Mục lục:

• Nhiệm vụ
• Ứng lực
• Vật liệu
• Cấu tạo
• Bánh đà
• Trục cân bằng
• Bộ giảm chấn
• Ổ đỡ

Nhiệm vụ

• Tạo lực quay và do đó tạo được một mô-men xoắn từ lực thanh truyền.
• Chuyển tiếp một phần mô-men xoắn qua bánh đà đến bộ ly hợp.
• Vận hành những bộ phận phụ của động cơ với phần mô-men xoắn còn lại.

Ứng lực

Thanh truyền và piston phải được trục khuỷu tăng tốc và giảm tốc trở lại sau mỗi hành trình. Điều này tạo ra lực gia tốc lớn. Ngoài ra còn lực ly tâm lớn tác động lên trục khuỷu. Do những lực phát sinh này, trục khuỷu bị ứng lực xoắn, uốn và dao động xoắn, tại vị trí ổ đỡ trục còn chịu thêm hao mòn.

Vật liệu trục khuỷu

Trục khuỷu được sản xuất từ

• Hợp kim thép tôi cải thiện
• Thép nitơ
• Gang chứa graphit cầu

Trục khuỷu bằng thép được rèn trong khuôn dập. Những dòng sợi kết nối và cấu trúc chặt chẽ mang lại độ bền cao.

Trục khuỷu bằng gang chứa graphit cầu có tính giảm rung tốt.

Cấu tạo

Chốt khuỷu, cổ khuỷu: Mỗi trục khuỷu đều có những cổ khuỷu nằm trên cùng một đường tâm, là nơi chứa ổ đỡ trong vỏ hộp khuỷu, và chốt khuỷu là nơi chứa ổ đỡ thanh truyền. Những nơi này đều được tôi cứng bề mặt và được mài nhẵn.

Má khuỷu: Mỗi cổ khuỷu và chốt khuỷu được kết nối với nhau qua má khuỷu. Chốt khuỷu và má khuỷu làm mất cân bằng phân phối khối lượng. Điều này được bù đắp bởi những trọng lượng cân bằng nằm đối diện với mỗi chốt khuỷu. Từ cổ khuỷu, những lỗ khoan dầu chạy xuyên suốt má khuỷu đến chốt khuỷu.

Khi hoàn thiện, trục khuỷu phải được cân bằng động. Vật liệu dồn đọng ở những chỗ xác định có thể được khắc phục bằng những lỗ khoan cân bằng.

Ổ đỡ chặn: Một trong những cổ khuỷu có bề mặt tiếp cận ở hai bên. Tại cổ khuỷu này, ổ đỡ chặn (ổ đỡ định vị) được lắp ráp để cố định dọc trục khuỷu. Ổ đỡ cố định này còn có tác dụng cố định, chống lại việc dịch chuyển của trục khuỷu, ví dụ như khi kích hoạt bộ ly hợp (đạp côn).

Phía đầu ra của trục khuỷu được gắn bánh đà, thường chung với bộ ly hợp. Phía đối diện, trên trục khuỷu được gắn bánh răng, bánh xích hay bánh đai răng (puly) giúp truyền động cho trục cam, bơm dầu, v.v. Bênh cạnh đó có đĩa đai truyền và đôi khi cả bộ giảm chấn.

Dạng của trục khuỷu được xác định qua

• Số xy-lanh,
• Số ổ đỡ trục khuỷu,
• Độ dài của hành trình piston,
• Thứ tự đánh lửa,
• Cách bố trí xy-lanh.

Phân đoạn khuỷu: bao gồm cổ khuỷu và đôi má khuỷu. Theo đó ví dụ ở động cơ 4 xy-lanh thẳng hàng, tất cả những phân đoạn khuỷu của trục khuỷu đều nằm trên một mặt phẳng. Trong khi đó ở động cơ 6 xy-lanh thẳng hàng, những phân đoạn khuỷu nằm so le với nhau 120°. Phân đoạn khuỷu cho những xy-lanh song song luôn được đặt cùng hướng. Xy-lanh song song là những xy-lanh mà piston của chúng trải qua một chu kỳ tạo công với góc trục khuỷu 360° đối diện nhau.

Bánh đà

Bánh đà có thể tích tụ năng lượng (khả năng làm việc) trong thì sinh công và tạo đà (cung ứng năng lượng) ở các thì sau đó. Với năng lượng này của bánh đà, những “kỳ trống” (kỳ không sinh công) và điểm chết trong chu kỳ sinh công được tiếp lực, vượt qua. Đồng thời sự biến thiên tốc độ quay được cân bằng. Máy không bị rung giật mà quay tròn đều.

Vành răng khởi động được lắp ép nóng hay được bắt bu lông lên chu vi của bánh đà, vành răng này ăn khớp với bánh răng chủ động (củ đề) để khởi động động cơ. Từ bánh đà, bộ ly hợp truyền mô-men xoắn của động cơ đến hệ truyền động.

Bánh đà được làm từ thép hoặc gang đặc biệt. Bánh đà và trục khuỷu thường được cân bằng động chung với nhau để không xảy ra sự mất cân bằng lớn ở vòng tua cao. Nếu không được cân bằng động, trục khuỷu sẽ chạy không êm và trục khuỷu cùng bộ đỡ sẽ chịu ứng lực mạnh.

Trục cân bằng

Trục cân bằng được dùng để cân bằng lực quán tính do dao động từ chuyển động quay của trục khuỷu gây ra.

Thành phần dao động: Khi động cơ vận hành, cơ cấu truyền động trục khuỷu được luân phiên tăng tốc hoặc giảm tốc (do có thì sinh công và thì không sinh công). Do khối lượng của cơ cấu truyền động nên những lực quán tính phát sinh dao động rung. Dao động này có tần số tương ứng với tốc độ quay của động cơ (bậc một) hoặc gấp nhiều lần tốc độ quay của động cơ. Nếu tốc độ quay của động ở là 3000 v/ph thì tần số lực quán tính bậc một cũng là 3000 v/ph.

Dao động của lực quán tính bậc hai có tần số gấp đôi 6000 v/ph. Những dao động có thể tùy vào cách cấu tạo của động cơ mà cân bằng nhiều hay ít. Ở động cơ với 6 xy-lanh hoặc nhiều hơn, lực quán tính bậc một hoặc bậc hai thường tự cân bằng với nhau. Ở động cơ với ba và bốn xy-lanh, trường hợp này không xảy ra. Do đó, Động cơ chạy không đều. Nhờ trục cân bằng, vấn đề này có thể được loại bỏ.

Trục cân bằng cho động cơ 3 xy-lanh: Ở động cơ 3 xy-lanh, lực quán tính bậc một và hai không được cân bằng. Qua một trục cân bằng quay với tốc độ của động cơ, lực quán tính bậc một được cân bằng. Trục này nằm trong vỏ hộp trục khuỷu và được lắp đối trọng tương ứng. Lực quán tính bậc hai không được cân bằng.

Bộ giảm chấn

Bộ giảm chấn có tác dụng chống lại dao động xoắn của cơ cấu truyền động trục khuỷu.

Ổ đỡ trục khuỷu

Ổ đỡ trục khuỷu chịu những lực sinh ra từ quá trình vận hành và cho phép trục khuỷu quay với ít ma sát và hao mòn hơn.

Các kiểu thiết kế ổ đỡ (bạc) trục khuỷu:

Bạc 2 lớp: Bao gồm vỏ tựa thép với một lớp trượt bằng hợp kim nhôm được cán lên trên.

Bạc 3 lớp: Giữa lớp vỏ tựa bằng thép và lớp trượt là một lớp chịu tải bằng thiếc, nơi các chất bẩn có thể lọt vào. Một lớp nickel được chèn vào giữa lớp trượt và lớp chịu tải, phân chia 2 lớp này để ngăn thiếc bị khuếch tán.

Những lớp này được cán lên, hoặc ở những ổ đỡ chịu áp lực cao hơn, chúng được mạ phủ lên.

Bạc phun: Được dùng cho động cơ diesel tăng áp. Những lớp bọc (thí dụ AlSn₂₀Cu) được phủ lên bằng phương pháp điện từ (phủ PVD, physical vapour deposition) với tỷ trọng cao và phân phối cực mịn. Bạc phun được áp dụng tại những nơi chịu ứng lực cao thay vì dùng bạc ba lớp mềm hơn. Bạc phun cho thanh truyền được lắp nơi đầu to thanh truyền, bạc phun tại những ổ đỡ chính được lắp ở nắp ổ đỡ.

Bạc polymer: Được dùng cho động cơ có Auto Start-Stop. Một lớp nhựa được phủ thêm lên bạc ba lớp. Trong cấu trúc của chúng, những hạt cứng và hạt bôi trơn rắn được kết vào. Loại bạc này có tính chịu đựng hao mòn cao và tính năng chạy khẩn cấp tốt.

Tác dụng: Vỏ bạc chính được đặt và bắt bu lông vào đế và nắp ổ đỡ. Bạc thanh truyền được đặt và bắt bu lông vào đầu to thanh truyền. Vỏ bạc có bán kính lớn hơn lỗ khoan cơ bản và chu vi lớn hơn nên khi lắp ráp, chúng được ép vào đế ổ đỡ. Điều này ngăn cản không cho vỏ bạc xoay hay dịch chuyển khi vận hành.

Sự chênh lệch giữa đường kính của vỏ bạc và chốt khuỷu chính là độ hở bạc. Chúng phải nằm trong phạm vi dung sai của nhà sản xuất, qua đó dầu động cơ có thể bảo đảm được việc bôi trơn. Dầu động cơ đến từ bơm dầu qua những kênh dầu, xuyên qua những lỗ khoan dầu vào ổ đỡ. Qua rãnh vòng, việc phân phối dầu động cơ đến toàn chu vi ổ đỡ tốt hơn.

Bạc chặn: Một trong những loại bạc trục khuỷu được sử dụng để chắn dọc trục khuỷu là bạc chặn, có vành hai bên hoặc lắp chung với đĩa khởi động.