Bài giảng môn học Tính toán thiết kế động cơ đốt trong

ÂAÛI HOÜC ÂAÌ NÀÔNG 
TRÆÅÌNG ÂAÛI HOÜC BAÏCH KHOA 
KHOA CÅ KHÊ GIAO THÄNG 
BAÌI GIAÍNG MÄN HOÜC 
TÊNH TOAÏN THIÃÚT KÃÚ ÂÄÜNG CÅ ÂÄÚT TRONG 
Dùng cho sinh viên ngành Cơ khí Động lực 
Säú tiãút: 30 tiãút 
Biãn soaûn: TS.Tráön Thanh Haíi Tuìng 
Đà Nẵng 2007 
Tính toán Động cơ đốt trong- Chương 1 * Tính toán nhóm piston 
Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thông, ĐHBK ĐN 
1-1
Chương 1 
 Tính toán nhóm Piston 
1.1. Tính nghiệm bền piston 
1.1.1. Xác định các kích thước cơ bản 
Các kích thước cơ bản của piston thường được xác định theo những công 
thức thực nghiệm (bảng 1.1). 
Hình 1.1 Sơ đồ tính toán piston 
Bảng 1.1 
Động cơ tĩnh tại và tàu 
thuỷ 
Động cơ ô tô và máy kéo Động cơ cao tốc Thông số 
Cỡ lớn Cỡ nhỏ Diesel Xăng Diesel Xăng 
(0,08-0,2)D 
(0,1-0,2)D 
(0,03-0,09)D 
(0,1-0,2)D 
(0,04-0,07)D 
Chiều dày đỉnh δ 
 Không làm mát đỉnh 
 Có làm mát đỉnh (0,04-0,08)D (0,05-0,1)D 
Khoảng cách h từ đỉnh 
đến xéc măng thứ nhất 
(1-3)δ (0,6-2)δ (1-2)δ (0,5-1,5)δ 0,8-1,5)δ (0,6-1,2)δ 
Chiều dày s phần đầu (0,05-0,08)D (0,05-0,1)D (0,06-0,12)D 
Chiều cao H của piston (1,5-2)D (1-1,7)D (1-1,6)D (1-1,4)D (0,6-1)D (0,5-0,8)D 
Vị trí chốt piston (0,8-1,2)D (0,65-0,9)D (0,5-1,2)D (0,35-0,45)D 
Đường kính chốt dcP (0,35-0,5)D (0,3-0,45)D (0,22-0,3)D (0,3-0,5)D (0,25-0,35)D 
Đường kính bệ chốt db (1,4-1,7)dcp (1,3-1,6)dcp (1,3-1,6)dcp 
Đường kính trong chốt do (0,4-0,7)dcp (0,6-0,8)dcp (0,6-0,8)dcp 
Chiều dày phần thân s1 (0,3-0,5)s 2-5 mm (0,02-0,03)D 
Số xec măng khí 5-7 4-6 3-4 2-4 3-4 2-3 
Chiều dày hướng kính t (1/25-1/35)D (1/22-1/26)D (1/25-1/32)D 
Chiều cao a (0,5-1)t 2,2-4mm (0,3-0,6)t 
Số xec măng dầu 1-4 1-3 1-3 
Chiều dày bờ rãnh a1 (1-1,3)a ≥a ≥a 
Tính toán Động cơ đốt trong- Chương 1 * Tính toán nhóm piston 
Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thông, ĐHBK ĐN 
1-2
1.1.2. Điều kiện tải trọng 
Piston chịu lực khí thể Pkt , lực quán tính và lực ngang N, đồng thời chịu tải 
trọng nhiệt không đều. Khi tính toán kiểm nghiệm bền thường tính với điều kiện tải 
trọng lớn nhất. 
1.1.3. Tính nghiệm bền đỉnh piston 
Tính nghiệm bền đỉnh piston đều phải giả thiết lực tác dụng phân bố đều và 
chiều dày của đỉnh có giá trị không đổi. Dưới đây giới thiệu hai phương pháp tính 
nghiệm bền đỉnh. 
1.1.3.1. Công thức Back. 
Công thức Back dùng các giả thiết sau: 
Coi đỉnh piston là một đĩa tròn có chiều dày 
đồng đều δ đặt trên gối tựa hình trụ rỗng. Coi áp 
suất khí thể pz phân bố đều trên đỉnh như sơ đồ 
hình 1.2. 
Lực khí thể Pz = pz FP và phản lực của nó 
gây uốn đỉnh piston tại tiết diện x - x. Lực khí thể 
tác dụng trên nửa đỉnh piston có trị số: 
z
z pDP
82
2π= ; (MN) (1-1) 
Lực này tác dụng tại trọng tâm của nửa hình tròn. 
π
Dy
3
2
1 = . 
Phản lực phân bố trên nửa đường tròn đường kính 
Di, có trị số bằng PZ/2 và tác dụng trên trọng tâm của 
nửa đường tròn cách trục x - x một khoảng: 
 π
iDy =2 
Mômen uốn đỉnh sẽ là: 
 ( )2 1 22 2 3iz zu
Dp p DM y y π π
⎛ ⎞= − = −⎜ ⎟⎝ ⎠ 
Coi Di ≈ D thì: 3zzu Dp24
1
6
DpM =π= (MN.m) (1-2) 
Môđun chống uốn của tiết diện đỉnh: 
6
DW
2
u
δ= 
Do đó ứng suất uốn đỉnh piston: 
 2
2
z
u
u
u 4
Dp
W
M
δ==σ ; (1-3) 
Ứng suất cho phép như sau: 
Hình 1.2 Sơ đồ tính đỉnh piston 
 theo phương pháp Back 
Hình 1 .3 Sơ đồ tính đỉnh piston 
 theo phương pháp Back 
Tính toán Động cơ đốt trong- Chương 1 * Tính toán nhóm piston 
Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thông, ĐHBK ĐN 
1-3
 - Đối với piston nhôm hợp kim: 
 Đỉnh không gân [σu ] = 20 - 25 MN/m2 
 Đỉnh có gân [σu ] = 100 - 190 MN/m2 
 - Đối với piston gang hợp kim: 
 Đỉnh không gân [σu ] = 40 - 45 MN/m2 
 Đỉnh có gân [σu ] = 100 - 200 MN/m2 
1.1.3.2. Công thức Orơlin. 
Công thức Orơlin giả thiết đỉnh là một đĩa tròn bị ngàm cứng trong gối tựa 
hình trụ (đầu piston) như sơ đồ trên hình 1.2. Giả thiết này khá chính xác với loại 
đỉnh mỏng có chiều dày δ ≤ 0,02 D. 
Khi chịu áp suất pz phân bố đều trên đỉnh, ứng suất của một phân tố ở vùng 
ngàm được tính theo các công thức sau: 
 Ứng suất hướng kính: 
 z2
2
x p
r
4
3
δξ=σ ; MN/m
2 (1-4) 
 Ứng suất hướng tiếp tuyến: 
 z2
2
y p
r
4
3
δµ=σ ; MN/m
2 (1-5) 
Trong đó: 
ξ - Hệ số ngàm, thường chọn ξ 
= 1. 
µ - Hệ số poát xông. (đối với 
gang µ = 0,3; với nhôm µ = 0,26). 
r - Khoảng cách từ tâm đỉnh 
piston đến mép ngàm. 
Ứng suất cho phép đối với vật 
liệu gang và nhôm: [σ] = 60 MN/m2 
1.1.4. Tính nghiệm bền đầu piston. 
Tiết diện nguy hiểm của phần đầu piston là tiết diện cắt ngang của rãnh xéc 
măng dầu. (FI-I hình 1-1). 
1.1.4.1. Ứng suất kéo: 
II
II
II
jI
k F
jm
F
P
−
−
−
== maxσ ; MN/m2 (1-6) 
Trong đó: mI-I là khối lượng phần đầu piston phía trên tiết diện I-I. 
Theo kinh nghiệm mI-I thường bằng (0,4 - 0,6)mnp 
Ứng suất cho phép: [σk] ≤ 10 MN/m2. 
δ
Hình 1.3. Sơ đồ tính đỉnh piston 
 theo phương pháp Orlin
Tính toán Động cơ đốt trong- Chương 1 * Tính toán nhóm piston 
Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thông, ĐHBK ĐN 
1-4
1.1.4.2. Ứng suất nén: 
 max
2
4 zIIII
z
n pF
D
F
P
−−
== πσ ; (1-7) 
Ứng suất cho phép: 
 - Đối với gang [σn] = 40 MN/m2. 
 - Đối với nhôm [σn] = 25 MN/m2. 
1.1.5. Tính nghiệm bền thân piston. 
Tính nghiệm bền thân piston chủ yếu là kiểm tra áp suất tiếp xúc của thân 
với xilanh. 
Dl
NK
th
th
max= ; MN/m2 (1-8) 
Trong đó: Nmax là lực ngang lớn nhất, xác định từ kết quả tính toán động lực 
học. 
Trị số cho phép của Kth như sau: 
- Đối với động cơ tốc độ thấp [Kth] = 0,15 - 0,35 MN/m2 
- Đối với động cơ tốc độ trung bình [Kth] = 0,3 - 0,5 MN/m2 
- Đối với động cơ tốc độ cao [Kth] = 0,6 - 1,2 MN/m2 
Áp suất tiếp xúc trên bệ chốt piston cũng được xác định theo công thức 
tương tự: 
12 ld
PK
cp
z
b = ; MN/m2 (1-9) 
Trong đó: dcp - đường kính chốt piston 
 l1 - chiều dài làm việc của bệ chốt 
Áp suất tiếp xúc cho phép: 
- Kiểu lắp chốt tự do: 
 [Kb] = 20 -30 MN/m2 
- Kiểu lắp cố định trên piston gang: 
 [Kb] = 25 - 40 MN/m2. 
1.1.6. Khe hở lắp ghép của piston: 
Tùy thuộc vật liệu chế tạo piston, xi lanh và trạng thái nhiệt của piston mà 
khe hở lắp ghép khác nhau. 
1.1.6.1. Trường hợp trạng thái nguội : 
Khe hở phần đầu : ∆d=(0,006-0,008)D 
Khe hở phần thân : ∆t=(0,001-0,002)D 
1.1.6.2. Trường hợp trạng thái nóng : 
Khe hở phần đầu: 
Tính toán Động cơ đốt trong- Chương 1 * Tính toán nhóm piston 
Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thông, ĐHBK ĐN 
1-5
[ ]' 1 ( ) 1 ( )d xl xl o d p d oD T T D T Tα α⎡ ⎤∆ = + − − − −⎣ ⎦ 
Khe hở phần thân: 
[ ]' 1 ( ) 1 ( )t xl xl o t p t oD T T D T Tα α⎡ ⎤∆ = + − − − −⎣ ⎦ 
Với: Txl, Td, Tt là nhiệt độ xi lanh, nhiệt độ phần đầu piston, nhiệt độ phần 
thân piston.(K) 
Khi làm mát bằng nước: Txl=383 – 388K, Td=473-723K, Tt=403-473K 
Khi làm mát bằng không khí: Txl=443 – 463K, Td=573-823K, Tt=483-613K 
αxl, αp: Hệ số dãn nở của vật liệu xi lanh và của vật liệu piston.(1/K). 
Vật liệu nhôm: α = 22.10-6 1/K 
Vật liệu gang: α = 11.10-6 1/K 
1.2. Tính nghiệm bền chốt piston. 
Chốt piston làm việc trong trạng thái chịu uốn, chịu cắt, chịu va đập và biến 
dạng. Trạng thái chịu lực của chốt trên theo sơ đồ hình 1.4. 
1.2.1. Ứng suất uốn 
Nếu coi chốt piston như một dầm đặt tự do trên hai gối đỡ, lực tác dụng có 
thể phân bố theo hình 1.4. 
Khi chịu lực khí thể, chốt bị uốn lớn nhất 
ở tiết diện giữa chốt. Mômen uốn chốt có thể xác 
định theo công thức: 
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −=
4
l
2
l
2
PM dzu ;MN.m. (1-10) 
Mô dun chống uốn của tiết diện chốt 
piston bằng: 
( )
ch
4
0
4
cp
u d
dd
32
W
−π= ( )43cp 1d1,0 α−≈ 
Trong đó: 
l - Khoảng cách giữa hai gối đỡ. 
lđ - Chiều dày đầu nhỏ thanh truyền. 
dcp - Đường kính chốt piston. 
do - Đường kính lỗ rỗng của chốt 
cp
0
d
d=α - Hệ số độ rỗng của chốt. 
Nếu coi chiều dài chốt piston lcp ≈ 3l1 và l1 ≈ lđ thì ứng suất uốn chốt piston 
tính theo sơ đồ trên hình 1.4 có thể tính theo công thức: 
( )( )43cp dcpzuuu 1d2,1
l5,0lP
W
M
α−
+==σ ; (1-11) 
Hình 1.4 Sơ đồ tính toán chốt 
piston 
Tính toán Động cơ đốt trong- Chương 1 * Tính toán nhóm piston 
Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thông, ĐHBK ĐN 
1-6
1.2.2. Ứng suất cắt 
Chốt piston chịu cắt ở tiết diện I-I trên hình 1-4. ứng suất cắt xác định theo 
công thức sau: 
cp
z
c F2
P=τ ; MN/m2 (1-12) 
Trong đó: Fcp - Tiết diện ngang chốt (m2) 
Ứng suất cho phép đối với các loại vật liệu như sau: 
- Thép hợp kim: [σu] = 150 - 250 MN/m2 
 [τc] = 50 - 70 MN/m2 
- Thép hợp kim cao cấp: [σu] = 350 - 450 MN/m2 
 [τc] = 100 - 150 MN/m2 
1.2.3. Ứng suất tiếp xúc trên đầu nhỏ thanh truyền: 
cpd
z
d dl
PK = ; MN/m2 (1-13) 
Ứng suất cho phép: 
- Chốt lắp động: [Kđ] = 20 - 35 MN/m2 
- Chốt lắp cố định: [Kđ] = 30 - 40 MN/m2 
1.2.4. Ứng suất biến dạng 
Khi biến dạng chốt biến 
dạng thành dạng méo. Theo 
Kinaxôsvili lực tác dụng theo chiều 
chốt piston phân bố theo đường 
parabôn có số mũ từ 2,5 ÷ 3. Trên 
phương thẳng góc với đường tâm 
chốt tải trọng phân bố theo đường 
sin như hình 1.5a. 
Đối với các loại chốt có độ 
rỗng 
cp
0
d
d=α = 0,4 ÷ 0,8 độ biến 
dạng ∆dmax có thể xác định theo 
công thức sau: 
 k
1
1
El
P09,0d
3
cp
z
max ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
α−
α+=∆ ; (1-14) 
Trong đó: 
 k - Hệ số hiệu đính. 
 k = [1,5 - 15(α - 0,4)3] 
 E - Môdun đàn hồi của thép; E = 2.105 MN/m2. 
Độ biến dạng tương đối: 
Hình 1.5 Ứng suất biến dạng 
trên tiết diện chốt piston 
Tính toán Động cơ đốt trong- Chương 1 * Tính toán nhóm piston 
Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thông, ĐHBK ĐN 
1-7
 002,0
d
d
cp
max
cp ≤∆=δ mm/cm; (1-15) 
Khi chốt bị biến dạng ứng suất biến dạng phân bố theo hình 1.5b. 
Trên các điểm 1, 2, 3, 4 có ứng suất lớn nhất. 
Ứng suất kéo tại điểm 1 của mặt ngoài (ϕ = 00) tính theo công thức sau: 
 ( )( )( ) ( ) kdl
P
cpcp
z
a ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
−−+
++== αα
αασ ϕ 1
1
1
1219,0 20, ; (1-16) 
- Ứng suất nén tại điểm 3 của mặt ngoài: 
 ( )( )( ) ( ) kdl
P
cpcp
z
a ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
−++
++−== αα
αασ ϕ 1
636,0
1
12174,0 20, ; (1-17) 
- Ứng suất nén tại điểm 2 của mặt trong 
 ( )( )( ) ( ) k1
1
1
1219,0
dl
P
2
cpcp
z
0,i ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
α−+αα−
α+α+−=σ =ϕ ; (1-18) 
- Ứng suất kéo tại điểm 4 của mặt trong (ϕ = 900): 
 ( )( )( ) ( ) kdl
P
cpcp
z
i ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
−−−
++== ααα
αασ ϕ 1
636,0
1
121174,0 290, 0 ; (1-19) 
Kết quả tính toán cho thấy ứng suất ở mặt trong thường lớn hơn ứng suất ở 
mặt ngoài. 
Ứng suất biến dạng cho phép: 
 [σi] = 60 - 170 MN/m2 
1.3. Tính nghiệm bền xéc măng. 
Kích thước xéc măng khí có liên quan mật thiết với ứng suất của xéc măng là 
chiều dày t. Chiều dày xéc măng t thường đã được chuẩn hoá. Có thể xác định trong 
phạm vi: 
 D/t = 20 ÷ 30 và A/t = 2,5 ÷ 4 
Trong đó: D - đường kính xilanh 
A - độ mở miệng của xéc măng ở trạng thái tự do. 
1.3.1. Ứng suất uốn: 
Xéc măng không đẳng áp khi xéc măng làm việc- ứng suất công tác có thể 
xác định theo công thức Ghinxbua: 
( ) ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −ξ−π
=σ
1
t
DD3
AEC2 m
1u ; (1-20) 
Trong đó: Cm - hệ số ứng suất phần miệng xéc măng. Tuỳ theo quy luật 
phân bố áp suất phần miệng có thể chọn Cm = 1,74 ÷ 1,87. 
 ξ - hệ số phân bố áp suất. Thông thường có thể chọn ξ = 0,196. 
Tính toán Động cơ đốt trong- Chương 1 * Tính toán nhóm piston 
Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thông, ĐHBK ĐN 
1-8
E - Mô duyn đàn hồi của hợp kim gang E = 1,20. 105 MN/m2 
1.3.2. Ứng suất lắp ghép xéc măng vào piston: 
 ( )
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
ξ−π−=σ
4,1
t
D
t
Dm
3t
A1E4
2u ; (1-21) 
Trong đó: m - hệ số lắp ghép. 
 Nếu lắp ghép bằng tay : m = 1 
 Nếu lắp ghép bằng đệm : m = 1,57 
 Nếu lắp ghép bằng kìm chuyên dụng : m = 2. 
1.3.3. Ứng suất khi gia công định hình: 
 σu3 = (1,25 ÷ 1,3) σu1 (1-22) 
Ứng suất cho phép: [σu3] = 400 ÷ 450 MN/m2 
1.3.4. Áp suất bình quân của xéc măng không đẳng áp 
( ) 3tb 1
t
D3
t
D
t
AE425,0
p
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −ξ−
= ; (1-23) 
Dạng đường cong áp suất tbp.p δ= có thể xác định sơ bộ theo hệ số δ ở bảng 
dưới đây: 
α 00 300 600 900 1200 1500 1800 
δ 1,051 1,047 1,137 0,896 0,456 0,670 2,861 
Tính toán Động cơ đốt trong- Chương 1 * Tính toán nhóm piston 
Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thông, ĐHBK ĐN 
1-9
1.4. Bài tập áp dụng: 
1. Tính toán kiểm tra piston động cơ xăng bằng nhôm có các thông số cho 
trước như sau: 
Thông số Đơn vị Giá trị 
S/D mm 78/78 80/80 75/80 76/78 
pzmax MN/m2 6.195 6.195 6.195 6.195 
Tốc độ không tải lớn nhất nktmax v/ph 6000 6000 6000 6000 
Nmax ở góc quay α=370o MN/m2 0,0044 0,005 0,0048 0,0046 
mnp kg 0,478 0,5 0,6 0,7 
Tham số kết cấu λ 0,285 0,26 0,27 0,25 
Vật liệu piston Nhôm Nhôm Nhôm Nhôm 
Vật liệu xi lanh Gang Gang Gang Gang 
2. Tính toán kiểm tra piston động cơ diesel bằng nhôm có các thông số cho 
trước như sau: 
Thông số Đơn vị Giá trị 
S/D mm 120/120 110/110 100/100 95/95 
pzmax MN/m2 11,307 10,3 10,5 9,5 
Tốc độ không tải lớn nhất nktmax v/ph 2700 2600 2800 3000 
Nmax ở góc quay α=370o MN/m2 0,0069 0,0067 0,0068 0,007 
mnp kg 2,94 2,84 2,74 2,64 
Tham số kết cấu λ 0,27 0,25 0,26 0,28 
Vật liệu piston Nhôm Nhôm Nhôm Nhôm 
Vật liệu xi lanh Gang Gang Gang Gang 
Tính toán Động cơ đốt trong- Chương 2 * Tính toán nhóm Thanh truyền 
Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thông, ĐHBK ĐN 
2-1
Chương 2 
 Tính toán nhóm Thanh truyền 
2.1. Tính bền thanh truyền 
2.1.1. Tính sức bền đầu nhỏ 
Thông số Động cơ xăng Động cơ Diesel 
Đường kính ngoài bạc d1 (1,1-1,25)dcp (1,1-1,25)dcp 
Đường kính ngoài d2 (1,25-1,65)dcp (1,3-1,7)dcp 
Chiều dài đầu nhỏ ld (0,28-0,32)D (0,28-0,32)D 
Chiều dày bạc đầu nhỏ (0,055-0,085)dcp (0,07-0,085)dcp 
2.1.1.1. Loại đầu nhỏ dày khi d2/d1>1,5 
Tính toán ứng suất kéo: 
σ k jnp
d
P
l s
= max
.2
 (2-1) 
trong đó P Rmjnp npmax ( )= +ω λ2 1 
[σk] = 30 - 60 MN/m2 
2.1.1.2. Loại đầu nhỏ mỏng: 
a. Khi chịu kéo: 
Tải trọng tác dụng: Lực quán tính Pj 
gây ra ứng suất uốn và kéo. Giả thiết lực 
quán tính phân bố đều theo hướng kính 
trên đường kính trung bình của đầu nhỏ. 
2
jPq ρ= với 4
dd 21 +=ρ 
Coi đầu nhỏ là dầm cong ngàm một đầu tại C-C, ngàm C-C chịu uốn lớn 
nhất. 
Hình 2.1 Sơ đồ tính toán đầu nhỏ
Hình 2.2 Tải trong tác dụng đầu nhỏ 
thanh truyền khi chịu kéo 
Hình 2.3 Ứng suất tác dụng lên đầu nhỏ 
thanh truyền khi chịu kéo 
Tính toán Động cơ đốt trong- Chương 2 * Tính toán nhóm Thanh truyền 
Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thông, ĐHBK ĐN 
2-2
- Xác định góc γ: 
12
1
r
2
H
arccos90 ρ+
ρ+
+=γ (2-2) 
Tại mặt cắt C-C ta có: 
M M N Pj A A j= + − − −ρ γ ρ γ γ( cos ) , (sin cos )1 0 5 (2-3) 
N N Pj A j= + −cos , (sin cos )γ γ γ05 
Với MA và NA có thể tính theo 
công thức gần đúng. 
⎪⎩
⎪⎨⎧ γ−=
−γρ=
)0008,0572,0(PN
)0297,000033,0(PM
jA
jA
 γ được tính theo độ. 
Vì bạc đầu nhỏ lắp chặt trong đầu 
nhỏ nên khi lắp ráp đầu nhỏ đã chịu ứng 
suất kéo dư do đó đầu ... nh trên đồ thị nhiệt độ trung bình của màng dầu vượt quá 
1100C thì phải lựa chọn lại khe hở ổ trục và loại dầu bôi trơn rồi tính lại. 
9.1.4. Xác định chiều dày màng dầu: 
Xác định hệ số phụ tải ứng với phụ tải trung bình cực đại. 
4
2
10. −⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ∆
µω=φ d
k d- (cm); ∆ - (µm); µ - Độ nhớt của dầu (KG.s/m2). 
Hình 9.6 Quan hệ nhiệt lượng Q với nhiệt độ 
trung bình ổ trượt 
Tính toán Động cơ đốt trong - Chương 9 * Tính toán hệ thống bôi trơn 
Biên soạn TS Trần Thanh Hải Tùng , Bộ môn Máy Động lực, Khoa Cơ khí Giao thông 
9-6
Sau khi có hệ số phụ tải φ, qua đồ thị hình 9.3 xác định χ theo tỷ số l/d. Áp suất 
ở đây được tính theo áp suất k’tb. 
Tính khe hở nhỏ nhất của màng dầu: 
hmin = δ(1-χ) 
Đối với động cơ ô tô máy kéo hmin= 0.005 ÷ 0.006 mm. 
Hệ số an toàn để bảo đảm điều kiện ma sát ướt: 
5,1
min
min ≥=
thh
hH 
Trong đó: hminth - Chiều dày tới hạn của màng dầu 
 hminth = h1 + h2 + ∆0 
Trong đó : h1, h2 - Độ nhấp nhô bề mặt trục và ổ (bạc lót). 
 ∆0 - Sai số công nghệ gia công. 
Đối với động cơ ô tô máy kéo hminth = 0,003 ÷ 0,004 mm 
9.2. Lưu lượng dầu bôi trơn và lưu lượng của bơm 
dầu: 
Lượng dầu bôi trơn và làm mát ổ trục phụ thuộc số ổ trục và tổng diện tích ma 
sát. Có thể xác định lượng dầu nhờn qua ổ trục bằng phương pháp tính toán nhiệt của ổ 
trượt, rồi tổng hợp lại để tìm lưu lượng dầu nhờn cần cung cấp cho các mặt ma sát của 
động cơ. 
Thực nghiệm cho thấy nhiệt lượng do dầu đem đi Qd thường chiếm khoảng 1,5 
÷2% tổng nhiệt lượng do nhiên liệu cháy trong xylanh sinh ra. Vì vậy có thể xác định 
Qd như sau: 
 Qd = (0,015 ÷ 0,020) Qt. kcal/h 
Nhiệt do nhiên liệu cháy sinh ra trong một giờ xác định theo phương trình sau: 
 Qt =632 Ne/ηe. kcal/h 
Trong đó : ηe - Hiệu suất có ích của động cơ đốt trong: ηe = 0,25 ÷ 0,35; 
Do đó: 
 ed NQ .632)35.025.0(
)02.0015.0(
÷
÷= (9-9) 
Trong những động cơ dùng dầu nhờn để phun lên làm mát đỉnh pittông, có thể 
chọn Qd= (100 ÷ 110) Ne. 
Từ đó có thể tính lưu lượng cần thiết của dầu bôi trơn cung cấp cho các mặt ma 
sát: 
 V Q
c td
d
d
= ρ ∆ ; (l/h) (9-10) 
Tính toán Động cơ đốt trong - Chương 9 * Tính toán hệ thống bôi trơn 
Biên soạn TS Trần Thanh Hải Tùng , Bộ môn Máy Động lực, Khoa Cơ khí Giao thông 
9-7
 Trong đó : 
ρ- Khối lượng riêng dầu nhờn; ρ ≈ 0,85kg/l. 
Cd- Tỷ nhiệt của dầu nhờn. 
 Cd = 0,5 kcal/kg0C 
∆t = 10 ÷ 15 0C; 
Thay (9-9) vào (9-10) ta có : 
 Vd = (7 ÷ 10)Ne, l/h (9-11) 
Nếu làm mát đỉnh : 
 Vd = (20 ÷ 15 ) Ne, l/h (9-12) 
Muốn đủ lượng dầu nói trên, bơm dầu thường phải tăng lưu lượng lớn gấp vài 
lần. Do đó lưu lượng V’b của bơm dầu có thể xác định theo (9-13). 
 V’b = (2 ÷ 3,5) Vd; l/h (9-13) 
 Đối với động cơ xăng: 
 V’b= (14÷20) Ne ; l/h (9-14) 
 Đối với động cơ diêden : 
 V’b= (20 ÷ 40)Ne; l/h (9-15) 
Trong hệ thống cácte khô, lưu lượng của các bơm hút Vhu thường chọn lớn hơn 
lưu lượng của các bơm đẩy Vbđ: 
 Vhu = (2÷2,5)Vbđ (9-16) 
Nếu xét đến hiệu suất của bơm, lưu lượng lý thuyết của bơm dầu xác định theo 
công thức sau đây: 
/
b
b
b
VV η= (9-17) 
Trong đó: 
ηb - Hiệu suất cung cấp của bơm dầu: 
Bơm bánh răng ηb = 0,7 ÷ 0,8 
Bơm phiến trượt ηb = 0,8 ÷ 0,9 
Căn cứ vào các thông số kích thước của bánh răng bơm dầu, có thể xác định Vb 
theo công thức sau đây: 
 Vb = π d0 h b nb60.10-6; l/h (9-18) 
Trong đó : 
 d0 - Đường kính vòng chia bánh răng bơm dầu (mm); 
 h - Chiều cao của răng (mm); 
 nb - Số vòng quay của bơm dầu (vg/ph); 
Tính toán Động cơ đốt trong - Chương 9 * Tính toán hệ thống bôi trơn 
Biên soạn TS Trần Thanh Hải Tùng , Bộ môn Máy Động lực, Khoa Cơ khí Giao thông 
9-8
Đối với bơm phiến trượt : 
 Vb= 0,12 F b nb.10-6; l/h (9-19) 
Trong đó : F - Diện tích chứa dầu của bơm (mm2); 
 b - Chiều dài của phiến trượt (mm); 
 nb - Số vòng quay của bơm phiến trượt (vg/ph). 
Khi thiết kế bơm dầu cần lựa chọn kích thước và tỷ số truyền sao cho kích 
thước bơm nhỏ gọn nhất mà vẫn đảm bảo lưu lượng cần thiết và tốc độ vòng của bánh 
răng không vượt quá giới hạn quy định (thường khoảng 6 ÷ 8 m/s). 
Lưu lượng của bơm phụ thuộc nhiều vào hiệu suất của bơm. Nhưng hiệu suất 
bơm ηb lại thay đổi theo các thông số khe hở hướng kính sdk khe hở cạnh sc, áp suất 
bơm ra pbn, nhiệt độ của dầu vào tv, áp suất hút vào ph và vào số vòng quay của bơm 
nh. Các quan hệ biến thiên của ηb với các thông số kể trên giới thiệu trên hình (9-7). 
Từ hình 9.7 ta thấy khi tăng khe hở hướng kính và khe hở cạnh do hiện tượng 
lọt dầu từ khoang dầu cao áp về khoang dầu áp suất thấp khá trầm trọng nên hiệu suất 
bơm dầu giảm sút rất nhanh hình 9.7 a,b khi bơm làm việc ở các tốc độ khác nhau, nếu 
Hình 9.7. Quan hệ của hiệu suất bơm η với các thông số sử dụng của bơm bánh răng. 
Tính toán Động cơ đốt trong - Chương 9 * Tính toán hệ thống bôi trơn 
Biên soạn TS Trần Thanh Hải Tùng , Bộ môn Máy Động lực, Khoa Cơ khí Giao thông 
9-9
áp suất của đường dầu chính càng lớn hiệu suất bơm càng giảm. Đó là do hậu quả của 
hiện tượng lọt dầu hình 9.7c. Nhiệt độ của dầu vào ảnh hưởng tới đến hiệu suất bơm 
như hình d. khi dầu nhờn có nhiệt độ vào khoảng 600C tốc độ cao (2000vg/ph) hiệu 
suất bơm đạt trị số cao nhất, nhưng sau đó lại giảm. Đó là do khi nhiệt độ của dầu 
nhờn còn thấp hơn 600C, độ nhớt của dầu lớn nên khó điền đầy khe hở giữa các răng 
của bánh răng bơm dầu. Trong phạm vi từ 20 ÷ 600C, độ nhớt giảm, dầu dễ điền đầy 
khoang bơm nên hiệu suất tăng dần. Sau 600C, độ nhớt của dầu giảm nhiều nên dầu dễ 
lọt về khoang áp suất thấp, vì vậy hiệu suất bơm bị giảm. 
Ở tốc độ thấp 1200vg/ph do ảnh hưởng lọt dầu là chính nên hiệu suất bơm giảm 
dần khi nhiệt độ tăng lên. 
Công suất dẫn động bơm dầu nhờn có thể tính theo công thức sau: 
 Nb = 
1 1
27000ηm b dr dv
V p p( )− ; (mã lực) (9-20) 
Trong đó : 
 ηm - Hiệu suất cơ giới của bơm dầu nhờn. Khi xét đến tổn thất ma sát và 
tổn thất thuỷ động: ηm = 0,85 ÷ 0,9. 
 Vb - Lưu lượng lý thuyết của bơm dầu, l/h; 
 Pdr và Pdv - Áp suất dầu ra và áp suất dầu vào bơm (kG/cm2). 
9.3. Tính toán bầu lọc thấm. 
9.3.1. Bầu lọc thấm dùng lõi lọc kim loại: 
Tính toán khả năng lọc của loại bầu lọc dùng lõi lọc kim loại chủ yếu là xác 
định khả năng thông qua của bầu lọc bằng hệ số tiết diện thông qua ktq. 
1
360tq
k
s
δ ϕ
δ
⎛ ⎞= −⎜ ⎟+ ⎝ ⎠ ; (9-21) 
Trong đó; 
δ - Khe hở lọc (mm); 
s - Chiều dày của phiến lọc (mm); 
ϕ - Góc chiếm chỗ phiến gạt (độ). 
Hệ số tiết diện thông qua của các 
loại lọc thấm thường vào khoảng 0,28 ÷ 
0,32. 
Tiết diện thông qua Ftq của lõi lọc 
xác định theo công thức sau: 
Ftq = 
V
v
b
d6
102. ; cm2 
 (9-22) 
Trong đó : 
Hình 9.8. Lõi lọc kim loại 
Tính toán Động cơ đốt trong - Chương 9 * Tính toán hệ thống bôi trơn 
Biên soạn TS Trần Thanh Hải Tùng , Bộ môn Máy Động lực, Khoa Cơ khí Giao thông 
9-10
Vb - lưu lượng của bơm dầu (l/ph). 
vd - tốc độ trung bình của dầu nhờn qua lọc ( cm/s). có thể chọn Vd theo bảng 
(9.2). 
Bảng 9.2: Tốc độ trung bình của dầu nhờn qua lọc 
Kiểu lọc thấm Vd, (cm/s) 
Lọc lưới 
Lọc tấm, phiến 
Lọc dải định hình 
2,0 ÷ 2,5 
6 ÷ 12 
9 ÷ 18 
Diện tích lọc F của lõi lọc xác định theo công thức sau : 
 F = Ftq/ Ktq; cm2 
Chiều cao của lõi lọc: 
 h = 
F
dπ ; cm; 
Trong đó : d là đường kính trung bình của lõi lọc 
2
21 ddd
+= ; cm. 
9.3.2. Bầu lọc thấm dùng lõi lọc bằng dạ, bằng giấy 
Tính toán loại bầu lọc này rất khó vì thường không xác định được tiết diện được 
thông qua một cách chính xác. Khi thiết kế nên tham khảo kích thước của những loại 
lọc tinh của động cơ có công suất tương đương. Có thể căn cứ vào tổng dung tích công 
tác của động cơ để lựa chọn sơ bộ kích thước lõi lọc theo số liệu thống kê trong bảng 
9.3. 
Bảng 9.3: Kích thước lõi lọc 
Dung tích công tác (l) Đường kính lõi lọc (mm) Chiều cao lõi lọc 
4 trở lên 
1,5 ÷ 4 
dưới 1,5 
116 
116 
88 
204 
126 
135 
Tính kiểm nghiệm khả năng lọc của bầu lọc thấm theo công thức sau đây: 
 V1= C F η
∆ p ; l/ph; (9-23) 
Trong đó : 
 V1- Lưu lượng dầu qua lọc (l/ph); 
 F - Diện tích thông qua lý thuyết tính theo công thức sau : F = π d h; 
 ∆p- Độ chênh áp của dầu bầu lọc (của áp suất dầu vào và ra ); 
Tính toán Động cơ đốt trong - Chương 9 * Tính toán hệ thống bôi trơn 
Biên soạn TS Trần Thanh Hải Tùng , Bộ môn Máy Động lực, Khoa Cơ khí Giao thông 
9-11
∆p = Pdv - Pdr, kG/cm2; thường có thể chọn ∆p= 1÷ 1,5 kG/cm2, 
C - Hệ số lưu thông, lấy theo số liệu thực nghiệm: 
 - Lõi lọc bằng hàng sợi bông, lụa v.v.... C= 0,006; 
 - Lõi lọc bằng len, dạ, giấy thấm C = 0,015; 
η - Độ nhớt của dầu nhờn tính theo poa (p) 
9.4. Tính toán bầu lọc ly tâm: 
9.4.1. Xác định số vòng quay của rôto. 
Căn cứ vào định lý xung lượng, phản lực trên đường tâm lỗ phun khiến rôto 
quay, xác định theo công thức sau: 
 F = ( ) ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ π−ε
ρ=−
30
Rn
f2
V
2
Vvv
2
m ll
rd ; N (9-24) 
Trong đó: 
m - Khối lượng dầu nhờn phun qua một lỗ phun trong một giây (kg/s) : 
vd - Tốc độ của tia dầu phun ra khỏi lỗ phun; (m/s) 
vr - Tốc độ vòng của tâm lỗ phun; (m/s) 
Vl = V/2 - Lưu lượng của dầu qua một lỗ phun trong một giây; (m3/s) 
V - Lưu lượng dầu qua hai lỗ phun thường bằng 20 % Vd lưu lượng dầu trong 
hệ thống. 
ε - Hệ số co dòng của dầu nhờn chảy qua tiết diện lỗ phun ε phụ thuộc vào hình 
dạng của lỗ phun. 
Bảng (9.4) giới thiệu hệ số co dòng ε và hệ số lưu lượng µ1 của dòng dầu qua 
vòi phun của bốn loại lỗ phun (Hình 9.9). 
Bảng 9.4: Hệ số ε và µ1 của các loại vòi phun 
Hình 9.9. Các dạng vòi phun thường dùng trong bầu lọc ly tâm 
Tính toán Động cơ đốt trong - Chương 9 * Tính toán hệ thống bôi trơn 
Biên soạn TS Trần Thanh Hải Tùng , Bộ môn Máy Động lực, Khoa Cơ khí Giao thông 
9-12
loại vòi phun ε µ1 
1 
2 
3 
4 
0,9 
1,0 
1,0 
1,0 
0,80 
0,83 
0,78 
0,86 
Dạng 1 là loại được dùng phổ biến nhất vì rất dễ gia công. 
 f- Diện tích tiết diện lỗ phun: (m2) 
 n- Số vòng quay của rôto trong một phút: (v/ph) 
 R- Khoảng cách từ tâm vòi phun đến tâm trục rôto; (m) 
 ρ- Khối lượng riêng của dầu thường lấy bằng 850 kg/m3. 
Mômen dẫn động rôto Mp do hai tia phun sinh ra bằng: 
 Mp = 2FR (N.m); (9-24) 
Trong trạng thái làm việc ổn định, momen quay rôto Mq được cân bằng bởi 
momen cản của rôto Mc. 
Mômen cản Mc có thể xác định theo công thức gần đúng sau : 
 Mc = a + bn; (N.m) (9-25) 
Trong đó : a,b là hệ số thực nghiệm. 
Các bầu lọc ly tâm hiện đại, nếu độ nhớt của dầu nhờn nằm trong phạm vi 15 ÷ 
100cP (xăng ti poa) thì có thể xác định hệ số a và b theo các biểu thức sau: 
a = 6.10-4 Ω µ; hoặc gần đúng a=(5÷20)10-4 N.m 
b = (0,03 +0,002µ).10-3Ω hoặc gần đúng b = (0.03÷0.1)10-4 (N.m/vg/ph) 
Trong đó : 
Ω- Dung tích của rôto (cm3); 
µ - Độ nhớt động lực học của dầu nhờn (cP). 
Từ phương trình (9-24) và (9-25) ta rút ra : 
 n = 
30
2
2
2
RV
b
a
f
RV
l
l
πρ+
−ε
ρ
; (v/ph) (9-26) 
Từ công thức trên cho thấy rằng tăng số vòi phun lên, số vòng quay của rôto 
không tăng mà lại giảm. Do đó có thể đảm bảo tính cân bằng của rôto, thường người ta 
chỉ dùng 2 vòi phun. 
Tính toán Động cơ đốt trong - Chương 9 * Tính toán hệ thống bôi trơn 
Biên soạn TS Trần Thanh Hải Tùng , Bộ môn Máy Động lực, Khoa Cơ khí Giao thông 
9-13
9.4.2. Xác định áp suất dầu trước khi vào lọc: 
Bỏ qua lượng dầu rò rỉ qua khe hở lắp ghép giữa rôto và trục rôto (theo số liệu 
thực nghiệm, lượng dầu này chỉ chiếm khoảng 2% lượng dầu phun qua lỗ phun). 
Lưu lượng dầu nhờn phun ra khỏi hai lỗ phun có thể xác định bằng phương 
trình sau đây: 
 V f p= 2 21µ ρ ; (m
3/s) (9-27) 
Trong đó : 
 µ1 - Hệ số lưu lượng của dòng dầu qua lỗ phun = 0,78 - 0,86 
 ρ - Khối lượng riêng của dầu ; (kg/m3) 
 p - Áp suất của dầu trước lỗ phun (kG/cm2). 
 p = p1(1 - ψ) + )(302
22
2
orR
n −⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ πρ ; N/m2 (9-28) 
Trong đó : 
p1 - Áp suất của dầu trước khi vào lọc (kG/cm2) 
r0 - Bán kính trục rôto (m) 
ψ - Hệ số tổn thất lưu động của dầu từ khi dầu vào rôto đến khi tới miệng lỗ 
phun. 
Đối với bầu lọc ly tâm không toàn phần ψ = 0,1 ÷ 0,3. Đối với bầu lọc ly tâm 
toàn phần ψ = 0,2 ÷ 0,5. 
Từ các phương trình trên ta rút ra áp suất cần thiết của dầu vào bầu lọc ly tâm: 
)1(f8
f)rR(
30
n4V
p 22
1
22
1
2
o
2
2
2
1 ψ−µ
ρ
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡ µ−⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ π−
= (kg/cm2) (9-29) 
Để xác định trị số tối ưu của bán kính rôto R, đạo hàm phương trình (9-26) theo 
R và cho đạo hàm dn/dR = 0 ta rút ra: 
 Rtư=
l
2
2
l
2
l V
b30
V
fa2
V
fa2
ρπ+⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
ρ
ε+ρ
ε ; (m) (9-30) 
Từ phương trình trên ta thấy trị số tốt nhất của R sẽ giảm khi tăng lưu lượng 
dầu V và khi giảm mômen cản Mc (a và b giảm) khiến cho kết cấu của bầu lọc ly tâm 
gọn nhẹ. (V - Lưu lượng dầu phun qua lỗ phun; m3/s). 
9.5. Tính toán két làm mát dầu. 
Xác định thông số cơ bản như sau: 
Nhiệt lượng của động cơ truyền cho dầu nhờn: 
Tính toán Động cơ đốt trong - Chương 9 * Tính toán hệ thống bôi trơn 
Biên soạn TS Trần Thanh Hải Tùng , Bộ môn Máy Động lực, Khoa Cơ khí Giao thông 
9-14
 Qd = cd p va (tdr - ttv), kcal/h. 
Nhiệt lượng này cân bằng với nhiệt lượng do két làm mát dầu tản ra ngoài nên: 
 Qd = cd ρ Vk ( tdvk - tdrk); kcal/h; 
Trong đó : 
Vd, Vk - Lưu lượng dầu nhờn tuần hoàn trong động cơ và lưu lượng dầu chảy 
qua két làm mát; 
tdv,t dr - Nhiệt độ đầu vào và ra khỏi động cơ (0C); 
tdvk, tdrk - Nhiệt độ vào và ra khỏi két làm mát dầu (0C); 
cd - Tỷ nhiệt của dầu nhờn (kcal/kg0C); 
ρ - Mật độ của dầu nhờn (kg/l). 
Trong hệ thống bôi trơn cácte khô dầu nhờn được làm mát liên tục như trên sơ 
đồ hình 12 - 3 thì Vd = Vk. 
Diện tích tản nhiệt cần thiết của két làm mát dầu xác định theo công thức sau: 
 Fk = ( )
Q
K t t
d
d d k−
; m2 (9-29) 
Trong đó: 
Kd - Hệ số truyền nhiệt tổng quát giữa dầu nhờn và môi chất làm mát 
(kcal/m2h0C); 
td, tk - Nhiệt độ trung bình của dầu nhờn trong két và môi chất làm mát (0C): 
 td = 
t tdvk drk+
2
; tk = 
t tkr kv−
2
Chênh lệch nhiệt độ của dầu trong két làm mát thường chọn bằng chênh lệch 
nhiệt độ của dầu khi vào và khi ra khỏi động cơ, 
 Do đó: (td - tk) = (tdr - tdv). 
Đối với động cơ xăng thường chọn : ∆td = tdr - tdv = 10 ÷ 200C. 
Đối với động cơ điêden thường chọn : ∆td = 20 ÷ 400C. 
Nhiệt độ trung bình của dầu nhờn trong két thường vào khoảng 75 ÷ 85 0C. 
Nhiệt độ trung bình của không khí quét qua két làm mát dầu trong điều kiện làm việc 
nặng có thể chọn bằng 450C. 
Hệ số truyền nhiệt Kd phụ thuộc khá nhiều nhân tố truyền nhiệt. 
Đối với loại két làm mát dầu dùng kiểu ống thẳng và nhẵn : 
 Kd ≈ 100 ÷ 300; kcal/m2h0C 
Đối với loại dùng ống tạo dầu chảy xoáy: 
 Kd ≈ 700 ÷ 1000; kcal/m2h0C 
Tính toán Động cơ đốt trong - Chương 9 * Tính toán hệ thống bôi trơn 
Biên soạn TS Trần Thanh Hải Tùng , Bộ môn Máy Động lực, Khoa Cơ khí Giao thông 
9-15
9.6. Lượng dầu chứa trong cácte. 
Lượng dầu nhờn cần chứa trong cácte Vct có thể xác định theo công thức kinh 
nghiệm sau: 
Đối với động cơ xăng : Vct = ( 0,06 ÷ 0,12 ) Ne, (l); 
Đối với động cơ Diesel ô tô: Vct = (0,1 ÷ 0,15) Ne, (l); 
Đối với động cơ Diesel máy kéo: Vct = (0,2 ÷ 0,45) Ne, (l);