Bài giảng Diesel tàu thủy - ĐH Hàng Hải

Chia sẻ: Mai Van Mong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:164

Thêm vào BST

Báo xấu

358
lượt xem 125
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu Bài giảng Diesel tàu thủy - ĐH Hàng Hải, Bộ môn Động lực Diesel, Khoa Đóng tàu, Học phần Diesel tàu thủy 2 dành cho hệ đạo tạo Đại học chính quy tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Diesel tàu thủy - ĐH Hàng Hải

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL KHOA ĐÓNG TÀU BÀI GIẢNG DIESEL TÀU THUỶ TÊN HỌC PHẦN: DIESEL TÀU THUỶ 2 MÃ HỌC PHẦN: 14106 TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY DÙNG CHO SV NGÀNH: MÁY TÀU THỦY HẢI PHÒNG – 2010
MỤC LỤC STT TÊN CHƯƠNG MỤC TRANG 1. Chương 1: Động học và động lực học của cơ cấu biên khuỷu 6 1.1 Động học của cơ cấu biên khuỷu 6 1.2 Động lực học của cơ cấu biên khuỷu 8 2. 2: Chương Sơ lược về kết cấu động cơ diesel 32 2.1 Một số yêu cầu đối với kết cấu động cơ diesel. 32 2.2 Một số thông số kỹ thuật của động cơ diesel. 32 2.3 Kết cấu của một số động cơ diesel 35 2.4 Các chỉ tiêu kỹ thuật sử dụng 35 3. Chương 3: Các chi tiết chuyển động chủ yếu của động cơ diesel 43 3.1 Piston 43 3.2 Chốt piston 51 3.3 Xéc măng 54 3.4 Biên và bạc biên 57 3.5 Bu lông biên 73 3.6 Trục khuỷu và bánh đà 74 4. Chương 4: Các chi tiết cố định chủ yếu của động cơ diesel 93 4.2 Cấu tạo chung của các chi tiết cố định 93 4.2 Bệ động cơ 94 4.3 Gối đỡ 95 4.4 Bạc đỡ 97 4.5 Thân xi lanh và ống lót xi lanh 98 4.6 Nắp xi lanh 100 4.7 Tính toán kết cấu các chi tiết cố định của động cơ 101 5. Chương 5: Các hệ thống phục vụ cho động cơ diesel 109 1 Hệ thống trao đổi khí 5.1 109
5.2 Hệ thống nhiên liệu 120 5.3 Hệ thống bôi trơn 135 5.4 Hệ thống làm mát 146 5.5 Hệ thống khởi động và đảo chiều 151 Đề thi kết thúc học phần 167 2
Chương 1 ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU BIÊN KHUỶU Để nghiên cứu kết cấu và tính toán độ bền các chi tiết chủ yếu của động cơ diesel cần phải nắm vững qui luật chuyển động, tình trạng chịu lực của các chi tiết chủ yếu của nhóm piston, cơ cấu biên khuỷu. 1.1. Động học cơ cấu biên khuỷu a) b) c) lbp lb lb lb    Hình 1.1. Sơ đồ cơ cấu biên khuỷu: a) Chính tâm; b) Lệch tâm; c) Biên khớp l, lp - chiều dài biên chính, biên phụ; r - bán kính khuỷu trục; s - hành trình piston; Sx, Sxp - độ dịch chuyển piston theo góc quay trục khuỷu; - góc quay trục khuỷu; , p - góc lắc của biên chính và biên phụ;  - độ lệch đường tâm biên;  - góc giữa hai đường tâm xi lanh; ĐCT, ĐCD - vị trí điểm chết trên, điểm chết dưới. Trong quá trình hoạt động của động cơ đốt trong kiểu piston (ĐCĐT), piston là là chi tiết trực tiếp chịu tác dụng của lực khí thể và truyền lực này cho cơ cấu biên khuỷu. Piston là một trong các chi tiết bao kín buồng cháy, đồng thời piston cùng với cơ cấu biên khuỷu biến lực tác động vô hướng của khí cháy thành thành chuyển động có hướng. Như vậy, nhiệt cháy của môi chất công tác được biến thành công cơ học thông qua nhóm piston và cơ cấu biên khuỷu (chuyển động tịnh tiến của piston được biến thành chuyển động quay của trục khuỷu). Vì thế, muốn nghiên cứu động lực học cơ cấu biên khuỷu cần phải nghiên cứu động học của piston. Trong quá trình khai thác, chế độ làm việc của hệ động cơ - phụ tải phụ thuộc chế độ tải và tác động của môi trường đến thiết bị, ví dụ: tác động của sóng gió đối với động cơ diesel tàu thuỷ, mức độ đóng cắt tải đối với động cơ diesel lai máy phát điện và đối với các thiết bị xây dựng, độ mấp mô mặt đường và sự thay đổi tốc độ đối với động cơ lắp trên phương tiện vận tải bộ vv... Chế độ làm việc thay đổi sẽ làm thay đổi vòng quay hệ trục. Tuy nhiên, khi thiết kế, chế tạo động cơ người ta tính toán ứng với chế độ làm việc lâu dài là chế độ làm việc ổn định định mức. Ứng với các chế độ làm việc ổn định mức độ dao động vòng quay không lớn, vì thế giả thiết trong quá trình làm việc ổn định tốc độ góc hệ trục không thay đổi, đó là một trong các cơ sở để nghiên cứu qui luật chuyển động của piston. Đối với động cơ đốt trong có các sơ đồ cơ cấu biên khuỷu: chính tâm; lệch tâm; biên khớp (biểu diễn trên hình 1.1). Trong nội dung trình bày dưới đây chủ yếu nghiên cứu đối với sơ đồ cơ cấu biên khuỷu dạng chính tâm là loại được sử dụng phổ biến nhất đối với động cơ diesel tàu thuỷ dân dụng. 6
1.1.1. Độ dịch chuyển của piston Trong quá trình làm việc của động cơ, piston liên tục dịch chuyển từ điểm chết trên (ĐCT) đến điểm chết dưới (ĐCD), độ dịch chuyển của piston sx thay đổi theo góc quay trục khuỷu  hay theo thời gian , vì thế trong quá trình nghiên cứu sau này ta qui ước tính toán độ dịch chuyển của piston sx theo góc quay  và góc quay  = 00TK ứng với piston nằm tại vị trí ĐCT. Nhìn vào hình vẽ 1.1. khi piston dịch chuyển từ ĐCT đến ĐCD độ dịch chuyển sx được tính: s x  AA'  OA  OA'  OA  OC  CA'  r  lb  r cos   l b cos   , (1.1) 0 Sx1 Sx2 S  Sx2 Hình 1.2. Độ dịch chuyển của piston theo góc quay trục khuỷu 1. Sx1; 2. Sx2; 3. Sx = Sx1 + Sx2 lb - chiều dài biên, m; r - bán kính quay của khuỷu trục, m;  - góc quay của khuỷu trục đang xét ứng với sx tính từ ĐCT;  - góc lắc của biên so với đường tâm xi lanh. Đặt r/lb = b - thông số kết cấu. Sau khi biến đổi công thức (15.1) có thể viết:  1   1  s x  r 1      cos   cos   ,    (1.2)  b   b  Xét tam giác A'BO ta có mối quan hệ: lbsin = r sin, nên sin = bsin, từ đó:  cos   1  sin 2   1  2 sin 2   1  2 sin 2  b b  1/ 2 Triển khai vế phải của đẳng thức trên theo nhị thức Niutơn, ta có: 1 1 4 1 cos   1  2 sin 2   b b sin 4   6 sin 6   ... b 2 2.4 2.4.6 1 Bỏ qua các số hạng bậc thấp ta có: cos   1  2 sin 2  . Sau khi thay vào (1.2) và biến b 2 đổi thu được công thức gần đúng xác định độ dịch chuyển của piston là hàm của góc quay trục khuỷu: s x  r 1  cos    0,25b 1  cos 2  , (1.3) 7
Như vậy, độ dịch chuyển sx có thể tính chính xác theo (1.2) hoặc tính gần đúng theo (1.3). Kết quả tính toán cho thấy sai số giữa hai công thức không lớn lắm, với b < 0,25 sai số không vượt quá 0,1%, vì thế (1.3) được sử dụng để tính sx khi nghiên cứu động học cơ cấu nhóm piston - biên khuỷu. Từ (1.3) ta thấy sx là tổng của hai thành phần: s x1  r 1  cos   và s x 2  0,25rb 1  cos 2  . Thành phần sx2 phụ thuộc vào b và giá trị sx , 0 0 đạt cực đại ứng với  = 90 và  = 270 , khi đó cos2 = -1 và sx2 = rb/2. Hình 1.3. Sự thay đổi vận tốc piston Đoạn thẳng biểu diễn bằng tích số rb/2 được theo góc quay trục khuỷu gọi là đoạn bổ sung Brít. Các đường cong sx, sx1, 1. vp1; 2. vp2; 3. vp = vp1 + vp2. sx2 được biểu diễn trên hình 1.2. Từ hình 1.1, 1.2 và công thức 1.3 ta thấy giá trị sx1 là độ dịch chuyển piston khi chiều dài biên lb lớn hơn rất nhiều so với bán kính quay khuỷu trục r, còn thành phần sx2 là giá trị bổ sung khi chiều dài biên có hạn. Như vậy, độ dịch chuyển piston thay đổi theo góc quay , đạt giá trị cực tiểu ứng với ĐCT (ứng với 00 và 3600TK) và đạt giá trị cực đại ứng với ĐCD (ứng với 1800TK). 1.1.2. Vận tốc của piston Để xác định vận tốc của piston ta đạo hàm độ dịch chuyển piston sx theo thời gian (đạo hàm công thức 15.2 theo thời gian): ds ds d vp  x  x  r sin   0,5b sin 2    r sin   0,5b sin 2  , (1.4) d d d  = d/d - vận tốc góc của trục khuỷu, rad/s. Tương tự như đã phân tích đối với công thức 15.3, vận tốc piston cũng phân thành hai số hạng: vp=vp1+vp2; vp1 =  r sin và vp2 = 0,5  r bsin2. Số hạng thứ nhất vp1 là vận tốc piston ứng với chiều dài biên vô hạn, số hạng ,0TK thứ hai vp2 là thành phần vận tốc bổ sung ứng với chiều dài biên có hạn. Trên hình 1.3 biểu diễn đồ thị thay đổi vận tốc piston vp theo góc  2700. 1.1.3. Gia tốc của piston Gia tốc của piston được xác định bằng cách đạo hàm vận tốc theo thời gian. Đạo hàm công thức 15.4 ta có: dv p dv p d Jp     2 r cos    cos 2  (1.5) d d d Đồ thị gia tốc piston thay đổi theo thời gian được biểu diễn trên hình 1.4. Từ kết quả tính toán và đồ thị trên hình 1.4 ta thấy gia tốc piston cũng là tổng của hai thành phần: thành phần 8
thứ nhất (ứng với chiều dài biên dài vô cùng) J1 = 2r cos và thành phần thứ hai (ứng với chiều dài biên hữu hạn) J2 = 2r cos2. Giá trị cực đại của gia tốc piston ứng với ĐCT. Đặc tính thay đổi gia tốc piston tại vùng ĐCD phụ thuộc vào giá trị b, nếu b < 0,25, thì Jp có một cực tiểu tại ĐCD, nếu b > 0,25 sẽ có hai cực tiểu tại vùng ĐCD. 1.2. Động lực học cơ cấu piston - biên khuỷu 1.2.1. Các lực và mô men tác dụng lên nhóm piston - biên khuỷu Nhóm piston - biên khuỷu chịu tác dụng của các lực: lực khí thể, lực Pj C Mj quán tính, trọng lực và lực ma sát. Đối với động cơ cao tốc và trung tốc thành phần p'k trọng lực có thể bỏ qua, do pkt Mc giá trị của chúng bé so với các thành phần lực khác, đối với động cơ diesel tàu Ml pj Mq thuỷ có công suất lớn thành phần trọng lực phải được đưa vào tính toán. Thành phần lực ma sát phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: trạng thái bề mặt làm việc, C loại dầu bôi trơn sử dụng, Hình 1.5. Lực và mô men tác dụng lên động cơ diesel nhiệt độ dầu bôi trơn, chiều Pkt, P'kt - lực khí thể tác dụng lên đỉnh piston và nắp xi lanh; Pj, C, Pj, C, Mj, MC - lực và mô men quán tính của khối lượng chuyển động tịnh dầy lớp đầu bôi trơn ..., nên tiến và chuyển động quay tác dụng lên 1 xi lanh và toàn bộ động cơ; Mq, khó tính chính xác trị số lực Ml - mô men quay và mô men lật tác dụng lên động cơ. này. Vì thế không đưa lực ma sát vào công thức tính, mà được đưa vào hiệu suất cơ giới. a. Lực khí thể Pkt Lực khí cháy là nguồn sinh ra công chỉ thị và công có ích. Lực khí thể Pkt (lực của môi chất công tác ứng với các quá trình, kể cả lực khí cháy) là lực vô hướng, lực này tác động lên nắp xi lanh (P'kt), thành ống lót xi lanh, đỉnh piston, nhưng chỉ có piston là chi tiết chuyển động, nên thông qua nhóm cơ cấu piston - biên - khuỷu tác dụng lên ổ trục và sau đó tác dụng lên bệ đỡ động cơ. Lực khí thể Pkt cân bằng với phản lực tác dụng lên nắp xi lanh P’kt. Lực khí thể thay đổi theo góc quay trục khuỷu, có thể xác định thông qua đồ thị chỉ thị hoặc tính theo chu trình công tác bằng phương pháp cân bằng năng lượng. Áp suất dư của khí thể trong xi lanh (MPa) được tính: pkt = p - p0 , (1.6) p - áp suất khí trong xi lanh (thay đổi theo góc quay trục khuỷu được tính theo phương pháp số hoặc đo trực tiếp bằng thiết bị chuyên dùng), Mpa; p0 - áp suất không khí môi trường, Mpa. Lực khí thể tác dụng lên đỉnh piston có trị số: Pkt = pkt d2/4, (1.7) d - đường kính piston, m. 9
a) b) Mdn B ldn Mc lb Tâm biên C ldt r  0 Mdt Mct A Hình 1.6. Chi tiết biên khuỷu và mô hình động lực học hoá. a) Biên; b) khuỷu trục Lực khí thể có điểm đặt qui ước tại tâm chốt piston, có phương trùng với đường tâm xi lanh, có hướng phụ thuộc góc quay trục khuỷu. b. Lực quán tính Lực quán tính gồm: lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến Pj và lực quán tính quay của khối lượng chuyển động quay C, các lực này xuất hiện khi các cụm chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay. Lực quán tính của khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến Pj có hướng trùng với đường tâm xi lanh, chiều Mtt phụ thuộc vào góc quay khuỷu trục, có điểm đặt qui ước tại tâm chốt piston. Thông qua cơ cấu biên khuỷu lực quán tính tác dụng lên ổ đỡ trục khuỷu và khung động cơ. Lực quán tính li tâm của khối lượng tham gia chuyển động quay C có phương trùng với đường tâm má khuỷu và hướng li tâm, có điểm đặt tại tâm cổ biên. Lực này sẽ gây nên dao động trục khuỷu. Mô men quay Mq do động cơ sinh ra truyền cho chong chóng (hay thiết bị tiêu thụ năng lượng). Mô men lật Ml có trị số bằng mô men quay, nhưng chiều ngược Mqk lại, mô men này truyền cho bệ đỡ động cơ. Đối với động  cơ nhiều xi lanh lực quán tính PJ và C có thể tạo ra mô men quán tính MJ và MC, các mô men này cũng tác Mct dụng lên ổ đỡ và khung động cơ. c. Qui đổi khối lượng các chi tiết nhóm piston - biên khuỷu Hình 1.7. Mô hình động lực học của Để đơn giản hoá việc tính lực tác dụng lên cơ cấu cơ cấu biên khuỷu chính tâm. biên khuỷu, người ta thay thế cơ cấu này bằng mô hình động lực học, khi đó khối lượng các chi tiết được qui về tại các điểm tương ứng với qui luật chuyển động. 10
Khối lượng nhóm piston tham gia chuyển động tịnh tiến gồm có: piston, xéc măng, chốt piston và cán piston, guốc trượt (đối với động cơ hai kì có guốc trượt), được đặt tại tâm của chốt piston (Mp). Mô hình động lực học của khuỷu trục (hình 1.6, b) có thể biểu diễn bằng đoạn thẳng, chiều dài của đoạn thẳng này bằng chiều dài bán kính quay của khuỷu trục r, phần khối lượng của má khuỷu, cổ biên và cổ trục được đặt tại hai mút của đoạn thẳng. Để xác định giá trị của các khối lượng này ta phân khối lượng khuỷu trục thành 3 phần: - Phần A (Mct): gồm cổ trục và một phần vật liệu liền kề, có khối lượng Mct đặt tại tâm quay cổ trục; - Phần B (Mcb): gồm cổ biên và một phần vật liệu liền kề, có khối lượng Mcb đặt tại tâm cổ biên; - Phần C (Mmk): phần vật liệu má khuỷu nằm giữa cổ trục và cổ biên, khối lượng Mmk đặt tại tâm má khuỷu, cách tâm cổ trục một đoạn . Trong quá trình hoạt động Mmk tạo ra lực li tâm. Để thuận tiện tính toán Mmk được qui về tâm cổ biên, gọi là khối lượng qui dẫn má khuỷ Mmqd. Theo phương trình cân bằng lực li tâm đối với cổ trục ta có: Mmk2 = Mmqdr2, nên Mmqd = Mmk/r. Từ đó xác định được khối lượng quay không cân bằng của khuỷu trục: Mk = Mcb + Mmk/r. Mô hình động lực học của biên cũng được biểu diễn bằng đoạn thẳng, có chiều dài bằng khoảng cách giữa hai lỗ tâm đầu nhỏ và đầu to biên: - Khối lượng phần đầu nhỏ biên Mdn được qui dẫn về tâm chốt piston và tham gia chuyển động tịnh tiến cùng nhóm piston Mp; - Khối lượng phần đầu to biên Mdt được qui dẫn về tâm cổ biên và tham gia chuyển động quay cùng nhóm cổ biên Mk. Khi thay thế biên thực bằng hai khối lượng tương đương tập trung tại hai điểm theo mô hình động lực học t b cần phải thoả mãn các điều kiện sau đây:  - Tổng hai khối lượng thay thế phải bằng khối lượng  thực của biên: Mdn + Mdt = Mb 1  - Trọng tâm của mô hình động lực thay thế phải trùng Z với trọng tâm biên thực:  + Mdnldn = Mdtldt 1 - Mô men quán tính của hai khối lượng thay thế đối 1 với trọng tâm phải bằng mô men quan tính của biên thực đối với trọng tâm: b Mdnldn2 + Mdtldt2 = 0 2 t1 b Mb - khối lượng toàn bộ biên, kg; Hình 1.8. Sơ đồ lực tác dụng lên Mdt - khối lượng tập trung vào đầu nhỏ biên, kg; cơ cấu biên khuỷu. Mdn - khối lượng tập trung vào đầu to biên, kg; ldn , ldt - khoảng cách từ tâm khối lượng phần đầu nhỏ và đầu to đến trọng tâm của biên, m. 11
Tuy nhiên, khi phân khối lượng không thể thoả mãn được cả 3 điều kiện nêu trên, mà chỉ thoả mãn được hai điều kiện đầu. Từ điều kiện thứ hai rút ra: Mdn = Mbldn/lb ; Mdt = Mbldt/lb. Để thuận tiện cho tính toán, cần phải đơn giản hoá, tuy nhiên việc đơn giản hoá gây ra sai số không lớn. Đối với động cơ đốt trong phần khối lượng tập trung tại đầu to và đầu nhỏ biên được chọn theo công thức kinh nghiệm sau: Mdn = (0,2  0,3) Mb; Mdt = (0,7  0,8) Mb Đối với động cơ diesel tàu thuỷ thường chọn: Mdn  0,3 Mb; Mdt  0,7 Mb. Trên hình 1.7 biểu diễn mô hình động lực học của cơ cấu biên khuỷu dạng chính tâm. Đây là cơ cấu giả định có các thông số động lực học, giống như cơ cấu thực, nhưng các khâu là cứng và không có khối lượng. Khối lượng của biên được chia ra tập trung tại hai điểm tính toán của mô hình: - Phần khối lượng tập trung tại tâm chốt piston, tham gia chuyển động tịnh tiến: Mtt = Mdn + Mp - Phần khối lượng tập trung tại tâm cổ biên, tham gia chuyển động quay: Mqk = Mdt + Mk Để thuận tiện cho việc tính toán, ta tính theo đơn vị khối lượng tương đối (chia các khối lượng cho diện tích đỉnh piston Fp ), kg/m2: mtt = Mtt/Fp; mq = Mqk/Fp. d. Lực quán tính tác dụng lên cơ cấu biên khuỷu Trong quá trình hoạt động cơ cấu biên khuỷu chịu tác dụng của lực quán tính của khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến mtt và chuyển động quay mq. Lực quán tính của khối lượng tương đối tham gia chuyển động tịnh tiến, MN/m2: p J   mtt J p  mtt  2 r cos    cos 2  , (1.8) Thành phần thứ nhất của phương trình 15.8 gọi là lực quán tính cấp I: p J 1  mtt  2 r cos   p1 cos  , (1.9) Thành phần thứ hai gọi là lực quán tính cấp II: p J 2   mtt  2 r cos 2  p 2 cos 2 , (1.10) Từ đó: pJ = pJ1 cos + pJ2 cos2, (1.11) Lực quán tính li tâm của khối lượng tương đối tham gia chuyển động quay, MN/m2: C = - mq r2, (1.12) Lực C có thể phân thành hai thành phần: thành phần thẳng đứng Ct = C cos và thành phần nằm ngang Cn = C sin. Tổng hợp lực quán tính của khối lượng tương đối tham gia chuyển động tịnh tiến và khối lượng tương đối tham gia chuyển động quay theo phương thẳng đứng có thể xác định, MN/m2: pJ = pJ1 cos + pJ2 cos2 + C cos, (1.13) Lực quán tính tương đối pJ có phương trùng với đường tâm xi lanh, có chiều và trị số phụ thuộc góc quay trục khuỷu. Chu kì của pJ1 ứng với 1 vòng quay trục khuỷu, còn pJ2 ứng với 1/2 vòng quay trục khuỷu. Ta qui ước pJ có trị số âm khi chiều li tâm trục khuỷu và có trị số dương khi chiều hướng tâm trục khuỷu, thì tại ĐCT pJ có trị số âm và tại ĐCD pJ có trị số dương. Để thuận tiện cho việc xét dấu đối với lực quán tính cấp 1 và cấp 2 ta dùng hình chiếu 12
lên đường tâm xi lanh của véc tơ C j và  C j . Véc tơ Cj có trị số bằng mttr2. C j quay quanh tâm trục khuỷu với tốc độ , nên trong phạm vi  = 0  900 và  = 270  3600 pJ1 có chiều li tâm, nên giá trị mang dấu âm, trong phạm vi  = 90  2700 pJ1 có chiều hướng tâm nên giá trị mang dấu dương. Tương tự như vậy,  C j quay quanh tâm trục khuỷu với tốc độ 2, nên trong phạm vi  = 0  450,  = 135  2250 và  = 315  3600 PJ2 có chiều li tâm nên giá trị mang dấu âm; phần còn lại PJ2 có chiều hướng tâm nên giá trị mang dấu dương. 1.2.2. Tổng hợp lực và mô men tác dụng lên cơ cấu biên khuỷu Pkt Pkt Sx2 Pt Pj Pt S S Sx Pj ĐCT ĐCT ĐC ĐC  Z T Z T  Hình 1.9. Đồ thị lực khí thể Pkt, lực quán tính Pj, tổng hợp lực Pt, lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z theo góc quay trục khuỷu đối với động cơ Ta tiến hành phân tích lực tác dụng lên cơ cấu biên khuỷu đối với cơ cấu chính tâm. Sơ đồ lực tác dụng biểu diễn trên hình 1.8. Lực khí thể và lực quán tính đều tác dụng lên piston, có phương trùng với đường tâm piston, có hướng phụ thuộc vào góc quay trục khuỷu, có điểm đặt tại tâm chốt piston. Sau khi cộng lại ta có trị số tổng hợp lực: Pt = Pkt + PJ, (15.14) Khi lượng nhiên liệu cấp cho chu trình không đổi, thì quan hệ giữa Pkt và PJ phụ thuộc vào vòng quay động cơ, vòng quay càng lớn thì PJ càng lớn. Đặt lực Pt tại tâm chốt piston và phân nó thành hai thành phần: Pt  N  Pb - Thành phần lực thứ nhất N gọi là lực đẩy ngang, có điểm đặt tại tâm chốt piston, có phương vuông góc với đường tâm xi lanh, có hướng phụ thuộc vào góc quay trục khuỷu, có trị số: N = Pt/cos, (1.15) 13
Trong quá trình động cơ hoạt động lực đẩy ngang N gây nên va đập giữa piston với thành ống lót xi lanh, lực đẩy ngang N là một trong các yếu tố dùng để xác định chiều dài phần dẫn hướng piston. Pkt - Thành phần lực thứ hai Pb có điểm đặt tại Pj tâm chốt piston, có phương trùng với đường Pkt tâm biên, có hướng phụ thuộc vào góc quay P trục khuỷu, có trị số: Pb=Pt/cos, (15.16) Pt Pb b   Pj Hình 1.10. Đồ thị thay đổi lực khí thể Pkt, lực Hình 1.11. Đồ thị thay đổi lực đẩy ngang N, lực tác dụng quán tính Pj, tổng hợp lực Pt theo góc quay trục lên biên Pb theo góc quay trục khuỷu đối với động cơ 4 kì cao tốc. Thành phần Pb tác dụng lên thân biên, giá trị Pb là một trong các cơ sở tính độ bền thân biên. Chuyển lực Pb đến tâm cổ biên và phân thành hai thành phần Pb  T  Z : - Thành phần lực tiếp tuyến T có điểm đặt tại tâm cổ biên, có phương tiếp tuyến với bán kính quay khuỷu trục, có hướng phụ thuộc vào góc quay trục khuỷu, có trị số: T  Pb sin      Pt sin     cos  , (1.17) - Thành phần lực pháp tuyến Z có điểm đặt tại tâm cổ biên, có phương trùng với tâm má khuỷu, có hướng phụ thuộc vào góc quay trục khuỷu, có trị số: Z  Pb cos     Pt cos    cos  (15.18) Khi chuyển song song lực T vào tâm cổ trục (điểm O), khi đó sẽ tạo thành một ngẩu T , T1 (do chuyển lệch tâm) và một lực T2 . Lực T1 và T2 có điểm đặt tại tâm cổ trục, có phương song song với lực T và có chiều ngược nhau. Cặp lực T , T1 tạo nên mô men quay Mq truyền cho trục khuỷu, có trị số : M q  Tr  Pb rsin      Pt r sin     cos  (15.19) Mq - mô men quay chỉ thị. 14
Chuyển lực Z vào tâm cổ trục (chuyển chính tâm), tạo thành lực Z 1 . Hợp Z 1 và T2 tạo thành Pb1 , có phương Z song song với Pb , trị số và chiều tác T dụng như Pb . Lực này tác dụng lên ổ đỡ trục khuỷu. Lực Pb1 cũng là hợp lực của hai lực thành hai thành phần:  Pb1  N 1  Pt1 . Từ sơ đồ lực trên hình 1.8 ta thấy, thành phần N 1 song song với N , cùng trị số, nhưng ngược chiều, cách nhau một khoảng H, nên sẽ tạo ra mô men Ml, gọi là Hình 1.12. Đồ thị thay đổi lực tiếp tuyến T, lực mô men lật. Mô men lật có giá trị bằng pháp tuyến Z theo góc quay trục khuỷu đối với mô men quay, nhưng ngược chiều. Mô động cơ 4 kì cao tốc. men lật tác dụng lên bệ đỡ, gây rung động động cơ, giá trị Ml là một trong các cơ sở dùng để tính bệ đỡ và bu lông bệ động cơ. Để giảm mô men lật cần phải giảm khoảng cách H. M l  NH  Pt tgH  Pb r sin      Tr   M q (1.20) Từ sơ đồ lực ta cũng xác định được Pt1 : Pt1  Pkt  PJ' . Lực Pt1 có điểm đặt tại tâm cổ ' ' trục, tác dụng lên ổ đỡ và bệ động cơ. Lực Pkt cùng phương, ngược chiều và có trị số bằng lực Pkt , nên hai lực này cân bằng và ngược chiều nhau, nên kéo giãn khung T Mq động cơ. Lực PJ' là lực quán tính không cân bằng, thông qua ổ đỡ trục khuỷu lực này tác dụng lên khung bệ và gây rung động động cơ. Ngoài các lực đã phân tích trên, cơ cấu biên khuỷu còn chịu tác dụng của 18 24 30 36 60 12 18 lực quán tính li tâm C của khối lượng tham gia chuyển động quay. Lực này  cũng là lực không cân bằng, có điểm đặt tại tâm cổ biên, có phương trùng với đường tâm má khuỷu, có chiều li tâm. Thông qua khuỷu trục và ổ đỡ trục Hình 1.13. Đồ thị T (Mq) thay đổi theo góc khuỷu, lực C tác dụng lên khung bệ và quay trục khuỷu động cơ diesel 2 kì gây ra dao động động cơ. Lực T , Z cũng có thể viết thành tổng của lực khí thể và lực quán tính: T  Pt sin     cos   Pkt  PJ sin     cos   Tkt  TJ Z  Pt cos    cos   Pkt  PJ  cos    cos   Z kt  Z J 15
Như vậy, lực tác dụng lên cổ biên gồm có: T , Z và một phần lực quán tính li tâm của khối lượng đầu to biên (Mdt) tham gia chuyển động quay. Lực pháp tuyến và C ' (C'= Mdtr2) có cùng điểm đặt lực và phương tác dụng, nên ta có tổng đại số: Z'' = Z + C' hay: Z ''  Pt1 cos    cos   M dt r 2 . Để thuận tiện cho việc theo dõi trực quan và tính toán ta biểu diễn các lực phân tích trên ở dạng đồ thị khai triển. Trên hình 15.9 biểu diễn đồ thị các lực Pkt , PJ , Pt , T , Z đối với động cơ diesel 4 kì trung và thấp tốc thay đổi theo góc quay trục khuỷu. Đối với động cơ cao tốc, tốc độ góc lớn nên trị số lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến lớn hơn nhiều so với lực khí thể trong quá trình nạp và thải, ngay cả trong quá trình cháy và giãn nở do ảnh hưởng lực này làm giảm tổng hợp lực và các thành lực thành phần T, Z tác dụng lên cơ cấu biên khuỷu. Điều đó thấy rõ trên các đồ thị các hình 1.10, 1.11, 1.12. Đồ thị T -  của động cơ hai kì được biểu diễn trên hình 1.13. Đường cong mô men quay của động cơ diesel một xi lanh Mq = T r cũng có thể xây dựng tương tự như T = f(), chỉ khác hệ số tỉ lệ r (bán kính khuỷu trục). Sự thay đổi góc lắc của biên  phụ thuộc vào góc quay trục khuỷu  và tỉ số kết cấu = r/l được tra trên bảng 1.3. Với động cơ đốt trong tỉ số kết cấu  thường thay đổi trong khoảng từ 1/3,2 đến 1/5. Cần lưu ý khi góc quay trục khuỷu  thay đổi từ 00 đến 1800 góc  mang dấu (+) và khi góc quay trục khuỷu  thay đổi từ 1800 đến 3600 góc  mang dấu (-). Sau khi nghiên cứu hệ lực tác dụng lên động cơ trong quá trình hoạt động có thể rút ra một số nhận xét: - Lực khí thể là lực vô hướng, tác dụng lên nắp xi lanh, thân động cơ và đỉnh piston. - Lực quán tính Pj của khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến, có điểm đặt qui ước tại tâm chốt piston, có phương tác dụng trùng với đường tâm xi lanh, có chiều phụ thuộc góc quay trục khuỷu. Lực quán tính C của khối lượng tham gia chuyển động quay có giá trị không đổi, có điểm đặt qui ước tại tâm cổ biên, có phương tác dụng trùng với đường tâm má khuỷu, có chiều li tâm. - Tổng hợp lực khí thể và lực quán tính Pt của khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến, có điểm đặt qui ước tại tâm chốt piston, có phương tác dụng trùng với đường tâm xi lanh, có chiều phụ thuộc góc quay trục khuỷu. Hợp lực này tác dụng lên thân biên để tạo nên mô men quay (phân lực tiếp tuyến T của nó tạo nên mô men quay Mq = Tr), đồng thời Pt cũng tác dụng lên thân động cơ và ổ đỡ trục khuỷu. - Trong quá trình khai thác động cơ mô men quay Mq cân bằng với mô men cản do thiết bị tiêu thụ năng lượng tạo ra và mô men quán tính của hệ chuyển động qui về tâm trục khuỷu j. Nếu hệ chuyển động với gia tốc góc , thì mô men quán tính là j. Khi đó ta có: d M q  M c  j hay M q  M c  j (1.21) dt 1.2.3. Lực và mô men tác dụng lên trục khuỷu động cơ một hàng xi lanh chính tâm a. Góc công tác Động cơ đốt trong nói chung và động cơ diesel tàu thuỷ nói riêng đang sử dụng phổ biến hiện nay là động cơ một hàng xi lanh thẳng đứng, chính tâm, có nhiều xi lanh. Trục khuỷu động cơ nhiều xi lanh có nhiều khuỷu trục, số khuỷu trục bằng số xi lanh. Khi thiết kế và chế tạo trục khuỷu, người ta sắp xếp các khuỷu trục lệch một góc đều nhau gọi là góc công tác. Đây là góc quay của trục khuỷu bằng khoảng thời gian giữa hai lần làm việc kế tiếp nhau của 16
hai xi lanh. Việc chọn góc lệch khuỷu phải dựa vào tải tác dụng lên ổ trục và lượng khí sạch nạp vào xi lanh, sao cho tải tác dụng bé, nhưng hiệu suất nạp cao. Góc công tác được xác định dựa vào số xi lanh i và số kì z của động cơ: kt = 180 z/i. 1-8 3-6 7-2 0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-0 1 2 3 4 5 6 7 8 5-4 Hình 1.14. Sơ đồ kết cấu trục khuỷu động cơ diesel 4 kì 8 xi lanh có thứ tự nổ 1 - 3 - 5 - 7 - 8 - 6 - 4 - 2 Khi thiết kế trục khuỷu có thể chọn các thứ tự nổ khác nhau, tuy nhiên phải chọn sao cho thoả mãn các yêu cầu về động học, động lực học, mức độ cân bằng và các yếu tố khác đảm bảo động cơ làm việc hiệu quả nhất. Cần Ti Mqi phải lưu ý, góc lệch khuỷu và góc công tác có thể không Ti=f() F2 trùng nhau. Đối với động cơ một hàng xi lanh, 4 kì có số xi lanh chẵn và động cơ hai kì thì góc lệch khuỷu Ttb , Mqtb trùng với góc công tác, nhưng động cơ 4 kì có số xi lanh lẻ thì góc lệch khuỷu không trùng với góc công tác (xem bảng 1.4, mục 1.2.9). Ví dụ: đối với động cơ 4 kì 8 xi lanh có thể chọn thứ tự nổ của các xi lanh như sau: 1–6–2–4–8–3–7–5 2 1–3–5–7–8–6–4–2 1 , 0TK 1–6–2–5–8–3–7–4 0 90 180 0 F1 1–3–7–5–8–6–2–4 1–3–7–4–8–6–2–5 Đối với một trục khuỷu người ta chọn một thứ tự nổ hợp lí nhất. Đối với động cơ đang nghiên cứu ta chọn Hình 1.15. Đồ thị thay đổi Ti, Mqi, thứ tự nổ 1 - 3 - 5 - 7 - 8 - 6 - 4 - 2. Sơ đồ kết cấu trục Ttb , Mqtb của động cơ diesel 4 kì, 4 khuỷu được biểu diễn trên hình 1.14. xi lanh theo góc quay trục khuỷu. b. Lực và mô men tác dụng lên trục khuỷu Trong quá trình làm việc mỗi khuỷu trục chịu tác dụng của các lực: lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z, lực quán tính của khối lượng chuyển động quay C, tổng mô men tác dụng lên các khuỷu phía trước Mqi-1, mô men tác dụng lên chính khuỷu đó Mqi và tổng mô men tác dụng lên các khuỷu phía sau Mqi. Mqi thay đổi theo góc quay trục khuỷu, chu kì thay đổi phụ thuộc vào số xi lanh và số kì động cơ. Để tính toán trục khuỷu cần phải xác định tổng mô men tác dụng lên trục khuỷu Mqi bằng cách lập bảng các hành trình của chu trình công tác trong xi lanh động cơ, nhằm xác định góc quay i của các khuỷu so với khuỷu thứ nhất khi nó nằm ở vị trí điểm chết trên. 17
Ví dụ: xét động cơ 4 kì 8 xi lanh đang nghiên cứu trên, có thứ tự nổ 1 - 3 - 5 - 7 - 8 - 6 - 4 - 2. Dựa vào số xi lanh, số kì và thứ tự nổ đã chọn, lập được bảng các hành ứng với một chu trình công tác trong xi lanh động cơ, biểu diễn trên bảng 1.1. Từ bảng 1.1 ta thấy: khi khuỷu trục của xi lanh thứ nhất nằm ở vị trí 00 (khi i = 00) thì góc lệch của các khuỷu trục khác so với khuỷu trục thứ nhất như sau: Khuỷu trục của xi lanh thứ 2 nằm ở vị trí 900, nên 2 = 900 Khuỷu trục của xi lanh thứ 3 nằm ở vị trí 6300, nên 3 = 6300 Khuỷu trục của xi lanh thứ 4 nằm ở vị trí 1800, nên 4 = 1800 Khuỷu trục của xi lanh thứ 5 nằm ở vị trí 5400, nên 5 = 5400 Khuỷu trục của xi lanh thứ 6 nằm ở vị trí 2700, nên 6 = 2700 Khuỷu trục của xi lanh thứ 7 nằm ở vị trí 4500, nên 7 = 4500 Khuỷu trục của xi lanh thứ 8 nằm ở vị trí 3600, nên 8 = 3600 Bảng 1.1. Các hành trình của một chu trình công tác trong xi lanh động cơ 4 kì, 8 xi lanh 00 1800 3600 5400 7200 Xi lanh 1 Nạp Nén Nổ Xả Xi lanh 3 Xả Nạp Nén Nổ Xả Xi lanh 5 Xả Nạp Nén Nổ Xi lanh 7 Nổ Xả Nạp Nén Nổ Xi lanh 8 Nổ Xả Nạp Nén Xi lanh 6 Nén Nổ Xả Nạp Nén Xi lanh 4 Nén Nổ Xả Nạp Xi lanh 2 Nạp Nén Nổ Xả Nạp Để xác định lực tác dụng lên cổ trục và ổ trục cần phải biết được tình hình chịu lực của chúng. Trên cơ sở đó ta chỉ cần xây dựng đồ thị lực tác dụng lên các cổ trục và ổ trục đặc biệt. Muốn vậy, ta xác định thời gian ngắn nhất tính theo góc quay trục khuỷu giữa hai lần nổ trong hai xi lanh kề nhau: Giữa xi lanh thứ 1 và xi lanh thứ 2: 900 Giữa xi lanh thứ 2 và xi lanh thứ 3: 1800 Giữa xi lanh thứ 3 và xi lanh thứ 4: 2700 Giữa xi lanh thứ 4 và xi lanh thứ 5: 3600 Giữa xi lanh thứ 5 và xi lanh thứ 6: 2700 Giữa xi lanh thứ 6 và xi lanh thứ 7: 1800 Giữa xi lanh thứ 7 và xi lanh thứ 8: 900 Như vậy, tình hình chịu lực của các cổ trục 1 - 2, 7 - 8 giống nhau; cổ 2 - 3, 6 - 7 giống nhau; cổ 3 - 4, 5 – 6 giống nhau, còn cổ 4 - 5 khác các cổ kia, cổ trục 0 - 1 chịu lực tác dụng của xi lanh thứ 1, cổ trục 8 - 0 chịu lực tác dụng của xi lanh thứ 8 và bánh đà.Để làm cơ sở cho việc tính sức bền hay nghiệm độ bền trục khuỷu, ngoài các lực T, Z, C tác dụng lên các khuỷu trục đã tính toán, cần phải xác định thêm mô men tích luỹ tác dụng lên cổ trục và tổng mô men tác dụng lên cổ cuối cùng (cổ 8 - 0), sát với bích nối đầu ra lai thiết bị tiêu thụ năng lượng. 18
Muốn xác định mô men có thể sử dụng phương pháp lập bảng, phương pháp cộng đồ thị T -  hay phương pháp số bằng cách lập chương thuật toán và chương trình tính trên máy tính. T T Mq Mq Tma Tma Ttb Ttb 0 30 60 90 120  0 0 30 60 0 Hình 1.16. Đồ thị T -  động cơ diesel 4 kì 6 Hình 1.17. Đồ thị T -  động cơ xi lanh diesel 4 kì 8 xi lanh Trên cơ sở đồ thị T -  đã xây dựng, dựa vào góc công tác, ta chia đồ thị thành 180.z/kt đoạn, sau đó cộng đại số các đồ thị với nhau, sẽ thu được đồ thị Ti - , từ đó tính được Mqi. Đồ thị T -  ứng với góc kt công tác (kt =1800) của động cơ 4 kì, 4 xi lanh xây dựng bằng phương pháp cộng đồ thị được biểu diễn trên hình 1.15. Dựa vào bảng số liệu T -  đã xây dựng, có thể tính Mqi thông qua Ti theo phương pháp lập bảng với chu kì kt độ trục khuỷu. Ví dụ: với động cơ 4 kì 8 xi lanh, chu kì tính là 900TK, với động cơ 4 kì 6 xi lanh, chu kì tính là 1200TK. Bảng tính Ti đối với động cơ 4 kì 8 xi lanh, chu kì tính là 900TK được trình bày trên bảng 1.2, từ đó cũng xây dựng được đồ thị T - . Đồ thị Ti -  đối với động cơ 4 kì và hai kì có số xi lanh khác nhau biểu diễn trên các hình 1.15 đến hình 1.20. T T T Mq Mq Mq Tmax Tmax Ttb Tmax Ttb Ttb 0 30 60 0 0 30 0 0 15 30 0 Hình 1.18. Đồ thị T -  động cơ Hình 1.19. Đồ thị T -  động cơ Hình 1.20. Đồ thị T -  động diesel 2 kì 4 xi lanh diesel 2 kì 6 xi lanh cơ diesel 2 kì 8 xi lanh Với đồ thị Ti -  đã xây dựng, sẽ xác định được giá trị của tổng lực tiếp tuyến trung bình Ttb Tmax, từ đó có thể tìm áp suất chỉ thị trung bình ứng với một chu trình thông qua công thức tính công chỉ thị, ví dụ: đối với động cơ diesel 4 kì: ptb(2r Fp) = 4 (Ttbr), nên ptb = 2 Ttb/ Fp hay: 19
ptb = 2 ttb , (1.22a) Bảng 1.2. Bảng tính Ti -  của một chu trình công tác trong xi lanh động cơ 4 kì, 8 xi lanh i 2 i 8 01 02 T 03 i 3 T 04 i 4 T 07 i 7 T 08 T i T1 T2 T3 T4 T7 T8 i 1 i i i i 1 i 1 i 1 i 1 0 90 630 180 450 360 10 100 640 190 460 370 20 110 650 200 470 380 30 120 660 210 480 390 40 130 670 220 490 400 50 140 680 230 500 410 60 150 690 240 510 420 70 160 700 250 520 430 80 170 710 260 530 440 90 180 720 270 540 450 ttb - lực tiếp tuyến tổng trung bình ứng với một đơn vị diện tích đỉnh piston, N/m2. Đối với động cơ diesel hai kì: ptb =  ttb , (1.22b) Từ Ttb xác định được mô men quay chỉ thị: Mqi = Ttbr , (1.23) Mô men quay có ích có thể xác định thông qua Mqi: Mq = Mqim. m - hiệu suất cơ giới của động cơ. 1.2.4. Đồ thị véc tơ lực tác dụng lên cổ biên Hình 1.21. Đồ thị lực T - Z tác dụng lên cổ biên Đồ thị véc tơ lực tác dụng lên cổ biên có thể xây dựng bằng phương pháp lập bảng hoặc lập chương trình tính trên máy tính. Qmax Với phương pháp lập bảng, ta tính giá trị lực T, Q Z ứng với góc quay trục khuỷu thay đổi từ 0  7200 đối với động cơ 4 kì và 0  3600 đối với động cơ 2 kì theo các công thức đã trình bày mục 1.2. Với bảng giá trị lực T, Z đã được tính toán, ta đặt lên hệ toạ độ T - Z, sau đó nối liên Qtb tục các điểm đã đánh dấu, thu được đồ thị T - Z (hình 1.21). , 0TK Với phương pháp tính bằng máy tính ta sử Hình 1.22. Đồ thị lực Q -  tác dụng lên cổ dụng sơ đồ thuật toán như hình 1.28. Thông số biên đầu vào là các thông số kết cấu, thông số phối khí, thông số cấp nhiên liệu và khối lượng các chi tiết chủ yếu của động cơ. Kết quả thu được 20
là các đồ thị theo yêu cầu như: đồ thị Pkt , PJ , Pt , T , Z thay đổi theo góc quay trục khuỷu và đồ thị T - Z tác dụng lên cổ trục, cổ biên. Các đồ thị T - Z dùng để xác định lực tác dụng lên cổ biên ứng với mỗi vị trí của khuỷu trục. Từ đồ thị này tìm được giá trị trung bình của lực tác dụng lên cổ biên và lực lớn nhất, bé nhất. Từ đó có thể tìm được vị trí chịu lực bé nhất trên cổ trục, cổ biên để khoan lỗ dầu bôi trơn, đồng thời xác định được giá trị của lực khi tính sức bền khuỷu trục. Để xác định hệ số tải trung bình và tải cực đại tác dụng lên cổ biên hoặc bạc biên, cũng như đầu to biên phải xác định véc tơ phụ tải tác dụng lên cổ biên. Sau khi có đồ thị lực tác dụng lên cổ biên, muốn xác định lực tác dụng lên cổ biên ứng với một góc nào đó, ta nối điểm O (tâm cổ biên tượng trưng) với điểm trên đồ thị ứng với góc cần tìm lực tác dụng. Lực tác dụng vừa tìm được có điểm đặt tại bề mặt cổ biên ứng với giao điểm của véc tơ lực vừa vẽ kéo dài về phía gốc với đường tròn cổ biên, có hướng từ điểm đặt lực đến tâm cổ biên, có trị số bằng khoảng cách từ tâm cổ biên đến điểm ứng với lực tác dụng trên cổ biên nhân với hệ số tỉ lệ. Ví dụ: muốn xác định lực tác dụng lên cổ biên ứng với góc 5850, 3900, 4800 ta nối điểm O với các điểm ứng với các lực này như hình vẽ. Cần phải lưu ý: các góc ứng với lực T, Z mang giá trị âm thì chiều đặt ngược với chiều dương. Từ hình vẽ xác định được tổng hợp lực Q tác dụng lên cổ biên: Q  C '  T  Z  C '  Pb , (1.24) Giá trị của Q được xác định bằng cách đo trực tiếp trên đồ thị rồi nhân với hệ số tỉ lệ hoặc tính bằng công thức: Q  C ' 2 T 2  Z 2 , (1.25) Từ đồ thị hoặc từ bảng tính xác định được Q = f(), trên cơ sở đó vẽ được đồ thị triển khai Q -  (hình 15.22) và từ đây xác định được Qmax, Qtb. Hệ số tải trung bình và tải cực đại tác dụng lên bề mặt cổ biên và bạc biên, đầu to biên được tính theo công thức, MN/m2: Ktb = Qtb/(dcblcb) ; Kmax = Qmax/(dcblcb), (15.26) dcb , lcb - đường kính và chiều dài cổ biên, m. Sau khi có giá trị Ktb, Kmax tiến hành so sánh với giá trị cho phép đối với các loại động cơ và vật liệu chế tạo bạc, cổ biên. Giá trị cho phép Ktb được đưa ra dựa vào kết cấu khung bệ động cơ, loại vật liệu làm bạc, bề mặt cổ biên, còn Kmax dựa vào khả năng làm việc của bạc, đầu to biên và khả năng chịu tải của màng dầu bôi trơn. Để đánh giá mức độ va đập của lực tác dụng Hình 1.23. Đồ thị lực T - Z tác dụng lên cổ thường sử dụng hệ số va đập : = Kmax/Ktb. Đối biên khi thay đổi vòng quay và phụ tải. với động cơ hình thùng   4, đối với động cơ a) n = ndm/2; b) n = nmax ; c) Có tăng áp. chữ V dạng biên khớp   1,5. Tuy nhiên có những trường hợp  > 4, nhưng giá trị Kmax nhỏ hơn nhiều so với giá trị cho phép thì vẫn có thể sử dụng. Để điều chỉnh hệ số va đập  có thể điều chỉnh khối lượng tham gia chuyển động quay, hợp lí nhất là điều chỉnh khối lượng nửa dưới đầu to biên. 21
Trong quá trình khai thác động cơ, khi thay đổi vòng quay trục khuỷu nếu không thay đổi lượng nhiên liệu cấp chu trình thì Pj thay đổi theo làm cho lực tác dụng lên cổ biên, bạc biên cũng thay đổi. Khi thay đổi tải động cơ hoặc tăng áp suất tăng áp cũng làm thay đổi lực tác dụng lên cổ biên, bạc biên. Đồ thị lực tác dụng lên cổ biên ứng với vòng quay khai thác bằng 1/2 vòng quay định mức được biểu diễn trên hình 1.23a, ứng với vòng quay cực đại đồ thị biểu diễn trên hình 1.23b và đồ thị lực tác dụng lên cổ biên đối với động cơ tăng áp được biểu diễn trên hình 1.23.c. Từ đồ thị hình 1.23a và hình 1.23b ta thấy: khi tăng vòng quay động cơ do lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến tăng lên, trong khi lực khí thể không thay đổi nên phần đuôi đồ thị (ứng với giai đoạn cháy) rút ngắn lại, còn phần đầu đồ thị tăng lên, khi đó lực cực đại T tác dụng lên cơ cấu biên khuỷu giảm xuống, đồng thời cũng làm giảm mô men quay của động cơ. Từ đồ thị hình 1.23c ta thấy: mức độ tăng áp càng cao phần đuôi đồ thị Z càng dài thêm, do đó phụ tải lực đối với cơ cấu biên khuỷu tăng lên, điều đó lí giải vid sao phải sử dụng bạc lót đồng chì đối với đối với động cơ tăng áp. Hình 1.24. Đồ thị lực T - Z tác dụng lên bạc biên (đầu to biên) 1.2.5. Đồ thị lực tác dụng lên bạc biên (đầu to biên) Trên cơ sở đồ thị lực tác dụng lên cổ biên ta xây dựng lực tác dụng lên bạc biên (đầu to biên). Để xây dựng đồ thị ta có một số nhận xét sau: - Lực tác dụng lên bạc biên có trị số bằng lực tác dụng lên cổ biên, cùng phương, nhưng ngược chiều, có điểm đặt lệch một góc  +  so với điểm đặt lực trên cổ biên. - Chiều quay đầu to biên ngược với chiều quay cổ biên. Theo nguyên tắc trên ta xây dựng được đồ thị lực tác dụng lên đầu to biên bằng cách thủ công hoặc lập trình trên máy tính. Có thể xây dựng được đồ thị lực tác dụng lên đầu to biên bằng cách thủ công theo các bước như sau: - Vẽ dạng đầu to biên có tâm 0 lên tờ giấy bóng mờ, vẽ đường tròn tâm 0 có bán kính lớn hơn. Đánh dấu trên đường tròn theo chiều kim đồng hồ các điểm 00,150,300, 450, ... tương ứng với các góc ( + )0, kể từ điểm 00 là giao điểm của đường tròn với đường tâm thân biên. Góc ( + )0 thay đổi theo  phụ thuộc hành trình công tác có thể tra bảng. - Đặt tờ giấy bóng mờ lên đồ thị lực T - Z tác dụng lên cổ biên, sao cho tâm 0 trên tờ giấy trùng với tâm 0 trên đồ thị, lần lượt xoay tờ giấy cho các điểm 00,150,300, 450, ... trùng với chiều dương trục Z của đồ thị và đánh dấu các điểm lực tác dụng tương ứng. Sau đó nối các điểm đó lại ta có đồ thị lực tác dụng lên bạc biên. Đồ thị thu được biểu diễn trên hình 1.24. 1.2.6. Lực tác dụng lên cổ trục động cơ nhiều xi lanh Lực tác dụng lên cổ trục là hợp lực các phản lực tác dụng lên hai khuỷu có chung cổ trục, nên nó phụ thuộc vào góc lệch giữa hai khuỷu trục và lực tác dụng lên hai cổ biên có chung cổ trục. Tình trạng chịu lực của cổ trục phụ thuộc vào góc lệch khuỷu, thứ tự nổ của động cơ, vị trí của cổ nằm trong trục khuỷu. Nói chung, chỉ có cổ trục phía đầu và phía đuôi và cổ nằm giữa (đối với số khuỷu trục chẵn) trục khuỷu chịu lực khác, các cổ trục còn lại chịu lực giống 22