Bài giảng Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong - Chương 3: Cân bằng động cơ

Nội dung text: Bài giảng Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong - Chương 3: Cân bằng động cơ

1. CHƯƠNG 3. CÂN BẰNG ĐỘNG CƠ 3.1. ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG 3.2. CÂN BẰNG ĐỘNG CƠ 1 XI LANH 3.3. CÂN BẰNG ĐỘNG CƠ 4 KỲ 1 HÀNG XI LANH 3.4. CÂN BẰNG ĐỘNG CƠ 4 KỲ 2 HÀNG XI LANH 3.5. CÂN BẰNG ĐỘNG CƠ 2 KỲ 1 HÀNG 4 XI LANH
2. 3.1. ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG + Khi ĐC làm việc ổn định, nếu lực và mô men tác dụng lên bệ đỡ ĐC có phương, chiều và trị số không đổi thì ĐC được coi là cân bằng. + Khi ĐC không cân bằng, lực và mô men truyền qua gối tựa luôn thay đổi làm cho ĐC bị rung chấn (làm các bu lông đai ốc bị lỏng ra, một số chi tiết bị quá tải, tốc độ mài mòn tăng, ảnh hưởng xấu đến người vận hành và sử dụng). + Nguyên nhân gây mất cân bằng: tồn tại các lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay và mô men của các lực đó. Ngoài ra, do tồn tại mô men lật luôn thay đổi liên tục về phương, chiều và trị số. + Muốn ĐC được cân bằng, phải thiết kế sao cho hợp lực Pj1, Pj2 , Pr và tổng mô men của chúng sinh ra trên các mặt phẳng chứa đường tâm TK bằng 0.
3. n 2 Pj1 = m.R. .cos = 0 j=1 n 2 Pj2 = m.R. ..cos2 = 0 j=1 n 2 PK = mr .R. = 0 (3.1) j=1 n 2 M j1 = a.m.R. .cos = 0 j=1 n 2 M j1 = a..m.R. .cos2 = 0 j=1 n 2 MK = a.mr .R. = 0 j=1 a là khoảng cách giữa hai đường tâm xi lanh. - Không có động cơ cân bằng tuyệt đối - Biện pháp tăng độ cân bằng: + Tăng số xi lanh + Lựa chọn thứ tự làm việc + Dùng đối trọng
4. Để đảm bảo tính năng cân bằng trong quá trình thiết kế, chế tạo, lắp ráp và vận hành cần đảm bảo: - Đảm bảo trọng lượng các nhóm piston trên ĐC phải bằng nhau. - Trọng lượng của các thanh truyền phải bằng nhau, trọng tâm của các thanh truyền phải giống nhau. - Trục khuỷu và các chi tiết quay cần được cân bằng tĩnh và cân bằng động trước khi lắp. - Dung tích làm việc của các xi lanh phải giống nhau; cơ cấu phối khí của các xi lanh được điều chỉnh giống nhau. - Tỷ số nén và hình dạng buồng cháy của các xi lanh phải giống nhau. - Góc đánh lửa sớm (góc phun sớm) của các xi lanh phải giống nhau. - Thành phần hỗn hợp công tác (ĐC xăng) và lượng nhiên liệu cung cấp cho 1 chu trình (ĐC diesel) phải giống nhau.
5. 3.2. CÂN BẰNG ĐỘNG CƠ 1 XI LANH + Cân bằng động cơ 1 XL cũng như nhiều XL chủ yếu là dùng các biện pháp kết cấu để đạt tới các điều kiện cân bằng (3.1). + Trong động cơ 1 XL các lực chưa được cân bằng: - Pj1 và Pj2 (tác dụng trên đường tâm XL, có trị số và chiều phụ thuộc vào góc quay TK). 2 2 Pj1= mj.R. .cos ; Pj2 = mjR cos2 - Pr (tác dụng trên đường tâm cổ khuỷu, chiều ly tâm, giá trị không đổi). 2 Pr = mr.R. = const. - Mô men lật MN (chiều ngược với mô men quay M, trị số thay đổi theo góc quay TK; MN = - T.R).
6. Hình 3.1. Sơ đồ cân bằng động cơ 1 xi lanh
7. Nguyên lý cân bằng của Lanchestơ Trên 2 trục O3 và O4 quay với vận tốc ±  đặt hai đối trọng mđ1 quay quanh trục với bán kính 1. Mỗi đối trọng sẽ gây ra lực quán tính Pđ1, Pđ1 được phân thành 2 thành phần Px1(nằm ngang) và Py1 (// với đường tâm XL). Hai thành phần Px1luôn tự triệt tiêu nhau. Hai thành phần Py1 luôn bằng nhau và cùng hướng. 2 P®1= m®1. 1. [N] 2 2Py1 = 2P®1.cos = 2m®1. 1. .cos + Điều kiện cân bằng: Pj1 = - 2Py1 hay: 2 2 mj.R. cos = 2.mđ1. 1. .cos hay mj.R. = 2.mđ1. 1 + Chọn trước mđ1 (khối lượng đối trọng) hoặc 1 (khoảng cách bố trí) để xác định tham số còn lại. Khi thiết kế hai trục O3 và O4 thường được bố trí trong hộp trục khuỷu. Do hạn chế về không gian nên thường chọn trước 1.
8. + Lực quán tính CĐ tịnh tiến cấp 2: Pj2 được cân bằng theo nguyên tắc tương tự. Trên 2 trục O5 và O6 quay với vận tốc 2 đặt hai đối trọng mđ2 quay quanh trục với bán kính 2. + Các lực Px2 luôn tự triệt tiêu nhau và không gây mô men phụ. Hai thành phần Py2 luôn bằng nhau về trị số và cùng chiều. + Điều kiện cân bằng: Pj2 = -2Py2 hay: 2 2 mj. R. . . cos2 = 2.mđ2. 2.(2) .cos2 mj.R. = 8.mđ2. 2 + Chọn trước mđ2 (khối lượng đối trọng) hoặc 2 (khoảng cách bố trí) để xác định tham số còn lại. + Do giá trị cực đại của Pj2 nhỏ hơn giá trị cực đại của Pj1 khoảng 4 lần (chính xác là 1/ lần) và biến thiên với tân số cao nên để đơn giản kết cấu thường bỏ qua việc cân bằng.
9. + Lực quán tính ly tâm PR có giá trị không đổi nên có thể cân bằng dễ dàng bằng đối trọng mđr đặt trên phần kéo dài của hai má khuỷu. 2 2 2 mđr. r. = mr.R. 2 mđr. r = mr.R cần chọn trước một tham số (mđr hoặc r) rồi xác định giá trị của tham số còn lại. + Đối với động cơ 1 XL, để tăng độ đồng đều của Mx cần tăng kích thước và khối lượng bánh đà. + Nguyên tắc cân bằng như trên được áp dụng cho việc cân bằng các ĐC nhiều xi lanh (bố trí một hàng hoặc chữ V). Tuy nhiên công việc phức tạp hơn nhiều. + Cơ cấu cân bằng kiểu Lanchestơ khá phức tạp và tiêu hao nhiều công suất nên hiện nay ít dùng trong ĐCĐT.
10. 3.3. CÂN BẰNG ĐỘNG CƠ 4 KỲ 1 HÀNG XI LANH 3.3.1. Cân bằng động cơ L4 Góc công tác 1800 cho cả 2 thứ tự công tác 1 – 3 – 4 – 2 và 1 – 2 – 4 – 3 Sơ đồ bố trí trục khuỷu và cân bằng động cơ L4 Coi Pj1 và Pj2 đều hướng lên, chiều cụ thể do α quyết định. 2 ΣPj1 = m j Rω cosα+cos(α+540)+cos(α+180)+cosα = 0 22 ΣPj1 =λm j Rω cos2α+cos2(α+540)+cos2(α+180)+cos2α =4λm j Rω cos2α ΣPr = 0 ΣMj1 = P j1 .a + P j1 .2a - P j1 .3a = 0 ΣMj2 = 0 ΣMr = P r .a + P r .2a - P r .3a = 0
11. Chỉ cần cân bằng ΣPj2 bằng đôi đối trọng dặt trên 2 trục O5 và O6 quay với tốc độ 2 như mục 3.2. Có thể bỏ qua thành phần này để đơn giản kết cấu. Trên phần kéo dài của 2 má khuỷu của cổ trục đầu, giữa, cuối bố trí đối trọng.
12. 3.3 Cân bằng động cơ L6 Góc công tác 1200, thứ tự công tác 1 – 5 – 3 – 6 – 2 – 4 Sơ đồ bố trí trục khuỷu và cân bằng động cơ L4