1. VẼ ĐỒ THỊ.

1.1. VẼ ĐỒ THỊ CÔNG.

1.1.1.  Các số liệu chọn trước trong quá trình tính toán.

     Bảng 1.1: Bảng thông số chọn của động cơ:

Tên thông số	Ký hiệu	Thứ nguyên	Giá trị	Ghi chú
Áp suất khí nạp	Pk	MN/m2	0.16	0.14÷0.4
Áp suất trước tuabin	Pth	MN/m2	0.152	(0.9÷1.0)P0
Áp suất khí sót	Pr	MN/m2	0.16264	(1.05÷1.10)Pth
Áp suất cuối kỳ nạp	Pa	MN/m2	0.1472	(0.9÷0.96)Pk
Chỉ số giản nở đa biến trong quá trình nạp	n1		1.32	1.32÷1.39
Chỉ số giản nở đa biến trong quá trinh thải	n2		1.27	1.25÷1.29

1.1.2.  Xây dựng đường cong nén.

     Phương trình đường nén:      p.Vⁿ¹  =  cosnt          => p_c.V_cⁿ¹  =  p_nx.V_nxⁿ¹

     Rút ra ta có: ,

     Đặt : .Ta có:                 (1.1)

Trong đó:  p_nx và V_nx là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường nén.

                  i là tỉ số nén tức thời.

    0.1472.17,9^1.32=6,43(MN/m²)

1.1.3.  Xây dựng đường cong giãn nở.

     Phương trình đường giãn nở:   p.Vⁿ²  =  cosnt     =>   p_z.V_cⁿ²  =  p_gnx.V_gnxⁿ²

     Rút ra ta có:.

     Với :   và  đặt : .

     Ta có:  (1.2)

 

Trong đó p_gnx và V_gnx là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường giãn nở.

1.1.4. Tính V_a, V_h, V_c.

     V_a = V_c +V_h

     .

     .

     .

     .

     Cho i tăng từ 1 đến  ta lập được bảng xác định tọa độ các điểm trên đường nén và đường giãn nở.

1.1.5.    Bảng xác định tọa độ các điểm trung gian.

Bảng 1.2 : Bảng giá trị đồ thị công của động cơ 

		Âæåìng neïn			Âæåìng giaîn nåí
0.03	1	1	1	6.43	1	1	17.40
045	1.5	1.73	0.58	4.18	57	0.60	10.40
06	2	2.55	0.39	2.84	41	0.41	7.22
09	3	4.41	0.23	1.64	4.04	0.25	4.31
12	4	6.50	0.15	1.11	82	0.17	99 15
	5	78	0.11	0.82	72	0.13	2.25
18	6	23	0.09	64	9.73	0.10	79 21
	7	13.83	0.07	52	11.84	0.08	47 24
	8	56	0.06	44	14.03	0.07	1.24
0.27	9	42	0.05	37	16.29	06	1.07
0.30	10	39	0.04	32	18.62	0.05	0.93
0.33	11	25.46	0.04	28	21.02	0.05	83
0.36	12	28.63	0.03	25	23.47	0.04	74
0.39	13	31.90	0.03	23	25.98	0.04	67
0.42	14	35.26	0.03	21	28.55	0.04	0.61
0.45	15	38.70	0.03	19	31.16	0.03	0.56
0.48	16	42.22	0.02	17	33.82	0.03	51
0.51	17	45.83	0.02	0.16	36.53	0.03	0.48
0.54	17.9	49.13	0.02	0.15	39.01	0.03	0.45

 

2. XÁC ĐỊNH CÁC ĐIỂM ĐẶC BIỆT VÀ HIỆU CHỈNH ĐỒ THỊ CÔNG

* Điểm r(V_c,P_r)     V_c-thể tích buồng cháy V_c=0,03 [l]

                               P_r-áp suất khí sót, phụ thuộc vào tốc độ động cơ .

Tốcđộ trung bình của piston:

     [m/s]

Ta thấy:  CM > 9 (m/s)

Như vậy động cơ khảo sát là động cơ tốc độ cao, do đó áp suất khí nạp p_r được xác định:

                                 p_r = (1,05÷1,1).p_th                  

Trong đó: p_th- áp suất trước tuabin. P_th= (0,.9÷1).p_k                  

   p_th = 0,95p_k = 0.95.0,16= 0,152[MN/m²].

 

  p_r = 1,07p_th = 1,07.0,152= 0,16264[MN/m²].

                          

      vậy  r(0,03 ;0,16264)

• Điểm a(V_a ;P_a)

Với V_a=ε.V_c=17,9.0,03=0.537 [l].

        P_a=0,1472[MN/m²]

vậy điểm a(0,537 ;0,1472).

• Điểm b(V_a;P_b).

  với P_b: áp suất cuối quá trình giãn nở.

       .

vậy điểm b(0,537;0,267).

      Các điểm đặc biệt:

               r(V_c ; p_r)  = (0,03 ; 0,16264) ;        a(V_a ; p_a) = (0,537 ; 0,1472)

               b(V_a ; p_b) = (0,537 ; 0,267) ;          c(V_c ; p_c) = (0,03 ; 6,43)

               z(V_c ; p_z) = (0,045 ; 10,4);              y(V_c ; p_z) = (0,03 ; 10,4).

1.1.6. Vẽ đồ thị công.

Để vẽ đồ thị công ta thực hiện theo các bước như sau:

+ Chọn tỉ lệ xích: .

                             .

Bảng 1.3: Bảng giá trị biểu diễn đồ thị công :

Vx
10	123.65	200
15	80.45	200
20	54.56	138.79
30	31.56	82.93
40	21.40	57.55
50	15.84	43.35
60	12.38	34.39
70	10.05	28.27
80	8.40	23.86
90	7.16	20.55
100	6.21	17.97
110	5.46	15.93
120	86	14.26
130	4.36	12.88
140	94	11.77
150	59	10.74
160	3.29	9.90
170	3.03	9.16
179	2.83	8.58

 

+ Vẽ hệ trục tọa độ trong đó: trục hoành biểu diễn thể tích xi lanh,trục tung biểu diễn áp suất khí thể.

+  Từ các số liệu đã cho ta xác định được các tọa độ điểm trên hệ trục tọa độ. Nối các tọa độ điểm bằng các đường cong thích hợp được đường cong nén và đường cong giãn nở.

+ Vẽ đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải bằng hai đường thẳng song song với trục hoành đi qua hai điểm P_a và P_r. Ta có được đồ thị công lý thuyết.

+  Hiệu chỉnh đồ thị công:

 

-        Vẽ đồ thị brick phía trên đồ thị công. Lấy bán kính cung tròn R bằng ½ khoảng

cách từ V_a đến V_c.

-        Tỉ lệ xích đồ thị brick: .

-        Lấy về phía phải điểm O’ một khoảng : OO’.

-        Giá trị biểu diễn : OO’=(mm)

      Nối các điểm trung gian của đường nén và đường giản nở với các điểm đặc biệt, sẽ được đồ thị công lý thuyết.

Dùng đồ thị Brick xác định các điểm :

Goïc måí såïm xupap naûp (r’):; Goïc âoïng muäün xupap naûp (a’):; Goïcmåí såïm xupap thaíi (b’):;Goïc âoïng muäün xupap thaíi (r’’) :; Goïc phun såïm (c’):.

         Hiệu chỉnh đồ thị công :

Động cơ Diesel lấy áp suất cực đại bằng p_z.

Xác định các điểm trung gian:

- Trên đoạn cy lấy điểm c’’ với c’’c = 1/3 cy.

- Trên đoạn yz lấy điểm z’’ với yz’’ = 1/2 yz.

- Trên đoạn ba lấy điểm b’’ với bb’’ = 1/2 ba.

Nếu các điểm c’c’’z’’ và đường giản nỡ thành đường cong liên tục tại ĐCT  và ĐCD và tiếp xúc với đường thải, ta sẽ nhận được đồ thị công đã hiệu chỉnh.

 Sau khi hiệu chỉnh ta nối các điểm lại thì được đồ thị công thực tế.

 

1.2. ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN .

Động cơ đốt trong kiểu piston thường có vận tốc lớn ,nên việc nghiên cứu tính toán động học và động lực học của cơ cấu trục khuỷu  thanh truyền là cần thiết để tìm quy luật vận động của chúng và để xác định lực quán tính tác dụng lên các chi tiết trong cơ cấu trục khuỷu thanh truyền  nhằm mục đích tính toán cân bằng ,tính toán bền của các chi tiết và tính toán hao mòn động cơ ..

Trong động cơ đốt trong kiểu piston cơ cấu trục khuỷu thanh truyền có 2 loại loại giao tâm và loại lệch tâm .

Ta xét trường hợp cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm .

1.2.1 Động học của cơ cấu giao tâm :

O - Giao điểm của đường tâm xi lanh và đường tâm trục khuỷu.     C - Giao điểm của đường tâm thanh truyền và đường tâm chốt khuỷu.     B' - Giao điểm của đường tâm xy lanh và đường tâm chốt piston.     A - Vị trí chốt piston khi piston ở ĐCT B -  Vị trí chốt piston khi piston ở ĐCD     R - Bán kính quay của trục khuỷu (m)     l - Chiều dài của thanh truyền (m)     S - Hành trình của piston (m)     x - Độ dịch chuyển của piston tính từ ĐCT ứng với góc quay trục khuỷu a (m)     b - Góc lắc của thanh truyền ứng với góc a (độ)

      Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm là cơ cấu mà đường tâm xilanh trực giao với đường tâm trục khuỷu tại 1 điểm (hình vẽ).

                                                                Hình 1- 2:Sơ đồ cơ cấu KTTT giao tâm           

  1.2.1.1. Xác định độ dịch chuyển (x) của piston bằng phương pháp đồ thị Brick

-Theo phương pháp giải tích chuyển dịch x của piston được tính theo công thức :

                               .

-Các bước tiến hành vẽ như sau:

+   Từ tâm O’ của đồ thị brick kẻ các tia ứng với 10⁰ ; 20⁰…180⁰. Đồng thời đánh số thứ tự từ trái qua phải 0;1,2…18.

+   Chọn hệ trục tọa độ với trục tung biểu diễn góc quay trục khuỷu, trục hoành biểu diễn khoảng dịch chuyển của piston.

+   Gióng các điểm ứng với 10⁰ ; 20⁰…180⁰ đã chia trên cung tròn đồ thị brick xuống cắt các đường kẻ từ điểm 10⁰ ; 20⁰…180⁰ tương ứng ở trục tung của đồ thị x=f(α) để xác định chuyển vị tương ứng.

+    Nối các giao điểm ta có đồ thị biểu diễn hành trình của piston x = f(α).

1.2.1.2. Đồ thị biểu diễn tốc độ của piston v=f(α).

*  Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng.

+   Xác định vận tốc của chốt khuỷu:

       ω =   = (rad/s)

+   Chọn tỷ lệ xích=0,542. 440= 238,04(m/s.mm)

+   Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính R₁ phía dưới đồ thị x(a) với

                            R₁ = R.w =45,75. 440 = 20313,5 (mm/s).

Giá trị biểu diễn: R_1bd  =

+   Vẽ  đường tròn tâm O bán kính R₂ với:

                     R₂ = R. =  = 10,14(mm)

+  Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính  thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0;1;2 …18.

+  Chia vòng tròn tâm O bán kính thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0’; 1’;

2’…18’ theo chiều ngược lại.

+  Từ các điểm 0;1;2…kẻ các đường thẳng góc với AB cắt các đường song song với AB kẻ từ các điểm 0’;1’;2’…tương ứng tạo thành các giao điểm. Nối các giao điểm này lại ta có đường cong giới hạn vận tốc của piston.  Khoảng cách từ đường cong này đến nửa đường tròn biểu diễn trị số tốc độ của piston ứng với các góc a.

 

                                    Hình 1-3: Đồ thị chuyển vị vàĐồ thị vận tốc  

Biểu diễn v = f(x)

     Để khảo sát mối quan hệ giữa hành trình piston và vận tốc của piston ta đặt chúng cùng chung hệ trục toạ độ.

     Trên đồ thị chuyển vị x = f(α) lấy trục Ov ở bên phải đồ thị song song với trục Oα, trục ngang biểu diễn hành trình của piston.

     Từ các điểm 0⁰, 10⁰, 20⁰,...,180⁰ trên đồ thị Brick ta gióng xuống các đường cắt đường Ox tại các diểm 0, 1, 2,...,18. Từ các điểm này ta đặt các đoạn tương ứng từ đồ thị vận tốc, nối các điểm của đầu còn lại của các đoạn ta có đường biểu diễn v = f(x).

1.2.1.2.Đồ thị biểu diễn gia tốc .

Để vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston ta sử dụng phương pháp Tole.

+  Chọn hệ trục tọa độ với trục Ox là trục hoành, trục tung là trục biểu diễn giá trị gia tốc.

+  Chọn tỉ lệ xích: (mm/s² /mm)

+   Trên trục Ox lấy đoạn AB = S=2R= 91,5 mm

Giá trị biểu diễn:  AB= (mm)

     Tính:

EF = -3.R.λ.ω² = -3.45,75.0,24.440² = -6494003,8(mm/s²).

+  Từ điểm A tương ứng với điểm chết trên lấy lên phía trên một đoạn

AC =. Từ điểm B tương ứng với điểm chết dưới lấy xuống dưới một đoạn BD =. Nối C với D Đường thẳng CD cắt trục hoành Ox tại E. Từ E lấy xuống dưới một đoạn

EF= . Nối CF và FD, đẳng phân định hướng CF thành 8 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0;1;2…đẳng phân định FD thành 8 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0’;1’;2’…vẽ các đường bao trong tiếp tuyến 11’;22’;33’…Ta có đường cong biểu diễn quan hệ .             

Hình 1-5:  Đồ thị gia tốc

1.2.2. Tính toán động lực học.

1.2.2.1. Đường biểu diễn lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến .

     Vẽ theo phương pháp Tole với trục hoành đặt trùng với  ở đồ thị công, trục tung biểu diễn giá trị .

     Vẽ đường biểu diễn lực quán tính được tiến hành theo các bước như sau:

+  Chọn tỉ lệ xích trùng với tỉ lệ xích đồ thị công:

m_pj= m_p=0,052 ( MN/ m². mm )

+  Xác định khối lượng chuyển động tịnh tiến:

                        m’ = m_pt + m₁

     Trong đó:   m’ - Khối lượng chuyển động tịnh tiến (kg).

                        m_pt = 0,8(kg) - Khối lượng nhóm piston.

                           m₁-Khối lượng thanh truyền qui về tâm chốt piston (kg).

Theo công thức kinh nghiệm:  

                            m₁ = (0,275 ÷ 0,350).m_tt. Lấy m₁ = 0,32.1 = 0,32 (kg).

 Với  m_tt= 0,6 (kg) - Khối lượng nhóm thanh truyền.

                     =>   m’ = 0,8 + 0,32= 1,12   (kg).

        Để đơn giản hơn trong tính toán và vẽ đồ thị ta lấy khối lượng trên một đơn vị diện tích của một đỉnh piston:

                           m =  = = 207 (kg/m²)

Áp dụng công thức tính lực quán tính: p_j = - m.j , ta có:

p_jmax = -m.j_max = -207.11184117,8.10^-9 = -2,315(MN/m²).

p_jmin = -m.j_min = -207.( -6854781,9).10^-9 = 1,42(MN/m²)

Đoạn: EF = - m.j_EF  = -207. (-6854781,8)10^-9 = 1,344(MN/m²)

Giá trị biểu diễn: p_jmax = p_jmax/0.052= -44,5 ( mm )

                           p_jmax = p_jmin/0.052 = 27,3( mm )

                             EF= EF/0.052 =  25,9 ( mm )                

1.2.2.2. Khai triển các đồ thị.

a) Khai triển đồ thị công trên tọa độ p-V thành p=f(α).

    Để biểu diễn áp suất khí thể p_kt theo góc quay của trục khuỷu α ta tiến hành như sau:

+  Vẽ hệ trục tọa độ p - α. Trục hoành đặt ngang với đường biểu diễn trên đồ thị công.

+   Chọn tỉ lệ xích: (độ/mm).

+   Dùng đồ thị Brick để khai triển đồ thị p-v thành p-α.

+  Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, dựng các đường song song với trục Op cắt  đồ thị công tại các điểm trên các đường biểu diễn quá trình: nạp, nén, cháy - giãn nở, xả.

+  Qua các giao điểm này ta kẻ các đường song song với trục hoành gióng sang hệ toạ độ  p-α . Từ các điểm chia tương ứng 0⁰, 10⁰, 20⁰,… trên trục hoành của đồ thị p-α  ta kẻ các đường thẳng đứng cắt các đường trên tại các điểm ứng với các góc chia trên đồ thị Brick và phù hợp với các quá trình làm việc của động cơ. Nối các điểm lại bằng   đường cong thích hợp ta được đồ thị khai triển p-α.

b) Khai triển đồ thị  thành .

    Đồ thị  biểu diễn đồ thị công có ý nghĩa kiểm tra tính năng tốc độ của động cơ.

    Khai triển đường thành  cũng thông qua đồ thị brick để chuyển tọa độ. Việc khai triển đồ thị tương tự khai triển P-V thành P=f(α). Nhưng lưu ý ở tọa độ p-α phải đặt đúng trị số dương của p_j.

c)Vẽ đồ thị .

      Theo công thức . Ta đã có p_kt=f(α)  và . Vì vậy việc xây        

dựng đồ thị  được tiến hành bằng cách cộng đại số các toạ độ điểm của 2 đồ thị p_kt=f(α) và .lại với nhau ta được tọa độ điểm của đồ thị p₁=f(α). Dùng một đường cong thích hợp nối các toạ độ điểm lại với nhau ta được đồ thị p₁=f(α).

1.2.2.3. Vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến , lực pháp tuyến  và lực ngang .

     Các đồ thị: T = f(α), Z = f(α), N = f(α) được vẽ trên cùng một hệ toạ độ.

     Áp dụng các công thức: