Đồ án nghiên cứu và thi công mô hình cơ cấu trục khuỷu thanh truyền trên động cơ Toyota Vios 4A

Đồ án nghiên cứu môn học đồ án động cơ đốt trong nghiên cứu và thi công mô hình cơ cấu trục khuỷu thanh truyền trên, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh

• Tác giả: Nguyễn Nhựt Tú
• Người hướng dẫn: ThS. Lê Quang Trung
• Trường học: Viện Kỹ Thuật HUTECH
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Nghiên cứu và thi công mô hình cơ cấu trục khuỷu thanh truyền trên động cơ Toyota Vios 4A
• Loại tài liệu: đồ án
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Tp.HCM

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
• 1.1. Đặt vấn đề và khái quát về động cơ đốt trong
• 1.2. Mục tiêu Đề tài
• 1.3. Nội dung đề tài
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Kết cấu đồ án
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN TRÊN XE TOYOTA
• 2.1. Cấu tạo Piston
• 2.2. Nhiệm vụ của piston
• 2.3. Nguyên lí hoạt động của piston
• 2.4. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động Thanh truyền
• 2.5. Nhiệm vụ thanh truyền
• 2.6. Nguyên lý hoạt động Thanh truyền
• 2.7. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động Trục khuỷu
• 2.8. Nhiệm vụ trục khuỷu
• 2.9. Nguyên lý hoạt động Trục khuỷu
• 2.10. Đặc điểm động cơ 4A của TOYOTA VIOS
• 3. CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SOLIDWORKS
• 3.1. Giới thiệu phần mềm SOLIDWORKS
• 3.2. Biểu tượng solidworks
• 3.3. Tổng quan phần mềm solidworks
• 3.4. Solidworks ứng dụng vào ngành cơ khí
• 3.5. Ghi kích thước trên Solidworks
• 3.6. Giao diện màn hình chính trong Solidworks
• 3.7. Chi tiết mô hình 3D
• 3.8. Lắp ghép
• 3.9. Xuất bản vẽ
• 3.10. Tính năng Tab và Slot
• 3.11. Tích hợp đầy đủ các tính năng nổi bật của CAD, CAM, CAE
• 3.12. Tính năng gia công
• 3.13. Phân tích động lực học
• 3.14. Nhóm phần mềm mô phỏng
• 4. CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THÁO, ĐO KIỂM TRA, LẮP BỘ PHẬN TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN
• 4.1. Quy trình và yêu cầu kỹ thuật tháo, lắp bộ phận cố định và cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
• 4.2. Quy trình và yêu cầu kỹ thuật tháo, lắp mặt máy
• 4.3. Quy trình và yêu cầu kỹ thuật tháo, lắp xy lanh
• 4.4. Nhóm thanh truyền
• 4.4.1. Chọn lắp cụm biên piston
• 4.4.2. Quy trình và yêu cầu tháo, lắp cụm biên piston
• 4.4.3. Quy trình và yêu cầu kỹ thuật tháo, lắp chốt piston
• 4.4.4. Quy trình và yêu cầu kỹ thuật tháo, lắp vòng găng
• 4.5. Nhóm trục khuỷu
• 4.5.1. Quy trình và yêu cầu kỹ thuật tháo, lắp trục khuỷu
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH ẢNH

Tóm tắt

I. Tổng quan về đồ án động cơ đốt trong và mô hình cơ cấu trục khuỷu

Đồ án môn học về động cơ đốt trong là một phần quan trọng trong chương trình đào tạo ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô. Đề tài "Nghiên cứu và thi công mô hình cơ cấu trục khuỷu thanh truyền trên động cơ Toyota Vios 4A" không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ mà còn rèn luyện kỹ năng thực hành và tư duy kỹ thuật. Mô hình cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là một trong những bộ phận chính, có vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng từ quá trình đốt cháy nhiên liệu thành công cơ học.

1.1. Động cơ đốt trong và vai trò của nó trong ô tô

Động cơ đốt trong là nguồn năng lượng chính cho hầu hết các loại xe ô tô hiện đại. Nó hoạt động dựa trên nguyên lý đốt cháy nhiên liệu để tạo ra năng lượng. Động cơ Toyota Vios 4A là một ví dụ điển hình, với hiệu suất cao và độ bền tốt.

1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cơ cấu trục khuỷu

Cơ cấu trục khuỷu bao gồm các bộ phận như piston, thanh truyền và trục khuỷu. Nguyên lý hoạt động của nó là biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay, từ đó cung cấp năng lượng cho các bộ phận khác của xe.

II. Thách thức trong nghiên cứu và thi công mô hình động cơ Toyota Vios 4A

Trong quá trình thực hiện đồ án, nhiều thách thức đã xuất hiện, từ việc tìm hiểu tài liệu đến việc thi công mô hình. Việc nắm vững kiến thức lý thuyết và thực hành là rất cần thiết để vượt qua những khó khăn này. Đặc biệt, việc lựa chọn vật liệu và công nghệ chế tạo cũng là một yếu tố quan trọng.

2.1. Khó khăn trong việc thu thập tài liệu nghiên cứu

Việc tìm kiếm tài liệu chính xác và đầy đủ về động cơ Toyota Vios 4A là một thách thức lớn. Nhiều thông tin có thể không được cập nhật hoặc không chính xác, ảnh hưởng đến quá trình nghiên cứu.

2.2. Thách thức trong thi công mô hình cơ cấu trục khuỷu

Thi công mô hình cơ cấu trục khuỷu đòi hỏi sự chính xác cao trong từng chi tiết. Việc lắp ráp các bộ phận như piston, thanh truyền và trục khuỷu cần phải tuân thủ đúng quy trình kỹ thuật để đảm bảo hiệu suất hoạt động.

III. Phương pháp nghiên cứu và thiết kế mô hình động cơ

Để thực hiện đồ án, nhóm sinh viên đã áp dụng nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau. Việc kết hợp lý thuyết và thực hành giúp nâng cao hiệu quả học tập và hiểu biết về động cơ đốt trong. Phương pháp thiết kế mô hình cũng được thực hiện thông qua phần mềm CAD.

3.1. Phương pháp thu thập thông tin và tài liệu

Nhóm đã tham khảo nhiều nguồn tài liệu từ sách, báo và internet để có cái nhìn tổng quan về động cơ Toyota Vios 4A. Việc này giúp đảm bảo tính chính xác và đầy đủ của thông tin.

3.2. Thiết kế mô hình bằng phần mềm CAD

Phần mềm CAD được sử dụng để thiết kế mô hình 3D của cơ cấu trục khuỷu. Việc này không chỉ giúp hình dung rõ hơn về cấu trúc mà còn hỗ trợ trong việc kiểm tra tính khả thi của thiết kế.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu mô hình động cơ

Kết quả nghiên cứu và thi công mô hình cơ cấu trục khuỷu thanh truyền trên động cơ Toyota Vios 4A đã mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn. Mô hình không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về động cơ mà còn có thể áp dụng vào thực tế trong ngành công nghiệp ô tô.

4.1. Kết quả đạt được từ mô hình thi công

Mô hình cơ cấu trục khuỷu đã được hoàn thiện và hoạt động ổn định. Điều này chứng tỏ rằng các phương pháp nghiên cứu và thi công đã được thực hiện đúng cách.

4.2. Ứng dụng mô hình trong giảng dạy và nghiên cứu

Mô hình có thể được sử dụng làm tài liệu giảng dạy cho các khóa học về động cơ đốt trong, giúp sinh viên có cái nhìn thực tế hơn về các bộ phận của động cơ.

V. Kết luận và hướng phát triển trong nghiên cứu động cơ

Đồ án "Nghiên cứu và thi công mô hình cơ cấu trục khuỷu thanh truyền trên động cơ Toyota Vios 4A" đã đạt được nhiều kết quả tích cực. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều hướng phát triển trong nghiên cứu động cơ đốt trong cần được khai thác.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu đã chứng minh được tính khả thi của mô hình cơ cấu trục khuỷu. Các bộ phận hoạt động đồng bộ và hiệu quả, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.

5.2. Hướng phát triển trong nghiên cứu động cơ

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và cải tiến các bộ phận của động cơ để nâng cao hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Việc áp dụng công nghệ mới cũng là một yếu tố quan trọng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu đề tài. -Chương 2: Cơ sở lý thuyết và tổng quan về hệ thống trục khuỷu thanh truyền trên xe Toyota. -Chương 3: Tính toán, thiết kế và thi công mô hình. -Chương 4: Quy trình kiểm tra, chẩn đoán và sửa chữa hệ thống.

-Chương 5: Kết luận và hướng phát triển. 16 CHƯƠNG 2 Cơ sở lý thuyết và tổng quan về hệ thống trục khuỷu thanh truyền trên xe Toyota 2.1 cấu tạo Piston có cấu tạo như một máy nén khí hoặc xi lanh hơi nằm bên trong động cơ xe. Bộ phận này có dạng hình trụ gồm đỉnh, đầu và thân liền cùng một khối.  Phần đỉnh có 3 dạng là đỉnh bằng, đỉnh lồi và đỉnh lõm.

Nhiệm vụ của đỉnh piston là nhận áp suất khí đốt nên có tính chịu nhiệt cao.  Phần đầu có các rãnh để lắp xéc măng khí và xéc măng dầu. Ở đáy rãnh xéc măng có các lỗ nhỏ sâu vào bên trong làm nhiệm vụ thoát hoặc cấp dầu cho động cơ.  Phần thân nối liền với thanh truyền để tạo lực quay trục khuỷu.

Ngoài ra, còn có một chốt nối giữa piston và thanh truyền. Nhiệm vụ chính của phần thân piston là điều hướng chuyển động trong xi lanh. Nhiệm vụ của piston cùng với xi lanh và nắp máy là tạo thành buồng đốt, nhận lực sinh ra từ khí cháy để truyền lực cho trục khuỷu. Trục khuỷu sinh công để thực hiện các quá trình nạp, nén, cháy, dãn nở và thải khí.1 Piston 17 Vật liệu :chế tạo Piston phải đáp ứng điều kiên làm việc của nó đó là có độ bền cao, chịu được nhiệt độ cao, độ biến đạng dải nhỏ, ma sát nhỏ.

Tất nhiên không có loại vật liệu nào đáp ứng đồng thời các yêu cầu trên. Do đó cần chọn vật liệu tối ưu nhất , so với hợp kim gang thì hợp kim nhôm có độ bền thấp hơn , độ biến dạng dài lớn hơn nhưng hợp kim nhôm có khối lượng riêng nhỏ hơn và cũng có tính đúc tốt như gang. Do đó chọn hợp kim nhôm làm vật liệu chế tạo Piston. Vật liệu chế tạo piston phải bảo đảm cho piston làm việc ổn dịnh và lâu dài trong những điều kiện khắc nghiệt đã nêu trên.

Thường dùng gang xám, gang dẻo, gang cầu. Gang có sức bền nhiệt và bền có học khá cao, hệ số giãn nÖ đài nhỏ nên khó bị bó kẹt, dễ chế tạo và rẻ. Tuy nhiên gang rất nặng nên lực quán tính của piston lồi. Do đó gang chỉ dùng để chế tạo piston động có tốc độ thấp.

Mặt khác hệ số dẫn nhiệt của gang nhỏ nên nhiệt độ đỉnh piston cao. Thép có sức bền cao nên phải nhẹ. Tuy nhiên hệ số dẫn nhiệt cũng nhớ đồng thời khó đúc nên hiện nay ít được dùng. Một số hãng đã sử dụng thép để chế tạo piston như Ford (Mỹ) hay Junkcr (Đức) trong chiến tranh thế giới hai.

– Hợp kim nhôm. Hợp kim nhôm có nhiều ưu điểm như nhẹ, hệ số dẫn nhiệt lớn, hệ số ma sát với gang (xy lanh thường bằng gang) nhỏ, dễ đúc, dễ gia công nên dược dùng rất phổ biến để chế tạo piston. Tuy nhiên hợp kim nhôm có hệ số giãn nở lớn nên khe hở giữa piston và xylanh phải lớn để tránh bó kẹt. Do đó, lọt khí nhiều từ buồng cháy xuống hộp trục khuỷu, động cơ khó khởi động và làm việc có tiếng gõ khi piston đổi chiều.

Ở nhiệt độ cao, sức bền của piston giảm khá nhiều. Ví dụ, khi nhiệt độ từ 288 K lên đến đỉnh 6233 K, sức bền của hợp kim nhôm giảm 6% đến 10%. trong khi đó độ bền ở nhiệt độ này rất ít. Mặt khác piston bằng hợp kim nhôm chịu mòn kém 2.2 Nhiệm vụ của piston: Piston nhận áp suất do sự giãn nở của khí cháy rồi truyền lực cho trục khuỷu để sinh công trong quá trình nổ và nhận lực từ trục khuỷu để thực hiện các quá trình nạp, nén và thải (động cơ đốt trong 4 thì), ở động cơ đốt trong 2 thì piston còn thực hiện chức năng làm van đóng mở cửa hút và cửa xả.2 Nhiệm vụ của pistion của piston 2.3 Nguyên lí hoạt động của piston: Piston di chuyển xuống dưới, đồng thời tạo ra một phần chân không ở không gian bên trên và đẩy không khí vào xi lanh.

Lúc này, piston sẽ di chuyển lên phía trên và tạo ra một không gian có áp suất cao giữa piston và đầu xi lanh nhờ các loại van đã được đóng kín.3 Nguyên lý hoạt động piston 19 2.2 Cấu tạo,nguyên lý hoạt động Thanh truyền 2.1 Cấu tạo Thanh truyền có nhiệm vụ dẫn truyền lực từ piston qua trục khuỷu. Cấu tạo của thanh truyền gồm 3 phần:  Đầu nhỏ là khối trụ tròn để lắp với piston qua một thanh chốt. Tại vị trí tiếp xúc giữa 2 bộ phận piston và thanh truyền sẽ được phủ một lớp bạc mỏng nhằm hạn chế tối đa sự ma sát giúp nâng cao tuổi thọ của 2 bộ phận.  Đầu to nằm ở phía đối diện đầu nhỏ, là phần nối liền trục khuỷu thanh truyền.

Bộ phận này được chế tạo với độ chính xác cao, đảm bảo quá trình hoạt động giữa các bu lông không bị lỏng.  Phần thân có nhiệm vụ gắn kết đầu to và đầu nhỏ của thanh truyền. Vật liệu: Thanh truyền trong động cơ 4A thường được làm từ thép hợp kim hoặc hợp kim nhôm, kết hợp với công nghệ chế tạo hiện đại để giảm trọng lượng và tăng độ bền.2 Nhiệm vụ thanh truyền có nhiệm vụ kết nối piston với trục khuỷu. Thanh truyền kết hợp cùng với tay quay (khuỷu) biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.3 Nguyên lý hoạt động : Thanh truyền kết hợp cùng với tay quay (khuỷu) biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.3 Nguyên lý hoạt động 21 2.3 Cấu tạo,nguyên lý hoạt động Trục khuỷu 2.1 Cấu tạo Trục khuỷu liên kết chặt chẽ với piston thông qua thanh truyền dẫn động, tạo lực quán tính làm cho trục xoay đều.

Vì thế, trục khuỷu được thiết kế đặc biệt để chịu lực uốn, xoắn và mài mòn ở các cổ trục. Cấu tạo chính của trục khuỷu bao gồm 6 phần:  Đầu trục khuỷu.  Chốt khuỷu nối liền với thanh truyền để nhận lực.  Cổ khuỷu có dạng hình trụ và là trục quay chính.

 Má khuỷu làm phần liên kết giữa cổ và chốt khuỷu để truyền lực giữa 2 bộ phận.  Đuôi trục khuỷu là phần cuối gắn liền với bánh đà bên trong động cơ xe. Hiện nay trên thị trường có 2 loại trục khuỷu phổ biến như sau:  Trục khuỷu liền gồm các bộ phận: cổ trục, cổ biên, má khuỷu liên kết thành một khối thống nhất không thể tháo rời.  Trục khuỷu ghép gồm các bộ phận: cổ biên, cổ trục và má khuỷu riêng biệt được nối lại với nhau bằng thanh trục khuỷu.

Trục khuỷu ghép được dùng nhiều trong động cơ cỡ lớn hoặc động cơ có công suất nhỏ nhưng ít xi lanh và đầu to thanh truyền không bị cắt đôi. Vật liệu: Trục khuỷu trên động cơ 4A thường được chế tạo từ thép hợp kim carbon hoặc hợp kim thép có khả năng chịu tải trọng lớn và đảm bảo độ bền cao trong quá trình hoạt động.2 Nhiệm vụ trục khuỷu  Trục khuỷu là một bộ phận của động cơ dùng để biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay. Nó nhận lực từ piston để tạo ra mô men xoắn sinh công quay rồi đưa ra bộ phận công tác và nhận năng lượng từ bánh đà truyền lại cho piston (động cơ diesel) để thực hiện các quá trình sinh công. Trục khuỷu trong động cơ 4A chịu trách nhiệm chuyển đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay, cung cấp năng lượng để truyền động đến các bộ phận khác của xe.

Trục khuỷu có các rãnh khuỷu (crank throws) và cổ trục (journal) để kết nối với thanh truyền và các bộ phận khác.3 Nguyên lý hoạt động Trục khuỷu ô tô là một bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống động cơ, nó có chức năng chuyển đổi năng lượng từ phản ứng cháy xảy ra trong buồng đốt của động cơ thành năng lượng cơ học dưới dạng chuyển động quay. Chuyển động quay này được truyền qua hộp số và các cầu xe để tác động lên các bánh xe, giúp xe ô tô di chuyển. Cơ cấu hoạt động của trục khuỷu ô tô được mô tả chi tiết như sau: Trục khuỷu ô tô có chức năng biến đổi chuyển động thẳng của piston thành chuyển động xoay. Để làm được điều này, trục khuỷu phải quay một vòng đầy đủ cho mỗi chu kỳ của động cơ.

Chu kỳ này bao gồm bốn giai đoạn: nén, cháy, xả và hút.  Giai đoạn nén và cháy: Khi piston từ vị trí dưới nhất (BDC) chuyển lên vị trí trên nhất (TDC), trục khuỷu quay một nửa vòng. Trong giai đoạn này, hỗn hợp không khí và nhiên liệu trong buồng đốt bị ép lại và sau đó bốc cháy để tạo ra lực đẩy.  Giai đoạn xả và hút: Khi piston từ vị trí trên nhất (TDC) chuyển xuống vị trí dưới nhất (BDC), trục khuỷu quay thêm một nửa vòng.

Trong giai đoạn này, khí thải sau khi cháy được thải ra ngoài và hỗn hợp không khí và nhiên liệu mới được hấp thụ vào buồng đốt.  Chuyển động xoay của trục khuỷu: Lực đẩy từ quá trình bốc cháy được chuyển thành năng lượng cơ học qua chuyển động thẳng của piston. Chuyển động này tiếp tục được biến đổi thành chuyển động xoay qua trục khuỷu.  Truyền lực: Chuyển động xoay của trục khuỷu được dẫn tới hộp số và từ đó tới các bánh xe, giúp xe di chuyển 23 Hình 2.1 Nguyên lý hoạt động trục khuỷu 24 Đặc điểm động cơ 4A của TOYOTA VIOS:  Dòng động cơ: Động cơ 4A (đặc biệt là loại 4A-FE) là động cơ 4 xi-lanh thẳng hàng, dung tích khoảng 1.6L, sử dụng hệ thống phun nhiên liệu điện tử (EFI) và có tỷ số nén khá cao, mang lại hiệu suất vận hành tốt.

 Công suất: Động cơ này cung cấp công suất vào khoảng 100 - 110 mã lực (tùy vào phiên bản), mang lại khả năng vận hành mạnh mẽ và tiết kiệm nhiên liệu cho Toyota Vios. Tổng kết: Trục khuỷu và thanh truyền trong động cơ 4A của Toyota Vios làm việc cùng nhau để biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay, giúp động cơ vận hành hiệu quả. Cả hai bộ phận này đều được chế tạo từ các vật liệu chịu lực, đảm bảo độ bền và hiệu suất trong suốt quá trình vận hành của xe.