Bài giảng Kết cấu và tính toán động cơ - CĐ Công nghiệp và xây dựng

Chia sẻ: Ochuong_999 Ochuong_999 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:108

Thêm vào BST

Báo xấu

52
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Nội dung Bài giảng Kết cấu và tính toán động cơ gồm 8 chương được trình bày như sau: Cấu trúc cơ bản và hoạt động của động cơ đốt trong; Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền; Cơ cấu phân phối khí; Hệ thống bôi trơn; Hệ thống làm mát; Các bộ phận phụ của động cơ;...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kết cấu và tính toán động cơ - CĐ Công nghiệp và xây dựng

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP & XÂY DỰNG  BÀI GIẢNG HỌC PHẦN KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ Dùng cho hệ CĐ đào tạo theo tín chỉ (Lưu hành nội bộ) Người biên soạn: Phùng Văn Khương Nguyễn Văn Bản Uông Bí, năm 2010
Lêi nãi ®Çu Cuèn s¸ch nµy chóng t«i biªn so¹n theo ch¬ng tr×nh gi¶ng d¹y m«n kÕt cÊu vµ tÝnh to¸n ®éng c¬ ®èt trong dïng cho sinh viªn Cao ®¼ng C«ng nghÖ kü thuËt «t« trêng Cao ®¼ng C«ng nghiÖp vµ X©y dùng. Nh»m gióp c¸c em häc sinh, sinh viªn cïng c¸c thÇy c« gi¸o ®ang quan t©m tíi lÜnh vùc nµy häc tËp vµ nghiªn cøu vÒ kÕt cÊu cña ®éng c¬ ®èt trong trªn «t« m¸y kÐo. Néi dung cuèn s¸ch bao gåm 8 ch¬ng: Ch¬ng 1: CÊu tróc c¬ b¶n vµ ho¹t ®éng cña ®éng c¬ ®èt trong Ch¬ng 2: C¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn Ch¬ng 3: C¬ cÊu ph©n phèi khÝ Ch¬ng 4: HÖ thèng nhiªn liÖu Ch¬ng 5: HÖ thèng b«i tr¬n Ch¬ng 6: HÖ thèng lµm m¸t Ch¬ng 7: C¸c bé phËn phô cña ®éng c¬ Ch¬ng 8 : TÝnh to¸n mét sè chi tiÕt cña ®éng c¬ ®èt trong Trong qu¸ tr×nh biªn so¹n chóng t«i ®· viÕt theo tr×nh tù cña môc tiªu ch¬ng tr×nh ®µo t¹o, tham kh¶o c¸c gi¸o tr×nh gi¶ng d¹y cho häc sinh, sinh viªn ngµnh «t« m¸y kÐo ë c¸c trêng Đại học vµ trung häc chuyªn nghiÖp cïng c¸c b¹n bÌ ®ång nghiÖp ®· cã nhiÒu n¨m c«ng t¸c trong ngµnh. Tuy ®· cã nhiÒu cè g¾ng song viÖc biªn so¹n bµi gi¶ng kh«ng tr¸nh khái thiÕu sãt chóng t«i rÊt mong ®îc c¸c thÇy c« gi¸o cïng c¸c ®äc gi¶ ®ãng gãp ý kiÕn x©y dùng ®Ó nh÷ng bµi gi¶ng biªn so¹n lÇn sau cã chÊt lîng tèt h¬n. Qu¶ng Ninh n¨m 2010 Nhãm so¹n gi¶ 1
Môc lôc TT Tiªu ®Ò Trang Ch¬ng 1: CÊu tróc c¬ b¶n vµ ho¹t ®éng cña ®éng c¬ «t« 1 1.1 CÊu t¹o vµ ho¹t ®éng cña ®éng c¬ x¨ng 4 kú 1 1.2 CÊu t¹o vµ ho¹t ®éng cña ®éng c¬ diªsel 4 kú 3 1.3 §éng c¬ nhiÒu xilanh 5 Ch¬ng 2: C¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn 7 2.1 N¾p xilanh 7 2.1.1 NhiÖm vô 2.1.2 §iÒu kiÖn lµm viÖc 2.1.3 VËt liÖu 2.1.4 KÕt cÊu 2.2 Th©n m¸y 9 2.2.1 NhiÖm vô 2.2.2 §iÒu kiÖn lµm viÖc 2.2.3 VËt liÖu 2.2.4 KÕt cÊu 2.3 §Öm n¾p m¸y 2.4 Xilanh 11 2.3.1 NhiÖm vô 2.3.2 §iÒu kiÖn lµm viÖc 2.3.3 .VËt liÖu 2.3.4 KÕt cÊu 2.5 C¸c te 13 2.6 Piston 13 2.6.1 NhiÖm vô 2.6.2 §iÒu kiÖn lµm viÖc 2.6.3 VËt liÖu 2.6.4 KÕt cÊu 2.7 XÐc m¨ng 18 2.7.1 NhiÖm vô 2.7.2 §iÒu kiÖnlµm viÖc 2.7.3 VËt liÖu 2.7.4 KÕt cÊu 20 2.8 Chèt piston 21 2.8.1 NhiÖm vô 2.8.2 §iÒu kiÖn lµm viÖc 2
2.8.3 VËt liÖu 2.8.4 KÕt cÊu 2.9 Thanh truyÒn 23 2.9.1 NhiÖm vô 2.9.2 §iÒu kiÖn lµm viÖc 2.9.3 VËt liÖu 2.9.4 KÕt cÊu 2.10. Bul«ng thanh truyÒn 27 2.11 Trôc khuûu 29 2.11.1 NhiÖm vô 2.11.2 §iÒu kiÖn lµm viÖc 2.11.3 VËt liÖu 2.11.4 KÕt cÊu 2.12 B¸nh ®µ 35 Ch¬ng 3: C¬ cÊu ph©n phèi khÝ 36 3.1 NhiÖm vô- Ph©n lo¹i 36 3.2 Bè trÝ xupap, trôc cam vµ dÉn ®éng trôc cam 37 3.3 Xup¸p 40 3.4 §Õ xup¸p 43 3.5 Lß xo xup¸p 43 3.6 Trôc cam 44 3.7 Con ®éi 47 3.8 §òa ®Èy vµ ®ßn bÈy 50 3.9 èng dÉn híng xupap 50 Ch¬ng 4: HÖ thèng nhiªn liÖu 52 4.1 NhiÖm vô-Ph©n lo¹i 4.2 HÖ thèng nhiªn liÖu ®éng c¬ x¨ng 4.2.1 HÖ thèng nhiªn liÖu dïng bé chÕ hoµ khÝ 4.2.2 HÖ thèng phun x¨ng 56 4.3 HÖ thèng nhiªn liÖu diesel 4.3.1 HÖ thèng nhiªn liÖu víi b¬m cao ¸p lo¹i d·y 58 4.3.2 HÖ thèng nhiªn liÖu víi b¬m cao ¸p lo¹i VE 60 4.3.3 Vßi phun nhiªn liÖu diesel 65 4.3.4 HÖ thèng nhiªn liÖu víi èng ph©n phèi (CRS-i) : 66 4.3.5 HÖ thèng nhiªn liÖu víi b¬m-vßi phun kÕt hîp 66 Ch¬ng 5: HÖ thèng b«i tr¬n 5.1 NhiÖm vô- Ph©n lo¹i 68 5.2 M¹ch dÇu b«i tr¬n 72 5.3 B¬m dÇu 73 5.4 BÇu läc dÇu 74 3
5.5 Lµm m¸t dÇu 77 Ch¬ng 6: HÖ thèng lµm m¸t 78 6.1 NhiÖm vô- Ph©n lo¹i 78 6.2 C¸c chu tr×nh lµm m¸t 81 6.3 Van h»ng nhiÖt 82 6.4 B¬m nø¬c 83 6.5 KÐt lµm m¸t 83 6.6 N¾p kÐt nưíc 84 6.7 Qu¹t kÐt nưíc vµ ®iÒu khiÓn qu¹t kÐt nưíc 84 Ch¬ng 7: Bé phËn phô cña ®éng c¬ 7.1 HÖ thèng th«ng h¬i ®éng c¬ 86 7.2 BÇu läc kh«ng khÝ 87 7.3 HÖ thèng x¶ 89 7.4 M¸y t¨ng ¸p 89 Ch¬ng 8.TÝnh to¸n mét sè chi tiÕt cña ®éng c¬ ®èt trong 91 8.1 Tính toán piston 91 8.2 Tính toán thanh truyền 93 8.3 Tính toán trục khuỷu 100 4
Ch¬ng 1: CÊu tróc c¬ b¶n vµ ho¹t ®éng cña ®éng c¬ «t« 1.1 . CÊu t¹o vµ häat ®éng cña ®éng c¬ x¨ng 4 kú H×nh 1.1. CÊu taä cña ®éng c¬ x¨ng 4 kú : 1.Trôc khuûu; 2.Tay biªn; 3.Xilanh; 4.Côm pitt«ng; 5.Xuppap hót; 6.Häng hót; 7.Trôc cam hót; 8.Trôc cam x¶; 9.Xuppap x¶; 10.N¾p m¸y; 11.Häng x¶; 12.Bugi. CÊu t¹o c¬ b¶n cña ®éng c¬ gåm: 1. Bé h¬i : Xilanh, côm pitt«ng (pitt«ng, c¸c xÐc m¨ng, chèt pitt«ng), n¾p m¸y. 2. Bé phËn chuyÓn ®æi chuyÓn ®éng vµ dù tr÷ n¨ng lîng : Tay biªn (thanh truyÒn), trôc khuûu, b¸nh ®µ. 3. HÖ thèng phèi khÝ : Côm xuppap hót vµ x¶ (xuppap, lß xo, c¸c mãng h·m, cèc xuppap), trôc cam, dÉn ®éng cam (c¸c b¸nh ®ai r¨ng hoÆc xÝch, d©y ®ai hoÆc xÝch, c¬ cÊu c¨ng ®ai hoÆc xÝch, c¬ cÊu ®iÒu khiÓn pha phèi khÝ hoÆc hµnh tr×nh xup pap (nÕu cã). 4. HÖ thèng b«i tr¬n : Cacte dÇu, b¬m dÇu, läc dÇu, tuyÕn dÇu, kÐt lµm m¸t dÇu. 5. HÖ thèng lµm m¸t: KÐt níc, b¬m níc, ¸o níc, van h»ng nhiÖt, cót vµ èng. 6. HÖ thèng nhiªn liÖu : HÖ thèng nhiªn liÖu chÕ hoµ khÝ hoÆc Phun x¨ng hoÆc Phun dÇu diesel. 7. HÖ thèng ®iÖn ®éng c¬ : hÖ thèng khëi ®éng (§Ò), hÖ thèng cung cÊp ®iÖn, hÖ thèng ®¸nh löa (®èi víi ®éng c¬ x¨ng), hÖ thèng ®iÒu khiÓn nhiªn liÖu b»ng ®iÖn tö. CÊu t¹o cña ®éng c¬ cã thÓ chia thµnh b¶y môc trªn tuy nhiªn cã thÓ chia phÇn cÊu t¹o ®éng c¬ theo mét nguyªn t¾c kh¸c : Bé h¬i (1), bé phËn chuyÓn ®æi chuyÓn ®éng vµ dù tr÷ n¨ng lîng (2) ®îc ghÐp chung thµnh c¬ cÊu sinh lùc- n¬i sinh ra lùc (M«men hay c«ng c¬ häc) ®Ó cÊp cho c¸c c¬ cÊu c«ng t¸c ghÐp nèi víi ®éng c¬ hoÆc cho hÖ thèng truyÒn lùc cña «t« ®Ó t¹o ra chuyÓn ®éng cña «t«. Ho¹t ®éng c¬ b¶n cña ®éng c¬ x¨ng 4 kú : Nh ®· ®îc tr×nh bµy trong m«n lý thuyÕt ®éng c¬, cã thÓ ®îc tãm t¾t nh sau: 5
H×nh 1.2. C¸c kú cña ®éng c¬ x¨ng 4 kú - Kú hót ®îc diÔn ra khi xup¸p hót më, pistonchuyÓn ®éng tõ §CT xuèng §CD, hoµ khÝ ®îc hót vµo trong xilanh ®éng c¬. - Kú nÐn ®îc b¾t ®Çu tõ khi xup¸p hót ®ãng (sau §CD), piston chuyÓn ®éng tõ díi tiÕn vÒ phÝa §CT, hoµ khÝ trong xilanh bÞ nÐn ®Õn ¸p suÊt 1 : 3 Mpa vµ nhiÖt ®é hoµ khÝ t¨ng ®Õn cao. - Kú næ ( ch¸y-gi·n në-sinh c«ng) b¾t ®Çu tõ thêi ®iÓm bugi ®¸nh löa ( tríc §CT) cña trôc khuûu mét gãc s . Hoµ khÝ bÐn löa, ch¸y vµ ®¹t ¸p suÊt cao sau §CT vµi ®é ( tÝnh theo gãc quay trôc khuûu). ¸p suÊt khÝ ch¸y t¹o lùc ®Èy (sinh c«ng) ®Èy pistonxuèng råi th«ng qua c¬ cÊu trôc khuûu-thanh truyÒn chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cña piston®îc chuyÓn ®æi thµnh chuyÓn ®éng quay cña trôc khuûu vµ b¸nh ®µ. - Kú x¶ ®îc tÝnh tõ khi xup¸p x¶ më (sím h¬n §CD mét gãc ®îc gäi lµ gãc më sím cña xup¸p x¶), 40% khÝ ch¸y tù tho¸t ra. Kú x¶ thùc sù b¾t ®Çu khi pistontõ §CD tiÕn vÒ §CT, gÇn 60% khÝ ch¸y cßn l¹i ®îc ®Èy ra èng x¶ trong giai ®o¹n nµy. H×nh 1.3. Pha phèi khÝ cña ®éng c¬ x¨ng 4 kú §Ó cã thêi ®iÓm ®ãng më c¸c xup¸p ®óng cho chu tr×nh lµm viÖc hót-nÐn- næ-x¶ cña ®éng c¬ nªu trªn, trong kÕt cÊu ®éng c¬ ph¶i cã c¬ cÊu dÉn ®éng trôc cam. C¬ cÊu nµy t¹o ra mèi quan hÖ gi÷a gãc quay trôc khuûu vµ vÞ trÝ trôc cam. Nh vËy, trôc cam cã thÓ ®îc dÉn ®éng th«ng qua truyÒn ®éng b¸nh r¨ng, truyÒn xÝch hoÆc truyÒn d©y ®ai r¨ng. 6
a. b. c. d. e. H×nh 1.4. C¸c ph¬ng ph¸p dÉn ®éng trôc cam : a. DÉn ®éng b»ng b¸nh r¨ng b. DÉn ®éng b»ng xÝch cam c. DÉn ®éng cam ®¬n b»ng ®ai r¨ng d. DÉn ®éng cam kÐp b»ng ®ai r¨ng e. DÉn ®éng cam ®¬n b»ng ®ai r¨ng ( dÉn ®éng thªm c¸c thiÕt bÞ kh¸c) 1.2. CÊu tróc vµ ho¹t ®éng c¬ b¶n cña ®éng c¬ diesel ( m¸y dÇu ) CÊu tróc cña ®éng c¬ diesel 4 kú còng cã nh÷ng côm c¬ b¶n t¬ng tù nh ë ®éng c¬ x¨ng, chØ kh¸c nhau ë mét sè ®iÓm ®îc diÔn gi¶i díi ®©y. H×nh 1.5. CÊu tróc c¬ b¶n vµ c¸c kú lµm viÖc cña ®éng c¬ diesel. 1- Xup¸p n¹p 5- Piston 2- Xup¸p x¶ 6- Thanh truyÒn 3- Vßi phun 7- Trôc khuûu 4- Buång ch¸y Kh«ng gièng nh ®éng c¬ x¨ng, ®éng c¬ diesel kh«ng cã hÖ thèng ®¸nh löa. Thay vµo ®ã, nhiªn liÖu ®îc nÐn víi ¸p suÊt cao phun vµo kh«ng khÝ cã ¸p 7
suÊt vµ nhiÖt ®é cao nh»m lµm cho nhiªn liÖu tù bèc ch¸y. - Kú hót : Xup¸p x¶ ®ãng vµ xup¸p n¹p më, pitt«ng ®i xuèng chØ hót kh«ng khÝ vµo trong xilanh qua xup¸p n¹p. - Kú nÐn : Khi piston hoµn tÊt hµnh tr×nh ®i xuèng, xup¸p n¹p ®ãng l¹i. Víi hµnh tr×nh ®i lªn cña pitt«ng, kh«ng khÝ trong xilanh bÞ nÐn m¹nh vµ ®¹t nhiÖt ®é cao. Tû sè nÐn cña ®éng c¬ diesel  = 15 ®Õn 23, nhiÖt ®é buång ch¸y tõ 500- 8000 C . - Kú næ : Khi pistongÇn hoµn tÊt hµnh tr×nh ®i lªn, vßi phun sÏ phun nhiªn liÖu díi ¸p suÊt cao vµo kh«ng khÝ ®· ®¹t ®Õn ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é cao ë cuèi qu¸ tr×nh nÐn. NhiÖt ®é cao cña kh«ng khÝ lµm cho nhiªn liÖu tù bèc ch¸y, kÕt qu¶ g©y lªn ch¸y vµ næ. Lùc cña sù ch¸y nµy sÏ ®Èy piston®i xuèng vµ lµm quay trôc khuûu. - Kú x¶ : Xup¸p x¶ më ra khi piston hoµn tÊt hµnh tr×nh ®i xuèng ( kú næ). Sau ®ã hµnh tr×nh ®i lªn tiÕp theo cña piston sÏ lµm khÝ x¶, s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh ch¸y, bÞ ®Èy ra khái xilanh. Sù kh¸c biÖt gi÷a ®éng c¬ x¨ng vµ ®éng c¬ diesel : Ngoµi sù kh¸c nhau vÒ lo¹i nhiªn liÖu mµ ®éng c¬ sö dông, ®éng c¬ x¨ng vµ ®éng c¬ diese cßn sö dông nh÷ng c¬ cÊu kh¸c nhau : - Buång ch¸y : §éng c¬ diesel kh«ng ®îc trang bÞ hÖ thèng ®¸nh löa cã bugi. Thay vµo ®ã, nhiÖt sinh ra trong qu¸ tr×nh nÐn sÏ lµm cho nhiªn liÖu tù bèc ch¸y. V× vËy tû sè nÐn ®îc ®Æt cao h¬n. - HÖ thèng sÊy s¬ bé : §Ó hç trî cho kh¶ n¨ng khëi ®éng cña ®éng c¬, ®éng c¬ diesel cã hÖ thèng sÊy s¬ bé sö dông bugi sÊy ®Ó sÊy nãng khÝ n¹p. - HÖ thèng nhiªn liÖu : §éng c¬ diesel cã mét b¬m nhiªn liÖu vµ c¸c vßi phun ®Ó phun nhiªn liÖu vµo trong buång ch¸y ë ¸p suÊt cao. 8
1.3. ®éng c¬ nhiÒu xilanh (m¸y): PhÇn trªn giíi thiÖu vÒ cÊu tróc vµ ho¹t ®éng cña mét xilanh trong ®éng c¬. §éng c¬ «t« thêng cã Ýt nhÊt tõ 3 xilanh trë lªn vµ cã thÓ ®îc bè trÝ theo nhiÒu quy luËt kh¸c nhau. Díi ®©y lµ mét sè c¸ch bè trÝ xilanh trong mét ®éng c¬ nhiÒu xilanh. - Lo¹i xilanh th¼ng hµng : §©y lµ lo¹i th«ng dông nhÊt, víi lo¹i nµy c¸c xilanh ®îc bè trÝ thµnh mét hµng. a. b. c. H×nh 1.6. C¸ch bè trÝ vµ thø tù c¸c xilanh trong ®éng c¬ xilanh th¼ng hµng a. C¸ch bè trÝ vµ thø tù xilanh b. VÝ dô vÒ c¸ch bè trÝ pistonsong hµnh trong ®éng c¬ d·y 4 xilanh c. MÆt c¾t tæng qu¸t - Lo¹i xilanh ®èi ®Ønh n»m ngang : C¸c xilanh ®îc bè trÝ ®èi diÖn nhau theo chiÒu ngang, víi trôc khuûu n»m gi÷a. MÆc dï bÒ ngang cña ®éng c¬ trë lªn lín h¬n, nhng chiÒu cao cña nã l¹i gi¶m ®i. a. b. c. H×nh 1.7. C¸ch bè trÝ vµ thø tù c¸c xilanh trong ®éng c¬ xilanh ®èi nhau a. C¸ch bè trÝ vµ thø tù xilanh b. VÝ dô vÒ c¸ch bè trÝ pistonsong hµnh trong ®éng c¬ ®èi nhau 4 xilanh c. MÆt c¾t tæng qu¸t - Lo¹i xilanh ch÷ V : C¸c xilanh ®îc bè trÝ thµnh ch÷ V. §éng c¬ ®îc rót ng¾n l¹i so víi lo¹i th¼ng hµng nÕu cã cïng sè xilanh. 9
a. b. c. H×nh 1.8. C¸ch bè trÝ vµ thø tù c¸c xilanh trong ®éng c¬ xilanh ch÷ V a. C¸ch bè trÝ vµ thø tù xilanh b. VÝ dô vÒ c¸ch bè trÝ pistonsong hµnh trong ®éng c¬ 8 xilanh ch÷ V c. MÆt c¾t tæng qu¸t §Ó cã c¸ch bè trÝ xilanh kh¸c nhau, th× ë trôc khuûu c¸c cæ khuûu ph¶i ®îc bè trÝ theo nh÷ng quy luËt kh¸c nhau nh trªn h×nh 1.9. Tõ c¸ch bè trÝ ®ã, c¸c ®éng c¬ sÏ cã thø tù næ kh¸c nhau. H×nh 1.9. C¸ch bè trÝ trôc khuûu vµ thø tù næ cña mét sè lo¹i ®éng c¬ : 1- Bèn xilanh th¼ng hµng : 1-2-4-3 2- S¸u xilanh th¼ng hµng : 1-5-3-6-2-4 3- S¸u xilanh ch÷ V : 1-2-3-4-5-6 4- T¸m xilanh ch÷ V : 1-8-4-3-6-5-7-2 10
Ch¬ng 2: C¬ cÊu trôc khuûu thanh truyÒn 2.1.N¾p xilanh 2.1.1. NhiÖm vô N¾p xilanh ®Ëy kÝn mét ®Çu xilanh, cïng víi piston va xilanh t¹o thµnh buång ch¸y. NhiÒu bé phËn cña ®éng c¬ ®îc l¾p trªn n¾p xilanh nh bugi, vßi phun , côm xupap, c¬ cÊu gi¶m ¸p hç trî khëi ®éng... Ngoµi ra trªn xilanh cßn bè trÝ c¸c ®êng n¹p, ®êng th¶i, ®êng níc lµm m¸t, ®êng dÇu b«i tr¬n … do ®ã kÕt cÊu cña n¾p xilanh rÊt phøc t¹p. 2.1.2. §iÒu kiÖn lµm viÖc §iÒu kiÖn lµm viÖc cña n¾p xilanh rÊt kh¾c nghiÖt nh nhiÖt ®é rÊt cao, ¸p su©t khÝ thÓ rÊt lín vµ bÞ ¨n mßn ho¸ häc bëi c¸c chÊt ¨n mßn trong s¶n phÈm ch¸y. 2.1.3.VËt liÖu chÕ t¹o N¾p xilanh ®éng c¬ diesel lµm m¸t b»ng níc ®Òu ®óc b»ng gang hîp kim, dïng khu«n c¸t. cßn n¾p xilanh cña ®éng c¬ lµm m¸t b»ng giã thêng chÕ t¹o b»ng hîp kim nh«m dïng ph¬ng ph¸p ®óc hoÆc ph¬ng ph¸p rÌn dËp (vÝ dô, n¾p xilanh ®éng c¬ m¸y bay) . N¾p xilanh ®éng c¬ x¨ng thêng dïng hîp kim nh«m, cã u ®iÓm lµ nhÑ, t¶n nhiÖt tèt, gi¶m ®îc kh¶ n¨ng kÝch næ. Tuy nhiªn, søc bÒn c¬ vµ nhiÖt thÊp h¬n so víi n¾p xilanh b»ng gang. 2.1.4. KÕt cÊu Nắp xilanhlà một trong những chi tiết có kết cấu phức tạp nhất. Vì trên nắp xilanh có rất nhều bộ phận và cơ cấu được bố trí như: đường nạp, đường thải, đường nước làm mát, đường dầu bôi trơn, vòi phun, buồng đốt, dàn đòn gánh, vv.. Điều kiện làm việc của nắp xilanh rất khắc nghiệt: chịu ứng suất nhiệt lớn, nhiệt độ cà áp suất cao, biến dạng khi lắp ghép và làm việc. Vì vậy , cũng như thân máy, việc tính sức bên nắp xilanhrất khó khăn và mang nhiều giả thiết gần đúng. Khi thiết kế, người ta thường chú ý đến đảm bảo tính công nghệ đúc và phân bố kim loại đồng đều, tránh ứng suất tập trung. Đồng thời cũng đảm bảo lắp ghép đơn giản, đủ độ cứng vững cần thiết. Nắp xilanh của đông cơ làm mát bằng nước, nhất là động cơ Diedel, thường đúc bằng gang xám hợp kim. Nắp xilanhcủa động cơ xăng dùng cho «t«, thường đúc bằng nhôm hợp kim. Nắp xilanhcủa động cơ làm mát bằng gió đúc bằng nhôm hợp kim. Nói chung, nắp xilanh của động cơ làm mát bằng nước phân lo¹i theo kết cấu lớp kim loại, có thể chia làm hai loại chính: Nắp xilanh 2 lớp vách và nắp xilanh 4 lớp vách. 2.1.4.1 Nắp xilanh hai lớp vách Đặc điểm kết cấu của loại nắp xilanh này là trên tiết diện cắt ngang, nắp chỉ có mặt nóng là mặt tiếp xúc với khí cháy và một mặt lạnh liên kết với nhau bằng các vách. Nắp xilanh loại này có kết cấu đơn giản. 11
Nắp có dạng hình hộp, không có đường nạp, đường thải, chỉ có khoang chứa nước làm mát. Mặt nóng tạo thành buồng cháy. Vị trí lắp bu gi đánh lửa tùy thuộc vào quan điểm thiết kế: đặt phía trên xupap nạp hay dịch về phía xupap thải, Các lỗ lắp gu giông quy nát đều xuyên qua các khối trụ, trên mặt nắp xilanh Hình 2.1 2.1.1.2 Nắp xilanh bốn lớp vách Đặc điểm kết cấu của loại nắp xilanhnày là: trên nắp có bố trí đường thải, đường nạp, buồng cháy (đối với động cơ Diedel có buồng cháy phụ), …..Vì vậy, tiết diện ngang của nắp xilanh ít nhất cũng có 4 lớp vách. Tùy theo kiểu loại động cơ, mà người ta lựa chọn kết cấu khác nhau. Ví dụ: vị trí đường nạp, đường xả ở cùng một phía hoặc khác phía. Buồng cháy phụ kết cấu phức tạp hơn buồng cháy thống nhất, nhưng vòi phun có thể bố trí nghiêng về một bên. Trong khi đó,vòi phun của buồng cháy thống nhất bắt buộc phải bố trí ở giữa nắp xilanh, trùng với đường tâm xilanh. Vị trí các lỗ nước cũng tùy thuộc vào cách điều khiển dòng nước làm mát, thường ưu tiên cho vùng nhiệt độ cao như buồng ch¸y hay đế xupapxả. Các gu giông nắp máy cũng xuyên qua các khối trụ trên nắp máy và được bố trí đều quanh đường chu vi xilanh. Hinh 2.2 Ngoài cách phân loại như trên, người ta còn phân loại theo hai kiểu: nắp đơn và nắp chung. Nắp đơn thường dùng cho động cơ một xilanh, công suất nhỏ hoặc cho động cơ tĩnh tại hay tầu thủy có công suất lớn hàng vạn mã lực. Nắp chung thường dùng cho các loại động cơ dùng cho oto, máy kéo, máy thi công, hoặc động cơ máy tĩnh tại và tầu thủy có công suất nhỏ hơn 500 mã lực. Nắp chung còn chia ra làm các loại như nắp kép (dùng chung cho 2 xilanh), nắp chung cho 3 xilanh, 4 xilanh, 6 xilanh,…Để đảm bảo bao kín, loại nắp nào cũng có gioăng nắp máy tương ứng. Các gioăng nµy có thể được chế tạo từ đồng, amiang, chất dẻo, cao su, hoặc vật liệu tổng hợp khác. 12
2.1.4.3 Nắp của động cơ làm mát bằng gió Đặc điểm của các nắp xilanh này là có các cánh tản nhiệt thay cho khoang chứa nước, vì vậy kết cấu rất phức tạp. Các cánh tản nhiệt tạo thành các khoang thông gió. Bố trí thuận lợi dòng chảy của gió để tạo phân bố nhiệt độ đồng đều, tránh làm biến dạng nắp xilanh. Hinh 2.3 Diện tích kích cỡ các cánh tản nhiệt, được thiết kế phù hợp với điều kiện tản nhiệt và trường nhiệt độ của nắp xilanh. 2.2. Th©n m¸y 2.2.1. NhiÖm vô Th©n m¸y cïng víi l¾p xilanh lµ n¬i l¾p ®Æt vµ bè trÝ hÇu hÕt c¸c côm c¸c chi tiÕt cña ®éng c¬. Cô thÓ trªn th©n m¸y bè trÝ xilanh, hÖ trôc khuûu vµ c¸c bé phËn truyÒn ®éng ®Ó dÉn ®éng c¸c c¬ cÊu vµ hÖ thèng kh¸c cña ®éng c¬ nh trôc cam , b¬m nhiªn liÖu, b¬m dÇu, b¬m níc, qu¹t giã …. Trong ®éng c¬ ®èt trong, th©n m¸y lµ chi tiÕt cã kÝch thíc vµ khèi lîng lín nhÊt. §èi víi ®éng c¬ « t«, m¸y kÐo, m«t« xe m¸y, tØ lÖ ®ã lµ 30 ®Õn 60% cßn ®èi víi ®éng c¬ ®Çu m¸y xe löa, tÇu thuû vµ c¸c m¸y tÜnh t¹i lµ 50 ®Õn 70% khèi lîng toµn bé ®éng c¬. Th©n m¸y chÕ t¹o theo ph¬ng ph¸p hµn, tØ lÖ ®ã lµ 20 ®Õn 25%. 2.2.2.§iÒu kiÖn lµm viÖc Th©n m¸y lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn chÞu lùc khÝ thÓ rÊt lín, lùc ®ã truyÒn cho th©n m¸y theo nhiÒu kiÓu kh¸c nhau, nªn kiÓu chÞu lùc cña th©n m¸y phô thuéc vµo kÕt cÊu cña th©n m¸y. Th©n m¸y cßn lµm gi¸ ®ì cho trôc khuûu, trôc cam, cã c¸c ®êng níc lµm m¸t nªn chÞu rung dËt, mµi mßn, øng suÊt nhiÖt kh«ng ®ång ®Òu v.v.. 2.2.3.VËt liÖu Thân máy và nắp xilanh, thường được đúc bằng vật liệu gang xám: GX 15-32 đến GX 24-44. Riêng loại thân máy của loại động cơ công suất lớn (trên 10000 mã lực) được chế tạo theo phương pháp hàn bằng thép tấm. 2.2.4. KÕt cÊu Thân máy và nắp xilanh(quy lát) là chi tiết máy cố định có khối lượng lớn và kết cấu phức tạp, vì hầu hết các cơ cấu, hệ thống của động cơ đều lắp trên thân máy và nắp xilanh. Thân máy và hộp trục khuỷu thường đúc liền (ở động cơ oto, máy kéo) hoặc đúc rời (động cơ máy tĩnh tại và tàu thủy). Trong động cơ oto máy kéo, thì các te và máng dầu được đúc liền, gọi chung là các te. Động cơ máy tĩnh tại và tàu thủy thì các te trở thành bệ máy, trục khuỷu lắp đặt lên bệ các te. 13
Kết cấu thân máy phụ thuộc lớn vào kiểu làm mát động cơ. Nếu động cơ làm mát bằng gió, thì thân máy còn có các cánh tản nhiệt. 2.2.5 Phân loại thân máy Thân máy được chia làm hai loại chính là thân máy liền hộp trục khuỷu, và thân máy rời. Trªn «t«, m¸y kÐo chñ yÕu dïng th©n m¸y liÒn hép trôc khuûu Loại thân xilanh–hộp trục khuỷu có 3 kiểu chịu lực sau đây: Thân xilanh chịu lực Hinh 2.4. Th©n m¸y kiÓu th©n xilanh – hép trôc khuûu 1.Th©n xilanh, 2. Hép trôc khuûu Loại này vỏ thân được đúc liền với xilanh. Vì vậy, khi lực khí thể tác dụng lên nắp xilanh, truyền qua các gu giông nắp xilanhlàm cho toàn bộ thân và xilanh đều chịu kéo. Loại thân máy kiểu này thường dùng cho các loại động cơ xăng công suất nhỉ và trung bình. Nó có ưu điểm là có độ cứng vững cao, bao kín tốt (vì xilanh được chế tạo liền với thân máy), nhưng tính công nghệ đúc kém và lãng phí vật liệu. Vỏ thân chịu lực Loại thân máy này có đặc điểm là xilanh đúc rời rồi lắp vào thân máy. Vì vậy , khi lực khí thể tác dụng lên thân, thì chỉ có phần vỏ thân chịu kéo. Loại thân này được dùng phổ biến ở động cơ Diedel và động cơ xăng hiện đại. Loại này có ưu điểm là cải thiện được công nghệ đúc thân máy và tiết kiệm được vật liệu quý, khi sửa chữa và thay thế xilanh dễ dàng. Gu giông chịu lực Loại thân máy này, có dùng các bu lông rất dài để liên kết các phần lại. Khi lực khí thể tác dụng lên nắp xilanh, thì chỉ có các gu giông chịu lực kéo còn thân máy không chịu lực này. Loại thân máy này thường dùng cho động cơ Diedel công suất lớn. H×nh 2.5. Th©n m¸y rêi 14
1.Hép trô khuûu; 2. th©n xilanh; 3. n¾p xilanh; 4.gu gi«ng n¾p m¸y 5. gugi«ng th©n m¸y, 6.lç l¾p trôc cam , 7.gu gi«ng toµn bé; 8. ®Õ m¸y H×nh 2.6. Th©n m¸y ®éng c¬ lµm m¸t b»ng giã 1.hép trôc khuûu, 2.th©n xilanh 3.n¾p xilanh 4.gugi«ng, 5.lãt xilanh 2.3 §Öm n¾p xilanh (Gioăng nắp xilanh) Gioăng nắp xilanh còn được gọi là gioăng nắp quy nát, dùng để bao kín, tránh lọt khí và chảy nước ở mặt lắp ghép nắp xilanhvới thân máy. Gioăng nắp xilanh cần có độ đàn hồi, để dễ làm kín mặt lắp ghép. Kết cấu của gioăng phụ thuộc vào kết cấu của nắp xilanh. Nói chung ở động cơ xăng, thường dùng gioăng nắp xilanh tấm amiang bọc đồng lá, hoặc tấm amiang có viền mép lỗ bằng đồng hoặc bằng thép. Động cơ Diedel, ngoài dùng các loại gioăng làm bằng tấm amiang bọc đồng hoặc thép ra, còn dùng các loại gioăng đồng dạng vòng, mỗi xilanh chỉ cần một vòng kết hợp với gioăng cao su bao quanh lỗ nước. Loại gioăng thép, đồng, nhôm, thường dập các gờ rãnh nổi viền quanh lỗ nước và lỗ xilanh, để khi xiết gu giông quy nát thì các gờ rãnh đó biến dạng làm kín lỗ nước và lỗ xilanh. H×nh 2.7. §Öm n¾p xilanh 2.4 Xilanh(lót xilanh, sơ mi) Trong động cơ đốt trong, xilanhcó thể dúc liền với thân máy, mà không cần lót xilanh. Tuy nhên để cải thiện công nghệ đúc thân và kéo dài tuổi thọ của 15
thân máy, người ta cần dùng lót xilanh (gọi tắt chung là xilanh) 2.4.1. NhiÖm vô Xilanh lµ chi tiÕt m¸y d¹ng h×nh èng ®îc n¾p vµo th©n m¸y nh»m môc ®Ých kÐo dµi tuæi thä cña th©n m¸y. Xilanh n»m trong th©n m¸y lµm gi¸ ®ì dÉn híng chuyÓn ®éng cña piston, kÕt hîp víi n¾p m¸y vµ piston t¹o thµnh buång ®èt. 2.4.2. §iÒu kiÖn lµm viÖc Xilanh lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn kh¾c nhiÖt chÞu ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é cao, chÞu H×nh 2.8.c¸c lo¹i xilanh a. th©n xilanh; bvµ c.lãt xilanh kh«; d. lãt xilanh ít mµi mßn lín do piston di chuyÓn trong xilanh víi chÕ ®é b«i tr¬n khã kh¨n, thêng xuyªn tiÕp xóc víi c¸c chÊt ¨n mßn (s¶n phÈm cña khÝ th¶i). 2.4.3. VËt liÖu chÕ t¹o Xilanh thêng chÕ t¹o b»ng gang hîp kim, ®Ó n©ng cao tÝnh chÞu mßn ngêi ta m¹ lªn mÆt g¬ng xilanh mét líp cr«m xèp chiÒu dÇy kho¶ng 0,05- 0,25 mm. 2.4.4. KÕt cÊu Kết cấu xilanh chia làm hai loại chính: xilanh khô và xilanh ướt. Dù là loại xilanh nào thì cũng phải đảm bảo các yêu cầu cơ bản như sau: 1, có đủ sức bền để chịu áp suất lớn của khí cháy. 2, Chịu mòn tốt trong điều kiện nhiệt độ cao. 3, Không bị hở khí và dò nước. 4, Giãn nở tự do theo phương đường tâm xilanh. 2.4.4.1 Xilanh ướt Khi dùng xilanh ướt, kết cấu của thân máy là vỏ thân chịu lực, nên công nghệ đúc rất đơn giản. Khi xilanh bị mòn hoặc hỏng, thì việc thay thế cũng rất dễ dàng. Hiện nay kiểu xilanh ướt được dùng phổ biến. Ưu điểm của lanh ướt là: 1, Do trực tiếp tiếp xúc với nước làm mát, nên đảm bảo quá trình truyền dẫn nhiệt tốt. 2, cải thiện công nghệ đúc thân máy, tiết kiệm nguyên vật liệu quý và thay thế dễ dàng khi xilanh bị hỏng. 3, Gia công xilanh đơn giản. Tuy nhiên loại xilanh này cũng tồn tại một số nhược điểm sau: 1, Khó bao kín, dễ bị dò nước và lọt khí. Nước bị dò xuống các te làm hỏng dầu bôi trơn. 2, Độ cứng vững kém, dễ bị biến dạng khi chịu lực lớn. 16
Khi lắp xilanh ướt vào thân máy, tùy theo kiểu loại mà phần vai tựa và phần mặt trụ định vị bố trí ở vị trí khác nhau, loại thể hiện ở hình (a), là loại thường gặp nhất. Ở loại này, để đảm bảo bao kín, mặt xilanh thường nhô cao hơn thân máy khoảng (0,05  0,15)mm , phía dưới xilanh có lắp các gioăng nước (tròn hoặc dẹt, một hoặc nhiều). Trong đó kiểu gioăng nước tròn được dùng phổ biến. Tiết diện gioăng thường nằm trong rãnh chiếm 95 0 0  98 0 0 . Rãnh lắp gioăng có thể được chế tạo trên xilanh hoặc ở thân máy. Các kiểu gioăng đặc biệt, như dùng nhiều gioăng có tiết diện khác nhau, dùng nhiều gioăng dẹt kết hợp với vành thép rồi dùng đai ốc xiết chặt, hay kiểu gioăng bao kín của động cơ Diedel hai kỳ, đều được dùng tùy theo thuộc tính của nắp xilanh. 2.4.4.2. Xilanh kh« §îc lµm b»ng vËt liÖu kü thuËt cao ®îc Ðp vµo lç xilanh. Sau khi Ðp cã gß nh« lªn ®Ó khi l¾p víi ®Öm l¾p m¸y sÏ kÝn khÝt h¬n. ph¬ng ph¸p nµy kh«ng l·ng phÝ vËt liÖu, th©n m¸y cã ®é cøng v÷ng cao, nhng truyÒn nhiÖt ra m«i trêng lµm m¸t khã kh¨n h¬n. §Ó tiÕt kiÖm vËt liÖu h¬n n÷a , mét sè ®éng c¬ chØ cã lãt xilanh ë phÇn trªn (buång ch¸y), lµ n¬i xilanh mßn nhiÒu nhÊt do nhiÖt ®é, ¸p suÊt cao, b«i tr¬n khã kh¨n vµ ¨n mßn ho¸ häc do khÝ ch¸y. 2.5. C¸c te §îc l¾p víi th©n m¸y cã ®Öm lµm kÝn, c¸c te dïng ®Ó chøa dÇu b«i tr¬n vµ lµm kÝn hép trôc khuûu. §¸y c¸c te thêng ®îc ®óc b»ng hîp kim nh«m hoÆc dËp b»ng t«n. Díi ®¸y cã l¾p rèn x¶ dÇu b¨ng bul«ng trªn bul«ng cã nam ch©m vÜnh cöu ®Ó thu c¸c m¹t kim lo¹i. Khi th¸o l¾p c¸c te lu ý th¸o vµ l¾p theo tr×nh tù kü thuËt ®Ó tr¸nh cong vªnh c¸c te. 2.6 Piston 2.6.1. NhiÖm vô Vai trß chñ yÕu cña piston lµ cïng víi c¸c chi tiÕt kh¸c nh xilanh, n¾p xilanh bao kÝn t¹o thµnh buång ch¸y, ®ång thêi truyÒn lùc cña khÝ thÓ cho thanh truyÒn còng nh nhËn lùc tõ thanh truyÒn ®Ó nÐn khÝ. Ngoµi ra cßn ë mét sè ®éng c¬ 2 kú, piston cßn cã nhiÖn vô ®ãng më c¸c cöa n¹p vµ th¶i cña c¬ cÊu phèi khÝ. 2.6.2. §iÒu kiÖn lµm viÖc Piston là một chi tiết máy quan trọng của động cơ. Trong quá trình làm việc piston chịu tải trọng cơ học và tải trọng nhiệt lớn, ảnh hưởng xấu đến độ bên và tuổi thọ của piston. 1 Tải trọng cơ học: Do lực khí thể và lực quán tính gây nên. Lực khí thể có trị số lớn (10 – 12 Mpa hoặc cao hơn) và biến thiên đột ngột, lực quán tính cũng có trị số lớn (2 – 3 Mpa) biến thiên theo chu kỳ, hợp lực khí thể và lực quán tính gây nên va đập dữ dội, làm cho piston biến dạng và đôi khi phá hỏng piston. 2 tải trọng nhiệt Do tiếp xúc với khí cháy có nhiệt độ cao (2300 – 2700oK) nên nhiệt đô phần đỉnh piston rất cao (500 – 700oK). Nhiệt độ cao gây bó piston, rạn nứt cục bộ, làm hư hỏng dầu bôi trơn, làm giảm hệ số nạp và dễ sinh kích nổ (đối với động cơ xăng). 17
3 Ma sát và ăn mòn hóa học Trong quá trình làm việc, bề mặt thân piston chịu lực ma sát lớn, bôi trơn kém. Đỉnh piston bị ăn mòn hóa họcdo các thành phần A- xít sinh rs trong quá trình cháy và dãn nở. H×nh 2.9. Lùc t¸c ®éng lªn xilanh vµ hiÖn tîng mßn cña xilanh Do điều kiện làm việc của piston như trên, nên khi tjieets kế piston cần đảm bảo các điều kiện kỹ thuật sau đây: 1, Piston cùng với nắp xilanhtạo thành dạng buồng đốt tối ưu, bao kín tốt. 2, Tản nhiệt tôtd đẻ tránh kích nổ cho động cơ. 3, Có độ bền cao và có khối lượng nhỏ. 2.6.3 Vật liệu chế tạo piston Do điều kiện làm việc của piston rất khó khăn, nên vật liệu chế tạo phải đảm bảo tính năng cơ lý sau: 1, Có độ bên nhiệt cao, sức bền lớn. 2, Khối lượng riêng nhỏ. 3, Hệ số dãn nở nhỏ. 4, Chịu mòn tốt Ngày nay người ta dùng hai loại hợp kim chính là gang hợp kim và nhôm hợp kim để chế tạo piston. 1 Gang hợp kim Gang hợp kim thường dùng để chế tạo piston của động cơ Diedel tốc độ thấp, công suất lớn. Trong các loại gang hợp kim thường dùng gang xám hợp kim như: GX 16 – 32, GX 24 – 44, GX 28 – 48. Các loại gang hợp kim này có khá nhiều ưu điểm: + Sức bền cơ học cao, độ bền nhiệt lớn (  B  320MN / m 2 ; H  520MN / m 2 ; đến 400oC, sức bền chỉ giảm 18%) + Hệ số dãn dài nhỏ (  = 11 – 12.10-6). + Tính công nghệ đúc và gia công cơ khí tốt. + Rẻ tiền. Nhưng loại vật liệu này có những nhược điểm như sau: + Khối lượng riêng lớn (   7  8kg / dm 3 ). + Hệ số dẫn nhiệt nhỏ (   37  54,5w / m o C ). + ở nhiệt độ cục bộ vượt quá 727oC, tổ chức péclit phân giải thành ferit và autenit nên dễ gay rạn nứt tế vi. Do những nhược điểm như trên nên các động cơ có tốc độ cao và có tải 18
trọng nhiệt lớn không sử dụng vật liệu trên để chế tạo piston. 2 Nhôm hợp kim Ngày nay hợp kim nhôm sau cùng tinh (có thành phần Si vượt quá 12%) được dùng rất phổ biến để chế tạo piston của động cơ cao tốc. Loại hợp kim này có các ưu điểm sau: + Khối lượng riêng nhỏ (   1,82  2,97kg. / dm 3 ) + Hệ số dẫn nhiệt lớn (   126  175w / m o C ) + Tính công nghệ đúc và gia công cơ khí rất tốt> Nhược điểm của hợp kim nhôm: + Hệ số dãn nở lớn (   18.10 6 ). + Đắt tiền. 2.6.4. KÕt cÊu §Ó thuËn lîi ph©n tÝch kÕt cÊu, cã thÓ chia piston thµnh nh÷ng phÇn nh ®Ønh, ®Çu, th©n. a. Đỉnh Piston Đỉnh Piston có nhiều dạng, chủ yếu phụ thuộc vào kiểu loại buồng cháy, và kiểu loại động cơ. Khi thiết kế đỉnh piston phải đảm bảo các yêu cầu sau: + Có hình dạng thích hợp, tạo hỗn hợp khí tốt (tạo xoáy lốc, phân bố khí nạp, hợp với dạng chùm tia phun, có chỉ tiêu kinh tế cao). + Có tỷ số F/V nhỏ để giảm tổn thất nhiệt. H×nh 2.10. KÕt cÊu piston + Tản nhiệt tốt (có bán kính lượn lớn, hoặc có gân tản nhiệt) + Tránh va đập với xupap và vòi phun khi piston ở điểm chết trên. Như vậy ta có thể thấy rằng đỉnh piston của động cơ xăng có kết cấu đơn giản và nhẹ hơn nhiều so với động cơ Diedel có buồng cháy trên đỉnh piston b. Đầu piston Trong quá trình làm việc, đầu piston phải đảm bảo bao kín buồng cháy và dẫn nhiệt ra khỏi đỉnh đảm bảo nhiệt độ của đỉnh không cao quá trị số cho phép. Khi thiết kế đầu piston phải chú ý giải quyết 3 vấn đề chính như sau: Vấn đề dẫn nhiệt và tản nhiệt Trong quá trình làm việc, đầu piston tiếp xúc với khí cháy nên nhiệt độ rất cao. Nhiệt lượng truyền cho phần đầu piston chiếm 7 – 8% tổng nhiệt lượng do 19