Thanh Truyền, Kiểm Nghiệm Bền Các Chi Tiết Chủ Yếcx (Tính Toán ...

Trang chủ Tìm kiếm Trang chủ Tìm kiếm Tiểu luận Tính toán nhiệt, động lực học trục khuỷu – thanh truyền, kiểm nghiệm bền các chi tiết chủ yếu docx 48 3 MB 76 223 4 ( 13 lượt) Xem tài liệu Nhấn vào bên dưới để tải tài liệu Tải về Đang chuẩn bị: 60 Bắt đầu tải xuống Để tải xuống xem đầy đủ hãy nhấn vào bên trên Chủ đề liên quan Tính toán động cơ đốt trong Tiểu luận môn học Tính toán nhiệt Động lực học trục khuỷu Kiểm nghiệm bền

Nội dung

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 1 Nhóm 1 TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ Ý KIẾN CỦA GIÁO VIÊN ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... 2 Nhóm 1 TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ Mục Lục Y CHƯƠNG 1 : TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.............................3 1.1 Giới thiệu chung.......................................................................................................3 1.1.1 Mục đích tính toán.............................................................................................3 1.1.2 Chế độ tính toán.................................................................................................3 1.2 Các thông số cho trước của động cơ.........................................................................4 1.3 Chọn các thông số tính toán nhiệt............................................................................5 1.4 Tính toán nhiệt.........................................................................................................6 CHƯƠNG 2: DỰNG ĐẶC TÍNH NGOÀI ĐỘNG CƠ…………………………15 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PISTON- TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN.................................................................................................................... 13 3.1 Phân tích động học cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền............................................17 3.2 Động học của piston (phân tích theo phương pháp giải tích).................................17 3.2.1 Chuyển vị của piston........................................................................................17 3.2.2 Tốc độ piston...................................................................................................18 3.2.3 Gia tốc piston..................................................................................................18 CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶUTHANH TRUYỀN....................................................................................................19 4.1 Mục đích chung......................................................................................................23 4.2 Sơ đồ lực và mômen tác động lên cơ cấu trục khuỷu- thanh truyền động cơ một xylanh..........................................................................................................................23 4.3 Lực khí thể.............................................................................................................24 4.4 Lực quán tính các chi tiết chuyển động..................................................................25 4.5 Hệ lực tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền..........................................26 CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN NGHIỆM BỀN CÁC CHI TIẾT CHÍNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.........................................................................................30 5.1 Khái quát................................................................................................................31 5.2 Tính toán các chi tiết chính của nhóm piston.........................................................32 5.3 Tính toán thanh truyền...........................................................................................37 5.4 Tính bền trục khuỷu...............................................................................................40 3 Nhóm 1 TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ 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 p i, 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 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. 4 Nhóm 1 TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ 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 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 5 Nhóm 1 TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ 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 Pk = Po = 0,1013 (MN/m2) (tăng áp trung bình) 1.3.4 Nhiệt độ khí nạo trước xupap nạp T k =T o=302( K ) 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) 6 Nhóm 1 TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ 1.3.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới ∆ T =20 (K ) 1.3.9 Chọn hệ số nạp thêm λ 1 λ 1=1,02 1.3.10 Chọn hệ số quét buồn cháy λ 2=1 Vc = 0 1.3.11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λ t=1,15 với α =1,7 1.3.12 Hệ số tác dụng nhiệt tại điểm Z ξ z=0,84 1.3.13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ξ b) ξ b=0,9 1.3.14 Chọn hệ số dư lượng không khí α =0,8 1.3.15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công φ d=0,95 1.3.16 Tỷ số tăng áp λ p= pz =3,7 pc 1.4 Tính toán nhiệt 1.4.1 Quá trình nạp ( η) T k pa p 1 η v= ε . λ1−λ t λ2 r ε−1 T k + ΔT pk pa [ ¿ 1 m ( )] 1 302 0,0886 0,115 . . 10.4 .1,02−1,15.1 10,1 302+20 0,1013 0,133 [ ( ) 1 1,5 ] =0,809 7 Nhóm 1 TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ Hệ số khí sót γr: γ r =λ2 ¿ ¿ ¿ 0 0,115 302 . . =0,04 ( 15−1 ) 0,95 0,1013 700 Nhiệt độ cuối quá trình nạp: T k + ΔT + λt γ r T r T a= ( ) m −1 m 1+ γ r 340+10+1,11.0 .700 ¿ pa pr ( 0,133 0,115 ) 1,5−1 1,5 =309,656( K) 1+0 1.4.2 Quá trình nén Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới: b 0,00419T m´c v =a v T =19,806+ 2 2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy: =19,806+ {1,634} over {2} + {1} over {2} left ´ (427,38+ m c }} v {184,36} over {α} right ) {10} ^ {-5} ¿ ¿ ¿ 20,623+2,673.10-3T Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong quá trình nén: over {1+ {γ} rsub {r}} = {{a} ^´ {'}} rsub {v} + {{b} ^ {'}} over {2} ¿ m´c v =mc ´ v + γ r m c }}} ¿¿ v ' ´ }}} over {1+0} = 19,806+2,095. {10} ^ {-3} T ( {kJ} over {kmol.K} ¿ −3 ¿ 19,806+2,095. 10 T +0. m c v ¿¿ Xác định chỉ số nén đa biến trung bình n1: n1−1= 8,314 b av + T a ( ε n −1 +1 ) 2 1 ¿> n1−1= 8,314 0.00419 19,806+ .350 ( 15n −1 +1 ) 2 1 n1 = 1,377 Áp suất quá trình nén pc: 8 Nhóm 1 TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ pc = pa ε n =0,0886.10,4 1,377=2,228( 1 MN ) m2 Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc: T c =T a ε n −1=350.15 1,36−1=748,688( K ) 1 1.4.3 Quá trình cháy: Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy 1kg nhiên liệu Mo: M o= ¿ 1 C H O + − 0,21 12 4 32 ( ) 1 0,855 0,145 0,004 + − =0,512(kmol . kk ) 0,21 12 4 32 ( ) Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xy lanh : M 1=α M o ¿ 1,7.0,4947=0,521( kmolkk ) kmolnl Lượng sản vật cháy M2: M 2= ¿ O H + +α . Mo 32 2 0,004 0,126 kmolSVC + + 0,84=0,87( ) 32 2 kgnl Hệ số biến đổi phân tử khí lý thuyết βo: β o= M 2 0,507 = =1,08 M 1 0,469 Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β: β=1+ β o−1 1,08−1 =1+ =1,07 1+ γ r 1+ 0,04 Hệ số biến đổi phân tử khí tại điểm βz: β z =1+ = 1+ β 0 −1 β 0−1 ξ z x z =1+ . 1+γ r 1+ γ r ξ b 1,08−1 0,8 . =1,077 1+ 0,04 0,89 Tổn thất nhiệt lượng do cháy không hoàn toàn: 9 Nhóm 1 TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ ΔQ H =120.10 3 . ( 1−ε ) . M o=6144 KJ/Kg.nl Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất tại điểm z: = {{β} rsub {o} left ({x} rsub {z} + {{γ} rsub {r}} over {{β} rsub {o}} right ) acute {m {c} rsub {v} rsup {'}} + left (1- {x} rsub {z} right ) acute {m {c} rsub { m c }} vz ( 1,03. 0,9+ ¿ 0 0,00419 (19,806+2,095. 10−3 T z )+ (1−0,9 ) (19,806+ T z) 1,03 2 0,00419 kJ =19,806+ T z( 2 kmo 0 1,03 0,89+ + ( 1−0,9 ) 1,03 ) ( ) Nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz: ξ z ( Q H −ΔQ H ) M 1 ( 1+ γ r ) ¿> +¿ 0,8. ( 42530−0 ) 0,00419 +(19,806+2,095. 10−3 .927+8,314.2,2)927=1,027 (19,806+ T z +8,314) T z 2 0,84. ( 1+0 ) Tz = 2366,927 (K) Áp suất cuối quá trình cháy pz: p z=β Z . TZ . P =8,175( MPa) Tc c 1.4.4 Tính toán quá trình dãn nở Tỷ số dãn nở đầu: ρ= β z T z 1,027 2203 . = . =1,11 λ p Tc 2,2 927 ε ρ Tỷ số dãn nở sau: δ = = 15 =10,4 1,11 Chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2: n2 −1= MàT b= Tz ε n2−1 = 8,314 ( ξb −ξ z ) Q H b' +a 'vz + z ( T z+ T b ) 2 M 1 . ( 1+ γ r ) β ( T z−T b ) 2203 15n −1 2 8,314 n2−¿ 1 = ( 0,89−0,8 ) 42530 0,00419 2203 +19,806+ (2203+ n −1 ) 2203 2 15 0,84.1,03( 2203− n −1 ) 15 2 2 Giải ra: n2 – 1 = 0,26 => n2 = 1,255 10 Nhóm 1 TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Nguyễn Quốc Sỹ Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở Tb = 1410,2448 (K ) Áp suất cuối quá trình dãn nở : pb = pz ε n2 = 11,64 =0,43( MPa) 15 1,26 Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót Tr: T r= Tb pb pr = 2203 =893,164 (K ) 3 0,43 0,115 √ √ 3 Sai số cho phép: 702−700 =0,29 %