Giáo trình cấu tạo và sửa chữa trục cam động cơ diesel - CĐ GTVT TW I

Giáo trình cấu tạo và hoạt động của động cơ diezel phần 2 hệ cao đẳng nghề sửa chữa điện máy công trình trường Cao đẳng Giao thông Vận tải Trung ương I.

• Trường học: Cao đẳng Giao thông Vận tải Trung ương I
• Chuyên ngành: Sửa chữa điện máy công trình
• Đề tài: Cấu tạo và hoạt động của động cơ Diezel (Phần 2)
• Loại tài liệu: Giáo trình

Tóm tắt

I. Tổng quan về trục cam và hệ thống dẫn động

Trục cam hay trục phân phối khí là bộ phận quan trọng trong động cơ diesel, có nhiệm vụ điều khiển đóng mở xu páp theo biểu đồ phân phối khí. Ngoài ra, trục cam còn truyền động cho các bộ phận khác như bơm dầu, bơm nhiên liệu và bộ chia điện. Cấu tạo trục cam gồm các cổ trục, vấu cam và bánh răng truyền động. Vấu cam được chế tạo liền với trục, bao gồm cam hút và cam xả, có hình dạng khác nhau để đảm bảo thứ tự nổ của động cơ. Hệ thống dẫn động trục cam có thể sử dụng dây đai, xích hoặc bánh răng, tùy thuộc vào thiết kế động cơ. Trục cam thường được chế tạo từ thép hợp kim, với các bề mặt làm việc được thấm các bon và tôi cứng để tăng độ bền mài mòn.

1.1. Phân loại trục cam theo lắp ráp

Trục cam được phân loại theo phương pháp lắp ráp thành hai loại chính: trục cam đặt trên nắp máy và trục cam đặt trong thân máy. Trục cam đặt trên nắp máy thường được sử dụng trong các động cơ có kết cấu nắp máy phức tạp, giúp dễ dàng tháo lắp và bảo trì. Trong khi đó, trục cam đặt trong thân máy thường được sử dụng trong các động cơ có kết cấu đơn giản hơn, giúp giảm trọng lượng và tăng độ cứng vững. Việc lựa chọn loại trục cam phụ thuộc vào thiết kế động cơ và yêu cầu kỹ thuật cụ thể.

1.2. Phân loại trục cam theo phương pháp dẫn động

Hệ thống dẫn động trục cam được phân loại thành ba loại chính: dẫn động bằng dây đai, dẫn động bằng xích và dẫn động bằng bánh răng. Dẫn động bằng dây đai thường được sử dụng trong các động cơ hiện đại nhờ ưu điểm gọn nhẹ, ít tiếng ồn và chi phí thấp. Dẫn động bằng xích có độ bền cao và khả năng chịu tải lớn, thường được sử dụng trong các động cơ công suất lớn. Dẫn động bằng bánh răng có độ chính xác cao nhưng gây tiếng ồn lớn, thường được sử dụng trong các động cơ cũ hoặc có yêu cầu độ chính xác cao.

II. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của trục cam

Trục cam có cấu tạo phức tạp với các cổ trục, vấu cam và bánh răng truyền động. Các cổ trục được lắp trong các lỗ có ép bạc ở thân động cơ, đảm bảo độ cứng vững. Vấu cam có hai loại: cam hút và cam xả, được chế tạo liền với trục. Hình dạng cam gồm phần cung tròn và phần lồi, với ba dạng cam chính: cam thẳng, cam cung tròn và cam lõm. Nguyên lý hoạt động của trục cam dựa trên sự truyền động từ trục khuỷu thông qua hệ thống dẫn động (dây đai, xích hoặc bánh răng). Trục cam quay sẽ điều khiển đóng mở xu páp theo biểu đồ phân phối khí, đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả.

2.1. Cấu tạo chi tiết của trục cam

Trục cam được chế tạo từ thép ít cacbon, thép cacbon trung bình hoặc thép hợp kim. Các bề mặt làm việc của cam và cổ trục được thấm cacbon và tôi cứng với độ thấm tôi khoảng 0,7-1,2 mm, đạt độ cứng 52-62 HRC. Các bề mặt còn lại có độ cứng từ 30-40 HRC. Trục cam bao gồm các bộ phận như bạc cam, bánh răng truyền động, then, bu lông hãm, đệm hãm, mặt bích, bánh lệch tâm và cả trục. Vấu cam được chế tạo liền với trục, có hình dạng khác nhau để đảm bảo thứ tự nổ của động cơ.

2.2. Nguyên lý hoạt động của trục cam

Trục cam hoạt động dựa trên sự truyền động từ trục khuỷu thông qua hệ thống dẫn động (dây đai, xích hoặc bánh răng). Khi trục cam quay, các vấu cam sẽ điều khiển đóng mở xu páp theo biểu đồ phân phối khí. Hệ thống dẫn động bằng bánh răng nghiêng tạo ra lực đẩy dọc trục cam, do đó cần có giải pháp hạn chế chuyển dịch dọc trục. Hệ thống hạn chế dịch chuyển dọc trục thường lắp ở đầu trục cam dưới dạng vòng tỳ hoặc bu lông tỳ. Việc điều chỉnh khe hở dọc trục cam có thể thực hiện bằng cách vặn vít chặn và êcu hãm.

III. Hiện tượng hư hỏng và phương pháp kiểm tra sửa chữa trục cam

Trong quá trình vận hành, trục cam có thể gặp các hiện tượng hư hỏng như mòn cổ trục, nứt vỡ vấu cam, hoặc hỏng hệ thống dẫn động. Các nguyên nhân hư hỏng bao gồm thiếu dầu bôi trơn, quá tải động cơ, hoặc sử dụng nhiên liệu kém chất lượng. Phương pháp kiểm tra bao gồm quan sát bằng mắt thường, đo độ mòn, kiểm tra độ cứng bề mặt, và sử dụng thiết bị đo chuyên dụng. Khi phát hiện hư hỏng, cần tiến hành sửa chữa hoặc thay thế kịp thời để đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả. Việc bảo trì định kỳ hệ thống dẫn động cũng rất quan trọng để ngăn ngừa hư hỏng.

3.1. Các hiện tượng hư hỏng thường gặp

Các hiện tượng hư hỏng thường gặp ở trục cam bao gồm mòn cổ trục, nứt vỡ vấu cam, hỏng bánh răng truyền động, hoặc hỏng hệ thống dẫn động. Mòn cổ trục thường do thiếu dầu bôi trơn hoặc sử dụng nhiên liệu kém chất lượng. Nứt vỡ vấu cam có thể do quá tải động cơ hoặc va đập mạnh. Hỏng bánh răng truyền động thường do mỏi vật liệu hoặc sai lệch trong quá trình lắp ráp. Hỏng hệ thống dẫn động có thể do dây đai, xích bị giãn, hoặc bánh răng bị mòn.

3.2. Phương pháp kiểm tra và sửa chữa trục cam

Phương pháp kiểm tra trục cam bao gồm quan sát bằng mắt thường để phát hiện các vết nứt, mòn, hoặc biến dạng. Đo độ mòn cổ trục và vấu cam bằng thiết bị đo chuyên dụng. Kiểm tra độ cứng bề mặt bằng thiết bị đo độ cứng. Phương pháp sửa chữa bao gồm thay thế các bộ phận hư hỏng, mài bóng cổ trục, hoặc thay thế toàn bộ trục cam nếu cần thiết. Sau khi sửa chữa, cần tiến hành chạy rà và kiểm tra lại hệ thống để đảm bảo hoạt động bình thường.

IV. Ứng dụng và tầm quan trọng trong nghề sửa chữa điện máy

Trục cam là bộ phận quan trọng trong động cơ diesel, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và tuổi thọ của động cơ. Trong nghề sửa chữa điện máy công trình, việc nắm vững cấu tạo, nguyên lý hoạt động, và phương pháp bảo trì trục cam là yếu tố then chốt để đảm bảo chất lượng sửa chữa. Các kỹ thuật viên cần được đào tạo bài bản về các phương pháp kiểm tra, sửa chữa, và bảo trì trục cam. Việc ứng dụng công nghệ tiên tiến trong kiểm tra và sửa chữa cũng đóng vai trò quan trọng trong nâng cao chất lượng dịch vụ. Đào tạo trình độ cao đẳng giúp học viên nắm vững kiến thức lý thuyết và thực hành, đáp ứng yêu cầu công việc trong ngành.

4.1. Tầm quan trọng của trục cam trong động cơ diesel

Trục cam đóng vai trò quyết định trong việc điều khiển đóng mở xu páp, đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả. Một trục cam hư hỏng sẽ dẫn đến mất cân bằng trong quá trình nạp xả khí, giảm hiệu suất động cơ, và tăng mức tiêu thụ nhiên liệu. Ngoài ra, trục cam còn truyền động cho các bộ phận khác như bơm dầu, bơm nhiên liệu, do đó hư hỏng trục cam sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống. Việc bảo trì định kỳ trục cam giúp ngăn ngừa hư hỏng, kéo dài tuổi thọ động cơ, và đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành.

4.2. Ứng dụng trong nghề sửa chữa điện máy công trình

Trong nghề sửa chữa điện máy công trình, trục cam là một trong những bộ phận thường xuyên phải kiểm tra và sửa chữa. Các kỹ thuật viên cần nắm vững các phương pháp kiểm tra, sửa chữa, và bảo trì trục cam để đảm bảo chất lượng dịch vụ. Việc ứng dụng công nghệ tiên tiến như máy đo độ mòn, máy đo độ cứng, hoặc phần mềm mô phỏng giúp nâng cao hiệu quả công việc. Đào tạo trình độ cao đẳng giúp học viên nắm vững kiến thức lý thuyết và thực hành, đáp ứng yêu cầu công việc trong ngành sửa chữa điện máy công trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

72 Bai 7: Truc cam, banh rang cam 1. Muc tiéucua bai: - Hiểu được nhiệm vụ, phân loại, cấu tạo, hiện tượng, nguyên nhân hư hỏng và phương pháp kiểm tra, sửa chữa trục cam và cơ cầu dẫn động trục cam. - Kiểm tra, sửa chữa được hư hỏng của các chỉ tiết đúng phương pháp và đạt tiêu chuẩn kỹ thuật. Nội dung bài: 2.

Trục cam hay trục phân phối khí có nhiệm vụ điều khiển sự đóng, mở các xu páp theo biểu đồ phân phối khí. Ngoài ra trục phân phối khí còn làm nhiệm vụ truyền động cho một số bộ phận khác (bơm dầu, bơm nhiên liệu, bộ chia dién. Số lượng cam đúng bằng số xu páp, chúng được bố trí sao cho đảm bảo thứ tự nỗ của các xy lanh của động cơ. Số cổ trục được tính toán, thiết kế tuỳ theo số lượng xy lanh và cách bố trí các xy lanh, sao cho đảm bảo độ cứng vững cho trục.

+ Phân loại theo lắp ráp - Loại cam đặt trên nap may - Loai cam dat trong than may + Phân loại theo dẫn động - Loại dẫn động bằng dây đai - Loại đẫn động bằng xích - Loại dẫn động bằng bánh răng 2.1: Trục cam 1- Bac cam; 2- Banh rang truyền động cho bộ chia điện; 3- Then; 4- Bánh răng cam; 5- Bu lông hãm; 6- Đệm hãm; 7- Mặt bích; §- Bánh lệch tâm; 9- Cả trục; 10- Vấu cam Trục cam được chế tạo bằng thép ít các bon, thép các bon trung bình hoặc 72 3 73 ‘ 4 thép hợp kim. Các bê mặt làm việc của cam va các cô trục được thâm 73 74 các bon và tôi cứng với độ thâm tôi khoảng (0,7 12) mm đạt độ cứng (52 O 1. HRC, những bề mặt còn lại có độ cứng từ (30 -140) HRC. Hệ bánh răng phân phối truyền động từ trục khuỷu đến trục cam thường dùng bánh răng nghiêng, khi hoạt động sẽ tạo ra lực đầy dọc trục cam.

Do đó cần có giải pháp hạn chế chuyển dịch dọc trục đối với trục cam. Hệ thống hạn chế dịch chuyển đọc trục thường lắp ở đầu trục cam dưới dang một vòng tì hoặc một bu lông tì. Vòng tì 9 được ép chặt giữa moayơ bánh răng 4 và cổ 1 của trục cam. Như vậy chuyển dịch dọc trục của vòng tì này, cũng là chuyển dịch dọc trục của trục cam được hạn chế 2 phía, một phía bởi mặt đầu của bạc đỡ 3, còn phía kia do mặt bích tì 12 bắt chặt vào đầu thân máy nhờ các bu lông 13.2 b thể hiện biện pháp dùng bu lông tì.

Phương án này cũng hạn chế chuyển dịch dọc trục đối với trục cam ở cả hai phía, một phía là vai tì của bạc đồng 3 chặn vai tì ở đầu trục cam còn phía kia nhờ vít chặn 8, tì lên chốt chặn 6. Có thể vặn vít 8 và êcu hãm 7 để điều chỉnh khe hở dọc trục cam.2: Chặn dịch dọc trục cam Phần chính của trục cam là các cổ trục và các vấu cam khi lip vào động cơ cổ trục nằm trong các lỗ có ép bạc ở thân động cơ, để dễ lắp kích thước cổ trục lớn hơn kích thước các vấu cam. Vấu cam được chế tạo liền với trục có hai loại cam: cam hút và cam xả, các cam cùng loại có hình dạng kích thước như nhau nhưng đặt lệch 74 § 75 ; nhau những góc nhât định theo trật tự 1am viéc cua dong co. Hinh dang cla cam gom phan cung tron va phan lồi căn cứ vào phần lồi có 3 dạng cam chính là cam thẳng, cam cung tròn và cam lõm.3: Các dạng cam a, b- Cam cung tròn; c - Cam thẳng; d- Cam lõm Trục cam được gia công nhiệt luyện và mài bóng để nâng cao khả năng chịu mài mòn.

Trục cam có thé đặt trong thân máy và dùng bánh răng để dẫn động thông qua một số chỉ tiết trung gian như đũa đẩy và con đội để đóng mở xu páp, hoặc trục cam được đặt trên nắp máy thì dùng xích hay dây đai để dẫn động chuyền động quay từ trục khuỷu đến trục cam. Đầu trục có rãnh then để lắp bánh răng truyền động có ốc hãm vặn ở đầu trục. Để hạn chế độ dịch dọc của trục cam khi làm việc, thường dùng mặt bích bằng đồng và vít hãm trên thân máy (nắp máy) ở phía đầu trục cam. Ngoài ra, trên trục có thể có bánh Tăng truyền động cho bơm dầu, bộ chia điện, bánh lệch tâm truyền động cho bơm nhiên liệu.

Khi động cơ làm việc, trục cam được trục khuỷu dẫn động qua bánh răng hay xích hoặc dây đai. Với động cơ 4 kỳ, quá trình làm việc gồm bốn hành trình: hút, nén, nổ, xả, tương ứng với hai vòng quay của trục khuỷu, xu páp hút và xu páp xả đều mở một lần, do đó khi trục khuyu quay được hai vòng thì trục cam quay được một vòng. Vì vậy, đường kính bánh răng, bánh xích hoặc bánh đai của trục cam có kích thước lớn gấp hai lần so với bánh răng, bánh xích hay bánh đai của trục khuýu. Với động cơ 2 kỳ có xu páp, tốc độ quay của trục cam bằng tốc độ quay của trục khuỷu.

Do đó, đường kính của bánh răng trục khuỷu và đường kính của bánh răng trục cam bằng nhau. * Vấu cam (cam) Trong động cơ cỡ nhỏ và trung bình, cam thường được chế tạo liền với trục, ở một số động cơ cỡ lớn có cam rời được lắp trên trục bằng then và kẹp chặt bằng đai oc. 76 3 77 Các kiêu biên dạng của cam như hình bên.4: Cac kiểu biên dạng cam a, b- cam lôi; c- cam tiép tuyến; đq- cam lõm; r], r2, r3, r4 - bán kính các cung tròn cam. Các phương pháp dẫn động trục cam 2.

Dẫn động bằng bánh răng. Bánh răng chủ động được lắp ở đầu trục khuỷu của động cơ và truyền động cho bánh răng (hoặc các bánh răng) trên trục cam. Tỷ số truyền của các cặp bánh răng này bằng 2 đối với các động cơ 4 kỳ và bằng 1 đối với các động cơ 2 kỳ. Trong một số trường hợp các bánh răng dẫn động bơm dầu bôi trơn, bơm nhiên liệu, bộ chia điện,.

cũng ăn khớp với bánh răng dẫn động cam, tạo thành một cụm và thường được bố trí trong một hộp nằm ở phía đầu động cơ. Để đảm bảo độ êm dịu và giảm độ ồn khi làm việc, các bánh rang dan dong truc cam thường là các bánh răng nghiêng. Khi lắp các bánh răng này cần lưu ý dat đúng theo dấu đã đánh trên các bánh răng. Bánhrăng thường được chế tạo bằng thép, gang hoặc gỗ phíp.

Trên bánh răng trục cam và bánh răng trục khuyu hoặc bánh xích, bánh đai của trục cam với bánh xích, bánh đai của trục khuỷu thường có dâu ăn khớp, chỉ mối quan hệ làm việc giữa trục khuỷu và trục cam. Do đó khi lắp ráp phải lắp đúng dấu để đảm bảo cho quá trình làm việc của động cơ. Ưu điểm của dẫn động bằng bánh răng là có độ bền và tuổi thọ cao mà kết cấu lại đơn giản, tuy nhiên nó có nhược điểm lớn là ồn. Hiện nay, dẫn động trục cam bằng bánh răng chỉ còn được sử dụng chủ yếu trên các động cơ lớn, còn trên các động cơ ô tô con, nó được thay thế bằng dẫn động đai răng và dẫn động xích T7 ors 900) Bier ring he -Ò tung ưa, Lê so cấtheo Hình 7.

Truyén déng bằng bánh răng 78 1. Truyền động bằng xích Dẫn động xích cũng cần phái được bôi trơn giống như dẫn động bánh răng. Để đảm bảo cho xích luôn có độ căng nhất định trong quá trình làm việc thì cần phải có cơ cấu căng xích tự động hoặc có thể điều chỉnh được. Ngoài ra, để tránh rung động quá mạnh của xích thì phải có bộ phận giảm chấn.

Bộ lâng xích can tự đồng Ray trươt Lò xo Hình 7. Truyền động bằng xích Bánh xích được chế tạo bằng thép. Xích cam thường được chế tạo bằng thép hợp kim. Truyền động bằng đai răng Dẫn động đai răng được sử dụng ngày càng nhiều trong thời gian gần đây và chiếm số nhiều trên các động cơ ô tô con.

Điều này được lý giải bởi các ưu điểm nổi bật của dẫn động đai là: ít ồn hơn cả dẫn động xích, không „9 cần bôi trơn và không đòi hỏi phải điều chỉnh độ căng trong quá trình sử dụng. Hơn nữa, dây đai nhẹ hơn nhiều so với các bánh răng hay xích. Tuy nhiên, để chế tạo được các dây đai đảm bảo độ bền và tuổi thọ cao thì cần phải có công nghệ cao. Đối với các động cơ có trục cam bố trí trên, ký hiệu OHC (overhead camshaft) và các động cơ có 2 trục cam bố trí trên, ký hiệu DOHC (dual overhead camshaft) thì trục cam nằm trên nắp máy, do vậy dẫn động bằng đai và xích thuận lợi hơn nhiều so với dẫn động bánh răng.

Hơn nữa, các dạng dẫn động này làm việc có độ ồn ít hơn nhiều so với dẫn động bánh răng Bồ tăng dai cam tư đồng Hình 7. Truyền động bằng đai răng 2. Hiện tượng, nguyên nhân hư hỏng, phương pháp kiểm tra, sửa chữa trục cam va co cau dẫn động 2. Hiện tượng và nguyên nhân hư hỏng.

Bánh răng dẫn động trục cam, trong quá trình làm việc mặt tiếp xúc của răng có thê bị mòn, tróc rỗ, đôi khi răng của bánh răng còn bị gãy nhưng hiện tượng cơ bản hay gặp nhất là bề mặt tiếp xúc của răng bị mòn, dẫn đến khe hở ăn khớp của các bánh răng quá lớn, động cơ làm việc có tiếng kêu. Trong quá trình làm việc, xích bị mòn đặc biệt là bạc và chốt xích, làm cho các bước xích tăng lên, nên không ăn khớp với bánh xích. Khi động cơ làm việc, nhất là khi thay đổi tốc độ động cơ hoặc tải trọng tăng lên thì xuất hiện tiếng kêu gõ. Nguyén nhan hu hong Do quá trình làm việc lâu ngày bị mòn các chỉ tiết.

Do các chỉ tiết chịu ma sát lớn trong quá trình làm việc, thiếu dầu bôi trơn, dầu bôi ban. Do quá trình lắp ghép không đúng yêu cầu kỹ thuật, bảo dưỡng không đúng định kỳ 2. Phương pháp kiểm tra, sửa chữa. - Kiểm tra bánh răng E§l#t §ã - Kiểm tra đường kính ổ trục cam 2 ⁄ s Ss Os”, : Je 2= * S2 ctBbria Camshaft bushing bore mm 54.146 Max - Kiém tra duong kinh vau cam 81 CT % Diameter of lobe at peak mm Intake 47,040 Min 47,492 Max Exhaust 46.770 Min 47,222 Max Lift pump 35.260 Max - Kiém tra đường kính cổ truc.

Cam ceäö#1e 82 Journal diameter mm 53.