Bài Giảng Cơ Cấu Thanh Truyền - Trục Khuỷu

Cơ cấu thanh truyền - trục khuỷu gồm các chi tiết: - Nhóm piston piston, chốt piston, xéc măng và các vòng hãm chốt piston... Là buồng cháy có hai không gian gọi là buồng cháy chính và b

BÀI GIẢNG

CƠ CẤU THANH TRUYỀN -

TRỤC KHUỶU

PHẦN GIÁO VIÊN VÀ SINH VIÊN CÙNG NHAU TRAO ĐỔI TRÊN LỚP

1 Giới thiệu chung

2 Lực và mômen tác dụng lên

cơ cấu thanh truyền trục khuỷu

3 Kết cấu của piston

Theo Anh (chị) cơ cấu thanh truyền - trục

khuỷu gồm những chi tiết nào?

Cơ cấu thanh truyền - trục khuỷu gồm các chi tiết:

- Nhóm piston (piston, chốt piston, xéc măng

và các vòng hãm chốt piston)

- Thanh truyền

Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

2 Lực và mômen tác dụng lên cơ cấu thanh truyền - trục khuỷu.

?

Theo Anh (chị) để xác định lực tác dụng lên cơ cấu TT – TK trước hết ta cần xác định lực tác dụng lên đâu?

1 Trục khuỷu

2 Đỉnh piston

3.Thanh truyền

Đỉnh piston

2i - Lực quán tính Pj

+ Gọi m1 là khối lượng của nhóm piston ( gồm có

Piston, chốt piston và xéc măng)

+ Lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến quy về một đơn vị diện tích đỉnh piston;

Pj = - m1.R.ω2.(cosα + λcos2α) = Pj1 + Pj2

trong đó:

λ = R/L - thông số kết cấu của động cơ

R - Bán kính quay của trục khuỷu;

L - chiều dài thanh truyền

Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu

thanh truyền - trục khuỷu

3i - Xác định lực và mômen tác dụng lên Thanh truyền - Trục

- Lực ngang N tác dụng lên thành xilanh:

N = PΣ tg β

- Lực tác dụng dọc theo thân thanh truyền:

F = PΣ 1/cos β.+Ta chuyển điểm đặt lực F đến đầu to trục khuỷu và được phân tích thành lực tiếp tuyến T( gây ra mômen quay) và lực pháp

tuyến K( gây ra uốn trục khuỷu):

T = PΣ 1/cos β cos(α + β) - lực tiếp tuyến;

K = PΣ 1/cos β sin(α + β) - tác dụng dọc theo má khuỷu

+ Mô men quay của trục khuỷu:

M = T R+ Lực quán tính của các khối lượng chuyển động quay quy dẫn về chốt khuỷu:

3 Kết cấu của piston

Kết cấu Piston

3.1 - Đỉnh piston ?

Theo Anh (chị) đỉnh piston có nhiệm vụ gì?

- Cùng với xylanh và nắp xylanh tạo thành buồng cháy

- Tạo xoáy lốc cho dòng khí

Piston Sonex GDI

- Công nghệ Sonex có hiệu quả tốt nhất khi động cơ trang bị hệ thống phun xăng trực tiếp.

- Phần đỉnh piston được thiết kế thành những buồng nhỏ (micro-chamber),

và liên thông với nhau nhờ các đường dẫn Khi kim phun phun nhiên liệu vào buồng đốt chính, bộ phận SCAI - hệ thống kiểm soát tự kích nổ SCAI (Sonex Controlled Auto Ignition) cho phép một ít nhiên liệu đi vào hệ thống buồng nhỏ trong piston

Các hoá chất cháy trong buồng sẽ kích hoạt khối nhiên liệu đó,

và quá trình cháy lan truyền từ buồng này sang buồng khác trước khi thoát ra ngoài đốt cháy hoà khí bên ngoài buồng đốt chính Như vậy, quá trình cháy diễn ra ngay khi tỷ số nén của piston còn thấp, khắc phụ được hiện tượng tự kích nổ

+ Phân loại: về mặt kết cấu có các loại Đỉnh piston như sau:

- Đỉnh bằng: là loại phổ biến, có diện tích chịu nhiệt nhỏ

nhất, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo Loại này được sử dụng nhiều trong động cơ xăng và động cơ diezel có buồng cháy phân cách

?Anh (chị) hiểu thế nào là buồng cháy phân cách?

Là buồng cháy có hai không gian gọi là buồng cháy chính và buồng cháy phụ nối với nhau bằng những họng thông có tiết diện nhỏ (chỉ bằng vài phần trăm diện tích tiết diện ngang của piston)

Buồng cháy phân cách

a, b - Buồng cháy xoáy lốc.

c - Buồng cháy dự bị.

- Đỉnh lồi có độ cứng vững cao, ít kết muội than nhưng có diện

tích chịu nhiệt lớn nên ảnh hưởng xấu đến hoạt động của piston

Loại này thường dùng cho động cơ xăng có buồng cháy chỏm cầu xupáp treo và động cơ xăng hai kỳ xupáp treo, buồng cháy chỏm cầu

Kết cấu đỉnh piston của động cơ 2 kỳ quét vòng qua cửa thải Phía dốc đứng được nắp về phía cửa quét

?Theo Anh (chị) tại sao ta phải lắp như vậy?

Để hướng dòng khí quét lên sát nắp xylanh rồi vòng xuống qua cửa thải, nhằm mục đích quét sạch buồng cháy

- Đỉnh lõm có diện tích chịu nhiệt lớn nhưng tạo ra xoáy lốc

cho khí nạp trong quá trình nén

Loại này thường dùng cho động cơ diezel có buồng cháy thống nhất, mặc dù đầu piston nặng và khó giải quyết vấn

đề nhiệt cho séc măng nhưng tạo được chỉ tiêu kinh tế cao nên được sử dụng nhiều

- Đỉnh chứa buồng cháy: thường gặp trong động cơ điezel.

Kết cấu của nó phải thoả mãn các yêu cầu sau đây trong từng trường hợp cụ thể:

+ Phải phù hợp với hình dạng buồng cháy và hướng của chùm tia phun nhiên liệu để tạo thành hỗn hợp tốt nhất

+ Phải tận dụng được xoáy lốc của không khí trong quá trình nén

3.2 - Đầu piston

?

Theo Anh (chị) đường kính phần đầu

và phần thân có giống nhau không?

Không, đường kính phần đầu nhỏ hơn đường kính phần thân vì:

- Chịu nhiệt độ cao hơn

- Thân là phần dẫn hướng của piston

- Nhiệm vụ:

Đầu piston phải đảm bảo bao kín tốt cho buồng cháy nhằm ngăn khí cháy lọt xuống cácte dầu và dầu bôi trơn từ cácte sục lên buồng cháy Thông thường người ta dùng xéc măng để bao kín, số lượng tuỳ loại động cơ

Số lượng séc măng phụ thuộc vào tốc độ của piston và loại động cơ:

- Động cơ xăng: 3 – 4 séc măng khí

- Để đảm bảo độ bền và tản nhiệt tốt, phía trong piston có các gân chịu lực Có nhiều kiểu gân: gân ngang, gân song song,

Có thể làm thêm gân dọc theo bệ chốt piston

- Ở một số loại động cơ, trên đầu piston có rãnh chắn nhiệt

tránh cho séc măng trên cùng không bị quá nhiệt

-Ở một số loại động cơ, người ta lắp vòng tránh nhiệt bằng thép hay cả vành đai lắp séc măng chế tạo bằng thép chịu nhiệt sau

đó đúc vào đầu piston để đảm bảo bền cho đầu piston

- Để tránh cho piston không bị bó kẹt trong xilanh khi động cơ làm việc, phần đầu piston thường làm dạng côn

3.3 – Thân piston

Là phần dưới rãnh xécmăng dầu cuối cùng ở đầu piston làm nhiệm vụ dẫn hướng cho piston trong xilanh và chịu lực ngang Để dẫn hướng tốt, ít va đập, khe hở giữa thân piston và xilanh phải nhỏ

Chiều dài phần thân piston phụ thuộc loại động cơ

?

Theo Anh (chị) chiều dài phần thân của động cơ diezel dài

hơn động cơ xăng đúng hay sai?

Đúng, vì động cơ diezel có lực ngang lớn hơn

- Chiều dài của thân piston phải phù hợp với từng loại động cơ: + Nếu thân quá ngắn tác dụng dẫn hướng kém.

+ Đối với động cơ hai kỳ, thân piston phải đủ dài để khi piston lên đến điểm chết trên nó vẫn đóng kín cửa thải và cửa quét

nhưng lại mở cửa nạp để nạp khí nạp mới vào cacte

- Trên thân piston có bệ chốt để lắp chốt piston

?

Theo Anh (chị) lỗ chốt piston đặt chính giữa chiều dài thân

piston đúng hay sai?

Sai, vì nếu làm như vậy áp suất của piston nén lên xilanh

sẽ không đều

Do đó bệ chốt thường làm cao hơn trọng tâm của phần thân

piston

Vị trí của bệ chốt piston tính từ dưới lên: (0.6 ÷ 0.74)*H

H: Chiều cao của piston

?

Theo Anh (chị) lỗ chốt piston đặt chính giữa chiều ngang

thân piston đúng hay sai?

Sai, vì như vậy sẽ gây cho piston bị bó kẹt Vị trí được bố trí

sao cho piston và xilanh mòn đều, đồng thời giảm va đập và

gõ khi piston đổi chiều

Như Anh (chị) đã biết, piston có tiết diện ngang là hình côn, như vậy theo Anh (chị) bệ chốt piston đặt ở phần

đường kính lớn hay nhỏ?

Bệ chốt ở phần đường kính nhỏ, vì như vậy khi làm việc

do phần bệ chốt nhiều kim loại sẽ giãn nỡ nhiều hơn sơ với phần đường kính lớn, nên piston lúc này có dạng hình tròn

Như Anh (chị) đã biết, piston trong quá trình làm việc có thể bị bó kẹt Theo Anh (chị) piston bị bó kẹt là do những nguyên nhân nào?

Nguyên nhân gây bó kẹt:

- Lực ngang N

- Lực khí thể

- Kim loại giản nở

Như vậy, để chống bó kẹt cho piston nghĩa là phải khử những nguyên nhân trên Theo Anh (chị) ta có những biện pháp nào?

-Xẻ rãnh giãn nở trên thân piston

Khi xẻ rãnh người ta không xẻ hết để đảm bảo độ cứng vững cần thiết và thường xẻ chéo để tránh cho xilanh

bị gờ xước Khi lắp phải chú ý để bề mặt thân xẻ rãnh về

phía lực ngang N nhỏ.

Loại này có ưu điểm là khe hở lúc nguội nhỏ, động cơ không bị gõ, khởi động dễ dàng Nhưng khi xẻ rãnh thì độ cứng vững của piston giảm nên phương pháp này chỉ dùng

ở động cơ xăng.

- Đúc hợp kim có độ giãn nở dài nhỏ (ví dụ như hợp kim inva) vào bệ chốt piston để hạn chế giãn nở của thân theo phương vuông góc với tâm chốt

4 Xéc măng.

?Theo Anh (chị) tại sao ta lại dùng xéc măng để bao kín?

Vì:

Nếu không dùng xéc măng để bao kín thì lực masat giữa piston và thành xylanh lớn, dẫn đến gây cản trở sự chuyển động tịnh tiến của piston

4.1 – Xéc măng khí.

Kết cấu của xéc măng khí được đặc trưng bằng kết cấu của tiết diện và miệng xécmăng

+ Tiết diện hình chữ nhật: đơn giản, truyền nhiệt tốt, thông

dụng nhất nhưng nó có nhược điểm do chiều cao h lớn

nên khó làm khít nên thời gian rà khít với xilanh sau khi

lắp ráp lâu, áp suất riêng không lớn

Để làm kín tốt cần giảm h

+ Tiết diện hình thang cân: làm kín tốt, chống kết muội.

+ Tiết diện loại lưng côn:

Làm kín tốt do tiếp xúc đường nhưng khó chế tạo

do kết cấu phức tạp và phải đánh dấu khi lắp ráp sao cho khi xéc măng đi xuống sẽ có tác dụng như một lưỡi cạo

để gạt dầu

+ Loại tiết diện không đối xứng:

Khi làm việc phần lưng secmăng vênh lên và trở lên tiếp xúc đường tăng khả năng bao kín Kết cấu đơn

giản và dễ chế tạo hơn loại lưng côn

+ Tiết diện có rãnh ở mặt lưng:

Bao kín tốt hơn loại tiết diện hình chữ nhật do diện tích tiếp xúc nhỏ nhưng hay kết muội trong các rãnh, giảm khả năng truyền nhiệt

+ Loại tiết diện tổng hợp:

Tận dụng được ưu điểm của các loại khác nhưng kết cấu phức tạp, khó chế tạo

Miệng của secmăng có nhiều dạng:

Bao kín tốt, khó cắt, dùng cho động cơ tốc độ thấp

- Miệng secmăng động cơ hai kỳ

Có rãnh cố định không cho secmăng xoay, tránh gẫy

Secmăng được chia làm 2 loại:

Secmăng đẳng áp và secmăng không đẳng áp

+ Secmăng đẳng áp là secmăng có áp suất trên mặt công tác đồng đều Theo thí nghiệm sau một thời gian làm việc phần xung quay miệng secmăng sẽ mòn nhanh hơn Như vậy khi dùng secmăng không đẳng áp thì sau một thời gian làm việc sẽ trở thành secmăng đẳng áp

?Theo Anh (chị) tuỳ theo sự phân bố ứng suất, Séc măng được chia làm mấy loại?

4.2 – Xéc măng dầu.

?Theo Anh (chị) tại sao lại phải dùng thêm xéc măng dầu?

Vì:

- Nếu không có xéc măng dầu mà chỉ có xéc măng khí thôi thì trong quá trình hoạt động xéc măng khí đóng vai trò là một bơm dầu và đưa dầu lên trên buồng cháy

Secmăng dầu gồm các loại:

- Secmăng đơn: secmăng là một chi tiết Dùng cho đa số các loại động cơ

- Secmăng tổ hợp: gồm một số vòng thép ghép lại với nhau thành secmăng Loại này dùng cho một số loại động cơ xăng GAZ, ZIL,

Loại này có tác dụng ngăn dầu và giảm va đập rất tốt

Các loại secmăng có tiết diện khác nhau nhưng đều nhằm mục đích tăng áp suất tiếp xúc trên thành xilanh.

?Như Anh (chị) được biết xéc măng có nhiều loại tiết diện, nhưng chúng đều có chung mục đích gì?

Theo Anh (chị) các khe hở miệng của xéc măng có được

trùng nhau khi lắp trên piston không?

Không, vì nếu trùng thì:

- Khí cháy sẽ lọt xuống các te

- Giảm khả năng nạp, thải, áp suất nén […]

?Theo Anh (chị) các khe hở miệng của xéc măng có được lắp

như thế nào?

Theo Anh (chị) cách lắp xéc măng giữa động cơ 2 kỳ và

bốn kỳ có sự khác nhau không?

?

Có, vì động cơ hai kỳ có các của nạp và xả bố trí dọc xylanh Nên xéc măng phải được cố định không xoay

5 Phân tích một số điều kiện làm việc của trục khuỷu.

Trong quá trình động cơ làm việc, trục khuỷu chịu lực tác dụng rất phức tạp:

Những lực này có cường độ thay đổi làm cho trục khuỷu bị

va đập; gây cho trục khuỷu ứng suất kéo, nén, uốn, xoắn; gây ra dao động dọc và dao động xoắn làm động cơ rung động, mất cân bằng

6 Tác dụng của đối trọng

Trục khuỷu động cơ

Đối trọng là các khối lượng gắn

trên trục khuỷu để tạo ra lực

3 Giảm tải trọng tác dụng cho một cổ khuỷu, VD: cho cổ giữa trục khuỷu động cơ 4 kỳ, 4 xilanh.

Đối với TK này, các lực quán tính ly tâm Pk tự cân bằng nhưng tạo ra cặp mômen Mpk luôn gây uốn cổ giữa Khi có đối trọng, cặp mômen của đối trọng sẽ cân bằng cặp mômen Mpk Nên giảm được tải cho cổ giữa

4 Đối trọng còn là nơi để khoan bớt các khối lượng khi cân bằng động hệ trục khuỷu

Thực chất: - Chuyển một phần lực mất cân bằng trên một phương sang phương vuông góc

Phạm vi: thường dùng cho động cơ đặt nằm ngang