›
›

Đồ án Mô phỏng động học cơ cấu phân phối khí động cơ IFA trên Catia

pdf 81 trang hoanguyen 3420
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Mô phỏng động học cơ cấu phân phối khí động cơ IFA trên Catia", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_mo_phong_dong_hoc_co_cau_phan_phoi_khi_dong_co_ifa_tre.pdf

Nội dung text: Đồ án Mô phỏng động học cơ cấu phân phối khí động cơ IFA trên Catia

  1. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ IFA TRÊN CATIA Đà Nẵng - 2010
  2. ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ IFA TRÊN CATIA A. Tên đề tài: Mô phỏng động học của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA trên Catia. B. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: 1. Mục đích ý nghĩa của đề tài. 2. Tổng quan cơ cấu phân phối khí động cơ đốt trong 2.1. Nhiệm vụ,phân loại,yêu cầu của cơ cấu phân phối khí động cơ đốt trong. 2.2. Cơ cấu phân phói khí dùng trong động cơ 2 kỳ. 2.3. Cơ cấu phân phối khí dùng trong động cơ 4 kỳ. 2.4. Các cụm chi tiết,chi tiết trong cơ cấu phân phối khí động cơ đốt trong 4 kỳ. 3. Tính toán động học cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 4. Giới thiệu về phần mềm Catia
  3. 4.1 Lịch sữ ra đời và các tính năng của phần mềm Catia 4.2 Thiết kế chi tiết 3D trong modun Part Design 4.3 Lắp ráp chi tiết trong modun Assembly Design 5. Mô phỏng động học cơ cấu phân phối khí động cơ IFA trên Catia 5.1 Thiết kế 3D xupáp của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 5.2 Thiết kế 3D lò xo của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 5.3 Thiết kế 3D ống dẫn hướng của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 5.4 Thiết kế 3D trục cam của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 5.5 Thiết kế 3D con đội của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 5.6 Thiết kế 3D đũa đẩy của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 5.7 Thiết kế 3D cò mổ của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 5.8 Lắp ráp 3D cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 5.9 Mô phỏng động học cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 6. Kết luận. C. Các bản vẽ và đồ thị: 1- Cơ cấu PPK động cơ đốt trong 2 kỳ 1A3 2- Cơ cấu PPK động cơ đốt trong 4 kỳ 3A3 3- Cơ cấu PPK động cơ IFA 1A3 4- Xupáp của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 1A3 5- Lò xo của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 1A3 6-Ống dẫn hướng của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 1A3 7- Trục cam của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 1A3 8- Con đội của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 1A3 9- Đũa đẩy của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 1A3 10- Cò mổ của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 1A3
  4. MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 5 1.MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI. 6 2.TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG. 7 2.1. Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu hệ thống phân phối khí: 7 2.2. Hệ thống phân phối khí dùng trong động cơ hai kỳ: 8 2.3. Hệ thống phân phối khí trong động cơ bốn kỳ: 9 2.3.1. Các phương án bố trí xupáp và dẫn động xupáp: 10 2.3.2. Phương án bố trí trục cam và dẫn động trục cam: 16 2.4. Các chi tiết, cụm chi tiết chính trong cơ cấu phân phối khí:Error! Bookmark not defined. 2.4.1. Trục cam:. Error! Bookmark not defined. 2.4.2. Con đội: Error! Bookmark not defined. 2.4.3. Đũa đẩy: Error! Bookmark not defined. 2.4.4. Đòn bẩy: Error! Bookmark not defined. 2.4.5. Xupáp: Error! Bookmark not defined. 2.4.6. Đế xupáp:. Error! Bookmark not defined. 2.4.7. Ống dẫn hướng: Error! Bookmark not defined. 2.4.8. Lò xo xupáp: Error! Bookmark not defined. 3. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ IFA. Error! Bookmark not defined. 3.1. Đặc điểm kết cấu của chi tiết của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA Error! Bookmark not defined. 3.2.Xác định các thông số chủ yếu của cơ cấu phân phối khí: Error! Bookmark not defined. 4. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CATIA Error! Bookmark not defined. 4.1 LỊCH SỬ RA ĐỜI VÀ CÁC TÍNH NĂNG CỦA PHẦN MỀM CATIA Error! Bookmark not defined. 4.1.1 Lịch sử ra đời Catia Error! Bookmark not defined. 4.1.2. Tính năng của phần mềm Catia Error! Bookmark not defined. 4.2 THIẾT KẾ CHI TIẾT 3D TRONG MODUL PART DESIGNError! Bookmark not defined. 4.3 TRÌNH ỨNG DỤNG LẮP RÁP ASEMBLY DESIGN Error! Bookmark not defined. 4.3.1. Tính năng của Assembly Design Error! Bookmark not defined. 4.3.2. Phương pháp, trình tự thiết kế bản vẽ lắp trong Assembly Design Error! Bookmark not defined. 5. MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ IFA TRÊN CATIA. Error! Bookmark not defined. 5.1 Thiết kế 3D xupáp cơ cấu phân phối khí động cơ IFA. Error! Bookmark not defined. 5.2 Thiết kế 3D lò xo cơ cấu phân phối khí động cơ IFA. Error! Bookmark not defined.
  5. 5.3 Thiết kế 3D ống dẫn hướng cơ cấu phân phối khí động cơ IFA.Error! Bookmark not defined. 5.4 Thiết kế 3D trục cam cơ cấu phân phối khí động cơ IFA. . Error! Bookmark not defined. 5.5 Thiết kế 3D con đội cơ cấu phân phối khí động cơ IFA Error! Bookmark not defined. 5.6 Thiết kế 3D đũa đẩy cơ cấu phân phối khí động cơ IFA. . Error! Bookmark not defined. 5.7 Thiết kế 3D cò mổ cơ cấu phân phối khí động cơ IFA. Error! Bookmark not defined. 5.8 Lắp ráp 3D cơ cấu phân phối khí động cơ IFA. Error! Bookmark not defined. 5.9 Kết quả lắp ráp mô phỏng. Error! Bookmark not defined. 5.10 Phân tích quá trình lắp ráp. Error! Bookmark not defined. 5.10.1 Tính toán va chạm giữa các đối tượng(computing a clash between components). Error! Bookmark not defined. 5.10.2 Tính toán khoảng hở giữa các đối tượng (computing a clearance between components) . Error! Bookmark not defined. 6. KẾT LUẬN: Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined. LỜI NÓI ĐẦU Đối với một sinh viên kỹ thuật, đồ án tốt nghiệp đóng một vai trò rất quan trọng. Đề tài tốt nghiệp được thầy giao cho em là mô phỏng động học cơ cấu phân phối khí động cơ IFA trên CATIA V5R19. Đây là một đề tài mới đối với sinh viên nhưng mục đích của đề tài rất thiết thực, nó không những giúp cho em có điều kiện để chuẩn lại các kiến thức đã học ở trường mà còn có thể hiểu biết thêm nhiều kiến thức mới đặc biệt là phần mềm CATIA phần mềm đang được ứng dụng rộng rãi hiện nay trong lĩnh vực thiết kế và mô phỏng chi tiết máy và cơ cấu máy. Bên cạnh đó việc khảo sát động cơ IFA thật sự đã đem đến cho em nhiều điều hay và bổ ích. Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Quang Trung, các thầy cô trong khoa cùng với việc tìm hiểu, tham khảo các tài liệu liên quan và vận dụng các kiến thức được học, em đã cố gắng hoàn thành đề tài này. Mặc dù vậy, do kiến thức của em có hạn lại thiếu kinh nghiệm thực tế nên đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em mong các thầy cô góp ý, chỉ bảo thêm để kiến thức của em ngày càng hoàn thiện hơn.
  6. Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn " Nguyễn Quang Trung” cùng các thầy cô trong khoa và các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ để em có thể hoàn thành đồ án này. Sinh viên thực hiện Nguyễn Ngọc Phương 1.MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI. Với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ đặc biệt là lĩnh vực điều khiển số và tin học.Ngày nay có rất nhiều phần mềm hỗ 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 nhiều thời gian . Trong các công đoạn của quá trình sản xuất cơ khí thì sự tiện ích của các phần mềm hỗ trợ thực sự có vai trò đóng góp hết sức to lớn. Từ việc lên bản vẽ thiết kế chi tiết máy đến việc mô phỏng lắp ghép và kiểm tra độ bền của các chi tiết máy trước khi đưa vào sản xuất thực tế. Do đó, các phần mềm hỗ trợ đã tiết kiệm rất nhiều thời gian và kinh tế trong sản xuất, hạn chế và tránh những sai sót gặp phải trong quá trình sản xuất thực tế.Xét về ngành cơ khí nếu trước đây chúng ta sử các chương trình như MasterCAM,Cimatron,EdgeCAM,Pro Engineer chủ yếu để gia công và phân
  7. khuôn,SolidWork,SoliđEge,Mechanical Destop,Inventor trong thiết kế 3D,lắp ráp, mô phỏng chuyển động cũng như tính toán phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ lên từng phần trong sản phẩm,khảo sát sự biến dạng của vật thể dưới tác dụng của lực v.v Các chương trình này thường làm việc riêng rẽ đôi khi không thuận tiện trong sản xuất các hang lớn có xu hướng dung một phần mềm trọn gói khả năng đáp ứng được nhiều công việc,có thể làm từng công đoạn riêng sau đó qua một công đoạn cuối cung tổng hợp.Và CATIA là một trong những chương trình này Phần mềm CATIA thiết kế và mô phỏng các cơ cấu máy là một trong những phầm mềm hỗ trợ cho những người đang học tập cũng như làm việc trong lĩnh vực thiết kế chi tiết và cơ cấu máy. Và hiện tại phần mềm này là một trong những phần mềm mới chưa được ứng dụng phổ biến. Phần mềm này sẽ giúp cho những người học tập và làm việc trong lĩnh vực thiết kế cơ khí có thêm công cụ để giải quyết việc thiết kế chi tiết máy, góp phần giảm bớt thời gian cho công việc này. 2.TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG. 2.1. Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu hệ thống phân phối khí: 1.1.1. Mục đích: Hệ thống phân phối khí có nhiệm vụ thực hiện quá trình thay đổi khí trong động cơ. Thải sạch khí thải ra khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp nạp hoặc không khí mới vào xilanh động cơ để động cơ làm việc được liên tục, ổn định, phát huy hết công suất thiết kế. 1.1.2. Yêu cầu: Cơ cấu phối phải đảm bảo các yêu cầu sau: Quá trình thay đổi khí phải hoàn hảo, nạp đầy thải sạch. Đóng mở xupáp đúng quy luật và đúng thời gian quy định. Độ mở lớn để dòng khí lưu thông, ít trở lực. Đóng xupáp phải kín nhằm đảm bảo áp suất nén, không bị
  8. cháy do lọt khí. Xupáp thải không tự mở trong quá trình nạp. Ít va đập, tránh gây mòn. Dễ dàng điều chỉnh, sửa chữa, giá thành chế tạo thấp. 1.1.3. Phân loại: Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp: Là loại cơ cấu được sử dụng rộng rãi trong động cơ 4 kỳ vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ điều chỉnh và làm việc chính xác hiệu quả, mang lại hiệu suất cao. Cơ cấu phối khí dùng van trượt: Là loại cơ cấu tuy có nhiều ưu điểm như có thể đảm bảo tiết diện lưu thông lớn, dễ làm mát, ít gây ồn Nhưng do kết cấu khá phức tạp, giá thành cao nên rất ít được dùng. Trong một số động cơ hai kỳ, việc nạp thải khí bằng lỗ (quét vòng), piston của chúng làm nhiệm vụ của van trượt, đóng mở lỗ thải và lỗ nạp. Loại dùng trong động cơ này không có cơ cấu dẫn động van trượt riêng nên vẫn dùng cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền dẫn động piston. Cơ cấu phân phối khí hỗn hợp thường dùng lỗ để nạp và xupáp để thải khí. 2.2. Hệ thống phân phối khí dùng trong động cơ hai kỳ: Trong động cơ hai kỳ, quá trình nạp đầy môi chất mới vào xilanh động cơ chỉ chiếm khoảng 1200 đến 1500 góc quay trục khuỷu. Quá trình thải trong động cơ hai kỳ chủ yếu dùng không khí quét có áp suất lớn hơn áp suất khí trời để đẩy sản vật cháy ra ngoài. Ở quá trình này sẽ xảy ra sự hòa trộn giữa không khí quét với sản vật cháy, đồng thời cũng có các khu vực chết trong xilanh không có khí quét tới. Chất lượng các quá trình thải sạch sản vật cháy và nạp đầy môi chất mới trong động cơ hai kỳ chủ yếu phụ thuộc vào đặc điểm của hệ thống quét thải. Hiện nay trên động cơ hai kỳ thường sử dụng các hệ thống quét thải sau: + Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng song song: Được sử dụng chủ yếu trên động cơ hai kỳ cỡ nhỏ. Đặc điểm: Dùng cácte làm máy nén khí để tạo ra không khí quét. Cửa quét thường đặt xiên lên hoặc đỉnh piston có kết cấu đặc biệt để dẫn hướng dòng không khí quét trong xilanh. + Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng lệch tâm: Thường dùng trên các động cơ hai kỳ có công suất lớn. Đặc điểm: Cửa quét đặt theo hướng lệch tâm, xiên lên và hợp với đường tâm xilanh một góc 300, do đó khi dòng không khí quét vào xilanh sẽ theo hướng đi lên tới nắp xilanh mới vòng xuống cửa thải.
  9. Đây là hệ thống quét thải hoàn hảo nhất, nó cho các chỉ tiêu công tác của động cơ và áp suất không khí quét lớn. + Hệ thống quét vòng đặt ngang phức tạp: Đặc điểm: Có hai hàng cửa quét, hàng trên đặt cao hơn cửa thải, bên trong có bố trí van một chiều để sau khi đóng kín cửa thải vẫn có thể nạp thêm môi chất công tác mới vào hàng lổ phía trên. Áp suất khí quét lớn nhưng do kết cấu có nhiều van tự động nên phức tạp. Chiều cao các cửa khí lớn làm tăng tổn thất hành trình piston, giảm các chỉ tiêu công tác của động cơ. + Hệ thống quét vòng đặt một bên: Chỉ sử dụng cho các động cơ hai kỳ tĩnh tại, động cơ tàu thủy cỡ nhỏ có tốc độ trung bình. Đặc điểm: Các cửa khí đặt một bên của thành xilanh theo hướng lệch tâm cửa quét nghiêng xuống một góc 150. Trong hệ thống có thể có van xoay để đóng cửa thải sau khi kết thúc quét khí nhằm giảm tổn thất khí quét. + Hệ thống quét thẳng qua xupáp thải: Đặc điểm: Cửa quét đặt xung quanh xilanh theo hướng tiếp tuyến. Xupáp thải được đặt trên nắp xilanh. Dòng khí quét chỉ đi theo một chiều từ dưới lên nắp xilanh rồi theo xupáp thải ra ngoài nên dòng không khí quét ít bị hòa trộn với sản vật cháy và khí thải được đẩy ra ngoài tương đối sạch, do đó hệ số khí sót nhỏ và áp suất dòng khí nạp lớn. Để lựa chọn góc phối khí tốt nhất làm cho quá trình nạp hoàn thiện hơn. Cửa quét đặt theo hướng tiếp tuyến nên dòng không khí quét đi vào xilanh tạo thành một vận động xoáy do đó quá trình hình thành hỗn hợp khí và quá trình cháy xảy ra tốt hơn, đồng thời làm tăng tiết diện lưu thông nên giảm được sức cản trong quá trình quét khí.
  10. Hình 2-1 Một số phương án quét thải trên động cơ hai kỳ. a) - Hệ thống quét thẳng dùng piston đối đỉnh; b) - Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng lệch tâm; c) - Hệ thống quét vòng đặt ngang phức tạp; d) - Hệ thống quét thẳng qua xupáp thải; e) - Hệ thống quét vòng đặt một bên. 2.3. Hệ thống phân phối khí trong động cơ bốn kỳ: Trên động cơ bốn kỳ việc thải sạch khí thải và nạp đầy môi chất mới được thực hiện bởi cơ cấu cam - xupáp, cơ cấu cam - xupáp được sử dụng rất đa dạng. Tùy theo cách bố trí xupáp và trục cam, người ta chia cơ cấu phân phối khí của động cơ bốn kỳ thành nhiều loại khác nhau như cơ cấu phối khí dùng xupáp treo, cơ cấu phối khí dùng xupáp đặt 2.3.1. Các phương án bố trí xupáp và dẫn động xupáp: Các động cơ đốt trong có cơ cấu phân phối khí dùng xupap ngày nay đều bố trí xupap theo một trong hai phương án chủ yếu là bố trí xupap đặt và bố trí xupap treo. Động cơ diêzel chỉ dùng phương án bố trí xupap treo. Vì dung tích buồng cháy của động cơ đêzel nhỏ, tỷ số nén rất cao. Động cơ xăng có thể dùng xupap treo hay xupap đặt, nhưng ngày nay cũng thường dùng cơ cấu phân phối khí xupap treo vì cơ cấu phân phối khí này có nhiều ưu điểm hơn so với cơ cấu phân phối khí xupap đặt.
  11. Khi dùng cơ cấu phân phối khí xupap treo, buồng cháy rất gọn, diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ vì vậy giảm được tổn thất nhiệt. Đối với động cơ xăng khi dùng cơ cấu phân phối khí xupap treo, do buồng cháy nhỏ gọn, khó kích nổ nên có thể tăng tỷ số nén lên thêm từ 0,5 ÷ 2 so với khi dùng cơ cấu phân phối khí xupap đặt. Nói một cách khác khi chuyển từ cơ cấu phân phối khí xupap đặt sang cơ cấu phân phối khí xupap treo, khã năng chống kích nổ tăng lên rất rõ rệt. Cơ cấu phân phối khí xupap treo còn làm cho dạng đường nạp thải thanh thoát hơn khiến sức cản khí động giảm nhỏ, đồng thời do có thể bố trí xupap hợp lý hơn nên có thể tăng được tiết diện lưu thông của dòng khí nhưng điều đó khiến cho hệ số nạp tăng lên 5 ÷ 7 %. Do có các ưu điểm trên, cơ cấu phân phối khí xupap treo được dùng rộng rãi trong các động cơ cường hóa (động cơ có công suất lớn và số vòng quay lớn). Tuy vậy cơ cấu phân phối khí xupap treo cũng tốn tại một số khuyết điểm, khuyết điểm cơ bản của cơ cấu phân phối khí này là dẫn động xupap phức tạp và làm tăng chiều cao động cơ. Ngoài ra bố trí xupap treo làm cho kết cấu của nắp xanh trở nên hết sức phức tạp, rất khó đúc. Khi dùng cơ cấu phân phối khí xupap đặt, chiều cao của động cơ giảm xuống, kết cấu của nắp xylanh đơn giảm hơn, dẫn động xupap cũng dể dàng hơn, nhưng do buồng cháy không gọn, diện tích truyền nhiệt lớn nên tính kinh tế của động cơ kém, tiêu hao nhiều nhiên liệu, ở tốc độ cao hệ số nạp giảm làm giảm mức độ cường hóa của động cơ. Đồng thời khó tăng được tỷ số nén, nhất là khi tỷ số nén của động cơ lớn hơn 7,5 rất khó bố trí buồng cháy. Vì vậy cơ cấu phân phối khí xupap đặt thường chỉ dùng trong một số động cơ xăng có tỷ số nén thấp, số vòng quay không cao lắm. Hình 2-6 giới thiệu kết cấu và cách bố trí xupap đặt. Xupap lắp ở một bên thân máy, ngay phía trên trục cam và được trục cam dẫn động qua con đội. Xupap nạp và xupap thải có thể bố trí theo nhiều kiểu khác nhau: bố trí xen kẻ nhau hoặc bố trí theo từng cặp một. Khi bố trí từng cặp xupap cùng tên, các xupap nạp có thể dùng chung đường nạp nên làm cho đường nạp trở nên đơn giản hơn. Phương án bố trí các xupap cùng tên kề nhau giới thiệu trên hình 2-2 a.
  12. a) b)) Hình 2-2. Cơ cấu phân phối khí xupáp đặt Cơ cấu phân phối khí xupap treo có thể bố trí xupap theo nhiều kiểu khác nhau. Cách bố trí phụ thuộc vào hình dạng buồng cháy và kết cấu của cơ cấu phân phối khí. Động cơ có đường kính trung bình và nhỏ (D<200 mm) thường dùng hai xupap cho một xylanh (một xupap thải và một xupap nạp), những động cơ có đường kính xylanh lớn thường dùng bốn xupap cho một xylanh: hai xupap thải và hai xupap nạp hhoặc dùng 3 xupap (2 xupap nạp 1 xupap thải). Khi dùng 3 xupap bố trí bố trí vòi phun hoặc buji rất khó. Trong những động cơ dùng 2 xupap cho một xylanh, xupap có thể bố trí một dãy hay hai dãy dọc theo thân máy. Khi bố trí một dãy, xupap có thể đặt xen kẽ nhau như hình 2-3a. Kiểu bố trí đường nạp và đường thải trên hình này thường dùng cho động cơ diêzen. Trong động cơ xăng, đường thải và đường nạp thường phải bố trí về cùng một phìa để ống thải có thể sấy nóng ống nạp khiến nhiên liệu dễ bay hơi. Ngược lại động cơ đêzen thường bố trí đường thải và đường nạp về hai phía là để giảm sự sấy nóng không khí nạp do đó nâng cao được hệ số nạp.
  13. d) Hình 2-3. Cơ cấu phân phối khí xupáp treo Để dẫn động xupap, trục cam có thể bố trí trên nắp xylanh để dẫn động trực tiếp hoặc qua đòn bẫy như trên hình 2-3.Trường hợp trục cam bố trí ở hộp trục khuỷu hoặc ở thân máy, xupap được dẫn động trực tiếp qua con đội, đũa đẩy, đòn bẩy Dẫn động trực tiếp xupap tuy không cần đến các chi tiết máy trung gian như con đội, đũa đẩy nhưng cơ cấu dẫn động trục cam trở thành phức tạp. Chính vì vậy động cơ ôtô máy kéo ngày nay (kể cả động cơ chữ V) đa số vẫn dùng kiểu dẫn động xupap gián tiếp (động cơ chữ V thường dùng một trục cam đặt giữa hai hàng xylanh để dẫn động toàn bộ các xupap; bố trí trục cam và cách dẫn động như thế làm cho kết cấu động cơ rất gọn). Khi bố trí xupap thành hai dãy (một dãy xupap nạp và một dãy xupap thải), ống thải và ống nạp bố trí về hai phía, xupap có thể đặt nghiêng đi một góc nhất định đối với đường tâm xylanh để có thể tăng đường kính nấm xupap và dễ bố trí đường thải, đường nạp trong xylanh.
  14. Cách bố trí này thường dùng cho động cơ xăng có buồng cháy bán cầu hoặc ovan. Một số động cơ đêzen, chữ V như động cơ Tatơra của Tiệp Khắc cũng dùng kiểu bố trí xupap này. Nếu bố trí xupap song song với đường tâm xylanh, có thể tăng kích thước của nấm xupap băng cách đúc lõm nắp xylanh để tạo thành buồng cháy trên nắp xylanh. Để tiên việc lắp vòi phun hoặc buji, các xupap thường bố trí chéo đi một ít. Hình 2-4. Sơ đồ bố trí hai hàng xupáp và dẫn động chúng trực tiếp bằng trục cam đặt trên nắp xylanh Khi bố trí xupap treo thành hai dãy, dẫn động xupap rất phức tạp. Có thể sử dụng phương án dẫn động như hình 2-4 a và b, dùng một trục cam dẫn động gián tiếp qua các đòn bẫy, hoặc có thể dùng hai trục cam dẫn động trực tiếp. Nếu chỉ dùng một trục cam bố trí ở thân máy thì phải dùng cơ cấu đòn bẩy khá phức tạp (Hình 2-5). Hình 2-5. Sơ đồ dẫn động bốn dãy xupáp bằng một trục
  15. Phương án dẫn động này cũng được dùng khá phổ biến trong động cơ chữ V. Các loại động cơ chữ V dùng trên ô tô máy kéo có buống cháy hình chêm, các xupap thường bố trí theo một dãy và nghiêng đi một góc so với đường tâm xylanh. Vì vậy thường hay dùng một trục cam đặt giữa hai hàng xylanh để dẫn động toàn bộ các xupap . Trong các động cơ có đường kình xylanh lớn, người ta thường dùng bốn xupap để tăng diện tích tiết diện lưu thông và để giảm đường kính nấm xupap, khiến cho xupap không bị quá nóng và tăng được sức bền. Các xupap cùng tên của loại động cơ này có thể bố trí thành hai dãy hoặc thành một dãy. Khi bố trí theo cách thứ nhất ( Hình 2-6 a), có thể giảm bớt số đường nạp, đường thải trong nắp xylanh và có thể để đường thải và đường nạp về cùng một phía. Trong nhiều kết cấu của động cơ chữ V, bố trí như trên có nhiều thuận lợi. Tuy vậy kiểu bố trí này thường làm cho xupap thải bên phải quá nóng. Hình 2-6. Bố trí xupáp và các phương án dẫn động xupáp trong động cơ dùng bốn xupáp cho một xylanh
  16. Bố trí xupap theo kiểu thứ hai (Hình 2-6 b) tuy phải dùng hai trục cam nhưng tránh được thiếu sót trên, ngoài ra còn làm cho việc bố trí đường thải và đường nạp thuận lợi, nhất là đối với động cơ điêzen. Để đảm bảo dẫn động các xupap cùng tên đóng mở đồng thời, nên người ta bố trí trục cam dẫn động các xupap cùng tên này bằng các đòn bẩy hình nạng (Hình 2-6 c), đòn ngang (Hình 2-6 d)hoặc hai cam cùng tên trực tiếp dẫn động. Trong một số động cơ xăng, xupap có khi bố trí theo kiểu hỗn hợp: xupap nạp đặt trên thân còn xupap thải lắp chéo trên nắp xylanh như hình 2-11. Khi bố trí như thế kết cấu của cơ cấu phân phối khí rất phức tạp nhưng có thể tăng được tiết diện lưu thông rất nhiều do đó có thể tăng khã năng cường hóa động cơ. Kết cấu này thường dùng trong các loại động cơ xăng tốc độ cao. Hình2-7.Bố trí xupáp hỗn hợp Kết luận: So sánh ưu khuyết điểm của hai phương án bố trí xupáp đặt và treo thấy rằng: Động cơ diezel chỉ dùng xupáp treo, do tạo được ε cao còn động cơ xăng có thể dùng xupáp treo, hay đặt nhưng ngày nay thường dùng hệ thống phân phối khí kiểu treo. Động cơ sử dụng hệ thống phân phối khí kiểu treo có hiệu suất nhiệt cao hơn. Dùng hệ thống phân phối khí kiểu treo tuy làm cho kết cấu quy lát rất phức tạp và dẫn động cũng phức tạp nhưng đạt hiệu quả phân phối khí rất tốt. Hệ thống phân phối khí xupáp treo
  17. chiếm ưu thế tuyệt đối trong động cơ 4 kỳ. 2.3.2. Phương án bố trí trục cam và dẫn động trục cam: Trục cam có thể đặt trong hộp trục khuỷu hay trên nắp máy: Loại trục cam đặt trong hộp trục khuỷu được dẫn động bằng bánh răng cam. Nếu khoảng cách giữa trục cam với trục khuỷu nhỏ thường chỉ dùng một cặp bánh răng. Nếu khoảng cách trục lớn, phải dùng thêm các bánh răng trung gian hoặc dùng xích răng. Loại trục cam đặt trên nắp máy. Dẫn động trục cam có thể dùng trục trung gian dẫn động bằng bánh răng côn hoặc dùng xích răng. Khi dùng hệ thống bánh răng côn cần có ổ chắn dọc trục để chịu lực chiều trục và khống chế độ rơ dọc trục. Khi trục cam dẫn động trực tiếp xupáp, trục cam được dẫn động qua ống trượt, trục cam dẫn động qua đòn quay. Phương án dẫn động bằng bánh răng có ưu điểm rất lớn là kết cấu đơn giản, do cặp bánh răng phân phối khí thường dùng bánh răng nghiêng nên ăn khớp êm và bền. Tuy vậy, khi khoảng cách giữa trục cam với trục khuỷu lớn thì phương án này phải dùng thêm nhiều bánh răng trung gian. Điều đó làm cho thân máy thêm phức tạp (vì phải lắp nhiều trục để lắp bánh răng trung gian ) và cơ cấu dẫn động trở nên cồng kềnh, khi làm việc thường có tiếng ồn. Truyền động bằng xích có nhiều ưu điểm như gọn nhẹ, có thể dẫn động được trục cam ở khoảng cách lớn. Tuy vậy phương án này có nhược điểm là đắt tiền vì giá thành chế tạo của xích đắt hơn bánh răng nhiều. Khi xích bị mòn gây nên tiếng ồn và làm sai lệch pha phân phối. a) b) c) d) e)
  18. Hình 2-5 Các phương án dẫn động trục cam. a, c) – Dẫn động trục cam dùng bánh răng côn; b) – Dẫn động trục cam dùng bánh răng trung gian; d , e) – Dẫn động trục cam dùng xích.
  19. 2.4. Các chi tiết, cụm chi tiết chính trong cơ cấu phân phối khí: 2.4.1. Trục cam: Nhiệm vụ của trục cam là dẫn động và điều khiển việc đóng mở xupáp hút và thải đúng theo chu kì hoạt động của động cơ. Hình 2-6 Kết cấu trục cam. 1 – Đầu trục cam; 2 – Cổ trục cam; 3 – Các vấu cam; 4 – Cam lệch tâm bơm xăng; 5 – Bánh răng dẫn động bơm dầu bôi trơn. Trên trục cam có các vấu cam hút và xả cho mỗi xilanh. Thời điểm đóng mở xupáp phụ thuộc vào biên dạng cam. Trục cam bao gồm các phần cam thải, cam nạp và các cổ trục. Ngoài ra trên một số động cơ trên trục cam còn có vấu cam dẫn động bơm xăng, bơm cao áp vv Hình dạng và vị trí của cam phối khí quyết định bởi thứ tự làm việc, góc độ phối khí và số kì của động cơ. Cam có thể được chế tạo liền trục hoặc có thể làm rời từng cái rồi lắp trên trục bằng then hoặc đai ốc. Vật liệu chế tạo trục cam thường là thép hợp kim có thành phần cacbon thấp như thép 15X, 15MH, 12XH hoặc thép cacbon có thành phần trung bình như thép 40 hoặc thép 45. Các mặt ma sát của trục cam (mặt làm việc của trục cam, của ổ trục, của mặt đầu trục cam ) đều thấm than và tôi cứng. + Cổ trục cam: Có hai loại đủ cổ và thiếu cổ. Nếu số cổ trục là Z và số xilanh là i thì: Số cổ loại đủ cổ là Z = (i + 1) thường dùng ở động cơ điêzen. Số cổ loại trốn cổ Z = (i/2 + 1) thường dùng ở động cơ xăng. Các cổ phải mài bóng, bề mặt có độ cứng đạt 50 ÷ 60 HRC. Nếu trục cam lắp luồn thì kích thước cổ phải còn lớn hơn các phần khác của trục cam. Đôi khi để dễ lắp người ta làm đường kính các cổ khác nhau, cổ có đường kính nhỏ nhất ở phía cuối trục. Các ổ trục cam được ép trên thân máy đều là ống thép có tráng hợp kim chịu mài mòn như ba bít, hợp kim đồng chì, hợp kim nhôm. Nếu trục cam lắp theo kiểu đặt, phải dùng ổ hai nửa, một nửa đúc trên thân hay nắp xilanh, nửa kia làm thành nắp ổ rồi lắp lại bằng bulông hay gu giông, kết cấu này dùng ở
  20. động cơ công suất lớn và một số động cơ có trục cam đặt trên nắp xilanh. + Ổ chắn dọc trục: Để giữ cho trục cam không dịch chuyển theo chiều trục (khi trục cam, thân máy hoặc nắp xylanh giãn nở) khiến cho khe hở ăn khớp của bánh răng côn và bánh răng nghiêng dẫn động trục cam thay đổi làm ảnh hưởng đến pha phân phối khí, người ta phải dùng ổ chắn dọc trục. Trong trường hợp bánh răng dẫn động trục cam là bánh răng côn hoặc bánh răng nghiêng, ổ chắn phải bố trí ngay phía sau bánh răng dẫn động. Còn khi dùng bánh răng thẳng, ổ chắn có thể đặt ở bất kỳ vị trí nào trên trục cam vì trong trường hợp này, trục cam không chịu lực dọc trục và dù trục cam hay thân máy có giãn nở khác nhau cũng không làm ảnh hưởng đến pha phân phối khí như trường hợp dùng bánh răng nghiêng và bánh răng côn. Hình 2-7 Kết cấu đầu trục cam. 1 – Vỏ máy; 2 – Bulông hãm bích; 3 – Bích chắn; 4 – Trục cam; 5 – Vòng chắn; 6 - Ổ đỡ trục cam; 7 – Đêm vênh; 8 – Bulông cố định bánh răng dẫn động; 9 – Then; 10 – Bánh răng dẫn động trục cam. 2.4.2. Con đội: Nhiệm vụ: Là chi tiết trung gian dùng để truyền chuyển động từ trục cam đến xupáp thông qua đũa đẩy và đòn bẩy. Điều kiện làm việc: Con đội bị tác động bởi nhiều lực, áp lực khí nén, lực nén lò xo xupáp và lực quán tính của các chi tiết chuyển động. Vật liệu chế tạo: Con đội được làm bằng gang, bề mặt tiếp xúc với cam phải được tôi cứng bằng cách xử lý nhiệt bề mặt.
  21. Con đội có thể chia làm 3 loại chính: + Con đội hình nấm và hình trụ: Là loại con đội đáy bằng dùng phổ biến trên các loại động cơ, con đội hình nấm dùng cho hệ thống phối khí xupáp đặt, đôi khi dùng cho xupáp kiểu treo, con đội được khoét rỗng để lắp với đũa đẩy, phần cầu lõm phải có rc lớn hơn r đũa đẩy khoảng (0,2 ÷ 0,3) mm. Sở dĩ làm như vậy là để tránh hiện tượng mòn vẹt mặt con đội (hoặc mặt cam) khi đường tâm con đội không thẳng góc với đường tâm trục cam. Khi mặt tiếp xúc là mặt cầu, con đội tiếp xúc với mặt cam tốt hơn, nên tránh được hiện tượng cào xước. Loại con đội hình nấm được dùng rất nhiều trong cơ cấu phân phối khí xupáp đặt. Thân con đội thường nhỏ, đặc, vít điều chỉnh khe hở xupáp bắt trên phần đầu của thân. Hình 2-8 Kết cấu con đội hình trụ và hình nấm. + Con đội con lăn: Gồm có thân, lò xo chặn, chốt và con lăn. Lò xo chặn có tác dụng không cho con đội xoay. Ngoài ra, còn có bulông bắt trong thân máy để con đội hoạt động đúng hướng.
  22. Hình 2-9 Kết cấu con đội con lăn. Con lăn được nhiệt luyện để chịu mài mòn. Cơ cấu con đội con lăn có tác dụng làm giảm ma sát vì vậy làm giảm được mức tiêu nhiên liệu. + Con đội thủy lực: Để tránh hiện tượng có khe hở nhiệt gây ra tiếng ồn và va đập, trong các xe du lịch cao cấp người ta thường dùng loại con đội thủy lực. Dùng loại con đội này sẽ không còn tồn tại khe hở nhiệt. Ngoài ra, dùng con đội thủy lực còn có một ưu điểm đặc biệt là có thể tự động thay đổi trị số thời gian tiết diện của cơ cấu phân phối khí. Vì khi tốc độ động cơ tăng lên, do khả năng rò rỉ dầu giảm đi, nên xupáp mở sớm hơn khi chạy với tốc độ này, điều đó rất có lợi đối với quá trình nạp của động cơ. Dùng con đội thủy lực, tuy có nhiều ưu điểm như trên, nhưng điều cần đặc biệt chú ý là con đội thủy lực làm việc tốt hay xấu phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của dầu bôi trơn. Vì vậy dầu dùng trong động cơ có con đội thủy lực phải rất sạch và độ nhớt ổn định, ít thay đổi. 2.4.3. Đũa đẩy: Nhiệm vụ: Đũa đẩy là chi tiết trung gian trong cơ cấu phân phối khí dẫn động gián tiếp. Truyền chuyển động và lực từ con đội đến đòn bẩy. Kết cấu: Đũa đẩy dùng trong cơ cấu phân phối khí xupáp treo thường là một thanh thép nhỏ, dài, đặc hoặc rỗng dùng để truyền lực từ con đội đến đòn bẩy. Để giảm nhẹ trong lượng, đũa đẩy thường làm bằng ống thép rỗng hai đầu hàn gắn với các đầu tiếp xúc hình cầu (đầu tiếp xúc với con đội) hoặc mặt cầu lõm Hình 2-10 Các dạng đũa đẩy
  23. (đầu tiếp xúc với vít điều chỉnh). Đôi khi cả hai đầu tiếp xúc của đũa đẩy đều là hình cầu. Vật liệu chế tạo: Đũa đẩy thường làm bằng thép cácbon thành phần trung bình, đầu tiếp xúc làm bằng thép cácbon thành phần cácbon thấp, hàn gắn với đũa đẩy rồi tôi đạt độ cứng HRC 50 ÷ 60. 2.4.4. Đòn bẩy: Nhiệm vụ: Tiếp nhận lực truyền động từ đũa đẩy hoặc trục cam để đóng mở xupáp theo đúng theo pha phân phối khí. Đòn bẩy được gắn trên trục của nó. Hoạt động của đòn bẩy nhờ vào đũa đẩy hoặc cam. Nhờ có đòn bẩy xupáp đóng mở theo đúng pha phân phối khí. Kết cấu: Đầu tiếp xúc với đũa đẩy thường có vít điều chỉnh. Sau khi điều chỉnh khe hở nhiệt, vít này được hãm chặt bằng đai ốc. Đầu tiếp xúc với đuôi xupáp thường có mặt tiếp xúc hình trụ được tôi cứng. Nhưng cũng có khi dùng vít để khi mòn thay thế được dễ dàng. Mặt ma sát giữa trục và bạc lót ép trên đòn bẩy được bôi trơn bằng dầu nhờn chứa trong phần rỗng của trục. Ngoài ra trên đòn bẩy người ta còn khoan lỗ để dẫn dầu đến bôi trơn mặt tiếp xúc với đuôi xupáp và mặt tiếp xúc của vít điều chỉnh. Hình 2-11 Kết cấu đòn bẩy. Vât liệu chế tạo: Đòn bẩy đựợc dập bằng thép cácbon thành phần cácbon trung bình. 2.4.5. Xupáp: Nhiệm vụ của xupáp là: Cho khí nạp vào buồng đốt và xả khí cháy ra ngoài với thời gian ngắn trong một chu kì làm việc của piston. Xupáp hoạt động được theo chiều thẳng đứng nhờ vào ống dẫn hướng xupáp.
  24. Miệng xupáp được vát 300 hoặc 450 để được đóng kín với đế xupáp và dẫn nhiệt truyền qua xupáp khi xupáp đóng. Xupáp được làm bằng thép chịu nhiệt vì xupáp nạp phải chịu nhiệt độ khoảng 4000C và xupáp xả phải chịu nhiệt độ 500 – 8000C. Hình 2-12 Kết cấu xupáp. a) - Nấm bằng; b) – Nấm lõm; d, đ,e) – Nấm lồi; c) – Nấm xupáp được làm rỗng. Kết cấu xupáp được chia làm 3 phần: Phần nấm, phần thân và phần đuôi. Phần nấm do chịu tác dụng của áp suất khí thể và chịu tác dụng của lực quán tính nên khi làm việc chịu va đập lớn gây biến dạng. Phần đuôi có nhiệm vụ định vị lò xo khi lắp ráp. Để tránh hao mòn thân máy và nắp xilanh người ta thường ép vào họng đường ống nạp và thải một vòng đế xupáp. Vật liệu chế tạo:Miếng tăng cứng là một hợp kim: Cobalt (Co) Crom (Cr) và Tungsten (W). Hợp kim này rất cứng, chịu được mài mòn cao và chống lại sự oxy hóa ở nhiệt độ cao. Miếng tăng cứng này được hàn vào mặt xupáp hay đế xupáp để tăng khả năng chịu nhiệt 2.4.6. Đế xupáp: Để tránh hao mòn thân máy người ta dùng đế xupáp ép vào họng của đường ống nạp và đường ống thải. a) b)
  25. e) Hình 2-13 Kết cấu đế xupáp. a) - Đế có mặt ngoài dạng hình trụ; b) - Đế mặt ngoài hình côn; c) - Đế lắp vào nắp xilanh bằng ren; d) - Đế ép khi bị lỏng ra; e) - Đế có ren. Đế có mặt ngoài là mặt trụ có tiện rãnh để khi ép kim loại biến dạng vào rãnh giữ chắc đế xupáp. Có khi mặt ngoài là mặt côn. Loại này có khi không ép sát đáy mà để khe hở nhỏ hơn 0,04mm để còn ép tiếp khi bị lỏng ra. Có loại đế lắp vào thân máy hoặc nắp xilanh bằng ren. Loại đế mà sau khi lắp phải cán bề mặt nắp máy để kim loại biến dạng giữ chặt đế. Loại này ít dùng. 2.4.7. Ống dẫn hướng: Để dễ sữa chữa và tránh hao mòn cho thân máy hoặc nắp xilanh ở chỗ lắp xupáp, người ta lắp ống dẫn hướng trên các chi tiết máy này. Xupáp được lắp vào ống dẫn hướng theo chế độ lắp lỏng. Ống dẫn hướng thường chế tạo bằng các loại gang hợp kim có tổ chức peclít. Trong một số động cơ cao tốc còn dùng ống dẫn hướng bằng hợp kim đồng thanh nhôm. Loại ống dẫn hướng này dẫn nhiệt rất tốt, khi thiếu dầu bôi trơn cũng không xảy ra hiện tượng kẹt xupáp. Hình 2-14 Kết cấu ống dẫn hướng. a) Ống dẫn hướng hình trụ; b) Ống dẫn hướng hình trụ có vai. 2.4.8. Lò xo xupáp:
  26. Lò xo xupáp có nhiệm vụ giữ cho xupáp đóng kín sát với đế xupáp không cho khí nén trong buồng đốt bị lọt ra ngoài. Lò xo xupáp giữ cho các chi tiết làm việc của xupáp nạp và xả theo sự điều khiển của các vấu cam nhờ lực lò xo trong khi xupáp chuyển động do đó đóng mở xupáp chính xác theo biên dạng cam. Mỗi xupáp thường dùng hai lò xo lồng vào nhau, một cái ở trong và một cái ở ngoài. Mỗi lò xo có độ cứng khác nhau. Như vậy nó sẽ ngăn cản dao động riêng của xupáp khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao. Lò xo xupáp thường được dùng là lò xo kín hay lò xo tác động kép. Nó đảm bảo xupáp làm việc tốt ở tốc độ cao. Hình 2-15 Kết cấu lò xo xupáp. a, b, c) – Lò xo xoắn ốc hình trụ; d) – Lò xo hình côn. Do lò xo làm việc trong điều kiện tải trọng động thay đổi rất đột ngột. Vì vậy vật liệu chế tạo lò xo thường dùng là thép C65, C65A 3. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ IFA.
  27. 6 8 5 7 9 4 10 11 3 2 1 Hình 3-2 Sơ đồ dẫn động cơ cấu phối khí động cơ IFA 1- trục cam; 2- con đội; 3- đũa đẩy; 4- Viết điều chỉnh khe hở nhiệt 5- Cò mổ; 6-Móng hãm xupap; 7-Đĩa lòxo xupap; 8-lo xo xupap 9- Xupap ; 10- ống dẫn hướng; 11-Đế xupap
  28. Bảng Số liệu của động cơ THỨ TÊN THÔNG SỐ KÝ HIỆU GIÁ TRỊ NGUYÊN Công suất có ích Ne Kw 92 Tỷ số nén ε 17 Số vòng quay n vòng/phút 2250 Đường kính xilanh D mm 120 Hành trình piston S mm 145 Số xilanh i 4 Số kỳ τ 4 Góc mở sớm xupáp nạp α1 độ 8 Góc đóng muộn xupáp nạp α2 độ 38 Góc mở sớm xupáp thải α3 độ 44 Góc đóng muộn xupáp thải độ 8 α4 Loại buồn cháy Ngăn cách Kiểu xupáp Suất tiêu hao nhiên liệu ge g/Kw.h Thứ tự làm việc 1-3-4-2 3.1. Đặc điểm kết cấu của chi tiết của cơ cấu phân phối khí động cơ IFA 3.1.1. Xupáp : Các xupáp có nhiệm vụ đóng mở các đường nạp và đường thải để thực hiện trao đổi môi chất trong xi lanh. Điều kiện làm việc : xupáp làm việc trong điều kiện chịu tác động tải trọng cơ học và nhiệt lớn . Do tiếp xúc trực tiếp với khí cháy nên cấc xupáp chịu áp lực khí rất lớn và nhiệt độ cao, nhất là xupáp thải ngoài ra xupáp còn chịu ăn mòn hoá học của các hơi axit trong khi cháy ,đặc biệt là xupáp thải . Khi đóng mở xupáp va đập với đế nên bị biến dạng cong vênh và trỗ bề mặt nấm Vận tốc lưu thông của dòng môi chất qua xupáp lớn nên dễ gây mòn cơ học bề mặt đế và nấm Vật liệu chế tạo. Đối với xupáp thải : thường dùng các thép hợp kim chịu nhiệt như : Si, Cr ,Mn Để tích kiệm vật liệu có thể chế tạo nấm bằng hợp kim chịu nhiệt rối hán với thân xupáp bằng thép thông thường .
  29. Đối với xupáp nạp :do được dòng khí nạp làm mát nên nhiệt độ của xupáp nạp thường thấp hơn nhiệt độ của xupáp thải (nhiệt độ làm việc của xupáp thải vào khoảng 300- 4000C) nên vật liệu chế tạo xupáp nạp thường là thép hợp kim . Cr, Cr-Mn Kết cấu chính chia làm ba phần : Nấm xupáp : Mặt làm việc quan trọng của phần nấm xupáp là mặt côn góc côn của nấm thường bằng 450 để đẩm bảo độ kín khít của dòng khí vào trong xi lanh và độ cứng vững của xupáp . Kết cấu của nấm xupáp được làm bằng nấm bắng vì nó có ưu điểm chế tạo đơn giản có thể dùng cho cả xupáp nạp và thải. Thân xupáp : Phải có đường kính và chiều dài thích hợp để dẫn hướng và tản nhiệt và chịu được lực nghiêng khi xupáp đóng mở . Thân xupáp có chiếu dài vừa đủ để lắp ống dân hướng và lo xo xupáp . Đuôi xupáp : Đuôi xupáp phải có kết cấu thích hợp để lắp đĩa lo xo xupáp . Thông thường đuôi xupáp có mặt côn để tăng khả năng chịu mòn bề mặt đuôi xupáp ở động cơ IFA được
  30. tráng nên một lớp hợp kim cứng. Hinh 3-3: Kết cấu xupáp 3.1.2 Đế xupáp : Nhiệm vụ là giảm lực va đập của xupáp và xi lanh. Giảm hao mòn cho thân máy và nắp xi lanh. Đế xupáp sẽ tiếp xúc với nấm xupáp khi xupáp đóng . Để tăng tuổi thọ và thuận tiện khi sửa chữa. Đế xupáp thải làm bằng vật liệu có tính năng chịu mòn cao thông thường nguời ta sử dụng thép hợp kim hoặc gang trắng để chế tạo xupáp . Hinh 3-4: Kết cấu đế xupáp
  31. 3.1.3 Ông dẫn hường xupáp: Để dễ dàng sửa chũa và chánh hao mòn cho thân máy hoặc nắp xi lanh ở chỗ lắp xupáp ta dùng ống dẫn hướng cho xupáp , xupáp được lắp vào ống dẫn hướng theo chế độ lắp lỏng . Hinh 3-5: Ống dẫn hướng Ống đẫn hướng thường được chế tạo bắng các loại gang hợp kim CH21-40 , CH 24-48 có tổ chức peclit . Bôi trơn ống dẫn hướng và thân xupáp có thể dùng phương pháp bôi trơn cững bức dầu nhờn do bơm cao ấp. 3.1.4 Lò xo xupáp : Lo xo được sử dụng để đóng kin xupáp trên đế xupáp và đảm bảo cho xupáp chuyển động theo đúng quy luật diều hành của cơ cấu phân phối khí, do đó quá trình đóng mở xupáp không xupáp không sẩy ra va đập ttrên mặt cam . Lo xo làm việc trong đìêu kiện chịu tải trọng động thay đổi đột ngột. Vật liệu chê tạo : Lò xo được chê tạo bằng dây thép có đường kính từ 3-5 mm thuộc một trong các loại thép C65, C65A , 65T
  32. Hinh 3-6: Lò xo Ở động cơ IFA kết cấu của lo xo là dạng xoắn ốc hìng trụ. Hai vòng đầu của lo xo quấn khít lấy nhau vcà mài phẳng để lắp ráp với đĩa lo xo xupáp và đế lò xo, số vòng công tác của lò xo thường từ 4-10 vòng (không kể hai vòng đầu ). 3.1.5 Trục cam : Nhiệm vụ của trục là để hướng xupáp, đìêu khiển xupáp đóng mở theo đúng quy luật Trục cam mang các cam quay bị động của phân phối khí. Đìêu kiện làm việc :Về tải trọng trục cam không chịu đìêu kiện nặng nhọc.Các bề mặt cam thường tiếp xúc ở trượt nên hư hỏng chủ yếu của cam là bị mài mòn. Vật liệu chế tạo : Thường là thép hợp kim có thành phần các bon thấp như thép 30, 40 và thép hợp kim có thành phần cac bon trung bình như 15Cr , 15Mn , 12CrNi. Các bề mật ma sát của trục cam (bề mặt lam việc của cam , cổ trục cam , mặt đầu trục cam .) đều được thấm cacbon và tôi cứng. Kết cấu : gồm có cam thải và cam nạp . Hinh 3-7: Kết cấu trục cam Động cơ IFA trục cam thường không phân đoạn các cam được chế tạo liền trục . Hình dạng của cam sẽ được quyết định bởi thứ tự làm việc của xi lanh, từng loại xupáp
  33. và góc phân phối khí cam nạp và cam thải được bố chí chung trên một trục và theo vị trí của xupáp . 3.1.6 Con đội : Nhiệm vụ :là một chi tiết chung gian có nhiệm vụ truyền chuyển động từ cam phân phối khí đến xupáp động cơ IFA sử dụng phương án dẫn động gián tiếp. Đìêu kiện làm việc : con đội chịu lực nghiêng do trục cam phân phối khí gây ra. Hình 3-8: Kết cấu con đội Vật liệu chế tạo : con đội thường được chế tạo bằng thép ít cacbon hoặc thép hợp kim.Trên bề nặt của con đội thường được thẩm cacbon và tôi cứng . Động cơ IFA con đội có dạng hình trụ kết cấu gồm hai phần: Phần dẫn hướng (thân con đội) và phần tiếp xúc với cam phân phối khí thân con đội to, mặt tiếp xúc với lỗ dân hướng lớn nên ít hao món. Phần lõm tiếp xúc với đũa đẩy thường có ban kính lớn hơn bán kính của đũa đẩy khoảng 0,2-0,3 mm. 3.1.7 Đũa đẩy: Nhiệm vụ : Là chi tiết trung gian trong cơ cấu phân phối khí dẫn động gian tiếp. Nó có nhiệm vụ truyền dẫn động và truyền lực từ con đội đên đòn đẩy :
  34. Hinh 3-9: Kết cấu đũa đẩy Vật liệu chế tạo : Đũa đẩy thường được chế tạo bằng thép các bon có thành phân trung bình . Đầu tiếp xúc được làm bằng thép các bon thấp và hàn với đũa đẩy sau đó tôi cứng khi đạt độ cứng khoảng HCR 50-60 . Đũa đẩy ở động cơ IFA thường là một thanh thép nhỏ,dài đặc, để giảm trọng lượng đũa đẩy thường làm bằng thép rỗng hai đầu hàn gắn các đầu tiếp xúc có hình cầu . 3.1.8 Đòn bẩy: Đòn bẩy là một chi tiết trung gian một đầu tiếp xúc đũa đẩy và một đầu tiếp xúc với xupáp . Nhiệm vụ của đòn bẩy là tiếp nhận lực truyền đên từ đũa đẩy và tác dụng làm mở xupáp theo đúng kha phân phối khí .
  35. 33 56 Hình 3-10: Kết cấu cò mổ Vật liệu chế tạo : Đòn bẩy được dập bằng thép có thành phần cac bon thung bình như thép 35. Đầu tiếp xúc với đũa đẩy thướng có vít đìêu chỉnh .Sau khi đìêu chỉnh khe hở nhiệt vít này được hãm chặt bằng đai ốc. Đầu tiếp xúc với đuôi xupáp thường có mặt tiếp xúc hình trụ được tôi cứng, mặt ma sát giữa trục và bạc lót ép trên đòn bẩy được bôi trơn bằng dầu chưa trong phần rỗng của trục. Chiều dài của cánh tay đòn của đòn bẩy thường khác nhau.Cánh tay đòn phía bên trục cam lc thường ngắn hơn bên xupáp lx. lx/lc = (1,2-1,8) Sở gĩ làm như vậy là để giảm hành trình của con đội do đó có thể giảm gia tốc và lực quán tính của cơ cấu phân phối khí, khi làm việc mặt trụ ở phần đầu đon bẩy vừa lăn vừa trượt trên đuôi xupáp khiên cho xupáp bị nghiêng đi và do đó mặt nấm xupáp trễ hơn thời gian quy định. 3.2.Xác định các thông số chủ yếu của cơ cấu phân phối khí: 3.2.1.Xác định tỷ số truyền của cơ cấu phân phối khí: Tại 1 thời điểm nào đó khi con đội nâng được 1 đoạn Sc thì xupap nâng được 1 đoạn Sx, khi đó tỉ số truyền của cơ cấu : i=Sx/Sc=Vx/Vc Thường lx>lc và bố trí nằm ngang nên coi nó luôn vuông góc với đường tâm xilanh.
  36. V l x = x Vd lc Trong đó: Vd:vận tốc vòng của đòn bẩy phía tiếp xúc với đũa đẩy Vx:vận tốc xupap Vc:vận tốc con đội ψ Vd V'd lc lx Vc Sx Sc Vx Hình 3-11: Sơ đồ tính tỷ số truyềncủacơ cấuphối khí Do ở động cơ IFA con đội, xupap, đũa đẩy bố trí thẳng đứng, cánh tay đòn của đòn bẩy nằm ngang nên i=lx/lc. 3.2.2.Xác định kích thước của tiết diện lưu thông: Hình 3-12: Xác định tiết diện lưu thông đế xupáp
  37. Khi tính toán tiết diện lưu thông ta thường giả thiết dòng khí đi qua họng đế xupap là ổn định, coi dòng khí có tốc độ bình quân và tốc độ piston không đổi. Ta có v k .i.f k .γ k = vp. Fp. γ p Căn cứ vào giả thiết tính ổn định liên tục của dòng khí ta có thể xác định được tốc độ dòng khí qua họng xupap. Vp.Fp D 2 V = = Vp k 2 i. f h i.d h Vk :tốc độ trung bình của dòng khí qua họng đê ú m/s 2 fh: tiết diện của họng đế xupap (cm ) dh:đường kính họng đế xupap i: số xupap ; i=2 Vp:tốc độ bình quân của piston, S.n 0,145.2250 V = = = 10,86 (m/s) p 30 30 Fp:diện tích đỉnh piston π.D 2 π.120 2 F = = = 113,04 (cm 2 ) P 4 4 Qua thực nghiệm và tính toán nhiệt tốc độ của dòng khí nạp ở chế độ toàn tải đối với ô tô máy kéo là: Vkn= 40 ÷ 115 m/s. Tốc độ càng cao tổn thất càng lớn. Đối với động cơ diesel do yêu cầu hình thành hỗn hợp nên tốc độ khí nạp phải lớn hơn 40 m/s. Chọn Vkn=40 m/s. Đối với dòng khí thải Vkht = (1,2÷1,5)Vkhn = 48÷60(m/s), chọn Vkht = 60(m/s) Vp.D 2 Đường kính họng đế xupap : dh= Vkh .i 10,86.120 2 dhn= = 44,2(mm) 40.2 Lấy dhn = 47 (mm) Do diện tích của xupap nạp lớn hơn xupap thải từ (10÷20)% d hn 47 ⇒dht = = = 39,2 (mm); Lấy dht = 39 (mm) 1,2 1,2
  38. Tiết diện lưu thông qua xupap được tính bằng công thức: π.h.cosα fkl= (dh + d1 ); mà d1=dh+2e , h’ =hsinα 2 Do α=45° nên cosα = sinα ⇒ h’ =h cosα ; e= h cosα. Sinα d1 = dh + 2e 2 fkl=π.h(dh cosα + hsinαcosα ) α = 450 đối với xupap nạp và thải. Trong động cơ ngày nay, hành trình xupap thường nằm trong phạm vi h = (0,18-0,3)dh hn = 8,46-14,1(mm); chọn hnmax=8,5(mm). h' = 8,5.cos45°= 6 (mm); e= 3 (mm); d1n= 47+6= 53 (mm). Tương tự : ht =7,02-11,7 (mm); chọn htmax= 8,5(mm). h' = 8,5.cos45°= 6 (mm); e= 3 (mm); d1t= 39+6= 45 (mm). fkl=π.h(0,707dh+0,353h) Tiết diện lưu thông qua xupap nạp bằng: -3 -3 -3 fkn=π. hnmax (0,707dhn+0,353 hnmax)= 3,14.8,5.10 (0,707.47. 10 +0,353. 8,5.10 ) -6 2 fkn = 966,96 .10 (m ) Tiết diện lưu thông qua xupap thải bằng: -3 -3 -3 fkt=π. htmax (0,707dht+0,353h htmax)= 3,14.8,5.10 (0,707.39. 10 +0,353. 8,5.10 ) -6 2 fkn =815,99 .10 (m ) Kiểm nghiệm lại tiết diện lưu thông thực của Xupap.Tốc độ lưu động của dòng khí chảy qua tiết diện lưu thông fkl : Vkl = Vp.Fp/i.fkl Qua xupap nạp bằng: Vkn = 63,46(m/s) Qua xupap thải bằng: Vkt = 75,22 (m/s) Cả Vkn ,Vkt ≤ 70÷90 (m/s). ⇒ Thoả mãn điều kiện cho phép. 3.2.3 .Chọn biên dạng cam: 3.2.3.1. Yêu cầu:
  39. Dạng cam phải đảm bảo sao cho trị số tiết diện thời gian là lớn nhất. Cam phải mở nhanh, giữ ở vị trí mở lớn nhất lâu và đóng nhanh xupap. Dạng cam phải đảm bảo cho giai đoạn mở và đóng xupap có gia tốc và vận tốc nhỏ nhất để co cấu phân phối khí làm việc êm ít va đập và hao mòn. Dạng cam phải đơn giản dễ chế tạo. 3.2.3.2 Phương pháp thiết kế cam: Dùng phương pháp định sẵn dạng cam, xác định gia tốc và kiểm tra qui luật gia tốc có phù hợp hay không. Phương pháp này có ưu điểm là dễ gia công.
  40. Chọn dạng cam lồi cho động cơ IFA:loại này có trị số tiết diện lưu thông lớn nhất trong các dạng cam nhưng gia tốc dương lớn gây va đập lớn. Tuy vậy loại cam này có gia tốc âm bé nhất không đòi hỏi lò xo có độ cứng lớn giảm được mài mòn cho trục cam. 3.2.3.3 Dạng cam lồi : 0 o o 0 0 0 0 Góc công tác của cam nạp ϕn = (180 + ϕ 1+ϕ 2 )/2= (180 +8 +38 )/2=113 0 o o 0 0 0 0 Góc công tác của cam thải ϕt = (180 +ϕ 5+ϕ 6)/2=(180 +44 +8 )/2= 116 o o o o Với: ϕ 1 , ϕ 2 , ϕ 5 , ϕ 6: góc mở sớm đóng muộn xupap nạp và thải. Chọn: - đường kính trục cam dc=22 (mm) Độ nâng lớn nhất của con đội hx=h/i hnmax=8,5/1,72= 4,94 (mm) htmax=8,5/1,72= 4,94 (mm) Bán kính cung thứ nhất và cung thứ 3 của cam:R=dc/2+(1÷2,5)=22/2+2=13mm Chọn bán kính cung đỉnh cam: r = 3,64 (mm) Cách dựng : 0 o o 0 0 0 0 • Đối với cam nạp ϕn = (180 + ϕ 1+ϕ 2 )/2= (180 +8 +38 )/2=113 ) +Vẽ vòng tròn tâm O có bán kính R ,xác định góc AOÀ = ϕn +Trên đường phân giác của AOÀ lấy EC= hnmax=h/i=8,5/1,72=4,94 (mm)(E∈ Vòng tròn bk R) +Vẽ vòng tròn đỉnh cam có tâm O1 bán kính r nằm trên đường phân giác ấy,vòng tròn ấy đi qua C. +Vẽ cung tròn bán kính ρ tiếp tuyến với 2 vòng tròn trên có tâm O2 nằm trên đường kéo dài của AO , ρ được xác định như sau:
  41. Hình 3-13: Dựng hình cam lồi Hình 3-14: Xác địng Bán kính ρ 2 2 2 Kẻ O1M vuông góc AO.Xét tam giác vuông O1MO2 có (O1O2) = O1M +O2M 2 2 Đặt D = R+h-r ta có (ρ-r) = (Dsinϕ/2) + [(ρ - R) + Dcos(ϕn /2)] ϕ D 2 − r 2 − 2RD cos + R 2 ⇒ ρ= 2 ϕ 2(R − r − Dcos ) 2 113o 14.32 − 3,642 − 2.13.14,3cos +132 ρ = 2 =53,75 (mm) 113o 2(13 − 3,64 −14,3cos ) 2 D =R+hx-r =13+4,94-3,64=14.3(mm) Góc quay của cam sinθmax = O1M/(ρ-r) = D sin(ϕn/2)/( ρ-r) o o sinθmax =14,3 sin(113 /2)/( 53,75-3,64)=0,24⇒θmax= 13,88 0 • Đối với cam thải cách dựng hoàn toàn tương tự (ϕt = 116 ). 3.2.3.4. Động học của con đội hình trụ :(Đối với cam nạp). 3.2.3.4.1 Động lực học của con đội trong giai đoạn 1:
  42. Hình 3-15: Động học con đội đáy bằng giai đoạn I. a) Chuyển vị của con đội: khi con đội trượt đến một ví trí bất kì ứng với góc θ nào đó, con đội tiếp xúc với cam tại M, chuyển vị : hθ = ME = MO2 − (EN + NO2 ) = ρ −[R + (ρ − R)cosθ ] hθ = (ρ − R)(1− cosθ) o Khi θ=θmax=13,88 o hθ max = (ρ − R)(1− cosθ max) = (53,75-13)(1-cos13,88 )= 1,18 (mm ) dh dh dθ dh dθ b) Vận tốc con đội : v = θ = θ = ω θ mà vận tốc trục cam ω = θ dt dθ dt c dθ c dt nên: vθ = ωc ()ρ − R sinθ Mà vận tốc của trục cam: dθ π.nc π.nk 3.14.2250 ωc = = = = = 117,75 (rad/s). dt 30 30.2 30.2 Nên: vθ = ωc.(ρ - R1).sinθ 3 Vậy: vθ =117,75.(53,75 - 13).10 . sinθ = 4,79. sinθ (m/s). c) Gia tốc của con đội . Lấy đạo hàm hai vế phương trình theo thời gian, ta có công thức tính gia tốc của con đội con đội: dv θ dv θ dθ dvθ jθ = = . = ωc. dt dθ dt dθ
  43. 2 Do đó: jθ = ωc .(ρ - R1).cosθ 2 3 jθ = 117,75 .(53,75 - 13). 10 − .cosθ = 565. cosθ . (rad/s). Khi con đội tiếp xúc tại điểm A của cam thì θ = 0. Khi con đội tiếp xúc tại B Thì θ = θ max, góc θ max xác định theo tam giác O1O2M, O1M vuông góc với O2A. ϕ D.sin n O1M 2 o sinθ max = = =14,3 sin(113 /2)/( 53,75-3,64)=0,24 O1O2 ρ − r o ⇒θmax= 13,88 Nhận xét khiθ = 0 thì gia tốc đạt cực đại. 2 − 3 2 jθ (max) = ωc .(ρ - R). = (53,75 - 13).10 . 117,75 2 ⇒ jθ (max) = 565 (rad/s ). 3.2.3.4.2 Động lực học của con đội trong giai đoạn 2: Hình 3-16: Động học con đội đáy bằng giai đoạn 2. a). Chuyển vị của con đội: hγ = EM = MO2 + O1N - EN. ⇒ hγ =r + D.cosγ - R. hγ =3,64 + 14,3.cosγ - 13 = 14,3.cosγ - 9,36. b). Vân tốc của con đội.
  44. Lấy đạo hàm hai vế phương trình theo thời gian, ta có công thức tính tốc độ của con đội con đội: dhγ dhγ dγ vγ = = . dt dγ dt Vì tại điểm C có γ = 0 và tại điểm B có γ = γmax như vậy góc γ tính ngược lại với dγ chiều quay của trục cam nên: = -ωc. dt Do đó: dhγ vγ = -ωc. . dt Rút ra: vγ = ωc.D.sinγ − 3 vγ = 117,75.14,3.sinγ.10 = 1,68.sinγ c). Gia tốc của con đội con đội. Lấy đạo hàm hai vế của phương trình đối với thời gian, ta có công thức tính gia tốc của con đội: dv γ dvγ dγ dv γ jγ= = . = -ωc. . dt dγ dt dt 2 2 -3 Rút ra: jγ = -ωc .D.cosγ = -(117,75) .14,5.cosγ.10 jγ = -201,04 .cosγ. 2 ϕ n Vậy: jγ= -201,04 .cosγ. (m/ s ) (γ = -θ ). 2 4. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CATIA 4.1 LỊCH SỬ 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 Dassault phát triển, vào thời điểm đó là khách hàng của các phần mềm CADAM CAD. Lúc đầu phần mềm tên là CATI (Conception Assistée Tridimensionnelle Interactive - tiếng Pháp
  45. nghĩa là Thiết kế ba chiều được máy tính hỗ trợ và có tương tác ). Nó đã được đổi tên thành CATIA năm 1981, khi Dassault tạo ra một chi nhánh để phát triển và bán các phần mềm và ký hợp đồng không độc quyền phân phối với IBM. Năm 1984, Công ty Boeing đã chọn CATIA là công cụ chính để thiết kế 3D, và trở thành khách hàng lớn nhất. Năm 1988, CATIA phiên bản 3 đã được chuyển từ các máy tính Mainframe sang UNIX. 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 CADAM CATIA V4 đã được công bố. Năm 1996, nó đã được chuyển từ một đến bốn hệ điều hành Unix, bao gồm IBM AIX, Silicon Graphics IRIX, Sun Microsystems SunOS và Hewlett- Packard HP-UX. Năm 1998, một phiên bản viết lại hoàn toàn CATIA, CATIA V5 đã được phát hành, với sự hỗ trợ cho UNIX, Windows NT và Windows XP từ 2001. Năm 2008, Dassault công bố CATIA V6, hỗ trợ cho các hệ điều hành Windows, các hệ điều hành không phải Windows không được hỗ trợ nữa 4.1.2. Tính năng của phần mềm Catia Phần mềm CATIA là hệ thống CAD/CAM/CAE 3D hoàn chỉnh và mạnh mẽ nhất hiện nay, do hãng Dassault Systems phát triển, phiên bản mới nhất hiện nay là CATIA V5R19 , là tiêu chuẩn của thế giới khi giải quyết hàng loạt các bài toán lớn trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: xây dựng, cơ khí, tự động hóa, công nghiệp ô tô, tàu thủy và cao hơn là công nghiệp hàng không. Nó giải quyết công việc một cách triệt để, từ khâu thiết kế mô hình CAD (Computer Aided Design), đến khâu sản xuất dưa trên cơ sở CAM (Computer Aided Manufacturing, khả năng phân tích tính toán, tối ưu hóa lời giải dựa trên chức năng CAE(Computer Aid Engineering) của phần mềm CATIA. Các Môdun chính của CATIA như sau:
  46. Hình 4-1. Mô hình sản phẩm catia - 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 ráp các chi tiết. Tạo mô hình khung dây và mặt ngoài. Ghi, chú thích và sai số kích thước trong 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, kiểu dáng phức tạp trong lĩnh vực thiết kế võ ô tô, tàu biển, máy bay Thiết lập bản vẽ nhanh, vẽ các biên dạng phức 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 vật liệu, củng như tạo chuyển động, diễn tả kết quả ở không gian phối cảnh qua chức năng Photo Studio. Nó có thể tái lập nhanh cấu trúc bề mặt một chi tiết.
  47. Hình 4-3. Mô hình tạo bằng Shape Design and Styling - Catia solids geometry: Mô hình hóa thể tích để tạo hình, hiệu chỉnh và phân tích vật thể. Nó cho phép các toán tử logic giữa các vật thể (hợp, giao, trừ). Vật thể được tạo từ các đối tượng đơn giản bằng việc dịch chuyển hoặc quay Profile.(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 chuyển động, xác định vận tốc và gia tốc của các chi tiết, cơ cấu, đường chuyển động và giải quyết các bài toán va chạm.(hình 4.5) - Catia image design:
  48. Tạo sự biểu diễn thực với phần khuất hoàn toàn, xác định điều kiện chiếu sáng và các thông số bề mặt của đối tượng. - Catia finite element modeller: Tạo mô hình tổng thể, mô tả tính chất vật lý và vật liệu, điều kiện biên và tải trọng đối tượng.(hình 4.6) Hình 4-6. Thể hiện sự mô tả tính chất vật lý của vật liệu -Catia nc - lathe: Tạo chương trình chứa phần nguyên công tiện dưới dạng đầu ra APT hoặc CL-File. (hình 4.7) Hình 4-7 Thể hiện modul tiện trong catia - Catia nc - mill: Tạo chương trình chứa phần nguyên công phay.(hình 4.8):
  49. Hình 4-8. Thể hiện modul phay trong Catia - Catia robotic: Thiết kế và mô phỏng robot với các lệnh chuẩn, định nghĩa cấu trúc robot, đặc trưng hình học, động học, đồng bộ hóa nhiều robot (hình 4.9). Hình 4-9. Mô phỏng hoạt động trong Catia - Catia building design and facilities layout: Tạo thiết kế các bản vẽ xây dựng, sắp đặt các đối tượng và định nghĩa mối quan hệ giữa chúng. - Catia shematics: Công cụ để sắp đặt vị trí những phần tử cơ bản, vẽ các sơ đồ, thiết lập các liên kết logic giữa các phần tử và điều khiển chúng. - Catia piping and tubing: Thiết kế những tuyến ống dẫn phức tạp, toán tử logic với vật thể, thăm dò va chạm (hình 4.10):
  50. - Catia structural design and steelwak: Công cụ tổ hợp cho thiết kế các sản phẩm phức tạp có tính chất vật liệu khác nhau .(hình 4.11): Hình 4-11. 4.2 THIẾT KẾ CHI TIẾT 3D TRONG MODUL PART DESIGN Để thiết kế ra một sản phẩm 3D người thiết kế có thể bắt đầu bằng những đường cơ sở khác nhau nhưng đều phải bắt đầu từ sketcher cơ bản rồi từ đó xuất sang 3D để sử dụng những công cụ sẵn có thiết lập lên mô hình 3D.
  51. Hình 4-12. Màn hình giao diện sketch Sau khi tạo ra được hình vẽ phác 2D bằng các lệnh trong sketch, ta bắt đầu tạo các chi tiết dạng 3D. Môi trường vẽ chi tiết 3D dạng solid thuộc trình ứng dụng Part Design, mô trường Part Design gồm các thuộc tính xây dựng chi tiết cơ bản, các kỷ năng dựng khối. Cung cấp các khả năng quản lý thông số chi tiết, hiệu chỉnh và thay đổi bất kỳ một định dạng nào của chi tiết. Hình 4-12. Môi trường làm việc Part Design Kỷ năng dựng khối trong Catia rất đa dạng, chúng ta có thể dựng những khối có biên dạng phức tạp hay dựng đồng thời nhiều biên dạng với các kích thước bất kỳ.
  52. Hình 4-13. Dựng khối trong Catia Ngoài việc dựng khối theo biên dạng, Catia củng cho phép chúng ta lựa chọn tính năng giới hạn các biên dạng ngoài của chi tiết được tạo ra bởi một đường dẫn xung quanh các Section. Hình 4-14. Tạo chi tiết bằng lệnh Multi-Section Solid
  53. Trong Catia các thuật toán bề mặt Surface-Based Features là một trong những thuật toán linh hoạt, nó dùng để xữ lý các bề mặt và tạo nên các sản phẩm Solid một cách hoàn hảo. Như thuật toán Split dùng để cắt khối bởi một bề mặt cho trước, thuật toán Surface tạo khối từ một bề mặt bất kỳ bằng cách lấy bề dày cho bề mặt đó theo hai hướng ( hình 4.15 ) Hình 4-15. Mô tả thuật toán Surface Ngoài ra nó còn có một số lệnh đặc thù như lệnh Stiffener dùng trong thiết kế các gân tăng cứng hay gân chịu lực của vật thể một cách nhanh chóng.( hình 4.16 ) Hình 4-16. Tạo gân chịu lực bằng lệnh Stiffener 4.3 TRÌNH ỨNG DỤNG LẮP RÁP ASEMBLY DESIGN 4.3.1. Tính năng của Assembly Design Trong thiết kế máy hoặc một hệ thống thiết bị, người thiết kế thường được đòi hỏi kỷ năng thiết kế lắp ráp. Vì trong nguyên tắc thiết kế chế tạo máy, một bản vẽ lắp hoàn chỉnh phải được thiết kế trước, sau đó mới tính đến các thông số hình học trong từng chi tiết đơn. Trong môi trường ứng dụng CAD/CAM, nhờ những thông số hình học của từng chi tiết đơn ấy chúng ta dễ dàng thiết kế và dựng mô hình 3D cho sản phẩm. Sau đó chúng ta sẽ lắp ráp chúng lại với nhau theo từng thuộc tính ràng buộc và các mối quan hệ tương
  54. tác của các chi tiết, từ đó dễ dàng phát hiện ra những sai sót trong thiết kế ban đầu để hiệu chỉnh và thay đổi mô hình một cách nhanh chóng. Vơi phần mềm Catia, tính năng của trình ứng dụng lắp ráp Assembly Design rất dễ dàng sử dụng và đầy đủ các tính năng ràng buộc. Nhờ đó mà ta có thể xây dựng mô hình lắp ráp 3D nhanh chóng, cùng với những thuộc tính cho phép gán vật liệu mà sản phẩm 3D hoàn chỉnh có một cách thể hiện trung thực. Hình 4-17. Môi trường làm việc Assembly Design. 4.3.2. Phương pháp, trình tự thiết kế bản vẽ lắp trong Assembly Design Sau khi thiết kế nên các chi tiết chúng ta sẽ sữ dụng tính năng của trình ứng dụng lắp ráp Assembly để xây dựng nên mô hình lắp ráp 3D nhanh chóng, cùng với những thuộc tính cho phép gán vật liệu vào sản phẩm 3D tạo ra cách nhìn trung thực cho sản phẩm. Để tiến hành thiết kế một bản vẽ lắp chúng ta cần gọi tên các chi tiết đã được thiết kế hoặc gọi các sản phẩm có sẳn từ thư viện của Catia. Tùy vào mối liên hệ ràng buộc giữa các chi tiết mà chúng ta lựa chọn nên các ràng buộc cho các chi tiết đó. Những ràng buộc lắp ghép củng tuân thủ theo các dạng chuyển động tự do của chi tiết. Một chi tiết trong không gian có 6 chuyển động tự do hay còn gọi là 6 bậc tự do. Ràng buộc là cụm từ dùng để khống chế các phương chuyển động tự do của vật thể trong không gian 3 chiều. Ở đây, chúng ta vừa khống chế phương chuyển động tự do vừa tạo mối quan hệ giữa vật thể tự do và vật thể cố định. Khi thay đổi vị trí của vật thể cố định sẽ kéo theo các vật thể tự do có mối quan hệ với nó.
  55. Trong thiết kế bản vẽ lắp bằng Assembly có 4 ràng buộc cơ bản đó là: - Concidence Constrain: ràng buộc đồng trục, điểm, mặt phẳng cho các đối tượng Hình 4-18. Ràng buộc đối tượng đồng trục - Contact Constraint: ràng buộc tiếp xúc cho các đối tượng Hình 4-19. Ràng buộc đối tượng tiếp xúc - Offsets Constrain: ràng buộc khoảng cách song song giữa các đối tượng Hình 4-20. Ràng buộc khoảng cách - Angle Constrain: ràng buộc theo góc giữa các đối tượng. Sau khi lắp ráp xong sản phẩm nếu thấy cần phải hiệu chỉnh bất kỳ một phần nào đó của chi tiết con trong môi trường lắp ghép chúng ta vẫn có thể chỉnh sữa từng chi tiết đó để tạo ra sản phẩm với độ chính xác cao hơn. Lúc đó giao diện sẽ trở về trình Part Design
  56. và chúng ta có thể thao tác chỉnh sữa giống như trong trình Part Design đối với chi tiết cần hiệu chỉnh. Một ứng dụng quan trọng nửa của ttrình Assembly là tạo hình ảnh cho các trạng thái sản phẩm trước và sau khi lắp ráp. Nó cho chúng ta cách nhìn trực quan về quá trình lắp ráp sản phẩm một cách trung thực và chính xác. Chúng ta có thể xem sản phẩm dưới nhiều góc độ khác nhau và lưu lại cảnh lắp ráp cho từng trạng thái. Hình 4-21. Trạng thái hình ảnh bản vẽ lắp dạng rời
  57. 5. MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ IFA TRÊN CATIA. THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT TRONG MODUN PART DESIGN LẮP RÁP SẢN PHẨM TRONG MODUN ASSEMBLY DESIGN MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC TÍNH TOÁN KIỂM TRA VA CHẠM VÀ KHOẢNG HỞ CÁC MỐI LẮP 5.1 Thiết kế 3D xupáp cơ cấu phân phối khí động cơ IFA. Sử dụng phương pháp quét(sweeping) để tạo khối đặc.Quét tròn: cho tiết diện 2D quay quanh một trục, ta sẽ được khối đặc tròn xoay. Dựa vào bản vẽ kết cấu, các số liệu của xupáp cơ cấu phân phối khí động cơ IFA ta tiến hành các bước xây dựng 3D xupáp cơ cấu phân phối khí của động cơ IFA. 1-Click File trên thanh menu bar và sau đó chọn New. Hộp thoại New Definition xuất hiện hình 4-22 a) và ta chọn Part và click OK để đóng hộp thoại. 2-Chọn mặt phẳng yz làm mặt phẳng vẽ phác và click biẻu tượng Sketcher để vào môi trường vẽ phác và vẽ biên dạng như hình 4-22b.
  58. 3-Click biểu tượng Exit Workbench để thoát khỏi môi trường vẽ phác. Click vào Shaft trên thanh công cụ. Hoăc vào Insert > Sketch-Based Freature > Shaft.Ta có kết quả như hình 4-22 c). a). b) c) Hình 4-22. 5.2 Thiết kế 3D lò xo cơ cấu phân phối khí động cơ IFA. Sử dụng phương pháp phối hợp kỹ thuật CSG (Phương pháp hình học khối đặc hợp thành (Constructive Solid Geometry -CSG):Các khối đặc cơ bản của CSG: khối hộp, khối nêm, khối nón, khối trụ,khối cầu, khối xuyến.Mô hình khối đặc hợp thành: Liên kết các khối cơ bản với nhau nhờ các phép toán Boole đối với các khối đặc 3D) và kỹ thuật quét(quét theo đường dẫn: Cho tiết diện 2D chuyển dịch theo một đường dẫn (thẳng hoặc cong)). Dựa vào bản vẽ kết cấu, các số liệu của lò xo cơ cấu phân phối khí động cơ IFA ta tiến hành các bước xây dựng 3D lò xo cơ cấu phân phối khí của động cơ IFA. 1- Tạo :Center curve( đường trung tâm của Rib) bằng cách vào Insert-> Wireframe- >Helix,biên dạng như hình 4-23 a):
  59. a) b) Hình 4-23. 2-Chọn mặt phẳng yz làm mặt phẳng vẽ phác và click biẻu tượng Sketcher để vào môi trường vẽ.Để tạo Profile( Sketch làm biên dạng của Rib) như hình 4-23 b). 3-Click biểu tượng Exit Workbench để thoát khỏi môi trường vẽ phác. Tạo lò xo bằng cách sữ dụng lệnh Rib trên thanh công cụ. Hoặc vào Insert > Sketch-Based Features > Rib,như hình 4-24 a): a) b) Hình 4-24. 4-Vào Insert->Surface-Base Features->Split,gọi lệnh Split cắt phẳng vòng làm việc của lò xo,kết quả như hình 4-24 c). 5.3 Thiết kế 3D ống dẫn hướng cơ cấu phân phối khí động cơ IFA. Sử dụng phương pháp quét(sweeping) để tạo khối đặc.Quét tròn: cho tiết diện 2D quay quanh một trục, ta sẽ được khối đặc tròn xoay.
  60. Dựa vào bản vẽ kết cấu, các số liệu của ống dẫn hướng cơ cấu phân phối khí động cơ IFA ta tiến hành các bước xây dựng 3D ống dẫn hướng cơ cấu phân phối khí của động cơ IFA. 1-Click File trên thanh menu bar và sau đó chọn New. Hộp thoại New Definition xuất hiện và ta chọn Part và click OK để đóng hộp thoại. Hình 4-25.
  61. 2- Chọn mặt phẳng yz làm mặt phẳng vẽ phác và click biẻu tượng Sketcher để vào môi trường vẽ,tạo được biên dạng như hình 4-26a). a) b) c) Hình 4-26. 3- Click biểu tượng Exit Workbench để thoát khỏi môi trường vẽ phác. Click vào Shaft trên thanh công cụ. Hoăc vào Insert > Sketch-Based Freature > Shaft.Ta có kết quả hình 4-26 b) 4-Click Chamfer trên thanh công cụ. Hoặc Click vào Insert > Dress-Up Features > Chamfert.Sau khi vát mép phía trên bên trong ống ta được như hình 4-26 c).
  62. 5.4 Thiết kế 3D trục cam cơ cấu phân phối khí động cơ IFA. Sử dụng phương pháp phối hợp kỹ thuật CSG (Phương pháp hình học khối đặc hợp thành (Constructive Solid Geometry -CSG):Các khối đặc cơ bản của CSG: khối hộp, khối nêm, khối nón, khối trụ,khối cầu, khối xuyến.Mô hình khối đặc hợp thành: Liên kết các khối cơ bản với nhau nhờ các phép toán Boole đối với các khối đặc 3D) và kỹ thuật quét(Quét thẳng: cho tiết diện 2D nâng lên vuông góc với mặt phảng của nó (góc vát bằng 0)). Dựa vào bản vẽ kết cấu, các số liệu của trục cam cơ cấu phân phối khí động cơ IFA ta tiến hành các bước xây dựng 3D trục cam cơ cấu phân phối khí của động cơ IFA. 1-Click File trên thanh menu bar và sau đó chọn New. Hộp thoại New Definition xuất hiện (hình 4-27 a)và ta chọn Part và click OK để đóng hộp thoại. a) b) c) Hình 4-27. 2-Chọn mặt phẳng yz làm mặt phẳng vẽ phác và click biểu tượng Sketcher để vào môi trường vẽ.Ta tạo được biên dạng cam như hình 4-27 b): 3- Click biểu tượng Exit Workbench để thoát khỏi môi trường vẽ phác. Click vào Pad nằm trên thanh công cụ. Trong hộp thoại Pad Definition - Type: ( Chọn kiểu tạo part)Dimention.Biên dạng 2D được kéo lên theo kích thước nhập trong ô Length.Ta được hình 4-27 c).
  63. 4-Chọn mặt phẳng bên của cam dùng làm mặt vẽ phác và click biểu tượng Sketcher để vào môi trường vẽ.Ta tạo được biên dạng cam như hình 4-28 a): a) b) Hình 4-28. 5- Click biểu tượng Exit Workbench để thoát khỏi môi trường vẽ phác. Click vào Pad nằm trên thanh công cụ. Trong hộp thoại Pad Definition - Type: ( Chọn kiểu tạo part)Dimention.Biên dạng 2D được kéo lên theo kích thước nhập trong ô Length Ta được hình 4-28 b). 6-Vẽ biên dạng cam tiếp theo, click biểu tượng Sketcher để vào môi trường vẽ.Ta tạo được biên dạng cam như hình 4-29 a). a) b) c) Hình 4-29.
  64. 7-Click biểu tượng Exit Workbench để thoát khỏi môi trường vẽ phác. Click vào Pad nằm trên thanh công cụ. Trong hộp thoại Pad Definition - Type:( Chọn kiểu tạo part)Dimention.Biên dạng 2D được kéo lên theo kích thước nhập trong ô Length. Ta được hình 4-29 b). 8-Chọn mặt phẳng bên của cam dùng làm mặt vẽ phác ,click biểu tượng Sketcher để vào môi trường vẽ.Ta tạo biên dạng cam như hình 4-29 c). 9-Click biểu tượng Exit Workbench để thoát khỏi môi trường vẽ phác. Click vào Pad nằm trên thanh công cụ. Trong hộp thoại Pad Definition - Type:( Chọn kiểu tạo part)Dimention.Biên dạng 2D được kéo lên theo kích thước nhập trong ô Length. Ta được hình 4-30 a): a) b) c) Hình 4-30. 10-Tạo sketcher của cổ trục cam, click biểu tượng Sketcher để vào môi trường vẽ.Ta tạo được biên dạng cổ trục cam như hình 4-30 b): 11-Click biểu tượng Exit Workbench để thoát khỏi môi trường vẽ phác. Click vào Pad nằm trên thanh công cụ. Trong hộp thoại Pad Definition - Type:( Chọn kiểu tạo part)Dimention.Biên dạng 2D được kéo lên theo kích thước nhập trong ô Length.Chọn 23 mm.Ta được hình 4-30 c). 12-Tương tự ta vẽ tiếp phần còn lại của trục cam và có được hình 4-31 như sau:
  65. Hình 4-31. 5.5 Thiết kế 3D con đội cơ cấu phân phối khí động cơ IFA. Sử dụng phương pháp quét(sweeping) để tạo khối đặc.Quét tròn: cho tiết diện 2D quay quanh một trục, ta sẽ được khối đặc tròn xoay. Dựa vào bản vẽ kết cấu, các số liệu của con đội cơ cấu phân phối khí động cơ IFA ta tiến hành các bước xây dựng 3D con đội cơ cấu phân phối khí của động cơ IFA. 1-Click File trên thanh menu bar và sau đó chọn New. Hộp thoại New Definition xuất hiện hình 4-32 a) và ta chọn Part và click OK để đóng hộp thoại. 2-Chọn mặt phẳng yz làm mặt phẳng vẽ phác và click biểu tượng Sketcher để vào môi trường vẽ.Ta tạo được biên dạng như hình 4-32 b). 3-Click biểu tượng Exit Workbench để thoát khỏi môi trường vẽ phác. Click vào Shaft trên thanh công cụ. Hoăc vào Insert > Sketch-Based Freature > Shaft.Ta có kết quả hình 4-32 c).
  66. a) b) c) Hình 4-32. 4-Tạo mặt phẳng mới dùng vẽ biên dạng lỗ dầu bằng cách offset from plane zx (mặt phẳng mới song song với mặt phẳng zx) với khoảng cách là 6 mm hình 4-33 a). 5-Chọn mặt phẳng vừa tạo làm mặt phẳng vẽ phác và click biểu tượng Sketcher để vào môi trường vẽ.Ta tạo được biên dạng lỗ dầu như hình 4-33 b). 6-Chọn mặt phẳng yz làm mặt phẳng vẽ phác và click biểu tượng Sketcher để vào môi trường vẽ.Ta tạo được biên dạng đường dẫn lỗ dầu như hình 4-33 c). a) b) c) Hình 4-33.
  67. 7- Click biểu tượng Exit Workbench để thoát khỏi môi trường vẽ phác. Click vào Slot trên thanh công cụ . Hoặc Insert > Sketch-Based Feature > Slot.Sử dụng hai sketcher đã tạo cho các yêu cầu của lệnh slot.Ta được kết quả như hình 4-34: Hình 4-34. 5.6 Thiết kế 3D đũa đẩy cơ cấu phân phối khí động cơ IFA. Sử dụng phương pháp quét(sweeping) để tạo khối đặc.Quét tròn: cho tiết diện 2D quay quanh một trục, ta sẽ được khối đặc tròn xoay. Dựa vào bản vẽ kết cấu, các số liệu của đũa đẩy cơ cấu phân phối khí động cơ IFA ta tiến hành các bước xây dựng 3D đũa đẩy cơ cấu phân phối khí của động cơ IFA. 1-Click File trên thanh menu bar và sau đó chọn New. Hộp thoại New Definition xuất hiện hình 4-35 a) và ta chọn Part và click OK để đóng hộp thoại. 2-Chọn mặt phẳng yz làm mặt phẳng vẽ phác và click biểu tượng Sketcher để vào môi trường vẽ.Ta tạo được biên dạng như hình 4-35 b). 3- Click biểu tượng Exit Workbench để thoát khỏi môi trường vẽ phác. Click vào Shaft trên thanh công cụ. Hoăc vào Insert > Sketch-Based Freature > Shaft.Ta có kết quả hình 4-35 c).
  68. a) b) c) Hình 4-35. 5.7 Thiết kế 3D cò mổ cơ cấu phân phối khí động cơ IFA. Sử dụng phương pháp phối hợp kỹ thuật CSG và kỹ thuật quét(Quét thẳng: cho tiết diện 2D nâng lên vuông góc với mặt phảng của nó (góc vát bằng 0)). Dựa vào bản vẽ kết cấu, các số liệu của cò mổ cơ cấu phân phối khí động cơ IFA ta tiến hành các bước xây dựng 3D cò mổ cơ cấu phân phối khí của động cơ IFA. 1-Click File trên thanh menu bar và sau đó chọn New. Hộp thoại New Definition xuất hiện hình 4-36 a) và ta chọn Part và click OK để đóng hộp thoại. a) b) c) Hình 4-36.
  69. 2-Chọn mặt phẳng yz làm mặt phẳng vẽ phác và click biểu tượng Sketcher để vào môi trường vẽ.Ta tạo được biên dạng như hình hình 4-36 b). 3-Click biểu tượng Exit Workbench để thoát khỏi môi trường vẽ phác. Click vào Pad nằm trên thanh công cụ. Trong hộp thoại Pad Definition - Type:( Chọn kiểu tạo part)Dimention.Biên dạng 2D được kéo lên theo kích thước nhập trong ô Length.Chọn 20 mm.Ta được hình hình 4-36 c). 4-Chọn mặt phẳng cạnh lớn trên Pad vừa tạo làm mặt phẳng vẽ phác và click biểu tượng Sketcher để vào môi trường vẽ và tạo biên dạng cho lệnh Pocket. Click vào Pocket trên thanh công cụ . Hoặc vào Insert > Sketch-Based Feature > Pocket.Ta được kết quả part như hình 4-37 a). a) b) Hình 4-37. 5-Chọn mặt phẳng trên Pad vừa tạo làm mặt phẳng vẽ phác và click biểu tượng Sketcher để vào môi trường vẽ và tạo biên dạng cho lệnh Pad mới.Click biểu tượng Exit Workbench để thoát khỏi môi trường vẽ phác. Click vào Pad nằm trên thanh công cụ. Trong hộp thoại Pad Definition - Type:( Chọn kiểu tạo part)Dimention.Biên dạng 2D được kéo lên theo kích thước nhập trong ô Length.Chọn 8 mm.Ta được hình 4- 37 b).
  70. 6-Chọn mặt phẳng trên Pad vừa tạo làm mặt phẳng vẽ phác và click biểu tượng Sketcher để vào môi trường vẽ và tạo biên dạng cho lệnh Pocket tạo lỗ mới.Click biểu tượng Exit Workbench để thoát khỏi môi trường vẽ phác. Click vào Pocket trên thanh công cụ . Hoặc vào Insert > Sketch-Based Feature > Pocket.Ta được kết quả part như hình 4-60. Hình 4-38. 5.8 Lắp ráp 3D cơ cấu phân phối khí động cơ IFA. Chọn kiểu lắp theo kinh nghiệm thừa kế các kết cấu đã có và tham khảo tài liệu kĩ thuật,thường trong cơ cấu phân phối khí sử dụng các kiểu như:kiểu lắp lỏng tiêu H 7 chuẩn (kiểu lắp lỏng yêu cầu độ chính xác đồng tâm cao,ví dụ lắp xupáp và ống h6 H8 dẫn hướng),kiểu lắp lỏng tiêu chuẩn (kiểu lắp lỏng có độ hở bé nhất xấp xỉ bằng h7 không dùng lắp hai chi tiết đảm bảo hướng,ví dụ lắp móng hãm xupáp với đĩa lò xo), H 7 kiểu lắp trung gian tiêu chuẩn ( kiểu lắp trung gian có độ hở bé nhất xấp xỉ bằng k6 không dùng lắp hai chi tiết đảm bảo hướng,ví dụ lắp móng hãm xupáp với đĩa lò xo), H 7 kiểu lắp chặt tiêu chuẩn ( kiểu lắp chặt có độ dôi đảm bảo nhỏ nhất,ví dụ lắp đế p6
  71. H 7 xupáp với nắp máy), kiểu lắp chặt tiêu chuẩn ( kiểu lắp chặt có độ dôi đảm bảo r6 vừa phải,ví dụ lắp ống dẫn hướng với nắp máy). Trình lắp ráp Assembly design cung cấp các rang buộc (Constraint) cho phép ta lắp ghép các chi tiết với nhau như mong muốn và có thể tính toán kiểm tra các mối lắp ghép bằng công cụ Compute Clash(tính toán va chạm và tính toán độ hở lắp ghép). Chọn menu file từ thanh công cụ chính và sau đó chọn New. Hộp thoại New xuất hiện hình 4-39 và chọn Product. Hình 4.-39. Khởi động trình lắp ráp Assembly design măc định tên sản phẩm là Product1. Click vào biểu tượng Existing component và sau đó di chuyển chuột lên Product và click trên đó trong specifitation tree. Hộp thoại file selection xuất hiện ta chọn file truccam.CATPart để nhập đối tượng hình 4-40. Hình 4-40.
  72. Sau đó click chuột vào biểu tượng Existing component with Positioning . Hộp thoại file selection xuất hiện và chọn file como.CATPart, duaday.CATPart, monghamxupap.CATPart, dialoxoxupap.CATPart ,condoi.CATPart ,truccomo.CATPart,otruccam1.CATPart ,otruccam2.CATPart , danhuongcondoi.CATPart , ongdanhuong.CATPart để nhập đối tượng với vị trí mong muốn. Hộp thoại Smart Move xuất hiện di chuyển chuột lên đối tượng sau khi hình dáng con trỏ chuột có dạng mặt phẳng thì ta kéo đối tượng và thả tại vị trí mong muốn. Sau click OK để đóng hộp thoại.Trên màn hình xuất hiện các đối tượng được gọi vào như hình 4-41. Hình 4-41. Thực hiện lắp ghép móng hãm xupáp vơi xupáp. Click chọn biểu tượng Concidence Constraint (ràng buộc các đối tượng trung nhau)và di chuyển chuột lên đối tượng mong muốn và chọn trục của xupáp và trục của móng hãm xupáp như hình 4-42 a).
  73. a) b) Hình 4-42. Khi đó đối tượng Concidence.1 sẽ xuất hiện trong specifitation tree và trên màn hình cũng xuất hiện biểu tượng của Concidence.1 hình 4-42 b): Tạo bề mặt tiếp xúc giữa hai mặt lắp ghép với nhau bằng lệnh Contact Constraint ( Ràng buộc các đối tượng tiếp xúc với nhau) hình 4-43 a). Cập nhật lắp ráp thanh truyền vào trục khuỷu bằng lệnh Update ta được sản phẩm như hình 4-43 b). a) b) Hình 4-43.
  74. . Tiếp tục thực hiện lắp ghép đĩa lò xo xupáp với móng hãm xupáp . Click chọn biểu tượng Concidence Constraint và di chuyển chuột lên đối tượng mong muốn và chọn trục của đĩa lò xo xupáp và trục móng hãm xupáp như hình 4-44 a). Khi đó đối tượng Concidence.2 sẽ xuất hiện trong specifitation tree và trên màn hình cũng xuất hiện biểu tượng của Concidence.2 như hình 4-44 b). a) b) Hình 4-44. Tiếp theo click chọn biểu tượng Offset Constraint chọn mặt phẳng trên đĩa lò xo xupáp và mặt phẳng trên móng hãm xupáp như hình 4-45 a). Hộp thoại Constraint properties xuất hiện các bạn nhập giá trị -1mm vào ô Offset.Cập nhật lắp ráp bằng lệnh Update ta được sản phẩm như hình 4-45 b). a) b) Hình 4-45. .Tiếp tục thực hiện lắp ghép ống dẫn hướng với xupáp . Click chọn biểu tượng Concidence Constraint và di chuyển chuột lên đối tượng mong muốn và chọn trục của ống dẫn hướng và trục xupáp như hình 4-46 a)
  75. Cập nhật lắp ráp bằng lệnh Update ta được sản phẩm như hình 4-46 b). a) b) Hình 4-46. Tiến hành lắp các chi tiết bằng cách dùng các ràng buộc thích hợp ta lắp được như hình 4-47 a). Lắp hoàn toàn tương tự đối với các chi tiết còn lại được sản phẩm hoàn chỉnh như hình 4-47 b). a) b) Hình 4-47. 5.9 Kết quả lắp ráp mô phỏng.
  76. Trục khuỷu động cơ quay từ trái qua phải,trục cam sẽ quay theo hướng ngược lại.Thứ tự làm việc của động cơ là 1-3-4-2 góc lệch công tác là 180°.Bố trí các cam và tương ứng là các xupáp từ trái qua theo thứ tự là: Nạp-Thải-Nạp-Thải-Thải-Nạp-Thải- Nạp. Thời điểm đóng mở xupáp đúng theo động học và đúng thời điểm như yêu cầu.Quá trình lắp ráp và chạy mô phỏng sẽ có clip đính kèm.Ở đây chỉ đưa ra một vài trường hợp đặc biệt trong hoạt động của cơ cấu.Ta có những vị trí ứng với các góc quay của trục khuỷu như sau: 1)Ứng với góc quay trục khuỷu từ 0°-180° tương ứng góc quay trục cam sẽ từ 0°-90°, thì: xi lanh I ở kỳ Nổ, xi lanh II ở kỳ Xả, xi lanh III ở kỳ Nén, xi lanh IV ở kỳ Hút. Hình 4-48 biểu diễn vị trí xupáp và trục cam khi trục cam ở 0°: Hình 4-48. 2)Ứng với góc quay trục khuỷu từ 180°-360° tương ứng góc quay trục cam sẽ từ 90°- 180°, thì: xi lanh I ở kỳ Xả, xi lanh II ở kỳ Hút, xi lanh III ở kỳ Nổ, xi lanh IV ở kỳ Nén. Hình 4-49 biểu diễn vị trí xupáp và trục cam khi trục cam ở 90°:
  77. Hình 4-49. 3)Ứng với góc quay trục khuỷu từ 360°-540° tương ứng góc quay trục cam sẽ từ 180°- 270°, thì: xi lanh I ở kỳ Hút, xi lanh II ở kỳ Nén, xi lanh III ở kỳ Xả, xi lanh IV ở kỳ Nổ. Hình 4-50 biểu diễn vị trí xupáp và trục cam khi trục cam ở 180°: Hình 4-50. 3)Ứng với góc quay trục khuỷu từ 540°-720° tương ứng góc quay trục cam sẽ từ 270°- 360°, thì: xi lanh I ở kỳ Nén, xi lanh II ở kỳ Nổ, xi lanh III ở kỳ Hút, xi lanh IV ở kỳ Xả. Hình 4-51 biểu diễn vị trí xupáp và trục cam khi trục cam ở 270°:
  78. Hình 4-51. 5.10 Phân tích quá trình lắp ráp. 5.10.1 Tính toán va chạm giữa các đối tượng(computing a clash between components). Khối lắp rất phức tạp và được tạo thành từ nhiều đối tượng,ta rất khó phát hiện ra các va chạm,CATIA cung cấp một công cụ dùng để phân tích va chạm hoặc tính toán khoảng cách an toàn giữa những đối tượng. 1- Chọn Analyze-> Compute Clash Hộp thoại Clash Detection sẽ xuất hiện,nó dể ta tính toán các va chạm hay khoảng hở.Mặc định là Clash. 2- Ta có thể chọn truccomo1.1 và como1.1 cùng một lúc.Những đối tượng được hiển thị trong hộp thoại Compute Clash. 3- Click Apply để tính toán các va chạm có thể có.Biểu tượng Result bây giờ có màu vàng, Xuất hiện thông báo Contact: Các đối tượng tiếp xúc với nhau, hai đối tượng có màu vàng trên vùng đồ họa.
  79. Hình 4-52. Kết quả kiểm tra hiện thông báo “Contac” chứng tỏ quá trình lắp ráp chính, không có sự xung đột giữa hai chi tiết. 4- Click Cancel. 5- Lặp lại các bước này để tính toán va chạm cho các đối tượng còn lại. 5.10.2 Tính toán khoảng hở giữa các đối tượng (computing a clearance between components) . 1- Chọn Analyze-> Compute Clash Hộp thoại Clash Detection sẽ xuất hiện,nó dể ta tính toán các va chạm hay khoảng hở.Mặc định là Clash. 2- Chọn Clearance trong hộp thoại. Hộp thoại Clash Detection sẽ hiển thị một ô trống là nơi mà ta chỉ rõ giá trị của độ hở. 3- Ta nhập độ hở là 1mm. 4- Click chọn hai đối tượng để kiểm tra là xupap1.1 va dialoxo1.1. Click Apply,Icon Result bây giờ có màu vàng, khoảng cách giữa các đối tượng nhỏ hơn 1mm.
  80. Hình 4-53. 4- Click Cancel để thực hiện các hoạt động khác 5- Lặp lại các bước này để tính toán khoảng hở cho các đối tượng còn lại. 6. KẾT LUẬN: Sau thời gian hơn ba tháng làm đồ án tốt nghiệp với đề tài "mô phỏng động học cơ cấu phân phối khí động cơ IFA trên CATIA V5R19" đến nay em đã cơ bản hoàn thành với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn cùng các thầy cô trong khoa. Trong đề tài này em đi sâu tìm hiểu tính năng thiết kế chi tết,lắp ráp cơ cấu,mô phỏng động học với CATIA và khảo sát cơ cấu phân khí trong động cơ IFA. Ở mục 2 của đồ án em đã trình bày tổng quan về cơ cấu phối khí của động cơ đốt trong. Ở mục 2, mục trọng tâm của đồ án em đi sâu phân tích kết cấu các chi tiết, phương án bố trí và dẫn động xupáp, phương án bố trí trục cam và dẫn động trục cam.Ở mục 3 em đi sâu nghiên cứu kết cấu và tính toán động học cơ cấu phân phối khí động cơ IFA. Mục 4 giới thiệu về phần mềm CATIA và các tính năng ưu việt của nó. Mục là mục thiết kế chi tiết,lắp ráp mô phỏng động học với CATIA V5R19 . Thông qua đồ án tốt nghiệp giúp em hiểu biết thêm nhiều về phần mềm CATIA và khả năng ứng dụng nó trong thiêt kế cơ khí nói chung và trong ngành động lực nói riêng và em cũng hiểu sâu hơn về tầm quan trọng của cơ cấu phối khí và điều đó cũng đã được các nhà chuyên môn luôn nghiên cứu và tìm cách nâng cao tính năng của động cơ nhằm phục vụ cho nhu cầu của đời sống. Do thời gian hạn chế, nhiều phần chưa được trang bị trong thời gian học tập tại trường, tài liệu tham khảo còn hạn chế và chưa cập nhật đủ thông tin nên cần phải hoàn thiện thêm. Qua đề tài này đã bổ sung cho em thêm nhiều kiến thức chuyên ngành động cơ đốt trong cũng như phần mềm CATIA, hiểu sâu về động cơ IFA đặc biệt là hệ thống phân phối khí.Sau cùng em rất mong được sự góp ý và chỉ bảo của các thầy cô giáo để em
  81. được hoàn thiện hơn về kiến thức cũng như đề tài này.