Xem mẫu

  1.  TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG                         GVHD: Nguyễn Quốc  Sỹ LỜI MỞ ĐẦU Ngành công nghiệp ô tô đã ra đời từ rất lâu, rất nhiều quốc gia tích cực thúc  đẩy ngành ô tô này một cách mạnh mẽ. Và có thể nói, đây là một ngành cho thấy sự  phát triển của đất nước, tiện nghi, lợi ích cho con người. Nhận thức được điều này,   Đảng và Nhà nước đã tích cực thúc đẩy sự phát triển, tập trung vào ngành ô tô, từng   bước phát triển và tiến tới sản xuất ô tô trong nước mà không cần nhập khẩu. Môn “Đồ  án tính toán kết cấu động cơ  đốt trong” là một trong những môn  học đóng vai trò quan trọng trong việc thiết tập cơ  sở  khoa học để  thiết kế, tính   toán và kiểm nghiệm các chi tiết trong động cơ  nhằm tối  ưu hóa các đặc tính của  động cơ mà vẫn có thể  bảo vệ môi trường, phù hợp với nhu cầu con người. Đồng  thời thể hiện độ mạnh mẽ và bên bỉ trong từng chi tiết động cơ. Môn học  này cũng là  môn cơ  sở,  là  bước  đệm  đầu tiên  cho ngành công   nghiệp ô tô ra đời. Xuất phát từ  những điều kiện trên, với môn học này, nhóm   chúng em đã được thầy giáo giao đề tài: “ Tính toán nhiệt, động lực học trục khuỷu  –   thanh   truyền,   kiểm   nghiệm   bền   các   chi   tiết   chủ   yếu”   trong   động   cơ   :   SSANGYONG MUSSO E23. Trong quá trình thực hiện đê tài này, được sự hướng dẫn của thầy Hà Thanh   Liêm, cũng như những giáo viên khác. Nhóm chúng em nay đã hoàn thành đề tài của  mình. Do điều kiện về  thời gian cũng như  hạn chế  về  trình độ  chuyên môn của  bản thân, thêm vào đó vấn đề  nghiên cứu này khá mới mẻ  so với nhóm chúng em   nên đề  tài cũng không thể tránh khỏi sai sót. Vì vậy, em mong nhận được sự  đóng   góp, bổ sung của thầy để nhóm chúng em hiểu rõ hơn và có thể nâng cao nhận thức   hơn. Nhóm chân thành cảm ơn! TP.HCM, Ngày 8 tháng 5 năm 2019 Nhóm thực hiện: Nhóm 1 Nguyễn Ngọc Thắng    15079621 Đặng Lê Trí Toàn  15073581 Nguyễn Thành Nam     15035061 1Nhóm 1
  2.  TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG                         GVHD: Nguyễn Quốc  Sỹ 2Nhóm 1
  3.  TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG                         GVHD: Nguyễn Quốc  Sỹ Ý KIẾN CỦA GIÁO VIÊN ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... 3Nhóm 1
  4.  TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG                         GVHD: Nguyễn Quốc  Sỹ Mục Lục CHƯƠNG 1 : TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Mục đích tính toán           Tính toán nhiệt động cơ đốt trong (ĐCĐT) chủ yếu là xây dựng trên đồ thị  công chỉ  thị  của một động cơ  cần được thiết kế  thông qua việc tính toán các   thông số nhiệt động học của chu trình công tác trong động cơ gồm các quá trình   :                                               Nạp ­ nén ­ (cháy + dãn nở) ­ thải          Mỗi quá trình được đặc trưng bởi các thông số trạng thái là nhiệt độ , áp  suất, thể tích của môi chất công tác (MCCT)  ở  đầu và cuối quá trình. Trên cơ  sở  lý thuyết nhiệt động học kỹ  thuật, nhiệt động hóa học , lý thuyết động cơ  đốt trong , xác định giá trị của các thông số nêu trên.          Tiếp theo, ta tính các thông số  đánh giá tính năng của chu trình gồm các   thông số chỉ thị và thông số có ích của chu trình như : áp suất chỉ thị trung bình  pi, áp suất có ích trung bình pω, công suất chỉ thị Ni, công suất có ích Ne, …           Cuối cùng, bằng kết quả  tính toán nói trên xây dựng đồ  thị  công chỉ  thị  của chu trình công tác và đây là các số liệu cơ bản cho bước tính toán động lực   học và thiết kế sơ bộ cũng như thiết kế kỹ thuật toàn bộ động cơ.          Trong tính toán kiểm nghiệm động cơ cho trước , việc tính toán nhiệt có   thể  được thay thế  bằng cách đo đồ  thị  công thực tế  trên băng thử  công suất   động cơ nhờ các phương tiện , các công cụ đo , ghi có kĩ thuật cơ điện tử và tin  học hiện đại. tuy nhiên, với phương pháp tính toán dựa trên cơ  sở  lý thuyết   nhiệt động hóa học trong   ĐCĐT,   người ta cũng có thể  tiến hành khảo sát  những chỉ  tiêu động lực và chỉ  tiêu kinh tế  của các động cơ  đã có sẵn này với  kết quả đáng tinh cậy. 1.1.2 Chế độ tính toán          Chế độ làm việc của động cơ được đặc trưng bằng các thông số cơ bản   như  công suất có ích , mô men xoắn có ích , tốc độ  quay và nhiều thông số  4Nhóm 1
  5.  TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG                         GVHD: Nguyễn Quốc  Sỹ khác. Các thông số ấy có thể ổn định hoặc thay đổi trong phạm vi rộng tùy theo  công dụng của động cơ.          Mỗi chế độ  làm việc của động cơ  có ảnh hưởng đến tính kinh tế, hiệu  quả, tuổi thọ , sức bền của các chi tiết và các chỉ tiêu khác.          Chế độ được chọn để tính toán gọi là chế độ tính toán. Chế độ tính toán   là những chế  độ   ảnh hưởng đến sức bền và tuổi thọ  của các chi tiết đối với  từng loại động cơ cụ thể và chế độ  phụ tải. Do đó việc chọn chế độ  tính toán  phải được cân nhắc kĩ.           Đối với động cơ  tĩnh tại, chế  độ  tính toán thường là chế  độ  công suất   định mức.         Đối với động cơ trên xe , người ta thường tính đối với cả hai chế độ  mô  men xoắn có ích lớn nhất và công suất có ích lớn nhất ( đối với động cơ xăng)  hoặc công suất có ích định mức ( đối với động cơ diesel).                  Đối với động cơ  cao tốc , chế  độ  tính là chế  độ  công suất lớn nhất   thường được chọn để  tính , vì  ở  đó các lực khí thể  và quán tính đều lớn. các  chế độ tính toán phải tiến hành đối với phụ tải toàn phần ứng với lượng cung   cấp nhiên liệu lớn nhất , vì ở đó trạng thái nhiệt của động cơ và phụ tải cơ học  cao nhất.          Những chế độ tính toán khác như : chế độ tải cục bộ, khi thay đổi thành  phần hỗn hợp cháy , thay đổi góc đánh lửa hoặc góc phun nhiên liệu sớm chỉ  được tiến hành khi cần khảo sát riêng biệt.          Thông thường, người ta giả thiết rằng động cơ làm việc ổn định ở chế độ  tính toán.          Nhưng thực nghiệm cho thấy là ở cùng một chế độ làm việc của động cơ  các chu trình xảy ra không hoàn toàn giống nhau. Giá trị của áp suất lớn nhất và   áp suất trung bình có thể  chênh lệch nhau khoảng 5%­10%. Điều này do các  yếu tố  như  điều kiện khí động của quá trình nạp, sự  biến động của quá trình  cung cấp nhiên liệu , tạo hỗn hợp và khí cháy…           Chi phối. Như vậy, các số  liệu ban đầu và kết quả  tính toán thu được   cũng chỉ là những giá trị trung bình mà thôi. 1.2 Các thông số cho trước của động cơ Môi trường sử dụng động cơ: môi trường bình thường. Kiểu, loại động cơ: SSANGYONG MUSSO E23, Vh=2293 cm 5Nhóm 1
  6.  TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG                         GVHD: Nguyễn Quốc  Sỹ Số kỳ τ: 4 Số xilanh i: 4 Cách bố trí các xilanh: thẳng hàng Đường kính xilanh, D= 8.72  (cm) Hành trình piston, S= 9,592 (cm) Công suất thiết kế, Ne = 102,9 (kW) Số vòng quay thiết kế , n = 5300(v/ph) Tỷ số nén, ε = 10,4 Kiểu buồng cháy và phương pháp tạo hỗn hợp: Buồng cháy thống nhất Kiểu làm mát: Làm mát bằng  Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích : (g/kW.h) Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp nạp và thải: α1= 45o α2= 30o α3= 40o α4= 55o Chiều dài thanh truyền, L = 171.1 (mm) Khối lượng nhóm piston, mnp = 0.6129 (kg) Khối lượng nhóm thanh truyền, mtt = 1494.03(kg) 1.3 Chọn các thông số tính toán nhiệt  1.3.1 Áp suất không khí nạp(po) Po = 0,1013 MN/m2 1.3.2 Nhiệt độ không khí nạp mới To = (Tkk + 273) với tkk =29oC To = (29 + 273) = 302 (K)   1.3.3 Áp suất không khí nạp trước xupap nạp   6Nhóm 1
  7.  TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG                         GVHD: Nguyễn Quốc  Sỹ Pk = Po = 0,1013 (MN/m2) (tăng áp trung bình)    1.3.4 Nhiệt độ khí nạo trước xupap nạp    1.3.5 Áp suất cuối quá trình nạp Pa= 0,875.0,1013= 0,0886 (MN/m2) 1.3.6 chọn áp suất khí sót Pr= 0,11 (MPa) 1.3.7 Nhiệt độ khí sót Tr= 1050 (K) 1.3.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới 1.3.9 Chọn hệ số nạp thêm    1.3.10 Chọn hệ số quét buồn cháy Vc = 0 1.3.11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt   với  1.3.12 Hệ số tác dụng nhiệt tại điểm Z 1.3.13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b () 1.3.14 Chọn hệ số dư lượng không khí  1.3.15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công 7Nhóm 1
  8.  TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG                         GVHD: Nguyễn Quốc  Sỹ 1.3.16 Tỷ số tăng áp 1.4 Tính toán nhiệt  1.4.1 Quá trình nạp ( ) Hệ số khí sót γr: Nhiệt độ cuối quá trình nạp: 1.4.2 Quá trình nén Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới: Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy: 10­3T Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong quá trình nén: Xác định chỉ số nén đa biến trung bình n1: 8Nhóm 1
  9.  TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG                         GVHD: Nguyễn Quốc  Sỹ n1 = 1,377 Áp suất quá trình nén pc: Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc: 1.4.3  Quá trình cháy: Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy 1kg nhiên liệu Mo: Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xy lanh : Lượng sản vật cháy M2: Hệ số biến đổi phân tử khí lý thuyết βo: Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β: Hệ số biến đổi phân tử khí tại điểm βz: =  Tổn thất nhiệt lượng do cháy không hoàn toàn:  =6144 KJ/Kg.nl Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất tại điểm z:  9Nhóm 1
  10.  TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG                         GVHD: Nguyễn Quốc  Sỹ Nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz: Tz = 2366,927 (K) Áp suất cuối quá trình cháy pz: 1.4.4 Tính toán quá trình dãn nở Tỷ số dãn nở đầu:  Tỷ số dãn nở sau:  Chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2: Mà n2 1 =  Giải ra: n2 1 = 0,26   =>  n2 = 1,255 Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở Tb = 1410,2448 (K ) Áp suất cuối quá trình dãn nở : Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót Tr: Sai số cho phép: 1.4.5 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình Áp suất chỉ thị trung bình tính toán : 10Nhóm 1
  11.  TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG                         GVHD: Nguyễn Quốc  Sỹ Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi: pi = φd. = 0,97.1,177= 1,141 (MPa) Áp suất tổn thất cơ khí pm: pm =a + b.vp + (pr ­pa) Mà:    Áp suất có ích trung bình pe:   Hiệu suất cơ giới : Xác định hiệu suất chỉ thị : Xác định hiệu suất có ích : Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi: Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge: Tính toán thông số kết cấu động cơ: Tính thể tích công tác vh: Tính đường kính piston: Hành trình piston:   11Nhóm 1
  12.  TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG                         GVHD: Nguyễn Quốc  Sỹ 1.4.5  Vẽ đồ thị công Chọn tọa độ vuông góc: Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị công: Có :vz =vc = 0,0564 ( lít), vb = va = 0,5864 ( lít) Dựng đường cong nén: Dựng đường cong dãn nở: Đường nén pn  Đường dãn nở pdn  V (cm3) (MN/m2) (MN/m2) 2,227 8,174 80 1,012 5,271 100 1,376 3,924 120 0,787 3,169 140 0,637 2,611 160 0,529 2,209 180 0.451 1,905 200 0.389 1,669 220 0,342 1,481 240 0,303 1,328 260 0,272 1,201 280 0.245 1,094 300 0,223 1,003 320 0,204 0,925 12Nhóm 1
  13.  TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG                         GVHD: Nguyễn Quốc  Sỹ 340 0,188 0,858 360 0,173 0,798 380 0,161 0,746 400 0,150 0,699 420 0,140 0,658 440 0,132 0,621 460 0,123 0,587 480 0,116 0,556 500 0,110 0,529 520 0,105 0,503 540 0,099 0,479 0,0886 0,433           . 13Nhóm 1
  14.  TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG                         GVHD: Nguyễn Quốc  Sỹ 14Nhóm 1
  15.  TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG                         GVHD: Nguyễn Quốc  Sỹ CHƯƠNG 2: DỰNG ĐẶC TÍNH NGOÀI ĐỘNG CƠ 2.1. Khái quát Đặc tính ngoài là đồ  thị  biểu diễn sự  phụ  thuộc của các chỉ  tiêu như  công  suất có ích Ne, momen xoắn có ích Me, lượng tiêu thụ nhiên liệu trong 1 giờ G nl và  suất tiêu thụ nhiên liệu có ích ge vào tốc độ của trục khuỷu n (v/ph) khi thanh răng   bơm cao áp chạm vào vít hạn chế (đối với động cơ Diesel) hoặc bướm ga mở hoàn   toàn (đối với động cơ xăng). Đồ thị này được dùng để đánh giá sự thay đổi các chỉ tiêu chính của động cơ  khi tốc độ trục khuỷu thay đổi và chọn vùng tốc độ  sử dụng 1 cách hợp lí khi khai   thác. Đặc tính ngoài được dựng bằng các phương pháp như  thực nghiệm, công   thức kinh nghiệm hoặc bằng việc phân tích lý thuyết.  Ở  đây giới thiệu phương  pháp dựng bằng các công thức kinh nghiệm của Ley­dec­man. Dạng đường đặc tính  phụ  thuộc vào nhiều yếu tố  khác nhau như  kiểu động cơ, phương pháp tạo hỗn  hợp… nên ta xét riêng đối với từng trường hợp cụ thể. 2.2. Thứ tự dựng các đường đặc tính đối với động cơ diesel Phương pháp tính các thông số và dựng các đường đặc tính đối với động cơ  diesel cũng tương tự như đối với động cơ  xăng. Riêng các biểu thức dùng để  tính  toán thì tùy theo phương pháp tạo hỗn hợp của động cơ. Đối với động cơ diesel có buồng cháy thống nhất (không phân chia):      kW      MNm      g/kWh    kg/h Trong đó:  Nedm – công suất định mức thu được trong tính toán (kW) ndm – tốc độ quay ứng với công suất định mức (v/ph)   ,     –   momen   xoắn   có   ích  (Nm)   và   suất   tiêu   hao   nhiên   liệu   có   ích   (g/kWh) ở tốc độ quay định mức ndm Ne, Me, ge – giá trị tương ứng của công suất có ích, momen xoắn có ích  và suât tiêu hao nhiên liệu có ích  ứng với từng tốc độ  quay trung gian được   chọn trước n – giá trị của biến số được chọn trước, v/ph 15Nhóm 1
  16.  TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG                         GVHD: Nguyễn Quốc  Sỹ ne Ne(kW)   Me(MN)    ge(g/kWh)   Gnl(kg/h) 400 36.715 876.494 178.270 6.545 600 62.148 989.116 164.626 10.231 800 90.658 1082.152 153.248 13.893 1000 121.014 1155.601 144.133 17.442 1200 151.986 1209.464 137.283 20.865 1400 182.342 1243.740 132.698 24.196 1600 210.852 1258.430 130.376 27.490 1800 236.285 1253.534 130.320 30.793 2000 257.412 1229.050 132.528 34.114 2200 273.000 1184.981 137.000 37.401 16Nhóm 1
  17.  TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG                         GVHD: Nguyễn Quốc  Sỹ CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PISTON­  TRỤC KHUỶU –THANH TRUYỀN  3.1 Phân tích động học cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền                   Trong   động   cơ   đốt   trong   kiểu   piston   cụm   chi   tiết   chuyển   động  chính(piston, thanh truyền, trục khuỷu) làm việc trên nguyên tắc sau:          Nhóm piston chuyển động tịnh tiến qua lại truyền lực khí thể  cho thanh  truyền.           Nhóm thanh truyền là chi tiết chuyển động trung gian, có chuyển động  phức tạp để  biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay  của trục khuỷu.                  Trục khuỷu là chi tiết máy quan trọng nhất, có chuyển động quay và   truyền công suất của động cơ ra ngoài để dẫn động các máy công tác khác. 3.2 Động học của piston (phân tích theo phương pháp giải tích)           Với giả thuyết trục khuỷu quay với vận tốc góc  ω=const, thì  góc quay   trục khuỷu α tỉ lệ thuận với thời gian, còn tất cả các đại lượng động học là các  hàm phụ thuộc vào biến số α.             Tuy nhiên, giả  thuyết này đối với động cơ  cao tốc hiện đại cho sai số  không đáng kể vì trị số dao động của vận tố góc (ω)do độ không đồng đều của   momen động cơ gây ra khi động cơ làm việc ở chế độ làm việc rất nhỏ. 17Nhóm 1
  18.  TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG                         GVHD: Nguyễn Quốc  Sỹ 3.2.1 Chuyển vị của piston          Giới thiệu sơ đồ cơ cấu trục khuỷu ­ thanh truyền loại thông dụng. Khi   trục khuỷu  quay một góc α thì piston dịch chuyển được một khoảng S p   so với  vị trí ban đầu (ĐCT). Chuyển vị của piston trong xilanh động cơ tính bằng công  thức sau: Sp=R[(1­cosα)+λ/4(1­cos2α)] Đây làphương trình chuyển động của cơ  cấu trục khuỷu – thanh truyền, biểu   diễn bằng khoảng trượt của piston phụ  thuộc vào  α, R (bán kính quay trục   khuỷu)   và  λ =R/L Bảng thông số chuyển vị piston αo Sp SpI  SpII  0 0.000 0.000 0.000 30 6,183 1,558 7,741 60 23,679 4,675 27,754 90 46,163 6,257 52,4 120 69,385 4,683 73,941 150 86,253 1,566 87,745               92,39 180 92,385 0 9 210 86,253 1,549 87,802 240 69,385 4,666 74,051 270 46,310 6,237 52,547 300 23,206 4,692 27,898 330 6,257 1,573 7,832 360 0 0 0 18Nhóm 1
  19.  TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG                         GVHD: Nguyễn Quốc  Sỹ Biểu đồ chuyển vị piston            3.2.2 Tốc độ piston                  Ta xác định phương trình   tốc độ  chuyển động của piston là hàm phụ  thuộc vào góc quay trục khuỷu  λ, bằng cách vi phân biểu thức theo thời gian.    , Vì:     , (3.2)          Nhận xét:Từ phương trình  (3.2) ta thấy tốc độ piston là tổng hai hàm điều   hòa cấp I và cấp II với chu kỳ điều hòa của cấp II bằng  hai lần chu kỳ điều   hòa của hàm cấp  I.  Vp = VpI + VpII   Trong đó : VpI = Rωsinα , Bảng thông số tốc độ của piston αo Vp VpI  VpII 0 0 0 0 19Nhóm 1
  20.  TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG                         GVHD: Nguyễn Quốc  Sỹ 30 12,814 22,199 35,014 60 2,199 22,214 44,419 90 25,641 0 25,641 120 22,214 ­22,179 0,0408 150 12,850 ­22,240 ­9,39 180 0 0 0 210 ­12,779 22,158 ­9,378 240 ­22,179 22,261 0,086 270 ­25,641 0 ­25,641 300 ­22,240 ­22,138 ­44,378 330 ­12.885 ­22,281 ­35,166 360 0 12.969 0 Đồ thị biểu diễn gia tốc của piston 20Nhóm 1