Động cơ đốt trong đối xứng
Lời nói đầu
Trong thời kì công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc hiện nay thì ngành công
nghiệp đóng một vai trò quan trọng. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền khoa
học kỹ thuật thì sinh viên nói chung và sinh viên ngành kỹ thuật nói riêng phải
trang bị cho mình một kiến thức để tiếp cận kịp thời với sự phát triển khoa học của
thế giới. Vì vậy trong thời gian học tập ở trờng mọi sinh viên phải nắm vững đợc
các môn học cơ sở.
Môn học nguyên lý máy là một trong các môn cơ sở đó. Trong quá trình học
tập môn học này em đợc bộ môn giao đề tài thiết kế Động cơ đốt trong đối xứng
. Cùng với những tiếp thu đợc trong quá trình học tập và sự tận tình của của thầy
giáo Phan Quang Thế và các thầy cô trong tổ bộ môn, nay về cơ bản em đã hoàn
thành đồ án môn học. Mặc dù còn nhiều thiếu sót rất mong thầy cô giúp đỡ em để
em hoàn thành tốt hơn.
Vậy em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Phan Quang Thế và các thầy cô giáo
đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án môn học. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên
Hoàng Ngọc Quang

Phân tích cấu trúc cơ cấu.
1. Phân tích chuyển động :
Cơ cấu chính của động cơ đốt trong đối xứng là cơ cấu tay quay con trợt gồm 5
khâu khác nhau và 2 Pistong đối xứng nhau.
Dùng cơ cấu này trong động cơ để biến chuyển động tịnh tiến qua lại của
pistong thành chuyển động quay tròn của trục khuỷu (Khâu dẫn). Để từ đó dẫn
động tới các máy công tác khác.
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
1
Động cơ đốt trong đối xứng
Trong cơ cấu của động cơ đốt trong đối xứng có 5 khâu đợc nối với nhau bằng

Do đó ta có :
W = 3x5 - 2x7 = 1
Số bậc tự do của cơ cấu phẳng = 1
Xếp loại cơ cấu ta tách nhóm Axua
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
2
4
4
4
5
4
1
4
2
4
3
Động cơ đốt trong đối xứng
Tách khâu
{
)54(
)32(


2 nhóm Axua loại 2 }
Động cơ đốt trong đối xứng là cơ cấu loại 2.
b. Tổng hợp cơ cấu chính và vẽ hoạ đồ vị trí.
- Theo cách dựng của bài toán tổng hợp cơ cấu tay quay con trợt của Pistong 3
và 5 là trục xx.
Tâm quay nằm trên trục xx và quỹ tích A và C làđờng tròn tâm O bán kính khi
R = OA = OC.

= L = 130,9 (mm).
Để phù hợp với bản vẽ và khuôn giấy ta biểu diễn R = OA = OC = 50 (mm)
Chọn tỉ lệ xích chiều dài:
)(00068,0
50
034,0
mm
m
OA
L
OA
L
===
à
Vậy các đoạn biều diễn trên bản vẽ là :
)(5,192
00068,0
1309,0
mmCDAB
===

)(5,192
00068,0
1309,0
42
mm
L
CSAS
L
====

BB
====
à

)(5,242
00068,0
034,01309,0
11
mm
RL
ODOB
L
=
+
=
+
==
à
).(5,142
00068,0
034,01309,0
55
mm
RL
OBOD
L
=

=


, ,B
8
lấy các điểm C
1
, C
2
,C
8
làm tâm quay các đờng tròn bán kính
R = 212,5(mm) ta cũng đợc các điểm D
1
, D
2
, ,D
8
.
Lần lợt nối các điểm của từng vị trí với nhau ta đợc đồ hoạ đồ vị trí của cơ cấu.
a
2

c
6
O
n
1
d
1
d
2


b
4

b
6

b
5


a
3

c
7
a
4

c
8


a
5

c
1
a
6


C
5
A
5
C
1
A
2
C
6
A
6
C
2
A
3
C
7
A
7
C
3
A
4
C
8
A
8
C
4

3700.
30
1
srad
n



==
Mặt khác :
21 A
V
A
V

=
(Khớp quay).

1A
V
=
2A
V
= 13,174 ( m/s).
Ta biết 2 điểm A , B cùng thuộc khâu 2 nên ta có phơng trình.

2222 AB
V
A
V

22AB
V

Có phơng vuông góc với AB, chiều và trị số cha biết
Chọn P làm gốc hoạ đồ vận tốc và tỉ lệ xích vận tốc là :
==
à

à
LV
.
1
13,174/ 50 =0,263 (
smm
m
.
)
Khi đó đoạn biểu diễn điểm A đúng bằng đoạn OA :
P
a1
= OA = 50 (mm)
Từ P ta dựng vectơ
2,1a
P

- Có phơng OA , chiều thuận chiều

1
- Độ lớn :
P

b
3
ta đợc vectơ
32 bb
PP
=
biểu diễn vectơ vận tốc
2B
V

=
3B
V

Vì cơ cấu đối xứng nên các vectơ vận tốc :
41 CC
VV
=
54 DD
VV
=
44CD
V
lây đối xứng qua P
Véc tơ
41 CC
PP
=
- Có phơng trùng với phơng
2,1a

- Độ lớn :
44
dc
=
22
ba
.Sau khi vẽ song hoạ đồ
vận tốc ta xác định vận tốc thực của các điểm trên các khâu bằng cách lấy đoạn
biểu diễn nhân với tỉ lệ xích vận tốc
2B
V
=
3B
V
=
3,2b
P
.
à
V

4D
V
=
5D
V
=
5,4d
P
.

AB
AB 2212222
2
.
.
.

à
à

===
Và vận tốc góc của khâu 4 :
4
=
2

Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
7
Động cơ đốt trong đối xứng
Bảng trị số các đoạn biểu diễn vận tốc :
Vị trí
Vận tốc
(mm)
1 2 3 4 5 6 7 8
Pa
1,2
= Pc
1,4
50 50 50 50 50 50 50 50
Pb

Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
8
Động cơ đốt trong đối xứng
- Độ lớn :
OA
n
AAA
Laaa .
2
121

===
=
)/(34,5104034,0.)
30
3700.
(
22
sm
=


Vì 2 điểm A và B cùng thuộc 1 khâu (2) nên ta có
2222 ABAB
aaa
+=
Mà
32 BB
aa
=

- Độ lớn :
n
AB
a
22
=
AB
AB
AB
AB
AB
AB
LVL
L
v
L /
22
22
2
2
2
2
=










àà
Chọn điểm P làm gốc hoạ đồ, dựng các véctơ a
1
= a
2
= OA = 50 (mm)
biểu diễn véctơ gia tốc
=
1A
a
2A
a
từ mút
'
2
'
1
aa
ta dựng véctơ :
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
9
Động cơ đốt trong đối xứng BA
na
'
2

=
2B
a
3B
a
( Phơng ngang). Hai đờng thẳng chỉ phơng cắt nhau ở đâu thì điểm đó là
điểm b
2

b
3

, từ ta dựng véctơ b
2

b
3

biểu diễn véctơ gia tốc
2B
a
=
3B
a
.
Ta dựng các véctơ biểu diễn cho các véctơ gia tốc :
41 CC
aa
=
;

22
'' ba


Xác định gia tốc góc của khâu 2 và khâu 4 bằng công thức :
AB
BA
AB
L
a

==
22
222
b. Tại vị trí số 8
=
1A
a
2A
a
- Có phơng OA ; Có chiêù hớng từ A O.
- Độ lớn :
OA
n
AAA
Laaa .
2
121

===

3B
a
=
2A
a
+
22AB
a
=
2A
a
+
n
AB
a
22
+

22AB
a
.

n
AB
a
22
- Phơng AB.
- Chiều từ B đến A.
- Trị số :
n

===

à

22AB
a
- Phơng vuông góc AB
- Chiều, trị số cha biết.
Với :
)./(087,102.
22
1
smmm
La
==
àà

Chọn làm gốc hoạ đồ.
Dựng véctơ a
1
= a
2
từ mút a
1
a
2
ta dựng véctơ :BA

2B
a
3B
a
, hai đờng thẳng chỉ phơng cắt
nhau tại đâu thì đó là điểm b
2
b
3
. Véctơ
'
2
b

=
'
3
b


biểu diễn véctơ
2B
a
=
3B
a
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
11
Động cơ đốt trong đối xứng
Tơng tự lấy đối xứng các véctơ này qua gốc nh đối với vị trí 2 ta đợc các

aa
=
;
54 DD
aa
=
;
44CD
a

và
n
CD
a
44
.
Khi đó ta đợc hoạ đồ gia tốc của vị trí 8 .
Sau khi vẽ song hoạ đồ gia tốc ta đi xác định gia tốc thực của các điểm trên
các khâu bằng cách lấy đoạn biểu diễn của chúng đo đợc từ hoạ đồ nhân với tỉ lệ
xích gia tốc.
a
B2
= a
B3
= b
2
.
à
a


= 51,7771.102,087 = 5285,769(m/
2
s
)
Tại vị trí số 8 :

42

=
= 35,356.102,087= 3609,388(m/
2
s
)
Bảng các giá trị biểu diễn gia tốc dài và gia tốc tại vị trí số 3 và số 8(mm).
Vị trí Vị trí số 3 Vị trí số 8
a
A1,2
= a
C1,4
50 50
a
1,2
n
BA
= c
1,4
n
DC
0 6,7
a

Trong đó chịu tác dụng của các lực P
3
, P
5
(lực tác dụng vào đầu Pistong);
3
qt
P
,
5
qt
P
2
qt
P
,
4
qt
P
là lực quán tính của các khâu và G
3
, G
5
, G
2
, G
4
là trọng lợng của các
khâu.
a) Tách nhóm Axua (2-3) và đặt lực ta có :

+
3
Ro
+
3
P
+
3qt
P
+
3
G
+
2qt
P
+
2
G


0;
Trong đó : * P
3
tính đợc trên đồ thị áp suất.
*
3
qt
P
- Có phơng ngang , chiều ngợc chiều
'



12
R)Fx(M
và thay vào ph-
ơng trình trên giải đợc hoạ đồ lực.
Tách nhóm Axua (4-5) vì đây là động cơ đốt trong đối xứng lên hoạ đồ lực của
nhóm Axua (4-5) giống hoạ đồ lực nhóm Axua (2-3), nhng các véctơ có chiều ngợc
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
13
D
5
4
C
O
1
2
B
3
Động cơ đốt trong đối xứng
lại nên ta vẽ đợc hoạ đồ lực (4-5) dựa vào hoạ đồ lực nhóm (2-3). Sau khi vẽ đợc ta
tính các giá trị
n
R
12
;
3
Ro
bằng cách đo trên hoạ đồ.
b. Xác định điểm đặt

h
q3
+P
q2
h
q2
+ G
2
h
2
+ P
5
h
5
+P
q5
h
5
+ G
3
h
3
+P
q4
h
q4
).
2. Phân tích lực ở vị trí số 3 và số 8.
a. Xác định trị số các lực đã biết :
- Lực tác động lên Pistong ta phải dựa vào biểu đồ lực và hành trình làm việc






=
mmcm
N
P
.
6
5
2
à
.
áp lực thực tế tác động lên Pistong :
P = p
i
S.
Trong đó S là tiết diện ngang của Pistong :
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
14
Động cơ đốt trong đối xứng
4
2
D
S

=
P

3
.a
S3
= m
5
a
S5
;
P
2
qt
= P
4
qt
= m
2
.a
S2
= m
4
a
S4

Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
15
40
30
20
10
0

là khối lợng của khâu 2 và khâu 4 và có trị số :
)(
8,9
25
2
42
kg
g
G
mm ===
+ a
S3
, a
S5
là gia tốc trọng tâm khâu 3 và khâu 5.
+ a
S4
, a
S2
là gia tốc trọng tâm khâu 2 và khâu 4.
+ S
3
, S
5
lần lợt là đoạn biểu diễn của gia tốc trọngtâm khâu 3 và khâu 5.
+ S
2
, S
4
lần lợt là đoạn biểu diễn của gia tốc trọngtâm khâu 2 và khâu 4.

) 1372,927 3630,765
a
S3
= a
S5
(m/s
2
) 1372,927 3630,765
P
3
qt
= P
5
qt
( N) 2801,892 7409,724
P
4
qt
= P
2
qt
3502,365 9262,156
b. Xác định phản lực tại các khớp động
Trọng tâm S
2
và S
4
của khâu 2 và khâu 4 có khoảng cách là :
L
AS2

mm
L
ml
Js
l
SA
AS
SK
====
)(5417,2080417,165,192 mmLLL
SKASAK
=+=+=
Tách nhóm Axua (2-3) ; (4-5).
Vì là động cơ đốt trong đối xứng nên ta chỉ cần phân biệt 1 bên còn bên kia t-
ơng tự.
* Hoạ đồ lực vị tri số 3 :
Xét nhóm Axua (2-3) ta có :
n
R
12
+

12
R
+
2
G
+
2
qt


)
- Giá trị : P
3
qt
=2801,892 (N)
+
2
qt
P
- Phơng phơng a
S2
; Có chiều ngợc lại
- Giá trị : P
2
qt
=3502,365 (N)
+
3
P
- Phơng phơng chuyển động của pistong ( phơng ngang )
- Chiều ngợc chiều chuyển động của pistong ( Từ T P )
- Giá trị :
3
P
= 90,792 (N)
Ta thấy phơng trình còn 3 ẩn nên cha giải đợc. Tiếp tục tách khâu 2 và đặt lực :
Ta có phơng trình cân bằng :
2
qt

12
R
.AB + P
2
qt
. h = 0.
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
17
Động cơ đốt trong đối xứng

)(677,1123
5,192
7605,61.365,3502
.
2
12
N
AB
hP
R
qt
=

=

=

h
r
32

G
+
2
qt
p
+
3
G
+
3
qt
p
+
3
P
+
3
Ro
= 0.
Chọn à
P
= 40 (N/mm) .
Ta tính đợc các giá trị biểudiễn nh sau :
2
qt
p
= 87,55913 (mm)
3
qt
p

p
,
3
G
,
2
qt
p
,
2
G
,
12
R
,
3
Ro
) ~ 0
Ta có phơng trình cân bằng :

n
R
12
+
3
Ro
+
2
qt
p

)
- Giá trị : P
3
qt
=7409,724 ( N ).
+
2
qt
p
- Phơng phơng
2S
a
và có chiều ngợc lại chiều của
2S
a
.
- Trị số P
2
qt
= 9262,156 (N).
+
12
R
- Cha biết chiều và trị số
+
03
R
- Phơng thẳng đứng
- Cha biết chiều và trị số.
+

p
2
qt
Khi đó ta có phơng cân bằng :
2
qt
p
+
2
G
+
12
R
+
32
R
= 0.
Tính phản lực :
12
R
=
n
R
12
+

12
R
.
Ta có :


12
R
+
2
qt
p
+
2
G
+
3
P
+
3
G
+
3
qt
p
+
3
Ro
= 0
Chọn à
P
= 40 (N/mm).
Ta có các giá trị biểu diễn :
2
qt

03
R
. x = 0 x =0.
Vậy
03
R
có điểm đặt tại B.
Tính mômen cân bằng tại vị trí số 3 :
3
9
.
3
7
2
4
3
9
.
4
4
5
4
P
5
P
3
cb
m
P
qt

a
12
P
2
c
14
b
23
d
45
41.3208
38.6384
Ta có :

)(536,673640.4134,168.
12
12
NlR
p
n
===
à
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
20
Động cơ đốt trong đối xứng
)(61,6829677,1123536,6736
22
12
2
12

à
)(488,304240.0622,76.
0505
NlR
p
===
à
M
cb
- à
L
(R
21
.h
23
+ R
41
.h
43
) =0
=> M
cb
= (6829,61.45,4503 + 7790,611.45,8793).0,00068 =454,128 (N.m)
Ta cũng có thể xác định bằng phơng pháp Jucopki.
Bằng cách xoay hoạ đồ vận tốc đi 90
0
theo chiều kim đồng hồ đặt các lực và
lấy mômen tại gốc P
3
.

.
12
12
=
;
p
n
lR
à
.
14
14
=
M
cb
- à
L
(R
21
.h
28
+ R
41
.h
48
) =0
=> M
cb
=
( )

qtqtqtqt
LCB
=
+++=
+++++=
à

So sánh 2 cách tính Momen cân bằng ta có sai số là :
5,3
885,964
632,930885,964
=

%.
Bảng giá trị các lực
Vị trí
Các lực
Số 3 Số 8
BD(mm) GTT(N) BD(mm) GTT(N)
G
2
= G
4
0,625 25 0,625 25
G
3
= G
5
0,5 20 0,5 20
P

R

14
28,0919 1123,677 18,835 753,401
R
n
14
192,7287 7709,148 422,7997 16911,988
R
05
76,0622 3042,488 57,9737 2318,948
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
22
Động cơ đốt trong đối xứng
Phần Iv. Thiết kế bánh đà
Đặt vấn đề : Khi làm việc dới tác động của các lực máy sẽ hoạt động với
những vận tốc góc của trục khuỷu khác nhau. ở phần trên ta giả thiết vận tốc góc

1
= const.
Song trong thực tế nó vẫn thay đổi theo từng chu kì làm việc của máy. Xuất
phát từ phơng trình chuyển động thực của máy ta xác định đợc vận tốc góc thực đó.
Vì ở động cơ đốt trong đối xứng ta xem nh mômen cản không thay đổi còn
mômen động là mômen thay thế.
Phơng trình chuyển động
A
đ
=














+








=


K
K
K
K
K
M
V



=


1

K
K
K
V
PMdtt
Ta biết : v
k
=h
k
.
à
v
= h
k
.

1
.
à
L
M
đtt
=

5
.H
5
G
5
.h
5
G
4.
h
4
).à
L
(*)
Trong đó : h
2
, h
3
, h
4
, h
5
là khoảng cách cánh tay đòn của các lực G
2
, G
3
,
G
4
, G

5
là lực tác dụng vào đầu pitông (3) và (5) , có trị số đợc xác định
bằng áp suất trong xilanh nhân với diện tích tiết diện ngang của xilanh ( cách tính
nh phần xác định áp lực tại khớp quay ) .
Bây giờ ta tiến hành tính lực P
3
và P
5
cho 17 vị trí
Từ hoạ đồ vị trí ta xác định đợc vị trí của 2 pitong sau đó ta chiếu lên đồ thị
biểu diễn lực 4 hành trình Hút - Nén - Nổ - Xả với tỉ lệ xích :
à
p
=
6
5
(
mmcm
N
.
2
)
Bảng giá trị lực phát động p
vị trí 1 2 3 4 5 5 6 7 8 9
P
i3
(N/cm
2
)
2,5

P
i3
(N/cm
2
)
13,3333 40 23,3621 7,9663 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
P
3
(N)
484,224 1451,672 848,436 289,3118 90,792 90,792 90,792 90,792 90,792 90,792
Nổ Xả
P
i5
(N/cm
2
)
2,5
2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
0,7 4,3706 10,4961 13,3333
P
5
(n)
-
90,792
-90,792 -90,792
-90,792
-
90,792
-
90,792

ta có thể thu gọn thành công thức :
M
đtt
= M
L
( P
3
h
3
P
5
h
5
)
Lần lợt thay các giá trị vào biểu thức trên với qui ớc :
- Các lực gây mômen chống lại chiều xoay của hoạ đồ vận tốc lấy dấu (+)
- Các lực gây ra mômen cùng chiều xoay của hoạ đồ vận tốc lấy dấu (-)
Ta lập đợc bảng :
Trị số của mômen động thay thế
vị trí 1 2 3 4 5 6 7 8 9
M
đtt

(Nm)
0 38,8594 25,7599 3,881 0 2,272 8,4836 13,4672 0
Sau khi có đợc giá trị M
đtt
tại các vị trí ta vẽ đợc biểu đồ mô men động thay thế
trên hệ trục vuông góc với : à
M

tt
= 9,088 (mm)
M
7
tt
= 33,9344 (mm) ; M
8
tt
= 55,8688 (mm) ; M
9
tt
= 0
(mm)
Trờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Trang
25