TKMH ĐCĐT TẠ NGỌC TUYÊN

LỜI NÓI ĐẦU
Động cơ đốt trong là loại máy ra đời từ rất sớm, có thể nói nó đã
giúp con người tiến lên một bậc trong lịch sử phát triển của mình bởi từ
khi xuất hiện nó đã từng bước giải phóng lao động chân tay cho con
người với năng suất làm việc rất cao. Cho đến ngày nay nó vẫn là loại
máy tạo nhiều giá trị nhất về mặt kinh tế và trong tương lai nó sẽ tiếp
tục được chúng ta cải tạo và phát triển.
Là một sinh viên thuộc khoa Cơ khí ĐH GTVT em được giao
thực hiện TKMH môn Động Cơ Đốt Trong với nội dung tính bền & vẽ
trục khuỷu. Do trình độ có hạn nên trong quá trình thực hiện không thể
chánh khỏi những sai sót bởi vậy em mong được sự quan tâm và giúp đỡ
của thầy cô Bộ môn: Động Cơ Đốt Trong để em hoàn thiện tốt hơn
trong những môn học sau. Nhân đây em cũng xin chân thành cảm ơn
thầy Vũ Xuân Thiệp cùng Bộ môn đã giúp đỡ để em hoàn thành bài
TKMH này.
Sinh viên
Tạ Ngọc Tuyên

1
TKMH ĐCĐT TẠ NGỌC TUYÊNMỤC LỤC
THIẾT KẾ MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
ĐỀ TÀI
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU KHUỶU
TRỤC THANH TRUYỀN
Các thông số cơ bản:
Kiểu động cơ 3DN88

17
0
Áp suất cuối hành trình nạp p
a
0,086MPa
Áp suất khí sót p
r
0,12MPa
Áp suất cuối hành trình nén p
c
4,355MPa
Áp suất cực đại p
z
6,445MPa
Áp suất cuối hành trình giãn nở p
b
0,285MPa
Khối lượng nhóm piston M
pt
0,58 kg
Khối lượng nhóm thanh truyền M
tt
1,2 kg
2
TKMH ĐCĐT TẠ NGỌC TUYÊN

TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC & ĐỘNG LỰC HỌC
KHUỶU TRỤC THANH TRUYỀN
Động học và động lực học là môn học dùng phương pháp quan điểm
cơ học để nghiên cứu quy luật chuyến động, chịu lực của các chi tiết

= = 200 mm = 0,2 m
trong đó λ là tham số kết cấu( ta chọn λ= 0.25 ).
Vận tốc góc trục khuỷu: ω =
30
.n
π
=
30
2600.
π
= 272,13(rad/s)
2- Chuyển vị của pitông:
S = R[(1-cosα) +
4
λ
(1-cos2α)] (mm)
Trong đó: S - là độ chuyển vị của pittông.
R- là bán kính quay của trục khuỷu;
- là tham số kết cấu
w- là góc quay của trục khuỷu
-Ta có: S
t
= S
1
+ S
2
;
S
1
= R(1-cos ) độ dịch chuyển cấp 1 ;

130 1.643 82.139 1.174 2.934 85.074
140 1.766 88.302 0.826 2.066 90.368
150 1.866 93.301 0.500 1.250 94.551
160 1.940 96.985 0.234 0.585 97.570
170 1.985 99.240 0.060 0.151 99.391
180 2.000 100.000 0.000 0.000 100.000
190 1.985 99.240 0.060 0.151 99.391
200 1.940 96.985 0.234 0.585 97.570
210 1.866 93.301 0.500 1.250 94.551
220 1.766 88.302 0.826 2.066 90.368
230 1.643 82.139 1.174 2.934 85.074
240 1.500 75.000 1.500 3.750 78.750
250 1.342 67.101 1.766 4.415 71.516
260 1.174 58.682 1.940 4.849 63.532
270 1.000 50.000 2.000 5.000 55.000
280 0.826 41.318 1.940 4.849 46.167
290 0.658 32.899 1.766 4.415 37.314
300 0.500 25.000 1.500 3.750 28.750
310 0.357 17.861 1.174 2.934 20.795
320 0.234 11.698 0.826 2.066 13.764
330 0.134 6.699 0.500 1.250 7.949
340 0.060 3.015 0.234 0.585 3.600
350 0.015 0.760 0.060 0.151 0.910
360 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
4
TKMH ĐCĐT TẠ NGỌC TUYÊN

3/ Vận tốc pitông
Để tính vận tốc chuyển động của piston ta đạo hàm chuyển vị S theo
thời gian ta được vận tốc pitông V

α sinα v1 sin2α v2 v
0 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
10 0.174 2.363 0.342 0.582 2.944
20 0.342 4.654 0.643 1.093 5.747
30 0.500 6.803 0.866 1.473 8.276
40 0.643 8.746 0.985 1.675 10.421
50 0.766 10.423 0.985 1.675 12.098
60 0.866 11.784 0.866 1.473 13.257
70 0.940 12.786 0.643 1.093 13.879
80 0.985 13.400 0.342 0.582 13.981
90 1.000 13.607 0.000 0.000 13.607
100 0.985 13.400 -0.342 -0.582 12.818
110 0.940 12.786 -0.643 -1.093 11.693
120 0.866 11.784 -0.866 -1.473 10.311
130 0.766 10.423 -0.985 -1.675 8.748
140 0.643 8.746 -0.985 -1.675 7.071
150 0.500 6.803 -0.866 -1.473 5.330
160 0.342 4.654 -0.643 -1.093 3.560
170 0.174 2.363 -0.342 -0.582 1.781
180 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
190 -0.174 -2.363 0.342 0.582 -1.781
200 -0.342 -4.654 0.643 1.093 -3.560
210 -0.500 -6.803 0.866 1.473 -5.330
220 -0.643 -8.746 0.985 1.675 -7.071
230 -0.766 -10.423 0.985 1.675 -8.748
240 -0.866 -11.784 0.866 1.473 -10.311
250 -0.940 -12.786 0.643 1.093 -11.693
260 -0.985 -13.400 0.342 0.582 -12.818
270 -1.000 -13.607 0.000 0.000 -13.607
280 -0.985 -13.400 -0.342 -0.582 -13.981

+ J
2

J
1
:Gia tốc cấp một. J
1
= Rω
2
cosα
J
2
:Gia tốc cấp hai. J
2
= Rω
2
λcos2α
Ta vẽ đồ thị J- biểu thị sự phụ thuộc gia tốc của piston vào góc quay 
của trục khuỷu. Trục tung biểu diễn độ lớn của J, trục hoành biểu thị góc
quay trục khuỷu 
7
TKMH ĐCĐT TẠ NGỌC TUYÊN

LẬP BẢNG TÍNH GIA TỐC PISTON
Bảng 03
α cosα J
1
cos2α J
2
J

300 0.500 1851.368 -0.500 -462.842 1388.526
310 0.643 2380.073 -0.174 -160.743 2219.330
320 0.766 2836.461 0.174 160.743 2997.204
330 0.866 3206.664 0.500 462.842 3669.506
340 0.940 3479.434 0.766 709.115 4188.550
350 0.985 3646.484 0.940 869.859 4516.343
360 1.000 3702.737 1.000 925.684 4628.421
8
TKMH ĐCĐT TẠ NGỌC TUYÊN

II/ TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1/ Khái quát
Khi động cơ làm việc, cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền
(CCTKTT) nói riêng và động cơ nói chung chịu tác dụng của các lực
như lực khí thể, lực quán tính, trọng lực và lực ma sát. Trừ trọng lực ra,
các lực các lực khác đều có trị số thay đổi theo các vị trí của Piston
trong các chu trình công tác của động cơ. Khi tính toán động lực học, ta
chỉ xét các lực có giá trị lớn là lực khí thể và lực quán tính.
Mục đích của việc tính toán động lực học là xác định các lực do
hợp lực của hai loại lực trên đây tác dụng lên CCTKTT và mô men do
chính chúng sinh ra để làm cơ sở cho việc tính toán cân bằng động cơ,
tính toán sức bền của các chi tiết, nghiên cứu trạng thái mài mòn và tính
toán dao động xoắn của hệ trục khuỷu.
Việc khảo sát động lực học được dựa trên phương pháp và quan điểm
của cơ học lý thuyết. Các lực và mô men trong tính toán động lực học
được biểu diễn dưới dạng hàm số của góc quay trục khuỷu α và quy
ước là pittông ở điểm chết trên thì α = 0
0
. Ngoài ra, các lực này thường
được tính với một đơn vị diện tích đỉnh pittông. Về sau khi cần tính giá

π
theo góc quay α sẽ
xác định được sự biến thiên của lực quán tính chuyển động tịnh tiến:
P
j
= - m
j
.R.
2
.

(cosα + cos2α).
Cộng hai đồ thị đó lại sẽ được sự biến thiên của lực P

theo α.
Tiếp theo sẽ xác định được sự biến thiên của lực tiếp tuyến:
T =
β
βα
cos
)sin(. +
∑
P
và lực pháp tuyến Z =
β
βα
cos
)cos(. +
∑
P

P
c
= 4,355 (MPa)
10
TKMH ĐCĐT TẠ NGỌC TUYÊN

P
z
= 6,445 (MPa)
P
b
= 0,285 (MPa)
P
r
= 0,12 (MPa)
Thể tích làm việc của xi lanh V
h
V
h
=
4

2
SD
π
= = 6,08.10
-4
( m
3
)=609 cm

3
Dựng đường nén đa biến a-c
P
c
= P
a
.
n
1
⇒
n
1
= =1,358
Để vẽ đồ thị đường nén đa biến ta biến đổi như sau:
Px.
n1 n1
x c
= P .VV
c
=>
c c
n1
n1
x
c
P P
=
V
i
( )

b
z
P
V
P
= 53,699
3
cm
.
Tương tự như đồ thị quá trình nén ta cũng có:
2
2
P P
V
( )
V
P
z z
x
n
n
x
z
i
= =
( với
1 12i = →
)
11
TKMH ĐCĐT TẠ NGỌC TUYÊN

Hiệu chỉnh đồ thị :
+ Góc phun nhiên liệu sớm : ϕ
s
= 17
0

+ Góc mở sớm xuppap nạp : ϕ
1
= 14
0

+ Góc đóng muộn xuppap nạp : ϕ
2
= 52
0
+ Góc mở sớm xuppap thải : ϕ
3
= 58
0
+ Góc đóng muộn xuppap thải : ϕ
4
= 16
0
+ Hiệu chỉnh c’’:
p
c
’’= p
c
+1/3.(p
z


Đồ thị công P-V : ( chi tiết bản A0)
4/ Lực quán tính.
Lực quán tính tịnh tiến được tính theo công thức
p
j
= -mRω
2
(cosα + λcos2α) (kG/cm
2
)
Với m = (m
pt
+ m
1
)/F
P

Diện tích đỉnh pittông: F
P
=
4
.
2
D
π
=
2
.0,088
4

);
p
j
=- m.J = - 154,1.10
5−
.J (kG/cm
2
)
Ta có bảng tính p
j
theo các góc :
Với J1 = R.ω
2
.Cosα ; J2 = R.ω
2
.λ. Cos2α
Và J= J1+J2
Trong đó ω=
.
30
nπ
=
260
3
.π ( rad/s).
13
TKMH ĐCĐT TẠ NGỌC TUYÊN

Ta có bảng tính Pj dưới đây:
α J1 J2 J Pj (KG/cm2)

300 1853.30 -463.33 1389.98 -2.142
310 2382.56 -160.91 2221.65 -3.424
320 2839.42 160.91 3000.33 -4.624
330 3210.01 463.33 3673.34 -5.661
340 3483.07 709.86 4192.92 -6.461
350 3650.29 870.77 4521.06 -6.967
360 3706.60 926.65 4633.25 -7.140

14
TKMH ĐCĐT TẠ NGỌC TUYÊN

5/ Tổng hợp lực khí thể và lực quán tính tác dụng lên cơ cấu
p
Σ
= p
kt
+p
j
Sau khi vẽ đồ thị P-V ta xác định được P
kt
với P
kt
= P-Po .Kết hợp với
bảng Pj ở trên ta tính được p
Σ
tương ứng với góc α.
α
Pj (KG/cm2) Pkt(KG/cm2)
p
Σ

420 -2.142 10.1864 8.044
435 -0.242 6.5551 6.313
450 1.428 4.5771 6.005
465 2.715 3.4551 6.170
480 3.570 2.7595 6.329
495 4.039 2.3264 6.365
510 4.233 2.14 6.373
525 4.281 1.9237 6.204
540 4.284 1.219 5.503
555 4.281 0.7239 5.004
570 4.233 0.2382 4.471
585 4.039 0.219 4.258
600 3.570 0.219 3.789
615 2.715 0.219 2.934
630 1.428 0.219 1.647
15
TKMH ĐCĐT TẠ NGỌC TUYÊN

645 -0.242 0.219 -0.023
660 -2.142 0.219 -1.923
675 -4.039 0.219 -3.820
690 -5.661 0.219 -5.442
705 -6.754 0.219 -6.535
720 -7.140 0.219 -6.921

Từ bảng trên ta vẽ được đồ thị P- α như bên dưới : ( chi tiết bản A0)
6/ Vẽ đồ thị lực tác dụng lên chốt khuỷu Q
ch
Xác định sự biến thiên của lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z
T =

30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
góc
Áp suất
Pj Pkt P
16
TKMH ĐCĐT TẠ NGỌC TUYÊN

α
P tổng BETA COS SIN T Z
0 -6.921 0.000 1.000 0.000 0.000 -6.921
15 -6.875 3.710 0.949 0.321 -2.210 -6.525
30 -5.782 7.181 0.803 0.609 -3.522 -4.643
45 -4.160 10.182 0.580 0.834 -3.470 -2.413
60 -2.263 12.504 0.308 0.977 -2.211 -0.697
75 -0.363 13.974 0.018 1.030 -0.374 -0.007
90 1.307 14.478 -0.258 1.000 1.307 -0.337
105 2.594 13.974 -0.499 0.902 2.339 -1.295
120 3.449 12.504 -0.692 0.755 2.604 -2.387
135 3.918 10.182 -0.834 0.580 2.273 -3.268
150 4.112 7.181 -0.929 0.391 1.607 -3.820
165 4.160 3.710 -0.983 0.196 0.816 -4.088
180 4.163 0.000 -1.000 0.000 0.000 -4.163
195 4.178 -3.710 -0.983 -0.196 -0.820 -4.106
210 4.178 -7.181 -0.929 -0.391 -1.633 -3.881
225 4.069 -10.182 -0.834 -0.580 -2.360 -3.394

690 -5.442 -7.181 0.803 -0.609 3.315 -4.370
17
TKMH ĐCĐT TẠ NGỌC TUYÊN

705 -6.535 -3.710 0.949 -0.321 2.101 -6.203
720 -6.921 0.000 1.000 0.000 0.000 -6.921

hệ toạ độ T-Z gốc tại O
1
chiều dương của T hướng sang phải , chiều
dương của Z hướng xuống dưới.
Ta có lực quán tính li tâm của khối lượng chuyển động quay của thanh
truyền
P
k
= -m
2
Rω
2
/ F
P
(kG/cm
2
)
Trong đó m
2
: là khối lượng thanh truyền qui dẫn về tâm chốt khuỷu
m
2
=m

giá trị α
18
TKMH ĐCĐT TẠ NGỌC TUYÊN

7/Vẽ đồ thị Q - 
Từ đồ thị phụ tải tác dụng lên cổ biên ta lập được quan hệ Q - ,
trong đó Q là lực tổng hợp tác dụng lên cổ biên.
= + + = +
Trên đồ thị thì lực tổng hợp được xác bằng cách: với góc quay
trục khuỷu  ta xác định được điểm P
tt
tương ứng trên đồ thị, sau đó nối
điểm P
tt
với tâm cổ biên giả định D ta xác định được véc tơ DP
tt
biểu
diễn tổng hợp tác dụng lên cổ biên tại thời điểm ứng với góc quay  của
trục khuỷu.
Sau khi xác định được quan hệ Q -  ta tiến hành xây dựng được đồ
thị Q- như trên bản vẽ. Căn cứ đồ thị Q -  ta tiến hành xác định Q
tb
:
Q
tb
= ; Trong đó S
đt
= 17400 (mm
2
)

tại các điểm chia tương ứng. Sau khi xác định được tất cả các điểm
trên ta tiến hành nối các điểm đó lại sẽ được đồ thị mài mòn chốt
khuỷu.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
∑Qo 41.587 41.587 41.587

41.587 41.587
∑Q1 4.095 4.095 4.095 4.095

4.095
∑Q2 3.78 3.78 3.78 3.78 3.78

∑Q3

3.917 3.917 3.917 3.917 3.917

∑Q4

5.196 5.196 5.196 5.196 5.196

∑Q5

11.383 11.383 11.383 11.383 11.383

∑Q6

41.779 41.779 41.779 41.779 41.779

∑Q7

Bỏ qua ảnh hưởng của lực quán tính vì khi này vận tốc rất nhỏ
Lực tác dụng lên chốt khuỷu có trị số lớn nhất là lớn nhất P
max
0 max
.
z P
Z Z P F= =
Lực pháp tuyến Z= Pz
max
;T=0
Sơ đồ tính toán trường hợp khởi động như hình dưới.

Phản lực tại gối.
Z’=Z’’=
Z
2
(MN)
a. Tính bền chốt khuỷu
Mô men uốn chốt khuỷu tại mặt cắt giữa chốt
Mu= Z’.0,075 (MNm)
Ứng suất uốn của chốt khuỷu là :
σ
u
=
uu
u
W
Z
W
M

m
P
−
= = =
=> σ
u
=
)/(987,57
10.548,2
075,0.0197,0
2
5
mMN
W
M
u
u
==
−

σ
u
< [σ
u
] =(80-120) MN/ m
2
 Đủ bền.
b. Tính bền má khuỷu.
A A
A A

= =
Ứng suất tổng:
σ =
2 2 2
79,046( / ) [ ]
u n
MN cmσ + σ = < σ
 Đảm bảo ĐK bền.
c. Tính bền cổ trục.
Người có
W W
ct ch
ct ch u u
d d> → >
nên khi chốt đủ bền thì cổ trục luôn đủ
bền.
22
TKMH ĐCĐT TẠ NGỌC TUYÊN

23
TKMH ĐCĐT TẠ NGỌC TUYÊN24