1 ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế cơ khí trong công nghệ ô tô Thiết kế cụm chi tiết piston, thanh truyền, trục khuỷu trong động cơ đốt trong của ô tô Ngành CÔNG NGHỆ KỶ THUẬT Ô TÔ
Trang 1ĐỒ ÁN MÔN HỌC : Thiết kế cơ khí trong công nghệ ô tô
Thiết kế cụm chi tiết piston, thanh truyền, trục khuỷu
trong động cơ đốt trong của ô tô
Ngành: CÔNG NGHỆ KỶ THUẬT Ô TÔ
Lớp: 20DOTC2
Giảng viên hướng dẫn: ThS Lê Tấn Sang
SVTH: Phạm Tuấn Anh Mã SV: 2011252515 Lớp: 20DOTC2
SVTH: Phan Trọng Quý Mã SV: 2011252320 Lớp: 20DOTC2
SVTH: Nguyễn Quang Linh Mã SV: 2011253329 Lớp: 20DOTC2
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH
Trang 2VIỆN KỸ THUẬT HUTECH
PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI
TÊN MÔN HỌC : THIẾT KẾ CƠ KHÍ TRONG CÔNG NGHỆ Ô TÔ
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm 03):
(1) Phạm Tuấn Anh MSSV: 2011252515 Lớp: 20DOTC2
(2) Phan Trọng Quý MSSV: 2011252320 Lớp: 20DOTC2
(3) Nguyễn Quang Linh MSSV: 2011253329 Lớp: 20DOTC2
2 Tên đề tài : Thiết kế cụm chi tiết piston, thanh truyền, trục khuỷu trong động cơ
đốt trong của ô tô
3 Các dữ liệu ban đầu :
4 Nội dung nhiệm vụ :
5 Kết quả tối thiểu phải có: 1)
2)
3)
4)
Ngày giao đề tài: ……./…… /……… Ngày nộp báo cáo: ……./…… /………
Sinh viên thực hiện
(Ký và ghi rõ họ tên các thành viên)
Phạm Tuấn Anh Nguyễn Quang Linh
Phan Trọng Quy
TP.HCM, ngày 06 tháng 06 năm 2022
Giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
Trang 3VIỆN KỸ THUẬT HUTECH
PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ
THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC & ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN
TÊN MÔN HỌC: THIẾT KẾ CƠ KHÍ TRONG CÔNG NGHỆ Ô TÔ
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
(Do giảng viên hướng dẫn ghi và giao lại cho sinh viên đóng vào cuốn báo cáo)
1 Tên đề tài: Thiết kế cụm chi tiết piston, thanh truyền, trục khuỷu trong động cơ
đốt trong của ô tô
2 Giảng viên hướng dẫn: ThS Lê Tấn Sang
3 Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện đề tài (sĩ số trong nhóm 03):
(1) Phạm Tuấn Anh MSSV: 2011252515 Lớp: 20DOTC2
(2) Phan Trọng Quý MSSV: 2011252320 Lớp: 20DOTC2
(3) Nguyễn Quang Linh MSSV: 2011253329 Lớp: 20DOTC2
Kết quả thực hiện của sinh viên (Giảng viên
Trang 4Tuần Ngày Nội dung thực hiện Kết quả thực hiện của sinh viên (Giảng viên
Điểm quá trình = 0.5 x Tổng điểm tiêu chí đánh giá + 0.5 x điểm báo cáo ĐAMH
Lưu ý: Tổng điểm tiêu chí đánh giá về quá trình thực hiện đồ án; Điểm báo cáo bảo vệ đồ án môn học; Điểm quá trình (Ghi theo thang điểm 10)
Họ tên sinh
viên Mã số SV
Tiêu chí đánh giá về quá trình thực hiện
đồ án
Tổng điểm tiêu chí đánh giá
về quá trình thực hiện đồ án (tổng 2 cột điểm 1+2) 50%
Điểm báo cáo bảo vệ
đồ án môn học (50%)
Điểm quá trình = 0.5*tổn
g điểm tiêu chí + 0.5*điể
m báo cáo
Tính chủ động, tích cực, sáng tạo (tối đa 5 điểm)
Đáp ứng mục tiêu đề
ra (tối đa 5 điểm)
Quang Linh
2011253329
Ghi chú: Điểm số nếu có sai sót, GV gạch bỏ rồi ghi lại điểm mới kế bên và ký nháy vào phần điểm chỉnh sửa
Sinh viên thực hiện
(Ký và ghi rõ họ tên các thành viên)
Phạm Tuấn Anh Nguyễn Quang Linh
Phan Trọng Quy
TP HCM, ngày 06 tháng 06 năm 2022
Giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
Trang 5LỜI CẢM ƠN
🙚🕮🙘
Chúng em cảm ơn thầy Lê Tấn Sang đã tận tình chỉ dạy và hướng dẫn
chúng em trong môn này, không chỉ vậy thầy còn đồng hành cùng chúng em hoàng thành bài tập này Thầy cũng là người đã truyền thêm động lực và niềm đam mê cho chúng em về môn học này cũng như ngành ô tô Chúng em chúc thầy luôn có nhiều sức khỏe để có thể tiếp tục giảng dạy và mang nhiệt huyết
của mình đến với chúng em Chúng em cảm ơn thầy rất nhiều
Trang 6MỤC LỤC
🙚🕮🙘
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 8
Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 10
1.1 Đặt vấn đề: 10
1.2 Mục tiêu đề tài: 10
1.3 Nội dung đề tài: 10
1.4 Phương pháp nghiên cứu: 10
1.5 Kết cấu đồ án: 10
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11
2.1 Khái niệm: 11
2.1.1 Động cơ đốt trong: 11
2.2.2 Piston: 11
2.1.3 Thanh truyền: 12
2.1.4 Trục khuỷu: 12
2.2 Đặc điểm cấu tạo: 13
2.2.1 Động cơ đốt trong: 13
2.2.2 Piston: 14
2.2.3 Thanh truyền: 15
2.2.4 Trục khuỷu: 16
2.3 Nguyên lý làm việc: 17
2.3.1 Động cơ 4 kỳ: 17
2.3.2 Piston: 19
2.3.3 Thanh truyền: 19
2.3.4 Trục khuỷu: 21
Chương 3: BẢN VẼ 3D CHI TIẾT 22
Trang 73.1 Piston: 22
3.2 Thanh truyền: 22
3.3 Trục khuỷu: 23
3.4 Lắp ghép mô phỏng chuyển động: 23
Chương 4: KẾT LUẬN 24
4.1 Kết luận: 24
4.2 Hướng phát triển đề tài: 24
TÀI LIỆU THAM KHẢO 25
Trang 9DANH MỤC CÁC HÌNH
🙚🕮🙘
Hình 2.1 Động cơ đốt trong ô tô 11
Hình 2.2 Piston 12
Hình 2.3 Thanh truyền 12
Hình 2.4 Trục khuỷu 13
Hình 2.5 Cấu tạo động cơ đốt trong 13
Hình 2.6 Cấu tạo piston 15
Hình 2.7 Cấu tạo thanh truyền 16
Hình 2.8 Cấu tạo trục khuỷu 17
Hình 2.9 Chu kỳ hoạt động nạp, nén, đốt và xả của động cơ 18
Hình 3.1: Hình 3D piston 22
Hình 3.2 Hình 3D thanh truyền 22
Hình 3.3 Hình 3D trục khuỷu 23
Hình 3.4 Hình 3D cơ cấu trục khuỷu thanh truyền 23
Trang 10Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề:
Ô tô đang là phương tiện di chuyển phổ biến của mọi người ngày nay Để một chiếc ơ tơ có thể vận hành tốt thì cần nhiều bộ phận khác nhau nhưng động
cơ là quan trọng nhất Động cơ được chia 2 loại chính là động cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài Mỗi loại lại được chia thành nhiều loại nhỏ với những ưu nhược điểm khác nhau Các loại động cơ đốt trong có thể kể đến như động cơ chạy xăng, động cơ chạy diesel, động cơ tuabin khí, động cơ xoay, động cơ 2
kỳ, động cơ 4 kỳ
1.2 Mục tiêu đề tài:
Tìm hiểu cấu tạo, phân loại, vật liệu chế tạo, và nguyên lý hoạt động của
thanh truyền, piston, trục khuỷu của ô tô
1.3 Nội dung đề tài:
Tìm hiểu về nguyên lý cấu tạo và nhiệm vụ của thanh truyền, piston, trục khuỷu
Vẽ mô phỏng các chi tiết của thanh truyền và bánh đà
Viết báo cáo đồ án
1.4 Pương pháp nghiên cứu:
Phương pháp tìm kiếm tài liệu trên Internet, sách báo và thực tiễn
Phương pháp tổng hợp phân tích, so sánh
Phương pháp thiết kế mô phỏng 2D, 3D trên phần mềm
1.5 Kết cấu đồ án:
Gồm có 4 chương:
Chương 1: Giới thiệu đề tài
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Hình 3D chi tiết
Chương 4: Kết luận và hướng phát triển
Trang 11Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái niệm:
2.1.1 Động cơ đốt trong:
Động cơ đốt trong là động cơ nhiệt Chúng tạo ra công suất bằng cách đốt
nhiên liệu trong động cơ Hỗn hợp nhiên liệu và không khí được đốt cháy bên trong xilanh của động cơ đốt trong Hỗn hợp nhiên liệu được đốt cháy thì sự gia tăng của nhiệt độ và áp suất bên trong xilanh sẽ đẩy Piston tịnh tiến Chuyển động này giúp làm quay trục khuỷu của động cơ và tạo ra nguồn cơ năng cho toàn bộ chiếc xe
Hình 2.1 Động cơ đốt trong ô tô 2.1.2 Piston:
Piston là một bộ phận của động cơ đốt trong Đối với động cơ đốt trong, piston có trách nhiệm cùng với xi lanh và nắp máy tạo thành buồng đốt Piston nhận áp suất do sự giãn nở của khí cháy rồi truyền lực cho trục khuỷu để sinh công trong lúc nổ Trong động cơ, mục đích của piston là truyền lực từ khí nở ra trong xi lanh đến trục khuỷu thông qua thanh piston hoặc thanh kết nối
Trang 12Hình 2.2 Piston 2.1.3 Thanh truyền:
Thanh truyền là một bộ phận của động cơ, có nhiệm vụ kết nối piston với trục khuỷu Thanh truyền kết hợp cùng với tay quay (khuỷu) biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu
Hình 2.3 Thanh truyền
2.1.4 Trục khuỷu:
Trục Khuỷu là một phần của động cơ dùng để biến đổi chuyển động tịnh tiến
của piston thành chuyển động quay Nó nhận lực từ piston để tạo ra momen
quay sinh công đưa ra bộ phận công tác và nhận năng lượng từ bánh đà truyền lại cho piston để thực hiện quá trình sinh công
Trang 13Hình 2.4 Trục khuỷu 2.2 Đặc điểm cấu tạo:
2.2.1 Động cơ đốt trong:
Bộ phận chính của động cơ đốt trong piston tịnh tiến là thân động cơ (hay còn gọi là thân máy, lốc máy), có nhiệm vụ chứa và lắp ráp tất cả chi tiết bộ phận trong động cơ Thân động cơ thường được đúc bằng gang xám nhờ vào khả năng chịu mài mòn tốt và giá thành thấp; tuy nhiên, ngày nay, thân động cơ thường được làm bằng hợp kim nhôm
Trang 14vì kết cấu buồng cháy nằm ở nắp máy, diện tích chịu nhiệt nhỏ, cấu tạo đơn
giản Đỉnh lồi loại này có độ bền lớn, đỉnh mỏng, nhẹ nhưng diện tích chịu nhiệt lớn Đỉnh lõm được dùng nhiều trên cả động cơ xăng và động cơ diesel với diện tích chịu nhiệt lớn hơn so với đỉnh bằng
Đầu piston có các rãnh để lắp các xéc măng có nhiệm vụ ngăn và thoát dầu bôi trơn, tạo độ kín giữa piston và thành xi lanh Đầu pít tông được giới hạn từ phía dưới đỉnh piston đến rãnh xéc măng dầu cuối cùng trên bệ chốt piston Đầu piston có nhiệm vụ làm kín buồng cháy và tản nhiệt cho piston
Thân piston có nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động trong xi lanh
và liên kết với thanh truyền để truyền lực làm quay trục khuỷu
Trang 15Hình 2.6 Cấu tạo piston 2.2.3 Thanh truyền:
Cấu tạo của thanh truyền gồm 3 phần:
• Đầu nhỏ là khối trụ tròn để lắp với piston qua một thanh chốt Tại vị trí
tiếp xúc giữa 2 bộ phận piston và thanh truyền sẽ được phủ một lớp bạc mỏng nhằm hạn chế tối đa sự ma sát giúp nâng cao tuổi thọ của 2 bộ phận
• Đầu to nằm ở phía đối diện đầu nhỏ, là phần nối liền trục khuỷu thanh
truyền Bộ phận này được chế tạo với độ chính xác cao, đảm bảo quá trình hoạt động giữa các bu lông không bị lỏng
• Phần thân có nhiệm vụ gắn kết đầu to và đầu nhỏ của thanh truyền.
Trang 16Hình 2.7 Cấu tạo thanh truyền
2.2.4 Trục khuỷu:
Trục khuỷu được cấu tạo bởi 6 phần:
Đầu trục khuỷu: thường được lắp đai ốc để khởi động động cơ bằng tay quay
khi cần
Chốt khuỷu: đây là bộ phận được nối với đầu to thanh truyền để dẫn truyền lực
Cổ khuỷu: trục chính nối tất cả các bộ phận trên trục khuỷu
Má khuỷu: nối giữa cổ khuỷu và chốt khuỷu
Đối trọng: nằm trên má khuỷu (có thể nối liền hoặc được gắn vào bằng bu-lông)
nhằm cân bằng, giảm rung động, âm thanh động cơ cho trục khuỷu
Đuôi trục khuỷu: được thiết kế để lắp với bánh đà, từ đó truyền lực tới máy
công tác, hay bánh xe hơi
Trang 17Hình 2.8 Cấu tạo trục khuỷu 2.3 Nguyên lý làm việc:
Đa phần xe ô tô hiện này đều sử dụng động cơ 4 thì (4 kỳ) với 4 chu kỳ hoạt động gồm: nạp, nén, đốt và xả
Kỳ nạp (hút): Khi này van nạp mở, van xả đóng, hỗn hợp khí và nhiên liệu
được nạp vào xi lanh trong lúc piston chuyển động từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới
Kỳ nén: Piston chuyển động từ điểm chết dưới lên điểm chết trên để nén
hỗn hợp khí và nhiên liệu lại Ở cuối kỳ nén, bugi sẽ đánh lửa để đốt cháy hỗn
Trang 18Kỳ đốt (nổ): Hỗn hợp khí và nhiên liệu được đốt cháy làm áp suất tăng
cao đẩy piston chuyển động từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới Chuyển động này sẽ tác dụng lên thanh truyền rồi đến trục khuỷu và được biến đổi thành chuyển động quay
Kỳ xả: Sau khi kết thúc quá trình đốt cháy, piston chuyển động từ điểm
chết dưới lên điểm chết trên để đẩy khí thải trong xi lanh qua van xả ra ngoài hệ thống khí thải
Chuyển động của piston trong các kỳ nạp, nén và xả chủ yếu nhờ vào năng lượng tích trữ bởi bánh đà gắn ở trục khuỷu trong kỳ đốt sinh công Với 1 xi lanh, cứ 2 vòng quay trục khuỷu sẽ có 1 lần đốt diễn ra Do đó động cơ càng nhiều xi lanh thì góc đánh lửa càng chia nhỏ, công sinh ra đều hơn, động cơ vận hành êm hơn
Nhằm tối ưu hiệu suất động cơ, hiện nay đa số các hãng ô tô đều áp dụng công nghệ van biến thiên cho động cơ của mình Công nghệ này giúp can thiệp,
tự động tính toán điều chỉnh thay đổi thời gian mở và độ mở của van nạp linh hoạt theo từng tình trạng phối khí thực tế
Trang 192.3.2 Piston:
Piston hoạt động theo các giai đoạn gọi là hành trình Hành trình này được biểu thị bằng vị trí của piston Chu trình đốt cháy bắt đầu với piston ở vị trí trên cùng của xi lanh Trong thời gian này, các van nạp và van xả sẽ được đóng lại Sau đó, piston chuyển động đi xuống và tạo ra một phần chân không trong không gian bên trên Lúc này, không khí và nhiên liệu đồng thời đi vào trong xi lanh và các van nạp sẽ đóng lại Lúc này, piston đã bắt đầu chuyển động lên trên Bởi vì tất cả các van đều đóng nên chuyển động của piston nén hỗn hợp không khí hoặc nhiên liệu sẽ tạo ra một không gian có áp suất cao giữa piston và đầu xi lanh Sau đó, hỗn hợp này sẽ bốc cháy và đẩy piston đi xuống Tiếp theo, các van xả sẽ mở ra, các sản phẩm của hành trình đốt cháy thoát ra ngoài Piston chuyển động đẩy khí thải ra ngoài, đồng thời các van nạp mở nhiên liệu và không khí đi vào xi lanh, sau đó chu trình sẽ được lặp lại
2.3.3 Thanh truyền:
a Đầu to của thanh truyền
Được lắp với cổ biên hoặc chốt của trục khuỷu và thường bộ phận đầu to thanh truyền này được cấu tạo theo nhiều cách khác nhau
Thường đầu to thanh truyền được cắt làm 2 nửa để lắp ghép được với trục khuỷu đơn giản nhất Phần này còn được gọi là nắp biên hay nắp đầu to, được lắp ghép với nửa bên trên nhờ những bu lông Mặt cắt có thể được cắt thẳng góc
Thường mặt phẳng lắp giữa thanh truyền và thân được lắp ghép bằng những tấm đệm thép có độ dày khoảng từ 0.05 đến 0,2mm giúp tỷ số nén đồng đều giữa các xi lanh hoặc cắt lệch so với đường tâm thanh truyền được tuỳ chỉnh tỷ
số Để làm được điều này thì buộc mặt ghép phải có những răng khía để xác
Trang 20b Đầu bé dại thanh truyền
Phần này còn được gọi là đầu nhỏ tuổi thanh truyền, trên đầy nhỏ này có lỗ
để lắp được chốt piston và nó phụ thuộc vào chốt piston
Đầu bé thanh truyền có lỗ để lắp bu lông hãm chặt với chốt nếu lắp chốt piston thắt chặt và cố định Đầu nhỏ thanh truyền sẽ có bạc lót
Để điều chỉnh được trọng tâm thanh truyền đồng đều giữa những xi lanh, một
số động cơ có làm vấu lồi lên đầu nhỏ thanh truyền
Để chốt piston và bạc lót được bôi trơn có thể dùng rãnh hứng dầu hay bôi trơn cưỡng bức vì dẫn dầu từ trục khuỷu dọc theo thân của thanh truyền
Để điều chỉnh được trọng tâm thanh truyền đồng đều giữa những xi lanh, một
số động cơ có làm vấu lồi lên đầu nhỏ thanh truyền
Để chốt piston và bạc lót được bôi trơn có thể dùng rãnh hứng dầu hay bôi trơn cưỡng bức vì dẫn dầu từ trục khuỷu dọc theo thân của thanh truyền
Ở động cơ hai kỳ, thường ở đầu nhỏ có dùng ổ bi kim để thay cho bạc lót hoặc có làm những rãnh chứa dầu vì ở loại động cơ này thì việc bôi trơn rất khó khăn
c Thân của thanh truyền:
Thường thân thanh truyền nằm ở vị trí bên dưới đầu to và bên trên của đầu
nhỏ Có nhiều loại tiết diện ngang thân thanh truyền như hình tròn trụ, hình chữ
nhật, hình chữ I, hình ô van
Vì ưu điểm lớn của loại tiết diện hình chữ I là có độ cứng và độ vững lớn, nguyên vật liệu sắp xếp phải chăng nên loại tiết diện này được sử dụng nhiều trong động cơ ô tô hoặc máy kéo và động cơ cao tốc
