trục khuỷu là gì, trục khuỷu là gì?
trục khuỷu hay còn gọi là trục cơ, đây là chi tiết rất quan trọng và chiếm tỷ trọng khá lớn, có thể lên tới 25 – 30% giá thành của động cơ. trục khuỷu nhận lực do pít-tông tác dụng để tạo ra mô men xoắn kéo các cánh và nhận năng lượng từ bánh đà rồi truyền đến thanh truyền và pít-tông để thực hiện quá trình nén và trao đổi khí trong xi-lanh.
trong tiếng Anh trục khuỷu được gọi là crankshaft
điều kiện làm việc của trục khuỷu
trục khuỷu chịu lực t, z do lực của chất khí và lực quán tính của nhóm thanh nối piston gây ra. ngoài ra trục khuỷu còn chịu lực quán tính lệch tâm của các khối lượng quay lệch tâm của chính trục khuỷu và của thanh truyền. các lực này gây ra rung, xoắn, rung xoắn và rung ngang của trục khuỷu trên các ổ trục.
vật liệu trục khuỷu và phương pháp sản xuất
Vật liệu trục khuỷu: thép
Trục khuỷu trong các động cơ có tốc độ thấp như động cơ tĩnh tại và động cơ thủy được chế tạo bằng thép các bon trung bình như thép c35, c40, c45. và trục khuỷu của động cơ tốc độ cao thường sử dụng thép hợp kim crôm-niken. Động cơ được cải tiến như ở ô tô đua, ô tô đua, trục khuỷu được chế tạo bằng hợp kim thép có thành phần mangan-vôi. Thép cacbon có ưu điểm là rẻ và có hệ số nội ma sát lớn nên giảm dao động xoắn tốt nhưng độ bền không cao bằng thép hợp kim. trục khuỷu bằng thép thường được chế tạo bằng cách rèn khuôn hoặc rèn tự do. sau đó chi tiết gia công được ủ và chuẩn hóa trước khi gia công cơ khí. Tiếp theo là gia công thô, trục khuỷu được xử lý nhiệt và xử lý bề mặt, sau đó được gia công lần cuối giống như trục khuỷu. với phôi tạo hình bằng phương pháp rèn dập, lượng dư gia công thường khá lớn. Nếu phôi được chế tạo bằng phương pháp đúc thì lượng dư gia công ít hơn. tuy nhiên độ bền của trục khuỷu chế tạo bằng phương pháp đúc không cao bằng khi làm bằng phương pháp rèn
Vật liệu sản xuất trục khuỷu: đúc bằng than chì hình cầu
cầu gang rất dễ đúc và rẻ tiền. Ngoài ra, do sự hiện diện của carbon ở dạng than chì hình cầu, ma sát bên trong lớn, khả năng chống mài mòn tốt và không nhạy cảm với ứng suất tập trung. Khi đúc để tạo phôi có thể đúc phôi có hình dạng phức tạp theo yêu cầu của thiết kế để đảm bảo độ bền đồng đều trên toàn trục khuỷu. tuy nhiên, khó khăn lớn nhất khi chế tạo trục khuỷu bằng gang là tính toàn cầu hóa.
cấu tạo của trục khuỷu
Cấu tạo của trục khuỷu trước hết phụ thuộc vào loại trục khuỷu. trục khuỷu được chia thành các loại sau: trục khuỷu ghép và trục khuỷu nguyên chiếc. Trục khuỷu tổng hợp là một trục bao gồm nhiều bộ phận được lắp ráp lại với nhau. Loại trục khuỷu này được sử dụng rộng rãi trong các động cơ lớn. Trục khuỷu là một động cơ nhỏ như động cơ máy cấy, trục khuỷu là trục chỉ gồm một chi tiết. Toàn bộ trục khuỷu được sử dụng trong các động cơ vừa và nhỏ, chẳng hạn như trong các động cơ lớn như máy kéo.
trục khuỷu lớn và trục khuỷu nhỏ. Gọi z là số xi lanh trong động cơ và i là số hành trình Nếu trục khuỷu có số ổ trục ¡ = z + l, nghĩa là giữa hai xi lanh liên tiếp luôn có một ổ trục thì gọi là đầy. -cổ trục khuỷu. . và nếu < z + 1 thì trục khuỷu gọi là trục khuỷu. thường trục khuỷu động cơ trục khuỷu + hành trình, 4 xi lanh, giấu cổ, chỉ có 3 ổ
Để cấu tạo tỉ mỉ các bộ phận của trục khuỷu, người ta chia trục khuỷu thành các phần như hình vẽ. dưới đây, chúng tôi sẽ xem xét từng phần một cách chi tiết.
Đầu trục khuỷu
từng loại kết cấu đầu trục khuỷu động cơ ô tô. phần cuối của trục được lấp đầy các vấu để quay trục khi cần thiết hoặc để quay tay quay. Trên đỉnh trục khuỷu thường có một chốt để che puli dẫn động quạt, bơm nước hệ thống làm mát, đĩa giảm mô-men xoắn (nếu được trang bị) và cụm bánh răng trục khuỷu. bộ truyền bánh răng từ trục khuỷu để dẫn động trục cam và bơm cao áp (đối với động cơ điêzen) hoặc bộ phân phối đánh lửa (đối với động cơ xăng) và bơm dầu của hệ thống bôi trơn. Hơn nữa, loại trục khuỷu này có kết cấu hạn chế chuyển động dọc trục. các bề mặt đầu của trục đầu tiên khi di chuyển dọc trục sẽ tựa vào các tấm chân hợp kim màu trắng chống mài mòn
cổ trục khuỷu
Cổ trục khuỷu được gia công và xử lý bề mặt để có độ cứng và chống mài mòn cao. hầu hết các động cơ có cùng trục đường kính. đặc biệt là động cơ, thường là động cơ lớn, đường kính trục khuỷu lớn hơn từ đầu đến cuối trục khuỷu để tạo lực đều. tuy nhiên sẽ rất phức tạp vì có nhiều vòng bi hoặc bạc đạn có đường kính khác nhau. trục khuỷu thường rỗng để tạo thanh dẫn ren cho các cổ và chốt khác trên trục khuỷu.
chốt khuỷu tay
Chốt khuỷu tay cũng phải được gia công và xử lý bề mặt để có độ cứng và độ bóng cao. đường kính chốt thường nhỏ hơn đường kính cổ trục nhưng cũng có trường hợp động cơ chạy tốc độ cao = do quán tính lớn – đường kính chốt trục khuỷu có thể bằng đường kính cổ trục khuỷu. Trong trường hợp đầu to lớn làm ổ đỡ kim ở một số động cơ hai kỳ, do phải lắp thanh truyền từ đầu trục khuỷu nên đường kính của chốt phải lớn hơn đường kính của cổ. Cũng như cút, cút có thể làm rỗng ruột để giảm trọng lượng và chứa dầu bôi trơn. dễ dàng điều khiển khuỷu tay nhắm mục tiêu bằng các phương pháp cấu trúc
Dầu bôi trơn thường được dẫn từ thân máy đến các cổ trục khuỷu, rồi dọc theo các rãnh ở cổ, khuỷu dẫn đến chốt trục khuỷu. vị trí thuận lợi nhất để trích xuất dầu bôi trơn trục khuỷu là vị trí có áp suất đẩy nhỏ nhất, nhưng loại bộ phận này rất khó gia công. Mang dầu ra thị trường dễ làm việc hơn nhưng lại giảm đáng kể lực tác dụng lên trục khuỷu. tùy chọn kéo dầu dễ gia công hơn và ít ảnh hưởng đến độ bền của trục khuỷu. do lực ly tâm, cặn bẩn chứa trong dầu bôi trơn văng về phía trục quay nên trong khoang trong của tang trống có một vòi nhỏ để bôi trơn
Vì trục khuỷu có các khoang nên dầu không chạy sẽ mất một thời gian để lấp đầy các khoang này. Để đẩy nhanh dầu lên bề mặt nhẵn của trục khuỷu, người ta dùng ống nén đặt trên trục khuỷu (hình 2-27đ), tuy nhiên dầu không được lọc sạch thêm nhờ tác dụng ly tâm như đã nói ở trên.
khuỷu tay
Khuy thùa đơn giản và dễ gia công nhất là hình chữ nhật và hình tròn. đối với những hang có vòng đệm lấp đầy lỗ, gò má tròn và đồng thời đóng vai trò như khuỷu tay. để giảm trọng lượng, khuỷu tay hình chữ nhật được thiết kế với các góc vát. khuỷu tay hình bầu dục có sức mạnh đồng đều
để trục khuỷu có độ cứng và độ bền cao, trục khuỷu thường được thiết kế cùng thông điệp, cùng cấp, ký hiệu là £ chẳng hạn
Sự trùng lặp càng lớn thì độ cứng và độ bền của lỗ xỏ dây, hay chính xác hơn là toàn bộ trục khuỷu càng lớn. nếu bạn muốn tăng độ trùng lặp hoặc tăng đường kính của các vòng cổ, áp suất tiếp xúc và mài của các vòng cổ này sẽ giảm hoặc bán kính quay r của trục khuỷu sẽ giảm, nghĩa là chúng sẽ giảm hành trình §o trung bình tốc độ của pít-tông dịch vụ, đồng thỏi cũng có nghĩa là giảm mài mòn trên cặp pít-tông-xi-lanh
để giảm căng thẳng tập trung, giữa má và cổ khuy thường có bán kính chuyển tiếp
đối trọng
Đối trọng là một khối khối lượng được gắn trên một lỗ gắn để tạo ra lực quán tính nhằm mục đích:
cân bằng lực ly tâm của trục khuỷu
cân bằng một phần lực quán tính của chuyển động tịnh tiến. thông thường người ta cân bằng một nửa lực quán tính của chuyển động tịnh tiến cân bằng của nhóm pít-tông của thanh truyền. đối trọng được lắp ngược với phương của chốt tay quay tạo ra một lực quán tính ly tâm bằng p2 do đó trên phương ngang sẽ xuất hiện một lực không cân bằng. phương pháp cân bằng này về cơ bản chuyển một số lực không cân bằng theo hướng vuông góc. Phương pháp này thường dùng cho động cơ nằm ngang, để cân bằng hoàn toàn lực quán tính chuyển động qua lại, người sử dụng có cầu cân bằng, thường dùng trên động cơ xi lanh đơn, ví dụ như động cơ máy kéo Bông Sen. Trong trường hợp này, đối trọng không lắp trực tiếp trên trục khuỷu mà lắp trên hai trục truyền của trục khuỷu
* giảm tải tác dụng lên vòng đệm, ví dụ, đối với trục khuỷu động bốn xi-lanh, bốn kỳ (Hình 2-30d). Đối với trục khuỷu này, các lực ly tâm của quán tính pw tự cân bằng, nhưng việc tạo ra một động lượng ngược lại luôn gây ra sự uốn cong giữa cổ trục. khi có đối trọng thì mp đối trọng; của đối trọng sẽ cân bằng mô-men xoắn mp, do đó giảm ứng suất cho cổ giữa.
* đối trọng còn là nơi để đấm khối lượng lực cản của không khí qua hệ thống trục khuỷu.
Về nguyên tắc, đối trọng càng xa tâm quay thì lực quán tính ly tâm càng lớn. tuy nhiên, nó sẽ làm tăng kích thước của cacte.
về mặt cấu trúc, có các loại đối trọng sau:
* đối trọng gắn vào khuỷu, thường dùng cho động cơ vừa và nhỏ như đầu máy, máy kéo
“Để dễ chế tạo, các đối trọng được chế tạo sẵn rồi lắp đầy trục khuỷu. phương pháp hàn thường gây biến dạng trục khuỷu và để lại ứng suất dư làm giảm độ bền của trục khuỷu nên phương pháp này ít được sử dụng. thông thường các quả cân bay được bắt vít vào trục khuỷu. Để giảm lực tác dụng lên bu-lông, đối trọng được lấp đầy bằng má của cacte thông qua khe mang và được cố định bằng bu-lông
đuôi trục khuỷu
một cấu trúc điển hình của trục khuỷu, rất phổ biến trong ô tô và máy kéo. Theo kết cấu này, đầu sau của trục khuỷu có mặt bích để lắp bánh đà, làm con rồng để lắp vòng sơ đồ trục hộp số. Trên bề mặt cổ ngỗng có nắp đầu khi đó ren đầu có chiều ngược lại với chiều quay của trục khuỷu để tháo dầu. gần trục cuối cùng là đĩa trục ram. phần dầu bị các kết cấu đầu chặn sẽ trào ngược lên và theo lỗ quay về các két dầu,
Ngoài ra, ở một số động cơ, đuôi trục khuỷu còn là một khối nói lắp chuyển động dọc trục, làm đầy các bánh răng dẫn động cùng các cơ cấu phụ như bơm cao áp, bơm dầu… giống như ở động cơ ô tô. tatra 928. không phải bạn.