Mô phỏng động học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ IFA trên Catia

to thanh truyền. Hai nữa của đầu to thanh truyền lắp ghép với nhau bằng bulông hay gujông. Trong trường hợp này bạc lót đầu to cũng làm thành hai nữa, nữa trên làm liền với thân thanh truyền, nữa dưới cắt rời ra làm thành nắp đầu to thanh truyền. Hai nữa của đầu to thanh truyền lắp ghép với nhau bằng bu lông hay gujông. Trong trường hợp này bạc lót đầu to cũng làm thành hai nữa. Để điều chỉnh khe hở giữa bạc lót đầu to và chốt khuỷu trong quá trình sửa chữa sau này, đôi khi người ta lắp những miếng đệm mỏng bằng thép vào mặt phân chia của hai nữa đầu to. Khi bạc mòn khe hở tăng lên người ta lấy dần các miếng đệm ra để điều chỉnh khe hở. Nhưng khuyết điểm của việc dùng những miếng đệm này là giảm độ cứng vững của đầu to, do đó tải trọng tác dụng lên bulông sẻ tăng lên. Ngoài ra khi lấy bớt các miếng đệm điều chỉnh ra lỗ lắp chốt khuỷu không tròn nữa, phải cạo rà lại bạc lót mới dùng được. Hình 2 - 7 Đầu to thanh truyền của động cơ ô tô máy kéo (a) và động cơ tĩnh tại (b) 2.2.2.2 Thanh truyền của động cơ chữ V. tuỳ theo vị trí lắp ghép thanh truyền của hai xi lanh chung khuỷu, thanh truyền của động cơ chữ V được chia ra thành hai loại. - Loại thanh truyền trung tâm: Loại thanh truyền này có hai thanh truyền cùng lắp chung trên một chốt khuỷu nhưng cả hai thanh truyền cùng nằm trong một mặt phẳng nên một thanh truyền có hình dạng nạng ( thanh truyền ngoài) còn thanh truyền kia lắp đồng tâm và bị kẹp giữa phần nạng của thanh truyền nạng. Cũng như thanh truyền kế tiếp, kết cấu này có ưu điểm là động học và động lực học của hai thanh truyền trên hai hàng xi lanh hoàn toàn giống nhau, nhưng chốt khuỷu ngắn hơn chốt khuỷu ở loại thanh truyền lắp kế tiếp. Tuy vậy hai thanh truyền có kết cấu khác nên thanh truyền này có khuyết điểm là chế tạo phức tạp. Hơn nữa phải dùng bạc lót có kết cấu đặc biệt, mặt trong và mặt ngoài của bạc lót đều là mặt làm việc. Nghĩa là phải đúc tráng hợp kim chịu mòn lên cả hai bề mặt của bạc lót. Độ cứng vững của đầu to thanh truyền nhất là thanh truyền hình nạng kém, dễ biến dạng và bố trí đường dầu bôi trơn bạc lót cũng khó khăn. Hình 2 - 8 Thanh truyền trung tâm. - Loại thanh truyền chính và thanh truyền phụ: Loại này gồm có một thanh truyền chính và một thanh truyền phụ lắp trên thanh truyền chính ( thanh truyền chính có chốt để lắp thanh truyền phụ). Loại thanh truyền này ngày nay được dùng khá nhiều vì nó có ưu điểm chính là kết cấu gọn nhẹ, giảm được kích thước và trọng lượng của động cơ, đồng thời vẩn đảm bảo độ cứng vững của đầu to thanh truyền. Song nó có nhược điểm là động học của piston và thanh truyền trên hai hàng xi lanh không giống nhau. Và khi làm việc thanh truyền chính còn chịu thêm mômen uốn phụ do thanh truyền phụ gây ra. Kết cấu của thanh truyền chính và thanh truyền phụ giới thiệu trên hình 2 - 9 Hình 2 - 9 Thanh truyền chính và thanh truyền phụ. Trục khuỷu lắp trên động cơ này củng có kết cấu khá phức tạp, góc lệch hai khuỷu kế tiếp 90º. Trục khuỷu động cơ chử V thường dùng trong động cơ có công suất cỡ trung bình và lớn, kết cấu phức tạp khó chế tạo, giá thành cao. 2.2.2.3 Thanh truyền động cơ hình sao. Trong động cơ hình sao, thanh truyền của các xi lanh cùng lắp chung trên một chốt khuỷu nên không thể dùng kiểu thanh truyền lắp kiểu kế tiếp hoặc thanh truyền trung tâm được. Vì như vậy chốt khuỷu sẽ rất dài, làm giảm độ cứng vững và giảm khả năng chịu lực của trục khuỷu. Trong động cơ hình sao thường chỉ dùng cơ cấu thanh truyền chính lắp rất nhiều thanh truyền phụ. Thanh truyền chính có kích thước lớn và độ cứng vững cao, trên đầu to của thanh truyền chính có rất nhiều chốt để lắp thanh truyền phụ. Kết cấu của thanh truyền hình sao giới thiệu trên hình 2 - 10. Hình 2 - 10 Thanh truyền chính và thanh truyền phụ của động cơ hình sao. Đầu to thanh truyền thường làm nguyên khối không cắt thành hai nửa, còn nếu cắt thành hai nửa thì dùng chốt con (chốt bản lề) để lắp nắp đầu to thanh truyền với nửa trên của đầu to. Bôi trơn bạc lót đầu to thanh truyền phụ cũng tiến hành như trong động cơ chữ V. dầu nhơn sau khi bôi trơn bạc lót đầu to thanh truyền chính được dẫn đến bôi trơn bạc lót đầu to thanh truyền phụ. 2.2.3 Kết cấu nhóm trục khuỷu nguyên Trục khuỷu gồm có các phần: Đầu trục khuỷu, khuỷu trục (chốt, má,cổ trục khuỷu) và đuôi trục khuỷu. Hình 2 - 11 Kết cấu tổng thể đầu trục khuỷu Đầu trục khuỷu thường dùng để lắp bánh răng dẫn động bơm nước,bơm dầu bôi trơn, bơm cao áp, bánh đai (puly) để dẫn động quạt gió và đai ốc khởi động để khỏi động động cơ bằng tay quay. Các bánh răng chủ động hoặc bánh đai dẫn động lắp trên đầu trục khuỷu theo kiểu lắp căn hoặc lắp trung gian và đều là lắp bán nguyệt đai ốc hãm chặt bánh đai, phớt chắn dầu, ổ chắn dọc trục đều lắp trên đầu trục khuỷu. Ngoài ra các bộ phận thường gặp kể trên trong một số động cơ còn có lắp bộ giảm dao động xoắn của hệ trục khuỷu ở đầu trục khuỷu bộ dao động xoắn có tác dụng thu năng lương sinh ra do mô men kích thích trên hệ khuỷu do đó dập tắc dao động tắt dao động gây ra bỡi mô men. Bộ dao động xoắn thường lắp ở đầu trục khuỷu là nơi có biên độ dao động xoắn lớn nhất. Cổ trục : các cổ trục thường có cùng kích thước đường kính. (Đường kính cổ trục thường tính theo sức bền và điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn, quy định thời gian sử dụng và thời gian sửa chữa động cơ). Trong một vài động cơ cổ trục làm lớn dần theo chiều từ đầu đến đuôi trục để đảm bảo sức bền va ìkhả năng chiu lực của cổ trục được đồng đều hơn. Khi đường kính cổ trục tăng làm tăng thêm độ cứng vững trục khuỷu mặt khác mô men quán tính độc cực của trục khuỷu tăng lên, độ cứng chống xoắn của trục tăng lên mà khối lượng chuyển động quay hệ thống trục khuỷu vẫn không thay đổi. Hình 2 - 12 Kết cấu khuỷu trục Chốt khuỷu: có thể lấy đường kính của chốt khuỷu lấy bằng đường kính của cổ trục khuỷu, nhất là động cơ cao tốc do phụ tải và lực quán tính lớn muốn vậy để tăng khả năng khả năng làm việc bạc lót và chốt khuỷu người ta thường tăng đường kính chốt khuỷu. Như vậy kính thước và khối lượng đầu to thanh truyền đầu to sẽ tăng theo tần số dao động riêng sẽ giảm có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng trong phạm vi tốc độ sử dụng cho phép. Vì vậy cần phải lựa chọn chiều dài sao cho có thể thoã mãn điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn, và trục khuỷu có độ cúng vững lớn, do đó để giảm trọng lượng chốt khuỷu phải làm rỗng, chốt khuỷu rỗng có tác dụng chứa dầu bôi trơn bạc lót đầu to thanh truyền giảm khối lượng quay thanh truyền, lỗ rỗng trong chốt khuỷu có thể làm đồng tâm hoặc lệch tâm với chốt khuỷu. Má khuỷu: là bộ phận nối liền giữa cổ trục và chốt khuỷu, hình dạng má khuỷu chủ yếu phụ thuộc vào dạng động cơ, trị số áp suất khí thể và tốc độ quay của trục khuỷu. Khi thiết kế má khuỷu động cơ cần giảm trọng lượng , má khuỷu có nhiều dạng nhưng chủ yếu dạng má hình chữ nhật và hình tròn có kết cấu đơn giản dễ chế tạo, dạng má hình ô van có kết cấu phức tạp loại má khuỷu hình chữ nhật phân bố lợi dụng vật liệu không hợp do tăng khối lượng không cân bằng má khuỷu, má khuỷu dạng tròn sức bền cao có khả năng giảm chiều dày má do đó có thể tăng chiều dài cổ trục và chốt khuỷu và giảm mài mòn cổ trục và chốt khuỷu mặt khác má tròn dễ gia công. Đối trọng lắp trên khuỷu có hai tác dụng: + Cân bằng mô men lực quán tính không cân bằng động cơ chủ yếu là lực quán tính ly tâm nhưng đôi khi dùng để cân bằng lực quán tính chuyển động tịnh tiến như động cơ chữ V +Giảm phụ tải cho cổ trục nhất là giữa động cơ bốn kỳ có 4,6,8 xi lanh vì ở động cơ này có lực quán tính và mô men quán tính tự cân bằng nhưng ứng suất giữa cổ trục chịu ứng suất uốn lớn, khi dùng đối trọng mô men quán tính nói trên được cân bằng nên cổ trục giữa không chịu ứng suất uốn do lực quán tính mô men gây ra. Mặt khác trục khuỷu không phải là chi tiết cứng vững tuyệt đối và thân máy trong thực tế bị biến dạng nên trong động cơ dùng đối trọng để cân bằng. Hình 2 - 13 Kết cấu các dạng má khuỷu Đuôi trục khuỷu thường lắp với các chi tiết máy của động cơ truyền dẫn công suất ra ngoài máy công tác. - Trục thu công suất động cơ thường đồng tâm với trục khuỷu, dùng mặt bích trục khuỷu để lắp bánh đà. Ngoài kết cấu dùng để lắp bánh đà trên đuôi trục khuỷu còn có lắp các bộ phận đặc biệt: +Bánh răng dẫn động cơ cấu phụ: Trong một vài loại động cơ do đặc điểm kết cấu phải bố trí dẫn động cơ cấu phụ phải lắp bánh răng đuôi trục khuỷu nên phía đuôi trục khuỷu phải có mặt bích để lắp bánh răng. +Vành chắn dầu trên đuôi trục khuỷu có tác dụng ngăn không cho dầu nhờn chảy ra khỏi các te. Các dạng trục khuỷu phụ thuộc vào số xi lanh, cách bố trí xi lanh số kỳ động cơ và thứ tự làm việc của các xi lanh kết cấu trục khuỷu phải đảm bảo động cơ làm việc đồng đều biên độ dao động và mô men xoắn tương đối nhỏ. - Động cơ làm việc cân bằng ít rung động. - Ứng suất sinh ra do dao động xoắn nhỏ. - Công nghệ chế tạo giá thành rẻ. Kích thức của trục khuỷu phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách giữa hai đường tâm xi lanh, chiều dày của lót xi lanh và phương pháp làm mát. Đối với động cơ hai kỳ kích thước trục khuỷu còn phụ thuộc vào hệ thống quét thải. Hình 2 - 14 Kết cấu tổng thể trục khuỷu nguyên 2.2.4 Kết cấu trục khuỷu ghép Trục khuỷu ghép thường chế tạo riêng thành từng bộ phận. Cổ trục, má khuỷu, chốt khuỷu, ghép lại với nhau hoặc làm cổ trục riêng rồi ghép với khuỷu.Thường dùng trong động cơ cỡ lớn, trục khuỷu được chế tạo thành từng đoạn rồi ghép lại với nhau bằng mặt bích trục khuỷu lớn thường ghép trong động cơ cỡ lớn động cơ tàu thuỷ động cơ tĩnh đại nhưng cũng dùng trong động cơ cỡ nhỏ, như xe mô tô, động cơ xăng cỡ nhỏ, động cơ cao tốc có công suất lớn để để giảm hiện tượng dao động của trục cần rút ngắn chiều dài trục khuỷu . Hình 2 - 15 Kết cấu trục khuỷu ghép 2.2.5. Kết cấu trục khuỷu thiếu cổ Đặc điểm kết cấu trục khuỷu loại này kích thước nhỏ gọn nên có thể rút ngắn chiều dài của thân máy và giảm khối lượng động cơ. Trục khuỷu thiếu cổ có độ cứng vững kém vì vậy khi thiết kết cần kích thước cổ trục, chốt khuỷu đồng thời tăng chiều dày và chiều rộng má khuỷu để tăng độ cứng vững cho trục khuỷu.Thường dùng trong động cơ xăng ôtô máy kéo và động cơ điezen công suất nhỏ do phụ tải tác dụng lên cổ trục nhỏ. 1 2 3 4 5 Hình 2 - 16 Kết cấu trục khuỷu thiếu cổ 2.2.6 Kết cấu trục khuỷu chữ V Loại trục khuỷu này thường dùng trong động cơ có hai hàng xi lanh góc lệch hai khuỷu kết tiếp 900 Trục khuỷu chữ V thường dùng trong động cơ có công suất cỡ trung bình và lớn, kết cấu phức tạp khó chế tạo, giá thành cao. Hình 2 - 17 Kết cấu trục khuỷu chử V 2.3 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ xi lanh bố trí thẳng hàng. Đối với động cơ xi lanh bố trí thẳng hàng thường sữ dụng cơ cấu khuỷu trục thanh truyền lệch tâm.Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền này được ứng dụng khá rộng rãi, nó có kết cấu đơn giản. Hình 2 - 18 Cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền động cơ xi lanh bố trí thẳng hàng Trục khuỷu lắp trên cơ cấu này thường dùng trục khuỷu nguyên, là loại trục khuỷu có các bộ phận cổ trục, khuỷu trục... làm liền với nhau thành một khối. - Thanh truyền dùng trên cơ cấu này thường dùng thanh truyền có tiết diện thân hình chử I, đây là loại thanh truyền có kết cấu đơn giản được chế tạo theo phương pháp rèn khuôn rất thích hợp với phương án sản xuất lớn - Piston thường dùng cho cơ cấu này là dạng Piston đỉnh lõm, phần lõm có thể là toàn đỉnh hoặc chỉ lõm xuống ở một vùng của đỉnh. Chỏm cầu lõm có thể đồng tâm hoặc lệch tâm. Loại Piston này có diện tích chịu nhiệt lớn hơn đỉnh bằng nhưng có ưu điểm là tạo ra xoáy lốc nhẹ trong quá trình nén và trong quá trình cháy. 2.4 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ xi lanh bố trí chử V Động cơ chử V ra đời nhằm tăng số xi lanh cho động cơ để tăng công suất của động cơ. Nó có kết cấu rất gọn nhẹ, chiều cao động cơ thấp, chiều dài ngắn hơn so với động cơ một hàng xi lanh có cùng công suât. Tính cân bằng của động cơ rất tốt, động cơ vận hành êm, độ rung động nhỏ. Kết cấu của cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền trên động cơ chử V phức tạp hơn động cơ thẳng hàng. Hình 2 - 19 Bản vẽ lắp cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ chử V 2.5 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền của động cơ xi lanh bố trí hình sao Động cơ hình sao gồm các động cơ mà đường tâm xi lanh nằm trong các mặt phẳng thẳng góc với đường tâm của trục khuỷu. Loại động cơ này có khá nhiều xi lanh, các xi lanh sắp xếp theo cá hình sao 3, 5, 7, 9 cánh. Mỗi cánh của động cơ hình sao tương đương với một hàng xy lanh, nên loại động cơ này củng thuộc vào loại động cơ nhiều hàng xi lanh. Số xi lanh trên mỗi hàng xi lanh không quá 6. Số cánh trong hình sao không quá 9. Hình 2 - 20 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ bố trí hình sao Do kết cấu của động cơ khá phức tạp nên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền dùng trên động cơ loại này củng phức tạp và rất tốn kém. Trong động cơ hình sao, thanh truyền của các xi lanh cùng lắp chung trên một chốt khuỷu nên không thể dùng kiểu thanh truyền lắp kiểu kế tiếp hoặc thanh truyền trung tâm được. Vì như vậy chốt khuỷu sẽ rất dài, làm giảm độ cứng vững và giảm khả năng chịu lực của trục khuỷu. Trong động cơ hình sao thường chỉ dùng cơ cấu thanh truyền chính lắp rất nhiều thanh truyền phụ. Thanh truyền chính có kích thước lớn và độ cứng vững cao, trên đầu to của thanh truyền chính có rất nhiều chốt để lắp thanh truyền phụ. Trục khuỷu lắp trên động cơ hình sao thường dùng là trục khuỷu ghép, trục khuỷu ghép thường được chế tạo riêng thành từng bộ phận. Cổ trục, má khuỷu, chốt khuỷu, ghép lại với nhau hoặc làm cổ trục riêng rồi ghép với trục khuỷu. Thường dùng trong động cơ cở lớn như máy bay, tàu biển, trục khuỷu được chế tạo thành từng đoạn rồi ghép lại với nhau bằng mặt bích. 3. Tính toán động học cơ cấu khuỷu - trục thanh truyền động cơ IFA Bảng 3 - 1 Bảng thông số động cơ TÊN THÔNG SỐ KÝ HIỆU THỨ NGUYÊN GIÁ TRỊ Công suất có ích Ne Kw 92 Tỷ số nén e 17 Số vòng quay n Vòng/phút 2250 Đường kính xi lanh D mm 120 Hành trình piston S mm 145 Số xi lanh i 4 Số kỳ t 4 Góc mở sớm xupap nạp a1 Độ 8 Góc đóng muộn xupap nạp a2 Độ 38 Góc mở sớm xupap thải a3 Độ 44 Góc đóng muộn xupap thải a4 Độ 8 Loại buồng cháy Ngăn cách Kiểu xupap Suất tiêu hao nhiên liệu Ge g/Kw.h Bảng 3 - 2 Bảng thông số chọn động cơ TÊN THÔNG SỐ KÝ HIỆU THỨ NGUYÊN GIÁ TRỊ Áp suất khí nạp Pk MN/m2 0.1 <=0.1 Nhiệt độ khí nạp Tk K 287 Hệ số dư lượng không khí a 1.5 1.5 - 1.9 Áp suất cuối kỳ nạp Pa MN/m2 0.09 0.078 - 0.088 Áp suất khí sót Pr MN/m2 0.107 0.103 - 0.107 Nhiệt độ khí sót Tr k 700 700 - 900 Độ sấy nóng khí nạp mới K 20 20 - 40 Chỉ số giãn nở đoạn nhiệt của khí sót m 1.45 1.45 - 1.5 Hệ số lợi dụng nhiệt tại z x 0.85 0.65 - 0.85 Hệ số lợi dụng nhiệt tại b x 0.9 0.8 - 0.9 Tỷ số tăng áp l 1.604 1.5 - 1.8 Hê số nạp thêm l1 1.04 1.02 - 1.07 Hệ số quét buồng cháy l2 0.95 0.92 - 0.97 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt lt 1.1 1.11 Hệ số điền đầy đồ thị jd 0.97 0.92 - 0.97 3.1 Xác định quy luật động học của piston bằng phương pháp đồ thị 3.1.1 Xây dựng đồ thị công 3.1.1.1 Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén. Ta có: phương trình đường nén đa biến: p.Vn1 = conts, do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì [1]: Từ đó rút ra : Đặt: Khi đó, áp suất tại điểm bất kỳ x: [MN/m2] (1.1) Ở đây: - áp suất cuối quá trình nén. Trong đó: pa - áp suất đầu quá trình nén. - Động cơ không tăng áp: pa = (0,8 ÷ 0,9)pk Chọn: pa = 0,9pk Trong đó: pk- áp suất trước xúpáp nạp Chọn pk = p0 = 0,1[MN/m2] Vậy: [MN/m2] e- tỷ số nén, e=17 (Theo [1] trang 138, đây là động cơ Diezel buồng cháy phân cách ) n1- chỉ số nén đa biến trung bình. - Động cơ Diesel buồng cháy ngăn cách: n1 = (1,34¸1,38). Chọn n1 = 1,37. Þ pc = 0,09.17 1,37 = 4,3647 [MN/m2]. 3.1.1.2 Xây dựng đường cong áp suất trên đường giãn nở. Phương trình của đường giãn nở đa biến là [1]: , do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì: Từ đó rút ra: Ở đây: pz- áp suất cực đại, pz = 7.0 [MN/m2]. Vz = r.Vc Trong đó: r- tỷ số giãn nở sớm, r = (1,2÷1,7). Chọn r = 1,55. n2- chỉ số giãn nở đa biến. - Đối với động cơ Diesel: n2 = (1,15¸1,28). Chọn n2 = 1,27 Ta đặt: Suy ra: [MN/m2] (1.2) Lập bảng tính : Từ công thức (1.1) và (1.2), kết hợp với việc chọn các thể tíchVnx và Vgnx, ta tìm được các giá trị áp suất pnx, pgnx. Việc tính các giá trị pnx, pgnx được thực hiện trong bảng sau: Bảng 3 - 3. Các điểm áp suất trên đường nén và đường giãn nở Vx i Đường nén Đường giãn nở in1 1/in1 pc.(1/in1) in2 1/in2 pz. rn2.(1/in2) Vc 1 1.0000 1.0000 4.3647 1.0000 1.0000 1.55Vc 1.55 1.8229 0.5486 2.3944 1.7447 0.5732 7.0000 1.6Vc 1.6 1.9039 0.5252 2.2925 1.8165 0.5505 6.7234 1.8Vc 1.8 2.2373 0.4470 1.9509 2.1096 0.4740 5.7893 2Vc 2 2.5847 0.3869 1.6887 2.4116 0.4147 5.0642 2.2Vc 2.2 2.9452 0.3395 1.4820 2.7219 0.3674 4.4869 2.4Vc 2.4 3.3181 0.3014 1.3154 3.0400 0.3290 4.0175 2.6Vc 2.6 3.7027 0.2701 1.1788 3.3652 0.2972 3.6291 2.8Vc 2.8 4.0983 0.2440 1.0650 3.6974 0.2705 3.3032 3Vc 3 4.5046 0.2220 0.9689 4.0359 0.2478 3.0260 4Vc 4 6.6807 0.1497 0.6533 5.8159 0.1719 2.0999 5Vc 5 9.0696 0.1103 0.4812 7.7213 0.1295 1.5817 6Vc 6 11.6431 0.0859 0.3749 9.7331 0.1027 1.2548 7Vc 7 14.3808 0.0695 0.3035 11.8379 0.0845 1.0317 8Vc 8 17.2677 0.0579 0.2528 14.0257 0.0713 0.8708 9Vc 9 20.2914 0.0493 0.2151 16.2888 0.0614 0.7498 10Vc 10 23.4423 0.0427 0.1862 18.6209 0.0537 0.6559 11Vc 11 26.7121 0.0374 0.1634 21.0169 0.0476 0.5811 12Vc 12 30.0939 0.0332 0.1450 23.4725 0.0426 0.5203 13Vc 13 33.5817 0.0298 0.1300 25.9841 0.0385 0.4700 14Vc 14 37.1702 0.0269 0.1174 28.5485 0.0350 0.4278 15Vc 15 40.8550 0.0245 0.1068 31.1628 0.0321 0.3919 16Vc 16 44.6318 0.0224 0.0978 33.8246 0.0296 0.3611 17Vc 17 48.4970 0.0206 0.0900 36.5317 0.0274 0.3343 3.1.1.4 Xác định các điểm đặc biệt và hiệu chỉnh đồ thị công. Vẽ hệ trục tọa độ (V, p) với các tỷ lệ xích: mv= 10,244.10-3 [lít/mm] mp= 0,03 [MN/m2.mm]. Xác định các điểm đặc biệt: -Điểm r (Vc,pr) Ở đây: Vc- thể tích buồng cháy: (1.3) Trong đó: Vh- thể tích công tác: [mm3] Vh = 1,6399 [l] Khi đó: [l] pr- áp suất khí sót, phụ thuộc vào loại động cơ Tốc độ trung bình của piston: [m/s] Như vậy động cơ đang khảo sát là động cơ tốc độ cao, do đó áp suất khí sót pr được xác định [1]: pr = (1,05÷1,1).p0 Trong đó: p0- áp suất khí trời Vì động cơ không tăng áp, có lắp bình tiêu âm trên đường thải nên thay p0 ở trên bằng áp suất trên đường thải pth,với [1]: pth =(1,02÷1,04).p0 Chọn: pth = 1,04p0 và pr = 1,029pth Vậy: Pr = 1,029.pth = 1,029.1,04.p0 = 1,029.1,04.0,1 = 0,107[MN/m2]. Vậy: r (0,1025 [l]; 0,107 [MN/m2]) - Điểm a (Va,pa) Trong đó : Va =e. Vc = 17. 0,1025 = 1,7415 [l]. Þ a (1,5974[l];0,09[MN/m2]) - Điểm b (Vb, pb) Ở đây: pb - áp suất cuối quá trình giãn nở. pb ; d = Þ pb == pb = 0.3343 [MN/m2] Þ b (1,7415 [l]; 0.3343 [MN/m2]). - Điểm c (Vc, pc) Þ c (0,1025[l]; 4,3647 [MN/m2]). - Điểm y (Vc, pz) Þ y ( [l];7 [MN/m2]) - Điểm z (Vz, pz) Với Vz = r.Vc = 1,55. = 0.1589 [l]. Þ z (0.1589 [l];7 [MN/m2]) Nối các điểm trung gian của đường nén và đường giãn nở với các điểm đặc biệt, sẽ được đồ thị công lý thuyết. Dùng đồ thị Brick xác định các điểm : - Phun sớm c’. - Mở sớm (b’), đóng muộn (r’’) xupáp thải. - Mở sớm (r’), đóng muộn (a’’) xupáp nạp. Hiệu chỉnh đồ thị công : Động cơ Diesel lấy áp suất cực đại bằng pz. Xác định các điểm trung gian: - Trên đoạn cy lấy điểm c’’ với c’’c = 1/3 cy. - Trên đoạn yz lấy điểm z’’ với yz’’ = 1/2 yz. - Trên đoạn ba lấy điểm b’’ với bb’’ = 1/2 ba. Nối các điểm c’c’’z’’ và đường giãn nở thành đường cong liên tục tại ĐCT và ĐCD và tiếp xúc với đường thải, ta sẽ nhận được đồ thị công đã hiệu chỉnh. Hình 3 - 1 Đồ thị công 3.1.2. Xây dựng đồ thị chuyển vị Piston bằng phương pháp đồ thị Brick Vẽ vòng tròn tâm O, bán kính R = S/2 = 145/2 = 72,5 [mm]. Chọn tỷ lệ xích: ms = 0,90625 [mm/mm]. Giá trị biểu diễn của R là : [mm]. Từ O lấy đoạn OO’ dịch về phía điểm chết dưới một đoạn : Ở đây: l- thông số kết cấu; l = 0,25. Þ 25 [mm]. Giá trị biểu diễn là : [mm]. Muốn xác định chuyển vị của piston ứng với góc quay trục khuỷu là α ta làm như sau: từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB như hình 3.2. Hạ MC thẳng góc với AD. Theo Brick đoạn AC = x. Thật vậy, ta có thể chứng minh điều này rất dễ dàng. Từ hình 3 - 2 ta có : AC = AO - OC = AO - (CO’ - OO’) = R - MO’.Cosa + R.l/2 Coi: Thay quan hệ trên vào công thức tính AC, sau khi chỉnh lý ta có : Hình 3 - 2 Đồ thị Brick 3.1.3. Xây dựng đồ thị vận tốc. Tỷ lệ xích : mv = w.ms Ở đây: w- tốc độ góc của trục khuỷu, Þ [mm/s.mm] Vẽ nữa vòng tròn tâm O có bán kính R1: R = R.w = 72,5. = 17073,75 [mm/s]. Giá trị biểu diễn của R1 là : [mm]. Vẽ vòng tròn tâm O có bán kính R2: [mm/s]. Giá trị biểu diễn của R2 là: [mm]. Chia nữa vòng tròn R1 và vòng tròn R2 thành n phần đánh số 1, 2, 3, ..., n và 1’, 2’, 3’, ..., n’ theo chiều như hình 3 - 2. (n = 8 ; a =45° ) Từ các điểm 0, 1, 2, 3, ... kẻ các đường thẳng góc với AB kẻ từ 0, 1’, 2’, 3’, ... tại các điểm O, a, b, c, ... Nối O, a, b, c, ... bằng đường cong ta được đường biểu diễn trị số vận tốc Các đoạn thẳng a1, b2, c3, ... nằm giữa đường cong O, a, b, c với nữa đường tròn R1 biểu diễn trị số của vận tốc ở các góc a tương ứng; điều đó có thể chứng minh dễ dàng. Từ hình 3 - 3, ở một góc a bất kỳ ta có : bb’ = R2.sin2a và b’2 = R1.sina. Do đó : Hình 3 - 3 Đồ thị xác định vận tốc của piston và chuyển vị S. 3.1.4. Xây dựng đồ thị gia tốc theo phương pháp Tôlê. Chọn tỷ lệ xích mJ = 1,45.w2 = 1,45.235,52 = 80417,36 [mm/s2.mm]. Lấy đoạn thẳng AB = S = 2R = 145 (mm). Giá trị biểu diễn là: [mm]. Tính jmax, jmin [2]: + [mm/s2]. + [mm/s2]. Từ A dựng đoạn thẳng AC thể hiện jmax . Giá trị biểu diễn của jmax là: [mm]. Từ B dựng đoạn thẳng BD thể hiện jmin . Giá trị biểu diễn của jmin là: [mm]. Nối CD cắt AB ở E. Lấy EF [2]: [mm/s2]. Giá trị biểu diễn của EF là : [mm]. Nối CF và DF. Phân các đoạn CF và DF thành các đoạn nhỏ bằng nhau ghi các số 1, 2, 3, 4, ... và 1’, 2’, 3’, 4’, ... như hình 3 - 4. Nối 11’, 22’, 33’, v.v... Đường bao của các đoạn thẳng này biểu thị quan hệ của hàm số j=f(x). Diện tích F1 = F2. Hình 3 - 4 Đồ thị Tôlê. 4. Giới thiệu phần mềm Catia 4.1 Lịch sữ 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) 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: 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: Hình 4 - 7 Thể hiện modul tiện trong Catia 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 - 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: Hình 4 - 10 Mô hình thể hiện khả năng thiết kế đường ống Thiết kế những tuyến ống dẫn phức tạp, toán tử logic với vật thể, thăm dò va chạm…(hình 4 - 10) - Catia structural design and steelwak: Hình 4 - 11 Mô hình tạo bằng Structural design and Stellwak Công cụ tổ hợp cho thiết kế các sản phẩm phức tạp có tính chất vật liệu khác nhau .(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 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 trình 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 5. Mô phỏng đông học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ IFA trên Catia Quy trình thiết kế trong Catia cho cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ IFA Hình 5 – 1 Sơ đồ quy trình thiết kế cơ cấu khuỷu trục thanh truyền dộng cơ IFA 5.1 Thiết kế 3D nhóm Trục khuỷu động cơ IFA. Dựa vào bản vẽ kết cấu, các số liệu của Trục khuỷu động cơ IFA đo được ta tiến hành các bước xây dựng 3D nhóm trục khuỷu của động cơ IFA. Bước 1. Tạo một sketch.1 trong mặt phẳng XY plane có kích thước và biên dạng như hình sau: Bước 2. Dùng lệnh Pad để đùn khối từ biên dạng sketch.1 theo thuộc tính Dimension và nhập chiều cao là 30 mm. Bước 3. Tạo một sketch.2 trong mặt phẳng XY plane có kích thước và biên dạng như hình: Bước 4. Dùng lệnh Pad để đùn khối từ biên dạng sketch.2 theo thuộc tính Dimension và nhập chiều cao là 3 mm. Bước 5 Dùng lệnh Pad để đùn khối theo thuộc tính Dimension và nhập chiều cao là 48 mm. Bước 6. Tạo một sketch.3 trong mặt phẳng XY plane có kích thước và biên dạng như hình: Bước 7. Dùng lệnh Pad để đùn khối theo thuộc tính Dimension và nhập chiều cao là 28 mm. Bước 8. Dùng lệnh Pad để đùn khối theo thuộc tính Dimension và nhập chiều cao là 52 mm. Bước 9. Tạo một sketch.4 trong mặt phẳng XY plane có kích thước và biên dạng như hình: Bước 10. Dùng lệnh Pad để đùn khối theo thuộc tính Dimension và nhập chiều cao là 28 mm. Bước 11. Dùng lệnh Pad để đùn khối theo thuộc tính Dimension và nhập chiều cao là 48 mm. Bước 12. Dùng lệnh Pad để đùn khối theo thuộc tính Dimension và nhập chiều cao là 28 mm. Bước 13. Dùng lệnh Pad để đùn khối theo thuộc tính Dimension và nhập chiều cao là 48 mm. Bước 14. Tạo sketch 5 trong mặt phẳng XY plane và sữ dụng lệnh Pad để đùn khối theo thuộc tính Dimension như hình. Bước 15. Tạo sketch 6 trong mặt phẳng XY plane và sữ dụng lệnh Pad để đùn khối theo thuộc tính Dimension như hình. Bước 16. Sữ dụng lệnh Mirror lấy đối xứng nhưng không xóa part nguồn đã vẽ ta được biên dạng trục khuỷu như hình. Bước 17. Sữ dụng lệnh Adge Fillet để bo các cạnh của trục khuỷu với bán kính bằng 2 mm. Hiệu chỉnh các bề mặt ta được chi tiết hoàn chỉnh. 5.2 Thiết kế 3D nhóm Piston động cơ IFA. Dựa vào bản vẽ kết cấu, các số liệu của Piston động cơ IFA đo được ta tiến hành các bước xây dựng 3D nhóm Piston của động cơ IFA. Bước 1. Tạo một sketch.1 trong mặt phẳng XY plane có kích thước và biên dạng như hình sau: Bước 2. Sữ dụng lệnh Shaft tạo part theo biên dạng sketch.1 Bước 3. Tạo các rãnh xéc măng bằng cách sữ dụng lệnh Groove theo biên dạng như hình. Bước 4. Tạo 8 lỗ dầu bôi trơn cho xéc măng dầu bằng cách sữ dụng lệnh Hole . Bước 5. Tạo lỗ lắp chốt piston bằng cách sữ dụng lệnh pocket với biên dạng như hình. Bước 6. Sữ dụng lệnh Mirror lấy đối xứng nhưng không xóa part nguồn đã vẽ ta được biên dạng Piston như hình. Bước 7. Tạo mặt lõm 2 bên chốt piston bằng lệnh Pocket theo biên dạng như hình. Bước 8. Tạo vòng hảm chốt piston với độ sâu 1.05mm đường kính 42.5mm bằng lệnh Pocket như hình. Bước 9 Sữ dụng lệnh Adge Fillet bo cung các cạnh của Piston với bán kính 1mm. Hiệu chỉnh các bề mặt ta được chi tiết Piston hoàn chỉnh. 5.3 Thiết kế 3D nhóm Thanh Truyền động cơ IFA. Sau khi nghiên cứu bản vẽ chi tiết thanh truyền, các kích thước cơ bản của nó chúng ta đưa ra cách thiết kết thanh truyền liền phần trên và dưới nhưng vẫn đảm bảo kích thước và tính mô phỏng của nó. Bước 1. Tạo một sketch.1 trong mặt phẳng XY plane có kích thước và biên dạng như hình sau: Bước 2. Dùng lệnh Pad để đùn khối theo thuộc tính Dimension và nhập chiều cao là 10 mm. Bước 3. Sữ dụng lệnh pocket tạo 2 lỗ với bán kính 40.04 và 80.04 như hình. Bước 4. Sữ dụng lệnh pocket tạo rãnh gân cho thanh truyền như hình. Bước 5. Tạo bề dày cho đầu to và đầu nhỏ thanh truyền bằng lệnh , sau đó sữ dụng lệnh pocket tạo lỗ cho đầu to và đầu nhỏ thanh truyền ta được như hình. Bước 6. Tạo 2 lỗ ren lắp bu lông đầu to thanh truyền bằng lệnh hole với kích thước ren M16x1.5 Bước 7. Tạo rãnh và lỗ dầu bôi trơn cho đầu nhỏ thanh truyền bằng lệnh Hole và lệnh Pocket . Bước 8. Sữ dụng lệnh Split cắt đầu to thanh truyền thành 2 phần tại vị trí như hình dưới. Ta được thanh truyền với kết cấu đầu to cắt thành hai nửa ( dạng kết cấu đầu to động cơ IFA ) như hình dưới. 5.4 Lắp ráp 3D cơ cấu Khuỷu Trục – Thanh Truyền động cơ IFA. Khởi động trình lắp ráp Assembly design đặt tên cho sản phẩm lắp là Lắp ráp 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 Trục khuỷu.CATPart để nhập đối tượng. Sau đó click chuột vào biểu tượng Existing component with Positioning . Hộp thoại file selection xuất hiện và chọn file thanh truyền.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. Thực hiện lắp ghép với Thanh truyền vào trục khuỷu. Click chọn biểu tượng Concidence Constraint và di chuyển chuột lên đối tượng mong muốn và chọn trục của đầu to thanh truyền và trục của trục lắp trên trục khuỷu như hình vẽ bên dưới. Tạo bề mặt tiếp xúc giữa hai mặt lắp ghép với nhau bằng lệnh Contact Constraint : Cập nhật lắp ráp thanh truyền vào trục khuỷu bằng lệnh Update ta được sản phẩm như hình. Lắp phần dưới đầu to thanh truyền vào bằng lệnh Concidence Constraint và Contact Constraint như hình dưới. Ta được sản phẩm lắp thanh truyền thứ nhất vào trục khuỷu như hình dưới. Tiếp tục click chuột vào biểu tượng Existing component with Positioning . Hộp thoại file selection xuất hiện và chọn file piston.CATPart để nhập đối tượng với vị trí mong muốn. Hộp thoại Smart Move xuất 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. Thực hiện lắp ghép với Piston vào Thanh truyền. Click chọn biểu tượng Concidence Constraint và di chuyển chuột lên đối tượng mong muốn và chọn trục của đầu nhỏ thanh truyền và trục lắp chốt của piston như hình vẽ bên dưới. Tạo bề mặt tiếp xúc giữa hai mặt lắp ghép với nhau bằng lệnh Contact Constraint : Cập nhật lắp ráp Piston vào Thanh truyền bằng lệnh Update ta được sản phẩm như hình. Tiếp tục gọi chi tiết chốt piston bằng lệnh Existing component with Positioning . Lắp ghép chốt piston bằng lệnh Concidence Constraint lệnh Offsets Constraint ta được sản phẩm như hình. Lắp hoàn toàn tương tự đối với các chi tiết thanh truyền và piston lên trục khuỷu ta được sản phẩm hoàn chỉnh như hình. - Kết quả mô phỏng Sau khi lắp láp và kiểm tra hoàn chỉnh chúng ta tiến hành chạy mô phỏng cho cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ IFA bằng công cụ DMU KINEMATICS . Do cơ cấu khuỷu trục thanh truyền được lắp ráp bằng các liên kết cấp thấp ( lower pair joints ) nên khi chạy mô phỏng chúng ta không cần định nghĩa lại các liên kết mà DMU sẽ tự nhận dạng các liên kết đó. Định nghĩa cho cơ cấu khuỷu trục thanh truyền chạy theo chu trình công tác của động cơ 4 kì thực hiện theo 4 hành trình của piston để kiểm tra hoạt động của cơ cấu. Hình 5 – 6 Vị trí piston thứ nhất ở điểm chết trên Động cơ thiết kế là động cơ diezen 4 kỳ có chu trình công tác 1- 3 - 4 - 2, xét quá trình làm việc của piston thứ nhất dưới nhiều góc độ khác nhau để quan sát sự làm việc của cơ cấu. Vị trí Piston thứ nhất ở điểm chết dưới: Hình 5 – 7 Vị trí Piston thứ nhất ở điểm chết dưới Vị trí này ứng với quá trình nạp của động cơ khi piston đi từ điểm chết trên đến điểm chết dưới áp suất trong xi lanh lúc này giảm. không khí từ ngoài sẽ qua bầu lọc được hút vào xi lanh. Trong hành trình này xupap nạp mở, xu pap thải đóng. Để nạp được nhiều ta thường mở xupap nạp trước khi piston đến điểm chết trên. Mục đích để khi piston đến điểm chết trên tức bắt đầu hành trình nạp thì tiết diện lưu thông của xu páp nạp đã lớn. Đồng thời xu páp nạp củng được đóng muộn sau điểm chết dưới để lợi dụng quán tính dòng khí nạp. Tiếp theo piston đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên ứng với hành trình nén, lúc này xu páp nạp và thải đều đóng không khí trong xi lanh bị nén lại áp suất và nhiệt độ tăng lên. Để thấy được quá trình đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên của quá trình nén chúng ta lưu lại hình ảnh của nó ở thời điểm bất kì Vị trí piston ở thời điểm bất kì trong hành trình nén. Hình 5 – 8 Vị trí piston thứ nhất trong hành trình nén Quan sát cơ cấu làm việc dưới nhiều góc độ khác nhau nhận thấy cơ cấu làm việc ổn định chính xác theo đúng thứ tự làm việc của động cơ. Như vậy có thể khẳng định quá trình thiết kế và lắp ráp cơ cấu khuỷu trục thanh truyền là chính xác tuyệt đối không có sai lệch trong chế tạo từng chi tiết. Quá trình mô phỏng được xuất thành file Video đính kèm. 5.5 Phân tích quá trình lắp ráp Một bản lắp ráp hoàn chỉnh cần phải được kiểm tra các mối liên kết, sự va chạm giữa các chi tiết. Quá trình lắp ráp trong Assembly có thể có rất nhiều các Compornent khác nhau, giữa các Compornent có thể có các xung đột lẫn nhau ( xung đột ở đây có thể hiểu là hiện tượng các vật thể chèn lên nhau, có một phần thể tích giao nhau, hay khoảng cách giữa các Compornent không được đảm bảo ). Rất khó để chúng ta nhận biết bằng mắt các xung đột đó vì vậy Catia hổ trợ chúng ta công cụ Compute Clash dùng để phân tích sự xung đột giữa các Compornent trên toàn bộ bản vẽ. Hình 5 - 1 Hộp thoại Compute Clash Hộp thoại Cash Detection cho phép ta chọn hai đối tượng để phân tích xung đột với nhau. Có hai cách phân tích trong hộp thoại này đó là: - Kiểu phân tích Clash: Tìm sự giao nhau giữa các đối tượng cần kiểm tra. - Kiểu phân tích Clearance: Phân tích khoảng cách giữa các đối tượng, nó cho phép kiểm tra khoảng cách nhập vào. Như chúng ta biết, các Compornent trong bản Assembly được liên kết với nhau bởi các ràng buộc Constraint. Với một bản Assembly có nhiều Compornent thì số lượng các Constraint trong bản vẽ là rất lớn. Công cụ Analyzing Constraint cho phép chúng ta phân tích các Constraint có trong bản vẽ, quản lý Constraint một cách tổng thể. ( hình 5.2) Ngoài hai ứng dụng cơ bản trên Catia còn cho phép chúng ta phân tích mối quan hệ phụ thuộc giữa các đối tượng bằng công cụ Analyzing Dependences. Hay phân tích bậc tự do của đối tượng bằng công cụ Analyzing Degress of Freedom. Nó cho phép phân tích các bậc tự do có trong bản vẽ không phân tích toàn bộ bản vẽ. Hình 5 - 2 Hộp thoại Analyzing Quá trình lắp ráp cơ cấu Khuỷu trục thanh truyền chỉ sữ dụng các ràng buộc đơn giản: ràng buộc đồng trục, ràng buộc tiếp xúc và ràng buộc khoảng cách song song nên ở đây chúng ta sẽ đi vào kiểm tra va chạm của cơ cấu dựa vào công cụ Compute Clash. - Kiểm tra lắp ráp chi tiết Thanh truyền vào Trục khuỷu: khi động cơ làm việc, lực khí thể và lực quán tính thay đổi theo chu kỳ cả về trị số và hướng. Do đó tải trọng tác dụng lên trên thanh truyền là tải trọng thay đổi và có tính chất va đập. Trong những động cơ tốc độ cao, lực quán tính khá lớn nên tính chất va đập rất mạnh vì thế khi thiết kế đòi hỏi phải lựa chọn kích thước và vật liệu chế tạo hợp lý. Yêu cầu của mối lắp này phải đảm bảo kín khít để giảm va đập và bôi trơn tốt. Nếu quá trình kiểm tra thấy mối lắp quá lỏng hoặc quá chặt chứng tỏ việc thiết kế chưa đảm bảo cần chỉnh lại kết cấu của đầu to thanh truyền hoặc điều chỉnh lại kích thước đường kính chốt khuỷu. Do trục khuỷu là một chi tiết chịu tải trọng lớn và thay đổi theo chu kì nên khi thiết kế người ta thường dùng mọi biện pháp tăng kích thước của đường kính chốt khuỷu để nâng cao độ cứng vững của trục khuỷu. Quá trình kiểm tra phát hiện mối lắp không đảm bảo chúng ta có thể chỉnh sữa ngay bằng cách kích đúp chuột vào chi tiết cần chỉnh sữa, lúc này chi tiết cần chỉnh sữa sẽ được chuyển về môi trường Part Design. Lúc này chúng ta chỉnh sữa lại kết cấu, kích thước của chi tiết như trong quá trình vẽ bằng các công cụ của trình Part Design. Sau khi điều chỉnh lại kích thước hợp lý, thoát khỏi môi trường Part Design chúng ta sẽ trở lại môi trường lắp ghép và lúc này kiểm tra lại bằng công cụ Compute Clash nếu xuất hiện thông báo Contact chứng tỏ mối ghép đã hoàn thiện, các kích thước lắp đã đảm bảo độ chính xác cần thiết. Đối với chi tiết trục khuỷu và thanh truyền IFA thiết kế, sau khi chỉnh sữa theo kích thước thật của bản vẽ chế tạo ta thực hiện việc kiểm tra mối lắp này. Bật công cụ Compute Clash, chọn hai đối tượng là Thanh truyền và Trục khuỷu để kiểm tra ta được kết quả kiểm tra như hình 5-3. Hình 5 - 3 Kết quả kiểm tra va chạm chi tiết Trục khuỷu và Thanh truyền Kết quả kiểm tra hiện thông báo “Contac” chứng tỏ quá trình lắp ráp hoàn thiện với độ chính xác cao, không có sự xung đột giữa hai chi tiết. - Kiểm tra lắp ráp chi tiết chốt Piston và Thanh truyền: Trong động cơ IFA chốt Piston được lắp ghép tự do với thanh truyền nên yêu cầu của mối lắp này tương tự như đối với mối lắp giữa thanh truyền và trục khuỷu ở trên, đó là mối lắp phải kín khít và đảm bảo bôi trơn tốt. Khe hở giữa chốt với đầu nhỏ cần phải thiết kế tốt để tránh va đập. Sau khi kiểm tra mối lắp nếu có sự xung đột, tiến hành chỉnh sữa kết cấu, kích thước của đầu nhỏ thanh truyền hoặc chốt Piston. Bật công cụ Compute Clash, chọn hai đối tượng Thanh truyền và chốt Piston để kiểm tra ta được kết quả kiểm tra như hình 5.4 Hình 5 - 4 Kết quả kiểm tra va chạm chi tiết Thanh truyền và chốt Piston Kết quả kiểm tra đưa ra thông báo “No Interference” chứng tỏ quá trình lắp ráp hoàn thiện và chính xác không có sự xung đột xãy ra giữa hai chi tiết. - Kiểm tra lắp ráp chi tiết chốt Piston vào Piston: Chốt piston được lắp tự do lên bệ chốt piston nên cần phải thiết kế tốt để tránh va đập. Thông thường để tránh va đập khi nóng máy, nhất là đối với loại piston làm bằng hợp kim nhẹ, người ta thường lắp có độ dôi với bệ chốt piston. Như thế khi máy nóng lên, bệ chốt piston giản nở, giữa chốt piston và lỗ trên bệ chốt sẽ có khe hở thích hợp và lúc này chốt mới xoay tự do được. Nếu ở trạng thái lắp ghép nguội đã có khe hở thì khi làm việc khe hở sẽ tăng lên quá lớn sẽ gây ra gõ chốt piston. Độ dôi giữa chốt và bệ chốt piston bằng hợp kim nhẹ thường vào khoảng 0.01 ÷ 0.02 mm. Tương tự sử dụng công cụ Compute Clash, chọn hai đối tượng chốt Piston và bệ chốt Piston để kiểm tra ta được kết quả kiểm tra như hình 5.5 Hình 5 - 5 Kết quả kiểm tra va chạm chi tiết chốt Piston và Piston Kết quả kiểm tra đưa ra thông báo “No Interference” chứng tỏ quá trình lắp ráp hoàn thiện và chính xác không có sự xung đột xãy ra giữa hai chi tiết. 6. Kết luận Qua phần trình bày mô phỏng cơ cấu khuỷu trục thanh truyền ở trên ta nhận thấy tầm quan trọng của việc ứng dụng các phần mềm trong thiết kế. Nó mang lại cho người thiết kế cách nhìn tổng quan và khả năng thiết kế chính xác các chi tiết, bớt đi công đoạn thiết kế và chạy thử trước khi sản xuất. Tiết kiệm thời gian và công sức cho người thiết kế. Trong đề tài này em đi sâu tìm hiểu kết cấu của nhóm khuỷu trục thanh truyền và phần mềm Catia. Trong đó phần tìm hiểu kết cấu nhóm trục khuỷu em nêu ra đặc điểm kết cấu của từng nhóm Piston, trục khuỷu, thanh truyền. Tính toán động học cho cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ IFA. Về phần mềm Catia em đi sâu tìm hiểu tính năng của phần mềm và các ứng dụng của nó tạo điều kiện thiết kế và mô phỏng cho cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ IFA. Thông qua đồ án tốt nghiệp giúp em hiểu sâu hơn về tầm quan trọng của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền, tính năng trợ giúp thiết kế của phần mềm Catia. Do thời gian hạn chế, nhiều phần chưa được trang bị trong thời gian học tập tại trường, nhất là phần tìm hiểu về Catia để thiết kế mô phỏng cơ cấu. Em phải tự đọc tài liệu để nghiên cứu các chức năng và thiết kế chi tiết trong Catia, do điều kiện trên trường chưa được học và hiện tại các trung tâm tin học tại Đà nẵng củng chưa có giáo viên giảng dạy về phần mềm này. Tài liệu tham khảo còn hạn chế và chưa cập nhật đủ thông tin cần thiết nên đề tài vẫn còn hạn chế về mặt trình bày trong phương pháp mô phỏng. Qua đó nhận thấy bản thân em cần phải cố gắng học hỏi tìm tòi hơn nữa để đáp ứng yêu cầu của người cán bộ kỹ thuật trong thời đại “công nghệ ứng dụng” hiện nay. Cũng qua quá trình tìm tòi, quá trình nghiên cứu để thực hiện đề tài đã cho em tiếp thu thêm một lượng kiến thức không nhỏ, nó giúp ích cho bản thân người thực hiện đề tài sau này khi ra trường tự tin hơn. Được sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn và sự cố gắng của bản thân em đã hoàn thành đề tài đúng tiến độ và đảm bảo các yêu cầu mô phỏng cơ cấu máy. Sau cùng em rất mong được sự góp ý và chỉ bảo của quý thầy cô để em được hoàn thiện hơn về kiến thức cũng như đề tài này. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến. “Kết Cấu Và Tính Toán Động Cơ Đốt Trong”. Hà Nội: NXB Đại học trung học chuyên nghiệp; 1979. [2] T.S Dương Việt Dũng “Giáo Trình Môn Học Kết Cấu Động Cơ Đốt Trong ”. Đà Nẵng: Đại học bách khoa Đà Nẵng; 2007 [3] Nguyễn Tất Tiến. “Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong ”. Hà Nội: NXB Giáo dục; 2000. [4] Nguyễn Hữu Phước. “ Hướng Dẫn Sữ Dụng Catia V5”. NXB Giao thông vận tải; 2006 [5] Phòng công nghệ ứng dụng HARMONYSOFT. “ Giáo Trình Catia V5”; 2009