Phần III
tính toán động lực học
Đ1. Mục đích và nội dung
Phần tính toán động lực học của đồ án nhằm xác định quy
luật biến thiên của lực khí thể, lực quán tính và hợp lực tác dụng
lên pít tông cũng nh các lực tiếp tuyến và pháp tuyến tác dụng lên
bề mặt cổ khuỷu. Trên cơ sở đó sẽ xây dựng đồ thị véc tơ lực (phụ
tải) tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu, cổ trục và bạc đầu to thanh
truyền cũng nh đồ thị mài mòn bề mặt. Từ các đồ thị véc tơ phụ
tải ta biết đợc một cách định tính tình trạng chịu lực của bề mặt
và mức độ đột biến của tải thông qua hệ số va đập.
Phần này gồm những nội dung chính sau đây:
a- Triển khai đồ thị công chỉ thị thành đồ thị lực khí thể tác
dụng lên đỉnh pít tông.
b- Xây dựng đồ thị lực quán tính của các khối lợng tham gia
chuyển động tịnh tiến.
c- Xác định đồ thị hợp lực của lực khí thể và lực quán tính
chuyển động tịnh tiến ;
d- Phân tích hợp lực ra các lực thành phần nh lực ngang N,
lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z.
e- Xác định các lực quán tính ly tâm P
r2
và P
r
.
f- Xây dựng đồ thị véc tơ phụ tải (đtvtpt) cổ khuỷu.
g- Triển khai đtvtpt cổ khuỷu thành đồ thị dạng: Q
ck
- và
xác định hệ số va đập.
h- Xây dựng đtvtpt bạc đầu to thanh truyền.

[MN]
Trong đó:
p: áp suất khí thể trong xy lanh, [MPa];
p
0
: áp suất phía dới đỉnh pít tông, [MPa];
D: đờng kính danh nghĩa của pít tông, [m].
Đối với động cơ 4 kỳ ta thờng chọn p
0
là áp suất môi trờng
(0,1 MPa). Động cơ 2 kỳ quét thẳng kiểu. òầ-204, 206 cũng đợc
chọn tơng tự. Đối với động cơ 2 kỳ quét vòng kiểu động cơ xe máy
thì việc chọn phức tạp hơn bởi khi cửa quét và cửa nạp đóng thì áp
suất phía dới đỉnh sẽ tăng cao hơn áp suất môi trờng do bị nén.
Cũng tơng tự nh vậy khi cửa nạp đóng và cửa quét mở. Còn khi
75
cửa quét đóng, cửa nạp mở thì phía dới đỉnh lại xuất hiện độ chân
không. Mục đích của việc tạo độ chân không là để hút cỡng bức
xăng và không khí qua bộ chế hoà khí. Do pít tông chuyển động có
gia tốc nên độ chân không cũng nh áp suất d phía dới đỉnh pít tông
thay đổi liên tục. Do vậy, đối với động cơ hai kỳ kiểu này cần chọn
ba trị số áp suất trung bình tơng đơng ứng cho ba giai đoạn để
nâng cao độ chính xác cho kết quả.
Các trị số áp suất tơng ứng biến thiên liên tục và phụ thuộc
vào nhiều yếu tố nh tốc độ pít tông, mức độ lọt khí, cản trở khí
động của bộ chế hoà khí và bầu lọc. Ta có thể chọn sơ bộ nh sau:
- Giai đoạn cửa quét và cửa nạp đóng : 0,13ữ0,18 MPa;
- Giai đoạn cửa quét đóng, cửa nạp mở: 0,05ữ0,09 MPa;
- Giai đoạn cửa quét mở, cửa nạp đóng: 0,12ữ0,15 MPa.
Việc chọn nh vậy sẽ làm cho kết quả tính lực khí thể chính xác

=à
p
4
D
.
2








mn
MN
Trong đó:






à
mm
MPa
p
là tỷ lệ xích áp suất trên đồ thị công. Việc chọn tỷ lệ
xích lực nh vậy, tuy phải chấp nhận chữ số lẻ sau dấu phảy song
đảm bảo chiều cao đồ thị áp suất và đồ thị lực khí thể bằng nhau,

0
, 30
0
, 45
0
, 60
0
, ...) và
tiến hành tơng tự nh trên ta đợc tập hợp các giao điểm trên đồ thị
P
k
- .
- Nối các giao điểm nhận đợc bằng đờng cong liên tục ta đợc đồ
thị biến thiên của lực khí thể theo góc quay của khuỷu trục
trong một chu trình công tác của xy lanh.
77
- Đối với động cơ 4 kỳ, trục hoành thể hiện góc từ 0
0
đến
720
0
, còn đối với động cơ hai kỳ thì trục hoành đợc bố trí ứng với
góc quay từ -180
0
tới +180
0
(và nh vậy trục tung, tơng ứng với lực
khí thể, lực quán tính P
j
và lực tổng P

Thực ra thì khó xác định đợc hành trình pít tông d y phụ cũngã
nh khó xác định đợc quy luật biến thiên của chuyển vị và tỷ số nén
của d y đó nên quy luật biến thiên áp suất, nhiệt độ cũng khôngã
thể xác định chính xác đợc. Với những phép tính toán gần đúng, ta
biết rằng hành trình pít tông d y phụ lớn hơn. Bởi vậy buộc ngã ời
thiết kế phải chọn các trị số
1
và l
1
sao cho sự khác biệt là nhỏ
nhất (ví dụ 3,6% đối với họ động cơ B - 2). Ngoài ra còn phải thiết
kế nắp máy d y phụ có thể tích buồng cháy Vã
c
khác đi nhằm mục
đích đạt giá trị gần bằng nhau đối với cả hai d y. Cho dù là tỷ sốã
nén có bằng nhau đi chăng nữa thì hành trình, chuyển vị và quy
luật cháy cũng không thể giống nhau nên đồ thị công sẽ không
hoàn toàn nh nhau. Về mặt công nghệ, do hai nắp máy có thể tích
buồng cháy khác nhau nên không thể lắp lẫn cho nhau đợc.
Đ3. quy dẫn khối lợng chuyển động
3.1. Khối lợng chuyển động tịnh tiến m
j
.
Khối lợng chuyển động tịnh tiến m
j
đợc xác định theo biểu
thức:
m
j
= m

tìm tài liệu, catalog hoặc dùng các phơng pháp khác nhau (nh ph-
ơng pháp cân, phơng pháp tính qua thể tích và tỷ trọng, phơng
pháp đa giác lực... ) để xác định.
Nếu pít tông có khoang chứa dầu làm mát hoặc với mục đích
khác thì phải tính thêm khối lợng dầu chứa trong khoang.
Khối lợng m
j
coi nh đợc tập trung tại giao điểm tâm chốt pít
tông với đờng tâm thân thanh truyền, và do ta coi CCKTTT là cơ
cấu giao tâm nên đờng tâm chốt pít tông cũng cắt đờng tâm xy
lanh. Nh vậy khối lợng m
j
sẽ chuyển động tịnh tiến qua lại dọc
theo đờng tâm xy lanh với chuyển vị, vận tốc và gia tốc nh của pít
tông.
3.2. Khối lợng thanh truyền và khuỷu trục.
+ Toàn bộ khối lợng thanh truyền đợc quy dẫn về đờng tâm
đầu nhỏ (tham gia chuyển động tịnh tiến) và về đờng tâm đầu to
(tham gia chuyển động quay) theo nguyên lý sau:
m
th
= m
1
+ m
2
m
1
l
1
= m

a- Trờng hợp thanh truyền kiểu chính-phụ(ví dụ trên họ động
cơ B-2 của Liên Xô cũ).
Khối lợng thanh truyền chính và thanh truyền phụ đợc quy
dẫn về tâm đầu to và tâm đầu nhỏ của từng thanh truyền tơng ứng
giống nh đ nêu ở phần trên. Sau đó, phần khối lã ợng quy dẫn về đ-
ờng tâm đầu to thanh truyền phụ m
2p
đợc quy dẫn tiếp về đờng
tâm đầu nhỏ thanh truyền chính và đờng tâm đầu to thanh truyền
chính theo các biểu thức dới đây:
m
cp
+
m m m
p p p2 2 2
= +
' "
m l m l
p p2 3 2 4
' "
. =
Trong đó m
cp
là khối lợng của bản thân chốt phụ khoá h mã
chốt và lợng dầu bôi trơn chứa trong khoang rỗng phía trong lòng
chốt phụ.
81
Hình.7. Sơ đồ nguyên lý
quy dẫn thanh truyền
chính - phụ

nh trên sơ đồ sau (động cơ ểề 20).
82
Hình.8. Sơ đồ ghép nối
đầu to kiểu tiếp xúc trực
tiếp
Hình.9. Sơ đồ ghép nối
đầu to kiểu gián tiếp
Theo sơ đồ kết cấu này, bề mặt ngoài của cốt bạc đầu to thanh
truyền hình nạng đợc nhiệt luyện và gia công tinh để tạo thành bề
mặt trụ đồng tâm với bề mặt cổ khuỷu. Bạc đầu to thanh truyền
trung tâm sẽ tiếp xúc trực tiếp với bề mặt này và thông qua bạc
đầu to thanh truyền hình nạng, các lực khí thể và quán tính cùng
tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu chung. Bởi vậy tổng khối lợng quy
dẫn của hai đầu to các thanh truyền sẽ đợc xác định theo biểu thức
sau:
m m
i2 2
1
2

=

Khối lợng quy dẫn m
2

này coi nh tập trung tại đờng tâm bạc
đầu to thanh truyền hình nạng, đợc coi nh đồng tâm với cổ khuỷu
và sẽ gây nên lực quán tính ly tâm P
r2
tác dụng lên bề mặt cổ

k
.
Dấu (-) có ý nghĩa tợng trng về sự ngợc chiều giữa gia tốc và
lực quán tính.
Lực quán tính chuyển động quay P
r
do các khối lợng chuyển
động quay với vận tốc , bán kính R gây nên, ta có:
P
r2
= m
2
R
2
.10
-6
[MN]
P
rk
= m
kh
R
2
.10
-6
[MN]
P
r
= P
r2

Tuy P
r2
, P
rk
có giá trị không đổi khi động cơ làm việc ở chế độ
= const nhng phơng tác dụng lại quay với vận tốc và luôn trùng
với phơng đờng tâm các má khuỷu (nói chính xác là phơng của bán
kính quay).
Tổng lực khí thể vàlực quán tính chuyển động tịnh tiến.
P

= P
k
+ P
j
[MN]
Để thuận tiện ta lập bảng biến thiên sau:
Bảng biến thiên của các loại lực.
Bảng 25

[GGT
K]
p
K
[MP
a]
P
k
[M
N]

15
0
P
r2
= m
2
R.
2
.10
-6
= ......... ............................[MN]
Khi lập bảng biến thiên của các lực cần chú ý tới thứ nguyên
cho phù hợp. Lực quán tính ly tâm hớng từ tâm quay ra ngoài.
Đối với lực quán tính P
j
và P
r2
, P
rk
, do áp dụng các thứ nguyên
[kg] cho khối lợng, [1/s] cho nên phải nhân thêm với 10
-6
để đổi
thành [MN].
Các hàm lợng giác đợc tính sẵn trong các bảng cho ở phần phụ
lục.
Dựa trên kết quả tính lực P
j
trong bảng 25, ta xây dựng đờng
cong biến thiên lực P

cos
cos


+
và điền vào bảng trên.
Với mỗi động cơ cụ thể, hệ số kết cấu
=
R
l
có một trị số nhất
định. Ta có thể xác định của động cơ cần tính toán rồi tra bảng l-
ợng giác với giá trị xấp xỉ gần nhất.
Để nâng cao độ chính xác ta có thể lập trình cho máy tính và
xác định theo các biểu thức sau:
cos sin = 1
2
( )
= arc sin sin
Khi lập trình cần chú ý nh sau:
Nếu
0
2 3
< <
< <







+
.
Do xác định đợc chính xác nên các trị số của góc thu đợc sẽ
gần với thực tế hơn. Nhất làđối với động cơ sử dụng CCKTTT lệch
tâm, nếu biết đợc hệ số lệch tâm
k
e
R
=
thì kết quả lập trình = arc
sin [sin ( - k)] sẽ càng chính xác hơn. Sau khi có kết quả của các
hàm lợng giác, ta xác định các trị số tức thời của lực tiếp tuyến T
và lực pháp tuyến Z và điền vào bảng theo các biểu thức sau:
86