cân bằng động cơ đốt trong

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.24 MB, 39 trang )

Chöông 3 – Caân baèng ñoäng cô ñoát trong

41

pdfMachine by Broadgun Software - a great PDF writer! - a great PDF creator! -
Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

42
Chương 3
CÂN BẰNG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
I. NHỮNG NGUYÊN NHÂN KHIẾN CHO ĐÔÏNG CƠ MẤT CÂN BẰNG
Trong quá trình vận hành, trong động cơ tồn tại các lực và các mômen luôn thay đổi về trò số
và chiều. Các thành phần lực và mômen này tác dụng trên bệ máy và thân máy khiến cho động cơ
rung động và gây mất cân bằng cho động cơ. Các lực và các mômen đó gồm:
-

Lực quán tính của khối lượng chuyển động tònh tiến cấp 1 (P
j1
) và lực quán tính chuyển
động tònh tiến cấp 2 (P
j2

).
-

Lực quán tính của khối lượng chuyển động quay P
k
.
-

Mômen của các lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 (M
j1
), mômen của các lực quán
tính chuyển động tònh tiến cấp 2 (M
j2
).
-

Mômen xoắn do lực quán tính chuyển động quay tạo ra (M
x
).
-

Ngoài ra còn có Mômen lật M
N
do lực ngang sinh ra.
Để động cơ có tính cân bằng tốt, trong quá trình tính toán và thiết kế động cơ cần phải chú ý
đến các điều kiện đảm bảo cân bằng cho động cơ.
II. ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CƠ CẤU
Khi động cơ làm việc ở trạng thái ổn đònh, nếu lực và mômen tác dụng trên bệ của động cơ
không thay đổi trò số và các chiều tác dụng thì động cơ được coi là cân bằng. Vì vậy muốn cho động
cơ được cân bằng, phải thiết kế sau cho hợp lực của các lực quán tính cấp 1 và cấp 2 của khối lượng

chuyển động tònh tiến; hợp lực của lực quán tính của khối lượng chuyển động quay đều bằng 0. Tổng
mômen của chúng sinh ra trên các mặt phẳng chứa đường tâm trục khuỷu cũng bằng 0. Như vậy điều
kiện sơ bộ để cân bằng động cơ được thể hiện bằng hệ phương trình sau:

























 
 

 
 
 
 












ni
1i
2
rk
ni
1i
2
2j
ni
1i
2
1j
ni
1i

2
rk
ni
1i
2
2j
ni
1i
2
1j
0Rm.aM
02cosmR.aM
0cosmR.aM
0RmP
02cosmRP
0cosmRP
(3-1)
Trong đó:

1j
P
– hợp lực của lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1.


2j
P
– hợp lực của lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2.
Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

43


k
P
– hợp lực của lực quán tính chuyển động quay.

1j
M
– tổng mômen của hợp lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1.

2j
M
– tổng mômen của hợp lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2.

k
M
– tổng mômen của hợp lực quán tính chuyển động quay.
a – khoảng cách giữa hai đường tâm xylanh.
i – số xylanh lanh của động cơ.
Để cân bằng các lực và mômen nói trên và tăng độ đồng đều của mômen M do động cơ phát
ra, người ta thường dùng các biện pháp:
-

Tăng số xylanh của động cơ.
-

Bố trí các khuỷu trục (lựa chọn gốc công tác

k
) để các xylanh làm việc đều nhau

-

Dùng đối trọng để cân bằng.
Trong thực tế, động cơ đốt trong kiểu piston không thể cân bằng tuyệt đối được; vì rằng chỉ
riêng độ không đồng đều không thể tránh khỏi của mômen M đã khiến cho phụ tải tác dụng trên bệ
động cơ thay đổi theo chu kỳ. Vì vậy khi khảo sát vấn đề cân bằng động cơ, thường bó hẹp trong
phạm vi dùng các biện pháp trong thiết kế và chế tạo nhằm giảm tới mức tối thiểu tính mất cân bằng
của động cơ để độ cân bằng của động cơ nằm trong phạm vi cho phép.
Để đảm bảo tính năng cân bằng của động cơ, trong quá trình thiết kế và chế tạo các chi tiết,
trong quá trình lắp ráp vận hành động cơ v.v cần phải đảm bảo các yêu cầu chính sau đây:
-

Trọng lượng của các nhóm piston lắp trên động cơ phải bằng nhau.
-

Trọng lượng của các thanh truyền phải bằng nhau và trọng tâm của các thanh truyền phải
giống nhau.
-

Phải dùng phương pháp cân bằng động và cân bằng tónh để cân bằng trục khuỷu và các chi
tiết chuyển động quay của động cơ.
-

Dung tích làm việc của các xylanh phải bằng nhau, cơ cấu phối khí của các xylanh phải
được điều chỉnh để có các thông số k
ỹ
thuật giống nhau.
-

Tỷ số nén và hình dạng buồng cháy của các xylanh phải giống nhau.

-

Góc đánh lửa sớm (của động cơ xăng) và g
óc
phun sớm (của động cơ diesel) c
ủ
a các
xylanh ph
ả
i gi
ố
ng nhau.
-

Thành phần hỗn hợp (trong động cơ xăng) và lượng dầu cung cấp (trong động cơ diesel)
của các xylanh phải giống nhau.
Để đánh giá sơ bộ tính năng cân bằng của động cơ đốt trong có thể dùng hệ số sau:
)hl(Dm
M
4
1
Ml6
Dm
P
4
1
P
222
dc
2j1j

2
dc
2j1j












 
 
(3-2)
)hl(Dm
Ml6
Dm
P
222
dc
kn
2
dc
kn







(3-3)
Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

44
Trong đó: m
dc
– khối lượng của động cơ (kg).
l – chiều dài của động cơ (m).
h

– chiều cao của động cơ (m).
D – đường kính xylanh (m).

kn
P
và

kn
M
– thành phần lực quán tính chuyển động quay và mômen do
lực

kn
P
sinh ra trên phương nằm ngang.
-

Nếu động cơ cân bằng tốt thì:
002,0


và
002,0



-

Nếu động cơ cân bằng kém thì:
01,0


và
01,0



III. CÂN BẰNG ĐỘNG CƠ MỘT HÀNG XYLANH
III.1. Cân bằng động cơ một xylanh
III.1.1. Cân bằng lực quán tính chuyển động tònh tiến
Trong động cơ một xylanh, lực quán tính
chuyển động tònh tiến cấp 1 (P
j1
) có giá trò:
P
j1

= – mR

2
cos



0
Để cân bằng được lực quán tính chuyển
động tònh tiến cấp 1, trên phương kéo dài của má
khuỷu ta đặt một khối lượng là m
j
(vừa bằng khối
lượng của các chi tiết chuyển đôïng tònh tiến)
cách tâm O một khoảng bằng bán kính quay của
trục khuỷu

(hình 3.1). Như vậy, khi trục khuỷu
quay với tốc độ góc là

khối lượng m sẽ sinh ra
lực ly tâm là P
dj
.
P
dj
= m
j
.


.

2

Phân lực của P
dj
trên phương đường tâm
xylanh (phương thẳng đứng): P
djt

P
djt
= m
j
.

.

2
.

cos(180
o
+

)
= – m
j
.


.

2
.cos

= P
j1
Phân lực của P
dj
trên phương vuông góc với đường tâm xylanh (phương nằm ngang): P
djn

P
djn
= m
j
.

.

2
.sin(180
o
+

) = – m
j
R

2

sin


Từ kết quả trên ta nhận thấy: thành phần lực quán tính trên phương thẳng đứng sẽ cân bằng
với lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1, do đó phân lực P
dj1
đã triệt tiêu lực quán tính chuyển
động tònh tiến cấp 1 trên phương thẳng đứng. Điều này được thể hiện qua phương trình sau:
m.R.

2
.cos

= 2m
j
.

.

2
.cos




2
R
.mm
j

m
j





P
j1
=
m
j
.

.

2
.
cos


P
j2
=
m
j
.

.


2
.

.
cos


P
jd

P
j1t
=
m
j
.

.

2
.
cos


P
j1n
=
m
j
.


.

2
.sin


P
k
= m
r
.R.

2

Hình 3.1. Sơ đồ cân bằng lực quán tính
chuyển động tònh tiến cấp 1.
Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

45
Nếu chỉ đơn thuần lắp đối trọng như trên, thì không thể nào cân bằng được lực quán tính
chuyển động tònh tiến mà chỉ chuyển chiều tác dụng của lực quán tính (lực quán tính trên phương
nằm ngang).
Xuất phát từ nguyên tắc ấy, người ta dùng đối trọng để chuyển chiều tác dụng của lực quán
tính chuyển động tònh tiến tác dụng trên mặt phẳng thẳng đứng (mặt phẳng chứa các đường tâm
xylanh) đến một mặt phẳng nào đó có tính ổn đònh lớn nhất. Trên thực tế, người ta chuyển cho một
nửa lực P
j1
tác dụng trên phương nằm ngang còn một nửa lực P
j1

tác dụng trên phương thẳng đứng.
Muốn cân bằng hoàn toàn lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 và cấp 2, có thể dùng cơ
cấu cân bằng Lăngsetcherơ (hình 3.2). Các bánh răng 1, 3 và 4 có kích thước bằng nhau. Bánh răng 1
lắp chặt trên trục khuỷu, quay với tốc độ góc

nên tốc độ góc của các bánh răng 3 và 4 cũng là


(dẫn động qua bánh răng trung gian 2). Các bánh răng 3 và 4 đều lắp chặt trên trục 5 và 6. Trên các
bánh răng 3 và 4 cũng như trên đầu kia của trục 5 và 6 đều lắp đối trọng có khối lượng là m
d
. Khi trục
khuỷu quay, mỗi một đối trọng lắp trên cơ cấu để sinh ra một lực ly tâm có trò số bằng:
P
kd
= m
d
.r
n
.

2

Trong đó: r
n
– khoảng cách từ tâm quay đến trọng tâm của đối trọng.
Hợp lực của tất cả các phân lực P
kd
trên phương thẳng đứng bằng:
R

j
= 4.m
đ
.r
n
.

2
.cos


Để cân bằng lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 ta thiết kế sao cho R
j
= P
j1
(hợp lực R
j

trái chiều với P
j1
). Do đó có thể xác đònh được khối lượng m
d
nếu đã biết m; R và khoảng cách đònh
đặt đối trọng r
n
.
m
d
=
n
2
n
2
r4
mR
cosr4
cosmR




Các phân lực của P
kd
trên phương nằm ngang triệt tiêu lẫn nhau nên hợp lực của chúng bằng 0.
P
j1
= m.R.


2
.
cos


1

2

3

1

1

2

3

4

5

6

5

2




8





P
kd
R
j



Hình 3.
2
.

Cơ cấu cân bằng Lăngsétcherơ dùng để cân bằng lực P
j1
và P
j2
.
Đối trọng

Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

46
Tương tự như trên, ta có thể cân bằng lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 (P
j2
) bằng cách
lắp thêm hai cặp bánh răng 7 và 8 có đường kính nhỏ bằng một nửa bánh răng 3 và 4. Do đó tốc độ
góc chúng là 2

.
Cách xác đònh đối trọng lắp trên các bánh răng này tiến hành tương tự như khi tính toán cân
bằng lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1.
III.1.2. Cân bằng lực quán tính của khối lượng chuyển động quay
Lực quán tính chuyển động quay (P
k
) có giá trò: P
k
= – m
r
.R.

2
= const

0. Lực này tác dụng
trên phương đường tâm của chốt khuỷu và theo hướng ly tâm.
Để cân bằng lực quán tính chuyển động quay, trên phương kéo dài của má khuỷu ta đặt một
khối lượng m
d
(vừa bằng khối lượng m
r
), cách tâm trục khuỷu một khoảng cách


.
Như vậy khi trục khuỷu quay với tốc đgóc

khối lượng này sinh ra một lực ly tâm P
rd
bằng:
P
rd
= 2.m
d
.

.

2
= m
r
.R.

2

Khối lượng của đối trọng là:


2
R
.mm
rd

Kết luận
-

Trong động cơ một xylanh, tuy các lực quán tính (lực quán tính chuyển động tònh tiến và
lực quán tính chuyển động quay) chưa được cân bằng nhưng mômen đều bằng không.
-

Muốn cân bằng được lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 (P
j1
) và lực quán tính
chuyển động quay (P
r
), người ta phải đặt vào một đối trọng có khối lượng là m

.
m

= m
d
+ m
j

=
 
mm.
2
R
r



Trong đó: R – bán kính quay của trục khuỷu.


– khoảng cách từ trọng tâm đối trọng đến tâm quay của trục khuỷu.
m
r
– khối lượng các chi tiết chuyển động quay.
m – khối lượng các chi tiết chuyển động tònh tiến.



P
rd
= 2.m.

.

2

1

(
k
P
m
r
P
r
= m.R.

2

m
d

Hình 3.3. Sơ đồ cân bằng lực quán tính
chuyển động quay.

Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

47
III.2. Cân bằng động cơ hai xylanh
Kết cấu trục khuỷu của loại động cơ hai xylanh thường bố trí theo hai kiểu sau đây:
-

Tâm của hai chốt khuỷu cùng nằm trên một đường thẳng (góc lệch khuỷu bằng góc công
tác

k
), (hình 3.4).
-

Tâm của hai chốt khuỷu đối xứng nhau qua đường tâm trục khuỷu (góc lệch khuỷu


=
180
o
, góc công tác

k
= 180
o
), (hình 3.5).
III.2.1. Xét loại động cơ có góc lệch khuỷu

= 360
o

Do đặc điểm kết cấu của trục khuỷu nên bất kỳ vò trí nào của góc

, lực quán tính của hai trục
khuỷu đều như nhau (hình 3.4).
Hợp lực của các lực quán tính tác dụng trên hai xylanh đều có trò số lớn gấp đôi trò số của các
lực quán tính không được cân bằng trong động cơ 1 xylanh.
0cos R.m2P2P
2
1j1j



02cos R.m2P2P
2
2j1j



0.R.m2P2P
2
rkk



Để cân bằng hoặc chuyển hướng các lực quán tính này, chúng ta cũng dùng đối trọng tương tự
như trường hợp động cơ một xylanh.
Do kết cấu của trục khuỷu bố trí các khuỷu đối xứng với nhau nên các mômen do lực quán tính
sinh ra đều tự cân bằng.




 0M;0M;0M
k2j1j

III.2.1. Xét loại động cơ có góc lệch khuỷu

= 180
o

Loại động cơ bốn kỳ hai xylanh bố trí như hình 3.5 có thời gian giữa hai lần nổ liên tiếp của
hai xylanh tính theo góc quay của trục khuỷu là 180
o
và 540
o
. Chính vì vậy động cơ làm việc không
đồng đều. Như hình 3.5 biểu thò, ở bất kỳ vò trí nào của góc quay trục khuỷu, ta cũng có:
)1(
1j
P
=
)2(
1j
P

và ngược chiều.

2P
k



)1(
2j
P

Hình 3.4. Sơ đồ lực quán tính của động cơ hai xylanh có

= 360
o
.
)2(
2j
P

)1(
1j
P

)2(
1j
P

)1(
k
P

)2(
k
P

Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

48
Trong đó:
)1(
1j
P
– lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 của khuỷu trục thứ 1.

)2(
1j
P
– lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 của khuỷu trục thứ 2.
a) Hợp lực của lực quán tính
-

Hợp lực của lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 (

P
j1
):

 )180cos( R.mcos.R.mPPP
22
)2(
1j
)1(
1j
1j

=




0180coscos.R.m
2


-

Hợp lực của lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 (

P
j2

):



 1802cos.mR2cos.mRPPP
22)2(
2j
)1(
2j2j



0P22cosmR2)180(2cos2cosmR
2j
202


Trong đó:
)1(
2j
P
– lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 của khuỷu trục thứ 1.

)2(
2j
P
– lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 của khuỷu trục thứ 2.
-

Hợp lực của các lực quán tính chuyển động quay (


P
k
):

 0RmR.mPPP
2
r
2
r
)2(
k
)1(
kk

b) Tổng mômen do lực quán tính sinh ra
-

Tổng mômen do lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 tạo ra (

M
j1
):

1j
M
= amR

2
cos




0


)2(
1j
P

)1(
1j
P

)2(
1j
P

)1(
2j
P

)2(
2j
P

1

2

a

b

P
k
P
k
)1(
1j
P

)1(
2j
P

)2(
2j
P

Hình 3.5. Sơ đồ động cơ hai xylanh có góc lệch khuỷu trục

= 180
0
.

Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

49
Có thể dùng đối trọng lắp vào má khuỷu như hình vẽ để chuyển chiều tác dụng của M

j1
(tương
tự như trường hợp của động cơ một xylanh).
Đối trọng có khối lượng m
d
sinh ra mômen trên phương thẳng đứng trái chiều với M
j1
và làm
triệt tiêu M
j1
trên phương thẳng đứng (M
dt
):
M
dt
= m
d
.R.

2
.b.cos


Nhưng đồng thời trên phương nằm ngang lại xuất hiện mômen (M
dn
). Tuy nhiên mômen tác
dụng trên phương nằm ngang ít gây mất cân bằng khi động cơ làm việc.
M
dn
= m

G
.R.

2
.b.sin


-

Tổng mômen do lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 sinh ra bằng 0 (M
j2
= 0), vì lực
quán tính P
j2
của hai xylanh lúc nào cũng cùng chiều.
-

Tổng mômen do lực quán tính chuyển động quay tạo ra (M
k
):
M
k
= am
r
R

2
Mômen M
k
hoàn toàn có thể dùng đối trọng để cân bằng.

III.3. Cân bằng động cơ ba xylanh
Động cơ ba xylanh chỉ dùng trong một vài kiểu động cơ tónh tại, rất ít khi dùng trên động cơ
ôtô máy kéo vì tính cân bằng của nó kém. Sơ đồ động cơ bốn kỳ 3 xylanh, thứ tự làm việc của các
xylanh 1 – 2 – 3 được giới trên hình 3.6.
a) Hợp lực của lực quán tính
-

Hợp lực của các lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 (

P
j1
):

120
o

120
o

)1(
k
P

)2(
k
P

)3(
k
P

120
o

120
o



c

a

a

A

A

)1(
1j
P

)2(
1j
P

)3(
1j
P

)1(
2j
P

)2(
2j
P

)3(
2j
P

120
o

Hình 3.6. Sơ đồ trục khuỷu của động cơ bốn kỳ ba xylanh,
thứ tự làm việc 1 – 2 – 3.

Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

50






o2o22)3(
1j
)2(
1j
)1(
1j
1j
240cosmR120cosmRcosmRPPPP







002
240cos120coscosmR 







 sin
2
3
cos
2
1
sin
2
3
cos
2
1
cosmR
2
= 0
Trong đó:
)1(
1j
P
– lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 của khuỷu trục thứ 1.

)2(
1j
P

– lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 của khuỷu trục thứ 2.

)3(
1j
P
– lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 của khuỷu trục thứ 3.
-

Hợp lực của lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 (

P
j2
):






o2o22)3(
2j
)2(
2j
)1(
2j2j
2402cosmR1202cosmR2cosmRPPPP








02402cos1202cos2cosmR
002


Trong đó:
)1(
2j
P
– lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 của khuỷu trục thứ 1.

)2(
2j
P
– lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 của khuỷu trục thứ 2.

)3(
2j
P
– lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 của khuỷu trục thứ 3.
Do trục khuỷu của động cơ 4 kỳ 3 xylanh có góc công tác

K
= 240
0
, các khuỷu của trục khuỷu
không cùng nằm trong một mặt phẳng nên khi xét ta phải phân ra trên phương thẳng đứng và phương
nằm ngang.

-

Hợp lực của lực quán tính chuyển động quay trên phương thẳng đứng là (

P
kt
):


0)240cos()120cos(cosRmP
002
rkt



-

Hợp lực của lực quán tính chuyển động quay trên phương nằm ngang là (

P
kn
):


0)240sin()120sin(sinRmP
002
rkn



Vì vậy ta có:
0PPP
2
kn
2
ktk

  

b) Tổng mômen do lực quán tính sinh ra
Tính mômen do các lực quán tính sinh ra đối với bất kỳ trục A – A nào đó, ta có:
-

Tổng mômen do lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 tạo ra (

M
j1
):


)3(
1j
)2(
1j
)1(
1j
1j
P).ca2(P).ca(P.cM




)240cos()ca2()120cos()ca(coscmR
002


0cos
2
3
sin
2
3
amR
2











Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

51
Trò số cực đại của

1j

M
xuất hiện khi đạo hàm của nó đối với

bằng 0. Lấy đạo hàm hai vế
của đẳng thức trên đối với

ta có:
0sin
2
3
cos
2
3
amR
d
Md
2
1j













Giải ra ta được:









3
3
arctg
= 330
0
và 150
0

Thay trò số của

vào biểu thức của

1j
M
, ta có:

 amR732,1M
2
max1j

-

Tổng mômen do lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 tạo ra (

M
j1
):


)3(
2j
)2(
2j
)1(
2j
1j
P).ca2(P).ca(P.cM



)240(2cos)ca2()120(2cos)ca(2coscmR
002


Chúng ta cũng giải như phương pháp trên, cuối cùng tìm được trò số cực đại của

2j
M
:


 amR732,1M
2
max2j

-

Tổng mômen do lực quán tính chuyển động quay tạo ra (M
k
):
Mômen do lực quán tính chuyển động quay tạo ra trên phương thẳng đứng

kt
M
bằng:


)3(
1j
)2(
1j
)1(
1j
kt
P).ca2(P).ca(P.cM



)240cos()ca2()120cos()ca(coscRm
002

r










 cos
2
3
sin
2
3
aRm
2
r

Từ đó ta giải ra:

 aRm732,1M
2
rmaxkt

Mômen do lực quán tính chuyển động quay gây ra trên phương nằm ngang bằng:



)3(
2j
)2(
2j
)1(
2j
kn
P).ca2(P).ca(P.cM



)240sin()ca2()120sin()ca(sincRm
002
r


Từ đấy giải ra:

 aRm732,1M
2
rmaxkn

Để cân bằng được các mômen này ta cũng dùng các đối trọng như đã giới thiệu ở trên.
III.4. Cân bằng động cơ bốn xylanh
Động cơ 4 xylanh được dùng rất nhiều trên ôtô. Hầu hết các loại động cơ 4 kỳ, 4 xylanh đều có
góc công tác

k
= 180
0

và góc lệch khuỷu

= 180
o
.
Trục khuỷu của động cơ này có thể coi như tập hợp của 2 trục khuỷu của động cơ 2 xylanh có
góc lệch khuỷu

= 180
0
bố trí đối xứng (hình 3.7). Do đó tính cân bằng của loại động cơ này tương
đối tốt. Như ở động cơ 2 xylanh có góc lệch khuỷu

= 180
0
đã xét nghiên cứu ở phần trên, ta có:
Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

52

 0P
1j
;

 0P
2j
;

 0P
k


 0M
1j
;

 0M
2
2j
;

 0M
k

Đối với động cơ 4 kỳ, 4 xylanh có dạng trục khuỷu như hình 3.7, ta cũng có:

a) Hợp lực của lực quán tính
-

Hợp lực của các lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 (


P
j1
):


)4(
1j
)3(
1j
)2(
1j
)1(
1j
1j
PPPPP



0)360cos()180cos()180cos(cosmR
ooo2


-

Hợp lực của các lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 (

P
j2
):



)4(
2j
)3(
2j
)2(
2j
)1(
2j
2j
PPPPP



)360(2cos)180(2cos)180(2cos2cosmR
o002


02cos.mR4
2


-

Hợp lực của các lực quán tính chuyển động quay (

P
k
):

0PPPPPPP
)3,2(
k
)4,1(
k
)4(
k
)3(
k
)2(
k
)1(
k
k



b) Tổng mômen do lực quán tính sinh ra
Do trục khuỷu của động cơ 4 xylanh có kết cấu đối xứng nên các mômen

1j
M
,

2j
M
và

k
M

đều bằng 0.
-

Tổng mômen do lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 tạo ra (

M
j1
):


)4(
1j
)3(
1j
)2(
1j
)1(
1j1j
P).cba2(P).cba(P).ca(P.cM

2,3

1,4

)4,1(
k
P

)3,2(
k

P

180
o



c

b

a

A

A

)1(
1j
P

)2(
1j
P

)4(
1j
P

)1(

2j
P

)2(
2j
P

)4(
2j
P

180
o

Hình
3.7.
Sơ đồ trục khuỷu của động cơ bốn kỳ bốn xylanh,
thứ tự làm việc 1 – 3 – 4 – 2.

)3(
1j
P

)3(
2j
P



a

Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

53


)360cos()cba2()180cos()cba()180cos()ca(cosc.mR
o002


0

Trong đó: b – khoảng cách giữa hai đường tâm của xylanh thứ 2 và 3.
-

Tổng mômen do lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 tạo ra (

M
j2
):

 0M
2j

Điều này có được vì lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 của xylanh 1 và xylanh 2 sinh ra
momen ngược chiều với mômen do lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 của xylanh 3 và xylanh
4 tạo ra.
-

Tổng mômen do lực quán tính chuyển động quay tạo ra (


M
k
):

 0M
2j

Điều này có được vì mômen do lực quán tính chuyển động quay P
K
của xylanh 1 và xylanh 2
sinh ra ngược chiều với mômen do lực quán tính chuyển động quay của xylanh 3 và xylanh 4 sinh ra.
Tuy nhiên về mặt sức bền, để cổ trục giữa khỏi phải chòu mômen uốn rất lớn, người ta vẫn
thường bố trí đối trọng như hình 3.7 để giảm tải cho ổ đỡ.
III.5. Cân bằng động cơ sáu xylanh
Động cơ 6 xylanh là loại động cơ được dùng rất rộng rãi.
Hình thức kết cấu của trục khuỷu giới thiệu trên hình 3.8. Từ hình vẽ ta thấy: trục khuỷu của
động cơ 6 xylanh có thể coi là tập hợp hai trục khuỷu của động cơ 3 xylanh ghép đối xứng với nhau.
Động cơ này có góc công tác

= 120
o
và góc lệch khuỷu

k
= 120
o
.

Hình 3.8. Sơ đồ trục khuỷu của động cơ bốn kỳ sáu xylanh có góc lệnh

= 120
0
, thứ tự công tác của các xylanh 1 – 5 – 3 – 6 – 2 – 4.


3,4

2,5

1,6

)6,1(
k

P

)4,3(
k
P

)5,2(
k
P

120
o

120
o



a

a

A

A

)1(
1j
P

)2(
1j
P

)3(
1j
P

)1(
2j
P

)2(
2j
P

)3(
2j
P

120
o

)4(
1j
P

)5(
1j

P

)6(
1j
P

)4(
2j
P

)5(
2j
P

)6(
2j
P

a

a

b

Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

54
a) Hợp lực của lực quán tính
-

Hợp lực của các lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 (

P
j1
):
0PPPPPPP
)6(
1j
)5(
1j
)4(
1j
)3(
1j
)2(
1j
)1(
1j
1j



-

Hợp lực của các lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 (

P
j2
):
0PPPPPPP

)6(
2j
)5(
2j
)4(
2j
)3(
2j
)2(
2j
)1(
2j
2j



-

Hợp lực của các lực quán tính chuyển quay trên phương thẳng đứng (

P
kt
):
0PPPPPPP
)6(
kt
)5(
kt
)4(
kt

)3(
kt
)2(
kt
)1(
kt
kt



-

Hợp lực của các lực quán tính chuyển quay trên phương nằm ngang (

P
kn
):
0PPPPPPP
)6(
kn
)5(
kn
)4(
kn
)3(
kn
)2(
kn
)1(
kn

kn



Suy ra:
0PPP
2
kn
2
ktkn



b) Tổng mômen do lực quán tính sinh ra
Do trục khuỷu của động cơ 6 xylanh bố trí các khuỷu trục đối xứng với nhau nên các mômen
do lực quán tính gây ra đều triệt tiêu lẫn nhau.
-

Tổng mômen do lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 tạo ra (

M
j1
):

 0M
1j

-

Tổng mômen do lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 tạo ra (


M
j2
):

 0M
2j

-

Tổng mômen do lực quán tính chuyển động quay tạo ra (

M
k
):

 0M
k

IV. CÂN BẰNG ĐỘNG CƠ CHỮ V
IV.1. Cân bằng động cơ 2 xylanh (

< 90
0
và

= 90
0
)
Động cơ đốt trong có hai hàng xylanh thường bố trí theo kiểu chữ V để rút ngắn chiều dài của

động cơ. Do hai hàng xylanh dùng chung một trục khuỷu, nên trên mỗi khuỷu trục đều có hai thanh
truyền nối với hai nhóm piston.
Do kết cấu của thanh truyền của hai hàng xylanh có thể khác nhau tùy theo kiểu động cơ, nên
lực quán tính của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền của hai hàng xylanh cũng có thể khác nhau. Tuy
vậy, ta vẫn có thể coi động cơ chữ V là tập hợp của hai động cơ một hàng xylanh bố trí theo những
góc độ nhất đònh.
Nếu số xylanh của động cơ chữ V là i thì mỗi hàng của nó sẽ có
2
i
xylanh. Nếu coi động cơ
chữ V có Z xylanh là tập hợp của hai động cơ có
2
Z
xylanh, thì ở mỗi động cơ này góc công tác sẽ
xác đònh theo công thức:

i
.360
2
Z
.180
k




Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

55
Để các xylanh trong mỗi hàng xylanh làm việc cách đều nhau cần phải cho các xylanh của hai

hàng làm việc xen kẽ. Do đó góc giữa hai đường tâm xylanh của hai hàng xylanh (góc nhò diện của
hai mặt phẳng chứa các đường tâm xylanh của hai hàng xylanh) được xác đònh bằng công thức:

i
.180
2
k
Z





Nếu coi động cơ chữ V là tập hợp của hai động cơ một hàng xylanh có số xylanh là
2
i
, khi các
lực quán tính nào của động cơ một hàng xylanh đã được cân bằng rồi thì ở động cơ chữ V lực quán
tính ấy cũng được cân bằng.
IV.1.1. Xét trường hợp cân bằng của động cơ chữ V, 2 xylanh (có góc

< 90
0
)
Loại động cơ chữ V, 2 xylanh này, trục khuỷu chỉ có 1 khuỷu, thanh truyền bên trái và bên
phải đều lắp chung trên chốt khuỷu (thanh truyền đồng dạng, lắp song song), (hình 3.9)

a) Hợp lực của các lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 (

1j
P
)
-

Lực quán tính chuyển động tònh tiếp cấp 1 của xylanh thứ 1 (
)1(
1j
P
):
 cosCcosmRP
2)1(
1j

-

Lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 của xylanh thứ 2 (
)2(
1j
P
):
)cos(C)cos(mRP
2)2(
1j




)1(
2j
P

)1(
1j
P

)1(
2j
P

)1(
1j
P

)2(

1j
P

)2(
1j
P

)2(
2j
P

)2(
2j
P


1j
P


2j
P







(


–

)

(180
o

–


)

O


/2

x

y



Hình 3.9. Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền của động cơ chữ V,
2 xylanh (góc giữa hai đường tâm xylanh bằng

).






Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

56
Trong đó: C = mR

2
= const
Hợp lực của lực quán tính cấp 1 có thể tính theo công thức lượng giác:




)180cos(.P.P.2PPP
0)2(
1j
)1(
1j
2
)2(
1j
2
)1(
1j1j











 cos.)cos(.mR.cos.mR.2)cos(.mRcos.mR
22
2
2
2
2

 cos).cos(.cos2)(coscosC
22

Phân lực của trên các trục tọa độ Ox và Oy cũng bằng tổng phân lực của các lực quán tính
trên các trục tọa độ Ox và Oy:
2
sin)cos(C
2
sincosC
2
sin.P
2
sin.P)P(
)2(
1j

)1(
1jx1j










2
sin)
2
sin(C2
2




2
cos)cos(C
2
coscosC
2
cos.P
2
cos.P)P(
)2(

1j
)1(
1jy1j










2
cos)
2
cos(C2
2




Lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1

1j
P
hướng từ dưới lên và hợp với phương thẳng
đứng một góc

. Với tg


được xác đònh qua công thức sau:
2
tg
2
tg
)P(
)P(
tg
2
y1j
x1j












b) Hợp lực của các lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 (

2j
P
)
-

Lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 của xylanh thứ 1 (

)1(
2j
P
):
 2cosC2cosmRP
2)1(
2j

-

Lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 của xylanh thứ 2 (

)2(
2j
P
):
)(2cosC)(2cosmRP
2)2(
2j


Giá trò hợp lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 (

)2(
2j
P
) xác đònh theo công thức sau:





)180cos(.P.P.2PPP
0)2(
2j
)1(
2j
2
)2(
2j
2
)1(
2j2j











 cos.)(2cos.mR.2cos.mR.2)(2cos.mR2cos.mR
22
2
2

2
2

 cos)(2cos2cos2)(2cos2cosC
22

Hình chiếu của

)2(
2j
P
trên trục tọa độ Ox và Oy:
2
sin)(2cosC
2
sin2cosC
2
sin.P
2
sin.P)P(
)2(
2j
)1(
2jx2j











Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

57


 sin
2
sin)2sin(C2

2
cos)(2cosC
2
cos2cosC
2
cos.P
2
cos.P)P(
)2(
2j
)1(
2jy2j













 cos
2
cos)2cos(C2

Hợp lực của lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 hợp với phương thẳng đứng (trục Oy)
một góc

, xác đònh theo công thức sau:





tg
2
tg)2(tg
)R(
)R(
tg
y2j
x2j

IV.1.2. Xét trường hợp cân bằng của động cơ chữ V, 2 xylanh (có góc


= 90
0
)
a) Hợp lực của lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 (

1j
P
):
-

Lực quán tính chuyển động tònh tiếp cấp 1 của xylanh thứ 1 (
)1(
1j
P
):
 cosCcosmRP
2)1(
1j

-

Lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 của xylanh thứ 2 (
)2(
1j
P
):
 sinC)90cos(mRP
2)2(
1j



)1(
2j
P

)1(
1j
P

)2(
1j
P

)2(
2j
P


= 90
o



O

x

y

Hình 3.10. Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền của động cơ chữ V,
2 xylanh (góc giữa hai đường tâm bằng

= 90
o
).





2j
P


1j
P

Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

58
Từ đây ta có :
   


22
2
)2(
1j
2
)1(
1j1j
sincosCPPP

constmRC
2


Như vậy hợp lực của lực quán tính cấp 1 là một hằng số, hợp lực này hợp với trục Oy một góc

và được xác đònh qua biểu thức:
020
45tg)45(tgtg 

hay


0o2o
4545tg)45(tgarctg 

Do hợp lực của lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 là một hằng số, phương lại luôn luôn
trùng với đường tâm má khuỷu, nên ta có dùng đối trọng đặt trên phương kéo dài của má khuỷu để
cân bằng. Khối lượng

m
đ
cần tăng thêm cho đối trọng xác đònh theo phương trình sau:

m
đ
.

.

2
= m.R.

2

Nên

m
đ
= m.


R

Trong đó:

– khoảng cách từ tâm đối trọng đến tâm trục khuỷu.


m
đ
– khối lïng tăng thêm cho đối trọng.
b) Hợp lực của lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 (

1j
P
):
-

Lực quán tính chuyển động tònh tiếp cấp 2 của xylanh thứ 1 (
)1(
2j
P
):
 2cosC2cosmRP
2)1(
2j

-

Lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 của xylanh thứ 2 (

)2(
2j
P
):
 2cosC)90(2cosmRP
2)2(
1j

nên:
   


2cos2cosCPPP
22
2
)2(
2j
2
)1(
2j
2j

 2cos.2C

Do đó hợp lực của lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 trong đôïng cơ chữ V, 2 xylanh có
góc

= 90
0
luôn thay đổi theo góc


.
Phương của hợp lực xác đònh theo công thức:
tg

= tg(2

– 90
0
).tg45
0
.tg90
0
=


nên góc

chỉ có thể có hai trò số:

1
= 90
0
và

2
= 270
0
.
Điều này chứng tỏ rằng, chiều hợp lực của lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 của động

cơ chữ V, 2 xylanh có góc

= 90
0
luôn luôn trên phương nằm ngang.
Do lực quán tính cấp chuyển động tònh tiến 1 và cấp 2 của xylanh thứ nhất và xylanh thứ hai
cùng nằm trong một mặt phẳng thẳng góc với đường tâm trục khuỷu nên chúng không sinh ra mômen.
Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

59
IV.2. Cân bằng động cơ chữ V 6 xylanh (có góc

= 90
0
)
Để rút ngắn chiều dài của động cơ 6 xylanh, người ta thường dùng cách bố trí xylanh theo hình
chữ V, mỗi bên 3 xylanh, các khuỷu của trục khuỷu động cơ này lệch nhau 120
0
(hình 3.11). Góc giữa
hai đường tâm xylanh

= 90
0
. Vì vậy động cơ làm việc không đồng đều (tính đồng đều kém) nhưng
tính cân bằng khá tốt, động cơ có kết cấu khá gọn nhẹ.
Loại động cơ chữ V, 6 xylanh có thể coi là tập hợp của hai động cơ 3 xylanh, hoặc tập hợp của
3 động cơ chữ V 2 xylanh. Thứ tự công tác của các xylanh là 1T – 1P – 2T – 2P – 3T – 3P hoặc 1T –
3T – 2T – 2P – 1P – 3P.
Dựa vào nguyên lý cân bằng của động cơ chữ V 2 xylanh (có góc


= 90
o
) đã giới thiệu ở phần
trên, ta biết rằng trên mỗi khuỷu trục có một hợp lực lực

1j
P
= mR

2
= const, và lực quán tính
chuyển động quay P
k
tác dụng theo phương đường tâm của má khuỷu.
a) Hợp lực của lực quán tính
Hợp lực K
r
của lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 và lực quán tính chuyển động quay
-

Hợp lực K
r
tại khuỷu thứ nhất,
)1(
r
K



const.R.mm.R.m.R.mPPK

2
r
2
r
2
)1(
k
)1(
1j
)1(
r



-

Hợp lực

r
K
của các khuỷu trục bằng không (do các khuỷu lệnh nhau 120
0
).
Hợp lực của lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 (

2j
P
). Các lực quán tính chuyển
động tònh tiến cấp 2 song song với nhau, và cùng nằm trong mặt phẳng nằm ngang.
Trò số hợp lực của các lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 của các khuỷu như sau:

-

Khuỷu trục thứ 1:

)1(
2j
P
=
 2cos.2.C

-

Khuỷu trục thứ 2:

)2(
2j
P
=


0
1202cos.2.C 

-

Khuỷu trục thứ 3:

)3(
2j
P

=


0
2402cos.2.C 

y

1T



2P

2T

O

x



1

2

3

1P

3T

3
P

120
o

120
o

O
1

2

3



x

y

z

a

2a

Hình 3.11. Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền của động cơ chữ V,
6 xylanh (góc giữa hai đường tâm bằng

= 90
o
).
Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

60
-

Hợp lực của lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 (

2j
P
):





)3(
2j
)2(
2j
)1(
2j2j

PPPP







02402cos1202cos2cos.2.C
00


b) Tổng mômen do lực quán tính sinh ra
Do các khuỷu trục bố trí lệch nhau một góc bằng 120
o
nên các lực quán tính tạo ra mômen.
Hợp lực
)1(
r
K
của khuỷu trục thứ nhất đối với điểm O sinh ra mômen bằng 2a.
)1(
r
K
; mômen này tác
dụng trên mặt phẳng chứa khuỷu trục thứ 1. Mômen do hợp lực quán tính
)2(
r
K
của khuỷu trục thứ 2

sinh ra (đối với điểm O) bằng: a.
)2(
r
K
.
-

Mômen do hợp lực
)1(
r
K
tạo ra:
)1(
r
M
= 2a.
)1(
r
K

-

Mômen do hợp lực
)2(
r
K
tạo ra:
)2(
r
M

= a.
)2(
r
K

Tổng của hai mômen trên xác đònh theo công thức lượng giác sau:









 3.aK60cos.K.aK.a2.2K.aK.a2M
r
0)2(
r
)1(
r
2
)2(
r
2
)1(
rr

Trong đó: a – khoảng cách giữa khuỷu trục 1 và khuỷu trục 2.

)1(
r
K
=
)2(
r
K
=
r
K
=


const.R.mm
2
r

.
Mặt phẳng tác dụng của mômen tổng

r
M
lệch với mặt phẳng khuỷu trục thứ 1 một góc

,
xác đònh như sau:
3aK
aK
60sin
sin

r
r
0



(A)

B

A

x

y

y

x



2

60
o



1

3

K
r

1

2

3



z

a

a

2a

K
r

K
r

z


)1(
r
M
2aK
r

)2(
r
M
aK
r

= 30
o

30
o

Hình 3.12. Dùng hai đối trọng để cân bằng trục khuỷu của động cơ
chữ V, 6 xylanh (góc giữa hai đường tâm bằng

= 90
o
).

(B)

(B)

(A)

Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

61
=>
5,0
3
60sin
sin
0


Do đó:
0
30

Cân bằng mômen

r
M
, nếu không bố trí đối trọng trên từng khuỷu trục thì có thể chỉ đặt 2
đối trọng trong mặt phẳng tác dụng của nó (hình 3.12). Khối lượng của đối trọng xác đònh theo
phương trình sau:
m
d
.




2
b = a.K
r
.
3

Do đó: m
d
 




R
.mm.
b
a
.3
K
.
b
a
.3
r
2
r

Mômen do các lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 gây ra (đối với điểm O) như sau:
-

Mômen do lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 ở khuỷu 1 sinh ra (
)1(
2j
M
):
 2cosC2a2M
)1(
2j
.
-

Mômen do lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 ở khuỷu 2 sinh ra:


0
)2(
2j
1202cosC2aM 
.
-

Mômen tổng

2j
M
bằng:



)2(

2j
)1(
2j
2j
MMM





0
1202cos2cos2.C2a 





0
2402cos2cos2.C2a 



00
240sin2sin240cos2cos2cos2.C2a 



 2sin866,02cos5,1.C2a

IV.3. Cân bằng động cơ chữ V 8 xylanh (có góc


= 90
0
)
Động cơ chữ V 8 xylanh có thể coi là tập hợp của 4 động cơ chữ V 2 xylanh. Thứ tự làm việc
của các xylanh là 1T – 3T – 3P – 2T – 2P – 1P – 4T – 4P.
a) Hợp lực của lực quán tính
Như trên đã khảo sát, trên mỗi khuỷu trục của động cơ có hợp lực của lực quán tính cấp 1 của
2 xylanh chung khuỷu tác dụng theo chiều đường tâm má khuỷu, phương của nó cũng trùng với
phương của lực quán tính chuyển động quay P
k
.
-

Hợp lực của lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 (của từng đôi xylanh chung khuỷu)
với P
k
là K
r
, xác đònh như sau:
K
r
= P
k
+ P
j1
= (m
r
+ m).R


2
Căn cứ vào sự bố trí của các khuỷu, hợp lực của lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 của
mỗi đôi xylanh trên các khuỷu như nhau sau:
-

Ở khuỷu thứ 1 :


2cosC.2P
)1(
2j

Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

62
-

Ở khuỷu thứ 2:




2cosC.2902cosC.2P
0
)2(
2j

-

Ở khuỷu thứ 3:





2cosC.22702cosC.2P
0
)3(
2j

-

Ở khuỷu thứ 4:




2cosC.21802cosC.2P
0
)4(
2j

Các lực này đều tác dụng trong mặt phẳng nằm ngang, trò số của chúng luôn luôn bằng nhau
và luôn luôn ngược chiều nhau. Vì vậy hợp lực của chúng bằng không.
0PPPPP
)4(
2j
)3(
2j
)2(
2j

)1(
2j2j



b) Tổng mômen do lực quán tính sinh ra
Mômen do lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp hai tạo ra ở khuỷu 1 và 2 (

)2,1(
2j
M
) có trò
số bằng mômen do lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp hai tạo ra ở khuỷu 3 và 4 (

)4,3(
2j
M
)
nhưng ngược chiều nhau, nên mômen tổng cũng bằng không.
)4(
1j
)3(
1j
)2(
1j
)1(
1j
2j

MMMMM 


0MM
)4,3(
1j
)2,1(
1j




Nếu như do điều kiện thiết kế không cho phép bố trí đối trọng trên từng khuỷu như hình 3.13,
có thể dùng 2 đối trọng bố trí ở 2 đầu trục khuỷu như hình 3.14.
Trong trường hợp này, trên mỗi khuỷu đều có lực K
r
tác dụng. Hợp lực của chúng

 0K
r
,
nhưng các lực K
r
lại sinh ra mômen đối với điểm O.
Hình 3.
13
.
Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền của động cơ chữ V,
8 xylanh (góc giữa hai đường tâm bằng


= 90
o
).
90
o



1P

3

4

2

3
T

4
P

4
T

y

1T

2P

2T

O

x



1

3P

90
o

z

4

O
1

2

3



x

y

Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

63
Mômen của lực K
r
trên khuỷu 1 đối với điểm O là

)4,1(
r
M
tác dụng trên mặt phẳng chứa trục
khuỷu. Mômen của lực K
r
trên khuỷu 2 và 3 là

)3,2(
r
M
tác dụng trên mặt phẳng thẳng góc với mặt
phẳng trên.
-

Trò số của


)4,1(
r
M
là


r
)4,1(
r
K.a3M

-

Trò số của

)3,2(
r
M
là
rrr
)4,1(
r
K.aK.aK.a2M 


Mômen tổng

r
M

tác dụng trên mặt phẳng lệch với mặt phẳng chứa khuỷu trục thứ 1 một
góc

xác đònh theo công thức sau:
3
1
aK3
aK
tg
r
r


Do đó ta xác đònh được:

= 18
0
26’
Khối lượng của đối trọng lắp trên mặt phẳng này xác đònh theo phương trình cân bằng sau:
m
d
.
10aKb
r
2


Do đó: m
d
=

 
.mm
b
a
.
R
162,3
.
K
.
b
a
10
r
2
r






)3,2(
r
M


)4,1(
r
M

2

4

(B)

(B)

18
o
26’

K
r

K
r

B

A

x

y

y

x





1

3

1

2

3



z

a

a

b

K
r

K
r

z


= 18
o
26’

Hình 3.14. Dùng hai đối trọng để cân bằng trục khuỷu của động cơ
chữ V, 8 xylanh (góc giữa hai đường tâm bằng

= 90
o
).

a

(A)

(A)


r
M

4

Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

64

V. CÂN BẰNG ĐỘNG CƠ 2 KỲ
Cân bằng động cơ hai kỳ cũng tương tự như cân bằng động cơ bốn kỳ, vì vậy trong phần này
chỉ giới thiệu một số kết quả phân tích tính cân bằng của động cơ hai kỳ mà không chứng minh.
Các loại động cơ hai kỳ 1 xylanh; 2 xylanh một hàng có góc công tác
0
K
180
, động cơ hai
kỳ chữ V 2 xylanh có góc giữa các đường tâm

= 90
o
và động cơ hai kỳ chữ V 6 xylanh có góc giữa
các đường tâm xylanh

= 90
o
đều có tính cân bằng tương tự như các loại động cơ bốn kỳ cùng số
xylanh.
V.1. Động cơ hai kỳ, 3 xylanh
Động cơ hai kỳ 3 xylanh, trục khuỷu có góc công tác
0
K
120
(hình 3.15a). Tính cân bằng
của nó như sau:
-

Hợp lực các lực quán tính:
0P

1j


;
0P
2j


;
0P
r



-

Mômen do lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 sinh ra:





sin866,0cos5,1.aCM
1j

Mômen này tác dụng trong mặt phẳng chứa các đường tâm xylanh.
Khi

1
= 150

0
và

2
= 330
0
mômen trên có trò số cực đại là


max
1j
M

.



aC732,1M
max
1j



-

Mômen do lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 sinh ra:






2sin866,02cos5,1.aCM
2j

Mômen này tác dụng cùng trên một mặt phẳng với

1j
M

Khi

1
= 15
0
;

2
= 105
0
;

3
= 195
0
và

4
= 285
0
, mômen này đạt trò số cực đại là



max
1j
M






aC732,1M
max
2j

-

Mômen do lực quán tính chuyển động quay sinh ra

r
M
:
rr
aK732,1M 


Mômen này tác dụng trên mặt phẳng lệch với mặt phẳng khuỷu thứ nhất một góc 30
0
và quay
theo mặt phẳng này. Mômen


r
M
có thể cân bằng bằng các đối trọng lắp trên trục khuỷu, hoặc
bằng các đối trọng lắp ở hai đầu trục khuỷu, trên mặt phẳng tác dụng của mômen

r
M
.
V.2. Động cơ hai kỳ, 4 xylanh
Động cơ hai kỳ 4 xylanh, trục khuỷu có góc lệch khuỷu

= 90
0
như hình 3.15b. Tính cân bằng
của nó như sau:
-

Hợp lực của các lực quán tính:
0P
1j


;
0P
2j


;
0P

r



-

Mômen do lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 sinh ra là
0M
1j



Chương 3 – Cân bằng động cơ đốt trong

65




sincos3.aCM
1j

Khi

1
= 161
0
34’ và

2

= 341
0
34’ mômen cấp 1 có trò số cực đại:


aC162,3M
max
1j



-

Mômen do lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2 sinh ra là:

 0M
2j

-

Mômen do lực quán tính chuyển động quay sinh ra là
rr
aK162,3M 


Mômen này tác dụng trên mặt phẳng lệch với mặt phẳng khuỷu thứ nhất một góc 18
0
26’.
Mômen

r
M
thường được cân bằng bằng đối trọng lắp ở 2 đầu trục khuỷu. Mômen

1j
M

có thể cân bằng được bằng hệ thống đối trọng giới thiệu trên hình 3.16.
Hình 3.15. Sơ đồ kết cấu trục khuỷu động cơ
hai kỳ, 3 xylanh, 4 xylanh, 6 xylanh.
a)

b
)

c
)

d
)

e
)

1

3

2

1

2

3

1