Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là gì? Câu hỏi thường gặp

Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là gì? Vai trò, ứng dụng, và Cấu tạo của trục khuỷu thanh truyền như thế nào? Hay đối trọng trục khuỷu là gì, đầu to đầu nhỏ của thanh truyền được lắp với bộ phận nào? Đây là những câu hỏi thường gặp nhất về cơ cấu trục khuỷu thanh truyền. Trong bài viết này Xechinhhang.com sẽ cùng quý động giả tìm hiểu một cách chi tiết về trục khuỷu thanh truyền và những câu hỏi liên quan nhé.

I. TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN

1.1 Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là gì?

Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền hay trục khuỷu thanh truyền là một cơ cấu phức tạp của động cơ đốt trong được cấu tạo bởi 3 bộ phận chính gồm Piston, thanh truyền và trục khuỷu. Cơ cấu này liên kết và ăn khớp với nhau để chuyển hoá qua lại giữa chuyển động tịnh tiến sang chuyển động quay và ngược lại để động cơ hoạt động bình thường.

Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền hoạt động theo nguyên lý: Khi động cơ hoạt động, hỗn hợp hoà khí bị đốt cháy tạo ra lực đẩy đẩy Piston chuyển động tịnh tiến trong lòng của xilanh. Lúc này thanh truyền sẽ đóng vai trò là bộ phận truyền chuyển động tịnh tiến của Piston sang chuyển động quay của Trục khuỷu. Sau đó nhờ lực quay (đà quay) của bánh đà, thanh truyền lại đẩy piston về để bắt đầu các kỳ mới.

1.2 Nhiệm vụ của cơ cấu Trục Khuỷu thanh truền là gì?

Nguyên lý làm việc của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền vô cùng đơn giản. Nguyên lý làm việc của cơ cấu trục khuỷu thanh truền là giúp chuyển hoá từ chuyển động tịnh tiến của piston, sang chuyển động quay của trục khuỷ và chuyển hoá từ chuyển động quay của trục khuỷ sang chuyển động tịnh tiến của piston. Như cơ cấu trục khuỷu thanh truyền trải qua 2 nhiệm vụ bao gồm:

1. Nhiệm vụ 1: Khi động cơ hoạt động, hỗn hợp hoà khí bên trong buồng đốt bốc cháy tạo ra áp suất lớn đẩy piston chuyển động tịnh tiến bên trong xilanh. Piston được kết nối với trục khuỷu thông qua thanh truyền, piston chuyển động tịnh tiến khiến thanh truyền chuyển động theo một phương, góc khác. Đầu còn lại của thanh truyền nối trực tiếp với trục khuỷu, vì vậy khi thanh truyền chuyển động sẽ kéo theo trục khuỷu chuyển động quay.
2. Nhiệm vụ 2: Trong quá trình chuyển động quay, năng lượng quay sẽ được tích tụ thành momen quán tính của bánh đà. Khi kết thúc một hành trình của piston, bánh đà sẽ tiếp tục quay từ đó khiến trục khuỷu quay và tác dụng ngược lại piston một lực, buộc piston chuyển động tịnh tiến theo chuyền ngược lại với chiều di chuyển trước đó.

II. CẤU TẠO CỦA CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN

Cấu tạo của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền khá phức tạp, người ta gọi là thêm “cơ cấu” trước trục khuỷu thanh truyền bởi lẽ trong cơ cấu này không chỉ có trục khuỷu, thanh truyền mà nó bao gồm cả piston. Như vậy cơ cấu trục khuỷu thanh truyền bao gồm 3 nhóm bộ phận chính: Nhóm piston, nhóm trục khuỷ, và nhóm thanh truyền. Mỗi một nhóm lại gồm nhiều chi tiết, bộ phận nhỏ hơn, chúng sẽ đảm nhiệm từng nhiệm vụ cụ thể.

Cấu tạo của cơ cấu Trục Khuỷ Thanh Truyền

STT
Nhóm bộ phận
Mô tả

Hình ảnh minh hoạ

1
Nhóm Piston
Nhóm Piston là cách gọi của Piston một cơ cấu gồm rất nhiều chi tiết khác nhau, chúng di chuyển tịnh tiến bên trong lòng của xilanh tạo thành lực đẩy giúp làm quay trục khuỷu (sinh công)

2
Nhóm thanh truyền

Thanh truyền là cách gọi của một thanh kim loại có cấu tạo gồm 1 đầu to và 1 đầu nhỏ. đầu to gắn với Trục Khuỷu, đầu nhỏ gắn với Piston. Bộ phận này đóng vai trò truyền động từ piston đến trục khuỷu và ngược lại.

Thông qua thiết kế đặc biệt của thanh truyền và trục khuỷu, chúng biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston, thành chuyển động quay của trục khuỷu.

3
Nhóm trục khuỷu
Trục khuỷu là bộ phận đặc biệt kết nối trực tiếp với thanh truền, chúng cùng lúc có thể kết nối với 1 piston hoặc nhiều piston. Trục khuỷu có tác dụng kết hợp với thanh truyền tạo thành chuyển động quay cho phương tiện, máy móc.

Như vậy mặc dù có tên là cơ cấu trục khuỷu thanh truyền, thế nhưng cơ cấu này gồm 3 nhóm bộ phận chính: Piston, trục khuỷu, và thanh truyền. Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền còn bao gồm rất nhiều chi tiết nhỏ hơn chúng giúp chuyển đổi từ nhiệt năng thành động năng, từ chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay (sinh công) cung cấp cho máy móc, phương tiện hoạt động. Chi tiết của từng nhóm bộ phận cụ thể như sau.

3.1 Piston trong cơ cấu Trục khuỷu thanh truyền

Piston hay pít tông là bộ phận có cấu tạo hình trụ tròn được đặt bên trong lòng của xilanh, bộ phận này kết hợp với xilanh, nắp máy để tạo thành không gian làm việc (buồng đốt, đây là nơi diễn ra hoạt động đốt cháy nhiên liệu của động cơ). Nhiệm vụ chính của Piston là nhận lực sinh ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu truyền đến trục khuỷ thông qua thanh truyền, từ đó biến đổi chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay của trục khuỷu.

Nhiệm vụ của Piston trong cơ cấu trục khuỷ thanh truyền là gì?

Piston có 4 nhiệm vụ chính bao gồm: Hút không khí, nhiên liệu vào buồng đốt, nén hỗn hợp hoà khí, nhận lực từ quá trình đốt, và đẩy khí thải ra ngoài. 4 nhiệm vụ này của Piston tương ứng với 4 kỳ: Nạp – nén – nổ – xả của động cơ. 4 nhiệm vụ này của Piston được thực hiện đầy đủ như sau:

1. Nhiệm vụ hút nhiên liệu: Với một số loại động cơ, Piston có nhiệm vụ di chuyển từ điểm chết trên (ĐCT) đến điểm chết dưới (ĐCD) (kỳ Nạp), từ đó hút nhiên liệu và không khí vào buồng đốt (nguyên lý chênh lệch áp suất)
2. Nhiệm vụ nén hoà khí: Sau khi hỗn hợp hoà khí đã được nạp vào buồng đốt, Piston có nhiệm vụ di chuyển từ điểm chết dưới (ĐCD) đến điểm chết trên (ĐCT) để nén hỗn hợp hoà khí với áp suất lớn. Quá trình này được thực hiện do quán tính quay của trục khuỷu, bánh đà, tác động lên thanh truyền, từ đó đẩy Piston chuyển động.
3. Nhiệm vụ nhận lực từ quá trình đốt: Đây là nhiệm vụ được nhắc tới nhiều nhất trong các văn bản. Lúc này, khi hỗn hợp hoà khí được đốt cháy, nó sẽ sinh ra một lực cực lớn (lực giãn nở), đẩy Piston chuyển động tinhj tiến từ điểm chết trên (ĐCT) đến điểm chết dưới (ĐCD). Chuyển động tịnh tiến này của Piston tác động đến thanh truyền và trục khuỷu, cuối cùng làm trục khuỷu quay.
4. Nhiệm vụ làm sạch buồng đốt: Sau khi kỳ nổ kết thúc, lúc này piston lại chuyển động ngược lại từ điểm chết dưới (ĐCD) đến điểm chết trên (ĐCT) đẩy toàn bộ lượng khí thải ra khỏi buồng đốt, chuẩn bị cho 1 vòng lặp mới. Nhiệm vụ này được thực hiện do lực quán tính của trục khuỷu tác động ngược lại lên piston.

Cấu tạo của Piston

Trong chia sẻ của chúng tôi về Piston là gì, xechinhhang.com đã chia sẻ một cách rất đầy đủ và chi tiết về cấu tạo cũng như ứng dụng của piston. Ngoài những kiến thức cơ bản về cấu tạo, Piston cũng có một số thiết kế đặc biệt ở phần đầu piston, mà chúng tôi muốn chia sẻ tới quý độc giả. Theo đó đầu của piston gồm 3 loại, đỉnh bằng, đỉnh lồi, đỉnh lõm cụ thể như sau:

1. Piston đỉnh bằng: Đây là loại piston phổ biến nhất trong cơ cấu trục khuỷu thanh truyền. Chúng co diện tích chịu nhiệt nhỏ và dễ chế tạo, loại piston này thường sử dụng cho động cơ dùng dầu diesel có dạng buồng cháy xoáy lốc.
2. Piston dạng đỉnh lồi: Đây là loại piston có diện tích tiếp xúc, diện tích chịu nhiệt lớn. Loại piston này thường được sử dụng cho động cơ xăn 2 kỳ, bởi với thiết kế này Piston sẽ có khả năng hoạt động tốt hơn trong quá trình nạp và thải khí.
3. Piston dạng đỉnh lõm: Đây là loại piston có đầu thiết kế dạng lõm vào trong, chúng thường được sử dụng cho cả động cơ xăng và động cơ diesel. Loại piston này có diện tích chịu nhiệt lớn hơn, nhưng độ bền kém hơn so với 2 loại piston kể trên. Piston đỉnh lõm thường được chế tạo với những xoáy nhẹ trên đỉnh giúp trộn lẫn dầu và khí tốt hơn.

3.2 Thanh truyền trong cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

Thanh truyền hay tay biên là bộ phận trung gian kết nối giữa piston và trục khuỷu với nhau, thanh truyền có nhiệm vụ truyền lực từ Piston đến trục khuỷu và làm quay trục khuỷ, đồng thời chúng cũng nhận lực quán tính từ trục khuỷu truyền đến piston giúp piston chuyển động tịnh tiến. Thanh truyền được làm từ các loại vật liệu đặc biệt, chúng có cấu tạo gồm 1 đầu to và một đầu nhỏ. Đầu to của thanh truyền gắn với Trục khuỷu, đầu nhỏ của thanh truyền gắn với Piston.

Cấu tạo của thanh truyền.

Trong cơ cấu trục khuỷu thanh truyền thì thanh truyền là bộ phận có cấu tạo đơn giản nhất. Chúng được cấu tạo từ 3 phần chính đầu to, thân, và đầu nhỏ. Thiết kế đầu to đầu nhỏ của thanh truyền tạo ra sự cân bằng trong quá trình vận hành của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền. Cụ thể như sau:

• Phần đầu nhỏ của thanh truyền: Đây là phần có hình trụ tròn rỗng ở tâm, chúng là bộ phận gắn trực tiếp vào piston thông qua chốt piston. Đầu nhỏ thanh truyền được tráng một lớp bạc mỏng  tại vị trí tiếp xúc giữa 2 bộ phận piston và thanh truyền giúp giảm ma sát, tăng độ bền động cơ.
• Phần đầu to của thanh truyền: Đây là phần đối điện của thanh truyền qua thân, chúng là bộ phận được gắn trực tiếp với trục khuỷu
• Phần thân thanh truyền: Đây là phần nối giữa đầu to và đầu nhỏ, phần thân có thiết kế độc đáo giúp cho thanh truyền trở thành một khối thống nhất và cân đối.

3.3 Trục khuỷu trong cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

Trục khuỷu là bộ phận không thể thiếu trong cơ cấu trục khuỷu thanh truyền. Bộ phận này có thiết kế đặc biệt với nhiệm vụ biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay cung cấp cho máy móc hoặc phương tiện làm việc. Đồng thời trục khuỷu cũng là bộ phận nhận lực quán tính của bánh đà truyền ngược lại về phía piston cung cấp năng lượng ban đầu cho quá trình hoạt động của động cơ. Hiện nay trên thị trường có 2 loại trục khuỷu bao gồm:

• Trục khuỷu liền: Là loại trục khuỷu với cấu tạo gôm các bộ phận như: Cổ trục, cổ biên, má khuỷu được liên kết thành một khối thống nhất ngay từ đầu không thể tháo rời từng bộ phận.
• Trục khuỷu ghép:  Trục khuỷu ghép là loại trục khuỷu có cấu tạo từ cổ biên, cổ trục và má khuỷu được thiết kế riêng biệt. Những chi tiết này được nối lại vói nhau bằng thanh trục khuỷu.

Cấu tạo trục khuỷu

Trục khuỷu trong cơ cấu trục khuỷu thanh truyền có cấu tạo khá phức tạp. Trục khuỷu đươc cấu tạo từ các bộ phận bao gồm: Đầu trục khuỷu, cổ trục khuỷu, chốt khuỷu, má khuỷu, đối trọng, đuôi trục khuỷu, cụ thể như sau:

• Đầu trục khuỷu: Là bộ phận có hình trụ tròn nối trực tiếp với trục của trục khuỷu. Đây là bộ phận thường được lắp thêm các vấu để khởi động, để quay, các loại puly dẫn động quạt gió, bánh răng dẫn động trục cam,…
• Cổ trục khuỷu: Là phần có cấu tạo là một trục rỗng lắp thẳng hàng với đầu trục khuỷu. Đây là bộ phận vô cùng quan trọng. Chúng được làm rỗng để chứ rầu bôi trơn, đồng thời chũng cũng có thể được gắn thêm các loại bánh răng, giảm chấn,…
• Chốt khuỷu: Là bộ phận hình trụ tròn, đây là bộ phận kết nối trực tiếp với đầu to của thanh truyền. Thông thường số chốt khuỷu sẽ được thiết kế bằng với số xilanh bên trong động cơ. Chúng có độ cứng cao, bền, trơn nhẵn, chống ăn mòn tốt. Cũng giống như cổ trục khuỷ, bộ phận này cũng được làm rỗng để chứa dầu nhớt bên trong.
• Má khuỷu: Hầu hết má khuỷu có hình elip, chúng đóng vai trò phân bố ứng suất được hợp lý nhất. Đây cũng là bộ phận nối liền cổ trục và cổ chốt.

• Đối trọng: Là bộ phận được thiết kế đóng vai trò giúp cân bằng các lực và mô men quán tính của động cơ. Bên cạnh đó, đối trọng còn giúp  giảm tải cho ổ trục.
• Đuôi trục khuỷu: Đây là bộ phận gắn trực tiếp với bánh đà của máy móc, thiết bị, phương tiện.

Nhiệm vụ của trục khuỷu trong cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là gì?

Đối với động cơ đốt trong, cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là một trong 2 cơ cấu quan trọng nhất. Chúng đóng vai trò quyết định tới hiệu suất làm việc của động cơ. Nhiệm vụ của trục khuỷu bao gồm: Chuyển đổi chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay, Kết nối các piston với nhau, và truyền lực từ bánh đà tới Piston. Cụ thể như sau:

1. Nhiệm vụ chuyển đổi chuyển động: Nhờ cấu tạo đặc biệt của mình, trục khuỷu giúp biến đổi chuyển động tịnh tiến của Piston thành chuyển động quay. Đồng thời trục khuỷu được nối trực tiếp với các bộ phận khác làm các bộ phận này chuyển động, và sinh công.
2. Nhiệm vụ kết nối piston:Nếu như các loại máy nhỏ chỉ có 1 piston, xilanh duy nhất, thì những loại động cơ lớn có thể có 2, 4 6, 8,…, 32 xilanh khác nhau. Tất cả các xilanh-piston này đều được kết nối với nhau thông qua trục khuỷu từ đó phát huy tối ưu hiệu suất động cơ.
3. Truyền lực từ bánh đà đến piston: Không chỉ chuyển đổi chuyển động. Trong quá trình chuyển động, trục khuỷ sẽ làm quay bánh đà, tạo thành momen quay. Khi bánh đà quay sẽ phát sinh ra lực quán tính, lực này sẽ tác động ngược lại về piston, đẩy nó di chuyển từ trên xuống dưới, cung cấp năng lượng cho động cơ tiếp tục hoạt động.