Giáo Trình Kết Cấu Động Cơ: Tìm Hiểu Chi Tiết

Giáo trình nghiên cứu kết cấu động cơ, trình bày lý thuyết rõ ràng, minh họa ví dụ thực tế, phù hợp sinh viên ., phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Cơ Khí
• Đề tài: Hướng Dẫn Chi Tiết Về Kết Cấu Động Cơ
• Loại tài liệu: bài luận
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. PHẦN 1: ÂÄÜNG HOÜC, ÂÄÜNG LÆÛC HOÜC CÅ CÁÚU KHUYÍU TRUÛC THANH TRUYÃÖN ÂÄÜNG CÅ
• 1.1. Muục đích
• 1.2. ÂÄÜNG HOÜC
• 1.3. Â ÄÜNG LÆÛC HOÜC
• 2. PHẦN II. KÃÚT CÁÚU CHI TIÃÚT VAÌ CUÛM CHI TIÃÚT CHÊNH TRONG ÂÄÜNG CÅ ÂÄÚT TRONG
• 2.1. ÂIÃÖU KIÃÛN LAÌM VIÃÛC VAÌ VÁÛT LIÃÛU CHÃÚ TAÛO PISTON
• 2.1.1. Âiãöu kiãûn laìm viãûc cuía Piston
• 2.1.2. Váût liãûu chãú taûo Piston
• 2.2. KÃÚT CÁÚU PITTONS
• 2.2.1. Kãút cáúu cuía âènh Piston
• 2.2.2. Kãút cáúu cuía âáöu Piston
• 2.2.3. Kãút cáúu cuía thán Piston
• 2.3. Âiãöu kiãûn laìm viãûc vaì váût liãûu chãú taûo xeïcmàng
• 2.3.1. Âiãöu kiãûn laìm viãûc
• 2.3.2. Váût liãûu chãú taûo xeïcmàng
• 2.4. Kãút cáúu cuía xeïcmàng
• 2.4.1. Kãút cáúu xeïcmàng khê
• 2.4.2. Kãút cáúu xeïcmàng dáöu
• 2.5. Xeïc màng dáöu
• 2.6. Mäüt säú daûng xeïc màng khê, dáöu trong âäüng cå

Tóm tắt

I. Hướng Dẫn Chi Tiết Về Kết Cấu Động Cơ Tổng Quan

Kết cấu động cơ là một trong những yếu tố quan trọng quyết định hiệu suất và độ bền của động cơ. Động cơ được thiết kế với nhiều bộ phận khác nhau, mỗi bộ phận có vai trò riêng trong quá trình hoạt động. Việc hiểu rõ về cấu trúc động cơ giúp người dùng có thể bảo trì và sửa chữa hiệu quả hơn. Động cơ có thể được phân loại thành nhiều loại khác nhau như động cơ xăng, động cơ diesel và động cơ điện. Mỗi loại động cơ có những đặc điểm và nguyên lý hoạt động riêng.

1.1. Các Bộ Phận Chính Của Động Cơ

Động cơ bao gồm nhiều bộ phận như piston, thanh truyền, trục khuỷu và các bộ phận khác. Mỗi bộ phận này có vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng từ nhiên liệu thành cơ năng. Piston là bộ phận chính trong quá trình nén và đốt cháy nhiên liệu, trong khi thanh truyền kết nối piston với trục khuỷu.

1.2. Nguyên Lý Hoạt Động Của Động Cơ

Nguyên lý hoạt động của động cơ dựa trên chu trình nén và đốt cháy nhiên liệu. Khi nhiên liệu được nén trong xilanh, áp suất tăng lên và dẫn đến việc đốt cháy nhiên liệu. Quá trình này tạo ra lực đẩy piston, từ đó chuyển động này được truyền đến trục khuỷu, tạo ra chuyển động quay.

II. Vấn Đề Thách Thức Trong Kết Cấu Động Cơ

Mặc dù động cơ có thiết kế tinh vi, nhưng vẫn gặp phải nhiều thách thức trong quá trình hoạt động. Các vấn đề như hao mòn, quá nhiệt và hiệu suất không ổn định có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của động cơ. Việc bảo trì định kỳ và sử dụng nhiên liệu chất lượng cao là rất cần thiết để giảm thiểu các vấn đề này.

2.1. Hao Mòn Và Bảo Trì Động Cơ

Hao mòn là một trong những vấn đề lớn nhất mà động cơ phải đối mặt. Các bộ phận như piston và thanh truyền có thể bị mài mòn theo thời gian, dẫn đến hiệu suất giảm. Việc bảo trì định kỳ giúp phát hiện sớm các dấu hiệu hao mòn và thay thế kịp thời.

2.2. Quá Nhiệt Trong Động Cơ

Quá nhiệt có thể gây ra hư hỏng nghiêm trọng cho động cơ. Hệ thống làm mát cần được kiểm tra thường xuyên để đảm bảo rằng động cơ không bị quá nhiệt. Việc sử dụng chất lỏng làm mát chất lượng cao cũng rất quan trọng.

III. Phương Pháp Tối Ưu Hóa Hiệu Suất Động Cơ

Để tối ưu hóa hiệu suất động cơ, cần áp dụng các phương pháp như điều chỉnh tỷ lệ nén, cải thiện hệ thống làm mát và sử dụng nhiên liệu chất lượng cao. Những cải tiến này không chỉ giúp tăng hiệu suất mà còn giảm thiểu khí thải độc hại.

3.1. Điều Chỉnh Tỷ Lệ Nén

Tỷ lệ nén cao giúp tăng hiệu suất động cơ. Tuy nhiên, cần phải cân nhắc để tránh hiện tượng kích nổ. Việc điều chỉnh tỷ lệ nén cần được thực hiện bởi các chuyên gia có kinh nghiệm.

3.2. Cải Thiện Hệ Thống Làm Mát

Hệ thống làm mát hiệu quả giúp duy trì nhiệt độ hoạt động ổn định cho động cơ. Việc sử dụng các bộ tản nhiệt chất lượng cao và kiểm tra định kỳ là rất cần thiết để đảm bảo hệ thống làm mát hoạt động tốt.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Kết Cấu Động Cơ

Kết cấu động cơ không chỉ có ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô mà còn trong nhiều lĩnh vực khác như hàng không, hàng hải và máy móc công nghiệp. Việc hiểu rõ về cấu trúc động cơ giúp cải thiện thiết kế và nâng cao hiệu suất hoạt động.

4.1. Ứng Dụng Trong Ngành Ô Tô

Trong ngành ô tô, động cơ là trái tim của mỗi chiếc xe. Việc tối ưu hóa kết cấu động cơ giúp tăng cường hiệu suất và giảm thiểu khí thải. Các nhà sản xuất ô tô đang ngày càng chú trọng đến việc phát triển động cơ tiết kiệm nhiên liệu.

4.2. Ứng Dụng Trong Ngành Hàng Không

Động cơ máy bay cần có thiết kế đặc biệt để chịu được áp lực và nhiệt độ cao. Việc nghiên cứu và phát triển động cơ hàng không giúp nâng cao hiệu suất bay và tiết kiệm nhiên liệu.

V. Kết Luận Về Tương Lai Của Kết Cấu Động Cơ

Tương lai của kết cấu động cơ hứa hẹn sẽ có nhiều cải tiến với sự phát triển của công nghệ. Các động cơ điện và động cơ hybrid đang trở thành xu hướng mới, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tiết kiệm năng lượng. Việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới sẽ tiếp tục là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghiệp động cơ.

5.1. Xu Hướng Động Cơ Điện

Động cơ điện đang trở thành lựa chọn phổ biến trong ngành ô tô. Với sự phát triển của công nghệ pin, động cơ điện hứa hẹn sẽ mang lại hiệu suất cao và giảm thiểu khí thải.

5.2. Tương Lai Của Động Cơ Hybrid

Động cơ hybrid kết hợp giữa động cơ xăng và động cơ điện, giúp tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu. Xu hướng này đang được nhiều nhà sản xuất ô tô áp dụng để đáp ứng nhu cầu của thị trường.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Kết cấu động cơ do tác giả Dương Việt Dũng biên soạn là tài liệu giảng dạy chuyên ngành dành cho sinh viên thuộc các khối ngành Kỹ thuật Cơ khí Động lực, Kỹ thuật Ô tô và Kỹ thuật Máy động lực. Trong chương trình đào tạo đại học, học phần Kết cấu động cơ giữ vai trò chuyển tiếp quan trọng giữa các môn học cơ sở kỹ thuật (như Nguyên lý máy, Chi tiết máy, Sức bền vật liệu, Nhiệt động lực học) với các môn học chuyên môn sâu về tính toán thiết kế và bảo dưỡng động cơ đốt trong.

Về mục tiêu học tập (learning outcomes), giáo trình trang bị cho người học:

• Phương pháp thiết lập quy luật chuyển động của piston và thanh truyền dựa trên quy luật chuyển động của trục khuỷu với vận tốc góc giả định $\omega = \text{const}$.
• Phương pháp xác định giá trị và sự biến thiên của các lực, mô-men tác dụng lên các chi tiết của cơ cấu phát lực trong quá trình làm việc.
• Cơ sở khoa học để đánh giá điều kiện làm việc, trạng thái ứng suất, mài mòn, truyền nhiệt và biến dạng nhiệt nhằm lựa chọn vật liệu và phương án kết cấu tối ưu cho từng cụm chi tiết máy.

Cấu trúc giáo trình được phân định thành hai phần lớn:

1. Phần 1: Động học, Động lực học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ: Trình bày hệ thống công thức giải tích và các phương pháp dựng đồ thị động học, động lực học.
2. Phần 2: Kết cấu chi tiết và cụm chi tiết chính trong động cơ đốt trong: Khảo sát điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo và phân tích đặc điểm kết cấu của nhóm piston, nhóm thanh truyền, trục khuỷu - bánh đà và cơ cấu phối khí.

Điểm đặc trưng trong cách tiếp cận của tác giả là sự kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết giải tích và các phương pháp đồ thị truyền thống (đồ thị Brich, đồ thị Tolle, đồ thị véc-tơ phụ tải...), giúp người học trực quan hóa quy luật lực và ứng suất phục vụ trực tiếp cho tính toán thiết kế.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

1. Động học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

• Mục tiêu: Xác định các quy luật chuyển vị ($x$), vận tốc ($V$) và gia tốc ($j$) của piston theo góc quay trục khuỷu $\alpha$ và thông số kết cấu $\lambda = R/L$ (với $R$ là bán kính trục khuỷu, $L$ là chiều dài thanh truyền).
• Phương pháp giải tích:
  • Dịch chuyển piston: $x = R \left( (1 - \cos\alpha) + \frac{\lambda}{4}(1 - \cos 2\alpha) \right)$
  • Vận tốc piston: $V = R\omega \left( \sin\alpha + \frac{\lambda}{2}\sin 2\alpha \right) = V_1 + V_2$
  • Vận tốc trung bình: $V_{tb} = \frac{S \cdot n}{30}$ (với $S = 2R$ là hành trình piston, $n$ là số vòng quay trục khuỷu). Tiêu chuẩn động cơ diesel cao tốc khi $V_{tb} > 6{,}5 \text{ m/s}$, tỷ số $V_{max}/V_{tb} \approx 1{,}6$.
  • Gia tốc piston: $j = R\omega^2 (\cos\alpha + \lambda\cos 2\alpha)$
• Phương pháp đồ thị: Dựng dịch chuyển bằng đồ thị Brich (vẽ nửa đường tròn tâm $O$, dời tâm $O'$ một khoảng $OO' = \frac{R\lambda}{2}\mu_R$), dựng gia tốc bằng đồ thị Tolle (Tälã) $j = f(S)$.

2. Động lực học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

• Quy dẫn khối lượng:
  • Khối lượng chuyển động tịnh tiến: $m = m_{np} + m_1$ [$\text{kg/m}^2$] tính trên một đơn vị diện tích đỉnh piston ($S_{pt} = \frac{\pi D^2}{4}$), trong đó $m_{np}$ là khối lượng nhóm piston, $m_1$ là khối lượng thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ.
  • Khối lượng chuyển động quay: $m_2$ quy dẫn về chốt khuỷu.
• Xác định các thành phần lực:
  • Lực quán tính chuyển động thẳng: $P_j = -mj = -mR\omega^2(\cos\alpha + \lambda\cos 2\alpha) = p_{j1} + p_{j2}$ (gồm lực quán tính cấp 1 chu kỳ 1 vòng quay và cấp 2 chu kỳ $1/2$ vòng quay).
  • Lực quán tính ly tâm: $P_k = m_2 R \omega^2$.
  • Khai triển đồ thị công $P-V$ sang đồ thị $P-\alpha$, tổng hợp lực tác dụng $P_1 = P_{kt} + P_j$.
  • Phân tích lực tác dụng lên cơ cấu: Lực tiếp tuyến $T = P_1 \frac{\sin(\alpha+\beta)}{\cos\beta}$, lực pháp tuyến $Z = P_1 \frac{\cos(\alpha+\beta)}{\cos\beta}$, lực ngang $N = P_1 \tan\beta$.
• Khảo sát động cơ nhiều xi lanh: Tính tổng lực tiếp tuyến $\Sigma T = T_1 + T_2 + T_3 + T_4$ và giá trị trung bình $\Sigma T_{tb} = \frac{30 N_i 10^{-3}}{\pi R F_p \phi_d} \text{ [MN/m}^2\text{]}$.
• Phụ tải và mài mòn: Dựng biểu đồ véc-tơ phụ tải chốt khuỷu trên hệ trục $Z-T$ (gốc dời một đoạn lực ly tâm $P_{R0} = -m_2 R \omega^2$), khai triển sang đồ thị $Q-\alpha$, chuyển đổi vẽ phụ tải đầu to thanh truyền bằng góc xoay $(\alpha+\beta)$, và lập bảng xác định diện tích mài mòn chốt khuỷu qua 24 điểm chia.

3. Kết cấu nhóm Piston, Xéc măng và Chốt piston

• Điều kiện làm việc & Vật liệu: Piston chịu tải trọng cơ học (áp suất khí cháy va đập lớn), tải trọng nhiệt (nhiệt độ tiếp xúc khí cháy $2300 \div 2800\text{ K}$), ma sát mài mòn do lực ngang $N$ và ăn mòn hóa học. Vật liệu chế tạo tối ưu là hợp kim nhôm (khối lượng riêng nhỏ, dẫn nhiệt tốt). Xéc măng làm bằng gang hợp kim có cấu trúc graphit tự bôi trơn; chốt piston làm bằng thép hợp kim dạng trụ rỗng.
• Đặc điểm kết cấu:
  • Đỉnh piston: Đỉnh bằng (diện tích chịu nhiệt nhỏ, dễ chế tạo), đỉnh lồi (độ cứng vững cao, giảm khối lượng), đỉnh lõm (tạo xoáy lốc hòa trộn khí).
  • Đầu piston: Bố trí 3–5 rãnh xéc măng khí, 1–3 rãnh xéc măng dầu.
  • Thân piston: Dẫn hướng, chịu lực ngang $N$. Thân được tiện dạng ô-van hoặc vát ở hai đầu bệ chốt để bù trừ biến dạng nhiệt và lực ép ngang, tránh bó kẹt xi lanh. Vị trí bệ chốt đặt lệch lên trên: $h_{chot} = (0{,}6 \div 0{,}7) H_{than}$.
  • Xéc măng: Gồm xéc măng khí (tiết diện chữ nhật, hình thang, vát mép) và xéc măng dầu (hình thang, lưỡi dao, tổ hợp); phân loại theo phân bố áp suất gồm xéc măng đẳng áp và không đẳng áp.

4. Kết cấu nhóm Thanh truyền

• Nhiệm vụ & Vật liệu: Truyền lực từ piston đến trục khuỷu, biến chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay. Chịu lực khí thể và lực quán tính. Chế tạo bằng thép cacbon hoặc thép hợp kim.
• Cấu tạo 3 phần:
  • Đầu nhỏ thanh truyền: Dạng trụ mỏng (động cơ ô tô) hoặc dạng cung tròn đồng tâm/ô-van (động cơ lớn). Bôi trơn bạc lót bằng vung tóe hoặc dẫn dầu áp lực qua lỗ khoan dọc thân ($\varnothing 4 \div 8\text{ mm}$).
  • Thân thanh truyền: Tiết diện tròn (động cơ tĩnh tại, tàu thủy tốc độ thấp, rèn tự do), tiết diện chữ I (động cơ ô tô, máy kéo, cao tốc rèn khuôn), tiết diện chữ H, hình chữ nhật hoặc ô-van. Chiều rộng thân tăng dần từ đầu nhỏ đến đầu to theo quy luật phân bố lực quán tính dạng tam giác.
  • Đầu to thanh truyền: Gồm nắp đầu to, bu-lông và bạc lót; yêu cầu độ cứng vững cao và bán kính chuyển tiếp lớn để giảm ứng suất tập trung.
• Các dạng thanh truyền đặc biệt: Thanh truyền lắp kế tiếp, thanh truyền trung tâm (hình nạng), thanh truyền chính - phụ (cho động cơ chữ V và động cơ hình sao).

5. Kết cấu Trục khuỷu, Bạc lót và Bánh đà

• Trục khuỷu: Gồm đầu trục (lắp bánh răng dẫn động bơm dầu, bơm nước, puly, bộ giảm chấn dao động xoắn), khuỷu trục (cổ trục, má khuỷu dạng tròn/chữ nhật/ô-van, chốt khuỷu rỗng chứa dầu và giảm quán tính quay, đối trọng để cân bằng lực quán tính ly tâm và giảm ứng suất uốn cho cổ trục giữa), và đuôi trục (mặt bích lắp bánh đà, vành chắn dầu).
• Phân loại kết cấu: Trục khuỷu nguyên, trục khuỷu ghép (dùng cho động cơ cỡ lớn tàu thủy hoặc cỡ nhỏ vòng tua cao), trục khuỷu thiếu cổ, trục khuỷu động cơ chữ V.
• Bánh đà: Tích trữ năng lượng cho các kỳ không sinh công, khắc phục điểm chết, hỗ trợ khởi động và đánh dấu góc pha phối khí ($\text{ĐCT}, \text{ĐCD}$, góc phun sớm/đánh lửa sớm). Kết cấu gồm 3 dạng: dạng đĩa (vòng tua cao, nhiều xi lanh), dạng chậu, dạng vành.

6. Kết cấu Cơ cấu phối khí

• Động cơ 2 kỳ (Hệ thống quét thải khí): Khảo sát các chu trình quét vòng (quét ngang song song, quét lệch tâm $30^\circ$, quét một bên nghiêng $15^\circ$, quét phức tạp có 2 tầng cửa và van một chiều) và quét thẳng (quét qua xupap thải, piston đối đỉnh).
• Động cơ 4 kỳ (Cơ cấu Cam - Xupap):
  • Bố trí: Xupap đặt và xupap treo (buồng cháy gọn, diện tích truyền nhiệt nhỏ, nâng cao tỷ số nén). Bố trí 2 hoặc 4 xupap trên một xi lanh.
  • Dẫn động trục cam: Bánh răng nghiêng/côn, bộ truyền xích; dẫn động trực tiếp (OHC/DOHC) hoặc gián tiếp qua con đội - đũa đẩy - đòn bẩy.
  • Chi tiết cơ cấu: Nấm xupap (mặt côn góc nghiêng $15^\circ \div 45^\circ$, dạng bằng, lồi, lõm), ống dẫn hướng, đế xupap, lò xo xupap (bố trí 1–3 lò xo lồng nhau ngược chiều xoắn để chống cộng hưởng và tránh rơi xupap khi gãy), con đội (hình nấm, con lăn, con đội thủy lực tự khử khe hở nhiệt và tự biến thiên thời gian - tiết diện lưu thông), đũa đẩy và đòn bẩy (tỷ số truyền cánh tay đòn $l_{xp}/l_c = 1{,}2 \div 1{,}8$ nhằm giảm hành trình con đội).

---

Kiến thức nền tảng được xây dựng

1. Cơ học giải tích và Động lực học hệ nhiều vật: Xây dựng mô hình toán học giải tích chuyển vị, vận tốc, gia tốc và phương pháp quy dẫn hệ khối lượng phân bố phức tạp về các điểm tập trung trên cơ cấu phẳng.
2. Nguyên lý cân bằng động cơ đốt trong: Cơ sở lý thuyết về sự triệt tiêu hoặc phát sinh của các lực quán tính cấp 1, cấp 2, lực quán tính ly tâm và các mô-men lật tác dụng lên thân máy, nền móng.
3. Cơ sở truyền nhiệt và biến dạng nhiệt cơ khí: Bản chất biến dạng không đều của piston, xilanh và xupap dưới gradient nhiệt độ cao, làm nền tảng cho việc thiết kế khe hở công nghệ, hình dạng hình học bù trừ (thân ô-van, mặt côn xupap).
4. Khoa học vật liệu chuyên ngành động lực: Cơ sở đánh giá cơ tính, tính chịu nhiệt, hệ số giãn nở dài, khả năng chống ma sát mài mòn của hợp kim nhôm, gang hợp kim graphit tấm/cầu và thép hợp kim định hình.

---

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng tính toán cơ học ứng dụng: Thiết lập bảng tính toán số học cho các thông số động lực học biến thiên theo góc quay trục khuỷu ($0^\circ \div 720^\circ$).
• Kỹ năng dựng hình và phân tích đồ thị kỹ thuật: Kỹ năng xây dựng đồ thị Brich, Tolle, chuyển đổi đồ thị công $P-V$ sang $P-\alpha$, dựng biểu đồ véc-tơ phụ tải chốt khuỷu $Z-T$ và đồ thị mài mòn theo chu vi ngõng trục.
• Kỹ năng phân tích kết cấu và chẩn đoán hư hỏng: Đánh giá được ưu - nhược điểm của các giải pháp kết cấu cụ thể (như xupap treo so với xupap đặt, trục khuỷu nguyên so với trục khuỷu ghép, con đội cơ khí so với con đội thủy lực).

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình định hướng quy trình giảng dạy kết hợp giữa truyền đạt lý thuyết nguyên lý và hướng dẫn bài tập tính toán thiết kế chi tiết:

• Tiếp cận sư phạm: Đi từ việc mô hình hóa chuyển động thuần túy của các thanh liên kết, chuyển sang phân tích lực động năng - áp suất môi chất, sau đó cụ thể hóa thành hình dáng hình học, kích thước dung sai và vật liệu của các chi tiết thực tế.
• Thực hành bài tập và đồ án: Tài liệu cung cấp các bảng biểu mẫu chuẩn hóa (Bảng tính $T, Z, N$ theo góc $\alpha$; Bảng tính $\Sigma T$ động cơ nhiều xi lanh; Bảng tính mài mòn 24 điểm chia). Đây là dữ liệu thực hành trực tiếp cho học phần Đồ án Động cơ đốt trong.
• Phương pháp đánh giá:
  • Đánh giá định kỳ qua bài tập lớn: Hoàn thành bảng tính toán động lực học và bản vẽ đồ thị véc-tơ lực.
  • Đánh giá kết thúc học phần: Thi tự luận kiểm tra khả năng phân tích sơ đồ kết cấu, giải thích nguyên lý làm việc và tính toán thông số cơ bản của cụm chi tiết.
• Hướng dẫn tự học: Sinh viên thực hiện tuần tự các bước: lập trình bảng tính toán số học trên phần mềm máy tính $\rightarrow$ đối chiếu với kết quả dựng hình đồ thị $\rightarrow$ phân tích mặt cắt chi tiết trong các bản vẽ lắp.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

1. Chuẩn hóa phương pháp tính toán đồ thị động lực học cổ điển: Giáo trình trình bày mạch lạc quy trình dựng đồ thị Brich xác định chuyển vị, đồ thị Tolle xác định gia tốc, và phương pháp chuyển hệ tọa độ véc-tơ lực chốt khuỷu sang phụ tải đầu to thanh truyền bằng góc quay $(\alpha+\beta)$.
2. Khảo sát chuyên sâu kết cấu cơ cấu phối khí hiện đại: Phân tích chi tiết nguyên lý làm việc của con đội thủy lực tự động triệt tiêu khe hở nhiệt và tự điều chỉnh thời gian - tiết diện nạp theo tốc độ động cơ; cơ cấu xupap rỗng chứa natri làm mát xupap thải cho động cơ tăng áp cao tốc.
3. Bao quát toàn diện các cấu hình quét khí động cơ 2 kỳ: Trình bày phân loại từ quét vòng đặt ngang (song song, lệch tâm, phức tạp), quét vòng đặt một bên đến quét thẳng qua xupap hoặc piston đối đỉnh.
4. Phân tích cơ chế biến dạng nhiệt và giải pháp kết cấu bù trừ: Giải thích cơ sở hình học của việc gia công piston hình ô-van, vị trí đặt bệ chốt lệch tâm $h_{chot} = (0{,}6 \div 0{,}7) H_{than}$ nhằm cân bằng mô-men ma sát xoay và giảm tiếng gõ piston vào thành xi lanh.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên đại học: Sinh viên năm thứ 3 và năm thứ 4 chuyên ngành Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ khí Động lực, Kỹ thuật Giao thông, Máy tàu thủy.
• Học viên cao học & Kỹ sư: Học viên sau đại học ngành Kỹ thuật Động lực; kỹ sư thiết kế cơ khí ô tô, kỹ sư thử nghiệm và bảo dưỡng động cơ sử dụng làm tài liệu tra cứu các công thức động lực học và thông số kết cấu.
• Điều kiện tiên quyết: Người học cần hoàn thành các học phần: Toán cao cấp (Giải tích), Cơ học lý thuyết, Sức bền vật liệu, Nguyên lý máy - Chi tiết máy, Nhiệt động lực học kỹ thuật và Nguyên lý động cơ đốt trong.
• Giảng viên: Sử dụng làm đề cương bài giảng chính khóa cho môn học Kết cấu động cơ, tài liệu hướng dẫn Đồ án môn học và ngân hàng câu hỏi đánh giá kết quả học tập.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình phù hợp trực tiếp với sinh viên đại học, học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Ô tô, Động cơ đốt trong, Cơ khí Động lực và các kỹ sư cơ khí cần tài liệu tham khảo chuẩn xác về tính toán động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học cần có kiến thức nền tảng về Cơ học lý thuyết (phân tích chuyển động và lực), Sức bền vật liệu (ứng suất uốn, kéo, xoắn, mỏi), Chi tiết máy (bộ truyền, then, ổ trượt, bu-lông), Nhiệt động lực học kỹ thuật (chu trình công tác động cơ) và Dung sai - Kỹ thuật đo.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu khác là gì?

Tài liệu tập trung sâu vào phương pháp dựng hình đồ thị kỹ thuật (Brich, Tolle, véc-tơ phụ tải $Z-T$, đồ thị mài mòn ngõng trục) kết hợp song song với hệ thống công thức giải tích, cung cấp quy trình phân tích định lượng rõ ràng phục vụ trực tiếp cho việc làm đồ án thiết kế động cơ.

4. Làm sao để tự học giáo trình này hiệu quả?

Người học nên kết hợp việc đọc hiểu lý thuyết với việc tự lập bảng tính (sử dụng phần mềm bảng tính) để xuất các giá trị lực $T, Z, N, \Sigma T$ theo từng góc quay $\alpha$ từ $0^\circ$ đến $720^\circ$, sau đó thực hành vẽ lại các đồ thị động học và phụ tải để hiểu rõ bản chất truyền tải lực trong động cơ.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Tài liệu được thiết kế đồng bộ cùng các giáo trình Nguyên lý động cơ đốt trong, Tính toán thiết kế động cơ đốt trong, sổ tay atlas kết cấu động cơ ô tô và các tiêu chuẩn kỹ thuật về vật liệu chế tạo cơ khí động lực.

---

Kết luận

Giáo trình Kết cấu động cơ của tác giả Dương Việt Dũng cung cấp hệ thống tri thức chuyên ngành hoàn chỉnh về động học, động lực học và giải pháp kết cấu các chi tiết máy trong động cơ đốt trong. Thông qua việc phân tích định lượng lực khí thể, lực quán tính và khảo sát điều kiện tải trọng - nhiệt độ khắc nghiệt, tài liệu xây dựng phương pháp luận kỹ thuật chuẩn mực cho việc thiết kế, lựa chọn vật liệu và đánh giá độ bền cơ khí. Đây là tài liệu học thuật cơ bản, định hình nền tảng chuyên môn cho sinh viên và kỹ sư ngành Cơ khí Động lực.

Trích đoạn nội dung tài liệu

KÃÚT CÁÚU ÂÄÜNG CÅ Dæång Viãût Duîng _________________________________________________________________________ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.com 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 _________________________________________________________________________ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.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 _________________________________________________________________________ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.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 _________________________________________________________________________ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.com - 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 _________________________________________________________________________ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.com 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 _________________________________________________________________________ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.

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 _________________________________________________________________________ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.com 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] 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 _________________________________________________________________________ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.com 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.