A02 thiet ke he thong phan phoi khi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG BỘ MÔN Ô TÔ – MÁY ĐỘNG LỰC - - -   - - - BÁO CÁO MÔN HỌC THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ Nhóm Sinh Viên Thực Hiện: Nguyễn Văn Vũ Dương Văn Tuân Trần Quốc Trường Hồ Văn Phúc Nguyễn Ngọc Trực MSSV 1414759 1414365 1414355 1412935 1414364 Giảng Viên Hướng Dẫn: Hồng Đức Thông TP HCM, Tháng 11, năm 2016 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU I ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ YÊU CẦU CỦA CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ Điều kiện làm việc cấu phân phối khí Yêu cầu cấu phân phối khí II TRÌNH BÀY PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN Phương án thiết kế cho xupap Phương án thiết kế cho trục cam Phương án thiết kế cho đội Phương án thiết kế số lò xo xupap Phương án phương pháp thiết kế biên dạng cam III THIẾT KẾ BỐ TRÍ CHUNG HỆ THỐNG PHỐI KHÍ 10 Bản vẽ bố trí chung 10 Tính tốn sơ 11 IV THIẾT KẾ KĨ THUẬT 13 Động học đội 14 Tính tốn sức bền trục cam 17 Tính tốn sức bền đội hình nấm 19 Tính tốn sức bền xupap 20 Tính tốn lị xo xupap 20 V THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ 21 VI THIẾT KẾ KINH TẾ 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO 23 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển ngành công nghiệp đại, ngành Công nghệ Kỹ thuật Ơ tơ giới đà phát mạnh Kèm với nghiên cứu cải tiến không ngừng hệ thống công nghệ đại Ơ tơ Trong hệ thống phân phối khí Ơ tơ hệ thống quan trọng định tính hiệu động Qua thời kỳ lịch sử hệ thống phân phối khí phát triển thành nhiều loại khác cải tiến nhiều để đạt tính tối ưu với loại động Và để có động thực đạt hiệu cao cơng tác thiết kế hệ thống phân phối khí quan trọng Qua nhóm xin trình bày Thiết kế Hệ thống Phân phối khí động Trong phần trình bày khơng thể tránh khỏi sai sót mong thầy bạn góp ý để giúp báo cáo trọn vẹn Xin chân thành cảm ơn thầy bạn ! I ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ YÊU CẦU CỦA CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ Điều kiện làm việc cấu phân phối khí - Chịu tải trọng học lớn: + Xupap chịu lực va đập liên tục tùy vào tốc độ động làm việc + Nấm xupap: chịu lực khí thể lớn + Lị xo xupap chịu lực va đập lớn theo chu kỳ + Đũa đầy, lò xo, xupap chịu nén chịu uốn + Trục cam chịu uốn - Chịu nhiệt độ cao: + Xupap, lị xo xupap chiu nhiệt cao từ khí cháy khí thải + Mặt ma sát cam với đội đòn bẩy ma sát với tốc độ cao sinh nhiệt lớn - Chịu ma sát ăn mịn hóa học: + Xupap tiếp xúc với khí cháy => bị khí cháy ăn mịn + Ma sát trục cam đội , đòn bẩy xupap - Chịu ứng suất + Ứng suất xoắn lò xo xupap Yêu cầu cấu phân phối khí a) Yêu cầu từ điều kiên làm việc Vật liệu chế tạo cấu phân phối khí yêu cầu phải có sức bền học cao: độ cứng vững lớn, chịu va đập biến dạng tốt, chịu uốn, kéo, nén xoắn tốt Vật liệu phải dẫn nhiệt tốt, có hệ số giãn nở bé, chịu nhiệt độ cao chịu ma sát tốt Xupap phải chống ăn mịn hóa học khí thải Lị xo xupap cần có tính tốt, đàn hồi tốt, độ bền mỏi cao, tránh lực cộng hưởng b) Yêu cầu cấu phân phối khí Cơ cấu phân phối khí cần đảm bảo yêu cầu sau - Đóng mở thời gian qui định - Độ mở lớn để dịng khí dễ lưu thơng - Đóng kín, xupap thải khơng tự ý mở q trình nạp - Ít mịn, tiếng kêu bé c) u cầu chung Cơ cấu phân phối khí phải có độ bền tuổi thọ cao Cơ cấu hoạt động ổn định, có độ tin cậy cao Phải có phụ tùng để thay thế, dễ bảo trì sửa chữa hư hỏng Giá thành chế tạo phải rẻ phù hợp với cơng nghệ có d) u cầu từ khách hàng II TRÌNH BÀY PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN Động đốt thường dùng loại cấu phân phối khí sau đây: - Cơ cấu phân phối khí dùng xupap - Cơ cấu phân phối khí dùng van trượt Cơ cấu phân phối khí dùng xupap sử dụng rộng rãi động bốn kì có kết cấy đơn giản làm việc tốt Cơ cấu phân phối khí dùng van trượt có nhiều ưu điểm như: đảm bảo tiết diện lưu thông lớn, dễ làm mát cấu phân phối khí, tiếng ồn… kết cấu phức tạp giá thành chế tạo đắt nên dùng Dưới ta xét đến vấn đề liên quan đến cấu phân phối khí dùng xupap Hình 1: Sơ đồ tổng thể phương án cho cấu phân phối khí dùng xupap Phương án thiết kế cho xupap a) Vấn đề bố trí xupap Hình 2: Bố trí đấu phân phối khí kiểu xupap đặt Hình 3: Bố trí cấu phân phối khí kiểu xupap treo Xupap đặt (hình 2) Ưu điểm: Khi dùng cấu phân phối khí sử dụng xupap đặt có ưu điểm giảm chiều cao động cơ, kết cấu nắp xylanh đơn giản, dẫn động xupap dễ dàng Nhược điểm: Có số nhược điểm buồng cháy khơng gọn, diện tích truyền nhiệt lớn nên tính kinh tế động kém: tiêu hao nhiên liệu, tốc độ cao, hệ số nạp giảm làm giảm mức độ cường hóa động Khó tăng tỷ số nén , tỷ số nén động lớn 7,5 khó bố trí buồng cháy Xupap treo (hình 3) Ưu điểm: Cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo có buồng cháy gọn, diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ giảm tổn thất nhiệt Đối với động xăng, dùng cấu phân phối khí xupap treo, buồng cháy nhỏ gọn, khó kích nổ nên tăng tỷ số nén lên thêm từ 0,5 ÷ so với dùng xupap đặt Cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo cịn làm cho dạng đường nạp thải khiến sức cản khí động giảm, đồng thời bố trí xylanh hợp lí nên tăng tiết diện lưu thơng dịng khí Nhớ đo tăng hệ số nạp 5-7 % Ta cịn bố trí xupap theo nhiều kiểu khác phụ thuộc vào hình dạng buồng cháy kết cấu cấu phân phối khí Nhược điểm: sử dụng cấu phân phối khí xupap treo dẫn động xupap phức tạp qua nhiều chi tiết trung gian Chiều cao động lớn Kết cấu nắp xylanh phức tạp dẫn đến khó đúc => Chọn phương án sử dụng xupap treo b) Số lượng dãy xupap Một dãy xupap Ưu điểm: Kiểu bố trí dãy xupap có ưu điểm giúp bố trí xupap dễ Trong động xăng dễ bố trí đường nạp đường thải phía để ống thải sấy nóng ống nạp giúp nhiên liệu dễ bay hơi, động diesel bố trí đường nạp đường thải hai phía để giảm sấy nóng khí nạp giúp nâng cao hệ số nạp Nhược điểm: Không thể sử dụng nhiều xupap xylanh Hai dãy xupap Ưu điểm: Khi bố trí xupap thành hai dãy (một dãy xupap nạp dãy xupap thải), xupap đặt nghiêng góc định đường tâm xylanh để tăng kích thước đường kính nấm xupap dễ bố trí đường thải, đường nạp nắp xylanh Khi đường kính xylanh lớn dùng xupap để tăng tiết diện lưu thông để giảm đường kính nấm xupap khiến cho xupap khơng bị q nóng tăng sức bền Nhược điểm: Nhược điểm kiểu bó trí dẫn động xupap phức tạp Trong trường hợp dùng ba xupap, bố trí vịi phun bugi khó => Chọn kiểu dãy xupap c) Vấn đề hình dạng nấm xupap Nấm Bằng (hình - a) Ưu điểm: Ưu điểm loại nấm chế tạo đơn giản, dùng cho xupap nạp xupap thải Vì đa số động dùng loại xupap Nấm lõm (hình 4-b) Ưu điểm: Nấm xupap lõm có bán kính góc lượn phần thân nấm xupap lớn nên cải thiện tình trạng lưu thơng dịng khí nạp vào xylanh đồng thời tăng độ cứng vững cho phần nấm xupap Mặt nấm khoét lõm sâu giúp giảm trọng lượng xupap Nhược điểm: Nhược điểm xupap lõm khó chế tạo mặt chịu nhiệt xupap lớn, xupap dễ bị q nóng Nấm Lồi (hình 4-c) Ưu điểm: Mặt nấm xupap lồi lên, hạn chế khu vực tạo thành xốy khí thải khí, cải thiện tình trạng lưu thơng dịng khí thải Phía phần nấm đực khoét lõm giúp giảm trọng lượng nấm Nhược điểm: Nấm lồi có nhược điểm khó chế tạo bề mặt chịu nhiệt lớn => Chọn sử dụng nấm xupap a) nấm b) nấm lõm Hình 4: Các dạng nấm xupap c) nấm lồi Phương án thiết kế cho trục cam a Phương án dẫn động trục cam Sử dụng bánh (hình 5-a) Ưu điểm: Dẫn động trục cam bánh có ưu điểm kết cấu hệ thống dẫn động đơn giản Do cặp bánh phân phối khí thường dùng bánh nghiêng nên ăn khớp êm bền Nhược điểm: Nhược điểm kiểu dẫn động khoảng cách trục cam với trục khuỷu lớn phải dùng thêm nhiều bánh làm cho thân máy thêm phức tạp cần có nhiều trục để lắp bánh trung gian, cấu dẫn động trở nên cồng kềnh làm việc thường có tiếng ồn Ngồi lắp ghép cần đảm bảo khe hở để bánh không bị kẹt thân máy giãn nở nhiệt Dẫn động xích (hình 5-b) Ưu điểm: Dẫn động trục căm xích có ưu điểm gọn nhẹ, dẫn động trục cam khoảng cách lớn Nhược điểm: Nhược điểm kiểu dẫn động đắt tiền giá thành chế tạo xích đắt trục cam nhiều Khi phụ tải tốc độ thay đổi đột ngột, xích dễ bị rung động Sau thời gian sử dụng, xích thường bị rão, gây nên tiếng ồn làm sai lệch pha phân phối khí Cịn phải sử dụng cấu căng xích có lị xo vít điều chỉnh độ căng xích dùng dẫn hướng để chống rung cho xích làm cho cấu phức tạp Sử dụng đai (hình 5-c) Ưu điểm: Sử dụng đai giúp trình truyền động êm tiếng ồn Khơng cần phải bơi trơn Cơ cấu dễ chế tạo giá thành rẻ Nhược điểm: Khi sử dụng cần ý thay dây đai định kì a) Sử dụng bánh b) Sử dụng xích c) Sử dụng đai Hình 5: Các phương án dẫn động trục cam b Kiểu bố trí trục cam dẫn động xupap OHV (Over Head Valve) Ưu điểm: Cơ cấu phân phơi khí loại có động gọn (đặc biệt sử dụng động chữ V tận dụng khoảng không gian hai khối xylanh) Kết cấu phận dẫn động đơn giản Chi phí thấp Nhược điểm: Khi tải trọng thay đổi đột ngột dễ khiến đũa đẩy bị bẻ cong gãy Việc dẫn động cần nhiều chi tiết trung gian hoạt động gây tiếng ồn Độ xác đóng mở xupap hoạt động tốc độ cao lực quán tính lớn SOHC (Single Overhead Camshaft) Ưu điểm: Cơ cấu phân phối khí dạng có cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, dễ dàng sửa chữa, thay gặp hư hỏng tạo momen lớn hoạt động vịng tua thấp Nhược điểm: Cơ cấu phân phối khí dạng SOHC, trục cam bố trí buồng đốt để truyền động cho xupap nạp xupap xả, bugi phải đặt bên cạnh nên hiệu sử dụng nhiên liệu hẳn, gây hao xăng Việc ứng dụng cơng nghệ điều khiển van biến khó khăn DOHC (Double Overhead Camshaft) Ưu điểm: Cơ cấu phân phối khí loại DOHC có ưu điểm xylanh bố trí xupap nhiều tương đối dễ giúp tăng tiết diện lưu thông Động DOHC cịn tạo nên đóng mở xupap tên lệch pha, tạo dịng xốy khí nạp, cải thiện chất lượng cháy động Bugi bố trí đỉnh buồng đốt giúp cho hiệu đốt cháy nhiên liệu tốt Động DOHC dễ dàng ứng dụng công nghệ điều khiển van biến thiên giúp tối ưu hóa chế độ vận hành Nhược điểm: Cơ cấu có cấu tạo động phức tạp với nhiều chi tiết yêu cầu công nghệ cao Khi gặp hư hỏng, sửa chữa đòi hỏi tỉ mỉ người thợ có tay nghề cao Đồng thời chi phí sửa chữa thay cao => Chọn phương án SOHC Phương án thiết kế cho đội Con đội hình trụ hình nấm Ưu điểm: Con đội hình nấm (hình 6-a) thường làm rỗng, thân đội to, mặt tiếp xúc với lỗ dẫn hướng lớn nên hao mịn Con đội hình trụ (hình 6-b) có kết cấu đơn giản, nhẹ dễ chế tạo Nhược điểm: Nhược điểm sử dụng đội loại này, dạng cam phối khí phải cam lồi a) Con đội hình nấm b) Con đội hình trụ Hình 6: Con đội hình nấm hình trụ Con đội lăn Ưu điểm: Con đội lăn có ưu điểm mặt tiếp xúc với mặt cam lăn nên ma sát nhỏ, phản ánh xác quy luật nâng hạ cam tiếp tuyến cam lõm Con đội lăn dùng cho tất dạng cam Nhược điểm: Nhược điểm đội lăn kết cấu phức tạp Con đội thủy lực Ưu điểm: Sử dụng đội thủy lực, cấu phân phối khí khơng tồn khe hở nhiệt nên có ưu điểm không gây va đập chi tiết cấu phân phối khí, tránh tiếng gõ Ngồi đội thủy lực cịn có ưu điểm đặc biệt tự thay đổi trị số thời gian tiết diện cấu phân phối khí, có lợi cho hành trình nạp động Nhược điểm: Con đội có số nhược điểm kết cấu phức tạp, giá thành đắt Yêu cầu dầu dùng động có đội thủy lực phải độ nhớt dầu nhờn phải ổn định, thay đổi => Chọn sử dụng đội hình nấm Phương án thiết kế số lị xo xupap lị xo trụ có bước xoắn thay đổi Ưu điểm: Loại có kết cấu đơn giản, hoạt động tránh tượng cộng hưởng Nhược điểm: Nhược điểm loại lò xo khó áp dụng cho động cao tốc Dùng nhiều lò xo xoắn ngược chiều Ưu điểm: Khi dùng nhiều lị xo xupap có ưu điểm là: ứng suất xoắn lò xo nhỏ so với dùng lị xo, khí gãy xo; tránh tượng cộng hưởng vịng có tần số dao động tự khác nhau; lò xo bị gãy, động làm việc an tồn thời gian ngắn xupap khơng rơi tụt xuống xylanh Khơng dùng lị xo (đóng mở xupap cấu cam) Ưu điểm: Ưu điểm cấu phân phối khí khơng dùng lị xo gây va đập, đảm bảo quy luật phân phối khí Nhược điểm: Nhược điểm loại chế tạo điểu chỉnh khó khăn nên thường sử dụng loại động tốc độ cao => Chọn sử dụng lị xo trụ có bước xoắn thay đổi Phương án phương pháp thiết kế biên dạng cam a Lựa chọn quy luật cam (chủ yếu qui luật gia tốc) từ tìm qui luật độ nâng xupap biến thiên theo góc quay trục cam Ưu điểm: Phương pháp có ưu điểm thực quy luật chuyển động ta cho tốt (các quy luật có gia tốc nhỏ nhất) Nhược điểm: Nhược điểm phương pháp dạng cam ứng với quy luật lí tưởng nên khó gia cơng mặt cam có dạng đường cong phức tạp b Định sẵn dạng cam, mặt cam tìm qui luật gia tốc kiểm tra xem có phù hợp với yêu cầu gia tốc cấu phân phối khí hay khơng Ưu điểm: Phương pháp có ưu điểm đảm bảo tính cơng nghệ gia cơng trục cam đơn giản Nhược điểm: Nhược điểm phương pháp phải kiểm tra quy luật gia tốc nhiều lần đảm bảo phù hợp với yêu cầu quy luật gia tốc gây thời gian thiết kế III THIẾT KẾ BỐ TRÍ CHUNG HỆ THỐNG PHỐI KHÍ Bản vẽ bố trí chung Hình 7: Bản vẽ bố trí chung mặt cắt dọc hệ thống phân phối khí Hình 8: Bản vẽ bố trí chung mặt cắt ngang hệ thống phối khí 10 Các kích thước bao kích thước yếu bao gồm: - Lc: chiều dài trục cam - dkt: khoảng cách hai xupap - Lxp: chiều dài toàn xupap - w: bề dày đội - D: đường kính cam - H: chiều cao vấu cam - R: chiều rộng đội Tính tốn sơ Tính tốn sơ hệ thống phối khí chủ yếu xác định kích thước tiết diện lưu thơng a Tiết diện lưu thơng xupap Cần tính toán cho xipap gần xylanh để chiều ngang động bé Nhưng phải đảm bảo đường thải đường nạp không thông nhau, lớp kim loại xupap xylanh không lớn mà không bé Bé q dễ bị nứt Tính tốn sơ đường kính họng đế xupap dh: Ảnh hưởng định chất lượng trao đổi khí q trình thải nạp Giả thuyết: lưu động dịng khí qua họng đế xupap ổn định, tốc độ pit-tông không đổi Căn vào điều kiện lưu động ổn định liên tục dịng khí: vk  if k   k  v p Fp p Nếu bỏ qua khác mật độ dịng khí: vk if k  v p  Fp Với: - vk: tốc độ trung bình dịng khí chảy qua họng đế xú-pap - fk: tiết diện lưu thông họng đế xú-pap - i: số xú-pap - vp: tốc độ bình quân pit-tơng - Fp: diện tích đỉnh pit-tơng -  k ,  p : mật độ dịng khí họng xupap xylanh Hình 9: Tiết diện lưu thơng xupap D2 Ta xác định tốc độ khí qua họng xupap: vk  v p id h Qua tính tốn thực nghiệm, tốc độ khí nạp toàn tải: 11 - vk  40 115m / s (động ôtô máy kéo) - vk  30  80m / s (động tàu thủy tĩnh tại) - vk  100 125m / s (động máy bay) Tốc độ cao, tổn thất lớn, nhiên động xăng yêu cầu việc hình thành hỗn hợp, tốc độ khí nạp phải lớn 40 m/s, bé trình bốc xăng hồ trộn xăng với khơng khí xấu Rút đường kính họng: d h  v p D2 vk i Tiết diện lưu thông qua xupap xác định: f k   h'  d h  d1  Mà: d1  d h  2e ; e  h sin  ; h  h cos  ' '   Nên : f k   d d h cos   h sin  cos  Ta thấy góc  mặt nấm xupap nhỏ, tiết diện lưu thông lớn Khi -   : f k   dhh o -   30 : f k   h(0.866d h  0.375h) o -   45 : f k   h  0.707 d h  0.353h  Khoảng nâng trục cam: Khoảng nâng cam (chiều cao vấu cam) củng hành trình xú-pap h Rõ ràng fk phụ thuộc vào  h Hành trình h lơn, fk lớn Tuy nhiên, fk lớn tiết diện họng đế xupap: hmax  dh Trong động ngày nay, hành trình xupap thường nằm phạm vi: h  (0.18  0.3)dh Tiết diện lưu thông qua xupap nên khống chế cho: vk  70  90m / s b Xác định trị số thời gian tiết diện ' Tốc độ trung bình tính tốn dịng khí nạp: vk  Vh t2 i  f k dt t1  vp Fp (t2  t1 ) t2 i  f k dt t1 Trong đó: t2 -  f dt : trị số thời gian tiết diện k t1 - t1, t2: thời gian bắt đầu kết thúc qua trình nạp (hoặc thải) 12 Khi tính tốn trị số thời gian - tiết diện, thường bỏ qua giai đoạn mở sớm, đóng muộn (phần diện tích ứng với góc mở sớm α1 đóng muộn α2) nên coi t1, t2 tương ứng k t2 với góc αk1 , αk2 :  f dt   k t1 k1 k Từ đó: f ktb  f k d  f k d k1 ( k   k1 ) '  vk  v p Fp if ktb ' Khi thiết kế, cần bảo đảm: vk  (1.3  1.4)vk Đối với động xăng, v’k = 90 – 150 m/s; động diesel v’k = 80 – 110 m/s Hình 10: Xác định trị số thời gian tiết diện xupap IV THIẾT KẾ KĨ THUẬT Cam lồi động học đội hình nấm Tính tốn sức bền trục cam Thiết kế kĩ thuật Tính tốn sức bền đội Tính tốn sức bền xupap Tính tốn lị xo xupap Hình 11: Sơ đồ tổng thể thiết kế kĩ thuật hệ thống phân phối khí 13 Động học đội a Dựng hình cam lồi Các bước dựng hình cam lồi: Sau lực chọn pha phân phối khí, điều kiện bố trí chung vẽ vịng chuẩn Vẽ tọa độ vng góc qua tâm O, vẽ bán kính OA OB làm thành với tung độ góc Từ điểm vịng trịn cắt tung độ điểm E, xác định EC=h Chọn đỉnh cam r vẽ vòng đỉnh cam( tâm ) qua điểm C Trên phương kéo dài bán kính AO A’ vẽ cung tiếp tuyến ngồi với đường tròn r A A’ (cung có bán kính ) Xác định bán kính cung tiếp tuyến Khi xác định , h, r , bán kính cung tiếp tuyến ngồi xác định từ quan hệ tam giác vuông: ( ) =( ) +( ) Hình 12: Dựng hình cam lồi 14 Hình 13 : Xác định bán kính cung tiếp tuyến bán kính R mặt nấm đội Do ta có : ( − ) =( ) + [( − )+ ] Từ ta suy = ( ) Trong : D = +ℎ− Từ hình 12 để đảm bảo đội không bị kẹt phải đảm bảo điều kiện : R> ( ) ( ) Trong - : bán kính cung tiếp tuyến ngồi - R: bán kính nấm đội - r: bán kính vịng đỉnh cam b Động học đội hình nấm Mặt làm việc cam lồi gồm phần: phần cung cung r b.1 Động học đội hình nấm giai đoạn I Trong giai đoạn 1, đội trượt mặt cam, từ A đến A’, tương ứng với góc qua từ =0 đến = Chuyển vị đội hình nấm Chuyển vị đội hình nấm xác định theo quan hệ sau: ℎ = = − = −( − ) − (1) Tốc độ đội hình nấm 15 Lấy đạo hàm vế phương trình (1) thời gian ta có tốc độ đội hình nấm: ( − ) (2) Gia tốc đội hình nấm Lấy đạo hàm vế phương trình (2) thời gian ta có gia tốc đội hình nấm: ( − ) = Khi = , ố đạ ị ự đạ ( − ) = Trong - : bán kính cung tiếp tuyến ngồi - R: bán kính nấm đội - h0: chuyển vị đội hình nấm - : gia tốc đội hình nấm - v: vận tốc đội hình nấm - : góc xoay đội hình nấm Hình 14: Động học đội hình trụ (hoặc hình nấm) giai đoạn b.2 Động học đội hình nấm giai đoạn II Chuyển vị đội hình nấm Khi chuyển vị đội tính theo quan hệ sau: ℎ = + − (3) Tốc độ đội hình nấm Lấy đạo hàm vế phương trình (3) thời gian ta có tốc độ đội hình nấm − (4) Trong tốc độ góc trục cam Gia tốc đội hình nấm 16 Lấy đạo hàm vế phương trình (4) thời gian ta có gia tốc đội hình nấm: =− Trong đó: - h : chuyển vị đội hình nấm : gia tốc đội hình nấm : vận tốc đội hình nấm : tốc độ góc trục cam Hình 15: Động học đội hình trụ (hoặc hình nấm) giai đoạn 2 Tính tốn sức bền trục cam a Ứng suất uốn Giả thiết: Coi trục cam dầm có tiết diện đồng đặt tự gối tựa a) Hình 16: Sơ đồ tính sức bền trục cam b) 17 Tình trạng chịu lực: Chịu uốn chịu xoắn vấu cam Khi bỏ qua ma sát trọng lực (do lực nhỏ so với thành phần khác) Lực tác dụng lên trục cam tính: = + + Trong đó: - Pot : Lực nén ban đầu lị xo xupap (khi xupap đóng kín) - Pjt :Lực quán tính cấu phối khí bắt đầu mở xupap quy dẫn đường tâm đội - Pkt Lực khí thể tác dụng lên mặt nấm xupap thải quy đường tâm đội Momen uốn trục cam bằng: Mumax = PTmax MNm Ứng suất uốn trục cam: = = [ ( MN/m2 )] Trong đó: - l khoảng cách tâm gối tựa - l1 l2 khoảng cách từ gối tựa đến cam chịu lực PTmax - d d0 đường kính ngồi đường kính trục cam b Ứng suất xoắn Momen xoắn đạt giá trị cực đại trục cam quay đến vị trí hình 14-b, lúc lực PT xa tâm trục cam Khi dùng cam lồi đội hình trụ (hoặc hình nấm, mơmen xoắn trục cam tính theo cơng thức: Mx = PT.A Trong đó: A cánh tay đòn lớn lực PT Khi tính momen xoắn trục cam, ngồi momen Mx cịn phải tính đến momen khác momen tác dụng lên cam làm việc, momen dẫn động cấu khác (như dẫn động bơm nhiên liệu, chia điện v.v…) Do đó, ứng suất xoắn trục cam tính theo cơng thức: = = [ ( MN/m2 )] MΣ gồm tổng momen tác dụng lên cam thời gian Tính ứng suất tổng theo công thức Xanh-Vênăng: = [0,35 + 0,65 + ( ) ] MN/m2 So sánh ứng suất tổng với giá trị ứng suất cho phép [ ] = 50 ÷ 150 /MN/m2 c Độ võng cho phép Độ võng cho phép trục cam chịu uốn xác định theo công thức sau: f= ( ) Trong đó: E – mơđun đàn hồi vật liệu chế tạo trục cam 18 So sánh với độ võng cho phép: [f] = 0,05 ÷ 0,1 mm d Tính ứng suất tiếp xúc mặt cam Trong trình làm việc, mặt cam đội xuất ứng suất tiếp xúc Ứng suất tiếp xúc tính theo cơng thức sau Với đội hình nấm: = 0,418 MN/m2 Trong đó: - PT lực tác dụng lên cam (MN) - E: Môđun đàn hồi vật liệu (MN/m2) - b: chiều rộng cam (m) - : bán kính cung ngoại tiếp cam (m) So sánh với ứng suất tiếp xúc cho phép: [ ] = 600 ÷ 1200 /MN/m2 Tính tốn sức bền đội hình nấm Tính sức bền đội hình nấm thường tính kiểm nghiệm áp suất thân đội Đối với đội hình nấm, cam tiếp xúc với đội điểm B (hình 15) momen xoắn trục cam có giá trị cực đại Momen làm cho đội bị nghiêng tiếp xúc không Áp suất tiếp xúc cực đại tính theo cơng thức sau: Kmax = Trong đó: - Mx: momen xoắn trục cam - d: Đường kính thân đội - l: chiều dài tiếp xúc thân đội với lỗ dẫn hướng Hình 17: Sơ đồ tính áp suất thân đội 19 Tính tốn sức bền xupap Tính tốn sức bền mặt nấm xupap sử dụng cơng thức Back Giả thiết: Coi mặt nấm xupap đĩa trịn đặt tự đế tựa hình trụ Hình 18: Sơ đồ tính sức bền mặt nấm xupap Ứng suất uốn mặt nấm xupap xác định theo cơng thức sau: = MN/m2 Trong đó: áp suất khí thể lớn (MN/m2) - d đường kính trung bình nấm xupap (m) - δ chiều dày trung bình mặt nấm (m) So sánh với ứng suất cho phép - Đối với thép cacbon: [ ] = 80 MN/m2 - Đối với thép hợp kim: [ ] = 120 MN/m2 Tính tốn lị xo xupap Hình 19: Sơ đồ tính tốn sức bền lị xo 20 Lị xo xupap hoạt động chịu ứng suất xoắn lớn Lực lị xo mở hết xupap vào độ biến dạng cực đại độ cứng để tính: Plmax = c.fmax Trong đó: - c : độ cứng lò co - fmax: độ biến dạng cực đại lò xo Giả thiết: Lực lò xo tác dụng lên đường tâm lị xo (hình 17) Momen xoắn lò xo bằng: Mx = Modun chống xoắn tiết diện dây lò xo: = Ứng suất xoắn lò xo: = = 16 Do ứng suất phân bố tiết diện dây lị xo khơng đều, ứng suất lớn xuất điểm gần tâm lò xo lực Plx gây ứng suất cắt, nên tính ứng suất lị xo, thường dùng hệ số hiệu đính χ để hiệu đính ứng suất xoắn Ứng suất xoắn thực bằng: = Trong đó: χ hệ số hiệu đính - biến thiên theo tỷ số Hệ số hiệu đính χ vào khoảng 1,17 ÷ 1,24 So sánh với ứng suất xoắn cho phép: [ ] = 350 ÷ 600 MN/m2 V THIẾT KẾ CƠNG NGHỆ Quy trình sản xuất Đưa cơng đoạn sản xuất, kèm theo máy móc, dụng cụ, trang thiết bị trình độ nhân lực sản xuất Quy trình sửa chữa, kiểm tra Đưa quy trình kiểm tra sản phẩm với dụng cụ kiểm tra yêu cầu chuyên môn người kiểm tra để đảm bảo thành phẩm, phế phẩm phải viết lại q trình cơng nghệ Quy trình tháo lắp Đưa quy trình tháo lắp phù hợp Địi hỏi phải phù hợp với công nghệ nước, điều kiện công nghệ máy chế tạo chưa cao, máy móc cơng nghệ phù hợp với điều kiện kinh tế, nâng cao suất lao động Thiết kế công nghệ bước phản hồi thiết kế 21 VI THIẾT KẾ KINH TẾ Đưa tất hạng mục chi phí cho trình hình thành sản phẩm: - Chi phí dự án - Chi phí thiết kế - Chi phí sản xuất: chi phí nhà xưởng, điện, nước, mua máy móc, khấu hao máy móc, nhân cơng lao động, ngun vật liệu sản xuất… - Chi phí phân phối, tiếp thị quảng cáo - Chi phí cho máy quản lý, điều hành 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Đức Phú (chủ biên), Kết cấu tính tốn động đốt trong, NXB Giáo Dục, 1996 23