ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHÂN PHỐI
KHÍ ĐỘNG CƠ IFA TRÊN CATIA
Đà Nẵng – 2010
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG
——————–
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHÂN PHỐI
KHÍ ĐỘNG CƠ IFA TRÊN CATIA
A. Tên đề tài:
Mô phỏng động học của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA trên Catia.
B. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
1. Mục đích ý nghĩa của đề tài.
2. Tổng quan cơ cấu phân phối khí động cơ đốt trong
2.1. Nhiệm vụ,phân loại,yêu cầu của cơ cấu phân phối khí động cơ đốt trong.
2.2. Cơ cấu phân phói khí dùng trong động cơ 2 kỳ.
2.3. Cơ cấu phân phối khí dùng trong động cơ 4 kỳ.
2.4. Các cụm chi tiết,chi tiết trong cơ cấu phân phối khí động cơ đốt trong 4 kỳ.
3. Tính toán động học cơ cấu phân phối khí động cơ IFA
4. Giới thiệu về phần mềm Catia
4.1 Lịch sữ ra đời và các tính năng của phần mềm Catia
4.2 Thiết kế chi tiết 3D trong modun Part Design
4.3 Lắp ráp chi tiết trong modun Assembly Design
5. Mô phỏng động học cơ cấu phân phối khí động cơ IFA trên Catia
5.1 Thiết kế 3D xupáp của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA
5.2 Thiết kế 3D lò xo của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA
5.3 Thiết kế 3D ống dẫn hướng của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA
5.4 Thiết kế 3D trục cam của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA
5.5 Thiết kế 3D con đội của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA
5.6 Thiết kế 3D đũa đẩy của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA
5.7 Thiết kế 3D cò mổ của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA
5.8 Lắp ráp 3D cơ cấu phân phối khí động cơ IFA
5.9 Mô phỏng động học cơ cấu phân phối khí động cơ IFA
6. Kết luận.
C. Các bản vẽ và đồ thị:
1- Cơ cấu PPK động cơ đốt trong 2 kỳ 1A3
2- Cơ cấu PPK động cơ đốt trong 4 kỳ 3A3
3- Cơ cấu PPK động cơ IFA 1A3
4- Xupáp của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 1A3
5- Lò xo của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 1A3
6-Ống dẫn hướng của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 1A3
7- Trục cam của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 1A3
8- Con đội của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 1A3
9- Đũa đẩy của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 1A3
10- Cò mổ của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 1A3
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
………………………………………………………………………………………………….
5
1.MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI. ……………………………………………………………..
6
2.TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG. …………
7
2.1. Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu hệ thống phân phối khí: …………………………………
7
2.2. Hệ thống phân phối khí dùng trong động cơ hai kỳ: …………………………………….
8
2.3. Hệ thống phân phối khí trong động cơ bốn kỳ: ……………………………………………
9
2.3.1. Các phương án bố trí xupáp và dẫn động xupáp:
………………………………….
10
2.3.2. Phương án bố trí trục cam và dẫn động trục cam: ………………………………..
16
2.4. Các chi tiết, cụm chi tiết chính trong cơ cấu phân phối khí:Error! Bookmark not
defined.
2.4.1. Trục cam:. …………………………………………… Error! Bookmark not defined.
2.4.2. Con đội: ………………………………………………. Error! Bookmark not defined.
2.4.3. Đũa đẩy: ……………………………………………… Error! Bookmark not defined.
2.4.4. Đòn bẩy: ……………………………………………… Error! Bookmark not defined.
2.4.5. Xupáp: ………………………………………………… Error! Bookmark not defined.
2.4.6. Đế xupáp:. …………………………………………… Error! Bookmark not defined.
2.4.7. Ống dẫn hướng:
……………………………………. Error! Bookmark not defined.
2.4.8. Lò xo xupáp: ……………………………………….. Error! Bookmark not defined.
3. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ IFA. …..Error!
Bookmark not defined.
3.1. Đặc điểm kết cấu của chi tiết của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA …….Error!
Bookmark not defined.
3.2.Xác định các thông số chủ yếu của cơ cấu phân phối khí: Error! Bookmark not
defined.
4. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CATIA ……………………. Error! Bookmark not defined.
4.1 LỊCH SỬ RA ĐỜI VÀ CÁC TÍNH NĂNG CỦA PHẦN MỀM CATIA
…Error!
Bookmark not defined.
4.1.1 Lịch sử ra đời Catia ……………………………….. Error! Bookmark not defined.
4.1.2. Tính năng của phần mềm Catia
……………… Error! Bookmark not defined.
4.2 THIẾT KẾ CHI TIẾT 3D TRONG MODUL PART DESIGNError! Bookmark
not defined.
4.3 TRÌNH ỨNG DỤNG LẮP RÁP ASEMBLY DESIGN
….
Error! Bookmark not
defined.
4.3.1. Tính năng của Assembly Design ……………. Error! Bookmark not defined.
4.3.2. Phương pháp, trình tự thiết kế bản vẽ lắp trong Assembly Design …..Error!
Bookmark not defined.
5. MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ IFA TRÊN
CATIA. ………………………………………………………………. Error! Bookmark not defined.
5.1 Thiết kế 3D xupáp cơ cấu phân phối khí động cơ IFA.
…..
Error! Bookmark not
defined.
5.2 Thiết kế 3D lò xo cơ cấu phân phối khí động cơ IFA. ……
Error! Bookmark not
defined.
5.3 Thiết kế 3D ống dẫn hướng cơ cấu phân phối khí động cơ IFA.Error! Bookmark
not defined.
5.4 Thiết kế 3D trục cam cơ cấu phân phối khí động cơ IFA.
.
Error! Bookmark not
defined.
5.5 Thiết kế 3D con đội cơ cấu phân phối khí động cơ IFA….
Error! Bookmark not
defined.
5.6 Thiết kế 3D đũa đẩy cơ cấu phân phối khí động cơ IFA.
.
Error! Bookmark not
defined.
5.7 Thiết kế 3D cò mổ cơ cấu phân phối khí động cơ IFA. …….
Error! Bookmark not
defined.
5.8 Lắp ráp 3D cơ cấu phân phối khí động cơ IFA. Error! Bookmark not defined.
5.9 Kết quả lắp ráp mô phỏng. ……………………………. Error! Bookmark not defined.
5.10 Phân tích quá trình lắp ráp. ………………………. Error! Bookmark not defined.
5.10.1 Tính toán va chạm giữa các đối tượng(computing a clash between
components). ……………………………………………….. Error! Bookmark not defined.
5.10.2 Tính toán khoảng hở giữa các đối tượng (computing a clearance between
components) . ………………………………………………. Error! Bookmark not defined.
6. KẾT LUẬN: ……………………………………………………. Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………….. Error! Bookmark not defined.
LỜI NÓI ĐẦU
Đối với một sinh viên kỹ thuật, đồ án tốt nghiệp đóng một vai trò rất quan trọng.
Đề tài tốt nghiệp được thầy giao cho em là mô phỏng động học cơ cấu phân phối khí
động cơ IFA trên CATIA V5R19. Đây là một đề tài mới đối với sinh viên nhưng mục đích
của đề tài rất thiết thực, nó không những giúp cho em có điều kiện để chuẩn lại các kiến
thức đã học ở trường mà còn có thể hiểu biết thêm nhiều kiến thức mới đặc biệt là phần
mềm CATIA phần mềm đang được ứng dụng rộng rãi hiện nay trong lĩnh vực thiết kế và
mô phỏng chi tiết máy và cơ cấu máy. Bên cạnh đó việc khảo sát động cơ IFA thật sự đã
đem đến cho em nhiều điều hay và bổ ích.
Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Quang Trung, các thầy
cô trong khoa cùng với việc tìm hiểu, tham khảo các tài liệu liên quan và vận dụng các
kiến thức được học, em đã cố gắng hoàn thành đề tài này. Mặc dù vậy, do kiến thức của
em có hạn lại thiếu kinh nghiệm thực tế nên đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót.
Em mong các thầy cô góp ý, chỉ bảo thêm để kiến thức của em ngày càng hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn ” Nguyễn Quang
Trung” cùng các thầy cô trong khoa và các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ để em có thể hoàn
thành đồ án này.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Ngọc Phương
1.MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI.
Với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ đặc biệt là lĩnh vực điều
khiển số và tin học.Ngày nay có rất nhiều phần mềm hỗ trợ cho công việc của người kỹ
sư thiết kế . Giúp cho công việc của người thiết kế trở nên thuận lợi và tiết kiệm được rất
nhiều thời gian .
Trong các công đoạn của quá trình sản xuất cơ khí thì sự tiện ích của các phần mềm
hỗ trợ thực sự có vai trò đóng góp hết sức to lớn. Từ việc lên bản vẽ thiết kế chi tiết máy
đến việc mô phỏng lắp ghép và kiểm tra độ bền của các chi tiết máy trước khi đưa vào
sản xuất thực tế. Do đó, các phần mềm hỗ trợ đã tiết kiệm rất nhiều thời gian và kinh tế
trong sản xuất, hạn chế và tránh những sai sót gặp phải trong quá trình sản xuất thực
tế.Xét về ngành cơ khí nếu trước đây chúng ta sử các chương trình như
MasterCAM,Cimatron,EdgeCAM,Pro Engineer chủ yếu để gia công và phân
khuôn,SolidWork,SoliđEge,Mechanical Destop,Inventor trong thiết kế 3D,lắp ráp, mô
phỏng chuyển động cũng như tính toán phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ lên từng phần
trong sản phẩm,khảo sát sự biến dạng của vật thể dưới tác dụng của lực v.v…
Các chương trình này thường làm việc riêng rẽ đôi khi không thuận tiện trong sản
xuất các hang lớn có xu hướng dung một phần mềm trọn gói khả năng đáp ứng được
nhiều công việc,có thể làm từng công đoạn riêng sau đó qua một công đoạn cuối cung
tổng hợp.Và CATIA là một trong những chương trình này
Phần mềm CATIA thiết kế và mô phỏng các cơ cấu máy là một trong những phầm
mềm hỗ trợ cho những người đang học tập cũng như làm việc trong lĩnh vực thiết kế chi
tiết và cơ cấu máy. Và hiện tại phần mềm này là một trong những phần mềm mới chưa
được ứng dụng phổ biến.
Phần mềm này sẽ giúp cho những người học tập và làm việc trong lĩnh vực thiết kế
cơ khí có thêm công cụ để giải quyết việc thiết kế chi tiết máy, góp phần giảm bớt thời
gian cho công việc này.
2.TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.
2.1. Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu hệ thống phân phối khí:
1.1.1. Mục đích:
Hệ thống phân phối khí có nhiệm vụ thực hiện quá trình thay đổi khí trong động cơ.
Thải sạch khí thải ra khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp nạp hoặc không khí mới vào xilanh
động cơ để động cơ làm việc được liên tục, ổn định, phát huy hết công suất thiết kế.
1.1.2. Yêu cầu:
Cơ cấu phối phải đảm bảo các yêu cầu sau: Quá trình thay đổi khí phải hoàn hảo, nạp
đầy thải sạch. Đóng mở xupáp đúng quy luật và đúng thời gian quy định. Độ mở lớn để
dòng khí lưu thông, ít trở lực. Đóng xupáp phải kín nhằm đảm bảo áp suất nén, không bị
cháy do lọt khí. Xupáp thải không tự mở trong quá trình nạp. Ít va đập, tránh gây mòn.
Dễ dàng điều chỉnh, sửa chữa, giá thành chế tạo thấp.
1.1.3. Phân loại:
Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp: Là loại cơ cấu được sử dụng rộng rãi trong động
cơ 4 kỳ vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ điều chỉnh và làm việc chính xác hiệu
quả, mang lại hiệu suất cao.
Cơ cấu phối khí dùng van trượt: Là loại cơ cấu tuy có nhiều ưu điểm như có thể đảm
bảo tiết diện lưu thông lớn, dễ làm mát, ít gây ồn… Nhưng do kết cấu khá phức tạp, giá
thành cao nên rất ít được dùng.
Trong một số động cơ hai kỳ, việc nạp thải khí bằng lỗ (quét vòng), piston của chúng
làm nhiệm vụ của van trượt, đóng mở lỗ thải và lỗ nạp. Loại dùng trong động cơ này
không có cơ cấu dẫn động van trượt riêng nên vẫn dùng cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền
dẫn động piston.
Cơ cấu phân phối khí hỗn hợp thường dùng lỗ để nạp và xupáp để thải khí.
2.2. Hệ thống phân phối khí dùng trong động cơ hai kỳ:
Trong động cơ hai kỳ, quá trình nạp đầy môi chất mới vào xilanh động cơ chỉ chiếm
khoảng 1200 đến 1500 góc quay trục khuỷu. Quá trình thải trong động cơ hai kỳ chủ yếu
dùng không khí quét có áp suất lớn hơn áp suất khí trời để đẩy sản vật cháy ra ngoài. Ở
quá trình này sẽ xảy ra sự hòa trộn giữa không khí quét với sản vật cháy, đồng thời cũng
có các khu vực chết trong xilanh không có khí quét tới. Chất lượng các quá trình thải sạch
sản vật cháy và nạp đầy môi chất mới trong động cơ hai kỳ chủ yếu phụ thuộc vào đặc
điểm của hệ thống quét thải.
Hiện nay trên động cơ hai kỳ thường sử dụng các hệ thống quét thải sau:
+ Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng song song:
Được sử dụng chủ yếu trên động cơ hai kỳ cỡ nhỏ.
Đặc điểm: Dùng cácte làm máy nén khí để tạo ra không khí quét. Cửa quét thường đặt
xiên lên hoặc đỉnh piston có kết cấu đặc biệt để dẫn hướng dòng không khí quét trong
xilanh.
+ Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng lệch tâm:
Thường dùng trên các động cơ hai kỳ có công suất lớn.
Đặc điểm: Cửa quét đặt theo hướng lệch tâm, xiên lên và hợp với đường tâm xilanh
một góc 300, do đó khi dòng không khí quét vào xilanh sẽ theo hướng đi lên tới nắp
xilanh mới vòng xuống cửa thải.
Đây là hệ thống quét thải hoàn hảo nhất, nó cho các chỉ tiêu công tác của động cơ và
áp suất không khí quét lớn.
+ Hệ thống quét vòng đặt ngang phức tạp:
Đặc điểm: Có hai hàng cửa quét, hàng trên đặt cao hơn cửa thải, bên trong có bố trí
van một chiều để sau khi đóng kín cửa thải vẫn có thể nạp thêm môi chất công tác mới
vào hàng lổ phía trên.
Áp suất khí quét lớn nhưng do kết cấu có nhiều van tự động nên phức tạp. Chiều cao
các cửa khí lớn làm tăng tổn thất hành trình piston, giảm các chỉ tiêu công tác của động
cơ.
+ Hệ thống quét vòng đặt một bên:
Chỉ sử dụng cho các động cơ hai kỳ tĩnh tại, động cơ tàu thủy cỡ nhỏ có tốc độ trung
bình.
Đặc điểm: Các cửa khí đặt một bên của thành xilanh theo hướng lệch tâm cửa quét
nghiêng xuống một góc 150. Trong hệ thống có thể có van xoay để đóng cửa thải sau khi
kết thúc quét khí nhằm giảm tổn thất khí quét.
+ Hệ thống quét thẳng qua xupáp thải:
Đặc điểm: Cửa quét đặt xung quanh xilanh theo hướng tiếp tuyến. Xupáp thải được
đặt trên nắp xilanh. Dòng khí quét chỉ đi theo một chiều từ dưới lên nắp xilanh rồi theo
xupáp thải ra ngoài nên dòng không khí quét ít bị hòa trộn với sản vật cháy và khí thải
được đẩy ra ngoài tương đối sạch, do đó hệ số khí sót nhỏ và áp suất dòng khí nạp lớn.
Để lựa chọn góc phối khí tốt nhất làm cho quá trình nạp hoàn thiện hơn. Cửa quét đặt
theo hướng tiếp tuyến nên dòng không khí quét đi vào xilanh tạo thành một vận động
xoáy do đó quá trình hình thành hỗn hợp khí và quá trình cháy xảy ra tốt hơn, đồng thời
làm tăng tiết diện lưu thông nên giảm được sức cản trong quá trình quét khí.
Hình 2-1 Một số phương án quét thải trên động cơ hai kỳ.
a) – Hệ thống quét thẳng dùng piston đối đỉnh; b) – Hệ thống quét vòng đặt ngang theo
hướng lệch tâm; c) – Hệ thống quét vòng đặt ngang phức tạp; d) – Hệ thống quét thẳng
qua xupáp thải; e) – Hệ thống quét vòng đặt một bên.
2.3. Hệ thống phân phối khí trong động cơ bốn kỳ:
Trên động cơ bốn kỳ việc thải sạch khí thải và nạp đầy môi chất mới được thực hiện
bởi cơ cấu cam – xupáp, cơ cấu cam – xupáp được sử dụng rất đa dạng. Tùy theo cách bố
trí xupáp và trục cam, người ta chia cơ cấu phân phối khí của động cơ bốn kỳ thành nhiều
loại khác nhau như cơ cấu phối khí dùng xupáp treo, cơ cấu phối khí dùng xupáp đặt…
2.3.1. Các phương án bố trí xupáp và dẫn động xupáp:
Các động cơ đốt trong có cơ cấu phân phối khí dùng xupap ngày nay đều bố trí
xupap theo một trong hai phương án chủ yếu là bố trí xupap đặt và bố trí xupap treo.
Động cơ diêzel chỉ dùng phương án bố trí xupap treo. Vì dung tích buồng cháy của
động cơ đêzel nhỏ, tỷ số nén rất cao. Động cơ xăng có thể dùng xupap treo hay xupap
đặt, nhưng ngày nay cũng thường dùng cơ cấu phân phối khí xupap treo vì cơ cấu phân
phối khí này có nhiều ưu điểm hơn so với cơ cấu phân phối khí xupap đặt.
Khi dùng cơ cấu phân phối khí xupap treo, buồng cháy rất gọn, diện tích mặt truyền
nhiệt nhỏ vì vậy giảm được tổn thất nhiệt. Đối với động cơ xăng khi dùng cơ cấu phân
phối khí xupap treo, do buồng cháy nhỏ gọn, khó kích nổ nên có thể tăng tỷ số nén lên
thêm từ 0,5 ÷ 2 so với khi dùng cơ cấu phân phối khí xupap đặt. Nói một cách khác khi
chuyển từ cơ cấu phân phối khí xupap đặt sang cơ cấu phân phối khí xupap treo, khã
năng chống kích nổ tăng lên rất rõ rệt. Cơ cấu phân phối khí xupap treo còn làm cho dạng
đường nạp thải thanh thoát hơn khiến sức cản khí động giảm nhỏ, đồng thời do có thể bố trí
xupap hợp lý hơn nên có thể tăng được tiết diện lưu thông của dòng khí nhưng điều đó khiến
cho hệ số nạp tăng lên 5 ÷ 7 %.
Do có các ưu điểm trên, cơ cấu phân phối khí xupap treo được dùng rộng rãi trong các
động cơ cường hóa (động cơ có công suất lớn và số vòng quay lớn).
Tuy vậy cơ cấu phân phối khí xupap treo cũng tốn tại một số khuyết điểm, khuyết
điểm cơ bản của cơ cấu phân phối khí này là dẫn động xupap phức tạp và làm tăng chiều
cao động cơ. Ngoài ra bố trí xupap treo làm cho kết cấu của nắp xanh trở nên hết sức
phức tạp, rất khó đúc.
Khi dùng cơ cấu phân phối khí xupap đặt, chiều cao của động cơ giảm xuống, kết cấu
của nắp xylanh đơn giảm hơn, dẫn động xupap cũng dể dàng hơn, nhưng do buồng cháy
không gọn, diện tích truyền nhiệt lớn nên tính kinh tế của động cơ kém, tiêu hao nhiều
nhiên liệu, ở tốc độ cao hệ số nạp giảm làm giảm mức độ cường hóa của động cơ. Đồng
thời khó tăng được tỷ số nén, nhất là khi tỷ số nén của động cơ lớn hơn 7,5 rất khó bố trí
buồng cháy. Vì vậy cơ cấu phân phối khí xupap đặt thường chỉ dùng trong một số động
cơ xăng có tỷ số nén thấp, số vòng quay không cao lắm. Hình 2-6 giới thiệu kết cấu và
cách bố trí xupap đặt. Xupap lắp ở một bên thân máy, ngay phía trên trục cam và được
trục cam dẫn động qua con đội. Xupap nạp và xupap thải có thể bố trí theo nhiều kiểu
khác nhau: bố trí xen kẻ nhau hoặc bố trí theo từng cặp một. Khi bố trí từng cặp xupap
cùng tên, các xupap nạp có thể dùng chung đường nạp nên làm cho đường nạp trở nên
đơn giản hơn. Phương án bố trí các xupap cùng tên kề nhau giới thiệu trên hình 2-2 a.
Cơ cấ
bố trí ph
có đườn
(một xup
dùng bố
xupap nạ
những đ
dọc theo
bố trí đư
động cơ
có thể sấ
trí đường
cao được
ấu phân phố
hụ thuộc và
ng kính trun
pap thải và
n xupap ch
ạp 1 xupap
động cơ dùn
o thân máy.
ường nạp v
ơ xăng, đườn
ấy nóng ống
g thải và đư
c hệ số nạp
ối khí xupa
o hình dạng
ng bình và
à một xupa
ho một xylan
thải). Khi d
ng 2 xupap
Khi bố trí
và đường th
ng thải và đ
g nạp khiến
ường nạp về
.
a)
Hình 2-2.
ap treo có th
g buồng chá
nhỏ (D<20
ap nạp), nhữ
nh: hai xup
dùng 3 xup
p cho một x
một dãy, xu
hải trên hìn
đường nạp
n nhiên liệu
ề hai phía là
Cơ cấu ph
hể bố trí xu
áy và kết cấ
00 mm) thư
ững động c
pap thải và h
ap bố trí bố
xylanh, xup
upap có thể
nh này thườ
thường phả
u dễ bay hơi
à để giảm s
ân phối khí
upap theo nh
ấu của cơ c
ường dùng
cơ có đườn
hai xupap n
ố trí vòi phu
pap có thể b
ể đặt xen kẽ
ờng dùng c
ải bố trí về
i. Ngược lạ
sự sấy nóng
b)
í xupáp đặt
hiều kiểu k
ấu phân ph
hai xupap c
ng kính xyl
nạp hhoặc d
un hoặc buj
bố trí một d
ẽ nhau như
cho động cơ
cùng một p
i động cơ đ
g không khí
)
khác nhau. C
hối khí. Độn
cho một xy
anh lớn thư
dùng 3 xupa
i rất khó. T
dãy hay hai
hình 2-3a.
ơ diêzen. T
phìa để ống
đêzen thườn
nạp do đó
Cách
ng cơ
ylanh
ường
ap (2
Trong
i dãy
Kiểu
Trong
g thải
ng bố
nâng
Để dẫ
qua đòn
máy, xu
xupap tu
dẫn động
động cơ
dùng mộ
cam và c
Khi b
ống nạp
tâm xyla
trong xy
ẫn động xup
bẫy như tr
upap được d
uy không cầ
g trục cam
ơ chữ V) đa
ột trục cam
cách dẫn độ
bố trí xupap
bố trí về h
anh để có t
ylanh.
pap, trục ca
rên hình 2-3
dẫn động trự
ần đến các c
trở thành p
a số vẫn dù
m đặt giữa h
ộng như thế
thành hai d
hai phía, xup
thể tăng đư
Hình 2-3.
am có thể b
3.Trường hợ
ực tiếp qua
chi tiết máy
hức tạp. Ch
ùng kiểu dẫ
hai hàng xy
ế làm cho kế
dãy (một dã
pap có thể
ường kính n
Cơ cấu phâ
bố trí trên n
ợp trục cam
a con đội, đũ
y trung gian
hính vì vậy
ẫn động xup
ylanh để dẫn
ết cấu động
ãy xupap nạ
đặt nghiêng
nấm xupap
ân phối khí
nắp xylanh đ
m bố trí ở h
ũa đẩy, đòn
n như con độ
động cơ ôt
pap gián tiế
n động toàn
g cơ rất gọn)
ạp và một d
g đi một gó
và dễ bố
xupáp treo
d)
để dẫn độn
hộp trục khu
n bẩy ...Dẫn
ội, đũa đẩy
ô máy kéo
ếp (động cơ
n bộ các xu
).
dãy xupap th
óc nhất định
trí đường t
g trực tiếp
uỷu hoặc ở
n động trực
... nhưng cơ
ngày nay (k
ơ chữ V thư
upap; bố trí
hải), ống th
h đối với đư
thải, đường
hoặc
thân
c tiếp
ơ cấu
kể cả
ường
í trục
hải và
ường
g nạp
Cách bố trí này thường dùng cho động cơ xăng có buồng cháy bán cầu hoặc ovan. Một
số động cơ đêzen, chữ V như động cơ Tatơra của Tiệp Khắc cũng dùng kiểu bố trí xupap
này.
Nếu bố trí xupap song song với đường tâm xylanh, có thể tăng kích thước của nấm
xupap băng cách đúc lõm nắp xylanh để tạo thành buồng cháy trên nắp xylanh. Để tiên
việc lắp vòi phun hoặc buji, các xupap thường bố trí chéo đi một ít.
Khi bố trí xupap treo thành hai dãy, dẫn động xupap rất phức tạp. Có thể sử dụng
phương án dẫn động như hình 2-4 a và b, dùng một trục cam dẫn động gián tiếp qua các
đòn bẫy, hoặc có thể dùng hai trục cam dẫn động trực tiếp. Nếu chỉ dùng một trục cam bố
trí ở thân máy thì phải dùng cơ cấu đòn bẩy khá phức tạp (Hình 2-5).
Hình 2-4. Sơ đồ bố trí hai hàng xupáp và dẫn động chúng
trực tiếp bằng trục cam đặt trên nắp xylanh
Hình 2-5. Sơ đồ dẫn động bốn dãy xupáp bằng một trục
Phương án dẫn động này cũng được dùng khá phổ biến trong động cơ chữ V. Các loại
động cơ chữ V dùng trên ô tô máy kéo có buống cháy hình chêm, các xupap thường bố trí
theo một dãy và nghiêng đi một góc so với đường tâm xylanh. Vì vậy thường hay dùng
một trục cam đặt giữa hai hàng xylanh để dẫn động toàn bộ các xupap .
Trong các động cơ có đường kình xylanh lớn, người ta thường dùng bốn xupap để tăng
diện tích tiết diện lưu thông và để giảm đường kính nấm xupap, khiến cho xupap không
bị quá nóng và tăng được sức bền. Các xupap cùng tên của loại động cơ này có thể bố trí
thành hai dãy hoặc thành một dãy.
Khi bố trí theo cách thứ nhất ( Hình 2-6 a), có thể giảm bớt số đường nạp, đường
thải trong nắp xylanh và có thể để đường thải và đường nạp về cùng một phía. Trong
nhiều kết cấu của động cơ chữ V, bố trí như trên có nhiều thuận lợi. Tuy vậy kiểu bố trí
này thường làm cho xupap thải bên phải quá nóng.
Hình 2-6. Bố trí xupáp và các phương án dẫn động xupáp trong
động cơ dùng bốn xupáp cho một xylanh
Bố trí xupap theo kiểu thứ hai (Hình 2-6 b) tuy phải dùng hai trục cam nhưng tránh
được thiếu sót trên, ngoài ra còn làm cho việc bố trí đường thải và đường nạp thuận lợi,
nhất là đối với động cơ điêzen. Để đảm bảo dẫn động các xupap cùng tên đóng mở đồng
thời, nên người ta bố trí trục cam dẫn động các xupap cùng tên này bằng các đòn bẩy
hình nạng (Hình 2-6 c), đòn ngang (Hình 2-6 d)hoặc hai cam cùng tên trực tiếp dẫn động.
Trong một số động cơ xăng, xupap có khi bố trí theo kiểu hỗn hợp: xupap nạp đặt
trên thân còn xupap thải lắp chéo trên nắp xylanh như hình 2-11. Khi bố trí như thế kết
cấu của cơ cấu phân phối khí rất phức tạp nhưng có thể tăng được tiết diện lưu thông rất
nhiều do đó có thể tăng khã năng cường hóa động cơ. Kết cấu này thường dùng trong các
loại động cơ xăng tốc độ cao.
Kết luận: So sánh ưu khuyết điểm của hai phương án bố trí xupáp đặt và treo thấy
rằng: Động cơ diezel chỉ dùng xupáp treo, do tạo được ε cao còn động cơ xăng có thể
dùng xupáp treo, hay đặt nhưng ngày nay thường dùng hệ thống phân phối khí kiểu treo.
Động cơ sử dụng hệ thống phân phối khí kiểu treo có hiệu suất nhiệt cao hơn. Dùng hệ
thống phân phối khí kiểu treo tuy làm cho kết cấu quy lát rất phức tạp và dẫn động cũng
phức tạp nhưng đạt hiệu quả phân phối khí rất tốt. Hệ thống phân phối khí xupáp treo
Hình2-7.Bố trí xupáp hỗn hợp
a)
b)
e)
c)
d)
chiếm ưu thế tuyệt đối trong động cơ 4 kỳ.
2.3.2. Phương án bố trí trục cam và dẫn động trục cam:
Trục cam có thể đặt trong hộp trục khuỷu hay trên nắp máy:
Loại trục cam đặt trong hộp trục khuỷu được dẫn động bằng bánh răng cam. Nếu
khoảng cách giữa trục cam với trục khuỷu nhỏ thường chỉ dùng một cặp bánh răng. Nếu
khoảng cách trục lớn, phải dùng thêm các bánh răng trung gian hoặc dùng xích răng.
Loại trục cam đặt trên nắp máy. Dẫn động trục cam có thể dùng trục trung gian dẫn
động bằng bánh răng côn hoặc dùng xích răng. Khi dùng hệ thống bánh răng côn cần có ổ
chắn dọc trục để chịu lực chiều trục và khống chế độ rơ dọc trục. Khi trục cam dẫn động
trực tiếp xupáp, trục cam được dẫn động qua ống trượt, trục cam dẫn động qua đòn quay.
Phương án dẫn động bằng bánh răng có ưu điểm rất lớn là kết cấu đơn giản, do cặp
bánh răng phân phối khí thường dùng bánh răng nghiêng nên ăn khớp êm và bền. Tuy
vậy, khi khoảng cách giữa trục cam với trục khuỷu lớn thì phương án này phải dùng thêm
nhiều bánh răng trung gian. Điều đó làm cho thân máy thêm phức tạp (vì phải lắp nhiều
trục để lắp bánh răng trung gian ) và cơ cấu dẫn động trở nên cồng kềnh, khi làm việc
thường có tiếng ồn.
Truyền động bằng xích có nhiều ưu điểm như gọn nhẹ, có thể dẫn động được trục cam
ở khoảng cách lớn. Tuy vậy phương án này có nhược điểm là đắt tiền vì giá thành chế tạo
của xích đắt hơn bánh răng nhiều. Khi xích bị mòn gây nên tiếng ồn và làm sai lệch pha
phân phối.
Hình 2-5 Các phương án dẫn động trục cam.
a, c) – Dẫn động trục cam dùng bánh răng côn; b) – Dẫn động trục cam dùng bánh răng
trung gian; d , e) – Dẫn động trục cam dùng xích.
2.4. Các chi tiết, cụm chi tiết chính trong cơ cấu phân phối khí:
2.4.1. Trục cam:
Nhiệm vụ của trục cam là dẫn động và điều khiển việc đóng mở xupáp hút và thải đúng
theo chu kì hoạt động của động cơ.
Hình 2-6 Kết cấu trục cam.
1 – Đầu trục cam; 2 – Cổ trục cam; 3 – Các vấu cam; 4 – Cam lệch tâm bơm xăng; 5 –
Bánh răng dẫn động bơm dầu bôi trơn.
Trên trục cam có các vấu cam hút và xả cho mỗi xilanh. Thời điểm đóng mở xupáp
phụ thuộc vào biên dạng cam. Trục cam bao gồm các phần cam thải, cam nạp và các cổ
trục. Ngoài ra trên một số động cơ trên trục cam còn có vấu cam dẫn động bơm xăng,
bơm cao áp vv…Hình dạng và vị trí của cam phối khí quyết định bởi thứ tự làm việc, góc
độ phối khí và số kì của động cơ. Cam có thể được chế tạo liền trục hoặc có thể làm rời
từng cái rồi lắp trên trục bằng then hoặc đai ốc.
Vật liệu chế tạo trục cam thường là thép hợp kim có thành phần cacbon thấp như thép
15X, 15MH, 12XH ... hoặc thép cacbon có thành phần trung bình như thép 40 hoặc thép
45. Các mặt ma sát của trục cam (mặt làm việc của trục cam, của ổ trục, của mặt đầu trục
cam…) đều thấm than và tôi cứng.
+ Cổ trục cam: Có hai loại đủ cổ và thiếu cổ. Nếu số cổ trục là Z và số xilanh là i thì: Số
cổ loại đủ cổ là Z = (i + 1) thường dùng ở động cơ điêzen. Số cổ loại trốn cổ Z = (i/2 + 1)
thường dùng ở động cơ xăng.
Các cổ phải mài bóng, bề mặt có độ cứng đạt 50 ÷ 60 HRC. Nếu trục cam lắp luồn thì
kích thước cổ phải còn lớn hơn các phần khác của trục cam. Đôi khi để dễ lắp người ta
làm đường kính các cổ khác nhau, cổ có đường kính nhỏ nhất ở phía cuối trục.
Các ổ trục cam được ép trên thân máy đều là ống thép có tráng hợp kim chịu mài mòn
như ba bít, hợp kim đồng chì, hợp kim nhôm.
Nếu trục cam lắp theo kiểu đặt, phải dùng ổ hai nửa, một nửa đúc trên thân hay nắp
xilanh, nửa kia làm thành nắp ổ rồi lắp lại bằng bulông hay gu giông, kết cấu này dùng ở
động cơ công suất lớn và một số động cơ có trục cam đặt trên nắp xilanh.
+ Ổ chắn dọc trục:
Để giữ cho trục cam không dịch chuyển theo chiều trục (khi trục cam, thân máy hoặc
nắp xylanh giãn nở) khiến cho khe hở ăn khớp của bánh răng côn và bánh răng nghiêng
dẫn động trục cam thay đổi làm ảnh hưởng đến pha phân phối khí, người ta phải dùng ổ
chắn dọc trục. Trong trường hợp bánh răng dẫn động trục cam là bánh răng côn hoặc
bánh răng nghiêng, ổ chắn phải bố trí ngay phía sau bánh răng dẫn động. Còn khi dùng
bánh răng thẳng, ổ chắn có thể đặt ở bất kỳ vị trí nào trên trục cam vì trong trường hợp
này, trục cam không chịu lực dọc trục và dù trục cam hay thân máy có giãn nở khác nhau
cũng không làm ảnh hưởng đến pha phân phối khí như trường hợp dùng bánh răng
nghiêng và bánh răng côn.
Hình 2-7 Kết cấu đầu trục cam.
1 – Vỏ máy; 2 – Bulông hãm bích; 3 – Bích chắn; 4 – Trục cam; 5 – Vòng chắn; 6 - Ổ đỡ
trục cam; 7 – Đêm vênh; 8 – Bulông cố định bánh răng dẫn động; 9 – Then; 10 – Bánh
răng dẫn động trục cam.
2.4.2. Con đội:
Nhiệm vụ: Là chi tiết trung gian dùng để truyền chuyển động từ trục cam đến xupáp
thông qua đũa đẩy và đòn bẩy.
Điều kiện làm việc: Con đội bị tác động bởi nhiều lực, áp lực khí nén, lực nén lò xo
xupáp và lực quán tính của các chi tiết chuyển động.
Vật liệu chế tạo: Con đội được làm bằng gang, bề mặt tiếp xúc với cam phải được tôi
cứng bằng cách xử lý nhiệt bề mặt.
Con đội có thể chia làm 3 loại chính:
+ Con đội hình nấm và hình trụ:
Là loại con đội đáy bằng dùng phổ biến trên các loại động cơ, con đội hình nấm dùng
cho hệ thống phối khí xupáp đặt, đôi khi dùng cho xupáp kiểu treo, con đội được khoét
rỗng để lắp với đũa đẩy, phần cầu lõm phải có rc lớn hơn r đũa đẩy khoảng (0,2 ÷ 0,3)
mm. Sở dĩ làm như vậy là để tránh hiện tượng mòn vẹt mặt con đội (hoặc mặt cam) khi
đường tâm con đội không thẳng góc với đường tâm trục cam.
Khi mặt tiếp xúc là mặt cầu, con đội tiếp xúc với mặt cam tốt hơn, nên tránh được
hiện tượng cào xước.
Loại con đội hình nấm được dùng rất nhiều trong cơ cấu phân phối khí xupáp đặt.
Thân con đội thường nhỏ, đặc, vít điều chỉnh khe hở xupáp bắt trên phần đầu của thân.
Hình 2-8 Kết cấu con đội hình trụ và hình nấm.
+ Con đội con lăn: Gồm có thân, lò xo chặn, chốt và con lăn. Lò xo chặn có tác dụng
không cho con đội xoay. Ngoài ra, còn có bulông bắt trong thân máy để con đội hoạt
động đúng hướng.
Con
giảm ma
+ Con đ
các xe d
sẽ không
Ngoà
đổi trị số
khả năng
có lợi đố
Dùng
là con đ
trơn. Vì
ít thay đ
2.4.3. Đũ
Nhiệ
cấu phân
động và
Kết
khí xupá
hoặc rỗn
Để giảm
ống thép
hình cầu
lăn được n
a sát vì vậy
ội thủy lực
du lịch cao c
g còn tồn tạ
ài ra, dùng
ố thời gian
g rò rỉ dầu
ối với quá tr
g con đội th
đội thủy lực
vậy dầu dù
đổi.
ũa đẩy:
ệm vụ: Đũa
n phối khí d
lực từ con
cấu: Đũa đ
áp treo thườ
ng dùng để
m nhẹ trong
p rỗng hai
u (đầu tiếp x
Hì
nhiệt luyện
làm giảm đ
: Để tránh
cấp người t
ại khe hở nh
con đội thủ
tiết diện củ
giảm đi, nê
rình nạp củ
hủy lực, tuy
c làm việc t
ùng trong độ
đẩy là chi
dẫn động gi
đội đến đòn
đẩy dùng tr
ờng là một t
truyền lực
g lượng, đũ
đầu hàn gắ
xúc với con
ình 2-9 Kết
để chịu mà
được mức ti
hiện tượng
ta thường dù
hiệt.
ủy lực còn
ủa cơ cấu p
ên xupáp m
ủa động cơ.
y có nhiều ư
tốt hay xấu
ộng cơ có c
tiết trung g
ián tiếp. Tru
n bẩy.
rong cơ cấ
thanh thép n
từ con đội đ
a đẩy thườn
ắn với các
n đội) hoặc
t cấu con độ
ài mòn. Cơ
iêu nhiên li
g có khe hở
ùng loại co
có một ưu
hân phối kh
mở sớm hơn
ưu điểm nh
phụ thuộc
con đội thủy
gian trong c
ruyền chuyể
ấu phân phố
nhỏ, dài, đặ
đến đòn bẩy
ng làm bằn
đầu tiếp xú
mặt cầu lõm
ội con lăn.
cấu con độ
ệu.
nhiệt gây r
n đội thủy
điểm đặc b
hí. Vì khi tố
n khi chạy v
hư trên, như
rất nhiều v
y lực phải rấ
cơ
ển
ối
ặc
y.
ng
úc
m
Hình 2
ội con lăn c
ra tiếng ồn v
lực. Dùng l
biệt là có th
ốc độ động
với tốc độ n
ưng điều cần
vào chất lượ
ất sạch và đ
2-10 Các dạ
có tác dụng
và va đập, t
loại con đội
hể tự động
g cơ tăng lên
này, điều đ
n đặc biệt c
ợng của dầu
độ nhớt ổn đ
ạng đũa đẩy
g làm
trong
i này
thay
n, do
đó rất
chú ý
u bôi
định,
y
(đầu tiếp
Vật l
tiếp xúc
cứng HR
2.4.4. Đò
Nhiệ
theo đún
bẩy nhờ
khí.
Kết c
hở nhiệt
tiếp xúc
dàng.
Mặt
trong ph
trơn mặt
Vât l
2.4.5. Xu
Nhiệ
gian ngắ
đứng nh
p xúc với ví
liệu chế tạo
làm bằng t
RC 50 ÷ 60
òn bẩy:
ệm vụ: Tiếp
ng theo pha
vào đũa đẩ
cấu: Đầu ti
t, vít này đư
hình trụ đư
ma sát giữ
hần rỗng của
t tiếp xúc vớ
liệu chế tạo
upáp:
ệm vụ của x
ắn trong mộ
hờ vào ống d
ít điều chỉnh
o: Đũa đẩy
thép cácbon
0.
p nhận lực
a phân phối
ẩy hoặc cam
iếp xúc với
ược hãm ch
ược tôi cứng
ữa trục và b
a trục. Ngo
ới đuôi xup
: Đòn bẩy đ
xupáp là: C
ột chu kì làm
dẫn hướng x
h). Đôi khi
thường làm
n thành phần
truyền độn
khí. Đòn b
m. Nhờ có đ
đũa đẩy th
hặt bằng đai
g. Nhưng cũ
bạc lót ép tr
oài ra trên đ
páp và mặt t
Hình 2-1
đựợc dập bằ
Cho khí nạp
m việc của
xupáp.
cả hai đầu
m bằng thé
n cácbon th
ng từ đũa đ
ẩy được gắ
đòn bẩy xup
hường có v
i ốc. Đầu ti
ũng có khi
rên đòn bẩy
òn bẩy ngư
tiếp xúc của
11 Kết cấu đ
ằng thép cá
vào buồng
piston. Xu
tiếp xúc củ
ép cácbon th
hấp, hàn gắn
ẩy hoặc trụ
ắn trên trục
páp đóng m
ít điều chỉn
ếp xúc với
dùng vít để
y được bôi
ười ta còn kh
a vít điều ch
đòn bẩy.
ácbon thành
g đốt và xả
upáp hoạt độ
ủa đũa đẩy đ
hành phần
n với đũa đ
ục cam để đ
của nó. Ho
mở theo đúng
nh. Sau khi
đuôi xupáp
ể khi mòn th
i trơn bằng
hoan lỗ để d
hỉnh.
h phần cácbo
khí cháy ra
ộng được th
đều là hình
trung bình,
ẩy rồi tôi đ
đóng mở x
ạt động của
g pha phân
điều chỉnh
p thường có
hay thế đượ
dầu nhờn
dẫn dầu đến
on trung bìn
a ngoài với
heo chiều t
cầu.
, đầu
ạt độ
xupáp
a đòn
phối
h khe
ó mặt
ợc dễ
chứa
n bôi
nh.
i thời
thẳng
a)
Miệng xupáp được vát 300 hoặc 450 để được đóng kín với đế xupáp và dẫn nhiệt
truyền qua xupáp khi xupáp đóng. Xupáp được làm bằng thép chịu nhiệt vì xupáp nạp
phải chịu nhiệt độ khoảng 4000C và xupáp xả phải chịu nhiệt độ 500 – 8000C.
Hình 2-12 Kết cấu xupáp.
a) - Nấm bằng; b) – Nấm lõm; d, đ,e) – Nấm lồi; c) – Nấm xupáp được làm rỗng.
Kết cấu xupáp được chia làm 3 phần: Phần nấm, phần thân và phần đuôi. Phần nấm
do chịu tác dụng của áp suất khí thể và chịu tác dụng của lực quán tính nên khi làm việc
chịu va đập lớn gây biến dạng. Phần đuôi có nhiệm vụ định vị lò xo khi lắp ráp. Để tránh
hao mòn thân máy và nắp xilanh người ta thường ép vào họng đường ống nạp và thải một
vòng đế xupáp.
Vật liệu chế tạo:Miếng tăng cứng là một hợp kim: Cobalt (Co) Crom (Cr) và
Tungsten (W). Hợp kim này rất cứng, chịu được mài mòn cao và chống lại sự oxy hóa ở
nhiệt độ cao. Miếng tăng cứng này được hàn vào mặt xupáp hay đế xupáp để tăng khả
năng chịu nhiệt
2.4.6. Đế xupáp:
Để tránh hao mòn thân máy người ta dùng đế xupáp ép vào họng của đường ống nạp và
đường ống thải.
b)
Hình 2-13 Kết cấu đế xupáp.
a) - Đế có mặt ngoài dạng hình trụ; b) - Đế mặt ngoài hình côn; c) - Đế lắp vào nắp xilanh
bằng ren; d) - Đế ép khi bị lỏng ra; e) - Đế có ren.
Đế có mặt ngoài là mặt trụ có tiện rãnh để khi ép kim loại biến dạng vào rãnh giữ
chắc đế xupáp. Có khi mặt ngoài là mặt côn. Loại này có khi không ép sát đáy mà để khe
hở nhỏ hơn 0,04mm để còn ép tiếp khi bị lỏng ra. Có loại đế lắp vào thân máy hoặc nắp
xilanh bằng ren. Loại đế mà sau khi lắp phải cán bề mặt nắp máy để kim loại biến dạng
giữ chặt đế. Loại này ít dùng.
2.4.7. Ống dẫn hướng: Để dễ sữa chữa và tránh hao mòn cho thân máy hoặc nắp xilanh ở
chỗ lắp xupáp, người ta lắp ống dẫn hướng trên các chi tiết máy này. Xupáp được lắp vào
ống dẫn hướng theo chế độ lắp lỏng.
Ống dẫn hướng thường chế tạo bằng các loại gang hợp kim có tổ chức peclít. Trong
một số động cơ cao tốc còn dùng ống dẫn hướng bằng hợp kim đồng thanh nhôm. Loại
ống dẫn hướng này dẫn nhiệt rất tốt, khi thiếu dầu bôi trơn cũng không xảy ra hiện tượng
kẹt xupáp.
Hình 2-14 Kết cấu ống dẫn hướng.
a) Ống dẫn hướng hình trụ; b) Ống dẫn hướng hình trụ có vai.
2.4.8. Lò xo xupáp:
e)
