Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Mục lục
Lời nói
đầu..................................................................................................
....Trang 2
1.CAẽC THNG S BAN
ệU .............................................................................3
2. TấNH TOAẽN ĩNG HOĩC-ĩNG LặC HOĩC-XY
DặNG ệ THậ .........3
2.1.TấNH TOAẽN ĩNG HOĩC
...............................................................................3
2.1.1.Xỏy dổỷng õọử thở
cọng .....................................................................................3
2.1.2.Đồ thị chuyển
vị..............................................................................................5
2.1.3.Đồ thị vận tốc
v...............................................................................................7
2.1.4.Đồ thị gia tốc
J.................................................................................................8
2.2.TấNH TOAẽN ĩNG LặC
HOĩC.........................................................................8
2.2.1.Xác định khối lợng........................................................................................8
2.2.2.Khai triển các đồ
thị.....................................................................................10
3.Phân tích đặc điểm kết cấu và tính toán nhóm trục
khuỷu-bạc lót-bánh
đà............................................................................22
3.1. PHÂN TíCH đặC ĐIểM KếT
CấU...............................................................22
3.1.1. Đặc điểm kết cấu của trục
khuỷu...............................................................22

quan trọng,trong đó việc hoàn thiện động cơ
về mọi mặt là rất cần thiết đối với xu thế
hiện nay.Đối với sinh viên chuyên ngành động
lực,Đồ án kết cấu và tính toán động cơ đốt
trong là một đồ án rất quan trọng,giúp làm
SVTH:Vơng Hữu Thạch

Trang 2


Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
quen với việc nghiên cứu,tìm hiểu kết cấu và
tính toán bền các chi tiết,bộ phận trong một
kết cấu cụ thể.Để hoàn thành nhiệm vụ đó
sinh viên phải phát huy tính tự lực,tham khảo
từ nhiều nguồn tài liệu về chuyên môn.
Đây là lần đầu tiên em vận dụng lý
thuyết đã học để phân tích kết cấu và tính
toán thiết kế nhóm Trục khuỷu-Bạc lót-Bánh
đà của động cơ ZAZ 968. Trong quá trình
làm đồ án,mặc dù em đã đợc sự giúp đỡ và hớng dẫn rất tận tình của thầy Trần Thanh Hải
Tùng và các thầy trong bộ môn động lực, nhng
với một đồ án yêu cầu một lợng lớn về kiến thức
chuyên ngành và sự hạn chế về tài liệu tham
khảo nên gặp nhiều khó khăn và khó tránh
khỏi sự sai sót. vì vậy em rất mong đợc sự
xem xét và chỉ bảo của các thầy để em đợc
bồi bổ thêm về kiến thức chuyên ngành.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn
thầy Trần Thanh Hải Tùng đã giúp đỡ em hoàn

Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Hành trình piston (S = 2R)
Thông số kết cấu ()
áp suất cực đại (Pz)
Khối lợng nhóm piston
Khối lợng nhóm thanh truyền
Góc đánh lửa sớm (S)
Góc mở sớm supáp nạp 1
Góc đóng muộn supáp nạp 2
Góc mở sớm supáp thải 3
Góc đóng muộn supáp thải 4
Số xy lanh (i)
Số kỳ ()
Dung tích công tác của Xylanh:
.D 2 .S 3,14.76 2.66
Vh =
=
= 0,2994 [lít]
4

mm
MN/m2
Kg
Kg
độ
độ
độ
độ
độ


2. TấNH TOAẽN ĩNG HOĩC-ĩNG LặC HOĩC-XY
DặNG ệ THậ:
Động cơ đốt trong kiểu Piston thờng có vận tốc lớn nên việc
nghiên cứu,tính toán động học và động lực học của cơ cấu khuỷu
trục thanh truyền (KTTT) là cần thiết để tìm quy luật vận động
của chúng và để xác định lực quán tính tác dụng lên các chi tiết
trong cơ cấu KTTT,nhằm mục đích tính toán cân bằng các chi
tiết và tính toán hao mòn động cơ.
2.1.TấNH TOAẽN ĩNG HOĩC:
2.1.1.Xỏy dổỷng õọử thở cọng:
Các thông số chọn trớc:

n1 =1,36 (Đối với động cơ xăng n1=1,34ữ1,38)
n2 = 1,27 (n2=1,23ữ1,34)
Pr =0,11
[MN/m 2]
Po =0,098
[MN/m 2]
Pb =0,43
[MN/m2]
Pa =0,85.Po =0,0833
[MN/m2]
Pc = Pa. n1 =0,0833. 7,21,36=1,2207 [MN/m2]
2.1.1.1.Xaùc õởnh caùc õióứm vaỡ õổồỡng cỏửn thióỳt cuớa
õọử thở:
SVTH:Vơng Hữu Thạch

Trang 4



= Pgnx .V

n2
gnx

=>

1

Pgnx = Pz .
(

V gnx
Vz

) n2

.

Vz = .Vc, với động cơ xăng = 1, => Vz = Vc.
V gnx
P n
Đặt : i =
=> Pgnx = z n .
2

Vz

i


Pc/in1

i

n2

Đờng giãn nở
1/ in2
Pz.n2/in
2

0.048 1
1.00
1.00
1.22
1.00
3
0.096 2
2.57
0.39
0.48
2.41
6
0.144 3
4.46
0.22
0.27
4.04
9
0.193 4

+ Xây dựng đồ thị công trên bản vẽ:
Chọn tỉ lệ xích: à v =
àP =

1.00

4.20

0.41

1.74

0.25

1.04

0.17

0.72

0.13

0.54

0.10

0.43

0.08


Trên đoạn cy lấy điểm c ,, với:
1
c ,, c = cy
3
Trên đoạn ba lấy điểm b ,, sao
1
cho: bb ,, = ba
2
SVTH:Vơng Hữu Thạch

Trang 6


Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Nối các điểm hiệu chỉnh bằng thớc cong ta có đợc đồ thị
công đã hiệu chỉnh.
2.1.2.Đồ thị chuyển vị:
R
Thông số kết cấu: = ,trong đó:
L
- R: Bán kính quay trục khuỷu [mm].
R=

S 66
=
= 33[mm]
2
2

- L: Chiều dài thanh truyền [mm].




Công thức tính gần đúng giá trị x:



x = R (1 cos ) + (1 + cos 2 ) = R. A
4



Giá trị A tơng ứng với các trị số của và đợc cho ở bảng phụ
lục cuối sách.
Phơng pháp đồ thị Brich xác lập đợc mối quan hệ thuận
nghịch giữa độ dịch chuyển x của Piston và góc quay của trục
khuỷu.
Xây dựng đồ thị:
+ Vẽ nửa vòng tròn tâm O,bán kính R
Chọn tỉ lệ xích àR sao cho AB =Vh=160 [mm]
àR =

2.R 2.33
mm
=
= 0,4125
AB 160
mm

SVTH:Vơng Hữu Thạch

2à j

một

đoạn:

= 4,125[mm]

+ Vẽ hệ trục vuông góc s- ở dới vòng tròn Brich, trục O biểu
diễn giá trị góc còn trục Os biễu diễn khoảng dịch chuyển của
Piston. Tùy theo các góc ta vẽ đợc tơng ứng khoảng dịch chuyển
của piston.
+ Chọn tỷ lệ xích: à = 2
[độ/mm]
à s = à R = 0,4125

[ mm]
[ mm]

Điểm A ứng với ĐCT và = 0 o .
Điểm B ứng với ĐCD và = 180 o .
Từ điểm O kẻ các tia OB ứng với các góc 10o, 20o, 30o, ...
Từ điểm O kẻ các tia OB song song với OB cắt vòng tròn tại B.
Kẻ BC thẳng góc với AD. Theo Brich thì đoạn AC=x(độ dịch
chuyển).
Từ các điểm trên vòng chia Brich ta kẻ các đờng thẳng song
song với trục O. Và từ các điểm chia (có góc tơng ứng) trên trục
O ta vẽ các đờng nằm ngang. Các đờng này sẽ cắt nhau tại các
điểm 1, 2,...,18. Nối các điểm này lại ta đợc đờng cong biểu
diễn độ dịch chuyển của piston theo : s = f ( )

thờng vào khoảng 1,6.
v tb
Xây dựng đồ thị:
Tỷ số

m / s
mm
R 33.418,88
=
= 80[mm] và vẽ
Vẽ nửa vòng tròn tâm O, bán kính r1 =
àv
172,79

Chọn tỷ lệ xích à v = à s = 418,88.0,4125 = 172,79

đờng kính AB=S=2r1=160[mm].
Vẽ đờng tròn đồng tâm O bán kính r2:
R 33.418,88.0,25
r2 =
=
= 10[mm] .
2.à v
2.172,79
Chia nửa vòng tròn bán kính r 1 và vòng tròn bán kính r 2 thành
18 phần bằng nhau.
Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn ta kẻ các đờng thẳng
vuông góc với OA, và từ các điểm chia trên vòng tròn nhỏ ta kẻ các
đờng song song với bán kính AB. Những đờng tơng ứng này sẽ
cắt nhau tại các điểm 0, 1, 2,...,18. Nối các điểm này lại ta đợc


mm
Tại A,về phía trên ta lấy đoạn:
J
R 2 ( + 1) 33.10 3.418,88 2.(0,25 + 1)
AC = max =
=
= 125[ mm]
àJ
àJ
57,9
Tại B,về phía dới ta lấy đoạn:

SVTH:Vơng Hữu Thạch

Trang 9


Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
BD =

J min
R 2 (1 )
33.10 3.418,88 2.(1 0,25)
=
=
= 75[ mm]
àJ
àJ
57,9

cùng thứ nguyên với áp suất cháy trong động cơ).
+ Khối lợng nhóm Piston:
mnp=mp+mc+mx+mh+mg [kg/m2]
Trong đó:
mp: Khối lợng piston.
mc: Khối lợng chốt piston.
mx: Khối lợng xéc măng.
mh: Khối lợng vòng hãm.
mg: Khối lợng các guốc trợt.
Ta có: mnp=0,5[kg].
+ Khối lợng nhóm thanh truyền đợc quy dẫn về đầu nhỏ thanh
truyền:

SVTH:Vơng Hữu Thạch

Trang 10


Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Khi tính toán khối lợng thanh truyền trong cơ cấu khuỷu trục
thanh truyền, chúng ta phân chia thành nhiều khối lợng tơng đơng để quy dẫn về 2 dạng chuyển động: chuyển động thẳng
và chuyển động quay. Tùy thuộc vào mức độ chính xác cần thiết,
ngời ta có thể chia nhóm thanh truyền ra 2, 3 hoặc nhiều phần tơng đơng.
Trong thực tế, chúng ta có thể tính gần đúng theo các công
thức kinh nghiệm sau đây:
Đối với động cơ ôtô máy kéo: m1=(0,275 ữ0,350)mtt
Ta chọn: m1=0,3.0,85=0,255[kg]
Với mtt là khối lợng của thanh truyền: mtt=0,85[kg]
Vậy khối lợng chuyển động tịnh tiến:
ms=mnp+m1=0,5+0,255=0,755 [kg]

Suy ra : PJmax= - 166,429.Jmax= - 166,429.7237,5.10 -6
=1,2045[MN/m2].
Tơng tự ta có: PJmin = - 166,429.Jmin= 166,429.4342,5.10-6
=0,7227[MN/m2].
Đồ thị -PJ này vẽ chung với đồ thị công với tỉ lệ xích:
MN / m 2
àP=àPJ=0,0175
.
mm

SVTH:Vơng Hữu Thạch

Trang 11


Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
2.2.2.Khai triển các đồ thị:
2.2.2.1.Khai triển đồ thị công Pkt-V thành đồ thị Pkt - :
Xây dựng hệ trục tọa độ vuông góc P-:Trục hoành lấy trùng
với Po. Trên trục O ta chia thành các giá trị góc với các tỷ lệ xích:
à=2[độ/mm].
Sử dụng đồ thị Brich để khai triển đồ thị P kt-V thành đồ thị
Pkt-.
Từ các điểm chia trên đồ thị Brich ta dóng các đờng thẳng
song song với trục OP và cắt đồ thị công tại các điểm trên các đờng biểu diễn các quá trình nạp,nén, giãn nở,thải. Qua các giao
điểm này ta vẽ các đờng ngang song song với trục hoành sang hệ
tọa độ Pkt-. Từ các điểm chia trên tọa độ O, ta kẻ các đờng
thẳng đứng song song với trục OP, những đờng thẳng này cắt
các đờng nằm ngang tại các điểm tơng ứng với các góc chia của
đồ thị Brich và phù hợp với các quá trình làm việc của động cơ.



Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong

Bảng tính các lực tác dụng lên chốt khuỷu


0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10
0
11
0
12
0
13
0
14
0
15
0
16

Z
àP

Tg
MN / m


mm.
2

N
àP
MN / m 2


mm.

-68.5
-68
-64
-56
-46
-34
-22
-9.5
1.5
12.5

0.00
0,22


-68.50
-66.45
-58.26
-44.97
-30.42
-16.77
-6.77
-1.09
-0.11
-3.23

0.00
0.04
0.09
0.13
0.16
0.20
0.22
0.24
0.25
0. 26

0.00
-2.95
-5.49
-7.06
-7.49
-6.93
-4.88

6.65

33.5

0,75

25.30

-0.69

-23.18

0.22

7.43

36.5

0,64

23.38

-0.79

-28.92

0.20

7.12


0,26

10.46

-0.97

-38.76

0.09

3.43

40

0,13

5.23

-0.99

-39.69

0.04

1.74

40

0.00


-0.97

-38.76

-0.09

-3.43

SVTH:Vơng Hữu Thạch

Trang 13


Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong

Bảng tính các lực tác dụng lên chốt khuỷu
21
0
22
0
23
0
24
0
25
0
26
0
27
0


-15.44

-0.93

-36.70

-0.13

-4.98

39

-0,52

-20.20

-0.87

33.96

-0.16

-6.35

37

-0,64

-23.70


-16.50

-0.24

-7.01

22

-0,94

-20.70

-0.42

-9.32

-0.25

-5.59

16

-1.00

-16.00

-0.26

-4.13


0.36

-10

-0,98

9.77

0.31

-3.08

-0.22

2.22

-17

-0.89

15.15

0.49

-8.39

-0.20

3.32


-0,42

4.23

0.91

-9.10

-0.09

0.86

16.5

-0,22

-3.57

0.98

16.12

-0.04

-0.72

51.5

0.00


0.91

85.57

0.09

8.07

71

0,61

43.25

0.80

57.02

0.13

8.95

55

0,77

42.21

0.66

0
49
0
50
0
51
0
52
0
53
0
54
0
55
0
56
0
57
0
58
0
59
0
60
0

43

0,89


0.11

4.14

0.24

8.70

38.5

1,03

39.61

-0.08

-2.95

0.25

9.78

42.5

1.00

42.50

-0.26


0.24

12.21

54

0,75

40.78

-0.69

-37.37

0.22

11.98

55

0,64

35.23

-0.79

-43.57

0.20



54

0,26

14.11

-0.97

-52.33

0.09

4.63

50

0,13

6.54

-0.99

-49.62

0.04

2.17

47


-11.37

-0.97

-42.15

-0.09

-3.73

42.5

-0,39

-16.61

-0.93

-39.48

-0.13

-5.35

41.5

-0,52

-21.50


-24.91

-0.22

-7.98

SVTH:Vơng Hữu Thạch

Trang 15


Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong

Bảng tính các lực tác dụng lên chốt khuỷu
61
0
62
0
63
0
64
0
65
0
66
0
67
0
68

-0.42

-9.54

-0.25

-5.72

15

-1.00

-15.00

-0.26

-3.87

-0.26

-3.87

4

-1,03

-4.12

-0.08


-0.22

4.44

-32

0,89

28.53

0.49

-15.79

-0.20

6.24

-44

-0,77

33.77

0.66

-29.10

-0.16


-66.5

-0,22

14.39

0.98

-64.99

-0.04

2.89

-68.5

0.00

0.00

1.00

-68.50

0.00

0.00

Vẽ các đồ thị T,Z,N trong hệ tọa độ vuông góc, với tỉ lệch
xích:

Trang 16

720


Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong

0
ttb

2.2.2.5.Lập bảng tính T:
Dựa vào thứ tự làm việc của động cơ để ta xác định các góc
làm việc 1, 2, 3, 4 của các khuỷu. Thứ tự làm việc của động cơ
là: 1-3-4-2.
Vậy góc lệch công tác của động cơ là:
180 o 180 o .4
ct =
=
= 180 o
i

4

Góc lệch giữa hai hàng xi lanh: =180o
Lập bảng để xác định các góc của trục khuỷu ta có:
0

180

360

Thải
Nạp
Nén
4
G/nở
0o
Khi trục khuỷu 1 nằm ở vị trí 1=0o thì:
+ Khuỷu 2 ở vị trí 2=180o
+ Khuỷu 3 ở vị trí 3=540o
+ Khuỷu 4 ở vị trí 4=360o
Trị số của Ti=f() đã có ở bảng T, căn cứ vào bảng đó mà ta
tra các giá trị tơng ứng mà Ti đã định theo i, sau đó cộng tất cả
các
giá
trị
của
Ti
lại
ta
có
giá
trị
của
T:
T=T1+T2+T3+T4
Sau khi có đờng T=f() ta vẽ đờng Ttb (đại diện cho mômen
cản) bằng cách đếm diện tích bao bởi đờng T với trục hoành O
(FT), sau đó chia diện tích này cho chiều dài của trục hoành.
SVTH:Vơng Hữu Thạch



T

0

0.00
14.7
2
27.0
5
34.1
1
35.3
1
30.3
1
21.4
9

180

0.00

540

0.00

360

0.00

400

42.2
1

410

38.3
3

420

36.1
5

70

-9.71

250

430

36.8
0

80

1.54


5
75.5
4

10
20
30
40
50
60

100
110

18.8
1
23.5
7

200
210
220
230
240

10.4
6
15.4
4
20.2

9
25.7
1
21.1
7
15.0
0

280

-7.72

640

-4.12

460

290

1.53

650

7.16

470

SVTH:Vơng Hữu Thạch


6

300
310
320
330

9.77
15.1
5
16.8
9
12.7
9

660
670
680
690

340

4.23

700

170

5.23


480
490
500
510
520

40.7
8
35.2
3
29.0
1
21.6
9
14.1
1

530

6.54

540

0.00

95.3
8
102.
30
99.6

-20 0

120

240

360

480

600

720

-40
-60

Tính giá trị Ttb:
Ta tính Ttb theo diện tích đồ thị:
MN / m 2
F + F 3306 867
=
= 27,1
Ttb=

a
90
mm

2.2.2.6.Vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu:





mm




m2=0,595[kg]
n
rad
=
= 418,88


30
s
2
D
3,14.76 2
Fp =
=
= 0,004536[m 2 ]
6
6
4.10
4.10
3
0,595.33.10 .418,88 2

SVTH:Vơng Hữu Thạch

Trang 20


Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Vẽ đờng tròn bất kỳ tâm là O. Giao điểm của vòng tròn với
trục OZ (trên chiều dơng) chọn là O.
Trên đờng tròn này ta chia thành các góc có giá trị (+) và
bắt đầu từ điểm O theo chiều kim đồng hồ. Để đơn giản ta
ghi các điểm chia đó trên vòng tròn là 0 o, 10o, 20o, ... Góc chia
phụ thuộc vào và cho trong bảng phụ lục.
Các bớc tiếp theo ta thực hiện trên tờ giấy bóng, đem tờ giấy
bóng đặt lên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu sao cho tâm
O của đầu to thanh truyền trùng với tâm O của chốt khuỷu và trục
OZ trùng với đờng tâm của thanh truyền (hớng xuống dới). Trên tờ
giấy bóng hiện lên các số ghi của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt
khuỷu. Đầu tiên ta đánh dấu điểm O, sau đó xoay tờ giấy bóng
theo ngợc chiều kim đồng hồ sao cho các tia 0 o, 10o, 20o, ... lần lợt
trùng với OZ và mỗi lần ta lại đánh dấu các điểm hiện lên trên tờ
giấy bóng, chẳng hạn: 0, 1, 2, ... và ta ghi 0 o, 10o, 20o, ... Nối các
điểm này lại ta đợc đờng cong biểu diễn đồ thị phụ tải tác dụng
lên đầu to thanh truyền.
Xác định chiều và điểm đặt:
Độ lớn của lực là chiều dài của véctơ nối từ tâm O đến bất kỳ
vị trí nào của đồ thị (nhân với tỷ lệ xích).
Chiều của lực là chiều từ tâm O hớng ra ngoài.
Điểm đặt là giao điểm của véctơ kéo dài vô vòng tròn tợng
trng cho cổ trục.
2.2.2.8.Vẽ đồ thị khai triển Q=f( ):


Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
=

1,958
= 1,582
1,238

Vậy hệ số va đập tính đợc nằm trong giới hạn cho phép ( 4)
.
Q

120
Q

100

Qtb

80
60
40
20

0



0
0

cắt đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ở các điểm a, b, c,...

SVTH:Vơng Hữu Thạch

Trang 22


Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Ta lập đợc tổng phụ tải tác dụng lên mỗi điểm của chốt
khuỷu:
Q i = OA + OB + ....
Giá trị Qi đợc ghi vào các ô tơng ứng, sau đó cộng tất cả các
lực tác dụng tại tất cả các điểm trên bề mặt chốt Q i.
Chọn đờng kính chốt khuỷu để vẽ tợng trng là:Dvẽ=160[mm]
MN / m 2
Chọn tỷ lệ xích: àQ=0,0175
thể hiện quan hệ mài
mm
mòn của phụ tải. Sau đó chuyển Qi thành các đoạn thẳng tơng

ứng trên vòng tròn tợng trng cho chốt khuỷu đã đợc chia thành 24
phần.
Nối các điểm đầu của các đoạn thẳng đó ta đợc đờng cong
biểu diễn độ mài mòn ở các vị trí của chốt khuỷu.

Bảng tính đồ thị mài mòn chốt khuỷu

Q1

0

4

4

4

4

4

4

Q3

3

3

3

3

3

3

3

3


2

Q0

Q5

SVTH:Vơng Hữu Thạch

5

6

7

Trang 23


Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Q6

1.5

Q7

1.5

1.5

1.5


2.5

Q8
Q9
Q10
Q11

3.5

Q12
Q13
Q14
Q15
Q16
Q17
Q18
Q19
Q20

44.5

Q21

52

52

Q22

86

26.7

25.8

24.3

Qvẽ

39.1

38.1

36.8

34.7

Q23

SVTH:Vơng Hữu Thạch

20

19.5

15.8

441.
5
7.7



2

Q6
Q7

1.5
1.5

Q8
Q9

12

13

1.5
1.5

1.5
1.5

1.5

1.5
2

1.5
2


2

2.5
3.5

2.5
3.5

2.5
3.5

2.5
3.5

2.5
3.5

3.5

8
43

8
43

8
43

8
43

45

49.5
45

42.5

42.5
43

Q0
Q1
Q2
Q3

Q14
Q15
Q16
Q17
Q18
Q19
Q20
Q21
Q22
Q23
Q

24.5

65.5


315.
5
5.5
7.9

356
6.2
8.9

Trang 25