Bài giảng học phần Kết cấu và tính toán động cơ

Çy c« gi¸o ®ang quan t©m tíi lÜnh vùc nµy häc tËp vµ nghiªn cøu vÒ kÕt cÊu cña ®éng c¬ ®èt trong trªn «t« m¸y kÐo. Néi dung cuèn s¸ch bao gåm 8 ch­¬ng: Ch­¬ng 1: CÊu tróc c¬ b¶n vµ ho¹t ®éng cña ®éng c¬ ®èt trong Ch­¬ng 2: C¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn Ch­¬ng 3: C¬ cÊu ph©n phèi khÝ Ch­¬ng 4: HÖ thèng nhiªn liÖu Ch­¬ng 5: HÖ thèng b«i tr¬n Ch­¬ng 6: HÖ thèng lµm m¸t Ch­¬ng 7: C¸c bé phËn phô cña ®éng c¬ Ch­¬ng 8 : TÝnh to¸n mét sè chi tiÕt cña ®éng c¬ ®èt trong Trong qu¸ tr×nh biªn so¹n chóng t«i ®· viÕt theo tr×nh tù cña môc tiªu ch­¬ng tr×nh ®µo t¹o, tham kh¶o c¸c gi¸o tr×nh gi¶ng d¹y cho häc sinh, sinh viªn ngµnh «t« m¸y kÐo ë c¸c tr­êng Đại học vµ trung häc chuyªn nghiÖp cïng c¸c b¹n bÌ ®ång nghiÖp ®· cã nhiÒu n¨m c«ng t¸c trong ngµnh. Tuy ®· cã nhiÒu cè g¾ng song viÖc biªn so¹n bµi gi¶ng kh«ng tr¸nh khái thiÕu sãt chóng t«i rÊt mong ®­îc c¸c thÇy c« gi¸o cïng c¸c ®äc gi¶ ®ãng gãp ý kiÕn x©y dùng ®Ó nh÷ng bµi gi¶ng biªn so¹n lÇn sau cã chÊt l­îng tèt h¬n. Qu¶ng Ninh n¨m 2010 Nhãm so¹n gi¶ 2Môc lôc TT Tiªu ®Ò Trang Ch­¬ng 1: CÊu tróc c¬ b¶n vµ ho¹t ®éng cña ®éng c¬ «t« 1 1.1 CÊu t¹o vµ ho¹t ®éng cña ®éng c¬ x¨ng 4 kú 1 1.2 CÊu t¹o vµ ho¹t ®éng cña ®éng c¬ diªsel 4 kú 3 1.3 §éng c¬ nhiÒu xilanh 5 Ch­¬ng 2: C¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn 7 2.1 N¾p xilanh 7 2.1.1 NhiÖm vô 2.1.2 §iÒu kiÖn lµm viÖc 2.1.3 VËt liÖu 2.1.4 KÕt cÊu 2.2 Th©n m¸y 9 2.2.1 NhiÖm vô 2.2.2 §iÒu kiÖn lµm viÖc 2.2.3 VËt liÖu 2.2.4 KÕt cÊu 2.3 §Öm n¾p m¸y 2.4 Xilanh 11 2.3.1 NhiÖm vô 2.3.2 §iÒu kiÖn lµm viÖc 2.3.3 .VËt liÖu 2.3.4 KÕt cÊu 2.5 C¸c te 13 2.6 Piston 13 2.6.1 NhiÖm vô 2.6.2 §iÒu kiÖn lµm viÖc 2.6.3 VËt liÖu 2.6.4 KÕt cÊu 2.7 XÐc m¨ng 18 2.7.1 NhiÖm vô 2.7.2 §iÒu kiÖnlµm viÖc 2.7.3 VËt liÖu 2.7.4 KÕt cÊu 20 2.8 Chèt piston 21 2.8.1 NhiÖm vô 2.8.2 §iÒu kiÖn lµm viÖc 32.8.3 VËt liÖu 2.8.4 KÕt cÊu 2.9 Thanh truyÒn 23 2.9.1 NhiÖm vô 2.9.2 §iÒu kiÖn lµm viÖc 2.9.3 VËt liÖu 2.9.4 KÕt cÊu 2.10. Bul«ng thanh truyÒn 27 2.11 Trôc khuûu 29 2.11.1 NhiÖm vô 2.11.2 §iÒu kiÖn lµm viÖc 2.11.3 VËt liÖu 2.11.4 KÕt cÊu 2.12 B¸nh ®µ 35 Ch­¬ng 3: C¬ cÊu ph©n phèi khÝ 36 3.1 NhiÖm vô- Ph©n lo¹i 36 3.2 Bè trÝ xupap, trôc cam vµ dÉn ®éng trôc cam 37 3.3 Xup¸p 40 3.4 §Õ xup¸p 43 3.5 Lß xo xup¸p 43 3.6 Trôc cam 44 3.7 Con ®éi 47 3.8 §òa ®Èy vµ ®ßn bÈy 50 3.9 èng dÉn híng xupap 50 Ch­¬ng 4: HÖ thèng nhiªn liÖu 52 4.1 NhiÖm vô-Ph©n lo¹i 4.2 HÖ thèng nhiªn liÖu ®éng c¬ x¨ng 4.2.1 HÖ thèng nhiªn liÖu dïng bé chÕ hoµ khÝ 4.2.2 HÖ thèng phun x¨ng 56 4.3 HÖ thèng nhiªn liÖu diesel 4.3.1 HÖ thèng nhiªn liÖu víi b¬m cao ¸p lo¹i d·y 58 4.3.2 HÖ thèng nhiªn liÖu víi b¬m cao ¸p lo¹i VE 60 4.3.3 Vßi phun nhiªn liÖu diesel 65 4.3.4 HÖ thèng nhiªn liÖu víi èng ph©n phèi (CRS-i) : 66 4.3.5 HÖ thèng nhiªn liÖu víi b¬m-vßi phun kÕt hîp 66 Ch­¬ng 5: HÖ thèng b«i tr¬n 5.1 NhiÖm vô- Ph©n lo¹i 68 5.2 M¹ch dÇu b«i tr¬n 72 5.3 B¬m dÇu 73 5.4 BÇu läc dÇu 74 45.5 Lµm m¸t dÇu 77 Ch­¬ng 6: HÖ thèng lµm m¸t 78 6.1 NhiÖm vô- Ph©n lo¹i 78 6.2 C¸c chu tr×nh lµm m¸t 81 6.3 Van h»ng nhiÖt 82 6.4 B¬m nø¬c 83 6.5 KÐt lµm m¸t 83 6.6 N¾p kÐt nưíc 84 6.7 Qu¹t kÐt nưíc vµ ®iÒu khiÓn qu¹t kÐt nưíc 84 Ch­¬ng 7: Bé phËn phô cña ®éng c¬ 7.1 HÖ thèng th«ng h¬i ®éng c¬ 86 7.2 BÇu läc kh«ng khÝ 87 7.3 HÖ thèng x¶ 89 7.4 M¸y t¨ng ¸p 89 Ch­¬ng 8.TÝnh to¸n mét sè chi tiÕt cña ®éng c¬ ®èt trong 91 8.1 Tính toán piston 91 8.2 Tính toán thanh truyền 93 8.3 Tính toán trục khuỷu 100 5Ch­¬ng 1: CÊu tróc c¬ b¶n vµ ho¹t ®éng cña ®éng c¬ «t« 1.1 . CÊu t¹o vµ häat ®éng cña ®éng c¬ x¨ng 4 kú H×nh 1.1. CÊu taä cña ®éng c¬ x¨ng 4 kú : 1.Trôc khuûu; 2.Tay biªn; 3.Xilanh; 4.Côm pitt«ng; 5.Xuppap hót; 6.Häng hót; 7.Trôc cam hót; 8.Trôc cam x¶; 9.Xuppap x¶; 10.N¾p m¸y; 11.Häng x¶; 12.Bugi. CÊu t¹o c¬ b¶n cña ®éng c¬ gåm: 1. Bé h¬i : Xilanh, côm pitt«ng (pitt«ng, c¸c xÐc m¨ng, chèt pitt«ng), n¾p m¸y. 2. Bé phËn chuyÓn ®æi chuyÓn ®éng vµ dù tr÷ n¨ng l­îng : Tay biªn (thanh truyÒn), trôc khuûu, b¸nh ®µ. 3. HÖ thèng phèi khÝ : Côm xuppap hót vµ x¶ (xuppap, lß xo, c¸c mãng h·m, cèc xuppap), trôc cam, dÉn ®éng cam (c¸c b¸nh ®ai r¨ng hoÆc xÝch, d©y ®ai hoÆc xÝch, c¬ cÊu c¨ng ®ai hoÆc xÝch, c¬ cÊu ®iÒu khiÓn pha phèi khÝ hoÆc hµnh tr×nh xup pap (nÕu cã). 4. HÖ thèng b«i tr¬n : Cacte dÇu, b¬m dÇu, läc dÇu, tuyÕn dÇu, kÐt lµm m¸t dÇu. 5. HÖ thèng lµm m¸t: KÐt n­íc, b¬m n­íc, ¸o n­íc, van h»ng nhiÖt, cót vµ èng. 6. HÖ thèng nhiªn liÖu : HÖ thèng nhiªn liÖu chÕ hoµ khÝ hoÆc Phun x¨ng hoÆc Phun dÇu diesel. 7. HÖ thèng ®iÖn ®éng c¬ : hÖ thèng khëi ®éng (§Ò), hÖ thèng cung cÊp ®iÖn, hÖ thèng ®¸nh löa (®èi víi ®éng c¬ x¨ng), hÖ thèng ®iÒu khiÓn nhiªn liÖu b»ng ®iÖn tö. CÊu t¹o cña ®éng c¬ cã thÓ chia thµnh b¶y môc trªn tuy nhiªn cã thÓ chia phÇn cÊu t¹o ®éng c¬ theo mét nguyªn t¾c kh¸c : Bé h¬i (1), bé phËn chuyÓn ®æi chuyÓn ®éng vµ dù tr÷ n¨ng l­îng (2) ®­îc ghÐp chung thµnh c¬ cÊu sinh lùc- n¬i sinh ra lùc (M«men hay c«ng c¬ häc) ®Ó cÊp cho c¸c c¬ cÊu c«ng t¸c ghÐp nèi víi ®éng c¬ hoÆc cho hÖ thèng truyÒn lùc cña «t« ®Ó t¹o ra chuyÓn ®éng cña «t«. Ho¹t ®éng c¬ b¶n cña ®éng c¬ x¨ng 4 kú : Nh­ ®· ®­îc tr×nh bµy trong m«n lý thuyÕt ®éng c¬, cã thÓ ®­îc tãm t¾t nh­ sau: 6H×nh 1.2. C¸c kú cña ®éng c¬ x¨ng 4 kú - Kú hót ®­îc diÔn ra khi xup¸p hót më, pistonchuyÓn ®éng tõ §CT xuèng §CD, hoµ khÝ ®­îc hót vµo trong xilanh ®éng c¬. - Kú nÐn ®­îc b¾t ®Çu tõ khi xup¸p hót ®ãng (sau §CD), piston chuyÓn ®éng tõ d­íi tiÕn vÒ phÝa §CT, hoµ khÝ trong xilanh bÞ nÐn ®Õn ¸p suÊt 1 : 3 Mpa vµ nhiÖt ®é hoµ khÝ t¨ng ®Õn cao. - Kú næ ( ch¸y-gi·n në-sinh c«ng) b¾t ®Çu tõ thêi ®iÓm bugi ®¸nh löa ( tr­íc §CT) cña trôc khuûu mét gãc s . Hoµ khÝ bÐn löa, ch¸y vµ ®¹t ¸p suÊt cao sau §CT vµi ®é ( tÝnh theo gãc quay trôc khuûu). ¸p suÊt khÝ ch¸y t¹o lùc ®Èy (sinh c«ng) ®Èy pistonxuèng råi th«ng qua c¬ cÊu trôc khuûu-thanh truyÒn chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cña piston®­îc chuyÓn ®æi thµnh chuyÓn ®éng quay cña trôc khuûu vµ b¸nh ®µ. - Kú x¶ ®­îc tÝnh tõ khi xup¸p x¶ më (sím h¬n §CD mét gãc ®­îc gäi lµ gãc më sím cña xup¸p x¶), 40% khÝ ch¸y tù tho¸t ra. Kú x¶ thùc sù b¾t ®Çu khi pistontõ §CD tiÕn vÒ §CT, gÇn 60% khÝ ch¸y cßn l¹i ®­îc ®Èy ra èng x¶ trong giai ®o¹n nµy. H×nh 1.3. Pha phèi khÝ cña ®éng c¬ x¨ng 4 kú §Ó cã thêi ®iÓm ®ãng më c¸c xup¸p ®óng cho chu tr×nh lµm viÖc hót-nÐn- næ-x¶ cña ®éng c¬ nªu trªn, trong kÕt cÊu ®éng c¬ ph¶i cã c¬ cÊu dÉn ®éng trôc cam. C¬ cÊu nµy t¹o ra mèi quan hÖ gi÷a gãc quay trôc khuûu vµ vÞ trÝ trôc cam. Nh­ vËy, trôc cam cã thÓ ®­îc dÉn ®éng th«ng qua truyÒn ®éng b¸nh r¨ng, truyÒn xÝch hoÆc truyÒn d©y ®ai r¨ng. 7a. b. c. d. e. H×nh 1.4. C¸c ph­¬ng ph¸p dÉn ®éng trôc cam : a. DÉn ®éng b»ng b¸nh r¨ng b. DÉn ®éng b»ng xÝch cam c. DÉn ®éng cam ®¬n b»ng ®ai r¨ng d. DÉn ®éng cam kÐp b»ng ®ai r¨ng e. DÉn ®éng cam ®¬n b»ng ®ai r¨ng ( dÉn ®éng thªm c¸c thiÕt bÞ kh¸c) 1.2. CÊu tróc vµ ho¹t ®éng c¬ b¶n cña ®éng c¬ diesel ( m¸y dÇu ) CÊu tróc cña ®éng c¬ diesel 4 kú còng cã nh÷ng côm c¬ b¶n t­¬ng tù nh­ ë ®éng c¬ x¨ng, chØ kh¸c nhau ë mét sè ®iÓm ®­îc diÔn gi¶i d­íi ®©y. H×nh 1.5. CÊu tróc c¬ b¶n vµ c¸c kú lµm viÖc cña ®éng c¬ diesel. 1- Xup¸p n¹p 5- Piston 2- Xup¸p x¶ 6- Thanh truyÒn 3- Vßi phun 7- Trôc khuûu 4- Buång ch¸y Kh«ng gièng nh­ ®éng c¬ x¨ng, ®éng c¬ diesel kh«ng cã hÖ thèng ®¸nh löa. Thay vµo ®ã, nhiªn liÖu ®­îc nÐn víi ¸p suÊt cao phun vµo kh«ng khÝ cã ¸p 8suÊt vµ nhiÖt ®é cao nh»m lµm cho nhiªn liÖu tù bèc ch¸y. - Kú næ : Khi pistongÇn hoµn tÊt hµnh tr×nh ®i lªn, vßi phun sÏ phun nhiªn liÖu d­íi ¸p suÊt cao vµo kh«ng khÝ ®· ®¹t ®Õn ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é cao ë cuèi qu¸ tr×nh nÐn. NhiÖt ®é cao cña kh«ng khÝ lµm cho nhiªn liÖu tù bèc ch¸y, kÕt qu¶ g©y lªn ch¸y vµ næ. Lùc cña sù ch¸y nµy sÏ ®Èy piston®i xuèng vµ lµm quay trôc khuûu. - Kú x¶ : Xup¸p x¶ më ra khi piston hoµn tÊt hµnh tr×nh ®i xuèng ( kú næ). Sau ®ã hµnh tr×nh ®i lªn tiÕp theo cña piston sÏ lµm khÝ x¶, s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh ch¸y, bÞ ®Èy ra khái xilanh. Sù kh¸c biÖt gi÷a ®éng c¬ x¨ng vµ ®éng c¬ diesel : Ngoµi sù kh¸c nhau vÒ lo¹i nhiªn liÖu mµ ®éng c¬ sö dông, ®éng c¬ x¨ng vµ ®éng c¬ diese cßn sö dông nh÷ng c¬ cÊu kh¸c nhau : - Buång ch¸y : §éng c¬ diesel kh«ng ®­îc trang bÞ hÖ thèng ®¸nh löa cã bugi. Thay vµo ®ã, nhiÖt sinh ra trong qu¸ tr×nh nÐn sÏ lµm cho nhiªn liÖu tù bèc ch¸y. V× vËy tû sè nÐn ®­îc ®Æt cao h¬n. - HÖ thèng sÊy s¬ bé : §Ó hç trî cho kh¶ n¨ng khëi ®éng cña ®éng c¬, ®éng c¬ diesel cã hÖ thèng sÊy s¬ bé sö dông bugi sÊy ®Ó sÊy nãng khÝ n¹p. - HÖ thèng nhiªn liÖu : §éng c¬ diesel cã mét b¬m nhiªn liÖu vµ c¸c vßi phun ®Ó phun nhiªn liÖu vµo trong buång ch¸y ë ¸p suÊt cao. - Kú hót : Xup¸p x¶ ®ãng vµ xup¸p n¹p më, pitt«ng ®i xuèng chØ hót kh«ng khÝ vµo trong xilanh qua xup¸p n¹p. - Kú nÐn : Khi piston hoµn tÊt hµnh tr×nh ®i xuèng, xup¸p n¹p ®ãng l¹i. Víi hµnh tr×nh ®i lªn cña pitt«ng, kh«ng khÝ trong xilanh bÞ nÐn m¹nh vµ ®¹t nhiÖt ®é cao. Tû sè nÐn cña ®éng c¬ diesel  = 15 ®Õn 23, nhiÖt ®é buång ch¸y tõ 500- 8000 C . 91.3. ®éng c¬ nhiÒu xilanh (m¸y): PhÇn trªn giíi thiÖu vÒ cÊu tróc vµ ho¹t ®éng cña mét xilanh trong ®éng c¬. §éng c¬ «t« th­êng cã Ýt nhÊt tõ 3 xilanh trë lªn vµ cã thÓ ®­îc bè trÝ theo nhiÒu quy luËt kh¸c nhau. D­íi ®©y lµ mét sè c¸ch bè trÝ xilanh trong mét ®éng c¬ nhiÒu xilanh. - Lo¹i xilanh th¼ng hµng : §©y lµ lo¹i th«ng dông nhÊt, víi lo¹i nµy c¸c xilanh ®­îc bè trÝ thµnh mét hµng. a. b. c. H×nh 1.6. C¸ch bè trÝ vµ thø tù c¸c xilanh trong ®éng c¬ xilanh th¼ng hµng a. C¸ch bè trÝ vµ thø tù xilanh b. VÝ dô vÒ c¸ch bè trÝ pistonsong hµnh trong ®éng c¬ d·y 4 xilanh c. MÆt c¾t tæng qu¸t - Lo¹i xilanh ®èi ®Ønh n»m ngang : C¸c xilanh ®­îc bè trÝ ®èi diÖn nhau theo chiÒu ngang, víi trôc khuûu n»m gi÷a. MÆc dï bÒ ngang cña ®éng c¬ trë lªn lín h¬n, nh­ng chiÒu cao cña nã l¹i gi¶m ®i. a. b. c. H×nh 1.7. C¸ch bè trÝ vµ thø tù c¸c xilanh trong ®éng c¬ xilanh ®èi nhau a. C¸ch bè trÝ vµ thø tù xilanh b. VÝ dô vÒ c¸ch bè trÝ pistonsong hµnh trong ®éng c¬ ®èi nhau 4 xilanh c. MÆt c¾t tæng qu¸t - Lo¹i xilanh ch÷ V : C¸c xilanh ®­îc bè trÝ thµnh ch÷ V. §éng c¬ ®­îc rót ng¾n l¹i so víi lo¹i th¼ng hµng nÕu cã cïng sè xilanh. 10 a. b. c. H×nh 1.8. C¸ch bè trÝ vµ thø tù c¸c xilanh trong ®éng c¬ xilanh ch÷ V a. C¸ch bè trÝ vµ thø tù xilanh b. VÝ dô vÒ c¸ch bè trÝ pistonsong hµnh trong ®éng c¬ 8 xilanh ch÷ V c. MÆt c¾t tæng qu¸t §Ó cã c¸ch bè trÝ xilanh kh¸c nhau, th× ë trôc khuûu c¸c cæ khuûu ph¶i ®­îc bè trÝ theo nh÷ng quy luËt kh¸c nhau nh­ trªn h×nh 1.9. Tõ c¸ch bè trÝ ®ã, c¸c ®éng c¬ sÏ cã thø tù næ kh¸c nhau. H×nh 1.9. C¸ch bè trÝ trôc khuûu vµ thø tù næ cña mét sè lo¹i ®éng c¬ : 1- Bèn xilanh th¼ng hµng : 1-2-4-3 2- S¸u xilanh th¼ng hµng : 1-5-3-6-2-4 3- S¸u xilanh ch÷ V : 1-2-3-4-5-6 4- T¸m xilanh ch÷ V : 1-8-4-3-6-5-7-2 11 Ch­¬ng 2: C¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn 2.1.N¾p xilanh 2.1.1. NhiÖm vô N¾p xilanh ®Ëy kÝn mét ®Çu xilanh, cïng víi piston va xilanh t¹o thµnh buång ch¸y. NhiÒu bé phËn cña ®éng c¬ ®­îc l¾p trªn n¾p xilanh nh­ bugi, vßi phun , côm xupap, c¬ cÊu gi¶m ¸p hç trî khëi ®éng... Ngoµi ra trªn xilanh cßn bè trÝ c¸c ®­êng n¹p, ®­êng th¶i, ®­êng n­íc lµm m¸t, ®­êng dÇu b«i tr¬n do ®ã kÕt cÊu cña n¾p xilanh rÊt phøc t¹p. 2.1.2. §iÒu kiÖn lµm viÖc §iÒu kiÖn lµm viÖc cña n¾p xilanh rÊt kh¾c nghiÖt nh­ nhiÖt ®é rÊt cao, ¸p su©t khÝ thÓ rÊt lín vµ bÞ ¨n mßn ho¸ häc bëi c¸c chÊt ¨n mßn trong s¶n phÈm ch¸y. 2.1.3.VËt liÖu chÕ t¹o N¾p xilanh ®éng c¬ diesel lµm m¸t b»ng n­íc ®Òu ®óc b»ng gang hîp kim, dïng khu«n c¸t. cßn n¾p xilanh cña ®éng c¬ lµm m¸t b»ng giã th­êng chÕ t¹o b»ng hîp kim nh«m dïng ph­¬ng ph¸p ®óc hoÆc ph­¬ng ph¸p rÌn dËp (vÝ dô, n¾p xilanh ®éng c¬ m¸y bay) . N¾p xilanh ®éng c¬ x¨ng th­êng dïng hîp kim nh«m, cã ­u ®iÓm lµ nhÑ, t¶n nhiÖt tèt, gi¶m ®­îc kh¶ n¨ng kÝch næ. Tuy nhiªn, søc bÒn c¬ vµ nhiÖt thÊp h¬n so víi n¾p xilanh b»ng gang. 2.1.4. KÕt cÊu Nắp xilanhlà một trong những chi tiết có kết cấu phức tạp nhất. Vì trên nắp xilanh có rất nhều bộ phận và cơ cấu được bố trí như: đường nạp, đường thải, đường nước làm mát, đường dầu bôi trơn, vòi phun, buồng đốt, dàn đòn gánh, vv.. Điều kiện làm việc của nắp xilanh rất khắc nghiệt: chịu ứng suất nhiệt lớn, nhiệt độ cà áp suất cao, biến dạng khi lắp ghép và làm việc. Vì vậy , cũng như thân máy, việc tính sức bên nắp xilanhrất khó khăn và mang nhiều giả thiết gần đúng. Khi thiết kế, người ta thường chú ý đến đảm bảo tính công nghệ đúc và phân bố kim loại đồng đều, tránh ứng suất tập trung. Đồng thời cũng đảm bảo lắp ghép đơn giản, đủ độ cứng vững cần thiết. Nắp xilanh của đông cơ làm mát bằng nước, nhất là động cơ Diedel, thường đúc bằng gang xám hợp kim. Nắp xilanhcủa động cơ xăng dùng cho «t«, thường đúc bằng nhôm hợp kim. Nắp xilanhcủa động cơ làm mát bằng gió đúc bằng nhôm hợp kim. Nói chung, nắp xilanh của động cơ làm mát bằng nước phân lo¹i theo kết cấu lớp kim loại, có thể chia làm hai loại chính: Nắp xilanh 2 lớp vách và nắp xilanh 4 lớp vách. 2.1.4.1 Nắp xilanh hai lớp vách Đặc điểm kết cấu của loại nắp xilanh này là trên tiết diện cắt ngang, nắp chỉ có mặt nóng là mặt tiếp xúc với khí cháy và một mặt lạnh liên kết với nhau bằng các vách. Nắp xilanh loại này có kết cấu đơn giản. 12 2.1.1.2 Nắp xilanh bốn lớp vách Đặc điểm kết cấu của loại nắp xilanhnày là: trên nắp có bố trí đường thải, đường nạp, buồng cháy (đối với động cơ Diedel có buồng cháy phụ), ..Vì vậy, tiết diện ngang của nắp xilanh ít nhất cũng có 4 lớp vách. Tùy theo kiểu loại động cơ, mà người ta lựa chọn kết cấu khác nhau. Ví dụ: vị trí đường nạp, đường xả ở cùng một phía hoặc khác phía. Buồng cháy phụ kết cấu phức tạp hơn buồng cháy thống nhất, nhưng vòi phun có thể bố trí nghiêng về một bên. Trong khi đó,vòi phun của buồng cháy thống nhất bắt buộc phải bố trí ở giữa nắp xilanh, trùng với đường tâm xilanh. Vị trí các lỗ nước cũng tùy thuộc vào cách điều khiển dòng nước làm mát, thường ưu tiên cho vùng nhiệt độ cao như buồng ch¸y hay đế xupapxả. Các gu giông nắp máy cũng xuyên qua các khối trụ trên nắp máy và được bố trí đều quanh đường chu vi xilanh. Hinh 2.2 Ngoài cách phân loại như trên, người ta còn phân loại theo hai kiểu: nắp đơn và nắp chung. Nắp đơn thường dùng cho động cơ một xilanh, công suất nhỏ hoặc cho động cơ tĩnh tại hay tầu thủy có công suất lớn hàng vạn mã lực. Nắp chung thường dùng cho các loại động cơ dùng cho oto, máy kéo, máy thi công, hoặc động cơ máy tĩnh tại và tầu thủy có công suất nhỏ hơn 500 mã lực. Nắp chung còn chia ra làm các loại như nắp kép (dùng chung cho 2 xilanh), nắp chung cho 3 xilanh, 4 xilanh, 6 xilanh,Để đảm bảo bao kín, loại nắp nào cũng có gioăng nắp máy tương ứng. Các gioăng nµy có thể được chế tạo từ đồng, amiang, chất dẻo, cao su, hoặc vật liệu tổng hợp khác. Nắp có dạng hình hộp, không có đường nạp, đường thải, chỉ có khoang chứa nước làm mát. Mặt nóng tạo thành buồng cháy. Vị trí lắp bu gi đánh lửa tùy thuộc vào quan điểm thiết kế: đặt phía trên xupap nạp hay dịch về phía xupap thải, Các lỗ lắp gu giông quy nát đều xuyên qua các khối trụ, trên mặt nắp xilanh Hình 2.1 13 2.1.4.3 Nắp của động cơ làm mát bằng gió Đặc điểm của các nắp xilanh này là có các cánh tản nhiệt thay cho khoang chứa nước, vì vậy kết cấu rất phức tạp. Các cánh tản nhiệt tạo thành các khoang thông gió. Bố trí thuận lợi dòng chảy của gió để tạo phân bố nhiệt độ đồng đều, tránh làm biến dạng nắp xilanh. Hinh 2.3 Diện tích kích cỡ các cánh tản nhiệt, được thiết kế phù hợp với điều kiện tản nhiệt và trường nhiệt độ của nắp xilanh. 2.2. Th©n m¸y 2.2.1. NhiÖm vô Th©n m¸y cïng víi l¾p xilanh lµ n¬i l¾p ®Æt vµ bè trÝ hÇu hÕt c¸c côm c¸c chi tiÕt cña ®éng c¬. Cô thÓ trªn th©n m¸y bè trÝ xilanh, hÖ trôc khuûu vµ c¸c bé phËn truyÒn ®éng ®Ó dÉn ®éng c¸c c¬ cÊu vµ hÖ thèng kh¸c cña ®éng c¬ nh­ trôc cam , b¬m nhiªn liÖu, b¬m dÇu, b¬m n­íc, qu¹t giã . Trong ®éng c¬ ®èt trong, th©n m¸y lµ chi tiÕt cã kÝch th­íc vµ khèi l­îng lín nhÊt. §èi víi ®éng c¬ « t«, m¸y kÐo, m«t« xe m¸y, tØ lÖ ®ã lµ 30 ®Õn 60% cßn ®èi víi ®éng c¬ ®Çu m¸y xe löa, tÇu thuû vµ c¸c m¸y tÜnh t¹i lµ 50 ®Õn 70% khèi l­îng toµn bé ®éng c¬. Th©n m¸y chÕ t¹o theo ph­¬ng ph¸p hµn, tØ lÖ ®ã lµ 20 ®Õn 25%. 2.2.2.§iÒu kiÖn lµm viÖc Th©n m¸y lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn chÞu lùc khÝ thÓ rÊt lín, lùc ®ã truyÒn cho th©n m¸y theo nhiÒu kiÓu kh¸c nhau, nªn kiÓu chÞu lùc cña th©n m¸y phô thuéc vµo kÕt cÊu cña th©n m¸y. Th©n m¸y cßn lµm gi¸ ®ì cho trôc khuûu, trôc cam, cã c¸c ®­êng n­íc lµm m¸t nªn chÞu rung dËt, mµi mßn, øng suÊt nhiÖt kh«ng ®ång ®Òu v.v.. 2.2.3.VËt liÖu Thân máy và nắp xilanh, thường được đúc bằng vật liệu gang xám: GX 15-32 đến GX 24-44. Riêng loại thân máy của loại động cơ công suất lớn (trên 10000 mã lực) được chế tạo theo phương pháp hàn bằng thép tấm. 2.2.4. KÕt cÊu Thân máy và nắp xilanh(quy lát) là chi tiết máy cố định có khối lượng lớn và kết cấu phức tạp, vì hầu hết các cơ cấu, hệ thống của động cơ đều lắp trên thân máy và nắp xilanh. Thân máy và hộp trục khuỷu thường đúc liền (ở động cơ oto, máy kéo) hoặc đúc rời (động cơ máy tĩnh tại và tàu thủy). Trong động cơ oto máy kéo, thì các te và máng dầu được đúc liền, gọi chung là các te. Động cơ máy tĩnh tại và tàu thủy thì các te trở thành bệ máy, trục khuỷu lắp đặt lên bệ các te. 14 Kết cấu thân máy phụ thuộc lớn vào kiểu làm mát động cơ. Nếu động cơ làm mát bằng gió, thì thân máy còn có các cánh tản nhiệt. 2.2.5 Phân loại thân máy Thân máy được chia làm hai loại chính là thân máy liền hộp trục khuỷu, và thân máy rời. Trªn «t«, m¸y kÐo chñ yÕu dïng th©n m¸y liÒn hép trôc khuûu Loại thân xilanh–hộp trục khuỷu có 3 kiểu chịu lực sau đây: Thân xilanh chịu lực Hinh 2.4. Th©n m¸y kiÓu th©n xilanh – hép trôc khuûu 1.Th©n xilanh, 2. Hép trôc khuûu Loại này vỏ thân được đúc liền với xilanh. Vì vậy, khi lực khí thể tác dụng lên nắp xilanh, truyền qua các gu giông nắp xilanhlàm cho toàn bộ thân và xilanh đều chịu kéo. Loại thân máy kiểu này thường dùng cho các loại động cơ xăng công suất nhỉ và trung bình. Nó có ưu điểm là có độ cứng vững cao, bao kín tốt (vì xilanh được chế tạo liền với thân máy), nhưng tính công nghệ đúc kém và lãng phí vật liệu. Vỏ thân chịu lực Loại thân máy này có đặc điểm là xilanh đúc rời rồi lắp vào thân máy. Vì vậy , khi lực khí thể tác dụng lên thân, thì chỉ có phần vỏ thân chịu kéo. Loại thân này được dùng phổ biến ở động cơ Diedel và động cơ xăng hiện đại. Loại này có ưu điểm là cải thiện được công nghệ đúc thân máy và tiết kiệm được vật liệu quý, khi sửa chữa và thay thế xilanh dễ dàng. Gu giông chịu lực Loại thân máy này, có dùng các bu lông rất dài để liên kết các phần lại. Khi lực khí thể tác dụng lên nắp xilanh, thì chỉ có các gu giông chịu lực kéo còn thân máy không chịu lực này. Loại thân máy này thường dùng cho động cơ Diedel công suất lớn. H×nh 2.5. Th©n m¸y rêi 15 1.Hép trô khuûu; 2. th©n xilanh; 3. n¾p xilanh; 4.gu gi«ng n¾p m¸y 5. gugi«ng th©n m¸y, 6.lç l¾p trôc cam , 7.gu gi«ng toµn bé; 8. ®Õ m¸y H×nh 2.6. Th©n m¸y ®éng c¬ lµm m¸t b»ng giã 1.hép trôc khuûu, 2.th©n xilanh 3.n¾p xilanh 4.gugi«ng, 5.lãt xilanh 2.3 §Öm n¾p xilanh (Gioăng nắp xilanh) Gioăng nắp xilanh còn được gọi là gioăng nắp quy nát, dùng để bao kín, tránh lọt khí và chảy nước ở mặt lắp ghép nắp xilanhvới thân máy. Gioăng nắp xilanh cần có độ đàn hồi, để dễ làm kín mặt lắp ghép. Kết cấu của gioăng phụ thuộc vào kết cấu của nắp xilanh. Nói chung ở động cơ xăng, thường dùng gioăng nắp xilanh tấm amiang bọc đồng lá, hoặc tấm amiang có viền mép lỗ bằng đồng hoặc bằng thép. Động cơ Diedel, ngoài dùng các loại gioăng làm bằng tấm amiang bọc đồng hoặc thép ra, còn dùng các loại gioăng đồng dạng vòng, mỗi xilanh chỉ cần một vòng kết hợp với gioăng cao su bao quanh lỗ nước. Loại gioăng thép, đồng, nhôm, thường dập các gờ rãnh nổi viền quanh lỗ nước và lỗ xilanh, để khi xiết gu giông quy nát thì các gờ rãnh đó biến dạng làm kín lỗ nước và lỗ xilanh. H×nh 2.7. §Öm n¾p xilanh 2.4 Xilanh(lót xilanh, sơ mi) Trong động cơ đốt trong, xilanhcó thể dúc liền với thân máy, mà không cần lót xilanh. Tuy nhên để cải thiện công nghệ đúc thân và kéo dài tuổi thọ của 16 thân máy, người ta cần dùng lót xilanh (gọi tắt chung là xilanh) 2.4.1. NhiÖm vô Xilanh lµ chi tiÕt m¸y d¹ng h×nh èng ®­îc n¾p vµo th©n m¸y nh»m môc ®Ých kÐo dµi tuæi thä cña th©n m¸y. Xilanh n»m trong th©n m¸y lµm gi¸ ®ì dÉn h­íng chuyÓn ®éng cña piston, kÕt hîp víi n¾p m¸y vµ piston t¹o thµnh buång ®èt. 2.4.2. §iÒu kiÖn lµm viÖc Xilanh lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn kh¾c nhiÖt chÞu ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é cao, chÞu H×nh 2.8.c¸c lo¹i xilanh a. th©n xilanh; bvµ c.lãt xilanh kh«; d. lãt xilanh ­ít mµi mßn lín do piston di chuyÓn trong xilanh víi chÕ ®é b«i tr¬n khã kh¨n, th­êng xuyªn tiÕp xóc víi c¸c chÊt ¨n mßn (s¶n phÈm cña khÝ th¶i). 2.4.3. VËt liÖu chÕ t¹o Xilanh th­êng chÕ t¹o b»ng gang hîp kim, ®Ó n©ng cao tÝnh chÞu mßn ng­êi ta m¹ lªn mÆt g­¬ng xilanh mét líp cr«m xèp chiÒu dÇy kho¶ng 0,05- 0,25 mm. 2.4.4. KÕt cÊu Kết cấu xilanh chia làm hai loại chính: xilanh khô và xilanh ướt. Dù là loại xilanh nào thì cũng phải đảm bảo các yêu cầu cơ bản như sau: 1, có đủ sức bền để chịu áp suất lớn của khí cháy. 2, Chịu mòn tốt trong điều kiện nhiệt độ cao. 3, Không bị hở khí và dò nước. 4, Giãn nở tự do theo phương đường tâm xilanh. 2.4.4.1 Xilanh ướt Khi dùng xilanh ướt, kết cấu của thân máy là vỏ thân chịu lực, nên công nghệ đúc rất đơn giản. Khi xilanh bị mòn hoặc hỏng, thì việc thay thế cũng rất dễ dàng. Hiện nay kiểu xilanh ướt được dùng phổ biến. Ưu điểm của lanh ướt là: 1, Do trực tiếp tiếp xúc với nước làm mát, nên đảm bảo quá trình truyền dẫn nhiệt tốt. 2, cải thiện công nghệ đúc thân máy, tiết kiệm nguyên vật liệu quý và thay thế dễ dàng khi xilanh bị hỏng. 3, Gia công xilanh đơn giản. Tuy nhiên loại xilanh này cũng tồn tại một số nhược điểm sau: 1, Khó bao kín, dễ bị dò nước và lọt khí. Nước bị dò xuống các te làm hỏng dầu bôi trơn. 2, Độ cứng vững kém, dễ bị biến dạng khi chịu lực lớn. 17 Khi lắp xilanh ướt vào thân máy, tùy theo kiểu loại mà phần vai tựa và phần mặt trụ định vị bố trí ở vị trí khác nhau, loại thể hiện ở hình (a), là loại thường gặp nhất. Ở loại này, để đảm bảo bao kín, mặt xilanh thường nhô cao hơn thân máy khoảng mm)15,005,0(  , phía dưới xilanh có lắp các gioăng nước (tròn hoặc dẹt, một hoặc nhiều). Trong đó kiểu gioăng nước tròn được dùng phổ biến. Tiết diện gioăng thường nằm trong rãnh chiếm 0000 9895  . Rãnh lắp gioăng có thể được chế tạo trên xilanh hoặc ở thân máy. Các kiểu gioăng đặc biệt, như dùng nhiều gioăng có tiết diện khác nhau, dùng nhiều gioăng dẹt kết hợp với vành thép rồi dùng đai ốc xiết chặt, hay kiểu gioăng bao kín của động cơ Diedel hai kỳ, đều được dùng tùy theo thuộc tính của nắp xilanh. 2.4.4.2. Xilanh kh« §­îc lµm b»ng vËt liÖu kü thuËt cao ®­îc Ðp vµo lç xilanh. Sau khi Ðp cã gß nh« lªn ®Ó khi l¾p víi ®Öm l¾p m¸y sÏ kÝn khÝt h¬n. ph­¬ng ph¸p nµy kh«ng l·ng phÝ vËt liÖu, th©n m¸y cã ®é cøng v÷ng cao, nh­ng truyÒn nhiÖt ra m«i tr­êng lµm m¸t khã kh¨n h¬n. §Ó tiÕt kiÖm vËt liÖu h¬n n÷a , mét sè ®éng c¬ chØ cã lãt xilanh ë phÇn trªn (buång ch¸y), lµ n¬i xilanh mßn nhiÒu nhÊt do nhiÖt ®é, ¸p suÊt cao, b«i tr¬n khã kh¨n vµ ¨n mßn ho¸ häc do khÝ ch¸y. 2.5. C¸c te §­îc l¾p víi th©n m¸y cã ®Öm lµm kÝn, c¸c te dïng ®Ó chøa dÇu b«i tr¬n vµ lµm kÝn hép trôc khuûu. §¸y c¸c te th­êng ®­îc ®óc b»ng hîp kim nh«m hoÆc dËp b»ng t«n. D­íi ®¸y cã l¾p rèn x¶ dÇu b¨ng bul«ng trªn bul«ng cã nam ch©m vÜnh cöu ®Ó thu c¸c m¹t kim lo¹i. Khi th¸o l¾p c¸c te l­u ý th¸o vµ l¾p theo tr×nh tù kü thuËt ®Ó tr¸nh cong vªnh c¸c te. 2.6 Piston 2.6.1. NhiÖm vô Vai trß chñ yÕu cña piston lµ cïng víi c¸c chi tiÕt kh¸c nh­ xilanh, n¾p xilanh bao kÝn t¹o thµnh buång ch¸y, ®ång thêi truyÒn lùc cña khÝ thÓ cho thanh truyÒn còng nh­ nhËn lùc tõ thanh truyÒn ®Ó nÐn khÝ. Ngoµi ra cßn ë mét sè ®éng c¬ 2 kú, piston cßn cã nhiÖn vô ®ãng më c¸c cöa n¹p vµ th¶i cña c¬ cÊu phèi khÝ. 2.6.2. §iÒu kiÖn lµm viÖc Piston là một chi tiết máy quan trọng của động cơ. Trong quá trình làm việc piston chịu tải trọng cơ học và tải trọng nhiệt lớn, ảnh hưởng xấu đến độ bên và tuổi thọ của piston. 1 Tải trọng cơ học: Do lực khí thể và lực quán tính gây nên. Lực khí thể có trị số lớn (10 – 12 Mpa hoặc cao hơn) và biến thiên đột ngột, lực quán tính cũng có trị số lớn (2 – 3 Mpa) biến thiên theo chu kỳ, hợp lực khí thể và lực quán tính gây nên va đập dữ dội, làm cho piston biến dạng và đôi khi phá hỏng piston. 2 tải trọng nhiệt Do tiếp xúc với khí cháy có nhiệt độ cao (2300 – 2700oK) nên nhiệt đô phần đỉnh piston rất cao (500 – 700oK). Nhiệt độ cao gây bó piston, rạn nứt cục bộ, làm hư hỏng dầu bôi trơn, làm giảm hệ số nạp và dễ sinh kích nổ (đối với động cơ xăng). 18 3 Ma sát và ăn mòn hóa học Trong quá trình làm việc, bề mặt thân piston chịu lực ma sát lớn, bôi trơn kém. Đỉnh piston bị ăn mòn hóa họcdo các thành phần A- xít sinh rs trong quá trình cháy và dãn nở. H×nh 2.9. Lùc t¸c ®éng lªn xilanh vµ hiÖn t­îng mßn cña xilanh Do điều kiện làm việc của piston như trên, nên khi tjieets kế piston cần đảm bảo các điều kiện kỹ thuật sau đây: 1, Piston cùng với nắp xilanhtạo thành dạng buồng đốt tối ưu, bao kín tốt. 2, Tản nhiệt tôtd đẻ tránh kích nổ cho động cơ. 3, Có độ bền cao và có khối lượng nhỏ. 2.6.3 Vật liệu chế tạo piston Do điều kiện làm việc của piston rất khó khăn, nên vật liệu chế tạo phải đảm bảo tính năng cơ lý sau: 1, Có độ bên nhiệt cao, sức bền lớn. 2, Khối lượng riêng nhỏ. 3, Hệ số dãn nở nhỏ. 4, Chịu mòn tốt Ngày nay người ta dùng hai loại hợp kim chính là gang hợp kim và nhôm hợp kim để chế tạo piston. 1 Gang hợp kim Gang hợp kim thường dùng để chế tạo piston của động cơ Diedel tốc độ thấp, công suất lớn. Trong các loại gang hợp kim thường dùng gang xám hợp kim như: GX 16 – 32, GX 24 – 44, GX 28 – 48. Các loại gang hợp kim này có khá nhiều ưu điểm: + Sức bền cơ học cao, độ bền nhiệt lớn ( 22 /520;/320 mMNmMN HB   ; đến 400oC, sức bền chỉ giảm 18%) + Hệ số dãn dài nhỏ ( = 11 – 12.10-6). + Tính công nghệ đúc và gia công cơ khí tốt. + Rẻ tiền. Nhưng loại vật liệu này có những nhược điểm như sau: + Khối lượng riêng lớn ( 3/87 dmkg ). + Hệ số dẫn nhiệt nhỏ ( Cmw o/5,5437  ). + ở nhiệt độ cục bộ vượt quá 727oC, tổ chức péclit phân giải thành ferit và autenit nên dễ gay rạn nứt tế vi. Do những nhược điểm như trên nên các động cơ có tốc độ cao và có tải 19 trọng nhiệt lớn không sử dụng vật liệu trên để chế tạo piston. 2 Nhôm hợp kim Ngày nay hợp kim nhôm sau cùng tinh (có thành phần Si vượt quá 12%) được dùng rất phổ biến để chế tạo piston của động cơ cao tốc. Loại hợp kim này có các ưu điểm sau: + Khối lượng riêng nhỏ ( 3/.97,282,1 dmkg ) + Hệ số dẫn nhiệt lớn ( Cmw o/175126  ) + Tính công nghệ đúc và gia công cơ khí rất tốt> Nhược điểm của hợp kim nhôm: + Hệ số dãn nở lớn ( 610.18  ). + Đắt tiền. 2.6.4. KÕt cÊu §Ó thuËn lîi ph©n tÝch kÕt cÊu, cã thÓ chia piston thµnh nh÷ng phÇn nh­ ®Ønh, ®Çu, th©n. a. Đỉnh Piston Đỉnh Piston có nhiều dạng, chủ yếu phụ thuộc vào kiểu loại buồng cháy, và kiểu loại động cơ. Khi thiết kế đỉnh piston phải đảm bảo các yêu cầu sau: + Có hình dạng thích hợp, tạo hỗn hợp khí tốt (tạo xoáy lốc, phân bố khí nạp, hợp với dạng chùm tia phun, có chỉ tiêu kinh tế cao). + Có tỷ số F/V nhỏ để giảm tổn thất nhiệt. H×nh 2.10. KÕt cÊu piston + Tản nhiệt tốt (có bán kính lượn lớn, hoặc có gân tản nhiệt) + Tránh va đập với xupap và vòi phun khi piston ở điểm chết trên. Như vậy ta có thể thấy rằng đỉnh piston của động cơ xăng có kết cấu đơn giản và nhẹ hơn nhiều so với động cơ Diedel có buồng cháy trên đỉnh piston b. Đầu piston Trong quá trình làm việc, đầu piston phải đảm bảo bao kín buồng cháy và dẫn nhiệt ra khỏi đỉnh đảm bảo nhiệt độ của đỉnh không cao quá trị số cho phép. Khi thiết kế đầu piston phải chú ý giải quyết 3 vấn đề chính như sau: Vấn đề dẫn nhiệt và tản nhiệt Trong quá trình làm việc, đầu piston tiếp xúc với khí cháy nên nhiệt độ rất cao. Nhiệt lượng truyền cho phần đầu piston chiếm 7 – 8% tổng nhiệt lượng do 20 khí cháy sinh ra. Vì vậy phải truyền dẫn phần lớn nhiệt lượng này qua xéc- măng, qua vách xilanh rồi truyền qua dung dịch làm mát. Một phần nhỏ nhiệt lượng khác được truyền qua dầu bôi trơn. Nếu không giải quyết tốt vấn đề này, piston rất dễ bị bó trong xilanh, gây nên hậu quả nghiêm trọng cho động cơ. Các biện pháp thường dùng để giải quyết vấn đề truyền dẫn nhiệt là: + Chọn bán kính góc lượn tiếp giáp giữa phần đỉnh và phần đầu có trị số thích hợp. + Bố trí các gân tản nhiệt ở phần phía dưới đỉnh. + Chọn vị trí đặt xéc măng thứ nhất thỏa đáng. + Tạo rãnh phân bố nhiệt để giảm nhiệt để giảm nhiệt lượng truyền qua xéc măng thứ nhất. + Nếu có điều kiện thì bố trí phun dầu làm mát. Vấn đề bao kín Vấn đề bao kín buồng đốt phụ thuộc vào số lượng xéc măng khí, khe hở của các cặp piston - xilanh, piston - xéc măng và khe hở miệng của xéc măng. Nếu để lọt khí nhiều thì công suất của động cơ sẽ giảm và dễ cháy phần piston và xéc măng tại vùng lọt khí. Nói chung số lượng xéc măng khí càng nhiều thì việc bao kín càng tốt, khi đó thì tổn hao do ma sát cũng sẽ tăng cao theo, khối lượng piston cũng lớn theo vì phần đầu piston phải dài thêm. Vì vậy lựa chọn số lượng xéc măng (số rãnh xéc măng trên piston) thường căn cứ vào tính năng, tốc độ của động cơ, đường kính xilanh, áp suất khí cháy. Nếu tốc độ của động cơ càng thấp, đường kính xilanh càng lớn, áp suất khí cháy càng cao, thì số lượng xéc măng khí càng lớn. Số lượng xéc măng khí của động cơ tốc tốc độ cao thương từ 1 đến 3, còn động cơ tốc độ thấp thường từ 5 đến 7. Khe hở phần đầu thường được chọn theo kinh nghiệm để tránh bó kẹt piston. Theo kinh nghiệm, đối với động cơ có đường kính xilanh nhỏ hơn 150mm, khe hở được chọn như sau: + Khe hở phần đầu: mmD )6,05,0(  + Khe hở vùng đai xéc măng: mmDxm )15,005,0(  + Khe hở giữa xéc măng và rãnh xéc măng - Đối với xéc măng thứ nhất: h)40 1 20 1(  – Đối với các xéc măng khí khác: h)90 1 50 1(  –... có vành chắn dầu, ren hồi dầu và phớt chắn dầu. Kiểu đuôi trục khuỷu dùng mặt bích, thường có ở động cơ oto, máy kéo và các laoij máy xây dựng (máy ủi, máy xúc,) Kiểu đuôi trục khuỷu có mặt côn, thường dùng cho các động cơ xăng cỡ nhỏ, động cơ Diedel cỡ nhỏ dùng trong nông nghiệp, hoặc động cơ Diedel công suất lớn dùng cho tầu thủy và máy phát điện. Trong một vài loại động cơ, do đặc điểm kết cấu,phải bố trí bánh răng dẫn động trục cam ở phần đuôi trục khuỷu. Lúc này, đuôi trục khuỷu có mặt bích để lắp bánh răng, còn bánh đà lắp ngay trên mặt đầu của phần đuôi trục. + Biện pháp tăng độ bền cho trục khuỷu Trục khuỷu là một chi tiết máy rất quan trọng, nên khi thiết kế và chế tạo, người ta cố gắng tìm mọi phương pháp để tăng độ bền cho trục khuỷu. Các biện pháp kết cấu Lựa chọn kết cấu hợp lý là biện pháp có hiệu quả rất cao. Để tăng độ bền cho trục khuỷu, người ta thường dùng các biện pháp sau đây: H×nh 2.27. C¸c biÖn ph¸p kÕt cÊu t¨ng bÒn m¸ khuûu 1, Tăng độ trùng điệp  giữa trục và chốt khuỷu. Theo thực nghiệm, thì khi tăng  , độ bền mỏi tăng rất nhiều: mm10 , thì độ bền mỏi tăng 3,5%; mm20 , độ bền tăng 29%; mm30 , thì độ bền mỏi tăng 75%. 2, Tăng bán kính góc lượn r giữa cổ, chốt và má khuỷu. Đôi khi bán kính góc lượn còn là tổ hợp của nhiều bán kính. Tăng bán kính goác lượn thì ứng suất tập trung vùng góc lượn sẽ giảm. 3, Tăng chiều rộng và chiều dày của má khuỷu. Dùng dạng má khuỷu tròn có độ bền cao. 4, Khoét bỏ vùng kim loại chịu ứng suất lớn, để phân tán đường sức đồng dều, làm giảm ứng suất. Dạng kết cấu này thường áp dụng cho các trục khuỷu đúc bằng graphit cầu. 5, Bố trí lỗ dẫn dầu từ lỗ lên chốt và lỗ trên mặt chốt lệch khỏi mặt chịu ứng suất lớn. Các biện pháp công nghệ Ngoài các biện pháp kết cấu, người ta còn dùng các biện pháp công nghệ để làm tăng độ bền của trục khuỷu: 1, Dùng phương pháp tạo phôi bằng rèn khuôn, để thớ kim loại không bị cắt đứt. 2, Làm chai bề mặt bằng công nghệ phun bi thép, cát thạch anh, hoặc cán lăn. 37 3, Nhiệt luyện để bề mặt chốt hoặc cổ đạt độ cứng cao, có tổ chức kim loại tốt. 4, Gia công đạt độ bóng và độ chính xác cao. 2.12. B¸nh ®µ 2.12.1. NhiÖm vô Trong động cơ đốt trong, bánh đà có công dụng chủ yếu là tích trữ công dư của quá trình công tác, để đảm bảo tốc độ đồng đều của trục khuỷu. Như ta đã biết, mô men chính của động cơ luôn biến thiên theo góc quay của trục khuỷu và phụ thuộc rất nhiều vào số xilanh, số kỳ và thứ tự làm việc của các xilanh. Do tốc độ góc của trục khuỷu thay đổi trị số, nên tốc độ góc cú trục khuỷu không phải là hằng số, mà trục khuỷu quay có gia tốc. Hiện tượng này gây lên tải trọng phụ, co tính va đập trong các cơ cấu của động cơ. Để khắc phục tình trạng này, người ta dùng bánh đà, để tích trữ năng lượng dư trong quá trình sinh công, để bù đắp năng lượng thiếu hụt ở các quá trình khác, làm cho trục khuỷu quay đều hơn. Trong động cơ ít xilanh, bánh đà còn có tác dụng tích trữ nằng lượng khởi động, nhất là khi phải khởi động bằng tay. Ngoài ra tùy theo kết cấu của các loại động cơ, bánh đà có thể có kết cấu đặc biệt và có tác dụng khác như: + Quạt gió ly tâm trong động cơ 1 xilanhlàm mát bằng gió + Bộ phát điện bánh đà (vô lăng ma –nhe -to) + Nơi ghi các ký hiệu DCT, DCD, góc phun sớn, góc đánh lửa sớm, + Các lỗ hoặc rãnh để quay bẩy bánh đà làm quay trục khuỷu. + Lắp ráp các cơ cấu truyền lực, như bộ ly hợp ma sát khô, biến mô thủy lực; khớp nối cứng hoặc mền để dẫn động máy công tác. 2.12.2. Vật liệu chế tạo và kêt cấu bánh đà Bánh đà của động cơ đốt trong tốc độ thấp và trung bình, thường được đúc bằng gang xám: GX-12-40 ,, GX-32-52. Bánh đà của động cơ cao tốc thường được đúc bằng thép các- bon có thành phần Các –bon thấp. Kích thước của bánh đà, tùy thuộc vào kiểu lo¹i và số xilanhcủa động cơ. Động cơ có số xilanh càng nhỏ, tốc độ càng thấp, công suất càng lớn, thì bánh đà càng lớn. Dựa theo kết cấu, có thể phân loại bánh đà làm 3 loại chính sau đây: 1, Bánh đà dạng chậu. Loại bánh đà này thường dùng cho động cơ Điêdel máy kéo. Nó có vành bánh đà khá dày, do đó laoi này có mô men lớn. 2. Bánh đà dạng đĩa. Loại này thường dùng cho động cơ oto, nó có kết cấu khá đơn giản, một mặt của bánh đà làm mặt ma sát với đĩa ma sát của bộ ly hợp. Trên vành bánh đà còn ép vành răng khởi động. H×nh 2.28. KÕt cÊu b¸nh ®µ 38 3, Bánh đà dạng vành: Phần vành của bánh đà rất dày. Loại bánh đà này thường dùng trong động cơ Diedel dùng trong nông nghiệp và động cơ máy phát điện. Đối với động cơ máy phát điện công suất lớn, số vòng quay thấp, thì đường kính bánh đà có thể lên tới vài mét. Người ta còn dùng bánh đà dạng vành, ghép bằng bu lông và có then định vị. Ngoài các loại bánh đà nêu trên, bánh đà của động cơ mô tô, xe máy có dạng chậu, đúc bằng hợp kim nhôm và có gắn các cực nam châm. Bánh đà của động cơ dùng bộ biến mô hoặc ly hợp thủy lực, có kết cấu rất đặc biệt. Trên bánh đà có đúc các cánh bơm. Đối với bánh đà thường người ta chỉ tính nghiệm mô men bánh đà 2GD , mà không cần tính nghiệm bền. 39 Ch­¬ng 3: C¬ cÊu ph©n phèi khÝ 3.1. NhiÖm vô- yªu cÇu- ph©n lo¹i 3.1.1.NhiÖm vô C¬ cÊu phèi khÝ cã nhiÖm vô ®iÒu chØnh qu¸ tr×nh trao ®æi khÝ trong xilanh, n¹p ®Çy m«i chÊt míi vµ th¶i s¹ch s¶n vËt ch¸y ra ngoµi. 3.1.2.Yªu cÇu ®èi víi c¬ cÊu phèi khÝ §ãng më ®óng thêi gian quy ®Þnh §é më ph¶i lín ®¶m b¶o dßng khÝ l­u th«ng §ãng kÝn vµ kh«ng cã hiÖn tuîng tù më Ýt mßn vµ tiÕng kªu nhá §iÒu chØnh söa ch÷a ch¨m sãc dÔ dµng Gi¸ thµnh chÕ t¹o rÎ 3.1.3.Ph©n lo¹i - C¬ cÊu phèi khÝ dïng cam - xupap ®­îc dïng phæ biÕn trong c¸c lo¹i ®éng c¬ ®èt trong do cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n, ®iÒu chØnh dÔ dµng. Lo¹i nµy bao gåm c¬ cÊu ph©n phèi khÝ xupap ®Æt, c¬ cÊu ph©n phèi khÝ xupap treo, c¬ cÊu ph©n phèi khÝ cã trôc cam t¸c ®éng trùc tiÕp vµo ®u«i xupap. - C¬ cÊu phèi khÝ dïng van tr­ît cã ­u ®iÓm lµ tiÕt diÖn th«ng qua lín nh­ng khã chÕ t¹o nªn Ýt ®­îc dïng trong ®éng c¬ th«ng th­êng mµ chØ dïng nh­ ®éng c¬ xe ®ua ch¼ng h¹n. - C¬ cÊu phèi khÝ dïng piston ®ãng më cöa n¹p vµ th¶i cña ®éng c¬ hai kú cã kÕt cÊu ®în gi¶n, kh«ng ph¶i ®iÒu chØnh, söa ch÷a, nh­ng chÊt l­îng qu¸ tr×nh trao ®æi khÝ kh«ng cao. a b H×nh3.1. C¬ cÊu phèi khÝ dïng xupap 1.Trôc cam, 2. con ®éi 3. lß xupap, 5.n¾p m¸y, 6. th©n m¸y, 7. ®òa ®Èy, 8. ®ßn g¸nh, 9. cß mæ. Trong gi¸o tr×nh nµy chóng ta giíi h¹n chØ kh¶o s¸t c¬ cÊu phèi khÝ dïng xupap. Cã hai lo¹i c¬ cÊu phèi khÝ dïng xupap lµ c¬ cÊu phèi xupap ®Æt Trong c¬ cÊu phèi khi xupap ®Æt, toµn bé c¬ cÊu phèi khÝ ®­îc bè trÝ ë th©n m¸y do ®ã chiÒu cao ®éng c¬ kh«ng lín, thuËn lîi khi bè trÝ trªn c¸c c¸c ph­¬ng 40 tiÖn vËn t¶i. Sè chi tiÕt cña c¬ cÊu Ýt nªn lùc qu¸n tÝnh cña c¬ cÊu nhá, bÒ mÆt cam vµ con ®éi Ýt bÞ mßn h¬n. Tuy nhiªn khã bè trÝ cho buång m¸y gän, mÆc dï ë mét sè ®éng c¬ ng­êi ta bè trÝ xupap nghiªng so víi ®­êng t©m xilanh nh­ng vÉn kh«ng tæ chøc ®­îc buång ch¸y gän ®Ó cã tû sè nÐn cao. V× c¸c lý do trªn nªn c¬ cÊu phèi khÝ xupap ®Æt chØ ®­îc dïng trong mét sè ®éng c¬ x¨ng mµ th«i. C¬ cÊu phèi khi xupap treo cã nhiÒu chi tiÕt h¬n vµ ®­îc bè trÝ c¶ ë th©n m¸y vµ n¾p xilanh lµm t¨ng chiÒu cao cña ®éng c¬. Lùc qu¸n tÝnh cña c¸c chi tiÕt t¸c dông lªn bÒ mÆt cam vµ con ®éi lín h¬n. N¾p m¸y cña ®éng c¬ phøc t¹p h¬n nªn khã kh¨n h¬n khi chÕ t¹o. Tuy nhiªn, do xupap ®­îc bè trÝ trong phÇn kh«ng gian cña xilanh d¹ng treo nªn buång ch¸y rÊt gän. ®©y lµ ®iÒu kiÖn tiªn quyÕt ®Ó cã tû sè nÐn cao vµ gi¶m kh¶ n¨ng kÝch næ ®èi víi ®éng c¬ x¨ng. MÆt kh¸c, c¸c dßng khÝ l­u ®éng Ýt bÞ ngoÆt nªn tæn thÊt nhá t¹o ®iÒu kiÖn th¶i s¹ch vµ n¹p ®Çy h¬n. V× nh÷ng ­u ®iÓm trªn nªn c¬ cÊu phèi khÝ xupap treo rÊt phæ biÕn cho c¶ ®éng c¬ x¨ng vµ ®éng c¬ diesel. 3.2 Bè trÝ xupap, trôc cam vµ dÉn ®éng trôc cam Có hai phương án bố trí xupapchủ yếu là xupap đặt và xupap treo. 3.2.1 Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap đặt Ưu điểm của phương án này là chiều cao động cơ giảm, kết cấu nắp xilanh đơn giản, dẫn động xupap dễ dàng. Tuy vậy kiểu này có những nhược điểm là: Buồng đốt không gọn, dung tích lớn, tổn thất nhiệt lớn, tính kinh tế của động cơ kém, tiêu hao nhiên liệu tăng và làm giảm hệ số nạp, đồng thời khó tăng tỷ số nén. Vì vậy, kiểu cơ cấu phân phối khí xupap đặt chỉ dùng cho động cơ xăng có tỷ số nén thấp và tốc độ quay nhỏ hoặc trung bình. Một nhược điểm nữa là đường nạp và đường thải bố trí trên thân máy, dẫn đến khó khăn cho việc đúc và gia công thân máy. Đường nạp và đường xả có độ cản khí lớn, dẫn đến tổn thất nạp và xả lớn. 3.2.2 Cơ cấu phân phối khí xupap treo. Kiểu cơ cấu phân phối khí này có các ưu điểm sau: + Tạo được buồng cháy gọn, giảm tổn thất nhiệt, khả năng chống kích nổ cho động cơ xăng tốt, có thể tăng tỷ số nén từ 0,5 đến 2 đơn vị so với kiểu đặt. Động cơ Diedel có thể đạt tỷ số nén là 22. + Đường nạp và đường xả bố trí trên nắp nên có điều kiện thiết kế dong khí lưu thông thanh thoát hơn. Vì vậy tăng được hệ số nạp. Ví dụ đối với động cơ xăng, thì cơ cấu phân phối khi kiểu xupaptreo, hệ số nạp của động cơ tăng từ 5% đến 7% so với kiểu xupapđặt. + Có thể bố trí xupaptheo nhiều kiểu khác nhau tùy thuộc vào hình dáng buồng cháy, kết cấu cơ cấu phân phối khí như nhiều xupapcho 1 xilanh, cách đặt trục cam, . Nhược điểm của cơ cấu phân phối khí kiểu xupap treo là: + Dẫn động cơ cấu phức tạp, làm tăng chiều cao động cơ. + Kết cấu nắp xilanhphức tạp nên khó đúc và gia công. So sánh hai phương án trên ta nhận xét rằng: + Động cơ Diedel chỉ dùng kiểu xupaptreo, do tạo được tỷ số nén lớn. Còn động cơ xăng có thể dùng kiểu xupaptreo hoặc đặt, nhưng hiện nay chủ yếu 41 dùng kiểu xupaptreo. + Sử dụng cơ cấu phân phối khí kiểu xupaptreo, động cơ có hiệu suất nhiệt cao hơn. + Tuy cơ cấu phân phối khí xupaptreo dẫn động phức tạp, kết cấu nắp xilanhphức tạp, nhưng hiệu quả phân phối khí rất tốt. + Cơ cấu phân phối khí xupaptreo chiếm ưu thế tuyệt đối trong động cơ 4 kì. 3.2.3 Phương án bố trí trục cam và tăng nhiều xupapcho một xilanh Trục cam có thể đặt trong hộp trục khuỷu hay trên nắp máy. + Loại trục cam đặt trong hộp trục khuỷu, dẫn động bằng bánh răng cam + Loại trục cam đặt trên nắp máy, có các loại như sau: H×nh3.2 .Bè trÝ xupap - Trục cam dẫn động trực tiếp xu páp - Trục cam dẫn động qua ống trượt - Trục cam dẫn động qua đòn quay Trong cơ cấu phân phối khí xupap treo, số lượng xupáp dùng cho 1 xilanh có thể là 2,3,4 tùy theo kích thước đường kính của xilanh: + Khi đường kính xilanh nhỏ hơn 120, thì dùng 2 xupáp, khi đường kính xilanh lớn hơn 120 thì có thể dùng 3 (2 xupapnạp, 1 xupap xả) hoặc 4 xupap (2nạp, 2 xả). Cơ cấu 4 xupáp, nhằm tăng tiết diện lưu thông, khi giảm đường kính nấm, có thể giảm tải cơ học và tải trọng nhiệt. Trong cơ cấu này, các xupap cùng tên có thể bố trí 2 dãy, dùng 1 trục cam, hoặc bố trí cùng một dãy, dùng 2 trục cam. Để đóng mở xupap cùng tên, người ta dùng đòn bẩy hình nạng hoặc đòn ngang. 3.2.4 Phương án dẫn động trục cam Trục cam được dẫn động từ trục khuỷu theo các kiểu sau: + Dẫn động bằng bánh răng trụ răng thẳng hoặc răng nghiêng. + Dẫn động bằng đai răng. + Dẫn động bằng bánh răng côn. + Dẫn động bàng xích. 42 H×nh 3.4. DÉn ®éng trôc cam Tùy vi trí trục cam xa hay gần trục khuỷu, mà có thể truyền động bằng một cặp bánh răng trụ, hay qua bánh răng trung gian, hay đai răng và bánh răng côn. Nhưng đều phải đảm bảo các vấn đề sau: + Giải quyết vấn đề lực dọc trục của bánh răng nghiêng và côn. + Đảm bảo ăn khớp chính xác, lắp đúng dấu. + Có thể làm bánh răng bằng gỗ phíp để ăn khớp êm dịu. Phương pháp dẫn động bằng bánh răng, thường cồng kềnh. Kiểu truyền động xích ngày nay đang được dùng khá phổ biến. Khi trục cam đặt trên nắp xilanh, loại xích ống con lăn một dãy hay nhiều dãy, phải kèm theo cơ cấu đỡ xích và cơ cấu căng xích. Truyền động xích, khi xích bị mòn có thể dễ làm sai lệch pha phân phối khí và gây tiếng ồn. 3.3. Xupáp 3.3.1. NhiÖm vô C¸c xupap cã vai trß ®ãng më c¸c ®­êng n¹p vµ th¶i ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh trao ®æi khÝ. 3.3.2. §iÒu kiÖn lµm viÖc Trong khi làm việc, xupapchịu tải trọng cơ học và tải trọng nhiệt. + Về tải trọng cơ học: Nấm xupapchịu áp suất khí thể từ 0,6 đến 1,5 MN/m2, và chịu tác động của lực quán tính nên khi làm việc chịu va đập lớn gây biến dạng. + Về tải trọng nhiệt lớn nhất là đối với xupapxả, làm việc trực tiếp với khí xả. Nhiệt độ khi xả đạt tới 10000C đến 12000C – đối với động cơ xăng; 800 dến 9000C – đối với động cơ Diedel. Tốc độ dòng khí khoảng sm /600400  . Xupapxả thường bị quá nãng và có hiện tượng xâm thực, thường nhiệt độ của xupapxả là khoảng C0)400300(  . Như vậy vật liệu chế tạo xupapphải đảm bảo được yêu cầu chịu tải trong cơ học và tải trọng nhiệt 3.3.3. VËt liÖu Xupapnạp thường được chế tạo bằng thép hợp kim: 40Cr; 50CrNi; Đối với xupapxả thường chế tạo bằng thép hợp kim như: 40Cr9Si2; Đôi khi để tiết kiệm vật liệu, người ta chỉ dùng thép chịu nhiệt ở phần nấm, còn phần thân dùng thép khác. 3.3.4. KÕt cÊu 43 Kết cấu của xupapđược chia làm 3 phần: phần nấm, phần thân, và phần đuôi. 1, Phần nấm Kết cấu có đường kính X, góc nghiêng  và chiều rộng b, là phần làm việc tiếp xúc với khí cháy. Kích thước X, được giới hạn bởi kích thước buồng cháy và đường kính xilanh. Góc  được quyết định bởi tổn thất lưu động của dòng khí và độ cứng vững của nấm, nó có ảnh hưởng lớn đến tiết diện lưu thông. Với dòng khí nạp, thì  càng nhỏ thì tiết diện lưu thông càng lớn và tổn thất lưu thông càng nhỏ Nhưng nếu 020 , thì tổn thất tăng do dòng khí bị ngoặt lớn và làm giảm đáng kể dộ cứng vững Với dòng khí xả  càng lớn thì tổn thất lưu thông càng giảm. Vì vậy trong động cơ, đối với xupapnạp thường 030 ; còn đối với xupapxả 045 . Trong nhiều trường hợp, để đơn giản trong chế tạo, thì cả hai xupapngười ta lấy bằng nhau 045 . Chiều rộng b của nấm, phụ thuộc vào chiều dày X của đế xu páp. Nếu độ cứng của đế xupaplớn, thì chiều rộng của nấm lớn hơn chiều dày của đế và ngược lại. Để đảm bảo khả năng kín khít tốt, thường tính b theo kinh nghiệm như sau: Xb )12,005,0(  H×nh3.5. KÕt cÊu cña xupap Theo kết cấu mặt đáy của nấm, có các dạng nấm như sau: + Nấm bằng, dùng phổ biến, do chế tạo đơn giản, có thể dùng cho cả xupapnạp và xả. + Nấm lõm, chỉ dùng cho xupapnạp, vì để làm giảm tổn thất lưu thông, bán kính góc lượn tiếp giáp giữa thân và nấm lớn và để làm giảm khối lượng của nấm, người ta khoét lõm phần mặt nấm. H×nh2.6. KÕt cÊu nÊm xupap + Nấm lồi, chỉ dùng cho xupapxả. Do diện tích tiếp xúc với nhiệt lớn, nên nhiệt độ của nấm cao. Để giảm nhiệt độ của nấm, phần nấm có thể được làm rỗng, bên trong của phần rỗng có chứa Natri. Khi xupapnóng, Natri bị nóng chảy, thu nhệt làm giảm nhiệt độ nấm và tăng khả năng truyền nhiệt lên thân xu páp. 2, Thân xu páp 44 Nhiệm vụ của phần thân là dẫn hướng và tản nhiệt cho toàn bộ xu páp. Như vậy, để dẫn hướng tốt thì thân xupapphải dài, để tản nhiệt tốt thì thân xupapphải có kích thước lớn. Điều này không đảm bảo yêu cầu gọn nhẹ của xu páp. Khi thiết kế thân xu páp, thường chọn theo công thức kinh nghiệm: Xlth )5,35,2(  ; Xd th )25,016,0(  - nếu dẫn động xupap bằng đòn gánh hoặc xupap đặt. H×nh 3.7. Th©n xupap Xd th )3,03,0(  - Nếu dẫn động bằng cam trực tiếp. Để thân không bị kẹt trong ống dẫn hướng, phải có chỗ chuyển tiếp giữa thân và nấm. Thân phải có độ bóng và độ chính xác cao, có khe hở hợp lý với bạc dẫn hướng. 3, Phần đuôi xu páp Phần đuôi xu pâp co nhiệm vụ định vị lò xo khi lắp ráp và chịu tác động của các chi tiết như: con đội, cam, đòn gánh, nên phần này chịu va đập và mài mòn lớn. Tùy theo kiểu định vị lò xo, mà đuôi xupapcó kết cấu khác nhau. Kiểu liền bậc hoặc côn, dùng cho kiểu định vị bằng hai móng hãm ôm chặt thân xupapbởi sức căng của lò xo tác động qua đĩa lò xo. Ngòai ra còn có kiểu định vị bằng chốt hãm. Để chống lại va đập của các chi tiết tác động lên phần đuôi, mặt tiếp xúc của đuôi phải được tôi cứng hoặc dán lớp thép cứng Stenlit, hay dùng chụp thép có độ cứng cao 5550 HRC . Trong quá trình làm việc, để phần mặt côn của nấm mòn đều, ở một số động cơ, ở phần đĩa lò xo có lắp cơ cấu xoay xu páp,. H×nh 3. 8. KÕt cÊu ®u«i xupap 3.4. Đế xupap (Xie) 3.4.1. NhiÖm vô Để tránh hao mòn cho thân máy và nắp xilanh, người ta thường ép vào họng đường ống nạp và xả vòng đế xu páp. Trong một số trường hợp, nếu thân máy làm bằng gang hợp kim thì có thể không lắp đế xu páp. 3.4.2. VËt liÖu Vật liệu chế tạo đế xu páp, thường là thép hợp kim hoặc gang hợp kim, gang trắng. Khi lắp ghép, đế xupapphải được lắp chặt với thân máy hoặc nắp xilanh. 3.4.3. KÕt cÊu 45 H×nh3.9. KÕt cÊu ®Õ xupap Để lắp chặt đế xupapvới thân máy hoặc nắp xilanh, có thể dùng các phương án sau: + Dùng đế có rãnh trên mặt lắp ghép, khi lắp kim loại biến dạng vào rãnh làm chặt. + Dùng đế có mặt lắp ghép hình côn. + Dùng đế ghép bằng ren. + Dùng đế có mặt ngoài phức tạp, khi lắp ghép víi nắp máy với độ dôi là hd)0035,00015,0(  . BÒ mÆt tiÕp xócvíi nÊm xupap th­êng cã 3 gãc kh¸c nhau, ®Ó ®Õ vµ nÊm xupap tiÕp xóc tèt , tr­êng hîp trªn h×nh vÏ øng víi gãc  cña nÊm xupap b»ng gãc 450. 3.5. Lò xo xu páp 3.5.1. NhiÖm vô Lò xo xupap là chi tiết đảm bảo cho xupap đóng kín và chuyển động đúng quy luật của cam phân phối khí. 3.5.2. VËt liÖu Vật liệu chế tạo thường dùng là thép lò xo: 60Si2; 60Mn50Si2; 50CrSiA Lò xo xupap là chi tiết rất quan trọng, trong công nghệ chế tạo có nhiều biện pháp nâng cao sức bền mỏi, sức bền cơ học, như: làm chai bề mặt, hoặc nhiệt luyện, hóa nhiệt luyện 3.5.3. KÕt cÊu Lò xo chịu tải trọng dao động theo chu kỳ. Kết cấu thường dùng là lò xo hình trụ, có bước xoắn bằng nhau hoặc khác nhau. Hai đầu lò xo được mài phẳng để lắp với đĩa lò xo và mặt của nắp xilanh. Số vòng công tác của lò xo (không kể hai vòng ở hai đầu), thường từ 4 đến 10 vòng. Số vòng càng ít, thì biến dạng càng nhiều, ứng suất xoắn càng lớn. Số vòng càng lớn, lò xo dài, độ cứng giảm và tần số dao động tự do thấp dễ gây công hưởng. Để tránh công hưởng, người ta dùng các biện pháp sau: 46 H×nh 3.10. Lß xo xup¸p + Dùng lò xo có bước xoắn thay đổi, kh«ng ®èi xøng, phÇn trªn cã b­íc dµi h¬n. + Dùng lò xo hình côn. + Dùng vành giảm rung. Khi làm việc lò xo ma sát với vành giảm rung, tiêu hao công dao động, tránh công hưởng. + Dùng cốc trượt. Khi làm việc, cốc trượt chuyển động, trong lỗ dẫn hướng nhỏ nên không khí trong cốc bị ép tạo sức cản làm triệt tiêu các dao động gây công hưởng. Ngoài ra cốc trượt còn có tác dụng tránh lực nghiêng tác dụng lên xupapvà chống dầu bôi trơn lọt xuống buồng đốt. + Dùng nhiều lò xo cho một xupap (1 đến 3 cái). Để các vòng của các lò xo không kẹp vào nhau khi làm việc, các lò xo phải có hướng xoắn ngược nhau. Ưu điểm của việc dùng nhiều lò xo cho 1 xu páp: - Ứng suất xoắn trên từng lò xo nhỏ. - Mỗi lò xo có tần số dao động riêng, nên tránh được công hưởng. - Khi một trong các lò xo bị gãy, thì còn có các lò xo khác giữ không cho xupap lọt vào trong xilanh, gây hư hỏng động cơ. 3.6. Trôc cam 3.6.1. NhiÖm vô Trục cam được trục khuỷu dẫn động với tỷ số truyền 1/2, đối với động cơ 4 kì. Trục cam có nhiệm vụ là điều khiển đóng mở xupap đúng quy luật. Trên trục cam có các cổ trục, các vấu cam nạp, cam xả, bánh lệch tâm dẫn động bơm xăng (động cơ xăng dùng bơm xăng cơ khí), bánh răng dẫn động bơm dầu, bơm cao áp. 3.6.2. §iÒu kiÖn lµm viÖc VÒ mÆt t¹i träng, trôc cam kh«ng ph¶i chÞu ®iÒu kiÖn lµm viÖc nÆng nhäc. C¸c bÒ mÆt lµm viÖc cña cam tiÕp xóc th­êng ë d¹ng tr­ît nªn d¹ng háng chñ yÕu cña trôc cam lµ mµi mßn. 3.6.3. VËt liÖu Vật liệu chế tạo trục cam thường dùng la thép hợp kim ít các bon: 15Cr; 15Mn; 12CrNiV; hoặc thép C45; C40; Một số động cơ dùng gang, nhưng các bề mặt làm việc của cam và cổ trục phải có độ cứng HRC)6552(  , độ thấm tôi mm)207,0(  , độ cứng bên trong các cổ HRC)4030(  . 3.6.4. KÕt cÊu Bố trí cam nạp, thải trên trục cam: Cam nạp, thải có thể làm liền trên trục kích thước cam thường bé hơn đường kính cổ trục để lắp luồn qua ổ được dễ dàng, loại này dùng trên động cơ ô tô máy kéo. H×nh 3.11. Trôc cam 47 1. §Çu trôc cam, 2. cæ trôc cam, 3. cam n¹p vµ cam th¶i 4. Cam lÖch tÇm b¬m x¨ng; 5. b¸nh r¨ng dÉn ®éng b¬m dÇu b«i tr¬n Còn các động cơ cỡ lớn, người ta dùng cam rời rồi lắp vào trục, kích thước cam không phụ thuộc vào đường kính cổ trục vì loại ổ trục này thường làm hai thành phần: nắp ổ trục và đế ổ trục. Vị trí cam đặt trên trục cam phụ thuộc vào số xilanh thứ tụ làm việc và số kỳ của động cơ. H×nh 3.12. cam rêi l¾p trªn trôc Trong động cơ 4 kỳ có thể bố trí một trục chung cho cả cam nạp và cam thải, hoặc trục cam nạp riêng, trục cam thải riêng; động cơ hai kỳ thì chỉ có trục cam thải. Người ta xác định góc lệch đỉnh cam c của hai cam cùng tên của hai xilanhlàm việc kế tiếp là: + Với động cơ một hàng xilanh: Động cơ 4 kỳ: c = 2k  k : là góc công tác của hai xilanh làm việc liên tiếp + Đối với động cơ chữ V: Một trục cam đặt giữa dẫn động xupáp cho hai hàng xilanh, góc giữa hai đỉnh cam cùng tên sẽ là: - Động cơ 4 kỳ: c = 2k   c - Động cơ hai kỳ: c = k  c c : Góc giữ hai hàng con đội của hai hàng xilanh Nếu trục cam quay thuận chiều kim đồng hồ, theo thứ tự làm việc của động cơ thì dấu (+) là góc cam của xilanh hàng bên trái, dấu (-) là góc cam của xilanh hàng bên phải. Góc lệch của hai cam khác tên trên một xilanh (chỉ có ở động cơ 4 kỳ) loại một hàng hay chữ V đều phụ thuộc vào góc công tác của từng cam. Góc công tác của cam nạp: 1 2180 2ctn     (6-3) Góc công tác của cam thải: 1 2180 2ctn     (6-4) Gọi k là góc lệc đỉnh cam của hai cam khác tên trên một xilanh. 48 1 2 1 2 1 2 180 1801 1 ( )2 2 2 2 o o k                    = 1 2 1 21 3604 o          ; (6- 5) Trong đó: 1 2, :  góc mở sớm, đóng muộn của xupáp nạp. 1 2, :  góc mở sớm, đóng muộn của xupáp thải. : góc lệch đỉnh cam nạp và thải trên một xilanh tính theo góc quay trục khuỷu Trường hợp một trục cam dẫn động hai dãy xupáp, dãy thải và dãy nạp qua hệ thống đòn bẩy. H×nh 3.13. c¸c d¹ng cam th­êng gÆp a) vµ b) cam låi, c tiÕp tuyÕn. d,cam lâm + Nếu đòn bẩy xupáp thải bố trí trên đòn bẩy xupáp nạp (theo chiều quay cam) (hình ) góc lệch đỉnh hai cam khác tên: 1 2k    ; (6-6) + Nếu đòn bẩy xupáp nạp bố trí trên đòn bẩy xupáp thải thì: 1 2k    ; Trong đó  là góc giữa hai tâm con lăn của hai đòn bẩy xupáp nạp và xupáp thải khi chưa dẫn động trục cam (hai xupáp đóng kín) Cổ trục và ổ trục cam: Cổ trục trên trục cam có hai loại đủ cổ và trốn cổ: Nếu số cổ trục là Z và số xilanh là I thì: Số cổ loại đủ cổ là Z = i + 1, thường dùng ở động cơ điêden Số cổ loại trốn cổ Z = i/2 +1, thường dùng ở động cơ xăng. Các cổ phải mài bóng , bề mặt có độ cứng đạt (50 ÷ 60) HRC. Nếu trục cam lắp luồn thì kích thước còn lớn hơn các phần khác của trục cam. Đôi khi để dễ lắp người ta làm đường kính các cổ khác nhau, cổ có đường kính nhỏ nhất ở phía cuối trục. Các ổ trục cam được ép trên thân máy đều là ống thép có trang hợp kim chịu mòn (ba bít, hợp kim đồng chì, hợp kim nhôm). Nếu trục cam lắp theo kiểu đặt, phải dùng ở hai nữa; một nữa đúc trên thân hay trên nắp xilanh, nửa kia làm thành nắp ổ rồi lắp bằng bu lông hay gu giông, kết cấu này dùng ở động cơ công suất lớn và một số động cơ trục cam đặt 49 trên nắp xilanh. Vấn đề chắn lực dọc trục trên trục cam: Khi động cơ làm việc, một số truyền động phát sinh lực dọc trục như truyền động bánh răng nghiêng, bánh răng côn. Để đảm bảo truyền động chính xác giữa các trục cam và các chi tiết khác, phải chắn lực dọc trục phát sinh. Các kiểu ổ chắn lực dọc trục bảo đảm khe hở trục 0,1 0,2   . + Dùng bích chắn 2 và vành chắn 4, bích 2 được bắt chặt lên thân bằng bu lông, vòng chặn 4 được kẹp giữ mặt đầu cổ trục 1 và bánh răng cam 3, bánh 3 được siết chặt bằng bu lông. Kết cấu này thường dùng trên ôtô. H×nh3.14. Ch¾n däc trôc cam kiÓu dïng bÝch ch¾n + Dùng vít tỳ 4 lắp trên vỏ hộp bánh răng 2. + Dïng vành tựa trên trục cam dùng cho trục cam đặt, ở trục hai nửa, có nắp ổ. 3.7. Con đội: Con đội là chi tiết trung gian dẫn động cơ cấu phân phối khỉ, kết cấu con đội gồm hai phần, phần thân dẫn hướng và phần đáy tiếp xúc trực tiếp với mặt cam. Động cơ ngày nay thường dùng hai loại con đội: con đội đáy bằng và con đội con lăn. Con đội đáy bằng có hai loại: hình nấm và hình trụ. H×nh 3.15. a) Con ®éi h×nh nÊm vµ b) con ®éi h×nh trô Con đội chịu lực nghiêng do cam gây ra và làm việc trực tiếp với mặt cam nên chịu mòn. Vật liệu chế tạo con đội thường dùng thép cacbon thấp hoặc trung 50 bình, loại thép 15 hay 30; thép hợp kim 15X, 20X. Mặt làm việc thấm than đạt độ cứng HRC = 52 65. Con đội còn có thể đúc bằng gang, đôi khi gắn một lớp gang trắng trên mặt đáy . Con đội hình nấm và con đội hình trụ: Là loại con đội đáy bằng dùng phổ biến trên các loại động cơ, con đội hình nấm dùng cho cơ cấu phối khí xupáp đặt, đôi khi dùng cho xupáp kiểu treo, con đội được khoét rỗng để lắp với đũa đẩy, phần cầu lõm phải có cr lớn hơn (r) đũa khoảng 0,2 ÷ 0,3. Con đội hình trụ đều rỗng. Mặt đáy con đội không phải mặt phẳng tuyệt đối mà thường là mặt cầu với (R) lớn , R = 750 ÷ 1000 để tránh mài mòn mặt tiếp xúc của con đội. H×nh 3.16. Mét sè ®Æc ®iÓm kÕt cÊu cña con ®éi h×nh nÊm Phần thân con đội là phần dẫn hướng. Để mòn đều khi làm việc con đội phải tự quay quanh nó. Vì vậy người ta lắp tâm con đội thường lệch với tâm cam một khoảng (e) nếu đáy con đội phẳng e = (1 ÷ 3) mm §áy con đội hơi lồi thì mặt cam hơi côn (4 ÷ 10) Con đội con lăn: Dùng cho động cơ sử dụng cam tiếp tuyến hay cam lõm. Do ma sát bằng con lăn nên mặt cam ít mòn tuy nhiên do kết cấu phức tạp, khối lượng lớn nên chỉ dùng cho động cơ có số vòng quay thấp như động cơ tàu thủy hoặc tĩnh tại. Trong chuyển động con đội không được quay quanh nó nên phải định vị chống xoay bằng rãnh định vị . H×nh 3.17 . Con ®éi con l¨n. Con ®éi thñy lùc 51 Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc, xupap bÞ nung nãng nªn d·n në, v× vËy ng­êi ta ph¶i ®Ó khe hë nhiÖt. NÕu khe hë nhiÖt nhá qu¸ th× xupapbÞ kªnh, cßn lín qu¸ th× xupapbÞ va ®Ëp. ViÖc ®iÒu chØnh khe hë nhiÖt ®­îc thùc hiÖn nhê vÝt ®iÒu chØnh. ViÖc lµm nµy ®ßi hái ph¶i thùc hiÖn ®Þnh kú vµ kh¸ phøc t¹p. Trong ®éng c¬ hiÖn ®¹i ng­êi ta dïng con ®«i thñy lùc. Với ®éng c¬ dïng con ®«i thñy lùc, th× viÖc ®iÒu chØnh khe hë nhiÖt lµ kh«ng cßn n÷a, mµ viÖc ®iÒu hßa sù d·n në cña th©n xupap ®­îc thùc hiÖn theo nguyªn t¾c tiÕt l­u dÇu b«i tr¬n. Nguyªn lý lµm viÖc cña con ®«i thñy lùc nh­ sau: Khi cam quay ®Õn vÞ trÝ n©ng con ®éi, th©n con ®éi vµ xilanh bÞ ®Èy lªn, dÇu chøa trong khoang d­íi piston bÞ nÐn l¹i, bi cña van mét chiÒu ®ãng kÝn ®Õ van cña èng , lµm piston bÞ ®Èy lªn më xu p¸p. Do lùc c¶n cña lß xo xu p¸p, t¸c dông lªn ®Çu cña piston , nªn trong qu¸ tr×nh con ®éi ®i lªn, dÇu trong khoang d­íi cña piston bÞ nÐn, mét phÇn dÇu sÏ bÞ rØ qua khe hë cña Piston Vµ xilanh ra ngoµi. Trong qu¸ tr×nh ®ãng xu p¸p. con ®éi ®i xuèng, khi xupap ®ãng hoµn toµn th× con ®«i ë vÞ trÝ thÊp nhÊt. Khi ®ã lç trªn th©n con ®éi trïng víi lç dÇu trªn th©n m¸y. §ång thêi lß xo ®Èy piston) ®i lªn cho tíi khi ®Çu piston (®èi víi c¬ cÊu ph©n phèi khÝ xupap®Æt), ®Çu ®ßn bÈy (®èi víi c¬ cÊu ph©n phối khÝ xup¸p treo) ch¹m vµo ®u«i xu p¸p. Lóc nµy khoang chøa dÇu phÝa d­íi cña piston cã ®é ch©n kh«ng, Bi më, dÇu tõ lç trµn vµo khoang. Khi th©n xupapbÞ d·n në, ®u«i xupap sÏ t¸c ®éng vµo ®Çu piston lµm dÇu lät qua khe hë piston vµ xilanh ra ngoµi. V× vËy, bÊt kú thêi ®iÓm nµo, ®«i xupaplu«n tú vµo ®Çu con ®éi hÆc ®Çu ®ßn bÈy, nªn kh«ng cã khe hë nhiÖt. Mét ­u ®iÓm rÊt quan träng cña con ®éi thñy lùc lµ cã thÓ tù ®éng thay ®æi trÞ sè thêi gian tiÕt diÖn cña c¬ cÊu ph©n phèi khÝ. V× khi tèc ®é cña ®éng c¬ t¨ng, th× kh¶ n¨ng dß rØ dÇu gi¶m, nªn xupapmë sím h¬n khi ®éng c¬ cã tèc ®é thÊp. §iÒu nµy cã lîi cho qu¸ tr×nh n¹p. H×nh 3.18. Nguyªn lý lµm viÖc con ®éi thuû lùc 1. Th©n con ®éi 2. §­êng dÉn ®Çu trªn th©n m¸y . 3. piston con ®éi. 4. §u«i xupap . 5 . Lß xo . 6. van bi Tuy nhiªn, ®Ó ®¶m b¶o cho con ®éi lµm viÖc tèt, th× chÊt l­îng dÇu b«i tr¬n ph¶i ®¶m b¶o, ®é nhít cña dÇu ph¶I æn ®Þnh. 3.8 §òa ®Èy vµ ®ßn bÈy. §òa ®Èy lµ chi tiÕt trung gian gi÷a con ®éi vµ ®ßn bÈy. Hai ®Çu cña ®òa ®Èy ®­îc g¾n khíp cÇu lâm vµ låi ®Ó tú vµo con ®«I vµ ®ßn bÈy. §Çu cã khíp cÇu lâm tú vµo vÝt ®iÒu chØnh khe hë nhiÖt. §òa ®Èy th­êng ®­îc lµm b»ng thÐp c¸c-bon trung b×nh, th­êng cã kÕt cÊu èng rçng hoÆc thanh ®Æc, hai ®Çu ®­îc t«I ®¹t ®é cøng 50 60HRC   . 52 H×nh 3.1 9. KÕt cÊu ®Ó ®iÒu chØnh khe hë nhiÖt §ßn bÈy ®­îc l¾p trªn trôc ®ßn bÈy ®Æt trªn n¾p xilanh, ®­îc b«i tr¬n c­ìng bøc b»ng ®­êng dÇu b«i tr¬n trong trôc ®ßn bÈy. §Çu ®ßn bÈy tiÕp xóc víi ®òa ®Èy th­êng l¾p vÝt ®iÒu chØnh khe hë nhiÖt. ®Çu ®ßn bÈy tiÕp xóc víi ®u«i xupap ph¶i ®­îc t«i cøng hoÆc dïng chèt ®Öm ®Ó khi mßn thay thÕ chèt ®Öm mµ kh«ng cÇn thay cÇn bÈy. §ßn bÈy th­êng ®­îc chÕ t¹o b»ng thÐp ®óc hoÆc rÌn khu«n b»ng thÐp c¸c-bon trung b×nh nh­: C30; C40. §«I khi ®Ó gi¶m träng l­îng, ®ßn bÈy ®­îc dËp tõ thÐp tÊm. 3.9. èng dÉn h­íng xupap. 3.9.1 NhiÖm vô §Ó dÉn h­íng c¸c xupap vµ ®Ó dÔ gia c«ng söa ch÷a thay thÕ còng nh­ cã thÓ dïng vËt liÖu tèt nh»m t¨ng tuæi thä, èng dÉn h­íng xup¸p ®­îc chÕ t¹o rêi råi l¾p vµo th©n m¸y (c¬ cÊu phèi khÝ xupap ®Æt) hay l¾p xilanh (c¬ cÊu phèi khÝ xupap treo). 3.9.2. VËt liÖu Ng­êi ta th­êng dïng gang hîp kim, gang dÎo nhiÖt luyÖn ®Ó chÕ t¹o èng dÉn h­íng xupap cho c¸c ®éng c¬ th«ng th­êng. §èi víi ®éng c¬ cao tèc, vËt liÖu ®­îc dïng lµ ®ång thanh hoÆc kim lo¹i bét ®­îc tÈm dÇu lµm t¨ng kh¶ n¨ng chÞu nhiÖt vµ dÔ thÝch øng víi ®iÒu kiÖn b«i tr¬n khã kh¨n. 3.9.3. KÕt cÊu BÒ mÆt kÕt cÊu èng dÊn h­íng xupap cã kÕ cÊu ®¬n gi¶n h×nh trô rçng cã v¸t mÆt ®Çu ®Ó dÔ l¾p (h×nh 6 - 12a). èng dÉn h­íng l¾p víi th©n m¸y hoÆc l¾p víi xilanh cã ®é d«i. §Ó l¾p r¸p dÔ dµng bÒ mÆt ngoµi cña èng cã ®é c«n nhá (VÝ dô: 1/100) (h×nh 6-12b). BÒ mÆt ngoµi cña èng cã vai lµ c÷ khi l¾p Ðp vµo th©n m¸y hoÆc l¾p xilanh (h×nh 6 - 12c...Ðt n­íc, chñ yÕu nhê l­u l­îng kh«ng khÝ chuyÓn ®éng qua phÇn th©n kÐt n­íc nhê qu¹t giã. §Ó ®¶m b¶o truyÒn nhiÖt tèt, kÐt n­íc ®­îc chÕ t¹o b»ng ®ång. PhÇn ng¨n trªn vµ ng¨n d­íi cña kÐt cã chÕ t¹o cæ nèi víi ®­êng èng cña hÖ thèng. §­êng èng nèi tõ kÐt tíi th©n ®éng c¬ vµ tõ kÐt tíi b¬m n­íc th­êng ®­îc lµm b»ng cao su chÞu nhiÖt. Ng¨n trªn cã cæ rãt n­íc lµm m¸t, ng¨n d­íi cã nót x¶ n­íc. Nèi gi÷a ng¨n trªn vµ ng¨n d­íi lµ phÇn th©n kÐt. PhÇn th©n kÐt lµ c¸c ®­êng èng b»ng ®ång, xÕp thµnh hµng, mçi hµng tõ 3 ®Õn 4 èng. Gi÷a c¸c hµng èng cã khe hë ®Ó luång kh«ng khÝ do qu¹t cung cÊp ®i qua lµm m¸t n­íc trong èng. §Ó t¨ng diÖn tÝch tiÕp xóc víi kh«ng khÝ, t¨ng kh¶ n¨ng truyÒn nhiÖt, gi÷a c¸c hµng èng cã l¾p c¸c c¸nh t¶n nhiÖt b»ng ®ång. 86 H×nh 6.10. CÊu t¹o hÖ thèng èng tan nhiÖt cña kÐt lµm m¸t 1. C¸nh t¶n nhiÖt 2-Khe t¶n nhiÖt h×nh tam gi¸c 3. Dßng khÝ lµm m¸t 4. Dßng n­íc lµm m¸t 5- èng dÉn n­íc lµm m¸t 6- M¸i t¹o chuyÓn ®éng rèi 7- Dßng khÝ chuyÓn ®éng rèi 6.6. N¾p kÐt n­íc N¾p kÐt n­íc cã hai van (h×nh 6.11). Van x¶ 1 cã t¸c dông gi¶m ¸p khi ¸p suÊt trong hÖ thèng cao (kho¶ng 1,15  1,25 kg/cm2) do bät h¬i sinh ra trong hÖ thèng, nhÊt lµ khi ®éng c¬ qu¸ nãng. Cßn van hót 2 sÏ më ®Ó bæ sung kh«ng khÝ khi ¸p suÊt ch©n kh«ng trong hÖ thèng lín h¬n gi¸ trÞ cho phÐp (kho¶ng 0,05  0,1 kg/cm2). H×nh 6.11 . CÊu t¹o n¾p kÐt lµm m¸t 1.Van x¶ 2. Van hót 6.7. Qu¹t kÐt n­íc vµ ®iÒu khiÓn qu¹t kÐt n­íc : Qu¹t kÐt n­íc cã 4 c¸ch dÉn ®éng : dÉn ®éng trùc tiÕp, dÉn ®éng qua khíp dÇu (khíp chÊt láng), dÉn ®éng b»ng m«t¬ thuû lùc vµ dÉn ®éng b»ng m«t¬ ®iÖn. §èi víi qu¹t kÐt n­íc ®­îc dÉn ®éng trùc tiÕp, tèc ®é cña nã t¨ng tû lÖ víi tèc ®é t¨ng cña ®éng c¬ §èi víi qu¹t kÐt n­íc dÉn ®éng b»ng khíp dÇu (h×nh 6.12) th× tèc ®é qu¹t ®­îc ®iÒu khiÓn b»ng viÖc më cöa dÇu silicon l­u th«ng trong khíp dÇu (h×nh 6.12.b). Khíp dÇu bao gåm ruét khíp dÇu vµ vá khíp dÇu cã c¸c gê vµ r·nh ®ång t©m ®­îc l¾p ¨n khíp víi nhau, gi÷a chóng chøa mét lo¹i dÇu silicon. DÇu silicon sÏ ®­îc më l­u th«ng gi÷a buång lµm viÖc phÝa tr­íc vµ khoang lµm viÖc phÝa sau cña khíp dÇu nhê mét van l­ìng kim. Khi nhiÖt ®é thÊp, tèc ®é quay cña qu¹t gi¶m xuèng ®Ó gióp ®éng c¬ t¨ng lªn, tèc ®é qu¹t t¨ng lªn ®Ó cung cÊp ®ñ l­îng kh«ng khÝ cho kÐt n­íc, t¨ng hiÖu qu¶ lµm m¸t. 1 2 4 5 6 7 87 a. b. H×nh 6.12. Khíp dÇu §Æc tÝnh vµ chÕ ®é ho¹t ®éng cña qu¹t kÐt n­íc cã khíp dÇu ®­îc tr×nh bµy ë h×nh 6.13. HÖ thèng qu¹t kÐt n­íc ®iÒu khiÓn b»ng ®iÖn tö dïng ®éng c¬ thuû lùc (h×nh 6.12a). M¸y tÝnh sÏ ®iÒu chØnh l­îng dÇu ®i vµo ®éng c¬ thuû lùc, vµ b»ng c¸ch ®ã mµ tèc ®é qu¹t ®­îc ®iÒu chØnh v« cÊp, lu«n lu«n ®¶m b¶o l­îng kh«ng khÝ phï hîp nhÊt. H×nh 6.13. §Æc tÝnh vµ chÕ ®é ho¹t ®éng cña qu¹t kÐt n­íc cã khíp dÇu Qu¹t kÐt n­íc ®iÒu khiÓn b»ng ®iÖn cã thÓ cã nhiÒu c¸ch ®iÒu khiÓn : ®iÒu khiÓn trùc tiÕp th«ng qua c«ng t¾c nhiÖt ®é n­íc vµ r¬le qu¹t kÐt n­íc hoÆc ®iÒu khiÓn th«ng qua ECU ®Ó t¹o nªn c¸c tèc ®é qu¹t kh¸c nhau nh»m duy tr× nhiÖt ®é n­íc trong vïng nhiÖt ®é tiªu chuÈn. So víi qu¹t ®iÖn th× qu¹t ®iÒu khiÓn b»ng m«t¬ thuû lùc nhá gän h¬n, Ýt ån h¬n vµ cã kh¶ n¨ng cung cÊp l­îng kh«ng khÝ lín h¬n. 88 Ch­¬ng 7: c¸c bé phËn phô cña ®éng c¬ 7.1. HÖ thèng th«ng h¬i 7.1.1. NhiÖm vô Trong qu¸ tr×nh ®éng c¬ lµm viÖc, khÝ nÐn vµ khÝ ch¸y cã nhiÖt ®é cao th­êng lät tõ buång ch¸y xuèng hép trôc khuûu mang theo h¬i nhiªn liÖu vµ c¸c s¶n phÈm ch¸y lµm cho dÇu b«i tr¬n gi¶m ®é nhít bÞ ph©n huû dÉn tíi gi¶m tuæi thä cña ®éng c¬. §Ó tr¸nh hiÖn t­îng trªn ®éng c¬ ®­îc bè trÝ hÖ thèng th«ng h¬i c¸c te vµ ®­îc bè trÝ theo hai ph­¬ng ¸n: th«ng giã hë vµ th«ng giã kÝn. 7.1.2.CÊu t¹o vµ sù lµm viÖc cña hÖ thèng th«ng h¬i 7.1.2.1. Th«ng giã hë H×nh7.1. Th«ng giã hë (hép trôc khuûu) 1.bÇu läc giã; 2.n¾p xilanh; 3.läc khÝ th«ng giã; 4.èng giã vµo; 5.cöa giã ra; 6.èng ra; 7.läc ng¨n dÇu. §©y lµ kiÓu th«ng giã tù nhiªn ®Ó khÝ trong hép trôc khuûu tù tho¸t ra ngoµi. KhÝ trong hép trôc khuûu l­u ®éng lµ do piston chuyÓn ®éng hoÆc do «t« chuyÓn ®éng (nÕu lµ ®éng c¬ l¾p trªn «t«) t¹o thµnh vïng ¸p suÊt thÊp ë miÖng ra 5 cña èng 6 nªn khÝ trong hép trôc khuûu tù tho¸t ra ngoµi. Kh«ng khÝ tù vµo ®­îc läc bôi ë bé läc 3, cßn khÝ tho¸t ra ®­îc g¹n l¹i dÇu ë bé phËn läc 7, t¹i ®©y dÇu r¬i trë l¹i hép trôc khuûu. Ph­¬ng ¸n nµy ®¬n gi¶n nh­ng hiÖu qu¶ th«ng giã kh«ng cao, chãng ph¶i thay dÇu vµ khÝ trong hép trôc khuûu tho¸t ra g©y « nhiÔm m«i tr­êng. 7.1.2.2. HÖ thèng th«ng giã c¸c te tÝch cùc 89 H×nh 7.2. HÖ thèng th«ng giã c¸c te tÝch cùc (PCV-Positive Crankcase Ventilation) trªn ®éng c¬ 1 hµng xilanh. §©y lµ kiÓu th«ng giã lîi dông ®é ch©n kh«ng trong ®­êng n¹p hót khÝ trong hép trôc khuûu ®­a vµo xilanh ®éng c¬ cïng víi dßng khÝ n¹p míi. Cô thÓ kh«ng khÝ tõ bÇu läc giã 5 qua ®­êng th«ng trªn n¾p bÇu läc theo èng 2 vµo hép trôc khuûu. Sau khhi th«ng giã hép trôc khuûu, khÝ theo èng ra 3 trë vµo bÇu läc vµ ®­îc hót vµo ®éng c¬. Do th«ng giã c­ìng bøcc nªn hiÖu qu¶ th«ng giã cao, chu kú thay dÇu dµi h¬n vµ gi¶m « nhiÔm m«i truêng. Tuy nhiªn xupap vµ xilanh dÔ bÞ ®ãng muéi vµ mßn nhanh. 7.2 BÇu läc kh«ng khÝ 7.2.1. NhiÖm vô Dïng ®Ó läc s¹ch kh«ng khÝ tr­íc khi cung cÊp vµo trong xilanh ®Ó t¹o thµnh hçn hîp ch¸y. NÕu kh«ng khÝ kh«ng ®­îc läc s¹ch bôi bÈn vµ c¸c t¹p chÊt kh¸c sÏ cïng hçn hîp ch¸y n¹p vµo trong xilanh(kho¶ng 20g bôi trong mét giê lµm viÖc cña ®éng c¬) lµm t¨ng tèc ®é hao mßn cña xilanh, piston, vßng g¨ng v.v.. 7.2.2. CÊu t¹o bÇu läc kh«ng khÝ ë «t« m¸y kÐo th­êng sö dông bÇu läc kh«ng khÝ kiÓu qu¸n tÝnh b»ng dÇu víi 2 cÊp läc (h×nh 5.3). CÊu t¹o gåm cã vá chËu dÇu, l­íi läc vµ èng nèi. trong vá chËu dÇu l¾p cèc ®ì, cßn èng thu kh«ng khÝ l¾p ë n¾p b×nh. BÇu läc kh«ng khÝ b¾t víi bÖ ®ì é chÕ hoµ khÝ b»ng ®inh vÝt gh×, vá b×nh läc b¾t víi èng nèi b»ng ®inh vÝt gh× vµ ª cu tai hång. D­íi t¸c dông cña ch©n kh«ng trong xilanh kh«ng khÝ bÈn trong b×nh läc ®i xuèng phÝa d­íi vµ khi gÆp dÇu th× ®ét ngét thay ®æi h­íng chuyÓn ®éng vÒ phÝa l­íi läc. Khi tiªu hao kh«ng khÝ Ýt møc dÇu ng¨n trong vµ ng¨n ngoµi sÏ b»ng nhau. DÇu sÏ chuyÓn ®éng theo vßng ch¾n dÇu lªn phÝa trªn, mang theo kh«ng khÝ vµ tÈm ­ít phÇn d­íi lâi läc. C¨n cø theo møc t¨ng cña buång kh«ng khÝ mµ møc b) Tèc ®é caoa) Tèc ®é th«ng th­êng Bé t¸ch dÇu b«i tr¬n Van th«ng giã c¸c-te 90 dÇu ë ng¨n trong t¨ng lªn, cßn møc dÇu ë ngoµi th× gi¶m xuèng do ®é ch©n kh«ng ë ng¨n trong t¨ng lªn. §é ch©n kh«ng ®ã ph¸t sinh lµ nhê lç nèi th«ng ng¨n trong víi khoang trèng cña lâi läc. Møc dÇu ban ®Çu ®­îc håi phôc l¹i theo møc ®é t¨ng cña sù tiªu hao kh«ng khÝ. Bôi bÈn l¾ng ®äng ë vßng ch¾n dÇu bÞ dÇu röa tr«i l¾ng xuèng ®¸y chËu dÇu. ViÖc thay ®æi møc dÇu trong chËu dÇu ®¶m b¶o cho sù tÈm ­ít mét c¸ch ®ång ®Òu phÇn d­íi lâi läc vµ sù tiÕp xóc ®Òu ®Æn cña kh«ng khÝ víi bÒ mÆt cña dÇu ë c¸c chÕ ®é lµm viÖc kh¸c nhau cña ®éng c¬. Kh«ng khÝ ®­îc läc s¹ch ®i theo èng dÉn vµo bé chÕ hoµ khÝ. H×nh 7.3. KÕt cÊu bÇu läc kh«ng khÝ (®éng c¬ DSC- 80) 1-Vá bÇu läc KK 2- PhÇn tö läc 3- V¸ch ®ì 4- Vßng h·m 5- §¸y bÇu läc KK 6- M¸ng chøa dÇu H×nh7.4.BÇu läc kh«ng khÝ lo¹i liªn hîp ­ít 1. M¸ng dÇu 2. Lâi läc 3. èng nèi 4, 5, 6 Vßng ®Öm 7. §ai èc 8. VÝt b¾t lâi läc 9. Nèi víi HT th«ng giã c¸c-te 10.Vµnh ph¶n x¹ 11, 12. C¸c ng¨n cña m¸ng dÇu. 13. Cèc 14. MÆt bÝch; A,B Khe hë 7.3. HÖ thèng x¶ Trong c¸c ®éng c¬ hiÖn ®¹i, ®Ó ®¶m b¶o h¹n chÕ « nhiÔm m«i tr­êng do khÝ x¶, th­êng sö dông hÖ thèng x¶ cã bé xö lý khÝ tr­íc khi ®­a ra m«i tr­êng. Bé xö lý khÝ cã chøa chÊt xóc t¸c lµm trung hßa c¸c lo¹i khÝ ®éc nh­: CO; NOx ; CH C¸c khÝ nµy sau khi ®i qua bé xö lý, t¹o thµnh c¸c khÝ: N2;CO2; H2O; .... Sau ®ã khÝ x¶ theo ®­êng èng qua bé gi¶m ©m. Ba ®­êng cña hÖthèng lµ c¸c ®­êng: DËp löa, xö lý khÝ vµ gi¶m ©m. a- M¸ng dÇu lo¹i cò b - M¸ng dÇu lo¹i míi Tõ c¸c-te tíiTíi chÕ hoµ khÝ Kh«ng khÝ cã bôi 91 H×nh 7.5. KÕt cÊu hÖ thèng x¶ cã bé trung hoµ kiÓu xóc t¸c “3 ®­êng” 7.4. M¸y t¨ng ¸p 7.4.1.NhiÖm vô T¨ng ¸p lµ lµm t¨ng ¸p suÊt dßng khÝ n¹p vµo xilanh nh»m môc ®Ých lµm t¨ng hÖ sè n¹p tõ ®ã n©ng cao c«ng suÊt cña ®éng c¬ diªsel. HÖ sè n¹p cµng cao thÓ tÝch kh«ng khÝ ®­îc n¹p vµo xilanh cµng lín, kh¶ n¨ng ®èt ch¸y s¹ch nhiªn liÖu cµng nhiÒu dÉn ®Õn t¨ng c«ng suÊt ®éng c¬. Trªn ®éng c¬ diesel 2 kú b¬m t¨ng ¸p cã hai nhiÖm vô chÝnh sau: B¬m kh«ng khÝ vµo xilanh ®Ó quÐt s¹ch khÝ th¶i ra ngoµi n¹p ®Çy kh«ng khÝ vµo xilanh ®éng c¬ Trªn ®éng c¬ diesel 4 kú cã nhiÖm vô chÝnh sau: Luång giã thæi vµo xilanh cã vËn tèc cao nªn t¹o xo¸y lèc hoµ trén ®Òu víi dÇu diesel vµ ch¸y nhanh triÖt ®Ó h¬n. Gãc trïng ®iÖp khi c¶ hai xupap ®ang më luånh giã thæi vµo cßn quÐt s¹ch khÝ th¶i ra ngoµi nhê ®ã th¶i s¹ch h¬n. Tiªu hao nhiªn liÖu Ýt h¬n ®éng c¬ diesel kh«ng cã t¨ng ¸p Nhê l­îng kh«ng khÝ dåi dµo nªn cã thÓ t¨ng l­îng nhiªn liÖu phun vµo xilanh do ®ã c«ng suÊt ®éng c¬ t¨ng thªm kho¶ng 40% 7.4.2. M¸y nÐn giã dÉn ®éng b»ng tua bin khÝ th¶i C«ng suÊt dïng ®Ó dÉn ®éng b¬m khÝ nÐn th­êng ¶nh h­ëng nhiÒu ®Õn c«ng suÊt ®éng c¬ v× vËy ta tËn dông n¨ng l­îng cña khÝ x¶ ®Ó quay tua bin m¸y nÐn t¨ng ¸p. Ph­¬ng ph¸p nµy ®­îc ¸p dông cho lo¹i ®éng c¬ diesel th«ng dông nh­ Caterpillar, Man vµ ®éng c¬ REO v.v.. èng x¶ Khíp nèi Cæ gãp` C¶m biÕn Lambda èng nèimÒm Vá Bé xö lý khi th¶i Bé xö lý khÝ th¶i Gi¸ treo èng x¶ èng nèi trung gian Bé gi¶m ©m Khoang gi¶m ©m Lâi gèm d¹ng tæ ong L­íi ®ì b»ng thÐp Vá thÐp kh«ng gØ Líp bét nh«m phñ chÊt xóc t¸c Lâi gèm 92 H×nh 7.6. S¬ ®å hÖ thèng t¨ng ¸p tua-bin khÝ th¶i KhÝ th¶i cña ®éng c¬ tho¸t ra vÉn cßn ¸p suÊt vµ vËn tèc ®¸ng kÓ. Ng­êi ta tËn dông n¨ng l­îng nµy cho thæi qua mét c¸nh qu¹t gäi lµ tua bin h¬i, tua bin quay kÐo kh«ng khÝ nÐn Ðp thæi vµo xilanh ®éng c¬. Tua bin vµ m¸y nÐn cïng l¾p trªn mét trôc t¹o thµnh côm liªn hîp, côm nµy gåm mét tua bin khÝ mét tÇng vµ m¸y nÐn khÝ ly t©m. H×nh 7.7. Nguyªn lý lµm viÖc vµ cÊu t¹o cña bé Tuabin-M¸y nÐn 93 Ch­¬ng 8: tÝnh to¸n mét sè chi tiÕt cña ®éng c¬ 8.1. TÝnh to¸n Piston 8.1.1. Tính nghiệm bền đỉnh piston Đỉnh piston thường có kết cấu đa dạng và phức tạp. Vì vậy ứng suất phân bố cũng rất phức tạp và không đồng đều. Khi tính nghiệm bền của đỉnh piston, ta giả thiết lực tác dụng lên đỉnh piston phân bố đều và chiều dày của đỉnh là không đổi. Dưới đây giói thiệu hai phương pháp tính nghiệm bền đỉnh piston: 8.1.1.1 Công thức Back Công thức Back dùng các giả thiết như sau: + Coi đỉnh piston là một đĩa tròn có độ dày đồng đều và được đặt trên gối tựa trụ rỗng. + Coi áp suất khí thể zP phân bố đều trên đỉnh piston. )(. MNFpP zzz  Lực khí thể tác dụng lên nửa đỉnh piston là: z z pDP 82 2 Lực này có điểm đặt tại điểm trọng tâm của nửa hình tròn, có khỏang cách theo trục y là:  3 2 1 Dy + Phản lực phân bố trên nửa đường tròn có đường kính 1D , có trị số bằng 2 zP và có điểm đặt tại trọng tâm của nửa hình tròn 1D , cách trục xx  một đoạn là 2y  1 2 Dy Do đó đỉnh chịu mô men uốn UM )(2 12 yy PM zU  )3 2(2 1  DDPz Coi DD 1 thì: 3 24 1 6 Dp DpM zzU  Mô đun chống uốn cúa tiết diện đỉnh: 6 2DWU  Do đó ứng suất uốn đỉnh piston: 2 2 4 DpW M z U U u  H×nh 8.1. S¬ ®å tÝnh ®Ønh piston theo ph­¬ng ph¸p Back 94 Ứng suất cho phép của các loại vật liệu chế tạo piston như sau: + Đối với nhôm hợp kim: - Đỉnh không gân chịu lực   2/)2520( mMNu  - Đỉnh có gân chịu lực:   2/)190100( mMNu  + Đối với gang hợp kim: - Đỉnh không gân chịu lực   2/)4540( mMNu  - Đỉnh có gân chịu lực   2/)200100( mMNu  8.1.1.2 Công thức Orolin Công thức Orolin coi đỉnh pistn là một đĩa tròn bị ngàm cứng trong gối tựa hình trụ. Giả thiết này tương đối sát với loại đỉnh mỏng có D2,0 . Khi chịu áp suất zp phân bố đều trên đỉnh, ứng suất một phân tố ở vùng ngàm theo các công thức sau: Ứng suất hướng kính: )/(4 3 2 2 2 mMNpr zx   Ứng suất hướng tiếp tuyến: )/(4 3 2 2 2 mMNpr zy   Trong đó:  - Hệ số ngàm, thường chọn 1  - Hệ số poát xông. Với gang 3,0 với nhôm 26,0 H×nh 8.2. S¬ ®å tÝnh ®Ønh piston theo ph­¬ng ph¸p Orlin r – Khỏang cách từ tâm đỉnh tới mép ngàm. Vói nhôm và gang thì   2/60 mMN 8.1.2 Tính nghiệm bền đầu piston Tiết diện xung yếu của phần đầu là tiết diện cắt ngang qua rãnh xéc măng dầu. Ứng suất kéo: 11 max11 11 .     F fm F PfI k Trong đó 11m là khối lượng phần đầu piston phía trên tiết diện 1-1. Ứng suất cho phép   2/10 mMNk  Ứng suất nén: iMaxN PF D F P 11 2 11 1 4   Ứng suất cho phép: Đối với gang   2/40 mMNN  Đối với nhôm   2/25 mMNN  8.1.3 Tính nghiệm bền thân piston Việc tính nghiệm bền cho thân, chủ yếu là kiểm tra áp suất tiếp xúc của phần thân với xilanh. 95 DL NK th th . max ; )/( 2mMN Trong đó maxN là lực ngang lớn nhất, có thể tính bằng công thức thực nghiệm sau:  PN )055,005,0(max Trong đó P là hợp lực của lực khí thể và lực quán tính khi o3020  sau DCT của kỳ sinh công. Trị số cho phép của thK như sau: Đối với động cơ tốc độ thấp:   2/)35,015,0( mMNK th  Đối với động có tốc độ trung bình:   2/)5,03,0( mMNK th  Đối với động cơ tốc độ cao:   2/)2,16,0( mMNK th  Áp suất tiếp xúc trên bệ chốt piston cũng được xác định theo công thức tương tự: 2 1 /;2 mMNld PK cp z b  Trong đó: cpd là đường kính chốt piston; 1l là chiều dài làm việc của bệ chốt. Áp suất tiếp xúc cho phép: Kiểu lắp chốt xoay   2/)3020( mMNK b  Kiểu lắp cố định trên piston gang   2/)4025( mMNK b  8.2. Tính to¸n thanh truyền 8.2.1 Tính nghiệm bền đầu nhỏ thanh truyền 8.2.1.1 Đầu nhỏ thanh truyền dày Loại đầu nhỏ thanh truyền dày, có kích thước 5,1 1 2 d d , trong đó d1, d2 là đường kính trong và đường kính ngoài của lỗ đầu nhỏ. Khi làm việc, đầu nhỏ chịu ứng suất kéo do lực Pjmax 2max /;2 mMNSl P d j k  Trong đó: Pjmax – lực quán tính khối lượng chuyển động tịnh tiến cực đại(MN) Ld, S- Chiều dài và chiều dày của đầu nhỏ. Ứng suất kéo cho phép:   2/)6030( mMNk  . Không cần kiểm tra ứng suất nén, vì khá an toàn. 8.2.1.2 Đầu nhỏ thanh truyền mỏng Đầu nhỏ thanh truyền mỏng (d2/d1<1,5), rất dễ bị biến dạng khi chịu kéovà chịu nén. Khi tính toán, coi đầu nhỏ thanh truyền như một thanh cong ngàm cứng ở phần chuyển tiếp giữa đầu nhỏ với thân. Trường hợp chịu kéo 96 Tính theo công thức Kinasoxvili với các giả thiết sau: + Coi lực quán tính phân bố đều trên đường kính trung bình của đầu nhỏ 2 maxjPq  ; trong đó 4 21 dd  + Coi đầu nhỏ là thanh cong bị ngàm tại C-C, ứng với góc  . 12 12arccos90       r H o . H×nh 8.3. S¬ ®å lùc t¸c dông khi ®Çu nhá thanh truyÒn chÞu kÐo Từ sơ đồ tính toán trên hình trªn, mô men và lực pháp tuyến thay thế MA,NA, tính theo công thức: )0297,000033,0(  jA PM )0008,0752,0(  jA PN Trong công thức  được tính theo độ Mô men và lực pháp tuyến trên tiết diện ngàm C-C, được tính theo công thức: )cos(sin5,0)cos1(   jAAj PNMM )cos(sin5,0cos   jAj PNN Do đầu nhỏ có bạc lót được ép chặt trong lỗ, nên đã tạo ra ứng suất trước. Vì vậy khi chịu lực, đầu nhỏ được giảm tải. Hệ số giảm tải phụ thuộc vào độ cứng vững của các chi tiết lắp ghép: bbdd dd FEFE FE  Trong đó: Ed, Eb – là mô đun đàn hồi của vật liệu làm thanh truyền và bạclót. Fd, Fb – là tiết diện dọc của đầu nhỏ thanh truyền và bạc lót.Vì vậy, khi chịu lực, lực kéo thực tế tác dụng lên tiết diện ngàm là: jk NN  Ứng suất tổng tác dụng lên mặt trong và mặt ngoài đầu nhỏ (tính với góc từ 0 đến  ), có thể tính theo công thức: SlNSS SM d kjnj 1 )2( 62        (ứng suất mặt ngoài khi chịu nén) SlNSS SM d kjtrj 1 )2( 62        (ứng suất mặt trong khi chịu kéo) Ta thấy, ứng suất tác dụng trên mặt ngoài ở ngàm C_C có trị số lớn nhất. 97 Góc  càng nhỏ thì ứng suất càng nhỏ. Khi o90 thì: Mj = MA = 0Nj = NA =0,5Pj Sl P d j trjnj 2  Trường hợp chịu nén Lực nén tác dụng lên đầu nhỏ thanh truyền là hợp lực của lực khí thể và lực quán tính: ppktjkt FmRFpPPP )1(2   H×nh 8.4. øng só©t mÆt ngoµi vµ mÆt trong ®Çu nhá khi chÞu kÐo H×nh 8.5. S¬ ®å lùc t¸c dông khi ®Çu nhá thanh truyÒn chÞu nÕn Theo Kinasoxvili, lực P phân bố theo quy luật cosin. Quan hệ của MA, NA, với góc ngàm  , theo quy luật đường cong như hình .. Mô men và kực kéo trên tiết diện ngàm được xác định theo công thức sau: )cos1sin2 sin()cos1(   PNMM AAI )cos1sin2 sin(cos   PNN AI Do đó ứng suất trên mặt ngoài được tính như sau: SlNSS SM d IInz 1 )2( )6(2        H×nh 8.6. S¬ ®å øng suÊt trªn dÇu nhá khi chÞu nÐn Ứng suất mặt trong: SlNSS SM d IItrz 1 )2( )6(2        Ứng suất biến dạng 98 Ứng suất biến dạng sing ra do thanh truyền chịu nhiệt và lắp bạc lót có độ dôi. Khi làm việc, nhiệt độ của thanh truyền có thể đạt tới 150ôC, nên đầu nhỏ và bạc lót đều dãn nở. Nhưng do vật liệu chế tạo đầu nhỏ và bạc lót khác nhau nên đã sảy ra ứng suất biến dạng. Độ dãn nở của đầu nhỏ khi chụi nhiết tính bằng công thức sau: td lttbt )(   t – là nhiệt độ của đầu nhỏ dl – đường kính lỗ đầu nhỏ ttb  , - Hệ số dãn dài của vật liệu chế tạo bạc lót và thanh truyền. Đôi với đồng: 510.8,1 b Đối với thép: 510.1 tt Nếu độ dôi ép bạc là  , thì tổng độ dôi )( t , sẽ tạo ra áp suất p phân bố đều trên mặt trong của đầu nhỏ.               b b b tt t E dd dd E dd dd d p  22 2 22 2 2 1 2 2 2 1 2 2 1 )( )( Trong đó: d1, d2 – Đường kính trong và đường kính ngoài của đầu nhỏDb – Đường kính trong của bạc lót  - Hệ số poat- xông, 3,0 Ett – Mô đun đàn hồi của thanh truyền, Đối với thép Ett=2,2.105MN/m2Eb – Mô đun đàn hồi của bạcĐối với đồng: Eb= 1,15.105MN/m2Ứng suất biến dạng của đầu nhỏ thanh truyền tính theo công thức Lame: + Trên mặt trong của đầu nhỏ: 2 1 2 2 2 1 2 2 dd ddptr   + Trên mặt ngoài của đầu nhỏ: 2 1 2 2 2 12 dd dpn  Hệ số an toàn của đầu nhỏ Do ứng suất trên mặt ngoài của đầu nhỏ có trị số lớn nhất, nhưng luôn luôn thay đổi trị số làm cho đầu nhỏ dễ bị mỏi. Ứng suất cực đại và cực tiểu của chu trình bằng: 99 trnjMax   nnzMin   Từ đó có thể tính: + Biên độ ứng suất: 2 MinMax a   + Ứng suất trung bình: 2 MinMax m   Hệ số an toàn của của đầu nhỏ n được xác định H×nh 8.7. S¬ ®å tÝnh bªn th©n thanh truyÒn ®éng c¬ tèc ®é thÊp bằng công thức: ma n      1 Trong đó, hệ số ứng suất  được tính bằng: 0 012     1 - giới hạn mỏi của vật liệu ở chu trình đối xứng 0 giới hạn mỏi của vật liệu ở chu trình mạch động. Khi thiết kế đầu nhỏ của thanh truyền, phải đảm bảo 5,2n 8.2.2 Tính nghiệm bền của thân thanh truyền Khi làm việc, thân thanh truyền chịu lực tổng hợp: nén, kéo, uốn dọc. Thông thường khi tính toán, người ta chia thanh truyền thành hai loại theo tính năng tốc độ của động cơ. 8.2.2.1 Đối với động cơ tốc độ thấp và trung bình Người ta thường chỉ tính tải trọng tĩnh do tác dụng của lực khí thể cực đại, bỏ qua lực quán tính chuyển động tịnh tiến và lực quán tính của thanh truyền. a, ứng suất nén tại tiết diện nhỏ nhất của thanh truyền: Min Maxz N F P . b, Ứng suất nén và uốn tại tiết diện trung bình của thân thanh truyền Ứng suất tổng khi uốn theo chiều mặt phẳng lắc: x Tb z xTb z x kF P i lCF P     2 2 1 Ứng suất tổng khi uốn theo chiều vuông góc với mặt phẳng lắc: y Tb z yTb z y kF P i lCF P       2 2 1 41 Trong đó: 100 FTb – tiết diện trung bình của thanh truyền ở khoảng cácch l/2 l, l1 – Chiều dài chụi uốn của thân thanh truyền.ix, iy – bán kính quán tính của tiết diện trung bình khi chịu uốn theophương x-x và y-y. Tb x x F ji  ; Tb y y F ji  Jx, jy, - mô men quán tính của tiết diện trung bình khi chịu uốn theo trục x và trục y. C – hệ số đàn hồi, đối với thép: 0005,00002,0 C . k1, k2 – hệ số rút gọn. 2 2 1 1 xi lCk  ; 2 2 1 2 41 yi lCk  . Thường thì hai hệ số này không chênh lệch nhau nhiều lắm và nằm trong khoảng 15,110,121  kk . Nếu thanh truyền làm bằng thép Các-bon, thì:   2/)12080( mMN . Còn làm bằng thép hợp kim:   2/)180120( mMN . 8.2.2.2 Tính nghiệm bền thân thanh truyền của động cơ tốc độ cao Ở động cơ tốc độ cao, khi tính nghiệm bền của thân thanh truyền phải tính đến lực quán tính chuyển động tịnh tiến và lực quán tính của thanh truyền, theo hệ số tải trọng động. Lực tác dụng gây nén, uốn dọc thân thanh truyền là lực tổng hợp. ppzjkt FmRFPPPP )1(2   a, ứng suất tổng trên tiết diện trung bình, tính tương tự như ở trường hợp trên: x Tb x kF P ; y Tb y kF P b, ứng suất kéo trên tiết diện trung bình do lực quán tính chuyển động tịnh tiến jtP . Tb jt k F P )1()2 1( 2   RmmP ttnpjt Trong đó: npm - Khối lượng của nhóm piston. ttm - Khối lượng của thanh tuyền. R - Bán kính quay của trục khuỷu.  - Tốc độ góc của trục khuỷu.  - Thông số kết cấu. c, Hệ số an toàn của tiết diện trung bình     )()( 2 1 kxkx xn   ;     )()( 2 1 kyky yn   0,35,2 n d, Hệ số an toàn của tiết diện nhỏ nhất của thân thanh truyền 101 )()( 2 1 knkn n       Trong đó: kn  ; - ứng suất nén và kéo tác dụng lên tiết diện MinF của thân thanh truyền: Min n F P ; Min j k F P 8.2.3 Tính nghiệm bền đầu to thanh truyền Khi tính nghiệm bền đầu to thanh truyền, người ta coi đầu to như thanh cong ngàm hai đầu: B-B và C-C. Với giả thiết như sau: 1, Nắp và bạc lót đầu to được lắp thành một khối cùng biến dạng. 2, Coi thanh cong có tiết diện đều, bán kính cong bằng C/2 (C là khoảng cách giữa tâm hai bu lông thanh truyền). 3, Lực quán tính tác dụng lên đầu to phân bố theo quy luật cosin. Lực quán tính này là hợp lực quán tính chuyển động tịnh tiến và lực ly tâm của phần khối lượng thanh truyền quy dẫn về tâm đầu to, không xét đến khối lượng của nắp đầu to. Lực quán tính tác dụng lên thanh truyền xác định theo công thức sau: pnpkdjđ FRmmFmRPPP 222 )()1(   ))()1(( 22 npđ mmmRFP   H×nh 8.8. S¬ ®å tÝnh bÒn dÇu to thanh truyÒn Trong đó nm - Khối lượng của nắp đầu to. Đối với loại động cơ thồng dụng, có thể lấy góc ngàm o400  . Ứng suất tổng tác dụng lên đầu to thanh truyền được xác định theo công thức Kinaxosvili:           )( 4,0 )1( 023,0 db d b u đ FF j jW CP Trong đó: uW - mô đun chống uốn của nắp đầu to tại tiết diện A-A. db jj ; - mô men quán tính của tiết diện bạc lót và đầu to ở A-A. db FF ; - diện tích tiết diện bạc lót và đầu to ở tiết diện A-A. C - khoảng cách giữa hai bu lông thanh truyền. Ứng suất cho phép   của các loại động coe như sau: 102 + Động cơ tĩnh tại và tầu thủy:  2/)10060( mMN + Động cơ oto, máy kéo:  2/)200150( mMN + Động cơ cường hóa, thanh truyền làm bằng thép hợp kim: 2/)300200( mMN Độ biến dạng hướng kính của đầu to thanh truyền tính nghiệm theo công thức: )( 0024,0 3 bdd d jjE CPd  Trong đó: d - độ biến dạng (Cm). dE - mô đun đàn hồi của vật liệu chế tạo thanh truyền.  mmd )1,006,0(  . 8.3. Tính to¸n trục khuỷu Tính nghiệm bền của trục khuỷu chỉ là tính gần đúng, và tính theo giả thiết dầm tĩnh định (chứ thực ra trục là một dầm siêu tĩnh). Trục được phân đoạn ra từng khuỷu, rồi nghiệm bền với khuỷu nguy hiểm nhất. Người ta giả thiết: ứng suất lớn nhất tác dụng lên khuỷu nguy hiểm nhất, có thể xảy ra trong 4 trường hợp sau đây: 1, Trường hợp chịu PzMax, khi khởi động.2, Trường hợp chịu ZMax, khi làm việc.3, Trường hợp chịu TMax, khi làm việc 4, Trường hợp chịu lực MaxT Trong thực tế vận hành động cơ, Lực tác dung trong trường hợp 1 bao giờ cũng lớn hơn trường hợp 2 và lực tác dụng lên trục khuỷu ở trường hợp 3 bao giờ cũng lớn hơn ở trường hợp 4. Vì vậy, người ta chỉ tính nghiệm ở trường hợp 1 và trường hợp 3. Kí hiệu trên sơ đồ lực: ZT & - lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến tác dụng lên trục khuỷu. rlP - Lực quán tính ly tâm của má khuỷu lC - Lực quán tính ly tâm của chốt khuỷu 2C - Lực quán tính ly tâm của khối lượng m2 2rC - Lực quán tính ly tâm của đối trọng ,,,,,, ;;; " ZTZT - Các phản lực của ZT & ,,, ; kk MM - Mô men xoắn tác dụng trên cổ khuỷu bên trái và bên phải. 8.3.1 Trường hợp chịu PzMaxĐối với động cơ Diedel, thì đây là trường hợp khởi động. Vị trí trục khuỷu ở điểm chết trên, 0;0;0;0;0  rj PPnT pzMaxzMax FpPZ  Lúc này: 0 ,, , l ZlZ  ; 0 , ,, l ZlZ  103 8.3.1.1 Tính nghiệm bền chốt khuỷu, mô men uốn trên chốt khuỷu ,,lZM u  Ứng suất uốn trên chốt khuỷu: uu u u W lZ W M ,, 31,0 chu dW  - Đối với chốt đặc. )(32 44 ch chch u d dW  - Đối với chốt rỗng. chchd & - đường kính ngoài và đường kính trong của chốt khuỷu. 8.3.1.2 Tính nghiệm bền cúa má khuỷu Lực pháp tuyến Z gây ra uốn và nén tại A-A. Ứng suất uốn má khuỷu: 6 2 ,, hb bZ W M u u u  Ứng suất nén má khuỷu: bh Z n 2 Ứng suất tổng: nu   8.3.1.3 Tính nghiệm bền cổ trục H×nh 8.9. S¬ ®å tÝnh bÒn trôc khuûu Ứng suất uốn cổ trục: u u W bZ ,, Ứng suất uốn cổ trục, trong trường hợp này thường nhỏ hơn rất nhiều so với ứng suất uốn cổ chốt. Nên trong tính toán kỹ thuật ta có thể bỏ qua không tính. 8.3.2 Trường hợp chịu TMaxVị trí tính toán của khuỷu nguy hiểm, lệch so với vị trí DCT một góc maxT  . 104 H×nh 8.10. §å thÞ ( )T f  Lúc này MaxTTn  ;;0 , các lực quán tính đều tồn tại. Căn cứ vào đồ thị: )(FT  để xác định trị số lực tiếp tuyến và các góc tương ứng. Ví dụ: Đồ thị )(FT  của động cơ 6 xilanhnhư hình ., ta có oT 27max  . Tương ứng ta có 2/81,1 mMNT  , lực tiếp tuyến của các góc cần tính, thống kê trong bảng sau:  27o 147o 267o 387o 507o 627o T 1,81 0,55 -0,4 -0,78 -0,4 -0,45 Bảng để tìm khuỷu nguy hiểm Khuỷu o27 o147 o267 o387 o507 o627 1 81,1MaxT 011  T 0,55 -0,4 -0,78 -0,4 -0,45 2 -0,4 -0,78 0,4 -0,45 81,1MaxT 4,011  T 0,55 3 0,4 -0,45 81,1MaxT 011  T 0,55 -0,4 -0,78 4 0,55 -0,4 -0,78 0,4 -0,45 81,1MaxT 68,011  T 5 -0,45 81,1MaxT 08,111  T 0,55 -0,4 -0,78 0,4 6 -0,78 0,4 -0,45 81,1MaxT 68,011  T 0,55 -0,4 Từ bảng thông kê ta thấy, khuỷu thứ 2, ngoài lực maxT còn có mô men cùng chiều do 11T gây ra, nên khuỷu thứ 2 là khuỷu nguy hiểm nhất. Do đó phải tính nghiệm cho khuỷu thứ 2. 8.3.2.1 Tính nghiệm bền chốt khuỷu Ứng suất uốn trong mặt phẳng khuỷu: ux rr ux x ux u W cPaPlZ W M 21,,  Ứng suất trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng khuỷu trục: uyux y uy u W lT W M ,, 105 Đối với chốt rỗng:      ch chch uyux d dWW 44 32  Ứng suất uốn tổng cộng: 22 )()( yuxuu   Ứng suất xoắn chốt khuỷu: k ii k k x W RTT W M )(   Ứng suất tổng khi chịu uốn, xoắn: 22 4 xu   8.3.2.2 Tính nghiệm bền cổ trục Thường tính cổ bên phải, vì cổ này chịu lực lớn hơn cổ bên trái. Ứng suất do lực pháp tuyến ,,Z gây ra: uxux x ux u W bZ W M ,,,, Ứng suất uốn do lực tiếp tuyến gây ra: uyuy y uy u W bT W M ,,,, Ứng suất uốn tổng cộng: 22 )()( yuxuu   Ứng suất xoắn: k ii k k x W RTT W M )(,,   Ứng suất tổng khi chịu uốn, xoắn: 22 4 xu   8.3.2.3 Tính nghiệm bền má khuỷu Thường tính má khuỷu bên phải, vì má này chịu lực lớn. Ứng suất do lực pháp tuyến ,,Z gây ra: 6 2 ,,,, hb bZ W M u Z uZ u  Ứng suất uốn do lực tiếp tuyến T gây ra: 6 2 ,, bh rTT u  (r – bán kính cổ khuỷu) Ứng suất uốn do mo men xoắn ,,kM gây ra: 6 2 ,, ,, bh M k M  Ứng suất xoắn má khuỷu do lực tiếp tuyến ,,T gây ra: kk k x W bT W M ,,,, 106 Trong đó kW là mô men chống xoắn của tiết diện má hình chữ nhật, như hình + Ở điểm I và II ta có : 2 1 ,,,, max bhg bT x  + Ở điểm III và IV, ta có: max2min xx g   Các hệ số g1, g2, phụ thuộc vào tỷ số h/b, giới thiệu trên hình . Ứng suất nén má khuỷu do lực phương pháp tuyến gây ra: hb PZ r n 2 ,,  Khi lập bảng tính ứng suất tổng trên các điểm của má khuỷu, ta quy ước là ứng suất kéo mang dấu dương, và ứng suất nén mang dấu âm. Căn cứ vào bảng tính ứng suất, ta thấy ứng suất tổng tại các diểm I, II, III, IV, bằng i cộng dọc theo cột: Ứng suất tổng tại các điểm I và II: 2 max 2 ,, 4)( xIIIIII   Ứng suất tổng tại các diểm III, IV: 2 min 2 ,, 4)( xIVIIIIVIII   Bảng xét dấu ứng suất tác dụng lên má khuỷu: Điểm  1 2 3 4 5 6 7 8 n + + + + + + + + ux + - + - + = 0 0 ur + - + - + - 0 0 uT + + - - 0 0 + - uM - - + + 0 0 - +  1 2 3 4 I II III IV x 0 0 0 0 xmaã xmaã minx minx  1 2 3 4 I II III IV Bảng ứng suất cho phép của trục khuỷu Kiểu động cơ Vật liệu Chốt khuỷu Má khuỷu Cổ trục khuỷu Tĩnh tại, tau thủy Thép Các- bon 2/)10070( mMN 2/)12080( mMN 2/)8050( mMN Oto, máy kéo, D/c cao tốc Thép hợp kim 2/)12080( mMN 2/)180120( mMN 2/)10060( mMN 107 Tµi liÖu tham kh¶o 1.Hå TÕ ChuÈn, nguyªn §øc Phó, TrÇn V¨n TÕ, NguyÔn TÊt tiÕn 1974, KÕt cÊu vµ tÝnh to¸n ®éng c¬ ®èt trong tËp II, NXB §H vµ trung häc chuyªn nghiÖp, Hµ Néi. 2.V.X.Kalixki, a.i.mandon, g.e.nagula 1979, ¤t«, NXB c«ng nh©n kü thuËt Hµ Néi. 3.Hå TÕ ChuÈn, nguyªn §øc Phó, TrÇn V¨n TÕ, NguyÔn TÊt tiÕn, Ph¹m V¨n ThÓ 1984, KÕt cÊu vµ tÝnh to¸n ®éng c¬ ®èt trong tËp I, NXB §H vµ trung häc chuyªn nghiÖp, Hµ Néi. 4.Nguyªn TÊt TiÕn 2000, Nguyªn lý ®éng c¬ ®èt trong, NXB Gi¸o dôc, Hµ Néi. 5.NguyÔn TÊn Quèc, KÕt cÊu tÝnh to¸n ®éng c¬ ®èt trong, Tr­êng §HSP kü thuËt H­ng Yªn. 6.Ph¹m Minh TuÊn 2001, §éng c¬ ®èt trong, NXB Khoa häc vµ Kü thuËt, Hµ Néi. GS.TS. NguyÔn TÊt tiÕn, GVC. §ç Xu©n KÝnh 2004, Gi¸o tr×nh kü thuËt söa ch÷a «t« m¸y næ, NXB Gi¸o dôc, Hµ Néi. 7. TS. §inh Ngäc ¢n 2009, CÊu t¹o ®éng c¬ ®èt trong - §HBK Hµ Néi. 8. Th.S. §Æng tÊn C­êng, TS. NguyÔn Tö Dòng, PGS, TS. NguyÔn §øc Phó 1988, Bµi gi¶ng thiÕt kÕ vµ tÝnh tãan ®éng c¬ ®èt trong, §HBK Hµ Néi.