Tài liệu Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ 831d5.000 trên xe lancia có sử dụng phần mềm catia

MỤC LỤC MỤC DỊCH Y NGHH̃A ̣CUA ĐÊ TÀ......................................................................3 1. KHẢO SAT ̣CHUNGH VÊ ĐỘNGH ̣CƠ 831D0000................................................4 1.1. GHiới thiệu động cơ 831D0.000........................................................................4 1.2. ̣Các thông số kỹ thuật động cơ 831D0.000 lắp trên xe Lancia........................6 1.3. ̣Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền - piston.......................................................7 1.4. Nhóm thân máy - nắp máy..............................................................................7 1.4.1. Nắp máy...................................................................................................7 1.4.2. Thân máy..................................................................................................8 1.0. ̣Cơ cấu phân phối khí......................................................................................9 1.6. Hệ thống nhiên liệu.......................................................................................11 1.8. Hệ thống bôi trơn..........................................................................................13 2. TINH T̉OAN ĐỘNGH HỌ̣C ĐỘNGH LỰ̣C HỌ̣C ĐỘNGH ̣CƠ 831D0.000.............16 2.1. Ve đô thh công...............................................................................................16 2.1.1. Các thông số tính toán............................................................................16 2.1.2. Đồ thị công.............................................................................................17 2.2. Động học và động lực học của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền.................20 2.2.1. Động học................................................................................................20 2.2.2. Động lực học..........................................................................................24 2.2.3. Đồ thị T, Z, N theo ..............................................................................28 2.2.4. Vẽ đồ thị ΣT = f(  )................................................................................31 3. KHẢO SAT ̣CƠ ̣CÂU P̀ST̉ON-KHUYU TTỤC-THANH TTUÊÊN ĐỘNGH ̣CƠ 831D0.000...............................................................................................................33 3.1. Piston đô ̣ng cơ 831D0.000............................................................................33 3.1.1 Piston......................................................................................................33 3.1.2. Chốt piston.............................................................................................30 3.1.3. Xecmăng.................................................................................................30 3.2. Nhóm thanh truyền đô ̣ng cơ 831D0.000.......................................................36 3.2.1. Thanh truyên..........................................................................................37 3.2.2. Bac lot đâu to thanh truyên....................................................................39 3.2.3. Bulông thanh truyên đô ̣ng cơ.................................................................40 3.3. Khuỷu trục đô ̣ng cơ 831D0.000....................................................................40 4. TINH T̉OAN K̀ÊM NGHH̀ÊṆM ̣CƠ ̣CÂU P̀ST̉ON-KHUYU TTỤC-THANH TTUÊÊN ĐỘNGH ̣CƠ 831D0.000...........................................................................44 4.1. Tính toán và kiểm nghiệm bền nhóm piston.................................................44 4.1.1 Tính toán piston.......................................................................................44 4.1.2. Tính toán sức bên của chốt piston..........................................................47 4.1.3. Tính toán xecmăng.................................................................................48 4.2. Tính toán sức bền của thanh truyền...............................................................00 4.2.1. Tính sức bên của đâu nhỏ thanh truyên..................................................00 4.2.2. Tính sức bên thân thanh truyên..............................................................06 4.2.3. Tính sức bên đâu to thanh truyên...........................................................08 4.2.4. Tính toán sức bên của bulông thanh truyên............................................60 4.3. Tính toán nhóm khuỷu trục động cơ.............................................................61 4.3.1. Sơ đồ tính toán.......................................................................................61 4.3.2. Tính bên các trường hợp chịu tải...........................................................62 1 0. GH̀Ờ TH̀ÊṆU PHÂN MÊM ̣CAT̀A....................................................................67 0.1 Lhch sữ ra đời và các tính năng của phần mềm ̣Catia.....................................67 5.1.1 Lịch sử ra đời Catia................................................................................67 5.1.2 Tính năng của phân mêm Catia..............................................................67 0.2 Thiết kế chi tiết 3D trong modul part design................................................71 0.3 Trình ứng dụng lắp ráp asembly design.........................................................74 5.3.1. Tính năng của Assembly Design.............................................................74 5.3.2. Phương pháp, trình tự thiết kế bản vẽ lắp trong Assembly Design.........74 6. XÂÊ DỰNGH MÔ HÌNH 3D ̣CƠ ̣CÂU P̀ST̉ON – KHUYU TTỤC – THANH TTUÊÊN ĐỘNGH ̣CƠ 831D0.000...........................................................................76 6.1. Thiết kế chi tiết piston – khuỷu trục – thanh truyền đô ̣ng cơ 831D0.000......76 6.1.1. Thiết kế 3D nhom trục khuỷu động cơ 831D5.000.................................77 6.1.2. Thiết kế 3D nhom thanh truyên động cơ 831D5.000..............................82 6.2. Lắp ráp cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền đô ̣ng cơ 831D0.000.......86 6.3. Mô phỏng cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ 831D0.000...88 6.4. Xây dựng ban ve 2D cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền...................91 Kết luâ ̣n................................................................................................................... 93 TÀ L̀ỆU THAM KHẢO.......................................................................................90 2 MỤC ĐỊCH Y NGHĨA ̣CŨA ĐÊ À ̣Cùng với việc phát triển của công nghệ thông tin và khoa học kỹ thuật trong thời đại ngày nay. Đã kéo theo sự phát triển của các nghành nghề khác có liên quan. Với việc ứng dụng các thành tựu đạt được trong lĩnh vực công nghệ thông tin đã giúp cho quá trình tự động hóa san xuất của con người ngày một hoàn thiện và tối ưu. Đối với chuyên ngành cơ khí thì việc áp dụng công nghệ thông tin càng ngày cấp thiết và đã liên tục diễn ra trong quá trình san xuất nhằm rút ngắn thời gian và nâng cao chất lượng san phẩm. Ngày nay, việc lên ban ve thiết kế không chiếm nhiều thời gian của người thiết kế vì sự trợ giúp của các công cụ của công nghệ thông tin. Trong đó các phầm mềm hỗ trợ thiết kế đã luôn được dùng để tiến hành thiết kế chi tiết máy. Đề tài: Khao sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền đô ̣ng cơ 831D0.000 trên xe Lancia có sư dụng phần mềm ̣Catia. Qua thời gian làm đô án tốt nghiê ̣p không những giúp cho em áp dụng các kiến thức đã học ở trường mà còn có thể hiểu biết kiến thức nhiều hơn khi tiếp xúc với thực tế thiết kế. Nắm vững kết cấu, tính toán kiểm nghiệm chi tiết máy. Đặc biệt hiểu sâu hơn về cơ cấu khuỷu trục-thanh truyền trong động cơ đốt trong. Sự hổ trợ của công nghệ thông tin trong thiết kế. Sự hỗ trợ phần mềm ̣Catia trong thiết kế mô phỏng chi tiết máy. 3 1. KHẢO SA ̣CHUNG VÊ ĐỘNG ̣C 831D5000000 1.1. Giới thiệu động cơ 831D5.000 Động cơ 831D0.000 là động cơ 4 kỳ dùng nhiên liệu xăng, tăng áp do hãng Lancia san xuất được lắp trên xe Delta HF ̀ntegrale. Động cơ có 4 xilanh bố trí thẳng hàng. Sư dụng cơ cấu phối khí loại D̉OḤC, trục cam lắp trên nắp máy, dẫn động cho hai dãy xupáp, một trục cam dẫn động xupáp nạp, một trục dẫn động xupáp thai, cam dẫn động trực tiếp lên xupáp. Dẫn động trục cam được thực hiện thông qua bộ truyền đai răng. Hình 1 - 1 Động cơ 831D0.000 4 Hình 1 - 2 Mặt cắt ngang động cơ 831D0.000 Hình 1 - 3 Mặt cắt dọc động cơ 831D0.000 0 1.2. Các thông số kỹ thuật động cơ 831D5.000 lắp trên xe Lancia Bang 1-1 Thông số kỹ thuật của động cơ 831D0.000 S Thông số Số liệu kỹ thuật Đơn vh TT 1 Loại động cơ Xăng 2 Số kỳ 4 3 Số xilanh ̀=4 4 Bố trí xilanh Thẳng hàng 0 Đường kính xilanh D = 84 mm 6 Hành trình Piston S = 90 mm 7 Dung tích xilanh 1990 cc 8 Tỉ số nén =8 9 Thứ tự nổ 1-3-4-2 1 ̣Công suất cực đại ở số vòng quay 0700 rpm 1 Mômen xoắn cực đại ở số vòng quay 1 3000 rpm 1 Khe hở nhiệt xupáp 2 Xupáp nạp Xupáp xa 0 GHóc mở sớm xupáp nạp 1 GHóc đóng muộn xupáp nạp 3 GHóc mở sớm xupáp xa GHóc đóng muộn xupáp xa 1 Số xupáp trên một xilanh 4 1 0 1 6 1 7 1 8 1 9 101 Kw 298 N.m 0,30 0,4 mm mm 8 30 30 0 độ độ độ độ 4 ̣Cam đóng mở xupáp D̉OḤC Đường kính cổ trục cam 20 mm Đường kính nấm xupáp nạp 34,0 mm Đường kính nấm xupáp xa 28,0 mm Phun xăng điện tư có 6 1.3. Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền - piston ̣Cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ 831D0.000 se được trình bày kỹ ở phần 3. 1.4. Nhóm thân máy - nắp máy Thân máy và nắp máy là những chi tiết máy cố đhnh, có khối lượng lớn và kết cấu phức tạp của động cơ đốt trong. Hầu hết các cơ cấu và hệ thống của động cơ đốt trong đều được lắp trên thân máy và nắp máy. 1.4.1. Nắp máy Nắp xilanh là chi tiết đậy kín một đầu xilanh ở phía điểm chết trên. Nó là nơi để lắp các bộ phận và cơ cấu khác như: bugi, cơ cấu xupáp, trục cam, v.v... Trong quá trình làm việc, nắp xilanh phai chhu các điều kiện rất xấu như chhu nhiệt độ cao, áp suất lớn, ăn mòn hoá học nhiều. Ngoài ra khi lắp ráp, nắp xilanh còn chhu ứng suất nén khi xiết chặt các bulông. Động cơ 831D0.000 có mặt quy lát được đúc từ hợp kim nhôm - silic nhằm giam trọng lượng, tan nhiệt tốt và giam kha năng kích nổ. Nắp máy được đúc chung cho tất ca các xilanh để tăng độ cứng vững, đường nạp và đường thai bố trí về hai phía. Mặt quy lát được bắt chặt với block động cơ bằng bulông và êcu chhu lực và đậy phía trên khoang xilanh. GHiữa block động cơ và nắp máy có một roăng làm kín bề mặt lắp ghép. Toăng làm kín xupáp nạp có nhiệm vụ không cho dầu bôi trơn chay xuống buông cháy. Dạng buông cháy của động cơ là buông cháy hình chêm , có nhiều ưu điểm: gọn, có cường độ xoáy lốc thích hợp (do diện tích chèn khí giữa piston và nắp xilanh gây nên). Mỗi mặt quy lát có một xupáp nạp và một xupáp thai, chúng được nghiêng một góc 100 so với trục thẳng đứng. Trên quy lát có bệ đặt trục cam và giàn cò mổ để đóng mở các xupáp, tất ca các bộ phận dẫn động xupáp trên đỉnh nắp máy được bao vệ bởi nắp đậy xupáp hay vỏ bọc nắp máy làm bằng kim loại ở giữa có 1 lớp chất dẻo để giam ôn. 7 1.4.2. Thân máy Hình 1 - 4 Thân máy động cơ 831D0.000 Thân máy là nơi để gắn các xilanh cũng như là bệ để đặt trục khuỷu, chứa các đường dầu bôi trơn động cơ. v.v... Phía trên thân máy gắn với nắp quy lát bằng các bulông và êcu chhu lực, còn phía dưới có gắn cacte chứa dầu bôi trơn. Trong quá trình làm việc, thân máy chhu lực khí thể rất lớn được truyền theo nhiều kiểu khác nhau. Thân máy của động cơ 831D0.000 là kiểu thân xilanh - hộp trục khuỷu được đúc bằng gang xám. Với kết cấu này thì lực khí thể tác dụng lên nắp xilanh se truyền cho thân xilanh qua các gujông nắp xilanh. ̣Các xilanh được đúc liền với vỏ thân, mặt trong được gia công rất chính xác và mài bóng, chung quanh có nước làm mát bao bọc. Kết cấu này có độ cứng vững tương đối lớn, nhẹ và đỡ tốn kim loại. Ổ trục khuỷu được chia thành hai nưa. Nưa trên đúc liền với vách ngăn gia cố của thân máy - hộp trục khuỷu. Nắp ổ trục lắp vào thân máy - hộp trục khuỷu bằng 4 bulông. 8 1.5. Cơ cấu phân phối khí Hệ thống phân phối khí của động cơ 831D0.000 được dùng là xupáp treo. GHôm 2 trục cam dẫn động trực tiếp xupáp (cam nạp và cam thai). Trục cam dẫn động xupáp được đặt trên nắp máy. Ở đầu mỗi trục cam được lắp các bánh răng dẫn động. ̣Các bánh răng trục cam được dẫn động bằng đai răng. Để thuận tiện cho việc căng đai, ở hệ thống phân phối khí của động cơ được lắp bộ tự động căng đai. Mỗi xilanh của động cơ được bố trí bốn xupáp trên đỉnh buông đốt (2 xupáp nạp và 2 xupáp thai). ̣Các xupáp khác tên được đặt nghiêng và góc giữa chúng là 400 .̣Các đường ống nạp thai của động cơ được bố trí sang 2 bên của động cơ. Để cơ cấu phân phối khí làm việc đạt hiệu suất cao ở mọi dãi tốc độ. Ở đầu trục cam nạp còn lắp thêm bộ phận xoay cam nhằm đáp ứng được các pha phân phối của xupáp phù hợp với tốc độ hoạt động cơ. + Nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí 1 2 4 3 6 5 7 8 9 10 Ø84 11 12 13 14 Hình 1 - 0 Sơ đô bố trí xupáp 1- Buly dẫn động trục cam; 2- trục cam; 3 - Cam; 4- Xupáp; 5 – Ống dẫn hướng; 6 – Con đô ̣i xupáp; 7- Mong ham xupáp; 8- Nắp quy lát; 9 – Thân xupáp; 10- Lò xo nhỏ; 11-Vòi phun; 12 – Trục cam nap; 13 – Bugi; 14 – Trục cam thải; - Phương án bố trí và dẫn động xupáp. ̣Cơ cấu phân phối khí của động cơ dùng xupáp treo. Với kiểu bố trí này làm cho buông cháy động cơ gọn, diện tích mặt 9 truyền nhiệt nhỏ nên giam được tổn thất nhiệt. Kha năng chống kích nổ được cai thiện nhiều. ̣Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo làm cho đường thai và đường nạp thanh thoát hơn làm cho sức can khí động giam nhỏ. Mỗi xilanh của động cơ được bố trí bởi 4 xupáp (2 hút, 2 xa) làm tăng diện tích tiết diện lưu thông và giam được đường kính nấm xupáp, khiến cho các xupáp không bh quá nóng và tăng được sức bền. ̣Các xupáp được bố trí thành 2 dãy (một dãy xupáp nạp và một dãy xupáp thai). ̣Các đường ống nạp và ống thai bố trí về hai phía. Theo cách bố trí này trong động cơ xupáp được đặt nghiêng đi một góc 22,00 so với đường tâm xilanh do đó dễ dàng bố trí đường thai và đường nạp trong nắp xilanh. Tuy nhiên phương án này lại làm cho việc dẫn động xupáp trở nên phức tạp nhiều. Để khắc phục nhược điểm này ở động cơ 831D0.000 dùng hai trục cam (cam nạp và cam thai) để dẫn động trực tiếp xupáp. * Nguyên lý làm việc: Nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí được chia làm hai quá trình cơ ban sau: Quá trình vấu cam đẩy mở xupáp và quá trình lò xo giãn đóng kín xupáp. - Quá trình vấu cam đẩy mở xupáp: Khi động cơ làm việc trục khuỷu quay làm cho dây đai dẫn động cơ cấu phân phối khí lắp ở đầu trục khuỷu quay theo, thông qua bộ truyền động đai răng trung gian dẫn động các bánh răng (1)lắp ở đầu các trục cam do đó làm cho các trục cam đóng mở xupáp quay. Khi các vấu cam tiếp xúc với con đội (6). ̣Con đội bắt đầu chuyển động đi xuống tác động vào đuôi xupáp (4) ép lò xo xupáp (10) nén lại đông thời xupáp chuyển động đi xuống làm mở các cưa nạp (nếu trong giai đoạn nạp khí vào xilanh động cơ) và cưa thai (trong quá trình thai) thực hiện quá trình nạp môi chất mới và thai khí cháy ra ngoài. - Quá trình lò xo giãn đóng kín xupáp: Khi trục cam tiếp tục quay, vấu cam di chuyển theo cho đến khi đỉnh của vấu cam vượt qua đường tâm con đội. Lúc này con đội (6) bắt đầu di chuyển đi lên, lò xo xupáp (10) từ từ giãn ra nhờ vào đế chặn lò xocùng với các móng hãm (7) đẩy xupáp thnh tiến về vh trí ban đầu thực hiện quá trình đóng kín xupáp. ̣Chu trình đóng mở được lặp đi lặp lại như vậy tuân theo chu kì làm việc của pha phân phối khí. 10 1.6. Hệ thống nhiên liệu 11 3 1 17 18 9 2 14 15 16 5 4 13 6 10 12 19 7 8 20 ECU 21 Hình 1 - 6 Sơ đô nguyên lý của hệ thống nhiên liệu động cơ 831D0000 1- bình xăng; 2- bơm xăng điện; 3- lọc xăng; 4- Vòi phun; 5- Xupáp; 6- đường ống nap; 7- Piston; 8- Xy lanh; 9- Bướm ga; 10- Đường không tải; 11- Lọc không khí; 12- Đường ống thải; 13- Bộ ổn định áp suất; 14- Vòi phun khởi động lanh; 15Ống gop nap; 16- Cảm biến ôxy; 17- Cảm biến vị trí bướm ga; 18- Cảm biến lưu lượng không tải; 19- Công tắc nhiệt thời gian; 20- Cảm biến nhiệt độ nước; 21Cảm biến tốc độ động cơ - Nguyên lý hoạt động: Xăng từ thùng chứa se được một bơm điện đưa tới mạch nhiên liệu dưới một áp lực từ 2,0bar  3bar. Sau khi đi qua lọc xong nhiên liệu được đưa đến ống phân phối, từ ống phân phối se có nhánh re phân phối xăng tới các vòi phun. Sau ống phân phối là một bộ điều áp. Mục đích của bộ điều áp là giữ cho áp suất trong mạch nhiên liệu ở một áp suất giới hạn. Lượng xăng cung cấp cho mạch luôn nhiều hơn lượng xăng cần thiết khi chạy chế toàn tai. Lượng xăng dư se được tra về thùng chứa theo đường ống xa xăng từ bộ điều áp. Như vậy khi làm việc xăng se được vận chuyển liên tục trong mạch nhiên liệu. Hệ thống nhiên liệu động cơ 831D0000 thuộc loại hệ thống phun xăng đa điểm (MultiPoint ̀njection - MP̀) mỗi xilanh được trang bh một vòi phun riêng biệt đặt ngay trước xupáp nạp. Hệ thống gôm các cam biến xác đhnh điều kiện làm việc của động cơ, ẸCU điều khiển hệ thống dựa trên các tín hiệu từ những cam biến, và điều khiển các bộ phận phát động để kiểm soát việc phun nhiên liệu. 11 Bộ Engine-ẸCU (bộ điều khiển điện tư) nhận các tín hiệu từ các cam biến liên quan và điều khiển các vòi phun cung cấp tỉ lệ nhiên liệu-không khí phù hợp với các tình trạng hoạt động khác nhau của động cơ. Khi các tình trạng động cơ thay đổi, thì sự cung cấp nhiên liệu phai được điều chỉnh khp thời. Điều khiển độ mở bướm ga: ẸCU xác đhnh khoang dhch chuyển của chân ga thông qua cam biến vh trí chân ga, và điều khiển kích hoạt của mô tơ phụ được gắn trên thân họng, để đạt được độ mở bướm ga như đã được xác đhnh trước theo điều kiện chuyển động. Điều khiển tốc độ chạy không tai: Tốc độ chạy không tai được giữ ở tốc độ tốt nhất bằng cách điều khiển lượng khí nạp qua bướm ga theo sự thay đổi của điều kiện chạy không tai và tai trọng động cơ trong khi chạy không tai. ẸCU điều khiển bộ phận điều khiển bướm ga phụ để giữ động cơ chạy ở tốc độ không tai đhnh sẵn theo nhiệt độ nước làm mát động cơ A/̣C và tai trọng điện khác. Ngoài ra khi tắt công tắc trạng thái khí nạp và khi động cơ chạy không tai, bộ phận điều khiển bướm ga phụ điều chỉnh bướm ga qua lượng khí theo các điều kiện tai trọng động cơ để tránh sự thay đổi bất thường trong tốc độ động cơ. Điều khiển thời điểm đánh lưa: Transistor nguôn trong mạch sơ cấp đóng và mở để điều khiển dòng điện sơ cấp đến bugi đánh lưa. Nó điều khiển thời điểm đánh lưa để mang lại thời điểm đánh lưa tốt nhất đối với các điều kiện hoạt động của động cơ. Thời điểm đánh lưa được xác đhnh theo tốc độ động cơ, lượng khí nạp vào và áp suất khí quyển. 1.7. Hệ thống làm mát Hệ thống làm mát được thiết kế để giữ các chi tiết trong động cơ ở nhiệt độ ổn đhnh, thích hợp mọi điều kiện làm việc của động cơ. Động cơ 831D0000 có hệ thống làm mát bằng nước kiểu kín, tuần hoàn theo áp suất cưỡng bức trong đó bơm nước tạo áp lực đẩy nước lưu thông vòng quanh động cơ. Hệ thống bao gôm: áo nước xilanh, nắp máy, két nước, bơm nước, van hằng nhiệt, quạt gió và các đường ống dẫn nước. Nếu nhiệt độ nước làm mát vượt quá nhiệt độ cho phép thì van hằng nhiệt se mở để lưu thông nước làm mát đi qua két nước để giai nhiệt bằng gió. Hệ thống làm mát sư dụng nước làm mát có pha chất chống đông. GHiới hạn nông độ chất chống đông trong nước làm mát là 30 - 60 %. 12 Hình 1 - 7 Sơ đô hệ thống làm mát 1- Ngăn trên; 2 - Nắp ket; 3 - Van hằng nhiệt; 4 - Nhiệt kế; 5 - Áo nước động cơ; 6 - Màn che; 7 - Dàn ống toả nhiệt; 8 - Đường ống hồi nước khi nhiệt độ thấp; 9 Nắp áo nước; 10- Bơm nước; 11- Quat gio làm mát; 12- Puly dẫn động quat gio Két làm mát lắp trên phía đầu xe, két làm mát có đường nước vào từ van hằng nhiệt (3) và có đường nước ra đến bơm (10), trên két nước có các dàn ống dẫn nước gắn cánh tan nhiệt. ̣Cánh tan nhiệt có nếp gấp theo hướng lưu thông đi xuống. Bơm nước kiểu ly tâm (10) được dẫn động bằng dây đai từ trục khuỷu. Quạt gió (11) được chạy bằng động cơ điện do nguôn điện ắcqui cung cấp. Thùng chứa nước dùng để chứa nước tràn ra từ hệ thống làm mát do bh hâm nóng khi động cơ làm việc và để kiểm tra mức nước khi động cơ làm việc. Van hằng nhiệt (3) đóng khi nhiệt độ nhỏ hơn 820̣C và bắt đầu mở ở nhiệt độ 900̣C, áp suất mở van áp suất cao là 93 - 123 Kpa. Quạt gió hoạt động dựa vào tín hiệu đầu vào A/̣C, cam biến nhiệt độ nước làm mát, và cam biến tốc độ trục ra để điều khiển tốc độ của mô tơ quạt gió tan nhiệt và mô tơ quạt condenser. ẸCU điều khiển bộ điều khiển quạt gió để kích hoạt mô tơ quạt gió tan nhiệt. 1.8. Hệ thống bôi trơn Hệ thống bôi trơn động cơ 831D0.000 là hệ thống bôi trơn kiểu cưỡng bức để đưa dầu đi bôi trơn các bề mặt ma sát và làm mát các chi tiết. Dầu bôi trơn được lọc toàn phần. Hệ thống bôi trơn gôm có: bơm dầu, lọc dầu, cácte dầu và đường ống dẫn dầu. 13 10 8 7 11 12 13 9 14 15 16 6 5 4 3 2 1 17 Hình 1 - 8 Sơ đô hệ thống bôi trơn động cơ 831D0000 1- cacte; 2- phao lọc dâu; 3- bơm dâu; 4- van an toàn của bơm dâu; 5- bâu lọc toàn phân; 6- van an toàn của bâu lọc; 7- đồng hồ chỉ thị áp suất dâu; 8- đường dâu chính; 9- đường dâu nhánh đến bôi trơn trục khuỷu; 10- đường dâu nhánh đi bôi trơn trục cam; 11- đường dâu nhánh đi bôi trơn xupáp; 12- bâu lọc tinh; 13dường dâu vê catte; 14- thước thăm dâu; 15- đồng hồ chỉ thị nhiệt độ dâu; 16- Trục khuỷu; 17- van điêu chỉnh làm mát dâu. - Khi trục khuỷu động cơ quay, bơm dầu 3 được dẫn động, hút dầu từ catte(1) qua phao lọc(2) và đẩy dầu có áp suất qua bình lọc thô(0) tới đường dầu chính(8) trên thân máy. Từ đường dầu chính, dầu có áp suất đi vào các lổ khoan nhánh(9), (10) và (11) trên thân máy tới các rãnh trên bạc để bôi trơn cổ trục khuỷu, cổ trục cam, và xupáp. Từ rãnh dầu trên bạc cổ trục khuỷu,dầu có áp suất đi theo lỗ khoan trên trục khuỷu lên bôi trơn chốt khuỷu – bạc đầu to thanh truyền rôi theo lỗ khoan trên thân thanh truyền lên bôi trơn chốt piston – bạc đầu nhỏ. Dầu có áp suất sau khi bôi trơn các bề mặt ma sát se chay ra khỏi các bề mặt này rôi tự chay về cacte hoặc tiếp tục bôi trơn nhỏ giọt cho các bề mặt khác như đuôi xupáp, mặt cam và con đội. v.v… Mặt gương xilanh, piston, đôi khi chốt piston và mặt các bánh răng phân phối được bôi trơn băng vung té nhờ các chi tiết chuyển động trong quá trình làm việc như trục khuỷu, thanh truyền, bánh răng. Để tăng lượng dầu vung té lên bôi trơn xilanh – piston, trên đầu to thanh truyền của đại da số các động cơ thường có một lỗ khoan nhỏ để dầu có áp suất trong đường dầu trên trục khuỷu phun ra mỗi khi lỗ khoan trên đầu to thanh truyền trùng với lỗ khoan trên chốt khuỷu (một lần trong một vòng quay). Sau khi bôi trơn các chi tiết, dầu chay ra khỏi các bề mặt ma sát rôi tự chay về cacte, hoàn thành một vòng tuần hoàn và quá trình được lặp lại như trên. Dầu sau khi đi bôi trơn bh nóng lên do nhận nhiệt từ các bề mặt ma sát. Do đó, cần phai làm mat dầu để duy trì độ nhớt ổn đhnh, đam bao chất lượng bôi trơn. Dể thực hiện điều này, một phần dầu cung cấp từ bơm được đua qua két làm mát dầu 14 16, ở đó dầu được làm nguội rôi trở về catte. Van điều tiết (17) điều chỉnh lưu lượng dầu qua két làm mát theo nhiệt độ dầu để đam bao nhiệt độ dầu trong catte luôn ổn đhnh ở nhiệt độ thích hợp. Dầu nóng có độ nhớt nhỏ nên sức can của két nhỏ, do dó phần lớn dầu đi qua két để được làm mát. Khi dầu nguội, độ nhớt lớn nên sức can của két lớn, do đó áp suất tăng làm van điều tiết (17) mở và dầu qua két giam, tức là làm mát giam. Trong nhiều động cơ, két làm mát dầu có thể được dặt nối tiếp trước đường dầu chính, dầu sau khi được làm mát se di vào đường dầu chính và đi bôi trơn. Phao lọc (2) có lưới để lọc sơ bộ những tạp chất có kích thước. Phao có khớp tùy động để luôn nổi trên mặt thoáng của dầu kể ca khi động cơ bh nghiêng, đông thời không chạm đáy cacte để tránh hút cặn bẩn. Bầu lọc thô (0) tương đối thoáng thực hiện lọc toàn bộ dầu cung cấp lên đường dầu chính đi bôi trơn trong khi bầu lọc tinh (12) bí hơn nhiều nên chỉ thực hiện lọc khoang 10 – 20% lưu lượng dầu từ đường dầu chính khỏi các phần tư cặn bẩn rất nhỏ rôi đưa về cacte. Đông hô áp suất (7) nối với dường dầu chính giúp lái xe kiểm tra làm việc của hệ thống. Đông hô (10) giúp kiểm tra nhiệt độ dầu. Mức dầu trong cacte được kiểm tra bằng thước thăm dầu (14) khi động cơ ngừng hoạt động và xe đỗ trên nền bằng.Đầu dưới của thước thăm dầu có hai vạch, khi mức dầu thấp hơn vạch dưới cần phai bộ sung dầu vào cacte cho tới vạch mức trên. Van an toàn (4) của bơm dầu hay còn gọi là van quá tai có tránh hiện tượng áp suất dầu cung cấp vượt giá trh giới hạn trong quá trình làm việc của động cơ. Khi áp suất dầu cung cấp quá lớn thì van mở để xa bớt dầu về,đam bao an toàn cho bơm, Van an toàn (6) của bầu lọc se mở khi bầu lọc bh tắc, cho phép một phần lớn dầu thông qua lọc lên thẳng đường dầu chính đi bôi trơn, tránh hiện tượng thiếu dầu cung cấp tới các bề mặt cần bôi trơn. 10 2. INH ̉OAN ĐỘNG HỌ̣C ĐỘNG LỰ̣C HỌ̣C ĐỘNG ̣C 831D5.000000 Bang 2-1 Thông số kỹ thuật động cơ HÔNG SỐ KỸ HUẬ KY H̀ỆU G̀A RỊ Số xilanh/cách bố trí i 4/thẳng hàng Thứ tự làm việc 1-3-4-2 Loại nhiên liệu xăng ̣Công suất cực đại/số vòng quay (KW/vg/ph) Ne/n 101,0/0700 Tỷ số nén ε 8 Đường kính /hành trình piston(mm) D/S 84 / 90 Tham số kết cấu λ 0.27 Ap suất cực đại (MN/m^2) Pzmax 0 Khối lượng nhóm piston(kg) mpt 0,6 Khối lượng nhóm thanh truyền (kg) mtt 0,7 GHóc đánh lưa sớm (độ) θs 17 α1 8 α2 30 GHóc phối khí (độ) α3 30 α4 0 Hệ thống nhiên liệu EF̀ Hệ thống bôi trơn ̣Cưỡng bức cácte ướt ̣Cưỡng bức,sư dụng môi chất Hệ thống làm mát lỏng Hệ thống phối khí 16valve – D̉OḤC 2.1. Ve đô thh công 2.1.1. Các thông số tính toán - Tốc độ trung bình của động cơ: c m  S .n 0, 090.0700  17,20(m/s) 30 30 S (m) - Hành trình dhch chuyển của piston trong xilanh n (vòng/phút) - Tốc độ quay của động cơ ̣Cm = 17,20(m/s) ≥m/s); động cơ tốc độ cao hay còn gọi động cơ cao tốc ̣Chọn: n1 = 1,32 ÷ 1,39 chỉ số nén đa biến trung bình, lấy n1 = 1,34; n2 = 1,20 ÷ 1,29 chỉ số giãn nở đa biến trung bình, lấy n2 = 1,28 - Ap suất khí sót: pr = (1,00 ÷ 1,1)pth pth = (1,02 ÷ 1,04)p0 = (1,02 ÷ 1,04).0,1 = (0,102 ÷ 0,104)(MN/m2) pr = (1,00 ÷ 1,1)pth = (1,00 ÷ 1,1).0,102 = (0,107 ÷ 0,112)(MN/m2) lấy: pr = 0,1(MN/m2) ̣Chỉ số giãn nở sớm đối với động cơ xăng,  - Ap suất cuối kỳ nạp: Động cơ bốn kỳ tăng áp: pa = 0,9.pk 16 ̣Có thể coi gần đúng pk ≈ p0 = 1 at = 0,1 (MN/m2 )và Tk ≈ T0 Suy ra: pa = 0,09(MN/m2) 2.1.2. Đồ thị công 2.1.2.1. Xây dựng đường nen Phương trình đường nén: V pnx. => pc. n1 = cosnt nx V Đặt : i  n1 c = pnx. V n1 nx ; => pnx V  pc . c  Vnx n1   ;  Vnx 1 ; Ta có: pnx  pc . n1 Vc i Trong đó: pnx , vnx là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường nén. i là tỉ số nén tức thời. Ap suất cuối kỳ nén: pc = pa .n1 = 0,09.81,34 = 1,46(MN/m2) 2.1.2.2. Xây dựng đường gian nở Phương trình giãn nở: pgnx. V => pz. V n2 z = pgnx. V n2 gnx n2 gnx = const ; => p gnx  V  p z . z V  gnx     n2 . Với : Vz   .VC Vc Đặt : i  V gnx Vc ; Ta có: p gnx  p z . 1 . i n2 - Trong đó: pgnx và Vgnx là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường giãn nở. 2.1.2.3. Tính Va , Vh , Vc Va = V h + V c Vh  VC   .D 2 .S 4  3,14.0,84 2.0,90 0,0 (dm3) 4 Vh 0,0  0,07(dm3)   1 8 1 Va = Vh + Vc = 0,0 + 0,07 = 0,07(dm3) Vz = Vc = 0,07 (dm3) - ̣Cho i tăng từ 1 đến  ta lập được bang xác đhnh tọa độ các điểm trên đường nén và đường giãn nở. - Thể tích buông cháy ban đầu: Vcbd = 20(mm) Suy ra: V  3 Vc 0,07  0,00306( dm ) Vcbd 20 mm 17 - GHiá trh biểu diễn của: Vhbd  Vh 0,00  140(mm)  vc 0,00306 Ap suất cực đại ban đầu: pzbd = 160 ÷ 200 mm; chọn pzbd = 180(mm) p  pz 0 MN  0,028( 2 ) p zbd 180 m .mm Bang 2 - 2 Bang giá trh đô thh công động cơ 831D0.000 i 1,0 1,0 2,0 2,0 3,0 3,0 4,0 4,0 0,0 0,0 6,0 6,0 7,0 7,0 8,0 V(dm3) Vbd (mm) 0,07 0,11 0,14 0,18 0,21 0,20 0,29 0,32 0,36 0,39 0,43 0,46 0,00 0,03 0,07 20 30 40 00 60 70 80 90 100 110 120 130 140 100 160 Đường nén 1/in1 pc/in1 pn(mm) in1 1,00 1,72 2,03 3,41 4,36 0,36 6,41 7,00 8,64 9,82 11,03 12,28 13,07 14,88 16,22 1,00 0,08 0,39 0,29 0,23 0,18 0,10 0,13 0,11 0,10 0,09 0,08 0,07 0,06 0,06 1,46 0,80 0,08 0,43 0,33 0,27 0,23 0,19 0,17 0,10 0,13 0,12 0,11 0,01 0,09 02,0 30,0 20,7 10,4 12,0 9,81 8,20 7,00 6,08 0,30 4,76 4,28 3,87 3,03 3,24 in2 1,00 1,68 2,43 3,23 4,08 4,97 0,90 6,86 7,80 8,86 9,91 10,98 12,07 13,18 14,32 Đường giãn nở 1/in2 pz/in2 pgn(mm) 1,00 0,60 0,41 0,31 0,20 0,20 0,17 0,10 0,13 0,11 0,10 0,09 0,08 0,08 0,07 0,00 2,98 2,06 1,00 1,23 1,01 0,80 0,73 0,64 0,06 0,00 0,46 0,41 0,38 0,30 180,0 107,1 74,12 00,71 44,11 36,21 30,02 26,20 22,94 20,31 18,17 16,40 14,91 13,60 12,07 - ̣Các điểm đặc biệt của đô thh: Điểm a(Va ; pa) Vậy điểm a(0,61 ; 0,09) Điểm b(Va ; pb) pb: Ap suất cuối quá trình giãn nở pV z n2 z =pV  Vc  pb = pz  Va b    n2 b z n2  pz pV 1  n2  0 1, 28 8 n2 c =pV b n2 a  0,349(MN/m2) Vậy điểm b(0,07 ; 0,349) Điểm đánh lưa sớm: c’ xác đhnh từ brick ứng với s Điểm c(Vc ; pc) Thể tích buông cháy: Vc = 0,07(dm3 )= 0,07 (lít) Ap suất cuối kỳ nén: pc = 1,46(MN/m2) 18 Vậy điểm c(0,07 ; 1,46) Điểm r(Vc ; pr) Ap suất khí sót pr, phụ thuộc vào động cơ Lấy: pr = 0,1(MN/m2) Vậy điểm r(0,07 ; 0,1) Điểm mở sớm của xupap nạp: r’ xác đhnh từ Brick ứng với 1 = 80 Điểm đóng muộn của xupap thai: r ” xác đhnh từ Brick ứng với4 = 00 Điểm đóng muộn của xupap nạp: a ‘ xác đhnh từ Brick ứng với2 = 300 Điểm đóng sớm của xupap thai: b ‘ xác đhnh từ Brick ứng với3 = 300 Điểm y(Vc ; 0,80pz) Vậy điểm y(0,07 ; 4,20) Điểm áp suất cực đại lý thuyết: z(Vc ; pz) Vậy điểm z(0,07 ; 0) Điểm áp suất cực đại thực tế : z’’ = Điểm c’’: cc’’ = Điểm b’’: bb’’ = yz ' 2 MN cy ( 4,20  1,46) 0,93( = ) 3 3 m2 MN ba (0,349  0,09) 0,1294( = ) 2 2 m2 2.1.2.4. Vẽ đồ thị công - Để ve đô thh công ta thực hiện các bước sau : ̣Chọn tỉ lệ xích:  p  V  pz 0 MN  0,028( 2 ) p zbd 180 m .mm 3 Vc 0,07  0,0030( dm ) Vcbd 20 mm - Ve 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 đhnh 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. Ve đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thai bằng hai đường thẳng song song với trục hoành đi qua hai điểm P a và Pr. Ta có được đô thh công lý thuyết. Ve đô thh Brick phía trên đô thh công. Lấy bán kính cung tròn T bằng ½ V hbd , nghĩa là giá trh biểu diễn của AB = Vhbd(mm). S 0,090 m - Tỉ lệ xích đô thh Brick:  s V  140 0,000643( ) mm hbd 19 oo  R. S . 0,090.0,27 ' - GHiá trh biểu diễn của oo’: oobd    2.  4.  4.0,000643 9,40(mm) s s s P (MN/m²) 0 18 17 1 0 16 2 10 4.0 3 14 4 4 Z'' 13 12 0 y 6 z' 11 7 8 3,0 9 10 3,0 2,0 0,80Pz c' 2,0 1,0 c 1,0 0,0 b' b r 0 1Vc a 2Vc 3Vc 4Vc 0Vc 6Vc 7Vc 8Vc V (dm3 ) Hình 2 - 1 Đô thh công động cơ 831D0.000 2.2. Động học và động lực học của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền 2.2.1. Động học Đô ̣ng cơ đốt trong kiểu piston thường có vâ ̣n tốc lớn, nên viê ̣c nghiên cứu tính toán đô ̣ng học và đô ̣ng lực học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền (TKTT) là cần thiết để tìm quy luâ ̣t vâ ̣n đô ̣ng của chúng và để xác đhnh lực quán tính tác dụng lên các chi tiết trong cơ cấu TKTT nhằm mục đích tính toán cân bằng, tính toán bền của các chi tiết và tính toán hao mòn đô ̣ng cơ. 20