Chương 2 – Động lực học của cơ cấu Piston – Khuỷu trục – Thanh truyền

17 pdfMachine by Broadgun Software - a great PDF writer! - a great PDF creator! - http://www.pdfmachine.com http://www.broadgun.com
Chương 2 – Động lực học của cơ cấu Piston – Khuỷu trục – Thanh truyền

18
Chương 2
ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ CẤU PISTON – KHUỶU TRỤC – THANH TRUYỀN
I. KHÁI NIỆM
Nghiên cứu động lực học của cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền là công việc xác đònh
các hợp lực và mômen tác dụng lên cơ cấu. Các lực tác dụng này bao gồm: lực quán tính, lực khí thể,
trọng lực và lực má sát. Các mômen bao gồm: mômen làm quay trục khuỷu động cơ và mômen lật.
Trong quá trình động cơ làm việc, lực quán tính và lực khí thể có giá trò rất lớn và thay đổi
theo góc quay của trục khuỷu. Trọng lực và lực ma sát có giá trò rất nhỏ nên trong quá trình tính toán
ta không tính đến.
Để tính được trò số của lực quán tính, việc đầu tiên phải xác đònh khối lượng chuyển động của
cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền.
II. KHỐI LƯNG CỦA CÁC CHI TIẾT CHUYỂN ĐỘNG
Khối lượng chuyển động của cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền chia làm hai loại:


(G
p
+ G
x
+ G
c
+ G
h
+. . . .) (kg)
Trong đó : m
np
– khối lượng nhóm piston (kg).
G
np
– trọng lượng nhóm piston (kG).
G
p
, G
x
, G
c
, G
g
– trọng lượng của piston, xecmăng, chốt piston và các chi tiết
hãm chốt (kG).
m
p
, m
x

(2-1) Trong đó: m
tt
– khối lượng của thanh truyền.
m
i
– khối lượng thay thế thứ i.
n – số khối lượng thay thế.
r
i
– khỏang cách từ tâm khối lượng thứ i đến trọng tâm G của thanh truyền.
I
G
– mômen quán tính của thanh truyền.
II.2.1. Thay thế khối lượng của thanh truyền bằng hệ tương đương một khối lượng
Trong phương án thay thế này, toàn bộ khối
lượng của thanh truyền tập trung về trọng tâm G,
cách tâm đầu nhỏ một khoảng l
1
. Khi chuyển động
song phẳng, khối lượng này sinh ra các lực quán tính:
C
1
= m
tt
.j
C
2

ngược chiều với gia tốc j của piston.
C
2
– lực quán tính trên phương thẳng góc với
đường tâm thanh truyền ngược chiều với gia tốc góc

tt
của thanh truyền.
C
3
– lực quán tính ly tâm khi thanh truyền
quay quanh tâm A.
Trên sơ đồ lực ở hình 2.1, khi phân tích C
1

thành lực C’
1
và C’’
1
đặt ở tâm đầu to và tâm đầu nhỏ thanh truyền ta có:














l

l
1


tt

t
C
1
C
2

C
3
C’
1

C’’
1

C
2

C
3








C’’
1

=
j.
l
ll
.m
l
ll
C
1
tt
1
1












2
tttt
1
tt
ù.lå.lj
l
l
.m

Căn cứ vào tính chất chuyển động của tâm B, ta có thể khẳng đònh:

22
tttt
ùR.lå.lj 








Do đó:
2
1
tt32
'






l
l
.m
1
tt
đặt tại tâm đầu to. Ngoài ra còn chòu một mômen quán tính thanh truyền:




11tttt12C
ll.l mll.CM 
(2-4)
Do giả thiết toàn bộ khối lượng thanh truyền tập trung về trọng tâm G nên mômen quán tính
của nó bằng không. Điều đó chứng tỏ phương án thay thế này không hợp lý.
II.2.2. Thay thế khối lượng thanh truyền bằng hệ tương đương hai khối lượng
Khi thay thế khối lượng thanh truyền bằng hệ
tương đương hai khối lượng: một khối lượng m
A
đặt tại
tâm đầu nhỏ và một khối lượng m
B
còn lại đặt tại tâm
đầu to, sơ đồ tính toán có dạng như (hình 2.2).
Phân bố trên cho thấy ngay được tính chất

m
A

m
B

G

O

Hình 2.2.
Phân bố khối lượng thanh truyền
thành hệ tương đương hai khối lượng.
Chương 2 – Động lực học của cơ cấu Piston – Khuỷu trục – Thanh truyền

21








l
ll
.mm
1
ttA


.ml.
l
ll
.m 















Để thuận tiện trong việc tính toán, thiết kế ngày nay người ta vẫn dùng phương án thay thế
khối lượng thanh truyền bằng hệ tương đương: một khối lượng tập trung tại tâm đầu nhỏ và một khối
lượng tập trung ở tâm đầu to. Phương án này có ưu điểm là đơn giản và thuận lợi trong quá trình tính
toán, tuy có sai số nhưng điều này không ảnh hưởng lớn đến quá trình tính toán.
Ngày nay trong tính toán, người ta thường xác đònh khối lượng tập trung tại tâm đầu nhỏ (m
A
)
và khối lượng tập trung tại tâm đầu to (m
B
) theo công thức kinh nghiệm sau:
-

Phần khối lượng chuyển động quay theo bán kính R là khối lượng của chốt khuỷu (m
ch
).
-

Phần khối lượng chuyển động quay theo bán kính

là phần khối lượng của má khuỷu (m
m
),
với

là khoảng cách từ trọng tâm của má khuỷu đến tâm cổ khuỷu.

(2
-
6)

Hình 2.3.
Phân bố khối lượng của khuỷu trục.
R


2R
đ
.mm
mmr

(2-7)
Do đó khối lượng chuyển động quay của khuỷu trục là:

mrchk
m2.mm 

Suy ra: m
k
= m
ch
+ 2
.
R
.








)
Trong đó: F
p
– diện tích đỉnh piston (m
2
).
m
np
– khối lượng nhóm piston (kg).
m
A


khối lượng quy về đầu nhỏ thanh truyền (kg).
II.5. Khối lượng các chi tiết chuyển động quay

Khối lượng chuyển động quay của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền là:
M
r
= m
k
+ m
B
(kg) (2-9)
Khối lượng chuyển động quay của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền khi tính trên đơn vò diện tích
piston có dạng sau:
 
P
Bk
P

khối lượng quy về đầu to thanh truyền (kg).
Bảng khối lượng nhóm piston – khuỷu trục – thanh truyền trên một đơn vò diện tích đỉnh piston
của các động cơ thực tế (bảng 2-1): Chương 2 – Động lực học của cơ cấu Piston – Khuỷu trục – Thanh truyền

23
Bảng 2-1
III. HP LỰC VÀ MÔMEN TÁC DỤNG LÊN CƠ CẤU PISTON

KHUỶU TRỤC

THANH
TRUYỀN
Trong quá trình làm việc cơ cấu piston – thanh truyền

trục khuỷu chòu các lực sau:
-

Lực khí thể (lực do môi chất chòu nén và khi giãn nở sinh ra).
-

Lực quán tính của các chi tiết có khối lượng chuyển động (bao gồm: chuyển động tònh tiến
và chuyển động quay).
-

Trọng lực.
-


– áp suất khí trời. (MN/m
2
).
Lực khí thể : P
kt
= P
kt
.F
P
(MN). (2-10)
Nhóm chi tiết
Động cơ xăng
D = 60

100 mm
Động cơ Diesel
D = 80

120 mm
Chú ý
Piston, m
np
(g/cm
2
)
+ Hợp kim nhôm
+ Hợp kim gang8

+ Thép rèn
+ Gang đúc15

20
10

20

20

40
15

30
Gía trò nhỏ
chọn động cơ có
tỷ số
1
D
S


Chương 2 – Động lực học của cơ cấu Piston – Khuỷu trục – Thanh truyền

24
Trong đó: F
P


là thông số kết
cấu và R là bán kính quay của trục khuỷu.
-

Chẳng hạn muốn xác đònh áp suất trong xylanh tại góc quay trục khuỷu là

, tính sau ĐCT
trong quá trình cháy – giãn nở ta làm như sau. Từ O vẽ đoạn OH hợp với phương nằm
ngang một góc

o
như hình 2.4, từ O’ kẻ đường thẳng song song với OH cắt nửa đường tròn
tại H’. Từ H’ kẻ đường thẳng song song với trục tung cắt đường giãn nở tại một điểm, từ
điểm này giống sang bên trái để tìm giá trò áp suất tương ứng (nếu đồ thò công P – V và độ
thò công triển khai P –

có cùng tỷ lệ xích của áp suất thì giá trò áp suất tìm được trên đồ
thò công P – V cũng chính là giá trò áp suất trên đồ thò công triển khai P –

).
-

Tương tự, khi chúng ta lấy hàng loạt các điểm tương ứng với từng quá trình nạp, nén, cháy
– giãn nở và thải chúng ta sẽ xây dựng được đồ thò công triển khai có dạng như hình 2.4.
H

0

180

)

P
(MN/m
2
)

Hình 2.4. Đồ thò công P

V và đồ thò công triển khai P



.

V
(lít)

H’

Chương 2 – Động lực học của cơ cấu Piston – Khuỷu trục – Thanh truyền

25
III.1.2. Lực quán tính
a) Lực quán tính của khối lượng chuyển động tònh tiến
Lực quán tính của khối lượng chuyển động tònh tiến, có thể tính theo công thức sau:
P


là lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2.
Ta có: P
j
= P
j1
+ P
j2

Chu kỳ của lực quán tính cấp 1 ứng với một vòng quay trục khuỷu. Chu kỳ của lực quán tính
cấp 2 ứng với
2
1
vòng quay trục khuỷu.
Lực quán tính P
j
luôn tác dụng trên phương đường tâm của xylanh. Khi piston ở ĐCT lực
quán tính P
j
có trò số âm, chiều tác dụng hướng lên trên (chiều ly tâm đối với tâm trục khuỷu), khi
piston ở ĐCD lực quán tính P
j
có trò số dương, chiều tác dụng hướng xuống (chiều hướng vào tâm trục
khuỷu).
Để thuận cho việc khảo sát sau này, ta tiến hành xét dấu lực quán tính tương ứng với các giá
trò của góc quay trục khuỷu

.
= 270
0


360
0
lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 có
trò số âm. Trong phạm vi

= 90
0


270
0
lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 1 có trò số dương.
-

Đối với lực quán tính chuyển động tònh tiến cấp 2: P
j2
= – mR

2

cos2


Trong phạm vi

= 0

và

= 225
0


315
0
lực quán tính chuyển
động tònh tiến cấp 2 có trò số dương.

360
0

0
o

90
0

180
0

270
0



P
j1

j2
= – mR

2

cos2


Hình 2.5.
Chiều tác dụng và dấu của lực quán tính chuyển động tònh tiến.
Chương 2 – Động lực học của cơ cấu Piston – Khuỷu trục – Thanh truyền

26
b) Lực quán tính của khối lượng chuyển động quay
Lực quán tính của khối lượng chuyển động quay P
k
, tác dụng trên đường tâm má khuỷu. Chiều
ly tâm đối với tâm trục khuỷu.
Độ lớn : P
k
= – m
r
R

2
= const. (2-12)
Trong đó: m
r
– khối lượng của các chi tiết chuyển động quay.
R – bán kính quay trục khuỷu.

j
P
1
1
F
P
p
F
P
p



Phân P
1
thành 2 thành phân lực:
p
tt
– Lực tác dụng trên phương đường tâm
thanh truyền.
N – Lực tác dụng trên phương thẳng góc
đường tâm xylanh .
1
p
=
tt
p
+
N
(2-14)














cos
cos
pcospZ
cos
sin
psinpT
1tt
1tt
(2-16)
(MN/m
2
)

Z




Chương 2 – Động lực học của cơ cấu Piston – Khuỷu trục – Thanh truyền

27
Lực quán tính P
k
của khối lượng chuyển động quay là lực ly tâm, có trò số không đổi:
P
k
= m
r
.R.

2
= const (2-17)
Từ phân tích lực ở trên ta có thể rút ra kết luận sau:
-

Lực khí thể do áp suất khí thể sinh ra tác dụng lên nắp xylanh, thân xylanh và lên piston.
-

Hợp lực của lực quán tính và lực khí thể tác dụng lên chốt piston sinh ra lực đẩy thanh
truyền, đồng thời cũng tác động lên ổ trục và trên thân máy. Phân lực tiếp tuyến T tạo
thành mômen quay trục khuỷu động cơ. Mômen này tính theo công thức:
M = T.R (2-18)
-

Lực quán tính chuyển động tònh tiến tác dụng lên ổ trục, trên chốt khuỷu và chốt piston.
Lực quán tính chuyển động quay (lực ly tâm) là lực luôn tác dụng lên ổ trục khuỷu và luôn
có giá trò là một hằng số.
-

.R (2-19)
Trong đó: A – khoảng cách từ lực N đến tâm trục khuỷu.
Trò số của mômen ngược chiều vừa bằng trò số của mômen quay trục khuỷu nhưng trái chiều.
Mômen ngược chiều này tác dụng lên thân máy và do thân máy chòu đựng.
Trong quá trình động cơ làm việc, mômen quay trục khuỷu M làm quay trục khuỷu và đưa
công suất ra ngoài. Mômen này được cân bằng bởi các mômen sau:
-

Mômen cản do lực cản và do lực ma sát của tất cả các chi tiết chuyển đôïng tác dụng trên
bánh đà của động cơ.
-

Mômen sinh ra bởi mômen quán tính khi các chi tiết động cơ chuyển động quy về tâm trục
khuỷu là J
o
. Nếu gia tốc gốc là

, thì mômen cản sinh ra là J
o

. Do đó:
M = M
c
+ J
o

. (2-20)
Nếu xét đến ảnh hưởng của mômen thanh truyền M thì lực trong hệ lực tác dụng trên cơ cấu
khuỷu trục thanh truyền giao tâm phải tính theo các công thứ sau đây:







cosâ
cosá
ë1M
cosâ
â)sin(á
RpM
lcosâ
siná
M
cosâ
â)cos(á
pZ
lcosâ
cosá
M
cosâ
â)sin(á
pT
lcosâ
M
tgâpN
t1
N
t1
t1

trong toàn bộ các công thức trên phải thay bằng
quan hệ đã nêu trong công thức (1-16)
Từ hệ lực giới thiệu như hình vẽ 2.7, ta
cũng có:
p
1
= p
kt
+ p
j

p
1
= p
kt
– m.R.

2
(cos

+

.cos2

+

.ksin

)
Do


cos
)sin(
.p
1

Thay thế bằng quan hệ gần đúng (giới thiệu trong phần động học), ta có:


















22
11
1
)k(sin1
)k.(sin






 sin
1
sinRsinlsinRa

Nên








sin
)k(sin1
sin
1
sin
R
a
k
(2-25)
O

Z

T

S

S
2

A

a

A

ĐCT

ĐCD

Hình 2.7. Hệ lực tác dụng trên cơ cấu piston
– khuỷu trục – thanh truyền lệch tâm.

Chương 2 – Động lực học của cơ cấu Piston – Khuỷu trục – Thanh truyền

29
Thế

1
trong biểu thức (2-25) vào biểu thức tính mômen lật (2-24), ta được:
M
N
= N.A =







ë
sin
sin.R.p
1
(2-27)
Vì vậy thân máy của động cơ dùng cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền lệch tâm chòu
một mômen lật tổng cộng là:
M
l

= M
N
+ M
P
=















cos
)sin(
R.psincos.
cos
sin
.R.p
11
(2-28)
Kết luận
Mômen lật trong động cơ dùng cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền lệch tâm cũng bằng
mômen chính của động cơ:
M
l

= M = T.R
=




cos
)sin(
R.p
1



30

K
=
i
.180

(2-30)
Trong đó: i – số xylanh.

– số kỳ của động cơ.
Từ công thức trên ta thấy góc công tác của khuỷu trục chỉ phụ thuộc vào số kỳ và số xylanh.
Điều đó có nghóa là đối với mỗi động cơ, có thể lựa chọn nhiều thứ tự làm việc ứng với nhiều kết cấu
khác nhau của trục khuỷu. Tuy nhiên trong số đó chỉ có một thứ tự làm việc tốt nhất, thỏa mãn đến
mức tối đa những yêu cầu về động học, động lực học, tính cân bằng của động cơ,
Ví dụ: với kết cấu trục khuỷu như sơ đồ 2.8 bên dưới sẽ có các thứ tự làm việc của các xylanh
như sau:
1 – 2 – 3 – 6 – 5 – 4
1 – 5 – 3 – 6 – 2 – 4
1 – 5 – 4 – 6 – 2 – 3
1 – 2 – 4 – 6 – 5 – 3
Tuy nhiên chỉ có thứ tự làm việc 1 – 5 – 3 – 6 – 2 – 4 là tốt hơn cả, vì vậy động cơ bốn kỳ 6
xylanh thường dùng thứ tự làm việc này.

i
M
tác dụng trên cổ trục phía sau của khuỷu.
Trong các mômen này thì mômen

M
i
biến thiên theo góc quay

của trục khuỷu với chu kỳ
biến thiên phụ thuộc vào số xylanh và số kỳ của động cơ.
Để tính được mômen tổng

M
i
, ta phải căn cứ vào bảng biểu diễn của các hành trình trong
xylanh động cơ để xác đònh góc quay

i
của các khuỷu.
Hình 2.8.
Sơ đồ kết cấu trục khuỷu của động cơ bốn kỳ, 6 xylanh.

1,6

3,4

2,5

6


5

6

120
o

Chương 2 – Động lực học của cơ cấu Piston – Khuỷu trục – Thanh truyền

31
Ví dụ: động cơ bốn kì 6 xylanh có thứ tự làm việc 1 – 5 – 3 – 6 – 2 – 4 với sơ đồ kết cấu trục
khuỷu được giới thiệu trên hình 2.9. Diễn biến của các quá trình công tác của các xylanh như sau:

Từ bảng bảng diễn biến hình 2.9 ta thấy:
Khi khuỷu trục của xylanh thứ nhất nằm ở vò trí 0
o
(tức

1
= 0

o
.
-

Khuỷu trục của xylanh thứ 5 nằm ở vò trí 600
o
, nên

5
= 600
o
.
-

Khuỷu trục của xylanh thứ 6 nằm ở vò trí 360
o
, nên

6
= 360
o
.
Thời gian ngắn nhất tính theo góc quay của trục khuỷu giữa hai lần sinh công trong 2 xylanh
kề nhau là:
-

Giữa xylanh thứ nhất và xylanh thứ hai là 240
0
(180
0

được xác đònh theo công thức:



6
1i
i
6
1i
i
R.TM

Trong đó: i – số khuỷu trục của động cơ (số xylanh).
R - bán kính quay của trục khuỷu.
Hình 2.
9.
Diễn biến các hành trình trong các xy lanh của động cơ 4 kỳ 6 xylanh.

Xylanh 1

Xylanh
2

Xylanh
3

Xylanh
4

Xylanh


32
IV. ĐỒ THỊ VÉCTƠ PHỤ TẢI TÁC DỤNG TRÊN CHỐT KHUỶU
Đồ thò véctơ phụ tải tác dụng lên toàn chốt
khuỷu dùng để xác đònh lực tác dụng lên chốt
khuỷu ở mỗi vò trí của trục khuỷu. Sau khi có đồ thò
này ta có thể tìm trò số trung bình của phụ tải tác
dụng trên chốt khuỷu. Dựa vào đồ thò phụ tải ta có
thể xác đònh khu vực chòu lực ít nhất, để xác đònh vò
trí khoan lỗ dầu bôi trơn và xác đònh phụ tải khi
tính sức bền ở trục.
Khi vẽ đồ thò véctơ phụ tải tác dụng trên
chốt khuỷu, ta chưa cần xét đến lực quán tính
chuyển động quay của khối lượng thanh truyền m
2

quy về tâm chốt khuỷu vì phương và trò số của lực
quán tính này không đổi. Sau khi vẽ xong đồ thò ta
sẽ đặt vào sau. Cách đồ thò véctơ phụ tải tác dụng
lên chốt khuỷu được thực hiện như sau:
-

Vẽ toạ độ T – Z gốc toạ độ O
1
, chiều âm
dương của T và Z như hình vẽ.
-

Tính lực quán tính của khối lượng chuyển
động quay của thanh truyền quy về đầu

, .v.v (tùy theo
số điểm chia nhiều hay ít mà

có trò số bé hay lớn; trò số của T và Z lập bảng và tính theo
công thức (2-16). Ta sẽ được các điểm 0; 15; 30, v.v như trên hình 2.10. Dùng đường cong
nối các điểm này lại, ta có đồ thò véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.
T = P
tt
.sin(





) = p
1
.




cos
)sin(

Z = P
tt
.cos(




ttkoko
PPZTPQ 
(MN/m
2
)
-

Triển khai đồ thò phụ tải theo góc quay

của trục khuỷu để tính phụ tải trung bình Q
tb
.
Q

a

O
1

375

90

630
690

660

600



60

30

540
0

T

(MN/m
2
)

Z

(MN/m
2
)

P
ko

OHình 2.1
0
.
Đồ thò vectơ phụ tải tác








2
cc
pmax
max
2
cc
ptb
tb
m/MN,
l.d
FQ
K
m/MN,
l.d
F.Q
K
(2-31)
Trong đó:
Q
tb
và Q
max
– phụ tải bình quân và phụ tải cực đại xác đònh trên hình 2.11 và

Thông thường yêu cầu hệ số va đập



4.
60

120

180

240

300

360

420

480

600

660

720

0
Q
max

Kiểu động cơ đốt trong, kết cấu ổ trục và
trạng thái bề mặt chốt khuỷu.
MN/m
2
kG/cm
2
MN/m
2
kG/cm
2

Động cơ Diesel, ổ hợp kim đồng – chì,
mặt chốt khuỷu xêmăngtít hoặc tôi.
8 80 25 250
Động cơ Diesel, hợp kim babít, mặt chốt
khuỷu tôi.
6 60 22 220
Động cơ carburator, hợp kim babít. 5 50 10 100
V. ĐỒ THỊ VÉCTƠ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN ĐẦU TO THANH TRUYỀN
Sau khi đã vẽ được đồ thò phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, ta căn cứ vào đấy để vẽ đồ thò phụ
tải của ổ trượt ở đầu to thanh truyền. Cách vẽ xuất phát từ những nguyên lý sau:
-

Chiều của lực tác dụng Q
o
, Q
1
(lực tác dụng
lên điểm O, điểm 1, ) trên đồ thò phụ tải của
chốt khuỷu (hình 2.10) trái chiều với lực

2
+

2
,

3
+

3
,
của đầu to thanh truyền biểu thò như trên
hình 2.12. Đồng thời cần chú ý chiều quay
của đầu to thanh truyền ngược chiều với
chiều quay của chốt khuỷu.
Xuất phát từ nguyên tắc trên, tiến hành vẽ đồ thò
phụ tải tác dụng trên đầu to thanh truyền như sau:
-

Vẽ dạng đầu to thanh truyền lên một tờ giấy
bóng, tâm của đầu to thanh truyền là O.
-

Vẽ một vòng tròn bất kì, tâm O. Giao điểm
của đường tâm phần thân thanh truyền với
vòng tròn tâm O là điểm 0
0
.
-



510

480

360

330

39
0

300

240

180

120

150

390

30

36
0

33

0

69
0

72
0

0
o

72
0

60

90

270

630

T’

Z’

Hình 2.12. Đồ thò véctơ phụ tải tác dụng
lên đầu to thanh truyền.
Chương 2 – Động lực học của cơ cấu Piston – Khuỷu trục – Thanh truyền


i
, p’
ki
, ;
phản lực phân về cổ phía đuôi trục khuỷu (tức về phía bên phải của khuỷu trục trên hình 2.13) dùng
kí hiệu: Z”
i
, T”
i
, p”
ki
,

Như thế muốn vẽ đồ thò phụ tải của cổ trục [i, (i+1)] ta phải xác đònh các phản lực tác dụng
trên cổ trục này.
Các phản lực của các lực Z
i
, T
i
, p
ki
tác dụng trên các cổ [(i – 1), i] và [i, (i+1)] xác đònh theo
công thức sau:
p
’
ki

p
ki



l
i



Cổ khuỷu 1Chốt khuỷu

(i+1)

Z
’
i+1

p
ki

T
ki

Z
ki

p
ki+1

T

36














i
'
iik
"
ik
i
"
iik
'
ki
i
'
ii
"
i

l
l.Z
Z
(2-33)
Các phản lực của các lực Z
i+1
; T
i+1
; p
Ki+1
tác dụng trên các cổ [i,(i+1)] và [(i+1),(i+2)] xác
đònh theo công thức sau:



















"
1i1i
'
1i
1i
'
1i1i
"
1i
1i
"
1i1i
'
1i
l
l.p
p;
l
l.p
p
l
l.T
T;
l
l.T
T
l
l.Z
Z;
l










sinZcosTTT
sinTcosZZZ
'
1i
'
1i
"
i)1i(i
'
1i
'
1i
"
i)1i(i
(2-35)
Lập bảng để tính trò số của Z
[i,(i+1)]
và T
[i,(i+1)]
theo các góc quay




'
1i
Z


)1i(i
T


)1i(i
Z


0
0

10
0

.
.
.
720
0Sau khi đã có trò số của Z
[i,(i+1)]

sinpT
cosppZ
'
1ki)]1i(,i[o
'
1ki
"
ki)1i(,i[o
(2-36)
Cần chú ý rằng khi dòch gốc, ta viết phương trình (2-36) với điều kiện đã xét phản lực ngược
với lực tác dụng. Điều đó xuất phát từ phương trình cơ bản sau đây :


QPTZ
k

từ đó suy ra
)P(QTZ
k


Đối với khuỷu trục có kết cấu đối xứng, tổng lực quán tính của khối lượng chuyển động quay
của một khuỷu tác dụng trên một cổ trục bao gồm các lực sau:
-

Lực quán tính của một nửa khối lượng chuyển động quay của thanh truyền
2
m
.
-

của cổ trục.
Trò số Q
tb
cho phép lấy thấp hơn trò
số Q
tb
cho phép của chốt khuỷu 20%. Còn
đối với Q
max
lấy thấp hơn trò số Q
max
cho
phép chốt khuỷu 40%.
Sở dó phụ tải cho phép trên cổ trục
cần lấy trò số nhỏ hơn là vì điều kiện làm
việc của cổ trục xấu hơn chốt khuỷu.
Lực quán tính do đối trọng sinh ra
bao giờ cũng ngược chiều với lực P
K
, vì vậy
khi dùng đối trọng, gốc tọa độ O di động
gần lại gốc toạ độ O
1
(hình 2.15).
Hình 2.15. Đồ thò phụ tải tác dụng trên cổ trục của
trục khuỷu có góc lệch khuỷu 240
0
.
T + Z


, trùng với trục – Z’, đánh dấu
điểm mút của véctơ tương ứng với các góc độ trên, rồi nối các điểm ấy lại bằng một đường
cong, ta sẽ có đồ thò phụ tải tác dụng trên ổ trục khuỷu như hình 2.16. VII. ĐỒ THỊ MÀI MÒN CHỐT KHUỶU
Đồ thò mài mòn của chốt khuỷu thể hiện trạng thái chòu tải của các điểm trên bề mặt của trục.
Đồ thò này cũng thể hiện trạng thái hao mòn lý thuyết của trục, đồng thời chỉ rõ khu vực chòu tải ít để
khoan lỗ dầu theo đúng nguyên tắc đảm bảo đưa dầu nhờn vào ổ trượt ở vò trí có khe hở giữa trục và
bạc lót của ổ lớn nhất. Áp suất bé làm cho dầu nhờn lưu động dễ dàng.
Tuy nhiên phải cần lưu ý rằng khe hở giữa ổ và chốt khuỷu không phải là yếu tố duy nhất
quyết đònh vò trí lỗ dầu mà còn phải xét đến thời gian duy trì liên tục khe hở đó.
Hình 2.16
Đồ thò véctơ phụ tải tác dụng trên ổ trục
của trục khuỷu có góc lệch 240


Q
1
,
-

Vẽ một vòng tròn tượng trưng cho chốt khuỷu, chia vòng tròn thành 24 phần bằng nhau.
Dùng một tỷ lệ xích thích hợp đặt các đoạn thẳng đại diện cho

Q ở các điểm 0, 1, 2, 3,
lên các bán kính theo chiều từ ngoài vào trong trên vòng tròn theo A.
-

Dùng đường cong nối các điểm cuối của các đoạn này lại ta sẽ được đồ thò mài mòn chốt
khuỷu (hình 2.17).
Bảng 2-4
Điểm

Lực
0 1 2 3 4 5 6 17 18 19 20 21 22 23

'
o
Q

X X X X X X X X X

'
1
Q


Q
1


Q
2


Q
3


Q
4


Q
5


Q
6
Q
18



1

3

4

5

7

8


o

2

6

12

1
8

22

Vùng khoan
lỗ dầu

Hình 2.17. Đồ thò mài mòn chốt khuỷu.