luận văn cơ khí '''' thanh truyền''''

GVHD:Đào Mạnh Quyền

Nói Đầu

" Thanh truyền" là một chi tiết không thể thiếu trong bất kỳ
một động cơ đốt trong nào.Thanh truyền dùng để nối piston với
trục khuỷu của động cơ và biến chuyển động tịnh tiến của
piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.
Cuốn chuyên đề này nhằm giới thiệu những kiến thức cơ bản
về đặc điểm cấu tạo công dụng, đặc tính kỹ thuật…về thanh
truyền.
Thanh truyền là một chi tiết rất quan trọng trong động cơ đốt
trong.Để hiểu rõ hơn về thanh truyền chung ta cùng đi tìm hiểu
sâu hơn về công dụng và cấu tạo của thanh truyền.
SV:Vũ Văn Dương

1
GVHD:Đào Mạnh Quyền
Phần I
Thanh Truyền
1.Công dụng
Trong động cơ đốt trong thanh truyền có tác dụng
nối piston với trục khuỷu của động cơ và biến
chuyển động tịnh tiến của piston thanh chuyển động
quay của trục khuỷu.
2.Vật liệu chế tạo
Thanh truyền được làm bằng thép cacbon tốt
hoặc thép hợp kim.Thép cacbon thường dùng phổ
biến trong các động cơ tốc độ thấp (tĩnh tại, tàu
thủy) như thép C30; C35; C40; C45.Động cơ ôtô
máy kéo có thể dung thép cacbon C40; c45 nhưng

thương dung loại thép hợp kim 45Mn2; 40CrNi;
40MnMo…các loại động cơ hóa cao tốc (xe đua, xe
du lịch) thương dung thép 8Cr2Ni4WA; 12CrNi3A;
38Cr2MoA1A; 18Cr2Ni4MoA
SV:Vũ Văn Dương

2
GVHD:Đào Mạnh Quyền

3.Kết cấu của thanh truyền
SV:Vũ Văn Dương

3
GVHD:Đào Mạnh Quyền
-,Thanh truyền chia làm 3 phần: đầu nhỏ, thân,
đầu to.
1, Đầu nhỏ
2, Bạc lót đầu nhỏ
3, Thân
4,6, Đầu to
5, Bạc lót đầu to
7, Bulông
8, Đai ốc

a. Đầu nhỏ thanh truyền
Đầu nhỏ thanh truyền lắp với chốt piston, bên
trong có bạc đồng, phía trên có lỗ dầu bôi trơn cho
bạc. Bạc đồng được ghép chặt vào đầu nhỏ thanh
truyền.
Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền phụ thuộc vào kíck

thước và phương pháp lắp ghép chốt piston lên
thanh truyền.
+,Khi chốt lắp tự do
Đầu nhỏ thanh truyền có dạng hình trục rỗng.
Đôi khi có dạng ôvan để tăng độ cứng vững. Động
cơ xăng oto đầu nhỏ thường làm mỏng. Khi lắp chốt
SV:Vũ Văn Dương

4
GVHD:Đào Mạnh Quyền
tự do, bôi trơn mặt chốt piston và bạc lót đầu nhỏ
bằng đường dẫn dầu khoan dọc trong than thanh
truyền. Trong động cơ hai kỳ đầu nhỏ luôn chịu lực
nén, do đó dầu bôi trơn bề mặt chốt phải có áp suất
cao và để giữ được dầu bôi trơn, phía trong bạc lót
đầu nhỏ thường có các rãnh chéo.
Động cơ oto máy kéo và các động cơ cỡ nhỏ,
chốt piston được bội trơn theo kiểu vung té. Do đó,
đầu nhỏ thanh truyền phải có lỗ hứng dầu hoặc rãnh
hứng dầu.
Trên một số động cơ hai kỳ cao tốc và cỡ nhỏ, để
đơn giản cho hệ thống bội trơn, người ta không dùng
bạc lót đầu nhỏ mà dùng ổ bi đũa.

SV:Vũ Văn Dương

5
GVHD:Đào Mạnh Quyền
Trên các động cơ làm mát đỉnh piston bằng cách
phun dầu nhờn vào mặt dưới của đỉnh piston , trên

đầu nhỏ phải có lỗ phun dầu.


Bạc lót đầu nhỏ thong thường là bạc đồng . Đôi
khi là bạc thép có tráng lớp hợp kim chịu mòn, chiều
dày bạc vào khoảng (0,080 ÷ 0,085)dc (dc là đường
kính chốt piston).
Khe hở hướng kính giữa bạc lót đầu nhỏ và chốt
piston thường lấy bằng: ∆ = (0,0004 ÷ 0,0015)dc
+,Khi piston lắp cố định trên đầu nhỏ
Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền có dạng như hình
vẽ, phụ thuộc vào cách cố định chốt piston.
Loại động cơ tĩnh tại và tàu thủy, không có chốt
piston, đầu nhỏ thanh truyền có dạng hình cầu. Kết
cấu này làm giảm khả năng kẹt vướng piston khi
SV:Vũ Văn Dương

6
GVHD:Đào Mạnh Quyền
thanh truyền bị cong hoặc bị xoắn nhưng kết cấu
phức tạp, gia công khó khăn.


b.Thân thanh truyền
Thân thanh truyền được nối đầu nhỏ với đầu to,
có tiết diện hình chữ I được ứng dụng rộng rãi trong
các loại động cơ. Do tính hợp lý của việc sử dụng
vật liệu nên trọng lượng thanh truyền nhỏ mà độ
cứng vững lớn.
Khoảng cách giữa hai tâm đầu vào và đầu to gọi

là chiều dài ảo của thanh truyền l và phụ thuộc vào
thông số kết cấu λ .

λ =
SV:Vũ Văn Dương

7
GVHD:Đào Mạnh Quyền
Đại đa số các loại động cơ ngày nay có λ = 0.24
÷ 0,30. Một số tiết diện ngang của thanh truyền


Loại thân thanh truyền có tiết diện chữ nhật và
ôva rất đơn giản trong chế tạo thường dùng cho động
cơ moto, xe máy và các loại động cơ xăng cơ nhỏ.
Trong thân thanh truyền có khoan lỗ dẫn dầu bôi
trơn, đường kính lỗ dẫn dầu nằm trong khoảng 4 ÷
8mm. Đường kính lỗ dẫn dầu phải bảo đảm cung cấp
đẩy đủ lượng dầu bôi trơn và nhanh chóng đưa dầu
lên bôi trơn khi khởi động. Vì vậy lỗ dẫn dầu không
nên quá lớn hoặc quá bé. Để tăng độ cứng vững và
dễ khoan lỗ dẫn dầu, người ta lam gân dọc suốt
chiều dài thân thanh truyền. Khi không thể khoan
được đường dần dầu nhất là đối với các loại thanh
SV:Vũ Văn Dương

8
GVHD:Đào Mạnh Quyền
truyền dài hoặc công nghệ khó khăn, người ta gắn
ống dẫn dầu bôi trơn ở phía ngoài thân để đưa dầu từ

đầu to lên đầu nhỏ.
Kích thước của thân thanh truyền lớn dần từ đầu
nhỏ đến đầu to để phù hợp với quy luật phân bố lực
quán tính lắc của thanh truyền, còn chiều dày b của
thân thì đồng đều trên suốt chiều dài thân thanh
truyền.
c.Đầu to thanh truyền
Đầu to thanh truyền nối với cổ trục khuỷu gồm
hai nủa, nủa trên liền với thanh truyền, nửa dưới chế
tạo rời, phía trong có bạc làm bằng thép rồi tráng
một lớp hợp kim đồng, chì bạc gồm hai nửa. Mặt
trong có bạc có phay rảnh để chứa dầu bôi trơn, giữa
các nửa của đầu to thanh truyền ghép với nhau bằng
bulong. Để chống xoay bạc mỗi nửa bạc có dập định
vị khớp với rãnh đầu to thanh truyền.Kết cấu đầu to
thanh truyền phải đảm bảo các yêu cầu sau đây:
+, Có độ cứng vững lớn để bạc lót không bị biến
dạng.
+, Kích thước nhỏ gọn để lực quán tính nhỏ, giảm
được tải trọng lên chốt khuỷu, ổ trục đồng thời cho
phép giảm kích thước hộp trục khuỷu và tạo khả
năng đặt trục cam gần trục khuỷu làm cho buồng
cháy động cơ dùng cơ cấu xupap đặt nhỏ gọn hơn.
+, Chỗ chuyển tiếp giữa thân và đầu to phải có góc
lượn lớn để tăng độ cứng vững
SV:Vũ Văn Dương

9
GVHD:Đào Mạnh Quyền
+, Dễ dàng trong việc lắp ghép cụm piston thanh

truyền với trục khuỷu. Trong hầu hết các động cơ
đầu to được phân làm hai nửa: nửa trên liền với thân
và nửa dưới là nắp đầu to thanh truyền
Trong động cơ tàu thủy hoặc tĩnh tại cỡ lớn, đầu
to thanh truyền được làm rời với thân. Loại thanh
truyền cắt thành hai nửa, khi lắp ghép cần định vị
mối ghép. Có các phương pháp định vị sau:
-,Dùng bulông thanh truyền để định vị.
-,Dùng gờ hoặc răng cưa trên mặt lắp ghép để
định vị.
Trên động cơ chữ V và hình sao dùng thanh
truyền phụ lắp lên thanh truyền chính, đầu to thanh
truyền phụ là một khối nguyên. Trong động cơ nhỏ
(moto, xuồng máy) đầu to cũng là một khối nguyên.
Trong trương hợp này, không dùng bạc lót mà dùng
ổ bi đũa.
Để thanh truyền đút qua được xilanh khi lắp
ghép. Người ta thường dùng các biện pháp sau đây:
-,Dùng nhiều bulong (4 hoăc 6) để lắp ghép nắp
đầu to thanh truyền.
-,Cắt nghiêng đầu to thanh truyền dưới một góc
bằng 30 ÷ 60º. Khi lắp ghép thanh truyền có đầu to
cắt nghiêng phải lắp đúng chiều để giảm tải cho
bulông.
SV:Vũ Văn Dương

10
GVHD:Đào Mạnh Quyền

-,Làm thân và đầu to rời và dùng bulong để lắp
ghép đầu to lên thân.
-,Dùng chốt côn có độ côn rất nhỏ (1:75) để lắp
ghép nắp đầu to theo kiểu bản lề. khuyết điểm của
loại này là yêu cầu phải gia công chính xác cao.
-,Rút ngắn khoảng cách giữa hai đường tâm lỗ
bulong bằng cách khoan lõm vào cả bạc lót. Lúc này
bulong thanh truyền có tác dụng định vị bạc lót.
Để tránh hiện tượng tập trung ứng suất chỗ
chuyển tiếp giữa thân với đầu to trên một số động cơ
ngươi ta khoét rãnh A
Trên lưng của nắp đầu to thường có gân để tăng
độ cứng vững của nắp làm tránh biến dạng bạc lót.
4, Một số kết cấu điển hình của thanh truyền
động cơ nhiều hàng xilanh
SV:Vũ Văn Dương

11
GVHD:Đào Mạnh Quyền
Động cơ nhiều hàng xilanh cùng chung một trục
khuỷu có hai loại động cơ chữ V và động cơ sao.
a. Thanh truyền động cơ chữ V
Phụ thuộc vào cách lắp ghép của thanh truyền của
hai hàng xilanh, kết cấu của thanh truyền động cơ
chữ V có ba loại:

- Loại thanh truyền đồng dạng: Hai thanh truyền
của hai hàng xilanh lắp kế tiếp trên một trục khuỷu
có cấu tạo giống hệt nhau.
- Loại thanh truyền trung tâm: hai thanh truyền

chuyển động trong cùng một mặt phẳng. Do đó, có
một thanh truyền có đầu to hình nặng và thanh
truyền kia có đầu to mỏng lắp vào nạng đó
- Thanh truyền chính và phụ: thanh truyền phụ
lắp lên đầu to thanh truyền chính, còn thanh truyền
chính lắp với trục khuỷu.
SV:Vũ Văn Dương

12
GVHD:Đào Mạnh Quyền

b. Thanh truyền của đọng cơ sao
Trong động cơ hình sao, thanh truyền của các
xilanh cùng lắp chung trên một chốt khuỷu. Do vậy,
chỉ có một kết cấu thanh truyền, đó là thanh truyền
chính và nhiều thanh truyền phụ
Bội trơn bạc lót đầu thanh truyền phụ cũng được
thực hiện như trong động cơ chữ V nghĩa là dầu
nhờn sau khi bôi trơn đầu to thanh truyền chính
được dẫn đến bôi trơn đầu to thanh truyền phụ.
Phần II
Bạc Lót Đầu To Thanh Truyền
1, Vật liệu chịu mòn
a.Yêu cầu đối với vật liệu chịu mòn
- Có tính chống mòn tốt, có hệ thống ma sát nhỏ.
SV:Vũ Văn Dương

13
GVHD:Đào Mạnh Quyền
- Có độ cứng thích đáng và độ dẻo cần thiết.

- Ở nhiệt độ cao, sức bền ít giảm.
- Dẫn nhiệt tốt.
- Giữ được dầu bôi trơn.
- Chóng rà khít với bề mặt trục.
- Dễ đúc và dễ bám với vỏ thép.
2, Vật liệu chế tạo bạc lót
Người ta chia vật liệu chịu mòn ra làm 3 nhóm:
- Nhóm kim loại: gồm có babít, đồng thanh-
thiếc, đồng thanh-chì, hợp kim nhôm, hợp kim kẽm,
gang chống mòn.
- Nhóm phi kim loại : gồm chất dẻo, gỗ ép.
- Nhóm kim loại gốm : gồm các bột kim loại ép
như : sắt-graphít,đồng thanh- graphít v.v
Ngày nay, hợp kim babít và hợp kim đồng chì
thuộc nhóm kim loại được sử dụng phổ biến nhất.
a. Hợp kim babít
Do Ixắc Babít đề xuất năm 1839 được dùng rộng
rãi trong động cơ đốt trong vì nó có các ưu điểm sau
đây:
- Do tổ chức kim tương của hợp kim babít gồm
những tinh thể cứng của Cu, hợp kim Cu3Sn của Sb,
hợp chất SnSb phân bố trên nền mềm của thiếc nên
nó có tính dẻo, chịu mòn và chịu mỏi tốt, đồng thời
dễ ra khít với bề mặt trục.
- Hợp kim babít dễ đúc và dễ bám chắc trên vỏ
thép.
- Độ cứng thích hợp (Hb= 25÷30).
SV:Vũ Văn Dương

14

GVHD:Đào Mạnh Quyền
Tuy nhiên, hợp babít cũng có các nhược điểm sau:
- Giá thành đắt vì dùng nhiều thiếc
- Tính dẫn nhiệt kém nên với các động cơ có áp
suất khí cháy lớn, hợp kim babít không dùng được.
Áp suất cho phép của bề mặt đối với hợp kim babít
chỉ đến 18MN/m².
- Ở nhiệt độ cao, độ cứng giảm khá nhiều ( ví dụ:
khi nhiệt độ tăng từ 290ºK đến 373ºK, độ cứng giảm
60 ÷ 70%).
Hợp kim babít được chia ra làm hai loại babít nền
thiếc và babít nền chì.
b. Hợp kim đồng chì
Trong những động cơ có phụ tải lớn, áp suất bề
mặt ổ trục cao, người ta thường dùng hợp kim đồng
chì.
Về mặt tổ chức kim tương, hợp kim đồng chì là
một hỗn hợp cơ học của đồng và chì. Tất cả chì
đứng riêng ra và đông đặc, sau cùng bao bọc các tinh
thể đồng tiết ra trước tạo thành các phiến chì mềm
phân bố theo dạng mạng trên nền đồng cứng.
Hợp kim đồng chì có ưu điểm sau đây:
- Sức bền cơ học cso chịu được nhiệt độ cao (đến
480ºK).
- Độ cứng cao và ở nhiệt độ cao độ cứng giảm ít.
- Dẫn nhiệt tốt.
- Chịu được áp suất bề mặt lớn (≥35Mn/m²)
Hợp kim đồng chì có các khuyết điểm:
SV:Vũ Văn Dương

15
GVHD:Đào Mạnh Quyền
Do đồng và chì chênh lệch nhau xa về khối
lượng riêng và nhiệt độ nóng chảy nên khi đúc hay
bị thiên tích và để đạt được kết cấu chì ở dạng mạng
thì phải khống chế tốc độ làm nguội, điều này rất
khó khăn.
Ngoài hai loại chính trên người ta cũng đã áp
dụng một số loại hợp kim chịu mòn khác như:
- Hợp kim đồng phốt pho thiếc.
- Hợp kim đồng kẽm thiếc.
- Hợp kim nhôm.
- Hợp kim chì ăngtimoan thiếc.
3. Kết cấu bạc lót
Hợp kim chịu mòn đúc trang lên đầu to thanh
truyền có thể theo hai cách sau:
- Tráng trực tiếp hợp kim chịu mòn lên đầu to
thanh truyền (không dùng bọc lót). Kết cấu này có
ưu là lắp ghép đơn giản, truyền nhiệt tốt, có khả
năng giả được kích thước và trong lương của đầu to,
do đó có khẳ năng tăng được đường kính chốt
khuỷu. Kiểu đúc tráng hợp kim chịu mòn này
thường dùng trong động cơ cỡ nhỏ dùng trong công
nghiệp.
- Tráng hợp kim chịu mòn lên bạc lót.
Tùy theo chiều dày của lớp kim loại chịu mòn,
bạc lót được chia làm hai loại: bạc lót dày và bạc lót
mỏng.
Bạc lót dày hay mỏng đều gồm có hai phần: gộp
bạc thép và lớp kim loại chịu mòn.

SV:Vũ Văn Dương

16
GVHD:Đào Mạnh Quyền
Bạc lót dày là loại bạc lót có chiều dày gộp bạc
thép từ 3 ÷ 6mm, lớp hợp kim chịu mòn dày 1,5 ÷
3mm.
Bạc lót mỏng chiều dày gộp bạc 0,9 ÷ 3mm, lớp
hợp kim chịu mòn dày 0,4 ÷ 0,7mm.
Gộp bạc thép của hai loại được chế tạo bằng thép
có thành phần cacbon thấp (0,05 ÷ 0,15%), chẳng
hạn như thép 10 hoặc thép 15 để lớp hợp kim chịu
mòn để bám chắc vào gộp bạc

Phần III
Bulông Thanh Truyền
1, Điều kiện làm việc và vật liệu chế tạo
Trong khi động cơ làm việc, bulông thanh truyền
chụi các lực sau:
- Lực xiết ban đầu khi lắp ghép.
- Lực quán tính của khối lượng vận động tịnh tiến
và lực quán tính ly tâm của khối lượng vận động
quay.
Các lực trên thay đổi theo chu kỳ nên bulong
thnah truyền chịu tải trọng động và sức bền mỏi.
Vật liệu chế tạo bulong thanh truyền là thép hợp
kim, còn thép cacbon chỉ dùng trong động cơ hai kỳ
tốc độ chậm. Tùy theo loại động cơ mà người ta
dùng các loại thép hợp kim khác nhau.
SV:Vũ Văn Dương

17
GVHD:Đào Mạnh Quyền
2, Kết cấu và các biện pháp nâng cao sức bền
bulông thanh truyền
a. Kết cấu của bulông thanh truyền
Hình dạng kết cấu của bulông thanh truyền có rất
nhiều kiểu, chủ yếu do cộng dụng của động cơ và
các biện pháp nâng cao sức bền mỏi của bulông.
Khi thiết kế và chế tạo bulông thanh truyền cần
phải đảm bảo sao cho nó chỉ chịu lực kéo, tránh các
lực cắt và uốn bulông.
b. Tăng sức bền mỏi của bulông thanh truyền bằng
các biện pháp sau
- Ở những chỗ thay đổi kích thước, đường kính
cũng như chỗ nối tiếp giữa thân và đầu bulông, thân
và đoạn có ren phải có góc lượn để giảm ứng suất
tập trung.
SV:Vũ Văn Dương

18
GVHD:Đào Mạnh Quyền
- Để tăng sức bền mỏi, phần thân bulông nối với
phần ren được làm thắt lại một ít.
- Chiều dài đoạn ren trên bulông thanh truyền cần
được thiết kế ssao cho có thể vặn lút hết vào đai ốc
để giảm ứng suất cho những mối ren đầu.


- Dùng đai ốc chịu kéo để giảm ứng lực trên các

mối ren đầu.
Loại đai ốc này có kết cấu để phần đại ốc có ren
không tỳ vào mặt đầu to thanh truyền.
-Tăng độ cứng vững của đầu to thanh truyền để
giảm lực tác dụng lên bulông.
- Quy định lực xiết đai ốc bulông thanh truyền
đúng mức.
c. Tăng sức bền bulông bằng các biện pháp công
nghệ sau:
- Mài bóng toàn bộ bề mặt bulông thanh truyền.
SV:Vũ Văn Dương

19
GVHD:Đào Mạnh Quyền
- Dùng thép hợp kim và nhiệt luyện đạt độ cứng
HRC = 26 ÷ 32 và ram để đạt tính dẻo.
- Chế tạo ren theo phương pháp cán lăn hoặc
dùng phương pháp làm chai bề mặt như phun hạt
thép, phun cát thạch anh…

SV:Vũ Văn Dương

20