Mô phỏng động học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ IFA trên catia

Mô phỏng động học cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền động cơ IFA trên CatiaLỜI NÓI ĐẨU Cùng với việc phát trỉên của công nghệ thông tin và khoa học kỹ thuật với mức độ chóng mặt trong thời

Trang 1

Mô phỏng động học cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền động cơ IFA trên Catia

2 Tổng quan cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền động cơ đốt trong. 3

2.1 Nhiệm vụ, điểu kiện làm việc của cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền 3

2.1.1 Nhiệm vụ 3

2.1.2 Điều kiện làm việc 3

2.2 Đặc điêm kết cấu của cư câu khuỷu trục- thanh truyền 4

2.2.1 Kết cẩu nhóm Pistun 4

2.2.2 Kết cấu nhỏm thanh truyền 6

2.2.3 Kết cấu nhóm trục khuỷu nguyên 14

2.2.4 Kết cấu trục khuỷu ghép 18

2.2.5 Kết cấu trục khuỷu thiếu cô 18

2.2.6 Kết cấu trục khuỷu chữ V 19

2.3 Cư cấu khuỷu trục thanh truyền động cư xi lanh bô trí thăng hàng 19

2.4 Cư cấu khuỷu trục thanh truyền động cư xi lanh bô trí chử V 20

2.5 Cư cấu khuỷu trục thanh truyền của động cư xi lanh bố trí hình sao 21

3 Tính toán động học cơ cấu khuỷu - trục thanh truyền động cơ IFA 22 3.1 Xác định quy luật động học của piston bang phương pháp đổ thị 23

3.1.1 Xây dựng đồ thị công 23

3.1.2 Xây dựng đồ thị chuyên vị Piston bang phương pháp đồ thị Brick 29

3.1.3 Xây dựng đô thị vận tốc 30

3.1.4 Xây dựng đô thị gia tốc theo phương pháp Tôlê 32

4 Giới thiệu phần mềm Catia 33 4.1 Lịch sữ ra đời và các tỉnh năng của phần mềm Catỉa 33

4.1.1 Lị ch sử ra đời Ca tia 33

4.1.2 Tỉnh năng của phần mềm Catỉa 34

4.2 T hiết kế chỉ tiết 3D trong modulpart design 38

4.3 T rình ứng dụng lap ráp asembly design 41

4.3.1 Tỉnh năng của Assembly Design 41

4.3.2 Phương pháp, trình tự thiết kế bản vẽ lắp trong Assembỉy Design 42

5 Mô phỏng đông học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơIFA trên Catia 44 5 ì Thiết kế 3D nhóm Trục khuỷu động cơ IFA 45

5.2 Thiết kế 3D nhóm Pỉston động cơ IFA 52

5.3 Thiết kế 3D nhóm Thanh Truyền động CƯ IFA 56

5.4 Lăp ráp 3D CƯ câu Khuỷu Trục — Thanh Truyền động CƯ IFA 61

5.5 Phân tích quá trình lăp ráp 69

1

Trang 2

LỜI NÓI ĐẨU Cùng với việc phát trỉên của công nghệ thông tin và khoa học kỹ thuật với mức

độ chóng mặt trong thời đại ngày nay Đã kẻo theo sự phát trỉên của các nghành nghề khác có liên quan Với việc ứng dụng các thành tựu đạt được trong lĩnh vực công nghệ thông tin đã giúp cho quả trình tự động hóa sản xuất của con người ngày một hoàn thiện và tôi ưu.

Đối với chuyên ngành cơ khỉ thì việc áp dụng công nghệ thông tin càng ngày câp thiết và đã liên tục diên ra trong quả trình sản xuất đê nham rút ngan thời gian và nâng cao chất lượng sản phâm Ngày nay, việc lên bản vẽ thiết kế không chiếm nhiều thời gian của người thiết kế vì sự trợ giúp của các công cụ của công nghệ thông tin Trong đó các phẩm mềm hô trợ thiết kế đã luôn được dùng đê tiến hành thiết kế chỉ tiết máy.

Nhận thây được tâm quan trọng đủ em đã được thầy giao để tài Mô phỏng động học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ IFA trên Catia Đây là một để tài mới đoi với sinh viên ngành động lực, nó không những giúp cho em có điều kiện đê chuân lại các kiến thức đã học ở trường mà còn củ thê hiêu biết kiến thức nhiều hơn khi tiếp xúc với thực tế thiết kế.

Được sự giúp đỡ và hưởng dân tận tình của thầy Nguyên Quang Trung, các thây cô trong khoa cùng với việc tìm hiêu, tham khảo các tài liệu liên quan và vận dụng các kiến thức được học, em đã cổ găng hoàn thành để tài này Mặc dù vậy, do kiến thức của em có hạn, đề tài mới, phần mềm mới chưa được phô biến ở Việt nam việc tìm kiếm tài liệu gặp nhiều khó khăn nên đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Em mong các thầy cô góp ỷ, chỉ bảo thêm đê kiến thức của em ngày càng hoàn thiện hơn.

Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hưcmg dân "Nguyên Quang Trung” cùng các thây cô trong khoa và các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ đê em hoàn thành đồ án này.

Trang 3

1 Mục đích, ý nghĩa của đề tài

Ngày nay có rất nhiều phần mềm hồ 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 nhiềuthời gian Trong các công đoạn của quá trình sản xuất cơ khí thì sự tiện ích của cácphần mềm hồ trợ thực sự có vai trò đóng góp hết sức to lớn Từ việc lên bản vẽ thiết kếchi tiết máy đến việc mô phỏng lắp ghép và kiểm tra độ bền của các chi tiết máy trướckhi đưa vào sản xuất thực tế Do đó, các phần mềm hồ trợ đã tiết kiệm rất nhiều thờigian và kinh tế trong sản xuất, hạn chế và tránh những sai sót gặp phải trong quá trình

sản xuất thực tế Phần mềm : “Catia thiết kế và mô phỏng các CO’ cấu máy ” là một

trong những phầm mềm hỗ trợ cho những người đang học tập cũng như làm việc tronglĩnh vực thiết kế chi tiết và cơ cấu máy Và hiện tại phần mềm này là một trong nhữngphần mềm mới chưa được ứng dụng phổ biến đối với sinh viên và kỳ sư của chúng ta

Vì vậy em chọn nghiên cứu ứng dụng phần mềm Catia làm đề tài tốt nghiệp chomình Em đã thực hiện việc nghiên cứu học tập từ lý thuyết đến thực hành đê sữ dụngphần mềm Catia trong thiết kế và mô phỏng các cơ cấu máy

Em hy vọng đề tài này sẽ mang đến cách nhìn tổng quan về thiết kế và mô phỏngchi tiết, cơ cấu máy trong Catia Tạo tiền đề cho việc nghiên cứu sâu hơn các tính năng

mà phần mềm hô trợ, giúp cho người kỹ sư có cách nhìn mới về thiết kế, mô phỏng 3Dmột cách chính xác và trung thực

2 Tổng quan cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền động cơ đốt trong.

2.1 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc của cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền.

2.1.1 Nhiệm vụ

Biến chuyến động tịnh tiến của Piston thành chuyền động quay của trục khuỷu đếđưa công suất ra ngoài

2.1.2 Điều kiện làm việc

Trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền, mồi chi tiết có điều kiện làm việc khác nhau:

- Trạng thái làm việc của trục khuỷu rất nặng:

+ Trục khuỷu chiụ tác dụng của lực khí thể, lực quán tính Các lực này có trị sốrất lớn và biến thiên theo chu kỳ nhất định nên có tính chất va đập mạnh

+ Các lực tác dụng gây ra ứng suất uốn và xoan trục đồng thời còn gây ra hiệntượng dao động dọc và dao động xoắn làm động cơ rung động mất cân bàng

3

Trang 4

+ Các lực này còn gây ra hao mòn các bề mặt ma sát cổ trục và trục khuỷu

- Đối với thanh truyền: Trong quá trình làm việc, thanh truyền chịu lực tông họpcủa lực khí thể và lực quán tính (Ps) Ngoài ra do thanh truyền chuyển động songphăng nên nó cũng chịu lực quán tính tác dụng trên trọng tâm thanh truyên Các lựcnày thường làm cho thanh truyền bị cong và bị xoắn

- Đối với Piston: Điều kiện làm việc của Piston rất nặng nhọc vừa chịu tải trọng

cơ học vừa chịu tải trọng nhiệt Ngoài ra Piston còn chịu ma sát và ăn mòn

+ Tải trọng cơ học: trong quá trình cháy, khí hổn hợp cháy sinh ra áp suất rất lớntrong buồng cháy, trong chu kỳ công tác áp suất khí thể thay đổi rất lón vì vậy lực khíthể có tính chất va đập

+ Tải trọng nhiệt: trong quá trình cháy Piston trực tiếp tiếp xúc với sản vật cháy

có nhiệt độ rất cao Mà như vậy nhiệt độ của Piston và nhất là nhiệt độ phần đỉnhPiston củng rất cao

+ Ma sát và ăn mòn: Trong quá trình làm việc Piston chịu ma sát khá lớn do thiếudầu bôi trơn và lực ngang N ép Piston vào xi lanh, ma sát càng lớn do biến dạng củaPiston Ngoài ra đỉnh Piston tiếp xúc trực tiếp với sản vật cháy nên còn bị sản vật cháy

Trang 5

Mô phỏng động học cơ câu khuỷu trục - thanh truyên động cơ IFA trên Catia

Hình 2 - 1 Ket cấu piston động cơ Diesel 4 kỳ+ Ket cấu đinh Piston

- Ket cấu của đỉnh Piston : Đỉnh Piston có kết cấu rất đa dạng gồm đỉnh bằng

Đỉnh lõm có diện tích chịu nhiệt lớn hơn đỉnh bàng nhưng có ưu điểm là tạo raxoáy lốc trong quá trình nén và trong quá trình cháy

+ Ket cấu đầu Piston : Nhiệm vụ chủ yếu của đầu Piston là bao kín và là nơi bốtrí rãnh xéc măng, số lượng rãnh xécmăng khí chọn từ 3-Ỉ-5 , số lượng rãnh xécmăngdầu từ 1-ỉ- 3

Đe giảm nhiệt cho xécmăng khí thứ nhất cần bố trí xécmăng khí thứ nhất cànggần khu vực nước làm mát càng tốt Chọn sổ xécmăng khí theo nguyên tắc : áp suấtkhí thế càng cao , tốc độ càng thấp , đường kính xi lanh càng 1ÓTI thì chọn số xécmăngkhí càng nhiều

5

Trang 6

+ Ket cấu thân Piston : Thân Piston có tác dụng là dẫn hướng cho Piston chuyểnđộng trong xi lanh và chịu lực ngang N Đẻ dẫn hướng tốt và ít va đập khe hở giữathân Piston và xi lanh cần phải nhỏ Chiều dài của thân càng 1ÓT1 thì dẫn hướng càngtốt áp suất tác dụng lên Piston càng nhỏ, Piston ít bị mòn Tuy nhiên thân càng dài thìkhổilượng của Piston càng lớn và ma sát càng lớn

Vị trí của lỗ bệ chốt : khi chịu lực ngang nếu chốt Piston đặt ở chính giữa thânthì ớ trạng thái tĩnh áp lực phân bố đều Nhưng khi Piston chuyên động do lực ma sáttác dụng làm cho Piston có xu hướng quay quanh chốt nên áp suất của Piston nén trên

xi lanh sẽ phân bố không đều nữa

Dạng của thân Piston : Dạng của thân Piston thường không phải là hình trụ màtiết diện ngang thường có dạng ô van hoặc vát ớ hai đầu bệ chốt Piston Làm như vậy

là đế khi Piston bị biến dạng do lực khí thể pz, lực ngang N và nhiệt, Piston không bị

bó kẹt trong xi lanh

Đê khắc phục hiện tượng bó kẹt của piston người ta làm thân Piston có dạng ôvan trục ngắn trùng với đường tâm chốt, hoặc tiện vát bớt mặt thân Piston ở phía haiđầu bệ chốt

Hình 2-2 Trạng thái biến dạng của Piston khi chịu nhiệt,

lực khí thể pz và lực ngang N

2.2.2 Kết cẩu nhóm thanh truyền

Trong động cơ đốt trong thông thường có một hoặc nhiều hàng xylanh Tuỳ vào

sổ hàng xi lanh mà kết cấu và số lượng thanh truyền sẽ khác nhau

Dộng cơ nhiều hàng xi lanh có một trục khuỷu thường gồm hai loại là động cơchừ V và động cơ hình sao Thanh truyền của hai loại động cơ này rất đặc biệt cónhiều diêm khác han so với thanh truyền động cơ một hàng xi lanh

Trang 7

2.2.2.1 Kết cấu thanh truyền động cơ một hàng xi lanh.

Ở động cơ một hàng xi lanh số lượng thanh truyền sẽ băng sổ lượng xi lanh vàtrên một cô khuỷu chỉ lắp một thanh truyền Ket cấu của thanh truyền một hàng xi lanhgồm ba phần

- Đầu nhỏ thanh truyền: Ket cấu đầu nhỏ phụ thuộc vào kích thước chốt piston

và phương pháp lắp ghcp chốt piston với đầu nhỏ thanh truyền

Khi chốt lắp tự do đầu nhó thanh truyền có dạng hình trụ rỗng Thanh truyền củađộng cơ lớn thường dùng đầu nhỏ dạng cung tròn đồng tâm, đôi khi dùng kiểu ô van

đe tăng độ cứng của đầu nhỏ

Trong động cơ máy bay, động cơ dùng trên ôtô, đầu nhỏ thanh truyền có dạng trụimỏng ( hình 2 - 3.c)

Khi lắp chốt piston tự do có sự chuyển động tương đối giữa chốt piston và đầunhỏ nên phải chú ý bôi trơn mặt ma sát Thông thường dầu nhờn được đưa lên mặtchốt piston và bạc lót đầu nhỏ bàng đường dẫn dầu khoan dọc theo thân thanh truyền.Phía trên đầu nhỏ thanh truyền của động cơ cao tốc, đôi khi làm lồi lên một ít,vấu lồi này dùng đế điều chỉnh trọng lượng và trọng tâm của thanh truyền

Đầu nhỏ thanh truyền của các động cơ dùng kiểu lắp chốt piston cố định trên đầunhỏ thanh truyền có dạng như hình 2 - 4 và hình 2 - 5

7

Trang 8

\ r

Hình 2-4 Đầu nhỏ thanh truyền khi lắp cổ định với chốt piston

Ket cấu đầu nhỏ thanh truyền loại này phụ thuộc vào phương pháp cố định chốtpiston trên đầu nhỏ

Cố định chốt piston trên đầu nhỏ thanh truyền theo kiều giới thiệu trên hình 2 5a,c tương đối khó khăn

-Hình 2 - 5 Cố định chốt Piston trên đầu nhỏ thanh truyền

- Thân thanh truyền:

Chiều dài 1 của thân thanh truyền phụ thuộc vào tham số kết cấu X Tiết diện

ngang của thân thanh truyền giới thiệu trên hình 2 - 6

Trang 9

Loại thân thanh truyền có tiết diên tròn ( hình 2 - 6c,d) thường dùng trong động

cơ tĩnh tại và động cơ tàu thuỷ tốc độ thấp Ưu điểm của loại này là dễ chế tạo theophương pháp rèn tự do và dễ gia công Khuyết điểm của loại thân thanh truyền này là

sử dụng vật liệu không họp lý Vì trong mặt phẳng lắc của thanh truyền nó chịu lực lớnnhất, do đó yêu càu thanh truyền phải có mô đuyn chống uốn trong mặt phẳng lắc lớnhơn so với môđuyn chống uốn trong mặt phẳng kia (mặt phẳng thẳng góc với mặtphang lắc) Vì vậy dùng thân thanh truyền có tiết diện tròn nếu đảm bảo độ cứng vừngtrong mặt phăng lăc vừa đủ thì độ cứng vững trong mặt phăng kia sẻ thừa

Hiện nay loại thân thanh truyền có tiết diện chừ I (hình 2 - 6a,b) được dùng rấtnhiều trong động cơ ô tô máy kéo và các động cơ cao tốc Loại thân có tiết diện loạinày sữ dụng vật liệu rất họp lý do đó trọng lượng thanh truyền nhỏ mà độ cứng vữngcủa thanh truyền lớn Loại thân thanh truyền có tiết diện chữ I thường chế tạo theophương pháp rèn khuôn, thích hợp với phương án sản xuất lớn

Ớ vài động cơ nhiều hàng xylanh, đôi khi dùng thân thanh truyền có tiết diện chữ

H (hình 2 - 6e) để tăng bán kính chuyển tiếp từ thân đến đầu to thanh truyền nhằmtăng độ cứng vũng của thân thanh truyền

Loại thân thanh truyền có tiết diện chữ nhật và hình ô van (hình 2 - 6g,h) thườngdùng trong động cơ mô tô xuồng máy, động Cơ cở nhỏ Loại thân này có kết cấu đơngiản dễ chế tạo

Đôi khi để tăng độ cứng vững và dễ khoan đường dầu bôi trơn, thân thanh truyền

có gân gia cổ trên suốt chiều dài của thân Tiết diện của loại thân này giới thiệu trên

Hình 2 - 6 Tiết diên thân thanh truyền

9

Trang 10

hình 2 - 6i Lỗ dầu khoan dọc trên thân thanh truyền dùng để đưa dầu bôi trơn lên bôitrơn chốt piston

- Đầu to thanh truyền:

Kích thước đầu to thanh truyền phụ thuộc vào đường kính và chiều dài chốtkhuỷu Đầu to thanh truyền phải đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Có độ cứng vừng lớn để bạc lót không bị biến dạng nhất là đổi với bạc lótmỏng

+ Kích thước nhỏ gọn để đảm bảo lực quán tính chuyền động quay nhỏ; giảmđược tải trọng lên chốt khuỷu, ổ trục và giảm kích thước hộp trục khuỷu, đồng thời tạokhả năng đặt trục cam gần với trục khuỷu, do đó làm cho buồng cháy của loại động cơdùng xupáp đặt nhỏ gọn hơn

+ Chồ chuyền tiếp giữa thân và đầu to phải có góc lượn lớn đổ giảm ứng suất tậptrung

+ Dễ lắp ghép cụm piston thanh truyền với trục khuỷu

Trong hầu hết các động cơ nhất là động cơ ô tô máy kéo, đầu to thanh truyềnđược cắt thành hai nữa, nữa trên làm liền với thân thanh truyền, nừa dưới cắt rời ra làmthành nắp đầu to thanh truyền Hai nữa của đầu to thanh truyền lắp ghép với nhau bàngbulông hay gujông Trong trường họp này bạc lót đầu to cũng làm thành hai nữa, nữatrên làm liền với thân thanh truyền, nừa dưới cắt rời ra làm thành nắp đầu to thanhtruyền Hai nữa của đầu to thanh truyền lắp ghép với nhau bằng bu lông hay gujông.Trong trường họp này bạc lót đầu to cũng làm thành hai nữa

Đê điều chỉnh khe hở giữa bạc lót đầu to và chốt khuỷu trong quá trình sửa chữasau này, đôi khi người ta lắp nhũng miếng đệm mỏng bàng thép vào mặt phân chia củahai nữa đầu to Khi bạc mòn khe hở tăng lên người ta lấy dần các miếng đệm ra đêđiều chỉnh khe hở

Nhung khuyết điểm của việc dùng những miếng đệm này là giảm độ cúng vũngcủa đầu to, do đó tải trọng tác dụng lên bulông sẻ tăng lên Ngoài ra khi lấy bớt cácmiếng đệm điều chỉnh ra lỗ lắp chốt khuỷu không tròn nữa, phải cạo rà lại bạc lót mớidùng được

Trang 11

Hình 2-7 Đầu to thanh truyền của động cơ ô tô máy kéo (a)

và động cơ tĩnh tại (b)

2.2.2.2 Thanh truyền của động cơ chữ V.

Tuỳ theo vị trí lắp ghép thanh truyền của hai xi lanh chung khuỷu, thanh truyềncủa động cơ chữ V được chia ra thành hai loại

- Loại thanh truyền trung tâm: Loại thanh truyền này có hai thanh truyền cùnglắp chung trên một chốt khuỷu nhưng cả hai thanh truyền cùng nằm trong một mặtphang nên một thanh truyền có hình dạng nạng ( t h a n h truyền ngoài) còn thanh truyềnkia lắp đồng tâm và bị kẹp giữa phần nạng của thanh truyền nạng Cũng như thanhtruyền kế tiếp, kết cấu này có ưu điêm là động học và động lực học của hai thanhtruyền trên hai hàng xi lanh hoàn toàn giống nhau, nhưng chốt khuỷu ngắn hơn chốtkhuỷu ở loại thanh truyền lắp kế tiếp Tuy vậy hai thanh truyền có kết cấu khác nênthanh truyền này có khuyết điêm là chế tạo phức tạp Hơn nữa phải dùng bạc lót có kếtcấu đặc biệt, mặt trong và mặt ngoài của bạc lót đều là mặt làm việc Nghĩa là phải đúctráng hợp kim chịu mòn lên cả hai bề mặt của bạc lót Độ cứng vừng của đầu to thanh

11

Trang 12

truyền nhất là thanh truyền hình nạng kém, dễ biến dạng và bố trí đường dầu bôi trơnbạc lót cùng khó khăn

Hình 2-8 Thanh truyền trung tâm

- Loại thanh truyền chính và thanh truyền phụ: Loại này gồm có một thanhtruyền chính và một thanh truyền phụ lắp trên thanh truyền chính ( t h a n h truyền chính

có chốt để lắp thanh truyền phụ) Loại thanh truyền này ngày nay được dùng khá nhiều

vì nó có ưu diêm chính là kết cấu gọn nhẹ, giảm được kích thước và trọng lượng củađộng cơ, đồng thời vẩn đảm bảo độ cứng vừng của đầu to thanh truyền Song nó cónhược điểm là động học của piston và thanh truyền trên hai hàng xi lanh không giốngnhau Và khi làm việc thanh truyền chính còn chịu thêm mômen uốn phụ do thanhtruyền phụ gây ra Ket cấu của thanh truyền chính và thanh truyền phụ giới thiệu trênhình 2 - 9

Trang 13

Hình 2-9 Thanh truyền chính và thanh truyền phụ

Trục khuỷu lắp trên động cơ này củng có kết cấu khá phức tạp, góc lệch hai khuỷu

kế tiếp 90° Trục khuỷu động cơ chử V thường dùng trong động cơ có công suất cờtrung bình và lớn, kết cấu phức tạp khó chế tạo, giá thành cao

2.2.23 Thanh truyền động cơ hình sao.

Trong động Cơ hình sao, thanh truyền của các xi lanh cùng lắp chung trên mộtchốt khuỷu nên không thể dùng kiểu thanh truyền lắp kiều kế tiếp hoặc thanh truyềntrung tâm được Vì như vậy chốt khuỷu sẽ rất dài, làm giảm độ cứng vững và giảm khảnăng chịu lực của trục khuỷu Trong động cơ hình sao thường chỉ dùng cơ cấu thanhtruyền chính lắp rất nhiều thanh truyền phụ Thanh truyền chính có kích

thước lớn và độ cứng vững cao, trên đầu to của thanh truyền chính có rất nhiềuchốt để lắp thanh truyền phụ

Ket cấu của thanh truyền hình sao giới thiệu trên hình 2 - 1 0

13

Trang 14

7

Hình 2 - 1 0 Thanh truyền chính và thanh truyền phụ của động cơ hình sao.Đầu to thanh truyền thường làm nguyên khối không cắt thành hai nửa, còn nếucắt thành hai nửa thì dùng chốt con (chốt bản lề) để lắp nắp đầu to thanh truyền vớinửa trên của đầu to

Bôi tron bạc lót đầu to thanh truyền phụ cũng tiến hành như trong động cơ chữ

V dầu nhon sau khi bôi tron bạc lót đầu to thanh truyền chính được dẫn đến bôi tronbạc lót đầu to thanh truyền phụ

2.2.3 Kết câu nhóm trục khuỷu nguyên

Trục khuỷu gồm có các phần: Đầu trục khuỷu, khuỷu trục (chốt, má,cổ trụckhuỷu) và đuôi trục khuỷu

Trang 15

Hình 2 - 1 1 Ket cấu tổng thể đầu trục khuỷuĐầu trục khuỷu thường dùng để lắp bánh răng dẫn động bơm nước,bơm dầu bôitrơn, bơm cao áp, bánh đai (puly) đế dẫn động quạt gió và đai ốc khởi động đế khỏiđộng động cơ bàng tay quay Các bánh răng chủ động hoặc bánh đai dẫn động lắp trênđầu trục khuỷu theo kiểu lắp căn hoặc lắp trung gian và đều là lắp bán nguyệt đai ốchãm chặt bánh đai, phớt chắn dầu, 0 chắn dọc trục đều lắp trên đầu trục khuỷu

Ngoài ra các bộ phận thường gặp kế trên trong một số động cơ còn có lắp bộgiảm dao động xoắn của hệ trục khuỷu ở đầu trục khuỷu bộ dao động xoắn có tác dụngthu năng lương sinh ra do mô men kích thích trên hệ khuỷu do đó dập tắc dao động tắtdao động gây ra bỡi mô men

Bộ dao động xoắn thường lắp ở đầu trục khuỷu là nơi có biên độ dao động xoắnlớn nhất

Cổ trục : các cổ trục thường có cùng kích thước đường kính (Đường kính cổ trụcthường tính theo sức bền và điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn, quy định thờigian sử dụng và thời gian sửa chữa động cơ)

Trong một vài động cơ cổ trục làm lớn dần theo chiều tù’ đầu đến đuôi trục đổđảm bảo sức bền va ìkhả năng chiu lực của co trục được đồng đều hơn

Khi đường kính cô trục tăng làm tăng thêm độ cứng vững trục khuỷu mặt khác

mô men quán tính độc cực của trục khuỷu tăng lên, độ cứng chống xoắn của trục tănglên mà khối lượng chuyên động quay hệ thống trục khuỷu vẫn không thay đôi

Hình 2 - 1 2 Kết cấu khuỷu trục

15

Trang 16

Chốt khuỷu: có thể lấy đường kính của chốt khuỷu lấy bàng đường kính của cổtrục khuỷu, nhất là động cơ cao tốc do phụ tải và lực quán tính lớn muốn vậy để tăngkhả năng khả năng làm việc bạc lót và chốt khuỷu người ta thường tăng đường kínhchốt khuỷu

Như vậy kính thước và khối lượng đầu to thanh truyền đàu to sẽ tăng theo tần sốdao động riêng sê giảm có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng trong phạm vi tốc độ sửdụng cho phép Vì vậy cần phải lựa chọn chiều dài sao cho có thê thoã mãn điều kiệnhình thành màng dầu bôi trơn, và trục khuỷu có độ cúng vừng lớn, do đó đề giảm trọnglượng chốt khuỷu phải làm rồng, chốt khuỷu rồng có tác dụng chứa dầu bôi trơn bạclót đầu to thanh truyền giảm khối lượng quay thanh truyền, lỗ rồng trong chốt khuỷu

có thê làm đồng tâm hoặc lệch tâm với chốt khuỷu

Má khuỷu: là bộ phận nối liền giữa cổ trục và chốt khuỷu, hình dạng má khuỷuchủ yếu phụ thuộc vào dạng động cơ, trị số áp suất khí thể và tốc độ quay của trụckhuỷu

Khi thiết kế má khuỷu động cơ cần giảm trọng lượng , má khuỷu có nhiều dạngnhưng chủ yếu dạng má hình chữ nhật và hình tròn có kết cấu đơn giản dễ chế tạo,dạng má hình ô van có kết cấu phức tạp loại má khuỷu hình chữ nhật phân bổ lợi dụngvật liệu không hợp do tăng khối lượng không cân bằng má khuỷu, má khuỷu dạng trònsức bền cao có khả năng giảm chiều dày má do đó có thể tăng chiều dài cổ trục và chốtkhuỷu và giảm mài mòn cổ trục và chốt khuỷu mặt khác má tròn dễ gia công

Đối trọng lắp trên khuỷu có hai tác dụng:

+ Cân bằng mô men lực quán tính không cân bằng động cơ chủ yếu là lực quántính ly tâm nhưng đôi khi dùng đế cân bàng lực quán tính chuyển động tịnh tiến nhưđộng cơ chữ V

+Giảm phụ tải cho cổ trục nhất là giữa động cơ bổn kỳ có 4,6,8 xi lanh vì ở động

cơ này có lực quán tính và mô men quán tính tự cân bằng nhưng ứng suất giữa cổ trụcchịu ứng suất uốn lớn, khi dùng đối trọng mô men quán tính nói trên được cân bằngnên cổ trục giữa không chịu ứng suất uốn do lực quán tính mô men gây ra Mặt kháctrục khuyu không phai là chi tiết cúng vừng tuyệt đối và thân máy trong thực tế bị biếndạng nên trong động cơ dùng đối trọng đe cân bàng

Trang 17

Đuôi trục khuỷu thường lắp với các chi tiết máy của động Cơ truyền dẫn côngsuất ra ngoài máy công tác

- Trục thu công suất động cơ thường đồng tâm với trục khuỷu, dùng mặt bíchtrục khuỷu đế lắp bánh đà

Ngoài kết cấu dùng đế lắp bánh đà trên đuôi trục khuỷu còn có lắp các bộ phậnđặc biệt:

+Bánh răng dẫn động cơ cấu phụ: Trong một vài loại động cơ do đặc điểm kếtcấu phải bố trí dẫn động cơ cấu phụ phải lắp bánh răng đuôi trục khuỷu nên phía đuôitrục khuỷu phải có mặt bích đê lăp bánh răng

+Vành chắn dầu trên đuôi trục khuỷu có tác dụng ngăn không cho dầu nhờn chảy

ra khỏi các te

Các dạng trục khuỷu phụ thuộc vào số xi lanh, cách bố trí xi lanh sổ kỳ động cơ

và thứ tự làm việc của các xi lanh kết cấu trục khuỷu phải đảm bảo động cơ làm việcđồng đều biên độ dao động và mô men xoắn tương đối nhỏ

- Động cơ làm việc cân bàng ít rung động

- ứng suất sinh ra do dao động xoắn nhỏ

- Công nghệ chế tạo giá thành rẻ

Kích thức của trục khuỷu phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách giữa hai đườngtâm xi lanh, chiều dày của lót xi lanh và phương pháp làm mát Đối với động cơ hai kỳkích thước trục khuỷu còn phụ thuộc vào hệ thống quét thải

17

Trang 18

cỡ nhỏ, động cơ cao tốc có công suất lớn đc đế giảm hiện tượng dao động của trục cầnrút ngắn chiều dài trục khuỷu

Hình 2 - 1 5 Kết cấu trục khuỷu ghép

2.2.5 Kết cấu trục khuỷu thiếu co

Đặc điểm kết cấu trục khuỷu loại này kích thước nhỏ gọn nên có the rút ngắnchiều dài của thân máy và giảm khối lượng động cơ

Trục khuỷu thiếu cổ có độ cứng vừng kém vì vậy khi thiết kết cần kích thước cổtrục, chốt khuỷu đồng thời tăng chiều dày và chiều rộng má khuỷu đê tăng độ cứng

Trang 19

vừng cho trục khuỷu.Thường dùng trong động cơ xăng ôtô máy kéo và động Cơ điezencông suất nhó do phụ tải tác dụng lên cổ trục nhỏ

Hình 2 - 1 6 Ket cấu trục khuỷu thiếu cổ

2.2.6 Kết cẩu trục khuỷu chữ V

Loại trục khuỷu này thường dùng trong động cơ có hai hàng xi lanh góc lệch hai

, , 0

khuỷu kêt tiêp 90

Trục khuỷu chữ V thường dùng trong động cơ có công suất cờ trung bình và lớn,kết cấu phức tạp khó chế tạo, giá thành cao

Hình 2 - 1 7 Ket cấu trục khuỷu chủ V

2.3 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ xi lanh bố trí thắng hàng.

Đối với động cơ xi lanh bổ trí thẳng hàng thường sữ dụng cơ cấu khuỷu trụcthanh truyền lệch tâm.Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền này được ứng dụng khá rộngrãi, nó có kết cấu đơn giản

Hình 2 - 1 8 Cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền động cơ xi lanh bố trí thăng hàng

19

Trang 20

- Trục khuỷu lắp trên Cơ cấu này thường dùng trục khuỷu nguyên, là loại trụckhuỷu có các bộ phận cổ trục, khuỷu trục làm liền với nhau thành một khối

- Thanh truyền dùng trên cơ cấu này thường dùng thanh truyền có tiết diện thânhình chử I, đây là loại thanh truyền có kết cấu đơn giản được chế tạo theo phươngpháp rèn khuôn rất thích hợp với phương án sản xuất lớn

- Piston thường dùng cho Cơ cấu này là dạng Piston đỉnh lõm, phần lõm có thể làtoàn đỉnh hoặc chỉ lõm xuống ớ một vùng của đỉnh Chỏm cầu lõm có thê đồng tâmhoặc lệch tâm Loại Piston này có diện tích chịu nhiệt lớn hơn đỉnh bằng nhưng có ưuđiểm là tạo ra xoáy lốc nhẹ trong quá trình nén và trong quá trình cháy

2.4 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ xi lanh bo trí chử V

Động cơ chử V ra đời nhằm tăng số xi lanh cho động cơ đê tăng công suất củađộng cơ Nó có kết cấu rất gọn nhẹ, chiều cao động cơ thấp, chiều dài ngắn hơn so vớiđộng cơ một hàng xi lanh có cùng công suât Tính cân bàng của động cơ rất tốt, động

cơ vận hành êm, độ rung động nhỏ

Ket cấu của cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền trên động cơ chử V phức tạp honđộng cơ thẳng hàng

Trang 21

2.5 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền của động cơ xi lanh bố trí hình sao

Động cơ hình sao gồm các động cơ mà đường tâm xi lanh nằm trong các mặtphăng thăng góc với đường tâm của trục khuỷu Loại động cơ này có khá nhiêu xilanh, các xi lanh sắp xếp theo cá hình sao 3, 5, 7, 9 cánh Mỗi cánh của động cơ hìnhsao tương đương với một hàng xy lanh, nên loại động cơ này củng thuộc vào loại động

cơ nhiều hàng xi lanh, số xi lanh trên mỗi hàng xi lanh không quá 6 sổ cánh tronghình sao không quá 9

Hình 2 - 20 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ bố trí hình sao

Do kết cấu của động cơ khá phức tạp nên cơ cấu khuỷu trục thanh truyềndùng trên động cơ loại này củng phức tạp và rất tốn kém

Trong động cơ hình sao, thanh truyền của các xi lanh cùng lắp chung trênmột chốt khuỷu nên không thê dùng kiêu thanh truyền lắp kiêu kế tiếp hoặc thanh

21

Trang 22

TÊN THÔNG SÒ KÝ HIỆU THỨ NGUYÊN GIÁ TRỊ

Kiểu xupap

Trang 23

TÊN THÔNG SÔ KÝ HIỆU THƯ

Trang 24

2.6 Xác định quy luật động học của piston bằng phương pháp đồ thị

2.6.1 Xây dựng đô thị công

2.6.1.1 Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén.

Ta có: phương trình đường nén đa biến: p.vnl = conts, do đó nếu gọi X làdiêm bât kỳ trên đường nén thì [1]:

Pa - áp suất đầu quá trình nén

- Động cơ không tăng áp: Pa = (0,8 -ỉ- 0,9)pk

8- tỷ Số nén, 8=17 (Theo [1] trang 138, đây là động cơ Diezel buồng

cháy phân cách )

nr chỉ số nén đa biến trung bình

- Động cơ Diesel buồng cháy ngăn cách: ni = (1,34-5-1,38)

Chọn ni = 1,37

=> Pc = 0,09.17 l>37 = 4,3647 [MN/m2]

2.6.1.2 Xây dựng đường cong áp suất trên đường giãn nở.

Phương trình của đường giãn nở đa biến là [1]: p.V" 2 = const, do đó nếu gọi

Chọn:

Trong đó:

Pa = 0,9pk

pk- áp suât trước xúpáp nạpChọn pk = Po = 0,1 [MN/m2]

Vậy: p a = 0,9.0,1 = 0,09 [MN/m2]

X là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì:

p V " 2 = p ỵ " 2 r' z , r z r gnx' gnx

Từ đó rút ra:

Ở đây:

pz- áp suất cực đại, pz = 7.0 [MN/m2]

v=p.v

Trang 26

VY i

inI i/in' Pc(l/inl) i"2 1/i"2 Pz pn2.(l/i"2)

2.6.1.3 Xác định các điêm đặc biệt và hiệu chỉnh đồ thị công.

Vẽ hệ trục tọa độ (V, p) với các tỷ lệ xích: \Xy= 10,244.10‘3 [lít/mm]

Trang 27

pr- áp suất khí sót, phụ thuộc vào loại động cơTốc độ trung bình của piston:

Trong đó: Po- áp suất khí trời

Vì động cơ không tăng áp, có lắp bình tiêu âm trên đường thải nên thay

Po ở trên bằng áp suất trên đường thải pth,với [1 ]: pth =(1,02-H ,04).p0

Chọn: Pth = l,04p0 và pr = l,029pthVậy: pr= l,029.pth= 1,029.1,04 p0 = 1,029.1,04.0,1

Trang 28

Với v2 = p.vc= 1,55 0.1025= 0.1589 [1]

(0.1589 [1];7 [MN/m2])Nối các điểm trung gian của đường nén và đường giãn nở với các điềm đặcbiệt, sẽ được đồ thị công lý thuyết

Dùng đồ thị Brick xác định các điểm :

- Phun sớm c\

- Mở sớm (V), đóng muộn (r”) xupáp thải

- Mở sớm (r’), đóng muộn (a”) xupáp nạp

Hiệu chỉnh đồ thị công :

Động cơ Diesel lấy áp suất cực đại bằng pz

Xác định các điêm trung gian:

- Trên đoạn cy lấy điểm c” với c”c = 1/3 cy

- Trên đoạn yz lấy điếm z” với yz” = 1/2 yz

- Trên đoạn ba lấy điếm b” với bb” = 1/2 ba

Nổi các điểm c’c”z” và đường giãn nở thành đường cong liên tục tại ĐCT

và ĐCD và tiếp xúc với đường thải, ta sẽ nhận được đồ thị công đã hiệu chỉnh

Trang 29

Trang 30

Thật vậy, ta có thê chứng minh điều này rất dễ dàng.

Thay quan hệ trên vào công thức tính AC, sau khi chỉnh lý ta có :

Trang 31

và 1 ’, 2’, 3’, , n’ theo chiều như hình 3 - 2 (n = 8 ; a =45° )

Từ các điểm 0, 1, 2, 3, kẻ các đường thẳng góc với AB kẻ từ 0, r, 2’, 3’, tại các điểm o, a, b, c, Nối o, a, b, c, bằng đường cong ta được đường biểudiễn trị số vận tốc

Các đoạn thẳng al, b2, c3, nằm giữa đường cong o, a, b, c với nữa đường tròn

Rj biểu diễn trị số của vận tốc ở các góc a tương ứng; điều đó có thể chúng minh dỗ

dàng

Từ hình 3 - 3, ở một góc a bất kỳ ta có : bb’ = R2.sin2a và b’2 = R^sinot

Do đó : V a = bb'+b'2 = R 2 Sin2a + Rị.Sina = R.coí Sina + —.Sin2a I

31

Trang 32

Hình 3 - 3 Đồ thị xác định vận tốc của piston và chuyên vị s.

3.1.4 Xây dựng đồ thị gia tốc theo phương pháp Tôlê.

Chọn tỷ lệ xích |Lij = 1,45.co2 = ly45.235,52 = 80417,36 [mm/s2.mm]

Lấy đoạn thẳng AB = s = 2R = 145 (mm)

Giá trị biêu diên là: AB = — = —= 160 [mml.

JLI S 0,90625Tinh Jmax, Jmin [2]:

+ ỹmax = R Ũ ) 2 ( 1 + Ẫ )= 72,5.235,52.(l + 0,25) = 5026085,156 [mm/s2].+ ỹmin =-R CO 2 {\- Ả )= -72,5.235,52.(l-0,25)= -3015651,093 [mm/s2]

Trang 33

BD = = — _ — = -37,5 [mm] Nôi CD căt AB ở E

jUj 80417,36

Lấy EF [2Ị:

EF = -3.Ả.R.CỚ 2 =-3.0,25.72,5.235,52 =-3015651,093 [mm/s2].Giá trị biểu diễn của EF là :

4 Giới thiệu phần mềm Catia

4.1 Lịch sữ ra đời và các tính năng của phần mềm Catia

4.1.1 Lịch sử ra đời Catia

CATIA bắt đầu được hãng sản xuất máy bay Pháp Avions Marcel Dassaultphát triển, vào thời điềm đó là khách hàng của các phần mềm CADAM CAD Lúc đàuphần mềm tên là CATI (Conception Assistée Tridimensionnelle Interactive - tiếngPháp nghĩa là Thiết kế ba chiều được máy tính hỗ trợ và có tương tác ) Nó đã đượcđổi tên thành CATIA năm 1981, khi Dassault tạo ra một chi nhánh để phát triển và báncác phần mềm và ký họp đồng không độc quyền phân phối với IBM

33

Trang 34

Năm 1984, Công ty Boeing đã chọn CATIA là công cụ chính để thiết kế 3D, vàtrở thành khách hàng lớn nhất

Năm 1988, CATIA phiên bản 3 đã được chuyên từ các máy tính Mainírame sangUNIX

Năm 1990, General Dynamics/Electric Boat Corp đã chọn CATIA như là công

cụ chính thiết kế 3D, thiết kế các tàu ngầm hạt nhân của Hải quân Hoa Kỳ

Năm 1992, CADAM đã được mua từ IBM và các năm tiếp theo CADAMCATIA V4 đã được công bố Năm 1996, nó đã được chuyển từ một đến bốn hệ điềuhành Unix, bao gồm IBM AIX, Silicon Graphics IRIX, Sun Microsystems SunOS vàHewlett-Packard HP-UX

Năm 1998, một phiên bản viết lại hoàn toàn CATIA, CATIA V5 đã được pháthành, với sự hỗ trợ cho UNIX, Windows NT và Windows XP từ 2001

Năm 2008, Dassault công bố CATIA V6, hồ trợ cho các hệ điều hành Windows,các hệ điều hành không phải Windows không được hỗ trợ nữa

4.1.2 Tỉnh năng của phần mềm Catia

Phần mềm CATIA là hệ thống CAD/CAM/CAE 3D hoàn chỉnh và mạnh mẽ nhấthiện nay, do hãng Dassault Systems phát triển, phiên bản mới nhất hiện nay là CATIAV5R19 , là tiêu chuẩn của thế giới khi giải quyết hàng loạt các bài toán lớn trong nhiềulĩnh vực khác nhau như: xây dựng, cơ khí, tự động hóa, công nghiệp ô tô, tàu thủy vàcao hơn là công nghiệp hàng không Nó giải quyết công việc một cách triệt để, từ khâuthiết kế mô hình CAD (Computer Aided Design), đến khâu sản xuất dưa trên cơ sởCAM (Computer Aided Manufacturing, khả năng phân tích tính toán, tối ưu hóa lờigiải dựa trên chức năng CAE(Computer Aid Engineering) của phần mềm CATIA CácMôdun chính của CATIA như sau:

Hình 4 - 1 Mô hình sản phâm catia

Trang 35

- Mechanical Design:

Cho phép xây dựng các chi tiết, các sản phẩm lắp ghép trong cơ khí Vẽ và thiết

kế các chi tiết 2D, 3D Xuất bản vẻ 2D, lắp ráp các chi tiết, mô phỏng quá trình lắp rápcác chi tiết Tạo mô hình khung dây và mặt ngoài Ghi, chú thích và sai số kích thướctrong không gian 3D

Hình 4-2 Mô hình tạo bằng Mechanical Design

- Shape design and styling:

Modul này cho phép thiết kế các bề mặt có biên dạng, kiếu dáng phức tạp tronglĩnh vục thiết kế võ ô tô, tàu biến, máy bay Thiết lập bản vẽ nhanh, vẽ các biên dạngphức tạp Tối ưu các biên dạng bề mặt, xây dựng các hình dạng chi tiết bằng số hóa tọa

độ các điểm Tạo những hình ảnh tương tác bắt mắt qua việc thay đổi camera, gán vậtliệu, củng như tạo chuyền động, diễn tả kết quả ở không gian phối cảnh qua chức năngPhoto Studio Nó có thể tái lập nhanh cấu trúc bề mặt một chi tiết

Hình 4-3 Mô hình tạo bàng Shape Design and Styling

35

Trang 36

- Catia solids geometry:

Mô hình hóa thể tích để tạo hình, hiệu chỉnh và phân tích vật thể Nó chophép các toán tử logic giữa các vật the (hợp, giao, trừ) Vật thế được tạo từ các đốitượng đơn giản bằng việc dịch chuyến hoặc quay Profíle.(hình 4 - 4 )

Hình 4-4 Mô hình hóa vật thể Hình 4-5 Mô phỏng động học

- Catia kinematics:

Giúp xác định cấu trúc động học của cơ cấu, mô phỏng và phân tích chuyểnđộng, xác định vận tốc và gia tốc của các chi tiết, cơ cấu, đường chuyển động và giảiquyết các bài toán va chạm.(hình 4 - 5 )

- Catia image design:

Tạo sự biểu diễn thực với phần khuất hoàn toàn, xác định điều kiện chiếu sáng vàcác thông số bề mặt của đối tượng

- Catia íĩnite element modeller:

Tạo mô hình tổng thể, mô tả tính chất vật lý và vật liệu, điều kiện biên và tảitrọng đối tượng.(hình 4 - 6 )

Hình 4-6 Thể hiện sự mô tả tính chất vật lý của vật liệu

Trang 37

Tạo chương trình chứa phần nguyên công phay.(hình 4 - 8 )

Hình 4-8 Thể hiện modul phay trong Catia

Định dạng
Số trang	75
Dung lượng	4,24 MB