Trục Cam Là Gì? Nguyên Lí Hoạt Động Của Trục Cam

Trục cam là phần tử cơ khí quan trọng của hệ thống điều hòa không khí động cơ đốt, có vai trò tăng khả năng tối ưu hóa hiệu suất động cơ. Tuy nhiên không phải ai cũng nắm rõ phần này. Vậy trục cam là gì? Cấu tạo, tính chất, ứng dụng và nguyên lý hoạt động như thế nào? Mời bạn theo dõi bài viết sau.

Trục cam là gì?

Trục cam là bộ phận quan trọng có vai trò tối ưu hóa công suất động cơ, chịu trách nhiệm đóng mở các van nạp, xả và tối ưu hóa công suất động cơ. Phần này thường được làm bằng hai vật liệu chính: gang trắng và thép phôi. Trong các động cơ đốt trong hiện nay, trục cam thường nằm ở phần trên của xi lanh và trên vỏ hộp trục cam.

Trục cam là bộ phận cơ khí phân phối khí trong động cơ đốt trong, có chức năng truyền năng lượng từ bộ phận này sang bộ phận khác. Nó còn là bộ phận quan trọng, dùng để vận hành van, giúp tăng khả năng tối ưu hóa hiệu suất động cơ.

Trục cam vận hành bằng cách sử dụng trục khuỷu với tốc độ xấp xỉ một nửa tốc độ trục khuỷu. Cấu trúc trục cam gồm ba phần: vấu cam nạp, cam xả và trục khuỷu. Đặc biệt, các vấu cam thường được bố trí phù hợp với thứ tự làm việc của các xi lanh. Chiều cao của vấu cam xác định độ mở van và hình dạng cam nói chung là đối xứng.

Ngoài ra, tùy thuộc vào giá trị đóng mở của phần lưu thông trong luồng không khí và thời điểm đóng van mà phần này có các biên dạng khác nhau.

Nguyên liệu làm trục cam

Thiết bị này thường được làm từ hai loại vật liệu chính:

• Gang trắng : Loại này thường được sử dụng trong sản xuất với quy mô lớn. Quá trình tôi luyện tạo ra độ cứng tốt nên gang trắng trục cam có khả năng chống mài mòn rất tốt. Các nguyên tố khác cũng được thêm vào gang để làm cho chúng phù hợp với các ứng dụng khác nhau.
• Thép phôi : Vật liệu này thường được ưu tiên khi cần trục cam chất lượng cao hoặc yêu cầu sản xuất một chiếc. Quá trình sản xuất từ thép phôi sẽ mất nhiều thời gian hơn và chi phí cao hơn. Tuy nhiên, sản phẩm được sản xuất ra có chất lượng cao hơn rất nhiều.

Cấu tạo, nguyên lý hoạt động trục cam

trục cam chiếm một vị trí rất quan trọng trong động cơ đốt trong nên nhiều người cũng thắc mắc về cấu tạo, nguyên lý làm việc và vị trí của trục cam. Để hiểu rõ hơn về trục cam, hãy cùng hangchavn khám phá cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cây tre qua những thông tin dưới đây:

Cấu trúc của trục cam

Cấu trúc chi tiết của trục cam bao gồm các phần sau:

Trong động cơ đốt trong pittông, trục cam được dùng để vận hành việc đóng mở các van. Bộ phận này bao gồm một thanh hình trụ kéo dài toàn bộ chiều dài của dãy xi lanh với một số vấu (vấu) thuôn dài nhô ra từ nó, gọi là vấu cam. Thùy cam sẽ có nhiệm vụ làm van (van). Khi quay, các vấu cam ép vào đầu van và ấn vào thân van chuyển động, từ đó mở van nạp/xả ở đầu xi lanh, hoặc thông qua cơ cấu trung gian để ép van khi trục cam quay.

Ngoài ra, trên trục cam còn có các ổ đỡ đỡ thân trục cam có lỗ nối với đường dầu bôi trơn. Vòng bi này đỡ thân trục cam nằm trên nắp động cơ (nắp xi lanh) thông qua các chi tiết bằng bạc có lỗ dầu gọi là vòng bi trục cam.

Giữa chuyển động quay của trục cam và chuyển động quay của trục khuỷu có mối quan hệ rất quan trọng. Vì các van điều khiển dòng hỗn hợp khí nạp/nhiên liệu và khí thải nên chúng phải được mở và đóng vào đúng thời điểm trong hành trình piston. Do đó, thông qua cơ cấu bánh răng, trục cam được nối trực tiếp với trục khuỷu hoặc gián tiếp thông qua một dây đai hoặc xích gọi là đai định thời (đai định thời) hay xích định thời (xích định thời).

• Trục truyền động : Còn gọi là trục truyền động, nó là bộ phận đảm bảo cho sự chuyển động của toàn bộ máy. Trục truyền động có thể hoạt động độc lập nhưng rất có thể sẽ được nối với trục khuỷu bằng dây đai.
• Trục : Là bộ phận đỡ tất cả các bộ phận khác và có khả năng chịu được tải trọng có độ mỏi cao khi động cơ hoạt động.
• Vòng bi : Yếu tố quan trọng giúp giữ trục ở đúng vị trí, giảm tổn thất do ma sát trong quá trình vận hành. Một đầu ổ trục sẽ được cấp dầu để thay dầu trục cam liên tục.
• Cam : Đây là phần chính của cụm, van luôn đóng mở đúng thời điểm.
• Thùy : Bộ phận này có tác dụng đóng mở các van nạp khí và xả. Tốc độ thùy sẽ phụ thuộc vào tốc độ động cơ hiện tại.
• Tấm đẩy : Tấm đẩy nằm ở phía bên phải và lắp giữa cam và bánh răng định thời. Tấm trên cùng được gắn trên nắp trước để kiểm soát chính xác độ hở kích thước.
• Bánh xích : Bánh xích này được gắn vào một đầu trục cam của động cơ đốt trong. Đĩa phối hợp với đai định thời và bánh xích trục khuỷu để duy trì định thời giữa trục cam và trục khuỷu.

Nguyên lý hoạt động trục cam

Với mỗi kiểu lắp đặt, trục cam sẽ tương ứng với một loại ổ đĩa khác nhau. Dưới đây là 3 kiểu người chơi trục cam phổ biến nhất:

Dẫn động trục cam bằng hộp số

Phần bánh răng thường được thiết kế để lắp ở đầu hoặc cuối trục khuỷu động cơ. Ở mỗi vị trí đặt, trang bị sẽ có những ưu điểm riêng. Các bánh răng được thiết kế ở phía trên trục khuỷu thường là dạng kết cấu dẫn động đơn giản nhất hiện nay và được dùng để chống lại tác động của dao động xoắn.

trục cam được dẫn động bởi bộ truyền bánh răng gồm 2 cặp bánh răng lệch nhau ăn khớp trực tiếp với nhau hoặc có thể nối với nhau thông qua bánh răng trung gian thứ ba. Ở động cơ 4 thì tạo ra 1 vòng quay trục cam. từ 2 vòng quay của trục khuỷu tương ứng. Điều này tương đương với tỷ số truyền là 2 và động cơ 2 thì sẽ có tỷ số truyền là 1.

Sử dụng bộ truyền động trục cam kết hợp với hộp số truyền động mang lại cho động cơ nhiều ưu điểm vượt trội. Những ưu điểm chính có thể kể đến như sau:

• Cấu trúc đơn giản.
• Hiệu suất cao mang lại hiệu quả vận hành tốt, đồng thời giúp động cơ bền bỉ và tuổi thọ cao hơn trong quá trình sử dụng.

Ngoài những ưu điểm, bộ truyền động trục cam với hộp số cũng có những hạn chế. Hạn chế lớn nhất là nếu khoảng cách giữa các trục lớn sẽ gây khó khăn cho hệ thống truyền động, đồng thời tạo ra tiếng ồn đáng kể.

Để giảm tiếng ồn trong quá trình hoạt động của động cơ và giảm kích thước trục, các bánh răng thường được chế tạo và thiết kế với trục nghiêng. Ngoài ra, các cơ cấu truyền động bánh răng ngày nay thường được sử dụng cho các động cơ lớn như tàu thủy, xe tải,…

Dẫn động trục cam ô tô bằng bộ truyền xích

Kiểu huấn luyện này thường được áp dụng cho trục cam được thiết kế để sử dụng trên nắp hoặc thân. Với bộ truyền động trục cam truyền xích mang đến những ưu điểm cho người sử dụng: Kết cấu nhỏ gọn, truyền động dễ dàng ngay cả khi khoảng cách giữa các trục lớn.

Tuy nhiên, truyền động trục cam bằng xích cũng có nhược điểm là gây ồn và dễ bị rung khi thay đổi tải. Ngoài ra, so với truyền răng, truyền xích có giá thành cao hơn. Sau một thời gian dài sử dụng, xích thường có dấu hiệu bị cong vênh. Nguyên nhân hiện tượng này là do các chốt xích và con lăn bị mòn. Vì vậy cần phải thay xích mới để đảm bảo động cơ vận hành êm ái và an toàn.

Để đảm bảo động cơ hoạt động ổn định, êm ái, bộ truyền động xích phải được bôi trơn, giảm chấn và dẫn hướng thường xuyên. Đồng thời phải có cơ cấu căng xích tự động hoặc điều chỉnh để căng lại xích khi bò.

Dẫn trục cam băng dây đai

Cách dẫn động trục cam bằng dây đai khá giống với cách dẫn động bằng xích. Tuy nhiên, thay vì sử dụng dây xích, người ta sẽ sử dụng dây đai. Cơ cấu dẫn động này phổ biến hơn trong trường hợp trục cam lắp đặt trên cao, cần có bộ căng dây để đảm bảo độ căng của dây trong quá trình sử dụng. Tìm hiểu cách phân loại dây đai định thời trong động cơ ô tô để hiểu rõ hơn về nguyên lý này.

Ưu điểm của loại dẫn động này là vận hành êm ái, không cần bôi trơn và không cần điều chỉnh độ căng. Ngoài ra, chi phí mua dây đai cũng thấp hơn nhiều so với bánh răng hoặc xích. Tuy nhiên độ bền và tuổi thọ kém hơn. Với kết cấu và cấu trúc linh hoạt, trục cam hoạt động tốt ở cường độ cao trong môi trường khắc nghiệt, đảm bảo đóng mở van chính xác. Qua đó, hiệu suất vận hành của xe được nâng cao, tiết kiệm nhiên liệu và mang lại trải nghiệm tối ưu cho người sử dụng.