Trục khuỷu là gì? Thông tin cần biết về cảm biến trục khuỷu

Trục khuỷu là một trong những bộ phận quan trọng trong cấu tạo các loại máy móc, động cơ hiện nay. Vì điều kiện làm việc đặc biệt, chúng được chế tạo từ những loại vật liệu chuyên biệt. Trục khủyu được phân chia thành 2 loại chính bao gồm trục khuỷu liền và trục ghép với những đặc điểm riêng biệt.

1. Trục khuỷu là gì?

Trục khuỷu (còn được gọi là trục cơ) là một bộ phận cơ khí có nhiệm vụ biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của động cơ. Trong quá trình động cơ đốt trong làm việc, trục khuỷu nhận lực từ piston tạo momen quay cho trục dẫn ra (trục ly hợp, hộp số), đồng thời tiếp nhận năng lượng từ bánh đà tạo lực đẩy cho piston di chuyển lên xuống thực hiện các chu trình làm việc của động cơ.

Trục khuỷu giữ vai trò quan trọng trong cấu tạo cũng như nhiệm vụ của động cơ. Chúng chiếm tỉ trọng khá lớn, lên tới 25 – 30% giá thành động cơ. Chúng thường được ứng dụng cho các loại máy móc công nghiệp hiện đại như máy bơm nước, máy phát điện,…

Trục khuỷu là gì
Trục khuỷu có nhiệm vụ biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của động cơ

a. Điều kiện làm việc

Trong qua trình hoạt động, trục khuỷu chịu tác động của lực khí thể và lực quán tính ly tâm của khối lượng quay lệch tâm từ chuyển động quay từ nhóm piston – thanh truyền gây ra. Những lực này gây uốn, xoắn, dao động xoắn và dao động ngang của trục khuỷu trên các ổ đỡ. Chính vì vậy, trục khuỷu phải đạt được yêu cầu về khả năng chịu uốn, chịu xoắn, đặc biệt là chịu mài mòn cao ở các cổ trục.

b. Vật liệu chế tạo trục khuỷu

Trục khuỷu làm việc trong điều kiện đặc biệt, đòi hỏi phải đáp ứng được những yêu cầu cụ thể. Chính vì vậy, vật liệu chế tạo trục khủy thường có độ cứng cao, bền bỉ và chịu mài mòn lớn như hợp kim crom, niken và thép, thép carbon, graphit cầu… Tùy từng loại động cơ và máy móc, trục khuỷu được sản xuất từ các vật liệu khác nhau.

  • Các loại động cơ tốc độ thấp như tàu thủy và tĩnh tại xưởng được chế tạo bằng thép cacbon trung bình như C35, C40,C45.
  • Trục khuỷu của động cơ cao tốc được chế tạo từ thép hợp kim crom, niken.
  • Động cơ cường hóa như xe đua, xe du lịch, trục khuỷu được chế tạo từ thép hợp kim có các thành phàn măng gan, vôn phram.
  • Trục khuỷu động cơ công suất cực lớn thường được chế tạo từ gang graphit cầu có khả năng chịu mài mòn tốt và không nhạy cảm với ứng suất tập trung.

c. Phương pháp chế tạo trục khuỷu

Phôi trục khuỷu bằng thép thường được chế tạo bằng phương pháp rèn khuôn hoặc rèn tự do. Sau đó, phôi được ủ và thường hóa trước khi gia công cơ khí, tiến hành nhiệt luyện và xử lý bền mặt. Cuối cùng là gia công lần cuối với các cổ trục. Phương pháp rèn tạo phôi thép có lượng dư gia công khá lớn, đổi lại, sức bền trục khuỷu được chế tạo từ phương pháp này khá tốt.

Trục khuỷu được chế tạo từ các loại vật liệu có độ cứng cao như thép cacbon, hợp kim crom,…

Bên cạnh đó, có thể chế tạo trục khuỷu bằng phương pháp đúc tạo phôi (chủ yếu đối với vật liệu graphit cầu) với ưu điểm có thể đúc được các phôi có hình dạng phức tạp như yêu cầu thiết kế. Nhờ đó, độ bền được đảm bảo trên toàn bộ trục khuỷu. Tuy nhiên, phương pháp này gặp khó khăn nhất ở công tác cầu hóa.

Nhằm khắc phục những nhược điểm của các phương pháp chế tạo trục khuỷu nêu trên, hiện nay, người ta thường sử dụng máy móc hiện đại để gia công, sản xuất như máy tiện, máy phay công nghệ cao,… nhằm gia tăng độ chính xác cho thành phẩm cũng như nâng cao hiệu quả sản xuất. Quy trình gia công bao gồm 15 bước chính như sau:

  • Bước 1: Nắn thẳng phôi.
  • Bước 2: Khỏa mặt đầu, khoan lỗ tâm ở 2 đầu cổ chính.
  • Bước 3: Phay mặt cạnh má trục khuỷu hoặc gia công lỗ trên mặt bích, mục đích để định vị khi gia công cổ biên.
  • Bước 4: Nắn thẳng và kiểm tra độ đảo khi gá trục vào 2 lỗ tâm.
  • Bước 5: Gia công thô và gia công bán tinh các cổ chính, chuẩn là 2 lỗ tâm.
  • Bước 6: Gia công thô và gia công bán tinh các cổ biên, các bề mặt má khuỷu.
  • Bước 7: Phay mặt phẳng má khuỷu, phay rãnh then.
  • Bước 8: Gia công các lỗ dẫn dầu bôi trơn, lỗ lắp đối trọng.
  • Bước 9: Tôi và ram các cổ trục.
  • Bước 10: Kiểm tra và sửa lỗ tâm.
  • Bước 11: Mài thô và tinh các cổ chính.
  • Bước 12: Mài thô và tinh các cổ biên, khi gia công tinh các cổ biên thường dùng phương pháp mài trên máy mài trục khuỷu chuyên dùng hoặc trên máy mài tròn với đồ gá thích hợp. Cách ga giống như khi tiện.
  • Bước 13: Cân bằng động.
  • Bước 14: Gia công tinh lần cuối cổ chính và cổ biên.
  • Bước 15: Tổng kiểm tra lần cuối: Luynet đỡ, máng định vị, rãnh, chốt định vị chống xoay, mâm gá, đĩa chia, đòn kẹp.

2. Phân loại trục khuỷu

Dựa vào kết cấu, người ta phân loại trục khuỷu thành 2 loại cơ bản: Trục khuỷu liền và trục khuỷu ghép. Đặc điểm của chúng cụ thể như sau:

STT Tiêu chí Trục khuỷu liền Trục khuỷu ghép
1 Đặc điểm kết cấu Cổ trục, cổ biên, má khuỷu được chế tạo liền thành một khối, không thể tháo rời. Cổ trục, cổ biên và má khuỷu được chế tạo rời nối lại với nhau thành 1 trục.
2 Ứng dụng Được ứng dụng trong động cơ cỡ nhỏ và trung bình như máy kéo. Được ứng dụng phổ biến trong động cơ cỡ lớn và một số động cơ công suất nhỏ, ít xi lanh và đầu to thanh truyền không cắt đôi.

3. Cấu tạo của trục khuỷu

Trục khuỷu liền hay trục khuỷu ghép đều có cấu tạo bao gồm các bộ phận: Đầu trục, cổ trục, chốt khuỷu, má khuỷu, đối trọng, đuôi trục. Đặc điểm và nhiệm vụ của các bộ phận cụ thể như sau:

a. Đầu trục

Đai ốc được lắp đặt trên đầu trục khuỷu để quay trục khuỷu khi cần thiết hoặc để khởi động động cơ bằng tay quay. Đồng thời, đầu trục khuỷu có then để lắp puly dẫn động quạt gió, máy phát điện, bơm nước của hệ thống làm mát, đĩa giảm dao động xoắn (nếu có) và lắp bánh răng trục khuỷu để dẫn động trục cam và các cơ cấu khác. Ngoài ra, đầu trục khuỷu còn có cơ cấu hạn chế di chuyển dọc trục và tấm chặn để ngăn dầu nhờn lọt ra khỏi đầu trục.

b. Cổ trục

Cổ trục có hình trụ, được đặt vào gối đỡ ở các te và có bạc lót như ở đầu thanh truyền hoặc ổ bi. Bộ phận này được gia công chính xác và xử lý bề mặt sao cho có độ cứng và độ bóng cao. Phần lớn các động cơ có đường kính cổ trục bằng nhau và số cổ trục có thể nhiều hoặc ít hơn số xi lanh. Một số động cơ cỡ lớn có đường kính cổ trục lớn dần từ đầu đến đuôi trục khuỷu. Ngoài ra, cổ trục khuỷu thường có cấu tạo rỗng để làm rãnh dẫn dầu bôi trơn đến các cổ và chốt khác.

c. Chốt khuỷu

Chốt khuỷu hay còn gọi là cổ biên, được sử dụng để lắp với đầu thanh truyền. Số chốt khuỷu luôn bằng số xi lanh động cơ và đường kính chốt khuỷu thường nhỏ hơn đường kính cổ trục. Một số động cơ có tốc độ cao, do lực quán tính lớn hơn nên đường kính chốt khuỷu được thiết kế bằng đường kính cổ trục để tăng độ cứng.

Bộ phận này của trục khuỷu cũng được gia công xử lý kỹ càng để có được độ cứng và độ bóng bề mặt cao. Do trục khuỷu có các khoang chứa dầu nên yêu cầu thời gian chờ dầu điền đầy các khoang khi động cơ khởi động. Để nhanh chóng đưa dầu bôi trơn bề mặt trục khuỷu, người ta dùng ống dẫn lắp ép trong trục khuỷu, tuy nhiên dầu không dược lọc sạch thêm nhờ hiệu ứng ly tâm như đã nói ở trên.

Cấu tạo của trục khuỷu bao gồm nhiều bộ phận

d. Má khuỷu

Má khuỷu là phần nối liền chốt khuỷu với cổ trục, tạo thành tay quay trục khuỷu. Má khuỷu có kết cấu đơn giản và dễ gia công. hình dáng có thể là hình chữ nhật, hình tròn hoặc hình bầu dục. Đối với động cơ cổ trục lắp ổ bi, má khuỷu đóng vai trò là cổ trục

Má khuỷu là phần nối liền chốt khuỷu với cổ trục làm thành tay quay trục khuỷu. Hình dáng má khuỷu có thể là chữ nhật, hình tròn, hình bầu dục. Để đo độ cứng và sức bền của má khuỷu, người ta sử dụng độ trùng điệp, ký hiệu là £. Độ trùng điệp càng lớn thì độ cứng của má khuỷu và trục khuỷu càng cao.

Bên cạnh đó, để tránh tập trung ứng suất giữa má khuỷu và cổ khuỷu, các chốt khuỷu thường được chế tạo thành bán kính chuyển tiếp.

e. Đối trọng

Đối trọng được gắn đối diện với chốt khuỷu ở hai bên má khuỷu với mục đích cân bằng lực bán kính ly tâm. Đối trọng có thể đúc liên với má khuỷu, thường dùng cho động cơ cổ nhỏ như ô tô, máy kéo. Đối trọng có thể làm rời hoặc bắt chặt vào má khuỷu bằng bu lông với rãnh mang cá để làm giảm lực tác dụng

Như vậy, trên phương ngang sẽ xuất hiện lực cân bằng. Phương pháp này thực chất là chuyển một phần lực mất cân bằng trên một phương sang phương vuông góc với nó và thường được dùng có chuyển động nằm ngang. Một số động có đối trọng không lắp đặt trực tiếp lên trục khuỷu mà lắp trên 2 trục dẫn động trục khuỷu.

f. Đuôi trục

Đuôi trục có kết cấu một mặt bích để lắp bánh đà và được làm rỗng để lắp ổ bi đỡ trục sơ cấp của hộp số. Trên bề mặt trục có lắp phớt chắn dầu và ren hồi dầu có chiều xoắn ngược với chiều quay của trục khuỷu để gạt dầu trở lại. Cuối cùng là đĩa chắn dầu được đặt ở vị trí sát với cổ trục. Khi động cơ làm việc, các kết cấu chắn dầu sẽ liên kết để đưa dầu rơi xuống theo lỗ thoát trở về các te.

Cấu tạo trục khuỷu bao gồm các bộ phận:

4. Tìm hiểu về cảm biến vị trí trục khuỷu

Để động cơ vận hành ổn định, trục khuỷu phải đảm bảo chất lượng và hoạt động đúng so với thiết kế. Để làm được điều đó, vai trò của cảm biến trục khuỷu là rất lớn. Hãy cùng tìm hiểu về thiết bị này.

a. Cảm biến vị trí trục khuỷu là gì?

Cảm biến vị trí trục khuỷu là một loại cảm biến được trang bị trên một số loại phương tiện, được thiết kế để đo tín hiệu về vị trí và tốc độ quay của trục khuỷu và gửi những thông tin đã thu thập được về ECU để phân tích và sử dụng tín hiệu này nhằm mục đích hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu và tính toán góc đánh lửa sớm cơ bản.

b. Phân loại, cấu tạo các loại cảm biến trục khuỷu

Cảm biến trục khuỷu hiện nay có 3 loại phổ biến bao gồm: Cảm biến từ, cảm biến hall và cảm biến quang. Cấu tạo của chúng như sau:

  • Cảm biến vị trí trục khuỷu từ: gồm có cuộn dây điện từ, lõi nam châm vĩnh cửu và vành răng tạo xung.
  • Cảm biến vị trí trục khuỷu hall: Gồm 1 phần tử hall ở đầu cảm biến, IC và nam châm vĩnh cửu trong cảm biến
  • Cảm biến vị trí trục khuỷu quang: Gồm 1 đĩa cảm biến được sử dụng để đồng bộ hóa điện từ, một quang thông và đèn LED.

c. Nguyên lý hoạt động của cảm biến vị trí trục khuỷu

Cảm biến vị trí trục khuỷu hoạt động theo nguyên lý truyền tín hiệu hình sin (đối với cảm biến loại từ) hoặc vuông (đối với cảm biến loại hall và quang) bằng những lập trình có sẵn của bộ ECU. Chúng phân tích và đếm các xung này trên một đơn vị đo để xác định vị trí và tốc độ của trục khuỷu.

d. Những hư hỏng thường gặp trên cảm biến trục khuỷu

Nếu cảm biến vị trí trục khuỷu gặp vấn đề, đèn báo động cơ sẽ sáng và hiệu suất động cơ giảm, thậm chí xảy ra hiện tượng khó khởi động, chết máy, rung giật do đánh lửa sai, kèm theo đó là lượng tiêu hao nhiên liệu lớn. Những hư hỏng thường gặp trên cảm biến trục khuỷu có thể kể đến như:

  • Khe hở từ bị điều chỉnh sai, răng xung bị hãy trong quá trình tháo lắp, sửa chữa,
  • Đường dây điện cảm biến bị đứt
  • Chạm dương, chạm mát dây tín hiệu
  • Hỏng cảm biến, lỏng giắc cắm.
Cảm biến vị trí trục khuỷu giữ vai trò quan trọng
Cảm biến vị trí trục khuỷu giữ vai trò quan trọng

Các lỗi thường gặp trên cảm biến trục khuỷu khá giống với các loại cảm biến khác trên động cơ. Tuy nhiên, chủ phương tiện không nên tự kiểm tra và sửa chữa. Tốt nhất, các bạn nên liên hệ tới trung tâm sửa chữa có sử dụng máy chẩn đoán để kiểm tra chính xác và tham khảo tư vấn của kỹ thuật viên.

Đối với bộ phận trục khuỷu và cảm biến trục khuỷu trên xe nâng gặp lỗi, các bạn hãy liên hệ ngay tới Hangchavn qua hotline 0975 645 225 để được tư vấn và hỗ trợ tận tình với giá thành phải chăng nhất. Đây là đơn vị chuyên dịch vụ sửa chữa, bao dưỡng xe nâng tốt nhất hiện nay.

Trên đây là bài viết về chủ đề Trục khuỷu và cảm biến trục khuỷu, hi vọng rằng những thông tin mà chúng tôi cung cấp sẽ giúp ích cho bạn. Không chỉ cung cấp dịch vụ sửa chữa xe nâng chất lượng cao, Hangchavn còn là nhà phân phối ủy quyền chính hãng các sản phẩm xe nâng Hangcha tại Việt Nam (bao gồm: xe nâng điện, xe nâng điện pin Lithium, xe nâng dầu, xe nâng tay, xe nâng người,…) với giá thành cạnh tranh nhất thị trường.