- Khi động cơ làm việc, trục khuỷu tiếp nhận lực tác dụng trên piston truyền qua thanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục để đưa công suất ra
Trang 1Họ và tên: Đào Công Nguyên
Sđt: 0967831576
Tên đề tài: TRỤC KHUỶU ĐỘNG CƠ TOYOTA 3A
Ngày nộp:
Ngày nhận:
MỤC LỤC
CHƯƠNG 3: TRỤC KHUỶU
3.1 Nhiệm vụ và điều kiện làm việc 2
3.1.1 Nhiệm vụ 2
3.1.2 Điều kiện làm việc 2
3.2 Vật liệu chế tạo trục khuỷu 2
3.3 Yêu cầu, phân loại và kết cấu 3
3.3.1 Yêu cầu 3
3.3.2 Phân loại 3
3.3.3 Kết cấu 4
3.4 Kết cấu trục khuỷu động cơ TOYOTA 3A 10
3.4.1 Đầu trục khuỷu 10
3.4.2 Cổ trục khuỷu 10
3.4.3 Chốt khuỷu 10
3.4.4 Má khuỷu 10
3.4.5 Đối trọng 11
3.4.6 Đuôi trục khuỷu 11
3.5 Hư hỏng và sửa chữa trục khuỷu TOYOTA 3A 11
3.5.1 Hư hỏng 11
3.5.2 Kiểm tra, sửa chữa trục khuỷu TOYOTA 3A 13
Trang 2CHƯƠNG 3: TRỤC KHUỶU 3.1 Nhiệm vụ và điều kiện làm việc.
- Trục khuỷu là một trong những chi tiết máy rất quan trọng, nó có cường độ làm việc cao và giá thành cao nhất của động cơ đốt trong
- Khối lượng của trục khuỷu thường chiếm 7÷15% khối lượng của động cơ Giá thành của trục khuỷu thường chiếm khoảng 25÷30% giá thành toàn động cơ
3.1.1 Nhiệm vụ.
- Khi động cơ làm việc, trục khuỷu tiếp nhận lực tác dụng trên piston truyền qua thanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục để đưa công suất ra ngoài (dẫn động các máy công tác khác)
3.1.2 Điều kiện làm việc.
- Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể, lực quán tính (quán tính chuyển động tịnh tiến và quán tính chuyển động quay) Những lực này có trị số rất lớn và thay đổi theo chu kỳ nhất định nên có tính chất va đập rất mạnh Các lực tác dụng gây ra ứng suất uốn và xoắn trục, đồng thời còn gây ra hiện tượng dao động dọc và dao động xoắn, làm động cơ rung động, mất cân bằng
- Ngoài ra, các lực tác dụng nói trên còn gây ra hao mòn lớn trên các bề mặt
ma sát của cổ trục và chốt khuỷu
3.2 Vật liệu chế tạo trục khuỷu.
- Loại vật liệu thường dùng để chế tạo trục khuỷu hiện nay là thép cacbon có thành phần cacbon trung bình như các loại thép 40 50 Trong các động cơ tốc độ cao hoặc phụ tải lớn thường dùng thép hợp kim măng gan như thép 45T, 45T2, 50T… hoặc thép hợp kim niken - crom như thép 40X, 18XHBA, 25HB
- Loại thép cacbon được dùng rất nhiều vì nó có các ưu điểm sau:
+ Hệ số ma sát trong của thép cacbon lớn hơn thép hợp kim vì vậy thép cacbon có khả năng giảm dao động xoắn lớn hơn thép hợp kim, biên độ dao động xoắn nhỏ hơn nên ứng suất xoắn cũng nhỏ
Trang 3+ Thép cacbon rẻ tiền hơn thép hợp kim nhiều nên giá thành của trục khuỷu
hạ Cũng cần chú ý rằng tuy sức bền của thép cacbon có kém sức bền của thép hợp kim nhưng ngày nay có rất nhiều biện pháp về kết cấu cũng như về công nghệ để nâng cao sức bền, độ cứng vững của trục khuỷu khiến trục khuỷu làm việc an toàn
3.3 Yêu cầu, phân loại và kết cấu.
- Hình dạng và kết cấu của trục khuỷu phụ thuộc vào số xy lanh, cách bố trí xy lanh, số kỳ của động cơ và thứ tự làm việc của các xy lanh
3.3.1 Yêu cầu.
- Giúp cho động cơ làm việc cân bằng, đồng đều, ít rung động Biên độ dao động của mômen xoắn tương đối nhỏ
- Ứng suất sinh ra do dao động xoắn nhỏ
- Có sức bền lớn, độ cứng vững lớn, trọng lượng nhỏ
- Có độ chính xác gia công cao, bề mặt làm việc của trục cần có độ bóng và độ cứng cao và ít mòn
- Công nghệ chế tạo đơn giản, có giá thành rẻ
3.3.2 Phân loại.
3.3.2.1 Hình thức kết cấu.
- Trục khuỷu nguyên: là loại trục khuỷu có các bộ phận cổ trục, trục khuỷu làm liền với nhau thành một khối Loại trục khuỷu này thường dùng trong động cơ cỡ nhỏ và trung bình
- Trục khuỷu ghép: là loại trục khuỷu thường chế tạo riêng từng bộ phận cổ trục, chốt khuỷu, má khuỷu ghép lại với nhau hoặc làm cổ trục riêng rồi ghép với khuỷu Đôi khi, nhất là trong động cơ cỡ lớn, trục khuỷu được chế tạo thành từng đoạn (mỗi đoạn gồm vài khuỷu trục) rồi lắp nối lại với nhau bằng mặt bích Loại trục khuỷu này thường dùng trong động cơ cỡ lớn như động cơ tàu thủy và tĩnh tại, nhưng cũng thường dùng trong động cơ cỡ nhỏ như động cơ mô tô, động cơ xăng cỡ nhỏ
Trang 43.3.2.2 Hình dạng.
- Trục khuỷu đủ cổ: là loại trục khuỷu có số cổ trục khuỷu z nhiều hơn số cổ truyền (z = i+1) Loại trục khuỷu này có độ cứng vững khá lớn nên thường dùng trong động cơ diesel
- Trục khuỷu thiếu cổ: là loại trục khuỷu có số cổ trục khuỷu bằng hay ít hơn
số cổ truyền Kết cấu của loại trục khuỷu này có kích thước nhỏ gọn nên có thể rút ngắn chiều dài của thân máy và giảm nhẹ khối lượng của động cơ Loại trục khuỷu thiếu cổ có
độ cứng vững kém vì vậy khi thiết kế cần chú ý cố gắng tăng kích thước của cổ trục, chốt khuỷu đồng thời tăng chiều dày và chiều rộng của má khuỷu để tăng độ cứng vững
- Loại trục khuỷu này thường dùng trong động cơ xăng của ô tô máy kéo và động cơ diesel công suất nhỏ
Hình 3.1: Trục khuỷu thiếu cổ.
1-Cổ trục khuỷu; 2-Chốt khuỷu; 3-Má khuỷu thiếu cổ;
4-Má khuỷu; 5-Đuôi trục khuỷu
3.3.3 Kết cấu.
3.3.2.1 Đầu trục khuỷu.
- Đầu trục khuỷu thường dùng để lắp bánh răng dẫn động bơm nước, bơm dầu bôi trơn, bơm cao áp, bánh đai dẫn động quạt gió và đai ốc khởi động để khởi động Các bánh răng chủ động hoặc bánh đai dẫn động lắp trên đầu trục khuỷu theo kiểu lắp căng hoặc lắp trung gian và đều có then bán nguyệt
Trang 5- Ngoài các bộ phận kể trên, trong một số động cơ, người ta có lắp bộ giảm dao động xoắn của hệ trục khuỷu ở đầu trục khuỷu
Hình 3.2: Kết cấu phần đầu trục khuỷu 1-Đai ốc khởi động;
2-Vành ngăn dầu; 3-Phớt dầu; 4-Bánh răng chủ động; 5-Bánh
đai dẫn động; 6-Đệm hãm; 7-Ổ chắn dọc trục
- Tác dụng của thiết bị dập tắt dao động xoắn là khi trục khuỷu quay, ở phần đầu thường xuất hiện những lực xoắn biến thiên Dao động xoắn làm giảm công suất của động cơ, làm hao mòn cặp bánh răng phân phối và đôi khi có thể gãy trục khuỷu Khi xuất hiện các dao động xoắn thì vô lăng của thiết bị dập tắt dao động xoắn quay đều và đầu trục sẽ trượt đối với vô lăng, khi đó dưới tác dụng của lực ma sát xuất hiện giữa vô lăng và đĩa ma sát sẽ làm giảm biên độ dao động
3.3.2.2 Cổ trục khuỷu.
- Cổ trục khuỷu nằm trên cùng đường tâm với đầu trục khuỷu Các cổ khuỷu thường có cùng một kích thước đường kính, đường kính cổ trục chọn theo kết quả của việc tính toán sức bền, điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn và qui định về thời gian
sử dụng động cơ
Trang 6- Trong một vài loại động cơ, đường kính cổ trục làm lớn theo chiều từ đầu đến đuôi trục khuỷu để đảm bảo sức bền và khả năng chịu lực của cổ khuỷu được
đồng đều hơn Tuy nhiên đường kính cổ khuỷu khác nhau sẽ gây ra nhiều phiền phức khi sửa chữa cũng như khi gia công, lắp ráp, nên ngày nay không dùng nữa
- Kích thước cổ trục khuỷu của động cơ thường nằm trong phạm vi sau: + Động cơ xăng: dct = (0,68÷0,80)D
+ Động cơ disel: dct = (0,7÷0,85)D
+ Trong đó: D - đường kính xy lanh
dct - đường kính ngoài của cổ trục
3.3.2.3 Chốt khuỷu.
- Đường kình của chốt khuỷu có thể lấy bằng đường kính cổ trục, hoặc có thể lấy nhỏ hơn đường kính cổ trục khuỷu một ít
- Để giảm trọng lượng, chốt khuỷu thường khoan rỗng (đôi khi cổ trục cũng được làm rỗng) để chứa dầu bôi trơn bạc lót đầu to thanh truyền Lỗ rỗng trong chốt khuỷu có thể bố trí đồng tâm hay lệch tâm với chốt khuỷu Đường dẫn dầu bôi trơn bề mặt chốt tùy thuộc vào công nghệ gia công Thường bố trí như hình 3.3 Đường dẫn dầu như hình a, tuy khoan đúng vào vị trí hao mòn ít nhất, nhưng tính công nghệ không tốt bằng bố trí đường dầu như hình b, c Bố trí đường dầu hình b, không cần ống hút dầu như hình a và c nhưng dầu dẫn được lọc sạch Bố trí đường dầu như hình c, d, e tuy tính công nghệ tốt nhưng ảnh hưởng đến sức bền mỏi của chốt khuỷu
Trang 7Hình 3.3: Chốt khuỷu rỗng và các dạng đường dầu bôi trơn.
3.3.2.4 Má khuỷu.
- Má khuỷu là một bộ phận liên kết chốt khuỷu và cổ khuỷu Hình dạng má khuỷu có nhiều dạng khác nhau, phụ thuộc chủ yếu vào loại động cơ, tốc độ động
cơ Các dạng má khuỷu thường thấy như hình chữ nhật, hình tròn, elip
Trong động cơ cao tốc, để giảm lực quán tính, giảm độ mài mòn của piston -xylanh đồng thời tăng sức bền và độ cứng vững của trục khuỷu, người ta thường giảm tỷ số S/D
Trang 8Hình 3.4: Các dạng má khuỷu.
3.3.2.5 Đối trọng.
- Đối trọng lắp trên trục khuỷu có tác dụng cân bằng các lực và các mômen quán tính không cân bằng của động cơ Ngoài ra đối trọng còn có tác dụng giảm tải cho các cổ trục, làm cho cổ trục không chịu ứng suất uốn do mômen của lực quán tính tạo ra
Hình 3.5: Đối trọng và cách lắp đối trọng với má khuỷu.
Trang 9- Đối trọng được tính toán và bố trí trên trục khuỷu đông cơ sao cho vừa đảm bảo cân bằng tốt vừa gọn, không ảnh hưởng đến kích thước của hộp trục khuỷu
-Đối trọng lắp với má khuỷu theo ba cách (hình 3.5)
3.3.2.6 Đuôi trục khuỷu.
- Đuôi trục khuỷu của động cơ thường lắp với các chi tiết để dẫn động công suất động cơ ra ngoài (bánh đà, khớp nối) Đa số các động cơ, đuôi trục khuỷu thường có mặt bích hoặc mặt côn để lắp bánh đà Trên các động cơ tàu thủy, đuôi trục khuỷu thường làm hình côn và có độ côn nhỏ, trên mặt côn có rãnh then để định vị và lắp bánh đà
- Trục khuỷu và trục thu công suất thường đồng tâm với nhau bằng khớp nối mềm Khi trục thu công suất lắp song song với trục khuỷu, phải dùng đai truyền và bánh đai lắp trên đuôi trục khuỷu để dẫn động
Hình 3.6: a) Đuôi trục khuỷu có mặt bích để lắp bánh đà.
Trang 10trên, phần đuôi trục khuỷu còn có các bộ phận đặc biệt như: bánh răng dẫn động cơ
cấu phụ, vành chắn dầu, ren hồi dầu và ổ chắn dùng để khống chế dịch chuyển theo chiều trục của trục khuỷu
3.4 Trục khuỷu động cơ TOYOTA 3A
- Là loại trục khuỷu nguyên và đủ cổ Dài 488 mm
Hình 3.7: Trục khuỷu động cơ TOYOTA 3A.
3.4.1 Đầu trục khuỷu.
-Hình 3.8: Đầu trục khuỷu động cơ TOYOTA 3A.
3.4.2 Cổ trục khuỷu.
- Các cổ trục khuỷu có cùng một kích thước đường kính 48 mm, dài 25 mm Mỗi cổ trục khuỷu có khoan một lỗ dầu xuyên tâm đường kính 5 mm (trừ cổ trục khuỷu
số 3 ở giữa) Bề mặt cổ trục được gia công nhẵn bóng với độ chính xác cao
Hình 3.9: Cổ trục khuỷu động cơ TOYOTA 3A.
3.4.3 Chốt khuỷu.
- Các chốt khuỷu có cùng một kích thước đường kính 40 mm, dài 22 mm Đường dầu bôi trơn khoan xuyên tới lỗ dầu trên cổ trục khuỷu
Hình 3.10: Chốt khuỷu và đường dầu bôi trơn động cơ TOYOTA 3A 3.4.4 Má khuỷu.
- Má khuỷu nối liền giữa cổ trục khuỷu và chốt khuỷu, có dạng hình ovan, dài
Hình 3.11: Má khuỷu trục khuỷu động cơ TOYOTA 3A.
Trang 113.4.5 Đối trọng.
- Đối trọng được làm liền với má khuỷu, dài … mm và rộng … mm Trên mỗi đối trọng có khoan một số lỗ cân bằng động
Hình 3.12: Đối trọng trục khuỷu động cơ TOYOTA 3A.
3.4.6 Đuôi trục khuỷu.
- Đuôi trục khuỷu được đúc liền với trục khuỷu, đường kính 70 mm và dài 32
mm Có 6 lỗ ren (M9) để lắp mặt bích với bánh đà
- Một lỗ định tâm trục sơ cấp hộp số khoan xuyên tâm với độ sâu 37 mm và đường kính 19 mm
Hình 3.13: Đuôi trục khuỷu động cơ TOYOTA 3A.
3.4.7 Hư hỏng và sửa chữa trục khuỷu TOYOTA 3A.
- Những hư hỏng thường gặp trong quá trình làm việc của trục khuỷu TOYOTA 3A là: cổ trục bị mòn và nứt, bề mặt cổ trục bị xước, gãy, do mỏi gây nên Trục khuỷu bị cong hoặc xoắn, rãnh then, lỗ bu lông trên mặt bích đuôi trục khuỷu bị hỏng
3.4.7.1 Hư hỏng.
-Cổ trục khuỷu bị mòn
+ Khi trục khuỷu quay, lực li tâm do đầu to thanh truyền sinh ra làm cho thanh truyền có xu hướng rời khỏi chốt khuỷu và thường xuyên ép vào bề mặt phía trong (phía gần đường tâm của trục khuỷu) Do tác dụng lâu dài của lực li tâm, mặt phía trong của chốt khuỷu bị mòn tương đối nhiều Dầu bôi trơn ở trong đường dầu bôi trơn cổ trục dưới tác dụng của lực ly tâm, làm cho những tạp chất cứng tập trung về một đầu của cổ trục, do đó chốt khuỷu bị mòn thành hình côn
Trang 12+ Chốt khuỷu bị mòn nhanh hơn cổ trục khuỷu, lượng mài mòn của nó thông thường gấp 2 lần lượng mài mòn của cổ trục khuỷu Sự mài mòn các cổ trục khuỷu có nhiều gối đỡ cũng không đều nhau
+ Do sự mài mòn của chốt khuỷu, bán kính quay của trục khuỷu tăng lên, do
đó làm tăng tỷ số nén của động cơ tăng lên Ở động cơ xăng việc tăng tỉ số nén làm cho quá trình làm việc của động cơ kém đi, dễ sinh ra hiện tương kích nổ, nhiệt độ tăng, các chi tiết của nhóm pittông thanh truyền bị mài mòn rất nhanh chóng Còn ở động cơ diesel
do tỷ số nén của nó lớn nên ảnh hưởng lại càng nghiêm trọng
+ Đồng thời với sự mài mòn của cổ trục khuỷu thì gối đỡ cũng bị mài mòn, khe hở lắp ghép giữa chúng tăng lên, dẫn đến điều kiện bôi trơn cũng dần dần kém đi, khe hở đạt tới một trị số nhất định (ví dụ 0,02 – 0,25mm) dầu bôi trơn cũng ở trong khe
hở gối đỡ rỉ ra rất nhiều, áp lực dầu trong hệ thống bôi trơn của động cơ sẽ hạ thấp rõ rệt Nếu khe hở gối đỡ tương đối lớn mà sự mài mòn của cổ trục khuỷu còn ở trong phạm vi cho phép thì chỉ tìm biện pháp sửa chữa gối đỡ chứ không cần sửa cổ trục khuỷu
- Trục khuỷu bị cong và xoắn
+ Trong khi sử dụng khe hở của gối đỡ quá lớn, khi làm việc có sự va đập + Trục khuỷu trong quá trình làm việc hoặc sửa chữa chịu mômen xoắn quá lớn, khi làm việc gối đỡ bị cháy làm cho trục quay khó khăn, trong sửa chữa khi chạy rà gối đỡ chính, khe hở gối đã điều chỉnh quá nhỏ hoặc thứ tự vặn của các gối đỡ không chính xác
+ Ngoài ra áp lực khí cháy tăng đột ngột (ví dụ: động cơ bị tăng ga đột ngột, cũng có thể làm cho trục khuỷu chịu áp xuất quá lớn mà sinh ra biến dạng đột ngột + Thông thường khi trục khuỷu có hư hỏng ở bên trong hoặc có ứng suất bên trong thì biến dạng sẽ lớn, trường hợp này nói chung khó điều chỉnh, cho nên khi xử lý cần phải đặc biêt chú ý Trục khuỷu bị biến dạng xoắn thì điều chỉnh càng khó khăn, nếu không chú ý thì trong quá trình điều chỉnh sẽ gây nên cong Cho nên mức độ xoắn không lớn, khi mài bóng cổ trục nên áp dụng phương pháp mài không đồng tâm và tìm cách hạn chế biến dạng xoắn đến mức thấp nhất
Trang 13+ Ngoài ra quan hệ lẫn nhau và vị trí của các chi tiết máy như trục khuỷu, bánh đà, nhóm pistông thanh truyền không bình thường làm việc của động cơ không ổn định, trục khuỷu chịu lực không đều cũng tạo nên những hư hỏng trên
- Trục khuỷu bị rạn nứt
+ Vết nứt thường sinh ra ở vai trục, có nhiều nguyên nhân sinh ra vết nứt: bán kính góc lượn chuyển tiếp với vai trục không không phù hợp sẽ sinh ra ứng suất tập trung, khe hở gối đỡ quá lớn sẽ sinh ra va đập, nếu không kịp thời phát hiện vết nứt và tìm biện pháp khắc phục thì sẽ làm gãy trục khuỷu
+ Nếu vết nứt theo chiểu dọc ở trên bề mặt cổ trục nếu sau khi mài xong mà mất đi thì còn có thể tiếp tục sử dụng được Còn vết nứt theo chiều ngang khi làm việc do chịu tác dụng của ứng suất sẽ dần dần lan rộng, khi phát hiện vết nứt này thì nên thay trục khuỷu khác
3.4.7.2 Kiểm tra, sửa chữa trục khuỷu TOYOTA 3A.
- Kiểm tra độ côn, độ ô van của cổ trục
- Phương pháp kiểm tra độ côn:
+ Dùng pan-me đo ngoài xác định hai kích thước của hai đầu cổ trục, chú ý hai kích thước này phải cùng nằm trong một mặt phẳng Hiệu số giữa hai kích thước trên chúng ta được trị số độ côn của cổ trục
+ Để bảo đảm chính xác, chúng ta nên kiểm tra nhiều vị trí
+ Khi độ côn vượt quá cho phép, mài lại trục khuỷu và thay bạc lót mới - Phương pháp kiểm tra độ ô van
+ Dùng panme đo ngoài, xác định kích thước ở một tiết diện bất kì đo chiều ngang và chiều thẳng đứng Trị tuyệt đối hiệu số các kích thước trên, chúng ta được độ oval