III. Tính sức bền của nắp xylanh
I.2.Chọn dạng cam
Khi chọn dạng cam, cần phải xét các điểm sau:
- Dạng cam phải đảm bảo cơ cấu phối khí cĩ trị số “thời gian – tiết diện” lớn nhất, nghĩa là khả năng lưu thơng dịng khí lớn nhất. Vì vậy u cầu cam phải mở xupap thật nhanh, giữ cho xupap ở vị trí lớn nhất thật lâu và khi đĩng thật nhanh xupap.
- Dạng cam phải thích hợp để giai đoạn mở và đĩng xupap cĩ gia tốc và vận tốc nhỏ nhất. Do đĩ cơ cấu phân phối khí làm việc êm, ít va đập và hao mịn.
- Dạng cam phải đơn giản, dễ chế tạo.
Trên cơ sở đảm bảo ba yêu cầu trên, động cơ đốt trong ngày nay thường dùng hai loại cam là cam lồi và cam tiếp tuyến. Dạng cam lõm tuy cĩ ưu điểm là tốc độ mở đĩng xupap rất nhỏ, mở đĩng nhanh nhưng khơng được dùng vì chủ yếu là do gia cơng mặt lõm rất khĩ.
Thiết kế dạng cam cĩ hai phương pháp:
I.2.1. Lựa chọn quy luật chuyển động của cam (chủ yếu là quy luật gia tốc)
Lựa chọn quy luật chuyển động (gia tốc) của cam, sau đĩ lấy tích phân hai lần để tìm quy luật của độ nâng supap biến thiên theo gĩc quay trục cam.
Phương pháp này cĩ ưu điểm là cĩ thể thực hiện bất kỳ quy luật chuyển động nào ta cho là tốt nhất, nghĩa là các quy luật chuyển động cĩ gia tốc khi mở, đĩng xupap nhỏ nhất.
Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là dạng cam ứng với quy luật lý tưởng trên rất khĩ gia cơng vì mặt cam cĩ dạng đường cong rất phức tạp. Tuy vậy, ngày nay khi thiết kế các loại động cơ cao tốc, người ta vẫn thường thiết kế dạng cam theo phương pháp này.
I.2.2. Định sẵn dạng cam
Mặt cam được định dạng sẵn là tập hợp của những cung trịn, cung parabơn,... để dễ gia cơng. Sau đĩ căn cứ vào quy luật nâng đã định, đạo hàm hai lần đối với gĩc quay của trục cam để tìm quy luật gia tốc rồi kiểm tra xem cĩ phù hợp với yêu cầu về gia tốc của cơ cấu phân phối khí hay khơng.
Phương pháp thứ hai này cĩ ưu điểm là đảm bảo tính cơng nghệ khi gia cơng trục cam được thuận lợi. Vì vậy tuyệt đại bộ phận động cơ đốt trong tốc độ thấp và trung bình đều dùng cam định hình theo phương pháp thiết kế thứ hai.
Lựa chọn dạng cam theo phương pháp này thường dùng các đường cong của nhiều cung trịn, cung trịn phối hợp với cung parabơn hoặc cung trịn phối hợp với đường thẳng. Dạng cam dùng cung trịn hoặc parabơn được gọi là cam lồi, dạng cam dùng cung trịn nối với đường thẳng được gọi là cam tiếp tuyến.
Hình 6.2 giới thiệu quy luật nâng hạ h = f (k) và quy luật gia tốc j = f(k) của ba loại cam lồi
cung trịn, cam lồi cung parabơn và cam tiếp tuyến.
Từ hình 6.2b, cĩ thể thấy rằng cam lồi cung trịn cĩ trị số “thời gian – tiết diện” lớn nhất. Tuy nhiên loại này lại cĩ gia tốc dương lớn nhất, Do đĩ khi làm việc, cơ cấu phân phối khí va đập rất mạnh trong giai đoạn đĩng mở xupap nên lực qn tính tác dụng lên mặt cam cĩ trị số rất lớn. Trị số cho phép của gia tốc dương phụ thuộc vào độ cứng của bề mặt tiếp xúc của cam với con đội, của con đội với xupap (hoặc đũa đẩy), độ cứng vững của trục cam và khả năng chịu tải của ổ trục cam. Trị số của gia tốc âm, phụ thuộc vào khả năng làm việc của lị xo. Để giảm kích thước của lị xo và giảm phụ tải tác dụng lên lị xo, thường phải khống chế trị số tuyệt đối của gia tốc âm ở phạm vi nhỏ nhất.
J (m/s2)
k
Cung trịn Cung parabơn
Tiếp tuyến
Gĩc quay của trục cam k
Hình 6.2. So sánh cam lồi và cam tiếp tuyến
0 20 40 60 80 h (mm) 20 40 60 80 100 10 20 30 40 50 0 -300 -600 -900 900 600 300 1800 1500 1200 2100 2400 O 2
Cam tiếp tuyến cĩ trị số “thời gian – tiết diện” nhỏ nhất (hình 6.2) gia tốc khi mở và khi đĩng xupap cũng nhỏ nhất nhưng gia tốc âm thì lại cĩ trị số tuyệt đối lớn nhất. Vì vậy cam tiếp tuyến chỉ sử dụng khi yêu cầu cao về giảm va đập (cơ cấu phân phối khí làm việc êm). Nhưng do gia tốc âm lớn nên lị xo xupap chịu tải lớn. Để giảm tải trọng tác dụng lên lị xo, khối lượng của cơ cấu dẫn động xupap phải nhỏ. Vì vậy cam tiếp tuyến thường dùng trong cơ cấu phân phối khí xupap đặt.
Cam lồi cung parabơn cĩ các thơng số nằm trong phạm vi giới hạn bởi các thơng số của hai loại cam trên. Do tính cơng nghệ của cam parabơn kém nên loại cam này ít được sử dụng.