Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền - Sửa chữa động cơ ô tô CĐ Nghề KTCN

Tài liệu giáo trình bảo dưỡng và sửa chữa động cơ nghề công nghệ ôtô sơ cấp phần 2 từ trường Cao đẳng nghề kỹ thuật công nghệ. Hướng dẫn chi tiết quy trình kỹ

• Trường học: Trường Cao đẳng Nghề Kỹ thuật Công nghệ
• Chuyên ngành: Công nghệ ô tô
• Đề tài: Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
• Loại tài liệu: Giáo trình

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình bảo dưỡng trục khuỷu thanh truyền

Giáo trình bảo dưỡng và sửa chữa động cơ nghề Công nghệ Ôtô sơ cấp phần 2 tại Trường CĐ Nghề Kỹ thuật Công nghệ cung cấp kiến thức chuyên sâu về cơ cấu trục khuỷu thanh truyền – bộ phận quan trọng trong động cơ đốt trong. Nội dung tập trung vào nhiệm vụ, cấu tạo, vật liệu chế tạo và quy trình tháo lắp, kiểm tra, sửa chữa các chi tiết như piston, thanh truyền, trục khuỷu. Giáo trình được biên soạn theo chuẩn kỹ thuật ngành ô tô, đảm bảo sinh viên nắm vững nguyên lý hoạt động, điều kiện làm việc khắc nghiệt của các chi tiết. Ngoài ra, tài liệu còn hướng dẫn phương pháp bảo dưỡng định kỳ, nhận biết hư hỏng và xử lý sự cố nhằm nâng cao tuổi thọ động cơ. Đây là tài liệu tham khảo bắt buộc cho sinh viên ngành Công nghệ Ôtô.

1.1. Nhiệm vụ và cấu tạo cơ bản của piston

Piston là chi tiết quan trọng trong cơ cấu trục khuỷu thanh truyền, có nhiệm vụ chính là tạo buồng đốt kín cùng xi lanh và nắp xi lanh, truyền lực khí thể cho thanh truyền và nhận lực từ thanh truyền để nén khí. Điều kiện làm việc khắc nghiệt với nhiệt độ và áp suất cao, lực va đập, ma sát lớn khiến piston dễ biến dạng, ăn mòn hóa học. Piston thường được chế tạo từ hợp kim nhôm do nhẹ, dẫn nhiệt tốt, dễ gia công, nhưng cần chú ý khe hở lớn giữa piston và xi lanh để tránh bó kẹt. Cấu tạo piston gồm đỉnh, đầu, thân, rãnh xéc măng, chốt piston, đảm bảo chịu lực và nhiệt độ cao trong quá trình hoạt động.

1.2. Vật liệu chế tạo và yêu cầu kỹ thuật

Vật liệu chế tạo piston phải đáp ứng yêu cầu chịu lực, nhiệt độ cao và ma sát. Gang xám, gang dẻo thường dùng cho động cơ tốc độ thấp do giá thành rẻ, độ bền cao nhưng trọng lượng lớn. Thép có sức bền cao nhưng dẫn nhiệt kém, khó gia công nên ít sử dụng. Hợp kim nhôm là lựa chọn phổ biến nhờ nhẹ, dẫn nhiệt tốt, nhưng cần chú ý hệ số giãn nở nhiệt lớn. Ngoài ra, piston ma sát thấp bằng hợp kim nhôm-silic được ưa chuộng nhờ giảm ma sát và mài mòn. Yêu cầu kỹ thuật bao gồm độ chính xác gia công, độ cứng bề mặt, khả năng chịu nhiệt và chống ăn mòn.

II. Phân tích điều kiện làm việc và hư hỏng thường gặp

Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền hoạt động trong môi trường khắc nghiệt với tốc độ quay cao, lực va đập liên tục và nhiệt độ biến đổi theo chu kỳ. Piston chịu áp suất khí thể lên tới hàng trăm bar, thanh truyền phải truyền lực hàng tấn từ piston đến trục khuỷu. Trục khuỷu chịu tải trọng xoắn, uốn kết hợp, dễ bị mỏi vật liệu. Điều kiện bôi trơn khó khăn tại các vị trí tiếp xúc như chốt piston, đầu nhỏ thanh truyền gây ra hiện tượng mài mòn nhanh. Hư hỏng thường gặp bao gồm nứt vỡ piston do ứng suất nhiệt, cong vênh thanh truyền do quá tải, mòn cổ trục khuỷu do thiếu dầu bôi trơn. Nhận diện sớm các dấu hiệu hư hỏng như tiếng gõ lạ, giảm công suất, tiêu hao dầu là yếu tố quan trọng trong bảo dưỡng.

2.1. Hư hỏng piston và nguyên nhân

Piston thường bị nứt vỡ do ứng suất nhiệt khi nhiệt độ vượt quá giới hạn chịu đựng, đặc biệt tại đỉnh piston nơi tiếp xúc trực tiếp khí cháy. Hiện tượng bó kẹt piston xảy ra khi khe hở giữa piston và xi lanh quá nhỏ do giãn nở nhiệt hoặc tích tụ muội than. Ăn mòn hóa học do khí cháy sinh ra axit sulfuric làm hỏng bề mặt piston. Mòn xéc măng dẫn đến rò rỉ khí, giảm áp suất nén. Nguyên nhân chủ yếu bao gồm nhiệt độ quá cao, thiếu dầu bôi trơn, nhiên liệu kém chất lượng hoặc điều chỉnh sai lệch thông số kỹ thuật.

2.2. Hư hỏng thanh truyền và trục khuỷu

Thanh truyền bị cong vênh do quá tải hoặc va đập mạnh, dẫn đến mất cân bằng động học và rung động bất thường. Đầu nhỏ thanh truyền mòn do ma sát với chốt piston khi thiếu bôi trơn, gây tiếng gõ kim loại. Trục khuỷu bị mỏi vật liệu do tải trọng xoắn lặp đi lặp lại, đặc biệt tại cổ trục và cổ chốt. Mòn cổ trục khiến khe hở tăng, gây rung động và giảm tuổi thọ. Nguyên nhân chính bao gồm tải trọng động không cân bằng, thiếu bảo dưỡng định kỳ, sử dụng dầu bôi trơn không đúng tiêu chuẩn.

III. Phương pháp bảo dưỡng và sửa chữa cơ cấu trục khuỷu

Bảo dưỡng cơ cấu trục khuỷu thanh truyền đòi hỏi quy trình chặt chẽ nhằm ngăn ngừa hư hỏng và kéo dài tuổi thọ động cơ. Trước hết, tiến hành tháo lắp theo trình tự quy định, sử dụng dụng cụ chuyên dụng để tránh làm hỏng chi tiết. Kiểm tra bằng mắt thường và dụng cụ đo như thước cặp, panme để phát hiện vết nứt, mòn, cong vênh. Sửa chữa bao gồm thay thế piston, thanh truyền, trục khuỷu mới hoặc mài sửa cổ trục, phục hồi bề mặt tiếp xúc. Quy trình bôi trơn đúng cách với dầu động cơ đạt tiêu chuẩn, đảm bảo lưu thông dầu tới tất cả vị trí cần thiết. Bảo dưỡng định kỳ theo khuyến cáo nhà sản xuất giúp duy trì hiệu suất hoạt động tối ưu.

3.1. Quy trình kiểm tra và bảo dưỡng piston

Kiểm tra piston bằng phương pháp không phá hủy như siêu âm, từ tính để phát hiện vết nứt. Đo đường kính piston bằng panme tại ba vị trí dọc theo thân để xác định độ mòn. Kiểm tra khe hở giữa piston và xi lanh bằng thước đo khe hở chuyên dụng, đảm bảo nằm trong giới hạn cho phép. Làm sạch rãnh xéc măng, kiểm tra độ mòn và thay thế xéc măng mới nếu cần. Kiểm tra độ cong vênh của piston bằng bàn kính, đảm bảo không vượt quá tiêu chuẩn kỹ thuật. Cuối cùng, lắp ráp piston vào xi lanh theo hướng dẫn kỹ thuật, đảm bảo khe hở và độ lệch tâm nằm trong giới hạn.

3.2. Sửa chữa và bảo dưỡng thanh truyền trục khuỷu

Thanh truyền bị cong vênh phải thay mới hoặc nắn thẳng bằng phương pháp ép nóng. Kiểm tra độ mòn tại đầu nhỏ, đầu to bằng thước đo trong, thay thế bạc lót nếu khe hở vượt quá tiêu chuẩn. Trục khuỷu bị mòn cổ trục được mài sửa đến kích thước phục hồi, sau đó lắp bạc lót mới. Kiểm tra độ trùng điệp của trục khuỷu bằng dụng cụ chuyên dụng, đảm bảo nằm trong giới hạn thiết kế. Cuối cùng, tiến hành cân bằng động trục khuỷu để tránh rung động khi hoạt động. Sử dụng dầu bôi trơn đúng loại và thay dầu định kỳ theo khuyến cáo nhà sản xuất.

IV. Kết luận và ứng dụng trong thực tế bảo dưỡng ôtô

Giáo trình bảo dưỡng trục khuỷu thanh truyền cung cấp nền tảng kiến thức vững chắc cho sinh viên ngành Công nghệ Ôtô trong việc bảo trì, sửa chữa động cơ. Việc nắm vững cấu tạo, nguyên lý hoạt động và quy trình bảo dưỡng giúp ngăn ngừa hư hỏng, kéo dài tuổi thọ động cơ, tiết kiệm chi phí sửa chữa. Ứng dụng thực tế bao gồm kiểm tra định kỳ tại các gara ô tô, trung tâm bảo dưỡng, đảm bảo động cơ hoạt động ổn định, an toàn. Ngoài ra, kiến thức từ giáo trình còn hỗ trợ sinh viên trong nghiên cứu, phát triển công nghệ động cơ tiên tiến. Đây là tài liệu không thể thiếu trong quá trình đào tạo và hành nghề kỹ thuật ô tô.

4.1. Tầm quan trọng của bảo dưỡng định kỳ

Bảo dưỡng định kỳ theo khuyến cáo nhà sản xuất giúp phát hiện sớm các dấu hiệu hư hỏng, ngăn ngừa sự cố đột ngột trong quá trình vận hành. Kiểm tra piston, thanh truyền, trục khuỷu định kỳ 5.000–10.000 km giúp duy trì hiệu suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và khí thải. Thay dầu động cơ đúng hạn, kiểm tra hệ thống bôi trơn đảm bảo lưu thông dầu tới tất cả vị trí cần thiết. Việc bảo dưỡng đúng cách còn giúp tăng tuổi thọ động cơ, giảm chi phí sửa chữa lâu dài. Đây là yếu tố quan trọng trong quản lý và vận hành phương tiện an toàn, hiệu quả.

4.2. Hướng dẫn ứng dụng trong thực tế nghề nghiệp

Sinh viên ngành Công nghệ Ôtô sau khi học giáo trình này có thể ứng dụng kiến thức vào công việc tại các gara ô tô, trung tâm bảo dưỡng. Kỹ năng tháo lắp, kiểm tra, sửa chữa piston, thanh truyền, trục khuỷu theo quy trình chuẩn giúp đảm bảo chất lượng dịch vụ. Ngoài ra, sinh viên có thể tham gia nghiên cứu, phát triển công nghệ động cơ tiên tiến, đóng góp vào sự phát triển ngành ô tô Việt Nam. Giáo trình cũng là tài liệu tham khảo hữu ích cho kỹ sư, kỹ thuật viên trong quá trình làm việc và nâng cao trình độ chuyên môn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bài 4: CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN Mã bài: MĐ 02 - 4 Mục tiêu của bài: - Trình bày được nhiệm vụ, yêu cầu, cấu tạo của các chi tiết thuộc cơ cấu trục khuỷu thanh truyền - Tháo lắp, kiểm tra, sửa chữa được các chi tiết của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền đúng trình tự, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. - Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, tỉ mỉ của sinh viên và đảm bảo an toàn lao động vệ sinh công nghiệp. Nội dung bài: 1. Nhóm piston, thanh truyền 1.

Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo a. Nhiệm vụ Chức năng chủ yếu của piston là cùng với các chi tiết khác như xi lanh, nắp xi lanh bao kín tạo thành buồng đốt, đồng thời truyền lực khí thể cho thanh truyền cũng như nhận lực từ thanh truyền để nén khí. Ngoài ra ở một số động cơ 2 kỳ, piston còn có nhiệm vụ đóng mở cửa nạp và thải của cơ cấu phối khí. Điều kiện làm việc Piston phải hoạt động trong điều kiện rất khắc nghiệt với tốc độ cao, phải chịu các lực va đập, lực khí thể và lực quán tính lớn và thay đổi theo chu kỳ.

Piston phải chịu nhiệt độ và áp suất cao nên dễ bị biến dạng, chịu ma sát với xec măng, xi lanh trong điều kiện bôi trơn khó khăn. Đỉnh của piston còn bị ăn mòn hoá học do khí cháy sinh ra. Vật liệu chế tạo Vật liệu chế tạo piston phải đảm bảo cho piston làm việc ổn định và lâu dài trong điều kiện khắc nghiệt đã nêu trên. Trong thực tế, một số vật liệu sau được dùng chế tạo piston.

- Gang: thường dùng gang xám, gang dẻo, gang cầu. Gang có sức bền cơ học khá cao, hệ số giãn nở dài nhỏ nên khó bị bó kẹt, dễ chế tạo và rẻ, tuy nhiên gang rất nặng nên lực quán tính của piston lớn. Do đó, gang 115 chỉ dùng chế tạo piston động cơ tốc độ thấp, mặt khác hệ số dẫn nhiệt của gang cũng nhỏ nên nhiệt độ đỉnh piston cao. - Piston được chế tạo bằng thép, thép có sức bền cao nên piston nhẹ.

Tuy nhiên hệ số dẫn nhiệt cũng nhỏ đồng thời cũng khó đúc nên hiện nay ít được dùng. Một số hãng đã sử dụng thép để chế tạo piston như Ford (Mỹ) hay Junker (Đức) trong chiến tranh thế giới thứ hai. - Vật liệu chế tạo piston bằng hợp kim nhôm. Hợp kim nhôm có nhiều ưu điểm như nhẹ, hệ số dẫn nhiệt lớn, hệ số mat sát với gang (xi lanh thường bằng gang) nhỏ, dễ đúc, dễ gia công nên được dùng rất phổ biến để chế tạo piston.

Tuy nhiên hợp kim nhôm có hệ số giãn nở dài lớn nên khe hở giữa piston và xi lanh lớn để tránh bó kẹt. Do đó, lọt khí nhiều từ buồng cháy xuống 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 nhiều ví dụ khi nhiệt độ tăng từ 288 K lên 323 K , sức 0 0 bền của hợp kim nhôm giảm 65 đến 79% trong khi đó sức bền của gang ở nhiệt độ này chỉ giảm 18 đến 20%, mặt khác piston hợp kim nhôm chịu mòn kém, đắt. - Một số động cơ xăng còn dùng piston ma sát thấp được làm bằng hợp kim nhôm có chứa các thành phần silic.

sau khi đúc và gia công bề mặt xong người ta dùng hoá chất để ăn mòn phần nhôm ở bề mặt ngoài thân, làm xuất hiện các phần tử silic cứng, chịu mòn, giảm ma sát hơn nhôm tại đây. Cấu tạo Để thuận lợi phân tích kết cấu, có thể chia piston thành những phần như: đỉnh piston,đầu piston và thân piston. Mỗi phần đều có nhiệm vụ và những đặc điểm kết cấu riêng. Có nhiệm vụ cùng với nắp máyvà xi lanh tạo thành buồng cháy, về mặt kết cấu gồm các loại đỉnh piston sau: 116 * Đỉnh bằng: diện tích chịu nhiệt nhỏ, kết cấu đơn giản.

Kết cấu này được sử dụng trong động cơ diesel buồng cháydự bị và buồng cháy xoáy lốc. Các loại đỉnh piston * Đỉnh lồi: có sức bền lớn. Đỉnh mỏng, nhẹ nhưng diện tích chịu nhiệt lớn. Loại đỉnh này thường được dùng trong động cơ xăng 4 kỳ và 2 kỳ xu páp treo, buồng cháy chỏm cầu.

Hình c thể hiện kết cấu đỉnh piston động cơ 2 kỳ quét vòng qua cửa thải. Phía dốc đứng được lắp về phía cửa quét để hướng của quét lên sát nắp xi lanh rồi vòng xuống qua của thải, nhằm mục đích quét sạch buồng cháy. * Đỉnh Lõm: có thể tạo xoáy lốc nhẹ, tạo thuận lợi cho quá trình hình thành khí hỗn hợp và cháy. Tuy nhiên sức bền kém và diện tích chịu nhiệt lớn hơn so với đỉnh bằng.

Loại đỉnh này dùng cho cả động cơ diesel và động cơ xăng. * Đỉnh chứa buồng cháy: Thường gặp trong động cơ diesel. Đối với động cơ diesel có buồng cháy trên đỉnh piston, kết cấu buồng cháy thoả mãn các yêu cầu sau đây tuỳ từng trường hợp cụ thể: + Phải phù hợp với hình dạng buồng cháy và hướng của chùm tia phun nhiên liệu để tạo thành hỗn hợp tốt nhất (hình 1.30e) + Phải tận dụng được xoáy lốc của không khí trong quá trinh nén (Hình 1.30f): buồng cháy Denta; (hình 1.30g); buồng cháy omega; (hình 1.30h); buồng cháy Man. Đầu piston: Đường kính đầu piston thường nhỏ hơn đường kính thân của piston.

Kết cấu đầu piston phải đảm bảo những yêu cầu sau: - Bao kín tốt cho buồng cháy nhằm ngăn khí cháy lọt xuống cacte dầu và dầu bôi trơn từ cacte sục lên buồng đốt. Thông thường người ta dùng xec măng để bao 117 kín. Có hai loại xéc măng là xéc măng khí để tạo buồng cháy và xéc măng dầu để ngăn dầu sục lên buồng cháy, số xéc măng tuỳ thuộc vào từng loại động cơ: Xéc măng được lắp lỏng trong rãnh xéc măng nên có thể tự xoay trong rãnh của nó. - Tản nhiệt tốt cho piston vì phần lớn nhiệt của piston truyền qua xéc măng cho xi lanh đến môi chất làm mát.

Để tản nhiệt thường dùng các kết cấu đầu piston sau: + Phần chuyển tiếp giữa đỉnh và đầu có bán kính R lớn (hình.a) + Dùng gân tản nhiệt ở dưới đỉnh piston (hình.b) + Dùng rãnh ngăn nhiệt để giảm lượng nhiệt truyền cho xec măng thứ nhất (hình. + Làm mát đỉnh piston như ở động cơ ôtô IFAW50. Trong những động cơ cỡ lớn, đỉnh piston được làm mát bằng dầu lưu thông. Thân piston: Thân piston làm nhiệm vụ dẫn hướng chuyển động cho piston.

ở thân có bệ chốt, có lỗ để lắp chốt piston. Để tăng cường sức bền và độ cứng vững cho bệ chốt piston người ta thiết kế gân trợ lự. Vị trí tâm chốt được bố trí sao cho piston và xi lanh mòn đều, đồng thời giảm va đập và gõ khi piston đổi chiều. Một số động cơ có tâm chốt lệch với tâm xi lanh một giá trị e về phía nào đó sao cho lực ngang Nmax giảm để hai bên chịu lực N của piston và xi lanh mòn đều 118 * Chống bó kẹt: Có nhiều nguyên nhân gây bó kẹt piston trong xi lanh, cụ thể do: + Lực ngang N + Lực khí thể + Kim loại giãn nở.

Do những nguyên nhân trên piston thường bị bó kẹt theo phương tâm chốt piston. Đối với piston bằng hợp kim nhôm. hệ số giữa giãn nở dài lớn nên càng dễ xảy ra bó kẹt. Để khắc phục hiện tượng bó kẹt piston người ta sử dụng những biện pháp sau: + Chế tạo pit ton dạng côn + Chế tạo piston có dạng ô van, trục ngắn trùng với tâm chốt + Tiện vát 2 mặt ở bệ chốt chỉ để lại 1 cung   900 1800 để chịu lực mà không anh hưởng nhiều đến phân bố lực + Xẻ rãnh giãn nở trên thân piston, khi xẻ rãnh người ta không xẻ hết để đảm bảo độ cứng vững cần thiết và thường xẻ chéo để tránh cho xi lanh bị gờ xước.

Các biện pháp xẻ rãnh nở trên thân piston 119 Hình. Các biện pháp chống bó kẹt Khi lắp phải chú ý để bề mặt thân xẻ rãnh về phía lực ngang N nhỏ. Loại piston này có ưu điểm là khe hở lúc nguội nhỏ, động cơ không bị gõ, khởi động dễ dàng. Nhưng khi xẻ rãnh, độ cứng vững của piston giảm nên phương pháp này chỉ sử dụng ở động cơ xăng.thân theo phương vuông góc với tâm chốt.

Ngoài ra còn có cấu tạo khác : + Đúc hợp kim có độ giãn nở dài nhỏ ( ví dụ hợp kim inva có hệ số giãn nở dài chỉ bằng 1/10 của hợp kim nhôm) vào bệ chốt piston hạn chế giãn nở. + Chân piston: Theo kết cấu này, thân có vành đai để tăng độ cứng vững. Mặt trụ a cùng với mặt đầu chân piston là chuẩn công nghệ khi ra công và là nơi điều chỉnh trọng lượng củapiston sao cho đồng đều giữa các xi lanh. Độ sai lệch về trọng lượng đốivới động cơ ô tô, máy kéo không quá 0,2-0,6% còn ở động cơ tĩnh tại và tàu thuỷ giới hạn này là 1-1,5%.

Quy trình tháo, lắp cụm piston - thanh truyền a. Quy trình tháo * Tháo cụm piston – thanh truyền - Xả nước, xả dầu bôi trơn ra khỏi động cơ. - Lật nghiêng động cơ phía buồng xupap hướng lên trên để tháo cụm piston - thanh truyền - Kiểm tra thanh truyền và nắp đã có dấu chưa, nếu chưa có phải đánh dấu (chấm số, chấm dấu) theo thứ tự của xi lanh 120 Hình. Tháo cụm piston – thanh truyền từ động cơ - Quay trục khuỷu, để cụm piston thanh truyền cần tháo xuống vị trí thấp nhất.

- Dùng tuýp, khẩu nới đều hai bu lông hoặc êcu nhiều lần rồi mới tháo hẳn ra để đúng vị trí của nó, tránh nhầm lẫn - Dùng búa nhựa gõ nhẹ vào bu lông lấy nắp đầu to thanh truyền ra Hình. Tháo đầu to thanh truyền - Đặt ống lót dẫn hướng bu lông hoặc ống cao so gắn trên bu lông thanh truyền để bảo vệ ren bu lông và trục khuỷu khi tháo 121 - Kiểm tra xem miệng xi lanh có gờ không, tiến hành cạo gờ miệng xi lanh (nếu cần thiết), dùng dao cạo ba cạnh hoặc dùng dụng cụ chuyên dùng để cạo Hình. Kiểm tra và cạo gờ miệng xi lanh - Lấy cụm piston - thanh truyền ra bằng cách dùng cán búa đẩy cụm piston thanh truyền. Chú ý: Tránh làm xước bề mặt của xi lanh.

- Lắp lại nắp thanh truyền đúng vị trí theo từng cụm thanh truyền. - Đưa cụm piston thanh truyền lên giá đỡ không để lẫn chung vào khay có các chi tiết khác. - Tháo các cụm piston - thanh truyền còn lại ra khỏi động cơ.