Đồ án động cơ đốt trong

i


LỜI CẢM ƠN
Cảm ơn thầy ……….giảng viên ngành công nghệ ô tô của …….đã hướng dẫn và
hỗ trợ trực tiếp cũng như theo dõi quá trình thực hiện đồ án của nhóm em, để nhóm em
được hồn thành đề tài nghiên cứu này. Trong q trình thực hiện nhóm em có nhiều
kiến thức cịn thiếu sót trong q trình tìm hiểu cũng như là trình bày, có điều nào
chưa đúng mong thầy góp ý và đánh giá để nhóm em có nhiều tiến bộ và trau dồi thêm
kiến thức bổ ích để nhóm em có thể vận dụng trong ngành công nghệ ô tô và cho công
việc sau này khi ra trường.

ii


MỤC LỤC
MỤC LỤC..................................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC BẢNG..........................................................................................iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH............................................................................................v
LỜI MỞ ĐẦU.............................................................................................................vi
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI............................................................................1
1.1 Lý do chọn đề tài.............................................................................................1
1.2 Mục tiêu đề tài.................................................................................................1
1.3 Nội dung đề tài.................................................................................................1
1.4 Phương pháp nghiên cứu................................................................................1
1.5 Kết cấu đồ án...................................................................................................1
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KẾT CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN TRÊN
ĐỘNG CƠ TOYOTA-1ZZ-FE...................................................................................3
2.1 Kết cấu phần tĩnh của động cơ.......................................................................3
2.1.1 Thân máy - xi lanh (Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo)......3
2.1.2 Thân máy - Xi lanh.....................................................................................3

2.1.3 Nắp máy......................................................................................................4
2.1.4 Gioăng nắp máy - các te - bulong..............................................................4
2.2 Kết cấu phần động của động cơ......................................................................5
2.2.1 Piston (Công dụng, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo).........................5
2.2.2 Xéc măng (Công dụng, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo)...................6
2.2.3 Thanh truyền (Công dụng, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo)............7
2.2.4 Trục khuỷu (Công dụng, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo)..............11
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN CHU TRÌNH CƠNG TÁC ĐỘNG CƠ TOYOTA 1ZZ
– FE............................................................................................................................. 15
3.1 Các thông số cần chọn:..................................................................................15
iii


3.2.1 Tính tốn q trình trao đổi khí...............................................................16
3.2.1.1 Ở động cơ bốn kỳ khơng tăng áp..........................................................16
3.2.2 Tính tốn q trình nén...........................................................................16
3.2.2.1: Mục đích của việc tính tốn q trình nén.........................................17
3.2.2.2: Thứ tự tính tốn...................................................................................17
3.2.3 Tính tốn q trình cháy...........................................................................17
3.2.3.1: Mục đích tính tốn q trình cháy.....................................................17
3.2.3.2: Thứ tự tính tốn...................................................................................17
3.2.3.4: Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khơng khí:.............................18
3.2.3.5: Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:.....................18
3.2.3.6: Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp:................................19
3.2.3.7: Nhiệt độ tại điểm z T :.........................................................................19
3.3.3 Quá Trình Giãn Nỡ..................................................................................20
3.3.4 Xác định các thông số đánh giá chu trình cơng tác và sự làm việc của
động cơ.................................................................................................................20
3.3.4.1 Các thơng số chỉ thị...............................................................................20
3.5.1.1: Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết....................................................21

3.3.4.2: Áp suất chỉ thị trung bình thực tế:......................................................21
3.3.4.3: Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g :.......................................................21
3.3.4.3: Hiệu suất chỉ thị η:...............................................................................21
3.3.4.4: Áp suất tổn thất cơ giới Pcơ:.................................................................21
3.3.4.5: Áp suất có ích trung bình P:................................................................21
3.3.4.6: Hiệu suất cơ khí ηcơ:.............................................................................21
3.3.4.7: Suất tiêu hao nhiên liệu g :..................................................................21
3.3.4.8: Hiệu suất có ích η :...............................................................................22

iv


3.3.5 Xác định các thơng số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của
động cơ...................................................................................................................22
3.3.6: Dựng đồ thị cơng chỉ thị của chu trình cơng tác...................................22
3.3.6.1 Khái quát...............................................................................................22
3.3.6.2 Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết:.......................................................23
3.3.6.3 Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết thành đồ thị công chỉ thị thực
tế:...................................................................................................................... 24
3.3.7 Xây dựng đường đặc tính ngồi của động cơ...........................................26
3.3.7.1 Khái qt:................................................................................................26
3.3.7.2 Thứ tự dựng các đường đặc tính............................................................27
CHƯƠNG IV: TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ.................................28
4.1 Triển khai đồ thị công chỉ thị p-V thành đồ thị lực khí thể P k tác dụng lên
pít tơng theo góc quay α......................................................................................28
4.2 Quy dẫn khối lượng chuyển động................................................................29
4.2.1 Khối lượng chuyển động tịnh tiến mj......................................................29
4.2.2 Khối lượng thanh truyền và khủyu trục.................................................29
CHƯƠNG 5: KHAI THÁC HỆ THỐNG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ................35
5.1 Giới thiệu hệ thống VVT-i của Toyota?.......................................................35

5.3 Các dấu hiệu nhận biết VVT-I bị hỏng........................................................40
5.3.1 Kiểm tra cụm bánh răng phối khí trục cam.............................................40
5.4 Thay thế bộ VVT-i.........................................................................................42
Các thiết bị và công cụ cần chuẩn bị..................................................................42
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN.........................................................................................50
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................51

v


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1: Các dữ liệu ban đầu...............................................................................15
Bảng 3.2: Các thơng số chọn.................................................................................16
Bảng 3.3: Thơng số chu trình công tác..................................................................23
Bảng 3.4: Xác định các điểm trên đường nén và đường dãn nỡ đa biến...............26
Bảng: 3.5: Thông số đường đặc tính ngồi của động cơ........................................27
Bảng 4.1: Xây dựng đồ thị lực khí thể p k, lực quán tính pj, tổng lực p, lực tiếp
tuyến t và pháp tuyến z..........................................................................................34

vi


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Kết cấu Piston.................................................................................................5
Hình 2.2 Chốt piston......................................................................................................6
Hình 2.3 Xéc măng........................................................................................................7
Hình 2.4 Kết cấu thanh truyền.......................................................................................8
Hình 5.1 Hệ thống cơ cấu phân phối khí VVT- i.........................................................35
Hình 5.2 Công nghệ VVT-i giúp điều chỉnh thời điểm mở và độ mở van biến thiên
theo tình trạng vận hành thực tế của động cơ...............................................................36

Hình 5.3: Cấu tạo hệ thống VVT-i...............................................................................37
Hình 5.4: Chỉnh thời điểm phối khí sớm......................................................................38
Hình 5.5: Chỉnh thời điểm phối khí muộn...................................................................39
Hình 5.6: Giữ ngun thời điểm phối khí....................................................................39
Hình 5.7 Bịt 4 đường dầu của cổ trục cam bằng băng dính.........................................40
Hình 5.8: Các cơng cụ cần chuẩn bị.............................................................................43
Hình 5.9: Động cơ lúc ban đầu....................................................................................43
Hình 5.10: Sau khi tháo nắp dàn cị.............................................................................44
Hình 5.11 Vị trí của puly cốt máy tại vị trí “0”............................................................44
Hình 5.12: Đánh dấu vị trí của trục cam......................................................................45
Hình 5.13: Quá trình tháo trục cam..............................................................................45
Hình 5.14: Sau khi tháo cam........................................................................................46
Hình 5.15: Giữ ngun vị trí các cị mổ.......................................................................46
Hình 5.16: Ngàm của trục cam....................................................................................47
Hình 5.17: Rãnh của bộ VVT-i....................................................................................47
Hình 5.18: Bộ VVT-i đang vị trí mở............................................................................48
Hình 5.19: Siết lực khóa VVT-i vào trục cam.............................................................48
Hình 5.20: Bộ VVT-i ở vị trí khóa...............................................................................48
Hình 5.21: Lắp ráp các chi tiết trên động cơ................................................................49

vii


LỜI MỞ ĐẦU
Động cơ đốt trong đóng vai trị quan trọng trong nền kinh tế, là nguồn động lực
cho các phương tiện vận tải như ôtô, máy kéo, xe máy, tàu thủy, máy bay và các máy
công tác như máy phát điện, bơm nước ... Mặt khác động cơ đốt trong đặc biệt là động
cơ ôtô là một trong những ngun nhân chính gây ơ nhiễm mơi trường, nhất là ở thành
phố. Sau khi học xong môn học ‘‘ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG’’, em đã vận dụng những
kiến thức đã học để làm đồ án ‘‘TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG’’.

Trong q trình tính tốn để hồn thành đồ án mơn học chun nghành này, bước
đầu đã gặp khơng ít khó khăn bỡ ngỡ nhưng với sự nỗ lực của chính bản thân cùng với
sự hướng dẫn và giúp đỡ hết sức tận tình của các thầy giáo Lê Thanh Tuấn, giờ đây
sau một thời gian làm việc hết mình, nghiêm túc trong nghiên cứu và tìm hiểu em đã
hồn thành xong đồ án môn học ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG. Tuy nhiên do đây là lần
đầu tiên em vận dụng lý thuyết đã học, vào tính tốn một bài tập cụ thể theo thơng số
cho trước nên gặp nhiều khó khăn và khơng tránh khỏi những sai sót.
Vì vậy em rất mong sự xem xét đưa ra ý kiến của thầy để nhóm em hồn thành
đồ án một cách tốt nhất, đồng thời cũng qua đó rút ra kinh nghiệm, bài học làm giàu
kiến thức chuyên môn và khả năng tự nghiên cứu của mình. Qua Đồ án này nhóm em
cảm thấy mình cần phải có nổ lực cố gắng nhiều hơn nữa, cần phải có một phương
pháp nghiên cứu đúng đắn trên con đường mình đã chọn.

viii


CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 Lý do chọn đề tài
Cùng với sự thống nhất của các bạn trong nhóm và sư góp ý và chọn lọc của thầy
Lê Thanh Tuấn. Nên nhóm em đã chọn đề tài tính tốn kiểm nghiệm động cơ Toyota 1ZZ - FE tại chế độ - Nemax và khai thác hệ thống cơ cấu phân phối khí.
1.2 Mục tiêu đề tài
-

Tính tốn chu trình công tác nhằm xác định các thông số của động cơ ở các q
trình trao đổi khí, q trình nén, q trình cháy và giãn nở sinh cơng.

-

Xác định các tham số đặc trưng cho chu trình cơng tác và sự làm việc của động
cơ, đó là tham số chỉ thị và tham số có ích.

1.3 Nội dung đề tài
-

Tính toán kiểm nghiệm động cơ Toyota - 1ZZ - FE tại chế độ - Nemax và khai
thác hệ thống cơ cấu phân phối khí.

-

Nêu cấu tạo, nguyên lý làm việc và ứng dụng của hệ thống cơ cấu phanh đĩa.
Trên cơ sở tham số của từng quá trình dựng đồ thị cơng để làm cơ sở cho việc
tính tốn động lực học, tính sức bền và đồ thị mài mịn các chi tiết của động cơ.

-

Dựng đường đặc tính ngồi của động cơ.

-

Để thực hiện cho q trình tính tốn.

1.4 Phương pháp nghiên cứu
-

Phương pháp lý thuyết: tra cứu tìm hiểu các tài liệu tham khảo, thông số trên
internet.

-

Phương pháp tính tốn kiểm nghiệm:

-

Áp dụng cơng thức đã được học và 1 số thông số cho trước thực hiện vẽ đồ thị.

-

Xây dựng sơ đồ thị tính tốn trên các phần mềm kỹ thuật như: Excel,
Solidwork…

1.5 Kết cấu đồ án
Chương 1: Giới thiệu đề tài.
Chương 2: Phân tích kết cấu cơ cấu trục khuỷu thanh truyền động cơ Toyota – 1ZZ –
FE.
Chương 3: Tính tốn chu trình cơng tác động cơ Toyota – 1ZZ – FE.
1


Chương 4: Tính tốn động học, động lực học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ
Toyota – 1ZZ – FE.
Chương 5: Hướng dẫn khai thác hệ thống cơ cấu phân phối khí.
Chương 6: Kết luận, hướng phát triển.

2


CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KẾT CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN
TRÊN ĐỘNG CƠ TOYOTA-1ZZ-FE.
2.1 Kết cấu phần tĩnh của động cơ
Phần tĩnh của động cơ có thể được chia ra thành 4 phần, được lắp với nhau bằng

gugiông và bulông.
Thân máy và nắp máy là những chi tiết cố định, khối lượng lớn, và kết cấu phức
tạp. Hầu hết các cơ cấu và hệ thống động cơ đốt trong đều được lắp trên thân máy và
nắp máy. Hình dạng và kết cấu của chúng phụ thuộc chủ yếu và các yếu tố sau:
Kiểu kết cấu (liền hay rời), kiểu động cơ (xăng, diesel, công suất lớn hay nhỏ,
loại buồng cháy, cách bố trí vịi phun, cách bố trí xupap...).
-

Phương pháp làm mát (làm mát bằng nước hay khơng khí).

-

Phương pháp chế tạo (đúc hay hàn).

2.1.1 Thân máy - xi lanh (Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo)
Thân máy là nơi lắp hầu hết các cụm chi tiết của động cơ. Cụ thể trên thân máy
bố trí xilanh, hệ trục khuỷu và các bộ phận truyền động để dẫn động cơ cấu và hệ
thống khác của động cơ như trục cam, bơm nhiên liệu, bơm dầu, bơm nước, quạt gió.
Trong q trình làm việc, thân máy động vai trị truyền nhiệt giữa môi chất công
tác và môi trường để làm mát động cơ. Trên thân máy cịn bố trí các đường dầu u bôi
trơn để dẫn dầu đến ổ trục khuỷu, trục cam và thành vách xilanh.
Thân máy và xilanh thường được chế tạo theo phương thức lúc có các động cơ cỡ
nhỏ và Chung hoặc Hàn cho các động cơ lớn. Vật liệu thường dùng là hợp kim nhôm.
Hợp kim Gang hoặc các tấm thép và thép định hình.
2.1.2 Thân máy - Xi lanh
Thân máy: Loại thân máy có thân xilanh đúc liền với thân gọi là thân máy kiểu
thân xilanh. Khi xilanh làm riêng thành ống lót rồi lắp vào thân thì thì thân máy này
gọi là vỏ thân. Ở động cơ làm mát bằng nước khoảng không gian bao quanh xilanh để
chứa nước gọi là áo nước.
Lót xilanh: là một chi tiết ống, được lắp thân máy nhằm mục đích kéo dài tuổi

thọ, có thể chia lót xilanh thành 2 loại:

3


Lót xilanh khơ: là ống thép hay gang được gia cơng trong cả mặt trong cũng như
mặt ngồi rồi lắp vào thân máy.
Lót xilanh ướt: được dung phổ biến ở động cơ đốt trong, lót xi lanh tiếp xúc trực
tiếp với nước làm mát nên hiểu quả làm mát cao.
2.1.3 Nắp máy
Cơng dụng: Nắp máy đậy kín một đầu xilanh, cùng với piston và xilanh tạo
thành buồng cháy. Nhiều bộ phận của động cơ được lắp trên nắp như bugi, vòi phun,
cụm xupap, cơ cấu giảm áp hỗ trợ khởi động...Ngồi ra trên nắp máy cịn bố trí các
đường nạp, đường thải, đường nước làm mát, đường dầu bôi trơn. Do đó kết cấu của
nắp máy rất phức tạp.
Điều kiện làm việc: Chịu nhiệt độ cao, áp suất lớn, ăn mịn hóa học bởi các hợp
chất có trong sản vật cháy, chịu ứng suất nén khi siết các bu lông.
Vật liệu: Nắp làm mát bằng nước dùng gang hợp kim, đúc bằng khuôn cát hoặc
khuôn kim loại. Nắp máy động cơ làm mát bằng gió dùng hợp kim nhơm, đúc khuôn
kim loại. Đa số nắp động cơ xăng làm bằng hợp kim nhôm.
2.1.4 Gioăng nắp máy - các te - bulong
Gioăng nắp máy:
Yêu cầu: Đàn hồi tốt vì khi siết nắp máy yêu cầu phải điền đầy.
Các loại nắp máy: Amiang đồng hay Amiang nhơm: dễ chế tạo, có độ bền, độ
dày 1÷2mm chủ yếu dùng cho động cơ xăng.
Nhiều lá (dùng cho động cơ Diesel) thường là 5 lá, mỗi lá dày 0,25mm xếp
chồng lên nhau, xung quanh mép gioăng có một bằng thép dày 0,4mm.
Một lá: Nó biến dạng tốt và bao kín tốt, hai mặt gioăng đều phủ một lớp nhựa,
chịu nhiệt dày 4mm.
Vật liệu mềm bằng những tấm amiang được graphit hoá bọc bằng đồng lá mỏng

hoặc bột amiang trọn graphit chì ép lại, bao kín tốt. Bề dày 1,1-…2,5mm, thích hợp
dùng cho động cơ xăng có nắp máy bằng nhơm,
Cacte: Là bộ phận làm bằng hợp kim nhẹ hoặc bằng tôn, thép dùng bao bọc các
bộ phận động cơ và dùng chứa dầu làm trơn đối với động cơ 4 kỳ.
Cacte trên: Lắp vào mặt trên của Nắp máy, ở cacte này thường lắp các cốt cam,
trên động cơ nhỏ cacte và khối xi lanh được đúc chung thành 1 khối.
4


Cacte dưới: Lắp sát vào mặt dưới của thân máy, dùng để chứa dầu nhớt, phía
trong có những vách ngăn, ngăn không cho dầu bôi trơn chạy và dồn về một bên, ở
dưới cùng, có nút xả dầu.
Bulong: Chịu lực siết ban đầu và lực khí cháy lớn.
Vật liệu: thép 18XHMA, 18XHB, 20XHBA, 38XA.
2.2 Kết cấu phần động của động cơ
2.2.1 Piston (Công dụng, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo)
Công dụng của Piston: Chủ yếu là cùng với các chi tiết khác như xilanh, nắp bao
kín tạp thành buồng cháy, đồng thời truyền lực của khí để cho thanh truyền cũng như
nhân lực của thanh truyền để nén khí.
Ngồi ra ở một số động cơ hai kỳ, piston cịn có nhiệm vụ đóng mở các cửa nạp
và thải của cơ cấu phối khí.
Điều kiện làm việc: Piston là một chi tiết máy quan trọng của động cơ, làm việc
trong điều kiện chịu tải trọng cơ học lớn, chịu nhiệt cao, chịu ma sát và ăn mịn hóa
học
-

Tải trọng cơ học: chịu tác dụng của áp lực khí thai rất lớn của quá trình cháy
giãn nở.

-

Tải trọng nhiệt: Piston tiếp xúc với khí cháy có nhiệt độ cao (2300÷2800°K).
Nhiệt độ của đỉnh piston thường khoảng 500 ÷ 800°K.

-

Vật liệu: gang, thép, hợp kim nhôm.

Kết cấu piston:
Piston gồm: Đỉnh piston, đầu piston, thân piston, rãnh lắp xéc măng khí, rãnh lắp
xéc măng dầu, bệ chốt piston, chân piston

5


Hình 2.1 Kết cấu Piston
Chốt piston:
Cơng dụng: Là chi tiết nối piston với thanh truyền. Tuy nó có kết cấu đơn giản
nhưng piston rất quan trọng để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường động cơ
Điều kiện làm việc: Chốt piston chịu tải trọng cơ học luôn luôn thay đổi: gồm có
lực qn tính, lực khí thể, ma sát trong điều kiện bơi trơn khó khăn.
Chốt chịu tải trọng nhiệt: Nhiệt độ khí cháy truyền xuống và do ma sát sinh ra.
Lúc làm việc nhiệt độ chốt lớn hơn 373 độ K. Để chốt piston chịu được điều kiện làm
việc như vậy cần phải thỏa mãn các yêu cầu: trọng lượng nhỏ, ít biến dạng trong q
trình làm việc, vật liệu chịu tải trọng va đập, chịu mòn tốt.
Vật liệu: thép cacbon và thép hợp kim.

Hình 2.2 Chốt piston
2.2.2 Xéc măng (Công dụng, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo)
Cơng dụng: Ngăn khơng cho khí cháy lọt xuống cacte (cịn ở kỳ nén khơng cho

cho mơi chất xuống cacte). Xéc măng dầu: Gạt dầu về cacte không cho lên buồng đốt
và hình thành màng dầu để bơi trơn piston xilanh.
Điều kiện làm việc của Xéc măng:
Xéc măng làm việc trong điều kiện xấu. Chịu nhiệt độ cao, chịu va đập mạnh, bị
ăn mịn hố học cao và lực ma sát lớn.
Chịu nhiệt độ cao: Xéc măng trực tiếp tiếp xúc khí cháy và được piston truyền
qua cho nên nó có nhiệt độ cao, nhất là Xéc măng đầu tiên (623÷673°K). Nhiệt độ
6


trung bình của các Xéc măng khí khác vào khoảng (473÷523°K). Xéc măng dầu (373423°K).
Nhiệt độ cao làm giảm độ đàn hồi của Xéc măng, dễ lọt khí, làm cháy dầu nhờn,
điều kiện làm việc xấu dẫn đến làm mất tác dụng của Xéc măng (bị bó).
Vật liệu: gang xám hợp kim, thêm chút Cr, P, Cu… để đảm bảo độ dẻo và bền.
Kết cấu Xéc măng: Mặt đáy, mặt lưng, mặt bụng, phần miệng, khe hở miệng,
chiều cao xéc măng.

Hình 2.3 Xéc măng
2.2.3 Thanh truyền (Cơng dụng, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo)
Công dụng: thanh truyền là chi tiết nối giữa piston và trục khuỷu, nó nhằm biến
chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay tròn của trục khuỷu và
ngược lại.
Điều kiện làm việc: Khi làm việc thanh truyền chịu các áp lực sau đây:
-

Lực khí thế của q trình nén và cháy giãn nở

-

Lực qn tính của nhóm piston

-

Lực qn tính của thân thanh truyền
Khi làm việc lực khí thể và quán tính thay đổi theo chu kỳ bởi vậy tải trọng tác

dụng vào thanh truyền cũng thay đổi và va đập mạnh. Thân thanh truyền chịu nén, kéo
và uốn, còn đầu nhỏ, đầu to bị ma sát sát và mài mòn.
Vật liệu chế tạo
7


Động cơ tĩnh tại, tàu thuỷ tốc độ thấp hay dùng thép cacbon chế tạo thanh
truyền: CT4, CT5, C30, C35, C45, đôi khi dùng thép 40X.
Đối với động cơ tàu thuỷ cao tốc và ôtô máy kéo thường được chế tạo bằng
thép cacbon trung bình như C40. C45 hoặc thép hợp kim crom, niken ...
Ở động cơ cao tốc, xe đua, ôtô du lịch thường dùng thép hợp kim chế tạo thanh
truyền, đặc biệt có nhiều thành phần hợp kim như mangan, niken, vonphram ...
Kết cấu thanh truyền
Thanh truyền có thể chia thành 3 phần:
-

Đầu nhỏ thanh truyền: Đầu lắp ghép thanh truyền với chốt piston.

-

Thân thanh truyền: Phần thanh truyền nối đầu nhỏ với đầu to.

-

Đầu to thanh truyền: Đầu lắp ghép với chốt khuỷu.

Hình 2.4 Kết cấu thanh truyền
Đầu nhỏ thanh truyền:
Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền phụ thuộc vào kích thước chốt piston và phương
pháp lắp ghép chốt piston với đầu nhỏ thanh truyền. Khi chốt piston lắp tự do với đầu
nhỏ thanh truyền, trên đầu nhỏ thường phải có bạc lót Đối với động cơ ơtơ máy kéo
thường là động cơ cao tốc, đầu nhỏ thường mỏng để giảm trọng lượng. Ở một số động
cơ người ta thường làm vấu lồi trên đầu nhỏ để điều chỉnh trọng tâm thanh truyền cho
đồng đều giữa các xilanh. Để bơi trơn bạc lót và chốt piston có những phương án như
dùng rãnh hưng đầy hoặc bôi trơn cưỡng bức do dân dầu từ trục khuỷu dọc theo thân
thanh truyền.
8


Ở động cơ hai kỳ, do điều kiện bôi trơn khó khăn, người ta làm rãnh chứa dầu ở
bộc đầu nhỏ hoặc dùng kim bi thay cho bạc lót. Khi đó lắp ráp thanh truyền với chốt
piston và piston khá phức tạp.
Thân thanh truyền:
Chiều dài của thân thanh truyền được tính từ tâm đầu nhỏ và đầu to thanh truyền
chiều dài phụ thuộc vào tham số kết cấu A (A = R / L). Đa số các động cơ ngày nay có
A= 0,24 + 0,3.
Thân thanh truyền chịu lực phức tạp:
Nó chịu lực kéo, chịu nén, chịu uốn. Lực quán tính tác dụng vào thân thanh
truyền phân bố theo hình tam giác và tăng dần về đầu thanh truyền. Để phù hợp với
tình hình chịu lực người ta cấu tạo đầu to có tiết diện lớn hơn đầu nhỏ.
Thân thanh truyền có nhiều tiết diện khác nhau. Trục là trục của tiết diện thanh
truyền vng góc trục khuỷu. Hình dáng, kích thước của tiết diện có ảnh hưởng độ
cứng của thân thanh truyền.
Đầu to thanh truyền:

Trong hầu hết các động cơ, nhất là động cơ ô tô máy kéo, đầu to thanh truyền
được chia thành hai nửa, hai nửa này ôm lấy chốt khuỷu. Liên kết hai nửa bằng
bulông, gugiông hay chốt. Đầu to thanh truyền cần bảo đảm các u cầu sau:
-

Đảm bảo cứng vững để bạc lót khơng bị biến dạng.

-

Phải nhỏ, gọn để giảm lực qn tính.

-

Góc chuyển tiếp giữa đầu to và thân có góc lượn để tránh gây ứng suất tập
trung.

-

Thuận lợi cho việc lắp ghép với chốt khuỷu.

Đặc điểm cấu tạo đầu to thanh truyền:
Hai nửa đầu to thanh truyền ôm lấy chốt khuỷu. Để chống mòn và thay thế khi
sửa chữa bao giờ cũng có hai miếng bạc lót lắp vào hai nửa đầu to (có loại đổi lẫn
cho nhau được, có loại khơng). Mặt làm việc của bạc lót được tráng lớp hợp kim
chống mòn.
Để điều chỉnh khe hở giữa bạc đầu to và chốt khuỷu đôi khi ở giữa hai mặt
tiếp xúc của hai nửa đầu to thanh truyền người ta lắp những miếng đệm. Khi bạc đã
mòn người ta lấy dần những miếng đệm đó ra để điều chỉnh khe hở. Khuyết điểm
9

của việc làm này là làm cho đầu to kém cứng vững, bulông chịu lực nặng nề hơn và
khi lấy miếng đệm ra thì bạc lót khơng trịn nữa (dạng ovan) tiếp xúc không tốt. Bởi
vậy động cơ cao tốc, ôtô máy kéo thường không dùng đệm này mà hỏng bạc thì
phải thay thế.
Đầu to thanh truyền làm thành một khối và dùng ổ bi thay cho bạc lót. Loại
này ứng dụng với động cơ nhỏ như ô tô, xe máy có trục khuỷu phân đoạn (loại này
có nhược điểm là làm tăng trọng lượng đầu to và khó khăn khi lắp ghép).
Trong động cơ tĩnh tại và tàu thủy cỡ lớn người ta thường dùng loại thanh
truyền có đầu to riêng. Đầu to cũng gồm hai nửa lắp lại và liên kết đầu to với thân
thanh truyền bằng gugiong.
Hai nửa đầu to thanh truyền thường mặt phân chia vuông góc với đường tâm
thanh truyền song có khi người ta cắt nghiêng với góc 30:60 độ.
Bulơng thanh truyền:
Kết cấu của bulông thanh truyền và gugiông thanh truyền được thể hiện qua.
Đầu bulơng có mặt vát để chống xoay khi lắp ráp
Bán kính góc lượn trong phần chuyển tiếp nằm trong khoảng 0,2:1mm nhằm giảm
ứng suất tập trung.
Đai ốc có kết cấu đặc biệt để ứng suất trên các ren đồng đều. Ren được tạo
thành bằng những phương pháp gia công phơi như lăn, cán.
Ngồi ra bulơng thanh truyền cịn được tôi, ram và xử lý bề mặt bằng phun
cát, phun bi để tạo độ cứng HRC 26:32.
Bạc lót thanh truyền:
Bạc lót đầu to thanh truyền thường làm bằng đồng thanh hoặc thép có tráng
hợp kim chống mịn. Bạc lắp có độ dôi vào đầu to thanh truyền rồi doa dạt kích
thước chính xác lắp ghép.
Bạc lót đầu to thanh truyền:
Đầu to thanh truyền có thể tráng trực tiếp lớp hợp kim chịu mịn ở hai nửa đầu
to mà khơng dùng bạc lót, giảm được kích thước và trọng lượng đầu to thanh
truyền. Tuy nhiên có nhược điểm là việc gia cơng phiền phức và sửa chữa khó khăn.

Ngày nay phổ biến dùng bạc lót lắp vào đầu to thanh truyền. Mặt làm việc của
bạc lót được tráng lớp hợp kim chịu mịn. Bạc lót được chia 2 loại:
10


Bạc lót dày: Chiều dày gộp bạc: 3: 6mm, chiều dày lớp hợp kim: 1,5-3mm.
Bạc lót mỏng: Chiều dày gộp bạc: 0,9-3mm, chiều dày lớp hợp kim: 0,4-0,7mm.
Khe hở giữa bạc lót và chốt khuỷu nằm trong khoảng (0,0045: 0,0015) đkck.
Trong đó: đkck - Đường kính chốt khuỷu
Hai nửa bạc lót được lắp căng vào hai nửa đầu to thanh truyền. Để có độ căng
khi lắp thì đường kính ngồi của bạc lót lớn hơn đường kính đầu to (0,03-0,04)
mm.
Khe hở giữa bạc lót với chốt khuỷu khơng được lớn hơn (0,15: 0,25) mm. Khe
hở này lớn dầu bôi trơn sẽ văng tóe ra ngồi, khơng bảo đảm màng dầu bơi trơn ở
trục.
Bạc lót cịn có loại có quai hay khơng có quai. Có rãnh chứa dầu bơi trơn (ở
mặt làm việc) và lưỡi gà để định vị không cho bạc lót xoay với đầu to thanh truyền.
2.2.4 Trục khuỷu (Công dụng, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo)
Công dụng:
Trục khuỷu nhận lực tác dụng từ piston tạo mômen kéo các máy công tác và
nhận năng lượng của bánh đà, sau đó truyền cho thanh truyền và piston thực hiện q
trình nén cũng như trao đổi khí trong xilanh.
Điều kiện làm việc của trục khuỷu:
Trục khuỷu chịu lực tác dụng của khí thể, lực quán tính, khối vận động thẳng (Pj)
và khối lượng vận động quay (Pk). Các lực trên thay đổi theo chu kỳ và ứng suất uốn,
xoắn. Các cổ trục khuỷu bị mài mịn, q trình làm việc trục khuỷu chịu va đập, rung.
* Yêu cầu đối với trục khuỷu:
-

Độ bền, độ cứng cao nhưng trọng lượng nhỏ và ít mịn.

-

Có độ chính xác cao, cổ trục mài bóng (có độ cứng cao).

-

Khơng xảy ra cộng hưởng ở tốc độ sử dụng.

-

Bảo đảm cân bằng, dễ chế tạo.

Vật liệu chế tạo
Trục khuỷu động cơ tốc độ thấp như động cơ tàu thuỷ và tĩnh tại được chế tạo
bằng thép cacbon trung bình như thép C35, C40, C45. Còn trục khuỷu của động cơ cao
tốc thường dùng thép hợp kim crom, niken. Động cơ cường hoá như xe đua, xe du lịch
trục khuỷu được chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phần mangan, vonphram...
11


Ngồi ra, trục khuỷu của động cơ cịn được chế tạo bằng gang graphit cầu.
Kết Cấu Trục Khuỷu: Có thể chia làm 3 phần sau: Đầu trục, cổ khuỷu, chốt khuỷu,
má khuỷu, đuôi trục khuỷu.
Trục Khuỷu được phân thành hai loại
-

Trục khuỷu nguyên: Trục khuỷu là một khối.

-

Trục khuỷu ghép: Cổ khuỷu, chốt khuỷu, má khuỷu được chế tạo riêng rồi lắp
ghép hoặc gắn bu lông để thành trục khuỷu. Khi lắp nung nóng 200÷250 ⁰ C và C và
lắp ghép 9 (không cần then). Trục khuỷu này thường được dùng trong động cơ
cỡ lớn.

2.5 Kết cấu trục khuỷu
a. Đầu trục khuỷu
Đầu trục khuỷu thường dùng để lắp vào bánh răng và puly để dẫn động bơm
nước, bơm dầu bôi trơn, bơm cao áp, trục cam, quạt gió, máy nén hệ thống điều hòa,
bơm trợ lực lái.
b. Cổ trục khuỷu (cổ chính)

12