Áo cáo tiểu luận môn học lựa chọn vật liệu lựa chọn vật liệu trục khuỷu trong ô tô

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Trục khuỷu ô tô Hình 1.2 Cấu tạo trục khuỷu Hình 1.3 Đầu trục khu$u Hình 1.4 Kết cấu dẫn dầu bôi trơn chốt khu$u Hinh 1.5 Cac dang ma khuyu Hinh 1.6 Cac dang

ĐẠI HỌC QUOC GIA THANH PHO HO CHÍ MINH

TRUONG DAI HOC BACH KHOA KHOA CONG NGHE VAT LIEU

BAO CAO TIEU LUAN MON HOC LỰA CHỌN VẬT LIEU

LỰA CHỌN VẬT LIỆU TRỤC KHUỶU TRONG Ô TÔ

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Đăng Khoa Học viên thực hiện: Trương Minh Cảnh 1912752

TP HÒ CHÍ MINH, THÁNG 4 NĂM 2024

MỤC LỤ

C

CHƯƠNG 1 : TONG QUAN VẺ TRỤC KHUỶU Ô TÔ 5 2-5 552 4

1.1 Giới thiệu trục khuýu ô tô

1.2 Các bộ phận chính của trục khuýu

1.2.1 Đầu trục kÌHHỤU e-occe<cccccseeeeceetserkeeseErersereereeereereereceecee 1.2.2 Cổ trục khuỷu

1.2.3 Chốt khuỷu

1.2.4 Ma khuyu 1.2.5 Déi trong

1.2.6 Dudi truc khuyu

CHUONG 2: LUA CHON VAT LIEU

2.1 Điều kiện làm việc 2.2 Lựa chọn vật liệu

2.2.1 Yêu cầu kỹ thuật

2.2.2 Lựa CHỌH UẬT ÙIỆM co Go TY nh mg E0

TÀI LIỆU THAM KHẢO

_ _

_— G

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Trục khuỷu ô tô

Hình 1.2 Cấu tạo trục khuỷu

Hình 1.3 Đầu trục khu$u

Hình 1.4 Kết cấu dẫn dầu bôi trơn chốt khu$u

Hinh 1.5 Cac dang ma khuyu

Hinh 1.6 Cac dang doi trong cc.cccssscssssssssssssssssssssessessssssssssesessssssssscssesnsessansacsseseeseeces 7

Hình 1.7 Kết cấu đuôi trục khuỷu 2-2-2 5£ se se se sersesscsereesese 8

DANH MUC BANG

Bang 2.1 Thanh phần hóa học các mác thép ccssessesssssssssscssseessssancssesssesaseeseeescanees 15

Bảng 2.2 Tính chất cơ học mác thépp - e2 s°<seesstxserseersersse sersse se 16

CHƯƠNG 1 : TONG QUAN VE TRUC KHUYU Ô TÔ

1.1 Giới thiệu trục khuỷu ô tô

Trục khuýu là một phần của động cơ dùng để biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyên động quay Nó nhận lực từ piston để tạo ra mô men quay sinh công đưa ra bộ phận công tác và nhận năng lượng từ bánh đà truyền lại cho piston để thực hiện các quá trình sinh công Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tac dụng của lực khí thế, lực quán tính và lực quản tính ly tâm Có hai loại trục khuyu là trục

khuỷu liền và trục khuỷu ghép:

e Truc khuyu lién gom các bộ phận: cô trục, cô biên, má khuyu liên kết thành

một khối thống nhất không thê tháo rời

e Truc khuyu ghép gồm các bộ phận: cô biên, cô trục và má khuỷu riêng biệt được nối lại với nhau bằng thanh trục khuỷu Trục khuýu ghép được dùng nhiều trong động cơ cỡ lớn hoặc động cơ có công suất nhỏ nhưng ít xi lanh và đầu to thanh truyền

không bị cắt đôi

Hình 1.1 Truc khuyu ô tô

1.2 Các bộ phận chính của trục khuỷu

Cô chính - Main bearing journal

Má khuỷu - Crankshaft web

Flywheel

Crankshaft mounting flange

balance masses Crankpin

Dau di qua bearing journal

Oil passages

Hinh 1.2 Cau tao truc khuyu

1.2.1 Đầu truc khuyu Đầu trục khuỷu thường lắp đai ốc khởi động để quay trục khuýu khi cần thiết hoặc

để khới động cơ bằng tay quay Trên đầu trục khuỷu có then để lắp puly dẫn động quạt gió, máy phát điện bơm nước của hệ thông làm mát, đĩa giảm dao động xoắn (nếu có)

và lắp bánh răng trục khuỷu để dẫn động trục cam và các cơ cấu khác Ngoài ra, đầu trục khuỷu còn có cơ cấu hạn chế di chuyền dọc trục và tấm chặn dé không cho dầu nhờn lọt ra khỏi đầu trục

Puly

Đai ốc khởi động

Hình 1.3 Đầu trục khuỷu

1.2.2 Cổ truc khuyu

Cổ trục chính được đặt vào gối đỡ ở các te có và có bạc lót như ở đầu to thanh truyền hoặc ô bi Cổ trục được gia công chính xác bề mặt đạt độ bóng cao và được nhiệt luyện để nâng cao độ cứng Số cổ trục có thể nhiều hơn hay ít hơn số xi lanh động cơ Phần lớn các động cơ có đường kính các cô trục bằng nhau Tuy nhiên, một

số động cơ cỡ lớn đường kính các cô trục lớn dần từ đầu đến đuôi trục khuyu

Ví dụ: trục khuýu động cơ xăng bốn kỳ có 4 xi lanh, thường làm ba cô trục, còn dong co diesel có 4 xi lanh thường làm 5 cô trục, tuy số cô biên đều là 4

1.2.3 Chét khuyu

Chốt khuýu là bộ phận đề lắp với đầu to thanh truyền Chốt khuỷu cũng được gia công chính xác có độ bóng cao và được nhiệt luyện để nâng cao độ cứng như cô trục

Số chốt khuỷu bao giờ cũng bằng số xi lanh động cơ (động cơ một hàng xi lanh) Đường kính chốt khuýu thường nhỏ hơn đường kính cô trục, nhưng cũng có những động cơ cao tốc, do lực quán tính lớn nên đường kính chốt khuỷu có thể làm bằng đường kính cổ trục để tăng độ cứng vững Cũng như cổ trục, chốt khuýu có thể làm rỗng đề giảm trọng lượng trục khuýu và chứa dầu bôi trơn, đồng thời các khoang trống còn có tác dụng lọc dâu bôi trơn

Hình 1.4 Kết cấu dẫn dầu bôi trơn chốt khuỷu 1.2.4 Ma khuyu

Má khuỷu là phần nối liền chốt khuýu với cổ trục làm thành tay quay trục khuỷu

Hinh dang ma khuýu có thể là chữ nhật, hình tròn, hình bầu dục

Ma khuyu don giản và dé ché tao nhat cd dạng hình chữ nhật và dang tròn (hình 1.5a, b) Đối với động cơ cô trục lắp ô bí, má khuýu còn đóng vai trò như cô trục Ngoài ra, má khuỷu có thể chế tạo hình chữ nhật có vát góc (hình 1.5c) hoặc hình ô van (hình 1.5d)

` & W

Hinh 1.5 Cac dang ma khuyu 1.2.5 Déi trong

Đối trọng có tác dụng nhằm cân bằng các lực và mô men quán tính không cân bằng của động cơ Nó còn có tác dụng giảm tải cho ô trục, và là nơi khoan bớt các khối lượng thừa khi cân bằng trục khuýu Nó có thể được chế tạo liền với má khuyu hoặc làm rời sau đó hàn hoặc bắt bu long voi ma khuyu

Đối trọng có thể đúc liền với má khuýu (hình 1.6a), loại này thường ding cho động cơ cô nhỏ như động cơ ôt ô, máy kéo hoặc dé đễ chế tạo, đối trọng có thé lam roi

va bat chat vao ma khuyu bang bu léng (hinh 1.6b) Dé giảm lực tác dụng lên bu lông, đối trọng được lắp với má khuýu bằng rãnh mang cá và được kẹp chặt bằng bu lông

(hình 1.6c)

Hinh 1.6 Các dạng đối trọng 1.2.6 Đuôi trục khuỷu

Hình 1.7 là kết cấu điển hình của đuôi trục khuýu rất phổ biến ở động cơ ô tô, máy kéo Theo kết cấu này, đuôi trục khuỷu có mặt bích để lắp bánh đà và được làm rỗng

để lắp ô bí đỡ trục sơ cấp của hộp số Trên bề mặt ngõng trục có phot chắn dầu, tiếp đó

là ren hồi đầu có chiều xoắn nguoc vol chiéu quay cua truc khuyu dé gat dầu trở lại, sát với cổ trục cuối củng là đĩa chắn dâu Khi động cơ làm việc, dầu được các kết cấu chăn dâu ngăn lại sẽ rơi xuông theo lỗ thoát trở về các te

Ren hồi dầu =

H2,

Lỗ thoát dấu Mặt bích Hình 1.7 Kết cấu đuôi trục khuyu

Banh da

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN VẬT LIỆU 2.1 Điều kiện làm việc

Điều kiện làm việc của trục khuýu rất nặng Trong quá trình làm việc trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể do áp lực rất cao của khí trong xi lanh tác dụng vảo piston truyền xuống trục khuýu thông qua thanh truyền, lực quán tính (quán tính chuyên động tịnh tiến và quán tính chuyển động quay) Những lực này có trị số rất lớn

và thay đổi theo chu kì nhất định nên có tính chất va đập rất mạnh

Các lực tác dụng gây ra ứng suât uôn và xoăn trục, dong thoi con gay ra dao động, đọc và dao động xoăn, làm động cơ rung động, mất cân băng Ngoài ra các lực nói trên con gay ra hao mòn lớn trên các cô trục và chốt khuýu Bôi trơn khá khó khăn, đề bôi trơn các cô trục chính và cô biên có các 16 dâu xuyên suốt từ cô chính đên cô biên 2.2 Lựa chọn vật liệu

2.2.1 Yêu cầu kỹ thuật Theo TCVN 1705 - 85:

e_ Trục khuyu phải được chế tạo phủ hợp với yêu cầu của tiêu chuẩn này và các bản vẽ, tài liệu kỹ thuật đã được xét duyệt theo thủ tục qui định

e Trục khuỷu phải được chế tạo bằng thép C45, 45 Mn2, 50-CrVA, 40Cr, 40

CrN¡, 40 CrNIMoA hay các loại thép khác có cơ lý tính tương đương

e Phôi trục khuýu rèn phải được gia công nhiệt thường hóa (còn trục khuyu bằng thép hợp kim thì tôi và ram), đạt độ cứng 163 — 269 HB, chênh lệch độ cứng của trục khuỷu rèn không được lớn hơn 50 HB

e_ Cô trục chính và cổ thanh truyền phải được tôi bề mặt (chiều sâu lớp thấm tôi phải đạt trên 3 mm, đạt độ cứng 52 — 62 HRC, ở các vùng khác được chỉ dẫn trên bản vẽ)

e Tổ chức kim loại của lớp tôi các cô trục phải có dạng mactenxit hình kim nhỏ hoặc vừa, được chuyên sang dạng Trutro mactenxit

e Sau khi mài cổ trục chính và cô thanh truyền với kích thước sữa chữa cuối cùng thì chiều sâu lớp tôi không được nhỏ hơn 1 mm

e Chiều sâu lớp tôi được xác định bằng chiều dày lớp tôi từ mặt đã gia công của

cô trục đến chỗ xuất hiện pherit

e_ Không cho phép có các góc vuông, góc nhọn ở các vị trí tiếp xúc bề mặt ngoài của cô trục khuyu va các rãnh dau Bé mat vat lam tron phải nhãn, không được có ba via, vét xuéc

e_ Bè mặt không gia công của trục phải sạch, không được có vết nứt, phân tầng, vay sắt, nhăn, seo

e_ Cho phép sữa chữa các khuyết tật trên ( trừ vết nứt rạn) bằng cách gọt lớp bề mặt ay di Nhung chiéu dày lớp kim loai bi got đi không được lớn hon 1 mm

e Trén mat g6c luon va cô trục không cho phép có vết rạn, nứt, rõ, ngậm xỉ mà mắt thường trông thấy được Các khuyết tật cho phép và sự phân bố chúng trên các cỗ trục và góc lượn được phát hiện bằng máy dò kiểu từ tính và được nói rõ trên bản vẽ

e _ Trên các bề mặt đã tôi của cô trục, không cho phép có những vết cháy xém mà mắt thường thấy được

e Trên bề mặt gia công không làm việc của trục thì cho phép sữa chữa các khuyết tật nhưng phải đảm bảo kích thước trong giới hạn dung sai

e Không cho phép gò, tan, han, va để khử các khuyết tật của trục khuýu, cho

phép nắn trước khi mải tinh

e Thông số nhám Ra theo TCVN 2511 - 78 không được lớn hơn 0.2 mm đổi với cô trục chính và cổ thanh truyền; 0.8 mm đối với các góc lượn

e_ Sai lệch độ trụ của trục chính và cô thanh truyền không được lớn hơn 0.008

mm

e Sai léch d6 song song cua các cô trục chính cổ thanh truyền không được vượt quá 0.03 mm trên 100 mm chiều đài, đo khi đặt chúng lên giá đỡ 2 đầu trục của trục khuyu

e Mặt mút của mặt bích dùng để lắp bánh đà phải phắng Sai lệch độ phẳng và

độ vuông góc đường tâm trục khuỷýu không được vượt quá 0.1 mm, cho phép mặt đó lõm nhưng không được li

e Sai lệch góc của đường trục rãnh then so với đường trục của cô thanh truyền thứ nhất không được quả + 30)

e Mỗi trục khuỷu sau khi gia công xong phải được kiểm tra vết nứt bằng từ tính, kiểm tra xong phải khử từ

e - Mỗi trục khuyu phải được cân bằng động Trị số cho phép của độ không cân bằng phải theo qui định của bản vẽ

2.2.2 Lựa chọn vật liệu Một số mác thép có thé duoc str dung làm trục khuyu ô tô

Bảng 2.1 Thành phần hóa học các mác thép

Thành phần hóa học

Mác thép

0.04 S (max);

18CrMnTi | 0,17- 0,23 0,8 — 1,1 - 1,0-1,3 0,06 — 0,12 Ti

Tương ứng với các mác thép trên ta có các tính chât cơ học như sau

Bảng 2.2 Tính chất cơ học mác thép

Tính chất cơ học Mác thép Giới hạn chảy | Giới hạn bên,9 | Độ giãn tương " , " À Độ thắt tương z

® Đặc điểm của thép C45:

Thép C45 có giới hạn chảy tuy hơi thấp nhưng lại có giới hạn bền kéo tương đối

cao (610MPa), cộng với độ giãn dài cao (khoảng 16%) tức là độ đàn hồi tương đối tốt

nên có khả năng chịu va đập tốt, chịu tải trọng cao Kèm với đó là độ cứng bề mặt khá

(190 - 245 HB) giúp cho thép C45 có thể chịu được mài mòn khi chỉ tiết làm việc

e Đặc điểm của thép 15Cr:

Thép 15Cr có giới hạn chảy và giới hạn bền tương đối cao hơn nhưng do là thép có thành phần cacbon thấp nên độ cứng không cao, độ giãn đài tương đối ở mức trung bình (12%) nên thép 15Cr có khả năng chịu va đập không thực sự tốt, độ chịu mài mòn cũng không cao, và độ thắt tương đối lớn sẽ khiến cho chỉ tiết dé bị biến dạng trong lúc làm việc làm ảnh hướng xấu đến toàn bộ động cơ

e Đặc điểm của thép 18CrMnTi:

Đối với thép 18CrMnTi, mặc dù có giới hạn chảy và piới hạn bền kéo ở mức cao (lần lượt là 850 và 1000 MPa) nhưng vẫn là thép hợp kim thấm cacbon, độ cứng không thực sự cao nên thường chỉ có thể chịu tải trọng cao nhưng không có khả năng chống mài mòn và chịu va đập tốt

Từ những đặc điểm trên, có thể thấy rằng, mác thép C45 phù hợp cho làm trục khuỷu động cơ ô tô hơn là các mác thép 15Cr và 18CrMnTi Vậy trong để tài đồ án này, em sẽ trình bày quy trình nhiệt luyện cho trục khuỷu ô tô sử dụng mác thép C45

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Tiêu chuẩn Nhà nước, TCVN1766 - 75, 7hép Cacbon kết cấu chất lượng tot Mác thép và yêu cầu kỹ thudt

[2] Tiêu chuẩn Nhà nước, TCVN1710 — 85, Động cơ ô tô — Trục khuỷu — Yêu cầu

kỹ thuật

[3] Trần Đình Quý (2005), Công nghệ chế tạo phụ từng, Nhà xuất bản Giao thông

vận tải, Hà Nội