Đồ Án Thiết kế nguyên lý cơ cấu động cơ đốt trong + bản Dwg

PHẦN I: VẼ HỌA ĐỒ CƠ CẤU

Phân tích:
Cơ cấu gồm 5 khâu,7 khớp,trong đó có một khâu dẫn. Khâu (1) và khâu (4) là các thanh mảnh. Khâu (2) được tạo ra bằng cách ghép cứng BD,DE và EB bằng các khớp quay. Khâu (3) và (5) là các pittông trong xi lanh. Khâu dẫn (1) được nối với giá cố định tại A bằng khớp quay.Khi động cơ làm việc khâu (1) quay đều với vận tốc góc ω1 ,truyền động cho khâu (2),khâu (2) truyền động cho khâu (3) và khâu (4). Khâu (4) truyền động cho khâu (5).Cuối cùng khâu (3) và khâu (5) tịnh tiến trong xilanh giúp động cơ làm việc.

Tính toán các kích thước chưa biết:
Xét chuyển động của pittông (3):
+ Pittông lên vị trí cao nhất khi 3 điển A , B , C thẳng hàng và điểm B nằm giữa A và C.
+ Pittông đi xuống vị trí thấp nhất khi khi 3 điểm A , B , C thẳng hành và điểm A nằm giữa B và C.
=> Hành trình pittông Hc =2.lAB
=> lAB ¬ = Hc/2 = 160/2 = 80 (mm) = 0,08 ( m )
Ta có:
λ = BC/AB = 3,1 => lBC = lAB . λ = 3,1 . 80 = 248 (mm) =0,248 (m)
CB/BD = 4 => lBD = (l■( @BC))/4 = 248/4 = 62 (mm) = 0,062 (m)
lBS2 = lCS2 = (l■( @BC))/2 = 248/2 = 124 (mm) = 0,124 (m)
lDE = lDC : hai kích thước này ta phải đo trên họa đồ cơ cấu.



Vẽ họa đồ cơ cấu ứng với góc φ1 = 180˚
Từ các kích thước vừa tính ta có họa đồ cơ cấu ứng với φ1 = 180˚ như hình vẽ.
Với tỉ lệ xích : µ = (l■( @AB))/AB = 0,08/32 = 0,0025 (m⁄mm)
Từ họa đồ cơ cấu ta đo được : DE = DC = 87 (mm)
LDC =lDE = 87. µ = 87 . 0.0025 = 0,218 (m)



PHẦN II: VẼ HỌA ĐỒ VẬN TỐC

Biểu thức vận tốc
Ta có:
ω1 = (n1 .2л)/60 = 800.2л/60 = 80/3л (rad⁄s) =83,8 (rad⁄s)
+ Vận tốc điểm B:
VB1 = VB2 = ω1 . lAB =83,8 . 0,08 = 6,7 (m⁄s)
Xét khâu (2) :
Vận tốc điểm C:
Có : VC2 = VC3.
V ⃗C■( @2) = V ⃗B2 + V ⃗C2B2
Phương : //Ax ⊥AB ⊥CB
Độ lớn: ? 6.7 ?
Phương trình trên có hai ẩn số nên ta sẽ giải được từ họa đò vận tốc.
+ Vân tốc điểm D:
Ta có VD2 = VD4.

V ⃗D2 = V ⃗B2 + V ⃗D2B2
Phương : ? ⊥AB ⊥BD
Độ lớn : ? 6,7 ?
Ta lại có:
V ⃗D2 = V ⃗C2 + V ⃗D2C2
Phương: ? //Ax ⊥CD
Độ lớn: ? đã tính được từ họa đồ ?

Hai phương trình với 4 ẩn nên ta có thể giải được bằng họa đồ.

Xét khâu (4):
Vận tốc điểm E:
Ta có: VE4 = VE5
V ⃗E4 = V ⃗D4 + V ⃗E4D4
Phương : //Ay Xác định nhờ họa đồ ⊥DE
Độ lớn : ? xác định nhờ họa đồ ?
Phương trình trên chỉ chứa hai ẩn nên ta có thể giải được nhờ họa đồ vận tốc.
Như vậy bằng họa đồ vận tốc ta đã tính đươc vân tốc các điểm trên các khâu.

Vẽ họa đồ vận tốc ứng với φ1 = 180˚
Ta chọn tỷ lệ xích : µv = (V■( @B1))/pb = 0,1 (m⁄(mm.s))
Chọn một điểm p tùy ý.
Từ p vẽ đoạn pb biểu thị vận tốc (V■( @B1)) ⃗ (pb ⊥ AB ) ,V ⃗B1 = V ⃗B2
Xác định vận tốc V ⃗C2 và V ⃗C2B2 :
+ Từ nút b vẽ đường chỉ phương ∆ của V ⃗C2B2 ( ∆ ⊥ CB )
+ Qua p vẽ đường chỉ phương ∆’ của V ⃗C2 ( ∆’ //Ax )
+ Giao điểm của ∆ và ∆’ là nút c. Đoạn pc biểu thị giá trị của V ⃗C2 ,đoạn cb biểu thị giá trị của V ⃗C2B2.
Xác định V ⃗D2:
+ Từ nút b vẽ đường chỉ phương của V ⃗D2B2 là ∆1 ( ∆1 ⊥ BD )
+ Từ nút c vẽ đường chỉ phương của V ⃗D2C2 là ∆’1 ( ∆’1 ⊥ CD )
+ Giao điểm của ∆1 và ∆’1 là nút d . Đoạn pd biểu thị giá trị của V ⃗D2.
Xác định V ⃗E4 :
Ta có:
V ⃗D2 = V ⃗D4.
+ Từ nút d ta vẽ đường chỉ phương ∆2 của V ⃗E4D4 ( ∆2 ⊥ DE )
+ Từ nút p ta vẽ đường chỉ phương ∆’2 của V ⃗E4 ( ∆’2 // Ay )
+ Giao điểm của ∆2 và ∆’2 là nút e . Đoạn pe biểu thị giá trị của V ⃗E4.
Áp dụng định lý đồng dạng thuận ta có nút s2 là trung điêm của đoạn pc. Đoạn ps2 biểu thị giá trị của V ⃗S2.
Như vậy vận tốc của các điểm thuộc khâu dẫn đã được xác định.
Dựa vào họa đồ vận tốc ta tìm được:
VC2 = VC3 = pc . µ¬v = 0 . 0,1 = 0
VD4 = VD2 = pd . µv= 59 . 0,1 =5,9 (m/s)
VE5 = VE4 = pe . µv = 51 . 0,1 =5,1 (m/s)
VC2B2 = bc . µv = 67 . 0,1 = 6,7 (m/s)
VE4D4 = de . µ¬v = 17 . 0,1 = 1,7 (m/s)
VS2 = ps2.µ¬v = 29,5.0,1= 2,95(m/s)

Sau khi đã biết vận tốc dài của các điểm trên các khâu ta xác định vận tốc góc các khâu:
+ Vận tốc góc khâu 2:
ω2 = (V■( @C2B2))/(l■( @BC)) = 6,7/0,248 = 27 (Rad/s)
chiều quay ω2 cùng chiều kim đồng hồ.
+ Vận tốc góc khâu 4 :
ω4 ¬ = (V■( @E4D4))/(l■( @DE)) = 1,7/0,218 = 7,8 (Rad/s)
chiều quay ω4 cùng chiều kim đồng hồ.

PHẦN III : VẼ HỌA ĐỒ GIA TỐC

Biểu thức gia tốc
Do thanh AB quay đều với vận tốc góc ω1 nên gia tốc điểm B là:
aB1 = aB2 = ω12 . lAB = 83,82 . 0,08 = 561,8 (m/s2)
véc tơ gia tốc a ⃗B có chiều từ B → A.
Xét trên khâu 2 :
+ Gia tốc điểm C :
Ta có : anC2B2 = ω22 . lBC = 272 . 0,248 = 180,8 ( m/s2 )
a ⃗C2 = a ⃗B2 + a ⃗nC2B2 + a ⃗tC2B2
Phương: //Ax B → A C → B ⊥ CB
Độ lớn : ? 561,8 180,8 ?
Phương trình trên hai ẩn số nên có thể giải bằng họa đồ gia tốc.
+ Gia tốc điêm D :
Ta có: anD2B2 = ω22 . lBD = 272 . 0,062 = 45 ( m/s2 ).
a ⃗D2 = a ⃗B2 + a ⃗nD2B2 + a ⃗tD2B2
Phường : ? B → A D → B ⊥ DB
Độ lớn : ? 561,8 45 ?
Ta lại có: anD2C2 =ω22 .lCD = 272 . 0,218 = 159 ( m/s2 )
a ⃗D2 = a ⃗C2 + a ⃗nD2C2 + a ⃗tD2C2
Phương : ? đã xác định nhờ D → C ⊥CD
Độ lớn : ? họa đồ gia tốc 159 ?
Ta thấy hai phương trình trên với 4 ẩn số nên khi kết hợp lại ta sẽ giải được bàng họa đồ gia tốc.
+ Gia tốc điểm E :
Ta có : a ⃗D4 = a ⃗D2
AnE4D4 = ω42 . lDE = 7,82 . 0,218 = 13,3 ( m/s2 )
( a) ⃗E4 = a ⃗D4 + a ⃗nE4D4 + a ⃗tE4D4
Phương : //Ay đã xác định nhờ E → D ⊥DE
Độ lớn : ? họa đồ gia tốc 13,3 ?
Ta thấy phương trình trên có hai ẩn số nên có thể giải bằng phương pháp họa đồ gia tốc.
Vẽ họa đồ gia tốc:
Ta chọn tỷ lệ xích:
µa = (a■( @B))/πb' = 561,8/280,9 = 2 (m/mm.s2 )
Chọn một điểm π tùy ý. Từ π ta vẽ đoạn πb’ biểu thị gia tốc a ⃗B2 (πb’// AB )
- Xác gia tốc các điểm trên khâu 2:
+ Từ nút b’ ta vẽ đoạn b’ncb biểu thị gia tốc a ⃗ nC2B2 (b’ncb //CB )
+ Từ nút ncb vẽ đường thẳng ∆’ ⊥ b’ncb ,chỉ phương của a ⃗tC2B2.
+ Từ π vẽ đường thẳng ∆ //Ax , chỉ phương của a ⃗C2
Giao của ∆ và ∆’ định ra nút c’ của a ⃗C2 .
- Áp dụng định lý đồng dạnh thuận => πs2 (s2 là trung điểm của b’c’ ) biểu thị gia tốc của điểm S2¬.
+ Từ b’ vẽ đoạn b’nDB biểu thị gia tốc a ⃗nD2B2 ( b’ndb //DB )
+ Từ nút ndb vẽ đường thẳng ∆1 chỉ phương của a ⃗tD2B2 (∆1 ⊥ DB )
+ Từ nút c’ vẽ đoạn c’ndc biểu thị gia tốc a ⃗nD2C2 (c’ndc // DC )
+ Từ nút ndc vẽ đường thẳng ∆’1 chỉ phương của a ⃗tD2C2 (∆’1 ⊥ CD )
Giao điểm của ∆1 và ∆’1 định ra nút d’ của a ⃗D2
Xác định gia tốc các điểm trên khâu 4:
+ Từ nút d’ ta vẽ đoạn d’ned biểu thị gia tốc a ⃗nE4D4 ( d’ned // ED )
+ Từ nút ned ta vẽ đường thẳng ∆’2 ⊥ ED ,chỉ phương của a ⃗tE4D4.
+ Từ π ta vẽ đường thẳng ∆2 //Ay chỉ phương của ( a) ⃗E4.
Giao điểm của ∆2 ¬và ∆’2 là điểm e’ của ( a) ⃗E4.
Dựa vào họa đồ gia tốc ta có:
ac2 = ac3 = πc’. µa = 190,5 . 2 = 381 (m/s2 )
as2 = πs2. µa = 238,7 . 2 = 471,4 (m/s2 )
aD2= aD4 = πd’. µa = 268,5 . 2 = 537 (m/s2 )
atD2B2 = ndbd’. µa= 0 . 2 = 0
aE5 =aE4 = πe’ . µa = 185 . 2 = 370 (m/s2 )
atE4D4 = ned . µa = 250 . 2 = 500 (m/s2 )
ε2 = (a■(t@D2B2))/(l■( @BD)) = 0/62 = 0
ε4 =(a■(t@E4D4))/(l■( @DE)) = 500/0,218 = 2293 ( rad/s2 ¬)
ε4 có chiều ngược kim đồng hồ.



PHẦN IV : TÍNH ÁP LỤC CÁC KHỚP ĐỘNG VÀ MOOMEN CÂN BẰNG VỀ KHÂU DẪN

Xác định lực quán tính và moomen quán tính:
Khâu 2:
+ Lực quán tính:
Q2 = -m2 . as2 = -3,1 . 471,4 = -1461 (N)
+ Momen quán tính:
Mq2 = Js2 . ε2 = 0,1 . 0 = 0.
Khâu 3:
+ Lực quán tính:
Q3 = -m3 . ac3 = -2 . 381 = -762 (N)
Khâu 5:
+ Lực quán tính:
Q5 = -m5 . aE5 = -2 . 370 = -740 (N)

Tính áp lực khớp động:
* Tách nhóm axua gồm thanh truyền 4 và pittong 5.
Các lực tác dụng lên hệ là:
Q ⃗5 , F ⃗5 , R ⃗24 , G ⃗5 , P ⃗5
Trong đó:
+ F5 là áp lực do khí trong xi lanh tác dụng lên pittong 5,có chiều từ E đến A.
F5 = pE . π .(d■(2@5))/4 = 1. 3 ,14 . (100■(2@ ))/4 = 7850 (N)
+ R24 là áp lực khớp quay do khâu 2 tác dụng vào khâu 4.
+ G5 là trọng lực của khâu 5.
G5 = m5 . g =2 . 9,8 = 19,6 (N)
+ P5 là phản lực của xi lanh lên pittong có phương vuông góc với AE.
Ta có phương trình cân bằng lực:
Q ⃗5 + F ⃗5 + R ⃗24 + G ⃗5 + P ⃗5 = 0. (4.1)
Tách:
R ⃗24 =R ⃗t24 + R ⃗n24
Trong đó: R ⃗t24 có phương vuông góc với DE
R ⃗n24 có phương song song với DE.
Tách :khâu 4. Các lực tác dụng lên khâu 4 là :
R ⃗t24 , R ⃗n24 , R ⃗54
R54 : áp lực khớp quay do khâu 5 tác dụng vào khâu 4.
Ta có phương trình momen với điểm E của khâu 4 là:
MB = Rt24 . lDE = 0 (4.2)
Rt¬24 = 0
Thay vào (4.1) ta có:
Q ⃗5 + F ⃗5 + R ⃗n24 + G ⃗5 + P ⃗5 = 0
Vẽ họa đồ lực:
Do G ⃗5 quá nhỏ so với các lực khác nên có thể bỏ qua.
Chọn tỷ lệ xích:
µF = 100 (N/mm)
Từ họa đồ ta có:
R24 = 90 . 100 = 9000 (N)
P5 = 26,2 . 100= 2620 (N)
Xét khâu 4:
Ta có phương trình cân bằng lực:
R ⃗24 + R ⃗54 = 0
R ⃗54 = -( R) ⃗24
R54 = 9000 (N)
R42 = R24 =9000 (N)
R45 = R54 =9000 (N)
*Tách nhóm axua gồm thanh truyên 2 và pittông 3:
Các lực tác dụng lên hệ là:
R ⃗42 , Q ⃗2 , R ⃗12 , (F¬) ⃗3¬¬ , P ⃗3 ,G ⃗2 ,G ⃗3
Các momen tác dụng lên hệ là:
Mq2
Trong đó:
Q ⃗2 là momen quán tính khâu 2,có chiều ngược chiều a ⃗s2.
Q2 =1461 (N)
R ⃗12 ¬ là áp lực khớp động do khâu 1 tác dụng vào khâu 2.
(F¬) ⃗3¬¬ là áp lực do khí trong xilanh tác dụng vào pittong, có chiều từ C đến A.
F3 = Pc . π .(d■(2@3))/4 = 1. 3 ,14 . (100■(2@ ))/4 = 7850 (N)
P ⃗3 là phản lực của xilanh lên pittong có phương vuông góc với AC
G ⃗2 , G ⃗3 lần lượt là trọng lượng của khâu 2 và khâu 3
G2 = m¬2 . g = 3,1 .9,8 = 30,4 (N)
G3 = m3 .g = 2 .9,8 = 19 ,6 (N)
R ⃗42 là áp lực khớp động do khâu 4 tác dụng vào khâu 2.
R42 = 9000 (N)
Ta có phương trình cân bằng lực:
R ⃗42 + Q ⃗2 + R ⃗12 + (F¬) ⃗3¬¬+ P ⃗3 +G ⃗2 +G ⃗3 = 0 (4. 3)
Tách khâu 2:
Các lực tác dụng vào khâu 2:
R ⃗42 , Q ⃗2 , R ⃗12 ,G ⃗2, R ⃗32
Tách : R ⃗12 = R ⃗■(n@12) + R ⃗■(t@12)
Trong đó: R ⃗■(t@12) có phương vuông góc với BC
R ⃗■(n@12) có phương song song với BC

Ta có phương trình momen với diểm C:
MC =R■(t@12). lBC - R42 .hR42 - G2 . hG2 = 0 (4.4)
R■(t@12) = 1/(l■( @BC))(R42 . hR42 + G2 . hG2 ) = (9000 .0,182+30,4 .0,062)/0,248 = 6600 (N)
Thay vào (4.3) ta có:
R ⃗■(n@12) + R ⃗■(t@12)+ Q ⃗2 + R ⃗42 + (F¬) ⃗3¬¬+ P ⃗3 +G ⃗2 +G ⃗3 = 0
Vẽ họa đồ lực khâu 2 và khâu 3:
Chọn tỷ lệ xích: µF = 100 (N/mm)
Từ họa đồ ta có:
P3 = 4,6 . µF = 4,6 . 100 = 460 (N)
R■(n@12) = 159 . µF 159 . 100 = 15900 (N)
R ⃗12 = R ⃗■(n@12) + R ⃗■(t@12)
R12 = 172 . µF = 172 . 100 = 17200(N)
R21 = R12 = 17200 (N)
Xét khâu 2:
Các lực tác dụng vào khâu 2:
R ⃗42 , Q ⃗2 , R ⃗12 ,G ⃗2, R ⃗32
Ta có phương trình momen lấy với điểm B là:
MB = R32 . hR32 + G2 . hG2 – R42 . hR42 = 0
R32 = (-G2 .hG2+ R42 .hR42 )/(h■( @R32)) = 461 , 8 (N)
R23 = R32 = 461,8 (N)
4.3 Momen cân bằng về khâu dẫn:
Ta có:
Mcb = R21 . hR21 =17200 . 12,3 . 0,0025 = 528,9 (Nm)


PHẦN V : MÔMEN THAY THẾ CÁC NGOẠI LỰC VÀ MÔMEN QUÁN TÍNH THAY THẾ VỀ KHÂU DẪN.

Mômen thay thế các lực:
Ta có:
Mtt =∑▒〖 [〗 1/ω1(P ⃗i .v ⃗i +Mi . ωi )] = 1/ω1 [G2 . vS2 .cos(G ⃗2 ,v ⃗S2) +G3 . vC3 .cos (G ⃗3,v ⃗c3) + G5 . VE5 .cos(G ⃗5 . v ⃗E5 .) + F3. vC3.cos(F ⃗3, v ⃗C3) + F5. vE5.cos(F ⃗5, v ⃗E5) + P5. vE5.cos(P ⃗5,v ⃗E5) + P3. vC3.cos(P ⃗3. v ⃗C3)]
Mtt = 1/83,8 [30,4 . 2,95 .cos(133˚) + 19,6 . 0 .cos(G ⃗3,v ⃗c3) + 19,6 . 5,1 . cos(150˚) + +7850 . 0 . cos(G ⃗3,v ⃗c3) +7850 . 5,1 . cos (180˚) + 2620 . 5,1 . cos (90˚) + 460.0.cos(90˚)]
Mtt = - 479,5 [Nm]

5.2 Mômen quán tính thay thế về khâu dẫn:
Ta có:
Jtt = ∑▒ [1/(ω■(2@1)) .(mi¬ . v2Si + Jsi . ω2i )]
= 1/(ω■(2@1)) ( m2. V2S2 + m3. V2C3 + m5. V2E5 + JA . ω■(2@1) + JS2 . ω■(2@2))

= 1/(83,8■(2@ )) ( 3,1 . 2,952 + 2 .02 + 2 . 5,12 + 0,1 . 83 ,8 2 + 2 . 272)
= 0,319 (kg.m2).