Thiết kế hế tạo bơm hypôgêrôto trong hệ thống bôi trơn động cơ ô tô hyundai tucson 2 0

ĐẶT V N Đ ẤỀVới ƣu điểm kích thƣớc nhỏ gọn, lƣu lƣợng lớn bơm thủy lực thế tính bánh răng ăn khớp trong biên dạng đƣờng cycloid đƣợc sử dụng nhiều trong các hệ thống thủy lực đòi hỏi khô

B GIÁO D Ộ ỤC VÀ ĐÀO TẠ O

TRƯỜNG ĐẠ I H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

-

TRƯƠNG AN DUY

THIẾ T K CH T Ế Ế ẠO BƠM HYPÔGÊRÔTO TRONG HỆ THỐNG

BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ Ô TÔ HYUNDAI – TUCSON 2.0

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

K Ỹ THUẬT CƠ Ệ ĐI N T Ử

B GIÁO D Ộ ỤC VÀ ĐÀO TẠ O

TRƯỜNG ĐẠ I H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

-

TRƯƠNG AN DUY

THIẾ T K CH T Ế Ế ẠO BƠM HYPÔGÊRÔTO TRONG HỆ THỐNG

BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ Ô TÔ HYUNDAI – TUCSON 2.0

Chuyên ngành: K thu ỹ ật Cơ Điệ n T ử

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

K Ỹ THUẬT CƠ ĐIỆ N T Ử

NGƯỜI HƯỚ NG D N KHOA H C Ẫ Ọ

TS NGUY N H NG THÁI Ễ Ồ

Hà N i - ộ Năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các nội dung được trình bày trong luận văn này là k t qu nghiên ế ả

c u c a b n thân tôi, không có s sao chép c a b t c tác gi nào Tôi xin t ứ ủ ả ự ủ ấ ứ ả ựchịu trách nhiệm v lề ời cam đoan của mình

Tác gi ả

Trương An Duy

LỜ I MỞ ĐẦU 10

I ĐẶT V N Đ 10 Ấ Ề II MỤC ĐÍCH NGHIÊN C U C A LUỨ Ủ ẬN VĂN 10

III PH M VI NGHIÊN CẠ ỨU CỦA LUẬN VĂN 11

IV Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TH C TI N C A LUỰ Ễ Ủ ẬN VĂN 11

V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU C A LUỦ ẬN VĂN 11

VI NỘI DUNG C A LUỦ ẬN VĂN 11

Chương 1 ỔT NG QUAN V Ề BƠM THỦY L C TH Ự Ể TÍCH ĂN KHỚP TRONG 13

1.1 Giới thiệu v ề bơm thủ ực thể tích biên dạng cycloid ăn khớy l p trong 13

1.2 C u t o và nguyên lý hoấ ạ ạ ột đ ng của bơm bánh răng cycloid 14

1.3 Một số loại bơm bánh răng cycloid trong thương mại 22

1.4 Một số nghiên cứu trong nước và thế ới về bơm hypogerotor gi 31

1.5 H ệthống bôi trơn trên động cơ ô tô 32

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 35

Chương 2 CƠ S Ở LÝ THUY T THI T K Ế Ế Ế BƠM THỦY L C TH TÍCH Ự Ể BÁNH RĂNG ĂN KHỚP TRONG HYPOCYCLOID 36

2.1 Đặt vấn đề 36

2.2 Mô hình toán biên dạng bánh răng 36

2.3 Điều ki n hình thành biên dệ ạng răng 42

2.4 Đường ăn khớp 43

2.5 Hiệ tượng trượn t biên d ng 46 ạ 2.6 Xác định lưu lượng 49

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 53

Chương 3 QUY TRÌNH XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG S THI T K Ố Ế Ế ĐẶC TRƯNG CỦA BƠM HYPOCYCLOID KHI CHUYỂ N Đ ỔI BƠM BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ HYUNDAI – TUCSON 54

3.1 Đặ ấn đềt v 54

3.2 Nguyên lý hình thành biên dạng bánh răng thân khai cải tiến 55

3.3 Lưu lượng của bơm bánh răng thân khai cải tiến 62

3.4 Đo thực nghiệm bơm bánh răng thân khai ả ếc i ti n 63

3.5 Thiết kế chuyển đổi 66

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 83

Chương 4 CH T O TH C NGHI M 84 Ế Ạ Ự Ệ 4.1 Mô tả ả b n thiết kế 84

4.2 Quá trình gia công cặp bánh răng bơm hypocycloid 86

4.3 Đo thực nghiệm bơm mới 103

KẾ T LUẬN CỦA LUẬN VĂN 104

TÀI LIỆU THAM KH O 105 Ả

Danh m c các ký hi u và các ký t vi t t t ụ ệ ự ế ắ

1

không trượt phía trong đường tròn 2, với r r1 2

2

b ộ truyề ) n

1i

răng củ bánh rănga ngoài

2i

răng củ bánh rănga ngoài

1

 và 2vớ ội đ ệch ltâm E = r r2  1

R mm

Bán kính cung tròn ti p xúc vế ới 2 con lăn liên tiế ạp t o nên biên dạng cánh bơm của bơm Gerotor biên dạng Hypocycloid

Q mm3/vòng Lưu lượHypocycloid ng lý thuy t cế ủa bơm Gerotor biên dạng

Hình 1.20 Bơm thủ ựy l c hypogerotor trong h thệ ống bôi trơn động cơ ô

tô

32

Hình 2.3 Cặp bánh răng hypocycloid 40 Hình 2.4 Các cặp bánh răng hypocycloid theo b s u b ng 2.1 ộ ốliệ ả 41 Hình 2.5 Các hiện tượng x y ra trên biên d ng cả ạ ủa bánh răng

hypocycloid

42

Hình 3.3 Các h tệ ọa độ trong thiết lập phương trình biên dạng bánh

răng bơm thân khai cả ếi ti n

56

Hình 3.6 Hình bao của biên dạng bánh răng ngoài, đoạn D2E2, E2F2,

F2G2

60 Hình 3.7 Các điểm ti p xúc khi khoang ch a đ t th tích t i đa ế ứ ạ ể ố 61

Hình 4.3 Biên dạng bánh răng trong với R1=32mm, R=10mm,

rcl=3.5mm

85

Hình 4.7 Cặp bánh răng hypocycloid sau khi thay th ế vào bơm bôi

trơn động cơ ô tô Hyundai - Tucson

102

2i



B ng 3.1 ả Các kích thước chính c a b truyủ ộ ền bánh răng của bơm bôi

tron động cơ ô tô Huyndai Tucson

63

B ng 3.3 ả B ng so sánh thông s ả ố bơm biên dạng thân khai cải tiến và

bơm hypocycloid

83

tô, xe máy, hệ thống làm mát trên các máy công nghiệp Trên thế giới đã có rất

xuất thiết bị thủy lực nổi tiếng trên thế giới cũng đưa ra thị trường nhiều bơm loại này với nhiều loại kích thước, công suất khác nhau Nhưng chủ yếu là các là bơm

gerotor có biên dạng là đường epicycloid, còn loại bơm hypogerotor mới chỉ xuất hiện những năm gần đây Ở Việt Nam, đã có một số công trình nghiên cứu về bánh răng cycloid nhưng chủ yếu ứng dụng cho việc thiết kế các hộp giảm tốc có độ chính xác cao trong máy CNC và robot công nghiệp, hay các bộ truyền động công suất lớn Các nghiên cứu về ứng dụng trong bơm thủy lực thể tích còn rất hạn chế, mới chỉ có một vài công trình nghiên cứu về bơm bánh răng ăn khớp trong biên dạng epicycloid 1996 [1] Mặt khác, theo nhiều công bố quốc tế đã chỉ ra rằng trong các loại bơm bánh răng thủy lực thể tích thì các loại bơm biên dạng cycloid có nhiều ưu điểm hơn về mặt lưu lượng và kích thước nhỏ gọn, nhưng có nhược điểm

là áp suất thấp Do đó, loại bơm này phù hợp hơn trong các hệ thống bôi trơn của động cơ ô tô Để nghiên cứu chuyển đổi các loại bơm bôi trơn dạng bánh răng thân khai cải tiến trong động cơ ô tô của xe Huyndai thành bơm hypogerotor có biên dạng là đường hypocycloid tác giả đã chọn đề tài “Thiết kế chế tạo bơm

hypôgêrôto trong hệ thống bôi trơn động cơ ô tô Huyndai – Tucson 2.0” làm đối tượng nghiên cứu của luận văn

+ Xây dựng quy trình chuyển đổi bộ truyền bánh răng thân khai cải tiến ăn khớp

-răng hypocycloid

+ Xây dựng thuật toán xác định các thông số kích thước đặc trưng của bộ truyền

suất và phù hợp với kích thước lắp ráp trên đông cơ thương mại của hãng Hyundai

+ Chế tạo thử nghiệm bộ truyền bánh răng thay thế của bơm bôi trơn của động cơ

ô tô Hyundai-Tucson 2.0

Nghiên cứu về mặt động học của bơm bôi trơn động cơ ô tô có biên dạng là đường hypocycloid, cụ thể là các kích thước đặc trưng hình thành bơm, nhưng phải đảm bảo về mặt lưu lượng và kích thước lắp ráp

IV Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TH C TI N C A LUỰ Ễ Ủ ẬN VĂN

4.1 Ý nghĩa khoa học

+ Các kết quả nghiên cứu của luận văn là cơ sở để tiếp tục các nghiên cứu chuyên sâu hơn về loại bơm này như: xác định dao động lưu lượng, dao động

áp suất, xây dựng đường đặc tính của bơm,…

+ Đưa ra được quy trình tính toán thiết kế chuyển đổi phục vụ thay thế các loại bơm bánh răng thân khai cải tiến hay các loại bánh răng khác trong hệ thống bôi trơn của các phương tiện cơ giới

4.2 Ý nghĩa thực ti n c a luễ ủ ận văn

+ Nội dung của luận văn có ý nghĩa thực tiễn trong việc chuyển đổi bộ truyền bánh răng của bơm bôi trơn động cơ ô tô Hyundai khi thay thế bảo dưỡng, vì một lý do nào đó sau khi sử dụng lâu ngày cần phải thay thế

+ Kết quả của luận văn cũng có thể là một tài liệu kỹ thuật tham khảo cho các nhà thiết kế, sản xuất loại bơm này cũng như tham khảo trong quá trình nghiên cứu

V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU C A LUỦ ẬN VĂN

Nghiên cứu của luận văn dựa trên cơ sở lý thuyết ăn khớp của cặp bánh răng ăn khớp trong hypocycloid và lý thuyết về bơm thủy lực thể tích Ngoài ra, luận văn cũng sử dụng phương pháp thực nghiệm để kiểm chứng lý thuyết nghiên cứu

Luận văn được trình bày108 trang bao gồm (tập bản vẽ, các kết quả tính toán,

mã code chương trình v.v ) và cụ thể như sau:

đổi và chế tạo thực nghiệm được thực hiện ở các chương sau Ngoài ra, còn đề cập đến các thông số kỹ thuật của một số sản phẩm thương mại của các hãng trên thế giới nhằm mục đích tham khảo

Chương 2: Cơ sở lý thuyết thiết kế bơm thủy lực thể tích bánh răng ăn khớp trong

hypocycloid

Chương này trình bày cơ sở lý thuyết thiết kế biên dạng của bánh răng hypocycloid ăn khớp trong cũng như các biểu thức tính lưu lượng Đây sẽ là cơ sở

lý thuyết phục vụ tính toán lưu lượng ở chương 3 của luận văn.

Chương 3: Quy trình xác định các thông số thiết kế đặc trưng của bơm hypocycloid khi chuyển đổi bơm bôi trơn động cơ ô tô Huyndai

Chương này trình bày cơ sở lý thuyết thiết kế chuyển đổi bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng của bơm bôi trơn động cơ Huyndai sang loại bơm hypocycloid

Chương 4: Chế tạo thực nghiệm cặp bánh răng thay thế

Chương này trình bày các kết quả chế tạo thực nghiệm cũng như các kết quả đo kiểm nhằm khẳng định tính đúng đắn của quy trình mà luận văn đưa ra

Chương 1

1.1 Gi thi u v ớ i ệ ề bơm thủ ựy l c thể tích biên dạng cycloid ăn khớp trong

y l c th tích biên d ng cycloid

s d ng ph bi n trong các h ử ụ ổ ế ệ thống bôi trơn, làm mát động cơ ôtô, xe máy như hình 1.1, Ngoài ra, loại bơm này còn đượ ử ục s d ng trong các ngành công nghi p ệkhác nhau như công nghiệp ch tế ạo bơm, công nghiệp xây d ng và trong các h ự ệthống th y l c tầủ ự m trung, c l n ỡ ớ

Rotor cycloid

c ủa bơm dầ u

Trục quay rotor

Bơm dầu cycloid

L c d u ọ ầ

X d u ả ầ

B ph n chính c a loộ ậ ủ ại bơm này là cặp bánh răng biên dạng cycloid, được b ốtrí theo kiểu ăn khớp trong Do đó loại bơm này được phân thành 2 loại như sau : + Bơm Epigerotor với biên dạng bánh răng cycloid là đường Epicycloid (hình 1.2a)

+ Bơm Hypogerotor với biên dạng bánh răng cycloid là đường Hypocycloid (hình 1.2b)

Như đã trình bày ở trên, ngày nay bơm bánh răng cycloid được ứng dụ ng rất phổ biến trong công nghiệp như: công nghiệp ôtô, xe máy, tàu thủy, hệ thống truyền động thủy lực vv Bơm bánh răng cycloid so với các loại bơm khác như: bơm piston, bơm cánh gạt, bơm bánh răng thân khai và bơm trục vít thì bơm bánh răng cycloid có nhiều ưu điểm vượt trội hơn hẳn như: lưu lượng lớn, kích thước nhỏ gọn, làm việc êm không có tiếng ồn, có độ ổn định và tin cậy cao trong thời gian dài

1.2 Cấ u tạo và nguyên lý hoạ t đ ộng của bơm bánh răng cycloid

a C ấu tạ ủa bơm bánh răng o c cycloid

C u t o cấ ạ ủa bơm bánh răng cycloid bao gồm hai bánh răng ăn khớp trong có biên dạng là đường cycloid và được gọi là bánh răngtrong và bánh răngngoài được

mô t ả như hình 1.3 Trong đó, một bánh răng có biên dạng là các cung tròn và bánh răng còn lại có biên dạng là đường cycloid Hai bánh răng này được đặt lệch tâm

một khoảng là E và được bố trí với nhau theo kiểu ăn khớp trong Do đặc điểm ăn

kh p cớ ủa cặp bánh răng này, tất cả các răng đều tham gia quá trình ăn khớp để hình

thành các khoang bơm (đượ c gi i hạ ớ n b i các c p biên d ở ặ ạng đố ếp tương ứ i ti ng)

Hình 1.2 Bơm Gerotor với biên dạng bánh răng họ cycloid

Bánh răng cung tròn

Đường epicycloid Đường hypocycloid a) Bơm Epigerotor b) Bơm Hypogerotor

Trong quá trình làm việc, để tránh áp suất dầu quá cao tại các khoang ở phía

Hình 1.3 C u t o cấ ạ ủa bơm bánh răng cycloid [3]

b Nguyên lý ho ạt động của bơm bánh răng cycloid

kho ng là E nên khi ả bánh răngtrong quay truy n chuyề ển động cho bánh răngngoài quay theo cùng chi u v i t s truy n i = zề ớ ỉ ố ề 1/z2 (v i zớ 1 , z 2 l ần lượ t là s ố răng bánh răng trong và bánh răng ngoài) s t o ra các kho ng tr ng ẽ ạ ả ố ở buồng hút, các kho ng ảtrống có th ể tích tăng dần theo chi u quay làm áp su t gi m t o áp su t hút Còn ề ấ ả ạ ấ ở

c a x cử ả ủa các khoang bơm có xu hướng thu h p th tích theo chi u quay cẹ ể ề ủa bơm

t o áp suạ ất đẩy

và nắp bơm thành các khoang kín Để ễ d dàng cho vi trình bày v nguyên lý hoệc ề ạt

động cũng như quá trình hút xả ầ d u của các khoang bơm ta xét một khoang b t kì ấ

của bơm (được đánh dấ u b ng khoanh tròn trên các hình 1.5-1.13) ằ

trong 2 ăn khớp v i ớ bánh răng ngoài 1 v trí c nh, khoang khở ị ố đị ảo sát 5 được hình thành giữa bánh răng trong 2, bánh răng ngoài 1, v ỏ bơm và nắp bơm (hình 1.5)

Trong đó: 1 Bánh răng ngoài; 2 Bánh răng trong; 3 Tr c; ụ

4 V ỏ bơm; 5 Khoang khảo sát Hình 1.5 Bơm ở vị trí ban đầu

Khi bánh răng trong quay đƣợc một góc thì bánh răng ngoài cũng quay cùng chiều theo, nhƣng với góc nhỏ hơn Thể tích khoang khảo sát 5 tăng dần, đồng thời

áp suất giảm dần khi khoang khảo sát 5 đến gần cửa hút, quá trình hút bắt đầu, dầu

từ cửa hút tràn vào khoang khảo sát 5

Trục bánh răng tiếp tục quay, thể tích của khoang bơm khảo sát 5 tăng lên, đồng thời áp suất càng giảm, do đó áp lực hút dầu càng mạnh, lƣợng dầu tràn vào khoang khảo sát tăng lên Cùng lúc này khoang kế tiếp với khoang khảo sát bắt đầu lại vào khoang hút, và bắt đầu quá trình hút của nó (hình 1.6)

Khi bắt đầu đi qua vị trí cửa hút, khoang khảo sát 5 có thể tích lớn nhất Lúc này bơm bắt đầu hành trình đi đến cửa xả (hình 1.7) Khoang khảo sát 5 có Vmax

(hình 1.8), đồng thời các khoang kế tiếp nó bắt đầu vào quá trình hút dầu và tiếp tục

tăng thể tích cũng nhƣ tăng lƣợng lƣợng dầu trong các khoang

Sau khi khoang khảo sát 5 đạt Vmax, bơm bắt đầu quá trình đẩy Lúc này, khoang khảo sát 5 đi vào cửa đẩy, đồng thời thể tích khoang khảo sát 5 giảm dần, tạo áp suất đẩy dầu từ khoang khảo sát 5 vào cửa đẩy, thực hiện quá trình đẩy (hình 1.9) Lúc này khoang kế tiếp khoang 5 đang có lƣợng dầu lớn nhất và chuẩn bị đi vào quá trình đẩy

Trục bánh răngtiếp tục quay, thể tích khoang 5 càng giảm, áp suất trong khoang càng tăng ép dầu chảy qua các rãnh dẫn đến cửa đẩy Lúc này khoang kế tiếp khoang 5 cũng đang bắt đầu quá trình đẩy (hình 1.10).

Hình 1.9 Khoang kh o sát bả ắ ầu quá trình đẩt đ y

đến Vmin (hình 1.11), đẩy toàn bộ dầu trong khoang khảo sát 5 ra cửa đẩy Kết thúc quá trình đẩy, dầu đƣợc đẩy hết ra khỏi khoang khảo sát 5 và khoang khảo sát 5 có Vmin, bơm quay về vị trí ban đầu, bắt đầu thực hiện 1 chu kì mới (hình 1.12)

Bơm trở lại vị trí ban đầu

Hình 1.11 Khoang khảo sát có Vmin

Trong khi khoang khảo sát 5 thực hiện chu kì hút/đẩy của mình, thì đồng thời các khoang khác của bơm cũng liên tục thực hiện chu kì hút/đẩy, tạo ra chu kì hút đẩy liên tục của bơm Bơm bánh răng ăn khớp trong biên dạng hypocycloid với bánh răngtrong có z răng bánh răng, ngoài có (z + 1) răng, như vậy số khoang bơm

sẽ là z khoang Do đó, sau 1 vòng quay, z khoang bơm sẽ tạo ra được z chu kì hút/xả, vậy nên lưu lượng dầu mà bơm thực hiện bơm được trong một vòng là:

Hình 1.14 Bơm bánh răng series 1SP A của hãng Galtech

Các hãng s n xuả ất bơm thủy l c cho ô tô, xe máy tiêu biự ểu như: Galtech,Viking, Parker, Sanboo-Transmission, Zhejiang Youngfa Motocycle Parts Company…Dưới đây sản phẩm bơm bánh răng dùng trong ô tô, xe máy của các hãng này s n xu ả ất

a) Bơm bánh răng series 1SP-A c a hãng Galtech ủ

Ứng dụng của loại bơm bánh răng series 1SP-A của hãng Galtech:

- Trong xe tải

- Cần trục, máy nâng hạ

- Máy xúc, máy ủi

- Các loại máy kéo, máy nông nghiệp

- Các băng chuyền tự động

- Các máy và dây chuyền công nghiệp khác [4]

Bảng 1.1 Thông s k ố ỹthuật của bơm bánh răng series 1SP A củ- a hãng Galtech [4]

(cm 3 /vg )

Áp suất lớn nhất

( bar )

Tốc độ quay lớn nhất

( vg/ phút)

Mô tả:

- Loại bơm: bánh răng thân khai

- Lưu lượng tối thiểu: 14.38 cc/vòng

- Áp suất tối đa: 207 bar

- Tốc độ quay tối đa: 3600 vòng/phút

- Khả năng quay: cùng hoặc ngược chiều kim đồng hồ

- Vật liệu: Khung thép, gờ nhôm [5]

Ứng dụng của bơm bánh răng series P16:

- Trong xe tải, xe thùng

- Các máy xây dựng

- Hệ thống vận chuyển [5]

Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật của bơm bánh răng series P16 của hãng Parker[5]

Hình 1.16 Bơm bánh răng Gebánh răng GR 0 của hãng Viking [6]

Ứng d ng cụ ủa bơm bánh răng GR-0 c a hãng Viking: ủ

- Máy xây d ng, các dây chuyự ền v n chuy n ậ ể

- Máy công c trong công nghi p ụ ệ

- Máy nâng h ạ

- Máy móc nông nghi p và máy thệ ực phẩm.[6]

Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật của bơm bánh răng Gebánh răng GR 0 của hãng Viking[6]

-Model

Kích thước c a ửhút/ x ả( ) in

-Bơm H series là bơm được thế cho các hệ thống có hiệu suất trung bình Với

-như trong công nghệ van đóng ngắt dạng ống trượt Ngoài ra, sự đa dạng của mặt bích, trục, các cổng (vào/ra), các tùy chọn van đã mang lại một thiết kế linh hoạt Hướng của trục quay và tốc độ quay được điều khiển trực tiếp, dễ dàng và thuận lợi trong miền tốc độ của động cơ, hạn chế được các thành phần cơ khí tốn kém khác.[7]

Ứng dụng của bơm H-series:

- Các máy nông nghiệp như: máy gặt, máy gieo hạt

- Máy công cụ

- Máy chế biến thực phẩm

- Hệ thống rửa xe

- Hệ thống băng chuyền

- Xe quét bụi, xe lau sàn

Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật của bơm H-series Gêbánh răng của hãng Eaton[7]

56 [497]

124 [1880]

83 [1200]

5.1 [11.2]

46

45 [12]

73 [650]

124 [1880]

83 [1200]

5.1 [11.2]

59

57 [15]

91 [802]

124 [1880]

76 [1100]

5.2 [11.5]

74

57 [15]

118 [1044]

124 [1880]

76 [1100]

5.2 [11.5]

97

57 [15]

155 [1368]

124 [1880]

76 [1100]

5.4 [11.8]

120

57 [15]

192 [1699]

124 [1880]

69 [1000]

5.5 [12.1]

146

57 [15]

221 [1954]

117 [1700]

69 [1000]

5.6 [12.4]

159

57 [15]

233 [2059]

114 [1650]

69 [1000]

5.7 [12.5]

185

57 [15]

265 [2343]

110 [1600]

62 [900]

5.8 [12.8]

231

57 [15]

302 [2669]

100 [1450]

55 [800]

6.0 [13.3]

293

57 [15]

351 [3110]

93 [1350]

48 [700]

6.3 [14.0]

370

57 [15]

407 [3604]

86 [1250]

57 [825]

6.7 [14.7]

739

57 [15]

389 [3440]

41 [600]

27 [396]

8.4 [18.6]

e) Bơm bánh răng trong PGZ của hãng Rexroth

Mô tả:

- Có biên dạng cánh bơm là đường Cycloid, và hoạt động không cần mồi

- Là bơm lưu lượng thể tích cố định với áp suất bơm nhỏ

- Có tiếng ồn khi làm việc nhỏ

- Làm việc phù hợp với hệ thống có độ nhớt và tốc độ cao

- Kết hợp linh hoạt với các sản phẩm khác của Rexroth như bơm piston hướng trục, bơm bánh răng trong hoặc bơm cánh gạt.[8]

Ứng dụng:

- Trong các hệ thống làm mát, hệ thống lọc

- Trong các hệ thống dầu bôi trơn

- Ứng dụng trong ô tô, hoặc thiết bị công ngiệp có áp suất thấp: máy chế biến nhựa, máy công cụ, turbin gió [8]

Hình 1.19 Cấu tạo bơm bánh răng PGZ [8]

C u t o cấ ạ ủa bơm bánh răng PGZ:

Theo trên hình 1.19, bơm bánh răng PGZ bao gồm :

1.4 Mộ t số nghiên cứu trong nước và th giế ớ i về bơm hypogerotor

a) Các nghiên cứu trong nước

Các nghiên cứu trong nước v ề bơm bánh răng cycloid ăn khớp trong còn r t h n chấ ạ ế,

mới chỉ có một số tác gi trình bày v l p trình thiả ề ậ ết kế biên dạng bánh răng cycloid, trong đó chủ yếu là ng d ng trong các b truyứ ụ ộ ền bánh răng sử ụ d ng v i mớ ục đích làm h p gi m t c [34,39,40,41] V ộ ả ố ề bơm thì chỉ có ộ ốm t s công b v ố ề loại epicycloid, còn v i loớ ại bơm cycloid có biên dạng là đường hypocycloid thì r t hấ ạn chế, ch có m t số công trình đã công bố ần đây [3,24ỉ ộ g -26]

b) Các nghiên cứu ngoài nước

Bơm thủy lực thể tích Gerotor lần đầu tiên được phát minh bởi M F Hill vào năm 1920 [9] với nguyên lý hoạt động được ví như động cơ Vanken Đây là loại bơm thủy lực thể tích được hình thành từ cặp bánh răng ăn khớp trong epicycloid và

đã được sử dụng phổ biến trong hệ thống bôi trơn của động cơ đốt trong trên các phương tiện giao thông cơ giới đường bộ Cho đến nay đã có rất nhiều công trình nghiên về loại bơm này, trong đó có phải kể đến:

Các nghiên cứu về biên dạng bánh răng: như nghiên cứu về nguyên lý ăn khớp

và đặc điểm hình học biên dạng bánh răng của bơm [10, 11], đưa ra một lý thuyết mới để tổng hợp biên dạng cặp bánh răng ăn khơp trong trên cơ sở và phân tích đặc điểm ăn khớp [12], hay xác định định độ cong tại các điểm tiếp xúc để phân tích đặc điểm động học của bơm [13], xác định giới hạn về kích thước động học nhằm tránh các điểm kỳ dị (hiện tượng giao thoa cạnh răng, đỉnh răng v.v…)của biên dạng [14, 15], hiện tượng trượt biên dạng răng trong quá trình ăn khớp [16] v.v…

Nghiên cứu về lưu lượng và áp suất có thể kể đến: xác định và tối ưu các thông

số kích thước theo lưu lượng cho trước [17] với nhiều giải pháp khác nhau như sử dụng định luật bảo toàn công hay dựa trên đường ăn khớp để đưa ra được các biểu thức tính lưu lượng dưới dạng giải tích, hay xác định thông số kích thước cửa vào, cửa ra của bơm dựa trên lưu lượng và áp suất của bơm [18] v.v

Nghiên cứu về mô hình hóa các hiện tượng vật lý của bơm như: xác ứng suất tại các điểm tiếp xúc trên các răng trong quá trình ăn khớp [19,20], hay xác định mô

32

để đưa ra mô hình toán học của biên dạng bánh răng hypocycloid dưới dạng đại số, trên cơ sở đó tính toán bán kính cong của biên dạng để đưa ra được các điều kiện hình thành biên dạng răng hypocycloid

1.5 H ệ thống bôi trơn trên động cơ ô tô

a) Cấ u tạo

Như đã trình bày ở trên, bơm bánh răng cycloid đang được sử dụng rất rộng rãi trong các hệ thống bôi trơn, làm mát và hệ thống trợ lực trong ô tô, xe máy Cấu tạo chung của một hệ thống bôi trơn động cơ ô tô được mô tả như hình 1.20

Hình 1.20 Bơm thủy lực hypogerotor trong hệ thống bôi trơn động cơ ô tô

Hình 1.21 Sơ đồ hệ thống bôi trơn trên động cơ ô tô

15- Thanh đẩ y; 16- Đầu thanh đẩ y

34

a) Bơm dầu bôi trơn trên ô tô Hyundai – Tucson 2.0

Trên động cơ ô tô Hyundai, hầu như tất cả các dòng xe đều sử dụng bơm dầu bôi trơn là bơm bánh răng biên dạng Hypocycloid

Ưu điểm và nhược điểm:

Lý do của điều này được giải thích là do một số ưu điểm nổi trội của loại bơm này so với các loại bơm khác như sau :

- Kích thước nhỏ gọn

- Kết cấu đơn giản

- Dao động lưu lượng nhỏ

- Làm việc được ở tốc độ cao nhưng lại rất êm

- Bền và làm việc tin cậy trong thời gian dài

Tuy nhiên, cũng có những nhược điểm của bơm là việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bơm tương đối khó khăn do biên dạng của bơm khá phức tạp và đòi hỏi độ chính xác cao trong quá trình gia công

Hình 1.22 nh chẢ ụp bơm dầu bôi trơn trên động cơ Hyundai Tucson 2.0 phiên

b n 2009 ả

KẾ T LUẬ CHƯƠNG 1N

Chương này trình bày tổng quan v nguyên lý hoề ạt động và c u t o c a ấ ạ ủ bơm

thủ ựy l c th tích hypogerotor ể cũng như những công b nghiên c u v ại bơm này ố ứ ềlotrong và ngoài nước, điều đó cho thấy loại bơm này đang được quan tâm nghiên c u, ứtrong đó ứng d ng vào các h thụ ệ ống bôi trơn động cơ đốt trong của các phương tiện

cơ giớ đượi c quan tâm nhi u nh t Ngoài rề ấ a chương này cũng đã giới thi u m t s ệ ộ ố

s n phả ẩm thương mạ ủa các hãng cũng như bơm bôi trơn của động cơ ô tô i cHyundai Tucson để làm cơ sở thiế ết k chuyển đổi bơm bôi trơn của lo i xe này s ạ ẽđược trình bày ở chương 3 và chương 4 của luận văn

36

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUY T THI T K Ế Ế Ế BƠM THỦ Y LỰC TH TÍCH BÁNH Ể

RĂNG ĂN KHỚP TRONG HYPOCYCLOID

2.1 Đặ ấn đềt v

đáp ứng những yêu cho trước v ề lưu lượng, kích thướ ẽ được đề ập trong chương c s c

3 c a luủ ận văn, chương này trình bày một cách logic lý thuy t tính toán, thi t k ế ế ếtrên cơ sở nh ng nghiên cữ ứu trong và ngoài nước v lý thuy t biên dề ế ạng bánh răng hypocycloid, cũng như cách xác định nh ng thông thi k ữ ết ế đặc trưng phục v cho ụquá trình thi t k ế ế ngược nh m chuyằ ển đổ ừ bơm bôi trơn bánh răng thân khai cải t i tiến sang bánh răng hypocycloid của bơm bôi trơn động cơ ô tô

O2

x 3

y 3

Hypocycloid là đường cong được tạo bởi quĩ tích của một điểm cố định M trên tâm tích sinh 1O r1,  khi tâm tích này lăn không trượt phía trong tâm tích bánh răng 2O R2 ,  theo chiều kim đồng hồ (hình 2.1) dó đó góc  mang dấu –

Gắn cố định trên 2( , )O R2 một hệ qui chiếu O2x 2y2 và 1O r1, một hệ qui chiếu O1x1y1

Theo hình (2.1) ta có:

     (2.1)Theo định nghĩa:

r    (2.2)

Từ (2.1) và (2.2) ta có:

)R

(r

R

(2.3) Mặt khác ta có:

Đặt E = O1O2= R - r là độ lệch tâm và chiếu phương trình (2.4) lên hệ qui chiếu

2{ O2x2y2}ta có phương trình đại số:

M M

T

O

O z

R

1 2

1 1 2

1 1

) , (

M M M

sinE0cossin

cosE0sincos

Esin(

rsinEy

)r

Ecos(

rcosEx

M

M

(2.7)

Nhận xét: Phương trình (2.7) là phương trình hypocycloid cần thiết lập

Nếu gọi z2 là số nhánh của đường hypocycloid khi đó: 2

R z r

hạn nhánh lại trở về vị trí xuất phát ban đầu

+ Khi z2 là số vô tỷ thì số nhánh là vô hạn, điểm M không bao giờ trở lại vị trí ban đầu

b) Phương trnh biên dạng bánh răng hypocycloid

hypocycloid (

có rất nhiều công bố với các phương pháp khác nhau như: phương pháp tâm quay tức thời, phương pháp giải tích, phương pháp bao hình đối tiếp, phương pháp biến đổi ma trận.v.v… [1,22-25 ]