Các cụm chi tiết,chi tiết trong cơ cấu phân phối khí động cơ đốt trong 4 kỳ.. khuôn,SolidWork,SoliđEge,Mechanical Destop,Inventor trong thiết kế 3D,lắp ráp, mô phỏng chuyển động cũng như
Trang 1ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHÂN PHỐI
KHÍ ĐỘNG CƠ IFA TRÊN CATIA
Đà Nẵng - 2010
Trang 2ĐẠI 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
Trang 34.1 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
Trang 4MỤC 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
Trang 55.3 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
Trang 6Cuối 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
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
Trang 7khuôn,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
Trang 8cháy 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
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
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
xilanh mới vòng xuống cửa thải
Trang 9Đây 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
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
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
Trang 10Hình 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
Trang 11Khi 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
