và giảm khối lượng động co. Trục khuỷu thiếu cổ có độ cứng vững kém vì vậy khi thiết kế cần kích thước cổ trục, chốt khuỷu đồng thời tăng chiều dày và chiều rộng má khuỷu để tăng độ cứng vững cho trục khuỷu. Thường dùng trong động cơ xăng ô tô máy kéo và động cơ Diesel công suất nhỏ do phụ tải tác dụng lên cổ trục nhỏ. Hình 2.10: Kết cấu trục khuỷu thiếu cổ. 1-Lỗ dầu bôi trơn; 2-Chốt khuỷu; 3-Má thiếu cổ; 4-Má khuỷu; 5-Đuôi trục khuỷu Vũ Văn Tuấn 31 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy 2.5.2.4 Kết cấu trục khuỷu chữ V Loại trục khuỷu này thường dùng trong động cơ có hai hàng xylanh góc lệch hai khuỷu kết tiếp 900. Trục khuỷu chữ V thường dùng trong động cơ có công suất cỡ trung bình và lớn, kết cấu phức tạp khó chế tạo, giá thành cao. Hình 2.11: Kết cấu trục khuỷu động cơ chữ V 1-Bánh răng khởi động; 2-Đường dầu bôi trơn; 3-Chốt khuỷu; 4-Vít dầu; 5-Má khuỷu; 6-Lỗ dầu bôi trơn trục cam; 7-Cổ trục khuỷu; 8-Vít bắt puly; 9-Ví bắt quạt Hình 2.12: Trục khuỷu 2.6. Kết cấu bánh đà Bánh đà. a. Nhiệm vụ: Vũ Văn Tuấn 32 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy - Tích trữ năng lượng dư trong hành trình sinh công để bù đắp năng lượng thiếu hụt trong các quá trình tiêu hao công khiến cho trục khuỷu quay đều hơn. - Bánh đà còn là nơi ghi các kí hiệu các ĐCT, ĐCD, góc phun sớm, đánh lửa sớm. - Trong một số loại người ta dùng nam châm vĩnh cửu tạo ra nguồn điện thế thấp của hệ thống đánh lữa bánh đà từ (vô lăng Manhêtic). b. Kết cấu: - Bánh đà được sử dụng trong động cơ đốt trong có 3 dạng: Bánh đà dạng đĩa (phù hợp với động cơ nhiều xylanh và tốc độ cao), bánh đà dạng chậu, bánh đà dạng vành. 2.7. Thanh truyền Nhiệm vụ và điều kiện làm việc thanh truyền. Nhiệm vụ: - Thanh truyền dùng để nối Piston và trục khuỷu. - Biến chuyển động tịnh tiến của Piston thành chuyển động quay của trục khuỷu. Hình 2.13: Thanh truyền Điều kiện làm việc: + Chịu tác động của lực khí thể. + Chịu tác động của lực quán tính nhóm Piston. + Chịu tác động của lực quán tính thanh truyền. Vũ Văn Tuấn 33 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Vật liệu chế tạo thanh truyền: Vật liệu chế tạo thanh truyền phải có độ bền cơ học độ cứng vững cao, thông thường là thép các bon hoặc thép hợp kim. Kết cấu thanh truyền. Kết cấu thanh truyền được chia làm 3 phần. - Đầu nhỏ thanh truyền: Đầu lắp ghép chốt Piston. - Đầu to thanh truyền: Lắp ghép giữa thanh truyền với chốt khuỷu. - Thân thanh truyền: Là phần thanh truyền nối giữa đầu nhỏ và đầu to. 2.7.1 Đầu nhỏ thanh truyền - Khi chốt Piston lắp tự do: - Đầu nhỏ thanh truyền có dạng hình trụ rỗng. - Thanh truyền của động cơ cỡ lớn thường dùng đầu nhỏ dạng cung tròn đồng tâm, đôi khi dùng kiểu ôvan để tăng độ cứng của đầu nhỏ. - Trong những động cơ máy bay, động cơ xăng dùng trên ô tô, đầu nhỏ thanh truyền có dạng hình trụ mỏng. Khi lắp chốt Piston tự do do có sự chuyển động tương đối giữa chốt Piston và đầu nhỏ nên phải chú ý bôi trơn mặt ma sát. Hình 2.14: Kết cấu các dạng đầu nhỏ thanh truyền Vũ Văn Tuấn 34 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Dầu bôi trơn được đưa lên mặt chốt Piston và bạc lót đầu nhỏ bằng đường dẫn dầu khoan dọc theo thân thanh truyền. Trong động cơ ô tô máy kéo và động cơ nhỏ, bạc lót đầu nhỏ được bôi trơn theo kiểu hứng đầu vung té. Trong động cơ hai kỳ đầu nhỏ thanh truyền luôn luôn chịu nén, do đó dầu bôi trơn đưa lên bề mặt chốt Piston phải có áp suất cao và để giữ dầu bôi trơn, trên bạc lót đầu nhỏ thanh truyền thường có các rãnh chéo để chứa dầu nhờn. Ở một số động cơ hai kỳ tốc độ cao do áp suất trên mặt chốt lớn và khó bôi trơn nên người ta thường không dùng bạc lót mà dùng ô bi đũa. Trong những động cơ làm mát đỉnh Piston bằng cách phun dầu nhờn vào mặt dưới của đỉnh Piston, trên đầu nhỏ thanh truyền phải bố trí lỗ phun dầu. Dầu sau khi bôi trơn bề mặt bạc lót và chốt Piston sẽ phun qua lỗ phun vào mặt dưới đỉnh Piston để làm mát đỉnh. 2.7.2. Thân thanh truyền Kết cấu của thân thanh truyền phụ thuộc vào tiết diện ngang thân thanh truyền. - Loại thân thanh truyền có tiết diện tròn: thường dùng trong động cơ tĩnh tại và tàu thuỷ tốc độ thấp. + Ưu điểm của các loại này là dễ chế tạo theo phương pháp rèn tự do và dễ gia công. + Khuyết điểm của loại thân thanh truyền này là sử dụng vật liệu không hợp lý. - Thân thanh truyền có tiết diện chữ I: được dùng rất nhiều trong động cơ ô tô máy kéo và các loại động cơ cao tốc. Loại thân có tiết diện này sử dụng vật liệu rất hợp lý (trục thân thanh tuyền nằm trong mặt phẳng lắc). - Loại thân thanh truyền có tiết diện chữ I thường chế tạo theo phương pháp rèn khuôn, thích hợp với phương án sản xuất lớn. Ở một vài động cơ nhiều hang xylanh, đôi khi dùng loại thanh truyền có tiết diện chữ H để tăng bán kính chuyển tiếp từ thân đế đầu to thanh truyền nhằm tăng độ cứng vững của thân thanh truyền. Vũ Văn Tuấn 35 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy - Loại thân thanh truyền có tiết diện hình chữ nhật và hình ôvan thường dùng trong động cơ mô tô, xuồng máy, động cơ cỡ nhỏ. Loại thân này kết cấu đơn giản dễ chế tạo. Đôi khi để tăng độ cứng vững và dễ khoan đường dầu bôi trơn, thân thanh truyền có gân gia cố trên suốt chiều dài của thân. Đường kính lỗ dẫn dầu thường bằng (4-8) mm. Đường kính lỗ dẫn dầu phải đảm bảo cung cấp đầy đủ lượng dẩu bôi trơn và nhanh chóng đưa dầu lên bôi trơn khi khởi động. Vì vậy lỗ dẫn dầu không nên quá lớn hoặc quá bé. Do công nghệ khoan lỗ dầu khó khăn nhất là đối với các loại thanh truyền dài, nên có khi người ta gắn ống dẫn dầu bôi trơn ở phía ngoài thân thể để đưa dầu từ đầu to lên đầu nhỏ. Chiều rộng h của than thanh truyền tăng dần từ đầu nhỏ lên đầu to để phù hợp với quy luật phân bố của lực quán tính tác dụng lên thân thanh truyền trong mặt phẳng lắc. Lực quán tính phân bố theo quy luật hình tam giác. 2.7.3. Đầu to thanh truyền Hình 2.15: Kết cấu đầu to thanh truyền: 1-Nắp đầu to; 2-Bulông đầu to thanh truyền ; 3-Thân thanh truyền; 4-Bạc lót Vũ Văn Tuấn 36 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Kích thước đầu to thanh truyền phụ thuộc vào đường kính và chiều dài chốt khuỷu. Yêu cầu: - Có độ cứng vững lớn để bạc lót không bị biến dạng. - Kích thước nhỏ gọn. - Lực quán tính chuyển động quay nhỏ. - Giảm kích thước hộp trục khuỷu. - Chỗ chuyển tiếp giữa thân và đầu to phải có góc lượn lớn để giảm ứng suất tập trung. - Dễ lắp ghép cụm Piston thanh truyền với trục khuỷu. 2.7.4 Kết cấu một số dạng thanh truyền khác - Kết cấu thanh truyền lắp kế tiếp. Loại này hai thanh truyền của hai hàng xylanh giống hệt nhau lắp kết tiếp trên cùng một chốt khuỷu. + Ưu điểm: Kết cấu đơn giản dễ chế tạo, hai thanh truyền làm hoàn toàn giống hệt nhau nên chế tạo rẻ tiền. + Nhược điểm: Chốt khuỷu phải làm dài ảnh hưởng chiều dài trục khuỷu và than máy làm tăng trọng lượng động cơ và giảm sức bền trục khuỷu. - Loại thanh truyền trung tâm. + Loại thanh truyền trung tâm là loại có hai thanh truyền cùng lắp chung trên một chốt khuỷu cả hai thanh truyền cùng lắp trên một mặt phẳng nên một thanh truyền có dạng hình nạng còn thanh truyền kia lắp đồng tâm và bị kẹp giữa nạng thanh truyền nạng. Ưu điểm: Động học động lực học hai thanh truyền trên giống nhau hai hàng xylanh giống nhau nhưng chốt khuỷu ngắn hơn chốt khuỷu thanh truyền lắp kế tiếp. Nhược điểm: Loại thanh truyền này có khuyết điểm chế tạo phức tạp, hơn nữa dùng bạc lót có kết cấu đặc biệt mặt trong và mặt ngoài đều là mặt làm việc do đó khó chế tạo bạc lót. Vũ Văn Tuấn 37 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 2.16: Kết cấu thanh truyền trung tâm 1-Thanh truyền nạng; 2-Thanh truyền trung tâm; 3-Đầu to thanh truyền nạng. - Loại thanh truyền chính và thanh truyền phụ. Loại này có một thanh thanh truyền phụ lắp trên thanh truyền chính. Ưu điểm: Loại thanh truyền này ngày nay được dùng khá nhiều vì nó ưu điểm kết cấu nhẹ gọn giảm được kích thước và trọng lượng thanh truyền và đồng thời đảm bảo độ cứng vững của đầu to thanh truyền. Nhược điểm: Động học Piston thanh truyền trên hai hang xylanh không giống nhau. Khi làm việc thanh truyền chính còn chịu thêm mô men uốn phụ. 1-Đầu nhỏ thanh truyền chính. 2-Thanh truyền chính. 3-Đầu to thanh truyền. 4-Thanh truyền phụ. Hình 2.17: Kết cấu thanh truyền chính và thanh truyền phụ động cơ chữ V Vũ Văn Tuấn 38 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp 2.8. Nhóm Piston Bộ môn Thiết kế máy Nhãm Piston gåm: Piston, vßng g¨ng (xÐc m¨ng), chèt Piston. 2.8.1.Piston 2.8.1.1. Điều kiện làm việc và vật liệu chế tạo Piston a. Điều kiện làm việc của Piston Piston có điều kiện làm việc rất nặng nhọc vừa chịu tải trọng cơ học vừa chịu tải trọng nhiệt. Ngoài ra Piston còn chịu ma sát và ăn mòn. + Tải trọng cơ học: Trong quá trình cháy, khi hỗn hợp khí cháy sinh ra áp suất rất lớn trong buồng cháy, trong chu kỳ công tác áp suất khí thể thay đổi rất lớn vì vậy lực khí thể có tính chất va đập. + Tải trọng nhiệt: Trong quá trình cháy Piston trực tiếp tiếp xúc với sản vật cháy có nhiệt độ rất cao (2300 - 2800 0K). Mà như vậy nhiệt độ của Piston và nhất là nhiệt độ phần đỉnh Piston cũng rất cao (2300 - 28000K). + Ma sát và ăn mòn: Trong quá trình làm việc Piston chịu ma sát khá lớn do thiếu dầu bôi trơn và lực ngang N ép Piston vào xylanh, ma sát càng lớn do biến dạng của Piston. Ngoài ra đỉnh Piston tiếp xúc trực tiếp với sản vật cháy nên còn bị sản vật cháy ăn mòn. b. Vật liệu chế tạo Piston Vật liệu chế tạo Piston phải đáp ứng điều kiện làm việc của nó dó là có độ bền cao, chịu được nhiệt độ cao, độ biến dạng dài nhỏ, ma sát nhỏ. Tất nhiên không có loại vật liệu nào đáp ứng đồng thời các yêu cầu trên. Do đó cần chọn vật liệu tối ưu nhất, so với hợp kim gang thì hợp kim nhôm có độ bền thấp hơn, độ biến dạng dài lớn hơn nhưng hợp kim nhôm có khối lượng riêng nhỏ hơn và cũng có tính đúc tốt như gang. Do đó chọn hợp kim nhôm làm vật liệu chế tạo Piston. 2.8.1.2. Kết cấu Piston Piston gồm ba phần chính: + Đỉnh Piston: Là phần trên cùng của Piston, cùng với xylanh và nắp máy tạo thành buồng cháy. + Đầu Piston: Bao gồm đỉnh Piston và vùng đai lắp xécmăng dầu và xécmăng khí làm nhiệm vụ bao kín buồng cháy. Vũ Văn Tuấn 39 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy + Thân Piston: Phần phía dưới rãnh xécmăng dầu cuối cùng ở đầu Piston làm nhiệm vụ dẫn hướng cho Piston. Hình 2.18: Kết cấu Piston Phân tích đặc điểm kết cấu của đỉnh Piston. - Kết cấu của đỉnh Piston: Đỉnh Piston có kết cấu rất đa dạng gồm đỉnh bằng, đỉnh lồi và đỉnh lõm … Hình 2.19: Kết cấu một số đỉnh Piston • Đỉnh bằng là loại phổ biến nhất, có diện tích chịu nhiệt vé nhất và có kết cấu đơn giản để chế tạo. • Đỉnh lồi có độ cứng vững cao, loại đỉnh này không cần bố trí các đường gân phía dưới đỉnh nên trọng lượng Piston có thể giảm. Loại đỉnh này ít kết muội than nhưng do bề mặt chịu nhiệt độ lớn nên có ảnh hưởng xấu tới quá trình làm việc của Piston. Vũ Văn Tuấn 40 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp • Bộ môn Thiết kế máy Đỉnh lõm có diện tích chịu nhiệt lớn hơn đỉnh bằng nhưng có ưu điểm là tạo ra xoáy lốc nhẹ trong quá trình nén và trong quá trình cháy. + Kết cấu của đầu Piston: Nhiệm vụ chủ yếu của đầu Piston là bao kín và là nơi bố trí rãnh xécmăng, số lượng rãnh xécmăng khí chọn từ 3 đến 5, số lượng rãnh xécmăng dầu từ 1đến 3. Để giảm nhiệt cho xécmăng khí thứ nhất cần bố trí xécmăng khí thứ nhất càng gần khu vực nước làm mát càng tốt. Chọn số xécmăng khí theo nguyên tắc: áp suất khí thể càng cao, tốc độ càng thấp, đường kính xylanh càng lớn thì chọn số xécmăng khí càng nhiều. + Kết cấu của thân Piston: Thân Piston có tác dụng là dẫn hướng cho Piston chuyển động trong xylanh và chịu lực ngang N. Để dẫn hướng tốt và ít va đập khe hở giữa thân Piston và xylanh cần phải bé. Chiều dài của thân càng lớn thì dẫn hướng càng tốt áp suất tác dụng lên Piston càng nhỏ, Piston ít bị mòn. Tuy nhiên thân càng dài thì khối lượng của Piston càng lớn và ma sát càng lớn. Vị trí của lỗ bệ chốt: Khi chịu lực ngang nếu chốt Piston đặt ở chính giữa thân thì ở trạng thái tĩnh áp suất phân bố đều. Nhưng khi Piston chuyển động do lực ma sát tác dụng làm cho Piston có xu hướng quay quanh chốt nên áp suất của Piston nén trên xylanh sẽ phân bố không đều nữa. Vì thế thường đặt chốt ở vị trí cao hơn. Dạng của thân Piston: Dạng của thân Piston thường không phải là hình trụ mà tiết diện ngang thường có dạng ôvan hoặc vát ở hai đầu bệ chốt Piston. Phải làm như vậy là để khi Piston bị biến dạng do lực khí thể P z, lực ngang N và nhiệt tác dụng Piston không bị bó kẹt trong xylanh. Cả ba nguyên nhân này đều làm cho Piston biến dạng thành hình ôvan (trục lớn trùng với đường tâm chốt Piston). Kết quả là làm cho Piston bị bó trong xylanh. Để khắc phục làm thân Piston có dạng ôvan sẵn mà trục ngắn trùng với đường tâm chốt, hoặc tiện vát bớt mặt thân Piston ở phía hai đầu bệ chốt. Vũ Văn Tuấn 41 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 2.20: Trạng thái biến dạng của Piston khi chịu nhiệt, lực khí thể Pz và lực ngang N 2.8.2. Kết cấu xécmăng 2.8.2.1. Điều kiện làm việc và vật liệu chế tạo xécmăng a. Điều kiện làm việc Xécmăng khí có nhiệm vụ bao kín buồng cháy, ngăn không cho khí cháy lọt xuống cac-te, còn xécmăng khí làm việc trong điều kiện chịu nhiệt độ cao, áp suất va đập lớn, ma sát mài mòn nhiều và chịu ăn mòn hoá học. Và ngoài ra khi động cơ làm việc xécmăng cũng chịu ứng suất uốn. b. Với điều kiện làm việc của xécmăng như trên nên vật liệu chế tạo xécmăng phải có đầy đủ các tính chất sau: + Có tính chịu mài mòn tốt ở điều kiện ma sát tới hạn. + Có hệ số ma sát nhỏ đối với mặt xylanh. + Có sức bền và độ đàn hồi cao và ổn định trong điều kiện nhiệt độ cao. + Có khả năng khít với mặt xylanh một cách nhanh chóng. Ta chọn ngang hợp kim làm vật liệu chế tạo xécmăng vì nó có nhiều ưu điểm mà bản thân các loại vật liệu khác không sánh được như: + Nếu mặt ma sát bị cào xước trong quá trình làm việc vết xước mất dần mặt ma sát được khôi phục như cũ. + Gơraphit trong hợp kim ngang có khả năng bôi trơn mặt ma sát do đó làm giảm hệ số ma sát. + Ít nhạy cảm với ứng suất tập trung sinh ra ở các vùng có vết xước. Vũ Văn Tuấn 42 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp 2.8.2.2. Kết cấu của xécmăng. Bộ môn Thiết kế máy Hình 2.21: Kết cấu của xécmăng Xécmăng có kết cấu đơn giản. Nó có dạng vòng thép hở miệng như hình (2.22). Đường kính D của xécmăng là đường kính ngoài của xécmăng ở trạng thái lắp ghép trong xylanh. Mặt 1 là mặt đáy, mặt 2 là mặt lưng và mặt 3 là mặt bụng, chiều dày của xécmăng là khoảng cách giữa hai mặt đáy. Theo nhiệm vụ xécmăng chia làm hai loại là xécmăng khí và xécmăng dầu. Tuỳ theo sự phân bố áp suất của xécmăng mà xécmăng có xécmăng đẳng áp và xécmăng không đẳng áp. Xécmăng đẳng áp bị mòn không đều nhất là khu vực gần miệng xécmăng bị mỏng nhiều hơn. Còn xécmăng không đẳng áp là xécmăng ở trạng thái tự do có hình nhất định và gia công theo phương pháp đặc biệt để có được áp suất phần miệng của xécmăng tương đối lớn, loại xécmăng này sau một thời gian sử dụng áp suất ở phần miệng tuy có giảm nhưng giảm ít hơn loại xécmăng đẳng áp. Cho nên hiện nay xécmăng không đẳng áp được dùng nhiều hơn. Vũ Văn Tuấn 43 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy 1-Mặt đáy 2-Mặt lưng 3-Mặt bụng 4-Phần miệng 5-Khe hở miệng ở trạng thái lắp ghép Hình 2.22: Cấu tạo chung của Xécmăng 2.8.2.3. Kết cấu của xécmăng khí Nhiệm vụ: làm kÝn buång ch¸y, ng¨n kh«ng cho khÝ ch¸y lät xuèng c¸cte dÇu. Xécmăng khí có nhiều kiểu tiết diện khác nhau. Ta có thể chọn xécmăng có tiết diện kiểu hình Hình 2.23: Kết cấu xécmăng khí thang như hình (2.23). Bởi vì loại này có kết cấu đơn giản nhưng khi lắp vào xylanh mặt lưng bị vênh lên thành mặt côn, do đó xécmăng chỉ tiếp xúc với xylanh ở một phần mặt lưng xécmăng. Vì vậy áp suất tiếp xúc cao, ít lọt khí và chóng rà khít hơn. 2.8.2.4. Kết cấu của xécmăng dầu Nhiệm vụ: g¹t dÇu b«i tr¬n xilanh và Piston ®ång thêi ng¨n kh«ng cho dÇu b«i tr¬n lät lªn buång ch¸y. Kết cấu xécmăng dầu có nhiều loại khác nhau. Các loại tiết diện hình thang, lưỡi dao, Vũ Văn Tuấn Hình 2.24: Kết cấu xécmăng dầu 44 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy xécmăng tổ hợp …Các dạng này đều nhằm mục đích nâng cao áp suất tiếp xúc trên vách xylanh. 2.8.3. Chốt Piston 2.8.3.1. Điều kiện làm việc và vật liệu chế tạo chốt Piston a) Điều kiện làm việc Chốt Piston làm việc trong điều kiện tải trọng cơ học, tải trọng nhiệt, tải trọng va đập cao. b) Vật liệu chế tạo chốt Phải đảm bảo có độ bén cơ, nhiệt cao, có khả năng chịu tải trọng va đập. Thông thương vật liệu chế tạo chốt Piston là thép hợp kim. 2.8.3.2. Kết cấu chốt Piston Kết cấu chốt Piston đơn giản, chốt Piston có dạng hình trụ rỗng (mặt ngoài hình trụ, mặt trong rỗng để làm nhẹ chốt). Hinh 2.25: Chốt Piston 2.9 Cơ cấu phân phối khí 2.9.1. Công dụng, phân loại. Cơ cấu phối khi hay còn gọi là hệ thống phân phối khí có công dụng điều khiển quá trình trao đổi khí trong xy lanh. Thực hiện các công việc đóng mở các cửa nạp và cửa xả với mục đích nạp đầy không khí, hỗn hợp cháy (hỗn hợp cháy gồm xăng – không khí đối với động cơ xăng) và thải sạch khí cháy ra khỏi xy lanh. Có thể phân loại hệ thống phân phối khí thành các loại sau: + Loại dùng trục cam – xupap: loại này có kết cấu đơn giản được dùng phổ biến trên các loại động cơ hiện nay. + Loại dùng van trượt: loại này có kết cấu phức tạp khó chế tạo, đa số dùng trong các xe đặc chủng như xe đua. Vũ Văn Tuấn 45 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy + Loại dùng piston đóng mở cửa nạp và cửa thải (của động cơ hai kỳ) có kết cấu đơn giản, không phải điều chỉnh nhưng chất lượng trao đổi khí không cao. 1- Trục cam,2- Con đội,3- Lò xo,4-Xupat,5- nắp máy,6- Than máy Hình 2.26: Cơ cấu phân phối khí 2.9.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống phân phối khí dùng xupap - Cơ cấu phân phối khí dùng xupap đặt + Nguyên lí làm việc: Trục cam chuyển động nhờ dẫn động từ trục khuỷu của động cơ. Vấu cam trên trục cam quay đẩy con đội đi lên. Con đội đi lên nén lò xo lại và tỳ vào đuôi xupap đẩy xupap đi lên làm mở cửa nạp (xả). Vấu cam sau khi qua điểm cao nhất (của mở lớn nhất) chuyển động đi xuống, lò xo bị giãn ra kéo xupap chuyển động xuống đóng kín cửa nạp (xả). Ở loại này, toàn bộ cơ cấu phối khi bố trí ở thân động cơ nên chiều cao thân máy giảm, dễ bố trí trên các loại phương tiện vận tải tuy nhiên khó bố trí buồng cháy gọn nên loại này chỉ được dùng trong một số động cơ xăng. - Cơ cấu phối khí dùng xupap treo: Có hai loại là dẫn động trực tiếp và gián tiếp Vũ Văn Tuấn 46 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Loại dẫn động gián tiếp: Bộ môn Thiết kế máy + Nguyên lí làm việc: Chuyển động quay của trục khuỷu dẫn động trục cam 1 quay. Vấu cam quay tỳ lên con đội 2, đẩy con đội chuyển động đi lên, thông qua đũa đẩy 7 làm cho đòn gánh 8, giàn cò 9 tỳ vào đuôi xupap 4 đẩy xupap chuyển động xuống phía dưới mở van nạp( xả), lò xo 3 bị ép lại. Khi vấu cam đi qua điểm cao nhất chuyển động quay xuống thông qua các chi tiết, lò xo bị giãn ra kéo xupap lại vị trí đóng như ban đầu. Loại dẫn động trực tiếp: + Nguyên lý làm việc: Ở loại này, vấu cam sẽ trực tiếp tỳ lên đuôi xupap hoặc thông qua đòn gánh. Loại này có ưu điểm ít chi tiết xong việc dẫn động từ trục khuỷu lên trục cam rất xa ( thông thường dùng dẫn động xích). Loại xupap treo cho phép có được buồng cháy gọn nên có thể cho tỷ số nén cao và tăng hiện quả của buồng cháy. Loại này được sử dụng rộng rãi cho cả động cơ xăng và động cơ diesel. Hình 2.27: Cơ cấu phân phối khí dẫn động trực tiếp và gián tiếp - Pha phối khí Vũ Văn Tuấn 47 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 2.28: Pha phối khí - Điều chỉnh khe hở nhiệt Hình 2.29: Điều chỉnh khe hở nhiệt Vũ Văn Tuấn 48 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy -Cơ cấu bánh răng phụ(bánh răng cắt kéo) Hình 2.30: Cơ cấu bánh răng phụ Trong bánh răng dẫn động của trục cam có một bánh răng phụ dùng để giảm tiếng ông liên quan đến sự thay đổi moomen. Bánh răng phụ này luôn luôn được lò xo đẩy theo hướng quay, giảm khe hở của bánh răng bằng cách giữ ăn khớp với bánh răng dẫn động, để giảm tiếng ồn. -Con đội thủy lực: Tự động điều chỉnh khe hở nhiệt. Vũ Văn Tuấn 49 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 2.31: Con đội thủy lực - Tiêu chuẩn khí xả Hình 2.32: Tiêu chuẩn khí xả Vũ Văn Tuấn 50 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp cacbon oxít (CO), nitơ oxít (NOx), Bộ môn Thiết kế máy hydrocacbon nói chung (HC) và thành phần bụi bay theo (Particulate Matter-PM). Điển hình nhất trong số các khí trên là cacbon oxít (CO), sinh ra do quá trình cháy không hoàn toàn các hợp chất chứa cacbon. Loại khí này có khả năng làm mất vai trò vận chuyển oxy của hemoglobin Hình 2.33: Biểu đồ tiêu chuẩn khí xả một cách nhanh chóng nhờ tạo liên kết bền với nguyên tố sắt (Fe) thành phần quan trọng của hemoglobin- và là tác nhân chính gây ra hiện tượng ngất do hít phải quá nhiều 2.10 Cụm ống nạp, ống xả và hệ thống thải khí Hình 2.34: Hệ thống ống nạp và xả Cụm ống nạp đưa khí hoặc nhiên liệu-khí từ van tiết lưu đến các cửa nạp trên nắp xylanh. Cụm ống xả mang khí xả (thoát) từ nắp xylanh đến hệ thống xả. Vũ Văn Tuấn 51 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Chương 3: CƠ SỞ TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU PISTON - TRỤC KHUỶU - THANH TRUYỀN 3.1. Động học cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền giao tâm Nghiên cứu quy luật chuyển động của Piston là nhiệm vụ chủ yếu của động học. Để tiện nghiên cứu, ta giả thiết trong quá trình làm việc trục khuỷu quay với tốc độ không đổi. Đối với động cơ cao tốc ngày nay do tốc độ vòng quay cao nên khi trạng thái công tác của động cơ đã ổn định thì sự thay đổi tốc độ góc do sự không đồng đều của momen động cơ sinh ra không lớn lắm. Vì vậy giả thiết đó gần đúng với thực tế. 3.1.1. Chuyển vị của Piston Hình 3.1 biểu thị sơ đồ của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm. Trong cơ cấu này, đường tâm trục khuỷu và đường tâm xilanh trực giao. Từ hình 3.1 ta thấy rằng chuyển vị x từ ĐCT của Piston phụ thuộc vào vị trí của trục khuỷu (góc quay α ). Hình 3.1: Sơ đồ cơ cấu trục khuỷu - Thanh truyền giao tâm Vũ Văn Tuấn 52 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Từ hình vẽ ta có: x = AB’ = AO - (DO + DB’) = = (1+R) - (Rcosα + lcosβ) (3-1) Trong đó: - l: Chiều dài thanh truyền; - R: Bán kính quay trục khuỷu; - α: Góc quay trục khuỷu; - β: Góc lệch giữa đường tâm thanh truyền với xilanh. Gọi λ = R là tham số kết cấu. Ta có thể viết: l  1  1  x = R 1 +  −  cos α + cos β  λ   λ   (3-2) Trong tính toán thiết kế, có thể dùng công thức gần đúng: λ   x ≈ R (1 − cos α ) + (1 − cos 2α )  4   (3-4) 3.1.2. Vận tốc Piston Đạo hàm công thức (3-2) theo thời gian ta có công thức tính vận tốc của Piston: v= dx dx dα = . = dt dα dt 1 dβ   = Rω  sin α + sin β .  λ dα   Vì (3-5) dα d (ω.t ) = =ω dt dt Vũ Văn Tuấn 53 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Từ hình 3.1 ta có: Bộ môn Thiết kế máy CD = l sin β = R sin α 1 sin β λ dβ cos α ⇒ =λ dα cos β ⇒ sin α = Đạo hàm hai vế theo α rồi rút gọn ta có: v = Rω( sin α + tgβ cos α ) = Rω sin (α + β ) cos β (3-6) Công thức gần đúng: λ   v = Rω sin α + sin 2α  2   (3-7) 3.1.3. Gia tốc Piston j= dv dv dα dv = . = ω. = dt dα dt dα dβ  dβ  cos β cos( α + β ) 1 +  + sin ( α + β ) sin β . dα  dα  = Rω 2 . cos 2 β Thay (3-8) dβ cos α =λ vào và biến đổi ta có công thức tính gia tốc: dα cos β  cos( α + β ) cos 2 α  j = Rω  +λ cos β cos 3 β   2 (3-9) Công thức gần đúng: j = Rω 2 ( cos α + λ cos 2α ) Vũ Văn Tuấn 54 (3-10) Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy 3.2. Động lực học cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền 3.2.1. Khối lượng của các chi tiết chuyển động 3.2.1.1. Khối lượng của nhóm Piston Khối lượng của nhóm bao gồm khối lượng của Piston, các xécmăng, chốt Piston, các vòng hãm. mnp = m p + ∑ m x + mc + ∑ mh (3-11) Khối lượng nhóm Piston thực hiện chuyển động tịnh tiến khứ hồi. 3.2.1.2. Khối lượng nhóm thanh truyền Khối lượng của nhóm thanh truyền bao gồm khối lượng của thanh truyền (nắp và thân), bạc đầu to, bạc đầu nhỏ, các bu lông, đai ốc thanh truyền. Thanh truyền là chi tiết máy chuyển động khá phức tạp, đầu nhỏ chuyển động tịnh tiến cùng Piston, đầu to chuyển động quay cùng trục khuỷu, thân thanh truyền thì chuyển động lắc. Vì vậy trong tính toán, người ta phân khối lượng thanh truyền về các điểm theo nguyên tắc: - Tổng khối lượng đã phân phải bằng khối lượng thanh truyền. - Trọng tâm các khối lượng thay thế phải trùng với trọng tâm thanh truyền. - Tổng các mô men quán tính vận động quay đối với trọng tâm thanh truyền phải bằng mô men quán tính của thanh truyền so với trọng tâm thanh truyền. Căn cứ vào các nguyên tắc trên người ta có thể có ba cách là quy dẫn khối lượng thanh truyền về một điểm, hai điểm và ba điểm. Trong đó, cách quy dẫn về hai điểm thường được sử dụng: mtt = m1 + m2 (3-12) Trong đó, m1 là khối lượng chuyển động tịnh tiến quy dẫn về tâm đầu nhỏ thanh truyền, m2 là khối lượng chuyển động quay quy dẫn về tâm đầu to thanh truyền. Trong thiết kế tính toán động cơ ô tô, máy kéo, người ta có thể xác định m1, m2 bằng công thức kinh nghiệm: m1 = (0,275 - 0,35)mtt; m2 = (0,65 - 0,725)mtt Vũ Văn Tuấn 55 (3-13) Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp 3.2.1.3. Khối lượng không cân bằng của khuỷu trục Bộ môn Thiết kế máy Để xác định khối lượng không cân bằng của khuỷu trục, ta tạm thời chia khuỷu trục thành các phần như hình vẽ. Phần gạch dọc là khối lượng chuyển động quay với bán kính R gọi là mmR. Phần gạch chéo là khối lượng chuyển động quay với bán kính quay ρ gọi là m mρ . Nếu đem mmρ quy dẫn về tâm chốt khuỷu ta phảit hay thế bằng khối lượng tương đương m’mR. ' mmR = mmρ ρ R (3-14) ρ Hình 3.2: Khối lượng không cân bằng khuỷu trục Do đó khối lượng chuyển động quay của khuỷu trục sẽ là: ρ  mk = mck + 2 mmR + mmρ  R  (3-15) Khối lượng chuyển đông tịnh tiến của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền là: M = mnp + m1 (kg) (3-16) (kg) (3-17) Khối lượng chuyển động quay sẽ là: M r = mk + m2 Khối lượng của các chi tiết chuyển động và các cách quy dẫn được trình bày ở trên đây mang là cơ sở lý thuyết động lực học của cơ cấu khuỷu trục thanh Vũ Văn Tuấn 56 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy truyền, nó được sử dụng nhiều công thức kinh nghiệm và phục vụ cho việc tính toán thiết kế bằng tay. 3.2.2. Lực và mô men tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền Trong quá trính làm việc, cơ cấu khuỷu trục thanh truyền chiujcacs lực tác dụng sau đây: - Lực quán tính của các chi tiết có khối lượng chuyển động. - Lực do môi chất khi chịu nén và cháy giãn nở sinh ra, gọi là lực khí thể. - Trọng lực. - Lực ma sát. Trừ trọng lực ra, ác lực khác có chiều và trị số thay đổi theo vị trí của Piston trong các chu trình làm việc của động cơ. Trong các lực trên thì lực quán tính và lực khí thể có giá trị lớn hơn cả. Trong tính toán ta thường bỏ qua trọng lực và lực ma sát. 3.2.2.1. Lực quán tính Lực quán tính của các khối lượng vận động tịnh tiến được tính theo công thức sau: Pj = − mj = − mRω 2 ( cos α + λ cos 2α ) = Pj1 + Pj 2 (3-18) Đặt C = mRω 2 , ta có: Pj1 = − mRω 2 cos α = −C cos sα là lực quán tính cấp 1. (3-19) Pj1 = − λ mRω 2 cos 2α = − λ C cos s 2α là lực quán tính cấp 2. (3-20) Chu kì của lực quán tính cấp 1 ứng với một vòng quay trục khuỷu, chu kì của lực quán tính cấp 2 ứng với một phần hai vòng quay trục khuỷu. Quy ước dấu của lực quán tính: lực dương nếu chiều tác dụng hướng vào tâm trục khuỷu và ngược lại. Lực quán tính tịnh tiến có phương tác dụng trên dường tâm xilanh. Ta Vũ Văn Tuấn 57 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy dùng hình chiếu của vectơ C và λ C để xác định chiều và dấu của lực quán tính như hình 3.3. ω C 2a 2a λC Hình 3.3: Dấu của lực quán tính tịnh tiến Véc tơ C quay quanh tâm O với vận tốc ω . Ta thấy trong phạm vi α = 0 - 900 và 2700 - 3600, hình chiếu của véc tơ C trên tung độ có chiều quay lên, lúc này lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1 có trị số âm. Trong phạm vi α = 900 2700, hình chiếu của vec tơ C trên tung độ quay xuống, lực quán tính chuyển động tịnh tiến có giá trị dương. Véc tơ λ C quay với vận tốc 2ω . Trong phạm vi α = 00 - 450, 1350 - 2250 và 3150 - 3600, hình chiếu của véc tơ lên trục tung quay lên, lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 có trị số âm. Trong phạm vi còn lại, hình chiếu của véc tơ lên trục tung quay xuống, lực quán tính có giá trị dương. Lực quán tính ly tâm của khối lượng chuyển động quay có giá trị không đổi, luôn tác dụng trên đường tâm má khuỷu, chiều ly tâm. Được tính theo công thức: Pk = −mr Rω 2 = const Vũ Văn Tuấn 58 (3-21) Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp 3.2.2.2. Lực khí thể Bộ môn Thiết kế máy Lực khí thể được tính trên cơ sở đồ thị công p - V của động cơ. Đồ thị p - V được khai triển thành đồ thị p - α ( α là góc quay trục khuỷu). Khi đó ta biết được sự biến thiên của áp suất khí thể theo góc quay trục khuỷu. Trong tính toán, thường hay tính theo áp suât tương đối nên: pkt = p - p0 (3-22) Trong đó: pkt: áp suất khí tính theo áp suât tương đối; p: áp suất khí thể trong tính toán nhiệt; p0: áp suất khí quyển. Lực khí thể: Pkt = pkt.Fp (N) (3-23) πD 2 Fp: Diện tích đỉnh Piston, F p = 4 D: Đường kính xilanh. 3.2.2.3. Hợp lực và mô men tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền Lực tác dụng lên chốt Piston là hợp lực của lực quán tính và lực khí thể (ở đây bỏ qua trọng lực và lực ma sát). Nó có tác dụng lên chốt Piston và đẩy thanh truyền (hình vẽ 3.4). PΣ = Pkt + Pj (N) (3-24) Phân tích lực: PΣ = Ptt + N (3-25) Trong đó: Ptt là lực tác dụng trên đường tâm thanh truyền. N là lực tác dụng trên phương thẳng góc với đường tâm xilanh. Vũ Văn Tuấn 59 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 3.4: Lực và mô men tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền Theo quan hệ lượng giác ta có: N = PΣtgβ Ptt = PΣ (3-27) 1 cos β (3-28) sin ( α + β ) cos β cos( α + β ) Z = Ptt cos( α + β ) = PΣ cos β T = Ptt sin ( α + β ) = PΣ (3-29) Lực T sinh ra một mô men quay động cơ: M = T .R = PΣ sin ( α + β ) R cos β = PΣ ( sin α + tgβ cos α ) R Vũ Văn Tuấn 60 (3-30) Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Trong tính toán, khi β nhỏ, ta có thể coi tgβ = sin β = λ sin α , khi đó: λ   M ≈ PΣ  sin α + sin 2α  R 2   (3-31) Thành phần lực N cũng gây ra một mô men gây lật động cơ: M l = − N .h = − PΣ .tgβ .h = = − PΣ .tgβ sin ( α + β ) R = −T .R = − M sin β (3-32) Trong đó, h là khoảng cách từ tâm chốt Piston đến tâm cổ khuỷu. Mô men Ml có giá trị bằng mô men quay nhưng có chiều ngược lại. Mô men lật tác dụng lên thân máy và do thân máy chịu đựng. Mô men quay trục khuỷu M làm quay trục khuỷu, đưa công suất ra ngoài. Trong quá trình làm việc, nó được cân bằng bởi các mô men sau: - Mô men cản do lực cản và lực ma sát của tất cả các chi tiết chuyển động tác dụng trên bánh đà động cơ. - Mô men sinh ra bởi mô men quán tính khi các chi tiết chuyển động quy về tâm trục khuỷu J0. Nếu gia tốc góc là ε thì mô men cản sinh ra là J 0ε . M = Mc + J 0ε (3-33) 3.2.2.4 Góc công tác δ k và thứ tự làm việc của các xylanh Động cơ nhiều xylanh, các xylanh sắp xếp theo một hành dọc, trục khuỷu của động cơ có nhiều khuỷu trục. Để đảm bảo tính cân bằng, tính đồng đều của động cơ các khuỷu phải sắp xếp theo một góc nhất định. Góc lệch của hai khuỷu của hai xylanh làm việc kế tiếp nhau gọi là góc công tác. Khi chọn góc công tác và thứ tự làm việc ta cần xét đến các vấn đề sau: + Kết cấu của trục khuỷu phải đảm bảo tính cần bằng và đồng đều tốt nhất của động cơ. + Đảm bảo tính công nghệ tốt, dễ chế tạo. Vũ Văn Tuấn 61 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy + Đảm bảo phụ tải tác dụng trên ổ trục là nhỏ nhất. + Đảm bảo quá trình nạp thải có lợi nhất. Thông thường khó có thể đảm bảo thoả mãn cả bốn yêu cầu trên. Góc lệch công tác động cơ một hàng xylanh được tính như sau: δk = 180τ (3-34) i τ - số kỳ của động cơ. i - số xylanh của động cơ. Tuỳ theo động cơ bốn kỳ hay hai kỳ và mỗi số xylanh có thể chọn một hay nhiều kết cấu của trục khuỷu và một hay nhiều thứ tự làm việc của xylanh. Nhưng ta phải bố trí sao cho phương án đó là có lợi nhất. 3.3. Cân bằng động cơ đốt trong. Qua khảo sát động lực học của động cơ một hàng xylanh ta thấy rằng, khi động cơ làm việc sẽ có các lực và mô men sau truyền tới bệ đỡ động cơ: + Lực quán tính tịnh tiến cấp 1: Ρ j1 = − mRω 2 cos α (3-35) + Lực quán tính tịnh tiến cấp 2: Ρ j 2 = − mRλω 2 cos 2α (3-36) + Lực quán tính li tâm của các khối lượng không cân bằng: Ρk = − mτ Rω 2 (3-37) + Mô men lật trong khoảng thời gian đã cho bằng: ML = - M (3-38) Và các tổng lực hoặc mô men trên toàn động cơ. Tất cả các lực và mô men đó đôi khi đạt đến giá trị rất lớn và tác dụng lên một chi tiết riêng biệt và các khớp nối của chúng, truyền tới thân động cơ và khung xe, làm cho các bulông bị lỏng ra và gây hư hỏng máy. Ngoài ra, sự rung động bởi các lực và mô men tác dụng chu kỳ sẽ làm giảm công suất và giảm tính kinh tế của động cơ. Những khuyết điểm này có thể khắc phục nếu ta thực hiện cân bằng động cơ. Vũ Văn Tuấn 62 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Một động cơ được gọi là cân bằng khi mà các lực và mô men của nó truyền tới khung trong chế độ làm việc ổn định là không đổi về độ lớn và chiều tác dụng. Điều này được thể hiện qua sáu phương trình sau: n ∑ Ρ j1 = ∑ mRω ∑Ρ ∑ mRω i =1 n j2 = 2 n cosα i = 0 (3-39) λcos(2α i ) = 0 (3-40) 2 i =1 ∑ mτ Rω cosα ∑Ρ = 0 ⇔ ∑ mτ Rω sinα 2 i =1 i =0 (3-41) =0 (3-42) k n 2 i i =1 n ∑ Μ j1 = ∑ mRω ∑Μ ∑ mRω a λcos(2α ) i =1 n j2 = ∑Μk = 2 a i cosα i = 0 2 i i =1 n ∑ mτ Rω i =1 2 i (3-43) =0 (3-44) ai = 0 (3-45) Trong đó ai là khoảng cách từ gốc tính toán đến phương của lực. Để thoả mãn các điều kiện trên thường phải tăng số xylanh và lựa chọn thứ tự làm việc hợp lý. Tuy nhiên sự cân bằng của động cơ còn phụ thuộc vào khả năng chế tạo sản xuất … - Cân bằng động cơ 4 xylanh, 4 kỳ. Tất cả các động cơ ôtô máy kéo 4 xylanh 4 kỳ đều có trục khuỷu phân bố dưới một góc 180o. Trục khuỷu có thể có được bằng cách ghép đối xứng 2 trục khuỷu của hai động cơ 2 xylanh. Động cơ có chất lượng động lực học tương đối tốt (thứ tự nổ của các xylanh đều hơn, cân bằng khá tốt), có thể thấy dễ dàng ΣΡ j1 = 0, ΣΜ j1 = 0. Tính các phương trình cân bằng: Vũ Văn Tuấn 63 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Pj1 Pj1 Pj1 Pj1 Pj2 Pj2 Pj2 Pj2 a a a Hình 3.5: Sơ đồ trục khuỷu động cơ 4 xylanh [ )] =0. λ [cos 2α + cos 2(α + 180 ) ] =4.m Rω ( ΣΡ j1 =2mR ω 2 cos α + cos α + 180 o ΣΡ j 2 =2mR ω 2 o (3-46) 2 λ cos α ΣΡk = 0 (3-47) (3-48) [ ( ΣΜ j1 =a.mR ω 2 3 cos α + 3 cos α + 180 o )] =0 (3-49) ΣΜ j 2 = 0 (3-50) ΣΜ k = 0, (hai ngẫu lực bằng nhau và ngược chiều ) Như vậy chỉ còn ΣΡ j 2 trên thực tế không cân bằng. Tuy nhiên trên thực tế một số động cơ vẫn có đối trọng nhằm mục đích tránh biến dạng trục và giảm tải cho cổ trục, nhất là cổ giữa. Vũ Văn Tuấn 64 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Chương 4: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ PHỎNG NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ V8 Zil 130 Đa số các xe ôtô đều sử dụng nhiên liệu là xăng hoặc dầu Diesel, thông thường các xe ôtô con sử dụng nhiên liệu xăng. Mỗi một động cơ bao gồm nhiều chi tiết ghép lại. Các chi tiết được thiết kế ra phải thoả mãn các yêu cầu về kĩ thuật, làm việc ổn định trong suốt thời gian đã định với chi phí chế tạo và sử dụng thấp nhất. Đương nhiên các chi tiết được thiết kế ra chỉ có thể thực hiện tốt chức năng của mình trên những động cơ cụ thể. Chỉ tiêu cần đạt được đó là năng suất, độ tin cậy và tuổi thọ cao. Kinh tế trong chế tạo và sử dụng, thuận lợi và an toàn trong chăm sóc bảo dưỡng, khối lượng giảm, khuôn khổ kích thước nhỏ gọn, làm việc êm, hình thức đẹp. Trong chương này, căn cứ vào bảng thông số quan trọng của động cơ xăng V8 Zil 130 em sẽ: • Thiết kế mô hình chi tiết trong động cơ trên bằng phần mền Autodesk Inventor. • Tiến hành lắp ghép các chi tiết để hình thành mô hình động cơ hoàn chỉnh. • Mô phỏng nguyên lý làm việc và động lực học động cơ trên Hình 4.1: Động cơ V8 Zil 130 Vũ Văn Tuấn 65 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp 4.1 Động cơ V8 Zil 130 Bộ môn Thiết kế máy Gồm 8 xylanh hình chữ V, là động cơ 8 xy lanh xếp thành hình chữ V hợp với nhau một góc 90 độ, với 2 xy lanh trên một cổ trục khuỷu: Bảng 4.1:Bảng thông số của động cơ V8 Zil 130 Model Seating Net-weight,kg [lb] Full load weightkg [lb] Load weight,kg [lb] Total trailer weight, kg [lb] Length, mm [in.] Width, mm [in.] Height, mm [in.] Base, mm [in.] Minimal clearance, mm [in.] Minimal radius of turn, m [yards] Maximum speed, km/h [mi/h] Maximum horsepower, hp [kW] Maximum torque, N·m [lb·ft] Engine displacement, liters [cc] Compression ratio Gear ratios Main gear ratio Mileage, liters/100km [mi/gal] Acceleration time from 0-100 km/h [62 mi/h], seconds Breaking distance, m [yards] Fuel tank capacity, liters [gal] Vũ Văn Tuấn Tên máy Số ghế Khối lượng tịnh Tải trọng tối đa Trải trọng ZIL-130 3 4,300 [9,460] 9,525 [20,955] 4,000 [8,800] (5,500 [12,100] if I or II class roads) Trọng lượng toàn 6,400 [14,080] xe Chiều dài Chiều rộng Chiều cao 6675 [263] 2500 [98] 2400 [94] 3800 [150] 270 [10.6] Bán kính vòng 8.8 [9.7] quay Tốc độ tối đa Công suất tối đa Moomen lớn nhất Dung tích xylanh Tỷ số nén Tỷ số truyền bánh 94 [58] 150 [112] @ 3,200 rpm 41 [226] @ 1,800 rpm 6.0 [5,969] 6.5:1 7.45/4.10/2.29/1.47/1.00/R- răng Tỷ số truyền bánh 7.90 răng chính Mức tiêu thụ nhiên liệu Thời gian tăng tốc từ 0 đên 100km/h Cự ly phanh Dung tích thùng chứa nhiên liệu 66 6.45 27 [8.7] 170 [45] (A-76) Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Nắm sản xuất Kiểu động cơ Years of production Type of engine ohv Bore/Stroke, mm [in.] Wheel formula Pictures 1962-1992 ZIL-130, V8, carb., 4-tact, Đường kính xylanh Công thức bánh đà 100 [3.94]/ 95 [3.74] 4X2 see below 4.2 Thiết kế các chi tiết chính trên Autodesk Inventor Dựa vào bảng số liệu của động cơ V8 Zil 130 và kết quả khảo sát đo đạc động cơ thực tế tại phòng mô hình bộ môn ô tô em đã thiết kế các chi tiêt và lắp ráp các chi tiết trên phần mềm Autodesk Inventor . Sau đây là ảnh một số chi tiết chính của động cơ V8 zil 130 Hình 4.2: Trục khuỷu Vũ Văn Tuấn 67 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 4.3: Vòng khí và Vòng dầu Hình 4.4: Bộ phận căng Vũ Văn Tuấn Hình 4.5: Chốt Piston 68 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 4.6: Piston Vũ Văn Tuấn 69 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 4.7: Cụm Piston Vũ Văn Tuấn 70 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 4.8: Cum Thanh truyền Hình 4.9: Trục cam Vũ Văn Tuấn 71 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 4.10: Cụm trục cam Hình 4.11: Cò mổ Vũ Văn Tuấn 72 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 4.12: Cụm cò mổ đũa đẩy Hình 4.13: Cụm xu phát Vũ Văn Tuấn 73 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 4.14: Cụm blog Vũ Văn Tuấn 74 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 4.15: Lắp ráp Vũ Văn Tuấn 75 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy 4.3 Mô phỏng động học và động lực học hộp giảm tốc 4.3.1 Giới thiệu về phần mềm DDM (DYNAMIC DESIGNER MOTION) DDM là một phần mềm mô phỏng động học và động lực học của cơ cấu máy, được dùng trong một số hệ thống CAD. Cơ cấu máy ở đây được xây dựng trên môi trường thực tại ảo. Với DDM, người kỹ sư không chỉ dừng ở khâu thiết kế mà có thể thực hiện song hai khâu thiết kế và kiểm tra. Có thể xây dựng mô hình và kiểm tra nó làm việc ngay trên màn hình, sau đó tiến hành tối ưu việc thiết kế trên máy tính trước khi đưa ra bản vẽ chế tạo. Khi sử dụng DDM, có thể dễ dàng tạo các file mô phỏng minh hoạ để xem trên máy tính khác. Một số ưu điểm của DDM: • Được dùng trên một số môi trường CAD rất thông dụng như Autodesk Inventor, Mechanical Desktop, Solid Edge, … • DDM rất linh hoạt, dễ cài đặt và sử dụng. • Tính chính xác khoa học, tiện lợi, được sử dụng rộng rãi. Nhược điểm của DDM: • Khi cài đặt, bắt buộc phải cài đặt trước một môi trường CAD mà nó được đưa vào. • Kết quả phân tích phần tử hữu hạn chỉ xuất ra dưới dạng Text nên phải sử dụng một phần mềm khác để xử lý tiếp. 4.3.2 Xây dựng mô hình và mô phỏng động học và động lực học động cơ Sau đây là bảng diễn biến hành trình trong các xylanh, thứ tự đốt cháy của động cơ là 1- 5 - 4 - 2 - 6 - 3 - 7 - 8. Vũ Văn Tuấn 76 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Bảng 4.2:Bảng diễn biến hành trình trong các xylanh Hình 4.16: Mô hình mô phỏng động cơ V8 Zil 130 Tạo các ràng buộc giữa các chi tiết trong động cơ: - Ràng buộc giữa trục khuỷu và thanh truyền được định nghĩa là khớp bản lề. + Cách làm: Trên trình duyệt Browser, chọn nhánh Constraints, nhấn chuột phải lên vào Joints chọn Add Revolute Joint. Vũ Văn Tuấn 77 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy + Hộp thoại insert User-Defined Joint hiện ra chọn các thông số như hình: Hình 4.17: Hộp thoại Defined Joint Với: Select 1st Component: Chọn khâu thành phần thứ nhất của khớp. Select 2sd Component: Chọn khâu thành phần thứ hai của khớp. Select Location: Chọn gốc của khớp. Select Direction: Chọn hướng của khớp. - Ràng buộc giữa cụm thanh truyền và cụm Piston được định nghĩa là khớp bản lề. Vũ Văn Tuấn 78 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 4.18: Hộp thoại Defined Joint - Ràng buộc giữa Piston và xylanh đuợc định nghĩa là khớp cylindrical. + Cách làm: Trên trình duyệt Browser, chọn nhánh Constraints, nhấn chuột phải lên vào Joints chọn Add Cylindrical Joint. + Hộp thoại Edit User-Defined Joint hiện ra chọn các thông số như hình: Vũ Văn Tuấn 79 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 4.19: Hộp thoại Edit User-Defined Joint - Ràng buộc giữa cam và con đội dùng lệnh tiếp xúc đường. + Cách làm: Trên trình duyệt Browser, chọn nhánh Contact, nhấn phải lên chọn Add Curve/Curve Contact. + Hộp thoại Curve-Curve Contact hiện ra chọn các thông số như hình: Hình 4.20: Hộp thoại Edit Curve-Curve Contact Vũ Văn Tuấn 80 Lớp TĐHTKCK- K46 chuột Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy - Gắn chuyển động cho trục khuỷu bằng cách: Trên trình duyệt Browser, chọn nhánh Constraints, chọn tiếp nhánh Joints, nhấn chọn khớp giữa trục khuỷu và thân động cơ. Nhấn chuột phải lên khớp đó và chọn Properties. Sẽ xuất hiện hội thoại. Chuyển sang Tab Motion như hình: Hình 4.21: Gán chuyển động cho trục khuỷu - Đặt tải trọng lên lò xo + Cách làm: Trên trình duyệt Browser, chọn nhánh Forces, nhấn chuột phải lên Springs chọn Add Linear Spring. + Hộp thoại Edit Spring hiện nên như hình Vũ Văn Tuấn 81 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 4.22: Hộp thoại Edit Spring Tiến hành mô phỏng động lực học ta thu được kết qủa sau: Kết quả mô phỏng được tập hợp dưới định dạng *.AVI. Các đồ thị kết qủa tính toán mô phỏng động học theo thời gian. -Vận tốc piston theo thời gian Hình 4.23: Đồ thị vận tốc piston 1 theo thời gian Vũ Văn Tuấn 82 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 4.24: Đồ thị vận tốc piston 2 theo thời gian Hình 4.25: Đồ thị vận tốc piston 3 theo thời gian Hình 4.26: Đồ thị vận tốc piston 4 theo thời gian Hình 4.27: Đồ thị vận tốc piston 5 theo thời gian Vũ Văn Tuấn 83 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 4.28: Đồ thị vận tốc piston 6 theo thời gian Hình 4.29: Đồ thị vận tốc piston 7 theo thời gian Hình 4.30: Đồ thị vận tốc piston 8 theo thời gian Vũ Văn Tuấn 84 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp - Gia tốc piston theo thời gian Bộ môn Thiết kế máy Hình 4.31: Đồ thị gia tốc piston 1 theo thời gian Hình 4.32: Đồ thị gia tốc piston 2 theo thời gian Hình 4.33: Đồ thị gia tốc piston 3 theo thời gian Hình 4.34: Đồ thị gia tốc piston 4 theo thời gian Vũ Văn Tuấn 85 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hình 4.35: Đồ thị gia tốc piston 5 theo thời gian Hình 4.36: Đồ thị gia tốc piston 6 theo thời gian Hình 4.37: Đồ thị gia tốc piston 7 theo thời gian Hình 4.38: Đồ thị gia tốc piston 8 theo thời gian Vũ Văn Tuấn 86 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp -Chuyển vị, vận tốc , gia tốc lò xo Bộ môn Thiết kế máy Hình 4.39: Đồ thị Chuyển vị lò xo 1 theo thời gian Hình 4.40: Đồ thị Vận tốc lò xo 1 theo thời gian Hình 4.41: Đồ thị Gia tốc lò xo 1 theo thời gian Hình 4.42: Đồ thị mômen trục khuỷu theo thời gian Vũ Văn Tuấn 87 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trong phạm vi một đề tài tốt nghiệp và thời gian có hạn nên viêc tính toán thiết kế động cơ V8 trên xe Zil 130 chưa hoàn thiện hết. Ngoài ra do điều kiện có hạn nên em chưa tiếp xúc được với mô hình thực tế của những động cơ hiện đại.Tuy nhiên việc nghiên cứu thiết kế động cơ V8 zil 130 sẽ là cơ sở tốt để sau này em tiếp cận nhanh hơn với những động cơ hiện đại. Quá trình khảo sát thực tế tại phòng mô hình ô tô và nghiên cứu đã giúp cho chúng em có một cái nhìn tổng quan về động cơ bao gồm phân loại, các bộ phận trong động cơ và cơ sở lý thuyết tính toán động cơ…. và cụ thể hơn là động cơ V8 trên xe Zil 130. Qua đề tài này em mô phỏng được nguyên lý hoạt động của đông cơ V8 trên xe Zil 130 và đưa ra được một số kết quả từ đó có thể so sánh với tính toán lý thuyết và xem động cơ đó đã tối ưu chưa, trong quá trình vận hành có gây ra va chạm hay không. Đề tài sẽ mang tính thuyết phục cao nếu có nhiều thời gian cần thiết tìm hiểu thực tế và thực hiện tính toán động cơ hoạt động ở nhiều chế độ làm việc khác nhau. Em sẽ cố gắng hoàn thành và phát triển những phần chưa làm được trong đồ án tốt nghiêp. Rất mong được sự ủng hộ và đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn sinh viên. Vũ Văn Tuấn 88 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. KS. Nguyễn Thành Trí, Châu Ngọc Thạch. ”Hướng dẫn sử dụng bảo trì và sửa chữa xe ôtô đời mới” Nhà xuất bản trẻ - Thành phố Hồ Chí Minh 1997. [2]. TS. Nguyễn Duy Tiến. ”Giáo trình kết cấu và tính toán động cơ đốt trong”. Nhà xuất bản giao thông vận tải – Hà nội 2005. [3]. KS. Trương Mạnh Hùng. ”Bài giảng cấu tạo ôtô” – Hà Nội 2006. [4]. PGS.TS. An Hiệp, PGS.TS. Trần Vĩnh Hưng, KS. Nguyễn Văn Thiệp. ”Phần mềm thiết kế công nghiệp Autodesk Inventor”. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật - Hà Nội 2004. [5]. Th.S. Nguyễn Thế Long, Th.S. Đỗ Trọng Phú. ”Bài giảng môn học các phần mềm phân tích kết cấu và mô phỏng động lực học máy” – Hà Nội 2005. Vũ Văn Tuấn 89 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU......................................................................................................1 Chương 1: tæng quan..........................................................................................3 1.1 Giới thiệu chung về động cơ..........................................................................3 1.1.1 Phân loại động cơ đốt trong kiểu Piston.....................................................3 1.1.2 Động cơ xe ôtô............................................................................................4 1.1.3 Các bộ phận chính của động cơ..................................................................5 1.2 Phân loại động cơ ôtô.....................................................................................5 1.2.1 Số lượng và cách bố trí xylanh...................................................................5 1.2.2 Phân loại theo cách bố trí các van truyền động van..................................10 1.2.3 Phân loại theo chiều quay động cơ và cách đánh số xylanh.....................11 1.2.4 Phân loại theo thứ tự đốt cháy...................................................................12 1.2.5 Phân loại động cơ theo phương pháp làm mát..........................................13 1.2.6 Phân loại động cơ theo số kỳ....................................................................13 1.3 Động cơ Wankel..........................................................................................22 Chương 2: cÊu t¹o ®éng c¬ «t«.........................................................................23 2.1 Blốc xylanh..................................................................................................23 2.2 Những bộ phận gắn vào Blốc xylanh...........................................................24 2.3 Máng dầu......................................................................................................25 2.4 Nắp xylanh và tấm đệm nắp xylanh.............................................................25 2.5 Trục khuỷu...................................................................................................26 2.5.1 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc và yêu cầu đối với trục khuỷu...................26 2.5.2. Đặc điểm kết cấu các dạng trục khuỷu....................................................27 2.6. Kết cấu bánh đà...........................................................................................32 2.7. Thanh truyền...............................................................................................33 2.7.1 Đầu nhỏ thanh truyền................................................................................34 2.7.2. Thân thanh truyền....................................................................................35 2.7.3. Đầu to thanh truyền..................................................................................36 2.7.4 Kết cấu một số dạng thanh truyền khác....................................................37 2.8. Nhóm Piston................................................................................................39 2.8.1.Piston.........................................................................................................39 2.8.2. Kết cấu xécmăng......................................................................................42 2.8.3. Chốt Piston...............................................................................................45 2.9 Cơ cấu phân phối khí...................................................................................45 Vũ Văn Tuấn Lớp TĐHTKCK - K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy 2.9.1. Công dụng, phân loại...............................................................................45 2.10 Cụm ống nạp, ống xả và hệ thống thải khí.................................................51 Chương 3: CƠ SỞ TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ...........52 3.1. Động học cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền giao tâm.................................52 3.1.1. Chuyển vị của Piston................................................................................52 3.1.2. Vận tốc Piston..........................................................................................53 3.1.3. Gia tốc Piston...........................................................................................54 3.2. Động lực học cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền..........................................55 3.2.1. Khối lượng của các chi tiết chuyển động.................................................55 3.2.2. Lực và mô men tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền.................57 3.3. Cân bằng động cơ đốt trong........................................................................62 Chương 4: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ PHỎNG NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ V8 Zil 130.............................................................................65 4.1 Động cơ V8 Zil 130.....................................................................................66 4.2 Thiết kế các chi tiết chính trên Autodesk Inventor......................................67 4.3 Mô phỏng động học và động lực học hộp giảm tốc.....................................76 4.3.1 Giới thiệu về phần mềm DDM (DYNAMIC DESIGNER MOTION).....76 4.3.2 Xây dựng mô hình và mô phỏng động học và động lực học động cơ......76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................88 TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................89 Vũ Văn Tuấn Lớp TĐHTKCK - K46 [...]... 3 và 4 1.2.5 Phân loại động cơ theo phương pháp làm mát Hầu hết cả các động cơ xe ôtô được làm mát bằng chất lỏng Chất làm mát tuần hoàn giữa động cơ và bộ phận tản nhiệt để tách lượng nhiệt thái quá Có nhiều động cơ được làm mát bằng không khí (động cơ Volkswagen Beetle) Chúng có cánh bằng kim loại trên xylanh để giúp cho việc tản nhiệt 1.2.6 Phân loại động cơ theo số kỳ Động cơ Piston có chu kỳ làm. .. 1-8-4-3-6-5-7-2 Động cơ V8 của hãng Ford là 1-5-2-6-3-7-8 và 1-3-7-2-6-5-4-8 1 1 1 1 2 3 2 2 3 4 3 4 4 2 4 3 Hình 1.15: Thứ tự đốt cháy của 1 1 2 5 3 3 4 6 5 2 6 6 động cơ 4 xylanh 1 3 5 7 1 8 4 3 6 5 7 2 Hình 1.16: Thứ tự đốt cháy 2 của động cơ 6 xylanh 4 6 8 Hình 1.17: Thứ tự đốt cháy của động cơ V8 Vũ Văn Tuấn 12 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Nhiều công việc sửa chữa động cơ đòi hỏi... trình làm việc của động cơ 2 kì lớn hơn so với động cơ 4 kì, do có số lần sinh công nhiều hơn làm cho động cơ bị đốt nóng và đặc biệt đối với động cơ Diesel dẽ bị bám muội than ở buồng cháy - Trong động cơ xăng 2 kì nếu dùng cac-te chứa dầu bôi trơn để thổi khí, thì dễ làm hỏng dầu bôi trơn Căn cứ vào những ưu điểm trên, động cơ xăng 2 kì thường được dùng ở động cơ có công suất nhỏ ví dụ động cơ phụ... động cơ motor xe máy Còn động cơ Diesel 2 kì dùng nhiều ở động cơ có công suất trung bình và lớn ví dụ động cơ ô tô, tàu thuỷ, máy xây dựng, máy phát điện 1.2.6.4 So sánh động cơ xăng và động cơ Diesel *Ưu điểm: - Hiệu suất của động cơ Diesel lớn hơn động cơ xăng, do hao phí nhiên liệu ít và tỉ số nén cao - Nhiên liệu dùng trong động cơ Diesel là dầu Diesel rẻ tiền và ít gây cháy hơn so với xăng dùng trên. .. như nhau ( V và n ) thì ở Vũ Văn Tuấn 20 Lớp TĐHTKCK- K46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy động cơ 2 kì có thể dùng bánh đà, lắp trên trục khuỷu có kích thước và trọng lượng nhở hơn so với động cơ 4 kì - Động cơ 2 kì không có xupáp nạp và nếu dùng cac-te để thổi khí vào xylanh thì cấu tạo đơn giản và dễ sử dụng hơn động cơ 4 kì * Nhược điểm: - Hiệu suất động cơ 2 kì nhỏ hơn so với động cơ 4 kì do... cả 6 trên mỗi xylanh Hình 1.10 cho thấy động cơ có 4 van trên mỗi xylanh Mục đích của việc bố trí nhiều van là cho phép động cơ nạp và thoát khí nhanh hơn Điều này làm tăng ”hiệu suất thể tích” vì vậy động cơ tạo ra nhiều công suất hơn 1.2.3 Phân loại theo chiều quay động cơ và cách đánh số xylanh Khi nhìn từ bánh đà của động cơ thì chiều quay của trục khuỷu là ngược chiều kim đồng hồ Nếu nhìn vào phía... 23000K Sau hành trình sinh công và thay khí, nếu trục khuỷu vẫn quay thì quá trình 5 làm việc của động cơ xăng 2 kỳ lặp lại như trên b Động cơ Diesel hai kỳ, loại có cửa thổi 6 4 và xupáp xả Động cơ Diesel hai kỳ có đặc 7 8 điểm là không dùng cac-te để chứa và 9 thổi khí mà dùng máy nén khí riêng để thổi khí trực tiếp vào trong xylanh Chu trình làm 3 2 việc của động cơ này như sau: - Hành trình nén:... động cơ xăng - Hệ thống nhiên liệu của động cơ Diesel (bơm cao áp, vòi phun) ít bị hư hỏng và dễ dùng hơn hệ thống nhiên liệu của động cơ xăng (dùng bộ chế hoà khí hoặc hệ thống phun xăng điện tử) *Nhược điểm: - Kích thước và trọng lượng của động cơ Diesel lớn hơn động cơ xăng vì áp suất khí cháy trong động cơ Diesel lớn Do đó trọng lượng riêng của động cơ Diesel lớn hơn trọng lượng riêng của động cơ. .. Đảm bảo động cơ làm việc đồng đều biên độ dao động và mô men xoắn tương đối nhỏ - Động cơ làm việc cân bằng ít rung động - Ứng suất sinh ra do dao động xoắn nhỏ - Công nghệ chế tạo, giá thành rẻ Kích thước của trục khuỷu phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách giữa hai đường tâm xylanh, chiều dày của lót xylanh và phương pháp làm mát Đối với động cơ 2 kỳ kích thước trục khuỷu còn phụ thuộc vào hệ thống quét... nhau Thứ tự đốt cháy của các động cơ cùng loại có thể khác nhau Hai thứ tự đốt cháy trong động cơ 4 xylanh thẳng hàng là: 1-3-4-2 và 1-2-4-3 Động cơ 6 xylanh thẳng hàng có thứ tự là: 1-5-3-6-2-4 Động cơ chrysle V6 và hai loại động cơ General Motors V6 có thứ tự đốt cháy giống nhau là: 1-2-3-4-5-6 Động cơ Ford V6 có thứ tự là 1-4-2-5-3-6 và 1-4-2-3-5-6 Động cơ V8 của hãng chrysler và General Motors là ... 1.1.2 ng c xe ụtụ ng c xe ụtụ l ng c t vỡ nhiờn liu c t chỏy bờn ng c Cú hai loi gm loi chuyn ng tnh tin v chuyn ng quay Chuyn ng tnh tin ngha l chuyn ng lờn, xung hoc ti, lui Hu ht cỏc xe ụtụ,... hoc xp chng lờn nhau) - B trớ nh nan hoa ca bỏnh xe (loi hng kớnh) Trong thc t ch cú loi u c s dng trờn ng c xe ụtụ 1.2.1.1 ng c xylanh Mt vi ng c xe ụtụ nh cú xylanh, b trờn dóy gim trng lng trc... k mỏy 1.2.1.5 ng c V8 ng c V8, xylanh b trớ trờn hai dóy, mi dóy xylanh, hp thnh gúc 900 Trc khuu cú c lp truyn Cỏc truyn ca xylanh i din lp trờn cựng mt c Hỡnh 1.9: ng c V8 1.2.1.6 ng c 12,