Đề tài tính toán Động cơ Đốt trong trên Ô tô HR-V

Piston là một phần quan trọng của động cơ đốt trong ô tô. Công dụng chính của piston là chuyển động lên xuống trong xi lanh của động cơ để tạo ra sức ép cần thiết cho quá trình đốt cháy và chuyển động của xe.

ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ

GVHD: Nguyễn Hoàn Luân

SVTH: Lưu Quốc Việt

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS Nguyễn Hoàng Luân giảng viên trường

Đại Học Lạc Hồng đã trang bị giúp em những kỹ năng cơ bản và kiến thức cần thiết đểhoàn thành được bài báo cáo này

Cảm ơn các anh chị khóa trên cùng các bạn đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trìnhtìm tài liệu để có thể hoàn thành bài báo cáo

Tuy nhiên, trong quá trình làm báo cáo do kiến thức chuyên ngành của em còn hạnchế nên không thể tránh khỏi một vài thiếu sót khi trình bày và đánh giá vấn đề Rấtmong nhận được sự góp ý, đánh giá của các thầy cô để bài báo cáo của em thêm hoànthiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Mục Lục

LỜI CẢM ƠN 2

CHƯƠNG 1: ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PISTON - TRỤC KHUỶU - THANH TRUYỀN 5

1.1Cơ sở lý thuyết cơ cấu piston – trục khủy – thanh truyền 5

1.1.1 Công dụng của Piston ô tô 5

1.1.2 Cơ cấu và cấu tạo thanh truyền 6

1.1.3 Trục khuỷu 9

1.2.Động học cơ cấu piston trục khuỷu thanh truyền giao tâm 12

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN GIA TỐC CHUYỂN DỊCH CỦA PISTON BẰNG ĐỒ THỊ 17

2.1.Tính toán 17

CHƯƠNG 3: THANH TRUYỀN 20

3.1 Thanh truyền 20

3.2 Điều kiện làm việc của thanh truyền 22

3.3 Vật liệu và phương pháp chế tạo thanh truyền 23

3.4 Cấu tạo thanh truyền 23

KẾT LUẬN 28

TÀI LIỆU THAM KHẢO 29

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình1 1: Cấu tạo của piston 5

Hình1 2: Cấu tạo của thanh truyền 7

Hình1 3: Trục khuỷu 11

Hình1 4: Sơ đồ cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm 13

Hình1 5: Đồ thị gia tốc 19

Hình1 6: Bảng vẽ của 1 thanh truyền cơ bản 21

Hình1 7: Kết cấu của 1 thanh truyền hoàn chỉnh 22

Hình1 8: Thanh truyền được lắp đặt bên trong động cơ 22

Hình1 9: Phân tích các chi tiết có trong thanh truyền 24

Hình1 10: Cấu trúc của động cơ hình sao 26

Hình1 11: Động cơ chữ V 27

CHƯƠNG 1: ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PISTON TRỤC KHUỶU

-THANH TRUYỀN

1.1Cơ sở lý thuyết cơ cấu piston – trục khủy – thanh truyền.

1.1.1 Công dụng của Piston ô tô

Piston là một phần quan trọng của động cơ đốt trong ô tô Công dụng chính củapiston là chuyển động lên xuống trong xi lanh của động cơ để tạo ra sức ép cần thiết choquá trình đốt cháy và chuyển động của xe

Piston có những chức năng sau:

– Phối hợp với xi lanh và nắp máy tạo ra buồng cháy

– Nhận áp lực của khí cháy và truyền lực qua thanh truyền tới trục khuỷu ở kỳcháy co giãn

– Tiếp nhận lực quán tính của bánh đà qua trục khuỷu, thanh truyền để thực hiệnhành trình hút, nén, xả

Riêng đối với động cơ 2 kỳ piston còn giúp nghĩa vụ đóng mở những cửa hút, cửaxả

Cấu tạo của piston:

Piston trên ô tô thường được làm từ hợp kim nhôm hoặc hợp kim silic và được thiết kế đểchịu được nhiệt độ cao và áp lực lớn trong quá trình hoạt động của động cơ

Hình1 1 : Cấu tạo của piston

Piston thường được chia làm ba phần:

– Đỉnh piston: được tính từ mép trên của rãnh xéc măng khí trước tiên trở lên Một trongnhững động cơ Diezen có khoét buồng cháy phụ bên trên đỉnh piston Đỉnh piston thường

có dấu chỉ chiều lắp piston

Đỉnh piston có 3 loại

+ Đỉnh bằng: Dễ sản xuất, thường được sử dụng cho động cơ xăng

+ Đỉnh lõm: Phần đỉnh piston được khoét lõm theo những hình dạng: chỏm cầu,,….loạinày tạo cho hỗn hợp hòa trộn đều dùng cho các loại động cơ Diezel có buồng cháy phụ+ Đỉnh lồi: Lực được phân bố đều bao quanh, bản lĩnh chống được lực tốt Loại này khóchế tạo, diện tích giao tiếp nhiệt lớn, truyền nhiệt khó, loại này ít dùng

– Đầu piston: là phần có xẻ rãnh để lắp những xéc măng khí và xéc măng dầu

– Thân piston: là phần dẫn hướng khi piston vận động tịnh tiến trong xi lanh Trên thânpiston có lỗ chốt piston Một số động cơ còn tồn tại thêm xéc măng dầu ở Cuối phần dẫnhướng Thân piston thường xuất hiện cắt dạng ô van để tránh cho piston bị bó kẹt trong xilanh khi chịu nhiệt độ cao Một trong những piston có sản xuất rãnh phòng nở

Những phần này cùng hoạt động cùng nhau để đảm bảo hiệu suất và độ bền của pistontrong quá trình hoạt động của động cơ ô tô

1.1.2 Cơ cấu và cấu tạo thanh truyền

Thanh truyền là một phần quan trọng trong động cơ của ô tô, nó kết nối piston vớitrục khuỷu và chuyển động chuyển động lên xuống của piston thành chuyển động quaycủa trục khuỷu Dưới đây là cơ cấu và cấu tạo cơ bản của thanh truyền

Cấu tạo của thanh truyền ô tô gồm 3 phần: thân thanh truyền, đầu to (hay đầu biên lớn), đầu nhỏ (hay đầu biên nhỏ) và bạc lót thanh truyền.

Thanh truyền chịu trách nhiệm chuyển đổi chuyển động lên xuống của pistonthành chuyển động quay của trục khuỷu, làm cho động cơ hoạt động một cách mạnh mẽ

và hiệu quả Đồng thời, cấu tạo cũng được thiết kế để đảm bảo độ chính xác và độ bềntrong quá trình hoạt động của động cơ

Cấu tạo của thanh truyền

Trong đó, mỗi bộ phận lại có cách hoạt động, nhiệm vụ riêng và được kết nối với nhaunhư sau:

Hình1 2: Cấu tạo của thanh truyền

Đầu nhỏ thanh truyền

Đầu nhỏ của thanh truyền có dạng hình trụ rỗng, được lắp với chốt piston bêntrong có bạc lót, phía trên có lỗ dầu bôi trơn cho bạc, bạc lót được ghép chặt vào đầu nhỏthanh truyền

Đầu nhỏ thanh truyền có lỗ để lắp chốt pít-tông Cấu tạo đầu nhỏ thanh truyền phụthuộc vào phương pháp lắp ghép với chốt pít-tông

Nếu lắp chốt pít-tông cố định, thì đầu nhỏ thanh truyền có lỗ để lắp bu lông hãmchặt với chốt.Nếu lắp tự do, thì đầu nhỏ thanh truyền bao giờ cũng có bạc lót Một sốđộng cơ người ta làm vấu lồi trên đầu nhỏ để điều chỉnh trọng tâm thanh truyền cho đồngđều giữa các xi-lanh

Các cơ cấu đầu nhỏ thanh truyền

Để bôi trơn bạc lót và chốt pít-tông có những phương án như dùng rãnh hứng dầuhoặc bôi trơn cưỡng bức do dẫn dầu từ đầu trục khuỷu dọc theo thân thanh truyền Ởđộng cơ hai kỳ, do điều kiện bôi trơn khó khăn,người ta thường làm các rãnh chứa dầu ởbạc đầu nhỏ hoặc có thể dùng ổ bi kim thay cho bạc lót

Đầu to thanh truyền

Đầu to của thanh truyền được nối với trục khuỷu gồm hai nửa Nửa trên liền vớithanh truyền, nửa dưới chế tạo rời gọi là nắp đầu to (nắp biên) và được lắp ghép với nửatrên bằng các bu lông

Mặt cắt có thể cắt thẳng góc Bề mặt lắp ghép giữa thân và nắp thanh truyềnthường được lắp các tấm đệm thép dày khoảng 0,05 – 0,20 mm để có thể điều chỉnh tỷ sốnén cho đồng đều giữa các xi-lanh

Mặt cắt lệch so với đường tâm thanh truyền Mặt lắp ghép này yêu cầu phải có vấuhoặc răng khía để chịu lực cắt thay cho bu lông thanh truyền và định vị khi lắp ghép

Đầu to thanh truyền để nguyên mà không cắt đôi Có ưu điểm là cấu tạo đơn giảnnhưng phải dùng trục khuỷu ghép nên chỉ sử dụng ở một số động cơ có công suất nhỏ, ítxi-lanh như động cơ mô tô, xe máy

Các cơ cấu đầu to thanh truyền

Phía trong có bạc làm bằng thép có tráng hợp kim đồng Mặt trong của bạc đượcphay rãnh để chứa dầu bôi trơn Giữa các nửa của đầu to được ghép với nhau bằng bulông Để chống xoay bạc mỗi nửa bạc có dập định vị khớp

Thân thanh truyền

Thân thanh truyền làm nhiệm vụ là phần nối giữa đầu nhỏ và đầu to của thanhtruyền, thường có tiết diện hình chữ nhật, hình tròn, hình ôvan hoặc hình chữ I Tiết diệnhình chữ I được dùng nhiều trong động cơ cao tốc và động cơ ô tô, máy kéo Loại này có

độ cứng vững lớn, bố trí vật liệu hợp lý

Kích thước của thân thanh truyền được thiết kế tăng dần từ đầu nhỏ đến đầu to đểphù hợp với quy luật phân bố lực quán tính lắc đều của thanh truyền, còn chiều dày thìđồng đều.

Cơ cấu thân thanh truyền

Dọc theo thân của thanh truyền, các nhà sản xuất thường bố trí các lỗ dẫn dầu.Những lỗ này nhằm dẫn dầu để bôi trơn các chốt của piston bằng áp lực Để tăng độ cứngvững và dễ khoan lỗ dẫn dầu, thân thanh truyền có gân trên suốt chiều dài thanh truyền

Do gia công lỗ dầu khó, nhất là đối với thanh truyền dài, nên có khi nhà sản xuấtgắn ống dẫn dầu ở phía ngoài thân thanh truyền

Đối với động cơ dạng 2 kỳ việc bôi trơn khó khăn hơn so với 4 kỳ Nên thườngthì sẽ có những rãnh chứa dầu được gắn ở đầu nhỏ để thực hiện nhiệm vụ bôi trơn lót bạc.Người ta cũng có thể dùng ổ bi kim để thay thế cho bạc lót

Khi chế tạo thanh truyền cần đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau:

 Kích thước các lỗ cơ bản được gia công đạt độ chính xác cấp 7 đến 9, độ nhám

quán tính và lực quán tính ly tâm Những lực này có thể tạo ra biến dạng uốn, xoắn, cũngnhư động xoắn và động ngang của trục khuỷu trên các ổ đỡ Dưới đây là một số thông tin

về trục khuỷu trên ô tô:

- Chuyển đổi từ chuyển động tịnh tiến sang chuyển động quay

Trục khuỷu ô tô nhận lực từ piston thông qua thanh truyền dẫn động, chuyển đổichuyển động tịnh tiến của pit tông thành chuyển động quay Quá trình này giúpđộng cơ tạo ra momen quay và lực đẩy cần thiết để thực hiện các chu kỳ làm việc

Vai trò và chức năng

Trục khuỷu chuyển đổi chuyển động tuyến tính của piston thành chuyển độngquay của trục Khi piston di chuyển lên và xuống trong xi lanh, nó đẩy trục khuỷu quay,tạo ra chuyển động quay cần thiết cho hệ thống truyền động và bánh xe của ô tô

Cấu tạo

Hình1 3: Trục khuỷuCấu tạo nên trục khuỷu gồm 6 phần bao gồm : Đầu trục khuỷu, chốt khuỷu, cổ khuỷu,

má khuỷu, đối trọng và đuôi trục khuỷu

 Đầu trục khuỷu được trang bị vấu để thực hiện chức năng khởi động hoặc quay,puly dẫn động quạt gió, bơm nước, máy phát, cũng như các bánh răng dẫn độngtrục cam và nhiều chức năng khác Để giảm chấn xoắn, có thể lắp thêm bộ giảmchấn xoắn vào đầu trục khuỷu

 Chốt khuỷu được gắn chặt vào thanh truyền ở phần đầu to Nhiệm vụ của nó lànhận toàn bộ lực từ thanh truyền

 Cổ khuỷu có dạng hình trụ nó là trục quay chính của trục khuỷu

 Má khuỷu là phần liên kết giữa cổ khuỷu và chốt khuỷu Lực từ chốt khuỷu sẽđược truyền vào cổ khuỷu nhờ chi tiết này

 Đuôi trục khuỷu là đầu cuối và được gắn với bánh đà trong động cơ

Thanh truyền được cấu tạo nên từ 3 phần gồm: đầu nhỏ, đầu to và thân

 Đầu nhỏ là khối trụ tròn, nó được liên kết với Pit-tông qua một thanh chốt Tại nơitiếp xúc sẽ được bọc một lớp bạc mỏng giúp hạn chế độ ma sát nâng cao tuổi thọcủa nó

 Đầu to gắn vào trục khuỷu thiết kế của nó thường được chia làm 2 để thuận lợi choquá trình lắp đặt và sửa chữa 2 nửa được ghép với nhau nhờ chốt ốc bu lông

 Lỗi khoan dầu Trên cổ trục chính, chốt khuỷu và má khuỷu thường được khoan lỗ

để tạo đường dẫn dầu bôi trơn đến các điểm ổ trục và chốt khuỷu

 Thân là đoạn kim loại gắn kết giữa hai đầu của thanh truyền

Nhiệm vụ

Nhận lực từ thanh truyền sau đó nhờ hệ thống liên động cơ khí nó sẽ chuyển hóa lựcthẳng thành lực quay Trục khuỷu sau đó lại được gắn liền với các hệ thống dẫn độngkhác tạo nên một động cơ hoàn chỉnh

- Trục cam: Trục khuỷu thường cũng có các khu vực gia công cho trục cam, nơi các trụccam điều khiển van hút và van xả trong động cơ

Bảo dưỡng và kiểm tra

Trục khuỷu cần được bảo dưỡng định kỳ để đảm bảo hoạt động mượt mà và độbền cao Kiểm tra trục khuỷu bao gồm kiểm tra độ cong, kích thước và trạng thái của cácbánh khuỷu và cánh quay

Quản lý trục khuỷu

Trục khuỷu được quản lý thông qua hệ thống bôi trơn của động cơ, đảm bảo rằng

nó được bôi trơn đủ và không bị quá nhiệt trong quá trình hoạt động

Trục khuỷu đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của động cơ ô tô, là một trongnhững thành phần chủ chốt quyết định hiệu suất và độ bền của động cơ

1.2.Động học cơ cấu piston trục khuỷu thanh truyền giao tâm.

Động học của cơ cấu giao tâm giữa piston, trục khuỷu và thanh truyền trên ô tô đóng vaitrò quan trọng trong việc chuyển động lên xuống của piston thành chuyển động quay củatrục khuỷu

Chuyển vị của piston

Hình1 4 : Sơ đồ cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm.

Chuyển vị x tính từ điểm chết trên của piston phụ thuộc vào góc quay α của trục khuỷu x

= AB' = AO − ( DO−DB ') = (l + R) − (Rcosα + lcosβ) (1-1)) (1-1)

Trong đó :

l: Chiều dài của thanh truyền

R: Bán kính quay của trục khuỷu

α: Góc quay của trục khuỷu tương ứng với x tính từ điểm chết trên

β) (1-1): Góc lệch giữa tâm thanh truyền và đường tâm xylanh

x = [(1 + 1 λ ) − (cosα + 1 λ cosβ) (1-1))]RGọi λ = R l là tham số kết cấu

Gia tốc của piston.

Lấy đạo hàm của vận tốc theo thời gian

Gia tốc đạt cực đại khi đạo hàm:

2

2

(cos cos 2 )(1 5)

(sin 2 sin 2 ) 0(1 6)

'

2 0

2 180

Động học cơ cấu piston trục khủy thanh truyền lệch tâm.

Cơ cấu lệch tâm có tác dụng

- Giảm lục ngang L tác dụng lên xylanh

- Tăng lục dung tích của xylanh

Quy luật động học cơ cấu piston.

Vị trí điểm chết.

Xác định DCT và DCD thông qua a1,a2

Từ các tam giác A’,OE và A’’,OE ta rút ra:

a: độ lệch tâm

l: chiều dài thanh truyền

R; bán kính trục khủy

a k

Gọi:

Hệ số lệch tâm

R L

Tham số kết cấu

Chuyển vị vận tốc và gia tốc của piston

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN GIA TỐC CHUYỂN DỊCH CỦA

1(1 ) 19413158509, 458

Đồ thị biểu diễn gia tốc :

 Để vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston ta sử dụng phương pháp Tole

 + Chọn hệ trục tọa độ với trục Ox là trục hoành, trục tung là trục biểu diễn giá trị gia tốc

 + Chọn tỉ lệ xích: (mm/s2/mm)

 + Trên trục Ox lấy đoạn AB = S=2R= 91,5 mm

 Giá trị biểu diễn: AB= (mm)

 Tính:

 EF = -3.R.λ.2 = -3.45,75.0,24.4402 = -6494003,8(mm/s2)

 + Từ điểm A tương ứng với điểm chết trên lấy lên phía trên một đoạn

 AC = Từ điểm B tương ứng với điểm chết dưới lấy xuống dưới một đoạn BD = Nối C

 với D Đường thẳng CD cắt trục hoành Ox tại E Từ E lấy xuống dưới một đoạn

 EF= Nối CF và FD, đẳng phân định hướng CF thành 8 ph|n bằng nhau và đánh sốthứ tự

 0;1;2…đẳng phân định FD thành 8 ph|n bằng nhau và đánh số thứ tự 0’;1’;2’…vẽ các

 đường bao trong tiếp tuyến 11’;22’;33’…Ta có đường cong biểu diễn quan hệ

Hình1 5 : Đồ thị gia tốc

CHƯƠNG 3: THANH TRUYỀN

3.1 Thanh truyền

Thanh truyền là một bộ phận quan trọng không thể thiếu trong động cơ đốt trong Nó

là bộ phận kết nối giữa piston với trục khuỷu để truyền chuyển động Bên cạnh đó, thanhtruyền còn giữ nhiệm vụ truyền lực trong khoảng piston do khí cháy giãn nở tạo ra tớitrục khuỷu để trục quay được

Vai trò và chức năng

Thanh truyền là liên kết chính giữa piston và trục khuỷu Khi piston di chuyển lên vàxuống trong xi lanh, thanh truyền truyền động chuyển động này sang trục khuỷu, biến nóthành chuyển động quay của trục thanh truyền thực hiện nhiệm vụ truyền lực trongkhoảng trục khuỷu tới piston nhằm nén ép không khí trong buồng đốt Bên cạnh đó,thanh truyền còn có nhiệm vụ truyền lực trong khoảng piston tới trục khuỷu để trục quayđược Nhờ có sự truyền lực của cơ cấu tay quay thanh truyền mà sự di chuyển thẳng củapiston tạo nên di chuyển xoay tròn của trục khuỷu và qua đó hệ thống động cơ ô tô hoạtđộng ổn định và êm ái hơn

Cấu tạo

Thanh truyền thường được làm từ thép chất lượng cao hoặc hợp kim thép, có khảnăng chịu nhiệt và áp lực cao Nó có một đầu gắn với piston và một đầu gắn với trụckhuỷu

Đầu trục khuỷu

Là phần của thanh truyền được gắn với trục khuỷu của động cơ Đầu trục khuỷuthường được thiết kế có lỗ để gắn với trục khuỷu và được gắn chặt bằng các bulong

Bánh răng

Là phần của đầu trục khuỷu của thanh truyền, nơi mà thanh truyền gắn vào trục khuỷu

và truyền động từ piston thành chuyển động quay của trục khuỷu

Hình1 7:Kết cấu của 1 thanh truyền hoàn chỉnh

3.2 Điều kiện làm việc của thanh truyền

Làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, độ bền, độ chính xác, khả năng chịu tải, chịu

áp suất lực lớn, chịu rung lắc, chịu va đập, chịu áp suất cơ lớn, chịu ăn mòn hoá học Cácyếu tố này cần được xem xét và duy trì để đảm bảo hiệu suất và an toàn của động cơ

Hình1 8:Thanh truyền được lắp đặt bên trong động cơ