4. 1. Quy dẫn khối lượng câc chi tiết mây trong cơ cấu phối khí:
Để xâc định được lực quân tính của cơ cấu phđn phối khí, cần phải quy dẫn toăn bộ khối lượng của câc chi tiết mây trong cơ cấu phđn phối khí về đường tđm xupâp. Do đó lực qn tính tâc dụng lín cơ cấu phđn phối khí có thể tính theo cơng thức sau:
Pjk= - mok .jk (4 – 1)
Trong đó:
- jk - gia tốc của xupâp.
- mok - khối lượng của cơ cấu phối khí quy dẫn về đường tđm xupâp.
Trong động cơ Duratec, cơ cấu phđn phối khí dẫn động trực tiếp xupâp vì vậy khối lượng mok bằng tổng câc khối lượng của xupâp, con đội, móng hêm vă khối lượng quy dẫn của lò xo.
Do khối lượng quy dẫn của lị xo molx = mlx
3 1 . Nín ta có: mok = mxp+mđl +mmh+ 3 1 mlx + mcđ.
Trong đó: mxp - Khối lượng của xupâp; mxp = 97,5 (g). mđl - Khối lượng của đĩa lò xo; mđl = 30 (g). mmh - Khối lượng của móng hêm; mmh=10 (g). mlx - Khối lượng của lò xo xupâp; mlx = 67,5 (g). mcđ - Khối lượng của con đội; mcđ=86 (g).
Trong cơ cấu phđn phối khí dẫn động trực tiếp. Khối lượng của cơ cấu quy dẫn về đường tđm xupâp cũng chính lă khối lượng của cơ cấu quy dẫn về đường tđm con đội.
Vậy: mot = mok = 291 (g) = 0,291 (kg).
Trong đó: mot lă khối lượng của cơ cấu phối khí quy dẫn về đường tđm con đội. Lực quân tính tâc dụng lín cơ cấu phối khí quy dẫn về đường tđm xupâp được xâc định theo cơng thức (3 – 19). − − = ) 2 cos( . 34 , 1942 . 291 , 0 cos . 4289 . 291 , 0 k k jk P α ϕ α Với γ ϕ α θ α − = = 2 k k
Lực qn tính tâc dụng lín cơ cấu phối khí quy dẫn về đường tđm con đội được xâc định theo công thức:
Pjt = mot.jt
Pjt – Lực quân tính tâc dụng lín cơ cấu. jt – Gia tốc con đội.
4.2. Tính tơn lị xo xupâp:
Ta tính cho trường hợp con đội vă xupâp ở phía cam nạp vì tại đó khối lượng quy dẫn sẽ lớn hơn khối lượng quy dẫn về tđm con đội ở cam thải do khối lượng xupap thải nhỏ hơn xupap nạp mă khối lượng câc chi tiết khâc của cơ cấu thì như nhau.
Lị xo xupâp có nhiệm vụ đóng kín xupâp trín đế vă đảm bảo cho xupâp đóng mở theo đúng quy luật của cam, nhất lă trong giai đoạn chuyển động của con đội có gia tốc đm
Giai đoạn mă con đội có gia tốc đm (giai đoạn 2), xupâp vă câc chi tiết khâc trong cơ cấu phối khí có xu hướng rời khỏi mặt cam. Do đó lực lị xo phải lớn hơn lực qn tính Pik ở mọi chế độ tốc độ.
Vì vậy: Plx = k.Pjk
Trong đó: k – Hệ số an toăn.
Chọn k = 1,5 ⇒ Plx = 1,5.Pjk
Xupâp thải phải đảm bảo ln đóng kín trong q trình nạp (nhất lă đối với động cơ xăng trong quâ trình chạy khơng tải, bướm ga đóng nhỏ, độ chđn khơng trong xilanh lớn, âp suất cuối q trình nạp pa có thể giảm đến 0,015 MN/m2 trong khi đó âp suất trín đường thải pr = 0.102 – 0.11 MN/m2 cao hơn âp suất khí trời). Do vậy độ chính âp ∆p = pr – pa có thể đạt đến 0,09 MN/m2. Dưới tâc dụng của ∆p xupâp thải
có thể bị hút mở ra nếu lị xo yếu, vì vậy lực nĩn ban đầu của lò xo plxo phải đảm bảo lớn hơn lực khí thể tâc dụng lín xupâp thải
⇒ plxo > pkxp = .( ) 4 . 2 a r th p p d − π ; Plxo > .0,09 63,6 4 03 , 0 . 2 = π (N).
Với dht: Đường kính họng đế xupâp thải.
* Xđy dựng đồ thị xâc định đường đặc tính lị xo:
Từ câc công thức (3 – 16), (3 – 17) vă (3 – 18) bằng câch cho αk biến thiín từ (0
2
ϕ
÷ )
ta lập được bảng câc giâ trị của h; Pjx vă Plx theo αk:
Bảng 4 – 1 k α (độ) 00 90 180 180 280 380 480 580 630 h (mm) 0 0,535 2,13 2,13 5,091 9,22 14,4 20,4 23,75 Pjx (N) -1248 -1232 -1187 399 463 572 546 563 565 Plx (N) -1872 -1848 -1780 598,5 694,5 768 819 844,5 847,5 Jx (N) 4289 4236 4079 -1373 -1591 -1760 -1876 -1935 -1942
- Trước tiín ta vẽ đường cong biểu diễn hănh trình nđng của xupâp hk = f(αk). Vẽ
đường biểu diễn lực quân tính Pjk = f’(αk). Sau khi lựa chọn hệ số k, vẽ đường biểu
diễn lực tâc dụng lín lị xo Plx=kPjk. Bín phải của đồ thị vẽ đường cong biểu diễn đường đặc tính của lị xo (tung độ biểu thị độ biến dạng, hoănh độ biểu thị lực lò xo). Ta thực hiện câch dựng như sau:
- Từ câc điểm C1, B, C2 trín đồ thị hk = f(αk) kẻ câc đường song song với tung độ cắt
đường biểu diễn Plx tại câc điểm C1’, B’, C2’. Vì vậy ta xâc định được lực lị xo trín câc điểm năy. Đem trị số câc lực năy đặt trín câc đường song song với hoănh độ qua câc điểm C1’’, B’’, C2’’ nối câc điểm năy với nhau bằng một đường thẳng kĩo dăi cắt tung độ của hệ trục fOPlx ở O ta có đặt tính biến dạng của lị xo như hình
- Lực Plxmax ứng với biến dạng fmax, lực plx0 ứng với biến dạng ban đầu f0 khi lắp ghĩp (lúc năy hănh trình xupâp hk = 0).
- Biết đựợc đặc tính của lị xo, ta xâc định được độ cứng C của lò xo.
max 0 max h P P C= lx − lx (4 – 2) Trong đó:
Plxmax – Lực lị xo ứng với độ biến dạng lớn nhất (fmax). Plxmax = 847,5 (N).
Plxmin – Lực lị xo nhỏ nhất khi xupâp đóng kín. Từ đặc tính của lò xo ta xâc định được Plxmin = 506 (N).
⇒ 43,22.10 ( / ) 10 . 9 , 7 506 5 , 847 3 3 N m C= −− = .
- Mơmen xoắn lị xo: Nếu lực lị xo Plx tâc dụng trín phương đường tđm của lị xo thì mơmen xoắn của lị xo được tính theo cơng thức:
2 tb lx x D P M = (4 – 3)
Trong đó: Dtb – Đường kính trung bình của lị xo. Dtb = 18,5 (mm).
Ta tính trong trường hợp lực lị xo khi xupâp mở lớn nhất, vì vậy Plx = 847,5 (N). Từ cơng thức (3 – 21) ta có: 839 , 7 2 5 , 18 . 5 , 847 = = x M (N.m).
Chiều dăi của lị xo khi xupâp mở lớn nhất được xâc định theo công thức:
Lmin = i.d + ict.∆min (4 – 4).
Trong đó:
i – Số vòng của lò xo; i = 8 (vòng).
ict – Số vịng cơng tâc của lị xo; ict = 6 (vòng).
min
∆ - Khe hở giữa câc vòng lò xo khi biến dạng lớn nhất; ∆min = 0,5 (mm). d – Đường kính dđy quấn lị xo; d = 3 (mm).
Thay văo cơng thức (3 – 22) ta có: Lmin = 8.3 + 6.0,5 = 27 (mm). Chiều dăi lò xo khi xupâp đóng kín:
Lmax = Lmin + hmax = 27 + 7,9 = 34,9 (mm). Chiều dăi của lò xo ở trạng thâi tự do:
0 18 28 38 48 58 63 αΚ 0 28 18 0 38 48 58 63 0 αΚ 2,13 4,34 6.05 7,23 7,82 7,9 847,5 819 768 694 598 565 546 572 463 399 -1373 -1591 -1760 -1876 -1942 jx (m/s )2 P (N) hx (mm) jx Pjx Plx C1 C2 B C1 B C2' ' ' θmax γmax f (mm) Plx f m ax f m in h m ax Pmax Pmin 0 '' C2 B'' C1'' Hình 4-1 Đồ thị đặc tính lị xo.
4. 3. Tính tơn kiểm nghiệm trục cam:
Khi tính tơn ta giả thuyết rằng như một dầm có tiết diện đồng đều được đặt tự do trín 2 gối tựa. Giữa 2 gối lă hai cam thải của 2 mây khâc nhau. Để tính tôn cho trục cam ta tính cho trường hợp cả 2 cam thải đều chịu lực tâc động tức lă 2 xupâp xả cùng mở. Lúc năy cam thải chịu tâc dụng của nhiều lực như: Lực khí thể, lực lị xo, lực qn tính của cơ cấu phối khí…Sơ đồ tính tơn được biểu diễn như hình vẽ.
75 20
95 Pr
Pr
Hình 4-2 Sơ đồ tính bền trục cam.
Nếu bỏ qua ma sât vă trọng lực (vì câc lực năy rất nhỏ so với câc lực khâc) thì lực tâc dụng lín trục cam sẽ lă:
PTmax = Plxo + Pjt + Pkt (4 – 5)
Trong đó:
Plxo - lực nĩn ban đầu của lị xo xupâp. (Trạng thâi xupâp đóng kín). Plxo = Plmin = 506 (N).
Pjt - Lực quân tính của cơ cấu phối khí khi bắt đầu mở xupâp quy dẫn về đường
tđm con đội.
Pjt = - mot.jt
Với mot = 0,291 (kg) – Khối lượng của cơ cấu phối khí qui dẫn về đường tđm con
đội.
jt = 4289 (m/s2) - Gia tốc của cơ cấu phối khí khi bắt đầu mở xupâp qui dẫn về đường tđm con đội.
⇒ Pjt = −0,291.4289= 1248 (N).
Pkt - Lực khí thể tâc dụng lín mặt nấm xupâp thải qui dẫn về đường tđm con
đội.
kt xp
kt S p
Với: Sxp - Diện tích mặt nấm xupâp thải. = = = − 4 10 . 30 . 4 . 2 π 2 6 π n xp d S 0,706.10-3 (m2).
pkt – Âp suất khí thể trong buồng chây khi bắt đầu mở xupâp.
Chọn pkt = 1,1 (MN/m2).
⇒ 0,776.10-3 (MN).
Thay văo công thức (3 – 27) ta có:
PTmax = Plxo + Pjt + Pkt = 506 + 1248 + 776 = 2530 (N).
Do vậy mơmen uốn lớn nhất trín trục cam được tính theo cơng thức:
Trong đó: l – Koảng câch giữa 2 tđm gối đỡ; l = 95 (mm).
l1 vă l2 – Khoảng câch từ 2 gối đỡ đến cam chịu lực PTmax.
l1 = 20 (mm); l2 = 75(mm).
39,9 (N.m) = 39,9.10-6 (MN.m).
Ứng suất uốn của trục cam được tính theo cơng thức:
26,02 (MN/m2).
Với d vă d0 lă đường kính ngoăi vă đường kính trong của trục cam.
d = 25 (mm); d0 = 4 (mm).
* Mômen xoắn:
Mômen xoắn đạt cực đại khi lực PT ở xa tđm trục cam nhất, con đội lúc năy trượt hết phần cung có bân kính .
Mơmen xoắn trục cam do lực lị xo vă lực quân tính gđy ra trín mặt cam được xâc định theo cơng thức:
(4 – 6)
Trong đó: lă lực lị xo vă lực qn tính khi cam quay đến điểm B. A – Cânh tay đòn lớn nhất của lực PT0:
(N). (N).
Vậy Mx = 12,96.10-3.(1780 + 1180) = 38,361 (N.m). * Độ võng cho phĩp:
Nếu trín đoạn trục tính tơn có hai cam cùng tín thì độ võng cho phĩp của trục cam được tính theo cơng thức:
f = 3,4.PT. (4 - 7). Trong đó:
E - Mơđuyn đăn hồi của vật liệu chế tạo trục cam.
E = (2 2,2).105 (MN/m2); Ta chọn E = 2,1.105 (MN/m2).
f = 3,4.2530.10 -6 ..103
= 0,086 (mm).
Độ võng cho phĩp của trục cam nằm trong phạm vi [f] = (0,05 0,1) mm. Vậy trục cam thỏa mên về độ võng.
* Ứng suất tiếp xúc trín mặt cam:
Trong q trình lăm việc, trín mặt cam vă con đội xuất hiện ứng suất tiếp xúc. Ứng suất tiếp xúc được tính theo cơng thức:
(4 – 8).
Trong đó:
b – Chiều rộng cam; b = 14 (mm).
- Bân kính cung ngoại tiếp của cam; = 53 (mm).
E – Môđuyn đăn hồi; E = 2,1.105 (MN/m2).
PT – Lực tâc dụng lín cam; PT = 2530.10 -6 (MN). 3,53.102 (MN/m2).
Ứng suất tiếp xúc cho phĩp nằm trong phạm vi (600 1200) MN/m2. Vậy ứng suất tiếp xúc của cam thỏa mên điều kiện bền.
4. 4. Tính tơn sức bền con đội:
Thơng thường kiểm nghiệm âp suất tiếp xúc trín thđn con đội. Khi cam tiếp xúc với con đội ở điểm B mômen xoắn trục cam Mx có giâ trị lớn nhất. Mơmen năy lăm cho con đội bị nghiíng vă tiếp xúc khơng đều.
Âp suất tiếp xúc được xâc định theo cơng thức:
Trong đó: d vă l – Đường kính vă chiều dăi tiếp xúc của thđn con đội. d = 31 (mm) vă l = 27,5 (mm).
9,817.106 (N/m2).
4. 5. Tính tơn sức bền xupâp:
Tính sức bền của nấm xupâp có thể dùng cơng thức Back, giả thuyết nấm xupâp như đĩa trịn đặt trín đế tựa hình trụ:
Ứng suất uồn mặt nấm được xâc định theo công thức:
(4 – 10).
Với: pz – Âp suất khí thể lớn nhất. Chọn pz = 7 (MN/m2). D – Đường kính trung bình của nấm xupâp; D = 30 (mm). - Chiều dăy mặt nấm; = 4 (mm).
98,4 (MN/m2).
Vì cơ cấu phối khí động cơ Duratec xupâp được dẫn động trực tiếp vì vậy ta cần xâc định âp suất tiếp xúc nĩn trín thđn. Âp suất nĩn tiếp xúc được tính theo cơng thức:
(4 – 11).
Với d vă l – đường kính vă chiều dăi thđn xupâp D = 5,5 (mm) vă l = 105 (mm).
11,6.106 (MN/m2).
5. Những hư hỏng vă phương phâp kiểm tra, sửa chữa câc chi tiết trong cơ cấu phđn phối khí:
5.1. Những hư hỏng:
Cơ cấu phđn phối khí được dẫn động từ trục cam đến xupâp lăm việc trong điều kiện chịu nhiệt độ cao, chịu lực ma sât lớn khi lăm việc vă chịu nhiều va đập nín thường bị mòn. Sự măi mòn của bất kỳ chi tiết năo trong cơ cấu đều có thể dẫn đến hiện tượng xupâp đóng mở khơng đúng u cầu, gđy ảnh hưởng xấu đến q trình lăm việc của động cơ.
Do điều kiện lăm việc của cơ cấu phối khí như vậy nín câc chi tiết của cơ cấu thường xảy ra câc hư hỏng chính sau:
+ Xupâp vă đế xupâp lă câc chi tiết lăm việc trong điều kiện khắc nghiệt nhất vừa chịu lực ma sât lại vừa chịu va đập. Thường xuyín tiếp xúc với nhiệt độ cao đặt biệt lă xupâp thải. Do đó bề mặt lăm việc của xupâp vă đế xupâp khơng những bị mịn mă cịn bị chây rỗ dẫn đến đóng khơng kín gđy lọt khí lăm giảm cơng suất, tăng lượng tiíu hao nhiín liệu của động cơ.
xupâp đồng thời sẽ gđy lọt dầu văo trong xilanh động cơ do đó lăm tăng tiíu hao dầu bơi trơn vă kết muội than trong buồng đốt.
+ Câc chi tiết dẫn động xupâp như đòn bấy, con lăn, lò xo vă câc chi tiết lắp ghĩp chúng đều bị mòn hoặc biến dạng cũng ảnh hưởng đến sự lăm việc của xupâp.
+ Đối với trục cam câc vấu cam phđn phối khí ln tiếp xúc vă tỳ văo đế con đội nín bị mòn nhiều hoặc bị biến dạng do ma sât. Nếu vấu cam bị mòn nhiều sẽ lăm giảm hănh trình của con đội do đó lăm giảm độ mở của xupâp.
+ Con đội sẽ bị mịn nhiều ở phần thđn vă đây. Nếu lă bơi trơn cưỡng bức khe hở phần thđn vă phần dẫn hướng sẽ lăm giảm âp lực dầu bơi trơn. Nếu lă con đội cơ khí sự măi mịn bề mặt tiếp xúc sẽ lăm giảm khe hở miệng xupâp.
+ Bộ phận dẫn động trục cam: Câc gđn bânh răng, bânh xích, bi dđy đai bị măi mòn cũng lăm sai lệch pha phđn phối khí của động cơ tức lă thời điểm đóng mở xupâp khơng đúng u cầu đồng thời gđy nín tiếng ồn vă gõ trong quâ trình lăm việc.
5.2. Câc phương phâp kiểm tra, phđn loại chi tiết:
Sau khi thâo vă rửa sạch, câc chi tiết được kiểm tra, phđn loại để xâc định phương ân xử lý. Câc chi tiết được phđn lăm 3 nhóm: Câc chi tiết được dùng lại không phải sữa chữa, câc chi tiết cần được phục hồi, sữa chữa vă câc chi tiết hư hỏng bỏ đi.
Việc kiểm tra phđn loại câc chi tiết bao gồm câc công việc đo đạc, quan sât, kiểm tra chi tiết vă so sânh kết quả đo với câc tiíu chuẩn kĩ thuật kiểm tra để quyết định phương ân xử lý.
Việc kiểm tra câc chi tiết cần phải căn cứ văo đặc điểm kết cấu, điều kiện lăm việc vă tiíu chuẩn kỹ thuật của chi tiết. Việc kiểm tra được thực hiện bằng quan sât vă dùng dụng cụ đo vă phải tiến hănh theo quy trình nhất định. Đối với mỗi chi tiết cần có một phương ân kiểm tra nhất định.
* Kiểm tra chi tiết dạng trục: bao gồm trục khuỷu, trục cam của động cơ. Hư hỏng