Home / Ô Tô / Trục khuỷu thanh truyền: cơ cấu & nguyên lý làm việc

Trục khuỷu thanh truyền: cơ cấu & nguyên lý làm việc

/

Trên hệ thống động cơ ô tô, trục khuỷu thanh truyền có chức năng chuyến lực tác động của khí cháy lên đỉnh piston thành mô-men quay của trục khuỷu, để xuất cơ năng ra ngoài.

cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

1. Trục khuỷu thanh truyền ô tô là gì?

Trên hệ thống động cơ ô tô, trục khuỷu thanh truyền (Crankshaft – Connecting rod) có chức năng chuyến lực tác động của khí cháy lên đỉnh piston thành mô-men quay của trục khuỷu, để xuất cơ năng ra ngoài. Ngoài ra, bộ phận này biến chuyển động tịnh tiến tuần hoàn của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.

Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền gồm 3 cụm là cụm thân động cơ, cụm piston – thanh truyền, cụm trục khuỷu – bánh đà.

2. Cơ cấu cụm thân động cơ

Thành phần: Cụm thân động cơ bao gồm các thành phần chính như thân máy, nắp xilanh, đệm xilanh, hộp dầu (các te dầu).

Nguyên lý làm việc: thân máy kết hợp với các chi tiết khác (xilanh, nắp xi lanh, piston) hình thành không gian công tác của môi chất, thực hiện các quá trình nạp, nén, cháy giãn nở và thải sản phẩm cháy ra khỏi động cơ tạo nên chu trình làm việc liên tục. Cụm thân động cơ là nơi lắp đặt các linh kiện của động cơ, chịu tác động nội lực và ngoại lực tạo ra trong quá trình động cơ làm việc.

2.1. Thân máy

Khi thân máy được đúc liền với phần trên hộp trục khuỷu được gọi là thân máy kiểu xilanh – hộp trục khuỷu. Loại thân máy kiểu này được sử dụng rất phổ biến trong động cơ ô tô. Thân máy động cơ 1ZR sẽ sử dụng vật liệu là hợp kim nhôm. Những khoảng không hình trụ phần phía trên thân máy gọi là xilanh. Phần phía dưới thân máy là hộp trục khuỷu làm giá đỡ cho trục khuỷu, phần rỗng bên trong là không gian chuyển động của trục khuỷu, 

2.2. Hình dạng của thân máy

Dựa trên vị trí khác nhau giữa bề mặt lắp đặt hộp dầu và đường trục của gối đỡ trục khuỷu, thân máy được chia làm 3 loại là dạng đáy bằng (cũng được gọi là loại thường), dạng cổng và dạng đường hầm.

2.3. Phương pháp làm mát thân máy

Động cơ IZR sử dụng phương pháp làm mát bằng nước là chính. nhưng cũng sử dụng quạt gió phụ trợ để hạ nhiệt.

Khi sử dụng phương pháp làm mát bằng nước, thì xung quanh xilanh và nắp xilanh đều có khoảng không chứa nước, gọi là khoang nước (hoặc áo nước). Khoang nước ở thân máy và nắp máy được thiết kế thống với nhau. Nước lưu thông trong khoang nước sẽ mang theo nhiệt lượng của các linh kiện nhiệt độ cao. Lót xilanh được chia làm 2 kiểu là kiểu ướt với kiểu khô.

2.4. Cách thức sắp xếp xilanh

Động cơ ở tô thường sử dụng 5 phương pháp sắp xếp xilanh như sau: đứng và thẳng hàng, chữ V, hai hàng song song nằm ngang, chữ W và hình ngôi sao.

2.5. Nắp xilanh (nắp máy)

Chức năng chính của nắp xilanh là đậy kín đầu phía trên của xilanh. Nó cùng với xilanh và đỉnh piston tạo thành không gian buồng chảy. Nắp xilanh được lắp ở phía trên của thân máy. 

Hộp dầu, hay còn gọi là các te, có chức năng chính là nơi chứa dầu làm mát và bôi trơn khi động cơ làm việc. Ngoài ra, nó còn có tác dụng che kín các chi tiết bên trong hộp trục khuỷu. Các tẻ chịu lực nhỏ nên thường làm bằng thép cán, hợp kim gang hoặc hợp kim nhôm

2.6. Đệm nắp máy

Đệm nắp máy (còn được gọi là gioăng nắp xilanh hoặc đệm xilanh) được đặt nằm giữa khối xilanh và nắp xilanh, dùng để bao kín, tránh lọt khí và rò rỉ nước mát ở mặt lắp ghép giữa nắp xilanh và thân máy Thành phần: Cụm piston – thanh truyền có các thành phần chính là piston, xéc-măng, chốt piston, thanh truyền

Cụm piston – thanh truyền chịu áp lực của khí cháy trong xilanh, đồng thời thông qua thanh truyền truyền lực này cho trục khuỷu, làm cho trục khuỷu quay.

3. Cơ cấu cụm piston – thanh truyền

Nguyên lý làm việc của piston là chịu lực tác động của khí cháy, đồng thời thông qua thanh truyền để truyền lực này cho trục khuỷu, làm cho trục khuỷu quay. Ngoài ra, đỉnh piston cùng với nắp xilanh và thành xilanh hình thành nên không gian buồng chảy. Piston gồm 3 phần là phần đỉnh, phần đầu và phần thân (hay còn gọi là phần váy).

3.1. Đỉnh piston

Đỉnh piston thường có 3 dạng là đỉnh bằng, đỉnh lõm và đỉnh lồi, xem hình 1-19. Động cơ 1ZR của xe Corolla sử dụng loại piston đỉnh lõm. Đinh piston khoét lõm để tránh chạm vào tán xupáp đồng thời có lợi cho việc đốt cháy hỗn hợp khí. Trên đỉnh piston có dấu lắp đặt (–>), dùng để quy định hướng lắp đặt. Phải lắp đặt để cho mũi tên chỉ về hướng phía trước của động cơ

3.2. Đầu piston

Phần đầu piston là phần tính từ các rãnh lắp xéc-măng trở lên. Phần này khoét một số rãnh để lắp xéc-măng. Đầu piston động cơ 1ZR có 3 rãnh. Hai rãnh phía trên lắp xéc-măng khí. Rãnh dưới cùng lắp xéc-măng dầu.

3.3. Thân piston

Thân piston (hay còn gọi là phần vảy) là phần dưới cùng của piston tỉnh từ phía dưới rành lập xéc-măng dầu. Nó chịu tác động của lực đẩy của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền, đồng thời dẫn hướng làm cho piston chuyển động tuần hoàn trong lòng xilanh. Ngoài ra, nó còn truyền một phản nhiệt lượng của piston cho thành xilanh.

3.4. Chốt piston

Nguyên lý làm việc của chốt piston là liên kết piston với đầu nhỏ của thanh truyền, truyền lực tác động của khí chảy lên piston cho thanh truyền.

Phương thức liên kết: Có 2 hình thức liên kết thường được sử dụng giữa chốt piston và thanh truyền là phương thức lắp lỏng và phương thức lắp chặt

3.5. Xéc-măng

3.5.1. Nguyên lý làm việc

Dựa trên chức năng, các xéc-măng được chia làm xéc măng dầu và xéc-măng khí. Xéc-măng khí (còn được gọi là xéc-măng nén) có chức năng bao kín không gian buồng cháy trong xilanh, không để cho lượng lớn khi cháy có áp suất cao, nhiệt độ cao trong buồng cháy thoát xuống hộp trục khuỷu. 

Đồng thời, nó còn truyền nhiệt lượng từ đỉnh piston cho thành xilanh, sau đó nhiệt lượng này sẽ được truyền cho nước làm mát hoặc không khí làm mát. Chức năng của xéc-măng dầu là gạt bỏ lượng dầu dư thừa trên thành xilanh, bởi một lớp dầu mỏng đều trên thành xilanh. 

Nhờ vậy, có thể tránh được hiện tượng dấu chui lên xilanh và bị đốt cháy, đồng thời còn làm giảm lực ma sát và hao mòn của xilanh, piston và xéc-măng. Ngoài ra, xéc-măng dầu còn có tác dụng đóng kín khoảng không giống như xéc-măng khí. Thông thường. động cơ có từ 1 đến 2 xéc-măng dầu.

3.5.2. Khe hở xéc-măng

Khi động cơ làm việc, thì các chi tiết như xéc măng và piston đều bị giãn nở nhiệt. Để đảm bảo xilanh được bao kín, phòng ngừa xéc-măng bị kẹt trong xilanh hoặc bị giãn nở kẹt trong rãnh lắp xéc-măng, thì xéc-măng cần phải thiết kế để chừa khe hở. Có 3 dạng khe hở là khe hở miệng, khe hở bên và khe hở lưng.

3.5.3. Khe hở miệng

Là khe hở ở miệng xéc-măng sau khi được lắp vào rãnh xéc-măng, khe hở này thưởng giá trị nằm trong khoảng 0.25 – 0.50 mm,

Khe hở bên là khe hở giữa mặt trên của xéc-măng và rãnh lắp xéc măng. Xéc-măng khí trên cùng vì phải chịu nhiệt độ cao nhất nên khe hở này có giá trị thường nằm trong khoảng 0.04 – 0.10 mm, với những xéc măng khí còn lại giá trị này trong khoảng 0.03 – 0.07 mm. Xéc-măng dầu có khe hở bên khá nhỏ, thường trong khoảng 0.025 – 0.07 mm

Khe hở lưng là khe hở giữa mặt trụ của rãnh lắp xéc-măng và mặt trụ trong của xéc-măng. Khe hở này thường có giá trị trong khoảng 0.5 – 1mm, xem hình L.24.

3.5.4. Xéc-măng khí

Trên piston thường lắp đặt từ 2 đến 3 xéc-măng khí. Các xéc-măng khí được lắp đặt nằm trên xéc-măng dầu. Xéc-măng thứ nhất (tức là xéc-măng trên cùng) chịu nhiệt độ cao nhất, mức độ bôi trơn cũng kém nhất. Để đảm bảo độ bền của nó bằng hoặc cao hơn những xéc-măng khác, người ta thường tiến hành xử lý bề mặt của nó. Mặt cắt của xéc-măng khí có nhiều loại hình dạng khác nhau.

3.5.5. Xéc-măng dầu

Xéc-măng dầu thường có 2 dạng là dạng đơn và dạng tổ hợp

3.6. Thanh truyền

Nguyên lý làm việc: Thanh truyền có chức năng liên kết piston và trục khuỷu. Đầu nhỏ của thanh truyền và piston liên kết với nhau thông qua chốt piston.

Đầu to của thanh truyền được nối với chốt khuỷu và quay trên chốt khuỷu. Lực tác động lên piston được truyền cho trục khuỷu thông quan thanh truyền, làm cho trục khuỷu quay, từ đó biến chuyển động thẳng tuần hoàn của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.

Cấu tạo: Thanh truyền gồm 3 phần là đầu nhỏ, thân và đầu Phần đầu to lại bao gồm bu lông thanh truyền, thân đầu to và nắp đầu to. 

Đầu nhỏ có lắp chốt piston để liên kết thanh truyền và piston. Bên trong lỗ ở đầu nhỏ của thanh truyền thường có lắp bạc đồng hoặc hợp kim thép bột để giảm ma sát. Ở trạng thái hoạt động, chốt piston và bạc chuyển động tương đối với nhau.

4. Cơ cấu cụm trục khuỷu – bánh đà

Cụm trục khuỷu – bánh đà gồm trục khuỷu, bánh đà cùng với các linh kiện, phụ kiện khác tạo thành. Số lượng và chủng loại của các lính kiện và phụ kiện phụ thuộc vào cấu trúc và tính năng của động cơ.

Chức năng của cụm trục khuỷu – bánh đà là biến chuyển động thẳng của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu, tạo ra mô-men quay cho hệ thống dẫn động cũng như những cơ cấu cần động lực khác của ô tô. Ngoài ra nó còn tích trữ năng lượng, để thắng được lực cản piston trong kỳ nạp, kỳ nén, kỳ thải, giúp cho động cơ vận hành êm dịu.

4.1.Trục khuỷu

Trục khuỷu gồm các thành phần như đầu trục khuỷu, đuôi trục khuỷu, cổ khuỷu, chốt khuỷu, má khuỷu, đối trọng. Một khuỷu có cấu tạo gồm cổ khuỷu, chốt khuỷu và 2 má khuỷu.

– Đầu trục khuỷu thường được lắp vấu để khởi động hoặc quay puly dẫn động quạt gió, bơm nước, các bánh răng dẫn động trục cam, máy phát điện, máy nén điều hòa không khí.

– Cổ khuỷu (còn gọi là cổ trục khuỷu hoặc cổ trục chính) được lắp trên ổ đỡ trên thân máy và là trục quay của trục khuỷu.

– Chốt khuỷu (hay còn gọi cổ biên hoặc cổ thanh truyền) lắp đầu to thanh truyền. Cổ khuỷu và chốt khuỷu có dạng hình trụ.

– Má khuỷu nối chốt khuỷu và cổ khuỷu, trên má khuỷu lắp đối trọng. 

– Đuôi trục khuỷu nối với bánh đà.

Hình dạng của trục khuỷu cũng như vị trí tương đối của các khuỷu (tức là sự bố trí của các khuỷu) được quyết định bởi số lượng xilanh, sự sắp xếp của xilanh và thứ tự đánh lửa của động cơ. 

Sắp xếp thứ tự đánh lửa đối với động cơ nhiều xilanh cần phải chú ý một điều: 2 xilanh có kỳ nổ liên tiếp nhau nên đặt cách xa nhau để giảm tải cho ổ đỡ trục khuỷu, đồng thời cũng tránh trường hợp hiện tượng nhiều xilanh cùng nạp khí một lúc. 

Kỳ nổ của các xilanh cũng nên phân bố đều, nói cách khác trong khoảng thời gian hoàn thành một chu trình làm việc, thì mỗi xilanh đều trải qua kỳ nổ một lần. Khoảng thời gian cách giữa kỳ nổ của các xilanh được gọi là góc lệch trục khuỷu và được tính toán theo góc quay trục khuỷu. 

Động cơ 4 kỳ hoàn thành một chu kỳ làm việc thì trục khuỷu quay 2 vòng, góc quay trục khuỷu là 720 độ. Trong khoảng thời gian này, mỗi xilanh của động cơ phải thực hiện một kỳ nổ, hơn nữa góc lệch trục khuỷu phải đều nhau. 

Vì thế động cơ 4 kỳ có góc lệch trục khuỷu là 720 độ/i (với i là số lượng xilanh), tức là trục khuỷu cứ quay được 720 độ/i thì phải có một xilanh sinh công, để đảm bảo động cơ vận hành êm, không bị rung lắc. 

4.2. Bánh đà

Chức năng chính của bánh đà là tích trữ năng lượng kỳ nổ của các xilanh, dùng để khắc phục lực cản trong các kỳ nạp, nén, xả và các loại lực cản khác, giúp cho trục khuỷu có thể quay đều. 

Chu vi bánh đà có ép một vành răng ăn khớp với bánh răng máy khởi động, với mục đích khởi động động cơ. Bộ ly hợp của xe cũng được lắp trên mặt bích bánh đà để truyền công suất và mô-men lực của động cơ ra ngoài.

Khi chế tạo, bánh đà và trục khuỷu đều được tiến hành kiểm tra cân bằng động, vì thế khi tiến hành tháo lắp, để không phá vỡ mối quan hệ cân bằng này, thì vị trí tương đối giữa bánh đà và trục khuỷu cần phải được giữ cố định.

Xem thêm:

This div height required for enabling the sticky sidebar
error: Content is protected !!
Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views :