Đồ án Mô phỏng động học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ IFA trên Catia

MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU 2 1. Mục đích, ý nghĩa của đề tài 3 2. Tổng quan cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền động cơ đốt trong. 3 2.1 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc của cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền. 3 2.1.1 Nhiệm vụ 3 2.1.2 Điều kiện làm việc 3 2.2 Đặc điểm kết cấu của cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền 4 2.2.1 Kết cấu nhóm Piston. 4 2.2.2 Kết cấu nhóm thanh truyền 6 2.2.3 Kết cấu nhóm trục khuỷu nguyên 14 2.2.4 Kết cấu trục khuỷu ghép 18 2.2.5. Kết cấu trục khuỷu thiếu cổ 18 2.2.6 Kết cấu trục khuỷu chữ V 19 2.3 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ xi lanh bố trí thẳng hàng. 19 2.4 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ xi lanh bố trí chử V 20 2.5 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền của động cơ xi lanh bố trí hình sao 21 3. Tính toán động học cơ cấu khuỷu - trục thanh truyền động cơ IFA 22 3.1 Xác định quy luật động học của piston bằng phương pháp đồ thị 23 3.1.1 Xây dựng đồ thị công 23 3.1.2. Xây dựng đồ thị chuyển vị Piston bằng phương pháp đồ thị Brick 29 3.1.3. Xây dựng đồ thị vận tốc. 30 3.1.4. Xây dựng đồ thị gia tốc theo phương pháp Tôlê. 32 4. Giới thiệu phần mềm Catia 33 4.1 Lịch sữ ra đời và các tính năng của phần mềm Catia 33 4.1.1 Lịch sử ra đời Catia 33 4.1.2 Tính năng của phần mềm Catia 34 4.2 Thiết kế chi tiết 3D trong modul part design 38 4.3 Trình ứng dụng lắp ráp asembly design 41 4.3.1. Tính năng của Assembly Design 41 4.3.2. Phương pháp, trình tự thiết kế bản vẽ lắp trong Assembly Design 42 5. Mô phỏng đông học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ IFA trên Catia 44 5.1 Thiết kế 3D nhóm Trục khuỷu động cơ IFA. 45 5.2 Thiết kế 3D nhóm Piston động cơ IFA. 52 5.3 Thiết kế 3D nhóm Thanh Truyền động cơ IFA. 56 5.4 Lắp ráp 3D cơ cấu Khuỷu Trục – Thanh Truyền động cơ IFA. 61 5.5 Phân tích quá trình lắp ráp 69 6. Kết luận 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với việc phát triển của công nghệ thông tin và khoa học kỹ thuật với mức độ chóng mặt trong thời đại ngày nay. Đã kéo theo sự phát triển của các nghành nghề khác có liên quan. Với việc ứng dụng các thành tựu đạt được trong lĩnh vực công nghệ thông tin đã giúp cho quá trình tự động hóa sản xuất của con người ngày một hoàn thiện và tối ưu. Đối với chuyên ngành cơ khí thì việc áp dụng công nghệ thông tin càng ngày cấp thiết và đã liên tục diễn ra trong quá trình sản xuất để nhằm rút ngắn thời gian và nâng cao chất lượng sản phẩm. Ngày nay, việc lên bản vẽ thiết kế không chiếm nhiều thời gian của người thiết kế vì sự trợ giúp của các công cụ của công nghệ thông tin. Trong đó các phầm mềm hỗ trợ thiết kế đã luôn được dùng để tiến hành thiết kế chi tiết máy. Nhận thấy được tầm quan trọng đó em đã được thầy giao đề tài Mô phỏng động học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ IFA trên Catia. Đây là một đề tài mới đối với sinh viên ngành động lực, nó không những giúp cho em có điều kiện để chuẩn lại các kiến thức đã học ở trường mà còn có thể hiểu biết kiến thức nhiều hơn khi tiếp xúc với thực tế thiết kế. Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Quang Trung, các thầy cô trong khoa cùng với việc tìm hiểu, tham khảo các tài liệu liên quan và vận dụng các kiến thức được học, em đã cố gắng hoàn thành đề tài này. Mặc dù vậy, do kiến thức của em có hạn, đề tài mới, phần mềm mới chưa được phổ biến ở Việt nam việc tìm kiếm tài liệu gặp nhiều khó khăn nên đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em mong các thầy cô góp ý, chỉ bảo thêm để kiến thức của em ngày càng hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn "Nguyễn Quang Trung” cùng các thầy cô trong khoa và các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ để em hoàn thành đồ án này. 1. Mục đích, ý nghĩa của đề tài Ngày nay có rất nhiều phần mềm hỗ trợ cho công việc của người kỹ sư thiết kế . Giúp cho công việc của người thiết kế trở nên thuận lợi và tiết kiệm được rất nhiều thời gian . Trong các công đoạn của quá trình sản xuất cơ khí thì sự tiện ích của các phần mềm hỗ trợ thực sự có vai trò đóng góp hết sức to lớn. Từ việc lên bản vẽ thiết kế chi tiết máy đến việc mô phỏng lắp ghép và kiểm tra độ bền của các chi tiết máy trước khi đưa vào sản xuất thực tế. Do đó, các phần mềm hỗ trợ đã tiết kiệm rất nhiều thời gian và kinh tế trong sản xuất, hạn chế và tránh những sai sót gặp phải trong quá trình sản xuất thực tế. Phần mềm : “Catia thiết kế và mô phỏng các cơ cấu máy ” là một trong những phầm mềm hỗ trợ cho những người đang học tập cũng như làm việc trong lĩnh vực thiết kế chi tiết và cơ cấu máy. Và hiện tại phần mềm này là một trong những phần mềm mới chưa được ứng dụng phổ biến đối với sinh viên và kỹ sư của chúng ta. Vì vậy em chọn nghiên cứu ứng dụng phần mềm Catia làm đề tài tốt nghiệp cho mình. Em đã thực hiện việc nghiên cứu học tập từ lý thuyết đến thực hành để sữ dụng phần mềm Catia trong thiết kế và mô phỏng các cơ cấu máy. Em hy vọng đề tài này sẽ mang đến cách nhìn tổng quan về thiết kế và mô phỏng chi tiết, cơ cấu máy trong Catia. Tạo tiền đề cho việc nghiên cứu sâu hơn các tính năng mà phần mềm hổ trợ, giúp cho người kỹ sư có cách nhìn mới về thiết kế, mô phỏng 3D một cách chính xác và trung thực. 2. Tổng quan cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền động cơ đốt trong. 2.1 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc của cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền. 2.1.1 Nhiệm vụ Biến chuyển động tịnh tiến của Piston thành chuyển động quay của trục khuỷu để đưa công suất ra ngoài. 2.1.2 Điều kiện làm việc Trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền, mỗi chi tiết có điều kiện làm việc khác nhau: - Trạng thái làm việc của trục khuỷu rất nặng: + Trục khuỷu chiụ tác dụng của lực khí thể, lực quán tính. Các lực này có trị số rất lớn và biến thiên theo chu kỳ nhất định nên có tính chất va đập mạnh. + Các lực tác dụng gây ra ứng suất uốn và xoắn trục đồng thời còn gây ra hiện tượng dao động dọc và dao động xoắn làm động cơ rung động mất cân bằng. + Các lực này còn gây ra hao mòn các bề mặt ma sát cổ trục và trục khuỷu. - Đối với thanh truyền: Trong quá trình làm việc, thanh truyền chịu lực tổng hợp của lực khí thể và lực quán tính (P(). Ngoài ra do thanh truyền chuyển động song phẳng nên nó cũng chịu lực quán tính tác dụng trên trọng tâm thanh truyền. Các lực này thường làm cho thanh truyền bị cong và bị xoắn. - Đối với Piston: Điều kiện làm việc của Piston rất nặng nhọc vừa chịu tải trọng cơ học vừa chịu tải trọng nhiệt. Ngoài ra Piston còn chịu ma sát và ăn mòn. + Tải trọng cơ học: trong quá trình cháy, khí hổn hợp cháy sinh ra áp suất rất lớn trong buồng cháy, trong chu kỳ công tác áp suất khí thể thay đổi rất lớn vì vậy lực khí thể có tính chất va đập + Tải trọng nhiệt: trong quá trình cháy Piston trực tiếp tiếp xúc với sản vật cháy có nhiệt độ rất cao. Mà như vậy nhiệt độ của Piston và nhất là nhiệt độ phần đỉnh Piston củng rất cao. + Ma sát và ăn mòn: Trong quá trình làm việc Piston chịu ma sát khá lớn do thiếu dầu bôi trơn và lực ngang N ép Piston vào xi lanh, ma sát càng lớn do biến dạng của Piston. Ngoài ra đỉnh Piston tiếp xúc trực tiếp với sản vật cháy nên còn bị sản vật cháy ăn mòn. 2.2 Đặc điểm kết cấu của cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền 2.2.1 Kết cấu nhóm Piston. Piston gồm ba phần chính : ( Đỉnh Piston : Là phần trên cùng của Piston , cùng với xi lanh và nắp máy tạo thành buồng cháy . ( Đầu Piston : Bao gồm đỉnh Piston và vùng đai lắp xécmăng dầu và xécmăng khí làm nhiệm vụ bao kín buồng cháy . ( Thân Piston : Phần phía dưới rãnh xécmăng dầu cuối cùng ở đầu Piston làm nhiệm vụ dẫn hướng cho Piston . Đặc điểm kết cấu của piston được mô tả như hình 2 - 1
Hình 2 - 1  Kết cấu piston động cơ Điesel 4 kỳ + Kết cấu đỉnh Piston - Kết cấu của đỉnh Piston : Đỉnh Piston có kết cấu rất đa dạng gồm đỉnh bằng đỉnh lồi và đỉnh lõm ( Đỉnh bằng là loại phổ biến nhất , có diện tích chịu nhiệt bé nhất và có kết cấu đơn giản dể chế tạo Đỉnh lồi có độ cứng vững cao , loại đỉnh này không cần bố trí các đường gân phía dưới đỉnh nên trọng lượng Piston có thể giảm . Loại đỉnh này ít kết muội than nhưng do bề mặt chịu nhiệt độ lớn nên có ảnh hưởng xấu tới quá trình làm việc của Piston . Đỉnh lõm có diện tích chịu nhiệt lớn hơn đỉnh bằng nhưng có ưu điểm là tạo ra xoáy lốc trong quá trình nén và trong quá trình cháy . + Kết cấu đầu Piston : Nhiệm vụ chủ yếu của đầu Piston là bao kín và là nơi bố trí rãnh xéc măng, số lượng rãnh xécmăng khí chọn từ 3(5 , số lượng rãnh xécmăng dầu từ 1( 3. Để giảm nhiệt cho xécmăng khí thứ nhất cần bố trí xécmăng khí thứ nhất càng gần khu vực nước làm mát càng tốt. Chọn số xécmăng khí theo nguyên tắc : áp suất khí thể càng cao , tốc độ càng thấp , đường kính xi lanh càng lớn thì chọn số xécmăng khí càng nhiều. + Kết cấu thân Piston : Thân Piston có tác dụng là dẫn hướng cho Piston chuyển động trong xi lanh và chịu lực ngang N . Để dẫn hướng tốt và ít va đập khe hở giữa thân Piston và xi lanh cần phải nhỏ. Chiều dài của thân càng lớn thì dẫn hướng càng tốt áp suất tác dụng lên Piston càng nhỏ, Piston ít bị mòn. Tuy nhiên thân càng dài thì khốilượng của Piston càng lớn và ma sát càng lớn . Vị trí của lỗ bệ chốt : khi chịu lực ngang nếu chốt Piston đặt ở chính giữa thân thì ở trạng thái tĩnh áp lực phân bố đều. Nhưng khi Piston chuyển động do lực ma sát tác dụng làm cho Piston có xu hướng quay quanh chốt nên áp suất của Piston nén trên xi lanh sẽ phân bố không đều nữa . Dạng của thân Piston : Dạng của thân Piston thường không phải là hình trụ mà tiết diện ngang thường có dạng ô van hoặc vát ở hai đầu bệ chốt Piston. Làm như vậy là để khi Piston bị biến dạng do lực khí thể PZ, lực ngang N và nhiệt, Piston không bị bó kẹt trong xi lanh Để khắc phục hiện tượng bó kẹt của piston người ta làm thân Piston có dạng ô van trục ngắn trùng với đường tâm chốt, hoặc tiện vát bớt mặt thân Piston ở phía hai đầu bệ chốt .
Hình 2 - 2 Trạng thái biến dạng của Piston khi chịu nhiệt, lực khí thể PZ và lực ngang N 2.2.2 Kết cấu nhóm thanh truyền Trong động cơ đốt trong thông thường có một hoặc nhiều hàng xylanh. Tuỳ vào số hàng xi lanh mà kết cấu và số lượng thanh truyền sẽ khác nhau. Động cơ nhiều hàng xi lanh có một trục khuỷu thường gồm hai loại là động cơ chữ V và động cơ hình sao. Thanh truyền của hai loại động cơ này rất đặc biệt có nhiều điểm khác hẳn so với thanh truyền động cơ một hàng xi lanh. 2.2.2.1 Kết cấu thanh truyền động cơ một hàng xi lanh. Ở động cơ một hàng xi lanh số lượng thanh truyền sẽ băng số lượng xi lanh và trên một cổ khuỷu chỉ lắp một thanh truyền. Kết cấu của thanh truyền một hàng xi lanh gồm ba phần ( Đầu nhỏ thanh truyền: Kết cấu đầu nhỏ phụ thuộc vào kích thước chốt piston và phương pháp lắp ghép chốt piston với đầu nhỏ thanh truyền. Khi chốt lắp tự do đầu nhỏ thanh truyền có dạng hình trụ rỗng. Thanh truyền của động cơ lớn thường dùng đầu nhỏ dạng cung tròn đồng tâm, đôi khi dùng kiểu ô van để tăng độ cứng của đầu nhỏ.
Hình 2 - 3 Đầu nhỏ thanh truyền khi chốt piston lắp ghép tự do. Trong động cơ máy bay, động cơ dùng trên ôtô, đầu nhỏ thanh truyền có dạng trụ mỏng ( hình 2 - 3.c). Khi lắp chốt piston tự do có sự chuyển động tương đối giữa chốt piston và đầu nhỏ nên phải chú ý bôi trơn mặt ma sát. Thông thường dầu nhờn được đưa lên mặt chốt piston và bạc lót đầu nhỏ bằng đường dẫn dầu khoan dọc theo thân thanh truyền. Phía trên đầu nhỏ thanh truyền của động cơ cao tốc, đôi khi làm lồi lên một ít, vấu lồi này dùng để điều chỉnh trọng lượng và trọng tâm của thanh truyền. Đầu nhỏ thanh truyền của các động cơ dùng kiểu lắp chốt piston cố định trên đầu nhỏ thanh truyền có dạng như hình 2 - 4 và hình 2 - 5.
Hình 2 - 4 Đầu nhỏ thanh truyền khi lắp cố định với chốt piston. Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền loại này phụ thuộc vào phương pháp cố định chốt piston trên đầu nhỏ. Cố định chốt piston trên đầu nhỏ thanh truyền theo kiểu giới thiệu trên hình 2 - 5a,c tương đối khó khăn.
Hình 2 - 5 Cố định chốt Piston trên đầu nhỏ thanh truyền - Thân thanh truyền: Chiều dài l của thân thanh truyền phụ thuộc vào tham số kết cấu Tiết diện ngang của thân thanh truyền giới thiệu trên hình 2 - 6.
Hình 2 - 6 Tiết diên thân thanh truyền. Loại thân thanh truyền có tiết diên tròn ( hình 2 - 6c,d) thường dùng trong động cơ tĩnh tại và động cơ tàu thuỷ tốc độ thấp. Ưu điểm của loại này là dễ chế tạo theo phương pháp rèn tự do và dễ gia công. Khuyết điểm của loại thân thanh truyền này là sử dụng vật liệu không hợp lý. Vì trong mặt phẳng lắc của thanh truyền nó chịu lực lớn nhất, do đó yêu cầu thanh truyền phải có mô đuyn chống uốn trong mặt phẳng lắc lớn hơn so với môđuyn chống uốn trong mặt phẳng kia (mặt phẳng thẳng góc với mặt phẳng lắc). Vì vậy dùng thân thanh truyền có tiết diện tròn nếu đảm bảo độ cứng vững trong mặt phẳng lắc vừa đủ thì độ cứng vững trong mặt phẳng kia sẻ thừa. Hiện nay loại thân thanh truyền có tiết diện chữ I (hình 2 - 6a,b) được dùng rất nhiều trong động cơ ô tô máy kéo và các động cơ cao tốc. Loại thân có tiết diện loại này sữ dụng vật liệu rất hợp lý do đó trọng lượng thanh truyền nhỏ mà độ cứng vững của thanh truyền lớn. Loại thân thanh truyền có tiết diện chữ I thường chế tạo theo phương pháp rèn khuôn, thích hợp với phương án sản xuất lớn. Ở vài động cơ nhiều hàng xylanh, đôi khi dùng thân thanh truyền có tiết diện chữ H (hình 2 - 6e) để tăng bán kính chuyển tiếp từ thân đến đầu to thanh truyền nhằm tăng độ cứng vững của thân thanh truyền. Loại thân thanh truyền có tiết diện chữ nhật và hình ô van (hình 2 - 6g,h) thường dùng trong động cơ mô tô xuồng máy, động cơ cở nhỏ. Loại thân này có kết cấu đơn giản dễ chế tạo. Đôi khi để tăng độ cứng vững và dễ khoan đường dầu bôi trơn, thân thanh truyền có gân gia cố trên suốt chiều dài của thân. Tiết diện của loại thân này giới thiệu trên hình 2 - 6i. Lỗ dầu khoan dọc trên thân thanh truyền dùng để đưa dầu bôi trơn lên bôi trơn chốt piston. - Đầu to thanh truyền: Kích thước đầu to thanh truyền phụ thuộc vào đường kính và chiều dài chốt khuỷu. Đầu to thanh truyền phải đảm bảo các yêu cầu sau: + Có độ cứng vững lớn để bạc lót không bị biến dạng nhất là đối với bạc lót mỏng. + Kích thước nhỏ gọn để đảm bảo lực quán tính chuyển động quay nhỏ; giảm được tải trọng lên chốt khuỷu, ổ trục và giảm kích thước hộp trục khuỷu, đồng thời tạo khả năng đặt trục cam gần với trục khuỷu, do đó làm cho buồng cháy của loại động cơ dùng xupáp đặt nhỏ gọn hơn. + Chổ chuyển tiếp giữa thân và đầu to phải có góc lượn lớn để giảm ứng suất tập trung. + Dễ lắp ghép cụm piston thanh truyền với trục khuỷu. Trong hầu hết các động cơ nhất là động cơ ô tô máy kéo, đầu to thanh truyền được cắt thành hai nữa, nữa trên làm liền với thân thanh truyền, nữa dưới cắt rời ra làm thành nắp đầu to thanh truyền. Hai nữa của đầu to thanh truyền lắp ghép với nhau bằng bulông hay gujông. Trong trường hợp này bạc lót đầu to cũng làm thành hai nữa, nữa trên làm liền với thân thanh truyền, nữa dưới cắt rời ra làm thành nắp đầu to thanh truyền. Hai nữa của đầu to thanh truyền lắp ghép với nhau bằng bu lông hay gujông. Trong trường hợp này bạc lót đầu to cũng làm thành hai nữa. Để điều chỉnh khe hở giữa bạc lót đầu to và chốt khuỷu trong quá trình sửa chữa sau này, đôi khi người ta lắp những miếng đệm mỏng bằng thép vào mặt phân chia của hai nữa đầu to. Khi bạc mòn khe hở tăng lên người ta lấy dần các miếng đệm ra để điều chỉnh khe hở. Nhưng khuyết điểm của việc dùng những miếng đệm này là giảm độ cứng vững của đầu to, do đó tải trọng tác dụng lên bulông sẻ tăng lên. Ngoài ra khi lấy bớt các miếng đệm điều chỉnh ra lỗ lắp chốt khuỷu không tròn nữa, phải cạo rà lại bạc lót mới dùng được.
Hình 2 - 7 Đầu to thanh truyền của động cơ ô tô máy kéo (a) và động cơ tĩnh tại (b) 2.2.2.2 Thanh truyền của động cơ chữ V. Tuỳ theo vị trí lắp ghép thanh truyền của hai xi lanh chung khuỷu, thanh truyền của động cơ chữ V được chia ra thành hai loại. ( Loại thanh truyền trung tâm: Loại thanh truyền này có hai thanh truyền cùng lắp chung trên một chốt khuỷu nhưng cả hai thanh truyền cùng nằm trong một mặt phẳng nên một thanh truyền có hình dạng nạng ( thanh truyền ngoài) còn thanh truyền kia lắp đồng tâm và bị kẹp giữa phần nạng của thanh truyền nạng. Cũng như thanh truyền kế tiếp, kết cấu này có ưu điểm là động học và động lực học của hai thanh truyền trên hai hàng xi lanh hoàn toàn giống nhau, nhưng chốt khuỷu ngắn hơn chốt khuỷu ở loại thanh truyền lắp kế tiếp. Tuy vậy hai thanh truyền có kết cấu khác nên thanh truyền này có khuyết điểm là chế tạo phức tạp. Hơn nữa phải dùng bạc lót có kết cấu đặc biệt, mặt trong và mặt ngoài của bạc lót đều là mặt làm việc. Nghĩa là phải đúc tráng hợp kim chịu mòn lên cả hai bề mặt của bạc lót. Độ cứng vững của đầu to thanh truyền nhất là thanh truyền hình nạng kém, dễ biến dạng và bố trí đường dầu bôi trơn bạc lót cũng khó khăn.
Hình 2 - 8 Thanh truyền trung tâm. ( Loại thanh truyền chính và thanh truyền phụ: Loại này gồm có một thanh truyền chính và một thanh truyền phụ lắp trên thanh truyền chính ( thanh truyền chính có chốt để lắp thanh truyền phụ). Loại thanh truyền này ngày nay được dùng khá nhiều vì nó có ưu điểm chính là kết cấu gọn nhẹ, giảm được kích thước và trọng lượng của động cơ, đồng thời vẩn đảm bảo độ cứng vững của đầu to thanh truyền. Song nó có nhược điểm là động học của piston và thanh truyền trên hai hàng xi lanh không giống nhau. Và khi làm việc thanh truyền chính còn chịu thêm mômen uốn phụ do thanh truyền phụ gây ra. Kết cấu của thanh truyền chính và thanh truyền phụ giới thiệu trên hình 2 - 9
Hình 2 - 9 Thanh truyền chính và thanh truyền phụ. Trục khuỷu lắp trên động cơ này củng có kết cấu khá phức tạp, góc lệch hai khuỷu kế tiếp 90º. Trục khuỷu động cơ chử V thường dùng trong động cơ có công suất cỡ trung bình và lớn, kết cấu phức tạp khó chế tạo, giá thành cao. 2.2.2.3 Thanh truyền động cơ hình sao. Trong động cơ hình sao, thanh truyền của các xi lanh cùng lắp chung trên một chốt khuỷu nên không thể dùng kiểu thanh truyền lắp kiểu kế tiếp hoặc thanh truyền trung tâm được. Vì như vậy chốt khuỷu sẽ rất dài, làm giảm độ cứng vững và giảm khả năng chịu lực của trục khuỷu. Trong động cơ hình sao thường chỉ dùng cơ cấu thanh truyền chính lắp rất nhiều thanh truyền phụ. Thanh truyền chính có kích thước lớn và độ cứng vững cao, trên đầu to của thanh truyền chính có rất nhiều chốt để lắp thanh truyền phụ. Kết cấu của thanh truyền hình sao giới thiệu trên hình 2 - 10.
Hình 2 - 10 Thanh truyền chính và thanh truyền phụ của động cơ hình sao. Đầu to thanh truyền thường làm nguyên khối không cắt thành hai nửa, còn nếu cắt thành hai nửa thì dùng chốt con (chốt bản lề) để lắp nắp đầu to thanh truyền với nửa trên của đầu to. Bôi trơn bạc lót đầu to thanh truyền phụ cũng tiến hành như trong động cơ chữ V. dầu nhơn sau khi bôi trơn bạc lót đầu to thanh truyền chính được dẫn đến bôi trơn bạc lót đầu to thanh truyền phụ. 2.2.3 Kết cấu nhóm trục khuỷu nguyên Trục khuỷu gồm có các phần: Đầu trục khuỷu, khuỷu trục (chốt, má,cổ trục khuỷu) và đuôi trục khuỷu. Hình 2 - 11 Kết cấu tổng thể đầu trục khuỷu Đầu trục khuỷu thường dùng để lắp bánh răng dẫn động bơm nước,bơm dầu bôi trơn, bơm cao áp, bánh đai (puly) để dẫn động quạt gió và đai ốc khởi động để khỏi động động cơ bằng tay quay. Các bánh răng chủ động hoặc bánh đai dẫn động lắp trên đầu trục khuỷu theo kiểu lắp căn hoặc lắp trung gian và đều là lắp bán nguyệt đai ốc hãm chặt bánh đai, phớt chắn dầu, ổ chắn dọc trục đều lắp trên đầu trục khuỷu. Ngoài ra các bộ phận thường gặp kể trên trong một số động cơ còn có lắp bộ giảm dao động xoắn của hệ trục khuỷu ở đầu trục khuỷu bộ dao động xoắn có tác dụng thu năng lương sinh ra do mô men kích thích trên hệ khuỷu do đó dập tắc dao động tắt dao động gây ra bỡi mô men. Bộ dao động xoắn thường lắp ở đầu trục khuỷu là nơi có biên độ dao động xoắn lớn nhất. Cổ trục : các cổ trục thường có cùng kích thước đường kính. (Đường kính cổ trục thường tính theo sức bền và điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn, quy định thời gian sử dụng và thời gian sửa chữa động cơ). Trong một vài động cơ cổ trục làm lớn dần theo chiều từ đầu đến đuôi trục để đảm bảo sức bền va ìkhả năng chiu lực của cổ trục được đồng đều hơn. Khi đường kính cổ trục tăng làm tăng thêm độ cứng vững trục khuỷu mặt khác mô men quán tính độc cực của trục khuỷu tăng lên, độ cứng chống xoắn của trục tăng lên mà khối lượng chuyển động quay hệ thống trục khuỷu vẫn không thay đổi. Hình 2 - 12 Kết cấu khuỷu trục Chốt khuỷu: có thể lấy đường kính của chốt khuỷu lấy bằng đường kính của cổ trục khuỷu, nhất là động cơ cao tốc do phụ tải và lực quán tính lớn muốn vậy để tăng khả năng khả năng làm việc bạc lót và chốt khuỷu người ta thường tăng đường kính chốt khuỷu. Như vậy kính thước và khối lượng đầu to thanh truyền đầu to sẽ tăng theo tần số dao động riêng sẽ giảm có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng trong phạm vi tốc độ sử dụng cho phép. Vì vậy cần phải lựa chọn chiều dài sao cho có thể thoã mãn điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn, và trục khuỷu có độ cúng vững lớn, do đó để giảm trọng lượng chốt khuỷu phải làm rỗng, chốt khuỷu rỗng có tác dụng chứa dầu bôi trơn bạc lót đầu to thanh truyền giảm khối lượng quay thanh truyền, lỗ rỗng trong chốt khuỷu có thể làm đồng tâm hoặc lệch tâm với chốt khuỷu. Má khuỷu: là bộ phận nối liền giữa cổ trục và chốt khuỷu, hình dạng má khuỷu chủ yếu phụ thuộc vào dạng động cơ, trị số áp suất khí thể và tốc độ quay của trục khuỷu. Khi thiết kế má khuỷu động cơ cần giảm trọng lượng , má khuỷu có nhiều dạng nhưng chủ yếu dạng má hình chữ nhật và hình tròn có kết cấu đơn giản dễ chế tạo, dạng má hình ô van có kết cấu phức tạp loại má khuỷu hình chữ nhật phân bố lợi dụng vật liệu không hợp do tăng khối lượng không cân bằng má khuỷu, má khuỷu dạng tròn sức bền cao có khả năng giảm chiều dày má do đó có thể tăng chiều dài cổ trục và chốt khuỷu và giảm mài mòn cổ trục và chốt khuỷu mặt khác má tròn dễ gia công. Đối trọng lắp trên khuỷu có hai tác dụng: + Cân bằng mô men lực quán tính không cân bằng động cơ chủ yếu là lực quán tính ly tâm nhưng đôi khi dùng để cân bằng lực quán tính chuyển động tịnh tiến như động cơ chữ V +Giảm phụ tải cho cổ trục nhất là giữa động cơ bốn kỳ có 4,6,8 xi lanh vì ở động cơ này có lực quán tính và mô men quán tính tự cân bằng nhưng ứng suất giữa cổ trục chịu ứng suất uốn lớn, khi dùng đối trọng mô men quán tính nói trên được cân bằng nên cổ trục giữa không chịu ứng suất uốn do lực quán tính mô men gây ra. Mặt khác trục khuỷu không phải là chi tiết cứng vững tuyệt đối và thân máy trong thực tế bị biến dạng nên trong động cơ dùng đối trọng để cân bằng. Hình 2 - 13 Kết cấu các dạng má khuỷu Đuôi trục khuỷu thường lắp với các chi tiết máy của động cơ truyền dẫn công suất ra ngoài máy công tác. - Trục thu công suất động cơ thường đồng tâm với trục khuỷu, dùng mặt bích trục khuỷu để lắp bánh đà. Ngoài kết cấu dùng để lắp bánh đà trên đuôi trục khuỷu còn có lắp các bộ phận đặc biệt: +Bánh răng dẫn động cơ cấu phụ: Trong một vài loại động cơ do đặc điểm kết cấu phải bố trí dẫn động cơ cấu phụ phải lắp bánh răng đuôi trục khuỷu nên phía đuôi trục khuỷu phải có mặt bích để lắp bánh răng. +Vành chắn dầu trên đuôi trục khuỷu có tác dụng ngăn không cho dầu nhờn chảy ra khỏi các te. Các dạng trục khuỷu phụ thuộc vào số xi lanh, cách bố trí xi lanh số kỳ động cơ và thứ tự làm việc của các xi lanh kết cấu trục khuỷu phải đảm bảo động cơ làm việc đồng đều biên độ dao động và mô men xoắn tương đối nhỏ. - Động cơ làm việc cân bằng ít rung động. - Ứng suất sinh ra do dao động xoắn nhỏ. - Công nghệ chế tạo giá thành rẻ. Kích thức của trục khuỷu phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách giữa hai đường tâm xi lanh, chiều dày của lót xi lanh và phương pháp làm mát. Đối với động cơ hai kỳ kích thước trục khuỷu còn phụ thuộc vào hệ thống quét thải.
Hình 2 - 14 Kết cấu tổng thể trục khuỷu nguyên 2.2.4 Kết cấu trục khuỷu ghép Trục khuỷu ghép thường chế tạo riêng thành từng bộ phận. Cổ trục, má khuỷu, chốt khuỷu, ghép lại với nhau hoặc làm cổ trục riêng rồi ghép với khuỷu.Thường dùng trong động cơ cỡ lớn, trục khuỷu được chế tạo thành từng đoạn rồi ghép lại với nhau bằng mặt bích trục khuỷu lớn thường ghép trong động cơ cỡ lớn động cơ tàu thuỷ động cơ tĩnh đại nhưng cũng dùng trong động cơ cỡ nhỏ, như xe mô tô, động cơ xăng cỡ nhỏ, động cơ cao tốc có công suất lớn để để giảm hiện tượng dao động của trục cần rút ngắn chiều dài trục khuỷu . Hình 2 - 15 Kết cấu trục khuỷu ghép 2.2.5. Kết cấu trục khuỷu thiếu cổ Đặc điểm kết cấu trục khuỷu loại này kích thước nhỏ gọn nên có thể rút ngắn chiều dài của thân máy và giảm khối lượng động cơ. Trục khuỷu thiếu cổ có độ cứng vững kém vì vậy khi thiết kết cần kích thước cổ trục, chốt khuỷu đồng thời tăng chiều dày và chiều rộng má khuỷu để tăng độ cứng vững cho trục khuỷu.Thường dùng trong động cơ xăng ôtô máy kéo và động cơ điezen công suất nhỏ do phụ tải tác dụng lên cổ trục nhỏ.