Đề tài Mô phỏng động học cơ cấu phân phối khí động cơ IFA trên CATIA

uôi. 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. b) 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: e) 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. 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 86 75 4 10 11 1 2 3 9 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 . Bảng Số liệu của động cơ TÊN THÔNG SỐ KÝ HIỆU THỨ NGUYÊN GIÁ TRỊ 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 τ α1 α2 α3 α4 4 Số kỳ 4 Góc mở sớm xupáp nạp độ 8 Góc đóng muộn xupáp nạp độ 38 Góc mở sớm xupáp thải độ 44 Góc đóng muộn xupáp thải độ 8 Loại buồn cháy Ngăn cách Kiểu xupáp Suất tiêu hao nhiên liệu ge g/Kw.h Thứ tự làm việc 1-3-4-2 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 tráng nê 3.1.2 Đế Nhiệm Giảm h Đế xup sửa chữa Đế xup dụng thé n một lớp h xupáp : vụ là giảm ao mòn ch áp sẽ tiếp . áp thải làm p hợp kim ợp kim cứn H lực va đậ o thân máy xúc với nấm bằng vật hoặc gang Hin g. inh 3-3: K p của xupáp và nắp xi xupáp kh liệu có tín trắng để ch h 3-4: Kết ết cấu xup và xi lanh lanh. i xupáp đón h năng chịu ế tạo xupá cấu đế xup áp . g . Để tăn mòn cao p . áp g tuổi thọ v thông thườ à thuận tiện ng nguời khi ta sử 3.1.3 Ôn Để d xupáp ta chế độ lắ Ốn 24-48 c Bôi t dầu nhờn 3.1.4 Lò Lo xo động the xupáp kh Lo xo Vật liệu trong cá g dẫn hườn ễ dàng sửa dùng ống p lỏng . g đẫn hướ ó tổ chức p rơn ống dẫ do bơm c xo xupáp : được sử dụ o đúng qu ông xupáp làm việ chê tạo : L c loại thép g xupáp: chũa và c dẫn hướng Hinh ng thường eclit . n hướng v ao ấp. ng để đón y luật diều không sẩy c trong đ ò xo được C65, C65A hánh hao m cho xupáp 3-5: Ống được chế à thân xupá g kin xupá hành của ra va đập t ìêu kiện chê tạo bằ , 65T.. òn cho th , xupáp đượ dẫn hướng tạo bắng cá p có thể d p trên đế x cơ cấu phâ rên mặt cam chịu tải ng dây thép ân máy ho c lắp vào ố c loại gang ùng phươn upáp và đ n phối khí, . trọng độ có đường ặc nắp xi ng dẫn hư hợp kim g pháp bôi ảm bảo cho do đó quá ng thay kính từ 3-5 lanh ở chỗ ớng theo CH21-40 trơn cững xupáp ch trình đóng đổi đột n mm thuộc lắp , CH bức uyển mở gột. một Ở độn khít lấy của lò 3.1.5 Trụ Nhiệm Trục ca Đìêu k cam thư Vật liệu thép hợ Các bề cam .) đ Kết cấu Động c Hình d g cơ IFA kế nhau vcà m xo c cam : vụ của trụ m mang cá iện làm việ ờng tiếp chế tạo : T p kim có mật ma sát ều được thấ : gồm có ca ơ IFA trụ ạng của ca t cấu của l ài phẳng đ thường c là để hư c cam quay c :Về tải t xúc ở trư hường là th thành phầ của trục c m cacbon v m thải và Hinh c cam thư m sẽ được Hinh 3-6: o xo là dạn ể lắp ráp v từ 4-10 ớng xupáp, bị động củ rọng trục c ợt nên hư ép hợp kim n cac bo am (bề mặ à tôi cứng cam nạp . 3-7: Kết c ờng không quyết định Lò xo g xoắn ốc h ới đĩa lo xo vòng ( đìêu khiển a phân ph am không hỏng ch có thành n trung bì t lam việc . ấu trục cam phân đoạ bởi thứ tự ìng trụ. Ha xupáp và không k xupáp đó ối khí. chịu đìêu k ủ yếu của phần các b nh như của cam , c n các cam làm việc củ i vòng đầu đế lò xo, số ể hai v ng mở theo iện nặng n cam là on thấp như 15Cr , 15 ổ trục cam được chế a xi lanh, của lo xo vòng côn òng đầu đúng quy học.Các bề bị mài m thép 30, 4 Mn , 12C , mặt đầu tạo liền tr từng loại x quấn g tác ). luật mặt òn. 0 và rNi. trục ục . upáp và góc p của xupá 3.1.6 Co Nhiệm khí đến Đìêu k Vật liệ kim.Trên Động Phần dẫn mặt tiếp có ban 3.1.7 Đũ Nhiệm nhiệm vụ hân phối k p . n đội : vụ :là một xupáp iện làm vi u chế tạo bề nặt của cơ IFA con hướng (th xúc với lỗ kính a đẩy: vụ : Là ch truyền dẫ hí cam nạp chi tiết chu động cơ ệc : con đ Hìn : con đội con đội th đội có dạn ân con đội dân hướng lớn hơn i tiết trung n động và và cam thả ng gian có IFA sử ội chịu lự h 3-8: Kết thường đư ường được g hình trụ k ) và phần t lớn nên ít bán kín gian trong truyền lực i được bố nhiệm vụ t dụng ph c nghiêng cấu con độ ợc chế tạo thẩm cacb ết cấu gồm iếp xúc vớ hao món. P h của cơ cấu phâ từ con đội đ chí chung ruyền chuy ương án do trục ca i bằng thép on và tôi c hai phần: i cam phân hần lõm ti đũa đẩy n phối khí ên đòn đẩy trên một trụ ển động từ dẫn độn m phân ph ít cacbon ứng . phối khí ếp xúc với khoảng dẫn động g : c và theo cam phân g gián ối khí gây hoặc thép thân con độ đũa đẩy thư 0,2-0,3 ian tiếp. N vị trí phối tiếp. ra. hợp i to, ờng mm. ó có Vật liệ bình . Đ khi đạt đ Đũa đ đũa đẩy 3.1.8 Đò Đòn b xupáp Nhiệm xupáp th u chế tạo : ầu tiếp xúc ộ cứng kho ẩy ở động thường làm n bẩy: ẩy là một c . vụ của đò eo đúng kh Hin Đũa đẩy th được làm b ảng HCR 5 cơ IFA thư bằng thép hi tiết trun n bẩy là t a phân phố h 3-9: Kế ường được ằng thép c 0-60 . ờng là một rỗng hai đ g gian mộ iếp nhận lự i khí . t cấu đũa đ chế tạo bằ ác bon thấp thanh thép ầu hàn gắn t đầu tiếp x c truyền đ ẩy ng thép cá và hàn vớ nhỏ,dài đ các đầu tiế úc đũa đẩ ên từ đũa c bon có th i đũa đẩy s ặc, để giảm p xúc có hì y và một đ đẩy và tác ành phân t au đó tôi trọng lư nh cầu . ầu tiếp xúc dụng làm rung cứng ợng với mở 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. 33 56 cx d x l l V V = Trong đó: Vd:vận tốc vòng của đòn bẩy phía tiếp xúc với đũa đẩy Vx:vận tốc xupap Vc:vận tốc con đội 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 Hình 3-11: Sơ đồ tính tỷ số truyền của cơ cấu phối khí Sx Sc Vx Vd ψ lc lx Vc V'd 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 . kγ = vp. Fp. pγ 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. 2 2 .. . hh k di DVp fi FpVpV == Vk :tốc độ trung bình của dòng khí qua họng đê ú m/s fh: tiết diện của họng đế xupap (cm2) dh:đường kính họng đế xupap i: số xupap ; i=2 Vp:tốc độ bình quân của piston, 86,10 30 2250.145,0 30 . === nSV p (m/s) Fp:diện tích đỉnh piston 04,113 4 120. 4 . 22 === ππ DFP (cm 2 ) 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) Đường kính họng đế xupap : dh= i.V D.Vp kh 2 dhn= )(2,442.40 120.86,10 2 mm= Lấy dhn = 47 (mm) Do diện tích của xupap nạp lớn hơn xupap thải từ (10÷20)% ⇒dht = 2,392,1 47 2,1 ==hnd (mm); Lấy dht = 39 (mm) Tiết diện lưu thông qua xupap được tính bằng công thức: fkl= 2 cos.. απ h (dh + d1 ); mà d1=dh+2e , h’ =hsinα Do α=45° nên cosα = sinα ⇒ h’ =h cosα ; e= h cosα. Sinα d1 = dh + 2e fkl=π.h(dh cosα + hsinαcosα2) 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: fkn=π. hnmax (0,707dhn+0,353 hnmax)= 3,14.8,5.10-3(0,707.47. 10-3+0,353. 8,5.10-3) fkn = 966,96 .10-6 (m 2 ) Tiết diện lưu thông qua xupap thải bằng: fkt=π. htmax (0,707dht+0,353h htmax)= 3,14.8,5.10-3(0,707.39. 10-3+0,353. 8,5.10-3) fkn =815,99 .10-6 (m 2 ) 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: 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. 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 : Góc công tác của cam nạp ϕn = (1800+ ϕ o 1+ϕ o 2 )/2= (1800+80+380)/2=1130 Góc công tác của cam thải ϕt = (1800+ϕ o 5+ϕ o 6)/2=(1800+440+80)/2= 1160 Với: ϕ o 1 , ϕ o 2 , ϕ o 5 , ϕ o 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 : • Đối với cam nạp ϕn = (1800+ ϕ o 1+ϕ o 2 )/2= (1800+80+380)/2=1130) +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: Hình 3-13: Dựng hình cam lồi Hình 3-14: Xác địng Bán kính ρ Kẻ O1M vuông góc AO.Xét tam giác vuông O1MO2 có (O1O2)2 = O1M2 +O2M2 Đặt D = R+h-r ta có (ρ-r)2 = (Dsinϕ/2)2 + [(ρ - R) + Dcos(ϕn /2)] ⇒ ρ= ) 2 cosDrR(2 R 2 cosRD2rD 222 ϕ−− +ϕ−− ρ = ) 2 113cos3,1464,313(2 13 2 113cos3,14.13.264,33.14 222 o o −− +−− =53,75 (mm) 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) sinθmax =14,3 sin(113 o /2)/( 53,75-3,64)=0,24⇒θmax= 13,88o • Đối với cam thải cách dựng hoàn toàn tương tự (ϕt = 1160). 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: 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 : ]cos)([)( 22 θρρθ RRNOENMOMEh −+−=+−== )cos1)(R(h θ−−ρ=θ Khi θ=θmax=13,88o max)cos1)((max θρθ −−= Rh = (53,75-13)(1-cos13,88o)= 1,18 (mm ) b) Vận tốc con đội : θω= θ θ== θθθ θ d dh dt d d dh dt dhv c mà vận tốc trục cam dt d c θ=ω nên: ( ) θ−ρω=θ sinRv c Mà vận tốc của trục cam: ωc = dt dθ = 30 . cnπ = 2.30 . knπ = 2.30 2250.14.3 = 117,75 (rad/s). Nên: vθ = ωc.(ρ - R1).sinθ Vậy: vθ =117,75.(53,75 - 13).103. 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: jθ = dt dvθ = dt d. d dv θ θ θ = ωc. θ θ d dv Do đó: jθ = ωc2.(ρ - R1).cosθ jθ = 117,75 2.(53,75 - 13). 10 − 3.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. sinθ max = 21 1 OO MO = r D n −ρ ϕ 2 sin. =14,3 sin(113 o /2)/( 53,75-3,64)=0,24 ⇒θmax= 13,88o Nhận xét khiθ = 0 thì gia tốc đạt cực đại. jθ (max) = ωc2.(ρ - R). = (53,75 - 13).10 − 3. 117,752 ⇒ jθ (max) = 565 (rad/s2). 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. Lấy đạo hàm hai vế phương trình theo thời gian, ta có công thức tính tốc độ của con đội con đội: vγ = dt dhγ = dt d d dh γ γ γ . Vì tại điểm C có γ = 0 và tại điểm B có γ = γmax như vậy góc γ tính ngược lại với chiều quay của trục cam nên: dt dγ = -ωc. Do đó: vγ = -ωc. dt dhγ . Rút ra: vγ = ωc.D.sinγ vγ = 117,75.14,3.sinγ.10 − 3 = 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: jγ= dt dv γ = dt d d dv γ γ γ . = -ωc. dt dv γ . Rút ra: jγ = -ωc 2 .D.cosγ = -(117,75)2.14,5.cosγ.10-3 jγ = -201,04 .cosγ. Vậy: jγ= -201,04 .cosγ. (m/ 2s ) (γ = 2 nϕ -θ ). 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 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: 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. 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) - 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: Hình 4-4. Mô hình hóa vật thể Hình 4-5. Mô phỏng động học 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) -Catia nc - lathe: Tạo chương trình chứa phần nguyên công tiện dưới dạng đầu ra APT hoặc CL-File. (hình 4.7) - Catia nc - mill: Tạo chương trình chứa phần nguyên công phay.(hình 4.8): Hình 4-6. Thể hiện sự mô tả tính chất vật lý của vật liệu Hình 4-7 Thể hiện modul tiện 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): Hình 4-8. Thể hiện modul phay trong Catia - 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. 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. 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 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 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. 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 và chúng cần hiệu Mộ sản phẩm ráp sản nhiều gó ta có thể chỉnh. t ứng dụng trước và phẩm một c độ khác n thao tác ch quan trọng sau khi lắp cách trung hau và lưu Hình 4-2 ỉnh sữa gi nửa của t ráp. Nó ch thực và c lại cảnh lắ 1. Trạng th ống như tro rình Assem o chúng ta hính xác. C p ráp cho t ái hình ảnh ng trình P bly là tạo h cách nhìn húng ta c ừng trạng th bản vẽ lắp art Design ình ảnh ch trực quan v ó thể xem ái. dạng rời đối với ch o các trạng ề quá trình sản phẩm i tiết thái lắp dưới 5. MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ IFA TRÊN CATIA. 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. 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 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): 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. 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. 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). 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). 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. 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: 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). 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. 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). 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. 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). 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 chuẩn 6 7 h H (kiểu lắp lỏng yêu cầu độ chính xác đồng tâm cao,ví dụ lắp xupáp và ống dẫn hướng),kiểu lắp lỏng tiêu chuẩn 7 8 h H (kiểu lắp lỏng có độ hở bé nhất xấp xỉ bằng không dùng lắp hai chi tiết đảm bảo hướng,ví dụ lắp móng hãm xupáp với đĩa lò xo), kiểu lắp trung gian tiêu chuẩn 6 7 k H ( kiểu lắp trung gian có độ hở bé nhất xấp xỉ bằng không dùng lắp hai chi tiết đảm bảo hướng,ví dụ lắp móng hãm xupáp với đĩa lò xo), kiểu lắp chặt tiêu chuẩn 6 7 p H ( kiểu lắp chặt có độ dôi đảm bảo nhỏ nhất,ví dụ lắp đế xupáp với nắp máy), kiểu lắp chặt tiêu chuẩn 6 7 r H ( kiểu lắp chặt có độ dôi đảm bảo 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. 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). 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. . 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) 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. 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°: 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°: 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. 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. 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 được hoàn thiện hơn về kiến thức cũng như đề tài này.