3.1. Công dụng, yêu cầu của cơ cấu trục khuỷu- thanh truyền
3.1.1. Công dụng
Cơ cấu trục khuỷu- thanh truyền có công dụng biến chuyển động tịnh tiến của
piston thành chuyển động quan tròn của trục khuỷu truyền đến bánh xe chủ động
3.1.2. Yêu cầu
- Chịu va đập, chịu mài mòn
- Độ bền cơ học cao
- Đơn giản, dễ sửa chữa, thay thế
Hình 3.1. Cơ cấu trục khuỷu- thanh truyền
3.2. Lực và mô men tác dụng lên cơcấu trụckhuỷu - thanh truyền
Khi động cơ làm việc, các chi tiết của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền chịu tác dụng của lực do khí cháy giãn nở và lực quán tính của các chi tiết hoặc bộ phận chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay.
3.2.1. Lực khí cháy
Trong quá tình cháy giãn nở, khí cháy trong xi lanh có áp suất rất cao, đẩy pit tông dịch chuyển từ ĐCT xuống ĐCD, qua thanh truyền làm quay trục khuyủ và phát sinh công. Lực khí cháy có trị số biến đổi và thuộc vào vị trí pit tông trong xi lanh hay góc quay của trục khuỷu.
3.2.2. Lực quán tính
a. Lực quán tính chuyểnđộngtịnhtiến
Lực quán tính chuyển động tịnh tiến sinh ra do sự chuyển động không đều của
nhóm pit tông, (bao gồm tông, chốt pit tông và xéc măng) và phần trên của thanh truyền (bằng 1/4 khối lượngđầu nhỏ thanh truyền chuyển động tịnh tiến đã được quy dẫn về tâm chốt).
Khi động cơ làm việc, nếu pit tông ở ĐCT hoặc ĐCD, thì tốc độ pit tông bằng không và pit tông đổi hướng chuyển động, còn gia tốc của nó lại có trị số lớn nhất, nhưng sau khi đã qua các điểm chết, tốc độ của pit tông lại tăng dần và có trị số lớn nhất ở khoảng giữa của hành trình, còn gia tốc của nó giảm dần cho đến khi
có trị số bằng không. Như vậy, pit tông hay nhóm pit tông chuyển động tịnh tiến
đi lại là chuyển động không đều hay chuyển động có gia tốc thay đổi.
b. Lực quán tính chuyểnđộng quay
Lực quán tính chuyển động quay, hay lực quán tính ly tâm Pq sinh ra do sự chuyển động quay đều của các bộ phận không cân bằng bao gồm chốt khuỷu, má khuỷu và phần dưới của thanh truyền (bằng 1/3 khối lượng của thanh truyền chuyển động quay đã được dời về tâm chốt khuỷu hay cổ biên).
Hợplực và mô men
Hình 3.2. Lực và mô men tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu- thanh truyền
Lực tác dụng lên đỉnh pit tông hay chốt pit tông P là lực tác dụng của khí cháy Pk và lực quán tính chuyển động tịnh tiến Pj .
P = Pk + Pj (N)
- Lực Ptt tác dụng trên đường tâm thanh truyền và đẩy thanh truyền đi xuống.
- Lực N (lực ngang) tác dụng theo chiều thẳng góc với đường tâm xi lanh, ép
pit tông vào xi lanh gây nên sự mài mòn của pit tông, xéc măng và xi lanh.
N = P. tgB
Dời lực Ptt đến tâm chốt khuỷu hay cổ biên rồi lại phân tích thành hai
lực:
- Lực tiếp tuyến T làm quay trục khuỷu và truyền công suất ra ngoài. Lực
tiếp tuyến T tạo ra mô men quay của động cơ M = T. R để dẫn động máy công tác (máy bơm nước, máy phát điện, bánh xe chủ động của ôtô, máy kéo và môtô xe máy...). R là độ dài của thanh truyền
- Lực pháp tuyến Z gây nên sự mài mòn của cổ trục.
Như vậy, ngoài lực tiếp tuyến T là có ích, còn các lực khác là có hại như: lực khí cháy, lực ngang N, lực pháp tuyến Z, lực quán tính chuyển động tịnh tiến Pj và lực quán tính ly tâm Pq . Các lực này làm cho động cơ rung động và chóng mòn. Để cân bằng lực quán tính chuyển động quay Pq, thường dùng đối trọng đặt trên
phương kéodài của má khuỷu, ngược chiều với chốt khuỷu hay cổ biên. Còn các
lực khác để cho khung bệ của động cơ chịu đựng.