Chương 8: Tính toán Cơ cấu phối khí

Ch­¬ng 8 TÝnh to¸n C¬ cÊu phèi khÝ X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña c¬ cÊu ph©n phèi khÝ. X¸c ®Þnh tû sè truyÒn cña c¬ cÊu ph©n phèi khÝ: Trªn h×nh (8-1), t¹i mét thêi ®iÓm nµo ®ã con ®éi n©ng ®­îc mét ®o¹n Sc th× xup¸p n©ng ®­îc mét ®o¹n Sx, khi ®ã tû sè truyÒn cña c¬ cÊu: Th­êng lx > lc vµ bè trÝ n»m ngang nªn coi nã lu«n vu«ng gãc víi ®­êng t©m xilanh (gãc l¾c con ®éi bÐ). Trong ®ã: vd: VËn tèc vßng cña ®ßn bÈy phÝa tiÕp xóc víi ®òa ®Èy vx: VËn tèc xup¸p vc: VËn tèc con ®éi. ChiÕu vd vµ vc lªn ®­êng t©m ®òa ®Èy ta cã vd' vµ vc' coi vd' » vc' ta cã: H×nh 8-1 S¬ ®å tÝnh tû sè truyÒn c¬ cÊu ph©n phèi khÝ = = Tõ c«ng thøc trªn rót ra: (8-1) Tû sè truyÒn i th­êng n»m trong ph¹m vi i = 1,2 ¸ 1,5 Khi lµm viÖc i thay ®æi theo vÞ trÝ lµm viÖc (j vµ y) nh­ng thay ®æi kh«ng ®¸ng kÓ v× j vµ y bÐ. Khi tÝnh lÊy víi gi¸ trÞ i øng víi vÞ trÝ con ®éi n©ng 1/2 hµnh tr×nh. Khi con ®éi, xup¸p, ®òa ®Èy bè trÝ th¼ng ®øng, c¸nh tay ®ßn cña ®ßn bÈy n»m ngang th× . X¸c ®Þnh tiÕt diÖn l­u th«ng vµ trÞ sè "thêi gian - tiÕt diÖn". H×nh 8-2 TiÕt diÖn l­u th«ng cña xu p¸p TiÕt diÖn l­u th«ng cña xup¸p Khi tÝnh to¸n tiÕt diÖn l­u th«ng ta th­êng gi¶ thiÕt dßng khÝ ®i qua häng ®Õ xup¸p lµ æn ®Þnh, coi dßng khÝ n¹p, th¶i cã tèc ®é b×nh qu©n vµ tèc ®é pitt«ng kh«ng ®æi. C¨n cø vµo gi¶ thiÕt tÝnh æn ®Þnh, liªn tôc cña dßng khÝ ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc tèc ®é khÝ qua häng xup¸p: m/s (8-2) vkh:Tèc ®é trung b×nh cña dßng khÝ qua häng ®Õ (m/s); fh:TiÕt diÖn l­u th«ng cña häng ®Õ xup¸p (cm2); dh: §­êng kÝnh häng ®Õ xup¸p (h×nh 8-2); i: Sè xup¸p; vp: VËn tèc trung b×nh qu©n cña; Fp: DiÖn tÝch ®Ønh piston. Qua tÝnh to¸n vµ thùc nghiÖm tèc ®é cña dßng khÝ n¹p ë chÕ ®é toµn t¶i vkhn. vkhn = 40 ¸ 115 m/s («t«, m¸y kÐo); vkhn = 30 ¸ 80 m/s (tµu thuû, tÜnh t¹i); Tèc ®é cµng cao, tæn thÊt cµng lín, tuy nhiªn ®èi víi ®éng c¬ x¨ng do yªu cÇu viÖc h×nh thµnh hçn hîp, tèc ®é khÝ n¹p ph¶i lín h¬n 40 m/s. NÕu bÐ h¬n qu¸ tr×nh bèc h¬i cña x¨ng vµ hoµ trén h¬i x¨ng víi kh«ng khÝ sÏ xÊu. §èi víi dßng khÝ th¶i, vkht = (1,2 - 1,5 )vkhn. Rót ra ®­êng kÝnh häng : (8-3) TiÕt diÖn l­u th«ng fkx qua xup¸p (tiÕt diÖn vµnh kh¨n) ®­îc x¸c ®Þnh: ; (8-4) Mµ d1 = dh + 2e ; h' = h cosa ; e = h' sina (8-5) Khi a = 0, th× fkx = phdh, dßng khÝ l­u ®éng khã (bÞ gÊp khóc) Khi a = 300 th× fkx = ph(0,866dh + 0,375h), dïng cho xup¸p n¹p. Khi a = 450 th× fkx = ph(0,707dh + 0,353h), dïng cho xup¸p n¹p, th¶i. Râ rµng fk phô thuéc vµo a vµ h, khi a cµng nhá tiÕt diÖn l­u th«ng cµng lín.Hµnh tr×nh h cµng lín fk cµng lín, tuy vËy tiÕt diÖn l­u th«ng fk kh«ng thÓ lín h¬n tiÕt diÖn häng ®Õ xup¸p: Khi a = 00 th× do ®ã Trong tr­êng hîp a ¹ 0 hµnh tr×nh xup¸p ph¶i lín h¬n dh/4 míi cã thÓ ®¹t ®­îc ®iÒu kiÖn tiÕt diÖn l­u th«ng b»ng tiÕt diÖn häng ®Õ. khi a = 300 hmax = 0,26dh vµ a = 450 hmax = 0,31dh HiÖn nay th­êng dïng h = (0,18 ¸ 0,3)dh. TiÕt diÖn l­u th«ng qua xup¸p ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn sau: (8-6) Khi ®· cã ®­êng kÝnh vµ gãc c«n cña nÊm, tiÕt diÖn l­u th«ng cña xup¸p quyÕt ®Þnh bëi quy luËt ®éng häc cña cam vµ pha ph©n phèi khÝ. NÕu lùa chän c¸c th«ng sè nµy hîp lý cã thÓ lµm cho trÞ sè tiÕt diÖn l­u th«ng trung b×nh fktb ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt. X¸c ®Þnh trÞ sè thêi gian tiÕt diÖn: Tèc ®é b×nh qu©n tÝnh to¸n cña dßng khÝ n¹p (th¶i): (8-7) Vh: Dung tÝch c«ng t¸c cña xilanh; : Lµ trÞ sè "thêi gian - tiÕt diÖn" (diÖn tÝch g¹ch nghiªng bªn tr¸i h×nh 8-3); t1, t2: Thêi gian b¾t ®Çu vµ kÕt thóc n¹p (th¶i). Khi tÝnh to¸n trÞ sè thêi gian - tiÕt diÖn, th­êng bá qua giai ®o¹n më sím, ®ãng muén (phÇn diÖn tÝch øng víi gãc më sím a1 vµ ®ãng muén a2). H×nh 8-3 X¸c ®Þnh trÞ sè thêi gian tiÕt diÖn cña xup¸p Cã thÓ coi t1, t2 øng víi gãc ak1, ak2 do ®ã: = (8-8) VËy: fkltb = (8-9) Thay vµo (8-7) ta cã: (8-10). Khi thiÕt kÕ cÇn b¶o ®¶m: v'k = (1,3 ¸ 1,4)vkh (8-11) §éng c¬ x¨ng: v'k = 90 ¸ 150 m/s ;§éng c¬ Diesel:v'k = 80 ¸110 m/s Chän biªn d¹ng cam: Yªu cÇu: D¹ng cam ph¶i ®¶m b¶o sao cho trÞ sè thêi gian tiÕt diÖn lín nhÊt, cam ph¶i më xu p¸p nhanh, gi÷ ë vÞ trÝ më lín nhÊt l©u vµ ®ãng nhanh xup¸p. H×nh 8-4 So s¸nh c¸c d¹ng cam. 1. Cam låi cung trßn 2 Cam låi cung parabol. 3. Cam tiÕp tuyÕn D¹ng cam ph¶i ®¶m b¶o cho giai ®o¹n më vµ ®ãng xu p¸p cã gia tèc vµ vËn tèc nhá nhÊt ®Ó c¬ cÊu phèi khÝ lµm viÖc ªm Ýt va ®Ëp hao mßn. D¹ng cam ph¶i ®¬n gi¶n, dÔ chÕ t¹o. Ph­¬ng ph¸p thiÕt kÕ cam: Chän tr­íc qui luËt gia tèc cña con ®éi, sau ®ã suy ra qui luËt n©ng ®Ó x¸c ®Þnh d¹ng cam. Ph­¬ng ph¸p nµy cã ­u ®iÓm chän ®­îc qui luËt gia tèc tèi ­u nh­ng khã gia c«ng chÝnh x¸c, th­êng chØ dïng cho ®éng c¬ cao tèc hiÖn ®¹i. §Þnh s½n d¹ng cam, x¸c ®Þnh gia tèc vµ kiÓm tra l¹i qui luËt gia tèc cã phï hîp hay kh«ng. Ph­¬ng ph¸p nµy cã ­u ®iÓm dÔ gia c«ng. Khi gia tèc d­¬ng cña con ®éi lín dÉn ®Õn va ®Ëp gi÷a c¸c chi tiÕt trong hÖ thèng. Cßn khi gia tèc ©m lín t¶i träng t¸c dông lªn lß xo lín. Tõ h×nh 8-4 cã thÓ nhËn xÐt sau: Cam tiÕp tuyÕn: §¬n gi¶n, dÔ chÕ t¹o, cã gia tèc d­¬ng bÐ do ®ã khi ®ãng më xup¸p lùc va ®Ëp gi÷a con ®éi vµ xu p¸p, xup¸p víi ®Õ bÐ. Tuy nhiªn cam tiÕp tuyÕn cã trÞ sè tiÕt diÖn thêi gian bÐ, mÆt kh¸c gia tèc ©m lín, lß xo chÞu t¶i lín, ®Ó gi¶m t¶i cho lß xo ph¶i dïng trong c¬ cÊu phèi khÝ cã khèi l­îng nhá, do v©y th­êng ¸p dông trong hÖ thèng phèi khÝ dïng xup¸p ®Æt. Cam låi: Cã trÞ sè thêi gian tiÕt diÖn lín nhÊt trong sè c¸c lo¹i cam, nh­ng gia tèc d­¬ng lín g©y ra va ®Ëp lín. Tuy vËy lo¹i cam nµy cã gia tèc ©m bÐ nhÊt do vËy kh«ng ®ßi hái lß xo xu p¸p cã ®é cøng lín, gi¶m ®­îc mµi mßn trôc cam. Cam parabol: Cã c¸c gi¸ trÞ ®é n©ng vµ gia tèc trung gian so víi hai lo¹i cam trªn. D¹ng cam låi vµ ®éng häc con ®éi. Biªn d¹ng cam låi: X©y dùng biªn d¹ng cam låi theo c¸c b­íc sau: Gãc c«ng t¸c cña cam n¹p ; a1, a2 lµ gãc më sím ®ãng muén xup¸p n¹p. Gãc c«ng t¸c cña cam th¶i ; b1, b2 lµ gãc më sím ®ãng muén xup¸p th¶i. Chän dc : ®­êng kÝnh trôc cam (mm) R: b¸n kÝnh c¬ së cña cam (mm) (8-12) h: ®é n©ng lín nhÊt cña con ®éi. r: B¸n kÝnh cña cung ®Ønh cam (mm); H×nh 8-6 X¸c ®Þnh b¸n kÝnh r cung tiÕp tuyÕn H×nh 8-5 Dùng h×nh cam låi VÏ vßng trßn t©m O b¸n kÝnh R, x¸c ®Þnh gãc AOA' = j. Trªn ®­êng ph©n gi¸c cña gãc AOA' ta lÊy EC = h. VÏ vßng trßn ®Ønh cam cã t©m O1 b¸n kÝnh r n»m trªn ®­êng ph©n gi¸c Êy, vßng trßn Êy ®i qua C. VÏ cung trßn b¸n kÝnh r tiÕp tuyÕn víi hai vßng trßn trªn cã t©m O2 n»m trªn ®­êng kÐo dµi cña AO, r x¸c ®Þnh nh­ sau: KÎ O1M vu«ng gãc víi AO. XÐt tam gi¸c vu«ng O1MO2 cã: (O1O2)2 = (O1M)2 + (MO2)2 §Æt D = R + h -r ta cã: Tõ ®ã x¸c ®Þnh r : (8-13) §éng häc con ®éi ®¸y b»ng (con ®éi h×nh nÊm, h×nh trô) Con ®éi ®¸y b»ng chØ lµm viÖc víi cam låi. Nghiªn cøu quy luËt ®éng häc cña con ®éi trªn hai cung AB b¸n kÝnh r vµ BC b¸n kÝnh r, mçi giai ®o¹n cã mét quy luËt riªng. §éng häc cña con ®éi ®¸y b»ng trong giai ®o¹n 1 (cung AB) H×nh 8-7 §éng häc con ®éi ®¸y b»ng giai ®o¹n 1 H×nh 8-8 §éng häc con ®éi ®¸y b»ng giai ®o¹n 2 Trªn h×nh (8-7) ta xÐt chuyÓn vÞ, vËn tèc, gia tèc cña con ®éi theo gãc quay cña trôc cam. Gi¶ sö trôc cam quay mét gãc q th× chuyÓn vÞ con ®éi lµ hq, vËn tèc vq, gia tèc Jq sÏ ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: a. ChuyÓn vÞ cña con ®éi: Khi cam quay mét gãc q, con ®éi tiÕp xóc víi cam t¹i M, chuyÓn vÞ: (8-14) b. VËn tèc cña con ®éi: mµ vËn tèc trôc cam nªn: (8-15) c. Gia tèc con ®éi: (8-16) Khi con ®éi tiÕp xóc t¹i ®iÓm A cña cam th× q = 0. Khi con ®éi tiÕp xóc t¹i ®iÓm B th× q = qmax gãc qmax x¸c ®Þnh theo tam gi¸c O1O2M. O1M vu«ng gãc víi O2A. (8-16) NhËn xÐt thÊy khi q = 0 th× gia tèc ®¹t cùc ®¹i: §éng häc con ®éi ®¸y b»ng trong giai ®o¹n 2 (cung BC) h×nh (8-8): Khi ®ã cam tiÕp xóc víi con ®éi t¹i ®iÓm M trªn cung BC øng víi gãc g nµo ®ã. a. ChuyÓn vÞ con ®éi hg: (8-17) b. VËn tèc con ®éi: V× t¹i ®iÓm C cã g = 0 vµ t¹i B cã g = gmax nh­ vËy gãc g tÝnh ng­îc l¹i víi chiÒu quay cña trôc cam nªn Do ®ã rót ra (8-18) c. Gia tèc con ®éi: rót ra: (8-19) gãc §éng häc con ®éi con l¨n lµm viÖc víi cam låi: Trªn cung AB (giai ®o¹n 1) (h×nh 8-9 ): Khi con l¨n tiÕp xóc víi mÆt cam t¹i ®iÓm M bÊt kú øng víi gãc quay cña cam lµ q. H×nh 8-9 §éng häc con ®éi con l¨n giai ®o¹n 1 H×nh 8-10 §éng häc con ®éi con l¨n giai ®o¹n 2 a. ChuyÓn vÞ cña con ®éi: mµ HF = HO + OF §Æt: vµ Khi ®ã chuyÓn vÞ cña con ®éi ®­îc tÝnh: (8-20) b. VËn tèc cña con ®éi: Rót gän ta ®­îc: (8-21) c. Gia tèc con ®éi: (8-22) Trªn cung BC (giai ®o¹n 2).H×nh 8-10, trªn cung nµy gãc quay cña cam lµ g a. ChuyÓn vÞ con ®éi víi D = O1O §Æt : Khi ®ã chuyÓn vÞ cña con ®éi ®­îc tÝnh: (8-23) b. VËn tèc cña con ®éi: (8-24) c. Gia tèc cña con ®éi: (8-25) X¸c ®Þnh c¸c gãc giíi h¹n trªn c¸c cung (h×nh 8-11). H×nh 8-11 X¸c ®Þnh c¸c gãc giíi h¹n khi con ®éi con l¨n lµm viÖc víi cam låi XÐt tam gi¸c ONOl ta cã: víi: BiÕn ®æi ta ®­îc: (8-26) Do ®ã (8-27) §éng häc con ®éi con l¨n lµm viÖc víi cam tiÕp tuyÕn tham kh¶o s¸ch. TÝnh nghiÖm bÒn lß xo xup¸p. Qui dÉn khèi l­îng c¸c chi tiÕt: §èi víi c¬ cÊu phèi khÝ kh«ng cã ®òa ®Èy vµ ®ßn bÈy: Khèi l­îng qui dÉn mok chÝnh b»ng tæng khèi l­îng cña xup¸p, con ®éi, mãng h·m vµ khèi l­îng qui dÉn cña lß xo. a. Khèi l­îng qui dÉn cña lß xo: Khèi l­îng qui dÉn ®­îc x¸c ®Þnh theo ®iÒu kiÖn c©n b»ng ®éng n¨ng: Trong ®ã: molx lµ khèi l­îng qui dÉn cña lß xo; vxp lµ tèc ®é xup¸p. dmlx: khèi l­îng cña ph©n tè lß xo c¸ch mÆt cè ®Þnh ®o¹n x vx tèc ®é chuyÓn ®éng cña ph©n tè x; l lµ chiÒu dµi lß xo. H×nh 8- 12 Qui dÉn khèi l­îng lß xo Gi¶ thiÕt khèi l­îng lß xo ph©n bè ®Òu theo chiÒu dµi vµ tèc ®é cña ph©n tè lß xo quan hÖ tuyÕn tÝnh víi chiÒu dµi: vµ Do ®ã: . Rót ra (8-28) Nh­ vËy khèi l­îng qui dÉn khèi l­îng cña c¬ cÊu phèi khÝ mox sÏ lµ: (8-29) §èi víi c¬ cÊu phèi khÝ cã ®òa ®Èy, ®ßn bÈy: §iÒu kiÖn qui dÉn c¸c chi tiÕt kh«ng ®ång t©m víi xu p¸p lµ ®éng n¨ng kh«ng ®æi. a. §èi víi con ®éi vµ ®òa ®Èy: (mc®) nªn (8-30) ë ®©y: v lµ vËn tèc con ®éi (m/s), lc/lx lµ tû lÖ c¸nh tay ®ßn. b. §èi víi ®ßn bÈy: (mo®b) Ph¶i ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn c©n b»ng I®b, W®b lµ m« men qu¸n tÝnh vµ tèc ®é gãc cña ®ßn bÈy ®èi víi trôc quay. V× vxp = W®b lxp nªn rót ra (8-31) Tr­êng hîp qui dÉn vÒ ®­êng t©m xu p¸p khèi l­îng cña c¬ cÊu phèi khÝ cã ®òa ®Èy vµ ®ßn bÈy b»ng: (8-32) Tr­êng hîp qui dÉn vÒ ®­êng t©m con ®éi, khèi l­îng cña c¬ cÊu phèi khÝ cã ®òa ®Èy vµ ®ßn bÈy b»ng: (8-33) Lùc qu¸n tÝnh t¸c dông lªn ®­êng t©m xup¸p: (8-34) Lùc qu¸n tÝnh qui dÉn vÒ ®­êng t©m con ®éi: (8-35) jx, jc lµ gia tèc cña xup¸p vµ gia tèc con ®éi. Quan hÖ hai gia tèc nµy nh­ sau: TÝnh to¸n lß xo xup¸p: C¬ së tÝnh to¸n: Giai ®o¹n cã gia tèc ©m (giai ®o¹n 2), c¸c chi tiÕt xup¸p vµ c¸c chi tiÕt chuyÓn ®éng cña hÖ thèng phèi khÝ cã xu h­íng rêi khái mÆt cam do ®ã lùc lß xo Plx ph¶i lín h¬n lùc qu¸n tÝnh Pjx (lùc qu¸n tÝnh ©m khi g = 0) ë mäi chÕ ®é tèc ®é do ®ã: Plx = k.Pjx (8-36) k: HÖ sè an toµn.( k=2.3 - 2.35 víi ®éng c¬ kh«ng cã ®iÒu tèc h¹n chÕ tèc ®é, k = 1.25 - 1.6 ®èi víi ®éng c¬ cã ®iÒu tèc). Xup¸p th¶i ph¶i ®¶m b¶o lu«n ®ãng kÝn trong qu¸ tr×nh n¹p (nhÊt lµ ®èi víi ®éng c¬ x¨ng khi ch¹y kh«ng t¶i, b­ím ga ®ãng nhá, ®é ch©n kh«ng trong xilanh lín, ¸p suÊt cuèi qu¸ tr×nh n¹p pa cã thÓ gi¶m tíi 0,015MN/m2 trong khi ®ã ¸p suÊt trªn ®­êng th¶i pr = 0,102 ¸ 0,11 MN/m2 cao h¬n ¸p suÊt khÝ trêi). §é chªnh ¸p Dp=pr-pa cã thÓ ®¹t Dp = 0,09 MN/m2. D­íi t¸c dông cña Dp, xup¸p th¶i cã thÓ bÞ hót më ra nÕu lß xo yÕu, v× vËy lùc nÐn ban ®Çu cña lß xo Plxo ph¶i ®¶m b¶o lín h¬n lùc khÝ thÓ t¸c dông lªn xup¸p th¶i Pkxp: (8-37) dht: ®­êng kÝnh häng ®Õ xup¸p th¶i. X¸c ®Þnh ®Æc tÝnh lß xo: H×nh (8-13) giíi thiÖu ph­¬ng ph¸p x©y dùng ®­êng ®Æc tÝnh lß xo th«ng th­êng. Chó ý: B­íc 1: VÏ ®­êng cong biÓu diÔn hµnh tr×nh n©ng xup¸p hx = f(j). VÏ ®­êng biÓu diÔn lùc qu¸n tÝnh Pjx = f'(j). Sau khi lùa chän hÖ sè k, vÏ ®­êng biÓu diÔn lùc t¸c dông lªn lß xo Plx = k.Pjx. H×nh bªn ph¶i vÏ ®­êng cong biÓu thÞ ®Æc tÝnh cña lß xo, trong ®ã tung ®é biÓu thÞ biÕn d¹ng, hoµnh ®é biÓu thÞ lùc lß xo. H×nh 8-13 X¸c ®Þnh ®­êng ®Æc tÝnh cña lß xo xup¸p Tõ c¸c ®iÓm a', b', c' trªn ®å thÞ hx = f(j) kÎ c¸c ®­êng song song víi tung ®é, c¾t ®­êng biÓu diÔn Plx ë a, b, c. Do ®ã x¸c ®Þnh ®­îc lùc lß xo trªn c¸c ®iÓm nµy, ®em trÞ sè c¸c lùc nµy ®Æt trªn c¸c ®­êng song song víi hoµnh ®é qua c¸c ®iÓm a", b", c" nèi c¸c ®iÓm nµy víi nhau b»ng mét ®­êng th¼ng kÐo dµi cho c¾t tung ®é cña trôc to¹ ®é f, Plx ë 0" ta cã ®­êng ®Æc tÝnh biÕn d¹ng lß xo. Lùc Plxmax øng víi biÕn d¹ng fmax, lùc Plxo øng víi biÕn d¹ng ban ®Çu fo khi l¾p ghÐp (lóc nµy hµnh tr×nh xup¸p hx = 0). Khi biÕt ®­îc ®Æc tÝnh cña lß xo, cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc ®é cøng C. (8-38) H×nh (8-14) cho phÐp lùa chän ®­êng ®Æc tÝnh cña lß xo. Khi t¨ng Plxo, nÕu gi÷ nguyªn biÕn d¹ng ban ®Çu fo ph¶i t¨ng ®é cøng lß xo (®­êng chÊm) P'lx lµm cho lùc lß xo t¨ng lªn khiÕn hÖ thèng ph©n phèi khÝ chãng mßn. Ng­îc l¹i nÕu gi÷ nguyªn lùc lß xo cùc ®¹i Plxmax (®­êng p"lx) th× ph¶i gi¶m ®é cøng lß xo khiÕn lß xo qu¸ dµi nhÊt lµ khi Plxo gÇn b»ng Plxmax. Ng­êi ta th­êng c¨n cø vµo ®iÒu kiÖn bè trÝ chung ®Ó lùa chän miÔn lµ ph¶i tho¶ m·n hai ®iÒu kiÖn: H×nh 8-14 Chän ®­êng ®Æc tÝnh cña lß xo xup¸p Plx ³ k.Pjx vµ Plxo > Pkxp Sau khi lùa chän ®Æc tÝnh lß xo, cã thÓ ®Þnh kÝch th­íc lß xo: Dtb: §­êng kÝnh trung b×nh lß xo Dtb = (0,8 ¸ 0,9)dhn. dhn: §­êng kÝnh häng ®Õ xup¸p n¹p. Lùc lß xo khi xup¸p më hÕt cã thÓ tÝnh theo ®é biÕn d¹ng vµ ®é cøng. Plxmax = C.fmax (8-39) C lµ ®é cøng lß xo: fmax lµ ®é biÕn d¹ng cùc ®¹i. NÕu lùc lß xo Plx t¸c dông trªn ph­¬ng ®­êng t©m cña lß xo th× m«men xo¾n lß xo b»ng: (8-40) øng suÊt xo¾n: (8-41) Wx: M«dun chèng xo¾n cña tiÕt diÖn d©y cuèn lß xo , (8-42) Do øng suÊt ph©n bè trªn tiÕt diÖn d©y cuèn kh«ng ®Òu, øng suÊt lín nhÊt xuÊt hiÖn trªn ®iÓm gÇn t©m lß xo vµ Plx cßn g©y øng suÊt c¾t nªn ph¶i cã hÖ sè hiÖu ®Ýnh øng suÊt xo¾n. (8-42) c: HÖ sè hiÖu ®Ýnh biÕn thiªn theo tû sè Dtb/d. TrÞ sè c cã thÓ x¸c ®Þnh qua b¶ng Dtb/d 6 7 8 9 c 1,24 1,2 1,17 1,15 Tû sè Dtb/d cña lß xo xup¸p trong ph¹m vi 5 ¸ 12 Cã thÓ tÝnh hÖ sè c nÕu gãc xo¾n lß xo a < 100. (8-43) C¨n cø vµo c¸c ®­êng ®Æc tÝnh biÕn d¹ng lß xo, øng suÊt xo¾n cho phÐp [tx], hÖ sè hiÖu ®Ýnh c cã thÓ tÝnh ®­êng kÝnh d©y cuèn lß xo theo c«ng thøc sau: (8-44) øng suÊt xo¾n cho phÐp [tx] = 350 ¸ 600 MN/m2. Sau khi tÝnh ®­îc ®­êng kÝnh d©y cuèn d, cÇn tÝnh nghiÖm l¹i tx < [tx]. §é biÕn d¹ng lín nhÊt fmax = f0 + hmax +) Sè vßng c«ng t¸c cña lß xo HoÆc: (8-45) tmax:tÝnh víi Plxmax; G :M«dun ®µn håi vËt liÖu khi chÞu c¾t G=(0,8¸0,85)105 MN/m2. Th«ng th­êng ict = 5 ¸ 12 vßng. NÕu c¶ hai vßng ®Çu ®­îc mµi ph¼ng th×: i = ict + (2 ¸ 3) vßng +) B­íc xo¾n lß xo t: Khi biÕn d¹ng lín nhÊt gi÷a c¸c vßng cña lß xo cÇn ph¶i cã khe hë D min = 0,5 ¸ 0,9 mm. Víi ®éng c¬ cao tèc nªn chän sè nhá ®Ó lß xo Ýt dao ®éng ë tr¹ng th¸i tù do. B­íc xo¾n t x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: t = d + (8-46) ChiÒu dµi lß xo khi xup¸p më lín nhÊt: lmin = id + ictDmin (8-47) ChiÒu dµi lß xo khi xup¸p ®ãng kÝn: l0 = lmin + hmax (8-48) ChiÒu dµi lß xo ë tr¹ng th¸i tù do: llx = lmin + fmax = lo + fo (8-49) §Ó tr¸nh céng h­ëng, yªu cÇu tÇn sè dao ®éng tù do cña lß xo (nlx) ph¶i lín gÊp 10 lÇn sè vßng quay trôc cam (nc). nlx/nc > 10. nlx = Trong ®ã: C, m - ®é cøng vµ khèi l­îng lß xo. NÕu dïng nhiÒu lß xo (2lß xo) th× ph¶i b¶o ®¶m ®iÒu kiÖn kh«ng céng h­ëng: TÝnh kiÓm nghiÖm søc bÒn trôc cam Gi¶ thiÕt trôc cam nh­ dÇm cã tiÕt diÖn ®ång ®Òu ®Æt tù do trªn hai gèi tùa nh­ h×nh 8- . H×nh 8 - 15 S¬ ®å tÝnh søc bÒn trôc cam NÕu bá qua ma s¸t vµ träng lùc th× lùc t¸c dông trªn trôc cam sÏ lµ: PTmax = Plxo + Pjt + Pkt Pot lùc nÐn ban ®Çu cña lß xo xup¸p. Pjt lùc qu¸n tÝnh c¬ cÊu phèi khÝ khi b¾t ®Çu më xu p¸p. Pkt lùc khÝ thÓ t¸c dông trªn mÆt nÊm xup¸p th¶i qui dÉn vÒ ®­êng t©m con ®éi. øng suÊt uèn: M« men uèn trôc cam sÏ lµ: MNm (8-50) l1, l2 lµ kho¶ng c¸ch tõ hai gèi tùa ®Õn cam chÞu lùc PTmax MN/m2 (8-51) d vµ do lµ ®­êng kÝnh ngoµi vµ ®­êng kÝnh trong cña trôc cam. øng suÊt xo¾n: M« men xo¾n ®¹t cùc ®¹i khi lùc Pt ë xa t©m trôc cam nhÊt, con ®éi tr­ît hÕt phÇn cung b¸n kÝnh r. M« men xo¾n trôc cam do lùc lß xo vµ lùc qu¸n tÝnh g©y ra trªn mÆt cam (khi dïng cam låi) x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: Mx = PTq A = A [(Plx)t + (Pj)t]q (8-52) [(Plx)t + (Pj)t]q lµ lùc lß xo vµ lùc qu¸n tÝnh khi cam quay ®Õn ®iÓm B A lµ c¸nh tay ®ßn lín nhÊt cña lùc PTq; M« men xo¾n tæng céng trªn trôc cam ph¶i xÐt ®Õn m« men xo¾n trªn c¸c cam kh¸c ®ang cïng lµm viÖc còng nh­ m« men dÉn ®éng c¸c c¬ cÊu kh¸c. M« men xo¾n tæng hîp t¹i mét thêi ®iÓm sÏ lµ MS. øng suÊt xo¾n trôc cam: MN/m2 (8-53) øng suÊt tæng tÝnh theo c«ng thøc Xanh - Vª n¨ng: MN/m2 (8-54) §é vâng cho phÐp cña trôc: NÕu trªn ®o¹n trôc cam cã mét cam n¹p vµ mét cam th¶i: (8-55) NÕu trªn ®o¹n trôc cã hai cam cïng tªn th×: [f] = 0.05 - 0.1 mm (8-56) øng suÊt tiÕp xóc mÆt cam: §èi víi con ®éi h×nh trô, h×nh nÊm: MN/m2 (8-57) §èi víi con ®éi con l¨n: MN/m2 (8-58) Rl lµ b¸n kÝnh con l¨n. [stx] = 600 - 1200MN/m2 TÝnh søc bÒn con ®éi Con ®éi h×nh nÊm hoÆc h×nh trô: H×nh 8-16 S¬ ®å tÝnh ¸p suÊt trªn th©n con ®éi Th­êng tÝnh kiÓm nghiÖm ¸p suÊt tiÕp xóc trªn th©n con ®éi. Khi cam tiÕp xóc víi con ®éi ë ®iÓm B m« men xo¾n trôc cam Mx cã trÞ sè lín nhÊt. M« men nµy lµm th©n con ®éi bÞ nghiªng vµ tiÕp xóc kh«ng ®Òu. ¸p suÊt tiÕp xóc: (8-59) Víi l,d lµ chiÒu dµi tiÕp xóc vµ ®­êng kÝnh cña th©n con ®éi (m). Con ®éi con l¨n: Lùc t¸c dông lªn con ®éi tÝnh theo c«ng thøc sau: PN = PT tgg Lùc nµy g©y ¸p suÊt cùc ®¹i t¹i mÐp d­íi lç dÉn h­íng: ; [Kmax] £ 10MN/m2 (8-60) ¸p suÊt trªn mÆt chèt: [Kch] = 90 MN/m2 (8-61) PP lµ lùc t¸c dông lªn chèt con l¨n; l lµ chiÒu dµi con l¨n; L,d lµ chiÒu dµi vµ ®­êng kÝnh chèt. ¸p suÊt trªn b¹c chèt: [Kb] = 80 MN/m2 (8-62) øng suÊt c¾t chèt: [tc] = 90MN/m2 (8-63) øng suÊt uèn chèt: [su]= 200MN/m2 (8-64) TÝnh søc bÒn ®òa ®Èy §òa ®Èy ®­îc tÝnh theo hÖ sè an toµn æn ®Þnh däc: [n] >= 4 (8-65) E: m« dun ®µn håi vËt liÖu; I® : M« men qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn ®òa ®Èy l® , P® chiÒu dµi vµ lùc t¸c dông ®òa ®Èy; øng suÊt tiÕp xóc ®Çu ®òa ®Èy tÝnh theo c«ng thøc: [stx]=1000 - 2000MN/m2 (8-66) r1,r2 lµ b¸n kÝnh ®Çu ®òa ®Èy vµ b¸n kÝnh mÆt tiÕp xóc ( con ®éi, ®ßn bÈy). TÝnh søc bÒn ®ßn bÈy H×nh 8- 17 S¬ ®å tÝnh ®ßn bÈy Lùc t¸c dông lªn hai ®Çu ®ßn bÈy lu«n c©n b»ng nªn: Pk.a = PT.b (8-67) Lùc t¸c dông lªn phÝa bªn ®Çu xup¸p b»ng: víi a, b lµ kho¶ng c¸ch tõ lùc ®Õn t©m quay ®ßn bÈy. øng suÊt tæng t¸c dông lªn tiÕt diÖn x - x lµ: H×nh 8- 18 S¬ ®å tÝnh xup¸p [sS]=100 - 150MN/m2 (thÐp cacbon - thÐp hîp kim) lxx lµ kho¶ng c¸ch tõ lùc Px ®Õn tiÕt diÖn x - x; Wx m« ®un chèng uèn cña tiÕt diÖn x - x; Fx tiÕt diÖn x - x; a gãc lÖch gi÷a ph­¬ng lùc Pk víi ®­êng t©m ®ßn bÈy; øng suÊt tiÕp xóc ®u«i xu p¸p tÝnh theo c«ng thøc: ;[stx]= 4500 MN/m2 (8-68) TÝnh søc bÒn xup¸p TÝnh søc bÒn cña nÊm xup¸p cã thÓ dïng c«ng thøc Back, gi¶ thiÕt nÊm xup¸p nh­ ®Üa trßn ®Æt trªn ®Õ tùa h×nh trô. øng suÊt uèn mÆt nÊm sÏ lµ: [su] =80 - 120MN/m2 (thÐp c¸c bon - thÐp hîp kim) pz ¸p suÊt khÝ thÓ lín nhÊt; d,d ®­êng kÝnh trung b×nh vµ chiÒu dµy trung b×nh cña nÊm. Khi trôc cam dÉn ®éng trùc tiÕp xup¸p th× cÇn kiÓm tra ¸p suÊt tiÕp xóc nÐn trªn th©n, c¸ch x¸c ®Þnh nh­ tr­êng hîp con ®éi h×nh nÊm.