CO CAU KHUYU TRUC THANH TRUYEN

• Cơ cấu khuỷu trục - TT: - Nhóm chi tiết cố định của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền gồm có: thân máy, nắp xy lanh, ống lót xy lanh, ổ trục chính - Nhóm chi tiết chuyển động của cơ cấu

Chương 3 Các cơ cấu chính của động cơ

Giới thiệu chung:

• 2 cơ cấu chính: Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền và cơ cấu phối khí

• Cơ cấu khuỷu trục - TT:

- Nhóm chi tiết cố định của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền gồm có: thân máy, nắp xy lanh, ống lót xy lanh, ổ trục chính

- Nhóm chi tiết chuyển động của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền gồm có: pít tông, thanh truyền, trục khuỷu và bánh đà

• Cơ cấu phối khí: xupáp, lò so xupáp, đế xupáp, cò mổ, đũa đẩy, con đội, trục cam, dẫn động trục cam, pha phối khí

bài 1 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền (CC KTTT)

1 Lực và mô men tác dụng lên các chi tiết của CC KT-TT

Lực tác dụng trên động cơ một xy lanh

Lực khí thể

Lực khí thể là hợp lực của lực do khí cháy sinh ra tác dụng trên đỉnh pít tông và lực do áp suất tác dụng trong không gian phía dưới đỉnh pít tông Quy về lực riêng trên

đỉnh piston gọi là áp suất: pk = pk ' ư pk"

Lực quán tính

- Lực quán tính của các khối lượng tham gia chuyển

động tịnh tiến Pj là tích số của khối lượng tham gia chuyển

động tịnh tiến với gia tốc chuyển động của pít tông

- Khối lượng của các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến là khối lượng của pít tông, chốt pít tông, xéc măng, khóa hãm chốt pít tông và phần khối lượng của

đầu nhỏ thanh truyền quy về đường tâm chốt pít tông (khối lượng này thường chọn bằng (0,2 ữ 0,3) khối lượng toàn bộ thanh truyền)

- Lực quán tính cũng được tính trên một đơn vị diện tích của đỉnh pít tông

- Lực Ptt được rời theo đường tác dụng đến tâm chốt khuỷu và được phân thành hai lực, lực tiếp tuyến T tác dụng vuông góc với khuỷu trục và lực pháp tuyến Z tác dụng theo đường tâm má khuỷu

- Mô men xoắn Mx của động cơ: Mx = T x R

- Phần khối lượng quay của trục khuỷu và phần khối lượng của đầu to thanh truyền quy dẫn về đường tâm chốt khuỷu sinh ra lực quán tính ly tâm Pr Pr hướng từ tâm quay ra ngoài

và trùng với phương của lực Z Pr và Z sẽ tác dụng lên ổ trục của trục khuỷu

- Lực quán tính ly tâm thường được cân bằng bằng cách đặt đối trọng trên phương kéo dài của má khuỷu

2 Các chi tiết cố định của cơ cấu khuỷu trục - TT (vỏ động cơ)

Vỏ động cơ gồm các chi tiết: thân máy, nắp xy lanh, ống lót xy lanh, ổ trục chính

2.1 Thân máy

Nhiệm vụ: là một bộ phận của vỏ động cơ, trên đó bố trí các ống lót xylanh, ổ trục chính, áo nước

làm mát, các cơ cấu dẫn động, các hệ thống đường ống

Yêu cầu:

- Đảm bảo độ cứng vững trong mặt phẳng nằm ngang và mặt phẳng dọc của động cơ;

- Phải đơn giản về mặt kết cấu, dễ chế tạo và có khối lượng nhỏ

Vật liệu chế tạo:

- Động cơ diesel: chủ yếu được đúc bằng gang, gần đây đã sủ dụng hợp kim nhôm đúc

- ĐC xăng: chủ yếu được đúc bằng nhôm, cũng có loại sử dụng gang

Cấu tạo: kiểu thân xy lanh - hộp trục khuỷu, kiểu thân rời, kiểu tunen (Tatra)

Thân máy kiểu thân xy lanh

hộp trục khuỷu

1 Hộp trục khuỷu;

2,3 Đường dầu bôi trơn;

4 Vách ngăn ổ trục chính

2.2 Xy lanh là một trong những chi tiết quan trọng nhất của vỏ động cơ

Nhiệm vụ:

- Cùng với nắp máy, đỉnh pít tông tạo ra không gian thể tích công tác của động cơ (Va, Vc, Vh)

- Thành xy lanh dùng để dẫn hướng pít tông khi chuyển động tịnh tiến;

Điều kiện làm việc: rất nặng nhọc do thường xuyên tiếp xúc với SVC có áp suất và nhiệt độ cao,

chịu mài mòn do ma sát, va đập

Sự mòn xy-lanh có thể dẫn đến một số khuyết tật như:

• Tiếng gõ cạnh pittông

• Tiêu hao nhiều dầu động cơ bất thờng

• Lọt khí nén

Mòn hoặc hỏng mặt trong của xy-lanh có thể

là do các nguyên nhân sau đây:

Yêu cầu: bề mặt bên trong của xy lanh (mặt gương) phải được gia công với độ bền, độ cứng vững,

khả năng chống mòn , độ chính xác và độ bóng cao

Cấu tạo:

- Xy lanh có thể được chế tạo rời hoặc đúc liền với thân máy

- Xy lanh phải được làm mát bằng chất lỏng hoặc không khí để giữ cho nhiệt độ của thành xy lanh

và ứng suất nhiệt của xy lanh nằm trong giới hạn cho phép

Xy lanh của động cơ làm mát bằng không khí

- ống lót ướt được đặt vào thân xy lanh nhờ vành vai tựa được bố trí ở những vị trí khác nhau: phía trên cùng, ở giữa hoặc ở phía dưới của ống lót Giữa ống lót xy lanh và thân máy là khoang nước làm mát Để tránh rò nước vào các te dưới, bề mặt hình trụ phía dưới được bao kín bằng các vòng cao su

- Bề mặt gương xy lanh có thể gia công trực tiếp trên thân xy lanh (thường ở đoạn phía trên có lắp ống lót chịu nhiệt) hoặc làm ống lót riêng rồi lắp vào thân xy lanh

- Việc sử dụng ống lót xy lanh rời cho phép tăng được tuổi thọ của thân xy lanh bằng cách thay thế các ống lót xy lanh đã bị mòn hoặc chế tạo chúng bằng gang hay thép có khả năng chống mòn cao ống lót được ép vào thân xy lanh và sau khi ép mới tiến hành gia công cơ khí đến kích thước cuối cùng

- ở phần giữa của ống lót xy lanh của động cơ hai kỳ có bố trí các cửa nạp (xem hình 5.10) Để tránh lọt khí người ta sử dụng các đệm bằng đồng và để tránh rò nước người ta sử dụng các vòng bằng cao su

- ống lót ướt được sử dụng phổ biến hơn so với ống lót khô do chất lượng làm mát cao hơn Nhược

điểm của ống lót ướt là làm giảm sức bền và độ cứng vững của thân xy lanh, đồng thời cần thiết phải sử dụng đệm bao kín để tránh rò nước

Bôi trơn:

- Động cơ cao tốc việc bôi trơn bề mặt gương xy lanh được thực hiện theo kiểu vung té

- Động cơ tốc độ thấp có thể dẫn dầu theo các đường ống để bôi trơn cho xy lanh

- Động cơ hai kỳ công suất nhỏ (động cơ xe mô tô) có thể pha dầu nhờn trực tiếp vào nhiên liệu theo một tỷ lệ nhất định (từ 1:25 đến 1:50)

Vật liệu chế tạo: gang hoặc thép, được nhiệt luyện gia công bề mặt và gai công chính xác

ống lót xy lanh của động cơ hai kỳ

Cỡ xy-lanh (áp dụng cho một số loại động cơ)

- Ngay cả khi còn mới tinh thì kích thước lòng

- Để tăng độ chính xác của khe hở píttông, phải

sử dụng píttông tiêu chuẩn phù hợp với cỡ lanh Khi cỡ xy-lanh tăng một cấp thì đường kính trong của nó tăng lên 0,01 mm (tùy loại

xy-động cơ)

- Một số động cơ có đến bốn, năm cỡ xy-lanh tiêu chuẩn

- Ngoài ra cũng có những động cơ chỉ có một cỡ xy-lanh, trong trường hợp đó chúng không có mã cỡ trên đầu thân máy

2.3 N¾p m¸y (n¾p xylanh hay n¾p quy l¸t)

NhiÖm vô:

- N¾p m¸y n»m trªn th©n m¸y MÆt d−íi cña n¾p m¸y lâm vµo, cïng víi pÝtt«ng vµ thµnh xylanh t¹o thµnh buång ch¸y

§iÒu kiÖn lµm viÖc:

- N¾p m¸y chÞu t¸c dông cña lùc khÝ thÓ vµ lùc xiÕt ban ®Çu cña bul«ng hoÆc guj«ng

- N¾p xy lanh chÞu øng suÊt nhiÖt rÊt lín

CÊu t¹o:

Nắp máy của động cơ điêden buồng cháy thống nhất

- Kết cấu và hình dạng của nắp xy lanh phụ thuộc rất nhiều vào phương thức làm mát, bố trí xu páp, hình dạng buồng cháy, sự bố trí của vòi phun hoặc nến lửa

- Bên trong nắp máy có lỗ dầu và áo nước để làm mát các xupáp và bugi

- Nắp xy lanh có thể được chế tạo chung cho tất cả các xy lanh, cho một nhóm xy lanh hoặc chế tạo cho từng xy lanh một

- Nước làm mát dẫn tới các khoang nước của nắp xy lanh từ các khoang nước làm mát xy lanh

- Giữa thân máy và nắp máy là tấm đệm nắp máy (gioăng), có tác dụng làm kín mối liên kết giữa hai khối để chống lọt các khí áp suất cao, khí cháy, nước làm mát và dầu động cơ

2.4 ổ trục chính

Tác dụng: đỡ trục khuỷu trong hộp trục khuỷu và đảm bảo cho trục khuỷu động cơ làm việc bình thường trong điều kiện nặng nhọc

Phân loại: theo kết cấu, ổ trục chính được chia thành ổ trượt và ổ lăn ở động cơ đốt trong (ngoài

động cơ mô tô, một vài động cơ ô tô và động cơ có công dụng đặc biệt) người ta thường dùng ổ trượt

- ổ trượt có bạc lót hình trụ chia thành hai nửa

- bạc lót được chế tạo bằng gang, thép hoặc đồng thanh, bề mặt tiếp xúc của bạc với cổ trục được phủ một lớp hợp kim chống mòn

- Có 2 loại bạc lót: dày và mỏng

- Bạc lót mỏng chỉ làm bằng thép và tráng một lớp hợp kim đồng thanh chì với chiều dày (0,3 ữ 0,7) mm Bạc lót dày có tráng hợp kim ba bít

- ở mặt tiếp giáp giữa hai nửa bạc lót thường một

số đệm bằng đồng thau để điều chỉnh khe hở giữa bạc lót và cổ trục khi lớp hợp kim babít bị mòn Bạc lót được định vị chiều trục nhờ chốt

định vị hoặc lưỡi gà chống xoay Nắp ổ trục được bắt chặt với vách ngăn bằng bu lông, gu jông

- Một trong các ổ trục chính của trục khuỷu, thường là ổ trục gần bánh đà được dùng làm ổ chặn để hạn chế dịch chuyển chiều trục của trục khuỷu, trên bạc lót có vai tỳ tráng lớp hợp kim chống mòn hoặc dùng các vòng đệm tỳ lắp trong rãnh của các vách ngăn và rãnh trên nắp ổ trục

3 Các chi tiết chuyển động của cơ cấu KT-TT:

3.1 Giới thiệu

Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền là một cơ cấu chính của động cơ

Sơ đồ cơ cấu khuỷu trục thanh truyền (CCKTTT)

a CCKTTT động cơ một hàng xy lanh; b CCKTTT động cơ hình chữ V;

3.2 Nhóm pít tông gồm pít tông, xéc măng, chốt pít tông, khoá (hoặc nút hãm) chốt pít tông

3.2.1 Pít tông là một trong những chi tiết quan trọng nhất, làm việc nặng nhọc nhất của động cơ

Nhiệm vụ:

- Đảm bảo hình dạng yêu cầu của buồng cháy và bao kín không gian thể tích công tác của động cơ;

- Truyền lực khí thể cho thanh truyền và thành xy lanh;

- Đóng mở các cửa nạp và cửa thải (đối với động cơ hai kỳ)

tiếp xúc với khí cháy có nhiệt độ cao, chịu ma sát và mài mòn

Cấu tạo: chia 3 phần : đỉnh, đầu và thân

- Đỉnh: tiếp nhận lực khí thể, phải rất bền + Đc diesel: hình dạng đỉnh pít tông được xác định bởi hình dạng của buồng cháy và phù hợp với hình dạng của chùm tia nhiên liệu của vòi phun

+ Đ/cơ hỗn hợp bên ngoài và tỷ số nén thấp người ta thường dùng loại pít tông đỉnh bằng

Động cơ hai kỳ quét vòng, đỉnh pít tông có hình dạng hợp lý để dẫn hướng cho dòngkhí quét

- Đầu: có các rãnh lắp xéc măng để bao kín

xy lanh, tránh lọt khí và sục dầu

- Thân: dùng để dẫn hướng ở khoang bên

trong của phần thân có bệ và lỗ để lắp chốt pít tông Thân pít tông chịu tác dụng của lực ngang N

CÊu t¹o cña pÝt t«ng

Vật liệu chế tạo: gang, hợp kim nhôm

- Hợp kim nhôm: có sức bền cơ học và khả năng chống mòn thấp nhưng lại nhẹ, thường được dùng trên các động cơ cao tốc khả năng dẫn nhiệt của hợp kim nhôm lớn hơn 3 ữ 4 lần so với gang, do đó nhiệt độ đỉnh pít tông chế tạo bằng hợp kim nhôm thấp hơn nhiều so với pít tông chế tạo bằng gang, cải thiện được chất lượng nạp cho động cơ và cho phép tăng được tỷ số nén đối với động cơ tạo hỗn hợp bên ngoài Ngoài ra, do hệ số ma sát của hợp kim nhôm nhỏ hơn nên giảm được tổn thất ma sát cho động cơ

- Nhược điểm của hợp kim nhôm là hệ số giãn nở dài vì nhiệt lớn (lớn gấp 2 ữ 2,5 lần so với gang), vì vậy khi chế tạo pít tông bằng hợp kim nhôm thì khe hở giữa pít tông và xy lanh phải lớn Khe hở quá lớn sẽ gây khó khăn cho việc khởi động động cơ, gây ra tiếng gõ khi động cơ còn nguội cũng như khi làm việc ở chế độ tải nhỏ

- Gang: có sức bền cơ học lớn, chống mòn tốt và có hệ số giãn nở dài vì nhiệt nhỏ nhưng lại có khối lượng lớn

- Pít tông thường được làm mát bằng dầu dẫn theo đường tâm thanh truyền và phun ra qua các lỗ phun trên đầu nhỏ thanh truyền hoặc dầu vung té

3.2.2 XÐc m¨ng

a Xéc măng khí: bao kín, ngăn lọt khí xuống các te Truyền nhiệt từ piston cho thành xylanh

- Làm việc trong điều kiện rất nặng nhọc, chịu lực lớn, tốc độ trượt và nhiệt độ cao Bị nung nóng do tiếp xúc với khí cháy và ma sát với thành xy lanh Mất mát do ma sát giữa xéc măng và thành xy lanh chiếm tới (40 ữ 50)% tổn thất cơ khí trên động cơ

- Miệng xéc măng thường cắt thẳng, miệng cắt xiên hoặc bậc ít dùng vì khó gia công mà hiệu quả bao kín cũng không hơn nhiều

- Miệng xéc măng được bố trí lệch nhau một góc 90 ữ 1200 để tăng cường bao kín

- ở những động cơ tạo hỗn hợp bên ngoài, do áp suất khí nén và cháy giãn nở không cao, mỗi pít tông có thể lắp từ 2 ữ 4 xéc măng khí (động cơ tốc độ thấp dùng nhiều xéc măng khí hơn)

- ĐC điêden, do áp suất khí nén và cháy giãn nở cao nên mỗi pít tông có từ 3 ữ 6 xéc măng khí, đảm bảo dễ khở động động cơ

Vật liệu chế tạo: gang với các chất phụ gia như crôm, niken, molipden để xéc măng có đủ sức bền

cần thiết, độ cứng cao và khả năng chống mòn tốt

b Xéc măng dầu: để gạt dầu thừa từ bề mặt gương xy lanh về các te, tránh bơm dầu vào buồng

cháy và san đều lớp dầu trên bề mặt gương xy lanh Một phần dầu được dẫn lên buồng cháy do tác dụng bơm dầu của xéc măng khí, gây ra tiêu hao dầu nhờn quá lớn, gây muội than và kết cốc trên thành buồng cháy Trên mỗi pít tông người ta lắp từ 1 ữ 3 xéc măng dầu

- Được bố trí ở phần thân pít tông và ở phần đầu pít tông phía dưới xéc măng khí

Cấu tạo: bề mặt ngoài của xéc măng được làm có dạng hình côn hoặc vát

Khi xéc măng chuyển động lên phía trên, nó sẽ “bơi” trên lớp dầu, khi pít tông chuyển động xuống phía dưới, cạnh sắc của xéc măng sẽ có tác dụng gạt dầu Để thoát dầu, trên thành pít tông người ta khoan các lỗ thoát dầu hoặc các rẵnh thoát dầu

C¸ch bè trÝ miÖng xÐc m¨ng

3.2.3 Chốt pít tông

Nhiệm vụ: nối pít tông với đầu nhỏ thanh truyền

Điều kiện làm việc: chịu tác dụng của lực có giá trị rất lớn, thay đổi về dấu và trị số

Vật liệu chế tạo: thép cacbon chất lượng cao hoặc bằng thép hợp kim Bề mặt ngoài của chốt

thường được thấm than và tôi để đạt độ cứng lớn

Cấu tạo:

- Tiết diện ngang của chốt có thể là đặc hoặc vành khăn, bề mặt bên trong có thể là hình trụ trơn, trụ bậc hoặchình côn

- Tiết diện dọc hình côn của chốt pít tông như một dầm chịu uốn phân bố đều và giảm được khối lượng cho chốt pít tông

- Hai đầu chốt được lắp trong lỗ bệ chốt pít tông, phần giữa nối với đầu nhỏ thanh truyền

- PP lắp ghép: thường sử dụng phương án lắp

“bơi”, trong đó chốt có thể xoay tự do trong

bệ chốt và đầu nhỏ thanh truyền

- Khóa hãm lò xo hoặc dùng nút hãm chế tạo bằng các loại hợp kim mềm để hạn chế dịch chuyển chiều trục của chốt pít tông

3.2.4 Thanh truyền

Nhiệm vụ: dùng để nối pít tông với trục khuỷu

Điều kiện làm việc: thanh truyền thực hiện chuyển động song phẳng và chịu tác dụng của tải trọng

thay đổi do lực khí thể và lực quán tính gây nên Lực tác dụng trên thanh truyền gây ra biến dạng rất phức tạp: kéo, nén, uốn dọc và uốn ngang Do đó thanh truyền cần phải đủ bền và độ cứng vững khi có khối lượng nhỏ

Vật liệu: thường là thép cacbon hoặc thép hợp kim và được chế tạo bằng phương pháp rèn dập, sau

đó tiến hành gia công cơ khí và nhiệt luyện

Phân loại: Tùy theo kiểu động cơ và việc bố trí xy lanh, thanh truyền được chia thành ba nhóm:

- TT động cơ một hàng xy lanh,

- TT động cơ nhiều hàng xy lanh

- TT động cơ có cơ cấu khuỷu trục thanh truyền có guốc trượt

CÊu t¹o: gåm 3 phÇn: ®Çu nhá, th©n vµ ®Çu to

1 Th©n thanh truyÒn; 2 §Çu nhá thanh truyÒn; 3 §ai èc bul«ng thanh truyÒn; 4 §Çu to thanh truyÒn;

5 N¾p ®Çu to thanh truyÒn; 6 Bul«ng thanh truyÒn

Đầu nhỏ thanh truyền: được chế tạo liền khối và có dạng hình trụ Trên đầu nhỏ có ép bạc lót chế tạo bằng đồng thanh hoặc bằng thép có tráng lớp hợp kim chống mòn để làm ổ trượt cho chốt pít tông Bôi trơn đầu nhỏ: Dầu có thể được dẫn lên từ trục khuỷu qua lỗ dầu khoan dọc trên thân thanh truyền hoặc hứng dầu vung té lên trong quá trình động cơ làm việc Đôi khi trên đầu nhỏ thanh truyền có lắp ổ lăn, chủ yếu trên động cơ cỡ nhỏ, song do tính chất va đập của tải trọng tác dụng lên đầu nhỏ thanh truyền mà ổ lăn ít được sử dụng

Thân TT: dùng để nối đầu nhỏ với đầu to thanh truyền và có thể có hình dạng khác nhau Để tránh tập trung ứng suất ở các đoạn chuyển tiếp từ thân tới các đầu thanh truyền được làm với bán kính góc lượn lớn và thân thanh truyền được làm lớn dần từ đầu nhỏ đến đầu to thanh truyền Tiết diện ngang của thân thanh truyền thường có dạng hình chữ I