Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo Các yếu tố gây nên giao động của động cơ lắp trên khung xe ô tô
Chơng 2 Các yếu tố gây nên dao động của động cơ lắp trên khung xe ôtô 2.1. Đặt vấn đề: Nội dung của chơng này đợc thực hiện nhằm mục đích xác định các yếu tố của lực kích thích cho bài toán khảo sát dao động của động cơ đặt trên khung xe ôtô. 2.2. Các lực, mô men kích thích gây nên dao động của động cơ trên khung xe: Nh ở chơng một đã đợc trình bầy, động cơ đợc lắp đẳt trên khung xe thông qua các đệm đàn hồi ở các chân bệ của động cơ (Gối tựa của động cơ). mỗi gối tựa này chính là một cơ cấu treo, thực hiện đồng thời các chức năng đàn hồi và giảm chấn (Dập tắt các dao động từ động cơ xuống khung). Các gối tựa này hợp thành một hệ treo của động cơ trên khung xe ôtô. Trong quá trình động cơ làm việc để thực hiện chức năng là nguồn động lực của ôtô, để xe chuyển động đợc trên đờng, các yếu tố tác động trực tiếp tới các gối treo của động bao gồm : + Các yếu tố ở bản thân của động cơ : - Lực và mô men quán tính của khối lợng chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay của cơ cấu trục khuỷu, thanh truyền. - Lực và mô men do môi chất công tác bị nén và đốt cháy giãn nở sinh ra (Gọi tắt là lực khí thể, mô men do lực khí thể gây ra). - Lực ma sát phát sinh trên các bề mặt lắp ghép có sự chuyển động tơng đối với nhau. - Sự không cân bằng về khối lợng so với hệ trục tâm đối xứng qua trọng tâm của động cơ. 28 + Các yếu tố tác động t ôtô. Các dao động do sự thay đổi của lực, mô men xoắn, tốc độ quay phát sinh ở các bộ phận của hệ truyền lực ôtô truyền ngợc về động cơ, trong đó đáng lu tâm là chế độ khởi hành, chế độ phanh của ôtô. + Các yếu tố về mặt đờng. Các mấp mô của mặt đờng sẽ gây ra các dao động của các khối lợng đợc treo, khối lợng không đợc treo của ôtô. Trong đó động cơ là một tổng thành, phần cấu thành của khối lợng đợc treo của ôtô. Sự thay đổi liên tục cả về giá trị và hớng của các lực, mô men tác động lên hệ treo của động cơ, gây lên sự dao động (rung động của động cơ, của chung cả ôtô). Các rung động này làm nới lỏng các mối ghép của chân động cơ với khung xe, gia tăng sự hao mòn, sự lão hoá các chi tiết có liên quan, phá huỷ các mối điều chỉnh của các bộ phận, cơ cấu của động cơ,của ôtô gây mỏi mệt cho ngời lái và hành khách Trong khuôn khổ của luận văn, nội dung tiếp sau của chơng chỉ thực hiện các phân tích các yếu tố kích tích dao động phát sinh trong quá trình làm việc chỉ ở bản thân của động cơ. 2.3. Lực và mô men quán tính phát sinh ở động cơ: Do quy luật động học của cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền của động cơ, theo quá trình làm việc của động cơ luôn phát sinh lực, mô men quán tính trên cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền, từ đó sẽ truyền qua thân của động cơ tác động nên các gối treo đàn hồi của động cơ. Lực quán tính tác động trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền của động cơ đợc mô tả ở (hình 2.1) Theo động cơ, lực quán tình phát sinh trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền ở một xi lanh của động cơ, là tổng hợp của các lực quán tính cấp 29 1(Pqt1), và lực quán tính cấp 2 (Pqt2),và lực quán tính ly tâm (Pqtlt): 2 1 cos qt A P m R = (2.1) 2 2 cos 2 qt A P m R = (2.2) 2 qtlt B P m R = (2.3) Trong các biểu thức ở trên: mA Khối lợng quy dẫn của các khối lợng chuyển động tịnh tiến và quay của cơ cấu truvj khuỷ - thanh truyền. MB Khối lợng quy dẫn của các khối lợngchuyển động quay của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền. Hình 2.1 Các lực tác động trên cơ cấu Trục khuỷu thanh truyền ở một xi lanh động cơ 30 Các lực (Pqt1 và Pqt2) là cùng hớng chiều tác dụng nên: Pqt1 + Pqt2 = Pqt (2.4) 2 (cos 2 cos 2 ) qt A P m R = + (2.5) Pqt - Đợc gọi là lực quán tính của các khối lợng 2.4. Các lực, mô men quán tính và sự cân bằng của động cơ: 2.4.1. Các lực, mô men quán tính và sự cân băng của độg cơ 4 kỳ, 4 xi lanh thẳng hàng: Các lực quán tính tác động trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền ở các xi lanh của động cơ 4kỳ đợc thể hiện ở (hình vẽ2.2) Hình 2.2. Các lực quán tính tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền Thứ tự nổ của động cơ này có thể là(1-3- 4-2 ) hoặc (1- 2- 4- 3) 31 + Tổng các lực quán tính cấp1 1 1 1 1 2 1 3 1 4 qt t qt xl qt xl qt xl qt xl P p p p p= + + + (2.6) [ ] 2 1 cos cos( ) cos(3 ) cos(2 ) qt t A P m R = + + + + + + [ ] 2 cos cos cos cos 0 A m R = + = (2.7) + Tổng các lực quán tính cấp 2 : 2 2 1 2 2 2 3 2 4 qt t qt xl qt xl qt xl qt xl P p p p p= + + + (2.8) [ ] 2 2 cos 2 cos 2( ) cos 2(3 ) cos 2(2 ) qt t A P m R = + + + + + + [ ] 2 cos 2 cos 2 cos 2 cos 2 A m R = + + + 2 4 cos 2 A m R = (2.9) + Tổng các lực quán tính ly tâm : 1 2 3 4 0 qtlt qtltxl qtltxl qtltxl qtltxl P p p p p= + = (2.10) + Tổng mô men của các lực quán tính, do sự đối xứng của động cơ nên : 1 2 0 Pqt t Pqt t Plt M M M= = = (2.11) ở đây : 1 2 , , Pqt t Pqt t Plt M M M - Mô men do lực quán tính cấp 1, cấp 2, lực ly tâm 2.4.2. Lực quán tính, mô men quán tính và sự cân bằng ở động cơ 2kỳ, 4 xi lanh, thẳng hàng: Các lực quán tính tác động trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền động cơ hai kỳ 4 xy lanh - hình vẽ: 32 Hình 2.3. Các lực quán tính tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền Thứ tự nổ của động cơ loại này là: 1-3-4-2: +Tổng các lực quán tính cấp 1: 1 1 1 1 2 1 3 1 4j t qt xl qt xl qt xl qt xl P p p p p= + + + (2.12) 2 1 3 cos cos( ) cos( ) cos( ) 2 2 j t A P m R = + + + + + + [ ] 2 cos sin sin cos 0 A m R = + = (2.13) +Tổng các lực quán tính cấp 2: 2 2 1 2 2 2 3 2 4j t qt xl qt xl qt xl qt xl P p p p p= + + + (2.14) 2 2 3 cos 2 cos 2( ) cos 2( ) cos 2( ) 2 2 j t A P m R = + + + + + + [ ] 2 cos 2 cos 2 cos 2 cos 2 0 A m R = + = (2.15) +Tổng các lực quán tính ly tâm : 33 Vì : 1 2 3 4qtltxl qtltxl qtltxl qtltxl p p p p= = = nên 1 4 2 3 ( ) ( ) ltt ltxl ltxl ltxl ltxl P p p p p= + (2.16) + Mômen tổng do lực quán tính cấp 1 ở các xi lanh của động cơ đối với trục xi lanh thứ nhất : 2 1 1 3 cos( ) 2 cos( ) 3cos( ) 2 2 j t A M am R = + + + + + 2 (3cos sin ) A am R = (2.17) + Mômen tổng do lực quán tính cấp 2 ở các xi lanh của động cơ đối với trục xi lanh thứ nhất : 2 2 1 3 cos 2( ) 2 cos 2( ) 3cos 2( ) 2 2 j t A M am R = + + + + + 2 (cos 2 2cos 2 3cos 2 ) 0 A am R = + = (2.18) + Mômen do các lực ly tâm ở xi lanh : - Trong mặt phẳng chứa cơ cấu trục khuỷu thanh truyền ở các xi lanh 1,4: 1 4 3 lt lt M aP = (2.19) - Trong mặt phẳng chứa cơ cấu trục khuỷu thanh truyền ở các xi lanh2,3: 2 3 2 lt lt lt lt M aP aP aP = = (2.20) + Mômen tổng do các lực ly tâm : 2 1 4 2 3 ( ) ( ) ltt lt lt M M M = + (2.21) 2 2 2 2 2 10 10 lt lt lt B a P a P aP am R = + = = + Mômen tổng này tác dụng trong mặt phẳng hợp với các mặt phẳng(các mặt phẳng này // với nhau) chứa cơ cấu trục khuỷu thanh truyền của xi lanh 1, xi lanh 4 một góc : 2 3 1 4 1 3 3 lt lt lt lt M aP tg M aP = = = (2.22) 34 0 ' 18 26 = 2.4.3. Lực quán tính, mô men quán tính và sự cân băng ở động cơ 4kỳ, 6 xi lanh, thẳng hàng: Trạng thái làm việc của động cơ 4kỳ, 6xi lanh, thẳng hàng đợc thể hiện ở hình vẽ Hình 2-4 Trạng thái làm việc của động cơ 6xi lanh ở động cơ loại này, phổ biến hơn các là có thứ tự nổ của các xi lanh nh sau: (1-5-3-6-2-4) Hình 2.4. Các lực quán tính tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền + Tổng các lực quán tính cấp 1 2 1 4 2 2 4 cos cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos(2 ) 3 3 3 3 j t A P m R = + + + + + + 2 2 4 2 cos cos( ) cos( ) 0 3 3 A m R = + + + + = (2.23) + Tổng các lực quán tính cấp 2 35 2 2 2 4 2 cos 2 cos 2( ) cos 2( ) 0 3 3 j t A P m R = + + + + = (2.24) + Tổng các lực ly tâm tác độngtrên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền ở các xi lanh: 2 2 4 1 cos cos 3 3 ltt B p m R = + + 2 1 1 1 0 2 2 B m R = + + = (2.25) Do đối xứng có nghĩa động cơ 4kỳ, 6xi lanh, thẳng hàngđợc cân bằng hoàn toàn dới tác dụng của lực quán tính cấp1, cấp 2 và các lực ly tâm phát sinh trong các xi lanh ở một thời điểm làm việcbất kỳ của động cơ. Điều đó cũng có nghĩa tổng hợp các lực, mômen do các lực này đợc triệt tiêu không đợc chuền xuống các chân đế của động cơ, không phảI là các yếu tố kích thích gây ra dao độngcủa động cơ trên hệ treo đặt giữa động cơ với khung ôtô. 2.4.4. Lực quán tính, mô men quán tính và sự cân băng ở động cơ 4kỳ, 6 xi lanh, dạng ch V, với góc doãng giữa 2 hàng xi lamh 2 = : ở động cơ loại này đợc sử dụng 3 cơ cấu trục khuỷu thanh truyền kép với góc hợp giữa 2 thanh truyền ở một cơ cấu trục khuỷu thanh truyền 2 3 , thứ tự nổ ở các xi lamh của động cơ là (1-4-2-5-3-6) Trạng thái làm việc, lực, mômen tác động trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền của các xi lanh động cơ đợc thể hiện nh (hình 2.5) 36 Hình2.5. Trạng thái làm việc, lực quán tính,ly tâm,mômen do lực (qt,lt) +Tổng các lực quán tính cấp1 và lực ly tâm phát sinh trên các cơ cấu trục khuỷu thanh truyền ở các xi lanh của động cơ: 2 1 ( ) 1 2 cos 0 3 j ltt A B P m m R = + = (2.26) 37 [...]... 2.7 Các lực cản ma sát, các lực cản dẫn động các thiết bị đồng bộ của động cơ Trong quá trình làm việc Động cơ phải dãn động các thiết bị đồng bộ của nó nh máy phát điện, máy nén khí Lực dẫn động từ các thiết bị này cũng có thể gây kích thích dao động trên các gối ta Các lực ma sát phát sinh trong các bề mặt làm việc có chuyển động tơng đối của các chi tiết, bộ phận động cơ cũng là nguyên nhân gây. .. bộ do tác động mất cân bằng của mômennày ở động cơ ngời ta đã thực hiện đặt các đối trọngở các đầu mút trục khuỷu động cơ 44 Mômen tổng do các lực quán tính cấp 2 tơng t nh do các quán tính cấp 1, có giá tri chiều tác dụng luôn thay đổi, cũng không có khả năng tạo ra sự cân bằng động cơ, để khắc phục sự gây mất cân bằng của mômen này Tác động gây mất cân bằng do các lực ly tâm trên các cơ cấu trục... không khí ở môi trờng xung quanh Hình 2.9 Tác động của lực khí thể trong buồng công tác của động cơ Hình 2.10 Diễn biến các hành trình công tác trong động cơ 4 kì, 6 xilanh 46 áp suất khí thể trong buồng công tác tác dụng nên thành vách xi lanh, sự tác động của chúng trong buồng công tác là cân bằng theo các hớng áp suất khí thể tạo nên các lực khí thể( P 'kt tác dụng nên nắp máy và Pkt tác động nên. .. trọng trên các má khuỷu của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền thứ 1và cuối cùng với góc đặt là 30 0 so với mặt phẳng của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền thứ 1 45 2.5 Tác động của lực khí thể trong các xi lanh động cơ : Các lực khí thể trong các buồng công tác của xi lanh động cơ là các lực hữu ích tạo nên của động cơ ở kỳ nổ và giãn nở áp suất khí thể trong buồng công tác của các xi lanh có giá trị lớn... đỉnh Pistông qua cơ cấu trục khuỷu thanh truyền xuống đáy động cơ) : Pkt = P 'kt (2.54) Hình 2.11 Sự biến thiên của áp suất khí thể trong chu kỳ làm việc của một xy lanh Hai lực này cân bằng lẫn nhau Do vậy áp lực do áp suất khí thể không hình thành lực thẳng đúng trên các gối chân đế lắp động cơ cố định trên khung xe Lực khí thể làm hình thành mômen xoắn quay trục khuỷu của động cơ và gây lên mômen...38 +Mômen tổng do các lực quán tính cấp1 và lực ly tâm phát sinh trên các cơ cấu trục khuỷu thanh truyền ở các xi lanhgcủa động cơ: M j1ltt = 3a (mA + mB ) R 2 (2.27) dới tác dụng của mômen này làm cho động cơ mất cân bằng Để tạo sự cân bằng ở tất cả các động cơ loại này ngời ta đặt các đối trọng trên các má khuỷu của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền thứ nhất và... đàvà vở đầu trục khuỷu động cơ, có thể là thực hiện đồng thời cả hai biện pháp này +Tổng các lực quán tính cấp 2 tác động trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền ở các xi lanh của động cơ: 4 2 Pj 2t = 2mA R 2 cos 2 + cos( + 2 ) + cos( + 2 ) 3 3 (2.28) +Mômen tổng do các lực quán tính cấp2 và lực ly tâm phát sinh trên các cơ cấu trục khuỷu thanh truyền ở các xi lanh của động cơ: 4 M j 2 ltt = 2amA... đặt ở đuôi trục khuỷu trong mặt phẳng tác dụng của mômen +Tổng các lực quán tính cấp 2tác động trong mặt phẳng ngang cũng đợc cân bằng: 3 Pj 2t = 2mA R 2 cos 2 + cos 2( + ) + cos 2( + ) + cos 2( + ) 2 2 40 = 2mA R 2 [ cos 2 cos 2 cos 2 + cos 2 ] = 0 (2.32) +Mômen do các lực quán tính câp2 ở động cơ này cũng đợc triệt tiêu: M j 2t = 0 (2.33) các động cơ loại này đợc lắp trên xe tô (130,... đợccác quá trình trạng thái lam việc của một xi lanh ở một động cơ, có các lực tác dụng nên nó, các lực tác dụng nên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền Từ đó ta đa ra các phân tích tính toán cần thiết xác địmh các yêu tố gây dao động của động cơ trong đó đã tập trung xác định các yếu tố kích thích dao động cho động cơ khảo sát ... Nh vậy mô men tổng do các lực quán tính cấp 1 phát sinh trên các cơ cấu trục khuỷu thanh truyền ở các xi lanh của động cơ là: M j1t = M 2 j1tt + M 2 j1tp 2M j1tt M j1tp cos 3 9 3 3 (3.49) + 3sin 2 sin 2 4 2 uu r Phân tích (3.49) cho thấy M j1t cho thấy nó luôn thay đổi cả về giá trị và hớng tác M j1t = amA R 2 dụng Do vậy không có khả năng cân bằng toàn phần động cơ do tác động của mômen này Để
