Nghiên cứu ảnh hưởng của công nghệ thấm Ni tơ Plasma cặp bánh răng Hypoid đến hiệu suất cụm cầu sau ô tô tải nhẹ chế tạo trong nước

1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài luận án Bánh côn cong Hypoid loại chi tiết máy có hình dạng hình học phức tạp, tính toán thiết kế nhiều thông số, gia công máy chuyên dùng có độ xác cao Vì có nhiều ưu điểm truyền động như: khả truyền tải lớn, độ bền tuổi thọ cao, làm việc êm, có khả giảm kích thước tổng thể truyền Nghiên cứu tính toán, thiết kế chế tạo bánh côn cong vấn đề nhà khoa học nhà sản xuất Hiện việc lựa chọn vật liệu công nghệ gia công cặp Hypoid thực Việt Nam Tuy nhiên, chất lượng truyền bánh chế tạo nước nhiều vấn đề độ xác gia công, độ bền lâu hiệu suất Một nguyên nhân hạn chế chưa có công nghệ nhiệt luyện tốt cho cặp bánh Hypoid cụm cầu chủ động xe ô tô tải chế tạo nước Hiệu suất cụm cầu chủ động tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng cụm cầu chất lượng hệ thống truyền lực Hiện nước chưa có công trình nghiên cứu ảnh hưởng chất lượng bề mặt làm việc bánh truyền lực tới hiệu suất cầu sau xe ô tô tải Việc nghiên cứu chuyên sâu có lý luận khoa học thực nghiệm việc làm cần thiết để bước phát triển ứng dụng vào thực tiễn sản xuất Vì “Nghiên cứu ảnh hưởng công nghệ thấm Ni tơ Plasma cặp bánh Hypoid đến hiệu suất cụm cầu sau ô tô tải nhẹ chế tạo nước” nhằm mục tiêu nghiên cứu hiệu suất cụm cầu cho cặp truyền lực Hypoid thấm Ni tơ Plasma với thông số công nghệ hợp lý điều kiện sản xuất Việt Nam 2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài luận án - Nghiên cứu ảnh hưởng công nghệ thấm Ni tơ Plasma tới chất lượng bề mặt tiếp xúc bánh Hypoid cụm cầu sau ô tô; - Nghiên cứu ảnh hưởng chất lượng bề mặt tiếp xúc báng Hypoid tới hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ với điều kiện thiết bị có Việt Nam Đối tượng nghiên cứu - Chất lượng bề mặt tiếp xúc bánh Hypoid chế tạo nước; - Hiệu suất cụm cầu sau ô tô tải với cặp bánh Hypoid thấm Ni tơ Plasma với chế độ công nghệ phù hợp Phương pháp, nội dung nghiên cứu - Tổng hợp phân tích công trình khoa học nước có liên quan để làm sở cho việc nghiên cứu đề tài; - Ứng dụng phương pháp PTHH sử dụng phần mềm Ansys mô phân tích bề mặt ăn khớp hai ăn khớp cặp bánh Hypoid với hệ số ma sát chọn theo công thức thực nghiệm Qua đó, phân tích ảnh hưởng chất lượng bề mặt làm việc bánh Hypoid tới hiệu suất cầu sau ô tô; - Tiến hành thực nghiệm, thiết lập phương trình hồi quy, sử dụng phần mềm tính toán để xây dựng mối quan hệ thông số công nghệ thấm với thông số chất lượng bề mặt làm việc, giải tìm chế độ thấm phù hợp cho cặp bánh Hypoid; - Ứng dụng công nghệ đo quang số 3D để đánh giá sai lệch biến dạng nhiệt bề mặt chi tiết sai lệch kích thước sau thấm Ni tơ Plasma; - Xây dựng thông số thí nghiệm bệ thử; - Chế tạo cặp bánh Hypoid, sau thể tích, tiến hành thấm Ni tơ Plasma theo thông số xác định để thí nghiệm kiểm chứng hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ Giới hạn phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu ảnh hưởng công nghệ thấm Ni tơ Plasma tới độ cứng tế vi, sai lệch biến dạng nhiệt độ nhám bề mặt tiếp xúc bánh Hypoid làm thép hợp kim 18ХГT; - Nghiên cứu ảnh hưởng chất lượng bề mặt tiếp xúc cặp bánh Hypoid đến hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ chế tạo nước với điều kiện chuyển động thẳng, ổn định đường phẳng Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài luận án - Bằng phương pháp thiết kế đại, thiết kế cụm cầu sau ô tô tải nhẹ có độ tin cậy cao để gia công xác cặp bánh Hypoid chi tiết cụm cầu, phục vụ trực tiếp cho nội dung nghiên cứu Luận án; - Xây dựng mô hình toán học mối quan hệ thông số công nghệ thấm Ni tơ đến độ cứng tế vi, sai lệch biến biến dạng nhiệt độ nhám bề mặt làm việc; - Xác định chế độ thấm Ni tơ Plasma cặp bánh Hypoid để đạt hiệu suất truyền động cao chế độ tải vận tốc đặc trưng theo tiêu chuẩn quốc tế; - Xây dựng thông số thí nghiệm để đo hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ theo chất lượng bề mặt làm việc Các điểm luận án - Tìm công cụ phù hợp công nghệ đo quét quang số 3D hãng GOM để xây dựng thí nghiệm đo kích thước hình học sai lệch biến dạng nhiệt bề mặt làm việc bánh Hypoid trước sau nhiệt luyện Công cụ áp dụng để kiểm tra sai số gia công bề mặt cong bất kỳ; - Chế tạo cặp bánh Hypoid đáp ứng yêu cầu kỹ thuật dung sai độ bóng bề mặt trước nhiệt luyện Xác định chế độ thấm Ni tơ hợp lý để không làm biến dạng bề mặt làm việc bánh Hypoid, độ cứng bề mặt đảm bảo đạt từ 55÷60 HRC, rút ngắn qui trình gia công, bớt nguyên công mài tinh phụ thuộc vào máy mài sườn răng; - Thiết kế, chế tạo bệ thử cầu sau theo nguyên lý dòng công suất hở để nghiên cứu ảnh hưởng công nghệ thấm Ni tơ Plasma tới hiệu suất cụm cầu sau ô tô tải nhẹ theo phương pháp đo mô men đồng thời trục quay Bố cục luận án Nội dung luận án chia thành chương, cụ thể gồm: Phần mở đầu Chương 1: Tổng quan cụm truyền lực cầu sau ô tô Chương 2: Công nghệ thấm Ni tơ Plasma hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ Chương 3: Phân tích ảnh hưởng bề mặt tiếp xúc bánh hypoid đến hiệu suất cầu sau Chương 4: Đánh giá ảnh hưởng thông số công nghệ thấm Ni tơ Plasma đến chất lượng bề mặt bánh Hypoid Chương 5: Thí nghiệm đo hiệu suất cầu sau ô tô Kết luận chung Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CỤM TRUYỀN LỰC CẦU SAU Ô TÔ 1.1 Cầu sau cụm truyền lực ô tô 1.1.1 Cấu tạo cầu sau cụm truyền lực Cầu sau chủ động (sau gọi tắt “cầu sau”) ô tô tải nhẹ với cấu truyền lực có công dụng phân phối mô men truyền từ hệ thống truyền lực bánh xe chủ động ô tô làm cho ô tô chuyển động phù hợp với tay số Hình dáng tổng thể cầu sau ô tô tải nhẹ cụm truyền lực giới thiệu Hình 1.1 a) Hình dáng tổng thể cầu sau ô tô tải nhẹ b)Cụm truyền lực Hình 1.1 Cầu sau ô tô tải nhẹ Trong trình làm việc, cặp chi tiết chuyển động quay như: khớp nối trục, ổ trục, cặp bánh ăn khớp phát sinh ma sát ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất truyền Cấu tạo chi tiết cầu sau truyền lực xe tải nhẹ trình bày Hình 1.2 1.1.2 Các yêu cầu kỹ thuật cầu sau cụm truyền lực Cầu sau ô tô có yêu cầu sau kỹ thuật [10]: - Đảm bảo đặc tính động lực học tính kinh tế tối ưu cho ô tô; - Có hiệu suất cao, làm việc êm không ồn; - Đảm bảo khoảng sáng gầm xe đủ lớn; - Đảm bảo độ cứng vững khung vỏ xe xe a) Cấu tạo chi tiết cầu sau b) Cặp bánh Hypoid Hình 1.2 Cấu tạo chi tiết truyền lực xe tải nhẹ - Bu lông đai ốc - Đai ốc ổ bi - Các nửa gối đỡ ổ b - Cụm vi sai - Phớt làm kín - Bu lông điều chỉnh - Ổ bi - Cụm bánh dứa Theo số lượng bánh truyền lực có hai dạng: truyền lực đơn (một cặp bánh răng) truyền lực kép (hai cặp bánh răng) Truyền lực đơn thường dùng xe tải nhẹ phân loại theo dạng bánh răng: truyền lực bánh côn thẳng, cong; dạng Hypoid; dạng bánh trụ; dạng trục vít Truyền lực kép chia thành hai loại: truyền lực với hai cặp bánh bố trí cụm nằm hai bánh xe chủ động truyền lực có cặp bánh thứ hai bố trí bánh xe chủ động, Hình 1.3 Hình 1.3 Một số sơ đồ truyền lực đơn cầu sau ô tô tải nhẹ Truyền lực dạng Hypoid (Hình 1.3 b) sử dụng rộng rãi loại ô tô có ưu điểm: khả chịu tải lớn, làm việc êm, không ồn có khả nâng cao khoảng sáng gầm xe 1.1.3 Cụm bánh truyền lực Hypoid Các bánh Hypoid có hình dạng bên giống bánh côn xoắn cong thông thường, khác mặt hình học, Hình 1.4 Truyền động Hypoid có điểm khác biệt: E Hình 1.4 Cặp bánh Hypoid truyền lực cầu sau ô tô - Trục bánh không cắt mà chéo với độ lệch E (gọi độ lệch Hypoid); - Góc xoắn trung bình bánh chủ động bánh bị động không (1 > 2); - Mô đun tiếp tuyến bánh chủ động lớn mô đun tiếp tuyến bánh bị động - Lực pháp tuyến vết tiếp xúc tác động lên bánh chủ động bánh bị động nhau, lực tiếp tuyến không Khi có tỷ số truyền, đường kính bánh dứa truyền Hypoid có đường kính vành bánh vành chậu nhỏ truyền côn xoắn thông thường nên kích thước truyền lực giảm - Khi có tỷ số truyền, đường kính vành bánh vành chậu không thay đổi truyền Hypoid tăng đường kính vành bánh dứa làm cho khả truyền tải độ bền truyền lực cao 1.2 Đánh giá chất lượng cầu sau ô tô 1.2.1 Các tiêu đánh giá chất lượng cầu sau ô tô Hiệu suất cầu sau, độ ồn rung, độ bền uốn, độ bền tiếp xúc độ bền mỏi (bền lâu) cầu sau tiêu để đánh giá chất lượng cầu sau ô tô Trong đó, hiệu suất cầu sau tiêu quan trọng nhất, [10,19] a) Chỉ tiêu ồn rung cầu sau Khi xe hoạt động, hệ thống truyền lực cầu sau làm việc, nguyên nhân cân hệ thống truyền lực, lỗi bánh trục… gây ồn rung hệ thống truyền lực Ồn rung cầu sau xuất nguyên nhân chủ yếu chế độ lắp ghép không yêu cầu kỹ thuật tạo khe hở răng, ổ trục bánh mòn không đều, bị tróc rỗ Hiện nước chưa có tiêu đánh giá kiểm tra ồn rung cầu sau ô tô, xe thường đánh giá tổng thể xe dùng phương pháp loại trừ để xác định chất lượng cụm chi tiết tổng thành xe b) Chỉ tiêu độ bền uốn cầu sau Xác định tiêu độ bền uốn phá hủy gây vết nứt, gãy cong vênh làm cho cầu sau không khả làm việc Trong đó, cặp bánh chịu ma sát biến dạng uốn ảnh hưởng đến hiệu suất cầu sau ô tô Phương pháp xác định tiêu bền uốn tập trung vào xác định lực tác dụng bánh cầu sau c) Chỉ tiêu độ bền mỏi (bền lâu) cầu sau Độ bền mỏi chi tiết tượng xảy hỏng hóc chi tiết chi tiết chịu tác động lực tác động thay đổi theo thời gian Hiện tượng hỏng gọi hỏng mỏi Để đánh giá mỏi chi tiết trình phức tạp khó khăn Chủ yếu dựa theo yếu tố kinh nghiệm thí nghiệm thực nghiệm, từ dự đoán trước thời điểm hỏng mỏi d) Chỉ tiêu độ bền tiếp xúc cầu sau Một dạng hỏng hóc bánh ảnh hưởng đến hiệu suất cầu sau hỏng hóc tróc rỗ Khi bị tróc rỗ, bề mặt bị dính bóc mảng kim loại gây ồn rung lớn cho cầu sau, hiệu suất truyền lực bị giảm nhiều cầu sau làm việc nữa, ta phải thay e) Chỉ tiêu hiệu suất cầu sau Hiệu suất cầu sau ô tô tiêu đặc trưng cho mức độ sử dụng công suất hữu ích cầu sau Hiệu suất cầu sau ô tô đánh giá thông qua hiệu suất truyền bánh cầu 1.2.2 Hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ Hiệu suất cầu sau ô tô xác định công thức (1.1) P P    1 r P1 P1 (1.1) Trong đó: P1, P2 - Công suất trục vào trục cụm cầu sau; Pr - Công suất mát cụm cầu sau, đó: Pr = Ps + P0 + Pd Ps - Công suất mát ma sát cặp bánh ăn khớp ; Po - Công suất mát ổ bi; Pd - Công suất mát khấy dầu bôi trơn Do mát công suất cụm phức tạp nên thực tế đo mát (hiệu suất) truyền 10 Trong phòng thí nghiệm, thực đo hiệu suất cầu sau ô tô theo nguyên lý dòng công suất hở theo nguyên lý dòng công suất kín [1,2] Bệ thử dòng công suất kín có ưu điểm sử dụng động tạo nguồn động lực dẫn động nhỏ nhược điểm khó kiểm soát tải trọng bệ thử nên độ xác phép đo không cao Bệ thử dòng công suất hở khắc phục nhược điểm động dẫn động cần công suất lớn 1.3 Thiết kế, chế tạo truyền lực Hypoid Bánh côn cong nói chung bánh Hypoid nói riêng có ba hệ dựa vào dạng đường cong Bánh côn hệ Gleason (của Mỹ): bánh côn cong có sườn dạng cung tròn; bánh côn hệ Klingelberg: bánh côn cong có sườn đường thân khai Palloid; bánh côn hệ Oerlikon: bánh côn cong có sườn đường cong Epicycloid Hypozykloid [27,34,84] Bánh Hypoid chi tiết có kết cấu phức tạp, khó việc thiết kế tạo hình bề mặt gia công Vật liệu chế tạo bánh Hypoid thường thép hợp kim Crom-Niken hay Crom-Mangan-Titan, như: 20XH, 20XHM, SCr420H, 18XГT, 30XГT 1.3.1 Thiết truyền lực Hypoid Cơ sở thiết kế bánh Hypoid trình bày tài liệu [41], [83-87] Thiết kế truyền bánh Hypoid dựa việc ứng dụng thuật toán tổng hợp vị trí việc phân tích vùng tiếp xúc TCA (Tooth Contact Analysis) để đạt đường tiếp xúc có hướng phù hợp a) Thiết kế theo yêu cầu nâng cao khả tải, tăng vết tiếp xúc ăn khớp Nhờ ứng dụng phát triển máy tính (hardware) phần mềm thiết kế mạnh (software), việc tính toán thiết kế bánh có nhiều thuận lợi Phần mềm chuyên dùng tính toán thiết kế bánh phổ biến giới có nhiều, có hãng FVA-Worksbench- GbmH [38] Sử dụng 103 5.7.2 Kết thí nghiệm xe tải nhẹ LF3070G1 trường - Ở tốc độ xe chạy 20 km/h Bảng 5.7 Kết đo hiệu suất cầu sau theo tải trọng tốc độ 20 km/h Hiệu suất lần đo 0% 94,24 25% 93,15 50% 92,28 100% 91,56 Tải Hiệu suất lần đo 93,76 93,98 92,79 92,38 Hiệu suất lần đo 93,83 93,65 92,63 91,45 Hiệu suất trung bình lượt đo 93,94 93,59 92,57 91,80 - Ở tốc độ xe chạy 40 km/h Bảng 5.8 Kết đo hiệu suất cầu sau theo tải trọng tốc độ 40 km/h Hiệu suất lần đo 0% 93,25 25% 93,65 50% 92,76 100% 91,65 Tải Hiệu suất lần đo 93,91 93,36 92,43 91,37 Hiệu suất lần đo 93,79 93,22 92,15 91,98 Hiệu suất trung bình lượt đo 93,65 93,41 92,45 91,67 - Ở tốc độ xe chạy 60 km/h Bảng 5.9 Kết đo hiệu suất cầu sau theo tải trọng tốc độ 60 km/h Hiệu suất lần đo 0% 93,65 25% 93,25 50% 91,87 100% 90,98 Tải Hiệu suất lần đo 93,36 93,48 92,56 91,35 Hiệu suất lần đo 92,82 92,85 92,32 91,53 Hiệu suất trung bình lượt đo 93,28 93,19 92,25 91,29 Tổng hợp hiệu suất theo tải tốc độ xe chạy Tổng hợp giá trị hiệu suất xe theo tải tốc độ xe chạy khác nhau, Bảng 5.10 Đối chiếu hiệu suất cầu sau xe tải luận án đo với hiệu suất công bố đề tài KC.05.22/06-10 cho Bảng 5.11 104 Bảng 5.10 Tổng hợp kết đo hiệu suất cầu sau theo tải trọng tốc độ Tải 20km/h 40km/h 60km/h 0% 25% 50% 100% 93,94 93,59 92,57 91,80 93,65 93,41 92,45 91,67 93,28 93,19 92,25 91,29 Hiệu suất trung bình  93,62 93,40 92,42 91,58 Hiệu suất trung bình chung 92,76 Bảng 5.11 Hiệu suất cầu sau cầu sau ô tô tải nhẹ Các cầu Cầu thí nghiệm Hóa nhiệt luyện cặp bánh Hypoid Thấm Ni tơ Plasma Thí nghiệm Trên xe thật Hiệu suất 92,76 Cầu đề tài KC.05.22/06-10 Thấm Các bon - Ni tơ Trên bệ thử dòng CS kín 90,50 Cầu Trung Quốc Chưa xác định Trên bệ thử dòng CS kín 92,50 Đánh giá 2: Khi đo hiệu suất xe thật trường, hiệu suất cụm cầu sau với truyền lực Hypoid thấm Ni tơ Plasma (92,76%) có giảm so với điều kiện phòng thí nghiệm (93,31%), có giá trị lớn so với hiệu suất Hypoid nhiệt luyện theo công nghệ truyền thống đề tài KC.05.22/06-10 (90,50%) cầu sau Trung Quốc (92,50%) thí nghiệm bệ thử dòng công suất kín, Hình 5.21 Hình 2.21 Biểu diễn quan hệ hiệu suất cụm cầu xe thật 105 KẾT LUẬN CHƯƠNG Đã áp dụng tiêu chuẩn SAE J1266 để đo hiệu suất cầu sau xe tải nhẹ có cặp bánh Hypoid thấm Ni tơ Plasma với thông số công nghệ xác định qua quy hoạch thực nghiệm NCS thiết kế, chế tạo bệ thí nghiệm đo hiệu suất theo nguyên lý dòng công suất hở Sử dụng cảm biến tenzo theo nguyên lý cầu đo Wheatstone thu dòng thủy ngân lắp trục cầu sau ô tô để lấy tín hiệu từ trục quay máy đo cố định Hiệu suất cầu sau lớn đo bệ thử 94,36% 50% tải đạt 93,94% xe không mang tải chạy đường với tốc độ 20 km/h Hiệu suất cầu sau xe tải nhẹ với truyền lực Hypoid thấm Ni tơ Plasma có hiệu suất 93,31% đo phòng thí nghiệm 92,76% đo xe thật Các giá trị lớn hiệu suất cụm cầu đo bệ thử theo nguyên lý dòng công suất kín với cặp bánh Hypoid nhiệt luyện theo công nghệ truyền thống (đề tài KC05.22/06-2010) 90,50% tương đương hiệu suất sử dụng cặp bánh Hypoid Trung Quốc chế tạo (92,50%) 106 KẾT LUẬN CHUNG LUẬN ÁN Luận án lập thông số công nghệ thấm Ni tơ Plasma cho mục tiêu khác như: độ cứng tế vi bề mặt lớn nhất, sai lệch biến dạng nhiệt bé độ nhám bề mặt nhỏ Với yêu cầu chất lượng bề mặt làm việc có độ cứng lớn, đồng thời sai lệch biến dạng nhiệt độ nhám bề mặt bé, quy hoạch thực nghiệm xác định thông số công nghệ thấm Ni tơ Plasma cho cặp bánh Hypoid cầu sau ô tô tải nhẹ: - Thời gian thấm h = h, - Nhiệt độ thấm TL = 530 0C, - Lưu lượng khí thấm G1 = l/h Kết thấm Ni tơ Plasma cặp bánh Hypoid đạt yêu cầu kỹ thuật đề ra, độ cứng tương đương 58-60 HRC, biến dạng biến dạng nhiệt độ nhám bề mặt không thay đổi Biến dạng theo chiều dày biến dạng theo đường kính lớn bánh vành chậu bánh dứa là: ƐdVC = 0,032mm, ƐdQD = 0,030mm; ƐØVC = 0,045mm, ƐØQD = 0,041mm Các giá trị nhỏ qui định nhiệt luyện bánh côn cong cầu sau ô tô Phương pháp đo quang số thiết bị đại có độ xác cao sử dụng để phân tích sai lệch biến dạng nhiệt bề mặt làm việc bánh Hypoid, phát sai lệch bước sai lệch biên dạng bánh bề mặt cong phức tạp khác Với phương pháp này, quan sát toàn diện sai lệch tất bề mặt chi tiết mà phòng thí nghiệm đo lường nước không thực NCS thiết kế bệ thử thí nghiệm đo hiệu suất theo nguyên lý dòng công suất hở dùng thí nghiệm luận án Sử dụng bệ thử này, 107 tiến hành đo hiệu suất cho nhiều cầu có kích thước khác đo lúc xe chạy trường với độ xác cao so với với bệ thử theo nguyên lý dòng công suất kín Cụ thể, hiệu suất cầu sau xe tải nhẹ với truyền lực hypoid thấm ni tơ plasma có hiệu suất 93,31% đo phòng thí nghiệm 92,76% đo xe thật Các giá trị lớn hiệu suất cầu sau sử dụng cặp bánh Hypoid nhiệt luyện theo công nghệ truyền thống tương đương hiệu suất cầu sau sử dụng cặp bánh Hypoid Trung Quốc sản xuất Hiệu suất cầu sau cải thiện cách giảm hệ số ma sát thông qua hóa bền bề mặt phương pháp thấm ni tơ plsama với biến dạng nhỏ độ cứng bề mặt tiếp xúc lớn Kết luận án đề xuất quy trình công nghệ chế tạo bánh hypoid với vật liệu thép hợp kim có tính cao: - Tạo phôi phương pháp dập định hình, - Gia công xác máy chuyên dùng (hoặc máy phay CNC trục) đạt độ bóng bề mặt, - Thấm Ni tơ Plasma tránh biến dạng hóa bền bề mặt, - Làm bề mặt Quy trình công nghệ chế tạo bánh Hypoid rút ngắn nguyên công mài sườn răng, hiệu kinh tế cao phương pháp truyền thống phù hợp với giai đoạn đầu tư công nghệ Việt Nam Tổng hợp yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ Thiết kế đề xuất yêu cầu để làm tăng hiệu suất: Các yếu tố ảnh hưởng Các yêu cầu để làm tăng hiệu suất cầu sau Theo bề mặt hình học rãnh hypoid Thiết kế theo yêu cầu nâng cao khả tải, tăng vết tiếp xúc ăn khớp Theo phần mềm Thiết kế truyền bánh Hypoid nhờ hỗ trợ máy tính (CAD/CAE) Thiết kế ngược theo mẫu Thiết kế ngược công nghệ quang số Nhiệt luyện Chế tạo 108 Sử dụng phương pháp gia công tiên tiến theo công nghệ CAD/CAM-CNC Gia công xác máy chuyên dùng máy CNC trục (chỉ qua lần gia công với độ xác cao, độ nhám bề mặt thấp) Phương pháp nhiệt luyện Thấm Ni tơ Plasma chống biến dạng Độ cứng bề mặt Bề mặt: 56-62 HRC, lõi: 30-40 HRC để giảm hệ số ma sát trượt Chiều sâu lớp thấm - Lớp trắng: tổ chức  chiều dày từ 2-4 m, tổ chức  dày tới 20 m Lắp ráp - Miền khuếch tán: độ dày tới 0,8 mm Biến dạng bề mặt Biến dạng không đáng kể, giảm hệ số ma sát lăn Mức xác động học Theo tiêu chuẩn quy định sai số động học lớn truyền động Ổ bi, ổ trượt, bề mặt tiếp xúc Theo QTCN tiêu chuẩn lắp ráp (để giảm công suất mát ma sát) Vết tiếp xúc Bôi trơn Khe hở cạnh Theo tiêu chuẩn vết tiếp xúc tổng cặp ăn khớp truyền động Lớn khe hở cạnh cần thiết, không lớn khe hở cho phép lớn ([jnmax] > jn > jnmin) Dầu bôi trơn Chọn loại dầu theo khuyên cáo nhà sản xuất cầu sau Nhiệt độ hoạt động Từ 90 - 120 0C 109 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN [1] Đỗ Giao Tiến, Nguyễn Hữu Sim, Lê Hồng Kỳ, Nguyễn Mạnh Trường, Nguyễn Thanh Quang, Dương Ngọc Khánh - Ứng dụng lý thuyết dòng công suất kín thiết kế, chế tạo bệ thử hiệu suất cụm cầu sau chủ động ô tô tải nhẹ Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 6/2012 [2] Nguyễn Thanh Quang, Nguyễn Mạnh Trường, Lê Quỳnh Mai, Đinh Mạnh Cường, Đỗ Giao Tiến, Lê Hồng Kỳ, Trần Phúc Hòa, Lê Hồng Quân, Nguyễn Thịnh - Nghiên cứu thiết kế chế tạo phôi bánh vi sai cụm cầu sau xe tải nhẹ LF3070G1 Hội nghị KH&CN toàn quốc Cơ khí, lần thứ III, tháng 4/2013, NXB KHKT [3] Lê Hồng Kỳ, Nguyễn Thanh Quang, Trần Vĩnh Hưng - Quá trình thiết kế cặp bánh côn xoắn cụm cầu sau ô tô tải nhẹ Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 8/2014 [4] Lê Hồng Kỳ, Nguyễn Thanh Quang - Kiểm tra sai số cặp bánh hypoid thiết bị quét quang học Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 12/2014 [5] Nguyễn Thanh Quang, Le Hong Ky, Le Hoang Anh - Applying SAE J1266 Standard to Test the Efficiency of Active Rear Axle on Light Trucks The International Conference on Automotive Technology for Vietnam - ICAT 2015, 11/2015, Ord No 11, Paper No ICAT2015-009 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đề tài NCKHCN trọng điểm cấp Nhà nước (2008), Hoàn thiện công nghệ chế tạo cụm cầu sau xe tải nhẹ, KC.05.22/06-10 [2] Đề tài NCKHCN cấp Bộ (2008), Nghiên cứu thiết kế chế tạo cụm cầu sau xe tải nhẹ tấn, Tổng công ty Máy động lực Máy nông nghiệp Việt Nam, Bộ Công Thương [3] Đề tài NCKHCN cấp Bộ (2007), Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thấm Ni tơ xung Plasma nhiệt độ thấp (570-600oC) dụng cụ cắt gọt chi tiết máy, 94-07.RD/HĐ-KHCN, Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công Thương [4] Bành Tiến Long (2013), Lý thuyết tạo hình bề mặt ứng dụng kỹ thuật, NXB Giáo dục Việt Nam, Hà Nội [5] Trần Văn Địch (2006), Công nghệ chế tạo bánh răng, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [6] Trần Văn Địch (2008), Các phương pháp xác định độ xác gia công, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [7] Nghiêm Hùng (1999), Vật liệu học, Đại học Bách Khoa Hà Nội [8] Phạm Thị Minh Phương, Tạ Văn Thất (2000), Công nghệ nhiệt luyện, NXB Giáo dục, Hà Nội [9] Nguyễn Văn Dự, Nguyễn Đăng Bình (2011), Quy hoạch thực nghiệm kỹ thuật, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [10] Nguyễn Hữu Cẩn tác giả khác (2003), Lý thuyết ô tô máy kéo, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [11] Nguyễn Anh Tuấn, Phạm Văn Hùng (2005), Ma sát học, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [12] Nghiêm Hùng (1985), Nhiệt luyện phụ tùng ô tô, máy kéo, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 111 [13] Trần Văn Địch (2003), Nghiên cứu độ xác gia công thực nghiệm, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [14] TCVN 1587:86, Truyền động bánh côn Hypoid [15] Trần Quang Hanh, Nguyễn Văn Cường, Trương Tất Tài (2015), Ứng dụngcông nghệ CAD/CAM/CAE thiết kế 3D cặp bánh Hypoid củabộ truyền lực chính, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 6/2015, Hà Nội [16] Hoàng Minh Thuận (2012), Nghiên cứu lựa chọn số thông số công nghệ thấm Ni tơ Plasma cho thép 40CrMo, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Hà Nội [17] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trịnh Minh Tứ (2002), Thiết kế dụng cụ gia công bánh – Tập 2, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [18] Nguyễn Minh Tuyển (2005), Quy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [19] Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên (1960), Thiết kế tính toán ô tô máy kéo, NXB Giáo dục, Hà Nội [20] Đào Duy Trung (2007), Nghiên cứu, khảo sát thiết kế tính toán chế tạo bánh côn cong dùng công nghiệp, Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công Thương [21] Lê Phước Ninh (2000), Nguyên lý máy, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội [22] Hoàng Minh Thuận, Đào Quang Kế, Trần Vệ Quốc, Hoàng Văn Châu, Phạm Văn Đông, (2009), Ứng dụng công nghệ thấm Ni tơ Plasma làm bền bánh hành tinh xe trộn - vận chuyển bê tông tươi, Hội nghị Khoa học Cơ khí toàn quốc lần thứ II, tháng 11/2009 [23] Phạm Văn Đông (2012), Nghiên cứu công nghệ để nâng cao chất lượng truyền bánh hành tinh máycông trình, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Hà Nội 112 [24] Phạm Văn Đông, Trần Vệ Quốc (2011), Đánh giá độ mòn bề mặt truyền bánh hành tinh, Hội nghị Khoa học toàn quốc Cơ khí, tháng 11/2011 [25] GOM - Optical Measuring Techniques (2015), Ứng dụng quét 3D thiết kế ngược, 3D systems, Manufacturing The Future, Hà Nội 4/2015 [26] Phạm Văn Đông, Trần Vệ Quốc, Nguyễn Sơn Định, Nguyễn Quốc Dũng (2012), Đánh giá độ biến dạng truyền bánh qua xử lý bề mặt phương pháp khác nhau, Tạp chí Khoa học Công nghệ Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội [27] Nguyễn Hồng Sơn (2002), Nghiên cứu số biện pháp nâng cao chất lượng chế tạo bánh Hypoid loại xe ô tô, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật [28] Ngô Xuân Quang (2012), Nghiên cứu lý thuyết tạo hình xây dựng phương trình bề mặt bánh Hypoid, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi Môi trường, Số 37, tháng 6/2012 [29] Phan Bình Nguyên (2012), Nghiên cứu lý thuyết tạo hình xây dựng phần mềm tự động thiết kế bánh Hypoid, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi Môi trường, Số 39, tháng 12/2012 [30] Nguyễn Trọng Hùng (2013), Giáo trình Thiết kế thực nghiệm chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên [31] Chu Quốc Thắng (1997), Phương pháp phần tử hữu hạn, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [32] Nguyễn Xuân Lựu (2007), Phương pháp phần tử hữu hạn, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội [33] Phạm Văn Lang (2012), Bài giảng Quy hoạch thực nghiệm cho Nghiên cứu sinh, Viện Cơ điện Công nghệ sau thu hoạch, Hà Nội [34] Faydor L Litvin, (1994), Gear Geometry and Applied Theory, @ 1994 by PRT Prentice Hall, Inc 113 [35] Wang X.C., Ghosh S.K (1994), Advanced Theories of Hypoid Gear, Elsevier, Amsterdam – London – New York – Tokyo [36] Axle Efficiency Test Prosedure/SAE – J1266, Copyright 2001 Society of Automotive Engineers, Inc., USA [37] Bevel Gear Classification, Tolerances, and Measuring Methods ANSI/AGMA2009-B01 (Revision of ANSI/AGMA2009-A98) [38] FVA,Worksbench, overview 2012 [39] Michael Otto, Karsten Stahl, Maximilian Zimmer , Striving for High Load Capacity and Low Noise Excitation in Gear Design, www.gearsolutionsonline.com [40] Alec Stokes (1992),Gear Handbook, Design and Culculations/ British Library Cataloguing in Publication Data/ SAE International [41] Faydor L Litvin, Development of Gear technology and Theory of Gearing, NASA RP 1406, PRT Prentice Hall, Inc [42] Li, S., Vaidyanathan, A., Harianto, J., and Kahraman, A., 2009, Influence od Design Parameters and Micro-Geometry on Mechanical Power Losses of Helical Gear Pairs, JSME International, Hiroshima, Japan [43] Dubbel Taschenbuch für den Maschinenbau Der Springer-Verlag, Stationen Seiner Geschichte Teil 2, 1945 – 1992 [44] Hai Xu, Ahmet Kahraman, Donald R Houser, The Ohio State University, A Model to Predict Friction Losses of Hypoid Gears, Department of Mechanical Enguineering The Orio State University, 650 Ackeman Road, OH 43202, 10/2005 [45] Reuleaux, F., Friction in Tooth Gearing, Transactions of the ASME, Vol VIII, pp 45-85, 1886 114 [46] Hochmann, D., Houser, R., Friction Forces as a Dynamic Excitation Source in Involute Spur and Helical Gearing, DETC’OO/PTG, Baltimore, Maryland, 2000 [47] Dowson, D., Higginson, G R., Elasto-hydrodynamic Lubrication, SI Edition, Pergamon Press, Oxford, England, 1977 [48] Buckingham, E., Efficiencies of Gears, Analytical Mechanics of Gears, Dover, New York, pp 395-425,1963 [49] Wear of spur and helical gears- Anders Flodin- Stockholm 2000 [50] Ikejo, K., Nagamura, K., Power Loss of Spur Gear Drive Lubricated with Traction Oil, DETC’03/PTG, Chicago, Illinois, 2003] [38-39 - Anderson, N E., Loewenthal, S H., Effect of Geometry and Operating Conditions on Spur Gear System Power Loss, Journal of Mechanical Design, Vol 103, pp 151159,1981 [51] Michlin, Y., Myunster.V., Determination of Power Losses in Gear Transmissions with Rolling and Sliding Friction Incorporated, Mechanism and Machine Theory, Vol 37, pp 167, 2002 [52] Li, Y., Seireg, A A., Predicting The Coefficient of Friction in Sliding-Rolling Contacts, Tribology Conference, K18 [53] TA - Li, Y., Seireg, A A., Predicting The Coefficient of Friction in SlidingRolling Contacts, Tribology Conference, K18 [54] Drozdov, Y N and Gavrikov, Y A., Friction and Scoring Linder The Conditions of Simultaneous Rolling and Sliding of Bodies, Wear, pp 291302,1967 [55] Donoghue, J P., Cameron, A., Friction and Temperature in Rolling Sliding Contacts, ASLE Transactions 9, pp 186194, 1966 [56] Misharin, Y A., Influence of The Friction Condition on The Magnitude of The Friction Coefficient in The Case of Rollers with Sliding, Proc Int Conf On Gearing, 1958, Inst Mech Eng., London, pp 159-164, 1958 115 [57] Benedict, G H and Kelly, B W., Instantaneous Coefficients of Gear Tooth Friction, Transactions of ASLE, ASLE Lubrication Conference, pp.57-70, October, 1960 [58] Alec Stokes, (1992), Gear Handbook, Oxford London Boston, First published 1992, tr 244 [59] Vijayakar, S., CALYX manual, Advanced Numerical Solutions Inc., Columbus, Ohio, 2000 [60] Vijayakar, S., A Combined Surface Integral and Finite Element Solution for a Three-Dimensional Contact Problem, International Journal for Numerical Methods In engineering, Vol 31, pp525-545, 1991 [61] Roy, Rajit K, John Wiley & Sons, Design of Experiments Using the Taguchi Approach, 16 Steps to Product and Process Improvement, Inc (US) [62] JIS Japanese Industrial Standard, Method of Vickers Hardness Test, JIS Z 2244, Japanese Standards Association, 1992 [63] Mihalidis, A., Bakolas, V., Panagiotidis, K., Drivakos, N., Predition of The Friction Coefficient of Spur Gear Pairs, VDI-Berichte, NR 1665, pp 705-719, 2002 [64] Richard G Budynas, J Keith Nisbett, Shigley’s Mechanical Engineering Design, Ninth Edition, McGraw-Hill Companies, Inc, 2011 [65] Martin, K F., The Efficiency of Involute Spur Gears, Journal of Mechanical Design Vol 103, pp 160-169, 1981 [66] Chittenden, R J., Dowson, D., Dunn, J F., and Taylor, C M., A Theoretical Analysis of The Isothermal Eiastohydrodynamic Lubricant of Concentrated Contacts, Proc R Soc Lond A 397, pp.271-294, 1985 [67] Simon, V., Thermo-EHD Analysis of Lubrication of Helical Gears, Journal of Mechanical Design, Vol.110, pp.330- 336, 1988 [68] Buckingham, E., Efficiencies of Gears, Analytical Mechanics of Gears, Dover, New York, pp 395-425,1963 116 [69] Naruse, C., Haizuka, S., Nemoto, R., and Umezu, T., Limiting Loads for Scoring and Frictinal Loss of Hypoid Gear, Bulletin of JSME, Vol 29, No 253, pp 2271-2280, July, 1986 [70] Coleman, W., A Scoring Formula for Bevel and Hypoid Gear teeth, Transaction of the ASME, Journal of Lubrication Technology, Ser F87-2, pp.114-126, 1967 [71] Jia, Y., Guo, X., Chen, C., Shao, J., Multilevel Solution of Elastohydrodynamlcally Lubricated Hypoid Gears, International Gearing Conference, University of Newcastle upon Tyne, UK pp.329-334, 1994 [72] J Baranowska (2008), Plasma nitriding and Plasma immersion ion implantation, Szczecin University of Technology Koszalin [73] A Buchwalder et al (2011), Plasma nitriding of sprayformed al alloys, Ifhtse 19th Congress, Glasgow Scotland [74] M J Carbonari et al (2001), Effects of Hot Isostatic Pressuse on Titanium nitride films Deposited by Physical Vapor Deposition, Materials Research, Vol.4, No.3 [75] D Y Chung et al (2001), A stydy on the erosion characteris of the micropulsed Plasma nitriding barrel of a rifle, 19th International Symposium of Ballistics, Interlaken, Switzerland [76] S M Homero, Plasma technologies in Brazil, Teechnological institute of Aeronautics [77] U Huchel Et al, Pulsel Plasma nitriding of Sintered parts Production Experiences, ELTRO GmbH, Baesweier, Germany [78] U Huchel Et al, Pulsel Plasma nitriding of Tools, ELTRO GmbH, Baesweier, Germany [79] U Huchel, Nitrieren und nitrocarburieren, ELTRO GmbH, Baesweier, Germany 117 [80] D Pye (2003), Practical nitriding and Ferritic nitrocarburizing, ASM International, Practical nitriding and Ferritic nitrocarburizing [81] oкocъемник ртутнo (19840, Aмальгамированный концевой трак, Паспорт 13056.100.000 ПС [82] В М Зинченко (2001), Инженерия поверхности зубчатых колес методами химко-термической обработки, Москва Издательство МГТУ имю Н Э Баумана [83] https://support.gom.com/ display/Knowledge/Overview [84] http://www.solaratm.com [85] http://www.nitrion.com [86] http://www.asminternational.org.com [87] http://www.eltro.co.uk.com [88] http://www.geartechnology.com/Gear Technology/ISO/TR 22849 Technical Report, Design Recommendations for Bevel Gears,April 2011 [...]... 18 Chương 2 : CÔNG NGHỆ THẤM NI TƠ PLASMA VÀ HIỆU SUẤT CỦA CẦU SAU Ô TÔ TẢI NHẸ Chương này trình bày những vấn đề cơ bản về thấm Ni tơ Plasma, đo kiểm tra chất lượng bề mặt làm việc của bánh răng Hypoid, ma sát của cặp ăn khớp Hypoid và hiệu suất cầu sau ô tô Đây là cơ sở lý thuyết để nghiên cứu ảnh hưởng của công nghệ thấm Ni tơ Plasma cặp bánh răng Hypoid đến hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ Theo tiêu... tình hình nghiên cứu hiệu suất cầu sau ô tô, nhiệt luyện bánh răng Hypoid và công nghệ thấm Ni tơ Plasma ở trong nước và thế giới Công nghệ thấm Ni tơ Plasma có nhiều ưu điểm nổi trội hơn hẳn các phương pháp xử lý bề mặt khác 3 Hiện ở Việt Nam chưa có nghiên cứu về ảnh hưởng của công nghệ thấm Ni tơ Plasma cặp bánh răng Hypoid đến hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ Vì vậy, vấn đề nghiên cứu của Luận án... luận án này sẽ nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ thấm Ni tơ Plasma cặp bánh răng Hypoid đến hiệu suất cầu sau xe tải nhẹ chế tạo trong nước KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 1 Đã phân tích tổng quan những vấn đề cơ bản về bộ truyền lực chính, hiệu suất cầu sau ô tô tải cũng như việc thiết kế, chế tạo và nhiệt luyện cặp bánh răng Hypoid Tác giả đã thiết kế và chế tạo các cặp bánh răng Hypoid phục vụ... sau xe tải nhẹ thực hiện đo hiệu suất cầu sau ô tô Đề tài KC.05.22/06-10 đã công bố kết quả đo hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ LIFAN 3070G1 trên bệ thử dòng công kín với cặp bánh răng Hypoid do Việt Nam chế tạo (hiệu suất 90,50%) và cặp bánh răng Hypoid do Trung Quốc chế tạo (hiệu suất 92,50%) Một trong những khó khăn cho việc nghiên cứu hiệu suất cầu sau ô tô là phải đo mô men xoắn đồng thời trên cả... công nghệ thấm Ni tơ Plasma tới chất lượng bề mặt làm việc của bánh răng Hypoid của cầu sau xe ô tô tải nhẹ Đây là công nghệ hóa bền bề mặt mới nhất hiện nay Công nghệ này có nhiều ưu điểm nổi trội, hơn hẳn các phương pháp hóa nhiệt luyện truyền thống [3], [21-24], [77-80] 14 1.5 Tình hình nghiên cứu hiệu suất cầu sau ô tô 1.5.1 Tình hình nghiên cứu hiệu suất cầu sau ô tô ở nước ngoài Nghiên cứu chế tạo. .. 18XГT trên máy Phay bánh răng côn răng cong 525 hệ Gleason, Hình 1.5 Hình 1.5 Gia công các cặp bánh răng Hypoid 13 1.4 Nhiệt luyện bánh răng Hypoid trong cụm cầu sau ô tô Các bánh răng trong cầu sau ô tô tải nói chung, cặp bánh răng Hypoid nói riêng khi làm việc chịu tải lớn và chịu mài mòn cao Bánh răng Hypoid không những có yêu cầu cao về thiết kế, chất lượng và độ chính xác gia công cơ khí mà nhiệt... chế tạo cụm cầu sau ô tô ở những nước có ngành công nghiệp phát triển như Mỹ, Nga, Nhật Bản, Đức việc tập trung nghiên cứu thiết kế và nghiên cứu công nghệ chế tạo bánh răng đến nay cũng luôn là vấn đề mới Các công trình nghiên cứu về cầu sau ô tô thường tập trung tại các hãng sản xuất, các nhà máy, xí nghiệp chế tạo Do vậy việc công bố kết quả của các công trình nghiên cứu này thường bị hạn chế bởi... các công thức EHL nhám bề mặt áp dụng cho bánh răng Hypoid 1.5.2 Tình hình nghiên cứu trong nước Ở Việt Nam có rất ít những công trình nghiên cứu về cụm cầu sau ô tô nói chung và cụm cầu sau ô tô tải nói riêng Một số nghiên cứu tập trung về lĩnh vực tạo hình bề mặt, thiết kế [4,15,28,29], lý thuyết ăn khớp [27] và chế tạo [1,5,17,27,28] bánh răng Hypoid trong truyền lực chính cầu sau a) Về nghiên cứu. .. - Các công trình nghiên cứu [22,24] trình bày ứng dụng công nghệ thấm Ni tơ Plasma cho các bánh răng trong các máy công trình và đánh giá độ biến dạng của bánh răng qua xử lý bề mặt bằng các phương pháp khác nhau c) Về nghiên cứu hiệu suất cầu sau ô tô Ở Việt Nam, cho tới hiện nay chỉ có đề tài NCKHCN trọng điểm cấp Nhà nước (KC.05.22/06-10) [1] “Hoàn thiện công nghệ chế tạo cụm cầu sau xe tải nhẹ ... nêm với các bánh răng bán trục, Hình 2.10, [10,19,21] Hình 2.10 Mô hình cầu sau chủ động trên ô tô tải nhẹ Trong đó: 1 - Bánh răng bị động (bánh răng vành chậu); 2 - Bánh răng chủ động (bánh răng quả dứa); 3 - Bánh răng hành tinh ; 4 - Bánh răng bán trục ; 5 - Các bán trục phải - trái Trong xe tải nghiên cứu có vi sai đối xứng với bánh răng bán trục có số răng bằng nhau (số răng của bánh răng bán trục