123 trang 4 lượt tải

Báo cáo thường kỳ môn Ứng dụng máy tính trong thiết kế động cơ Môn Công nghệ kỹ thuật ô tô | Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh

7

Qua một kỳ tham gia và học tập môn “Ứng dụng máy tính trong thiết kế và mô phỏng động cơ”, dưới sự giảng dạy và hướng dẫn của ThS. Lương Huỳnh Giang – Giảng viên bộ môn Động Cơ, nhóm chúng em đã nắm và hiểu được những nền tảng cơ bản về việc dựng hình thiết kế, mô phỏng tính bền động cơ. Tài liệu gồm 123 trang, giúp các bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao. Mình bạn đọc đón xem!

Môn: Công nghệ kỹ thuật Ô tô 11 tài liệu

Trường: Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 515 tài liệu

Tác giả:

Profile

Hân Hân

1 tuần trước
Danh sách Quiz
/123
BỘ CÔ NG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC
BÁO CÁO THƯỜNG KỲ
MÔN HỌC: ỨNG DỤNG MÁY TÍNH TRONG THIẾT KẾ
VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ
THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ KIỂM NGHIỆM BỀN
CỤM CHI TIẾT PHÁT LỰC ĐỘNG CƠ 2ZZ-GE
GVHD:
LƯƠNG HUỲNH GIANG
LỚP HP:
DHOT17C
SVTH:
TRẦN GIA PHƯƠNG
21062261
NGUYỄN THỊ TRÚC LY
21073891
BỘ CÔ NG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC
BÁO CÁO THƯỜNG KỲ
MÔN HỌC: ỨNG DỤNG MÁY TÍNH TRONG THIẾT KẾ
VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ
THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ KIỂM NGHIỆM BỀN
CỤM CHI TIẾT PHÁT LỰC ĐỘNG CƠ 2ZZ-GE
GVHD:
LƯƠNG HUỲNH GIANG
LỚP HP:
DHOT17C
SVTH:
TRẦN GIA PHƯƠNG
21062261
NGUYỄN THỊ TRÚC LY
21073891
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 – 2024.
BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC NHÓM
STT
Họ và tên
Nhiệm vụ
1
Nguyễn Thị Trúc Ly
Dựng thiết kế piston.
Tính toán bền.
Kiểm nghiệm bền phần mềm.
Làm nội dung, tổng hợp.
So sánh tính toán lý thuyết với sử dụng
phần mềm Solidworks.
2
Trần Gia Phương
Dựng thiết kế thanh truyền, trục khuỷu.
Tính toán nhiệt.
Xuất bản vẽ kỹ thuật.
Mô phỏng chuyển động.
Làm nội dung, tổng hợp, trình bày, sửa
chữa báo cáo.
So sánh tính toán lý thuyết với sử dụng
phần mềm Solidworks.
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................. i
PHỤ LỤC BẢNG ......................................................................................................ii
PHỤ LỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................ iii
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ........................................................................................ 1
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN NHIỆT – ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ............ 2
2.1 Giới thiệu chung........................................................................................ 2
2.1.1 Mục đích tính toán ................................................................................ 2
2.1.2 Chế độ tính toán .................................................................................... 2
2.2 Các thông số cho trước của động cơ ......................................................... 3
2.3 Chọn các thông số tính toán nhiệt ............................................................. 4
2.3.1 Áp suất không khí nạp (p
o
).................................................................... 4
2.3.2 Nhiệt độ không khí nạp mới (T
o
) .......................................................... 4
2.3.3 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (p
k
) .................................................. 4
2.3.4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (T
k
) ................................................. 4
2.3.5 Áp suất cuối quá trình nạp (p
a
).............................................................. 4
2.3.6 Áp suất khí sót (p
r
) ................................................................................ 4
2.3.7 Nhiệt độ khí sót (T
r
) .............................................................................. 5
2.3.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (∆T) ....................................................... 5
2.3.9 Chọn hệ số nạp thêm (λ
1
) ...................................................................... 5
2.3.10 Chọn hệ số quét buồng cháy (λ
2
) ...................................................... 5
2.3.11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt (λ
t
) ..................................................... 5
2.3.12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (ζ
z
) ................................................... 6
2.3.13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ζ
b
)................................................... 6
2.3.14 Hệ số dư lượng không khí α.............................................................. 6
2.3.15 Hệ số điền đầy đồ thị công (φ
d
)......................................................... 6
2.3.16 Tỷ số tăng áp (λ
p
) .............................................................................. 6
2.4 Tính toán nhiệt động cơ ............................................................................ 6
2.4.1 Quá trình nạp......................................................................................... 6
2.4.2 Quá trình nén ......................................................................................... 7
2.4.3 Quá trình cháy ....................................................................................... 8
2.4.4 Quá trình giãn nở ................................................................................ 10
2.4.5 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình .................................. 11
2.4.6 Tính thông số kết cấu của động cơ ..................................................... 13
CHƯƠNG 3: DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ................................ 14
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC ................................................................ 17
4.1 Phân tích động học của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền ...................... 17
4.2 Động học của piston................................................................................ 17
4.2.1 Chuyển vị của piston:.......................................................................... 18
4.2.2 Tốc độ piston....................................................................................... 18
4.2.3 Gia tốc piston ...................................................................................... 19
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU – THANH
TRUYỀN. ........................................................................................................................ 22
5.1 Sơ đồ lực và mômen tác động lên cơ cấu trục khuỷu -thanh truyền. ...... 22
5.2 Lực khí thể .......................................................................................... 22
5.3 Lực quán tính của các chi tiết chuyển động ............................................ 23
5.3.1 Khối lượng cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền ..................................... 24
5.3.1 Lực quán tính (văng thẳng) của khối lượng chuyển động tịnh tiến .... 25
5.3.2 Lực quán tính (lực ly tâm) của khối lượng chuyển động quay P
k ............
26
5.3.3 Hệ lực tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền ........................ 26
CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ VÀ VẼ CỤM CHI TIẾT ................................................. 28
6.1 Lập quy trình thiết kế ngược ................................................................... 28
6.1.1 Quy trình thiết kế ngược chi tiết “Piston”........................................... 28
6.1.2 Quy trình thiết kế ngược “Thanh truyền” ............................................ 29
6.1.3 Quy trình thiết kế ngược “Trục khuỷu” ............................................... 30
6.2 Mô tả quy trình vẽ 3D cụm chi tiết Piston .............................................. 31
6.2.1 Quy trình vẽ 3D chi tiết “Piston” ........................................................ 31
6.2.2 Quy trình vẽ 3D chi tiết “Thanh truyền” ............................................. 41
6.2.3 Quy trình vẽ 3D chi tiết “Trục khuỷu” ................................................ 55
CHƯƠNG 7: TÍNH BỀN LÝ THUYẾT CỤM CHI TIẾT ...................................... 67
7.1 Tính bền chi tiết “Piston” ........................................................................ 68
7.1.1 Áp suất khí thể .................................................................................... 68
7.1.2 Lực tịnh tiến cực đại............................................................................ 69
7.1.3 Tính toán bền piston............................................................................ 70
7.2 Tính bền chi tiết “Thanh truyền” ............................................................ 72
7.2.1 Tính sức bền của đầu nhỏ thanh truyền .............................................. 72
7.2.2 Tính sức bền của thân thanh truyền .................................................... 75
7.2.3 Tính sức bền của đầu to thanh truyền ................................................. 77
7.3 Tính bền chi tiết “Trục khuỷu” ............................................................... 78
7.3.1 Trường hợp khởi động: ....................................................................... 78
7.3.2 Trường hợp trục khuỷu chịu lực Zmax ............................................... 79
7.3.3 Trường hợp trục khuỷu chịu lực tiếp tuyến Tmax .............................. 81
7.3.4 Tính toán sơ bộ trước khi mô phỏng: .................................................. 83
CHƯƠNG 8: MÔ PHỎNG BỀN CỤM CHI TIẾT.................................................. 85
8.1 Mô phỏng bền chi tiết “Piston” ............................................................... 85
8.1.1 Các bước thiết lập mô phỏng piston.................................................... 85
8.1.2 Kết quả ................................................................................................ 87
8.2 Mô phỏng bền chi tiết “Thanh truyền” ................................................... 88
8.2.1 Đầu nhỏ thanh truyền. ......................................................................... 88
8.2.2 Kết quả ................................................................................................ 90
8.2.3 Lực tác dụng lên đầu to hướng lên...................................................... 91
8.2.4 Kết quả mô phỏng ............................................................................... 93
8.2.5 Lực tác dụng lên đầu to hướng xuống................................................. 94
8.2.6 Kết quả mô phỏng ............................................................................... 96
8.3 Mô phỏng bền chi tiết “Trục khuỷu” ...................................................... 97
8.3.1 Trường hợp 1: Máy 1 nổ ..................................................................... 97
8.3.2 Kết quả mô phỏng trường hợp 1 ......................................................... 99
8.3.3 Trường hợp 2: Máy 2 nổ ................................................................... 101
8.3.4 Kết quả mô phỏng trường hợp 2 ....................................................... 102
8.3.5 Trường hợp 3: Máy 3 nổ ................................................................... 104
8.3.6 Kết quả mô phỏng trường hợp 3 ....................................................... 105
8.3.7 Trường hợp 4: Máy 4 nổ ................................................................... 106
8.3.8 Kết quả mô phỏng trường hợp 4 ....................................................... 107
CHƯƠNG 9: KẾT LUẬN ..................................................................................... 110
9.1 Nhận xét piston ..................................................................................... 110
9.2 Nhận xét thanh truyền ........................................................................... 110
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 112
BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG
NHÓM 5
i
LỜI MỞ ĐẦU
Qua một kỳ tham gia và học tập môn “Ứng dụng máy tính trong thiết kế và mô phỏng
động cơ”, dưới sự giảng dạy và hướng dẫn của ThS. Lương Huỳnh Giang – Giảng viên
bộ môn Động Cơ, nhóm chúng em đã nắm và hiểu được những nền tảng cơ bản về việc
dựng hình thiết kế, mô phỏng tính bền động cơ. Nhóm chúng em cảm thấy sự nhiệt huyết
của thầy đặt ở trong các bài giảng trên lớp. Qua đó, chúng em đã trang bị được cho bản
thân những kiến thức về thiết kế và mô phỏng động cơ như: định hướng dựng hình thiết
kế, phân tích động học - động lực học, mô phỏng tính bền, xuất/đọc bản vẽ kỹ thuật…,
và quan trọng hơn là để áp dụng vào thực hành, thực tập và làm nghề trong tương lai.
Chúng em đã nỗ lực áp dụng những kiến thức đã tích lũy trong thời gian qua để hoàn
thành đề tài một cách tốt nhất có thể. Tuy nhiên, do còn hạn chế về kiến thức và kinh
nghiệm thực tiễn, không thể tránh khỏi một số thiếu sót trong quá trình nghiên cứu và
thực hiện. Rất mong nhận được sự góp ý từ thầy để giúp chúng em hoàn thiện hơn về chủ
đề này. Một lần nữa, cả nhóm xin chân thành cảm ơn thầy Lương Huỳnh Giang và trường
Đại Học Công Nghiệp TP.HCM – Khoa Công Nghệ Động Lực đã tạo điều kiện học tập,
cung cấp cho lớp môi trường hoạt động và làm việc chuyên nghiệp.
NHÓM CHÚNG EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!
BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG
NHÓM 5
ii
PHỤ LỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thông số động cơ 2ZZ – GE ..................................................................... 1
Bảng 2.1: Các thông số tính năng chỉ thị và có ích của động cơ. ............................ 12
Bảng 2.2: Hiệu suất của động cơ. ............................................................................ 12
Bảng 2.3 Thông số động cơ 2ZZ – GE .................................................................... 13
Bảng 4.1: Thông số chuyển vị, tốc độ, gia tốc:........................................................ 20
Bảng 6.1: Thông số kích thước piston. .................................................................... 28
Bảng 6.2: Thông số kích thước thanh truyền. .......................................................... 29
Bảng 6.3: Thông số kích thước trục khuỷu. ............................................................. 30
Bảng 7.1: Điều kiện đầu vào. ................................................................................... 67
Bảng 7.2: Thứ tự nổ của động cơ. ............................................................................ 84
BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG
NHÓM 5
iii
PHỤ LỤC HÌNH ẢNH
Hình 3.1: Đặc tính động cơ. .................................................................................... 15
Hình 4.1: Sơ đồ cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền động cơ kiểu piston. ................. 17
Hình 4.2: Đồ thị chuyển vị của piston. .................................................................... 18
Hình 4.3: Đồ thị vận tốc piston. ............................................................................... 18
Hình 4.4: Đồ thị gia tốc của piston. ......................................................................... 20
Hình 5.1: Sơ đồ lực mômen tác dụng lên động cơ. ................................................. 22
Hình 5.2: Đồ thị công P – v. .................................................................................... 23
Hình 5.3: Sơ đồ tính toán khối lượng thanh truyền. ................................................. 24
Hình 5.4: Khối lượng trục khuỷu.............................................................................. 25
Hình 6.1: Lưu đồ đo kiểm và đựng hình 3D chi tiết. ............................................... 28
Hình 6.2: Piston. ...................................................................................................... 29
Hình 6.3: Thanh truyền. ........................................................................................... 29
Hình 6.4: Thanh truyền. ........................................................................................... 30
Hình 7.1: Lưu đồ tính bền cụm chi tiết. ................................................................... 68
Hình 7.2: Sơ đồ phân bố lực. ................................................................................... 69
Hình 7.3: Sơ đồ tính toán đỉnh piston. ..................................................................... 70
Hình 7.4: Kích thước các phần của đầu piston ........................................................ 71
Hình 7.5: Sơ đồ tính toán đầu nhỏ thanh truyền. ..................................................... 72
Hình 7.6: Sơ đồ tác dụng khi đầu nhỏ thanh truyền chịu kéo.................................. 73
BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG
NHÓM 5
1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
Động cơ thực hiện tính toán mô phỏng: Toyota 2ZZ – GE.
Bảng 1.1: Thông số động cơ 2ZZ – GE.
Tên
Thông số
Số xy lanh i
4
Thể tích xylanh V (cm
3
)
448,659
Đường kính piston D (mm)
82
Hành trình piston S (mm)
85
Chiều dài thanh truyền L (mm)
119
Tỷ số lamda λ =R/L
0,357
Độ lệch tâm a
0
Tỉ số nén ε
11,5
Số kì
4
Loại động cơ
Xăng không tăng áp
Công suất định mức N
e
/n
N
(kW/vg/ph)
141/7600
Moment xoắn M
eMAX
(Nm/vg/ph)
176/6800
Hệ số dư lượng không khí α
0,92
Áp suất khí nạp mới P
o
(Mpa)
0,1013
Nhiêt độ khí nạp mới T
o
(K)
302
Áp suất khí nạp trước xupap nạp P
k
=P
o
0,1013
Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp T
k
302
Áp suất cuối quá trình nạp P
a
(Mpa)
0,096235
Áp suất khí sót P
r
(Mpa)
0,12
Nhiệt độ khí sót T
r
(K)
1100
Độ tăng nhiệt độ khí nạp ΔT (
o
K)
30
Chỉ số nén đa biến trung bình không khí m
1,4
Hệ số nạp thêm λ
1
1,07
Hệ số quét buồng cháy λ
2
1
Hệ số hiệu đính tỉ lệ λ
t
1,15
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z, ξ
z
0,92
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b, ξ
b
0,9
Hệ số điền đầy đồ thị công ϕ
d
0,94
Tỷ số tăng áp λ
p
3
BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG
NHÓM 5
2
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN NHIỆT – ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC
2.1 Giới thiệu chung
2.1.1 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 – nổ (cháy + giản 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 p
e
, công suất chỉ thị N
i
, công suất có ích N
e
,…
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.
2.1.2 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.
BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG
NHÓM 5
3
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.
2.2 Các thông số cho trước của động cơ
- Môi trường sử dụng động cơ: Môi trường bình thường;
- Kiểu động cơ: Động cơ xăng không tăng áp;
- Loại động cơ: 2ZZ – GE;
- Số k: τ = 4;
- Số xilanh: i = 4, cách bố trí các xilanh: thẳng hàng;
- Đường kính xilanh: D = 82 (mm);
- Hành trình piston: S = 85 (mm);
- Công suất định mức: N
emax
= 51,15 (HP) = 141 (kW);
- Số vòng quay thiết kế: n = 7600 (v/ph)
BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG
NHÓM 5
4
- Tỷ số nén: ε = 11,5;
- Kiểu làm mát: Làm mát bằng nước;
- Chiều dài thanh truyền, l
tt
= 119 (mm);
- Tỷ số S/D = 1,03659;
- Tỷ số lamda λ = R/L = 0,357;
- Khối lượng nhóm piston: m
np
= 0,28043 (kg);
- Khối lượng nhóm thanh truyền: m
tt
= 0,30674 (kg);
2.3 Chọn các thông số tính toán nhiệt
2.3.1 Áp suất không khí nạp (p
o
)
Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển: p
o
= 0,1013 (MN/m
2
)
2.3.2 Nhiệt độ không khí nạp mới (T
o
)
Nhiệt độ không khí nạp mới phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung bình của môi
trường, nơi mà xe đang sử dụng. Nước ta thuộc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình
trong ngày có thể chọn là t
kk
= 29
o
C, do đó:
T
o
= t
kk
+ 273 = 302 (
o
K)
2.3.3 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (p
k
)
Động cơ bốn kỳ không tăng áp: p
k
= p
o
= 0,01013 (MN/m
2
)
2.3.4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (T
k
)
Động cơ bốn kỳ không tăng áp: T
k
= T
o
= 302 (
o
K)
2.3.5 Áp suất cuối quá trình nạp (p
a
)
Trong quá trình tính toán nhiệt, áp suất cuối quá trình nạp pa của động cơ 4 kỳ không
tăng áp thường được xác định bằng công thức thực nghiệm, ta có:
p
a
= (0,80 ÷ 0,95)p
o
, chọn 0,95: p
a
= 0,95.0,1013 = 0,096235 (MN/m
2
).
2.3.6 Áp suất khí sót (p
r
)
Là thông số quan trọng đánh giá mực độ thải sạch sản phẩm khí cháy ra khỏi xy lanh
động cơ. Giá trị áp suất khí sót pr phụ thuộc vào các yếu tố:
- Diện tích thông qua các xupap xả;
- Biên độ, độ cao, góc mở sớm, đóng muộn của xupap xả;
- Động cơ có lắp tăng áp bằng khí xả hay không;
BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG
NHÓM 5
5
- Độ cản của bình tiêu âm, bộ xúc tác khí xả,…;
Đối với động cơ xăng: pr = (0,11 ÷ 0,12) MN/m
2
, chọn pr = 0,12 (MN/m
2
).
2.3.7 Nhiệt độ khí sót (T
r
)
Phụ thuộc tỉ số nén, thành phần hỗn hợp khí, góc đánh lửa sớm (động cơ xăng) hoặc
góc phun dầu sớm (động cơ Diesel).
Đối với động cơ xăng: T
r
= (900 ÷ 1100)
o
K, chọn T
r
= 1100 (
o
K).
2.3.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (∆T)
Khí nạp mới khi chuyển động trong đường ống nạp vào trong xylanh của động cơ do
tiếp xúc với vách nóng nên được sấy nóng lên một trị số nhiệt độ là ∆T.
Ở động cơ xăng, để màng xăng bay hơi hoàn toàn trước khi vào xylanh động cơ,
đường nạp được sấy nóng bằng nhiệt lượng của nước trong hệ thống làm mát hoặc bằng
nhiệt lượng khí xả (khi đó các đường ống nạp và xả được bố trí về một phía, các ống
nhánh nạp và xả được bố trí xen kẽ nhau). Điều đó làm cho ∆T tăng và giảm hệ số nạp
η
v
.
Đối với động cơ xăng thường chọn trị số ∆𝑇 căn cứ vào số liệu thực nghiệm:
∆T = (10 ÷ 30)
o
K, chọn ∆T = 30 (
o
K).
2.3.9 Chọn hệ số nạp thêm (λ
1
)
Hệ số nạp thêm λ
1
biểu thị sự tương quan lượng tương đối của hỗn hợp khí công tác
sau khi nạp thêm so với lượng khi chiếm chổ ở thể tích V
a
.
Hệ số nạp thêm chọn trong giới hạn: λ
1
= 1,02 ÷ 1,07, chọn λ
1
= 1,07.
2.3.10 Chọn hệ số quét buồng cháy (λ
2
)
Đối với động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy nên chọn λ
2
= 1.
2.3.11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt (λ
t
)
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λ
t
phụ thuộc vào thành phần khí hỗn hợp α và nhiệt độ khí
sót Tr. Thông thường khi tính cho:
Động cơ xăng có: α = 0,85 ÷ 0,92, chọn λ
t
= 1,15.
BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG
NHÓM 5
6
2.3.12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (ζ
z
)
Là thông số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt của quá trình cháy, hay tỷ lệ lượng nhiên
liệu tại điểm z. Trị số thực tế của hệ số lợi dụng nhiệt, được chọn trên cơ sở phân tích
tổng thể các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cháy phát nhiệt của động cơ và dựa theo giới
hạn các giá trị thực nghiệm và được chọn gần đúng theo phạm vi dưới đây:
Động cơ xăng: ζ
z
= 0,75 ÷ 0,92, chọn ζ
z
= 0,92.
2.3.13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ζ
b
)
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ζ
b
) phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Khi tốc độ động cơ
càng cao, cháy rớt càng tăng, dẫn đến (ζ
b
) nhỏ.
2.3.14 Hệ số dư lượng không khí α
Tính toán nhiệt động cơ đốt trong thường tính ở chế độ công suất cực đại nên đối với
động cơ xăng được chọn trong phạm vi α = 0,85 ÷ 0,95, chọn α = 0,9.
2.3.15 Hệ số điền đầy đồ thị công (φ
d
)
Hệ số điền đầy đồ thị công đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công thực
tế so với đồ thị công tính toán. Hệ số điền đầy đồ thị đối với động cơ xăng chọn theo số
liệu kinh nghiệm trong phạm vi:
φ
d
= 0,93 ÷ 0,97, chọn φ
d
= 0,94.
2.3.16 Tỷ số tăng áp (λ
p
)
Là tỷ số giữa áp suất hỗn hợp khí trong xylanh ở cuối quá trình cháy và quá trình
nén. Và tỷ số tăng áp động cơ xăng thường nằm trong phạm vị:
λ
p
= 3,00 ÷ 4,00, chọn λ
p
= 3,00.
2.4 Tính toán nhiệt động cơ
2.4.1 Quá trình nạp
- Hệ số nạp (η
v
)
= 0,9019
BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG
NHÓM 5
7
Trong đó:
m là chỉ số nén đa biến trung bình của không khí, chọn m = 1,5
Hệ số nạp thực tế đối với động cơ xăng có xupap treo: η
v
= 0,75 ÷ 0,88
= 0,0343
- Hệ số khí sót (γ
r
)
Hệ số khí sót đối với động cơ xăng 4 kỳ nằm trong phạm vi γ
r
= 0,05 ÷ 0,15
- Nhiệt độ cuối quá trình nạp T
a
:
= 357,4996 (
o
K), với động cơ xăng T
a
nằm trong phạm vi (340 ÷ 400)
oK.
2.4.2 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:
Khi 0,7 < 𝛼 < 1 tính cho động cơ xăng theo công thức:
Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong quá trình nén:
BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG
NHÓM 5
8
Xác định chỉ số đa nén trung bình n
1
:
=> n
1
= 1,37103
- Áp suất quá trình nén: pc = pa.ε
n1
= 0,096235.11,5
1,37103
= 2,739 (MN/m
2
)
- Nhiệt độ cuối quá trình nén:
Tc = Ta.ε
n1
–
1
= 357,4996.11,51
1,37103
–
1
= 884,7617764 (
o
K)
Đối với động cơ xăng 4 kỳ, các thông số quá trình nén nằm trong phạm vi dưới đây:
n
1
= 1,28 ÷ 1,38; p
c
= 0,57 ÷ 2,20 (MN/m
2
); T
c
= 250 ÷ 750 (
o
K)
2.4.3 Quá trình cháy
Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu M
o
:
Từ bảng 1.15 sách Hướng dẫn đồ án động cơ đốt trong, thay các số liệu tương ứng
của nhiên liệu xăng vào công thức trên ta tính được:
Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg xăng: M
o
= 0,4947 kmolkk/kgnl.
Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh M
1
:
Đối với động cơ xăng (khí nạp mới là không khí và nhiên liệu):
= 0,45512 (kmol kk/kg nl)
Trong đó: μ
𝑛
.1
là trọng lượng phân tử của xăng: μ
𝑛
.1
= 110 ÷ 114 kg/kmol
Lượng sản vật cháy M
2
: α ≥ 1
= 0,49524 (kmol SCV/kg nl)
BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG
NHÓM 5
9
Hệ số biến đổi phân tử khí lý thuyết β
o
:
=1,08772
Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β:
Trong thực tế, do ảnh hưởng của khí sót còn lại trong xylanh từ chu trình trước nên
hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β được xác định bằng công thức sau:
= 1,0848
Giá trị của β phục thuộc chủ yếu vào α mà ít phụ thuộc vào thành phần nhiên liệu.
α
0,8
0,9
1,0
1,2
1,4
β
1,11
1,08
1,05
1,04
1,035
Hệ số biến đổi phân tử khí tại điểm β
z
:
= 1,08669
Trong đó: x
z
là phần nhiên liệu đã cháy tại điểm z, giả thiết rằng số nhiên liệu đã
cháy tỷ lệ với hệ số lợi dụng nhiệt thì ta có:
Tổn thất nhiệt lượng do cháy không hoàn toàn ∆Q
H
:
∆Q
H
= 120.103(1 − α)M
o
= 120.103(1 − 0,92).0,4947 = 4749 (kJ/kg nl)
Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất tại điểm z:
BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG
NHÓM 5
10
Ta có : 1,0877
Nhiệt độ cuối quá trình cháy T
z
được xác định bằng cách giải phương trình sau:
Trong đó:
Q
H
là nhiệt trị thấp của nhiên liệu xăng, Q
H
= 43960 (kJ/kg nl);
tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình tại điểm C của hỗn hợp khí nén;
tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình tại điểm Z của sản vật cháy.
Thay các giá trị vào (*), giải phương trình bậc hai và chọn nghiệm dương thì ta được
giá trị: T
z
= 3245,1524 (
o
K)
- Áp suất cuối quá trình cháy p
z
: p
z
= λ
p
.p
c
= 3.2,739 = 8,217 (MN/m
2
)
Lưu ý, ở động cơ xăng λ
p
không chọn trước mà xác định bằng công thức:
Đối với động cơ xăng, các thông số quá trình cháy nằm trong phạm vi dưới đây:
p
z
= 3,0 ÷ 5,5 (MN/m
2
); T
z
= 2400 ÷ 2900 (
o
K)
2.4.4 Quá trình giãn nở
Tỷ số giãn nở đầu: ρ = 1,3286
Tỷ số giãn nở sau: δ = 8,6557
Xác định chỉ số giãn nở đa biến trung bình (n
2
):
Ở nhiệt độ từ 1200 ÷ 2600
o
K, sai khác của tỷ nhiệt khống lớn lắm, do đó ta có thể
xem: a’
vb
= a’
vz
; b
b
= b
z
, β = β
z
ta có:
⟹ n
2
= 1,20819

Tài liệu khác của Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh

Preview text:

BỘ CÔ NG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO THƯỜNG KỲ
MÔN HỌC: ỨNG DỤNG MÁY TÍNH TRONG THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ
THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ KIỂM NGHIỆM BỀN
CỤM CHI TIẾT PHÁT LỰC ĐỘNG CƠ 2ZZ-GE GVHD: LƯƠNG HUỲNH GIANG LỚP HP: DHOT17C SVTH: TRẦN GIA PHƯƠNG 21062261 NGUYỄN THỊ TRÚC LY 21073891 BỘ CÔ NG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO THƯỜNG KỲ
MÔN HỌC: ỨNG DỤNG MÁY TÍNH TRONG THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ
THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ KIỂM NGHIỆM BỀN
CỤM CHI TIẾT PHÁT LỰC ĐỘNG CƠ 2ZZ-GE GVHD: LƯƠNG HUỲNH GIANG LỚP HP: DHOT17C SVTH: TRẦN GIA PHƯƠNG 21062261 NGUYỄN THỊ TRÚC LY 21073891
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 – 2024.
BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC NHÓM STT Họ và tên MSSV Nhiệm vụ Dựng thiết kế piston. Tính toán bền.
Kiểm nghiệm bền phần mềm. 1 Nguyễn Thị Trúc Ly 21073891
Làm nội dung, tổng hợp.
So sánh tính toán lý thuyết với sử dụng phần mềm Solidworks.
Dựng thiết kế thanh truyền, trục khuỷu. Tính toán nhiệt.
Xuất bản vẽ kỹ thuật. Mô phỏng chuyển động. 2 Trần Gia Phương 21062261
Làm nội dung, tổng hợp, trình bày, sửa chữa báo cáo.
So sánh tính toán lý thuyết với sử dụng phần mềm Solidworks. MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................. i
PHỤ LỤC BẢNG ......................................................................................................ii
PHỤ LỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................ iii
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ........................................................................................ 1
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN NHIỆT – ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ............ 2 2.1
Giới thiệu chung........................................................................................ 2 2.1.1
Mục đích tính toán ................................................................................ 2 2.1.2
Chế độ tính toán .................................................................................... 2 2.2
Các thông số cho trước của động cơ ......................................................... 3 2.3
Chọn các thông số tính toán nhiệt ............................................................. 4 2.3.1
Áp suất không khí nạp (po).................................................................... 4 2.3.2
Nhiệt độ không khí nạp mới (To) .......................................................... 4 2.3.3
Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (pk) .................................................. 4 2.3.4
Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (Tk) ................................................. 4 2.3.5
Áp suất cuối quá trình nạp (pa).............................................................. 4 2.3.6
Áp suất khí sót (pr) ................................................................................ 4 2.3.7
Nhiệt độ khí sót (Tr) .............................................................................. 5 2.3.8
Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (∆T) ....................................................... 5 2.3.9
Chọn hệ số nạp thêm (λ1) ...................................................................... 5 2.3.10
Chọn hệ số quét buồng cháy (λ2) ...................................................... 5 2.3.11
Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt (λt) ..................................................... 5 2.3.12
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (ζz) ................................................... 6 2.3.13
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ζb)................................................... 6 2.3.14
Hệ số dư lượng không khí α.............................................................. 6 2.3.15
Hệ số điền đầy đồ thị công (φd)......................................................... 6 2.3.16
Tỷ số tăng áp (λp) .............................................................................. 6 2.4
Tính toán nhiệt động cơ ............................................................................ 6 2.4.1
Quá trình nạp......................................................................................... 6 2.4.2
Quá trình nén ......................................................................................... 7 2.4.3
Quá trình cháy ....................................................................................... 8 2.4.4
Quá trình giãn nở ................................................................................ 10 2.4.5
Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình .................................. 11 2.4.6
Tính thông số kết cấu của động cơ ..................................................... 13
CHƯƠNG 3: DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ................................ 14
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC ................................................................ 17 4.1
Phân tích động học của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền ...................... 17 4.2
Động học của piston................................................................................ 17 4.2.1
Chuyển vị của piston:.......................................................................... 18 4.2.2
Tốc độ piston....................................................................................... 18 4.2.3
Gia tốc piston ...................................................................................... 19
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU – THANH
TRUYỀN. ........................................................................................................................ 22 5.1
Sơ đồ lực và mômen tác động lên cơ cấu trục khuỷu -thanh truyền. ...... 22 5.2
Lực khí thể .......................................................................................... 22 5.3
Lực quán tính của các chi tiết chuyển động ............................................ 23 5.3.1
Khối lượng cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền ..................................... 24 5.3.1
Lực quán tính (văng thẳng) của khối lượng chuyển động tịnh tiến .... 25 5.3.2
Lực quán tính (lực ly tâm) của khối lượng chuyển động quay Pk ............26 5.3.3
Hệ lực tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền ........................ 26
CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ VÀ VẼ CỤM CHI TIẾT ................................................. 28 6.1
Lập quy trình thiết kế ngược ................................................................... 28 6.1.1
Quy trình thiết kế ngược chi tiết “Piston”........................................... 28 6.1.2
Quy trình thiết kế ngược “Thanh truyền” ............................................ 29 6.1.3
Quy trình thiết kế ngược “Trục khuỷu” ............................................... 30 6.2
Mô tả quy trình vẽ 3D cụm chi tiết Piston .............................................. 31 6.2.1
Quy trình vẽ 3D chi tiết “Piston” ........................................................ 31 6.2.2
Quy trình vẽ 3D chi tiết “Thanh truyền” ............................................. 41 6.2.3
Quy trình vẽ 3D chi tiết “Trục khuỷu” ................................................ 55
CHƯƠNG 7: TÍNH BỀN LÝ THUYẾT CỤM CHI TIẾT ...................................... 67 7.1
Tính bền chi tiết “Piston” ........................................................................ 68 7.1.1
Áp suất khí thể .................................................................................... 68 7.1.2
Lực tịnh tiến cực đại............................................................................ 69 7.1.3
Tính toán bền piston............................................................................ 70 7.2
Tính bền chi tiết “Thanh truyền” ............................................................ 72 7.2.1
Tính sức bền của đầu nhỏ thanh truyền .............................................. 72 7.2.2
Tính sức bền của thân thanh truyền .................................................... 75 7.2.3
Tính sức bền của đầu to thanh truyền ................................................. 77 7.3
Tính bền chi tiết “Trục khuỷu” ............................................................... 78 7.3.1
Trường hợp khởi động: ....................................................................... 78 7.3.2
Trường hợp trục khuỷu chịu lực Zmax ............................................... 79 7.3.3
Trường hợp trục khuỷu chịu lực tiếp tuyến Tmax .............................. 81 7.3.4
Tính toán sơ bộ trước khi mô phỏng: .................................................. 83
CHƯƠNG 8: MÔ PHỎNG BỀN CỤM CHI TIẾT.................................................. 85 8.1
Mô phỏng bền chi tiết “Piston” ............................................................... 85 8.1.1
Các bước thiết lập mô phỏng piston.................................................... 85 8.1.2
Kết quả ................................................................................................ 87 8.2
Mô phỏng bền chi tiết “Thanh truyền” ................................................... 88 8.2.1
Đầu nhỏ thanh truyền. ......................................................................... 88 8.2.2
Kết quả ................................................................................................ 90 8.2.3
Lực tác dụng lên đầu to hướng lên...................................................... 91 8.2.4
Kết quả mô phỏng ............................................................................... 93 8.2.5
Lực tác dụng lên đầu to hướng xuống................................................. 94 8.2.6
Kết quả mô phỏng ............................................................................... 96 8.3
Mô phỏng bền chi tiết “Trục khuỷu” ...................................................... 97 8.3.1
Trường hợp 1: Máy 1 nổ ..................................................................... 97 8.3.2
Kết quả mô phỏng trường hợp 1 ......................................................... 99 8.3.3
Trường hợp 2: Máy 2 nổ ................................................................... 101 8.3.4
Kết quả mô phỏng trường hợp 2 ....................................................... 102 8.3.5
Trường hợp 3: Máy 3 nổ ................................................................... 104 8.3.6
Kết quả mô phỏng trường hợp 3 ....................................................... 105 8.3.7
Trường hợp 4: Máy 4 nổ ................................................................... 106 8.3.8
Kết quả mô phỏng trường hợp 4 ....................................................... 107
CHƯƠNG 9: KẾT LUẬN ..................................................................................... 110 9.1
Nhận xét piston ..................................................................................... 110 9.2
Nhận xét thanh truyền ........................................................................... 110
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 112 BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG LỜI MỞ ĐẦU
Qua một kỳ tham gia và học tập môn “Ứng dụng máy tính trong thiết kế và mô phỏng
động cơ”, dưới sự giảng dạy và hướng dẫn của ThS. Lương Huỳnh Giang – Giảng viên
bộ môn Động Cơ, nhóm chúng em đã nắm và hiểu được những nền tảng cơ bản về việc
dựng hình thiết kế, mô phỏng tính bền động cơ. Nhóm chúng em cảm thấy sự nhiệt huyết
của thầy đặt ở trong các bài giảng trên lớp. Qua đó, chúng em đã trang bị được cho bản
thân những kiến thức về thiết kế và mô phỏng động cơ như: định hướng dựng hình thiết
kế, phân tích động học - động lực học, mô phỏng tính bền, xuất/đọc bản vẽ kỹ thuật…,
và quan trọng hơn là để áp dụng vào thực hành, thực tập và làm nghề trong tương lai.
Chúng em đã nỗ lực áp dụng những kiến thức đã tích lũy trong thời gian qua để hoàn
thành đề tài một cách tốt nhất có thể. Tuy nhiên, do còn hạn chế về kiến thức và kinh
nghiệm thực tiễn, không thể tránh khỏi một số thiếu sót trong quá trình nghiên cứu và
thực hiện. Rất mong nhận được sự góp ý từ thầy để giúp chúng em hoàn thiện hơn về chủ
đề này. Một lần nữa, cả nhóm xin chân thành cảm ơn thầy Lương Huỳnh Giang và trường
Đại Học Công Nghiệp TP.HCM – Khoa Công Nghệ Động Lực đã tạo điều kiện học tập,
cung cấp cho lớp môi trường hoạt động và làm việc chuyên nghiệp.
NHÓM CHÚNG EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN! NHÓM 5 i BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG PHỤ LỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thông số động cơ 2ZZ – GE ..................................................................... 1
Bảng 2.1: Các thông số tính năng chỉ thị và có ích của động cơ. ............................ 12
Bảng 2.2: Hiệu suất của động cơ. ............................................................................ 12
Bảng 2.3 Thông số động cơ 2ZZ – GE .................................................................... 13
Bảng 4.1: Thông số chuyển vị, tốc độ, gia tốc:........................................................ 20
Bảng 6.1: Thông số kích thước piston. .................................................................... 28
Bảng 6.2: Thông số kích thước thanh truyền. .......................................................... 29
Bảng 6.3: Thông số kích thước trục khuỷu. ............................................................. 30
Bảng 7.1: Điều kiện đầu vào. ................................................................................... 67
Bảng 7.2: Thứ tự nổ của động cơ. ............................................................................ 84 NHÓM 5 ii BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG
PHỤ LỤC HÌNH ẢNH
Hình 3.1: Đặc tính động cơ. .................................................................................... 15
Hình 4.1: Sơ đồ cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền động cơ kiểu piston. ................. 17
Hình 4.2: Đồ thị chuyển vị của piston. .................................................................... 18
Hình 4.3: Đồ thị vận tốc piston. ............................................................................... 18
Hình 4.4: Đồ thị gia tốc của piston. ......................................................................... 20
Hình 5.1: Sơ đồ lực mômen tác dụng lên động cơ. ................................................. 22
Hình 5.2: Đồ thị công P – v. .................................................................................... 23
Hình 5.3: Sơ đồ tính toán khối lượng thanh truyền. ................................................. 24
Hình 5.4: Khối lượng trục khuỷu.............................................................................. 25
Hình 6.1: Lưu đồ đo kiểm và đựng hình 3D chi tiết. ............................................... 28
Hình 6.2: Piston. ...................................................................................................... 29
Hình 6.3: Thanh truyền. ........................................................................................... 29
Hình 6.4: Thanh truyền. ........................................................................................... 30
Hình 7.1: Lưu đồ tính bền cụm chi tiết. ................................................................... 68
Hình 7.2: Sơ đồ phân bố lực. ................................................................................... 69
Hình 7.3: Sơ đồ tính toán đỉnh piston. ..................................................................... 70
Hình 7.4: Kích thước các phần của đầu piston ........................................................ 71
Hình 7.5: Sơ đồ tính toán đầu nhỏ thanh truyền. ..................................................... 72
Hình 7.6: Sơ đồ tác dụng khi đầu nhỏ thanh truyền chịu kéo.................................. 73 NHÓM 5 iii BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
Động cơ thực hiện tính toán mô phỏng: Toyota 2ZZ – GE.
Bảng 1.1: Thông số động cơ 2ZZ – GE. Tên Thông số Số xy lanh i 4 Thể tích xylanh V (cm3) 448,659 Đường kính piston D (mm) 82 Hành trình piston S (mm) 85
Chiều dài thanh truyền L (mm) 119 Tỷ số lamda λ =R/L 0,357 Độ lệch tâm a 0 Tỉ số nén ε 11,5 Số kì 4 Loại động cơ Xăng không tăng áp
Công suất định mức Ne/nN (kW/vg/ph) 141/7600
Moment xoắn MeMAX (Nm/vg/ph) 176/6800
Hệ số dư lượng không khí α 0,92
Áp suất khí nạp mới Po (Mpa) 0,1013
Nhiêt độ khí nạp mới To (K) 302
Áp suất khí nạp trước xupap nạp Pk=Po 0,1013
Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp Tk 302
Áp suất cuối quá trình nạp Pa (Mpa) 0,096235 Áp suất khí sót Pr (Mpa) 0,12
Nhiệt độ khí sót Tr (K) 1100
Độ tăng nhiệt độ khí nạp ΔT (oK) 30
Chỉ số nén đa biến trung bình không khí m 1,4 Hệ số nạp thêm λ1 1,07
Hệ số quét buồng cháy λ2 1
Hệ số hiệu đính tỉ lệ λt 1,15
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z, ξz 0,92
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b, ξb 0,9
Hệ số điền đầy đồ thị công ϕd 0,94 Tỷ số tăng áp λp 3 NHÓM 5 1 BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN NHIỆT – ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC
2.1 Giới thiệu chung
2.1.1 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 – nổ (cháy + giản 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 pe, 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.
2.1.2 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. NHÓM 5 2 BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG
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.
2.2 Các thông số cho trước của động cơ
- Môi trường sử dụng động cơ: Môi trường bình thường;
- Kiểu động cơ: Động cơ xăng không tăng áp;
- Loại động cơ: 2ZZ – GE; - Số k: τ = 4;
- Số xilanh: i = 4, cách bố trí các xilanh: thẳng hàng;
- Đường kính xilanh: D = 82 (mm);
- Hành trình piston: S = 85 (mm);
- Công suất định mức: Nemax = 51,15 (HP) = 141 (kW);
- Số vòng quay thiết kế: n = 7600 (v/ph) NHÓM 5 3 BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG - Tỷ số nén: ε = 11,5;
- Kiểu làm mát: Làm mát bằng nước;
- Chiều dài thanh truyền, ltt = 119 (mm); - Tỷ số S/D = 1,03659;
- Tỷ số lamda λ = R/L = 0,357;
- Khối lượng nhóm piston: mnp = 0,28043 (kg);
- Khối lượng nhóm thanh truyền: mtt = 0,30674 (kg);
2.3 Chọn các thông số tính toán nhiệt
2.3.1 Áp suất không khí nạp (po)
Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển: po = 0,1013 (MN/m2)
2.3.2 Nhiệt độ không khí nạp mới (To)
Nhiệt độ không khí nạp mới phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung bình của môi
trường, nơi mà xe đang sử dụng. Nước ta thuộc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình
trong ngày có thể chọn là tkk = 29oC, do đó: To = tkk + 273 = 302 (oK)
2.3.3 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (pk)
Động cơ bốn kỳ không tăng áp: pk = po = 0,01013 (MN/m2)
2.3.4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (Tk)
Động cơ bốn kỳ không tăng áp: Tk = To = 302 (oK)
2.3.5 Áp suất cuối quá trình nạp (pa)
Trong quá trình tính toán nhiệt, áp suất cuối quá trình nạp pa của động cơ 4 kỳ không
tăng áp thường được xác định bằng công thức thực nghiệm, ta có:
pa = (0,80 ÷ 0,95)po, chọn 0,95: pa = 0,95.0,1013 = 0,096235 (MN/m2).
2.3.6 Áp suất khí sót (pr)
Là thông số quan trọng đánh giá mực độ thải sạch sản phẩm khí cháy ra khỏi xy lanh
động cơ. Giá trị áp suất khí sót pr phụ thuộc vào các yếu tố:
- Diện tích thông qua các xupap xả;
- Biên độ, độ cao, góc mở sớm, đóng muộn của xupap xả;
- Động cơ có lắp tăng áp bằng khí xả hay không; NHÓM 5 4 BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG
- Độ cản của bình tiêu âm, bộ xúc tác khí xả,…;
Đối với động cơ xăng: pr = (0,11 ÷ 0,12) MN/m2, chọn pr = 0,12 (MN/m2).
2.3.7 Nhiệt độ khí sót (Tr)
Phụ thuộc tỉ số nén, thành phần hỗn hợp khí, góc đánh lửa sớm (động cơ xăng) hoặc
góc phun dầu sớm (động cơ Diesel).
Đối với động cơ xăng: Tr = (900 ÷ 1100) oK, chọn Tr = 1100 (oK).
2.3.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (∆T)
Khí nạp mới khi chuyển động trong đường ống nạp vào trong xylanh của động cơ do
tiếp xúc với vách nóng nên được sấy nóng lên một trị số nhiệt độ là ∆T.
Ở động cơ xăng, để màng xăng bay hơi hoàn toàn trước khi vào xylanh động cơ,
đường nạp được sấy nóng bằng nhiệt lượng của nước trong hệ thống làm mát hoặc bằng
nhiệt lượng khí xả (khi đó các đường ống nạp và xả được bố trí về một phía, các ống
nhánh nạp và xả được bố trí xen kẽ nhau). Điều đó làm cho ∆T tăng và giảm hệ số nạp ηv.
Đối với động cơ xăng thường chọn trị số ∆𝑇 căn cứ vào số liệu thực nghiệm:
∆T = (10 ÷ 30) oK, chọn ∆T = 30 (oK).
2.3.9 Chọn hệ số nạp thêm (λ1)
Hệ số nạp thêm λ1 biểu thị sự tương quan lượng tương đối của hỗn hợp khí công tác
sau khi nạp thêm so với lượng khi chiếm chổ ở thể tích Va.
Hệ số nạp thêm chọn trong giới hạn: λ1 = 1,02 ÷ 1,07, chọn λ1 = 1,07.
2.3.10 Chọn hệ số quét buồng cháy (λ2)
Đối với động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy nên chọn λ2 = 1.
2.3.11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt (λt)
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt phụ thuộc vào thành phần khí hỗn hợp α và nhiệt độ khí
sót Tr. Thông thường khi tính cho:
Động cơ xăng có: α = 0,85 ÷ 0,92, chọn λt = 1,15. NHÓM 5 5 BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG
2.3.12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (ζz)
Là thông số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt của quá trình cháy, hay tỷ lệ lượng nhiên
liệu tại điểm z. Trị số thực tế của hệ số lợi dụng nhiệt, được chọn trên cơ sở phân tích
tổng thể các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cháy phát nhiệt của động cơ và dựa theo giới
hạn các giá trị thực nghiệm và được chọn gần đúng theo phạm vi dưới đây:
Động cơ xăng: ζz = 0,75 ÷ 0,92, chọn ζz = 0,92.
2.3.13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ζb)
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ζb) phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Khi tốc độ động cơ
càng cao, cháy rớt càng tăng, dẫn đến (ζb) nhỏ.
2.3.14 Hệ số dư lượng không khí α
Tính toán nhiệt động cơ đốt trong thường tính ở chế độ công suất cực đại nên đối với
động cơ xăng được chọn trong phạm vi α = 0,85 ÷ 0,95, chọn α = 0,9.
2.3.15 Hệ số điền đầy đồ thị công (φd)
Hệ số điền đầy đồ thị công đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công thực
tế so với đồ thị công tính toán. Hệ số điền đầy đồ thị đối với động cơ xăng chọn theo số
liệu kinh nghiệm trong phạm vi:
φd = 0,93 ÷ 0,97, chọn φd = 0,94.
2.3.16 Tỷ số tăng áp (λp)
Là tỷ số giữa áp suất hỗn hợp khí trong xylanh ở cuối quá trình cháy và quá trình
nén. Và tỷ số tăng áp động cơ xăng thường nằm trong phạm vị:
λp = 3,00 ÷ 4,00, chọn λp = 3,00.
2.4 Tính toán nhiệt động cơ
2.4.1 Quá trình nạp - Hệ số nạp (ηv) = 0,9019 NHÓM 5 6 BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG Trong đó:
m là chỉ số nén đa biến trung bình của không khí, chọn m = 1,5
Hệ số nạp thực tế đối với động cơ xăng có xupap treo: ηv = 0,75 ÷ 0,88 = 0,0343 - Hệ số khí sót (γr)
Hệ số khí sót đối với động cơ xăng 4 kỳ nằm trong phạm vi γr = 0,05 ÷ 0,15
- Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta:
= 357,4996 (oK), với động cơ xăng Ta nằm trong phạm vi (340 ÷ 400) oK. 2.4.2 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:
Khi 0,7 < 𝛼 < 1 tính cho động cơ xăng theo công thức:
Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong quá trình nén: NHÓM 5 7 BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG
Xác định chỉ số đa nén trung bình n1: => n1 = 1,37103 -
Áp suất quá trình nén: pc = pa.εn1 = 0,096235.11,51,37103 = 2,739 (MN/m2) -
Nhiệt độ cuối quá trình nén:
Tc = Ta.εn1 – 1 = 357,4996.11,511,37103 – 1 = 884,7617764 (oK)
Đối với động cơ xăng 4 kỳ, các thông số quá trình nén nằm trong phạm vi dưới đây:
n1 = 1,28 ÷ 1,38; pc = 0,57 ÷ 2,20 (MN/m2); Tc = 250 ÷ 750 (oK)
2.4.3 Quá trình cháy
Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu Mo:
Từ bảng 1.15 sách Hướng dẫn đồ án động cơ đốt trong, thay các số liệu tương ứng
của nhiên liệu xăng vào công thức trên ta tính được:
Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg xăng: Mo = 0,4947 kmolkk/kgnl.
Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh M1:
Đối với động cơ xăng (khí nạp mới là không khí và nhiên liệu): = 0,45512 (kmol kk/kg nl)
Trong đó: μ𝑛.1 là trọng lượng phân tử của xăng: μ𝑛.1 = 110 ÷ 114 kg/kmol
Lượng sản vật cháy M2: α ≥ 1 = 0,49524 (kmol SCV/kg nl) NHÓM 5 8 BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG
Hệ số biến đổi phân tử khí lý thuyết βo: =1,08772
Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β:
Trong thực tế, do ảnh hưởng của khí sót còn lại trong xylanh từ chu trình trước nên
hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β được xác định bằng công thức sau: = 1,0848
Giá trị của β phục thuộc chủ yếu vào α mà ít phụ thuộc vào thành phần nhiên liệu. α 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 β 1,11 1,08 1,05 1,04 1,035
Hệ số biến đổi phân tử khí tại điểm βz: = 1,08669
Trong đó: xz là phần nhiên liệu đã cháy tại điểm z, giả thiết rằng số nhiên liệu đã
cháy tỷ lệ với hệ số lợi dụng nhiệt thì ta có:
Tổn thất nhiệt lượng do cháy không hoàn toàn ∆QH:
∆QH = 120.103(1 − α)Mo = 120.103(1 − 0,92).0,4947 = 4749 (kJ/kg nl)
Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất tại điểm z: NHÓM 5 9 BÁO CÁO TIỂU LUẬN
GVHD: Th.S LƯƠNG HUỲNH GIANG Ta có : 1,0877
Nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz được xác định bằng cách giải phương trình sau: Trong đó:
QH là nhiệt trị thấp của nhiên liệu xăng, QH = 43960 (kJ/kg nl);
tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình tại điểm C của hỗn hợp khí nén;
tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình tại điểm Z của sản vật cháy.
Thay các giá trị vào (*), giải phương trình bậc hai và chọn nghiệm dương thì ta được
giá trị: Tz = 3245,1524 (oK)
- Áp suất cuối quá trình cháy pz: pz = λp.pc = 3.2,739 = 8,217 (MN/m2)
Lưu ý, ở động cơ xăng λp không chọn trước mà xác định bằng công thức:
Đối với động cơ xăng, các thông số quá trình cháy nằm trong phạm vi dưới đây:
pz = 3,0 ÷ 5,5 (MN/m2); Tz = 2400 ÷ 2900 (oK)
2.4.4 Quá trình giãn nở
Tỷ số giãn nở đầu: ρ = 1,3286
Tỷ số giãn nở sau: δ = 8,6557
Xác định chỉ số giãn nở đa biến trung bình (n2):
Ở nhiệt độ từ 1200 ÷ 2600 oK, sai khác của tỷ nhiệt khống lớn lắm, do đó ta có thể
xem: a’vb = a’vz; bb = bz, β = βz ta có: ⟹ n2 = 1,20819 NHÓM 5 10

Tài liệu liên quan: