Phần 3. THIẾT KẾ KỸ THUẬT HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC
3.1. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
3.1.1 Sơ đồ cấu tạo và vật liệu chế tạo các bộ phận cơ bản
3.1.1.1. Nhóm piston
Nhóm piston có nhiệm vụ :
- Góp phần cùng với các chi tiết trong nhóm piston, lót xylanh, nắp xylanh tạo thành không gian công tác của động cơ.
- Nhận áp lực khí thể từ phía đỉnh truyền tới trục khuỷu qua thanh truyền và ngược lại.
- Có nhiệm vụ hút khí mới vào không gian công tác của động cơ, nén hỗn hợp môi chất công tác và xả khí cháy ra ngoài.
- Truyền nhiệt khí cháy qua vòng găng đến xylanh và truyền ra môi trường.
- Đối với động cơ hai kỳ piston còn có vai trò đóng mở cửa nạp, cửa xả.
- Ngoài ra, piston còn có nhiệm vụ quan trọng là làm kín không gian công tác của động cơ đốt trong, đảm bảo khí không lọt xuống cacte và dầu bôi trơn lên buồng đốt là ít nhất.
Nhóm piston bao gồm: + Piston + Chốt piston
+ Các xec măng (xec măng khí và xec măng dầu).
• Piston:
- Chức năng,nhiệm vụ:
Piston là một bộ phận chuyển động trong lòng xylanh. Nó tiếp nhận áp lực của môi chất công tác rồi truyền cho trục khủy thông qua trung gian là thanh truyền. Ngoài ra piston còn có công dụng trong việc nạp, nén khí mới và đẩy khí thải ra khỏi không gian công tác của xylanh.
- Sơ đồ cấu tạo:
Hình 3-1: Sơ đồ cấu tạo piston 1- Đỉnh piston; 2- Đầu và thân piston; 3- Váy piston 1
2
3
- Vật liệu chế tạo và đặc điểm cấu tạo:
Để đảm bảo cho piston làm việc lâu dài và ổn định ở động cơ cao tốc ta sử dụng hợp kim Al để chế tạo. Cần nhiệt luyện hợp kim Al đạt độ cứng HB = 120-140. Piston được chế tạo bằng phương pháp rèn dập bằng loại nhôm rèn và phủ lên bề mặt piston một lớp Crôm để tạo bền cho lớp bề mặt piston và không bị cháy rỗ. Song nó còn có ưu điểm là hợp kim nhôm có trọng lượng riêng nho nên nhẹ; do đó lực quán tính sinh ra nhỏ, Al có tính tản nhiệt cao hơn gang, hệ số ma sát nhỏ…
+ Đầu piston có xẻ rãnh chứa xecmăng, bao gồm 2 xecmăng khí và một xecmăng dầu, các rãnh này nằm phía trên chốt piston.
+ Thân piston: bố trí chốt lệch tâm sao cho Nmax giảm để 2 bên chịu lực của piston va xylanh mòn đều, giảm tiếng ồn. Đuôi piston được vát bớt để piston nhẹ hơn và tránh bị bó kẹt trong xylanh khi piston bị biến dạng trong quá trình làm việc lâu dài chịu nhiệt độ cao.
• Xecmăng:
- Xéc măng khí: làm bằng gang hợp kim, bề mặt tiếp xúc vơi xy lanh được phủ một lớp Crôm xốp chịu mòn tốt.
- Xéc măng dầu: cũng được làm bằng gang hợp kim và bề mặt được phủ một lớp Crôm xốp nhằm nâng cao khả năng chịu mòn bề mặt làm việc.
Hình 3-2: Cấu tạo xecmăng khí và xecmăng dầu
• Chốt piston:
- Chốt pison có cấu tạo hình trụ tròn, rỗng, có nhiệm vụ nối piston với thanh truyền và truyền lực của piston đến thsnh truyền.
Xecmăng khí
Xecmăng dầu
- Vật liệu chế tạo: Do những điều kiện làm việc của chốt piston đó là chịu tải va đập, trọng lượng nhỏ, ít biến dạng trong quá trình làm việc, bề mặt đạt độ cứng cao…
Vì vậy vật liệu để chế tạo chốt piston là thép cacbon có thành phần thấp. Mặt ngoài của chốt cần gia công đạt độ bóng từ cấp 8 đến cấp 9.
Hình 3-3: Cấu tạo chốt piston 3.1.1.2. Nhóm thanh truyền.
-Nhóm thanh truyền là nhóm nối giữa piston với trục khuỷu và cho phép biến chuyển động tịnh tiến qua lại của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.
Thanh truyền chịu lực va đập và lực uốn rất lớn. Nhóm thanh truyền gồm những chi tiết: bạc lót đầu to, bạc lót đầu nhỏ và bu lông thanh truyền.
- Thanh truyền được chế tạo bằng thép hợp kim bằng phương pháp rèn. Chốt piston được lắp tự do trong đầu lót bạc nhỏ. Dầu nhờn được đưa lên chốt piston và bạc lót dầu nhỏ bằng đường dầu được khoan trong thân của thanh truyền.
- Tiết diện thanh truyền ta chọn tiết diện hình chữ I. Vì với tiết diện hình dạng kiểu này thì thanh truyền có độ bền cao nhất và khối lượng nhỏ nhất. Thanh truyền thường có phần đầu nhỏ và nửa trên đầu to được đúc liền nhau, có các góc lượn, độ thuôn đều để giảm hiện tượng tập trung ứng suất.
- Bạc lót thanh truyền làm bằng thép hợp kim, trên bề mặt ma sát được tráng hợp kim chống mòn.
Hình 3-4: Cấu tạo nhóm thanh truyền 3.1.1.3. Trục khuỷu.
- Trục khuỷu của động cơ đốt trong là một trong những chi tiết quan trọng bậc nhất. Nó có khối lượng lớn, giá trị chế tạo cao (chiếm 25 đên 30% giá thành chế tạo động cơ).
- Trong quá trình làm việc trục khuỷu chịu tác dụng của tỉ trọng thay đổi theo chu kỳ uốn và xoắn phức tạp. Đồng thời trục khuỷu còn chịu sự mài mòn tại các bề mặt của cổ chính và cổ biên, các dao động ngang dọc có mômen uốn, xoắn không đồng đều về giá trị gây ra.
Do điều kiện làm việc như vậy nên trục khuỷu được chế tạo bằng thép hợp kim 18XHNA và chế tạo bằng phương pháp rèn khuôn để tạo phôi, sau đó dùng phương pháp gia công cơ khí để chế tạo và hoàn thiện các khâu còn lại.
+ Cổ khuỷu: có dộ bóng cao, các cổ khuỷu phải có cùng đường kính, bên trong rãnh có dầu bôi trơn.
+ Cổ biên: cũng cần phải có độ bóng cao, các cổ biên yêu cầu phải có cùng kích thước và phải có rãnh dầu để bôi trơn.
+ Má khuỷu: dùng để nối liền giữa cổ trục và chốt khuỷu.
+ Đối trọng: được làm riêng rồi lắp lên má khuỷu bằng bu lông. Đối trọng trên trục khuỷu để tạo ra các lực quán tính ly tâm nhằm tạo cân bằng lực ly tâm của trục khuỷu, giảm tải trọng tác dụng cho một cổ khuỷu.
+ Đuôi trục khuỷu: có mặt bích để lắp bánh đà và được làm rỗng để lắp vòng bi, đỡ trục sơ cấp hộp số. Trên bề mặt ngỗng trục có lắp phớt chắn dầu, tiếp đó là ren hồi dầu có chiều xoắn ngược với chiều quay của trục khuỷu để gạt dầu trở lại, sát với cổ trục cuối cùng là đĩa chắn dầu.