Thanh nối động cơ
Thanh kết nối truyền lực sinh ra trong xi lanh và tác dụng lên piston tới trục khuỷu thông qua cổ trục thanh truyền (Hình 7-18). Đầu của thanh truyền nối với chốt piston gọi là đầu nhỏ, đầu còn lại nối với cổ trục khuỷu được gọi là đầu lớn. Cả đầu nhỏ và đầu lớn đều có bề mặt chịu lực. Bằng cách này, lực tuyến tính tác dụng lên pít-tông và dẫn động nó hoàn thành hành trình có thể được chuyển đổi từ cổ trục quay thành lực quay hoặc mô-men xoắn. Thanh truyền không có ổ đỡ đầu nhỏ dùng kết hợp với pít-tông đầu chữ thập không có bệ yên mà thay vào đó có bệ yên gắn trực tiếp vào chốt pít-tông; do đó, ổ trục phía trên được cung cấp bởi ổ trục chốt piston. Hầu hết các động cơ diesel thương mại đều sử dụng thanh kết nối hai mảnh. Thanh kết nối thường được rèn toàn bộ, sau đó nắp đầu lớn được tách ra, bề mặt tiếp xúc được gia công và buộc chặt (bắt vít) để gia công.
Tách thanh nối
Trong nhiều năm, công nghệ thanh truyền chia đôi đã được sử dụng trong các ứng dụng đua xe, nhưng hiện nay nó đã trở nên phổ biến trong động cơ diesel. Một số nhà sản xuất động cơ diesel gọi đó là công nghệ thanh nối đứt gãy. Đầu lớn của thanh kết nối tách rời được gia công toàn bộ. Sau khi gia công, đầu lớn của thanh nối được tách ra. Tùy thuộc vào vật liệu được sử dụng, quá trình bẻ gãy có thể được thực hiện ở nhiệt độ phòng hoặc thanh kết nối có thể bị đóng băng ở nhiệt độ dưới{4}}0. Gãy xương đòi hỏi phải tách xuyên tâm qua đầu lớn của thanh nối. Điều này tạo ra bề ngoài thô-nhưng có khả năng tạo thành mặt tiếp xúc cuối cùng hoàn hảo giữa thanh kết nối và vỏ thanh kết nối. Miễn là nó được lắp ráp chính xác, thanh kết nối bị tách sẽ không cần thiết phải thực hiện quy trình kiểm tra khe hở bên của thanh kết nối sau khi lắp ráp. Hầu hết các nhà sản xuất động cơ diesel đều sử dụng thanh kết nối chia đôi trong ít nhất một số động cơ của họ (Hình 7-19).
Hình 7-19 Bề mặt tiếp xúc của thanh nối bị nứt: A. Trạng thái phân hủy; B. Trạng thái tập hợp.
Kết cấu thanh nối
Hầu hết các thanh kết nối đều có thiết kế mặt cắt-hình chữ I, nhưng mặt cắt-hình tròn cũng đã được sử dụng. Hầu hết các thanh kết nối đều có rãnh dầu được khoan từ đầu lớn đến đầu nhỏ để chuyển dầu bôi trơn từ cổ trục khuỷu đến chốt piston nhằm mục đích bôi trơn và làm mát. Thanh kết nối hình thang hoặc thanh kết nối hình nêm-đã trở nên phổ biến vì chúng làm giảm ứng suất uốn lên chốt pít-tông bằng cách tăng diện tích mặt cắt ngang tải-, lý tưởng cho động cơ diesel có áp suất xi-lanh cao. Thanh nối hình nêm-có đầu nhỏ hình nêm-. Thanh nối chịu hai loại tải trọng: tải trọng nén và tải trọng kéo. Các thanh kết nối trong Hình 7{15}}20, 7-21 và 7-22 đều có các đầu nhỏ hình nêm. Do các điều kiện vận hành khắc nghiệt mà các thanh kết nối phải chịu đựng nên chúng có các đặc tính kim loại phức tạp. Chúng cần có độ đàn hồi nhất định, nhẹ và có khả năng hấp thụ tải trọng nén và kéo của piston.
Hình 7-20 Tháo ống lót chốt piston.
Tải nén
Trong hành trình nén và hành trình công suất của chu trình, thanh kết nối phải chịu tải trọng nén. Một cách nói khác là "ép". Biết được áp suất xi lanh và các giá trị-tiết diện của pít-tông, có thể tính được mức độ tải trọng nén lên thanh kết nối. Thanh kết nối động cơ diesel thương mại hiếm khi bị hỏng do quá tải nén. Khi xảy ra hiện tượng này thường xảy ra đồng thời với các lỗi khác (chẳng hạn như lỗi khóa thủy lực). Khóa thủy lực thường là kết quả của việc gioăng đầu xi lanh bị hỏng, khiến chất làm mát rò rỉ vào xi lanh.
Tải trọng kéo
Tải trọng kéo là lực kéo. Vào cuối mỗi hành trình, piston thực sự dừng lại ở điểm chết trên (TDC) hoặc điểm chết dưới (BDC) của xi lanh. Khi động cơ chạy ở tốc độ 2000 vòng/phút, chuyển động đảo chiều này xảy ra gần 70 lần/giây ở mỗi thanh truyền. Khối lượng của cụm piston càng lớn thì lực quán tính càng lớn và do đó ứng suất kéo trên thanh truyền và cổ trục thanh truyền cũng tăng lên. Trong các động cơ sử dụng cụm piston có khớp nối nặng, ứng suất này có thể cực kỳ lớn. Tải trọng kéo trên thanh kết nối tăng theo tốc độ động cơ và tốc độ piston. Khi động cơ chạy ở tốc độ quá cao, tải trọng kéo tăng lên trên thanh kết nối có thể dẫn đến hiện tượng đứt kéo.
Mũ đội đầu lệch
Nhiều nhà sản xuất bù đắp bề mặt tiếp xúc của hai nửa đầu lớn (theo hướng ngang). Điều này đảm bảo rằng các bu lông thanh kết nối không phải chịu toàn bộ tải trọng kéo của thanh kết nối. Thanh kết nối được minh họa trong bộ cố định thanh kết nối ở Hình 7-20 sử dụng đầu lệch.
Mẹo kỹ thuật
Một phương pháp để kiểm tra xem thanh truyền có bị cong nhẹ hay không là tháo đầu xi lanh ra và kiểm tra chiều cao của từng piston trong xi lanh ở vị trí điểm chết trên. Nếu thanh kết nối bị uốn cong nghiêm trọng, động cơ sẽ không quay được.
Kiểm tra thanh kết nối
1. Như trong Hình 7-20, dùng máy ép để tháo ống lót ổ trục, sau đó lắp nắp đầu và siết chặt theo thông số kỹ thuật.
2. Sử dụng thước cặp bên trong hoặc thước đo mở rộng phù hợp với micromet đường kính ngoài để đo lỗ đầu lớn và lỗ đầu nhỏ. Độ đồng tâm của đầu lớn là rất quan trọng và lực kéo là kết quả của tải trọng chịu lực của thanh kết nối.
3. Độ thẳng và độ xoắn của thanh nối phải được kiểm tra trên dụng cụ kiểm tra thanh kết nối cơ học (Hình 7-21) hoặc dụng cụ đo thanh kết nối điện tử.
Hình 7-21 Dụng cụ kiểm tra thanh kết nối / Thiết bị cố định thanh kết nối.
4. Sử dụng khí nén của xưởng để thổi sạch các rãnh dầu trong các lỗ thanh truyền. Nếu cần, hãy sử dụng bàn chải lông-có lông bằng nylon để làm sạch.
5. Cuối cùng, tiến hành phát hiện khuyết tật hạt từ tính điện từ trên thanh kết nối để kiểm tra các vết nứt. Quá trình này bao gồm việc sử dụng bàn ủi điện từ để từ hóa thanh kết nối, sau đó bôi bột từ mịn (phương pháp khô hoặc phương pháp huyền phù dung dịch). Các vết nứt sẽ làm gián đoạn từ trường và bột từ sẽ tập trung tại chỗ khuyết tật. Khi bột từ tính lơ lửng trong dung dịch, nó được phủ một chất màu trắng để có thể quan sát được các vết nứt nhỏ bằng ánh sáng đen (tia cực tím). Bất kỳ thành phần nào đã trải qua quá trình phát hiện lỗ hổng hạt từ tính đều phải được khử từ trước khi tái sử dụng.
6. Khi thay thế ống lót đầu nhỏ của thanh kết nối, ống lót mới lắp phải có kích thước và hình dạng bằng cách sử dụng dao doa kiểu đùn{1}}như trong Hình 7-22.
Hình 7-22 Ống lót chốt piston định hình kiểu nén.
Khi xử lý các thanh kết nối, phải hết sức cẩn thận. Khi lắp thanh truyền vào pít-tông, hãy sử dụng một tấm kẹp có vấu bằng đồng và tác dụng lực kẹp nhẹ. Những vết lõm và vết xước nhỏ trên thanh kết nối có thể tạo ra các điểm tập trung ứng suất, có khả năng dẫn đến gãy xương. Hầu hết các nhà sản xuất động cơ diesel đều khuyến nghị tiến hành kiểm tra bột từ tính điện từ mỗi khi tháo thanh kết nối ra khỏi động cơ. So với thiệt hại tiềm ẩn do hỏng thanh kết nối, chi phí kiểm tra bột từ là không đáng kể. Khi thanh kết nối bị hỏng trong động cơ đang chạy, kết quả thường là thanh kết nối bị phân tán và làm thủng khối đúc xi lanh. Các nhà sản xuất khuyến nghị thay thế các thanh kết nối không đạt yêu cầu kiểm tra. Khi sửa chữa động cơ, hãy nhớ rằng việc lấy vật liệu ra khỏi thanh nối sẽ làm thay đổi trọng lượng của nó, từ đó làm thay đổi cân bằng động của động cơ. Hình 7-23 thể hiện quy trình đo lỗ đầu lớn của thanh kết nối bằng micromet.
Hình 7-23 Đo lỗ lớn của đầu thanh kết nối bằng micromet.
Thay thế thanh kết nối
Do việc sửa chữa các thanh kết nối không phổ biến trong các cuộc đại tu động cơ diesel ngày nay nên các thanh kết nối cần được kiểm tra theo quy trình do nhà sản xuất đưa ra. Nếu phát hiện không đủ tiêu chuẩn thì nên thay thế. Khi thay thế thanh kết nối, việc cân chỉnh trọng lượng phải được thực hiện theo hướng dẫn dịch vụ kỹ thuật của nhà sản xuất. Vì hầu hết xe tải và xe buýt có động cơ diesel đều có tốc độ tương đối thấp hơn so với động cơ xăng nên một số nhà sản xuất cho phép linh hoạt nhất định trong vấn đề này. Tuy nhiên, việc thay thế thanh kết nối bằng các thanh kết nối-có trọng lượng khác nhau (lớn hơn hoặc nhỏ hơn) có thể dẫn đến mất cân bằng động cơ. Các nhà sản xuất thường mã hóa các thanh nối theo trọng lượng; thông thường, có một giới hạn khoảng 1,4 ounce (40 gam) cho mỗi hạng cân. Khi thay thế các thanh kết nối bị lỗi, hãy đảm bảo khớp mã trọng lượng.
Hầu hết các nhà sản xuất đều yêu cầu thay thế ốc vít nắp thanh kết nối mỗi khi lắp lại động cơ. Ngoài ra, việc thay thế phải được thực hiện bằng cách sử dụng ốc vít của đúng nhà sản xuất thay vì sử dụng bu lông cấp SAE phù hợp chéo. Xem xét hậu quả của việc hỏng dây buộc ở nắp thanh kết nối, sự biến dạng và giãn của các sợi ren khiến nguy cơ tái sử dụng các bu lông này rất cao. Tỷ lệ hỏng hóc thực tế là rất thấp, nhưng hãy nhớ rằng hậu quả của việc hỏng thanh kết nối là rất nghiêm trọng. Nếu bạn đang thực hiện công việc này cho khách hàng, bạn nên thay thế các chốt và giao quyền quyết định sử dụng lại các chốt cho khách hàng. Nếu bạn là người thích mạo hiểm thì đối với trường hợp ghép đôi đầu lớn thì việc sử dụng lại dây buộc sẽ có lợi hơn.
Vòng bi thanh nối
Hầu hết các nhà sản xuất động cơ đều sử dụng ống lót một mảnh-được ép vào đầu nhỏ của thanh kết nối cho đầu nhỏ của thanh kết nối và hai-bánh lót chịu ma sát mảnh cho đầu lớn của thanh kết nối. Vòng bi thanh kết nối đầu nhỏ phải được tháo bằng cách sử dụng trục gá hoặc chày phù hợp (xem Hình 7-20) và máy ép hoặc máy ép thủy lực. Không nên sử dụng búa và bất kỳ loại chày nào không có kích thước phù hợp với kích thước của lỗ đầu nhỏ của thanh kết nối vì khả năng hư hỏng là rất cao. Các ống lót đơn{8}}mới phải được lắp đặt bằng cách sử dụng máy ép và trục gá để đảm bảo các lỗ dầu được căn chỉnh chính xác, sau đó định cỡ bằng dao doa hoặc công cụ mài giũa, như trong Hình 7-22. Khi lắp đặt các ổ trục lớn riêng biệt, cũng cần chú ý đến vị trí của các lỗ dầu và đo khe hở giữa cổ trục thanh truyền và ổ trục. Cả tấm wafer ổ trục và ống lót đầu nhỏ của thanh kết nối phải được lắp vào các lỗ sạch và khô: bằng cách làm sạch ổ trục bằng dung môi, loại bỏ lớp phủ bảo vệ bao bì, sau đó làm khô bằng khí nén.
Mẹo kỹ thuật
Sau khi nắp thanh kết nối được siết chặt vào thanh kết nối theo mômen xoắn quy định, cần kiểm tra khe hở bên của thanh kết nối. Việc nắp thanh truyền bị kẹt và sự ăn khớp của thanh kết nối có thể khiến động cơ bị kẹt và làm hỏng trục khuỷu do trầy xước tay quay. Trong các ứng dụng mà thanh kết nối bị nứt, việc kiểm tra này là không cần thiết vì có thể giả định rằng nắp thanh kết nối và thanh kết nối ăn khớp hoàn hảo. Di chuyển cụm thanh kết nối qua lại trên trục sẽ tạo ra âm thanh tách biệt, biểu thị khoảng hở bên.
Tháo và lắp piston
Cụm piston thường đề cập đến piston được lắp ráp, vòng piston và thanh kết nối. Điều này đôi khi được gọi là gói piston. một số nhà sản xuất đưa ống lót xi lanh vào định nghĩa của họ về cụm piston. Hầu hết các động cơ diesel thương mại để sử dụng trên đường đều được thiết kế để cho phép đại tu vị trí cabin khi cần thiết: điều này có nghĩa là cụm piston có thể được tháo ra khỏi động cơ mà không cần tháo trục khuỷu. Ở một số động cơ, kích thước của đầu thanh kết nối khiến nó không thể tháo ra khỏi ống lót xi lanh; trong trường hợp này, cụm piston và ống lót xi lanh phải được tháo ra thành một khối. Trước khi tháo piston, hãy nhớ tham khảo tài liệu dịch vụ của nhà sản xuất. Xin lưu ý rằng ở một số động cơ diesel không dùng cho đường bộ, không thể tháo cụm pít-tông ra khỏi phía trên, nghĩa là không thể đại tu vị trí cabin. Khi lắp cụm piston vào lỗ xi lanh động cơ, hãy sử dụng máy nén vòng piston thích hợp.