Lời nói đầu
Đồ án tính toán thiết kế động cơ đốt trong là đồ án chuyên
nghành,trong quá trình làm sử dụng các kiến thức tổng hợp của rất
nhiều môn học trớc đó.Và nó tổng hợp các kiến thức của các môn đồ án
đã làm ,nhất là đồ án công nghệ chế tạo máy .Đây không phải là đồ án
đầu tiên em làm nhng nó là đồ án chuyên nghành nên cần có lợng kiến
thức rất lớn về động cơ đốt trong cũng nh các kiến thức khác nữa.Trong
quá trình làm đồ án chúng em không những củng cố lại những kiến thức
đã học,mà còn mở rộng và chuyên sâu về nghành của mình.Đây là đồ
án sẽ phục vụ cho đồ án tốt nghiệp,do vậy làm đồ án sẽ có thêm đợc rất
nhiều kiến thức mới về động cơ đốt trong,nó sẽ phục vụ tốt cho công việc
sau này.Trong quá trình làm đồ án em đã tham khảo nhiều sách không
chỉ về động cơ đốt trong mà còn cả các sách công nghệ
các thông số đầu vào
1. Kiểu động cơ: Động cơ xăng AUDI 2.0
2. Thứ tự nổ 1-3-4-2
3. Công suất động cơ N
e
= 128 mã lực
4. Số vòng quay n = 5500 vòng / phút
5. Suất tiêu thụ nhiên nliệu g
e
= 178 g/ml.h
6. Số kỳ

= 4
7. Đờng Kính xy lanh D =82.5 mm
8. Hành trình piston S =92.8mm
9. Tỷ số nén =10.7
10. Số xi lanh i = 4
11. Chiều dài thanh truyền l

18. Gãc ®¸nh löa sím ϕ
i
= 15
0
2
Chơng I: Tính Toán Nhiệt
1.1 Các thông số chọn:
1.1.1 Tính tốc độ trung bình của piston :
Ta có công thức tính tốc độ trung bình của piston nh sau :
Vậy động cơ có tốc độ cao tốc, áp suất và nhiệt độ của môi trờng:
p
k
= 0,1 MPa
T
k
= 24 + 273 = 297
o
K
1.1.2 áp suất cuối quá trình nạp (động cơ không tăng áp)
p
a
= (0,8 ữ 0,9)p
k
= (0,8ữ 0,9).0,1 chọn p
a
= 0,09 MPa
1.1.3 áp suất và nhiệt độ khí sót
p
r
= (1,1 ữ 1,15).p


z
= 0,70 ữ 0,85 chọn
z
= 0,8759

b
= 0,80 ữ 0,90 chọn
b
= 0,886
3
)/(013,17
30
5500.
3
10.8,92
30
.
sm
nS
tb
v =

==
1.1.9 Hệ số hiệu đính đồ thị công

d
= 0,92 ữ 0,97 chọn
d
= 0,97




+
=



Chỉ số dãn nở đa biến m = 1,45 ữ 1,5 , chọn m = 1,45
( )
45,1
1
09,0
11,0
.1.17,104,1.7,10
1
.
09,0
11,0
.
930
10297.1







+

=

041,01
11,0
09,0
930.041,0.17,1)10297(
45,1
145,1
+






++
=

a
T
=333K
1.2.3 Hệ số nạp










1
1




















+
=
45,1
1
09,0
11,0
.1.17,104,1.7,10.

h
e
e

=
trong đó
V
h
=
S
D
.
4
2

(dm
3
)
p
e
=
5500 0928,0.)0825,0.(4
4.4.30.5,130.7355,0
2

= 1,0352 (MPa ) thay vào (*) ta đợc
M
1
=
297.0352,1.

1
M
à

=
=
512,0
114
1
5121,0

= 0,9842 ;
NL
à
=114
1.3 Quá trình nén
1.3.1 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới:
Tmc
v
00209,0806,19
+=
kj/kmolđộ
1.3.2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí sót :
( )
T10.4,25234,360
2
1
504,3997,17mc
5
''

+
+
=


=
T
2
'b
'a
v
v
+
1.3.4 Chỉ số nén đa biến n
1
:
( )
1
2
314,8
1
1
'
'
1
1
++
=
n
a

1.3.7 Lợng môi chất công tác của quá trình nén:
M
c
=M
1
+ M
r
= M
1
(1+
r
) = 0,512(1+0,041) = 0,533 kmol/kgnl
1.4 Quá trình cháy
1.4.1 Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết:
NL
0
0
NL
0
1
M.
M)1(21,0
1
32
0
4
H
1
à
+



+
+=

42,1
0
=

1.4.2 Hệ số thay đổi phân tử thực tế :
r
r



+
+
=
1
0
041,01
041,042,1
+
+
=

6
4,1
=


041,01
142,1
1
+

+=
z


z
= 1,39
1.4.4 Nhiệt độ tại z:
( )
(
)
z
''
vzzc
'
v
r1
Hz
T.mc.T.mc
1.M
)QQ.(
=+
+

(**)
trong đó Q







+
+








+
=
1.
'.1
0
0
0
''
0
''





z
.
==
2.804
2793
.39,1
c
z
T
T
3,64
1.4.6 áp suất tại điểm z:
7
p
z
= p
c
= 3,64.2,33 = 8.49MPa
1.4.7 Tỷ số giãn nở sớm :
= 1
1.4.8 Tỷ số giãn nở sau :
=

=10,7
1.5 Quá trính giãn nở
1.5.1 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình:
( )
( ) ( )
( )
bzvzvz

=
n
z
n
z
TT

.
Giải phơng trình ta đợc : n
2
=1,234
1.5.2 áp suất cuối quá trình giãn nở :
p
b
=
455,0
7,10
49.8
234,1
2
==
n
z
p

MPa
1.5.3 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở:
T
b
=



= 1156,49.
45,1
145,1
455,0
11,0







= 996,78K
Kiểm tra :
T
r
=
100.
)(
r
rr
T
chonTT
% =
100.
78,996
93078,996
% = 6,7% < 15%




=

1372,11234,1
'
7,10
1
1.
1372,1
1
7,10
1
1
1234,1
64,3
.
17,10
33,2
i
p
p
i

= 1,21 MPa
1.6.2 áp suất trung bình chỉ thị thực tế:
p
i
= p

10.6,3
33
===
Hi
i
Qg

1.6.5 áp suất tổn thất cơ khí:
p
m
= 0,145 Mpa
1.6.6 áp suất có ích trung bình:
p
e
= p
i
- p
m
= 1,1737 - 0,145 = 1,0287 (MPa)
1.6.7 Hiệu suất cơ giới:

m
= p
e
/p
i
= 1,0287 / 1,1737= 0,8765
1.6.8 Suất tiêu hao nhiên liệu có ích:
ge = gi/
m

496,0.4
S.
V.4
2
h
==


D < 0,1mm ( thoả mãn )
1.7 Vẽ và hiệu đính đồ thị công
9
1.7.1 Xác định dung tích buồng cháy:
Vc =
053343,0
17,10
496,0
1
=

=


h
V
(dm
3
)
* Giả thiết quá trình nạp áp suất bằng hằng số và bằng p
a
=0,09 Mpa

x
c
v
v








= = p
c
.
1
n
c
c
iv
v








p

.
2
n
i
1
Bảng 1.1 : Bảng xác định quá trình nén và quá trình giãn nở
i iv
c
Quá trình nén Quá trình giãn nở
i
1
n
p
x
=
c
n
p
i
.
1
1
i
2
n
p
x
=
2n
z

8Vc
4.732 19.211
9
9Vc
3.9399 16.611
10
10Vc
3.351 14.848
10,3
10,3Vc
2.644 13.418
1.7.3 Vẽ và hiệu đính đồ thị công:
1.7.3.1 Vẽ:
Dựa vào bảng đã lập ta vẽ đờng nén và đờng giãn nở, vẽ tiếp đờng biểu diễn quá
trình nạp và quá trình thải lý thuyết bằng hai đờng song song với trục hoành, đi qua
hai điểm p
a
và p
r
. Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính để có đồ thị công chỉ thị , các b-
ớc hiệu đính nh sau :
Chọn à
p
= 0,03396(Mpa/mm)
Chọn à
v
= 0.04864(mm
3
/mm)
Chọn à


gióng đờng song song với tung độ cắt đờng nén tại điểm c.
Trên đoạn cz lấy c sao cho cc

=
cz
3
1
.Dùng một cung cong thích hợp, nối 2 điểm
c và c.
3. Hiệu đính điểm đạt điểm p
max
thực tế :
11
Trên đoạn zz

lấy điểm z

sao cho
zzzz
''''
3
2
=
. Dùng thớc cong nối z

và c

và ttiếp
tuyến với đờng zb ta có đờng chuyển tiếp từ quá trình nén sang quá trình giãn nở

2.1 Vẽ đờng biểu diễn các quy luật động học
Các đờng biểu diễn này đều vẽ trên một hoành độ thống nhất ứng với hành trình của
piston S = 2R. Vì vậy đồ thị đều lấy hoành độ tơng ứng với V
h
của đồ thị công (từ
điểm 1Vc đến Vc).
2.1.1 Đờng biểu diễn hành trình của pittong x= f()
Dùng phơng pháp Brick để vẽ, trình tự vẽ nh sau :
Chọn gốc toạ độ cách gốc đồ thị công một khoảng bằng giá trị biểu diễn của dung
tích V
C

Chọn tỷ lệ xích góc : 0,5 mm/độ
Tiến hành vẽ theo phơng pháp Brick
+ Phía trên đồ thị công ta vẽ nửa vòng tròn tâm 0 có đờng kính là S/à
s
sau đó
lấy về phía ĐCD một khoảng 00

= R/2à
s

+ Lấy 0

làm tâm chia độ và đánh dấu trên đờng tròn ấy các điểm chia độ
12
+ Gióng các điểm chia độ trên đờng tròn đó xuống đồ thị x=f() và trên trục
gióng các tia nằm ngang tơng ứng, nối các điểm đó lại ta đợc x = f()
2.1.2 Đờng biểu diễn tốc độ của pittong v= f()
Đờng biểu diễn tốc độ của pittong đợc vẽ trên cùng hệ toạ độ của x và

ợc đờng cong v=f(x)
2.1.4 Vẽ đờng biểu diễn gia tốc của pittong j = f(x):
Đồ thị này đợc vẽ cùng hoành độ với trục x = f()
Để vẽ đồ thị này ta sử dụng phơng pháp Tôlê :
- Chọn tỷ lệ xích à
j
= 150 (m/s
2
.mm)
- Tínhj
max
= Rw
2
(1+) =
2
10.8,92
3
( )
32,01
30
5500.
2
+























=-10422 m/s
2

đoạn biểu diễn BD = j
min
/à
j
= 69.5 mm
13
- Nối C với D cắt trục hoành tại E lấy
EF = -
2
3

R

ta đợc đờng cong biểu diễn quan hệ j = f(x).
2.2 Tính toán động lực học
2.2.1 Các khối lợng chuyển động tịnh tiến
- Khối lợng nhóm pittông: m
np
= 0,36 kg
- Khối lợng nhóm thanh truyền: m
tt
= 0,64 kg
- Khối lợng của thanh truyền phân bố về tâm chốt pittông tính theo công thức kinh
nghiệm sau :
m
1
= (0,275 -:- 0,285)m
tt

Lấy m
1
= 0,28m
tt
= 0,28.0,64 = 0,1792 kg
Khối lợng chuyển động tịnh tiến trên một đơn vị diện tích đỉnh pittông
m =
1
mm
np
+
=0.5392 kg
2.2.2 Các khối lợng chuyển động quay
- Khối lợng thanh truyền quy dẫn về tâm chốt : m

p
jmin
= mj
min
= 0,5392.10422=5619,5 N =190,8 MPa
EF = m.
2
3

R
= 0,5392.14864=88014,7 N=272,18
14
2.2.4 Khai triển đồ thị p -V thành p = f()
- Chọn tỷ lệ xích à

= 2
0
/1mm, nh vậy toàn bộ chu trình 720
0
sẽ ứng với 360mm.
Đặt hoành độ này cùng trên đờng đậm biểu diễn p
k

- Chọn tỷ lệ à
p
= 0,0339MPa/mm
- Xác định trị số p
kt
ứng với các góc từ đồ thị Brick rồi đặt các giá trị này trên đồ
thị p - , p


= f() chỉ là việc cộng toạ độ
các trị số tơng ứng của p
j
và p
kt
. Kết quả nh hình vẽ.
2.2.7 Vẽ đờng biểu diễn lực tiếp tuyến T = f() và lực pháp tuyến Z = f()
Theo kết quả tính toán động lực học, ta có :
T=
( )


cos
sin
.
+

p
MPa
Z =
( )


cos
cos
.
+

p


15
Bảng 2.1: Số liệu để vẽ các đồ thị p
kt
, p
j
, p

,T và Z = f(

)

p

( )


cos
sin +
Pthực BD T(mm)
( )


cos
cos +

BDZ(mm)
0 -57 0 0 1 -57
10 -57 0,.2273 -12.9561 0.9754 -55.9508
20 -52 0.4430 -23.036 0.9029 -46.9508

330 -17 -0.6360 10.812 0.7870 -13.379
340 -11 -0.4430 4.873 0.9029 -9.931
350 14 -0.2273 -3.1822 0.9754 13.656
16
360 55 0 0 1 55
370 151 0.2273 34.3229 0.9754 147.2854
380 99 0.4430 43.857 0.9029 89.387
390 67 0.6360 42.612 0.7870 52.729
400 46 0.7998 36.79 0.6343 29.1778
410 34 0.9245 31.433 0.4539 15.43
420 29 0.0066 29.1614 0.2566 7.44
430 32 1.0448 33.4336 0.0532 1.7024
440 34 1.0409 35.3906 -0.1447 -4.9198
450 38 1 38 -0.3291 -12.5058
460 42 0.9287 39 -0.4920 -20.664
470 45 0.8345 37.557 -0.6307 -28.3815
480 46 0.7255 33.373 -0.7434 -34.1964
490 46.2 0.6076 28.07 -0.8317 -38.4245
500 47 0.4858 22.8326 -0.8978 -42.196
510 45.6 0.3631 16.557 -0.9451 -43.096
520 43.5 0.2410 10.4835 -0.7964 -42.47
530 41,2 0.1200 4.944 -0.9943 -40.965
540 39 0 0 -1 -39
550 36.7 -0.1200 -4.4 -0.9943 -36.49
560 36.5 -0.2410 -8.7965 -0.9764 -35.6386
570 25.6 -0.3631 -12.926 -0.9451 -33.645
580 36 -0.4858 -17.98 -0.8978 -32.23
590 35 -0.6076 -21 266 -0.8317 -29.11
600 33 -0.7255 -23.94 -0.7434 -24.53
610 30 -0.8346 -25.038 -0.6307 -18.921

i
.180
==

=

i
= 720
0
- (i-1).
ct
17
Đối với động cơ AUDI2.0 - 4 kỳ, 4 xy lanh thứ tự làm việc là 1-3-4-2 ta tiến hành
lập bảng xác định góc
i
ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc.
0
0
180
0
360
0
540
0
720
0
1 Nạp Nén Cháy Thải

1
= 0

BD
mm
0 0.00 180 0.00 540 0.00 360 0.00 0
10 -12.95 190 -3.37 550 -4.4 370 34.3 13.58
20 -23 200 -8 560 -8.79 380 43.86 4.07
30 -27.98 210 -12.13 570 -12.9 390 42.6 -10.41
40 -27.99 220 -16.27 580 -17.48 400 36.79 -24.95
50 -22.2 230 -21.08 590 -21.27 410 31.4 -33.15
60 -13.9 240 -23.8 600 -23.94 420 29.2 -32.44
70 -1.045 250 -25 610 -25.04 430 33.4 -17.68
80 8.3 260 -23.96 620 -23.22 440 35.4 -3.48
90 16 270 -19.2 630 -18 450 38 16.8
100 21 280 -12.5 640 -10.41 460 39 37.09
110 23.37 290 -4.7 650 -1.045 470 37.56 55.19
120 22.5 300 5.033 660 11.07 480 33.4 72
130 20.05 310 11.09 670 20.34 490 28.1 79.58
140 16.52 320 14.39 680 26.39 500 22.8 80.1
150 12.2 330 10.81 690 26.7 510 16.6 66.31
160 8.1 340 4.87 700 22.15 520 10.5 45.62
170 3.98 350 -3.20 710 12.5 530 4.9 18.18
180 0.00 360 0.00 720 0.00 540 0.00 0.00
Vẽ đờng T
i
= f() ở góc trên của đồ thị T và Z. Chỉ vẽ trong một chu kỳ.
Diện tích bao bởi đờng T với trục hoành là : F
(

T)
= 1710 mm
2

= T + Z
Xác định tâm đồ thị điểm O, điểm O có toạ độ Z=p
ko
, T=0
với p
ko
= m
2
R
2

= (MPa)
p
kovẽ
=
1000000.03396,0.0825,0.0825,0.14,3
.575,67.467,575.0464,0.4608,0
= 39 (mm).
Lấy OO = 39 mm
Nối O với bất kỳ điểm nào ta đều có : Q = p
k0
+ p
tt

Bảng 2.4 : Số liệu tính toán vẽ đờng biểu diễn Q = f()

Q

Q


110 61 290 41 470 77 650 39.5
120 66 300 41 480 80.5 660 33
130 70 310 46 490 82.5 670 53
140 72 320 52 500 85 680 65
150 72 330 54 510 84 690 77
160 72.5 340 49 520 82.5 700 87
170 72 350 26 530 80.5 710 94
180 72 360 16 540 78 720 96
Giá trị đặc biệt: với = 356 thì Q
min
ứng với điểm biểu diễn Q = 2.5mm
Sau khi vẽ xong đồ thị Q = f(), ta xác định Q
tb
bằng cách tính diện tích bao bởi
19
Q = f() và trục hoành, rồi chia cho chiều dài trục hoành.
Q
tb
=
60
360
21600
360
==
p
F

mm

Q

-Xác định tổng các lực tác dụng nên trên các điểm 0,1,2 23, tơng ứng Q
0
, Q
1
,
Q
2
, . Q
23
,

i
= à
m
.Q

i
, à
m
là tỷ lệ mài mòn, chọn à
m
= 0,02 MPa/mm
-Vẽ vòng tròn tợng trng cho bề mặt chốt trên giấy kẻ ly và trên vòng tròn đó chia
làm 24 điểm bằng nhau và đánh số điểm chia từ 0ữ23, từ các điểm chia đó lấy theo
phơng hớng tâm các đoạn có độ lớn bằng
i
đánh dấu đầu mút các đoạn đó ta đợc
dạng bề mặt của chốt sau khi đã mòn
Vị trí ít mòn nhất chính là vị trí khoan lỗ khoan dầu (Bảng 2.5)
20

40
40
40
1430

37
37
37
37
37
37
37
37
37
1109

37
37
37
37
37
37
37
37
37
761

39
39
39

61
61
61
61
61
61
61
61
61
439

82
82
82
82
82
82
82
82
82
404

110
110
110
110
110
110
110
110

2.5
2.5
2.5
2.5
223

2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
143.5

2
2
2
2
2
2
2
2
2
36.5

2
2


3
3
3
3
3
3
3
3
3
800

4
4
4
4
4
4
4
4
387
1180

7
7
7
7
7
7
7

Q6
Q7
Q8
Q9
Q10
Q11
Q12
Q13
Q14
Q15
Q16
Q17
Q18
Q19
Q20
Q21
Q22
Q23
Q
Chơng III: Tính nghiệm bền các chi tiết chính
21
3.1 Kiểm nghiệm bền thanh truyền
d
2
d
1
s
l
d
Đầu nhỏ thanh truyền

x
x
C
C
Sơ đồ lục tác dụng khi Đầu nhỏ thanh truyền chịu kéo
3.1.1.1 ứng suất tổng khi đầu nhỏ thanh truyền chịu kéo
Kinasotxvili tính với giả thiết sau:
+ Coi lực quán tính phân bố đều trên đờng bán kính trung bình của đầu nhỏ:
22
q=

.2
j
P
Trong đó:
4
12
dd +
=

=
mm25,15
4
2635
=
+
Lực quán tính của nhóm piston:
( )
MNRmP
npj

10.25,15.2
10.32,7
3
3
=


+Góc ngàm

tính theo công thức:
( ) ( )
00
12
1
0
87,126
155,17
15
2
28
arccos90
r
2
H
arccos90 =
+





MNPN
jA
303
10.7,3)87,126.0008,0752,0.(10.87,7)0008,0752,0.(

===


: Góc ngàm tính theo độ.
Mômen và lực pháp tuyến trên tiết diện ngàm C-C tính theo công thức:
)cos.(sin 5,0)cos1.(.

+=
jAAj
PNMM
( )
MNm
6
330336
10.73,7
)cos.(sin10.25,15.10.87,7.5,0)87,126cos1.(10.25,15.10.7,310.46,1


=
+=

( )
MN
PNN
jAj

23
dd
FE .
: Mômen đàn hồi và tiết diện đầu nhỏ

bb
FE .
: Mômen đàn hồi và tiết diện bạc lót
Do có hệ số giảm tải, lực kéo thực tế
k
N
nhỏ hơn
j
N
N
k
=
( )
MNN
j
33
10.8,210.29,3.8516,0.

==

s
n
j
s
tj

2
2
6
3
6
3
6
=






+


=






+


=



6
3
6
3
6
=






+
+
+
=






+
+
+
=





Lực và mômen thay thế (N
A
và M
A
) theo Kinasôtxvili biếtn thiên theo góc ngàm

theo quy luật parabol.
Mômen và lực kéo trên tiết diện ngàm xác định theo công thức:
027,0
87,126cos
87,126sin
180
87,126
2
87,126sin
)/sin/cos2/(sin
0
0
0
=








==



ứng suất mặt ngoài khi đầu nhỏ chịu kéo:
( )
( )
( )
MN/m58,476
10.5,4.40
1
10.73,0
10.5,425,15.25,4
10).5,425,15.6(
.10.73,7.2
.
1
2
6
2
2
6
3
6
3
6
=








ứng suất mặt trong khi đầu nhỏ chịu nén:
( )
( )
( )
MN/m43,590
10.5,4.40
1
10.73,0
10.5,425,15.25,4
10).5,425,15.6(
.10.73,7.2
.
1
2
6
2
2
6
3
6
3
6
=








25