Bài giảng Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong - Chương 1: Động học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

Nội dung text: Bài giảng Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong - Chương 1: Động học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

1. KHOA ĐỘNG LỰC BỘ MễN ĐỘNG CƠ BÀI GIẢNG KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Thời gian: 60 tiết (3 tớn chỉ) Dựng cho lớp: VB2 XQS3
2. NỘI DUNG Chương 1. Động học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền (CCKTTT) Chương 2. Động lực học CCKTTT Chương 3. Cõn bằng và dao động xoắn của động cơ Chương 4. Cỏc chế độ làm việc và phương phỏp tớnh sức bền cỏc chi tiết Chương 5. Nhúm chi tiết cố định Chương 6. Nhúm pớt tụng Chương 7. Nhúm thanh truyền Chương 8. Trục khuỷu và Bỏnh đà Chương 9. Cơ cấu phối khớ (CCPK) Chương 10. Cỏc hệ thống trờn động cơ - Hệ thống bụi trơn - Hệ thống làm mỏt - Hệ thống sấy núng và khởi động
3. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Kết cấu và Tớnh toỏn động cơ đốt trong (tập 1, 2); Lại Văn Đinh- Vy Hữu Thành, NXB Học viện KTQS, 1996 - 2003. 2. Kết cấu và Tớnh toỏn động cơ đốt trong (tập 1, 2, 3); Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phỳ, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến; NXB Đại học và Trung học chuyờn nghiệp, 1979. 3. ATLAT động cơ đốt trong (tập 1, 2), Bộ mụn Động cơ - Khoa Động lực, NXB Học viện KTQS, 2003. 4. Động cơ đốt trong; Phạm Minh Tuấn, NXB KHKT 2005. 5. Đại cương động cơ đốt trong, Lại Văn Định, NXB Học viện KTQS, 2007. 6. Nguyờn lý, kết cấu và khai thỏc cỏc hệ thống phun xăng trờn động cơ ụ tụ hiện đại. Hà Quang Minh. Học viện KTQS. 1999. 7. Hệ thống phun xăng điện tử dựng trờn xe du lịch. Hoàng Xuõn Quốc. NXB KHKT. 1996. 8. Automotive Handbook, BOSCH (1996), Cambridge, USA. 9. Hướng dẫn Đồ ỏn mụn học ĐCĐT. Vy Hữu Thành, Vũ Anh Tuấn. NXB Học viện KTQS, 1999.
4. Giỏo viờn phụ trỏch • TS Lương Đỡnh Thi, 4/, BM Động cơ, Khoa Động lực, HVKTQS. 0974.922.757. Thidongluc33@yahoo.com. • KS Đào Duy Tựng, 2/, BM Động cơ, Khoa Động lực, HVKTQS. 0987.752.224.
5. CHƯƠNG 1. ĐỘNG HỌC CCKTTT 1.1. Động học CCKTTT giao tõm 1.2. Động học CCKTTT lệch tõm 1.3. Động học CCKTTT cú TT chớnh – phụ
6. A A ĐCT Spl A’ Sp SL CCKTTT giao tõm 1 CCKTTT CCKTTT lệch tõm A’’ l  B ĐCD R O E 2 e CCKTTT cú TT chớnh – phụ
7. Động học pớt tụng Động học CCKTTT Động học thanh truyền Động học trục khuỷu Chuyển vị Động học Vận tốc Gia tốc
8. 1.1. Động học CCKTTT giao tõm A ĐCT • Giả thiết: - Tốc độ quay của TK ω = const (n = const ). Sp - Cỏc chi tiết cứng vững tuyệt đối Chỳ thớch: ĐCT- điểm chết trờn (A) A’ ĐCD- điểm chết dưới (A’) ĐCD R - bỏn kớnh quay của khuỷu trục l - chiều dài thanh truyền β - gúc giữa đường tõm TT và đường tõm XL α - gúc giữa đưũng tõm mỏ khuỷu với đường tõm XL S = AA’ = 2R – Hành trỡnh của piston λ = R/l - hệ số kết cấu Sơ đồ nguyờn lý CCKTTT giao tõm
9. A 1.1.1. Động học pớt tụng Sp 1.1.1.1. Chuyển vị của pớt tụng • Chuyển vị Sp tớnh từ ĐCT: Sp = AB = AO - (DO + BD) = (l + R) - (R.cosα + l.cosβ) (1.1) (1.2) • λ là thụng số đặc trưng của mỗi động cơ. Khi tăng λ sẽ giảm được chiều cao động cơ, nhưng cú nhiều nhược điểm:  λ thanh truyền ngắn  β max dễ kẹt pớt tụng trong XL.  λ  lực ngang N  tổn thất ma sỏt và mài mũn XL Động cơ ụ tụ - mỏy kộo : λ = 1/3  1/4
10. • Việc sử dụng cụng thức (1.2) khụng thuận tiện vỡ Sp phụ thuộc vào cả α và β. Trong tớnh toỏn nguời ta mong muốn Sp chỉ là hàm của α . Cú thể dựng cụng thức gần đỳng để xỏc định Sp: (1.3) Theo (1.3), Sp được chia thành: Sp = SpI + SpII Chuyển vị cấp 1: Sp1 = R(1 - cosα) Chuyển vị cấp 2 : Sp2 = (Rλ/4).(1 - cos2α) (1.4)
11. 1.1.1.2. Vận tốc của pớt tụng • Đạo hàm cụng thức (1.2) theo thời gian ta cú biểu thức vận tốc chớnh xỏc: (1.5) • Đạo hàm cụng thức (1.3) theo thời gian ta cú biểu thức gần đỳng của vận tốc: (1.6) • Vp cũng được chia thành: Vp = Vp1 + Vp2 Vận tốc cấp 1: Vp1 = R.ω.sinα Vận tốc cấp 2 : Vp2 = (R.λ.ω.sin2α)/2
12. • Gúc quay TK ứng với tốc độ piston lớn nhất • Tốc độ trung bỡnh của pớt tụng Vptb: (1.7) • Vptb xỏc định mức độ cao tốc của động cơ, đồng thời cũn đặc trưng cho mức độ phụ tải nhiệt, phụ tải cơ học và mức độ mài mũn của cỏc chi tiết. Dựa theo Vptb để phõn loại : - Vptb = 3,5 – 6,5 m/s : động cơ tốc độ thấp - Vptb = 6,5 – 9,0 m/s : động cơ tốc độ trung bỡnh - Vptb > 9,0 m/s : động cơ tốc độ cao Động cơ ụ tụ – xe tăng, thiết giỏp – mỏy kộo: Vptb = 8 15 m/s
13. 1.1.1.3. Gia tốc của pớt tụng • Đạo hàm cụng thức (1.5) theo thời gian ta cú biểu thức gia tốc chớnh xỏc: (1.8) • Đạo hàm cụng thức (1.6) theo thời gian ta cú biểu thức gần đỳng của gia tốc: 2 Jp = R.ω (cosα + λ.cos2α) (1.9) Giỏ trị của (cosα + λ.cos2α) được tớnh sẵn dưới dạng bảng hoặc sử dụng cỏc chương trỡnh phần mềm trờn mỏy tớnh (Excel, Matlab ). • Jp được chia thành: Jp = Jp1 + Jp2 2 Gia tốc cấp 1: Jp1 = R.ω .cosα 2 Gia tốc cấp 2 : Jp2 = R.ω .λ.cos2α
14. Đồ thị chuyển vị, vận tốc và gia tốc của pớt tụng theo gúc quay trục khuỷu
15. 1.1.2. Động học thanh truyền • Thanh truyền chuyển động song phẳng phức tạp trong mặt phẳng vuụng gúc với đường tõm TK. Đầu to TT quay trũn quanh đường tõm TK với tốc độ gúc ω. Đầu nhỏ TT chuyển động tịnh tiến cựng với pớt tụng. • Chuyển vị gúc của thanh truyền: Ta cú: sinβ = R/l.sinα = λ.sinα β = arcsin (λ.sinα) (1.10) • Tốc độ gúc của TT: (1.11)
16. 1.1.2. Động học thanh truyền • Gia tốc gúc của TT: (1.12)
17. 1.1.3. Khảo sỏt động học pớt tụng bằng phương phỏp đồ thị Xỏc định chuyển vị pớt tụng bằng phương phỏp vũng trũn Bric 0 0 ĐCT A 00 90 180 0 S B S p p C M S S = = O 2 2 R R R  / 2 O' D ĐCD Cỏch triển khai quan hệ Sp = f( ) bằng phương phỏp Bric AC = AO – OC = AO – (CO’ – OO’) = R – MO’.cosα + R.λ/2 (1.13) MO’ R + R.λ/2.cosα; thay vào (1.12): AC = R.[(1 – cosα) + λ/4.(1 – cos2α)] = Sp
18. Xỏc định vận tốc pớt tụng bằng phương phỏp 2 vũng trũn đồng tõm b 2’ a c 1’ 3’ A 4’ B 0 0’ d f 8 7’ e 6’ 5’ 1 7 2 6 3 5 4 Xỏc định vận tốc của pớt tụng theo bằng 2 vũng trũn đồng tõm
19. Xỏc định gia tốc pớt tụng bằng phương phỏp Tụlờ ( ≤ 1/4) C 1 R2(1+) S 2 F1 A 3 E B ĐCT F2 2 -3R 4 R2(1-) F 1’ 2’ 3’ 4’ D Xỏc định gia tốc của pớt tụng theo bằng PP Tụ lờ
20. Xỏc định gia tốc pớt tụng bằng phương phỏp 2 vũng trũn đồng tõm 6’ 5’ 7’ B A 4’ 0 8 0 a 3’ 1’ 2’ 1 b 7 c 2 6 d 3 5 e 4 Xỏc định gia tốc của pớt tụng theo bằng 2 vũng trũn đồng tõm
21. 1.2. Động học CCKTTT lệch tõm A Spl A’ Chỳ thớch: SL A - điểm chết trờn 1 A’’ - điểm chết dưới R - bỏn kớnh quay của khuỷu trục A’’ l - chiều dài thanh truyền l β - gúc giữa đường tõm TT và đường tõm XL  B α - gúc giữa đưũng tõm mỏ khuỷu với đường tõm XL SL – hành trỡnh pớt tụng O R  = R/l - hệ số kết cấu E e - độ lệch tõm 2 k = e/R – hệ số lệch tõm, k = 0,05 – 0,2 e Sơ đồ nguyờn lý CCKTTT lệch tõm
22. đường tõm xi lanh khụng cắt đường tõm trục khuỷu 2 dạng lệch tõm đường tõm xi lanh cắt đường tõm trục khuỷu nhưng khụng đi qua đường tõm chốt piston Cỏc điểm chết: - α1 : gúc quay trục khuỷu ứng với ĐCT - α2 : gúc quay trục khuỷu ứng với ĐCD Giả thiết: - Tốc độ gúc của TK ω = const. - Cỏc chi tiết cứng vững tuyệt đối Quy ước: Gúc quay trục khuỷu được bắt đầu tớnh từ đường thẳng đi qua đường tõm trục khuỷu và song song với đường tõm xi lanh
23. • Ưu điểm: – San đều lực ngang tỏc dụng lờn xi lanh (mũn đều) – Hành trỡnh tăng Vh tăng, ηv tăng Ne tăng – Pha nạp tăng (180 – α1 + α2; α2 > α1) ηv tăng Ne tăng – Quỏ trỡnh chỏy gần đẳng tớch hơn (chu trỡnh đẳng tớch) – Pha nộn giảm (180 + α1 – α2), Vpt cuối quỏ trỡnh nộn cao hơn, pc, Tc cao hơn – Vpt gần ĐCD cuối hành trỡnh nạp cao hơn, hiệu ứng nạp quỏn tớnh tốt hơn • Nhược điểm: – Lực quỏn tớnh tăng – Tớnh toỏn cỏc quỏ trỡnh phức tạp
24. 1.2.1. Động học pớt tụng A Spl 1.2.1.1. Hành trỡnh của pớt tụng: A’ SL 1 A’’ l  B O R (1.14) E 2 e SL > Sp
25. A Spl A’ 1.2.1.2. Chuyển vị của pớt SL tụng: 1 A’’ l (1.15)  B O R E 2 e (1.16)
26. 1.2.1.3. Vận tốc của pớt tụng: Cụng thức gần đỳng (đạo hàm 1.16 theo thời gian): (1.17) Cụng thức chớnh xỏc (đạo hàm 1.15 theo thời gian): ộsin( +  ) ự = Rw ờ ỳ (1.18) ở cos  ỷ
27. 1.2.1.4. Gia tốc của pớt tụng: Cụng thức chớnh xỏc 2 dVpl 2 ộcos( +  ) cos ự J pl = = Rw ờ +  ỳ (1.19) dt ở cos  cos3  ỷ Cụng thức gần đỳng (1.20) Gúc quay của TK ứng với vị trớ ĐCT Gúc quay của TK ứng với vị trớ ĐCD
28. 1.2.2. Động học thanh truyền 1.2.2.1. Chuyển vị gúc của thanh truyền: (1.21) cr = arcsin[(sin -k)] 1.2.2.2. Vận tốc gúc của thanh truyền: (1.22) (1.23)
29. 1.2.2.3. Gia tốc gúc của thanh truyền: (1.24) (1.25)
30. 1.3. Động học CCKTTT động cơ kiểu chữ V Phõn loại CCKTTT động cơ kiểu V theo quan điểm động học: Loại 1: Động cơ kiểu V cú động học hai dóy giống nhau: TT đồng dạng, TT hỡnh nạng – trung tõm. Dựng cụng thức của CCKTTT động cơ một hàng xi lanh. Loại 2: Động cơ kiểu chữ V cú động học hai dóy khỏc nhau: TT chớnh – phụ. Động học dóy chớnh giống động cơ một hàng xi lanh, động học dóy phụ khỏc và được xỏc định ở phần sau.
31. Chỳ thớch: ĐCT - điểm chết trờn ở dóy phụ, B’ C – vị trớ chốt phụ R - bỏn kớnh quay của khuỷu trục L - chiều dài thanh truyền chớnh l - chiều dài thanh truyền phụ r – khoảng cỏch từ tõm đầu to TT chớnh đến chốt phụ β1 - gúc giữa đường tõm TT phụ và đường tõm XL phụ 1 - gúc giữa đưũng tõm mỏ khuỷu với đường tõm XL phụ  - gúc nhị diện 1 – gúc giữa đường tõm TT chớnh với đoạn thẳng nối tõm đầu to với chốt phụ Sơ đồ nguyờn lý CCKTTT động cơ kiểu V thanh truyền chớnh - phụ
32. Giả thiết: - Tốc độ gúc của TK  = const. - Cỏc chi tiết cứng vững tuyệt đối Ưu điểm: - Rỳt ngắn chiều dài, giảm chiều cao động cơ thuận lợi cho việc bố trớ trong khoang động lực. - Tăng độ cững vững cho CCKTTT và đc núi chung. Nhược điểm: - Quy luật động học 2 dóy khỏc nhau - Tớnh toỏn động học, động lực học dóy phụ phức tạp - Kết cấu thanh truyền chớnh phức tạp
33. 1.3.1. Chuyển vị của pớt tụng dóy phụ: (1.26) 1.3.2. Hành trỡnh của pớt tụng dóy phụ: (1.27)
34. 1.3.3. Vận tốc của pớt tụng dóy phụ: (1.28)
35. 1.3.4. Gia tốc của pớt tụng dóy phụ: (1.29) 1.3.5. Chuyển vị của TT dóy phụ: 1.3.6. Vận tốc gúc của TT dóy phụ: 1.3.7. Gia tốc gúc của TT dóy phụ: