Đồ án Thiết kế máy, chi tiết máy: Tính toán, thiết kế bộ truyển đai động cơ VW.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Bộ môn Động cơ đốt trong ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY ĐỀ TÀI TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐỘNG ĐAI TRÊN ĐỘNG CƠ VOLKSWAGEN Giáo viên hướng dẫn PGS TS Phạm Hữu Tuyến Sinh viên thực hiện Kiều Văn Long MSSV 20185843 Kì học 20202 Hà Nội, 72021 Đồ án Thiết kế máy GVHD Phạm Hữu Tuyến Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 2 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy PGS TS Phạm Hữu Tuyến – giảng viên bộ môn “Động cơ đốt trong” trong Khoa.

Bộ môn Động cơ đốt trong

**********

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY

ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐỘNG ĐAI

TRÊN ĐỘNG CƠ VOLKSWAGEN

Giáo viên hướng dẫn : PGS TS Phạm Hữu Tuyến Sinh viên thực hiện : Kiều Văn Long

MSSV : 20185843

Kì học : 20202

Hà Nội, 7/2021

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 2

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy PGS TS Phạm Hữu Tuyến – giảng viên

bộ môn “Động cơ đốt trong” trong Khoa Kỹ thuật Ô tô đã trang bị cho em những kiến

thức, kỹ năng cơ bản cần có để hoàn thành đồ án này

Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu đề tài, do kiến thức chuyên môn còn nhiều hạn chế nên em vẫn có nhiều thiếu sót khi tìm hiểu, đánh giá và trình bày vấn đề về đồ

án Rất mong nhận được sự quan tâm, góp ý của các thầy/ cô giảng viên bộ môn đề đồ

án của em được đầy đủ và hoản chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 3

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 2

LỜI NÓI ĐẦU 6

PHẦN 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ NÓI CHUNG VÀ CƠ CẤU PHỐI KHÍ NÓI RIÊNG 7

1 Truyền động cơ khí 7

1.1 Truyền động bánh ma sát 7

Khái niệm chung 7

Phân loại truyền động bánh ma sát 7

Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng 8

1.2 Truyền động bánh răng 9

Khái niệm chung 9

Phân loại truyền động bánh răng 9

Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng cơ chế truyền động bánh răng 11

1.3 Truyền động trục vít 12

Khái niệm chung 12

Phân loại truyền động trục vít 12

Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng 13

1.4 Truyền động xích 14

Khái niệm chung 14

Phân loại truyền động xích 14

Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng 14

1.5 Truyền động vít- đai ốc 16

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 4

Khái niệm chung 16

Phân loại truyền động vít-đai ốc 16

Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng 17

1.6 Truyền động đai 17

Các loại đai 17

Dây đai 20

Bánh đai 21

Các phương pháp căng đai 22

2 Dẫn động trục cam 23

2.1 Bộ truyền bánh răng 24

2.2 Bộ truyền xích 25

2.3 Bộ truyền đai 26

3 Dẫn động xupap (bố trí trục cam) 26

3.1 Tìm hiểu về OHV và OHC 27

3.1.1 OHV hay động cơ Pushrod 27

3.1.2 OHC (SOHC, DOHC) 27

3.2 So sánh OHV với OHC 29

PHẦN 2 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ Ô TÔ 31

1 Xác định động cơ 31

2 Vài nét sơ lược về VW và VW Golf 32

3 Tìm hiểu về động cơ VW 1.8 GU 34

3.1 Thân máy và nắp máy 34

3.2 Cơ cấu phân phối khí 35

3.3 Một vài hệ thống còn lại 36

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 5

PHẦN 3 TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN 37

1 Giới thiệu về bộ truyền 37

1.1 Kết cấu bộ truyền 37

1.2 Nguyên lý làm việc của bộ truyền 37

2 Tính toán các thông số của bộ truyền đai răng 38

2.1 Các thông số đầu vào đã biết của bộ truyền qua đo đạc thực tế các kích thước của nó 38

2.2 Xác định modun 39

2.3 Xác định thông số bánh đai 40

2.4 Xác định các thông số đai răng 41

2.5 Tính toán góc ôm trên bánh đai trục khuỷu – bánh đai nhỏ 42

Thông số đầu vào 42

Tính toán góc ôm 43

3 Tính động học 47

3.1 Xác định công suất, lực vòng 47

3.2 Kiểm nghiệm đai về lực vòng riêng 48

3.3 Xác định lực căng và lực tác dụng lên trục 51

3.4 Xác định ứng suất trên đai 52

LỜI KẾT 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 6

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật đã tác động tích cực tới ngành công nghiệp chế tạo ô tô có những bước phát triển nhanh chóng vượt bậc với nhiều loại ô tô hiện đại ra đời Động cơ một phần không thể thiếu trên ô tô luôn được các nhà sản xuất, nhà khoa học nghiên cứu, cải tiến và phát triển để động cơ vừa có sức mạnh, vừa tiết kiệm nhiên liệu, giảm khí thải ra môi trường, …Hệ dẫn động trục cam là một trong những cụm chi tiết quan trọng trong khối động cơ, góp phần rất lớn trong việc đảm bảo hoạt động êm diu, chính xác và khả năng vận hành tối đa công suất cũng như

là đảm bảo chất lượng khí thải của động cơ Với tầm quan trọng đó của hệ dẫn động trục

cam nên em được giao nhiệm vụ “Tính toán thiết kế hệ dẫn động trục cam bằng bộ truyền đai răng”

Đề tài được giao là từ khối động cơ thực tế có bộ truyền đai răng dẫn động một phần công suất từ trục khuỷu động cơ tới các các cơ cấu khác như cơ cấu phân phối khí, bơm dầu bôi trơn, bơm nước làm mát, máy phát, … thì nội dung yêu cầu là tìm hiểu được các thông tin về động cơ như hãng, năm sản xuất, công suất động cơ, momen xoắn cực đại, thông tin về xe có lắp đặt động cơ này; nguyên lý hoạt động của bộ truyền đai răng; tính toán các thông số của bộ truyền đai răng; tính toán thiết kế đai và bánh đai Ngoài ra phải mô phỏng kích thước đo đạc và tính toán bộ truyền bằng bản vẽ lắp, bản

vẽ chi tiết, khuyến khích mô phỏng chuyển động của bộ truyền bằng hình 3D

Đồ án thiết kế máy này là tài liệu dùng để thiết kế chế tạo bộ truyền đai nhưng đây không phải là phương án tối ưu nhất trong thiết kế dẫn động do những hạn chế về hiểu biết và kinh nghiệm thực tế

Để hoàn thành đồ án này em đó được sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của thầy giáo Phạm Hữu Tuyến cùng các bạn sinh viên trong lớp

Do kiến thức cũng nhiều hạn chế và thời gian có hạn nên không tránh khỏi thiếu sót Kính mong thầy và các bạn sinh viên đóng góp ý kiến để đồ án môn học của em được hoàn thiện tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 7

PHẦN 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ NÓI

CHUNG VÀ CƠ CẤU PHỐI KHÍ NÓI RIÊNG

1 Truyền động cơ khí

Trong các thiết bị và dây chuyền công nghệ trong ngành công nghiệp cũng như dân dụng hiện nay, việc truyền chuyển động được ứng dụng rất nhiều Việc truyền chuyển động thường có các loại sau: Truyền động cơ khí, truyền động điện, truyền động thủy lực và khí nén Truyền động cơ khí là truyền động được sử dụng nhiều nhất trong các phương pháp truyền động

1.1 Truyền động bánh ma sát

Khái niệm chung

Truyền động bánh ma sát thực hiện truyền chuyển động và công suất giữa các trục nhờ lực ma sát sinh ra tại chỗ tiếp xúc của bánh dẫn và bánh bị dẫn Để tạo lực ma sát cần tác dụng lực ép các bánh lại với nhau

Phân loại truyền động bánh ma sát

• Theo khả năng điều chỉnh tỷ số truyền, chia làm hai loại chính:

Truyền động bánh ma sát có tỷ số truyền không điều chỉnh được (gọi tắt là bộ truyền bánh ma sát):

- Bộ truyền ma sát trụ: truyền động giữa hai trục song song (Hình 1.1a);

- Bộ truyền ma sát nón: Truyền động giữa hai trục vuông góc (Hình 1.1b);

Truyền động ma sát có tỷ số truyền điều chỉnh được (bộ biến tốc ma sát):

- Bộ biến tốc ma sát điều chỉnh trực tiếp: Không qua khâu trung gian (Hình 1.1c,

f, g);

- Bộ biến tốc ma sát điều chỉnh gián tiếp: Qua khâu trung gian (Hình 1.1d, e, h)

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 8

Hình 1.1 Các loại chuyển động ma sát

• Theo hình thức tiếp xúc, truyền động bánh ma sát được chia ra

- Bộ truyền tiếp xúc ngoài: tâm các bánh ở về hai phía so với điểm tiếp xúc

- Bộ truyền tiếp xúc trong: tâm các bánh ở cùng một phía so với điểm tiếp xúc

(Hình 1.1f)

Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng

• Ưu điểm

- Có cấu tạo đơn giản

- Làm việc êm không ồn

- Có khả năng điều chỉnh vô cấp tốc độ

• Nhược điểm

- Lực tác dụng lên trục và ổ khá lớn do phải ép các bánh ma sát

- Tỷ số truyền không ổn định do có trượt giữa các bánh khi làm việc

- Khả năng tải tương đối thấp (so với truyền động bánh răng)

• Phạm vi sử dụng

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 9

- Truyền động ma sát thường chỉ được dùng khi truyền công suất nhỏ hoặc trung bình (dưới 20 kW) Nếu công suất lớn, kích thước bộ truyền khá lớn và khó đảm bảo lực ép cần thiết cho bánh

- Vận tốc của bộ truyền v ≤ 15 ÷ 20 m/s, nếu vận tốc cao quá nhiệt độ bộ truyền tăng nhiều và gây mòn nhanh

Tỷ số truyền u ≤ 7

Truyền động ma sát được dùng trong các thiết bị rèn, ép, cần trục, máy vận chuyển, các dụng cụ đo…nhưng được dùng nhiều hơn cả là các bộ biến tốc vô cấp

1.2 Truyền động bánh răng

Khái niệm chung

Truyền động bánh răng dùng để truyền hoặc biến đổi chuyển động kèm theo sự thay đổi vận tốc hoặc mômen nhờ sự ăn khớp của các răng bánh răng hoặc thanh răng

Cơ chế truyền động bánh răng thực hiện truyền chuyển động và tải trọng nhờ sự

ăn khớp của các răng trên bánh răng hoặc thanh răng Cơ chế truyền động bánh răng được ứng dụng trong nhiều loại máy với các cơ cấu khác nhau để truyền chuyển động quay từ trục này sang trục khác giữa các trục song song/ cắt nhau/ chéo nhau Ngoài ra, truyền động bánh răng còn được sử dụng để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến hay biến chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay nhờ vào

sự ăn khớp của các răng trên bánh răng

Phân loại truyền động bánh răng

Hình 1.2 Các loại truyền động bánh răng

Theo vị trí tương đối giữa các trục phân ra:

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 10

• Truyền động giữa các trục song song: Truyền động bánh răng trụ răng thẳng, răng nghiêng và chữ V (Hình 1.2a, b, c)

• Truyền động giữa các trục cắt nhau: Truyền động bánh răng côn răng thẳng, răng nghiêng và cung tròn (Hình 1.2f, g)

• Truyền động giữa các trục chéo nhau (truyền động hypeboloit): Truyền động bánh răng trục chéo, truyền động bánh răng côn chéo (Hình 1.2d, e)

Theo tính chất di động của các các đường tâm bánh răng phân ra:

• Truyền động bánh răng thường: đường tâm các bánh răng cố định

• Truyền động bánh răng hành tinh: có ít nhất một đường tâm của bánh răng di động

Theo phương của răng so với đường sinh phân ra:

• Truyền động bánh răng thẳng

• Truyền động bánh răng nghiêng, răng cong (truyền động bánh răng côn răng cong)

Theo vị trí tâm bánh răng so với tâm ăn khớp phân ra:

• Truyền động bánh răng ăn khớp ngoài: tâm các bánh răng ở hai phía so với tâm

ăn khớp

• Truyền động bánh răng ăn khớp trong (hình h)

Theo dạng profin răng phân ra:

• Truyền động bánh răng thân khai

• Truyền động bánh răng xycloit

• Truyền động bánh răng novikov (cung tròn)

Truyền động bánh răng thân khai được sử dụng nhiều hơn cả vì vận tốc trượt nhỏ nên tổn thất do ma sát ít, hiệu suất cao, bán kính cong ở vùng tiếp xúc đủ lớn nên khả năng tải lớn đồng thời dụng cụ cắt có cạnh thẳng, dễ đảm bảo độ chính xác cao

Theo điều kiện làm việc của bộ truyền phân ra:

• Truyền động bánh răng chịu lực: dùng để truyền công suất, kích thước xác định theo độ bền

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 11

• Truyền động bánh răng không chịu lực: chỉ thực hiện các chức năng về động học, kích thước không cần xác định theo độ bền

Để biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và ngược lại ta dùng truyền động bánh răng- thanh răng.Một số loại bánh răng đặc biệt như: bánh răng rút, bánh răng không tròn

Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng cơ chế truyền động bánh răng

• Ưu điểm:

- Kích thước nhỏ, khả năng tải lớn

- Tuổi thọ cao, làm việc tin cậy

- Hiệu suất cao có thể đạt 0,97-0,99

- Tỉ số truyền không đổi

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 12

1.3 Truyền động trục vít

Khái niệm chung

Truyền động trục vít dùng để truyền chuyển động quay giữa hai trục chéo nhau Góc giữa hai trục thường bằng 900 Thông thường trục vít là khâu dẫn động

Hình 1.3 Truyền động trục vít-bánh vít

Phân loại truyền động trục vít

Hình 1.4 Các loại truyền động trục vít – bánh vít

• Theo biên dạng ren trục vít phân ra:

- Trục vít Acsimet (Hình 1.4a): có cạnh ren thẳng trong mặt cắt dọc chứa đường tâm

trục vít Giao tuyến của mặt ren với mặt cắt ngang (vuông góc với trục) là đường xoắn ốc Acsimet Trục vít Acsimet có thể gia công ren bằng phương pháp tiện, song muốn mài phải dùng đá định hình có biên dạng phức tạp nên thường sử dụng ở các

bộ truyền yêu cầu có độ rắn mặt ren nhỏ hơn 350 HB và cắt ren không mài

- Trục vít convolut (Hình 1.4b): có cạnh ren thẳng trong mặt cắt pháp tuyến; giao

tuyến của mặt ren với mặt cắt ngang là đường thân khai kéo dài Trục vít convolut

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 13

dễ gia công bằng phương pháp phay và mài (do có cạnh ren thẳng trong mặt cắt pháp tuyến)

- Trục vít thân khai (Hình 1.4c): có cạnh ren thẳng trong mặt cắt tiếp xúc với mặt trụ

cơ sở Giao tuyến của mặt ren với mặt cắt ngang là đường thân khai Trục vít thân khai khi mài ren có thể dùng phương pháp mài bằng đá định hình (phải sửa đá phức tạp) hoặc có thể mài bằng đá dẹt – khi này đòi hỏi phải có máy mài trục vít chuyên dùng

• Theo dạng đường sinh của trục vít phân ra:

- Truyền động trục vít trụ (Hình 1.4b) có đường sinh thẳng, loại này được dùng phổ

biến

- Truyền động trục vít lõm (trục vít glôbôit): Đường sinh là một cung tròn (Hình 1.4c)

Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng

- Hiệu suất thấp, sinh nhiệt nhiều do có trượt dọc răng

- Cần sử dụng vật liệu giảm ma sát đắt tiền (đồng thanh) để chế tạo vành bánh vít

- Yêu cầu cao về độ chính xác lắp ghép

• Phạm vi sử dụng:

Truyền động trục vít đắt và chế tạo phức tạp hơn bánh răng nên chỉ sử dụng khi cần truyền chuyển động giữa hai trục chéo nhau và tỉ số truyền lớn Mặt khác do hiệu suất thấp và nguy hiểm về dính nên cũng hạn chế khả năng truyền công suất của bộ truyền này

Thường dùng để truyền công suất nhỏ và trung bình P ≤ 50 ÷ 60 kW; tỉ số truyền trong khoảng 20 ÷ 60, đôi khi đến 100 (trong khí cụ hoặc cơ cấu phân độ: u ≤ 300)

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 14

1.4 Truyền động xích

Khái niệm chung

Xích là một chuỗi các mắt xích nối với nhau bằng khớp bản lề Bộ truyền xích truyền chuyển động và tải trọng nhờ sự ăn khớp của các mắt xích với các răng đĩa xích Cấu tạo chính của bộ truyền xích gồm đĩa dẫn 1, đĩa bị dẫn 2 và xích 3 (hình 1.5) Ngoài ra bộ truyền xích có thể có bộ phận căng xích (hình 1.6), bộ phận bôi trơn, che kín

Hình 1.5 Cấu tạo truyền động xích Hình 1.6 Bộ truyền xích có bánh căng

Phân loại truyền động xích

Theo công dụng có thể phân ra

- Xích trục, xích kéo: dùng để vận chuyển, nâng hạ các vật nặng

- Xích truyền động: dùng để truyền chuyển động giữa các trục Xích truyền động có các loại: xích ống, xích ống con lăn, xích răng

Trong phạm vi giáo trình chỉ trình bày về xích truyền động; xích trục và xích kéo được trình bày trong các giáo trình chuyên ngành

Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng

a) Ưu điểm

- Có thể truyền chuyển động giữa các trục cách nhau tương đối lớn (amax = 8m)

- Khuôn khổ kích thước nhỏ hơn so với truyền động đai

- Không có hiện tượng trượt (trượt đàn hồi, trượt trơn) như truyền động đai

- Có thể cùng một lúc truyền chuyển động cho nhiều trục

- Lực tác dụng lên trục nhỏ hơn truyền động đai vì không cần căng xích với lực căng ban đầu

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 15

- Vận tốc và tỷ số truyền tức thời không ổn định

- Chóng mòn khớp bản lề, nhất là khi bôi trơn không tốt và làm việc nơi bụi bẩn c) Phạm vi sử dụng

- Truyền động với khoảng cách trục trung bình và yêu cầu kích thước nhỏ gọn, làm việc không có trượt

- Thích hợp với vận tốc thấp, thường lắp ở đầu ra của các hộp giảm tốc

- Công suất truyền dẫn P ≤ 120 kw; khoảng cách trục lớn nhất amax = 8 m

- Vận tốc thông th-ờng: V ≤ 15m/s, đôi khi có thể tới 35 m/s;

- Tỷ số truyền: u = 2 ÷ 5

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 16

1.5 Truyền động vít- đai ốc

Khái niệm chung

Truyền động vít – đai ốc dùng để biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến nhờ sự tiếp xúc giữa các ren của vít 1 (thường bằng thép) và đai ốc 2 (thường bằng đồng thau)

Hình 1.7 Cấu tạo truyền động vít đai-ốc

Có 3 trường hợp biến đổi chuyển động của vít –đai ốc:

- Vít quay, đai ốc tịnh tiến (cơ cấu chạy dao trong máy tiện)

- Vít quay và tịnh tiến, đai ốc đứng yên (bàn kẹp, máy ép)

- Đai ốc quay, vít tịnh tiến (cơ cấu nâng)

Nói chung, truyền động vít – đai ốc được sử dụng khi cần lượng dịch chuyển dọc trục chính xác, nhỏ, lực lớn

Phân loại truyền động vít-đai ốc

Hình 1.8 Phân loại truyền động vít-đai ốc

Phân loại theo tiết diện ren, có 3 loại: hình thang (phổ biến), hình chữnhật, hình tam giác

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 17

Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng

• Ưu điểm:

- Cấu tạo đơn giản, thắng lực lớn, thực hiện được dịch chuyển chậm

- Kích thước nhỏ chịu được lực lớn

- Thực hiện được các dịch chuyển chính xác cao

a) Đai dẹt: gồm đai da, đai vải cao su, đai vải bông, đai sợi len và đai tổng hợp Đai

da có độ bền mòn cao, chịu va đập tốt nhưng không dùng được ở nơi có axit hoặc ẩm ướt, giá thành lại đắt nên ít được dùng Đai vải cao su gồm nhiều lớp vải bông và cao su sunfua hóa, được xếp từng lớp cuộn từng vòng kín hoặc cuộn xoắn ốc Nhờ các đặc tính: bền, dẻo, ít bị ảnh hưởng cảu dộ ammr và sự thay đổi nhiệt độ, đai vải cao su được dùng khá rộng rãi Đai sợi bông mền nhẹ thích hợp với bánh đai đường kính nhỏ và vận tốc tải lớn nhưng khả năng tải và tuổi thọ thấp Đai sợi len nhờ có độ đàn hồi tốt nên chịu được va đập, dồng thời cũng ít bị ảnh hưởng nhiệt độ, đọ ẩm, axit v.v., tuy nhiên khả năng tải lại thấp hơn các loại đai khác Các loại đai dẹt trên đây được chế tạo thành những cuộn dài, số lớp, chiều rộng b và chiều dày δ của đai được tiêu chuẩn hóa Gần đây bắt đầu sử dụng các loại đai sợi tổng hợp Đó là các loại đai bằng chất dẻo trên cốt

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 18

là sợi capron với các lớp phủ là nhựa poliamit trộn với cao su nitrin (CKH – 40) hoặc nhựa nairit Đai sợi tổng hợp có giới hạn bên cao (δb= 120 – 150 MPa) có thể làm việc với vận tốc v ≤ 60 m/s, công suất tới 3000 kW Ngoài b và δ, đai sợi tổng hợp được tiêu chuẩn hóa và chiều dài đai Hiện nay đai vải cao su và đai sợi tổng hợp được sử dụng nhiều hơn cả

b) Đai hình thang: như tên gọi thì đai hình thang có tiết diện là hình thang, mặt làm việc của đai hình thang là hai mặt bên tiếp xúc với các rãnh hình thang tương ứng trên bánh đai, nhờ đó hệ số ma sát giữa đai và bánh đai hình thang lớn hơn so với đai dẹt và

do đó khả năng kéo cũng lớn hơn Tuy nhiên cũng do ma sát lớn nên hiệu suất của đai hình thang thấp hơn đai dẹt Có 3 loại đai hình thang: đai thang thường, đai thang hẹp

và đai thang rộng Ở đai thang thường, tỉ số giữa chiều rộng tính toán bt đo theo lớp trung hòa và chiều cao h của tiết diện hình thang bt/h ≈1.4, ở đai thang hẹp bt/h= 1.05

÷1.1 và ở đai thang rộng bt/h= 2÷4.5 Đai thang rộng thường dùng trong các biến tốc đai Nhờ có lớp sợi có độ bền cao hơn, tải trọng phân bố đều hơn trên chiều rộng của lớp chịu tải trong đai thang hẹp nên khả năng tải của nó lớn hơn so với đai thang thường,

do đó với cùng một công suất cần truyền, chi phí vật liệu làm đai và bánh đai giảm xuống gần 2 lần; đai thang hẹp có thể làm việc ở tốc độ cao hơn v ≤ 40 m/s, trong khi đai thang thường được sử dụng với vận tốc v ≤ 30 m/s Do vậy bên cạnh đai thang thường sử dụng phổ biến hiện nay thì đang thang hẹp được sử dụng ngày càng nhiều c) Đai hình lược (đai nhiều chêm): gồm nhiều đoạn nhô ra hình chêm phân bố dọc theo mặt trong của đai và tiếp xúc với các rãnh chêm của bánh đai Lớp sợi là lớp chịu tải chủ yếu Cũng như đai hình thang, đai nhiều chêm được chế tạo thành vòng kín với chiều dài tiêu chuẩn Đai hình chêm có thể thay thế cho từng đai hoặc cả bộ gồm z đai hình thang Với cùng một công suất truyền, chiều rộng của đai chêm nhiều chêm nhỏ hơn so với bộ đai hình thang Sử dụng đai nhiều chêm phối hợp được ưu điểm về độ bám tốt của đai hình thang với ưu điểm liền khối và dẻo của đai dẹt, nhờ đó có thể dùng bánh đai nhỏ với đường kinh nhỏ hơn và bộ truyền đai nhiều chêm có thể làm việc với

tỉ số truyền lớn hơn (u≤15)

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 19

d) Đai răng: Đai răng được chế tạo thành vòng kín có răng phân bố theo chiều dài và

ở mặt trong của đai Khi làm việc các răng cảu đai sẽ ăn khớp với các răng trên bánh đai Do truyền động bằng ăn khớp, truyền động có ưu điểm: không có trượt, tỷ số truyền lớn, hiệu suất cao không cần lực căng ban đầu lớn do đó lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ Đai răng tương tự như đai dẹt nhưng bề mặt trong có các gờ hình thang, tròn hoặc cong Trên các bánh đai cũng có các rãnh tương ứng Bộ truyền làm việc được là nhờ vào sự

ăn khớp giữa đai và các răng của bánh đai Bộ truyền đai răng được dùng đến công suất 100KW, cá biệt có thể đến 500KW và tốc độ thường 5 ÷ 50 (m/s), có khi lên đến 80(m/s) với đai loại nhẹ Bề rộng của đai có thể đến 380(mm), tỷ số truyền đạt đến 12, đôi lúc đến 30, hiệu suất tối đa 98%

Hình 1.9 Cấu tạo và thông số đai răng

Với đai răng làm việc theo nguyên lý ăn khớp, qua phương pháp phân tích bằng quang đàn hồi người ta thấy rằng ứng suất phân bố trong chân răng đai răng khác nhau tuỳ vào hình dạng của răng, ở răng hình thang có sự tập trung ứng suất ở chân răng, các nơi khác ngoài vị trí chân răng thì ứng suất rất thấp Trong khi đó đối với đai răng cong, ứng suất phân bố đồng đều hơn và gần như hằng số trên răng, tải tập trung lớn nhất vào phần tử chịu căng (lớp sợi cốt) Đường ứng suất chính trong đai răng hình thang nằm ở chân răng Trong quá trình đai làm việc, ứng suất này hạn chế rất lớn tuổi thọ của đai, đai răng cong khắc phục được hiện tượng này, bảo vệ được răng đai không bị cắt trượt

ở chân dưới tác dụng của momen tải Răng đai hình cong tiếp xúc với rãnh răng trên bánh đai trên toàn bộ diện tích răng, cải thiện điều kiện ăn khớp, hạn chế rung động và

độ biến dạng của răng đai, khả năng tải tăng lên 40% Như vậy đai răng cong có ưu điểm hơn đai thang (tuổi thọ đai cao hơn) tuy nhiên với biên dạng cong việc chế tạo dây đai

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 20

và bánh đai đều khó hơn, đấy là lý do tại sao đai răng biên dạng hình thang vẫn tồn tại

và được sử dụng khá phổ biến

Dây đai

a) Kết cấu

Kết cấu của dây đai bao gồm phần lõi và phần nền Phần lõi nằm ở lớp trung hoà

và là phần tử chịu lực vòng chính của dây đai Vật liệu chế tạo lõi là polyester, Kevlar, Fiberglass, thép Phần lõi chịu lực được nhúng vào Cao su thiên nhiên, neoprene hoặc polyurethane Răng dây đai là vật liệu nền (neoprene) được bảo vệ bằng một lớp nylon bao phủ ở mặt ngoài với mục đích chống mòn Chức năng của từng lớp đai có tác dụng đối với toàn bộ kết cấu đai như sau:

• Lớp cốt sợi chịu kéo tạo ra sức bền kéo cho đai, giúp đai mềm dẻo và chống lại

sự dãn dài

• Lớp neoprene ở mặt lưng đai được liên kết với lớp cốt sợi nhằm mục đích chống lại chất bẩn, dầu mỡ và các chất ăn mòn Nó cũng bảo vệ đai khỏi mòn nếu dùng bánh căng đai ở mặt lưng đai

• Phần răng đai chống lại ứng suất cắt và được đúc liền với lớp lưng Răng đai phải được chế tạo chính xác về biên dạng và bước để chúng ăn khớp êm và chính xác với răng của bánhđai

• Lớp nylông ở bề mặt răng đai có hệ số ma sát nhỏ và khả năng chống mòn cao nhằm tăng độ bền mòn và thời gian làm việc cho răng

Lõi đai giúp tăng cường khả năng chịu được lực vòng khi truyền mômen xoắn cũng như truyền lực cho dây đai Các loại vật liệu dùng làm lõi đai cần có các yêu cầu sau: Sức bền kéo cao, ít bị dãn Chống được ăn mòn hoá học Chịu uốn tốt (mềm dẻo) b) Vật liệu chế tạo cốt

• Polyester

- Sức bền kéo: 1100 N/mm2

- Độ dãn dài đến lúc bị đứt: 14%

- Môđun đàn hồi: 13800 N/mm2

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 21

Ưu điểm của polyeste là môđun đàn hồi nhỏ, cho phép puly quay khá êm ngay cả khi đường kính puly nhỏ Bên cạnh đó tính chất của vật liệu này cũng cho phép hấp thu rung động và giảm chấn tốt Lõi đai polyeste áp dụng tốt cho các đai có tốc độ quay cao

• Fiberglass

- Sức bền kéo: 2400 N/mm2

- Độ dãn dài đến lúc bị đứt: 2,5 ÷ 3,5%

- Môđun đàn hồi: 69000 N/mm2

Sợi thuỷ tinh có các ưu nhược điểm sau:

- Ưu điểm: Độ bền cao ít bị dãn dài, kích thước ổn định tốt, chịu được hoá chất tốt,

độ dãn dài sẽ được khôi phục hoàn toàn

- Nhược điểm: Môđun đàn hồi lớn (khó bị uốn), thuỷ tinh rất dễ bị gãy, nếu quá trình lắp ráp bộ truyền không tốt có thể làm hỏng dây đai, hấp thu rung động kém

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 22

khoét lõm Với đai dẹt bánh đai có bề mặt ngoài là mặt trụ hoặc hình trống để tránh cho đai bị tuột khỏi bánh đai theo phương dọc trục Vành bánh đai hình thang và bánh đai hình lược được cắt rãnh có kích thước tương ứng với tiết diện của đai hình thang và đai hình lược Góc chêm cảu đai và bánh đai hình lược bằng nhau và bằng 40°, còn đai hình thang bằng 34, 36, 38, 40°, tức là nhỏ hơn hoặc bằng góc chêm của đai thang

b) Vật liệu chế tạo

Bánh đai có thể được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau, bao gồm nhiều loại như nhựa, gỗ phíp, chất dẻo và kim loại Vật liệu trong chế tạo bánh đai vô cùng quan trọng, chế tạo bánh đai phải dựa vào đặc tính vật liệu để từ đó tính toán ra thiết kế tối ưu về kĩ thuật, mỹ thuật Ta phải tìm loại vật liệu phù hợp nhất với dự án thực hiện ví dụ như quy

mô chế tạo là sản xuất đơn chiếc, hàng loạt, hàng khối; chi phí sản xuất, tuổi thọ sản phầm, bảo trì khi sử dụng; v.v

Chọn vật liệu chế tạo thép C45

c) Công nghệ chế tạo

Để đảm bảo tính truyền động, tuổi thọ, cũng như tính lắp ghép của bộ truyền tời mức tối đa bánh đai cần đảm bảo về chất lượng bề mặt gia công; độ chính xác gia công; chọn chuẩn gia công và phương pháp gia công cắt gọt

Với đặc điểm dạng sản xuất là sản xuất hàng khối ta sử dụng phương pháp tập trung nguyên công để gia công bánh đai

Chất lượng chi tiết gia công đánh giá bởi 4 yếu tố gồm độ chính xác kích thước,

độ chính xác hình dáng hình học, độ chính xác vị trí tương quan, chất lượng bề mặt Chất lượng gia công chi tiết bánh đai thườg lấy đạt cấp 6; 7

Các phương pháp căng đai

- Định kỳ điều chỉnh sức căng đai

- Tự động điều chỉnh lực căng

- Điều chỉnh lực căng theo tải trọn

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 23

2 Dẫn động trục cam

Dẫn động trục cam phụ thuộc vào vị trí đặt trục cam trên động cơ, công suất và

bí quyết công nghệ của các hãng chế tạo xe hơi Các kiểu dẫn động trục cam phổ biến

là dẫn động trục cam bằng bộ truyền bánh răng, bộ truyền xích và bộ truyền đai

Khi mà trục cam nằm ở phía trên nắp máy thì khoảng cách từ trục khuỷu của động cơ đến trục cam là tương đối lớn Vì vậy nếu sử dụng bộ truyền bánh răng sẽ dẫn đến bố trí rất phức tạp, phương án tối ưu được đưa ra là sử dụng bộ truyền đai hoặc bộ truyền xích

Mặt khác, khi động cơ có công suất lớn, trục cam được bố trí trong thân máy Khoảng cách trục không lớn phương án được lựa chọn sẽ là bộ truyền xích hoặc bộ truyền bánh răng Điều này đảm bảo sự làm việc tin cậy của trục cam Bộ truyền bánh răng có thể truyền mô-men lớn từ trục khuỷu và giảm được mất mát công suất của động

cơ Các động cơ cỡ nhỏ thường sử dụng bộ truyền xích hoặc đai răng

Hình 1.10 Phân loại dẫn động trục cam

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 24

2.1 Bộ truyền bánh răng

Bánh răng được lắp ở đầu trục khuỷu của động cơ hoặc đuôi trục khuỷu, ở mỗi phương án đều có ưu và nhược điểm riêng Thông thường, để kết cấu dẫn động đơn giản thì bánh răng được lắp ở đầu trục khuỷu Tuy nhiên, cơ cấu này sẽ chịu ảnh hưởng của hiện tượng dao động xoắn Bộ truyền bánh răng có thể bao gồm hai cặp bánh răng ăn khớp trực tiếp hoặc qua bánh răng trung gian Kiểu ăn khớp trực tiếp: Loại này bánh răng trục khuỷu và bánh răng trục cam ăn khớp trực tiếp với nhau, khi đó hai trục quay ngược chiều nhau Kiểu có bánh răng trung gian: Bánh răng trục khuỷu và bánh răng trục cam không ăn khớp trực tiếp mà thông qua một bánh răng trung gian, khí đó hai trục quay cùng chiều với nhau Đối với động cơ 4 kỳ hai vòng quay của trục khuỷu tương ứng một vòng quay của trục cam nên tỷ số truyền của các cặp bánh răng này bằng hai, với động cơ hai kỳ tỷ số truyền bằng một

Ưu điểm của dẫn động bằng bánh răng là có độ bền và tuổi thọ cao, hiệu suất lớn, kết cấu đơn giản, tuy nhiên nó có nhược điểm là gây ra tiếng ồn và khó bố trí khi dẫn động với khoảng cách trục lớn Các bánh răng dẫn động trục cam thường là các bánh răng trụ răng nghiêng để giảm ồn và kích thước chiều trục Bộ truyền bánh răng được

sử dụng chủ yếu trên các động cơ cỡ lớn như ôtô tải hoặc tàu thủy…

Hình 1.11 Bộ truyền bánh răng

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 25

2.2 Bộ truyền xích

Bộ truyền xích có thể được sử dụng để dẫn động cho trục cam ở nắp máy hoặc trong thân máy Loại này thường được sử dụng trên các động cơ có khoảng cách giữa hai trục khá lớn

Ưu điểm của bộ truyền xích là kết cấu gọn nhẹ và truyền động dễ dàng ở khoảng cách trục lớn Nhưng nhược điểm cơ bản của bộ truyền xích là dễ bị rung động khi thay đổi tải và gây ra tiếng ồn Giá thành của bộ truyền xích tương đối cao, làm việc lâu dài thường dẫn đến hiện tượng rão do mòn con lăn, chốt xích dẫn đến phải thay mới bộ truyền Quá trình làm việc bộ truyền xích cần được bôi trơn và sử dụng bộ phận dẫn hướng, giảm chấn Ngoài ra để đảm bảo cho xích luôn có độ căng nhất định cần phải có

cơ cấu căng xích tự động hoặc có thể điều chỉnh được

Hình 1.12 Bộ truyền xích

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 26

2.3 Bộ truyền đai

Bộ truyền đai thường được sử dụng khi trục cam được đặt phía trên nắp máy và phổ biến ở các dòng xe du lịch, xe tải nhỏ Loại này thường dùng cho các động cơ có khoảng cách giữa các trục lớn

Ưu điểm nổi bật của dẫn động đai là làm việc êm dịu, không cần bôi trơn và không đòi hỏi phải điều chỉnh độ căng trong quá trình sử dụng Dây đai có giá thành thấp, nhẹ hơn nhiều so với các bánh răng hay xích Tuy nhiên, tuổi thọ và độ bền của dây đai thấp hơn so với bộ truyền bánh răng và bộ truyền xích nên sau một thời gian sử dụng theo khuyến cáo của nhà sản xuất cần được thay mới

Hình 1.13 Bộ truyền đai

3 Dẫn động xupap (bố trí trục cam)

Xupap được dẫn động gián tiếp thông qua các chi tiết trung gian như con đội, đũa đẩy, đòn gánh, cò mổ, Ngoài ra, để giảm bớt các chi tiết dẫn động trung gian, xupap được dẫn động trực tiếp từ trục cam hoặc một chi tiết trung gian là đòn bẩy để khuếch đại hành trình xupap Trong động cơ có một bộ phận điều chỉnh xupap ảnh hưởng lớn dến hiệu quả làm việc của động cơ, chính là trục cam Sơ đồ bố trí trục cam phổ biến trên động cơ ô tô hiện nay là OHV và OHC (SOHC; DOHC)

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 27

3.1 Tìm hiểu về OHV và OHC

3.1.1 OHV hay động cơ Pushrod

OHV là viết tắt của Over Head Valve (Van trên đầu xilanh) Mặc dù hầu hết tất cả các động cơ xe hơi hiện đại đều có van đặt trong đầu xi-lanh, nhưng thuật ngữ OHV được dùng để mô tả động cơ thanh đẩy (Pushrod), với trục cam được đặt trong khối xi-lanh Trong động cơ OHV, trục cam được đặt bên trong khối động cơ và các van được vận hành thông qua bộ nâng, thanh đẩy và cò mổ Cơ chế này được gọi là hệ thống truyền động van Valvetrain Thiết kế OHV đã được sử dụng thành công trong thời gian dài Hầu hết các xe hơi thời kỳ đầu của Mỹ đều có động cơ OHV và chúng vẫn được sử dụng trong xe tải và xe thể thao

3.1.2 OHC (SOHC, DOHC)

a) Tổng quan về OHC

OHC là viết tắt của Over Head Cam (hay Over Head Camshaft), với trục cam được lắp vào đầu xi lanh OHC có hai biến thể chính là SOHC–Single Overhead Cam (Camshaft) có nghĩa là OHC cam đơn và DOHC–Double Overhead Cam (Camshaft) có nghĩa là OHC cam kép

Hình 1.14 Động cơ OHV