Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng động học cơ cấu phân phối khí động cơ IFA trên Catia

Chia sẻ: ádajd Akshdj | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:81

Thêm vào BST

Báo xấu

589
lượt xem 124
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng động học cơ cấu phân phối khí động cơ IFA trên Catia

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 c ơ. + 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.
a) b)) Hình 2-2. Cơ cấu phân phối khí xupáp đặt Cơ cấu phân phối khí xupap treo có thể bố trí xupap theo nhiều kiểu khác nhau. Cách bố trí phụ thuộc vào hình dạng buồng cháy và kết cấu của cơ cấu phân phối khí. Động cơ có đường kính trung bình và nhỏ (D
d) Hình 2-3. Cơ cấu phân phối khí xupáp treo Để dẫn động xupap, trục cam có thể bố trí trên nắp xylanh để dẫn động trực tiếp hoặc qua đòn bẫy như trên hình 2-3.Trường hợp trục cam bố trí ở hộp trục khuỷu hoặc ở thân máy, xupap được dẫn động trực tiếp qua con đội, đũa đẩy, đòn bẩy ...Dẫn động trực tiếp xupap tuy không cần đến các chi tiết máy trung gian như con đội, đũa đẩy... nhưng cơ cấu dẫn động trục cam trở thành phức tạp. Chính vì vậy động cơ ôtô máy kéo ngày nay (kể cả động cơ chữ V) đa số vẫn dùng kiểu dẫn động xupap gián tiếp (động cơ chữ V thường dùng một trục cam đặt giữa hai hàng xylanh để dẫn động toàn bộ các xupap; bố trí trục cam và cách dẫn động như thế làm cho kết cấu động cơ rất gọn). Khi bố trí xupap thành hai dãy (một dãy xupap nạp và một dãy xupap thải), ống thải và ống nạp bố trí về hai phía, xupap có thể đặt nghiêng đi một góc nhất định đối với đường tâm xylanh để có thể tăng đường kính nấm xupap và dễ bố trí đường thải, đường nạp trong xylanh.
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. Hình 2-4. Sơ đồ bố trí hai hàng xupáp và dẫn động chúng trực tiếp bằng trục cam đặt trên nắp xylanh 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 2-5. 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. Hình2-7.Bố trí xupáp hỗn hợp 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
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. a) b) c) e) d)
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.