Tiểu luận Tính toán nhiệt, động lực học trục khuỷu – thanh truyền, kiểm nghiệm bền các chi tiết chủ yếu

Chia sẻ: Nguyễn Thành Nam | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:48

Thêm vào BST

Báo xấu

160
lượt xem 28
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tiểu luận tính toán nhiệt động cơ đốt trong; dựng đặc tính ngoài động cơ; tính toán thiết kế piston- trục khuỷu – thanh truyền; tính toán động lực học cơ cấu trục khuỷu- thanh truyền; tính toán nghiệm bền các chi tiết chính của động cơ đốt trong. Mời các bạn cùng tham khảo đề tài để nắm chi tiết nội dung nghiên cứu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tiểu luận Tính toán nhiệt, động lực học trục khuỷu – thanh truyền, kiểm nghiệm bền các chi tiết chủ yếu

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
TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ 2Nhóm 1
TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ Ý KIẾN CỦA GIÁO VIÊN ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... 3Nhóm 1
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ 14Nhóm 1
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
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
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
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
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
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