NGHIÊN CỨU TRAO ĐỔI MÔ PHỎNG ÁP SUẤT VÀ CHIÈU DÀY MÀNG DÀU BÔI TRƠN Ổ TRỤC CAM ĐỘNG cơ XE MÁY HONDA WINNER NHẰM XÁC ĐỊNH NGUYÊN NHÂN Hư HỎNG SỚM CỦA Ố NUMERICAL MODELIZATION PRESSURE AND OIL FILM THIC[.]
NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỔI MÔ PHỎNG ÁP SUẤT VÀ CHIÈU DÀY MÀNG DÀU BÔI TRƠN Ổ TRỤC CAM ĐỘNG XE MÁY HONDA WINNER NHẰM XÁC ĐỊNH NGUYÊN NHÂN Hư HỎNG SỚM CỦA Ố NUMERICAL MODELIZATION PRESSURE AND OIL FILM THICKNESS IN CAMSHAFT BEARING TO FINE THE PREMATURE FAILURE REASON OF THE BEARING Trần Thị Thanh Hải1*, Đào Duy Trung2 'Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 2Viện Nghiên cứu Cơ khí TĨM TẤT Bài báo trình bày tính tốn áp suất chiều dày màng dầu bôi trơn ổ trục cam động xe máy Honda Winner nhằm xác định nguyên nhân gây hư hông sớm bề mặt ma sát ổ Tải tác dụng lên ổ trục cam xác định từ thông số làm việc thông số kết cấu động Áp suất chiều dày màng dầu tinh toán sở giãi giải phương trình đặc trưng bôi trơn thuỷ động bang phương pháp phần tư hữu hạn Các kết mơ phịng cho thây, áp suất chiều dày màng dầu có ý nghĩa góp phần xác định nguyên nhân gây hư hỏng sớm bề mặt đirợc bơi trơn Từ khóa: trục cam; Màng dầu; Bôi trơn thuỷ động; Ap suất ABSTRACT This paper presents the caculations ofthefilm pressure and the oilfilm thickness in camshaft bearing of the Honda Winner s engine to fine the premature failure reason of the bearing The load applied to the camshaft bearing is determined by the operating and structural parameters of the engine The pressure and the oil film thickness are caculated based on solving the characteristic equations of hydrodynamic lubrication using the finite element method The cacidated results show that the pressure and the oil film thickness significantly contribute to identification the premature failures reason of the lubricated surfaces Keywords: Camshaft bearing; Oilfilm; Hydrodynamic lubrication; Pressure ISSN 2615 - 9910 (ban in), ISSN 2815 - 5505 (online) 88 TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, SỐ 291, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI GIỚI THIỆU Xe máy Honda Winner phương tiện giao thông phố biến nước ta Tuy nhiên, đặc điểm khí hậu, địa hình giao thơng cách thức sử dụng, thực tế xảy nhiều hư hỏng trước thời gian dự kiến Việc giảm thiếu hư hỏng động sử dụng xe máy nói chung xe máy Honda Winner Việt Nam liên quan nhiều đến chế độ vận hành xe, việc đảm bảo bơi trơn cho động đóng vai trị quan trọng Ở Việt Nam, đặc biệt miền núi, nhiều hư hỏng xảy sớm số chi tiết động xe Honda Winner Nghiên cứu bôi trơn ổ đầu to truyền động xe Honda Winner điều kiện sử dụng Việt Nam [1 ] nghiên cứu bôi trơn ổ đỡ đầu to truyền cho động [2], [3] phần giải tốn bơi trơn cho động chế độ làm việc định Nghiên cứu mô số áp suất chiều dày màng dầu bôi trơn trục cam động xe máy Honda Winner nhằm xác định nguyên nhân gây hư hỏng sớm bề mặt ổ trục Hĩnh Sơ đồ hệ thống bôi trơn xe Honde Winner [4] Trục cam chi tiết sử dụng cấu phối khí, trục cam có vấu cam có tác dụng điều khiển đóng mở van nạp xả hay cịn gọi xupap, thơng qua điều khiển q trình thay đổi mơi chất cơng tác động cơ, “Thải khí thải khỏi xylanh nạp đầy hồn họp khơng khí vào xi lanh động cơ” Động Honda Winner loại động DOHC (Double Overhead Cam), tức sử dụng hai trục cam (Hình 2a), mồi trục đảm nhiệm nhiệm vụ điều khiển đóng mở xupap xả xupap hút riêng biệt Ổ TRỤC CAM ĐỘNG XE HONDA WINNER 2.1 Ố trục cam Sơ đồ hệ thống bôi trơn động Honda Winner Hình [4], Bơm dầu hút dầu từ cacte đẩy dầu qua lưới lọc dầu đê lọc cặn bẩn, mạt sắt có kích thước định sau đẩy dầu vào đường ống dần dầu Tại đây, dầu chia làm ba đường, đường vào trục khuỷu bôi trơn cho truyền, piston, xy lanh , hai đường cịn lại tới vị trí hệ thống trục cam, cò mổ, xupap, ly hợp, trục sơ cấp thứ cấp hộp số a) b) Hĩnh Hình ảnh thực tế trục cam (a) trục cam lắp vào đầu quy lát động Honde Winner (b) Trục cam động Honda Winner gối trực tiếp lên đầu quy lát mà không thơng qua bạc lót hay ổ bi đỡ (Hình 2b) Đầu quy lát gồm ba phần, phần thân hai nắp chụp cam (Hình 3a) Nắp chụp cam định vị với ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 291, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn 89 NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỎI đầu quy lát chốt định vị kẹp chặt bu lòng, mặt nắp chụp cam vị trí tiếp xúc trục cam với đầu quy lát có rãnh dầu để bơi trơn cho trục cam (Hình 3b) a) b) Hình Đầu quy lát động Honda Winner (a) rãnh chứa dầu bôi trơn cho trục cam (b) Trục cam bôi trơn phương pháp bôi trơn thủy động làm việc môi trường khắc nhiệt khiến bề mặt tiếp xúc trục cam với gối đỡ đầu quy lát dề hư hỏng chất lượng bôi trơn không đảm bảo Các dạng hư hòng trục cam thường bị mòn, bị xước (Hình 4a), số khác bề mặt tiếp xúc bị biến dạng (Hình 4b), trục cam bị dính với gối đỡ (Hình 4c) Các dạng hư hỏng thứ hai thứ ba nguy hiểm nhất, nguyên nhân dần tới hai dạng hư hổng tượng thiếu dầu bôi trơn vùng tiếp xúc gối đỡ trục cam Như vậy, việc khảo sát đặc tính bơi trơn, chiều dày màng dầu nhỏ theo chế độ tải làm việc động cần thiết cho việc xác định nguyên nhân gây hư hỏng sớm cùa bề mặt tiếp xúc bạc đỡ trục cam 2.2 Tải tác dụng lên ổ Các lực tác dụng lên trục cam bao gồm, trọng lực trục cam p, tải trọng tác dụng lên trục cam Ftc, lực thủy động màng dầu Fd, momen từ xích cam, lực quán tính cúa hệ bỏ qua thành phần tác dụng lực quán tính, momen xoắn từ xích cam Tải trọng tác dụng lên trục cam lực thay đôi theo chu kỳ hoạt động động nghiên cứu xét thời điểm trục cam chịu lực lớn thời điểm vấu cam quay xuống cò mổ khoảng chiều dài vấu cam, cò mổ đẩy xupap mở Lúc này, lực tác dụng lên trục cam lực đàn hồi bốn lị xo xupap Hình biểu diền lực tác dụng lò xo xupap lên trục cam thơng qua cị mổ Hình mặt cắt ố trục cam, tải tác dụng lên ổ F đặt vào trục có giá trị nửa tổng họp lực tác dụng lên vấu cam khối lượng trục cam Hình Sơ đồ cụm trục cam (a) mặt cắt ô trục cam (b) Khi tài tác dụng từ lò xo xupap lên vấu cam lớn nhất, phương trình cân tải có dạng: F+F+P=o p tc a) b) c) Hình Các dạng hư hỏng trục cam Trong đó: Ft tải trọng tác dụng lên vấu cam tính thơng qua lực đàn hồi cùa lị xo Mồi trục cam hoạt động chịu ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) 90 (1) v TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 291, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn NGHIÊN CỨU-TRAOĐỎI tác dụng lực hệ lò xo gồm hai lò xo lớn có độ cứng k! = 16000 (N/m) hai lị xo nhỏ có độ cứng k2 = 8000 (N/m) Cụm lò xo nối song song thành hệ lị xo có độ cứng 48000 N/m Biên độ nén lớn hệ lị xo tính thơng qua hiệu chiều cao vấu cam AI = Các phương trình đặc trưng giải bàng phương pháp phần tử hữu hạn lập trình phần mềm Matlab Bài báo trình bày kết áp suất chiều dày màng bôi trơn ổ trục cam Giải thuật giải phương trình nghiên cứu trước công bố [2], mm Tải trọng tác dụng từ cam là: [6] F tc=k.Al=144N KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Tải tác dụng lên ổ trục cam w nửa tải tác dụng từ cam F , tức 72 N p trọng lực tác dụng trục cam p = 3,2373 N với khối lượng trục cam m = 0,33 kg Fp lực thủy động màng dâu tải trọng tác dụng lên ổ trục cam w Vậy, tải w tính 68,762 N trục cam có kích thước, chiều dài L = 24,6 mm, đường kính ổ D = 20 mm, khe hở bán kính c = 0,02 mm CÁC PHƯƠNG TRÌNH Tính tốn bôi trơn ổ trục cam dựa sở giãi phương trình Reynolds, phương trình chiều dày màng dầu phương trình cân tải viết cho ổ đỡ [5] Giải phương trình Reynolds, phương trình chiều dày màng dầu phương pháp phần tử hữu hạn cho trục cam động xe máy Honda Winner chế độ tải lớn w = 68,762 N, tốc độ quay N = 183,33 vg/s, dầu bôi CASTROL POWER I 10W40 có độ nhớt động lực học 100°C, p = 0,01616 Pa.s Hình trường áp suất màng dầu đỡ trục cam áp suất màng dầu tiết diện ổ theo phương chiều dài Ta thấy, vùng áp suất lớn xung quanh góc độ đờ, điều hợp lý vùng vùng chiều dày màng dầu nhở theo phương tải Áp suất đạt giá trị lớn vùng 0,2645 MPa - Phương trình Reynolds: ổ ( ổp^i ah ỉn + _ h -7- = 6liR(D“ ổz V ỡz ỡz ao , J ôx _ở_ fh3 ỡp ôx (2) Trong đó, p áp suất màng dầu, R bán kính trục cam, (ừ vận tốc góc - Phương trình chiều dày màng dầu bôi 0?s 0.2645 0-2645 g O.2O I ố- 0.15 trơn: h=C(l+scos0) (3) ỉ O.1Ơ 0.05 Trong đó, c khe hở bán kính, £ độ lệch tâm tương đối ■ 0 - s* .r-: 60 120 ISO 240 Phương chu vi - 300 360 Hình Sơ đò cụm trục cam mặt cat ố trục cam ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 291, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn 91 NGHIÊN cứu-TRAO ĐỒI Hình chiều dày màng dầu ổ đỡ trục cam Ta thấy, chiều dày màng dầu đạt giá trị nhỏ 1,97x10'2 mm 90° Điều phù hợp với tải tác dụng áp suất màng dẩu CASTROL POWER 10W40 dầu bơi trơn tương đương hồn tồn đảm bảo chế độ bôi trơn cho trục cam động Nhưng sử dụng dầu bơi trơn có tính bơi trơn thấp dầu CASTROL POWER I 10W40 dần đến hư hòng bề mặt trục cam Đặc biệt với xe máy Honda Winner sư dụng vùng núi địa hình nhiều dốc khiến xe phải chịu tải lớn liên tục thời gian xe hoạt động, làm cho dầu bôi trơn bề mặt ma sát bị nóng chế độ hoạt động thông thường Điều dần đến bề mặt ma sát bôi trơn bị biến dạng hiệu ứng đàn hồi, *ifjỡ i -14 ■á Z 02 í T I 98 1.947.10’ Q 1.94 MI ISO |8O ỉ-HỈ 3ĨO hiệu ứng nhiệt bơi trơn tải Do đó, bề mặt trục cam bị biến dạng cào xước dạng hư hỏng đưa phần trước Ngồi ra, vịng vịng bi đũa đầu to truyền bị mịn PbiMig diu VI - (dộ) Hình Áp suất màng dầu theo phương chu vi Chiều dày màng dầu phải lớn tông nhấp nhô bề mặt đế đảm bào chế độ bôi trơn thuỷ động Martin [7] thiết lập giá trị chiều dày màng dầu nhỏ nhât có thê chấp nhận theo đường kính trục việc sử dụng giá trị thơ hệ số an tồn tổng độ nhấp nhô bề mặt trục bạc Theo cách này, chiều dày màng dầu nhỏ nhât chấp nhận với ổ trục cam động xe Honda Winner 0,015 mm Giá trị nhỏ chiều dày màng dầu nhở tính tốn (l,97xl0'2mm), có nghĩa kết mơ hợp lý Chiều dày màng dầu mô nhỏ xe Honda Winner mỏng nguyên nhân dần đến tiếp xúc trục bạc tải bề mặt ma sát bị biến dạng Cùng với kết tính tốn áp suất màng dầu ổ đầu to truyền động xe máy Honda Winner [1], ta thấy, sử dụng dầu bôi trơn KÉT LUẬN Bài báo tính tốn áp suất chiều dày màng dầu bôi trơn trục cam động xe máy Honda Winner nhằm xác định nguyên nhân gây hư hỏng sớm bề mặt ổ Tải tác dụng lên ổ trục cam xác định theo kết cấu chế độ vận hành động xe Honda Winner Kết tính tốn nhận sở giải phương trình Reynolds, phương trình chiều dày màng dầu Áp suất chiều dày màng dầu phù hợp với tải tác dụng lên ổ Ket mô cho thấy, tốc độ quay N = 183,33 vg/s, áp suất màng dầu đạt giá trị lớn 0,246 MPa vùng chịu tải chiều dày màng dầu nhỏ l,97xl0'2 mm Chiều dày màng dầu nhỏ chấp nhận với ổ trục cam động xe Honda Winner 0,015 mm Từ cho thấy, sử dụng dầu bôi trơn không đảm bảo dẫn đến hư hóng bề mặt trục cam Đặc biệt với xe máy Honda Winner sử dụng ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) 92 TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 291, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn NGHIÊN CỨU-TRAO ĐÔI vùng núi địa hình nhiều dốc khiến xe phải chịu tải lớn liên tục thời gian xe hoạt động, làm cho dầu bôi trơn bề mặt ma sát bị nóng chế độ hoạt động thông thường Điều dần đến bề mặt ma sát bôi trơn bị biến dạng hiệu ứng đàn hồi, hiệu ứng nhiệt bôi trơn tải Do đó, bề mặt trục cam bị biến dạng, mòn cào xước.*> Ngày nhận bài: 03/6/2022 Ngày phản biện: 15/6/2022 [3], Tran Thi Thanh Hai; A Solution for Creating the Simulating Load on Connecting-Rod in the Experimental Device for Lubricating Condition of the Connecting-Rod Big End Bearing, Journal of Science and Technology Technical university, No 129 (2018), 15-20 [4], Honda Vietnam; Honda Winner 150 service manual, 2016 [5], Dominique Bonneau, Dominique Souchet, Aurelian Fatu; Hydrodynamic bearing, University of Poitiers, France, 2014 [6], Dung L.A, Hai T.T.T, Thuan L.T; Numerical Modelization for Equilibrium Position of a Static Loaded Hydrodynamic Bearing, Tài liệu tham khảo: [1] Tràn Thị Thanh Hải*, Vũ Quốc Đạt, Đường Thanh Long, Đặng Vũ Vinh; Áp suất màng dâu bôi trơn ô đầu to truyền động xe mảy Honda Winner chế độ bôi trơn thuỷ động đàn hồi Journal of science and technology technical universities No.141, 28-33, 2020 [7], Martin F.A, Gamer D.R; Plain journal bearings under steady loads: design guidance for safe operation, First European Tribololy Congress, paper C313/73, Proceedings IME, p.449, 1973 [2], Tran Thi Thanh Hai, Nguyen Dinh Tan, Luu Trong Thuan; Influence ofthe radial cỉearence on the pressure distribution of the 5S-FE engine’s connecting-rod big end bearing, Journal of Science and Technology Technical university, No 132 (2019), 40-45 ISSN 2615 - 9910 (ban in), ISSN 2815 - 5505 (online) TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, SỐ 291, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn 93 ... dụng dầu bôi trơn KÉT LUẬN Bài báo tính tốn áp suất chiều dày màng dầu bôi trơn trục cam động xe máy Honda Winner nhằm xác định nguyên nhân gây hư hỏng sớm bề mặt ổ Tải tác dụng lên ổ trục cam xác. .. giải toán bôi trơn cho động chế độ làm việc định Nghiên cứu mô số áp suất chiều dày màng dầu bôi trơn trục cam động xe máy Honda Winner nhằm xác định nguyên nhân gây hư hỏng sớm bề mặt ổ trục Hĩnh... lý Chiều dày màng dầu mô nhỏ xe Honda Winner mỏng nguyên nhân dần đến tiếp xúc trục bạc tải bề mặt ma sát bị biến dạng Cùng với kết tính tốn áp suất màng dầu ổ đầu to truyền động xe máy Honda Winner