Nghiên cứu về kết cấu trục khuỷu thanh truyền nhóm Piston

Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội

lời nói đầu
Trong sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế quốc dân , giao thông là một
vấn đề hết sức quan trọng . Trong đó giao thông đờng bộ giữ một tầm quan trọng
đặc biệt . Với sự cơ động và việt dã cao hoạt động trong nhiều hoàn cảnh khác nhau
, điều đó đã tạo cho ôtô trở thành một trong những phơng tiện chủ yếu để chuyên
chở hành khách và hàng hoá .
Ngoài ra ôtô còn là một tài sản lớn của các cơ quan xí nghiệp hay mỗi cá
nhân , do vậy việc tìm hiểu cấu tạo cũng nh nguyên lý hoạt động , sửa chữa hay
bảo dỡng đều rất cần thiết nhằm nâng cao thời gian sử dụng của xe ,đảm bảo tính
năng hoạt động của nó .
Thiết kế Cấu tạo động cơ'' là một môn học hết sức thiết thực , nó không
những trang bị kiến thức cho nghành nghề mà phát triển nó còn giúp cho nghành
động cơ nói chung và nghành ôtô riêng nớc ta phát triển. Đó cũng là một trong
những trang bị cần thiết cho công cuộc xây dựng đất nớc theo con đờng công
nghiệp hoá , hiện đại hoá .
Đề tài nghiên cứu Kết cấu nhóm piston là một đề tài chuyên sâu, nó chứa
đựng một lợng kiến thức cơ bản về động cơ giúp cho ngời học hiểu rõ cấu trúc và
nguyên lý của máy .

11
Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội

Chơng I
Nhiệm vụ, kết cấu chung của cơ cấu
trục khuỷu - thanh truyền.
1.1/ nhiệm vụ:
Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền biến đổi nhiệt năng ở hành trình cháy giãn nở sinh
công thành cơ năng thông qua chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay
của trục khuỷu. Nhờ có cơ cấu biên tay quay mà các kỳ : hút , xả , nén đợc thực hiện.

Mômen xoắn quay sinh ra ở trục khuỷu động cơ qua bánh đà và các hệ thống truyền lực
cho các bánh xe chủ động.
1.2/ kết cấu:
Cơ cẩu trục khuỷu-thanh truyền gồm các chi tiết: piston , xecmăng, chốt piston,
thanh truyền, bulông biên , bạc biên, trục khuỷu, bánh đà
1.2.1 Piston:
Piston là một hình trụ rỗng, một đầu kín bên trong có các gân chịu lực Piston đợc
chia làm ba phần chính:
- Phần đỉnh
- Phần đầu
- Phần thân
1.2.2 Xecmăng :
Xecmăng là một hình khoét tròn có chỗ cắt hở miệng, hai mặt cạnh đợc mài
phẳng, nhẵn, bóng. Xecmăng có mặt cắt ngang hình chữ nhật
Xecmăng gồm hai loại :
- Xecmăng khí
- Xecmăng dầu
1.2.3 Chốt piston:
Chốt piston đợc chế tạo theo dạng ống tròn rỗng, mặt ngoài chốt đợc tôi một lớp
mỏng băng điện cao tần để tăng tính chịu mòn của chốt. Bên trong của chốt có thể cắt
theo các dạng: Lỗ thẳng, lỗ côn , lỗ bậc. Chốt piston dùng để nối piston với đầu nhỏ thanh
truyền.
1.2.4 Thanh truyền:

22
Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội

Thanh truyền là chi tiết dùng để nối piston với trục khuỷu thông qua chốt nhằm
biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.
Thanh truyền đợc chia làm ba phần chính là:

- Đầu nhỏ thanh truyền.
- Thân thanh truyền.
- Đầu to thanh truyền.


Hình 1.1 : Thanh truyền.
1.2.4.1 Đầu nhỏ thanh truyền:
Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền phụ thuộc vào chốt piston và phơng pháp lắp ghép
chốt piston và đầu nhỏ thanh truyền.

33
Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội

Khi chốt piston lắp tự do đầu nhỏ thanh truyền có hình trụ rỗng:


Hình 1.2 : Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền khi chốt piston lắp tự do
ở động cơ cỡ lớn thờng dùng đầu nhỏ thanh truyền có dạng cung tròn đồng tâm
(hình a ) , đôi khi dùng kiểu ovan để tăng độ cứng, vững của đầu nhỏ thanh truyền (hình
b).Trong động cơ máy bay , động cơ xăng dùng trên ô tô đầu nhỏ thanh truyền có hình trụ
mỏng (hình c). Khi lắp chốt tự do, do có sự chuyển động tơng đối giữa chốt và đầu nhỏ
nên phải chú ý bôi trơn bề mặt masát ,thông thờng dầu bôi trơn đầu nhỏ với chốt đợc đa
lên bằng đờng dẫn dầu khoan dọc thân thanh truyền (hình a,b,d). ở động cơ hai kỳ đầu
nhỏ luôn chịu áp lực nén ,do đó dầu đa nên bôi trơn phải có áp suất cao và giữ đợc dầu
bôi trơn trên bạc lót, đầu nhỏ có các rãnh chéo để chứa dầu nhờn (hình d). Đầu thanh
truyền đợc bôi bằng cách vung té, để hấng đợc dầu bôi trơn, trên đầu nhỏ thanh truyền
ngời ta có khoan các lỗ hấng dầu hoặc phay các rãnh.
Hình 1.3 : Bố trí lỗ hứng dầu trên đầu nhỏ thanh truyền
ở một số động cơ hai kỳ cao tốc áp suất rất lớn và khó bôi trơn do đó ngời ta
không dùng bạc lót mà ngời ta dùng ổ bi đũa.

44
Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội

Hình 1.4 : Đầu nhỏ thanh truyền dùng ổ bi đũa
Đối động cơ làm mát đỉnh piston bằng dầu bôi trơn, trên đầu nhỏ thanh truyền phải
bố trí lỗ phun dầu. ở động cơ cao tốc trên đầu nhỏ thanh truyền đôi khi làm lồi lên một
ít, vấu lồi này dùng để điều chỉnh trọng lợng và trọng tâm của thanh truyền.
Chiều dày đầu nhỏ thanh truyền thờng chọn :
Đối với thanh truyền đợc gia công cơ khí mặt ngoài:
mm
d
d
3,12,1
2
1
ữ=
Đối với thanh truyền không đợc gia công cơ khí mặt ngoài:
mm
d
d
45,135,1
2
1
ữ=
Chiều dày nhỏ nhất của đầu nhỏ thanh truyền thờng không đợc nhỏ hơn 4mm.
Chiều dài đầu nhỏ phải nhỏ hơn khoảng cách giữa hai bệ chốt piston ít nhất là 3mm.


55

Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội

Khi lắp chốt piston cố định trên đầu nhỏ thanh truyền :
Hình 1.5 : Đầu nhỏ thanh truyền khi lắp cố định với chốt
Ưu điểm : Do sự mất cân bằng, do khối lợng đầu nhỏ phân bố không đối xứng ít
gây ra ảnh hởng đến sức bền của đầu nhỏ thanh truyền.
Nh ợc điểm : Đầu nhỏ thanh truyền không cân bằng khi chuyển động .
Kết cấu kiểu này tuy làm tăng tác dụng định hớng của piston , tránh kẹt vớng
piston khi thanh truyền bị cong , bị xoắn hoặc chế tạo và gia công thiếu chính xác, nhng
làm cho kết cấu piston phức tạp, khó gia công đầu nhỏ thanh truyền.
1.2.4.2 thân thanh truyền :
Dùng để nối đầu nhỏ với đầu to thanh truyền.
Tiết diện ngang của thân thanh truyền :
Hình 1.6 : Tiết diện thân thanh truyền
Loại thân thanh truyền có tiết diện tròn (hình c,d) thờng dùng trong động cơ tĩnh
tại và tầu thuỷ tốc độ thấp. Loại thân có tiết diện hình chữ I(hình a,b) loại này đợc dùng
rất nhiều trong động cơ ô tô-máy kéo và động cơ cao tốc. ở một vài loại động cơ nhiều
hàng xilanh, đôi khi dùng loại thanh truyền có tiết diện hình chữ H (hình e). Loại thân
thanh truyền có tiết diện hình chữ nhật và ovan (hình g,h) thờng dùng trong động cơ mô
tô, xuồng máy, động cơ cỡ nhỏ. Loại này kết cấu đơn giản dễ chế tạo.
Để tăng độ cứng vững và dễ khoan đờng dầu bôi trơn, thân thanh trruyền có gân
gia cố trên suốt chiều dài của thân (hình i), đờng kính lỗ dầu thông thờng bằng 4ữ8mm).
Do công nghệ khoan lỗ khó khăn đối với những thanh truyền có thân dài nên có khi ngời
ta gắn đờng ống dẫn dầu bôi trơn ở phía bên ngoài thân

66
Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội

1.2.4.3 Đầu to thanh truyền :
Đầu to thanh truyền dùng để lắp ghép trục khuỷu với đầu to thanh truyền khi thiết

kế chế tạo cần đảm bảo các yêu cầu sau:
- Độ cứng vững tốt để bạc lót không bị biến dạng
- Kích thớc nhỏ , gọn để đảm bảo lực quán tính chuyển động quay nhỏ ,
giảm tải trọng lên chốt khuỷu.
- Chỗ chuyển tiếp giữa thân và đầu to thanh truyền phải có góc lợn để tránh
ứng suất tâp trung.
- Dễ lắp ghép cụm piston , thanh truyền với trục khuỷu.
Thông thờng đầu to thanh truyền đợc cắt thành hai nửa. Nửa trên làm liền với thân
thanh truyền. Nửa dới cắt rời ra làm thành nắp đầu to. Hai nửa đầu to thanh truyền đợc lắp
ghép với nhau bằng bulông hay gujông, bạc lót cũng cắt làm hai nửa.

Hình1. 7 : Đầu to thanh truyền của động cơ ôtô - máy kéo và động cơ tĩnh tại
Đầu to thanh truyền có thể làm liền thành một khối lắp với trục khuỷu rời. Đầu to
thanh truyền cắt chia theo mặt cắt nghiêng (30ữ60
0
) so với tâm thanh truyền.


77
Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội

Hình1. 8: Đầu to thanh truyền cắt vát theo góc 45
0
và 0
0
và đầu to thanh truyền
dùng chốt côn
ở một số động cơ đầu to thanh truyền và thân có thể làm rời dùng gujông để lắp
ghép. Dùng chốt côn để lắp ghép đầu to thanh truyền theo kiểu khớp bản lề , chốt có độ
côn rất nhỏ.

Rút ngắn khoảng cách giữa hai đờng tâm lỗ bulông thanh truyền bằng cách khoan
lỗ bulông gần vào tâm lỗ đầu to. Có khoan lẹm vào cả bạc lót, lúc này bulông thanh tryền
có tác dụng định vị bạc lót.

Hình 1.9 : Dịch tâm lỗ bulông
1.2.4.4 Đối ô tô jil-130:
Thanh truyền chế tạo bằng thép. Tiết diện chữ I đầu to cắt làm hai nửa. Bôi trơn
chốt piston bằng cách phun dầu. Đầu trên có ống lót bằng đồng thanh. Để lắp cơ cấu trục
khuỷu thanh truyền đợc đúng , cần cho số ở biên tay quay của nhóm bên phải hớng về
phía sau, còn nhóm bên trái thì hớng về phía trớc theo chiều chuyển động của ô tô.

1.2.5/ Bulông biên :
Bulông biên là một chi tiết nhỏ nhng rất quan trọng. Khi bulông biên bị đứt , động
cơ sẽ bị h hỏng nặng có thể gây tai nạn lao động đối với ngời vận hành.

88
Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội

Hình1. 10 : Bulông thanh truyền
Bulông biên khác bulông thờng để tránh xoay đầu bulông ngời ta mài vát và đợc
hãm bằng đai ốc xẻ, phần ren có khoan lỗ để lắp chốt chẻ hoặc dùng long đen gập để hãm
đai ốc.
Với điều kiện làm việc hết sức phức tạp, ngời ta thiết kế tính toán chế tạo sao cho
bulông biên chỉ chịu lực kéo, tránh lực cắt và lực uốn muốn vậy phải chú ý thực hiện các
biện pháp:
- Gia công bề mặt tựa của bulông và đai ốc vuông góc với đờng tâm thanh
truyền khiến cho khi lắp ghép bulông và thanh truyền không bị uốn do bề mặt tiếp xúc
không bị kênh
- Hình dáng đầu bulông cố gắng làm đối xứng, mặt ren ốc phải đồng tâm
với đờng tâm bulông để phơng lực kéo bulông trùng với đờng tâm bulông để khi xiết

bulông không gây ra mômen uốn phụ.
Tăng sức bền chống mỏi của bulông :
- ở những chỗ thay đổi đờng kính, kích thớc bulông cũng gần nh thay đổi ở
phần nối tiếp thân bulông với đầu bulông, thân bulông với đoạn ren đều có góc lợn để
giảm ứng suất tập trung .
- Để tăng sức bến chống mỏi của bulông biên phần thân nối vớ ren thờng
làm thắt lại một ít.
- Dùng loại đai ốc chịu kéo để giảm ứng suất trên các mối ren.
- Tăng độ cứng ,vững đầu to thanh truyền và giảm lực tác dụng trên bulông
biên .
- Quy định lực xiết đai ốc bulông biên đúng mức cần thiết, khi xiết dùng cờ
lê chỉ lực để xiết.
Tăng sức bền của bulông thanh truyền bằng cách :
- Mài bóng toàn bộ bulông biên.
- Dùng các loại thép hợp kim tốt , nhiệt luyện để đạt độ cứng HRC26 ữ 32
và ram ở nhiệt độ cao để đạt tính dẻo.
- Dùng các biện pháp gia công đặc biệt , lăn, cán ren để chế tạo ren ốc .
Không nên tiện ren hoặc dùng bàn ren để ren nguội .
Ngoài ra dùng các công nghệ khác nh cán, lăn , làm chai bề mặt , phun hạt thép ,
phun cát hạch anh . . . để tăng sức bền chống mỏi của bulông biên .


99
Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội

1.2.6 Bạc biên :
Bạc biên là hợp kim chịu mòn đúc tráng lên đầu to thanh truyền , có thể chia làm
hai loại :
- Tráng trực tiếp hợp kim chịu mòn lên đầu to thanh truyền
- Tráng hợp kim chịu mòn lên bạc lót , có hai loại : Bạc lót dày là loại bạc

lót có chiều dày của gộp bạc từ 3ữ6mm, lớp hợp kim chịu mòn dày khoảng 1,5 ữ 3mm .
Bạc lót mỏng có chiều dày của gộp bạc từ 0,9 ữ3mm, lớp hợp kim chịu mòn khoảng 0,4 ữ
0,7 mm


1
0
1
0
Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội

Hình 1.11 : Bạc lót thanh truyền : 1- Lỡi gà định vị bạc lót mỏng ; 2- Rãnh vát
chứa dầu và chống biến dạng ; 3- Vai bạc lót
Đối với động cơ Jil - 130 dùng bạc hợp kim ba kim loại , chế tạo bằng thép lá , nó
có tráng một lớp hợp kim : Đồng - Niken, sau đó phủ thép và một lớp hợp kim ba bít Chì
- Thiếc.
1.2.7 Trục khuỷu:
Trục khuỷu là một trong những chi tiết quan trọng nhất , cờng độ làm việc lớn
nhất và giá thànhcao nhất trong động cơ đốt trong .
Trục khuỷu 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 đa công suất ra ngoài dẫn
động các máy công tác khác .
Hình dạng và kết cấu trục khuỷu phụ thuộc số xilanh, cách bố trí xilanh,số kỳ của
động cơ và thứ tự làm việc của các xilanh
Kết cấu của trục khuỷu phải đảm bảo các yêu cầu sau :
- Đảm bảo đông cơ làm việc đồng đều , biên độ dao động mô men xoắn t-
ơng đối nhỏ .
- Động cơ làm việc cân bằng , ít rung động .
- ứng suất sinh ra do dao động nhỏ .
- Công nghệ chế tạo đơn giản nên giá thành rẻ

Về hình dạng và kết cấu trục khuỷu chia làm hai loại :
a) Trục khuỷu nguyên :
Hình 1.12 : Trục khuỷu nguyên

1
1
1
1
Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội

Trục khuỷu nguyên là loại trục khuỷu có các bộ phận : cổ trục ,khuỷu trục . . . làm
liền với nhau thành một khối . Loại trục này thờng dùng trong động cơ cỡ nhỏ và trung
bình .
b) Trục khuỷu ghép :
Hình 1.13 : Trục khuỷu ghép
Là loại trục chế tạo riêng từng bọ phận : cổ trục , chốt khuỷu , má khuỷu ghép lại
với nhau (c) hoặc làm cổ trục riêng rồi ghép với trục khuỷu (a). Trong động cơ cỡ lớn trục
khuỷu đợc chế tạo thành từng đoạn mỗi đoạn gồm vài khuỷu trục rồi nối với nhau bằng
mặt bích (d). Mối ghép có thể dùng kiểu ghép chặt kiểu không cần then. Khi lắp trục
khuỷu đợc đun nóng lên đến 200ữ250
0
C, độ dôi thờng trong khoảng (
700
1
ữ
900
1
) d
Hình dạng trục khuỷu còn phụ thuộc vào số cổ trục, có loại trục khuỷu đủ cổ trục,
tức là cổ trục z nhiều hơn số khuỷu (z = i +1)

Có loại trục khuỷu thiếu cổ trục có độ cứng, vững kém vì vậy khi thiết kế cố gắng
tăng kích thớc của cổ trục ; chốt khuỷu loại này so với cổ trục ít hơn số khuỷu
z =
2
i
+ 1
Kết cấu trục khuỷu gồm cắc phần : Đầu trục khuỷu ; cổ trục khuỷu ; chốt khuỷu ;
má khuỷu ; đối trọng và đuôi trục khuỷu.
1.2.7.1 Đầu trục khuỷu :
Thờng dùng để lắp bánh răng dẫn động bơm nớc, bơm dầu nhờn, bơm cao áp, puly.
Lắp đai ốc khởi động động cơ bằng tay quay. Các bánh răng chủ động hay bánh đai dẫn
động lắp trên đầu trục theo kiểu lắp căng hoặc lắp trung gian và đều có then bán nguyệt.
ởmột số động cơ ngoài các bộ phận thờng gặp trên ngời ta còn lắp bộ phận giảm dao
động xoắn.

1
2
1
2
Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội

1.2.7.2 Cổ trục khuỷu:
Đợc đặt vào các ổ đỡ trên thân máy, cổ trục đợc gia công nhẵn bóng có độ chính
xác cao và đợc nhiệt luyện có độ cứng cao, khi lắp bao giờ cũng có ổ bi hoặc bạc lót.
Động cơ 4 kỳ 3 xilanh số cổ trục là 4 . Động cơ 4 kỳ 4 xilanh số cổ trục là 5
Trong 1 số động cơ đờng kính cổ trục làm lớn dần theo chiều từ đầu đến đuôi trục
để đảm bảo sức bền và khả năng chịu lực của cổ trục đợc đồng đều hơn tuy nhiên đờng
kính cổ trục khác nhau sẽ gây nhiều phiền phức khi gia công cũng nh khi sửa chữa lắp ráp
nên ngày nay không dùng. Khi tăng đờng kính kích thớc cổ trục sẽ ảnh hởng tới tần số dao
động xoắn của toàn hệ trục.

1.2.7.3 Chốt khuỷu :
Đờng kính của chốt khuỷu có thể lấy bằng đờng kính cổ trục hoặc có thể lấy nhỏ
hơn đờng kính cổ trục một ít. Chiều dài chốt khuỷu phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai
đờng tâm xilanh kề nhau và chiều dài cổ trục.
- Nếu giảm chiều dài chốt khuỷu sẽ làm tăng áp lực trên bề mặt trốt khử do
đó làm xấu điều kiện bôi trơn.
- Nếu tăng chiều dài chốt khuỷu lại làm giảm độ cứng vững của trục khuỷu
dẫn đến giảm tần số dao động từ trục và giảm số vòng quay cộng hởng.
Để giảm trọng lợng chốt khuỷu ngời ta thờng làm rỗng cổ trục

1
3
1
3
Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội


Hình 1.14 : Chốt khuỷu rỗng và đờng dầu bôi trơn
Chốt khuỷu rỗng thờng có tác dụng chứa dầu bôi trơn bạc lót đầu to thanh truyền và
giảm đợc khối lợng chuyển động quay của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền. Lỗ rỗng có thể
bố trí đồng tâm hoặc lệchtâm so với trốt khuỷu. Đờng dẫn dầu bôi trơn bề mặt chốt tuỳ
thuộc vào công nghệ gia công.
1.2.7.4 Má khuỷu :
Má khuỷu là bộ phận liền giữa cổ trục và chốt khuỷu. Hình dáng má khuỷu phụ
thuộc vào động cơ, trị số của áp suất khí thể và tốc độ quay trục khuỷu .
Hình dáng và kết cớu của má khuỷu có rất nhiều khác nhau.
Hình 1.15 : Các dạng má khuỷu
Loại má khuỷu hình chữ nhật và tròn, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo loại này phân bố
và lợi dụng vật liệu hợp lý để khỏi lãng phí vật liệu ta vát bớt các góc của má hình chữ
nhật để tạo dạng hình lăng trụ (hình a,c). Gọt tròn các góc để tạo thành dạng má có các

cung tròn tiếp tuyến, má hình ôvan (hình b,d). Má khuỷu dạng tròn (hình e,g)
u điểm : Có sức bền cao, có khả năng giảm chiều dày của má do đó có thể tăng chiều
dài cổ trục và chốt khuỷu, để giảm mài mòn cho cổ trục và chốt khuỷu, má tròn dễ gia
công .
Đối trục khuỷu thiếu cổ, má khuỷu chung của hai chốt khuỷu của hai xilanh
kề nhau không gia công cơ khí và thờng có dạng phức tạp. Khi thiết kế cần đảm bảo trọng
tâm của má khuỷu nằm gần tâm quay của trục khuỷu hoặc trùng với tâm quay trục khuỷu.

1
4
1
4
Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội

Hai má khuỷu lệch nhau 180
0
, phần nối tiếp chốt khuỷu và má khuỷu phải
có góc lợn.
1.2.7.5 Đối trọng :
Đối trọng lắp trên trục khuỷu có hai tác dụng :
- Cân bằng các lực và mômen quán tính không cân bằng của động cơ chủ
yếu là lực quán tính ly tâm, cân bằng lực quán tính chuyển động tịnh tiến.
- Giảm phụ tải cho cổ trục nhất là cổ trục giữa của động cơ 4 kỳ có: 4, 6, 8
xilanh vì ở những loại động cơ này tuy các lực quán tính và mômen lực quán tính đều tự
cân bằng nhng các cổ trục giữa thờng phải chịu ứng suất rất lớn khi dùng đối trọng các
lực quán tính nói trên đợc cân bằng.
Đối trọng dùng trong động cơ thờng có các dạng :
+ Đối trọng làm liền với má khuỷu .
+ đối trọng làm riêng rồi hàn với má khuỷu loại này ít dùng dễ bị
biến dạng

+ Đối trọng làm riêng rồi lắp lên má khuỷu bằng bulông lắp ghép
theo kiểu hình a,b bulông chịu ứng suất kéo lớn có thể bị đứt khi tốc độ động cơ tăng đột
ngột , lắp ghép có thể giảm tải trọng do lực quán tính ly tâm tác dụng trên bulông.
1.2.7.6 Đuôi trục khuỷu :
Đuôi trục khuỷu động cơ thờng lắp với các chi tiết máy của cơ cấu truyền đẫn công
suất nh: bánh đà, khớp nối, bánh đai truyền. Để dẫn động trục thu công suất đuôi trục
khuỷu thờng có mặt bích hoặc mặt côn để lắp bánh đà.
Trong dộng cơ tĩnh tại và tàu thuỷ, đuôi trục khuỷu thờng làm thành dạng hình côn,
có độ côn nhỏ trên mặt côn có rãnh then để lắp bánh đà.
Ngoài phần kết cấu dùng để lắp bánh đà, trên đuôi trục khuỷu còn có thể có các bộ
phận:
+ Bánh răng dẫn động cơ cấu phụ.
+ Vành chắn dầu có tác dụng ngăn không cho dầu nhờn chảy ra khỏi catte
+ Ren ốc dầu hồi ngăn không cho dầu nhờn lọt ra khỏi catte
+ ổ chắn dùng để khống chế độ dịch chuyển chiều của trục khuỷu.

1
5
1
5
Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội

Hình 1.16 : Đuôi trục khuỷu có mặt bích để lắp bánh đà ; 1- Chốt định vị ; 2-
Vành ngăn dầu
Để đạt đợc mục đích trên ta có thể dùng các biện pháp :
- Dùng bạc lót dầy có vai, trên mặt vai của bạc có tráng một lớp hợp kim
chịu mòn.
- Dùng vòng đệm chắn có thể chế tạo bằng đồng hoặc bằng thép có tráng
một lớp hợp kim babit và thơng lắp hai mặt bên của ổ trục .
1.2.7.7 Đối với động cơ ôtô Jil 130 :

Là động cơ 4 kỳ 8 xilanh bố trí hình chữ V đặt lệch nhau dới một góc 90
0
, 1 cổ biên
lắp 2 thanh truyền, cổ biên đợc mài theo một kích thớc nhất định ứng với kích thớc cổ
trục, động cơ Jil 130 trục khuỷu đúc liền trong có khoan đờng dầu bôi trơn động cơ Jil
130 dùng bạc hợp kim 3 kim loại chế tạo bằng thép lá có tráng 1 lơp hợp kim Đồng -
Niken sau đó phủ thép và một lớp hợp kim ba bit Chì - Thiếc.
1.2.8 Bánh đà :
Thông thờng bành đà là một đĩa kim loại lớn đợc cân bằng chính xác, đảm bảo sự
làm việc đều đặn của động cơ, đa các piston rời khỏi các điểm chết. Dùng để khởi động
máy dễ dàng, đảm bảo ô tô rời chỗ êm nhẹ.
Trên bánh đà loại động cơ đốt trong khởi động bằng động cơ điện (đề marơ) còn có
vành răng khởi động, vành răng này cố định trên bánh đà bằng cách ghép nóng có độ dôi.
Bánh đà còn là nơi ghi các kí hiệu điểm chết trên, điểm chết dới, góc phun sớm(với
động cơ điezen) và góc đánh lửa sớm (động cơ xăng)
Bánh đà bắt vào mặt bích trục khuỷu bằng bulông .Trên mặt bích của trục có bố trí
các vít cấy không đối xứng để giữ sự cân bằng của trục với bánh đà
Bánh đà đợc chia làm ba loại chính :
- Bánh đà dạng đĩa: loại này đơn giản có dạng đĩa tròn có chiều dài đồng
đều , khi đúc tránh ứng suất bên trong
- Bánh đà dạng vành : loại này đảm bảo bánh đà có mômen lớn mà trọng
lợng bánh đà nhỏ, khối lợng của vành bánh đà chiếm khoảng 80
ữ
90% khối lợng bánh đà
. Loại bánh đà này thờng lắp ghép với trục khuỷu bằng mặt côn , có then định vị , bánh đà
loại này có kích thớc lớn lên ngời ta thờng đúc làm hai nửa rồi dùng bulông ghép lại
- Bánh đà dạng chậu : loại bánh đà này có sức bền và mômên bánh đà lớn
và do phần đĩa có mặt masát rất dày lên tuổi thọ của bánh đà cũng lớn .

1

6
1
6
§å ¸n tèt nghiÖp ®ç ngäc héi


1
7
1
7
Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội

chơng II
Nhiệm vụ cụ thể, điều kiện làm việc, vật liệu chế
tạo, kết cấu của nhóm piston
Nhóm piston gồm có : piston ,chốt piston , xecmănghơi , xecmăngdầu và các chi
tiết hãm chốt piston .
Trong động cơ tĩnh tại và tàu thuỷ ngoài những chi tiết máy trên ra ,còn có thể có
thêm cán piston , guốc trợt
2.1/ Piston :
2.1.1 Nhiệm vụ :
Trong quá trình làm việc của động cơ nhóm piston có các nhiệm vụ :
- Bảo đảm bao kín buồng cháy , giữ cho khí trong buồng cháy không lọt
xuống catte và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy
- Tiếp nhận lực khí thể và truyền lực ấy cho thanh truyền (trong quá trình
cháy giãn nở) để làm quay trục khuỷu , nén khí trong quá trình nén , đẩy khí thải ra khỏi
xilanh trong quá trình thải khí cháy và hút khí nạp mới vào buồng cháy trong quá trình
nạp .
- Trong động cơ xăng 2 kỳ , nhóm piston đóng vai trò nh một van trợt , làm
nhiệm vụ phối khí ( đóng , mở, lỗ nạp, lỗ quét và lỗ thải )

2.1.2 Điều kiện làm việc:
Piston làm việc trong điều kiện hết sức phức tạp , chịu tải trọng lớn , nhiệt độ cao
và ứng cao ,va đập mạnh , chịu lực quán tính đặc biệt chịu tải trọng cơ học , tải trọng
nhiệt và ma sát ăn mòn hoá học .
2.1.2.1 Tải trọng cơ học:
Trong quá trình cháy, khí hỗn hợp cháy sinh ra áp suất lớn trong buồng cháy.
Trong chu trình công tác của động cơ áp suất khí thể tác dụng lên đỉnh piston thay đổi rất
nhiều vì vậy lực khí thể có tính va đập lớn trong động cơ cao tốc do số vòng quay rất cao
lên lực quán tính tác dụng lên đỉnh piston cũng rất lớn. Lực tác dụng trên đỉnh piston lớn
gây lên ứng suất lớn làm biến dạng piston và đôi khi làm h hỏng piston.
2.1.2.2 Tải trọng nhiệt:

1
8
1
8
Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội

Trong quá trình cháy piston trực tiếp tiếp xúc với vật cháy, có nhiệt độ cao 2300
ữ
2800
0
K. Nên nhiệt độ của piston nhất là đỉnh piston cũng rất cao ( khoảng 500
ữ
800
0
K ),
nhiệt độ của piston cao thờng gây các tác hại :
- Gây ứng suất nhiệt lớn, có thể làm rạn nứt piston.
- Gây biến dạng lớn, có thể làm cho piston bị bó hẹp trong xylanh và tăng

masát giữa piston và xylanh.
- Làm giảm sức bền của piston.
- Làm giảm hệ số nạp, ảnh hởng đến công suất động cơ.
- Làm dầu nhờn chóng bị phân huỷ.
- Đối với động cơ xăng nhiệt độ piston cao quá dễ gây hiện tợng kích nổ.
2.1.2.3 Ma sát và ăn mòn hoá học:
Trong quá trình làm việc của piston chịu masát khá lớn do thiếu dầu bôi trơn và do
lực ngang ép piston vào xylanh. Hơn nữa do lực khí thể, lực quán tính và nhiệt độ cao làm
piston biến dạng nên ma sát càng tăng, do piston luôn luôn tiếp xúc với sản phẩm cháy
nên còn bị sản phẩm cháy ăn mòn.
Do điều kiện làm việc của piston nh vậy nên khi thiết kế piston cần đảm bảo:
- Dạng đỉnh piston tạo thành buồng cháy tốt nhất .
- Tản nhiệt tốt để tránh kích nổ và giảm ứng suất nhiệt .
- Trọng lợng nhỏ để giảm quán tính.
- Đủ bền và đủ độ cứng vững để tránh biến dạng quá lớn
- Đảm bảo bao kín buồng cháy để công suất động cơ khong giảm sút .không
cháy piston và ít hao dầu
2.1.3 Vật liệu chế tạo:
Do điều kiện làm việc của piston hết sức phức tạp nên vật liệu dùng để chế tạo
piston phải đảm bảo các yêu cầu:
- Có sức bền lớn ở nhiệt độ cao và khi tải trọng thay đổi.
- Hệ số dãn nở nhỏ, hệ số tản nhiệt lớn.
- Chịu mài mòn tốt trong điều kiện bôi trơn kém và nhiệt độ cao.
- Chống đợc sự ăn mòn hoá học của khí cháy.
Vật liệu chế tạo piston thờng dùng hiện nay là: gang và hợp kim nhẹ, thép ít đợc
dùng để chế tạo piston.
1/ Gang: Gang là loại vật liệu dùng khá phổ biến để chế tạo piston của các loại
động cơ tốc độ thấp. Gang thờng đợc dùng mấy loại:
- Gang hợp kim

1
9
1
9
Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội

- Gang dẻo
- Gang grafít
a) Gang hợp kim ( gang xám ): thờng dùng gang xám có mã hiệu:
C4 24- 44; C4 24-48; C4 32-52, có tổ chức péclít, gang xám là loại vật liệu khá tốt có
nhiều u điểm thoả mãn hầu hết các yêu cầu trên:
- Gang có sức bền cơ học khá cao, giới hạn bền chống kéo của gang xám có thể
đạt tới 320
2
mmm
, giới hạn bền chống uốn có thể đạt tới 520
2
mm m
.
- Gang xám có u điểm ở nhiệt độ cao và sức bền không giảm nhiều lắm, theo
thí nghiệm thì tăng nhiệt độ tới 288
0
K

623
0
K, sức bền của gang chỉ giảm khoảng 18%
- Hệ số dãn nở chiều dài

bé

= 11
0
1240ữ
K
- Tính công nghệ đúc và gia công tơng đối tốt
- Giá thành rẻ.
Nhợc điểm:
- Trọng lợng riêng của gang lớn

= 70
ữ
80
3
dmN
- Hệ số dãn nhiệt bé

= 37,7
ữ
54,4
mW
- ở nhiệt độ cao quá 996
0
K tổ chức péclít của gang phân giải thành fenít và
ôstennit thể tích lớn nên dễ bị rạn nứt.
ở động cơ cao tốc và cờng hoá không dùng piston ngang:
Gang xám thờng dùng có thành phần hoá học sau:
3,2
ữ
3,65% C ; 2,1

ữ
2,4% Si ; 0,46
ữ
0,6%Mn ; 0,07
ữ
0,1% Cr ; 0,15
ữ
0,55%
Ni ; 0,13
ữ
0,3% P ; không vợt quá 0,15%S ; Độ cứng bề mặt HB = 15g
ữ
22g
Để đúc dễ dàng nhiệt độ rót khuôn phải đảm bảo cao hơn 1573
0
K
b) Gang dẻo (gang rèn ):
Loại gang này có sức bền cao hơn gang xám. Dùng để chế tạo piston của các động
cơ 2 kỳ. Gang dẻo thờng dùng có thành phần hoá học:
2,3
ữ
2,6% C ; 1,15
ữ
1,45% Si ; 0,5% Mn ; 0,07% Cr ; S ít hơn 0,12% S ; ít hơn
0,18% P . Độ cứng bề mặt 197
ữ
241
c) Gang grafit cầu:
Loại gang có sức bền cao. Chịu nhiệt độ cao và chịu mòn tốt. Tính công nghệ gia
công và công nghệ đúc kém. Chỉ đợc dùng để đúc phần đỉnh của piston dùng trong động

cơ tốc độ thấp.
2/ Thép:

2
0
2
0
Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội

Trong đại chiến thế giới lần thứ hai, một số nớc nh Mỹ (hãng Ford) và Đức (hãng
Junkep) đã dùng thép để chế tạo piston.
Thép có độ bền cao nên có thể làm khá mỏng .Chiều dày đỉnh piston thép có loại 2
ữ
3mm .Chiều dày của thân có loại chỉ dày 0,9
ữ
1mm .Vì vậy piston bằng thép không
nặng lắm . Đôi khi còn nhẹ hơn piston nhôm .Thép chịu mòn tốt .Thép dẫn nhiệt kém dẫn
đến nhiệt độ đỉnh piston cao dễ gây kích nổ ở động cơ xăng Khó đúc dẫn đến giá thành
chế tạo đắt
Thành phần hoá học các loại thép dùng để chế tạo piston :
1,35
ữ
1,7
0
0
C ; 0,6
ữ
1
0
0

Mn; 2,5
ữ
3,0
0
0
Cu; 0,9
ữ
1,3
0
0
Si ; 0,15
ữ
0,2
0
0
Cr ;
S < 0,08
0
0
; P < 0,1
0
0
3/ Hợp kim nhẹ :
Trong động cơ cao tốc để giảm bớt lực quán tính chuyển động tịnh tiến, piston th-
ờng chế tạo bằng hợp kim nhẹ, hợp kim nhẹ thờng đợc dùng là hợp kim nhôm và hợp kim
manhêzi
a) Hợp kim manhêzi:
Trọng lợng riêng nhỏ

=17

ữ
18,5
3
dm
N
thành phàn chủ yếu là 95%Mg ; 3%Zn còn
lại là các kim loại khác và tạp chất
Nh ợc điểm :
- Mô đun đàn hồi nhiệt độ thấp E = 45000
2
m
mN
rất nhạy cảm với ứng suất tập
trung . Khi thiết kế piston phải có góc lợn lớn
- Sức bền kém
k

= 260
2
m
mN
do đó phải làm piston khá dày
- Hợp kim Manhêzi đắt mà khi đúc bị ôxi hoá rất dữ dội dẫn đến vật liệu đúc
có tổ chức không đồng đều .
- Tính chống ăn mòn hoá học của hợp kim manhêzi kém
b) Hợp kim nhôm :
Hợp kim nhôm nhẹ, trọng lợng riêng bé hơn gang rất nhiều, nhôm

=18,2
ữ

29,7
3
dm
N
gang

=70
ữ
80
3dm
N
, vì trọng lợng riêng nhỏ lên lực quán tính sinh ra bé , do đó
động cơ cao tốc dùng piston nhôm . Dùng hợp kim nhôm để đúc piston trọng lợng có thể
giảm 50% so với piston gang có cùng độ bền .
Hợp kim nhôm có tính dẫn nhiệt tốt hơn gang :
- Hệ số dẫn nhiệt

=126
ữ
175
m
w
.độ (0,3
ữ
0,42
doscm
col

).

2
1
2
1
Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội

- Ưu điểm :nhiệt độ dẫn nhiệt đỉnh piston thấp nên khó xảy hiện tợng kích
nổ (động cơ xăng )
- Nhiệt độ piston thấp còn có lợi là khó kết muội trong buồng cháy
- Hệ số truyền nhiệt từ khí cháy đến piston của hợp kim nhôm cũng nhỏ hơn
của gang khoảng 30% nên cũng làm cho nhiệt độ piston nhôm thấp hơn piston gang .
- Trạng thái nhiệt độ của hai loại piston gang và nhôm của động cơ xăng

2
2
2
2
Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội



Hình 2.1 : Trạng thái nhiệt độ của piston ; 1- Piston gang ; 2- Piston nhôm
- Nhiệt độ cao nhất đỉnh piston nhôm thay đổi trong khoảng 483
ữ
523
0
k, gang 673
ữ
703
0

k
- Khi thay piston bằng piston nhôm và giữ nguyên các thông số thì công
suất của động cơ có thể tăng lên khoảng 5
ữ
6% và suất tiêu hao nhiên liệu có thể giảm 8
ữ
10%
Tổn thất ma sát giữa xylanh và piston nhôm ít vì hệ số ma sát của nhôm với gang
nhỏ . Tính công nghệ hợp kim nhôm tốt :dễ đúc , dễ gia công .
Nh ợc điểm :
- Hệ số dãn dài

lớn :
nhân
=17
ữ
25.10
6

Vì vậy khi thiết kế khe hở giữa
piston và xilanh lớn khi khởi động dễ lọt khí và máy có tiếng gõ .
- ở nhiệt độ cao sức bèn giảm sút quá nhiều .
- Hợp kim nhôm chịu mòn kém hơn gang và thép
- Hợp kim nhôm đắt tiền.
Để nâng cao tính chịu mòn của piston chế tạo bằng hợp kim nhôm . Cần nhiệt
luyện piston để đạt độ cứng HB = 120
ữ
140
Piston nhôm đợc chế tạo theo phơng pháp rèn, dập bằng loại nhôm rèn.
Xử lí oxi hoá bằng cực dơng dòng điện, ngâm piston trong dung dịch 3% ôxit

crôm, cực âm dùng bản grafít
Có thể tăng thành phần S : trong hợp kim nhôm để giảm hệ số giãn dài

Ngời ta phân hợp kim nhôm thành 3 loại:
- Hợp kim nhôm - đồng
- Hợp kim nhôm Silíc cùng tính
- Hợp kim nhôm Silíc sau cùng tinh

2
3
2
3
Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội

Sau khi đúc xong cần ủ lại nhiệt độ 438ữ448
0
K, thời gian 14ữ18
h
; HB = 90
ữ120
2.1.4 Kết cấu của piston :
Piston là một hình trụ rỗng , một đầu kín bên trong có các gân tăng cờng độ cứng ,
piston gồm 3phần chính
Hình 2.2 : Piston ;
1- Đỉnh ; 2- Đầu ; 3- Thân ; 4- Rãnh lắp xecmăng khí ; 5- Rãnh lắp xecmăng dầu
; 6- Bệ chốt piston ; 7- Chân piston ; 8- Vùng đai xecmăng
Đỉnh piston : là phần trên cùng của piston trong có các gân chịu lực và tản nhiệt
cùng với xilanh và lắp máy tạo thành buồng đốt .
Đầu piston : tính từ rãnh xecmăng ở trên lỗ chốt đến đỉnh piston, đầu piston có các
rãnh lắp xecmăng hơi và xecmăng dầu.

Thân piston: Tính từ xecmăng cuối cùng bên trên lỗ chốt phần thân dùng dẫn hớng
chuyển động của piston .

2.1.4.1 Đỉnh piston :
Đỉnh piston có rất nhiều dạng


2
4
2
4
Đồ án tốt nghiệp đỗ ngọc hội

Hình 2.3 : Các dạng đỉnh piston của động cơ xăng và động cơ điêzen
Đỉnh bằng (a) là loại phổ biến nhất có diện tích chịu nhiệt bé nhất , kết cấu đơn
giản , dễ chế tạo , thờng đợc dùng ở động cơ xăng và điezen có buồng cháy dự bị và xoáy
lốc
Đỉnh lồi (b,e) có độ cứng vững cao loại này có thể không cần bố trí các đờng gân
chịu lc ở dới đỉnh piston do đó trọng lợng của piston có thể giảm, loại này ít kết muội
than nhng bề mặt chịu nhiệt lớn dấn đến ảnh hởng xấu quá trình làm việc của piston, dùng
động cơ xăng có buồng cháy chỏm cầu dùng xúppáp treo.
Đỉnh lõm(c): thờng dùng động cơ xăng có buồng cháy chỏm cầu và động cơ
điezen có buồng cháy dự bị và xoáy lốc, phần lõm có thể toàn bộ đỉnh piston hoặc chỉ
lõm xuốngở một vùng của đỉnh. Chỏm cầu lõm có thể đồng tâm hoặc lệch tâm.loại đỉnh
lõm này có tiết diện chịu nhiệt lớn hơn đỉnh bằng nhng có u điểm tạo ra xoáy lốc trong
quá trìng nén và quá trình cháy.
Đỉnh lồi (d): chỉ dùng cho động cơ xăng hai kỳ cỡ nhỏ, phối khí bằng lỗ quét và lỗ
thải. Phần lồi lên lắp sát về bên phía lỗ quét để dẫn hớng dòng khí quét đi vào xilanh.
Đỉnh lõm (g,h,i,k,l): thờng dùng trong động cơ điezen bốn kỳ và hai kỳ có buồng
cháy thống nhất, các loại buồng cháy này tạo ra xoáy lốc mạnh trong quá trình nén để

hình thành khí hỗn hợp đợc tốt. Vòi phun của các loại động cơ này đặt trên nắp máy hớng
vào phía giữa đỉnh piston để có thể phun trực tiếp nhiên liệu vào buồng cháy trên đỉnh
piston, nhợc điểm: diện tích chịu nhiệt lớn, trọng lợng phần đầu piston nặng, khó giải
quuyết vần đề ứng suất nhiệt của xéc măng.
Khi thiết kế đỉnh piston cần chú ý, đảm bảo các nguyên tắc:
- Đỉnh phái có hình dạng thích hợp để tạo thành hỗn hợp tốt, gây xoáy lốc
mạnh, phù hợp với chùm tia phun, phù hợp yêu cầu quá trình cháy để đa lại chỉ tiêu kinh
tế cao.
- Đỉnh cần có tỉ số F/V nhỏ để giảm ứng suất nhiệt cho piston đồng thời
tăng hệ số nạp, tránh kích nổ.
- Có góc lợn tơng đối lớn để dẫn nhiệt tốt.
- Chú ý đến cách đạt xuppap , còi phun , buji , để đỉnh không va cham vào
các chi tiết .Vì vậy phải khoét đỉnh piston thành hình dạng đặc biệt để tránh va chạm với
xuppáp (m).
2.1.4.2 Đầu piston :

2
5
2
5