Đồ án môn học thiết kế ôtô phân phối khí

CHƯƠNG Chương : HỆ THỐNG PHỐI KHÍ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ 5.1 – NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU CỦA CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ : Trong động Diesel cấu phân phối khí dùng để thay đổi khí, thải khí thải khỏi xylanh nạp đầy khí hổn hợp không khí vào xylanh để động làm việc liên tục Như hệ thống nạp thải thiết kế cần đảm bảo yêu cầu sau: - Đóng mở thời gian qui định - Độ mở lớn để dòng khí dể lưu thông - Đóng kín, xupap thải không mở trình nạp - Ít mòn tiếng gõ chi tiết kim loại va đập nhỏ - Dễ điều chỉnh, sửa chửa giá thành chế tạo thấp - Bố trí cấu phân phối khí động đốt theo hai phương án sau: - Cơ cấu phân phối khí dùng van trượt - Cơ cấu phân phối khí dùng xúpap Cơ cấu phân phối khí dùng xupap có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, giá thành thấp, làm việc tốt nên cấu phân phối khí thiết kế cấu phân phối khí xupap 5.2 - KẾT CẤU CỦA CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ DÙNG XUPAP : 5.2.1 - Phương án bố trí xupap: Các động đốt có cấu phân phối khí dùng xupap có hai phương án Bố trí xupap đặt xupap treo a) Khi thiết kế theo phương án xupap đặt, trước hết ta thấy chiều cao động giảm xuống nhiều, kết cấu nắp xylanh đơn giản, dẫn động xupap dễ dàng hơn, buồng cháy không gọn, diện tích truyền nhiệt lớn nên tính kinh tế động kém, tiêu hao nhiên liệu nhiều buồng cháy lớn.Khi động làm việc tốc độ cao hệ số nạp giảm làm giảm mức độ cường động Đồng thời khó tăng tỷ số nén, lúc tỉ số nén động lớn 7,5 khó bố trí buồng cháy Vì vậy, phương án bố trí xupap đặt thích hợp cho động có tỉ số nén thấp Vậy tỉ số nén động RV70  = 24 không hợp với điều kiện yêu cầu thiết kế b) Khi thiết kế cấu phân phối khí xupap treo Khi động gọn, diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ giảm tổn nhiệt lúc hiệu suất động lớn Ngoài khả năngchống kích nổ tăng lên rõ rệt, cấu làm cho dạng đường nạp thải thoát khiến sức cản khí động giảm nhỏ đồng thời ta bố trí xupap hợp lý tăng tiết diện lưu thông dòng khí.Với điều kiện phân tích hệ số nạp tăng lên SVTH: TRẦN THANH LIÊM, NGUYỄN THÀNH LONG TRANG 104 CHƯƠNG HỆ THỐNG PHỐI KHÍ khoảng 5-7%, lúc tỉ số nén động lớn 24 hiệu suất máy tăng Những ưu điểm nói lên tính ưu việc cấu phân phối khí theo kiểu xupap treo tỉ số nén phương án phù hợp với phương án thiết kế Động RV70 có cấu phân phối khí theo kiểu xupap treo để phù hợp với nhu cầu thiết kế nhỏ gọn đạt công suất cao 5.2.2 - Phương án dẫn động xupap: Để dẫn động xupap có hai phương án thiết kế: Bố trí trục cam nắp xylanh để dẫn động trực tiếp dẫn động qua đòn bẩy Bố trí trục cam hộp trục khuỷu thân máy để dẫn động gián tiếp qua đội đũa đẩy, đòn bẩy… Với cách dẫn động trực tiếp xupap không cần đến chi tiết trung gian đội đũa đẩy… lúc cấu dẫn động trục cam trở nên phức tạp Còn với cách bố trí thân máy, lúc xupap dẫn động gián tiếp qua đội, đũa đẩy, đòn đẩy… Các đũa đẩy bố trí dọc theo xy lanh, cách bố trí trục cam dẫn động làm cho kết cấu động gọn, với phương án thiết kế chọn 5.2.3 - Phương án bố trí xupap nắp xylanh : Thiết kế cấu xupap bố trí theo nhiều kiểu khác cách bố trí phụ thuộc vào buồng cháy Vì động RV70 có kiểu buồng cháy gián tiếp nên bố trí cần phân bố bề mặt để bố trí vòi phun buồng cháy phụ Động tính toán thiết kế sử dụng xupap xylanh Xupap bố trí hai bên, ống thải ống nạp bố trí hai phía làm cho dạng đường thải, đường nạp thoát nhiệt độ khí thải không ảnh hưởng đến trình nạp (không làm nóng dòng không khí nạp), nạp đầy 5.2.4 - Phương án dẫn động trục cam: Trục cam bố trí thân máy thường dẫn động bánh Trên loại động có thông thường có hai dẫn động theo hai phương án: - Dẫn động bánh - Dẫn động xích a) Phương án dẫn động bánh : có ưu điểm lớn kết cấu đơn giản, cặp bánh phân phối khí thường dùng bánh nghiêng nên ăn khớp êm bền Phương án có nhược điểm khoảng cách trục cam trục khuỷu lớn phải dùng thêm bánh trung gian, điều làm cho thân máy trở nên phức tạp phải lắp thêm trục trung gian, cấu dẫn động trở nên SVTH: TRẦN THANH LIÊM, NGUYỄN THÀNH LONG TRANG 105 CHƯƠNG HỆ THỐNG PHỐI KHÍ cồng kềnh làm việc có tiếng ồn, nên trường hợp động trở nên phức tạp b) Phương án dẫn động xích : Có ưu điểm gọn nhẹ dẫn động trục cam khoảng cách lớn, phương án có nhược điểm đắt giá thành chế tạo xích dẫn động cao, gây tiếng ồn lớn vận hành Vậy phương án không thích hợp ta chọn phương án dẫn động bánh Động tính toán RV70 có công suất nhỏ, khoảng cách trục khuỷu trục cam không lớn nên ta chọn phương án thiết kế dẫn động bánh Khi thiết kế hệ thống bánh này, bánh phải có ổ chắn dọc trục để chịu lực chiều trục khống chế độ giơ dọc trục, lắp ghép phải đảm bảo khe hở ăn khớp bánh vào khoảng 0,1mm-0,25mm, để bánh không bị kẹt thân máy giản nở nhiệt 5.2.5 - Kết cấu chi tiết cấu phân phối khí : a) Xupap : Trong trình làm việc, mặt nấm xupáp chịu phụ tải động vàphụ tải nhiệt lớn Lực khí thể tác dụng diện tích mặt nấm xupap lên đến 1000020000N Do xupap trực tiếp tiếp xúc khí cháy nên xupap chịu nhiệt lớn, nhiệt độ xupap thải đạt tới nhiệt độ 550-600C Hình 4.17 : Kết cấu xupap Ngoài nhiên liệu có lưu huỳnh nên cháy tạo thành axit ăn mòn mặt nấm xupap Vì vật liệu dùng để chế tạo xupap thải phải có sức bền học cao, chịu nhiệt tốt, chống lại ăn mòn hóa học… dùng hợp kim X9C2; 4X9C2… Để nâng tính chống mài mòn, chống rỉ mặt nấm xupap thải người ta thường mạ lên mặt nấm xupap lớp hợp kim cứng ( hợp kim Coban ) dày khoảng 1,5-2,5mm Xupap nạp dòng khí nạp làm mát nên nhiệt độ vào khoảng 300400C Vì vật liệu chế tạo xupap nạp thường dùng loại thép hợp kim Crôm hay Crôm-Niken: 40X, 40XH… Kết cấu xupap gồm ba phần chính: Nấm xupap, thân xupap, đuôi xupap * Nấm xupap : SVTH: TRẦN THANH LIÊM, NGUYỄN THÀNH LONG TRANG 106 CHƯƠNG HỆ THỐNG PHỐI KHÍ Mặt làm việc quan trọng phần nấm xupap mặt côn có góc hai xupap là: - Xupap hút: h= 30 - Xupap thải: h= 45 Còn góc mặt côn nắp xylanh thường lớn mặt côn mặt nấm 0,51, để xupap tiếp xúc với đế theo vòng tròn mép mặt côn Như đảm bảo tiếp xúc kín dù mặt nấm có bị biến dạng nhỏ Khi thiết kế cần tính toán đường kính xupap cho thích hợp với đường kính buồng đốt Theo thông số xupap động RV70 : Chọn đường kính xupap hút : Dh = 31 mm Chọn đường kính xupap thải : Dth = 27,5 mm Như bề rộng mặt côn xupap là: Xupap hút : bh = (0,05-0,12)Dh , chọn bh = 0,11.Dh = 3,41 mm Xupap thải : bth= (0,05-0,12)Dt , chọn bth=0,11 Dt =3,025 mm Chiều dầy nấm xupap: Xupap hút : ah = (0,05-0,12)Dh , chọn ah = 3,3 mm Xupap thải: at = (0,05-0,12)Dh , chọn at = 3,3 mm xupáp thải xupáp nạp SVTH: TRẦN THANH LIÊM, NGUYỄN THÀNH LONG TRANG 107 CHƯƠNG HỆ THỐNG PHỐI KHÍ * Thân xupap : Thân xupap thiết kế phải có đường kính cho đảm bảo dẫn hướng tốt, tản nhiệt nhanh chịu lực nghiêng xupap đóng mở Do phải đảm bảo tiết diện lưu thông dòng khí đảm bảo dòng khí gọn nhẹ nên thân xupap không làm lớn Thân xupap có đường kính vào khoảng: dt = (0,16-3,5)Dh = mm Còn chiều dài thân tùy thuộc vào khoảng cách bố trí xupap, kết cấu máy nắp xylanh Chiều dài xupap động RV70 là: L = 79,7 mm * Đuôi xupap : Phần đuôi xupap thông thường có dạng đặc biệt để lắp với đóa chặn, lò xo móng hãm Để giảm mòn mặt đầu đuôi xupap, người ta lắp thêm mũ chụp đuôi xupap Mũ chụp nhiệt luyện đạt độ cứng 55-60 HRC, bề mặt mũ chụp tiếp xúc với cò mổ thấm than để chống mòn b) Lò xo xupap : Nhiệm vụ lò xo xupap gồm có việc đảm bảo cho độ kín sát cần thiết xupap ,giữ không cho xupap rời khỏi ổ đặt nạp (lò xo xupap thoát ) để tiếp thu lực quán tính Như vật liệu chế tạo lò xo dây thép có đường kính 35mm, có độ cứng 3242HRC Lò xo thiết kế lò xo xoắn ốc hình trụ, hai đầu lò xo quấn xích cà mài phẳng để lắp ghép Số vòng công tác lò xo (là số vòng không kể hai vòng đầu) chọn số vòng công tác 8,5 thường từ 4-10 Số vòng công tác ít, vòng lò xo biến dạng nhiều (nếu đảm bảo độ mở xupap nhau) lò xo chịu ứng suất xoắn lớn Ngược lại số vòng công tác nhiều quá, lò xo dài, độ cứng lò xo giảm, tần số dao động lò xo thấp dể bị cộng hưởng sinh va đập với mặt cam + Số vòng công tác lò xo : vòng + Đường kính lò xo : 22 mm + Chiều dài tự lò xo : 35,4mm c) Trục cam : Trục cam dùng để dẫn động xupap đóng mở theo qui luật định, trục cam gồm phần cam thải, cam nạp cổ trục Vật liệu chế tạo trục cam theo thiết kế là15MH thép cacbon thành phần cacbon trung bình thép 40 45 Khi thiết kế bề mặt ma sát thấm cacbon cứng, độ thấm khoảng 2mm, lúc độ cứng bề mặt đạt HRC 30-45 Khi thiết kế trục cam có hai phương án để thiết kế là: - Các cam liền với trục SVTH: TRẦN THANH LIÊM, NGUYỄN THÀNH LONG TRANG 108 CHƯƠNG HỆ THỐNG PHỐI KHÍ - Các cam làm rời, sau lắp trục then hay đai ốc Đối với cam chế tạo liền với trục trục cam có đường kính nhỏ đường kính ổ trục, lắp thường lắp theo kiểu luồn qua cổ trục toàn thân máy Với phương án thiết kế làm cho dạng cam chế tạo đơn giản gọn nhẹ, động làm việc ứng suất tập trung điểm toàn trục cam E E Cam thải Cam nạp Cam nhiên liệu Trục Cam Còn phương án thiết kế cam rời, đường kính trục cam có đường kính lớn trục động hoạt động sinh ứng suất tập trung cổ trục lắp ráp cam rời phức tạp, kích thước cam chế tạo lớn, để định vị cam lên trục phải dùng đến ống lót, sau phải dùng đai ốc để hãm chặt cam với ống lót Với phương án chế tạo trục cam phức tạp không đảm bảo độ an toàn động làm việc Như chọn phương án chế tạo cam liền với trục phù hợp động thiết kế nhỏ gọn theo yêu cầu Tính góc lệch hai đỉnh cam khác tên xylanh, góc lệch phụ thuộc vào góc mở sớm, đóng muộn xupap nạp xupap thải Ta có:  0,5  (360  1   2  1  2 ) = 1050 Trong đó:  : Góc đỉnh cam nạp đỉnh cam thải tính theo góc quay trục khuỷu 1 : Góc mở sớm xupap nạp  : Góc đóng muộn xupap nạp 1 : Góc mở sớm xupap thải SVTH: TRẦN THANH LIÊM, NGUYỄN THÀNH LONG TRANG 109 CHƯƠNG HỆ THỐNG PHỐI KHÍ  : Góc đóng muộn xupap thải  20 ;  45 ;  50 ;  15 d) Cổ trục ổ trục cam : Trục cam cấu phân phối khí dẫn động gián tiếp thường lắp ổ trục thân máyKhi lắp trục cam thân máy, lắp theo kiểu đưa từ phía đầu thân máy đến cuối thân máy Do chế tạo đường kính cổ trục (như vấu cam, bánh dẫn động bơm dầu chia điện…) để lắp trục cam không bị vướng phận Trong thiết kế, để dể lắp trục cam cổ trục cam có đường kính nhỏ dần từ đầu đến cuối trục cam Khi lắp trục cam vào thân máy có lớp bạc lót thép hay đồng, mặt tráng hợp kim banhit bạc ống hợp kim nhôm Các đường kính cổ trục: Cổ :  22mm Cổ :  33mm e) Con đội : Con đội chi tiết máy truyền lực trung gian, đồng thời đội chịu lực nghiêng cam phối khí gây trình dẫn động xupap, khiến cho xupap hoàn toàn không chịu lực nghiên Kết cấu đội gồm hai thành phần: Phần dẫn hướng (thân đội) phần mặt tiếp xúc với cam phối khí Thân đội có dạng hình trụ, mặt tiếp xúc có ba phương án thiết kế sau: a Con đội hình trụ b.Con đội lăn c đội thủy lực Con đội hình trụ rỗng Thân đội to, mặt tiếp xúc với lỗ dẫn hướng lớn nên hao mòn Phần lõm tiếp xúc với đầu đũa đẩy thường có bán kính lớn bán kính cầu đầu đũa đẩy khoảng từ 0,2 0,3mm Mặt tiếp xúc đội hình trụ mặt cầu có bán kính lớn R=750mm để tránh tượng mòn vẹt mặt đội ( mặt cam ) đường tâm đội không thẳng góc với đường tâm trục cam Con đội lăn dùng cho tất dạng cam, thường dùng cho cam tiếp tuyến cam lõm Lúc ma sát cam đội ma sát lăn nên lực ma sát nhỏ Nhưng nhược điểm đội lăn kết cấu phức tạp, lúc giá thành chế tạo động cao, phương án thiết kế không chọn Con đội thủy lực : Đối với cấu phân phối khí không tồn khe hở nhiệt nên không gây va đập chi tiết máy cấu phân phối khí tránh tếng gõ giảm tiếng ồn cho động Nhưng nhược SVTH: TRẦN THANH LIÊM, NGUYỄN THÀNH LONG TRANG 110 CHƯƠNG HỆ THỐNG PHỐI KHÍ điểm đội kết cấu phức tạp giá thành cao nên ta chọn đội dạng Con đội cấu phối khí động RV70 chọn thiết kế đội hình trụ f) Đũa đẩy : Đũa đẩy động cần thiết kế thép tròn nhỏ dài rỗng dùng để tÿÿyền lực ÿÿÿÿcon đÿÿÿÿÿÿÿđòn đẫy Hai đầu đũa đẩy hàn gÿÿn với ÿÿàu tiÿ xúc Tiếp xÿÿÿÿvới đội có mặt tiếp xúc hình cầu, tiếp xúc với vít điều chỉnh đòn bẩy mặt cầu lõm Đũa đẩy làm thép cacbon có thành phần trung bình Hai đầu tiếp xúc làm thép cacbon với thành phần cacbon thấp, hàn gắn với đầu đũa đẩy đạt độ cứng HRC 5060 g) Đòn bẩy (cò mổ) : Đòn bẩy chi tiết truyền lực trung gian, đầu tiếp xúc với đũa đẩy, đầu tiếp xúc với đuôi xupap Khi trục cam nâng đội lên, đẩy đẩy đầu đòn bẩy lên, đầu đòn bẩy nén lò xo xupap xuống mở xupap Do có đòn bẩy, xupap mở đóng theo pha phân phối khí.Trong động cần thiết kế đòn bẩy chế tạo phương pháp rèn khuôn Đầu tiếp xúc với đũa đẩy có vít điều chỉnh Sau điều chỉnh khe hở nhiệt, vít hãm chặt đai ốc Đầu tiếp xúc với đuôi xupap có mặt tiếp xúc hình trụ cứng Mặt ma sát trụ bạc lót ép đòn bẩy bôi trơn dầu nhờn từ phần rỗng trục ra, thân đòn bẩy có khoang lỗ để dẫn dầu từ bạc lót đến bôi trơn mặt tiếp xúc với đuôi xupap vít điều chỉnh 5.3 - XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ : 5.3.1 - Xác định kích thước tiết diện lưu thông: Tiết diện lưu thông xupap có ảnh hưởng chất lượng thay đổi khí trình thải nạp động bốn kỳ Dựa vào thông số chọn tính toán tiết diện lưu thông xupap theo giả thiết lưu động ổn định dòng khí qua họng đế xupap Coi dòng khí nạp (hoặc thải) có tốc độ bình quân tốc độ piston thay đổi Căn vào điều kiện lưu động ổn định liên tục dòng khí ta có: v k i f  v p F p  (*) (công thức [15-11,trang 225,2,tập 2]) k k p Trong đó: vk: tốc độ trung bình dòng khí chảy qua họng đế xupap (m/s) f k : tiết diện lưu thông họng đế xupap (cm3) SVTH: TRẦN THANH LIÊM, NGUYỄN THÀNH LONG TRANG 111 CHƯƠNG HỆ THỐNG PHỐI KHÍ f k   d h  : mật độ dòng khí họng xupap;  : mật độ dòng khí xylanh xupap; k p coi   k p vp : Tốc độ bình quân piston; v S :hành trình piston n : số vòng quay trục khuỷu F p p  S n 0,075.2400  6m / s 30 30 : dieän tích đỉnh piston  D 3,14.8 2 F p   50,24cm D :đường kính xylanh * Đối với xupap nạp : - Tiết diện lưu thông : .d h 3,14.2,86 f k   6,42cm Với dh = 2,86 cm : đường kính họng xupap nạp - Tốc độ bình quân dòng khí qua họng đế xupap theo công thức 50,24 p Fp (*): vk  i 6 2.6,42 23,47m / s f  k * Đối với xupap thải : Tương tự cách tính ta tốc độ lưu động dòng không khí thải: vk = 6.50,24 2.4,945 = 30,48 m/s Theo công thức [15-5,trang 256, 2, tập 2] ta có công thức thức tính tiết diện lưu thông fk1 =  h.(d h cos   h sin  cos  ) với  góc côn mặt nấm xupap +Xupap nạp  = 300 +Xupap thải  = 450 SVTH: TRẦN THANH LIÊM, NGUYỄN THÀNH LONG TRANG 112 CHƯƠNG HỆ THỐNG PHỐI KHÍ h hành trình xupap h = mm Tiết diện lưu thông cho hành trình nạp fk1 =  h(0,866.d h  0,357.h) = 3,14.5(0,866.28,6 + 0,357.5) = 418,3 mm2 =4,183cm2 Tiết diện lưu thông cho hành trình thải fk1 =  h(0,707.d h  0,353.h) = 2.3,14.5(0,707.25,1 + 0,353.5) = 306,3 mm2 = 3,063 cm2 Ta có đường kính góc côn xupap xác định tiết diện lưu thông tức thời xupap định quy luật động học cam phối khí pha phân phối khí 5.3.2 - Xác định biên dạng cam (cam lồi) : Khi chọn dạng cam, cần phải xét điểm sau : - Dạng cam phải đảm bảo cấu phối khí có trị số” thời gian- tiết diện” lớn nghóa khả lưu thông dòng khí lớn Vì yêu cầu cam phải mở xupap thật nhanh giữ cho xupap mở vị trí lớn thật lâu đóng đóng thật nhanh xupap - Dạng cam phải thích hợp để giai đoạn mở đóng xupap có gia tốc vận tốc nhỏ Do cấu phối khí làm việc êm, va đập hao mòn - Dạng cam phải đơn giản dể chế tạo Thiết kế dạng cam theo hai phương pháp : * Lựa chọn qui luật chuyển động cam (chủ yếu qui luật gia tốc) từ tích phân hai lần để tìm qui luật độ nâng xupap biến thiên theo góc quay trục cam Phương pháp có ưu điểm thực qui luật chuyển động ta cho tốt nhất, nghóa qui luật chuyển động có gia tốc mở, đóng xupap nhỏ qui luật gia tốc theo hình sin, cosin Nhược điểm lớn phương pháp dạng cam ứng với qui luật lý tưởng khó gia công mặt cam có dạng đường cong phức tạp Tuy ngày thiết kế loại động cao tốc, người ta thường thiết kế theo phương pháp Vì theo phương pháp loại động cần thiết kế với tốc độ trung bình không phù hợp với yêu cầu nên không chọn * Phương pháp thứ hai định sẵn dạng cam, mặt cam tập hợp cung tròn, cung parabol đường thẳng để dễ gia công Sau vào qui luật nâng định, đạo hàm hai lần góc quay trục cam để tìm qui luật SVTH: TRẦN THANH LIÊM, NGUYỄN THÀNH LONG TRANG 113 CHƯƠNG HỆ THỐNG PHỐI KHÍ gia tốc kiểm tra xem có phù hợp với yêu cầu gia tốc cấu phân phối khí hay không Phương pháp thứ hai có ưu điểm đảm bảo tính công nghệ gia công trục cam đơn giản Vì tuyệt đại phận động đốt tố độ thấp trung bình dùng cam định hình theo phương pháp thiết kế thứ hai Như phương pháp ưu điểm phù hợp với yêu cầu thiết kế nên chọn Hình 5.21: Sơ đồ tính toán biên dạng cam dẫn động xupap Căn vào thông số động (n, s, D, loại động cơ, kỳ…) qua lựa chọn pha phân phối khí Từ xác định góc làm việc cam (góc ) - Đối với cam nạp (tính theo góc quay trục cam) 180      180  20  45 n   122,5 2 - Đối với cam thaûi: 180      180  50  15 n   122,5 2 Theo sơ đồ bố trí chung để xác định bán kính lưng cam (bán kính cung chuẩn) R1 R1  dc 16  (0,5 1)   0.82 8,82mm 2 Với dc: Đường kính trục cam Vẽ tọa độ vuông góc qua tâm O, vẽ bán kính OA OB làm thành với tung độ góc /2 Từ điểm vòng tròn R1 cắt tung độ (điểm E) xác định EC=h Chọn vòng đỉnh cam r = 3,1mm vẽ vòng đỉnh cam (tâm O1) qua điểm C SVTH: TRẦN THANH LIÊM, NGUYỄN THÀNH LONG TRANG 114 CHƯƠNG HỆ THỐNG PHỐI KHÍ Trên phương kéo dài bán kính AO A’O vẽ cung tiếp tuyến với đường tròn R1 r A A’(cung có bán kính  ) Khi xác định R1, h,  r, bán kính cung tiếp tuyến  xác định từ quan hệ tam giác vuoâng O1MO2 D = R1 + h - r = 8,82 + 5,5 - 3,1 = 11,22mm (O1O2)2 = (O1M)2 +(MO2)2 Do ta có:    r   D sin         R1   D cos    2  D  r  R1  R1D cos     2 R1  r  D cos  2   42mm 5.3.3 - Tính toán lò xo : (chiều dài tự do) LÒ XO XUPÁP Tính đến khả hạ thấp áp suất xylanh đến 0,2kg/cm 2, ta có độ lớn tối thiểu lực lò xo bảo đảm đủ để tránh xupap tự động mở Fmin  d h2 3,14.2,44 0,8  (1  0,2)  37,4 N 4 Lực nén lớn lò xo xupap mở hoàn toàn (tính theo tài liệu 3, trang 395): Ppmax = K.Mn.a.ld.2/ln = 1,4.148.15,75.34.1832.106/21 = 177N Với a = r0 + htmax - min = 19 + 5,25 – 8,5 = 15,75 mm K =1,4 : hệ số an toàn Mn : Khối lượng tất thành phần chuyển động hệ thống phân phối khí SVTH: TRẦN THANH LIÊM, NGUYỄN THÀNH LONG TRANG 115 CHƯƠNG HỆ THỐNG PHỐI KHÍ Mn = mp + mc + mm + 1/3mlx = 148 (cân thực tế chi tiết cấu) mp, mc, mm, mlx : khối lượng xupap, chén chặn, móng hãm, lò xo Lực nén nhỏ lò xo: Ppmin = K.Mn(r0 - min )ld.2/ln = 1,4.148.(19 –8,5).34.1832.10–6/21 = 118N > Fmin Lực nén nhỏ lò xo thỏa mãn điều kiện xupap thải không mở trình nạp Độ cứng lò xo tính theo công thức sau: c = MnK.2 = 148.1,4.1832.10-6 = 6,93KN/m Biến dạng nhỏ lò xo: fmin = (r0 - min )ld/ln = (19-8,5).34/21=17mm Bieán dạng lớn lò xo: fmax = fmin +hmax = 17 + 8,5 = 25,5mm Vì trình tính toán kiểm nghiệm nên ta lấy thông số kích thước lò xo động để thực trình tính toán kiểm tra bền Đường kính vòng lò xo : D = 22mm Đường kính dây lò xo : d = Số vòng lò xo 2,9mm : n =6 vòng Chiều dài tự lò xo: l = 35,4mm Ứng suất xoắn giới hạn xoắn nằm khoảng []=450650MN/m2, ứng suất bền []= 3500MN/m2 Ứng suất xoắn lò xo tính theo công thức [15-71,trang 281, tập 2, 2] sau:    8.Pmax D 1,18.8.177.22.10   540 MN / m 3 9  d  2,9 10 với  : hệ số hiệu đính biến thiên theo tỉ số D/d 20 D  0,5  0,5 2,7  d  1,18 D 20  0,75  0,75 d 2,7 Giá trị ứng suất xoắn thỏa mãn điều kiện bền 5.3.4 -Tính sức bền chi tiết máy chủ yếu cấu phân phối khí : a Tính sức bền trục cam: SVTH: TRẦN THANH LIÊM, NGUYỄN THÀNH LONG TRANG 116 CHƯƠNG HỆ THỐNG PHỐI KHÍ * Ứng suất uốn: Khi tính sức bền trục cam, ta coi trục cam dầm có tiết diện đồng đặt tự hai gối tựa : Hình 5.25 : Trục cam dẫn động xupap Trong 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 công thức sau: pT max Pot  Pjt  Pkt Trong đó: Pot : Lực nén ban đầu lò xo (ở trang thái xupap đóng kín) Pjt : Lực quán tính cấu phân phối khí bắt đầu mở xupap (quy dẫn tâm đội) - Tính lực nén ban đầu lò xo: Pot Pkxp Pkxp P  kxp : Lực khí thể  d h ( P  P )  3,14.0,0286 r a 4 (0,1  0,015) 5,457.10  MN - Tính lực quán tính cấu phân phối khí bắt đầu mở xupap Pjt mot.jt Trong : mot : Khối lượng cấu phân phối khí qui dẫn đường tâm xupap jt : Gia tốc đội Khi qui dẫn khối lượng cấu phân phối khí đường tâm đội khối lượng qui dẫn tính theo công thức sau:    l xp mot  m xp  m dlx  m mh  mlx    l c   l   mcd  m db  I nb  lc  Với: mxp : khối lượng xupap; mxp = 80g mđlx : khối lượng đóa lò xo : mđlx = 20g mmh : khối lượng móng hãm : mmh = 10g mcđ : khối lượng đội : mcđ =65g SVTH: TRẦN THANH LIÊM, NGUYỄN THÀNH LONG TRANG 117 CHƯƠNG HỆ THỐNG PHỐI KHÍ mlx : khối lượng lò xo : mlx = 50g mđb : khối lượng đòn bẩy : mđb = 70g lxp : chiều dài từ tâm trục đòn bẩy đến tâm xupap lxp=0,0325mm lc : chiều dài từ tâm trục đòn bẩy đến tâm đội l xp lc  0,0325 1,5 0,0215 Tỉ số cánh tay đòn đòn bẩy Iđb : moment quán tính đòn bẩy với trục quay Iđb=mđb lxp2 => mot =(80+20+10+50/3) 1,62+65+70+70.0,03252 =459,34=0,4593kg - Tính gia tốc đội jt: Khi đội trượt vị trí ứng với góc , chuyển vị đội hình nấm xác định theo quan hệ sau: h=ab=aO-R1=r-Dcos-R1 Tốc độ đội đạo hàm hai vế phương trình theo thời gian, ta có công thức tính tốc độ đội:   dh dt  dh d  D sin  d dt Gia tốc đội đạo hàm hai vế phương trình theo thời gian, ta có công thức tính tốc độ đội hình nấm: j  d  dt  d d  2 (  R1)cos d dt Khi  =0, gia tốc đạt trị số cực đại: jmax (  R1)2k 2 n k = 2.60 = 2.2400/120 = 125,6 (1/s) : tốc độ góc trục cam Với : D  r  R12  R1 D cos    2( R1  r  D cos ) Trong : D : khoảng cách từ tâm trục cam đến tâm vấu cam D = 13 mm r : bán kính vấu cam , r = 3,1 mm R1 : bán kính trục cam; R1 = 11 mm  : góc phân phối khí;  = 130 =>  = 42 mm => jmax = (42 -11).(125,6)2=489,036 m/s2 pjt = mot.jt = 0,4593.489,036 = 0,002246 MN - Tính lực khí thể Pkt tác dụng lên mặt nấm xupap thải qui dẫn đường tâm đội SVTH: TRẦN THANH LIÊM, NGUYỄN THÀNH LONG TRANG 118 CHƯƠNG HỆ THỐNG PHỐI KHÍ Ta có lực khí thể tác dụng lên xupap thaûi: d h2 Pkxpt  ( Pr  Pr ) 3,14.(0,0275) (0,1  0,015) 50,46.10  MN Qui dẫn tâm đội: Pkxpt  50,46.10  5.0,0215 3,34.10  MN 0,0325 Vậy lực tác dụng lên trục cam là: Pmax = 5,457.10-5MN+0,002246MN+3,34.10-5MN= 2334 N Lúc moment uốn trục cam: M u max Pt max l2 l1 l Với: l : khoảng cách hai tâm gối tựa; l=96 mm l1: khoảng cách tâm gối tựa đến tâm vấu cam thứ l1=26,5mm l2: khoảng cách tâm gối tựa thứ haiđến tâm vấu cam 64,5 mm M u max 2334 l2 64,5.26,5 0.0415MN m 96 Vậy ứng suất trục cam là: M M u max  u  u max  MN / m  d0 Wu d [1  ] 32 d Với : d: đường kính trục cam d = 16 mm d0: đường kính phần rỗng trục cam d0 = u  0,0415 MN 166,8 m  3,14    0,016       32  16    - Tính độ võng cho phép: Độ võng trục cam chịu uốn xách định theo công thức sau: f  2l2 PT.l l 64.PT l1 2  2.E.J.l 3..E.l(d  d 0) Trong đó: PT : lực tác dụng lên trục cam PT=2334.10-6 MN E : môđuyn đàn hồi vật liệu chế tạo trục cam Đối với thép chọn E=(22,2)105MN/m2 Vậy: f  64.2334.10  0,0265 0,0645 0,0000037mm 0,037 mm 3.3,14.2,2.10 5.0,096.0,016  0,005  Độ võng cho phép trục cam nằm khoảng 0,05 0,1 mm * Ứng suất tiếp xúc trục cam: SVTH: TRẦN THANH LIÊM, NGUYỄN THÀNH LONG TRANG 119 = CHƯƠNG HỆ THỐNG PHỐI KHÍ Trong trình làm việc, mặt cam đội xuất ứng xuất tiếp xúc Ứng suất tiếp xúc tính theo công thức sau:  tx 0,418 PTmaõ E 1 (  ) b 1 R Trong đó: PTmax : lực tác dụng lên cam (MN); PT=2334.10-6 MN E : môđuyn đàn hồi vật liệu (MN/m2) 1 = 0,042m : bán kính cung ngoại tiếp cuûa cam (m) b = 11 mm R = : bán kính trục cam  tx 0,418 2334.10-6 2,2.10 1 (  ) 1101,6 MN / m 0,011 0,042 0,008 tx thỏa mãn điều kiện áp suất tiếp xúc nằm khoảng [tx]=400  1200 MN/m2 b Tính sức bền xupap: Tính sức bền mặt nấm xupap dùng công thức tính Bắck, coi mặt nắp xupap đóa tròn đặt tự đế tựa hình trụ Ứng suất uốn mặt nấm xupap xác định theo công thức sau: Hình 5.27 : Sơ đồ tính bền xupap Trong đó: d MN  u  Pz ( ) m  Pz : áp suất khí thể lớn (MN/m2); Pz=9,64( MN ) m2 d : đường kính trung bình nấm xupap; d = 25mm  : chiều dầy trung bình mặt nấm;  = mm MN 25 MN  u  9,64 94,14 <    120 m 4 m SVTH: TRẦN THANH LIÊM, NGUYỄN THÀNH LONG TRANG 120 ... chọn phương án dẫn động bánh Động tính toán RV70 có công suất nhỏ, khoảng cách trục khuỷu trục cam không lớn nên ta chọn phương án thiết kế dẫn động bánh Khi thiết kế hệ thống bánh này, bánh phải... Tính lực quán tính cấu phân phối khí bắt đầu mở xupap Pjt mot.jt Trong : mot : Khối lượng cấu phân phối khí qui dẫn đường tâm xupap jt : Gia tốc đội Khi qui dẫn khối lượng cấu phân phối khí đường... động bánh - Dẫn động xích a) Phương án dẫn động bánh : có ưu điểm lớn kết cấu đơn giản, cặp bánh phân phối khí thường dùng bánh nghiêng nên ăn khớp êm bền Phương án có nhược điểm khoảng cách trục