luận văn kết cấu trục khuỷu thanh truyền

Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
Lời nói đầu

ừ những năm 80 của thế kỷ XIX những chiếc ô tô đầu tiên của thế giới đẫ ra đời,
cho tới nay nó đã trở thành một nghành công nghiệp phát triển hàng đầu trên thế
giới. ở Việt Nam hiện nay nó đã đợc Đảng và nhà nớc xem là một nghành công nghiệp
mũi nhọn thúc đẩy công cuộc xây dựng và phát triển đất nớc. Cho tới nay thì trên ô tô
đã có rất nhiều những cải tiến về tất cả các hệ thống, cho nên công việc sửa chữa
bảo dỡng cũng ngày một phúc tạp hơn. Chính vì vậy mà môn học cấu tạo ôtô đã trở
thành một môn đặc biệt quan trọng nhất là đối với những sinh viên thuộc ngành cơ khí
động lực.
T
Cùng với sự phát triển của thế giới thì ngành cơ khí của nớc ta cũng đã và đang
dần hoà nhập với thế giới. Trong ngành cơ khí nói riêng thì việc phát triển nhất là động
cơ ô tô. Ô tô là một loại xe có cấu tạo rất phức tạp với rất nhiều các hệ thống các bộ
phận khác nhau. Trục khuỷu - thanh truyền là một trong những cơ cấu quan trọng của ô
tô nó không thể thiếu đợc ở bất cứ một động cơ nào không có trục khuỷu thanh truyền
thì động cơ sẽ không hoạt động đợc nó có nhiệm vụ biến chuyển động tịnh tiến của
piston thành chuyển động quay của trục khuỷu và truyền công suất ra ngoài.
Thiết kế môn học là một đề tài thiết thực nó không ngững giúp cho ta nắm đợc
về cấu tạo, nguyên lý hoạt động mà còn giúp ta củng cố vững chắc về chuyên môn, mở
rộng tầm hiểu biết mà còn giúp ta có thêm niềm tin, lòng yêu nghề về ngành học mà ta
đã lựa chọn. Là một sinh viên đang học tập tại Trờng ĐHSPKT Nam Định em đã đợc
giao đề tài nghiên cứu về Kết cấu trục khuỷu- thanh truyền của động cơ ô tô. Sau
một thời gian nỗ lực cố gắng của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo
trần Văn Anh và các thầy giáo trong bộ môn cùng các bạn đồng nghiệp đến nay em
đã hoàn thành đề tài đợc giao, xong do trình độ hiểu biết còn hạn chế cho nên trong
quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những sai sót vì vậy em rất mong nhận đợc
sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để đề tài của em đ ợc
hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !

Nam Định, ngày tháng năm 2010.
Sinh viên
Vũ Văn Chí
Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
1
Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
đề cơng
đồ án môn học cấu tạo ô tô

A. Giới thiệu chung về đề tài
I. Dạng đề tài :Dạng lý thuyết đơn thuần
II. Nhiệm vụ của đề tài:
Nghiên cứu kết cấu nhóm trục khuỷu thanh truyền của động cơ ZIL 130
B. nội dung cơ bản
Phần 1 : giới thiệu chung động cơ ô tô
1.1. Giới thiệu chung về động cơ đốt trong
1.1.1. Sơ lợc về lịch sử phát triển của động cơ đốt trong
1.1.2. Phân loại động cơ đốt trong
1.2. Động cơ chữ V
1.2.1. Động cơ V4
1.2.2. Động cơ V6
1.2.3. Động cơ V2
1.2.4. Động cơ V10
1.2.5. Động cơ V12
Chơng 2: động học và động lực học của cơ cấu trục khuỷu
thanh truyền
2.1. động học của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền
2.1.1. Quy luật động học của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền giao tâm
1. Chuyển vị của pistôn
2. Vận tốc của piston

3. Gia tốc của pistôn
2.1.2. Quy luật động học của thanh truyền
2.2. động lực học của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền
2.2.1. Khối lợng của các chi tiết chuyển động
1. Khối lợng của nhóm piston
2. Khối lợng của thanh truyền
3. Khối lợng của trục khuỷu
2.2.2. Lực và mô men tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền
1. Lực quán tính
2. Lực khí thế
3. Hệ lực tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền giao tâm
2.2.3. Hệ lực và mô men tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền của động
cơ chủ V 8 xylanh, 4 kỳ của của ô tô ZIL130
1. Góc công tác
Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
2
Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
2. Lực và mô men tác dụng lên khuỷu trục thanh truyền của ô tô ZIL130
Chơng 3: nhiệm vụ điều kiện làm việc cấu tạo và hoạt động
của khuỷu trục thanh truyền
3.1. Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, cấu tạo và hoạt động của trục khuỷu
3.1.1. Nhiệm vụ của trục khuỷu
3.1.2.Điều kiện làm việc của trục khuỷu
3.1.3. Cấu tạo và hoạt động của trục khuỷu
3.2. Nhiệm vụ ,điều kiện làm việc ,cấu tạo và hoạt động của thanh truyền
3.2.1. Nhiệm vụ của thanh truyền
3.2.2. Điều kiện làm việc của thanh truyền
3.2.3. Cấu tạo và hoạt động của thanh truyền
Chơng 4: biện pháp nâng cao tuổi thọ của khuỷu trục thanh
truyền trong sử dụng và sửa chữa bảo dỡng sửa chữa

4.1. Biện pháp nâng cao tuổi thọ của trục khuỷu trong sử dụng và bảo dỡng sửa chữa
4.1.1. Nâng cao tuổi thọ của trục khuỷu trong sử dụng
4.1.2. Nâng cao tuổi thọ của trục khuỷu trong bảo dỡng sửa chữa
4.2. Biện pháp nâng cao tuổi thọ của thanh truyền trong sử dụng và sửa chữa bảo dỡng
sửa chữa
4.2.1. Nâng cao tuổi thọ của thanh truyền trong sử dụng
4.2.2. Nâng cao tuổi thọ của thanh truyền trong bảo dỡng sửa chữa
C. Kết luận
Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
3
Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
Chơng 1
giới thiệu chung về động cơ ôtô
1.1. giới thiệu chung về động cơ đốt trong
1.1.1. Sơ lợc về lịch sử phát triển của động cơ đốt trong
- 1860: Động cơ đốt trong đầu tiên ra đời do ông Lenoir là một ngời hầu bàn và là
một nhà kỹ thuật nghiệp d ở Paris chế tạo. Động cơ chạy khí đốt có hiệu suất 2-3%
- 1867: Tại một cuộc triển lãm thế giới ở Paris, Otto và Langen đã trng bày một
kiểu động cơ nhiệt với hiệu suất 9%.
- 1876: Otto đẫ chế tạo chiếc động cơ khí gas bốn kì đầu tiên, hiệu suất khoảng
15%. Gần nh đồng thời lúc bấy giờ, một ngời Anh là Clerk cũng đã chế tạo ra động cơ
2 kỳ chạy bằng khí gas.
- 1883: Daimler- Maybach đã phát triển động cơ chạy bằng xăng 4 kì, đốt cháy
bằng tia lửa điện có tốc độ nhanh.
-1886: Daimler- Maybach cho xuất xởng chiếc dộng cơ xăng đầu tiên có công
suất N
e
= 0,25 mã lực và tốc độ vòng quay n= 600v/phút.
-1897: Man đẫ sản xuất chiếc động cơ Diesel đầu tiên có khả năng làm việc đợc
với hiệu suất 26%.

-1911: Động cơ mới có máy khởi động thay cho quay tay.
-1954: Động cơ pittong do hãng NSU Wankel chế tạo nổi bật về tính gọn nhẹ.
- 1979: Hệ thống điều khiển điện tử (ECU) đã đợc áp dụng trên ô tô cho các động
cơ phun xăng và dùng bộ chế hoà khí điện tử.
- 1991: Khoảng 20% các chức năng của ô tô đã đợc điều khiển điện tử và đến
năm 1995 đã có bớc nhảy vọt là 80%.
Hiện nay, mức độ tự động hoá của ô tô đã tăng lên rất nhiều. Ngời ta còn nghiên
cứu và chế tạo các loại động cơ ô tô sử dụng nhiên liệu sạch nh xe chạy điện, sử dụng
oxy và hidrro làm nhiên liệu để chống ô nhiễm môi trờng. Tiêu biểu là loại động cơ
Hybird- có rất nhiều u điểm và đang đợc phát triển rộng rãi.
1.1.2. Phân loại động cơ đốt trong
1. Phân loại chung:
Động cơ đốt trong
Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
4
Động cơ piston
Động cơ Vanken
Động cơ phản lực
Tua bin khí
Động cơ xăng
Động cơ diesel
Động cơ khí
Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
2. Phân loại động cơ đốt trong theo kiểu pittong
a. Theo số kỳ vận hành:
- Động cơ 4 kỳ
- Động cơ 2 kỳ
b. Theo số xy lanh
- Động cơ 1 xy lanh
- Động cơ nhiều xy lanh

c. Theo số hàng xy lanh
- Động cơ 1 xy lanh thẳng hàng
- Động cơ 2 hàng xy lanh
+ Động cơ chữ V có góc 60, 90, 135
+ Động cơ chữ V đặc biệt có góc 180
+ Động cơ chữ V có góc đặc biệt 90
- Động cơ 3 hàng xy lanh
+ Thờng bố trí theo hình W
+ Góc giữa các hàng: 40,60,80
- Động cơ4 hàng xy lanh
+ Bố trí theo kiểu chữ X
+ Kiểu 2 chữ V đối đầu
+ kiểu chữ H
d. Phân loại theo vị trí tơng đối của xy lanh với trục khuỷu
- Động cơ đứng
- Động cơ nằm
- Động cơ hình sao
Trên đây là một trong số kiểu loại động cơ đốt trong. Tuy nhiên hiện nay động
cơ ô tô sử dụng nhiều nhất là loại động cơ 2 hàng xy lanh hình V
1.2. Động cơ chữ V
Động cơ chữ V là loại động cơ đốt trong mà piston đơc xếp theo hình chữ V khi
nhìn từ trục khuỷu. Cấu hình chữ V giúp giảm chiều dài và trọng lợng của động cơ so
với động cơ 1 hàng xy lanh có cùng công suất.
Động cơ chữ V ra đời vào năm 1888, là sản phẩm của Gottlieb Daimler và
Willhelm Maybach. Động cơ có góc V (góc giữa 2 hàng xy lanh) bằng 170C , dung
tích xy lanh 1050cc, tạo công suất 4 mã lực tại 900 vòng/phút.
1.2.1. Động cơ V4
Động cơ V4 là loại động cơ chữ V có 4 xy
lanh, có chiều dài pittong khoảng 120mm, với
trục cam đơn đợc lắp trên đầu xy lanh, dung tích

xy lanh 1633cc hoặc 1966cc. Loại động cơ này
Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
5
Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
đợc Ford giới thiệu từ năm 1962. Hiện nay có rất nhiều hãng đã sử dụng loại động cơ
này.
1.2.2. Động cơ V6
Động cơ V6 là loại động cơ đốt trong với
6 xy lanh xếp theo hình chữ V. Đây là loại động
cơ đợc sử dụng thứ 2 trong tất cả các mẫu xe hiện đại, sau động cơ 4 xylanh thẳng
hàng.Nó rất phù hợp với các mẫu xe dẫn động
cầu trớc hiện nay, và ngày càng trở nên phổ biến
hơn khi xe hơi có xu hớng có trọng lợng lớn
hơn.
1.2.3. Động cơ V8
Động cơ V8 là động cơ có 8 xy lanh, rất
phổ biến trong các mẫu xe hơI công suất lớn.
Động cơ V8 thờng có dung tích xy lanh từ 4 đến
8,5 lít.
Động cơ V8 lần đầu do Rolls Royce phát
triển., nhng sản xuất hàng loạt lại là hãng Cadillac. Hiện nay động cơ V8 đã đợc cải
tiến với nhiều u điểm: hệ thống làm mát bằng nớc đợc điều khiển nhiệt tĩnh hay động
cơ, ly hợp và hộp số hợp lại thành một khối riêng.
1.2.4. Động cơ V10
Không đợc a chuộng nên ít sử dụng rộng rãi.
1.2.5. Động cơ V12
Đợc sử dụng nhiều trong các dòng xe thể thao với u điểm công suất lớn.
Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
6
Hình1.1 Động cơ V4

Hinh1.2 Động cơ V6
Hình1.4 Động cơ V10
Hình1.3 Động cơ V8
Hình1.5 Động cơ V12
Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
1.3. Động cơ ZIL-130
1.3.1. Thông số kỹ thuật của động cơ
Ô tô ZIL 130 có động cơ 8 xylanh xếp thành hình chữ V,4 kỳ có các buratơ (bộ
chế hoà khí) có xu páp ở trên , làm mát bằng nớc
+ Số lợng xylanh : có 8 cái đặt vuông góc nhau 90
0
+ Đờng kính trong và hành trình của piston 100 x 95mm
+ Tổng dung tích các xilanh 6 bít
+ Tỷ số nén 6,5
+ Công suất lớn nhất, với số vòng quay trục khuỷu 3600 vòng/phút là 178 sức
ngựa.
+ Công suất lớn nhất với số vòng quay trục khuỷu là 3100 vòng/phút là 142 sức
ngựa.
+ Công suất (với bộ hạn chế tốc độ trục khuỷu) ở tốc độ trục khuỷu là 3200
vòng/phút là 150 sức ngựa.
+ Mô men xoắn lớn nhất với số vòng quay trục khuỷu 2200-2400 vòng/phút là
42kgm.
+ Mô men xoắn lớn nhất với số vòng quay trục khuỷu 1800-2000 vòng/phút là
39- 41kgm.
+ Mức tiêu thụ nhiên liệu riêng, tối thiểu của sức ngựa, giờ 240.
+ Thứ tự làm việc của các xylanh 1-5-4-2-6-3-7-8.
+ Số thứ tự của các xylanh tính từ quạt.
*Hàng bên phải 1-2-3-4.
*Hàng bên trái 5-6-7-8.
+ Trọng lợng động cơ khô ,với hộp số phanh tay ,máy nén, bơm trợ lái thuỷ lực

và quạt 640kg.
1.3.2. Sự lắp đặt của động cơ
Động cơ đợc bắt chặt trên khung xe nhờ 3 giá đỡ(điểm tựa).
Theo thời hạn quy định trong mục bảo dỡng kỹ thuật cần kiểm tra và siết chặt lại êcu
bulông trớc và sau bắt chặt động cơ, mô men siết chặt êcu bulông của giá đỡ sau là 20-
25 kgm.
Mômen siết chặt êcu 2 và 4 của giá đỡ trớc và bulông của giá đỡ sau là 8- 10
kgm.
Giữa tai treo của giá đỡ và xà ngang trớc có tấm đệm cao su tròn, giá đỡ sau
của động cơ có tấm đệm hình vát. Sau quãng đờng 50000 km khi bảo dỡng thờng kỳ
cần tháo tấm đệm điều chỉnh.
Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
7
Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
Chơng 2
động học và động lực học của cơ cấu
trục khuỷu - thanh truyền
2.1. Động học của cơ cấu khuỷu trục- thanh truyền
2.1.1. Quy luật động học của cơ cấu khuỷu trục- thanh truyền giao tâm
Tìm quy luật chuyển động tịnh tiến của pistôn là nhiệm vụ chủ yếu khi nghiên
cứu động học của cơ cấu khuỷu trục- thanh truyền. Để tiện việc nghiên cứu ta giả thiết
trong quá trình làm việc trục khuỷu quay với một tốc độ góc w không đổi
1. Chuyển vị của piston(x)
Chuyển vị x tính từ CT của piston tuỳ thuộc vào vị trí góc quay của trục khuỷu
từ hình vẽ ta có :
x= AO-(OD + DB)
= (l + R) (R.cos + l.cos )
- l: là chiều dài thanh truyền
- R: là bán kính quay của trục khuỷu
gọi là thông số kết cấu

Ta có thể viết:
Đây là công thức tính chính xác của chuyển
vị piston
Để tính toán gần đúng trị số của x có thể dùng
công thức vật lý:
từ tam giác OCB ta có :

Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
8
l
R
=

))cos.(cos)1((




ll
Rx
++=



sin
sin
=

2
sin1cos

=
Hình2.1: Sơ đồ cơ cấu khuỷu trục
thanh truyền giao tâm
Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
Và do:
Nên:
Khai triển vế phải của đẳng thức trên theo nhị thức Niuton ta có
Bỏ các số hạng luỹ thừa bậc 4 trở nên rồi thay trị số gần đúng
Vào phơng trình (1) sau khi rút gọn ta có công thứ gần đúng sau đây:
2 .Vận tốc của pittong
Hình2.2:Phơng pháp đồ thị Brick
Lấy đạo hàm của công thức (2) đối với thời gian ta có tốc độ của pittong
Trong đó:
Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
9
2
1
2222
)sin1(sin1cos

==
( ) ( )






+=

2cos1
4
cos1Rx
(2)



d
dx
dtd
ddx
dt
dx
v
===
.
.
dt
d


=
( )
( ) ( )( )
!3
sin.2
2
1

1
2
1
2
1
sin
!2
1
2
1
.
2
1
sin.
2
1
1sin.1
66
442
2
1
22
+


+=


sin.
16

1
sin.
8
1
sin.
2
1
1
664422

=
Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
là tốc độ góc của trục khuỷu
Do đó
Tốc độ trung bình của động
cơ đợc tính theo công thức:
Tong đó s:là hành trình của piston
N:là tốc độ vòng quay của động cơ (vòng/phut)
- Động cơ tốc độ thấp : v
tb
=3,5 6,5 m/s
- Động cơ tốc độ trung bình : v
tb
=6,5- 9 m/s
- Động cơ tốc độ cao: v
tb
>9 m/s
3.Gia tốc của piston:
Lấy đạo hàm công thức(3) đối với thời gian ta có công thức tính gia tốc của piston
Trong đó C = (cos + cos2)

Chiều của gia tốc quy định nh sau: chiều hớng tâm O là chiều dơng ngợc lại là chiều
âm
Gia tốc đạt cực đại khi đạo hàm:
Tức là:
TH1: khi =0 và = 180
0

Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
10






+=



2sin.
2
sin Rv
(3)
)/(
30
.
sm
ns
v
tb

=



.
.
.
d
dv
dtd
ddv
dt
dv
j
===
( )

2coscos.
2
+=
Rj
CRj
2

=
( )
02sin2sin
2
=+=

R
d
dj
( )

cossin4sin2sin2sin
+=+
( )
0cos41sin
=+=





===






==+
0
180,00sin
4
1
arccos0cos41

( )
( )


==
+==
1180
10
20
2
Rj
Rj
Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
TH2: khi
Gia tốc đạt cực trị
Trị số của j chỉ tốn tại khi >= 1/4
Trị số của j chỉ tồn tại khi 1/4 trị số chênh lệch tuyệt đối giữa j và
j =180
0
là:
Khi =1/4 trị số chênh lệch này bằng 0 lúc này:
Quan hệ của hàm j =f() khi <1/4 và >-1/4
Biểu thị bằng hình vẽ:

Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
11

=


4
1
arccos






+=


8
1
1'
2
Rj

+=

8
1
'
2
Rj
( )







8
14
1
8
1
222
180
'
0

=

+==
=
RRRjj
( )
min
2
180
'
1
0
jRjj
===
=



Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
Hình 2.3: Quan hệ của hàm j =f(

) khi

<1/4 và

>1/4
Giải bằng phơng pháp tole (hoạ đồ)
Lấy AB =5 =2R từ A dựng AC =J
max
=R

2
(1+)
Từ B dựng BD = -R
2
(1- )
Nối CD với AB cắt nhau tại E
Lấy EF=-3R
2
Nối CF và FD
Phân thành 1,2,3,4 và 1,2,3,4 nh hình vẽ
nối 11;22;33;44; đờng bao các đoạn này biểu thị nối quan hệ hàm số j =f(x)
Hình2.4: Đồ thị tole
Quy luật động học của thanh truyền
Thanh truyền trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền chuyển động rất phức tạp trong mặt
phẳng vuông góc với đờng tâm trục khuỷu, đầu nhỏ thanh truyền chuyển động tịnh tiến
theo phơng đờng tâm xylanh, trong khi đó đầu to thanh truyền chuyển động quay tròn
quanh đờng tâm trục khuỷu với tốc độ coi nh không đổi .
Vì vậy chuyển động của thanh truyền đối với dờng tâm xylanh biến thiên theo
quan hệ sau đây:
= arcsin(sinx) (1)
Góc lệch này cực đại khi x = 90
0
và x=270
0
lúc đó

max
= arcsin
Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
12

Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
Lấy đạo hàm (1) có:
X: là tốc độ góc trục khuỷu
Do sin = sin nên lấy đạo hàm 2 vế đẳng thức ta có :
cos .d

= cosx dx
thay vào (2)
hoặc
Lấy đạo hàm 2 vế công thức với thời gian t ta có công thức tính gia tốc thanh truyền
Khi x=90
0
và x=270
0
ta có:
2.2. động lực học của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền
2.2.1. Khối lợng của các chi tiết chuyển động
Khối lợng của các chi tiết này của cơ cấu kt-tt đợc chia làm 2 loại :
- Khối lợng chuyển động tịnh tiến.
- Khối lợng chuyển động quay.
Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
13
dx
d
dt
dx
dx
d
dt
d

tt





===



cos
cos
.
x
dx
d
=


cos
cos

x
tt
=
x
tt
cos.
sin1
.

22




=
( )





22
sin cos sin.sin.

tgxx
dx
d
dt
dx
dx
d
dt
d
tt
tttttt
tt
+=
===
( )

( )
2
3
22
22
sin1
sin
1



==
x
2
2
max
1




=
tt
Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
1. Khối lợng của nhóm piston
- Khối lợng của nhóm piston bao gồm:
khối lợng của piston , xéc măng, chồi piston, cán guốc trợt
m
np
= m

p
+m
x
+m
c
+ m
cg
+m
g
+ (kg)
- Khối lợng nhóm piston là Khối lợng chuyển động tịnh tiến
2. Khối lợng của thanh truyền
Do thanh truyền chuyển động song phẳng :
đầu nhỏ chuyển động tịnh tiến , đầu to chuyển động quay nên khi xét Khối lợng của
thanh truyền thờng phải quay về hai tâm :tâm đầu nhỏ và tâm đầu to.
Nói chung khi thay thế thanh truyền thực bằng các khối lợng tơng đơng bao giờ ta
cũng đảm bảo điều kiện bảo toàn của động năng các phơng án quy dẫn khối lợng của
thanh truyền đợc thể hiện trên hình vẽ
Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
14
Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
- Phơng án (a) thay thế Khối lợng thanh truyền bằn hệ tơng đơng một khối lợng tập
chung ở trọng tâm G. Khi thay thế theo phơng án này Khối lợng m
H
vẫn chuyển động
song fẳng .Vì vậy qua tính toán ta thấy rằng nếu thay thế thanh truyền sẽ chịu tác động
của một khối thanh truyền chuyên động tịnh tiến .
Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
15
l

ll
mm
tt
1
1
.

=
Phân khối lợng thanh truyền thành 3
điểm
Phân khối lợng thanh truyền thành 2
điểm
Hinh 2.5: Các phơng án quy dẫn khối lợng thanh truyền
Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
đặt tại tâm đầu nhỏ và một khối lợng chuẻn động quay:
đặt tại tâm đầu to .
Ngoài ra cơ cấu còn chịu một mô men:
mô men M
c
đợc gọi là mô men thanh truyền
- Phơng án (b) thay thế thanh truyền bằng hệ tơng đơng 2 khối lợng tập chung ở tâm
đầu nhỏ và tâm đầu to. Phơng án này tu ý nghĩa vật lý rất rõ ràng nhng không thoả mãn
đợc điều kiện động năng không đổi cụ thể : phơng án chỉ thoả mãn 2 điều kiện:
m
A
+ m
B
= m
tt
m

A
.l
1
m
B
(l-l
1
) = 0
từ đó rút ra:
mômen quán tính của hệ thay thế
khối lợng phân bố càng xa trọng tâm thì I
o

càng lớn hơn I
G
mônem quán tính của thanh
truyền thực.
- Phơng án (c) :Phân bố thanh truyền thành 2 khối lợng: một đặt ở tâm đầu nhỏ và một
đặt ở tâm giao động con lắc k (coi thanh truyền giao động nh một con lắc) phân bố
khối lợng theo phơng án này hoàn toàn bảo đảm điều kiện năng động không đổi .
Nghĩa là:
m
A
+ m
K
= m
tt
m
A
.l

1
m
K
.l
o
= 0
m
A.
.l
12
+ m
K
. l
02
= I
G
Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
16
l
l
mm
tt
1
2
.
=
1
lllmM
ttttc
=

l
l
mm
l
ld
mm
ttB
ttA
1
1
.
.
=

=
( )
( )
( )
Gtt
ttH
IlllmI
ll
l
l
ml
l
ll
mI
+=

+







=
110
2
1
2
1
12
1
0

Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
Tuy nhiên phơng án này m
K

vẫn chuyển động song phẳng nên lại phải làm thêm
bớc quy dẫn m
K
về 2 tâm đầu nhỏ và tâm đầu to nh phơng án (a)
- Phơng án (d) :phân bố thanh truyền thành 2 Khối lợng và một mômen thanh truyền.
Phơng án này khắc phục đợc nhợc điểm của phơng án(b) .mômen thanh truyền của hệ
thay thế có trị số :
- Phơng án (e) :phân bố thanh truyền thành 2 Khối lợng để thoả mãn điều kiện động
năng và thế năng không đổi. Nghĩa là:
Tuy nhiên cách phân bố này vẫn để m
G
chuyển động song phẳng nên cũng ch đạt
yêu cầu.
Tóm lại: Để thuận tiện cho việc nghiên cứu thiết kế ngày nay ngời ta vẫn thờng quy
dần khối lợng thanh truyền theo phơng án (b) một khối lợng tập chung ở đầu nhỏ (m
1
)
và một khối lợng tập chung ở đầu to (m
2
)
Ngày nay thanh truyền các loại động cơ ô tô thờng có :
m
1
= (0,275 0.350) m
tt
m
2
= (0,650 0,725) m
tt
Thanh truyền của động cơ tĩnh tại tầu thuỷ thờng có :

m
1
= (0,35 0.40) m
tt
m
2
= (0,650 0,60) m
tt
Để tìm trọng tâm của thanh truyền phục vụ cho việc tính m
1
và m
2
ngời ta có thể cân
hoặc xác định theo đồ thị véc tơ toạ độ trọng tâm .
Phơng án cân đợc tiến hành nh sau
Giá đặt thanh truyền trên bàn cân theo phơng nằm ngang nh hình:
- Để xác định phơng
G
1
tập chung về đầu nhỏ
do biết G
!
khối lợng
tập chung
ở tâm đầu to G
2
sẽ
bằng:
G
2

= G
tt
G
1
Trong đó : G
tt
là ph-
ơng thanh truyền
Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
17

ttGtt
IM

=
( )
( )
GBA
BA
ttGBA
Illmlm
llmlm
mmmm
=+
=
=++
2
112
11
.

0.
Hình2.7: Tìm trọng tâm thanh truyền
theo phơng pháp cân
Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
Trọng tâm của thanh truyền cách
tâm đầu nhỏ một khoảng l
1
một khoảng
Xác định theo công thức sau:
Nếu có bản vẽ của thanh truyền chia thanh truyền thành 4 phần (hình vẽ). Xác
định khối lợng của trọng tâm từng phần. Biẻu diẽn các khối lợng này bằng các véc tơ t-
ơng ứng 1,2,3,4 đặt nối tiếp nhau trên đờng thẳng AB vuông góc với đờng tâm thanh
truyền ta có:
Từ một điểm O bất kỳ ngoài đờng AB ta kẻ các điểm nối O với đầu nút các véc
tơ thành phần. Sau đó từ điểm C trên phơng lực truyền của véc tơ 1, kẻ đờng thẳng CD
song song với 1-2 của đa giác véc tơ ,DE song song với 2-3, CF song song với 3-4, từ C
và F kẻ CG song song với OA và FG song song với OB ,giao điểm G là trọng tâm của
m
H
. xác định đợc điểm G ta sẽ có l
1
, l
2
để tính khối lợng tịnh tiến m1 và khối lợng
chuyển động quay m
2
của thanh truyền.
Hình 6: Tìm
trọng tâm
thanh truyền

theo đa giác vecto
3. Khối lợng của trục khuỷu
Để xác định khối lợng của trục khuỷu ta chia trục khuỷu thành các phần nh hình
vẽ.
Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
18
tt
G
Gl
l
2
1
.
=
( )
12
lll
=
4321
+++=
tt
m
Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
Hình 2.8: Xác định khối lợng của trục khuỷu
Trong đó :
Phần khối lợng chuyển động quay theo bán kính R là m
OK
(phần gạch dọc trên hình vẽ)
phần khối lợng chuỷên động theo bán kính f là m
m

(phần có gạch chéo). Nếu đem m
m
quy dẫn về tâm chốt khuỷu bằng khối lợng m
mr
thì:

Do đó khối lợng chuyển động quay của trục khuỷu là :
m
K
= m
cK
+ m
m
(8)
Nh thế :khối lợng chuyển động của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền là :
M = m
np
+ m
1
(9)
Và khối lợng chuyển động quay của cơ cấu khuỷu trục- thanh truyền là:
M
r
m
K
+ m
2
(10)
Trong khi thiết kế, khối lợng chuyển động tịnh tiến và khối lợng chuyển động quay th-
ờng tính trên dơn vị diện tính đỉnh piston. Do đó công thức (9) và (10) sẽ có dạng:

2.2.2. Lực và mô men tác dụng nên khuỷu trục thanh truyền
Trong quá trình làm việc ,cơ cấu khuỷu trục thanh truyền chịu tác dụng của
các lực sau :
- Lực quán tính của các chi tiết chuyển động .
- Lực của môi chất khi bị nén và khi cháy giãn nở tác dụng nên đỉnh pittong (lực
khí thế)
Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
19
R
mm
mmr

.
=
(7)
( )
( )
P
K
P
r
r
P
nP
P
F
mm
F
M
m

F
mm
F
M
m
1
1
.
2
1
+==
+==
Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
- Trọng lực.
- Lực ma sát
- Trừ trọng lực ra, các lực này còn lại đều có trị số và chiều thay đổi trong quá
trình làm việc của động cơ. do lực khí thể và lực quán tính có trị số rất lớn nên khi tính
toán ta chỉ xét hai loại lực này.
1. Lực quán tính .
Lực quán tính có khối lợng chuyển động tịnh tiến nên chỉ xét 2 thành phần đầu
có thể tính theo công thức sau:
Gọi P
j1
= - mR
2
cos là lực quán tính cấp 1.
Gọi P
j2
= - mR
2

cos2 là lực quán tính cấp 2
-P
i
= P
j1
.P
j2
Chu trình lực quán tính cấp 1 ứng với số vòng quay của trục khuỷu. Chu trình của
lực quán tính cấp 2 ứng với 1/2 vòng quay của trục khuỷu. Lực quán tính P
J
luôn luôn
tác dụng trên phơng đờng tâm xy xylanh. Khi piston ở điểm chết trên lực quán tính có
dấu âm nên tác dụng theo phơng ly tâm đối với tâm trục khuỷu. Khi piston ở đcd P
J
có
trị số dơng và chiều quay xuống (hớng tâm trục khuỷu). Vòng xét dấu của lực quán
tính cấp 1 và cấp 2 (trên hình) biểu thị chiều và dấu của lực quán tính cấp j. trong đó
các véc tơ biên độ e có trị số :
e = m.R.
2
Véc tơ e quay quanh O
Với tốc độ góc . vì vậy
Trong phạm vi = (0
0
- 90
0
)
Và = (270
0
360

0
) hình
Chiếu của véc tơ c trên
tung độ có chiều hớng
lên phía trên , lực quán
tính chuyển động tịnh tiến
cấp 1 có vị trí số âm.
Trong phạm vi =90
0
270
0

hình chiếu của véc tơ e quay xuống lực quán tính chuyển động tịnh tiến cap 1 có giá
trị dơng.
Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
20
( )

2coscos
2
1
+==
mRmP
jj
Hình2.9:Xác định chiều và dấu của lực quán tính cấp 1
180
360 540
720

P

o
P
BT
Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh

Tơng tự nh trên véc tơ biên độ
của lực quán tính chuyển động
tịnh tiến cấp 2c quay với tốc
độ góc 2. trong phạm vi
= 0
0
- 45
0
; 135
0
- 225
0
và
315
0
- 360
0
hình chiếu của véc
tơ biên độ có chiều quay xuống
nên lực quán tính chuyển động
tịnh tiến cấp 2 có trị số âm.
Hình chiếu của véc tơ biên độ trên trục hoành không có ý nghĩa
Lực quán tính chuyển động quay có trị số không đổi
P
k

= -m
r
.R.
2
= const
Lực quán tính này tác dụng trên đờng kính má khuỷu và luôn luôn có lực ly tâm.
2. Lực khí thể:
Lực khí thể của động cơ 4 kỳ biến thiên theo góc quay của trục khuỷu (hình
vẽ)
Hình 9:Biến thiên của
lực khí thể theo góc

Đờng P
0
trên hình vẽ biểu thị áp suất khí trời. Khi tính toán lực khí thể ta đều tính theo
áp suất tơng đối.
P
kt
= P - P
0
P : áp suất trong xi lanh của động cơ .
Vì vậy lực khí thể tác dụng nên đỉnh piston
Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
21
4
.
2
D
PP
ktkt

=
Xác định chiều và dấu của lực quán
tính cấp 1
Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
Trong đó : F
P
= D
2
/4 (diện tích đỉnh piston) (m
2
)
D : đờng kính của xy lanh
3. Hệ lực tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền giao tâm.
Lực tác dụng nên chốt piston là hợp lực của lực quán tính và lực khí thể
Lực P
z
tác dụng nên chốt piston và đẩy thanh truyền.
Sơ đồ hệ lực tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền của động cơ xi lanh (hình
vẽ)
Phần lực P
z
thành 2 phần lực :p
tt
tác dụng theo đờng tâm thanh truyền và lực
ngang N tác dụng nên phơng thẳng góc với đờng tâm xy lanh .
Ta có:
ttz
PNP +=
Từ hình vẽ ta có:

tgPN
z
.
=

cos
1
.
ztt
PP =
Phân P
tt
thành 2 lực: Lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z tác dụng trên tâm chốt
khuỷu. Từ quan hệ lợng giác trên sơ đồ hình vẽ ta có:
)sin(.

+=
tt
PT
)cos(.

+=
tt
PZ



cos

)cos(
.
+
=
P
Các giá trị của biểu thức:
Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
22


cos
)sin(
+



cos
)sin(
.
+
=
P
Và


cos
)cos(
+
Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
Hình 10:Hệ lực tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền giao tâm

Tính theo và đợc thống kê
Lực quán tính chuyển động quay P
k
tác dụng trên chốt khuỷu
Lực tiếp tuyến T tạo ra mô men làm quay trục khuỷu .
M = T.R
Lực ngang N tạo thành mô men lật ngợc chiều với mô men M.
Trong đó:
A: khoảng cách từ lực N đến tâm tục khuỷu
Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
23
)cos.cos.(.

RlNANM
N
+==
=
+=
)cos.cos.(.


RltgP
MRP
=
+
.
cos
)sin(
.

constRMP
K
==
2


O
N Ptt
Ptt
Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
Mô men M
N
ngợc chiều với M và tác dụng nên bu lông bệ máy.Trong quá trình
làm việc , mô men chính M của động cơ đợc câm bằng bởi mô men cua M
C
và mô men
quán tính . Khi gia tốc các chi tiết quay. Vì vậy:
M = M
C
+ J
o
2.2.3. Hệ lực và mô men tác dụng nên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm chữ
v 8 xy lanh, 4 kỳ của ô tô ZIL 130.
1. Góc công tác của trục khuỷu đợc tính theo công thức sau:

k
=180

.T/i
trong đó i là:số xylanh (i =8)
T là số chu kỳ của động cơ (T = 4)
Thay vào ta có :
k
= 180.4/8 = 90
2. Lực và mô men tác dụng lên trục khuỷu của động cơ chữ V
- Trên mỗi khuỷu trục có các lực sau đây tác dụng lên:
Lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến z, lực quán tính chuyển động quay P
k
mômen của các
khuỷu phía trớc

1i
M
, mômen M
i
tác dụng trên khuỷu này và mônem

i
M
tác
dụng trên cổ trục phía sau khuỷu

i
M
=

1i

M
+ M
i
để tính mô men tổng

i
M
tác
dụng lên khuỷu trục thứ i ta phải xác định góc quay
i
của các khuỷu theo cách lập
bảng ,trình tự nổ của động cơ là: 1-5- 4- 2- 6- 3- 7- 8
Xi lanh 1
Xi lanh 2
Xi lanh 3
Xi lanh 4
Xi lanh 5
Xi lanh 6
Xi lanh 7
Xi lanh 8
Hút Nén Nổ Xả
Nổ Xả Hút Nén Nổ
Nén Nổ Xả Hút Nén
Xả Hút Nén Nổ
Xả Hút Nén Nổ Xả
Nổ Xả Hút Nén
Nén Nổ Xả Hút
Hút Nén Nổ Xả Hút
Gọi : + Ttrục khuỷu 1 là khuỷu trục chung của xylanh 1 và 5
+ Trục khuỷu 2 là khuỷu trục chung của xylanh 2 và 6

+ Trục khuỷu 3 là khuỷu trục chung của xylanh 3 và 7
+ Trục khuỷu 4 là khuỷu trục chung của xylanh 4 và 8
Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
24
Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh
Từ trên ta thấy khi khuỷu trục 1 ở vị trí 0
0
tức là
1
=0
0
thì khuỷu trục 2 ở vị trí 450
0
nên
2
= 450
0

Khuỷu trrục 3 ở vị trí 270
0
nên
3
= 270
0
Khuỷu trrục 4 ở vị trí 540
0
nên
4
= 540
0

Và thời gian gắn nhất theo góc quay của trục khuỷu giữa 2 lần nổ trong 2 cặp
xylanh cạnh nhau
+ Giữa cặp (1-5) và (2-6) là 270
0
+ Giữa cặp (2-6) và (3-7) là 180
0
+ Giữa cặp (3-7) và (4-8) là 180
0
Vì vậy tình hình chịu lực của cổ (2-3) và (3-4) giống nhau còn cổ trục (1-2) chịu
lực khác các cổ kia
Cổ trục (0-1) chịu lực tác dụng của xylanh (1-5) còn cổ trục (4-0) chịu lực tác
dụng của xylanh thứ 4 và thứ 8
Tính mô men tích luỹ tác dụng trên các cổ trục và tổng mô men tác dụng trên
cổ(4-0) theo cách lập bảng sau:
Mô nem
RTM
i i
ii
.
8
1
8
1

= =
=
Tổng lực tiếp tuyến

=
8

1i
i
T
là một số biến thiên theo chu kỳ 180.T/i=180.4/8 = 90
để kiểm tra xem đúng hay sai có thể dùng công thức sau đây để kiểm tra lại
3
10.

.30

=


b
i
tb
FRn
N
T
(MN/m
2
)
Trong đó: N
i
là công suất chỉ thị (kw)
n là tốc độ động cơ (v/p)
là hệ số điện kín đồ thị công lấy = 1
R là bán kính quay của trục khuỷu (m)
F
p

là diện tích đỉnh piston(m
2
)
Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí Lớp: Cs ôtô 36
25