xây dựng phần mềm hỗ trợ thiết kế cơ cấu truyền lực của động cơ đốt trong thông dụng

1

Lời Nói Đầu
Chúng ta đang đứng trước một thế kỉ của công nghệ thông tin, một lónh vực mà
ngày nay đang phát triển rất mạnh mẽ. Nó đã làm thay đổi mọi mặt của đời sống xã hội,
giúp cho con người giải quyết công việc nhanh hơn, chính xác hơn Công nghệ thông tin
được ứng dụng sâu rộng vào mọi lónh vực khoa học và đời sống như : y tế, nông nhgiệp,
kinh tế, thiên văn, đòa lí đặc biệt là giáo dục – nó đem lại cách nhìn mới, cách đánh giá
mới trong việc tiếp cận và giải quyết một vấn đề.
Trước tình hình đó, sau một thời gian tìm hiểu em đã mạnh dạn nhận và thực hiên
luận văn tốt nghiệp “Xây dựng phần mềm hỗ trợ thiết kế cơ cấu truyền lực của động
cơ đốt trong thông dụng.”
Nội dung của luận văn tốt nghiệp gồm 4 chương :
Chương 1 :Tổng quan về cơ cấu truyền lực của ĐCĐT thông dụng.
Chương 2: Thiết kế cơ cấu truyền lực
Chương 3: Xây dựng phần mềm hỗ trợ thiết kế hệ cơ cấu truyền lực của động cơ đốt
trong thông dụng.
Mặc dù đã rất cố gắng nghiên cứu tài liệu để củng cố và nâng cao kiến thức về
Động Cơ Đốt Trong và công nghệ thông tin, song do nhiều kiến thức cần thiết phải bổ
sung trong thời gian thực hiện luận văn có hạn, kiến thức và kỹ năng trong lónh vực công
nghệ thông tin còn hạn chế, nên chắc chắn báo cáo này sẽ còn rất nhiều thiếu sót. Rất
mong được q Thầy, Cô đóng góp ý kiến để luận văn được hoàn chỉnh hơn.
Nhân dòp này cho phép em được bày tỏ lời cảm ơn chân thành đối với Thầy PGS.
TS - Nguyễn Văn Nhận và Bộ môn cơ khí động lực đã tận tình hướng dẫn và tạo điều
kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn này.
Nha Trang, tháng 11 năm 2005 .
Sinh viên : Nguyễn Tiến phương
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

2

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU TRUYỀN LỰC CỦA ĐCĐT THÔNG DỤNG

Cơ cấu truyền lực là cơ cấu chính trong động cơ đốt trong và bao gồm các chi tiết
chủ yếu như piston, thanh truyền, trục khuỷu. Nhiệm vụ chính của cơ cấu truyền lực là
biến chuyển động tònh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.
Hình 1-1
1.1 NHÓM PISTON
Nhóm piston gồm những chi tiết máy chính sau : piston (liền và ghép), buồng làm
mát cho đầu piston, các vòng găng, chốt piston, các hãm chốt piston.
1- Xec măng.
2- Rãnh xecmăng
3- Đầu piston.
4- Chốt piston.

Hình 1-2
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

3
1.1.1. NHIỆM VỤ, ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC, VẬT LIỆU CHẾ TẠO
a) Nhiệm vụ.
- Piston nhận lực khí thể từ đỉnh truyền tới trục khuỷu qua thanh truyền và ngược
lại.
- Piston cùng với xylanh, nắp xylanh tạo thành không gian công tác của động cơ.
- Ở động cơ hai kỳ, piston có nhiệm vụ đóng mở cửa nạp và thải của cơ cấu phân
phối khí.
- Chốt piston là tiết máy có nhiệm vụ truyền chuyển động từ piston qua thanh
truyền và ngược lại.
- Bạc ác piston có nhiệm vụ giảm hao mòn cho chốt piston và ổ đỡ thanh truyền,
giảm va đập.

- Vòng găng có nhiệm vụ làm kín, bôi trơn không cho khí cháy xuống cacte và
không cho dầu bôi trơn lên buồng đốt, làm cho piston chuyển động dễ dàng. Ngoài ra nó
là phần trung gian truyền nhiệt từ pítông qua xylanh ra áo nước làm mát.
b) Điều kiện làm việc
* Piston làm việc trong điều kiện rất khắc nghiệt :
- Tải trọng cơ học lớn và có chu kỳ : Áp suất khí thể lớn, có thể đến 120 kg/cm
2

hoặc hơn nữa. Lực quán tính lớn, đặc biệt là ở động cơ cao tốc.
- Tải trọng nhiệt cao : Chòu ứng suất nhiệt không đều giữa các phần. Nhiệt độ của
piston có thể đến 500 – 800 (
0
K). Chòu ma sát giữa piston với xylanh. Và ăn mòn hoá học
do thường xuyên tiếp xúc với sản vật cháy.
* Vòng găng chòu nhiệt độ và áp suất cao, chòu ma sát rất lớn và lực hướng kính
lớn.
* Chốt piston chòu lực va đập tuần hoàn nhiệt đôï cao và điều kiện bôi trơn khó
khăn.
c) Vật liệu chế tạo
Vật liệu và cấu tạo của nhóm piston yêu cầu phải chòu được nhiệt độ cao, tải trọng
cơ lớn, ít bò mài mòn

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

4
* Vật liệu thường dùng:
- Với piston : người ta thường dùng gang hợp kim (động cơ chạy chậm), gang hợp
kim crôm, molipden, gang cầu có giới hạn bền 50/60 Kg/ mm
2
; hợp kim nhôm đúc và hợp

kim nhôm biến dạng (thường dùng cho động cơ cao tốc, tăng áp). Để ngăn ngừa rạn nứt do
nhiệt người ta thường anốt hoá đỉnh piston, nghóa là biến bề mặt của đỉnh piston bằng
nhôm thành một lớp quá oxit nhôm dày khoảng (0.01 – 0.02) mm hoặc phủ lên đó một lớp
gốm chòu nhiệt dày (0.1 – 0.2) mm bằng phương pháp nhiệt hoá (lớp gốm này có thể hạ
thấp nhiệt độ của đỉnh piston xuống 80
0
C). Để rút ngắn thời gian chạy rà người ta phủ lên
phần dẫn hướng của piston một lớp kim loại dễ chảy (thiếc, chiều dày lớp mạ khoảng
5 – 10 micromet ứng với các Piston có D < 150 mm). Đôi khi người ta còn sử dụng thép
chòu nhiệt để chế tạo piston (hoặc phôi piston) của các động cơ cao tốc.
- Vòng găng : vòng găng chòu nhiệt và ma sát lớn, vật liệu chế tạo thường làm
băng gang xám pha hợp kim. Vì xecmăng đầu tiên chòu điều kiện làm việc khắc nghiệt
nhất nên một số động cơ xecmăng khí đầu tiên được mạ một lớp crôm xốp có chiều dày
khoảng 0,03-0,06 mm.
- Chốt piston : chòu va đập vì vậy phải làm từ những vật liệu có cơ tính cao như
thép tốt, thép hợp kim như crôm, măng gan với thành phần cacbon thấp. Và phải tăng sức
bền bề mặt làm việc bằng cách thấm than, xianua hoá, hoạc tôi cao tần và được mài bóng.
- Bạc ắc piston : thường làm bằng hợp kim đồng.
1.1.2. CẤU TẠO VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG.
a) Piston.
Tuỳ loại động cơ mà piston có hình dáng, kết cấu, tỉ lệ kích thước các phần rất
khác nhau. Ví du ï: piston của ô tô tốc độ cao thường ngắn, phần dẫn hướng không đặt
vòng găng, lại được vát bớt các vùng ở hai bên của phần dẫn hướng, số lượng vòng găng ít
(thường 2 vòng găng hơi), ngược lại piston của máy tàu thủy (thường có tốc độ chậm) lại
dài hơn, số lượng vòng găng nhiều hơn (3, 4 hơi, 2 dầu) được đặt cả hai phía ( gần đỉnh
piston và phía dưới chốt piston). Dù khác nhau nhiều nhưng chúng gồm những phần sau :
đỉnh piston, đầu piston, phần dẫn hướng, các rãnh đặt vòng găng, các vòng găng, ổ đặt
chốt piston, ngoài ra còn có buồng chứa chất làm mát, kết cấu của piston tránh quá tải áp
suất khí cháy.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

5
- Phần đỉnh piston : có hình dáng phụ thuộc vào kiểu loại động cơ, cách thức trao
đổi khí và tổ chức quá trình cháy. Dưới đây trình bày một số hình dáng điển hình :






Hình1-3
* Đỉnh bằng (hình 1-3a), diện tích chòu nhiệt nhỏ, kết cấu đơn giản. Kết cấu này
thường sử dụng trong động cơ diesel buồng cháy dự bò và buồng cháy xoáy lốc.
* Đỉnh lồi (hình 1-3b), có sức bền lớn. Đỉnh mỏng, nhẹ nhưng diện tích chòu nhiệt
lớn. Loại đỉnh này thường được dùng cho động cơ xăng 4 kỳ và hai kỳ xupap treo, buồng
cháy chỏm cầu.
* Đỉnh lõm (hình 1-3d), có thể tạo xoáy lốc nhẹ, tạo thuận lợi cho quá trình tạo khí
hỗn hợp và cháy.Tuy nhiên sức bền kém và diện tích chòu nhiệt lớn hơn so với đỉnh bằng :
loại đỉnh này được sử dụng cho cả động cơ xăng và động cơ diesel.
* Đỉnh chứa buồng cháy : thường gặp trong động cơ diesel, kết cấu buồng cháy
phải thoả mãn các yêu cầu sau đây tuỳ thuộc vào từng trường hợp cụ thể :
+ Phải phù hợp với hình dạng buồng cháy và hướng của chùm tia phun nhiên liệu
để tổ chức tạo thành hỗn hợp tốt nhất (hình 1-3e).
+ Phải tận dụng được xoáy lốc của không khí trong quá trình nén, hình 1-4f : buồng
cháy denta; (hình 1-4g) : buống cháy omega; (hình 1-4h) : buồng cháy MAN
- Đầu piston : là phần chòu nhiệt cao, chòu áp suất cao của khí cháy.
Phần đầu píttông thường nhỏ hơn đường kính thân vì thân là phần dẫn hướng của
piston. Kết cấu đầu piston phải bảo đảm những yêu cầu sau :
*Bao kín tốt cho buồng cháy nhằm ngăn khí cháy lọt xuống cacte, dầu và dầu bôi
trơn từ cacte sục lên buồng cháy. Thông thường người ta dùng xecmăng để bao kín. Có

hai loại xecmăng là xecmăng khí để bao kín buồng cháy và xecmăng dầu để ngăn dầu sục
lên buồng cháy. Số xecmăng tuỳ thuộc vào từng loại động cơ :

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

6
Động cơ xăng : 3-4 xecmăng khí, 1-2 xecmăng dầu,
Động cơ diesel cao tốc : 3-6 xecmăng khí, 1-3 xecmăng dầu,
Động cơ diesel tốc độ thấp : 5-7 xecmăng khí, 1-4 xecmăng dầu.
Xecmăng được lắp lỏng trong rãnh xecmăng nên có thể tự xoay trong rãnh để
xylanh không bò mòn cục bộ.
* Tản nhiệt tốt cho piston vì phần lớn nhiệt của piston truyền qua xecmăng cho
xylanh đến môi chất làm mát. Để tản nhiệt tốt thường dùng các kết cấu đầu piston như
hình sau :






Hình 1-4
+ Phần chuyển tiếp giữa đỉnh và đầu có bán kính R lớn (hình 1-4a).
+ Dùng gân tản nhiệt ở dưới đỉnh piston (hình 1-4b).
+ Tạo rãnh ngăn nhiệt ở đầu piston (hình 1-4c) để giảm nhiệt lượng truyền cho
xecmăng thứ nhất .
+ Làm mát đỉnh piston (hình 1-4d).
* Sức bền cao. Để tăng sức bền và độ cứng vững cho bệ chốt piston người ta thiết
kế các gân trợ lực (hình 1-4e).
- Phần thân.
* Ở máy có tốc độ cao, phần dẫn hướng ngắn, không đặt vòng găng, piston tì sát

vào thân xylanh ở phương chuyển động lắc của thanh truyền, ở hai đầu chốt piston người
ta vát bớt cho nhẹ. Ở máy chạy chậm, phần dẫn hướng dài hơn. Tại đây, phía trong bố trí
các ổ đỡ chốt piston, phía ngoài còn bố trí một vài vòng găng dầu.





PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

7
Hình 1-5
Để rút ngắn thời gian chạy rà, phần dẫn hướng các piston bằng gang thường được
phủ một lớp thiếc mỏng hoặc được khảm vào đó một hoặc hai cái đai bằng đồng thanh.
* Vò trí tâm chốt được bố trí sao cho piston và xylanh mòn đều, đồng thời giảm va
đập và gõ khi piston đổi chiều. Một số động cơ có tâm chốt lệch với tâm xylanh một giá
trò e về phía nào đó sao cho lực ngang N
max
giảm để hai bên chòu lực N của piston và
xylanh mòn đều.
* Để chống bó kẹt piston. Người ta sử dụng những biện pháp sau :








+ Chế tạo thân pittông có dạng ô van, trục ngắn trùng với tâm chốt (hình 1-6a)

+ Tiện vát hai mặt ở bệ chốt chỉ để lại một cung a = 90 đến 100
o
để chòu lực
mà không ảnh hưởng nhiều đến phân bố lực (hình 1-6b).
+ Xẻ rãnh giãn nở trên thân piston (hình 1-6c,d).

Hình 1
-
6

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

8
a

b

c

d

e

+ Đúc hợp kim có độ giãn nở dài nhỏ (ví dụ, hợp kim inva có hệ số nở dài bằng
1/10 của hợp kim nhôm) vào bệ chốt piston (hình 1-6e).
- Chân pittông.

Hình 1-7
Theo hình bên thì chân có vành đai để tăng độ cứng vững. Mặt trụ a cùng với mặt
đầu chân pittông là chuẩn công nghệ khi gia công và là nơi điều chỉnh trọng lượng của

piston sao cho đồng đều giữa các xylanh. Độ sai lệch về trọng lượng đối với động cơ ô tô
máy kéo không vượt quá 0,2 – 0,6% còn ở động cơ tónh tại và tàu thuỷ giới hạn này là
1- 1,5%.


b) Chốt piston:
* Chốt piston có hình trụ rỗng, đa số được lắp “bơi” trong ổ đặt của nó. Kèm với
chốt piston là các vòng hãm.
* Các mối ghép giữa chốt piston và piston, thanh truyền theo hệ trục để đảm bảo
lắp ghép dễ dàng. Trong thực tế có ba kiểu lắp ghép sau :
Hình 1
-
9

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

9






+ Cố đònh chốt trên đầu nhỏ thanh truyền (hình 1-10a). khi đó chốt piston phải
được lắp tự do trên bệ chốt. Do không phải giải quyết vấn đề bôi trơn của mối ghép với
thanh truyền cho nên có thể thu hẹp bề rộng đầu thanh truyền và như vậy tăng được chiều
dài của bệ chốt, giảm được áp suất tiếp xúc – mòn tại đây. Tuy nhiên mặt phẳng chòu lực
của chốt ít thay đổi nên tính chòu mỏi kém.
+ Cố đònh chốt pittông trên bệ chốt (hình 1-10b). Khi đó chôt phải đựơc lắp tự do
trên thanh truyền. Cũng giống như phương pháp trên, do không phải bôi trơn cho bệ chốt

nên có thể rút ngắn chiều dài của của bệ để tăng chiều rộng đầu nhỏ thanh truyền, giảm
được áp suất tiếp xúc của mối ghép này. Tuy nhiên, mặt phẳng chòu lực của chốt pittông
không thay đổi nên tính chòu mỏi của chốt kém.
+ Lắp tự do cả hai mối ghép (hình 1-11a).Tại hai mối ghép đều không có kết cấu
hãm. Khi lắp ráp, mối ghép giữa chốt và bạc đầu nhỏ thanh là mối ghép lỏng, còn mối
ghép với bệ chốt là mối ghép trung gian, có độ dôi ( 0,01-0,02 mm đối với động cơ ô tô
máy kéo).
+ Để hạn chế di chuyển dọc trục của chốt, thông thường dùng vòng hãm
(hình1-11b) hoặc nút kim loại mềm có mặt cầu như trên hình 1-11c .
c) Xecmăng.











Hình 1
-
10

Hình 1
-
11

Hình 1

-
12

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

10
Xecmăng thường có hai loại là xecmăng khí và xecmăng dầu.
- Xecmăng khí. Về đại thể, xecmăng có kết cấu đơn giản là một vòng hở miệng
(hình 1-12a). Kết cấu của xecmăng khí được đặc trưng bằng kết cấu của tiết diện và
miệng xecmăng
* Loại tiết diện chữ nhật (hình 1-12b) có kết cấu đơn giản nhất, dễ chế tạo, nhưng
có áp suất riêng không lớn, thời gian rà khít với xylanh sau khi lắp ráp lâu. Loại có mặt
côn (hình 1-12c)
b
=15-30
’
có áp suất tiếp xúc lớn và có thể rà khít nhanh chóng với
xylanh, tuy nhiên chế tạo phiền phức và phải đánh dấu khi lắp sao cho khi xecmăng đi
xuống sẽ có tác dụng như một lưỡi cạo để gạt dầu. Để có được ưu điểm trên và tránh được
những điều phiền phức đã nêu, người ta đưa ra kế cấu tiết diện không đối xứng bằng cách
tiện vát tiết diện xecmăng (hình 1-12d,e). Khi lắp ráp vào piston và xylanh, do có sức
căng nên xecmăng bò vênh đi nên có tác dụng như một mặt côn. Loại hình thang - vát
(hình 1-12f) có tác dụng giữ muội than khi xéc măng co bóp do đường kính xylanh không
hoàn toàn đồng đều theo phương dọc trục, do đó tránh được hiện tượng bó kẹt xéc măng
trong rãnh của nó.
* Về kết cấu miệng, loại thẳng (hình 1-12g) dễ chế tạo nhưng dễ lọt khí và sục dầu
qua miệng. Loại vát (hình1-12h) có thể khắc phục phần nào những nhược điểm trên. Loại
bậc (hình 1-12i) bao kín rất tốt nhưng, khó chế tạo.
- Xéc măng dầu. Nếu chỉ có xéc măng khí thì có hiện tượng bơm dầu lên buồng
cháy. Xéc măng dầu làm nhiệm vụ ngăn dầu và ngoài ra còn dàn đều dầu trên mặt

xylanh. Thông thường ở rãnh xéc măng dầu của piston có rãnh thoát dầu (hình 1-13a,b).
Hình 1-13c trình bày kết cấu tiết diện xéc măng dầu có dạng lưỡi cạo gạt dầu thường gặp
trong thực tế. Dầu gạt về sẽ theo các lỗ khoan trên piston rơi xuống cate dầu. Hình 1-13d
nêu kết cấu của xécmăng dầu tổ hợp gồm ba chi tiết riêng rẽ.
Do có lò xo hình sóng (hình1-13e) ép hai vòng thép mỏng lên mặt đầu của rãnh
nên xéc măng khi làm việc không có khe hở mặt đầu. Do đó xéc măng dầu tổ hợp có tác
dụng ngăn dầu và giảm va đập rất tốt.


PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

11






1.1.3 PHÂN LOẠI
a) Piston:
- Theo kết cấu : có piston liền (hình 1-14,b) và piston ghép (hình1-14,a)
Hình 1-14
- Theo hình thức trao đổi khí và tổ chức buồng cháy : như trên (hình 1-3) ta thấy
có các loại piston đỉnh lồi, đỉnh lõm, đỉnh omega
c) Xecmăng:
- Theo chức năng : có xéc măng khí và xéc măng dầu
- Theo miệng vòng găng : Miệng cắt phẳng, cắt xiên và cắt bậc (hình 1-13g,h,i).
- Theo tiết diện cắt ngang : Có loại tiết diện chữ nhật, hình thang cân, hình thang
vát…
1.2. NHÓM THANH TRUYỀN

Nhóm thanh truyền là các bộ phận trung gian liên kết giữa piston với trục khuỷu,
truyền áp lực của khí cháy từ piston xuống trục khuỷu. Nhóm thanh truyền gồm các bộ
phận chính sau : Thân thanh truyền, đầu thanh truyền ( đầu trên và đầu dưới), bạc lót
thanh truyền ( bạc lót đầu trên và bạc lót đầu dưới), bulông thanh truyền ( bulông, đai ốc,
chốt chẻ).

Hình 1
-
13

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

12


Hình 1-16
1.2.1. NHIỆM VỤ, ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC, VẬT LIỆU CHẾ TẠO
a) Nhiệm vụ:
- Thanh truyền là bộ phận trung gian truyền chuyển động giữa piston và trục
khuỷu của động cơ.
- Bu lông thanh truyền là chi tiết ghép nối hai nửa đầu to thanh truyền
- Bạc lót thanh truyền : làm giảm hao mòn cho chốt piston, trục khuỷu. Ngoài ra
giúp cho việc bôi trơn dễ dàng, cơ cấu làm việc êm hơn.
b) Điều kiện làm việc.
- Thanh truyền chòu ứng suất nhiệt ( nhiệt truyền từ piston) không đều, chòu kéo,
nén, uốn thay đổi phương chiều liên tục, chòu ma sát ( ma sát với cổ trục khuỷu, chốt
piston). Như vậy khi động cơ làm việc thanh truyền chòu lực tải động lớn.
- Bu lông thanh truyền chòu tải trọng tónh lớn do lực siết ban đầu và lực quán tính
cuả nhóm piston thanh truyền thay đổi gây ra, cho nên thường bò mỏi.
- Bạc lót thanh truyền chòu ứng suất nhiệt, chòu ma sát với chốt piston, cổ khuỷu

c) Vật liệu chế tạo.
- Thanh truyền làm việc phải đảm bảo độ bền, độ tin cậy cần thiết.
- Có tính chống mòn và khả năng làm việc của ổ đỡ thanh truyền cao.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

13
* Từ các yêu cầu trên vật liệu chế tạo phải được lựa chọn phù hợp:
+ Thanh truyền : Đối với động cơ tónh tại và động cơ tàu thuỷ tốc độ thấp, ngươi ta
dùng thép ít các bon hoặc thép cacbon trung bình như C30, C35, C45. Đối với động cơ ô tô
máy kéo và động cơ tàu thuỷ cao tốc, người ta dùng thép cacbon trung bình như C40, C45
hoặc thép hợp kim crôm, niken. Còn với động cơ cao tốc và động cơ ô tô du lòch, xe đua …
thì dùng thép hợp kim như măng gan, niken, vônphram.
+ Bạc lót thanh truyền : Vật liệu làm giảm mài mòn cho trục khuỷu, chốt piston.
Vì thế thường làm bằng đồng thanh, hợp kim nhôm – chì, babit đồng – chì, babit thiếc –
chì.
+ Bulông thanh truyền : Bulông thanh truyền phải được chế tạo bằng những vật
liệu đã được kéo hoặc cán lăn, bằng cách rèn hoặc dập. Thường làm bằng thép 35, thép
hợp kim có các thành phần crôm, mang gan, niken …Tốc độ động cơ càng lớn, vật liệu
bulông thanh truyền càng có hàm lượng kim loại quý càng nhiều.
1.2.2. CẤU TẠO VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG.
- Hình dáng kết cấu của thanh truyền tuỳ thuộc vào loại động cơ, tốc độ piston, số
kì, loại vật liệu sử dụng, tỉ số kết cấu = R/L( R bán kính tay quay, L chiều dài của thanh
truyền là khoảng cách giữa hai tâm đầu trên và đầu dưới). Nhìn chung thanh truyền được
cấu tạo từ các phần sau: Thân thanh truyền, đầu thanh truyền (đầu trên và đầu dưới), bạc
lót thanh truyền, bulông thanh truyền.
+ Thân thanh truyền :



Hình 1-17

Tiết diện thượng thay đổi từ nhỏ đến lớn kể từ đầu nhỏ đến đầu to. Tiết diện chữ I,
chữ H loại này được dùng phổ biến, từ động cơ cỡ nhỏ đến động cơ cỡ lớn và được tạo
phôi bằng phương pháp rèn khuân. Ở động cơ quay chậm thường có tiết diện hình tròn đặc
hoặc rỗng. Loại hình 1-17d,c thường dùng cho động cơ mô tô, xuồng máy nhỏ.


PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

14
+ Đầu trên thanh truyền : Khi chốt pittông lắp tự do với đầu nhỏ thanh truyền, trên
đầu nhỏ thường phải có bạc lót (hình 1-18a). Đối với động cơ ô tô 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
xylanh (hình 1-18b). Để bôi trơn bạc lót và chốt pittông có những phương án như dùng
rãnh hứng dầu (hình 1-18c) hoặc bôi trơn cưỡng bức do dẫn dầu từ trục khuỷu dọc theo
thân thanh truyền (hình 1-18a).
Hình 1-18
Ở động cơ hai kỳ, do diều kiện bôi trơn khó khăn, người ta làm các rãnh chứa dầu
ở bạc đầu nhỏ (hình 1-18d). Cũng chính vì bôi trơn khó khăn nên ở một số động cơ người
ta dùng bi kim thay cho bạc lót (hình 1-18e). Động cơ tốc độ cao đầu trên có dạng hình
tròn xoay, động cơ tốc độ chậm có dạng ôvan với vành dày hơn.
+ Đầu dưới thanh truyền.

Hình 1-19
Hình dạng viền ngoài đầu dưới thanh truyền rất đa dạng, nó tuỳ thuộc vào loại động
cơ, ở động cơ cỡ lớn, để tiện khi chế tạo, người ta chế tạo đầu to thanh truyền riêng rồi lắp
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

15
với thân thanh truyền (hình 1-19a). Ở loại động cơ tốc độ thấp thường dùng kết cấu hai

nửa (hình 1-19b). Để điều chỉnh tỉ số nén giữa thân và đầu dưới người ta đặt một tấm đệm
điều chỉnh có bề dày khoảng 5 – 20 mm. Để giảm kích thước đầu to thanh truyền, có loại
kết cấu bản lề và hãm bằng chốt côn (hình 1-19c). Một số động cơ hai kỳ cỡ nhỏ có thanh
truyền không chia làm hai nửa phải dùng ổ bi đũa (hình 1-19d) được lắp dần từng viên ở
một số động cơ nhiều xylanh kiểu chữ V hoặc kiểu hình sao, thanh truyền của hai hàng
xylanh khác hàng nhau, thanh truyền phụ không lắp trực tiếp với trục khuỷu mà lắp với
chốt phụ trên thanh truyền chính (hình 1-19e) hoặc hai thanh truyền lắp lồng với nhau trên
trục khuỷu nên một thanh truyền có đầu to dạng hình nạng (hình1-19f). Đối với một số
động cơ có trục khuỷu dạng trốn cổ, để bố trí khoảng cách giữa các xylanh hợp lý, chiều
dày đầu to không đối xứng qua mặt phẳng dọc của thân thanh truyền (hình 1-19g). Tại
mặt tiếp giáp giữa hai nửa đầu dưới người ta đặt một tấm đệm mỏng bằng đồng có bề dày
đònh sẵn hoặc có một tấm đệm điều chỉnh khe hở khi cần thiết. Để đảm bảo độ đồng tâm
đầu dưới thanh truyền, người ta làm các gờ đònh tâm.

Hình 1-20
Ở các động cơ Diesel loại lớn đai ốc của các bulông thanh truyền có vạch chia độ,
để đảm bảo độ găng đều nhau khi lắp ghép các bulông
+ Bulông thanh truyền.
Tuỳ theo từng loại động cơ mà kết cấu của bulông thanh truyền có hình dạng khác
nhau.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

16

Hình 1-21
Đây là kết cấu điển hình của động cơ ôtô máy kéo. Đầu bulông có mặt vát A để chống
xoay khi lắp ráp. Còn mặt vát B có tác dụng làm mềm phần đối diện với mặt vát A để
phản lực hai phía trên bề mặt tỳ được đồng đều sao cho tổng phản lực tác dụng đúng trên
đường tâm bulông để tránh cho bulông bò uốn. Bán kính góc lượn của phần chuyển tiếp
nằm trong khoảng 0.2 –1 mm nhằm giảm tập trung ứng suất.
+ Bạc lót thanh truyền : bao gồm bạc lót đầu trên và bạc lót đầu dưới.
Bạc lót đầu trên thường là ống hình trụ, trên ống có lỗ để cho dầu bôi trơn đến để
bôi trơn cho chốt piston.
Bạc lót đầu dưới thường được cấu tạo từ hai nửa hình trụ, trên đó có dập rãnh để
tránh hai nửa bạc lót trượt tương đối với nhau theo phương dọc trục.
1.2.3. PHÂN LOẠI
a) Theo hình dạng tiết diện dọc của thanh truyền :
- Thanh truyền có tiết diện dọc hình chữ I.
- Thanh truyền có tiết diện dọc hình chữ H.
- Thanh truyền có tiết diện dọc hình tròn rỗng.
- Thanh truyền có tiết diện dọc hình tròn đặc
b) Theo hình dạng của đầu trên thanh truyền:
- Thanh truyền có đầu trên có hình dạng tròn xoay.
- Thanh truyền có đầu trên có hình dạng ôvan .
c) Theo hình dạng, kết cấu của đầu dưới của thanh truyền.
- Đầu dưới thanh truyền có kết cấu hai nửa.
- Phần trên của đầu dưới thanh truyền được làm liền thân.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

17
- Phần dưới của đầu dưới lệch vơi đường trục của thanh truyền một góc
b
.

d) Bulông thanh truyền : Tuỳ theo kết cấu của đầu dưới thanh truyền, tốc độ
động cơ, kiểu loại động cơ mà bulông thanh truyền có hình dạng, kết cấu khác nhau.
1.3.TRỤC KHUỶU.
Trục khuỷu là một trong những chi tiết quan trọng, chòu tải nặng nề, chế tạo khó
khăn nhất trong các chi tiết của động cơ.
1.3.1. NHIỆM VỤ, ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC, VẬT LIỆU CHẾ TẠO
a) Nhiệm vụ
- Trong quá trình vận hành trục khuỷu nhận lực truyền từ piston tạo mômen quay
kéo các máy công tác và nhận năng lượng của bánh đà, sau đó truyền cho thanh truyền và
piston thực hiện quá trình nén và trao đổi khí trong xylanh.
- Trên trục khuỷu còn lắp êcu để khởi động động cơ, lắp hệ thống bánh răng để
dẫn động các cơ cấu như : cơ cấu phân phối khí, phân phối nhiên liêu, hệ thống phát
điện…
b) Điều kiện làm việc
- Trục khuỷu chòu tác dụng của lực khí thể cũng như các lực quán tính của các khối
lượng chuyển động tònh tiến và chuyền động quay. Các lực này gây ra các mômen xoắn
và mômen uốn luôn luôn thay đổi về trò số lẫn chiều. Sự biến thiên đó gây ra các dao
động xoắn và các dao động dọc trục gây ra ứng suất phụ rất lớn trong trục, làm gãy trục.
- Vật liệu và hình dáng trục khuỷu khi quay tạo nên những ứng suất tập trung tại
một số vùng trên trục như các chỗ có góc lượn, miệng lỗ dầu bôi trơn các cổ trục làm nứt
và gãy trục.
c) Vật liệu chế tạo:
Hình dạng kết cấu của trục khuỷu có quan hệ chặt chẽ với viêc chọn đúng lo vật
liệu và phương pháp chế tạo.
-Thép cacbon chất lượng cao. Trục khuỷu của động cơ tốc độ thấp như động cơ tàu
thuỷ và tónh tại thường được chế tạo bằng thép cacbon trung bình như thép C35, C40, C45.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

18
- Thép hợp kim : Trục khuỷu của động cơ cao tốc thường dùng thép hợp kim crôm

(Cr), niken (Ni). Động cơ cường hoá như ở xe du lòch, trục khuỷu được chế tạo bằng thép
hợp kim có các thành phần mănggan (Mn), vônphram (W) …
- Gang graphit cầu : Thường được dùng cho các loại động cơ có công suất nhỏ và
trung bình.
Đối với động cơ công suất thấp, trục khuỷu thường được chế tạo bằng thép đúc với
các hợp kim: 1,4% Cr, 2% Si, 2,7% Cu + gang.
Đối với động cơ công suất lớn, trục khuỷu thường được chế tạo bằng thép rèn, hợp
kim của thép chứa 0,45% Cr, 1% Mn, 0,05% Si.
- Ngoài ra hiện nay để nâng cao độ bền của trục khuỷu người ta còn dùng các biện
pháp công nghệ như : gia công nhiệt (nitơ hoá, xemenit hoá, xianua hoá); biến cứng lớp
bề mặt (lăn ép, phun bi); tôi bề mặt bằng sòng điện cao tần.
1.3.2.CẤU TẠO VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG
Dưới đây là kết cấu của một loại trục khuỷu nguyên được dùng trong động cơ cỡ
nhỏ và trung bình
Hình 1-22
1. đầu trục, 2. chốt khuỷu, 3. cổ khuỷu, 4. má khuỷu, 5. đối trọng, 6. đuôi trục khuỷu

Trục khuỷu được chia làm những phần chính sau :
- Đầu trục khuỷu : Trên (hình 1-23) là một loại đầu trục khuỷu động cơ ô tô. Đầu trục
có lắp vấu để quay trục khi cần thiết hoặc để khởi động bằng tay quay có then để lắp puli
(hoặc bánh răng dẫn động bơm nhiên liệu, bơm dầu bôi trơn, hệ thống phân phối khí)…
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

19

Hình 1-23
- Phần các khuỷu : phụ thuộc vào số xylanh, thứ tự làm việc của các xylanh và
kiểu
động cơ. Mỗi khuỷu gồm: cổ trục khuỷu, chốt khuỷu, má khuỷu và có thể có các đối trọng
cân bằng. Trên trục khuỷu còn khoan các đường dẫn dầu để đưa dầu nhờn đến các mặt ma

sát.
+ Cổ khuỷu.
Cổ khuỷ được gia công xử lý bề mặt đạt độ cứng và độ bóng cao. Phần lớn các động
cơ có cổ trục khuỷu cùng một đường kính. Đặc biệt có động cơ, thường là động cơ cỡ lớn,
đường kính cổ trục lớn dần từ đầu đến đuôi trục khuỷu để có sức bền đều.
+ Chốt khuỷu.
Hình 1-24
Chốt khuỷu cũng được gia công và sử lý bề mặt để đạt độ cứng và độ bóng bề mặt
cao. Đường kính chốt thượng nhỏ hơn đường kính cổ, nhưng cũng có những trượng hợp
động cơ cao tốc – do lực quán tính lớn – đường kính chốt khuỷu có thể bằng đường kính cổ
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

20
khuỷu. Trong trường hợp đầu to thanh truyền làm liền khối lắp ổ bi kim ở một số động cơ
hai kỳ, do phải lắp lồng thanh truyền từ đầu trục khuỷu nên đường kính chốt khuỷu phải
lớn hơn đường kính cổ. Cũng như cổ khuỷu chốt khuỷu cũng có thể làm rỗng để để giảm
trọng lượng và chứa dầu bôi trơn. Để dẫn dầu bôi trơn lên bề mặt chốt khuỷu có các kết
cấu như trên (hình 1-24).
+ Má khuỷu.


Hình 1-25

Má khuỷu đơn giản và dễ gia công nhất là dạng hình tròn và hình chữ nhật (hình
1-15a,b). Đối với động cơ có cổ khuỷu lắp ổ bi, má khuỷu tròn đồng thời đóng vai trò cổ
khuỷu. Để giảm trọng lượng người ta thiết kế má khủyu hình chữ nhật được vát góc (hình
1-25c). Má khuỷu ô van có sưc bền đều hơn (hình 1-25d).
Để trục khuỷu có độ cứng và sức bền cao, trục khuỷu thường được thiết kế có độ
trùng điệp. Độ trùng điệp, ký hiệu là
e

có thể xác đinh theo công thức sau :
R
dd
cch
-
+
=
2
e

Độ trùng điệp càng lớn , độ cứng vững và độ bền của má khuỷu, hay của toàn bộ
trục khuỷu càng cao.
Để tràng tập trung ứng suất, giữa má và cổ khuỷu, chốt khuỷu thường có các bán
kính chuyển tiếp r (hình 1-26)




PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

21






Hình 1-26
+ Đối trọng.

Hình 1-27
Đối trọng là các khối lượng gắn trên trục khuỷu để tạo ra lực quán tính ly tâm
nhằm mục đích :
Cân bằng lực quán tính ly tâm của trục khuỷu .
Cân bằng một phần lực quán tính chuyển động tinh tiến.
Giảm tải trọng tác dụng cho một cổ khuỷu.
Khoan bớt các khối lượng khi cân bằng động hệ trục khuỷu.
Về mặt kết cấu có hai loại đối trọng sau :
* Đối trọng liền với má khuỷu (hình 1-26a) thường dùng cho động cơ cỡ nhỏ và
trung bình như động cơ ô tô máy kéo.
* Để dễ chế tạo, đối trọng được làm rời rồi lắp với trục khuỷu bằng các bulông
(hình 1-26b).
- Phần đuôi trục khuỷu : có ren hồi dầu, vành ngăn dầu và phớt dầu.





PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

22

Hình 1-28
Hình 1-28 là kết cấu điển hình của đuôi trục khuỷu, rất phổ biến ở động cơ ô tô
máy kéo. Theo kết cấu này, đuôi trục khuỷu có mặt bích hoặc mặt côn để lắp bánh đà và
được làm rỗng để lắp vòng bi đỡ trục sơ cấp hộp số.
1.3.3. PHÂN LOẠI
- Theo lắp ghép có :
+ Trục khuỷu ghép và trục khuỷu nguyên.
Trục khuỷu ghép là trục khuỷu gồm nhiều chi tiết đựơc lắp ghép với nhau : Loại
trục khuỷ này thường sử dụng nhiều trong các động cơ cỡ lớn, hoăc động cơ nhỏ như động
cơ xe máy






+ Trục khuỷu nguyên hình như (hình 1-22) là trục chỉ có một chi tiết. Trục khuỷu
nguyên được dùng trong động cơ cỡ nhỏ và trung bình
-Theo kết cấu, có : Trục khuỷu trốn cổ (hình 1-30) và trục khuỷu đủ cổ (hình 1-22)






Hình 1
-
29

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

23





Hình 1-30
Gọi số xylanh của động cơ là z và số ổ đỡ là i. Nếu trục khuỷu có số ổ đỡ là
i=z+1, tức là giữa hai xylanh liên tiếp nhau luôn có một ổ đỡ thì được gọi là trục khuỷu đủ
cổ. Còn nếu i < z+1 thì trục khuỷu được gọi là trục khuỷu trốn cổ. Thông thường ở trục
khuỷu trốn cổ i = z/2 +1

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

24
CHƯƠNG 2
THIẾT KẾ CƠ CẤU TRUYỀN LỰC
2.1.CHỌN PHƯƠNG ÁN.
2.1.1.TÍNH TOÁN NHÓM PISTON.
A. TÍNH TOÁN PISTON
1.Đỉnh pittông.
Đỉnh pittông chòu lực rất phức tạp, trạng thái ứng suất cũng rất phức tạp, nó vừa
chòu tải trọng cơ học vừa chòu tải trọng nhiệt. Do vậy việc tính toán đỉnh pittông cũng chỉ
theo phương pháp gần đúng :
Phương pháp Back.
Công thức Back xây dựng trên các giả thiết sau :
Coi đỉnh pittông như một đóa tròn, có chiều dày đồng đêù đặt tự do trên hình trụ
rỗng. Áp suất khí thể phân bố đều trên đỉnh pittông.
Hình 2-1
Lực khí thể và phản lực của nó phân bố trên đỉnh piston gây nên mômen uốn có trò
số :

()
,
24
1
6
2

3
12iz
i
z
z
u
Dp
D
Pyy
P
M==-=
p
MN.m [1-Tr53]
Ứng suất uốn :
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

25
,
4
p
W
2
2
z
u
d
s
iu
u
DM

== MN/m
2
[1-Tr.53]
Trong đó : Di - đường kính trung bình của pittông

d
- bề dày đỉnh piston (m)
Pz - áp suất khí thể tác dụng lên đỉnh piston.

6
2
i
U
D
W= - môdun chống uốn của đỉnh.
Bảng ứng suất cho phép (Bảng 2-1,Phụ lục)
2.Đầu piston.
Ta tính ứng suất nhỏ nhất (I-I) của phần đầu pittông. Tiết diện này chòu kéo bởi lực
quán tính âm lớn nhất do khối lượng m
I-I
của đầu pittông phía trên tiết diện này gây ra :
Ứng suất kéo :
)6(
max
10
-
-
-
-
==

II
II
II
jI
k
F
Jm
F
P
s
, MN/m
2
[1-Tr.54]
Ứng suất nén :
II
k
II
k
n
F
D
p
F
P

==
4
2
max
p

s
, MN/m
2
[1-Tr.54]

Ứng súât cho phép :
[
]
10£
k
s
MN/m
2
đối với gang :
[
]
40=
n
s
, MN/m
2
đối với nhôm :
[
]
25=
n
s
, MN/m
2
3.Tính thân pittông.

Tính thân pittông chủ yếu là để chọn chiều cao của thân để áp suất cuả piston nén
trên xylanh không lớn quá. Kiểm nghiệm theo công thức sau :
th
th
Dl
N
K
max
= , MN/m
2
[1-Tr.55]
Trong đó : Nmax - lực ngang lớn nhất xác đònh theo công thức

p
FPN
maxmax
)3.180.0( ¸= ,MN (với động cơ diesel) [1-Tr.55]
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com