Hư hỏng và phương pháp sửa chữa trục cam và cơ cấu dẫn động

I. TRỤC CAM

1. Công dụng

Trục cam hay trục phối khí có công dụng định kỳ đóng, mở xu páp và dẫn động một số bộ phận khác như bơm dầu nhờn, bơm nhiên liệu, bộ chia điện…

2. Điều kiện làm việc

Trong quá trình làm việc, trục cam chịu tác dụng của uốn, lực xoắn và ma sát lớn. Do đó trục cam thường bị cong, xoắn và mòn các cổ trục và các cam.

3. Vật liệu chế tạo

Trục cam thường được chế tạo bằng thép cácbon, thép hợp kim.

4. Cấu tạo

Trục cam gồm hai bộ phận chính: cổ trục và mấu cam. Ngoài ra, trên trục cam của một số động cơ còn có bánh răng dẫn động bơm dầu, bộ chia điện, có cam lệch tâm dẫn động bơm xăng.

Trục cam

Mặt cam và cổ trục đều được gia công nhiệt luyện và mài bóng để nâng cao khả năng chịu mòn. đường kính các cổ trục lớn hơn chiều cao của các mấu cam để giúp cho việc tháo, lắp được dễ dàng.

Mỗi xi lanh của động cơ có hai mấu cam trên trục cam, mỗi mấu cam điều khiển đóng mở một xu páp. 

Cấu tạo của của mấu cam gồm: gót cam, sườn cam và đỉnh cam.

Dạng cam có hình ôvan, loại này xu páp mở từ từ, êm nhưng thời gian mở xu páp quá ngắn làm cho việc nạp hoà khí hoặc không khí vào xi lanh không được tốt, nhất là khi động cơ làm việc với tốc độ cao.

Dạng sườn cam thẳng và đỉnh rộng, loại này có ưu điểm là mở xu páp nhanh, thời gian mở khá lâu, nhưng khi làm việc có tiếng kêu và cam thường bị mòn nhanh.

Hình dáng mấu cam được chế tạo thích hợp với loại động cơ và công suất động cơ.

Trục cam có thể đặt trong thân máy và dùng bánh răng để dẫn động thông qua một số chi tiết trung gian như đũa đẩy và con đội hoặc đặt trên nắp máy và dùng xích hay dây đai để dẫn động. Khi trục cam đặt trên nắp máy, không cần đũa đẩy và con đội.

Ổ đỡ trục cam có thể dùng bạc thép liền hoặc cắt đôi, mặt trong có tráng một lớp hợp kim chịu mòn (thiếc – chì) hoặc dùng bạc đồng hay ổ bi.

Để giữ cho trục cam không dịch chuyển dọc trục khi làm việc, thường dùng mặt bích bằng đồng và vít hãm trên thân máy ở đầu trục cam.

Các dạng cam thường gặp

II. PHƯƠNG PHÁP DẪN ĐỘNG TRỤC CAM

Khi động cơ làm việc, trục cam được trục khuỷu dẫn động qua bánh răng hay xích hoặc dây đai.

Bánh răng thường được chế tạo bằng thép, gang hoặc thép.

Xích thường được chế tạo bằng thép hợp kim.

Động cơ bốn kỳ, quá trình làm việc gồm bốn hành trình: nạp, nén, nổ và xả, tương ứng với hai vòng quay của trục khuỷu, xu páp nạp và xu páp xả đề mở một lần, nghĩa là trục cam quay được một vòng với tốc độ bằng 1/2 tốc độ của trục khuỷu. Do đó, đường kính bánh răng hoặc đĩa xích của trục cam lớn gấp hai lần so với bánh răng hay đĩa xích của trục khuỷu.

Trong động cơ hai kỳ loại có xu páp, tốc độ quay của trục cam bằng tốc độ quay của trục khuỷu. Do đó, đường kính của bánh răng trục và cam đường kính bánh răng trục khuỷu bằng nhau.

Trên bánh răng trục cam và bánh răng trục khuỷu hoặc đĩa xích và xích thường có dấu ăn khớp, chỉ mối quan hệ làm việc giữa trục khuỷu và trục cam. Vì vậy, khi lắp ráp phải lắp đúng dấu để khỏi ảnh hưởng đến quá trình làm việc của động cơ.

Cơ cấu dẫn động trục cam

III. HIỆN TƯỢNG, NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG VÀ PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA, SỬA CHỮA TRỤC CAM VÀ CƠ CẤU DẪN ĐỘNG 

1. Hiện tượng hư hỏng 

Trong quá trình làm việc trục cam thường có các hiện tượng hư hỏng như:

Trục cam bị cong và các cam bị mòn. Mặt cam bị mòn làm cho khe hở xu páp tăng lên, do đó hoà khí hoặc không khí nạp vào không đủ và khí cháy ra khỏi xi lanh không hết, công suất động cơ giảm xuống, lượng tiêu hao nhiên liệu tăng lên.

Ngoài ra, trục cam có thể bị nứt gãy, mòn cam lệch tâm dẫn động bơm nhiên liệu, mòn gãy các răng của bánh răng dẫn động bơm dầu, cháy hỏng ren và rãnh then.

Bạc lót bị mòn, cháy.

Bánh răng dẫn động trục cam , trong quá trình làm việc mạt tiếp xúc của răng có thể bị mòn, tróc rỗ và dính. Ngoài ra, đôi khi có răng còn bị gãy nhưng hiện tượng hư hỏng hay gặp nhất là mặt tiếp xúc của răng bị mòn, dẫn đến khe hở ăn khớp của các bánh răng quá lớn, động cơ làm việc có tiêng kêu.

Trong quá trình làm việc, xích bị mòn nhiều, đặc biệt là bạc và chốt, làm cho bước xích tăng lên, nên không ăn khớp với đĩa xích. Khi động cơ làm việc, đặc biệt là khi tốc độ thay đổi hoặc tải trọng tăng thì dễ bị tuột xích và có tiếng kêu.

2. Nguyên nhân hư hỏng

Do các chi tiết chịu ma sát lớn trong quá trình làm việc, thiếu dầu bôi trơn, dầu bôi trơn bẩn.

Do quá trình lắp ghép không đúng yêu cầu kỹ thuật, bảo dưỡng không đúng định kỳ.

3. Phương pháp kiểm tra

Kiểm tra các vết nứt, xước các bộ phận của trục cam, bánh răng cam hoặc xích hay dây đai dẫn động: có thể dùng kính phóng đại hoặc mắt thường để kiểm tra phát hiện hư hỏng.

Kiểm tra trục cam bị cong: Bằng cách đặt trục cam giữa hai mũi chống tâm của máy tiện hoặc khối V (hình vẽ   .). 

Kiểm tra độ cong của trục cam

Đặt mũi dò của đồng hồ so trên mỗi cổ trục, quay trục cam và quan sát đồng hồ. Độ đảo hoặc độ lệch tâm chỉ ra trên đồng hồ là giá trị cong hoặc không thẳng của trục cam. 

- Kiểm tra độ nâng của mấu cam 

Có thể được kiểm tra với trục cam ở trong hoặc ngoài động cơ. Hình 21 - 30 thể hiện cách kiểm tra độ nâng của cam bằng một pan me đo ngoài với trục cam nằm ngoài động cơ.

Kiểm tra độ nâng của mấu cam

- Kiểm tra khe hở lắp ghép giữa giữa cổ trục và bạc lót

Có thể dùng miếng plastic hoặc dây chì để kiểm tra

Hình 21 - 31, thể hiện phương pháp kiểm tra bằng cách sử dụng plastic ở một động cơ trục cam đặt trên nắp máy. Làm sạch bề mặt lót, đặt một miếng plastic ngang qua mỗi cổ trục, lắp nắp đậy trục cam và xiết chặt đến mô men quy định. Sau đó tháo các nắp ra sử dụng dụng cụ đo và đo độ dày của mảnh plastic đã bị dát mỏng, giá trị đo chính là khe hở lắp ghép giữa giữa cổ trục và bạc lót.

Kiểm tra khe hở giữa trục và bạc lót

- Kiểm tra độ mòn của bánh răng cam

Muốn kiểm độ mòn của bánh răng cam bằng cách kiểm tra khe hở ăn khớp giữa bánh răng cam với bánh răng trục khuỷu. 

Có thể dùng căn lá đo ở ba vị trí cách nhau 1200  rồi lấy trị số trung bình hoặc dùng dây chì có đường kính 1 - 2 mm đặt vào giữa hai bánh răng ăn khớp rồi quay bánh răng, sau đó lấy ra và  dùng pan me hoặc thước cặp để đo chiều dày của dây chì sau khi bị ép.

4. Phương pháp sửa chữa

Trục cam hay trục phối khí được chế tạo bằng thép các bon hay thép hợp kim, được gia công nhiệt luyện và mài bóng, điều kiện bôi trơn tương đối tốt nên mòn chậm. Do đó, chỉ 2 - 3 lần sửa chữa lớn mới mài lại trục cam.

Mặt cam không được mòn quá 0,5 - 0,8 mm, nếu mòn quá trị số này thì phải mài láng trên máy mài hoặc máy tiện chuyên dùng. Trường hợp, mặt cam bị mòn quá mà chiều dày lớp thấm than hay các bon chỉ còn nhỏ hơn 0,6 mm thì có thể hàn đắp bằng que hàn hợp kim đặc biệt rồi mài theo kích thước quy định. Khi cần thiết phải thay trục cam mới.

Trục cam bị cong không quá 0,025 mm, nếu vượt quá giá trị đó có thể nắn lại bằng cách ép nguội để khỏi làm ảnh hưởng đến thời gian phối khí và độ mở của xu páp cũng như sự mài mòn cổ trục và bạc lót.

Khi khe hở lắp ghép giữa cổ trục cam và bạc lót lớn hơn 0,2 mm thì phải thay bạc mới. Độ dôi lắp ghép giữa bạc lót và gối đỡ thường bằng 0,01 - 0,08 mm.

Kiểm tra độ dịch dọc của trục cam

Để thay thế bạc lót trục cam bị mòn hoặc hư hỏng, bằng cách sử dụng một dụng cụ lắp bạc bằng ren (hình 21 - 33) hay một đầu đóng (hình 21 - 34)   Sau khi lắp bạc vào gối đỡ trục cam, yêu cầu các lỗ dầu trong bạc phải trùng với các lỗ dầu trong nắp máy hoặc thân máy và cần phải kiểm tra độ dịch dọc của trục cam bằng căn lá hoặc đồng hồ đo (hình 21 - 32).

- Bánh răng dẫn động trục cam bị mòn quá phải thay mới hoặc hàn đắp và gia công lại.

- Nếu xích dẫn động bị rão quá thì phải thay mới và tuỳ từng trường hợp mà thay cả đĩa xích cho thích hợp. Trong một số trường hợp, nếu không có điều kiện thay mới, có thể lộn xích lại bằng cách tháo rời các mắt xích rồi xoay chốt và bạc một góc 900 theo đường tâm để khôI phục lại bước xích ban đầu nhưng phương pháp này ít được sử dụng vì xích sử dụng lại không được lâu.

- Khi đĩa xích bị mòn phải thay mới hoặc hàn đắp và gia công lại.

- Thay thế dây đai mới nếu phát hiện bất cứ hiện tượng hư hỏng nào ở dây đai.

Thay bạc lót trục cam bằng cảo

Thay bạc lót trục cam  bằng một đầu đóng

YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA TRỤC CAM VÀ CƠ CẤU DẪN ĐỘNG

TT Yêu cầu kỹ thuật Giới hạn cho phép

1 Độ cong của trục cam 0,025 mm

2 Độ côn và độ ô van của cổ trục cam 0,02 mm

3 Khe hở giữa trục cổ trục cam và bạc lót 0,01 – 0,08 mm

4 Độ dôi của bạc vào gối đỡ 0,01 - 0,08 mm

5 Độ mòn của cam 0,5 - 0,8 mm

6 Độ rơ dọc của trục cam 0,6 – 0,1 mm

7 Khe hở giữa bánh răng cam và bánh răng cơ 0,4 – 0,7 mm

8 Tróc bề mặt làm việc của răng trên bánh răng cam Không quá 5 %

9 Độ mòn chiều rộng của rãnh then 0,055 mm