Bải giảng Cơ điện nông nghiệp pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ
DỰ ÁN HỢP TÁC VIỆT NAM – HÀ LAN

BÀI GIẢNG

CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP

Người biên soạn: Đinh Vương Hùng

Huế, 08/2009


Chương 1

NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG
1.1. VẬT LIỆU CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP
Người ta dùng nhiều loại vật liệu để chế tạo các máy móc cơ điện nơng
nghiệp, nhưng chủ yếu là kim loại và hợp kim. Ngồi ra cịn dùng gỗ, cao su, chất
dẻo, v.v... Kim loại có thể chia ra kim loại đen và kim loại màu. Kim loại đen là liên
kết của sắt với cácbon và một vài nguyên tố khác. Kim loại màu như đồng, nhơm,
chì, thiếc, kẽm, ... Hợp kim cũng chia ra hợp kim đen và hợp kim màu. Hợp kim
đen là liên kết của sắt - cácbon với một số kim loại khác để cải thiện một số tính
chất nào đó của vật liệu. Hợp kim màu là liên kết của các kim loại màu.
1.1.1. Tính chất chung của kim loại và hợp kim.
1.1.1.1.Tính chất lý học
Tính chất lý học của kim loại và hợp kim bao gồm: vẻ sáng mặt ngồi, tính
nóng chảy, tính dẫn nhiệt, tính dẫn điện, tính nhiễm từ và tính giãn nở vì nhiệt .
- Vẻ sáng mặt ngồi : Mỗi kim loại phản chiếu ánh sáng theo một màu sắc riêng
tạo ra vẻ sáng mặt ngoài, gọi là màu của kim loại. Thí dụ: Đồng có màu đỏ, thiếc có
màu trắng bạc, kẽm có màu xám... Kim loại khơng trong suốt, ngay cả những tấm
kim loại được dát rất mỏng cũng khơng để cho ánh sáng xun qua nó được.

- Tính nóng chảy: Kim loại có tính chảy lỗng khi đốt nóng và đơng đặc khi
làm nguội. Nhiệt độ ứng với lúc kim loại chuyển từ thể rắn sang thể lỏng hồn tồn
gọi là nhiệt độ nóng chảy. Nhiệt độ nóng chảy có ý nghĩa rất quan trọng trong công
nghệ đúc và công nghệ hàn. Phần lớn nhiệt độ nóng chảy của kim loại lớn hơn
200 0C (Thiếc 2320C, chì 3270C, kẽm 4190C, nhơm 6600C, đồng 1083 0C, sắt
15390C).
- Tính dẫn nhiệt: Là tính chất truyền nhiệt của kim loại khi bị đốt nóng hoặc
làm lạnh. Kim loại và hợp kim có tính dẫn nhiệt tốt thì càng dễ đốt nóng nhanh và
đồng đều cũng như càng dễ nguội nhanh. Tính dẫn nhiệt của mỗi kim loại giảm
xuống khi nhiệt độ tăng và ngược lại khi nhiệt độ giảm xuống.
- Tính dẫn điện: Là khả năng truyền dẫn điện của kim loại và hợp kim. Tính
chất này cần được lưu ý khi ta dùng kim loại làm vật truyền dẫn điện năng. Nói
chung kim koại đều có tính dẫn điện. Các kim loại có tính dẫn điện tốt tức là điện
trở của kim loại đó bé.
Các kim loại có tính dẫn điện tốt là bạc, đồng, nhơm, nhưng do bạc đắt tiền nên
ít được sử dụng trong kỹ thuật. Khi nhiệt độ tăng thì tính dẫn điện giảm và ngược
lại khi nhiệt độ giảm thì tính dẫn điện tăng. Phần lớn kim loại nào dẫn nhiệt tốt thì
cũng dẫn điện tốt. Hợp kim nói chung có tính dẫn điện kém kim loại.

1


- Tính giãn nở vì nhiệt : Đó là khi đốt nóng, kim loại giãn nở ra và khi nguội
lạnh thì co lại. Hệ số giãn nở vì nhiệt thường rất nhỏ, nhưng với các chi tiết kích
thước lớn, chịu sự thay đổi nhiệt độ đáng kể, thì cần chú ý tới tính giãn nở vì nhiệt.
- Tính nhiễm từ : Chỉ có một số kim loại có tính nhiễm từ, tức là nó bị từ hóa
sau khi đặt trong một từ trường. Sắt và hầu hết các hợp kim của sắt đều có tính
nhiễm từ. Niken và Cơban cũng có tính nhiễm từ và được gọi là chất sắt từ. Cịn hầu
hết các kim loại khác khơng có tính nhiễm từ.
1.1.1.2 Tính chất hóa học

Tính chất hóa học của kim loại và hợp kim là biểu thị khả năng của kim loại và
hợp kim chống lại tác dụng hóa học của các mơi trường có hoạt tính khác nhau.
Tính chất hóa học của kim loại và hợp kim biểu thị ở hai dạng chủ yếu: Tính chống
ăn mịn và tính chịu a xít .
- Tính chống ăn mịn: Là khả năng chống lại sự ăn mòn của hơi nước và ơxy
của khơng khí ở nhiệt độ thường hay nhiệt độ cao.
- Tính chịu a xít: Là khả năng chống lại tác dụng của các mơi trường a xít.
Khi lựa chọn kim loại hay hợp kim ta phải căn cứ vào tính chất hóa học để biết
khả năng chịu đựng của nó đối với tác dụng hóa học của mơi trường xung quanh.
1.1.1.3. Tính chất cơ học
Tính chất cơ học của kim loại và hợp kim là khả năng chống lại tác dụng của
lực bên ngoài lên kim loại hay hợp kim. Lực tác dụng bên ngồi có nhiều dạng khác
nhau. Có lực tác dụng từ từ đều đặn gọi là lực tĩnh, có lực lại tác dụng đột ngột gây
ra va đập gọi là lực động. Tính chất cơ học của kim loại và hợp kim bao gồm: Độ
bền, độ đàn hồi, độ dẻo, độ cứng, độ dai va chạm,.v.v..
- Độ bền: là khả năng của kim loại hay hợp kim chống lại tác dụng của lực bên
ngoài mà không bị phá hỏng.
- Độ đàn hồi: là khả năng biến dạng của kim loại hay hợp kim dưới tác dụng
của lực bên ngoài rồi trở lại như cũ khi thôi lực tác dụng.
- Độ dẻo: là khả năng biến dạng của kim loại hay hợp kim dưới tác dụng của
lực bên ngồi mà khơng bị phá hỏng, đồng thời vẫn giữ được sự biến dạng đó khi
thơi lực tác dụng bên ngoài.
- Độ cứng: là khả năng chống lại biến dạng dẻo cục bộ khi có ngoại lực tác
dụng thơng qua vật nén có độ cứng lớn hơn. Nếu cùng một giá trị lực nén, lõm biến
dạng trên mẫu đo càng lớn, càng sâu thì độ cứng của mẫu đo càng kém.
- Độ dai va chạm là khả năng chịu đựng của vật liệu đối với các ngoại lực tác
dụng có tính chất đột ngột (va đập) mà khơng bị phá hủy.

1.1.1.4. Tính chất cơng nghệ

2


Tính chất cơng nghệ là khả năng của kim loại hay hơp kim có thể thưc hiện
được các phương pháp cơng nghệ để sản xuất ra các sản phẩm. Tính chất cơng nghệ
bao gồm: Tính cắt gọt, tính hàn, tính rèn, tính đúc, tính nhiệt luyện.
- Tính cắt gọt: Là khả năng của kim loại gia công cắt gọt dễ hay khó, được xác
định bằng tốc độ cắt gọt, lực cắt gọt, và độ bóng bề mặt của kim loại sau khi cắt gọt.
- Tính hàn: là khả năng tạo thành sự liên kết giữa các chi tiết máy khi nung
nóng cục bộ chỗ cần hàn đến trạng thái chảy hoặc dẻo.
- Tính rèn: là khả năng biến dạng vĩnh cửu của kim loại hay hợp kim dưới tác
dụng của ngoại lực để tạo thành hình dáng của chi tiết mà khơng bị phá hỏng.
- Tính đúc: là khả năng chảy loãng của kim loại và hợp kim khi đốt nóng để đổ
đầy vào khn đúc.
- Tính nhiệt luyện: là khả năng làm thay đổi độ cứng, độ bền, độ dẻo của kim
loại và hợp kim bằng cách nung nóng lên nhiệt độ nhất định rồi làm nguội theo một
chế độ xác định.
Trong cơng nghiệp chế tạo máy nói chung, các kim loại ngun chất ít được sử
dụng vì nó có độ bền, độ cứng thấp. Nhiều kim loại dẫn điện rất tốt, nhưng ở nhiệt
độ cao, tính dẫn điện lại giảm đi. Sự giãn nở vì nhiệt của kim loại nguyên chất rất
lớn khi có sự thay đổi nhiệt độ. Tính cơng nghệ của kim loại ngun chất cũng kém
(khó đúc, khó gia cơng cắt gọt,...). Chính vì những lý do đó mà trong thực tế hầu hết
các chi tiết máy đều được chế tạo từ hợp kim.
1.1.2. Hợp kim đen (hợp kim sắt - cácbon)
Ngươi ta chia hợp kim sắt - cácbon ra làm hai loại: gang và thép. Gang và thép
là hai loại vật liệu quan trọng nhất của ngành công nghiệp chế tạo máy.
1.1.2.1. Gang
Gang là hợp kim của sắt và cácbon với một số nguyên tố khác, tỷ lệ cácbon
trong gang là 2-5%. Còn các nguyên tố khác như silic, mangan, phốt pho, lưu huỳnh
thì tùy từng loại gang có thể nằm trong khoảng 0,12-2%.

Gang được luyện từ quặng sắt trong các lò cao. Các loại gang thường dùng là
gang xám, gang trắng, gang dẻo, gang biến tính và gang cầu.
Nói chung ngồi tỉ lệ cácbon cao, gang cịn có nhiều tạp chất chưa được khử
hết nên gang cứng, dòn, dễ nứt vỡ. Gang thường dùng để chế tạo các chi tiết máy
chịu tải trọng tĩnh và có hình dáng đơn giản. Cịn các chi tiết máy chịu tải trọng lớn,
va đập và có hình dáng phức tạp thì được chế tạo bằng thép.
1.1.2.2. Thép
Thép là một vật liệu quan trọng của nền kinh tế quốc dân nói chung và của
ngành cơng nghiệp chế tạo máy nói riêng. Thép được luyện từ gang trong các lò
chuyên dùng để khử bớt tạp chất và giảm tỉ lệ cácbon xuống dưới 2%. Ngoài
cácbon ra, trong thành phần của thép cịn có một lượng rất nhỏ các ngun tố

3


mangan, silic, phốt pho và lưu huỳnh... Riêng đối với thép hợp kim thì cịn có các
ngun tố như: crơm, niken, vơnphram, mơlipđen...
Tỉ lệ cácbon trong thép càng cao thì thép càng cứng, ngược lại tỉ lệ cácbon
trong thép càng thấp thì thép càng dẻo. Các nhà máy luyện kim chế tạo sẵn các loại
thép định hình có tiết diện khác nhau.
Tùy theo việc sử dụng người ta chia thép làm hai nhóm: Nhóm thép cácbon và
nhóm thép hợp kim. Nhóm thép cácbon dùng trong các ngành chế tạo máy và ngành
xây dựng. Nhóm thép hợp kim dùng để chế tạo các dụng cụ cắt, dụng cụ đo, các chi
tiết máy có yêu cầu độ bền, độ cứng cao. Trong nhóm thép hợp kim có thép hợp
kim đặc biệt, bao gồm các loại thép không rỉ, thép chịu nhiệt, thép có từ tính, thép
có hệ số giãn nở vì nhiệt rất nhỏ.
Nói chung các chi tiết máy chế tạo từ thép có độ cứng khơng cao, khả năng
chống mài mịn còn hạn chế. Để tăng độ cứng, độ chịu mài mòn cho bề mặt các chi
tiết máy chế tạo bằng thép thì người ta phải nhiệt luyện.
1.1.3. Hợp kim màu

Trong nhiều ngành công nghiệp hiện đại, kim loại màu chiếm một vị trí quan
trọng và ngày càng được sử dụng rộng rãi vì nó có các tính chất đặc biệt sau:
- Độ nóng chảy khơng cao lắm, do đó có thể nấu luyện, đúc thành các chi tiết
có hình dáng khác nhau một cách dễ dàng.
- Tính dẻo tốt nên có thể sử dụng các phương pháp gia cơng như rèn, cán, dát,
kéo, ... thành những chi tiết có hình dáng, kích thước khác nhau.
- Độ bền, độ cứng cũng khá cao và có khả năng chống mài mịn.
- Tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Một số kim loại mau có từ tính cao (niken,
coban). Một số có tính phóng xạ (radi, uran) dùng trong cơng nghiệp ngun tử.
- Một số kim loại màu có tính chống ăn mịn hóa học.
Các hợp kim màu thường dùng là: hợp kim nhôm và hợp kim đồng
1.1.3.1. Hợp kim nhôm
Hợp kim nhôm là hợp kim của nhôm với các nguyên tố kim loại khác như:
đồng, silic, mangan, magiê...Căn cứ vào thành phần và đặc tính cơng nghệ của hợp
kim nhơm người ta chia nó ra làm hai nhóm: Nhóm hợp kim nhơm biến dạng và
nhóm hợp kim nhơm đúc.
- Nhóm hợp kim nhôm biến dạng: Được dùng để chế tạo các tấm nhôm, các
băng, các dây nhôm cũng như các chi tiết máy bằng phương pháp gò, dập...Đura là
một trong những hợp kim nhơm điển hình. Đặc tính của đura là cứng, nhẹ, độ bền
cơ học cao nên được dùng rất nhiều trong công nghiệp dân dụng, công nghiệp chế
tạo máy (làm vòng đệm, vành bánh xe, khay, hộp, đáy các te động cơ...) Đặc biệt là
công nghiệp chế tạo máy bay

4


- Nhóm hợp kim nhơm đúc: Được dùng để chế tạo các chi tiết máy bằng
phương pháp đúc. Một trong các loại hợp kim nhôm đúc quan trọng thường dùng là
hợp kim nhơm với silic, được gọi là silumin. Ngồi thành phần silic, silumin cịn
chứa đồng, magiê, kẽm. Silumin có tính đúc tốt (dễ chảy lỗng và có độ co ngót

nhỏ). Silumin thường dùng để chế tạo pít tơng, thân động cơ...
1.1.3.2. Hợp kim đồng
Hợp kim đồng được dùng phổ biến là đồng thau và đồng thanh.
- Đồng thau: Đồng thau là hợp kim của đồng và kẽm. Cấu tạo và tính chất của
đồng thau phụ thuộc vào lượng kẽm chứa trong đó. Người ta thường dùng đồng
thau để chế tạo các chi tiết bằng phương pháp cán, uốn, dập. Một số trường hợp
người ta dùng đồng thau để đúc.
- Đồng thanh: Đồng thanh là hợp kim của đồng với thiếc và các nguyên tố kim
loại khác như: nhôm, kẽm, silic, crơm ...Có nhiều loại đồng thanh: đồng thanh thiếc,
đồng thanh nhơm, đồng thanh silic, đồng thanh kẽm...Đồng thanh có đặc tính dễ cắt
gọt và có tính chống ăn mịn cao, có tính đúc tốt dùng để chế tạo các bánh răng, vỏ
bơm, vòng chắn nước, ổ trục hoặc làm hợp kim đỡ sát.
Đồng đen cũng là một loại đồng thanh. Nó là hợp kim của đồng với thiếc, chì,
silic v.v... Đồng đen có tính chống ăn mịn, chống mài mịn cao, có thể dùng để đúc
hoặc gia cơng áp lực. Đồng đen dùng để làm ổ trượt, mặt trượt, bánh vít, trục vít
hoặc dùng trong các thiết bị chứa nước, dầu mỡ...
Ngoài hai loại hợp kim màu thường dùng là hợp kim nhơm và hợp kim đồng
cịn có một số loại hợp kim màu khác như: hợp kim manhê, hợp kim titan, hợp kim
niken...
1.1.4. Các loại vật liệu khác
1.1.4.1. Chất dẻo.
Chất dẻo là vật liệu nhân tạo, được san xuất từ các chất hữu cơ. Ở nhiệt độ
nhất định, chất dẻo trở nên mềm dẻo và có thể tạo hình được dưới áp suất cao. Đa
số các loại chất dẻo có cấu tạo hóa học phức tạp mà cơ sở của nó là các liên kết hữu
cơ cao phân tử, được gọi là pơlime. Tính chất cơ bản của chất dẻo là có khối lượng
riêng nhỏ, có độ bền cơ học khá cao, khả năng chống ăn mòn tốt, hệ số ma sát nhỏ,
có tính cách điện tốt, khơng bị tác dụng bởi axít, kiềm và khơng thấm nước. Một số
chất dẻo trong suốt, nhưng ta cũng có thể làm cho chúng có màu sắc tùy ý bằng
cách nhuộm chất dẻo.
Chất dẻo càng ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và trong

đời sống. Hầu như không có ngành cơng nghiệp nào lại khơng dùng tới chất dẻo để
làm các vật liệu chính hoặc phụ. Đặc biệt trong lĩnh vực điện và vô tuyến điện, chất
dẻo được sử dụng rất nhiều vì nó có tính cách điện rất tốt. Đối với các chi tiết máy
có yêu cầu trọng lượng nhẹ, độ bền vừa phải, không bị ăn mịn... thì chất dẻo là loại
vật liệu rất thích hợp .

5


Chất dẻo được làm các bình chứa, các bộ phận của băng chuyền, cánh bơm,
bánh răng, bánh vít, các chi tiết của cơ cấu phanh, ổ trượt...Ngoài ra, người ta còn
dùng chất dẻo trong việc phủ lên kim loại để chống ăn mòn và tăng thêm vẻ đẹp.
Trong đời sống, chất dẻo được dùng rộng rãi để sản xuất các đồ dùng sinh hoạt
cũng như các sản phẩm công nghiệp nhẹ.
1.1.4.2. Cao su.
Cao su thiên nhiên lấy từ nhựa cao su. Khi cịn ngun chất cao su thiên nhiên
có màu trắng đục, để ra ngoài ánh sáng chuyển thành màu nâu. Cao su dùng trong
công nghiệp và đời sống là cao su thiên nhiên đã lưu hóa, tức là pha thêm 1-2% lưu
huỳnh. Tính chất chung của cao su là có tính đàn hồi rất cao, độ giãn dài có thể tới
700 - 800%. Cao su có một số tính chất rất quý đối với kỹ thuật như: có độ bền
chống đứt cao, chống mài mịn, có khả năng dập tắt các rung động, khơng thấm
nước và khơng thấm khí, chịu được tác dụng hóa học của axit, kiềm. Nhờ các tính
chất đó mà cao su trở nên khơng thể thiếu được trong một số ngành công nghiệp.
Khuyết điểm của cao su là tính dẫn nhiệt kém. Mặt khác, cao su bị giảm cơ lý
tính khi chịu tác dụng của ánh sáng và nhiệt đô cao.
Cao su dùng để chế tạo săm lốp, dây đai, băng tải, ống dẫn nước, ống dẫn hơi,
ống dẫn dầu chịu áp suất thấp, ống dẫn hạt, các vật liệu cách điện, các loại vòng
đệm làm kín khít các bề mặt tiếp xúc của các chi tiết chế tạo bằng kim loại...
1.1.4.3. Gỗ
Ngày nay, tuy cơng nghiệp vật liệu đã phát triển và có nhiều loại vật liệu tổng

hợp khác nhau, nhưng gỗ vẫn là một loại vật liệu cơng nghiệp quan trọng. Ngồi
việc sử dụng thân cây gỗ, vỏ cây và cành cây cũng được chế biến để tận dụng trong
các ngành công nghiệp khác nhau như giấy, hóa chất, rượu cồn, ...
Tính chất chung của gỗ là nhẹ hơn kim loại, có khối lượng riêng trong khoảng
0,44 - 0,81 G/cm 3. Gỗ có khối lượng riêng càng cao thì khả năng chịu lực càng tốt.
Gỗ có độ dẫn điện và dẫn nhiệt nhỏ, có vẻ đẹp tự nhiên, chịu được tác dụng của một
số mơi trường khí, dễ chế tạo và giá thành tương đối rẻ. Gỗ càng khô, khả năng chịu
lực càng tăng, nhưng chú ý là khả năng chịu lực của nó theo thớ dọc và thớ ngang
khơng như nhau. Đa số các loại gỗ chịu ẩm kém, dễ bị mục, mối, mọt và dễ cháy.
Trong công nghiệp, gỗ được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau. Trong
chế tạo cơ khí, gỗ để làm mẫu đúc kim loại, làm toa xe, làm thùng đựng và chuyên
chở sản phẩm, làm bệ xe ô tô vận tải, ... Trong ngành xây dựng, gỗ được dùng làm
cửa, kèo, ván cốp pha,... Trong sinh hoạt, gỗ được dùng để làm bàn ghế, tủ giường,
... Bột gỗ, sau khi trộn với keo dính, ép dưới áp suất cao, tạo thành loại vật liệu rất
tốt và rẻ tiền.
1.1.4.4. Vật liệu compozit

6


Vật liệu compozit được coi là vật liệu kết hợp giữa các thành phần khác hẳn
nhau về tính chất, khơng hòa tan vào nhau, phân cách nhau bằng ranh giới rõ rệt.
Chúng được kết hợp nhân tạo với nhau nhờ sự can thiệp kỹ thuật của con người.
Compozit có độ bền, độ cứng và khả năng chống mỏi cao hơn hẳn các hợp
kim kết cấu phổ biến. Ngày nay người ta có thể dự kiến được tính chất để chế tạo
compozit theo ý muốn, nhằm thể hiện những ưu điểm nổi bật của các vật liệu thành
phần và loại bỏ các nhược điểm của chúng, tạo nên những đặc tính mới mà từng vật
liệu thành phần riêng lẻ không thể có.
Cấu tạo của compozit gồm hai thành phần chính: nền và cốt. Nền đóng vai
trị liên kết tồn bộ các phần tử cốt, tạo thành một khối thống nhất và hình thành sản

phẩm theo thiết kế, đồng thời nó che phủ, bảo vệ cốt tránh khỏi các phá hủy do mơi
trường bên ngồi. Nền có thể là kim loại, gốm hoặc chất dẻo. Cốt đóng vai trị tạo
nên độ bền, độ đàn hồi và độ cứng của compozit. Cốt có thể là chất vô cơ, chất hữu
cơ hoặc kim loại.
Những loại compozit sử dụng phổ biến hiện nay gồm có compozit cốt hạt
như hợp kim cứng, hợp kim bột, bê tông và compozit cốt sợi như compzit polime
sợi thủy tinh, compzit polime sợi cácbon,...
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG
Có nhiều phương pháp truyền động: truyền động cơ khí, truyền động điện,
truyền động thủy lực.....Nhưng trong phạm vi giáo trình này chúng ta chỉ nghiên
cứu truyền động cơ khí. Truyền động cơ khí là truyền động từ trục này sang trục
khác nhờ sự tiếp xúc trực tiếp của các chi tiết máy (như bánh răng, bánh ma sát, trục
vít...) hoặc tiếp xúc gián tiếp (như xích, đai truyền...) với nhau. Trục thứ nhất gọi là
trục chủ động và trục thứ hai gọi là trục bị động (hay phụ động).
Trong truyền động cơ khí cần quan tâm hai thơng số đặc trưng chủ yếu của
bộ truyền, đó là tỉ số truyền và hiệu suất truyền:
- Tỉ số truyền ( i):

i

- Hiệu suất truyền ():

n1
n2
 

N1
(%)
N2

Trong đó n1 , n2 và N1 , N2 là số vịng quay trong một phút và cơng suất
của trục chủ động và trục bị động. Truyền động cơ khí thường bao gồm truyền động
đai, truyền động bánh ma sát, truyền động xích, truyền động bánh răng và truyền
động trục vit- bánh vít.
1.2.1. Truyền động đai

7


Truyền động đai dùng để truyền động giữa hai trục cách xa nhau một khoảng
cách nhất định nhờ lực ma sát xuất hiện giữa bánh đai và dây đai. Truyền động đai
có thể truyền động giữa hai trục song song (hình 1.1a ) hoặc chéo nhau (hình 1.1b).
Trường hợp bộ truyền động đai có tỉ số truyền lớn cần lắp thêm con lăn căng
đai vào phía nhánh chùng và gần bánh đai nhỏ (hình 1.2). Dây đai được chế tạo
bằng vải cao su, sợi len dệt hoặc bằng da. Có loại dây đai tiết diện hình thang, hình
dẹt hoặc hình trịn.

b
a

Hình 1.1.
Sơ đồ các kiểu truyền động đai
a. Truyền động giữa hai trục song song
b. Truyền động giữa hai trục chéo nhau

Trong bộ truyền động đai, tỉ số truyền được tính bằng cơng thức:

i

n1

D2

n 2 D1(1   )

Trong đó D1 , D2 là đường kính của bánh đai chủ động và bị động,  là hệ
số trượt, thường bằng 1-3%. Nếu tính gần đúng (bỏ qua sự trượt) thì:

i

n1
D
 2
n2
D1

Con lăn căng đai

Hình 1.2
Sơ đồ truyền động đai
có con lăn căng đai
Trong qúa trình làm việc, dây đai thường bị giãn ra và chùng lại gây ra hiện
tượng trượt, do đó phải định kỳ kiểm tra, điều chỉnh độ căng dây đai, bằng cách
thay đổi vị trí của con lăn căng đai (nếu có) hoặc thay đổi khoảng cách hai trục.
1.2.2. Truyền động bánh ma sát

8


Truyền động bánh ma sát dùng để truyền động giữa hai trục gần nhau nhờ
lực ma sát xuất hiện tại chỗ tiếp xúc giữa các bánh ma sát lắp trên trục chủ động và

bị động. Để tạo nên lực ma sát cần có một lực ép các bánh ma sát lại với nhau. Khi
truyền chuyển động giữa hai trục song song, người ta dùng một cặp bánh ma sát
hình trụ (hình 1.3a). Khi truyền chuyển động giữa hai trục vng góc, người ta dùng
một cặp bánh ma sát hình cơn (hình 1.3b).
Trong truyền động bánh ma sát, tỉ số truyền động được tính bằng cơng thức:

i

n1
D2

n 2 D1 (1   )

Trong đó D1 , D2 là đường kính bánh ma sát chủ động và bị động,  là hệ số
trượt, thường bằng 1-5%.
b
Hình 1.3
Sơ đồ truyền động
bằng bánh ma sát

1.2.3. Truyền động xích
Truyền động xích dùng để truyền động giữa hai trục cách xa nhau một
khoảng cách nhất định mà yêu cầu bộ truyền nhỏ gọn, hoặc trong các trường hợp
không thể truyền động bằng đai được, nhờ sự ăn khớp giữa các mắt xích của xích
với răng của đĩa xích. Xích là một chuỗi các mắt xích nối với nhau bằng bản lề.
Trong truyền động xích, tỉ số truyền động được tính bằng cơng thức:

i

n1 z 2


n 2 z1

(Trong đó: z1, z2 là số răng của đĩa xích chủ động và bị
động). Truyền động xích có ưu
điểm là khơng bị trượt, hiệu suất
truyền động cao, nhưng có nhược
điểm là chế tạo phải chính xác, gía
thành cao, đồng thời phải thường
xun bơi trơn cho xích và điều
chỉnh độ căng xích phù hợp.

H ình 1.4
Sơ đồ truyền động xích
1.2.4. Truyền động bánh răng

Truyền động bánh răng dùng để truyền động giữa hai trục gần nhau nhờ sự
ăn khớp giữa các răng của bánh răng (hoặc thanh răng). Khi truyền chuyển động
giữa hai trục song song, người ta dùng một cặp bánh răng hình trụ (hình 1.5a). Khi

9
Hình 1.5
Sơ đồ truyền động bánh răng


truyền chuyển động giữa hai trục vng góc, người ta dùng một cặp bánh răng hình
cơn (hình 1.5b).

a

Trong truyền động bánh răng, tỉ số truyền động được tính bằng cơng thức:

i 

n1
z
 2
n2
z1

Trong đó z1, z2 là số răng của bánh răng chủ động và bị động.
1.2.5. Truyền động trục vít - bánh vít
Hình 1.6
Sơ đồ truyền động
trục vít - bánh vít

Truyền động trục vít- bánh vít dùng để truyền động giữa hai trục chéo nhau,
(thường chéo nhau một góc 90 0). Bộ truyền này gồm có bánh vít (giống như bánh
răng đặc biệt) và trục vít, trên đó có nhiều vịng ren để ăn khớp.
Trong truyền động trục vít- bánh vít, tỉ số truyền động được tính bằng cơng
thức:

i

n1
z

n2 m

Trong đó z là số răng của bánh vít, m là số mối xoắn của trục vít. Thơng

thường m rất nhỏ (m =1-3) nên bộ truyền trục vít - bánh vít có thể đạt tỉ số truyền
rất lớn mà các bộ truyền động khác khơng thể có được, nhưng hiệu suất truyền lại
thấp.
1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP NỐI GHÉP
Ta biết rằng, máy là một tập hợp nhiều chi tiết máy được nối ghép với nhau
để thực hiện một nhiệm vụ nào đó cho con người. Các chi tiết máy được nối ghép
với nhau bằng hai phương pháp: tháo được và không tháo được.

10


1.3.1. Nối ghép tháo được
Nối ghép tháo được là loại nối ghép được liên kết bằng các chi tiết trung gian
như: bu lơng-đai ốc, vít, vít cấy, then, ... (hình 1.7).
Đầu bu lơng và đai ốc thường có 4 hoặc 6 cạnh có kích cỡ nhất định để vặn
bằng cờlê. Đầu vít thường làm trịn có cắt rãnh ngang hoặc chữ thập để vặn bằng
tuốcnơvít. Vít được vặn vào lỗ ren của chi tiết cần nối ghép. Vít cấy thường có ren
ở hai đầu, một đầu vặn vào lỗ ren của chi tiết cần nối ghép, đầu còn lại vặn đai ốc
ép chặt. Để tránh làm hỏng bề mặt chi tiết, dưới các đầu bu lơng, vít hoặc đai ốc
người ta thường đặt một vòng đệm phẳng. Để tránh hiện tượng tự nới lỏng cần đặt
thêm một vòng đệm vênh hoặc trên bu lông vặn hai đai ốc (đai ốc ngoài gọi là đai
ốc hãm). Trong một số trường hợp, để tăng độ tin cậy của mối ghép và sử dụng lâu
dài người ta còn dùng chốt chẻ để xuyên qua bu lơng và hãm chốt chẻ vào đai ốc
hoa.

Hình 1.7
Các phương pháp nối ghép tháo được
1- Bu lông, 2- Đai ốc, 3- Vít, 4- Vít cấy, 5- Vịng đệm phẳng
6- Vịng đệm vênh, 7- Then có đầu, 8 - Then bán nguyệt, 9- Then chữ nhật
10- Then hoa, 11- Chốt chẻ, 12- Đai ốc hoa

Then dung để lắp không xoay trên trục các bánh răng, bánh đai.... Có các loại
then có đầu, then bán nguyệt, then chữ nhật...Khi nối ghép, cần lắp một phần then
ngập trong rãnh của trục, một phần ngập vào rãnh của bánh răng, bánh đai.
Then hoa thường dùng để nối các trục truyền với nhau hoặc để nối ghép các
bánh răng, bánh đai, trong trường hợp các chi tiết này có yêu cầu chuyển động dọc
trục.
1.3.2. Nối ghép không tháo được
Nối ghép không tháo được có nghĩa là muốn tháo rời các chi tiết phải phá
hỏng mối ghép. Có hai phương pháp nối ghép khơng tháo được, đó là tán và hàn.

11


1.3.2.1 Nối ghép bằng đinh tán
Nối ghép bằng đinh tán (hình 1.8) tức là dùng đinh tán để liên kết cố định hai
hay nhiều chi tiết lại với nhau. Đinh tán là một thanh hình trụ làm bằng thép ít
cacbon hoặc làm bằng hợp kim đồng, hợp kim nhôm. Một đầu đinh tán có sẵn mũ,
đầu cịn lại được tán tạo thành mũ sau khi nối ghép. Để tạo thành mũ đinh, có thể
tán bằng tay hoặc bằng máy, tán nguội hay tán nóng. Tán nguội chỉ dùng khi đường
kính đinh tán nhỏ hơn 10 mm hoặc đinh tán làm bằng hợp kim màu. Số

Hình1.8
Sơ đồ nối ghép bằng đinh tán
lượng và kích thước đinh tán tùy thuộc vào từng mối ghép cụ thể. Mối ghép bằng
đinh tán có ưu điểm là chắc chắn, ổn định, chịu được tải trọng va đập và đễ kiểm tra
chất lượng mối ghép. Nhưng cũng có nhược điểm là tốn kim loại, mối ghép công
kềnh, giá thành cao. Mối ghép bằng đinh tán dùng phổ biến trong các trường hợp
mối ghép chiu tải trọng lớn, va đập; những mối ghép khơng thể đốt nóng được hoặc
nếu đốt nóng thì chất lượng bị giảm (như mối ghép các tấm mỏng, mối ghép vật liệu
bằng da, vải, cao su...).

1.3.2.2 Nối ghép bằng hàn
Nối ghép bằng hàn là phương pháp dùng nhiệt đốt nóng cục bộ kim loại và
nhờ lực liên kết giữa các phân tử để gắn chặt các chi tiết máy lại với nhau. Căn cứ
vào nguồn năng lượng để đốt nóng kim loại hàn, người ta chia ra hai loại: hàn điện
và hàn hơi. Hàn điện dùng ngọn lửa hồ quang điện để nung chảy kim loại hàn. Hàn
hơi là vật hàn và que hàn được nung nóng bằng ngọn lửa do hơi hàn (thường là hơi
Axêtilen) và ôxy tạo nên. Hàn hơi tuy phức tạp, giá thành đắt nhưng nó có ưu điểm
là hàn được tấm mỏng đảm bảo chất lượng và cắt được các tấm dày với vết cắt nhẵn
đẹp.
Hiện nay nối ghép bằng hàn nói chung được sử dụng rộng rãi vì nó có ưu
điểm: kết cấu mối ghép nhỏ gọn, tiết kiệm được 15-20% kim loại so với phương
pháp tán. Công nghệ hàn đơn giản, không phải khoan, đột lỗ nên không làm giảm
độ bền của tấm ghép. Hàn dễ tự động hóa, dẫn tới năng suất cao, giá thành hạ. Tuy
nhiên hàn cũng có một số nhược điểm, đó là do bị đốt nóng nên tổ chức kim loại ở
vùng xung quanh mối hàn bị thay đổi, cơ tính bị giảm, có trường hợp bị biến dạng,
cong vênh, nứt do bị đốt nóng.
1.4. TRỤC VÀ GỐI ĐỠ TRỤC

12


1.4.1. Trục
Trục là một chi tiết máy có nhiệm vụ đỡ hoặc vừa đỡ vừa truyền mô men
quay cho các chi tiết máy lắp trên nó.
Trục có nhiều loại. Theo điều kiện làm việc có trục tâm và trục truyền. Trục
tâm là trục chỉ có tác dụng đỡ các chi tiết quay lắp trên nó. Trục truyền, ngồi
nhiệm vụ đỡ các chi tiết quay, cịn truyền mơ men quay.
Theo hình dáng đường tâm trục có trục thẳng và trục khuỷu. Trục thẳng là
trục có đường tâm nằm trên một đường thẳng (hình 1.9a,b). Trục khuỷu là trục có
đường tâm khơng nằm trên một đường thẳng (hình 1.9c). Theo cấu tạo của trục, có

trục đặc, trục rỗng, trục trơn và trục có bậc. Trục trơn là trục có mặt cắt khơng thay
đổi trên suốt chiều dài trục (hình 1.9a). Trục có bậc là trong từng đoạn trục có mặt
cắt thay đổi (hình1.9b).

a,

b,

Hình 1.9 Hình dáng các loại trục
a - Trục trơn, b - Trục có bậc, c - Trục khuỷu
1.4.2. Gối đỡ trục
Gối đỡ trục dùng để đỡ các trục quay. Căn cứ vào dạng ma sát phát sinh trên
bề mặt tiếp xúc giữa ngõng trục và ổ trục, người ta chia ra hai loại, đó là gối đỡ ma
sát trượt (gọi tắt là ổ trượt) và gối đỡ ma sát lăn (gọi tắt là ổ lăn). Ổ lăn được tiêu
chuẩn hóa và dùng phổ biến hơn ổ trượt, nhưng trong một số trường hợp như trục
khuỷu không tháo rời được, trục quay với vận tốc cao, chịu lực tác dụng lớn, va đập
mạnh hoặc trục có đường kính q lớn hay quá nhỏ thì dùng ổ trượt lại thuận lợi và
hiệu quả hơn.
Ơ trượt có thể là một lỗ liền với thân máy hoặc là một ổ riêng rồi lắp ghép với thân
máy. Thơng thường phía trong ổ trượt có bạc lót chế tạo bằng các loại vật liệu có hệ
số ma sát nhỏ như đồng thanh, đồng chì, ba bít, ... Bạc lót là một ống trụ liền hoặc
cắt làm hai mảnh ghép lại, có lỗ hoặc rãnh để dẫn dầu bơi trơn
Ơ lăn là loại ổ trục đảm bảo trục quay trong ổ bằng con lăn. Cấu tạo của ổ
lăn có bạc trong lắp vào ngõng trọc, bạc ngoài lắp vào thân ổ và các con lăn chuyển
động quay trong rãnh giữa bạc trong và bạc ngoài. Con lăn có thể là con lăn hình
cầu, hình cơn, hình trụ, hình kim.

13

Hinh 1.10 Sơ đồ ổ trượt và bạc lót cổ trục

Hình 1.11 Sơ đồ ổ lăn và hình dạng các con lăn
1.5. NHIÊN LIỆU DẦU MỠ
1.5.1. Nhiên liệu
Nhiên liệu dùng trong ngành cơ khí nơng nghiệp gồm có hai loại chính, đó là
xăng và dầu điêden.
Xăng là loại nhiên liệu lỏng dùng cho động cơ xăng. Thành phần chủ yếu của
xăng là các hợp chất hyđrơcacbon, có khoảng 86% cácbon, 14% hyđrơ, ngồi ra cịn
một số tạp chất khác với hàm lượng không đáng kể. Xăng là chất dễ bay hơi, dễ bắt
lửa, có mùi dễ nhận và khơng hịa tan trong nước. Trọng lượng riêng của xăng nằm
trong khoảng 0,7 - 0,775 G/cm3. Xăng dùng cho động cơ xăng phải có tính chống
kích nổ tốt, tức là xăng phải có chỉ số ốctan cao. Bản chất xăng khơng ăn mịn kim
loại, nhưng nếu bảo quản khơng tốt, để lẫn các tạp chất chứa lưu huỳnh, ơxy,
axít...thì trở thành chất ăn mòn kim loại.
Dầu điêden là nhiên liệu dùng cho động điêden. Khác với động cơ xăng,
nhiên liệu được đốt cháy bằng tia lửa điện, đối với động cơ điêden, nhiên liệu được
phun vào buồng đốt của xi lanh dưới dạng sương mù, trộn đều với khơng khí nén có
áp suất và nhiệt đô cao sẽ tự bốc cháy. Thành phần hóa học của dầu điden có
khoảng 86-87% cácbon, 12-13% hyđrơ và 1% ơxy. Dầu điêden là chất lỏng có màu
nâu hung, có năng suất tỏa nhiệt cao. Trọng lượng riêng của dầu điêden cao hơn

14


xăng (thường nằm trong khoảng 0,82 - 0,86 G/cm3). Dầu điêden ít bay hơi hơn
xăng nhưng có một độ nhớt nhất định. Độ nhớt động học của các loại dầu điêden
nằm trong khoảng 1,8 - 5 centistốc. Dầu điêden nguyên chất khơng ăn mịn kim
loại, nhưng nếu để lẫn các tạp chất có chứa lưu huỳnh, axít, nước...thì trở thành chất
ăn mòn kim loại.

1.5.2. Dầu nhờn và mỡ
Dầu nhờn là chất bơi trơn. Đối với máy móc, dầu nhờn có nhiều tác dụng
quan trọng. Trước hết dầu nhờn bôi trơn làm giảm ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc
của các chi tiết máy, nhờ vậy giảm hao mòn và tăng tuổi thọ cho máy móc. Ngồi ra
dầu nhờn cịn có tác dụng làm mát các chi tiết máy, rửa sạch các muội than và mạt
kim loại sinh ra do các chi tiết máy bị mài mịn trong qúa trình làm việc. Đồng thời
dầu nhờn cịn có tác dụng tăng độ kín khít giữa các cặp lắp ghép và bảo vệ bề mặt
chi tiết máy khơng bị ơxy hóa. Tính chất cơ bản của dầu nhờn là có độ nhớt nhất
định, ít bắt lửa, có trọng lượng riêng nằm trong khoảng 0,88 - 0,95 G/ cm3.
Mỡ được chế tạo bằng cách trộn dầu nhờn với chất làm đặc như: paraphin,
sêrêdin, pêtrơlatum và các loại xà phịng kim loại, tạo thành thể quánh. Mỡ có nhiều
loại được sử dụng trong các trường hợp cụ thể, những nơi không thể bôi trơn bằng
dầu nhờn được hoặc bôi trơn bằng dầu nhờn không hiệu quả.

15


Chương 2

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
2.1. KHÁI NIỆM VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.
2.1.1 Đại cương về động cơ nhiệt.
Ngày nay năng lượng do động cơ nhiệt phát ra chiếm khoảng 80% tổng số
năng lượng dùng trên toàn thế giới. Các nhà máy thủy điện, các loại động cơ chạy
bằng sức gió và thiết bị dùng năng lượng nguyên tử, năng lượng mặt trời....chỉ
chiếm khoảng 20% tổng số năng lượng đang sử dụng mà thôi.
Nguyên lý làm việc của động cơ nhiệt là: Nhiên liệu như than, xăng, dầu hỏa,
điêden...được đốt cháy sinh ra nhiệt năng. Nhiệt năng làm giãn nở môi chất như hơi
nước, hỗn hợp khí v.v...Sự giãn nở của mơi chất gây ra một áp lực lớn đẩy pít tông
của động cơ chuyển động, sản ra một công cơ học cần thiết.

Căn cứ vào vị trí của q trình đốt cháy nhiên liệu để tạo ra nhiệt năng,
người ta chia động cơ nhiệt ra làm hai loại: Động cơ đốt ngoài và động cơ đốt
trong.
Động cơ đốt ngoài là loại động cơ mà nhiên liệu (than) được đốt cháy trong
lị đốt, bên ngồi xi lanh động cơ sinh ra nhiệt. Nhiệt làm nước trong nồi hơi sôi lên
cho ta hơi nước. Hơi nước có nhiệt độ và áp suất cao được đưa vào trong xi lanh của
động cơ, đẩy pít tơng, sinh cơng. Động cơ đốt ngồi bao gồm các loại máy hơi nước, tua
bin hơi nước v.v... .
Động cơ đốt trong là loại động cơ mà nhiên liệu được đốt cháy ngay trong
lịng xi lanh động cơ. Mơi chất là các chất cháy gồm khơng khí và các chất chứa
nhiều năng lượng như xăng, điêden v.v.., khi cháy tạo ra nhiệt độ và áp suất rất cao,
đẩy pít tông sinh công. Động cơ đốt trong gồm nhiều loại: Động cơ đốt trong kiểu
pít tơng, động cơ phản lực, động cơ tua bin khí, động cơ pít tơng tự do, động cơ
Wankel, v.v... Nhưng phổ biến nhất là động cơ đốt trong kiểu pít tơng.
So với động cơ đốt ngồi, động cơ đốt trong có nhiều ưu điểm hơn, như hiệu
suất nhiệt cao hơn, kết cấu gọn nhẹ, khởi động nhanh, sử dụng và chăm sóc đơn
giản, thuận tiện....Vì vậy trong lĩnh vực công nghiệp, vận tải đường biển, động cơ
đốt trong được sử dụng song hành với các động cơ nhiệt khác. Nhưng trên ô tô, máy
kéo, máy xây dựng, máy bay, tàu thuỷ, các trạm phát điện di động... thì động cơ đốt
trong vẫn là động lực duy nhất.
2.1.2 Phân loại động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong ra đời từ năm 1860 và liên tục phát triển với tốc độ rất
nhanh. Sản lượng hàng năm của toàn thế giới hiện nay trên 40 triệu chiếc, với rất
nhiều kích cỡ, chủng loại khác nhau. Việc phân loại động cơ đốt trong chủ yếu dựa
theo những đặc trưng cơ bản của nó.

17


 Phân loại theo công dụng

Theo công dụng, động cơ đốt trong được phân ra các loại:
- Động cơ tĩnh tại (dùng làm nguồn động lực cho các trạm phát điện, các
máy công tác như bơm nước, xay xát, nghiền thức ăn gia súc, v.v...)
- Động cơ ô tô (lắp trên các loại xe ô tô)
- Động cơ máy kéo (lắp trên các loại máy kéo)
- Động cơ máy bay (bao gồm động cơ đốt trong kiểu pittông dùng cho máy
bay cánh quạt và động cơ phản lực dùng cho máy bay phản lực)
- Động cơ tàu thủy (lắp trên các loại tàu thủy)
- Động cơ xe lửa (thường gọi là đầu máy điêden), v.v...
 Phân loại theo chu trình làm việc
Theo chu trình làm việc, động cơ đốt trong được phân ra hai loại chính:
- Động cơ 2 kỳ ( chu trình làm việc của loại động cơ này được hồn thành
trong 2 hành trình chuyển động qua lại của pít tơng, tương ứng với một vịng quay
của trục khuỷu).
- Động cơ 4 kỳ ( chu trình làm việc của loại động cơ này được hoàn thành
trong 4 hành trình chuyển động qua lại của pít tơng, tương ứng với hai vòng quay
của trục khuỷu).

 Phân loại theo nhiên liệu dùng cho động cơ
Theo nhiên liệu, động cơ đốt trong được phân ra các loại:
- Động cơ xăng (nhiên liệu là xăng).
- Động cơ điêden (nhiên liệu là điêden).
- Động cơ ga (nhiên liệu là khí ga)

 Phân loại theo số lượng xy lanh
Theo số lượng xi lanh, động cơ đốt trong được phân ra các loại:
- Động cơ 1 xy lanh.
- Động cơ 2 xy lanh.
- Động cơ nhiều xy lanh (hiện nay đã có loại động cơ 54 xy lanh)

 Phân loại theo phương pháp làm mát động cơ
Theo phương pháp làm mát, động cơ đốt trong được phân ra các loại:
- Động cơ làm mát bằng nước.
- Động cơ làm mát bằng khơng khí.
2.1.3. Những khái niệm chung và chỉ tiêu cơ bản của động cơ đốt trong
2.1.3.1. Những khái niệm chung.
Trong quá trình động cơ làm việc, pít tơng chuyển động tịnh tiến qua lại
trong xy lanh, nhưng nó có hai vị trí giới hạn, đó là thế chết trên và thế chết dưới.

18


- Thế chết trên (viết tắt là TCT) là vị trí của đỉnh pít tơng trong xy lanh khi
khoảng cách giữa pít tơng đến đường tâm của trục khuỷu là lớn nhất.
- Thế chết dưới (viết tắt là TCD) là vị trí của đỉnh pít tơng trong xy lanh khi
khoảng cách giữa pít tơng đến đường tâm của trục khuỷu là nhỏ nhất.
- Đường chạy của pít tơng (ký hiệu bằng chữ S) là khoảng cách giữa TCT và
TCD. Khi pít tơng dịch chuyển được một khoảng cách S thì trục khuỷu quay được
một góc 180 0.
- Thể tích buồng đốt của xy lanh (ký hiệu Vđ) là khoảng không gian trong xy
lanh giới hạn bởi nắp xy lanh và đỉnh pít tơng ở TCT.
7

Hình 2.1.
Sơ đồ động cơ đốt trong
1- Trục khuỷu
2- Tay quay
3- Biên (thanh truyền)
4- Pít tơng
5- Xy lanh

6- Xu páp nạp
7- Xu páp xả
8- Đáy các te

6

TCT

S

5
4

TCD
TCT

3
2

8

1

- Thể tích làm việc của xy lanh ( ký hiệu Vlv) là dung tích của xy lanh giữa
hai thế chết của pít tơng. Thể tích làm việc của xi lanh được tính bằng cơng thức:

VLV

D 2


S
4

Trong đó: D là đường kính xi lanh.
Thể tích làm việc của xy lanh thể hiện sức mạnh của động cơ. Đối với động
cơ nhiều xy lanh thì thể tích làm việc của động cơ (Vđc) bằng tổng số thể tích làm
việc của tất cả các xy lanh.

Vđc= Vlv i

(trong đó i là số lượng xy lanh)

- Thể tích tồn phần của xy lanh (ký hiệu Vtp) là tổng thể tích buồng đốt và
thể tích làm việc của xy lanh:

Vtp= Vđ + Vlv
- Độ nén của động cơ (ký kiệu ) là tỷ số của thể tích tồn phần và thể tích
buồng đốt:

19




Vtp
Vd



Vd  Vlv

Vd

Độ nen của động cơ cho ta thấy thể tích tồn phần của xy lanh đã giảm bao
nhiêu lần, tức là bị ép nhỏ bao nhiêu lần khi pít tơng đi từ TCD lên TCT. Thơng
thường đối với động cơ xăng thì độ nén  = 6,5 - 11, cịn đối với động cơ điêden thì
 = 16 - 22.
- Hỗn hợp đốt: Là hỗn hợp nhiên liệu trộn đều với khơng khí theo một tỷ lệ nhất
định, được tạo thành từ bên ngoài động cơ (động cơ bộ chế hịa khí) hoặc được tạo
thành ngay trong lịng xy lanh động cơ (động cơ điêden).
- Mồi mới nạp: Là sản phẩm được nạp vào xy lanh động cơ ở quá trình nạp. Đối
với động cơ xăng, mồi mới nạp là là hỗn hợp đốt. Đối với động cơ điêden, mồi mới
nạp là khơng khí.
- Khí cịn lại: Là sản phẩm còn lại trong xy lanh của động cơ sau quá trình xả.
- Hỗn hợp làm việc: Là hỗn hợp được đốt cháy trong xy lanh động cơ.
- Khí đã làm việc (cịn gọi là khí xả ): Là sản phẩm đã đốt cháy được thốt ra
ngồi xy lanh ở quá trình xả.
2.1.3.2. Những chỉ tiêu cơ bản của động cơ
- Cơng suất chỉ thị trung bình ( ký hiệu N i ) Là công suất do hỗn hợp làm
việc được đốt cháy tạo ra truyền cho pít tơng.

Ni 

PiVlv ni
( KW )
30

Trong đó: P i là áp suất chỉ thị trung bình (MN/m2)
Vlv là thể tích làm việc của xi lanh (lít)
n là số vịng quay của trục khuỷu (vòng/phút)
i là số lượng xy lanh

là hệ số thời kỳ, đối với động cơ 2 kỳ  =1, đối với động cơ 4 kỳ  =2
- Công suất hiệu dụng của động cơ (ký hiệu Ne) là công suất đo được ở trục
khuỷu động cơ:

N e  N i m 

PVlv ni
i
 m ( KW )
30

Trong đó m là hiệu suất cơ học của động cơ. Do một phần cơng suất phải
chi phí để thắng ma sát trong động cơ và để dẫn động cho cơ cấu phân phối khí, làm
chuyển động các bộ phận khác như quạt gió, bơm nước, .... nên m luôn luôn nhỏ
hơn 1. Thông thường m = 0,65 - 0,93.

20


Nhìn vào cơng thức tính Ne ta thấy, với mọi điều kiện như nhau (tức là cùng
một giá trị P i , Vlv , n , i ) thì cơng suất động cơ 2 kỳ gấp đôi công suất động cơ 4
kỳ.
- Mức chi phí nhiên liệu riêng (ký hiệu ge ) là tỷ số giữa mức nhiên liệu mà
động cơ tiêu thụ trong một giờ với công suất hiệu dụng của động cơ (tức là khối
lượng nhiên liệu cần thiết để động cơ tạo ra được một KW, trong một giờ):
1000Gm
(g/KWh)
ge=
Ne
Trong đó: Gm là mức chi phí nhiên liệu trong một giờ ( Kg /giờ).

Đối với động cơ xăng:
ge = 270 - 400 g/kWh
Đối với động cơ điêden:
ge = 220- 310 g/kWh
So sánh mức chi phí nhiên liệu riêng ta thấy động cơ điêden tiết kiệm hơn
nhiều so với động cơ xăng.
2.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.
Động cơ đốt trong muốn làm việc được phải có các q trình sau đây xẩy ra
liên tục theo một trình tự nhất định ở trong xy lanh động cơ:
- Nạp đầy mồi mới nạp vào trong xy lanh.
- Nén mồi mới nạp trong xy lanh và đốt cháy hỗn hợp .
- Giãn khí trong xy lanh ( sinh cơng).
- Xả sạch khí đã làm việc ra khỏi xy lanh.
Tồn bộ các q trình đó gọi là chu trình làm việc của động cơ. Nếu chu
trình làm việc của động cơ được thực hiện trong hai vòng quay của trục khuỷu, tức
là 4 lần chuyển động tịnh tiến qua lại của pít tơng thì gọi là động cơ 4 kỳ. Nếu chu
trình làm việc của động cơ được thực hiện trong một vòng quay của trục khuỷu, tức
là 2 lần chuyển động tịnh tiến qua lại của pít tơng gọi là động cơ 2 kỳ.
2.2.1. Chu trình làm việc của động cơ 4 kỳ
Để nghiên cứu chu trình làm việc của động cơ 4 kỳ được dễ dàng ta xây
dựng đồ thị chỉ thị biểu diễn các quá trình làm việc của động cơ với sự tương quan
giữa áp suất và thể tích trong xy lanh của các quá trình đó. Trên đồ thị, trục hồnh
biểu diễn thể tích làm việc (Vlv), trục tung biểu diễn áp suất trong xy lanh (P).
Đường thẳng nằm ngang P o là áp suất khí quyển (Hình 2.2).

 Q trình nạp (cịn gọi là q trình hút): Pít tơng chuyển động từ TCT
đến TCD, tương ứng trục khuỷu quay một góc từ 0 - 180 0. Thể tích trong xy lanh
tăng lên và áp suất từ từ giảm xuống, đến mức nhỏ hơn áp suất khí quyển P o . Xu
páp nạp dưới tác dụng của cơ cấu phân phối khí mở ra (xu páp xả vẫn đóng). Do áp
suất bên trong xy lanh động cơ nhỏ hơn áp suất bên ngoài nên mồi mới nạp qua cửa

nạp được nạp vào trong xy lanh động cơ. Trên đồ thị quá trình nạp được biểu diễn
bằng đường cong a - b.

21


 Q trình nén cháy: Pít tơng chuyển động từ TCD đến TCT, tương ứng
với trục khuỷu quay một góc từ 180 - 360 0. Xu páp nạp đóng lại, mồi mới nạp và
một phần khí cịn lại trong xy lanh bắt đầu bị nén. Thể tích trong xy lanh giảm và
áp suất tăng dần lên. Khi pít tơng đến gần TCT thì đối với động cơ xăng, hỗn hợp
làm việc được đốt cháy bằng tia lửa điện xuất hiện ở bugi. Còn đối với động cơ
điêden, vòi phun sẽ phun nhiên liệu vào dưới dạng như sương mù, trộn đều với
khơng khí nén, tạo thành hỗn hợp đốt và tự bốc cháy dưới áp suất và nhiệt độ cao.
Khi đốt cháy, áp suất và nhiệt độ trong xy lanh tăng vọt lên. Trên đồ thị, quá trình
nén cháy được biễu diễn bằng đường cong b - c - d. Điểm c đối với động cơ xăng
là thời điểm bugi bật tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp, đối với động cơ điêden, đó
là thời điểm vịi phun phun nhiên liệu vào xy lanh động cơ.
 Quá trình giãn (cịn gọi là q trình sinh cơng): Dưới tác dụng của áp
suất cao do hỗn hợp làm việc bị đốt cháy, đẩy pít tơng đi từ TCT đến TCD và nhờ
cơ cấu biên tay quay, chuyển động tịnh tiến của pít tơng biến thành chuyển động
quay của trục khuỷu, tương ứng góc quay từ 360 - 540 0. Thời kỳ này, năng lượng
nhiệt biến thành năng lượng cơ học nên gọi là thời kỳ sinh cơng. Trên đồ thị, q
trình sinh công được biễu diễn bằng đường cong d - e.
 Q trình xả (cịn gọi là q trình thốt): Pít tơng chuyển động từ TCD
đến TCT, tương ứng với trục khuỷu quay một góc từ 540 - 7200. Ở thời kỳ này, xu
páp nạp vẫn đóng nhưng xu páp xả mở ra, pít tơng đẩy khí đã làm việc ra ngồi.
Trên đồ thị, q trình xả được biễu diễn bằng đường cong e - a.
Sau q trình xả, pít tơng lại chuyển động từ TCT đến TCD, khi đó xu páp
nạp lại mở và quá trình nạp lại tiếp tục thực hiện cho chu trình tiếp theo.
Nói chung trong bốn q

trình: nạp, nén cháy, sinh cơng, xả
của động cơ 4 kỳ trình bày ở trên,
chỉ có q trình sinh cơng là q
trình có ích (tạo ra năng lương cơ
học), cịn lại ba q trình khác là
các q trình cản, được thực hiện
nhờ động năng của bánh đà và của
các chi tiết quay khác, hoặc nhờ
công của các xi lanh khác trong
động cơ nhiều xi lanh.

P

d

c

e
P0

a
b

0
TCT
2.2.2. Chu trình làm việc của động cơ 2 kỳ

22

vlv

TCD

Hình 2.2
Đồ thị chỉ thị của động cơ 4 kỳ


TCT
TTT
Cửa xả
Cửa nạp

TCD

Hình 2.3
Sơ đồ động cơ 2 kỳ

Chu trình làm việc của động cơ
2 kỳ cũng có các quá trình nạp, nén
cháy, sinh cơng và xả nhưng chỉ thực
hiện trong một vòng quay của trục
khuỷu (360 0) tức là pít tơng chỉ chuyển
động tịnh tiến qua lại 2 lần. Trong mỗi
lần (hay nói cách khác là trong mỗi kỳ)
chuyển động tịnh tiến của pít tơng có
nhiều q trình cùng xẩy ra. Đó là điểm
đặc biệt của động cơ 2 kỳ.

Đa số các loại động cơ 2 kỳ có đặc điểm cấu tạo là ở thành xy lanh có cửa
nạp để nạp mồi mới nạp và cửa xả để xả khí đã làm việc ra ngồi. Pít tơng của động

cơ làm ln nhiệm vụ đóng, mở cửa nạp và cửa xả. Cũng có một số động cơ 2 kỳ
(chủ yếu là động cơ điêden) có cửa nạp trên thành xy lanh nhưng cửa xả lại ở trên
nắp xy lanh và được đóng mở bằng xu páp. Trong giáo trình này chỉ trình bày chu
trình làm việc của loại động cơ 2 kỳ có cửa nạp và cửa xả nằm trên thành xy lanh
(hình 2.3).
Để nghiên cứu chu trình làm việc của động cơ 2 kỳ được dễ dàng ta cũng xây
dựng đồ thị chỉ thị biễu diễn các quá trình làm việc của động cơ với sự tương quan
giữa áp suất và thể tích trong xy lanh. Trên đồ thị trục hồnh biểu diễn thể tích làm
việc (Vlv), trục tung biểu diễn áp suất trong xy lanh (P). Đường thẳng nằm ngang P o
là áp suất khí quyển.
* Kỳ thứ nhất:
Pít tơng chuyển động từ TCD lên TCT, tương ứng trục khuỷu quay một góc
từ 0 - 1800. Lúc đầu cửa nạp mở nên mồi mới nạp được nạp vào xy lanh, đồng thời
cửa xả cũng mở nên một phần mồi mới nạp bị xả ra ngồi. Sau khi pít tơng đi lên
đóng kín cửa nạp thì q trình nạp kết thúc cịn lại q trình xả và khi pít tơng đóng
kín cửa xả thì q trình xả cũng kết thúc và quá trình nén bắt đầu. Ap suất trong xy
lanh dần dần tăng lên. Khi pít tơng đến gần TCT thì đối với động cơ xăng, hỗn hợp
làm việc được đốt cháy bằng tia lửa điện xuất hiện ở bugi. Còn đối với động cơ
điêden, vòi phun phun nhiên liệu vào trộn đều với khơng khí nén, tạo thành hỗn hợp
đốt và tự bùng cháy dưới áp suất và nhiệt độ cao.

23


Do quá trình đốt cháy mà
áp suất và nhiệt độ trong xy lanh
tăng vọt lên. Trên đồ thị chỉ thị,
quá trình nạp được biễu diễn
bằng đường a - b, quá trình xả
được biễu diễn bằng đường a- b',

quá trình nén cháy được biễu
diễn bằng đường cong b' - c - d .
Điểm c đối với động cơ xăng là
thời điểm bugi bật tia lửa điện để
đốt cháy hỗn hợp, còn đối với
động cơ điêden, đó là thời điểm
vịi phun phun nhiên liệu vào xy
lanh động cơ.

P
Cửa nạp đóng
đđddđgsđong đóng

c

Cửa xả đóng

d

e'
e
b'

P0
0

TCT

a

b

TCD

Hình 2.4
Đồ thị chỉ thị của động cơ 2 kỳ
* Kỳ thứ hai:
Dưới tác dụng của áp suất cao do hỗn hợp làm việc bị đốt cháy đẩy pít tơng
đi từ TCT xuống TCD, tương ứng với trục khuỷu quay một góc từ 180 - 360 0. Ở
thời kỳ này, năng lượng nhiệt biến thành năng lượng cơ học nên gọi là thời kỳ sinh
cơng. Khi pít tơng đi xuống để hở cửa xả thì khí đã làm việc được xả ra ngồi (q
trình xả) và khi pít tơng để hở cửa nạp thì quá trình nạp cưỡng bức mồi mới nạp
cũng được diễn ra. Trên đồ thị chỉ thị, q trình sinh cơng được biễu diễn bằng
đường cong d - e , quá trình xả là đường e' - a, q trình nạp là đường e - a.
Sau đó, pít tơng lại đi từ TCD lên TCT để thực hiện các quá trình nạp, nén
cháy của chu trình thứ hai....Như vậy đối với động cơ 2 kỳ, trong kỳ thứ nhất có các
q trình nạp, xả, nén cháy. Kỳ thứ hai có các q trình sinh cơng, xả, nạp. Trên đồ
thị, quá trình nạp được biễu diễn bằng đường cong e - a - b, quá trình nén cháy là b'
- c - d, q trình sinh cơng là d - e', quá trình xả là e' - a - b'.

Cửa xả

Cửa thổi

Cửa xả
Cửa nạp

Bơm thổi

24

Vlv


Hình 2.5
Sơ đồ động cơ 2 kỳ dùng bơm thổi

Hình 2.6
Sơ đồ động cơ 2 kỳ buồng thổi tay quay

Một điểm đáng lưu ý đối với động cơ đốt trong 2 kỳ nói chung là trong q
trình nạp, mồi mới nạp cũng bị thốt ra ngồi qua cửa xả, gây ra hiện tượng lảng phí
mồi mới nạp, đặc biệt là đối với động cơ xăng. Đồng thời trong quá trình xả lại có
q trình nạp cùng xẩy ra nên có hiện tượng trộn lẫn khí đã làm việc với mồi mới
nạp, dẫn đến tình trạng nạp khơng đầy, xả khơng sạch.
Mặt khác, chúng ta thấy ở động cơ 4 kỳ, mồi mới nạp được nạp vào trong xy
lanh động cơ là nhờ áp suất trong xy lanh nhỏ hơn áp suất bên ngồi (P b P o), cịn
đối với động cơ 2 kỳ thì áp suất trong xi lanh ln ln lớn hơn áp suất bên ngịai.
Do đó phải tạo cho mồi mới nạp một áp suất ban đầu mới có thể nạp vào trong xy
lanh được. Hiện nay thường sử dụng hai phương pháp để tạo cho mồi mới nạp một
áp suất ban đầu. Đối với động cơ công suất lớn (thường là động cơ điêden) thì dùng
bơm thổi để thổi. Mồi mới nạp (khơng khí) được bơm thổi vào xy lanh (hình 2.5).
Cịn đối với động cơ 2 kỳ cơng suất nhỏ (thường là động cơ xăng) thì lợi dụng
buồng tay quay (buồng các te động cơ) để tạo cho mồi mới nạp một áp suất ban
đầu. Đặc điểm cấu tạo của loại động cơ này là ở thành xy lanh có 3 cửa: cửa nạp để
nạp mồi mới nạp vào buồng tay quay; cửa thổi để thổi mồi mới nạp từ buồng tay
quay lên xy lanh động cơ; cửa xả để xả khí đã làm việc ra ngồi (hình 2.6). Q
trình mồi mới nạp vào xy lanh của loại động cơ này diễn ra như sau: Khi pít tơng đi
từ TCD lên TCT, thể tích trong buồng tay quay tăng lên và áp suất giảm dần, tạo ra
độ chân khơng ở trong buồng tay quay. Pít tơng lần lượt đóng kín cửa thổi, cửa xả

để nén mồi mới nạp trong xy lanh, đồng thời mở cửa nạp để mồi mới nạp nạp vào
buồng tay quay (nhờ sự chênh lệch áp suất giữa buồng tay quay và bên ngồi). Khi
pít tơng đi xuống, thể tích trong buồng tay quay giảm dần và áp suất từ từ tăng lên.
Khi pít tơng để hở cửa thổi thì mồi mới nạp có áp suất cao ở trong buồng tay quay
được thổi lên xy lanh thay thế khí đã làm việc đã xả ra ngồi. Sau đó pít tơng lại đi
lên, cửa nạp lại mở, mồi mới nạp lại được nạp vào buồng tay quay....Chúng ta có
thể hiểu rằng, dưới tác dụng của pít tơng, buồng tay quay hoạt động như một cái
bơm để nạp và thổi mồi mới nạp vào trong xy lanh động cơ .
2.2.3. Chu trình làm việc của động cơ nhiều xi lanh
Phần trên đã giới thiệu chu trình làm việc của hai loại động cơ 4 kỳ và 2 kỳ
có một xy lanh. Trong thực tiễn để nâng cao cơng suất và đảm bảo tính kinh tế
người ta chế tạo động cơ nhiều xy lanh.
Đối với động cơ nhiều xy lanh, thứ tự làm việc của các xy lanh là tùy ý lựa
chọn, nhưng phải đảm bảo tính phân bố đều các thời kỳ sinh cơng và sự cân bằng
động cơ trong quá trình hoạt động.

25