Kết cấu nhóm PISTON

sửa chữa hay bảo dưỡng đều rất cần thiết nhằm nâng cao thời gian sử dụng của xe ,đảm bảo tính năng hoạt động của nó . Thiết kế “Cấu tạo động cơ'' là một môn học hết sức thiết thực , nó không những trang bị kiến thức cho nghành nghề mà phát triển nó còn giúp cho nghành động cơ nói chung và nghành ôtô riêng nước ta phát triển. Đó cũng là một trong những trang bị cần thiết cho công cuộc xây dựng đất nước theo con đường công nghiệp hoá , hiện đại hoá . Đề tài nghiên cứu “Kết cấu nhóm piston” là một đề tài chuyên sâu, nó chứa đựng một lượng kiến thức cơ bản về động cơ giúp cho người học hiểu rõ cấu trúc và nguyên lý của máy . Chương I Nhiệm vụ, kết cấu chung của cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền. 1.1/ nhiệm vụ: Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền biến đổi nhiệt năng ở hành trình cháy giãn nở sinh công thành cơ năng thông qua chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu. Nhờ có cơ cấu biên tay quay mà các kỳ : hút , xả , nén được thực hiện. Mômen xoắn quay sinh ra ở trục khuỷu động cơ qua bánh đà và các hệ thống truyền lực cho các bánh xe chủ động. 1.2/ kết cấu: Cơ cẩu trục khuỷu-thanh truyền gồm các chi tiết: piston , xecmăng, chốt piston, thanh truyền, bulông biên , bạc biên, trục khuỷu, bánh đà 1.2.1 Piston: Piston là một hình trụ rỗng, một đầu kín bên trong có các gân chịu lực Piston được chia làm ba phần chính: - Phần đỉnh - Phần đầu - Phần thân 1.2.2 Xecmăng : Xecmăng là một hình khoét tròn có chỗ cắt hở miệng, hai mặt cạnh được mài phẳng, nhẵn, bóng. Xecmăng có mặt cắt ngang hình chữ nhật Xecmăng gồm hai loại : - Xecmăng khí - Xecmăng dầu 1.2.3 Chốt piston: Chốt piston được chế tạo theo dạng ống tròn rỗng, mặt ngoài chốt được tôi một lớp mỏng băng điện cao tần để tăng tính chịu mòn của chốt. Bên trong của chốt có thể cắt theo các dạng: Lỗ thẳng, lỗ côn , lỗ bậc. Chốt piston dùng để nối piston với đầu nhỏ thanh truyền. 1.2.4 Thanh truyền: Thanh truyền là chi tiết dùng để nối piston với trục khuỷu thông qua chốt nhằm biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu. Thanh truyền được chia làm ba phần chính là: - Đầu nhỏ thanh truyền. - Thân thanh truyền. - Đầu to thanh truyền. Hình 1.1 : Thanh truyền. 1.2.4.1 Đầu nhỏ thanh truyền: Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền phụ thuộc vào chốt piston và phương pháp lắp ghép chốt piston và đầu nhỏ thanh truyền. Khi chốt piston lắp tự do đầu nhỏ thanh truyền có hình trụ rỗng: Hình 1.2 : Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền khi chốt piston lắp tự do ở động cơ cỡ lớn thường dùng đầu nhỏ thanh truyền có dạng cung tròn đồng tâm (hình a ) , đôi khi dùng kiểu ovan để tăng độ cứng, vững của đầu nhỏ thanh truyền (hình b).Trong động cơ máy bay , động cơ xăng dùng trên ô tô đầu nhỏ thanh truyền có hình trụ mỏng (hình c). Khi lắp chốt tự do, do có sự chuyển động tương đối giữa chốt và đầu nhỏ nên phải chú ý bôi trơn bề mặt masát ,thông thường dầu bôi trơn đầu nhỏ với chốt được đưa lên bằng đường dẫn dầu khoan dọc thân thanh truyền (hình a,b,d). ở động cơ hai kỳ đầu nhỏ luôn chịu áp lực nén ,do đó dầu đưa nên bôi trơn phải có áp suất cao và giữ được dầu bôi trơn trên bạc lót, đầu nhỏ có các rãnh chéo để chứa dầu nhờn (hình d). Đầu thanh truyền được bôi bằng cách vung té, để hấng được dầu bôi trơn, trên đầu nhỏ thanh truyền người ta có khoan các lỗ hấng dầu hoặc phay các rãnh. Hình 1.3 : Bố trí lỗ hứng dầu trên đầu nhỏ thanh truyền ở một số động cơ hai kỳ cao tốc áp suất rất lớn và khó bôi trơn do đó người ta không dùng bạc lót mà người ta dùng ổ bi đũa. Hình 1.4 : Đầu nhỏ thanh truyền dùng ổ bi đũa Đối động cơ làm mát đỉnh piston bằng dầu bôi trơn, trên đầu nhỏ thanh truyền phải bố trí lỗ phun dầu. ở động cơ cao tốc trên đầu nhỏ thanh truyền đôi khi làm lồi lên một ít, vấu lồi này dùng để điều chỉnh trọng lượng và trọng tâm của thanh truyền. Chiều dày đầu nhỏ thanh truyền thường chọn : Đối với thanh truyền được gia công cơ khí mặt ngoài: Đối với thanh truyền không được gia công cơ khí mặt ngoài: Chiều dày nhỏ nhất của đầu nhỏ thanh truyền thường không được nhỏ hơn 4mm. Chiều dài đầu nhỏ phải nhỏ hơn khoảng cách giữa hai bệ chốt piston ít nhất là 3mm. Khi lắp chốt piston cố định trên đầu nhỏ thanh truyền : Hình 1.5 : Đầu nhỏ thanh truyền khi lắp cố định với chốt Ưu điểm : Do sự mất cân bằng, do khối lượng đầu nhỏ phân bố không đối xứng ít gây ra ảnh hưởng đến sức bền của đầu nhỏ thanh truyền. Nhược điểm : Đầu nhỏ thanh truyền không cân bằng khi chuyển động . Kết cấu kiểu này tuy làm tăng tác dụng định hướng của piston , tránh kẹt vướng piston khi thanh truyền bị cong , bị xoắn hoặc chế tạo và gia công thiếu chính xác, nhưng làm cho kết cấu piston phức tạp, khó gia công đầu nhỏ thanh truyền. 1.2.4.2 thân thanh truyền : Dùng để nối đầu nhỏ với đầu to thanh truyền. Tiết diện ngang của thân thanh truyền : Hình 1.6 : Tiết diện thân thanh truyền Loại thân thanh truyền có tiết diện tròn (hình c,d) thường dùng trong động cơ tĩnh tại và tầu thuỷ tốc độ thấp. Loại thân có tiết diện hình chữ I(hình a,b) loại này được dùng rất nhiều trong động cơ ô tô-máy kéo và động cơ cao tốc. ở một vài loại động cơ nhiều hàng xilanh, đôi khi dùng loại thanh truyền có tiết diện hình chữ H (hình e). Loại thân thanh truyền có tiết diện hình chữ nhật và ovan (hình g,h) thường dùng trong động cơ mô tô, xuồng máy, động cơ cỡ nhỏ. Loại này kết cấu đơn giản dễ chế tạo. Để tăng độ cứng vững và dễ khoan đường dầu bôi trơn, thân thanh trruyền có gân gia cố trên suốt chiều dài của thân (hình i), đường kính lỗ dầu thông thường bằng 4á8mm). Do công nghệ khoan lỗ khó khăn đối với những thanh truyền có thân dài nên có khi người ta gắn đường ống dẫn dầu bôi trơn ở phía bên ngoài thân 1.2.4.3 Đầu to thanh truyền : Đầu to thanh truyền dùng để lắp ghép trục khuỷu với đầu to thanh truyền khi thiết kế chế tạo cần đảm bảo các yêu cầu sau: - Độ cứng vững tốt để bạc lót không bị biến dạng - Kích thước nhỏ , gọn để đảm bảo lực quán tính chuyển động quay nhỏ , giảm tải trọng lên chốt khuỷu. - Chỗ chuyển tiếp giữa thân và đầu to thanh truyền phải có góc lượn để tránh ứng suất tâp trung. - Dễ lắp ghép cụm piston , thanh truyền với trục khuỷu. Thông thường đầu to thanh truyền được cắt thành hai nửa. Nửa trên làm liền với thân thanh truyền. Nửa dưới cắt rời ra làm thành nắp đầu to. Hai nửa đầu to thanh truyền được lắp ghép với nhau bằng bulông hay gujông, bạc lót cũng cắt làm hai nửa. Hình1. 7 : Đầu to thanh truyền của động cơ ôtô - máy kéo và động cơ tĩnh tại Đầu to thanh truyền có thể làm liền thành một khối lắp với trục khuỷu rời. Đầu to thanh truyền cắt chia theo mặt cắt nghiêng (30á600 ) so với tâm thanh truyền. Hình1. 8: Đầu to thanh truyền cắt vát theo góc 450 và 00 và đầu to thanh truyền dùng chốt côn ở một số động cơ đầu to thanh truyền và thân có thể làm rời dùng gujông để lắp ghép. Dùng chốt côn để lắp ghép đầu to thanh truyền theo kiểu khớp bản lề , chốt có độ côn rất nhỏ. Rút ngắn khoảng cách giữa hai đường tâm lỗ bulông thanh truyền bằng cách khoan lỗ bulông gần vào tâm lỗ đầu to. Có khoan lẹm vào cả bạc lót, lúc này bulông thanh tryền có tác dụng định vị bạc lót. Hình 1.9 : Dịch tâm lỗ bulông 1.2.4.4 Đối ô tô jil-130: Thanh truyền chế tạo bằng thép. Tiết diện chữ I đầu to cắt làm hai nửa. Bôi trơn chốt piston bằng cách phun dầu. Đầu trên có ống lót bằng đồng thanh. Để lắp cơ cấu trục khuỷu thanh truyền được đúng , cần cho số ở biên tay quay của nhóm bên phải hướng về phía sau, còn nhóm bên trái thì hướng về phía trước theo chiều chuyển động của ô tô. 1.2.5/ Bulông biên : Bulông biên là một chi tiết nhỏ nhưng rất quan trọng. Khi bulông biên bị đứt , động cơ sẽ bị hư hỏng nặng có thể gây tai nạn lao động đối với người vận hành. Hình1. 10 : Bulông thanh truyền Bulông biên khác bulông thường để tránh xoay đầu bulông người ta mài vát và được hãm bằng đai ốc xẻ, phần ren có khoan lỗ để lắp chốt chẻ hoặc dùng long đen gập để hãm đai ốc. Với điều kiện làm việc hết sức phức tạp, người ta thiết kế tính toán chế tạo sao cho bulông biên chỉ chịu lực kéo, tránh lực cắt và lực uốn muốn vậy phải chú ý thực hiện các biện pháp: - Gia công bề mặt tựa của bulông và đai ốc vuông góc với đường tâm thanh truyền khiến cho khi lắp ghép bulông và thanh truyền không bị uốn do bề mặt tiếp xúc không bị kênh - Hình dáng đầu bulông cố gắng làm đối xứng, mặt ren ốc phải đồng tâm với đường tâm bulông để phương lực kéo bulông trùng với đường tâm bulông để khi xiết bulông không gây ra mômen uốn phụ. Tăng sức bền chống mỏi của bulông : - ở những chỗ thay đổi đường kính, kích thước bulông cũng gần như thay đổi ở phần nối tiếp thân bulông với đầu bulông, thân bulông với đoạn ren đều có góc lượn để giảm ứng suất tập trung . - Để tăng sức bến chống mỏi của bulông biên phần thân nối vớ ren thường làm thắt lại một ít. - Dùng loại đai ốc chịu kéo để giảm ứng suất trên các mối ren. - Tăng độ cứng ,vững đầu to thanh truyền và giảm lực tác dụng trên bulông biên . - Quy định lực xiết đai ốc bulông biên đúng mức cần thiết, khi xiết dùng cờ lê chỉ lực để xiết. Tăng sức bền của bulông thanh truyền bằng cách : - Mài bóng toàn bộ bulông biên. - Dùng các loại thép hợp kim tốt , nhiệt luyện để đạt độ cứng HRC26 á 32 và ram ở nhiệt độ cao để đạt tính dẻo. - Dùng các biện pháp gia công đặc biệt , lăn, cán ren để chế tạo ren ốc . Không nên tiện ren hoặc dùng bàn ren để ren nguội . Ngoài ra dùng các công nghệ khác như cán, lăn , làm chai bề mặt , phun hạt thép , phun cát hạch anh . . . để tăng sức bền chống mỏi của bulông biên . 1.2.6 Bạc biên : Bạc biên là hợp kim chịu mòn đúc tráng lên đầu to thanh truyền , có thể chia làm hai loại : - Tráng trực tiếp hợp kim chịu mòn lên đầu to thanh truyền - Tráng hợp kim chịu mòn lên bạc lót , có hai loại : Bạc lót dày là loại bạc lót có chiều dày của gộp bạc từ 3á6mm, lớp hợp kim chịu mòn dày khoảng 1,5 á 3mm . Bạc lót mỏng có chiều dày của gộp bạc từ 0,9 á3mm, lớp hợp kim chịu mòn khoảng 0,4 á 0,7 mm Hình 1.11 : Bạc lót thanh truyền : 1- Lưỡi gà định vị bạc lót mỏng ; 2- Rãnh vát chứa dầu và chống biến dạng ; 3- Vai bạc lót Đối với động cơ Jil - 130 dùng bạc hợp kim ba kim loại , chế tạo bằng thép lá , nó có tráng một lớp hợp kim : Đồng - Niken, sau đó phủ thép và một lớp hợp kim ba bít Chì - Thiếc. 1.2.7 Trục khuỷu: Trục khuỷu là một trong những chi tiết quan trọng nhất , cường độ làm việc lớn nhất và giá thànhcao nhất trong động cơ đốt trong . Trục khuỷu nhận lực tác dụng trên piston truyền qua thanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục để đưa công suất ra ngoài dẫn động các máy công tác khác . Hình dạng và kết cấu trục khuỷu phụ thuộc số xilanh, cách bố trí xilanh,số kỳ của động cơ và thứ tự làm việc của các xilanh Kết cấu của trục khuỷu phải đảm bảo các yêu cầu sau : - Đảm bảo đông cơ làm việc đồng đều , biên độ dao động mô men xoắn tương đối nhỏ . - Động cơ làm việc cân bằng , ít rung động . - ứng suất sinh ra do dao động nhỏ . - Công nghệ chế tạo đơn giản nên giá thành rẻ Về hình dạng và kết cấu trục khuỷu chia làm hai loại : Trục khuỷu nguyên : Hình 1.12 : Trục khuỷu nguyên Trục khuỷu nguyên là loại trục khuỷu có các bộ phận : cổ trục ,khuỷu trục . . . làm liền với nhau thành một khối . Loại trục này thường dùng trong động cơ cỡ nhỏ và trung bình . Trục khuỷu ghép : Hình 1.13 : Trục khuỷu ghép Là loại trục chế tạo riêng từng bọ phận : cổ trục , chốt khuỷu , má khuỷu ghép lại với nhau (c) hoặc làm cổ trục riêng rồi ghép với trục khuỷu (a). Trong động cơ cỡ lớn trục khuỷu được chế tạo thành từng đoạn mỗi đoạn gồm vài khuỷu trục rồi nối với nhau bằng mặt bích (d). Mối ghép có thể dùng kiểu ghép chặt kiểu không cần then. Khi lắp trục khuỷu được đun nóng lên đến 200á250C, độ dôi thường trong khoảng (á) d Hình dạng trục khuỷu còn phụ thuộc vào số cổ trục, có loại trục khuỷu đủ cổ trục, tức là cổ trục z nhiều hơn số khuỷu (z = i +1) Có loại trục khuỷu thiếu cổ trục có độ cứng, vững kém vì vậy khi thiết kế cố gắng tăng kích thước của cổ trục ; chốt khuỷu loại này so với cổ trục ít hơn số khuỷu z = + 1 Kết cấu trục khuỷu gồm cắc phần : Đầu trục khuỷu ; cổ trục khuỷu ; chốt khuỷu ; má khuỷu ; đối trọng và đuôi trục khuỷu. 1.2.7.1 Đầu trục khuỷu : Thường dùng để lắp bánh răng dẫn động bơm nước, bơm dầu nhờn, bơm cao áp, puly. Lắp đai ốc khởi động động cơ bằng tay quay. Các bánh răng chủ động hay bánh đai dẫn động lắp trên đầu trục theo kiểu lắp căng hoặc lắp trung gian và đều có then bán nguyệt. ởmột số động cơ ngoài các bộ phận thường gặp trên người ta còn lắp bộ phận giảm dao động xoắn. 1.2.7.2 Cổ trục khuỷu: Được đặt vào các ổ đỡ trên thân máy, cổ trục được gia công nhẵn bóng có độ chính xác cao và được nhiệt luyện có độ cứng cao, khi lắp bao giờ cũng có ổ bi hoặc bạc lót. Động cơ 4 kỳ 3 xilanh số cổ trục là 4 . Động cơ 4 kỳ 4 xilanh số cổ trục là 5 Trong 1 số động cơ đường kính cổ trục làm lớn dần theo chiều từ đầu đến đuôi trục để đảm bảo sức bền và khả năng chịu lực của cổ trục được đồng đều hơn tuy nhiên đường kính cổ trục khác nhau sẽ gây nhiều phiền phức khi gia công cũng như khi sửa chữa lắp ráp nên ngày nay không dùng. Khi tăng đường kính kích thước cổ trục sẽ ảnh hưởng tới tần số dao động xoắn của toàn hệ trục. 1.2.7.3 Chốt khuỷu : Đường kính của chốt khuỷu có thể lấy bằng đường kính cổ trục hoặc có thể lấy nhỏ hơn đường kính cổ trục một ít. Chiều dài chốt khuỷu phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai đường tâm xilanh kề nhau và chiều dài cổ trục. - Nếu giảm chiều dài chốt khuỷu sẽ làm tăng áp lực trên bề mặt trốt khử do đó làm xấu điều kiện bôi trơn. - Nếu tăng chiều dài chốt khuỷu lại làm giảm độ cứng vững của trục khuỷu dẫn đến giảm tần số dao động từ trục và giảm số vòng quay cộng hưởng. Để giảm trọng lượng chốt khuỷu người ta thường làm rỗng cổ trục Hình 1.14 : Chốt khuỷu rỗng và đường dầu bôi trơn Chốt khuỷu rỗng thường có tác dụng chứa dầu bôi trơn bạc lót đầu to thanh truyền và giảm được khối lượng chuyển động quay của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền. Lỗ rỗng có thể bố trí đồng tâm hoặc lệchtâm so với trốt khuỷu. Đường dẫn dầu bôi trơn bề mặt chốt tuỳ thuộc vào công nghệ gia công. 1.2.7.4 Má khuỷu : Má khuỷu là bộ phận liền giữa cổ trục và chốt khuỷu. Hình dáng má khuỷu phụ thuộc vào động cơ, trị số của áp suất khí thể và tốc độ quay trục khuỷu . Hình dáng và kết cớu của má khuỷu có rất nhiều khác nhau. Hình 1.15 : Các dạng má khuỷu Loại má khuỷu hình chữ nhật và tròn, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo loại này phân bố và lợi dụng vật liệu hợp lý để khỏi lãng phí vật liệu ta vát bớt các góc của má hình chữ nhật để tạo dạng hình lăng trụ (hình a,c). Gọt tròn các góc để tạo thành dạng má có các cung tròn tiếp tuyến, má hình ôvan (hình b,d). Má khuỷu dạng tròn (hình e,g) ưu điểm : Có sức bền cao, có khả năng giảm chiều dày của má do đó có thể tăng chiều dài cổ trục và chốt khuỷu, để giảm mài mòn cho cổ trục và chốt khuỷu, má tròn dễ gia công . Đối trục khuỷu thiếu cổ, má khuỷu chung của hai chốt khuỷu của hai xilanh kề nhau không gia công cơ khí và thường có dạng phức tạp. Khi thiết kế cần đảm bảo trọng tâm của má khuỷu nằm gần tâm quay của trục khuỷu hoặc trùng với tâm quay trục khuỷu. Hai má khuỷu lệch nhau 1800 , phần nối tiếp chốt khuỷu và má khuỷu phải có góc lượn. 1.2.7.5 Đối trọng : Đối trọng lắp trên trục khuỷu có hai tác dụng : - Cân bằng các lực và mômen quán tính không cân bằng của động cơ chủ yếu là lực quán tính ly tâm, cân bằng lực quán tính chuyển động tịnh tiến. - Giảm phụ tải cho cổ trục nhất là cổ trục giữa của động cơ 4 kỳ có: 4, 6, 8 xilanh vì ở những loại động cơ này tuy các lực quán tính và mômen lực quán tính đều tự cân bằng nhưng các cổ trục giữa thường phải chịu ứng suất rất lớn khi dùng đối trọng các lực quán tính nói trên được cân bằng. Đối trọng dùng trong động cơ thường có các dạng : + Đối trọng làm liền với má khuỷu . + đối trọng làm riêng rồi hàn với má khuỷu loại này ít dùng dễ bị biến dạng + Đối trọng làm riêng rồi lắp lên má khuỷu bằng bulông lắp ghép theo kiểu hình a,b bulông chịu ứng suất kéo lớn có thể bị đứt khi tốc độ động cơ tăng đột ngột , lắp ghép có thể giảm tải trọng do lực quán tính ly tâm tác dụng trên bulông. 1.2.7.6 Đuôi trục khuỷu : Đuôi trục khuỷu động cơ thường lắp với các chi tiết máy của cơ cấu truyền đẫn công suất như: bánh đà, khớp nối, bánh đai truyền. Để dẫn động trục thu công suất đuôi trục khuỷu thường có mặt bích hoặc mặt côn để lắp bánh đà. Trong dộng cơ tĩnh tại và tàu thuỷ, đuôi trục khuỷu thường làm thành dạng hình côn, có độ côn nhỏ trên mặt côn có rãnh then để lắp bánh đà. Ngoài phần kết cấu dùng để lắp bánh đà, trên đuôi trục khuỷu còn có thể có các bộ phận: + Bánh răng dẫn động cơ cấu phụ. + Vành chắn dầu có tác dụng ngăn không cho dầu nhờn chảy ra khỏi catte + Ren ốc dầu hồi ngăn không cho dầu nhờn lọt ra khỏi catte + ổ chắn dùng để khống chế độ dịch chuyển chiều của trục khuỷu. Hình 1.16 : Đuôi trục khuỷu có mặt bích để lắp bánh đà ; 1- Chốt định vị ; 2- Vành ngăn dầu Để đạt được mục đích trên ta có thể dùng các biện pháp : - Dùng bạc lót dầy có vai, trên mặt vai của bạc có tráng một lớp hợp kim chịu mòn. - Dùng vòng đệm chắn có thể chế tạo bằng đồng hoặc bằng thép có tráng một lớp hợp kim babit và thương lắp hai mặt bên của ổ trục . Đối với động cơ ôtô Jil 130 : Là động cơ 4 kỳ 8 xilanh bố trí hình chữ V đặt lệch nhau dưới một góc 900, 1 cổ biên lắp 2 thanh truyền, cổ biên được mài theo một kích thước nhất định ứng với kích thước cổ trục, động cơ Jil 130 trục khuỷu đúc liền trong có khoan đường dầu bôi trơn động cơ Jil 130 dùng bạc hợp kim 3 kim loại chế tạo bằng thép lá có tráng 1 lơp hợp kim Đồng - Niken sau đó phủ thép và một lớp hợp kim ba bit Chì - Thiếc. 1.2.8 Bánh đà : Thông thường bành đà là một đĩa kim loại lớn được cân bằng chính xác, đảm bảo sự làm việc đều đặn của động cơ, đưa các piston rời khỏi các điểm chết. Dùng để khởi động máy dễ dàng, đảm bảo ô tô rời chỗ êm nhẹ. Trên bánh đà loại động cơ đốt trong khởi động bằng động cơ điện (đề marơ) còn có vành răng khởi động, vành răng này cố định trên bánh đà bằng cách ghép nóng có độ dôi. Bánh đà còn là nơi ghi các kí hiệu điểm chết trên, điểm chết dưới, góc phun sớm(với động cơ điezen) và góc đánh lửa sớm (động cơ xăng) Bánh đà bắt vào mặt bích trục khuỷu bằng bulông .Trên mặt bích của trục có bố trí các vít cấy không đối xứng để giữ sự cân bằng của trục với bánh đà Bánh đà được chia làm ba loại chính : - Bánh đà dạng đĩa: loại này đơn giản có dạng đĩa tròn có chiều dài đồng đều , khi đúc tránh ứng suất bên trong - Bánh đà dạng vành : loại này đảm bảo bánh đà có mômen lớn mà trọng lượng bánh đà nhỏ, khối lượng của vành bánh đà chiếm khoảng 80 90% khối lượng bánh đà . Loại bánh đà này thường lắp ghép với trục khuỷu bằng mặt côn , có then định vị , bánh đà loại này có kích thước lớn lên người ta thường đúc làm hai nửa rồi dùng bulông ghép lại - Bánh đà dạng chậu : loại bánh đà này có sức bền và mômên bánh đà lớn và do phần đĩa có mặt masát rất dày lên tuổi thọ của bánh đà cũng lớn . chương II Nhiệm vụ cụ thể, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo, kết cấu của nhóm piston Nhóm piston gồm có : piston ,chốt piston , xecmănghơi , xecmăngdầu và các chi tiết hãm chốt piston . Trong động cơ tĩnh tại và tàu thuỷ ngoài những chi tiết máy trên ra ,còn có thể có thêm cán piston , guốc trượt 2.1/ Piston : 2.1.1 Nhiệm vụ : Trong quá trình làm việc của động cơ nhóm piston có các nhiệm vụ : - Bảo đảm bao kín buồng cháy , giữ cho khí trong buồng cháy không lọt xuống catte và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy - Tiếp nhận lực khí thể và truyền lực ấy cho thanh truyền (trong quá trình cháy giãn nở) để làm quay trục khuỷu , nén khí trong quá trình nén , đẩy khí thải ra khỏi xilanh trong quá trình thải khí cháy và hút khí nạp mới vào buồng cháy trong quá trình nạp . - Trong động cơ xăng 2 kỳ , nhóm piston đóng vai trò như một van trượt , làm nhiệm vụ phối khí ( đóng , mở, lỗ nạp, lỗ quét và lỗ thải ) 2.1.2 Điều kiện làm việc: Piston làm việc trong điều kiện hết sức phức tạp , chịu tải trọng lớn , nhiệt độ cao và ứng cao ,va đập mạnh , chịu lực quán tính đặc biệt chịu tải trọng cơ học , tải trọng nhiệt và ma sát ăn mòn hoá học . 2.1.2.1 Tải trọng cơ học: Trong quá trình cháy, khí hỗn hợp cháy sinh ra áp suất lớn trong buồng cháy. Trong chu trình công tác của động cơ áp suất khí thể tác dụng lên đỉnh piston thay đổi rất nhiều vì vậy lực khí thể có tính va đập lớn trong động cơ cao tốc do số vòng quay rất cao lên lực quán tính tác dụng lên đỉnh piston cũng rất lớn. Lực tác dụng trên đỉnh piston lớn gây lên ứng suất lớn làm biến dạng piston và đôi khi làm hư hỏng piston. 2.1.2.2 Tải trọng nhiệt: Trong quá trình cháy piston trực tiếp tiếp xúc với vật cháy, có nhiệt độ cao 23002800K. Nên nhiệt độ của piston nhất là đỉnh piston cũng rất cao ( khoảng 500800K ), nhiệt độ của piston cao thường gây các tác hại : - Gây ứng suất nhiệt lớn, có thể làm rạn nứt piston. - Gây biến dạng lớn, có thể làm cho piston bị bó hẹp trong xylanh và tăng masát giữa piston và xylanh. - Làm giảm sức bền của piston. - Làm giảm hệ số nạp, ảnh hưởng đến công suất động cơ. - Làm dầu nhờn chóng bị phân huỷ. - Đối với động cơ xăng nhiệt độ piston cao quá dễ gây hiện tượng kích nổ. 2.1.2.3 Ma sát và ăn mòn hoá học: Trong quá trình làm việc của piston chịu masát khá lớn do thiếu dầu bôi trơn và do lực ngang ép piston vào xylanh. Hơn nữa do lực khí thể, lực quán tính và nhiệt độ cao làm piston biến dạng nên ma sát càng tăng, do piston luôn luôn tiếp xúc với sản phẩm cháy nên còn bị sản phẩm cháy ăn mòn. Do điều kiện làm việc của piston như vậy nên khi thiết kế piston cần đảm bảo: - Dạng đỉnh piston tạo thành buồng cháy tốt nhất . - Tản nhiệt tốt để tránh kích nổ và giảm ứng suất nhiệt . - Trọng lượng nhỏ để giảm quán tính. - Đủ bền và đủ độ cứng vững để tránh biến dạng quá lớn - Đảm bảo bao kín buồng cháy để công suất động cơ khong giảm sút .không cháy piston và ít hao dầu 2.1.3 Vật liệu chế tạo: Do điều kiện làm việc của piston hết sức phức tạp nên vật liệu dùng để chế tạo piston phải đảm bảo các yêu cầu: Có sức bền lớn ở nhiệt độ cao và khi tải trọng thay đổi. Hệ số dãn nở nhỏ, hệ số tản nhiệt lớn. Chịu mài mòn tốt trong điều kiện bôi trơn kém và nhiệt độ cao. Chống được sự ăn mòn hoá học của khí cháy. Vật liệu chế tạo piston thường dùng hiện nay là: gang và hợp kim nhẹ, thép ít được dùng để chế tạo piston. 1/ Gang: Gang là loại vật liệu dùng khá phổ biến để chế tạo piston của các loại động cơ tốc độ thấp. Gang thường được dùng mấy loại: Gang hợp kim Gang dẻo Gang grafít a) Gang hợp kim ( gang xám ): thường dùng gang xám có mã hiệu: C4 24- 44; C4 24-48; C4 32-52, có tổ chức péclít, gang xám là loại vật liệu khá tốt có nhiều ưu điểm thoả mãn hầu hết các yêu cầu trên: - Gang có sức bền cơ học khá cao, giới hạn bền chống kéo của gang xám có thể đạt tới 320, giới hạn bền chống uốn có thể đạt tới 520. - Gang xám có ưu điểm ở nhiệt độ cao và sức bền không giảm nhiều lắm, theo thí nghiệm thì tăng nhiệt độ tới 288K 623K, sức bền của gang chỉ giảm khoảng 18% - Hệ số dãn nở chiều dài bé = 11 K - Tính công nghệ đúc và gia công tương đối tốt - Giá thành rẻ. Nhược điểm: - Trọng lượng riêng của gang lớn = 7080 - Hệ số dãn nhiệt bé = 37,754,4 - ở nhiệt độ cao quá 996K tổ chức péclít của gang phân giải thành fenít và ôstennit thể tích lớn nên dễ bị rạn nứt. ở động cơ cao tốc và cường hoá không dùng piston ngang: Gang xám thường dùng có thành phần hoá học sau: 3,23,65% C ; 2,1 2,4% Si ; 0,460,6%Mn ; 0,070,1% Cr ; 0,150,55% Ni ; 0,130,3% P ; không vượt quá 0,15%S ; Độ cứng bề mặt HB = 15g22g Để đúc dễ dàng nhiệt độ rót khuôn phải đảm bảo cao hơn 1573K b) Gang dẻo (gang rèn ): Loại gang này có sức bền cao hơn gang xám. Dùng để chế tạo piston của các động cơ 2 kỳ. Gang dẻo thường dùng có thành phần hoá học: 2,32,6% C ; 1,151,45% Si ; 0,5% Mn ; 0,07% Cr ; S ít hơn 0,12% S ; ít hơn 0,18% P . Độ cứng bề mặt 197241 c) Gang grafit cầu: Loại gang có sức bền cao. Chịu nhiệt độ cao và chịu mòn tốt. Tính công nghệ gia công và công nghệ đúc kém. Chỉ được dùng để đúc phần đỉnh của piston dùng trong động cơ tốc độ thấp. 2/ Thép: Trong đại chiến thế giới lần thứ hai, một số nước như Mỹ (hãng Ford) và Đức (hãng Junkep) đã dùng thép để chế tạo piston. Thép có độ bền cao nên có thể làm khá mỏng .Chiều dày đỉnh piston thép có loại 23mm .Chiều dày của thân có loại chỉ dày 0,9 1mm .Vì vậy piston bằng thép không nặng lắm . Đôi khi còn nhẹ hơn piston nhôm .Thép chịu mòn tốt .Thép dẫn nhiệt kém dẫn đến nhiệt độ đỉnh piston cao dễ gây kích nổ ở động cơ xăng Khó đúc dẫn đến giá thành chế tạo đắt Thành phần hoá học các loại thép dùng để chế tạo piston : 1,35 1,7C ; 0,6 1Mn; 2,5 3,0 Cu; 0,91,3Si ; 0,15 0,2Cr ; S < 0,08 ; P < 0,1 3/ Hợp kim nhẹ : Trong động cơ cao tốc để giảm bớt lực quán tính chuyển động tịnh tiến, piston thường chế tạo bằng hợp kim nhẹ, hợp kim nhẹ thường được dùng là hợp kim nhôm và hợp kim manhêzi a) Hợp kim manhêzi: Trọng lượng riêng nhỏ =1718,5thành phàn chủ yếu là 95%Mg ; 3%Zn còn lại là các kim loại khác và tạp chất Nhược điểm : - Mô đun đàn hồi nhiệt độ thấp E = 45000rất nhạy cảm với ứng suất tập trung . Khi thiết kế piston phải có góc lượn lớn - Sức bền kém = 260do đó phải làm piston khá dày - Hợp kim Manhêzi đắt mà khi đúc bị ôxi hoá rất dữ dội dẫn đến vật liệu đúc có tổ chức không đồng đều . - Tính chống ăn mòn hoá học của hợp kim manhêzi kém b) Hợp kim nhôm : Hợp kim nhôm nhẹ, trọng lượng riêng bé hơn gang rất nhiều, nhôm =18,229,7 gang =7080, vì trọng lượng riêng nhỏ lên lực quán tính sinh ra bé , do đó động cơ cao tốc dùng piston nhôm . Dùng hợp kim nhôm để đúc piston trọng lượng có thể giảm 50% so với piston gang có cùng độ bền . Hợp kim nhôm có tính dẫn nhiệt tốt hơn gang : - Hệ số dẫn nhiệt =126175.độ (0,30,42). - Ưu điểm :nhiệt độ dẫn nhiệt đỉnh piston thấp nên khó xảy hiện tượng kích nổ (động cơ xăng ) - Nhiệt độ piston thấp còn có lợi là khó kết muội trong buồng cháy - Hệ số truyền nhiệt từ khí cháy đến piston của hợp kim nhôm cũng nhỏ hơn của gang khoảng 30% nên cũng làm cho nhiệt độ piston nhôm thấp hơn piston gang . - Trạng thái nhiệt độ của hai loại piston gang và nhôm của động cơ xăng Hình 2.1 : Trạng thái nhiệt độ của piston ; 1- Piston gang ; 2- Piston nhôm - Nhiệt độ cao nhất đỉnh piston nhôm thay đổi trong khoảng 483523k, gang 673703k - Khi thay piston bằng piston nhôm và giữ nguyên các thông số thì công suất của động cơ có thể tăng lên khoảng 56% và suất tiêu hao nhiên liệu có thể giảm 810% Tổn thất ma sát giữa xylanh và piston nhôm ít vì hệ số ma sát của nhôm với gang nhỏ . Tính công nghệ hợp kim nhôm tốt :dễ đúc , dễ gia công . Nhược điểm : - Hệ số dãn dài lớn : anhân =1725.10 Vì vậy khi thiết kế khe hở giữa piston và xilanh lớn khi khởi động dễ lọt khí và máy có tiếng gõ . - ở nhiệt độ cao sức bèn giảm sút quá nhiều . - Hợp kim nhôm chịu mòn kém hơn gang và thép - Hợp kim nhôm đắt tiền. Để nâng cao tính chịu mòn của piston chế tạo bằng hợp kim nhôm . Cần nhiệt luyện piston để đạt độ cứng HB = 120140 Piston nhôm được chế tạo theo phương pháp rèn, dập bằng loại nhôm rèn. Xử lí oxi hoá bằng cực dương dòng điện, ngâm piston trong dung dịch 3% ôxit crôm, cực âm dùng bản grafít Có thể tăng thành phần S : trong hợp kim nhôm để giảm hệ số giãn dài Người ta phân hợp kim nhôm thành 3 loại: Hợp kim nhôm - đồng Hợp kim nhôm – Silíc cùng tính Hợp kim nhôm – Silíc sau cùng tinh Sau khi đúc xong cần ủ lại nhiệt độ 438á448K, thời gian 14á18; HB = 90 á120 2.1.4 Kết cấu của piston : Piston là một hình trụ rỗng , một đầu kín bên trong có các gân tăng cường độ cứng , piston gồm 3phần chính Hình 2.2 : Piston ; 1- Đỉnh ; 2- Đầu ; 3- Thân ; 4- Rãnh lắp xecmăng khí ; 5- Rãnh lắp xecmăng dầu ; 6- Bệ chốt piston ; 7- Chân piston ; 8- Vùng đai xecmăng Đỉnh piston : là phần trên cùng của piston trong có các gân chịu lực và tản nhiệt cùng với xilanh và lắp máy tạo thành buồng đốt . Đầu piston : tính từ rãnh xecmăng ở trên lỗ chốt đến đỉnh piston, đầu piston có các rãnh lắp xecmăng hơi và xecmăng dầu. Thân piston: Tính từ xecmăng cuối cùng bên trên lỗ chốt phần thân dùng dẫn hướng chuyển động của piston . 2.1.4.1 Đỉnh piston : Đỉnh piston có rất nhiều dạng Hình 2.3 : Các dạng đỉnh piston của động cơ xăng và động cơ điêzen Đỉnh bằng (a) là loại phổ biến nhất có diện tích chịu nhiệt bé nhất , kết cấu đơn giản , dễ chế tạo , thường được dùng ở động cơ xăng và điezen có buồng cháy dự bị và xoáy lốc Đỉnh lồi (b,e) có độ cứng vững cao loại này có thể không cần bố trí các đường gân chịu lưc ở dưới đỉnh piston do đó trọng lượng của piston có thể giảm, loại này ít kết muội than nhưng bề mặt chịu nhiệt lớn dấn đến ảnh hưởng xấu quá trình làm việc của piston, dùng động cơ xăng có buồng cháy chỏm cầu dùng xúppáp treo. Đỉnh lõm(c): thường dùng động cơ xăng có buồng cháy chỏm cầu và động cơ điezen có buồng cháy dự bị và xoáy lốc, phần lõm có thể toàn bộ đỉnh piston hoặc chỉ lõm xuốngở một vùng của đỉnh. Chỏm cầu lõm có thể đồng tâm hoặc lệch tâm.loại đỉnh lõm này có tiết diện chịu nhiệt lớn hơn đỉnh bằng nhưng có ưu điểm tạo ra xoáy lốc trong quá trìng nén và quá trình cháy. Đỉnh lồi (d): chỉ dùng cho động cơ xăng hai kỳ cỡ nhỏ, phối khí bằng lỗ quét và lỗ thải. Phần lồi lên lắp sát về bên phía lỗ quét để dẫn hướng dòng khí quét đi vào xilanh. Đỉnh lõm (g,h,i,k,l): thường dùng trong động cơ điezen bốn kỳ và hai kỳ có buồng cháy thống nhất, các loại buồng cháy này tạo ra xoáy lốc mạnh trong quá trình nén để hình thành khí hỗn hợp được tốt. Vòi phun của các loại động cơ này đặt trên nắp máy hướng vào phía giữa đỉnh piston để có thể phun trực tiếp nhiên liệu vào buồng cháy trên đỉnh piston, nhược điểm: diện tích chịu nhiệt lớn, trọng lượng phần đầu piston nặng, khó giải quuyết vần đề ứng suất nhiệt của xéc măng. Khi thiết kế đỉnh piston cần chú ý, đảm bảo các nguy._.