Giáo Trình Kết Cấu Động Cơ Đốt Trong Dành Cho Sinh Viên Ngành Cơ Khí

Tài liệu nghiên cứu Scribfree com giao trinh ket cau dong co dot trong, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về .

• Tác giả: Ts. Đặng Việt Dũng
• Trường học: Đại học Bách Khoa Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Cơ khí Động lực
• Đề tài: Giáo Trình Kết Cấu Động Cơ Đốt Trong
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• 1. PHẦN 1: ỨNG HỌC, ỨNG LỰC HỌC CƠ CẤU KHUỶU TRỤC THANH TRUYỀN ỨNG CƠ
• 1.1. ỨNG HỌC
• 1.2. ỨNG LỰC HỌC
• 2. PHẦN II. KẾT CẤU CHI TIẾT VÀ CỤM CHI TIẾT CHÊNH TRONG ỨNG CƠ ỨNG
• 2.1. ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ VẬT LIỆU CHẾ TẠO PISTON
• 2.2. KẾT CẤU PITTONS
• 2.3. ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ VẬT LIỆU CHẾ TẠO XÉC MĂNG

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Kết Cấu Động Cơ Đốt Trong

Giáo trình Kết cấu động cơ đốt trong là tài liệu quan trọng cho sinh viên ngành Cơ khí Động lực. Tài liệu này cung cấp kiến thức cơ bản về cấu trúc và nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong. Đặc biệt, giáo trình giúp sinh viên hiểu rõ về các thành phần chính của động cơ, từ đó áp dụng vào thực tiễn. Việc nắm vững kiến thức này là cần thiết để phát triển các giải pháp kỹ thuật trong ngành công nghiệp ô tô.

1.1. Định nghĩa và vai trò của động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong là thiết bị chuyển đổi năng lượng hóa học thành cơ năng. Nó đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho các phương tiện giao thông và máy móc công nghiệp.

1.2. Lịch sử phát triển của động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển từ những năm đầu thế kỷ 20. Sự cải tiến về công nghệ đã giúp động cơ ngày càng hiệu suất hơn và thân thiện với môi trường.

II. Các vấn đề và thách thức trong thiết kế động cơ đốt trong

Thiết kế động cơ đốt trong gặp nhiều thách thức như hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu, khí thải ô nhiễm và độ bền của các bộ phận. Những vấn đề này đòi hỏi các kỹ sư phải tìm ra giải pháp tối ưu để cải thiện hiệu suất và giảm thiểu tác động đến môi trường.

2.1. Hiệu suất động cơ và tiêu thụ nhiên liệu

Hiệu suất động cơ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tiêu thụ nhiên liệu. Các nghiên cứu cho thấy động cơ có hiệu suất cao sẽ giảm thiểu lượng nhiên liệu tiêu thụ và khí thải.

2.2. Khí thải và tác động môi trường

Khí thải từ động cơ đốt trong là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm không khí. Việc giảm thiểu khí thải là một thách thức lớn trong thiết kế động cơ hiện đại.

III. Phương pháp thiết kế động cơ đốt trong hiệu quả

Để thiết kế động cơ đốt trong hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ tiên tiến. Việc sử dụng mô phỏng và phân tích động lực học giúp tối ưu hóa cấu trúc và hiệu suất động cơ.

3.1. Sử dụng phần mềm mô phỏng trong thiết kế

Phần mềm mô phỏng giúp các kỹ sư kiểm tra và tối ưu hóa thiết kế trước khi sản xuất thực tế. Điều này giúp tiết kiệm thời gian và chi phí.

3.2. Phân tích động lực học và ứng dụng

Phân tích động lực học giúp hiểu rõ hơn về các lực tác động lên động cơ trong quá trình hoạt động. Từ đó, có thể cải tiến thiết kế để tăng cường độ bền và hiệu suất.

IV. Ứng dụng thực tiễn của động cơ đốt trong trong ngành công nghiệp

Động cơ đốt trong được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như giao thông vận tải, nông nghiệp và công nghiệp chế biến. Việc hiểu rõ ứng dụng của động cơ giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan về ngành nghề.

4.1. Động cơ trong ngành giao thông vận tải

Động cơ đốt trong là nguồn năng lượng chính cho các phương tiện giao thông như ô tô, xe máy và tàu thủy. Sự phát triển của động cơ đã góp phần nâng cao hiệu quả vận tải.

4.2. Động cơ trong nông nghiệp

Trong nông nghiệp, động cơ đốt trong được sử dụng để vận hành máy móc như máy cày, máy gặt. Điều này giúp tăng năng suất lao động và giảm sức lao động cho nông dân.

V. Kết luận và tương lai của động cơ đốt trong

Tương lai của động cơ đốt trong đang đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu và yêu cầu giảm thiểu khí thải. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ, động cơ đốt trong vẫn có thể tiếp tục cải tiến và phát triển.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ động cơ

Công nghệ động cơ đang chuyển mình với sự xuất hiện của động cơ hybrid và điện. Điều này mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp ô tô.

5.2. Tác động của chính sách môi trường đến động cơ đốt trong

Chính sách môi trường ngày càng nghiêm ngặt sẽ thúc đẩy các nhà sản xuất tìm kiếm giải pháp xanh hơn cho động cơ đốt trong, từ đó tạo ra động lực cho sự đổi mới công nghệ.

Nội dung chính

Giáo trình Môn học Kết cấu Động cơ Đốt trong – TS. Dương Việt Dũng

---

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Môn học Kết cấu Động cơ Đốt trong do TS. Dương Việt Dũng biên soạn (Khoa Cơ khí Giao thông, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng, xuất bản năm 2007) là tài liệu giảng dạy chuyên ngành dành cho sinh viên ngành Cơ khí Động lực. Với thời lượng 75 tiết, học phần này giữ vị trí trọng tâm trong chương trình đào tạo kỹ sư kỹ thuật ô tô, tàu thủy và máy động lực, đóng vai trò cầu nối giữa các môn học cơ sở kỹ thuật (Cơ học lý thuyết, Sức bền vật liệu, Nguyên lý – Chi tiết máy, Nhiệt động lực học) với các học phần tính toán, thiết kế chuyên sâu.

+-------------------------------------------------------------------------------+
|                       CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CƠ KHÍ                       |
|   (Cơ lý thuyết - Sức bền vật liệu - Chi tiết máy - Nhiệt động lực học)       |
+--------------------------------------v----------------------------------------+
|                               HỌC PHẦN CỐT LÕI:                               |
|            KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (TS. Dương Việt Dũng, 75 tiết)           |
|  +-------------------------------------+-----------------------------------+  |
|  | Phần 1: Động học & Động lực học     | Phần 2: Kết cấu chi tiết máy      |  |
|  | (Cơ cấu Khuỷu trục - Thanh truyền)  | (Piston, Trục khuỷu, Phối khí...) |  |
|  +-------------------------------------+-----------------------------------+  |
+--------------------------------------v----------------------------------------+
|                  ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG                   |
|                   ỨNG DỤNG BẢO TRÌ, THỬ NGHIỆM & CHẾ TẠO                      |
+-------------------------------------------------------------------------------+

Mục tiêu học tập của giáo trình tập trung vào việc hình thành hai khối năng lực chính:

1. Xác lập quy luật động học, tính toán phân bố tải trọng cơ học và lực quán tính tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền trong quá trình động cơ làm việc.
2. Phân tích chi tiết điều kiện làm việc, trạng thái ứng suất, biến dạng nhiệt và giải pháp kết cấu cơ khí của từng cụm chi tiết chính, làm cơ sở khoa học cho công tác thiết kế, lựa chọn vật liệu và kiểm nghiệm độ bền.

Cấu trúc giáo trình được xây dựng theo cách tiếp cận hệ thống: đi từ mô hình toán – cơ học giải tích sang phương pháp đồ giải kỹ thuật, sau đó chuyển tiếp vào phân loại, phân tích kết cấu cơ khí cụ thể. Điểm đặc sắc của tài liệu là việc chuẩn hóa các quy trình đồ giải (phương pháp đồ thị Briks, đồ thị Tolle, đồ thị véc-tơ phụ tải chốt khuỷu và đồ thị mài mòn) gắn liền với các thông số thực tế của động cơ đốt trong nhiều xi lanh, động cơ chữ V và động cơ hai kỳ quét khí.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được tổ chức thành hai phần học thuật với logic phát triển từ phân tích động lực học tổng thể đến phân rã kết cấu chi tiết:

                            TIẾN TRÌNH NỘI DUNG GIÁO TRÌNH
PHẦN 1: ĐỘNG HỌC & ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU                                PHẦN 2: KẾT CẤU CÁC CỤM CHI TIẾT CHÍNH

Phần 1: Động học, động lực học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ

• Động học cơ cấu: Thiết lập quy luật chuyển động của piston theo góc quay trục khuỷu ($\alpha$) với giả thiết vận tốc góc $\omega = \text{const}$. Trình bày phương pháp giải tích xác định chuyển vị ($x$), vận tốc ($v$), gia tốc ($j$) và vận tốc trung bình ($V_{tb} = \frac{S \cdot n}{30}$). Tích hợp phương pháp đồ giải thông qua đồ thị Briks xác định chuyển vị $S = f(\alpha)$ và đồ thị Tolle xác định gia tốc $j = f(S)$.
• Động lực học và khối lượng quy dẫn: Phân tích khối lượng nhóm chi tiết chuyển động tịnh tiến ($m = m_{np} + m_1$) quy về đơn vị diện tích đỉnh piston ($F_p = \frac{\pi D^2}{4}$) và khối lượng chuyển động quay ($m_2$). Xác định lực quán tính chuyển động thẳng cấp 1 ($P_{j1} = -m R \omega^2 \cos\alpha$), cấp 2 ($P_{j2} = -m R \omega^2 \lambda \cos 2\alpha$) cùng lực quán tính ly tâm ($P_k = m_2 R \omega^2$).
• Khai triển đồ thị và tính toán lực tổng hợp: Chuyển đổi đồ thị chỉ thị $P-V$ sang đồ thị $P-\alpha$ qua đồ thị Briks; cộng đồ thị lực khí thể và lực quán tính để xác định lực tác dụng tổng $P_1 = P_{kt} + P_j$. Tính toán các thành phần lực tác dụng lên chốt khuỷu: lực tiếp tuyến $T = P_1 \frac{\sin(\alpha+\beta)}{\cos\beta}$, lực pháp tuyến $Z = P_1 \frac{\cos(\alpha+\beta)}{\cos\beta}$, và lực ngang ép thân piston $N = P_1 \tan\beta$.
• Tổng hợp lực và mài mòn trong động cơ nhiều xi lanh: Lập bảng tính góc lệch công tác và tổng hợp mô men $\Sigma T = \sum T_i$ cho động cơ nhiều xi lanh thẳng hàng; vẽ đồ thị véc-tơ phụ tải chốt khuỷu trên hệ trục $Z-T$ (dời gốc tọa độ một đoạn bằng lực quán tính ly tâm $P_{R0} = -m_2 R \omega^2$); sử dụng phương pháp giấy bóng xoay góc $(\alpha+\beta)$ để dựng đồ thị phụ tải đầu to thanh truyền; chia chu vi chốt thành 24 phần để lập bảng tính tổng phụ tải $\Sigma Q_i$, xác định quy luật mài mòn chốt khuỷu.

       ĐỒ THỊ VÉC-TƠ PHỤ TẢI CHỐT KHUỶU               ĐỒ THỊ MÀI MÒN CHỐT KHUỶU (24 ĐIỂM)
                 T (MN/m²)                                          12   13

Phần 2: Kết cấu chi tiết và cụm chi tiết chính trong động cơ đốt trong

• Nhóm Piston – Xéc măng – Chốt piston:
  • Piston: Phân tích điều kiện làm việc chịu tải trọng cơ học biến thiên chu kỳ, tải trọng nhiệt ($2300 \div 2800\text{ K}$), ma sát và ăn mòn hóa học. So sánh vật liệu chế tạo giữa gang và hợp kim nhôm. Phân tích kết cấu đỉnh bằng, đỉnh lồi và đỉnh lõm; cấu tạo đầu piston bố trí $3 \div 5$ rãnh xéc măng khí, $1 \div 3$ rãnh xéc măng dầu; cấu tạo thân piston vát bệ chốt hoặc hình ôvan nhằm triệt tiêu hiện tượng bó kẹt nhiệt; xác định vị trí đặt chốt piston cao hơn đường tâm thân ($h_{chot} = (0{,}6 \div 0{,}7)H_{than}$) để phân bố đều áp suất ma sát.
  • Xéc măng: Phân tích xéc măng khí và xéc măng dầu làm từ gang hợp kim graphit; so sánh đặc tính phân bố áp suất của xéc măng đẳng áp và xéc măng không đẳng áp; khảo sát kết cấu tiết diện hình thang, vát côn, dạng lưỡi dao và xéc măng tổ hợp.
  • Chốt piston: Khảo sát kết cấu hình trụ rỗng chế tạo từ thép hợp kim nhằm tối ưu hóa khối lượng và độ bền chịu mỏi.

Chi tiết	Điều kiện làm việc & Tải trọng	Vật liệu chế tạo tiêu chuẩn	Đặc điểm kết cấu hình học
Piston	Áp suất khí cháy lớn, nhiệt độ $2300 \div 2800\text{ K}$, ma sát & ăn mòn hóa học	Hợp kim nhôm (đúc nhẹ, dẫn nhiệt tốt)	Đỉnh bằng/lồi/lõm; thân dạng ôvan; bệ chốt đặt cao $h_{chot} = (0{,}6 \div 0{,}7)H_{than}$
Xéc măng	Ma sát tới hạn, nhiệt độ cao, áp suất va đập, ứng suất uốn liên tục	Gang hợp kim graphit (tự bôi trơn, chống cào xước)	Vòng hở miệng không đẳng áp; tiết diện chữ nhật, hình thang hoặc dạng lưỡi dao
Chốt Piston	Chịu uốn, tải trọng cơ học và tải nhiệt cao, chịu va đập lớn	Thép hợp kim cacbon	Hình trụ rỗng (giảm khối lượng chuyển động tịnh tiến)
Thanh truyền	Chịu lực nén khí thể, lực quán tính dọc trục và lực uốn lắc	Thép cacbon hoặc thép hợp kim rèn dập	Thân chữ I; đầu nhỏ lắp lỏng/bạc lót; đầu to cắt chéo/thẳng; biên dạng mở rộng dần
Trục khuỷu	Mô men xoắn biến thiên, lực uốn, va đập, dao động xoắn cộng hưởng	Thép hợp kim hoặc gang graphit cầu	Cổ trục, má khuỷu tròn/chữ nhật/ôvan; chốt khuỷu rỗng dẫn dầu; có đối trọng
Cơ cấu Phối khí	Nhiệt độ khí thải cao, va đập đóng mở xupáp, ma sát cam	Thép hợp kim, gang hợp kim, hàn phủ Stellite	Xupáp treo/đặt, trục cam OHC/OHV; con đội thủy lực tự khử khe hở nhiệt

• Nhóm Thanh truyền: Phân loại kết cấu đầu nhỏ (dạng trụ rỗng mỏng, rãnh dầu bôi trơn vung tóe hoặc đường dẫn dầu cưỡng bức dọc thân, lỗ phun làm mát đáy piston); phân loại tiết diện thân thanh truyền (tiết diện tròn cho động cơ tĩnh tại/tàu thủy rèn tự do; tiết diện chữ I phổ biến trên ô tô máy kéo; tiết diện chữ H; chiều rộng thân mở rộng dần về phía đầu to theo quy luật tam giác của lực quán tính); phân loại đầu to thanh truyền và các giải pháp kết cấu phức hợp: thanh truyền lắp kế tiếp, thanh truyền trung tâm (dạng nạng), thanh truyền chính – phụ cho động cơ chữ V và thanh truyền hình sao cho động cơ bố trí nan hoa.
• Nhóm Trục khuỷu – Bạc lót – Bánh đà:
  • Trục khuỷu: Phân tích kết cấu đầu trục (bố trí bánh răng dẫn động cơ cấu phối khí, bơm dầu, bơm nước, puly và bộ giảm chấn dao động xoắn); kết cấu khuỷu trục (cổ trục chính, má khuỷu chữ nhật/tròn/ôvan, chốt khuỷu rỗng làm buồng ly tâm lọc dầu bôi trơn); vai trò của đối trọng trong việc cân bằng lực quán tính ly tâm và giảm phụ tải uốn cho cổ trục giữa; kết cấu đuôi trục khuỷu lắp bánh đà và vành chắn dầu. Khảo sát các dạng trục khuỷu nguyên, trục khuỷu ghép, trục khuỷu thiếu cổ và trục khuỷu động cơ chữ V.
  • Bánh đà: Chức năng tích trữ năng lượng chu kỳ sinh công, khắc phục điểm chết; tích hợp vạch dấu góc phun sớm, góc đánh lửa sớm; phân loại bánh đà dạng đĩa, dạng chậu và dạng vành.
• Cơ cấu Phối khí và Hệ thống trao đổi khí:
  • Động cơ hai kỳ: Phân tích cơ cấu nạp – thải bằng piston đóng mở cửa khí; phân loại hệ thống quét vòng (đặt ngang, một bên, xung quanh, hỗn hợp theo hướng song song, hướng tâm, tiếp tuyến, lệch tâm) và hệ thống quét thẳng qua xupáp thải hoặc piston đối đỉnh; phân tích đồ thị công và chu trình pha phối khí hai kỳ.
  • Động cơ bốn kỳ: So sánh cơ cấu phối khí xupáp treo và xupáp đặt; phân tích các phương án dẫn động trục cam OHC, OHV qua bánh răng nghiêng, bánh răng nón hoặc xích. Khảo sát chi tiết xupáp (nấm bằng, nấm lồi rỗng chứa Natri tản nhiệt, nấm lõm; góc vát côn $15^\circ \div 45^\circ$; đuôi xupáp tôi cứng phủ lớp Stellite); đế xupáp ép nguội; ống dẫn hướng; lò xo xupáp lồng ngược chiều triệt tiêu cộng hưởng; đũa đẩy; đòn bẩy và con đội thủy lực tự động khử khe hở nhiệt.

                  SƠ ĐỒ PHÂN BỐ VÙNG NHIỆT VÀ CƠ CẤU PHỐI KHÍ XUPÁP TREO
                  
                                   BUỒNG CHÁY ĐỘNG CƠ

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình xây dựng khối kiến thức nền tảng dựa trên ba trụ cột kỹ thuật:

• Lý thuyết động lực học cơ cấu cơ khí: Mô hình hóa chuyển động phẳng của cơ cấu biến đổi chuyển động tịnh tiến – quay; giải thuật xác định các thành phần lực tiếp tuyến ($T$), lực pháp tuyến ($Z$), lực ngang ($N$) và phản lực trên các ổ đỡ trục khuỷu.
• Nguyên lý nhiệt – biến dạng cơ học: Đánh giá tương tác giữa ứng suất nhiệt và ứng suất cơ khí sinh ra do khí cháy tác động lên kết cấu đỉnh piston, má khuỷu, nấm xupáp; cơ chế hình thành khe hở nhiệt và các giải pháp bù trừ biến dạng hình học (thân piston ôvan, khe hở mài mòn má khuỷu).
• Cơ sở khoa học vật liệu và công nghệ chế tạo chi tiết máy: Cơ sở lựa chọn gang graphit tấm/gang cầu, hợp kim nhôm đúc, thép hợp kim rèn khuôn dập; cơ chế mài mòn ma sát tới hạn và giải pháp xử lý bề mặt bằng công nghệ tôi cao tần, mạ phủ hợp kim cứng Stellite.

Kỹ năng phát triển

Nội dung giáo trình trang bị cho người học hệ thống kỹ năng thực hành kỹ thuật chuyên sâu:

• Kỹ năng tính toán và đồ giải kỹ thuật: Khả năng triển khai đồ thị Briks, đồ thị Tolle, vẽ đồ thị véc-tơ phụ tải chốt khuỷu trên giấy bóng xoay và lập bảng tính phụ tải mài mòn 24 điểm trên chu vi chốt.
• Kỹ năng phân tích, đọc bản vẽ kết cấu: Năng lực phân tích sơ đồ nguyên lý, cấu tạo cơ khí chi tiết từ mặt cắt lắp ghép; bóc tách các đường dầu bôi trơn, đường nước làm mát và kết cấu cụm chi tiết máy động cơ đốt trong.
• Kỹ năng đánh giá và lựa chọn phương án thiết kế: Năng lực so sánh ưu – nhược điểm của các giải pháp kết cấu (như việc lựa chọn xupáp treo so với xupáp đặt, trục khuỷu nguyên so với trục khuỷu ghép, con đội cơ khí so với con đội thủy lực) nhằm đáp ứng các yêu cầu công nghệ và điều kiện làm việc cụ thể.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được biên soạn với phương pháp tiếp cận sư phạm tích hợp: kết hợp phân tích định lượng giải tích với mô tả trực quan kết cấu cơ khí. Mỗi chương nội dung đều bắt đầu bằng việc phân tích điều kiện làm việc, các yêu cầu kỹ thuật, sau đó dẫn xuất công thức giải tích hoặc phương pháp đồ giải, và kết thúc bằng việc phân loại chi tiết các giải pháp kết cấu đã được ứng dụng trong thực tế sản xuất công nghiệp.

       QUY TRÌNH HỌC TẬP VÀ ĐỒ GIẢI ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU THEO GIÁO TRÌNH
       
+------------------------+      +------------------------+      +------------------------+
| 1. ĐỒ THỊ CHỈ THỊ P-V  | ---> | 2. ĐỒ THỊ P-alpha      | ---> | 3. TÍNH LỰC TỔNG P1    |
| (Chu trình nhiệt động) |      | (Dùng đồ thị Briks)    |      | (P1 = Pkt + Pj)        |
+------------------------+      +------------------------+      +------------------------+
| 6. ĐỒ THỊ MÀI MÒN      | <--- | 5. ĐỒ THỊ VÉC TƠ       | <--- +------------------------+
| (Bảng tính 24 điểm Qi) |      | (Phụ tải chốt khuỷu)   |      | 4. THÀNH PHẦN T - Z - N|
+------------------------+      +------------------------+      +------------------------+

Về mặt bài tập và thực hành, giáo trình cung cấp phương pháp luận chuẩn xác cho các bài tập lớn môn học:

• Quy trình từng bước dựng đồ thị Briks và Tolle với các thông số tỷ lệ xích cụ thể ($\mu_\alpha, \mu_S, \mu_V, \mu_j$).
• Phương pháp lập bảng tính toán phụ tải tiếp tuyến $\Sigma T$ của động cơ nhiều xi lanh theo các bước góc quay trục khuỷu ($0^\circ \div 720^\circ$).
• Phương pháp đồ giải vector phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu và đầu to thanh truyền trên hệ tọa độ vuông góc $Z-T$.
• Phương pháp chia độ và lấy tích phân diện tích để xác định đường cong mài mòn thực tế của chốt khuỷu.

Phương pháp đánh giá học phần tương ứng với cấu trúc giáo trình thường bao gồm:

• Đánh giá quá trình: Kiểm tra kỹ năng giải bài tập động học, động lực học và hoàn thành đồ án môn học (thiết kế, tính toán kiểm nghiệm động cơ đốt trong).
• Đánh giá kết thúc học phần: Thi tự luận hoặc vấn đáp chuyên sâu về phân tích giải pháp kết cấu chi tiết máy và giải thích nguyên lý hoạt động của các hệ thống trao đổi khí, hệ thống phối khí.

Đối với người học, tài liệu định hướng phương pháp tự học thông qua việc tự vẽ lại các đồ thị mẫu, đối chiếu công thức giải tích với các bảng tính mẫu trong giáo trình (như Bảng tính thành phần lực $T, Z, N$ theo góc $\alpha$, Bảng tính $\Sigma T$, Bảng xác định vùng ảnh hưởng $\Sigma Q_i$).

---

Điểm nổi bật và cập nhật

Giáo trình hệ thống hóa đầy đủ các giải pháp kết cấu cơ khí kinh điển và các biến thể nâng cao của động cơ đốt trong:

• Phân loại toàn diện các kết cấu cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền đặc thù: Không chỉ dừng lại ở động cơ thẳng hàng đơn giản, giáo trình phân tích chi tiết động học và kết cấu của thanh truyền trung tâm dạng nạng, thanh truyền chính – phụ trên động cơ chữ V, thanh truyền hình sao trên động cơ bố trí nan hoa, cùng các kết cấu trục khuỷu ghép và trục khuỷu thiếu cổ.
• Tích hợp các giải pháp công nghệ hiện đại trong cơ cấu phối khí: Trình bày chi tiết nguyên lý vận hành của con đội thủy lực có khả năng tự động khử khe hở nhiệt và tự động thay đổi trị số thời gian – tiết diện theo tốc độ vòng quay; phân tích kết cấu 4 xupáp trên một xi lanh có hai trục cam OHC; phân tích cấu tạo xupáp nấm lồi rỗng ruột chứa Natri để tăng cường dẫn nhiệt làm mát trong động cơ cường hóa.
• Chuẩn hóa phương pháp đồ giải kỹ thuật: Hướng dẫn chi tiết kỹ thuật dựng hình đồ thị Briks và đồ thị Tolle, phương pháp dời gốc tọa độ véc-tơ phụ tải theo lực quán tính ly tâm $P_{R0}$, giúp người học nắm bắt bản chất cơ học của tải trọng tác dụng lên ổ trục mà không phụ thuộc hoàn toàn vào các phần mềm mô phỏng hộp đen.
• Gắn kết chặt chẽ giữa thiết kế hình học và công nghệ chế tạo: Tài liệu luôn chỉ rõ sự ràng buộc giữa hình dáng chi tiết với phương pháp gia công thực tế (như sự khác biệt giữa thanh truyền rèn tự do tiết diện tròn và thanh truyền rèn khuôn dập tiết diện chữ I; yêu cầu đúc má khuỷu tròn so với má khuỷu chữ nhật; yêu cầu hàn phủ hợp kim Stellite chịu mài mòn trên đế và đuôi xupáp).

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình được biên soạn phục vụ các nhóm đối tượng học thuật và kỹ thuật cụ thể:

• Sinh viên đại học: Sinh viên năm thứ 3 và năm thứ 4 theo học các chương trình kỹ sư, cử nhân kỹ thuật thuộc các ngành: Cơ khí Động lực, Kỹ thuật Ô tô, Máy tàu thủy, Cơ khí Giao thông, Máy xây dựng và Thiết bị nâng chuyển.
• Yêu cầu kiến thức nền tảng (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các học phần tiên quyết bao gồm: Toán cao cấp (giải tích vi tích phân), Cơ học lý thuyết (phần Động học và Động lực học), Sức bền vật liệu (tính toán ứng suất phẳng, ứng suất uốn – xoắn phức hợp), Nguyên lý – Chi tiết máy (thiết kế mối ghép, trục, ổ đỡ), Nhiệt động lực học kỹ thuật và Lý thuyết Động cơ đốt trong (chu trình công tác, đồ thị chỉ thị $P-V$).
• Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm giáo trình khung cho học phần Kết cấu Động cơ đốt trong (75 tiết lý thuyết và bài tập), làm tài liệu tham chiếu chuẩn để xây dựng đề cương đồ án môn học Tính toán thiết kế Động cơ đốt trong.
• Kỹ sư và cán bộ kỹ thuật: Tài liệu tra cứu hữu ích cho các kỹ sư hoạt động trong lĩnh vực thiết kế, chế tạo, thử nghiệm, kiểm định và bảo dưỡng sửa chữa động cơ đốt trong tại các nhà máy cơ khí, viện nghiên cứu ô tô máy động lực và các trung tâm đăng kiểm giao thông.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình phù hợp nhất với sinh viên năm thứ 3 và năm thứ 4 chuyên ngành Cơ khí Động lực, Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Tàu thủy, cùng các kỹ sư cơ khí làm việc trong lĩnh vực tính toán, thiết kế và chẩn đoán kỹ thuật động cơ đốt trong.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học cần có kiến thức vững chắc về Cơ học lý thuyết (đặc biệt là chuyển động phẳng và hệ quy chiếu động), Sức bền vật liệu (tính toán uốn, xoắn, mỏi), Dung sai – Lắp ghép kỹ thuật, Vật liệu học cơ khí, và Lý thuyết chu trình công tác động cơ đốt trong.

3. Điểm khác biệt với giáo trình khác?

Giáo trình trình bày phương pháp đồ giải động lực học rất chi tiết (đồ thị Briks, đồ thị Tolle, đồ thị mài mòn chốt khuỷu 24 điểm) kết hợp với việc phân tích chi tiết các kết cấu động cơ đặc chủng (thanh truyền hình sao, thanh truyền chính – phụ động cơ V, trục khuỷu thiếu cổ, hệ thống quét khí 2 kỳ và cơ cấu con đội thủy lực tự khử khe hở nhiệt).

4. Làm sao để tự học hiệu quả?

Người học nên kết hợp đọc lý thuyết với việc tự tay dựng lại toàn bộ chuỗi đồ thị: từ khai triển áp suất chỉ thị $P-V$ sang $P-\alpha$, vẽ đồ thị lực quán tính $P_j$, tổng hợp lực $T-Z-N$, lập bảng tính $\Sigma T$, và hoàn thành bài tập dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu theo các bảng số liệu mẫu trong giáo trình.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Giáo trình tích hợp sẵn hệ thống các bảng tính chuẩn hóa (Bảng phân bố thành phần lực $T, Z, N$, Bảng tính tổng $\Sigma T$ động cơ nhiều xi lanh, Bảng xác định vùng ảnh hưởng $\Sigma Q_i$) cùng các sơ đồ phân pha phối khí động cơ 2 kỳ, 4 kỳ và các bản vẽ cấu tạo chi tiết máy điển hình.

---

Kết luận

Giáo trình Môn học Kết cấu Động cơ Đốt trong của TS. Dương Việt Dũng là tài liệu học thuật cơ bản, cung cấp phương pháp luận phân tích động học, động lực học và hệ thống hóa kết cấu các cụm chi tiết máy động cơ đốt trong. Lộ trình học tập khuyến nghị là nắm vững phương pháp giải tích và đồ giải cơ cấu phát lực ở Phần 1 trước khi tiến hành phân tích sâu các phương án kết cấu, yêu cầu vật liệu và chế độ làm việc của từng chi tiết máy ở Phần 2. Để mở rộng kiến thức, người học có thể tham khảo thêm các tài liệu về Tính toán Động cơ đốt trong, Tiêu chuẩn thiết kế ô tô máy kéo và Sổ tay công nghệ chế tạo máy chuyên ngành.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ÂAÛI HOÜC ÂAÌ NÀÔNG TRÆÅÌNG ÂAÛI HOÜC BAÏCH KHOA KHOA CÅ KHÊ GIAO THÄNG GIAÏO TRÇNH MÄN HOÜC KÃÚT CÁÚU ÂÄÜNG CÅ ÂÄÚT TRONG Dùng cho sinh viên ngành Cơ khí Động lực Säú tiãút: 75 tiãút Biãn soaûn: TS.Dæång Viãût Duîng Đà Nẵng 2007 KÃÚT CÁÚU ÂÄÜNG CÅ Dæång Viãût Duîng _________________________________________________________________________ Pháön 1: ÂÄÜNG HOÜC, ÂÄÜNG LÆÛC HOÜC CÅ CÁÚU KHUYÍU TRUÛC THANH TRUYÃÖN ÂÄÜNG CÅ Muûc âêch: - Thiãút láûp quy luáût chuyãøn âäüng cuía piston vaì thanh truyãön trãn cå såí âaî biãút quy luáût chuyãøn âäüng cuía truûc khuyíu våïi giaí thiãút truûc quay våïi váûn täúc goïc ω = const. - Xaïc âënh caïc giaï trë vaì sæû thay âäøi caïc læûc xuáút hiãûn trong tæìng thaình pháön chuyãøn âäüng cuía cå cáúu khi âäüng cå laìm viãûc âãø laìm cå såí khaío saït læûc vaì mämen taïc duûng lãn cå cáúu phaït læûc naìy. YÏ nghéa: laì mäüt trong nhæîng cå såí chênh cho viãûc tênh toaïn thiãút kãú âäüng cå. 1 KÃÚT CÁÚU ÂÄÜNG CÅ Dæång Viãût Duîng _________________________________________________________________________ 1.ÂÄÜNG HOÜC Våïi giaí thiãút truûc khuyíu quay våïi váûn täúc goïc ω = const, thç goïc quay truûc khuyíu α tyí lãû thuáûn våïi thåìi gian, coìn táút caí caïc âaûi læåüng âäüng hoüc laì caïc haìm phuû thuäüc vaìo biãún säú α.Xaïc âënh qui luáût âäüng hoüc bàòng phæång phaïp giaíi têch - Âäü dëch chuyãøn cuía pittons x = R.(1 - cos2α)] - Váûn täúc dëch chuyãøn pittons V = R.Sin2α) - Gia täúc chuyãøn âäüng pittons j = Rω 2 .Xaïc âënh qui luáût âäüng hoüc bàòng phæång phaïp âäö thë a.Giaíi x bàòng âäö thë Brich Khi truûc khuyíu quay mäüt goïc α thç piston dëch chuyãøn mäüt khoaíng x so våïi vë trê ban âáöu (ÂCT).

Chuyãøn vë cuía piston trong xilanh âäüng cå tênh bàòng cäng thæïc sau: x = R.(1 - cos2α)] Âáy laì phæång trçnh chuyãøn âäüng cuía cå cáúu truûc khuyíu thanh tryãön, biãøu diãùn bàòng khoaíng træåüt cuía piston phuû thuäüc vaìo α,R( baïn kênh truûc khuyíu) - Veî næía voìng troìn tám O baïn kênh R.Choün tè lãû xêch sao cho âæåìng kênh AB cuía 1/2 voìng troìn bàòng âoaûn Vh/µV trãn âäö thë cäng. - Láúy vãö bãn phaíi tám O mäüt âiãøm O’ sao cho OO’ = (Rλ/2)µR. -Tæì O’ keí caïc tia æïng våïi caïc goïc O0, 100, 200,. Veî hãû truûc vuäng goïc S-α phêa dæåïi 1/2 voìng troìn.

Truûc O doïng tæì âiãøm A biãøu diãùn giaï trë α. Truûc OS biãøu diãùn giaï trë S.Choün tè lãû xêch : µα [âäü/mm], µS = µR[mm/mm] - Tæì caïc âiãøm chia trãn 1/2 voìng troìn Brich,ta keí caïc âæåìng thàóng song song våïi truûc Oα vaì tæì caïc âiãøm chia (coï goïc tæång æïng )trãn truûc Oα ta keí caïc âæåìng nàòm ngang. Caïc âæåìng naìy seî càõt nhau taûi caïc âiãøm 0,1,2,3,.Näúi caïc âiãøm naìy laûi ta coï âæåìng cong biãuí diãùn âäü dëch chuyãøn x theo x = f(α). α° µα=2° /mm → 180° → 160° → → 140° → → 120° → → 100° → → 80° → → → → → → → → 60° → → → → → 40° → → → → → 20° → → µS = 2,085 mm/mm → → → → 0° → 3,23 12,23 25,18 39,74 53,73 65,56 74,37 81,5 S Hçnh 1.

Âäö thë chuyãøn vë S = f(α) b.Giaíi váûn täúc v bàòng phæång phaïp âäö thë Theo giaíi têch váûn täúc v cuía piston xaïc âënh theo cäng thæïc: 2 KÃÚT CÁÚU ÂÄÜNG CÅ Dæång Viãût Duîng _________________________________________________________________________ V = R.Sin2α) Tæì trãn ta coï: V = R. Sin2α = V1+V2 Váûn täúc trung bçnh cuía piston âæåüc xaïc âënh theo cäng thæïc: S.n Vtb = 30 Trong âoï: S: haình trçnh cuía piston( m) ; S = 2.R; n:säú voìng quay truûc khuyíu(v/ph) Âäúi våïi âäüng cå diesel Vtb > 6,5 cuîng coï thãø xem laì âäüng cå cao täúc. Tyí säú Vmax/Vtb thæåìng vaìo khoaíng 1,6 V(m/s) µv=0,1455(m/s)/mm 180° 160 ° 140 ° 120 ° → → → → 100 ° → → → 80° → → 60° → → 40° → → 20° µS = 2,085 mm/mm → → 0° → → 3,23 12,23 25,18 39,74 53,73 65,56 74,37 81,5 S Hçnh 1.Giaíi gia täúc j bàòng âäö thë Tälã Theo giaíi têch gia täúc j cuía piston xaïc âënh theo cäng thæïc: µjmin=µjmax=434,85(m/s )/mm2 J max Hçnh A 1.3 Âäö thë gia täúc E j=f(S) B J (m/s ) 2 J min F Hçnh 1.3 Âäö thë gia täúc J=f(S) dv dv dα dv j= = .cos2α) dt dα dt dα 2. Â ÄÜNG LÆÛC HOÜC 2.Xaïc âënh caïc khäúi læåüng qui dáùn *Khäúi læåüng tham gia chuyãøn âäüng thàóng : Caïc chi tiãút maïy trong cå cáúu KTTT tham gia vaìo chuyãøn âäüng thàóng gäöm: 3 KÃÚT CÁÚU ÂÄÜNG CÅ Dæång Viãût Duîng _________________________________________________________________________ - Caïc chi tiãút trong nhoïm piston - Thaình pháön khäúi læåüng nhoïm thanh truyãön âæåüc quy dáùn vãö âáöu nhoí thanh truyãön.

- Trong quaï trçnh tênh toaïn, xáy dæûng caïc âäö thë læûc taïc duûng âæåüc tiãûn låüi, ngæåìi ta thæåìng tênh toaïn læûc quaïn tênh trãn mäüt âån vë diãûn têch âènh piston (âãø cuìng thæï nguyãn våïi aïp suáút täøng buäöng chaïy âäüng cå) m = mnp + m1 [kg/m2] mnp [kg/m2] - khäúi læåüng nhoïm piston; m1[kg/m2]- khäúi læåüng thanh truyãön qui vãö âáöu nhoí thanh truyãön; mtt [kg/m2] khäúi læåüng thanh truyãön. Qui khäúi læåüng chuyãøn âäüng tënh tiãún tênh trãn âån vë diãûn têch âènh piston: Diãûn têch âènh pittäng : πD 2 S pt = [m2] 4 2. Xaïc âënh læûc quaïn tênh chuyãøn âäüng thàóng PJ = -mJ = -mRω2(cosα + λcos2α) PJ = pj1 + pj2 Våïi: pj1 = -m.cosα - laì læûc quaïn tênh cáúp 1, coï chu kyì 1 voìng quay truûc khuyíu.cos2α - laì læûc quaïn tênh cáúp 2, coï chu kyì 1/2 voìng quay truûc khuyíu - Læûc quaïn tênh chuyãøn âäüng thàóng luän taïc duûng theo âæåìng tám xilanh âäüng cå, coï âäü låïn vaì chiãöu thay âäøi theo goïc α. Dáúu cuía læûc quaïn tênh pj1 vaì pj2 âæåüc xaïc âënh nhåì voìng troìn xeït dáúu + Xeït dáúu læûc quaïn tênh cáúp I, cáúp II : Qui æåïc: læûc quaïn tênh coï chiãöu hæåïng vaìo tám chäút khuyíu seî coï giaï trë dæång vaì ngæåüc laûi 2.

Xaïc âënh læûc quaïn tênh chuyãøn âäüng quay: Pk = m2 Rω2 [MN/m2] 2.Khai triãøn caïc âäö thë Khai triãøn âäö thë P-V thaình P-α : 4 KÃÚT CÁÚU ÂÄÜNG CÅ Dæång Viãût Duîng _________________________________________________________________________ Sæí duûng âäö thë Brich âãø khai triãøn âäö thë P-V thaình âäö thë P-α. Khi chuyãøn sang âäö thë PJ-α âäøi dáúu PJ laûi. Cäüng âäö thë Pkt-α vaì âäö thë P-α ta âæåüc: P1-α P1 = Pkt + PJ 7 6. Âäö thë khai triãøn Pkt,Pj,P1 Láûp baíng âãø tênh caïc læûc taïc duûng lãn chäút khuyíu : T = P1sin(α+β)/cosβ Z = P1cos(α+β)/cosβ N = P1tgβ Baíng 2.Biãøu diãùn thaình pháön læûc theo α: N= f(α), Z= f(α), T= f(α) α0 P1 Sin(α+β)/cosβ T Cos(α+β)/cosβ Z Tgβ N 0 720 T,Z,N 2 (MN/m ) 4 3 T Z N 2 1 0 0° 20° 40° 60° 80° 100° 120° 140° 160° 180° 200° 220° 240° 260° 280° 300° 320° 340° 360° 380° 400° 420° 440° 460° 480° 500° 520° 540° 560° 580° 600° 620° 640° 660° 680° 700° 720° α° -1 -2 Hçnh2.5 :Âäö thë T- Z-N 5 KÃÚT CÁÚU ÂÄÜNG CÅ Dæång Viãût Duîng _________________________________________________________________________ 3.

TÊNH TÄØNG T TRONG ÂÄÜNG CÅ NHIÃÖU XI LANH PHÁN BÄÚ THÀÓNG HAÌNG - Xaïc âënh thæï tæû laìm viãûc cuía âäüng cå - Xaïc âënh goïc lãûch cäng taïc cuía caïc xi lanh - Láûp baíng xaïc thæï tæû laìm viãûc cuía caïc xi lanh - xaïc âënh læûc T nhæ åí âäüng cå 1 xi lanh - Láûp baíng âãø tênh caïc giaï trë Ti åí tæìng xi lanh. - Tênh täøng T: ΣT = T1 + T2 + T3 + T4 Baíng 2.Baíng tênh täøng T α1 T1 α2 T2 α3 T3 α4 T4 ΣT 0 7200 ΣT 2 (MN/m ) 3 2 ΣTtb 1 0 0° 20° 40° 60° 80 ° 100° 120° 140° 160° 180° 200° 220° 240° 260° 280° 300° 320° 340° 360° 380° 400° 420° 440° 460° 480° 500° 520° 540° 560° 580° 600° 620° 640° 660° 680° 700° 720° α° -1 -2 Hçnh 2. Âäö thë täøng T Tênh giaï trë ΣTtb. Dæûa theo cäng thæïc : 30 N i10−3 ΣTtb = [ MN / m 2 ] πRFpϕ d Veî âäö thë phuû taíi taïc duûng lãn chäút khuyíu : 10 0 710 20 700 520 500 540 30 560 690 580 160 480 140 200 180 600 220 470 40 240 340 330 120 680 460 320 50 260 670 450 310 270 60 280290 300 660 440 T 70 650 O 430 14 13 11 10 420 R 0 15 9 410 P 16 8 17 O' 7 400 18 6 19 5 20 4 390 21 3 22 23 0 1 2 360 380 370 6 Z Hçnh 2.Âäö thë phuû taíi taïc duûng lãn chäút khuyíu KÃÚT CÁÚU ÂÄÜNG CÅ Dæång Viãût Duîng _________________________________________________________________________ Veî hãû truûc toüa âäü vuäng goïc Z-T.Truûc Z coï chiãöu dæång hæåïng xuäúng dæåïi Âàût caïc giaï trë T,Z lãn hãû truûc T-Z, æïng våïi mäùi càûp ta coï mäüt âiãøm, âaïnh säú 0,1,2,.

Näúi caïc âiãøm âoï laûi ta coï âäö thë veïc tå phuû taíi taïc duûng lãn chäút khuyíu. Dëch gäúc toüa âäü xuäúng mäüt âoaûn bàòng giaï trë læûc quaïn tênh ly tám : PR0 = -m2Rω2 [MN/m2] Lực quán tính ly tâm do khối lượng thanh truyền quy về đầu to Âáy chênh laì tám chäút khuyíu 01. Xaïc âënh phæång chiãöu vaì âiãøm âàût læûc Giaï trë cuía læûc laì veïctå tênh tæì gäúc 01 âãún mäüt vë trê báút kyì maì ta cáön; Chiãöu cuía læûc laì tæì tám ra ngoaìi; Âiãøm âàût nàòm trãn phæång keïo daìi cuía veïctå vaì càõt voìng troìn tæåüng træng cho chäút khuyíu. Khai triãøn âäö thë veïctå phuû taíi Z-T thaình âäö thë Q-α : Veî hãû truûc toüa âäü Q-α, choün tè lãû xêch µQ = 0,05[âäü/mm]vaì µQ=µT=µZ Trãn caïc âiãøm chia cuía truûc O-α ta láön læåüt âàût caïc veïctå tæång æïng våïi caïc goïc.

Chàóng haûn 100,200,. Näúi caïc âáöu muït veïctå laûi ta coï âäö thë khai triãøn Q=f(α). Láûp baíng âãø veî Q=f(α).Baíng tênh Qtb α0 Q α0 Q α0 Q α0 Q 0 180 540 720 Xaïc âënh Qmax, Qtb, Qmin Qtb 2 (MN/m ) 2 4 3 2 Qtb 1 0 0° 20° 40° 60° 80 ° 100° 120° 140° 160° 180° 200° 220° 240° 260° 280° 300° 320° 340° 360° 380° 400° 420° 440° 460° 480° 500° 520° 540° 560° 580° 600° 620° 640° 660° 680° 700° 720° α° Hçnh 2.Âäö thë khai triãøn cuía veïctå phuû taíi taïc dung trãn chäút khuyíu Veî âäö thë phuû taíi taïc duûng trãn âáöu to thanh truyãön : 7 KÃÚT CÁÚU ÂÄÜNG CÅ Dæång Viãût Duîng _________________________________________________________________________ Duìng mäüt tåì giáúy boïng, trãn tåì giáúy boïng coï caïc âiãøm chia æïng våïi caïc goïc (α+β) âäü. Sau âoï âàût tåì giáúy boïng lãn âäö thë vectå phuû taíi taïc duûng trãn chäút khuyíu.

Ta tiãún haình xoay tåì giáúy boïng ngæåüc chiãöu kim âäöng häö æïng våïi goïc α dæåïê tåì giáúy boïng thç coï goïc (α+β) trãn tåì giáúy boïng, cæï mäùi láön xoay nhæ váûy ta âaïnh dáúu caïc âiãøm trãn tåì giáúy boïng. Sau âoï ta näúi caïc âiãøm laûi ta âæåüc âäö thë phuû taíi taïc duûng lãn âáöu to thanh truyãön.