Bản word + bản vẽ Bố trí chung., bản vẽ lắp, sơ đồ nguyên lý. bản vẽ chi tiết hệ thống phân phối khí 1 xy lanhLỜI NÓI ĐẦU1CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ81.1.Điều kiện làm việc và yêu cầu81.2.Phân loại hệ thống101.3.Phương án chọn hệ thống13CHƯƠNG 2: CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ262.1.Sơ đồ cấu tạo262.2.Nguyên lí hoạt động26CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NHIỆT283.1.Mục đích tính toán nhiệt283.2.Tính toán nhiệt283.2.1.Các thông số kỹ thuật ban đầu283.2.2.Chọn các thông số tính toán nhiệt283.2.3.Quá trình nạp303.2.4.Quá trình nén303.2.5.Quá trình cháy313.2.6.Quá trình giản nở323.2.7.Các thông số đặc trưng của động cơ.333.2.8.Bảng kết quả tính toán353.3.Đồ thị công chỉ thị363.3.1. Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị công363.3.2. Dựng đường cong nén373.3.3. Dựng đường cong giãn nở37CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CHỌN CÁC THÔNG SỐ BỐ TRÍ CHUNG CỦA HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ414.1.Bố trí chung của hệ thống phân phối khí414.2.Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống phân phối khí434.2.1. Tính toán xupap nạp434.2.2. Tính toán xupap thải444.2.3.Bảng kết quả tính toán được464.2.4.Lò xo xupap474.2.5.Cò mổ474.2.6.Con đội484.2.7.Ống dẫn hướng xupap494.2.8.Đũa đẩy504.3.Tính toán biên dạng cam514.3.1. Động học con đội514.3.2. Dựng hình cam lồi514.3.3.Động học con đội đáy bằng53CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KĨ THUẬT575.1.Quy dẫn khối lượng các chi tiết máy của cơ cấu phân phối khí575.2 Tính toán thông số kỹ thuật các chi tiết585.2.1 Tính toán lò xo xupap585.2.2 Tính bền trục cam635.2.3 Tính bền con đội665.2.4 Tính sức bền của đũa đẩy665.2.5 Tính bền đòn bẩy675.2.6 Tính sức bền của xupáp67CHƯƠNG 6: QUY TRÌNH THÁO LẮP VÀ BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ696.1 Tháo lắp cơ cấu phân phối khí706.2 Sửa chữa các chi tiết cơ cấu phân phối khí716.2.1 Sửa chữa xupáp:716.2.2 Sửa chữa bệ đỡ xupáp:726.2.3 Sửa chữa ống dẫn hướng xupáp:736.2.4 Sửa chữa lò xo xupáp:746.2.5 Sửa chữa dàn cò mổ:746.2.6 Sửa chữa con đội và ống dẫn hướng:746.2.7 Sửa chữa trục cam:74TÀI LIỆU THAM KHẢO76
LỜI NĨI ĐẦU MỤC LỤC CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ 1.1 Điều kiện làm việc yêu cầu 1.1.1 Điều kiện làm việc - Trong trình làm việc mặt nấm xupap chịu tải động phụ tải nhiệt lớn Lực khí thể tác động lên diện tích mặt nấm xupap lên đến 20.000 N ,trong động cường hóa tăng áp lực tăng đến 30.000 N - Mặt nấm xupap va đập mạnh với đế xupap nên dể biến dạng - Do xupap trục tiếp tiếp xúc với khí cháy nên phải chịu nhiệt độ cao Nhiệt độ xupap thải động Diesel 500 – 600 0C Nhất kỳ thải, nấm thân xupap phải tiếp xúc với dòng khí thải có nhiệt độ khoảng 700 – 900 0C - Với tốc độ dòng thải lớn, bắt đầu đạt vận tốc 400 – 600 m/s nên dễ khiến xupap xả trở nên q nóng bị dòng khí ăn mòn - Trong nhiên liệu có lưu huỳnh nên cháy tạo axit ăn mòn mặt nấm xupap - Chịu lực va đậpthay đổi liên tục, có tần số lớn: cò mổ, xupap, lò xo xupap - Chịu mài mòn ma sát: cam, đội, bề mặt tiếp xúc nấm xupap đế xupap, cò mổ, - Chịu nén: đũa đẩy, lò xo, thân xupap - Chịu ứng suất xoắn: lò xo - Chịu uốn: đũa đẩy, trục cam,cò mổ - Gây giãn nở biến dạng cho cò mổ, xupap, lò xo 1.1.2 Yêu cầu Yêu cầu vật liệu - Vật liệu chế tạo phải chịu nhiệt độ cao - Hệ số dẫn nhiệt lớn,hệ số giản nỡ nhiệt nhỏ - Vật liệu phải chịu ứng suất, độ cứng vững tốt đủ bền ,chịu va đập tránh phá hủy vật liệu - Chịu mài mòn ma sát, chịu uốn ,chịu kéo ,chịu nén , chịu xoắn Yêu cầu cấu - Đảm bảo thải nạp đầy - Các xupap phải đóng mở phải thời điểm quy định - Độ mở lớn để dòng khí dễ lưu thơng - Các xupap phải kín khít, tránh để lọt khí q trình nén giãn nở - Hệ thống phải làm việc êm dịu, tin cậy công chi phí thấp, tuổi thọ chi tiết cao cháy tạo axit ăn mòn mặt nấm xupap - Chịu lực va đập thay đổi liên tục, có tần số lớn: cò mổ, xupap, lò xo xupap - Chịu mài mòn ma sát: cam, đội, bề mặt tiếp xúc nấm xupap đế xupap, cò mổ, - Chịu nén: đũa đẩy, lò xo, thân xupap - Chịu ứng suất xoắn: lò xo - Chịu uốn: đũa đẩy, trục cam,cò mổ - Gây giãn nở biến dạng cho cò mổ, xupap, lò xo Yêu cầu chung - Đảm bảo thải nạp đầy môi chất công tác mới, muốn xupap cần mở sớm đóng muộn tùy theo kết cấu loại động - Đảm bảo đóng mở thời gian qui định ( theo góc phân phối khí phối khí) - Độ mở lớn để dòng khí dễ lưu thơng - Đảm bảo đóng kín buồng cháy động kỳ nén, nổ xupap thải không mở trình nạp - Dễ hiệu chỉnh sửa chữa, giá thành chế tạo rẻ - Trong trình làm việc, xupap phải chịu nhiệt độ cao (khoảng 1100-1200 C) - Giá thành hợp lí - Dễ bảo trì, sửa chữa - Dễ dàng thay phụ tùng hư hỏng - Tuổi thọ chi tiết cao - Làm việc êm dịu, phát tiếng ồn 1.2 Phân loại hệ thống Cơ cấu phân phối khí Cơ cấu phân phối khí dùng xupap đặt Cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo Cơ cấu phân phối khí sử dụng van trượt 1.2.1 Cơ cấu phân phối khí dùng xupap đặt - Mỗi xupap dẫn động cam, đội, lò xo xupap Hình 1.1 Cơ cấu phân phối khí dùng xupap đặt Ưu điểm: - Chiều cao động giảm, kết cấu xylanh đơn giản, dẫn động xupap thuận tiện Nhược điểm: - Buồng cháy không gọn làm cho tỉ số nén thấp, diện tích làm mát lớn dẫn đến tổn thất nhiệt nhiều 1.2.2 Cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo - Xupap đóng mở dẫn động cam, đội, đủa đẩy, cò mổ, lò xo xupap - Trục cam dẫn động nhờ trục khuỷu cặp bánh phân phối Hình 1.2 Cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo Ưu điểm: - Buồng cháy gọn, diện tích truyền nhiệt nhỏ giảm tổn thất nhiệt - Đối với động xăng dùng hệ thống phân phối khí xupap treo làm cho khả chống kích nổ tăng lên rõ rệt - Ngoài ra, cấu phân phối khí dạng làm cho dạng đường nạp thải khiến sức cản khí động giảm nhỏ, đồng thời tạo điều kiện tăng hệ số nạp Nhược điểm: - Dẫn động xupap phức tạp, tăng chiều cao động - Làm cho kết cấu nắp xi lanh trở nên phức tạp hơn, khó đúc - Độ tin cậy thấp phương án bố trí xupap đặt 1.2.3 Cơ cấu phân phối khí dùng van trượt - Đa số sử dụng động kỳ, piston đóng vai trò van trượt điều khiển đóng mở cửa nạp cửa thải Hình 1.3 Cơ cấu phân phối khí dùng van trượt Ưu điểm: - Tiết diện thông qua lớn, dễ làm mát cấu phân phối khí, tiếng ồn Nhược điểm: - Kết cấu phức tạp, giá thành chế tạo cao 1.3 Phương án chọn hệ thống Dẫn động trực tiếp Dẫn động xupap Dẫn động gián tiếp Một trục(SOHC) Số lượng trục cam Hai trục(DOHC) Ph ươ ng án Dẫn động truyền xích Dẫn động trục cam Dẫn động truyền đai Dẫn động bánh Cam lồi Chọn biên dạng cam Cam tiếp tuyến Nấm xupap Các chi tiết khác Con đội Lò xo Ưu điểm: - Khơng cần đến chi tiết trung gian đội, đũa đẩy,…làm cho việc dẫn động xupap trở nên đơn giản, xác, cấu làm việc êm dịu 1.3.2 Phương án dẫn động xupap 1.3.2.1 Dẫn động trực tiếp - Bố trí trục cam nắp xy lanh để dẫn động trực tiếp dẫn động thơng qua cò mổ nhằm tăng tỷ số truyền động Hình 1.4 Dẫn động xupap trực tiếp Nhược điểm: - Hệ trục, hai cặp bánh rẳng côn, biên dạng cam phức tạp, khó chế tạo - Tuy nhiên làm việc, xupap xả thường nóng tới 300 – 400 0C, đường ren dễ bị kẹt han rỉ 1.3.2.2 Dẫn động gián tiếp - Bố trí trục cam hộp trục khuỷu thân máy để dẫn động gián tiếp qua đội, đũa đẩy, cò mổ Các đũa đẩy bố trí dọc theo chiều thân máy Hình 1.5 Dẫn động xupap gián tiếp Ưu điểm: - Buồng cháy gọn Nhược điểm: - Có nhiều chi tiết bố trí thân máy nắp xy lanh nên làm tăng chiều cao động - Nắp máy động phức tạp, khó chế tạo - Việc đảm bảo độ bền chi tiết yêu cầu khắt khe làm việc chế độ có số vòng quay cao 1.3.2 Phương án truyền động trục cam 1.3.2.1 Truyền động trục cam truyền bánh Ưu điểm: - Kết cấu đơn giản - Do cặp bánh phân phối khí thường dùng bánh nghiêng nên ăn khớp êm bền - Liên kết xác hai trục, thời điểm phân phối khí chuẩn Nhược điểm: - Khi khoảng cách trục cam với trục khuỷu lớn phải dùng thêm nhiều bánh trung gian để dẫn động nên làm cho thân máy thêm phức tạp cấu dẫn động trở nên cồng kềnh, làm việc thường có tiếng ồn 1.3.2.2 Truyền động trục cam truyền xích Hình 1.6 Truyền động trục cam truyền bánh Ưu điểm: - Gọn nhẹ, truyền động êm - Dẫn động trục cam khoảng cách lớn Nhược điểm: - Giá thành chế tạo xích dẫn động cao - Thời điểm phân phối khí khơng chuẩn xích bị giãn 10 Khe hở vòng lò xo biến dạng cực đại: ∆ = (0,5 ÷ 0,9)mm ⇒ chọn ∆ = 0,5mm Bước lò xo: t=d+ f max 15 + ∆ = 3,5 + + 0,5 = 6mm ic Chiều dài lò xo xupap mở hoàn toàn: Lmin = id + ic ∆ = 10.3,5 + 8.0,5 = 39mm Chiều dài lò xo xupap đóng hòan tòan: Lmax = Lmin + hmax = 39 + 6,5 = 45,5mm Chiều dài lò xo trạng thái tự do: L = Lmin + f max = 39 + 15 = 54mm Tần số góc dao động tự lò xo: ωk = π C 16282 = π = 2314rad / s m 30.10 −3 với m khối lượng vòng cơng tác lò xo m = 30 g Tần số dao động lò xo: nlx = 30ωk 30.2314 = = 22101 π π lần / phút Để tránh cộng hưởng, cần phải đảm bào tốc độ dao động tự n lx lớn số vòng quay trục cam nk khoảng 10 lần; Vậy nlx 22101 = = 10, 046 > 10 nk 2200 nlx > 10 ntc (thỏa) 5.2.2 Tính bền trục cam Hình 5.3 Sơ đồ tính bền trục cam Trong q trình làm việc, trục cam chịu uốn chịu xoắn Nếu bỏ qua lực ma sát trọng lực (vì lực nhỏ so với lực khác) lực tác dụng lên trục cam tính theo cơng thức sau: PT max = Pot + Pjt + Pkt Trong đó: Pot : Lực nén ban đầu lò xo (ở trang thái xú - páp đóng kín) Pot = Plx = 214 N Pjt : Lực quán tính cấu phân phối khí bắt đầu mở xú - páp (quy dẫn tâm đội) Pjt = 418, 76 Pkt : Lực khí thể tác dụng lên mặt nấm xú - páp thải qui dẫn đường tâm đội Ta có lực khí thể tác dụng lên xú - páp thải: Pkxpt = π d h2 π 0, 0242 ( Pr − Pa ) = 10 = 6160 N 4 Qui dẫn tâm đội: Pkxpt = 6160.1,5 = 9240 N Vậy lực tác dụng lên trục cam là: PT max = Plxo + Pjt + Pkt = 214 + 418, 76 + 9240 = 9873 N • Moment uốn trục cam: M u max = PT max l2 l1 l l : khoảng cách hai tâm gối tựa; l =133 mm l1: khoảng cách tâm gối tựa đến tâm vấu cam thứ l1 = 47mm l2: khoảng cách tâm gối tựa thứ hai đến tâm vấu cam l2 = 86 mm M u max = 9873 86 47.10−3 = 300 Nm 133 • Ứng suất uốn: δu = M u max M u max = MN / m d π Wu d [1 − ]4 32 d Với : d: đường kính trục cam d = 22 mm d0: đường kính phần rỗng trục cam d0 = δu = 300 = 139075,168 π 0, 0223 1 − ÷ ÷ 22 ữ 32 (MN/m2) Ứng suất xoắn: Khi ta dùng cam lồi đội hình trụ, ta có cơng thức tính moment xoắn trục cam sau: Mx = A [(Plx)t + (Pj)t] Trong đó: (Plx)t: lực lò xo, Plx = 1082,51 N (Pj)t: lực quán tính, Pj = 409,61 N A= => r - R1 j 191- 13 122 ( R1 + hmax - r ) sin = = 12, 9( mm) ( 13 + 6, - 4) sin r- r 191- M x = 12,9.10−3 (1082,51 + 409, 61) = 19, 259 Nm Ứng suất xoắn trục cam tính theo cơng thức sau: Ứng suất tổng tính theo cơng thức Xanh-Vênăng sau: => Trục cam thỏa điều kiện bền uốn bền xoắn • Tính độ võng cho phép: PT l12 l22 64.PT l12 l22 f = = 2.E.J l 3.π E.l.(d − d 04 ) Trong đó: PT: lực tác dụng lên trục cam MN E: môđun đàn hồi vật liệu chế tạo trục cam Đối với thép chọn E=(22,2)105MN/m2 Chọn E = 2,2.105 MN/m2 9873, 08.10−6.0, 047 2.0, 086 = 0, 0678mm 3.π 2, 2.105.0,133 ( 0, 0224 − 0, 0044 ) f = Vậy: ⇒ f < [ f ] = 0, 05 ÷ 0,1 (mm) Độ võng cho phép trục cam nằm khoảng (0,05 - 0,1) mm • Ứng suất tiếp xúc trục cam: Trong trình làm việc, mặt cam đội xuất ứng xuất tiếp xúc Ứng suất tiếp xúc tính theo cơng thức sau: σ tx = 0, 418 PT max E 9873.10 −6.2, 2.105 = 0, 418 = 638MN / m −3 −3 bρ 14.10 194.10 Trong đó: PTmax: lực tác dụng lên cam (MN); MN E: môđun đàn hồi vật liệu (MN/m2) b = 14 mm: chiều rộng cam ⇒ σ tx < [ σ ] = 600 ÷ 1200 (MN/m2) σtx thỏa mãn điều kiện áp suất tiếp xúc nằm khoảng [σtx]=300 ÷ 1200 MN/m2 5.2.3 Tính bền đội Tính sức bền đội thường tính kiểm nghiệm áp suất than đội Đối với loại đội hình nấm, cam tiếp xúc với đội điểm B momen xoắn trục cam có giá trị cực đại Momen làm cho than đội bị nghiêng tiếp xúc không điều Áp suất tiếp xúc cực đại tính theo cơng thức sau : K max = 6M x dl Với Mx momen xoắn trục cam d -đường kính thân đội l-chiều dài tiếp xúc thân đội với ống dẫn hướng K max = 6.19, 259 = 8, MN / m 14.10−3.(31.10−3 ) Áp suất cho phép nằm giới hạn : [ K max ] ≤ 10MN / m2 5.2.4 Tính sức bền đũa đẩy Tính sức bền đũa đẩy thường tính kiểm nghiệm độ ổn định dọc Hệ số an toàn tính ổn định dọc tính theo cơng thức sau: n= π E I d Pd ll2 Trong : E-modun đàn hồi vật liệu chịu kéo Id – momen quán tính tiết diện đũa đẩy π d d4 π Id = = (0, 008)4 = 1, 07.10 −9 m4 12 12 ld- chiều dài đũa đẩy ld = 200 mm pd : lực tác dụng lên đũa , pd=ptmax=9873 N n= π ^ 2.E.I d π ^ 2.2, 2.105.1, 07.10 −9 = = 5,89 Pd ll2 9873.10 −6.(200.10−3 ) => Hệ số an toàn n>4 ứng suất tiếp xúc phần đầu đũa đẩy tính theo cơng thức sau: 1 σ tx = 0,388 Pd E ( − ) r1 r2 Bán kính đầu đũa đẩy : r1=3,5 mm Bán kính cầu mặt tiếp xúc thân đội : r2=7 mm 1 1 σ tx = 0,388 Pd E ( − ) = 0,388 9873.10 −6.(2, 2.105 ) ( − ) = 1381MN / m −3 r1 r2 3,5.10 7.10−3 ứng suất tiếp xúc cho phép : [ σ tx ] = 300 ÷ 2000MN / m 5.2.5 Tính bền đòn bẩy Lực khí thể tác dụng lên đầu phía bên xupap: Pk = PT b 45 = 9873 = 14809 N a 30 ứng suất tiếp xúc với đuôi xupap tính theo cơng thức: σ tx = 0,388 Pk E 14809.2, 2.105 = 0,388 = 276 MN / m r2 (3.10−3 )2 [σtx] ≤ 4500MN/m2 Trong đó: r bán kính mặt tiếp xúc đòn bẫy 5.2.6 Tính sức bền xupáp Tính sức bền mặt nấm xupap dùng công thức băck, coi mặt nắp xupáp đĩa tròn đặt tự đế tựa hình trụ Ứng suất uốn mặt nấm xupáp xác định theo cơng thức sau: Hình 5.4 Sơ đồ tính bền xu páp σu = Với d2 302 Pz = 0, 25.6,8 = 118( MN / m ) δ Pz : áp suất khí thể lớn (MN/m2); Pz=6,8 MN/m2 d : đường kính trung bình nấm; d = 30mm δ δ : chiều dày trung bình nấm xupáp; = 3mm s u = 118( MN / m )