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 vậy, “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 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 tƣợng 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 Phƣơng 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 -2- 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 xe -3- 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 vết tiếp xúc mặt ảnh hưởng hệ số ma sát đến hiệu suất cầu sau ô tô 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 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CỤM TRUYỀN LỰC CẦU SAU Ô TÔ 1.1 Cầu sau cụm truyền lực ô tô Cầu sau chủ động ô tô tải 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 a)Tổng thể truyền lực b) Truyền lực Hypoid Hình 1.1 Cầu sau ô tô tải nhẹ Các bánh Hypoid có hình dạng bên bánh côn cong, khác mặt hình học với độ lệch Hypoid E 1.2 Đánh giá chất lƣợng 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 1.3 Thiết kế, chế tạo truyền lực dạng Hypoid 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 Nhờ ứng dụng phát triển máy tính (hardware) phần mềm thiết kế mạnh (software), việc tính toán thiết kế bánh có nhiều thuận lợi Có số phần mềm chuyên dụng để thiết kế bánh Hypoid, tiêu biểu Autodesk Inventor, KISSsoft… hầu hết phần mềm quyền -4- Bánh côn cong hệ Gleason có quy trình chế tạo dụng cụ gia công có suất gia công cao, khả truyền tải lớn, độ ồn thấp so với hệ Klingelnberg Oerlikon Hình 1.2 Các cặp bánh Hypoid gia công Trong đề tài luận án, NCS áp dụng kỹ thuật thiết kế ngược công nghệ quang số 3D để thiết kế cặp bánh Hypoid chi tiết cụm cầu sau ô tô tải nhẹ phục vụ cho nghiên cứu Tác giả chế tạo ba cặp bánh Hypoid vật liệu 18XГT máy Phay lăn hệ Gleason, sử dụng thực nghiệm thí nghiệm 1.4 Nhiệt luyện bánh Hypoid cụm cầu sau ô tô Bánh Hypoid có yêu cầu cao thiết kế, chất lượng độ xác gia công khí mà nhiệt luyện có yêu cầu cao khắt khe để đảm bảo có độ biến dạng thấp, đặc biệt biến dạng bề mặt làm việc bánh Để bảo đảm bề mặt làm việc có độ cứng cao (58-60 HRC), lõi bền có độ cứng vừa phải (30-45 HRC), bánh Hypoid cần phải hóa bền bề mặt phương pháp hoá nhiệt luyện khác nhau, như: thấm Các bon, thấm Ni tơ, thấm Xianua… Hiện nay, nhờ sử dụng thép hợp kim công nghệ hoá nhiệt luyện, nhiệt luyện hợp lý mà tuổi thọ sử dụng bánh nâng cao 1.5 Tình hình nghiên cứu cụm cầu sau ô tô nƣớc giới Các công trình nghiên cứu cầu sau ô tô thường tập trung hãng sản xuất, nhà máy, xí nghiệp chế tạo Do việc công bố kết công trình nghiên cứu thường bị hạn chế liên quan đến bí công nghệ, quyền tính cạnh tranh Ở Việt Nam có số công trình nghiên cứu cụm cầu sau ô tô nói chung hiệu suất cụm cầu sau ô tô tải nói riêng, kết hạn chế Kết luận chƣơng Đã phân tích tổng quan vấn đề truyền lực chính, hiệu suất cầu sau ô tô tải việc thiết kế, chế tạo nhiệt luyện cặp bánh Hypoid Tác giả thiết kế chế tạo cặp bánh Hypoid phục vụ cho thí nghiệm Đã phân tích tình hình nghiên cứu hiệu suất cầu sau ô tô, nhiệt luyện bánh Hypoid công nghệ thấm Ni tơ Plasma nước giới Công nghệ thấm Ni tơ Plasma có nhiều ưu điểm trội hẳn phương pháp xử lý bề mặt khác Hiện Việt Nam chưa có nghiên cứu ảnh hưởng công nghệ thấm Ni tơ Plasma cặp bánh Hypoid đến hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ Vì vậy, vấn đề nghiên cứu Luận án mang ý nghĩa khoa học thực tiễn cao -5- Chƣơng : CÔNG NGHỆ THẤM NI TƠ PLASMA VÀ HIỆU SUẤT CỦA CẦU SAU Ô TÔ TẢI NHẸ 2.1 Cơ sở lý thuyết thấm Ni tơ Plasma Thấm Ni tơ Plasma thực lò chân không áp suất thấp với hỗn hợp khí H2, N2, CH4 Ar Dưới điện cao khí bị ion hoá tạo dòng Plasma Ion Ni tơ gia tốc trình Plasma va chạm với mẫu vật Quá trình bắn phá ion làm nung nóng, làm tạo lớp cứng chống mài mòn tốt, tăng giới hạn bền mỏi - Thời gian, điện áp, nhiệt độ thấm thông số ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm - Chiều dày lớp thấm phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán Khi nhiệt độ cao, chuyển động nhiệt nguyên tử mạnh tốc độ khuếch tán nhanh - Bằng cách thay đổi thành phần hỗn hợp khí, tính chất luyện kim lớp trắng lớp nitrit điều chỉnh trình thấm Ni tơ Plasma 2.2 Đo kiểm tra bề mặt làm việc bánh Hypoid cầu sau ô tô - Kiểm tra độ nhám bề mặt: đánh giá theo hai thông số Ra RZ Thông số Ra sai lệch trung bình số học prôfin gốc - Kiểm tra độ cứng: theo độ cứng thô đại (độ cứng Brinell, độ cứng Rockwell) theo độ cứng tế vi (độ cứng Vickers) Khi đo độ cứng tế vi, phải dùng mũi đâm bé tải trọng nhỏ tác dụng vào hạt, đo theo pha riêng rẽ cần có sử dụng kính hiển vi quang học - Đo kích thước hình học: Tiêu chuẩn sử dụng đo bánh côn cong tiêu chuẩn Mỹ: ANSI/AGMA 2009-B01 Để khắc phục tình trạng thiếu thiết bị, luận văn sử dụng phương pháp quang số để đo sai lệch biến dạng nhiệt bề mặt làm việc bánh Hypoid 2.3 Lý thuyết ảnh hƣởng hệ số ma sát cầu sau ô tô Ma sát bánh đóng vai trò quan trọng việc xác định hiệu suất hệ thống ảnh hưởng đến phản ứng động học cặp bánh Khi hai bề mặt trượt lên bánh quay xuất trượt lăn bề mặt ăn khớp tạo ma sát bánh Ma sát trượt gây trực tiếp trượt tương đối hai bề mặt tiếp xúc liên quan đến hệ số ma sát, tải trọng Ma sát lăn gây từ khả chống chuyển động lăn, xảy biến dạng hai bề mặt tiếp xúc Hệ số ma sát (z,,1) điểm tiếp xúc dọc theo đường tiếp xúc tức thời tính toán phương trình :  e Trong đó: f  SR , Ph , v0 , S  b2 b3 b6 b2 Ph SR Ve v0 R f  SR, Ph , v0 , S   b1  b4 SR Ph log10  v0   b5e b8  SR Ph log10  v0  (2.1)  b9e S b1-b9 - Các số biến thiên phụ thuộc vào chất bôi trơn; SR, Ve, Pk, -6- S, R, v0 - Các thông số đặc trưng vùng tiếp xúc Mô hình Archard sử dụng để mô ăn khớp hai bánh có mài mòn ma sát Phương trình mài mòn thực nghiệm Archard V S   k F H (2.2) Trong V(S) - Thể tích hao mòn đơn vị trượt (phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc), F - Tải pháp tuyến, H - Độ cứng vật liệu, k - Hệ số mài mòn vật liệu chọn phụ thuộc vào chế mòn khác Bằng thực nghiệm, tác giả công trình nghiên cứu thí nghiệm để xác định hệ số ma sát Các công thức thực nghiệm tiêu biểu gồm: Phạm vi tham số áp dụng vk   4, 500 Công thức tác giả Drozdov Gavrikov [54]:   0.8 vk Vs  Vr   13.4    0.47  0.13 10  4 1 Pmax  0.4 10  Vs  15 3 vk , V  3, 20 r Pmax   4000 , 20000  Vs , Vr  m / s k = centistoke Pmax  kg / cm S  in , CLA Odonoghue Cameron [55]   0.6  S  22  / 35 Đơn vị xác định  1/8 1/3 1/6 1/2 1 v Vs Vr R Vs , Vr  in / s , Vs / Vr   0.4 ,1.3 Misharin [56] 0.25   0.325 VsVr vk  P  2, 500 ,    0.02 , 0.08  = centipoise Vs , Vr  m / s P  kg / cm Vr  m / s , R  mn ISO TC60 [44]   0.12 W S /  RV v  0.25 S   m , RMS, W   N / mn S  in , RMS r Benedict Kellay [57]  3.17 10  W   50     0.027 log  50  S  10  vV V  s r R  in 50 50  S 3 W =lbf / in Vs , Vr  in / s W   lbf / in Vs Vr  in / s 2.4 Mô hình cầu sau tính toán hiệu suất cầu sau ô tô - Động học cầu sau ô tô tải Hình 2.1 Mô hình động học cầu sau ô tô tải nhẹ Khi xe chạy thẳng, bánh bán trục có số vòng quay no với vỏ vi sai (no = n1 = n3), bánh hành tinh không quay quanh trục mà nêm với -7- bánh bán trục Trong xe tải nghiên cứu có vi sai đối xứng với bánh bán trục có số nhau, Z1t = Z1p nên ta có phương trình n p  nt  2no (2.3) - Động lực học cầu sau ô tô tải Xét trường hợp có ma sát cầu sau, giả sử ô tô chuyển động ổn định, phương trình cân mô men cầu sau viết công thức: Tp  Tt  To (2.4) Trong đó, Tt - Mô men bán trục trái; Tp - Mô men bán trục phải; To Mô men vỏ vi sai (trên bánh vành chậu) Công suất mát vi sai ma sát tính phương trình:    p  (2.5) Pr  Tr  t    Trong đó, Pr - Công suất mô men ma sát; Tr - Mô men ma sát; t - Vận tốc góc bán trục trái; p - Vận tốc góc bán trục phải 2.6 Công thức tính hiệu suất cầu sau ô tô - Hiệu suất tức thời bánh Hypoid bị ảnh hưởng thông số theo chiều dọc trượt, chiều cao trượt cao tổn thất ma sát lớn hơn, giảm hiệu suất tức thời Chiều dài trượt đặc tính độ lệch Hypoid Độ lệch Hypoid lớn chiều dài trượt dọc cao  ffl T  T1 tan  m cos  o  tan  m1 1  m cos  o 1  m (2.6) Trong đó, ηffl - Hiệu suất trượt; T1 , T2 - Mô men xoắn bánh chủ động bị động; μm - Hệ số ma sát; βm1, βm2 - Góc xoắn trung bình bánh chủ động bị động; αn - Góc ăn khớp - Hiệu suất tổng tính toán truyền hiệu suất trung bình xác định công thức: P (2.7)  1 T1. Trong đó:  - Hiệu suất trung bình truyền; P - Tổn thất chung truyền; T1 - Mô men bánh chủ động;  - Vận tốc góc bánh chủ động Trong cầu sau ô tô, hiệu suất tổng tính theo tổng hiệu suất cặp ma sát bánh răng, ổ bi, bề mặt trượt   1 2 34 44 52 (2.8) Trong đó, 1, 2, 3, 4, 5 hiệu suất ổ bi lắp bánh dứa, hiệu suất truyền lực chính, hiệu suất ổ bi lắp bánh hành tinh, hiệu suất bánh hành tinh bán trục - Hiệu suất tổng truyền thường xác định thực nghiệm, trường -8- hợp tổng quát xác định công thức:  T2 100 T1  it (2.9) Trong đó: T1, T2 - Mô men trục vào, ra; it - Tỷ số truyền truyền Trong cầu sau ô tô, cặp ma sát có ảnh hưởng đến hiệu suất cầu sau Tổn thất công suất cầu sau tập hợp tổn thất bề mặt ma sát tính theo lượng mát cho ki lô mét xe chạy PV  6.2832  T1 V  it   100000 (kJ / km) (2.10) Trong đó: V - Vận tốc xe chạy (km/h) 2.7 Đo hiệu suất cầu sau ô tô Tiêu chuẩn quốc tế SAE J1266 Hiệp hội Kỹ sư Ô tô Mỹ ban hành cung cấp cách đo hiệu suất cầu sau theo điều kiện tải trọng, tốc độ nhiệt độ dầu bôi trơn Quy trình đo thực phòng thí nghiệm xe hoạt động đường Thể thực thí nghiệm cho cụm cầu sau ô tô theo nguyên lý dòng công suất hở Kết luận chƣơng Đã phân tích sở lý thuyết liên quan đến vấn đề nghiên cứu như: thấm Ni tơ Plasma, đo kiểm tra chất lượng bề mặt làm việc bánh Hypoid, động lực học cầu sau, ma sát cặp ăn khớp Hypoid hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ Xác định phương pháp thấm Ni tơ Plasma phương pháp có nhiều ưu điểm vượt trội phương pháp hóa bền bề mặt khác Thành phần Ni tơ hỗn hợp khí phù hợp để thấm bánh Hypoid 60-70% Kỹ thuật thiết kế ngược với công nghệ quang số sử dụng để đo sai lệch biến dạng nhiệt bề mặt làm việc bánh Hypoid Đây phương pháp để đo kích thước hình học bề mặt cong bậc ba bề mặt cong mà nghiên cứu trước trung tâm đo lường quốc gia chưa áp dụng Chƣơng 3: PHÂN TÍCH VẾT TIẾP XÚC MẶT RĂNG VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA HỆ SỐ MA SÁT ĐẾN HIỆU SUẤT CẦU SAU Ô TÔ 3.1 Lực truyền bề mặt ăn khớp cặp bánh Hypoid Lực truyền điểm tiếp xúc tức thời P với mô men Tr1 tác dụng từ bánh chủ động (bánh dứa) sang bánh bị động (bánh vành chậu) xác định theo thành phần lực hệ tọa độ không gian: Y f12  Tr1 rp Tương tự, với trường hợp lực truyền từ bánh vành chậu qua bánh dứa tải trọng gây nên: Y f 21  Tr rp1 Tr1, Tr2 - Mô men trục bánh dứa mô men trục bánh vành chậu; -9- rp2, rp1 - Bán kính ellipse mặt cắt vuông góc với tiếp tuyến góc xoắn β1, β2 bánh dứa bánh vành chậu điểm xét 3.2 Phân tích liên kết bề mặt ma sát cầu sau Với cặp bánh Hypoid, ứng suất tiếp xúc Swc trình làm việc phụ thuộc vào hệ số ma sát hai bề mặt ăn khớp xác định công thức: S CC (3.1) S wc  ac L H CT CR Sac - Ứng suất tiếp xúc cho phép; CL,CH,CT,CR - hệ số hệ số bền lâu độ bền, hệ số tỷ số độ cứng độ bền, hệ số nhiệt độ độ bền Hình 3.1 Mô hình phân tích cụm cầu sau phần mềm Inventor 3.3 Phân tích vùng tiếp xúc cặp bánh Hypoid Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) phần mềm Ansys để mô số cụm cầu sau ô tô tải mô số cặp bánh Hypoid trình ăn khớp a) Chia lƣới chi tiết Hình 3.2 Lưới tam giác lưới khối tứ diện chiều thể tích bánh b) Định nghĩa bề mặt tiếp xúc Sử dụng phần tử CONTA173 để khảo sát vùng tiếp xúc bề mặt 3D “mục tiêu” với bề mặt biến dạng Đây vùng tiếp xúc hai trình ăn khớp Hệ số ma sát định nghĩa trực tiếp chương trình USERFRIC, tiếp xúc hai bề mặt tương tác định nghĩa trực tiếp chương trình USERINTER a) Hình học phần tử CONTA173 b) Cặp tiếp xúc hai bề mặt Hình 3.3 Định nghĩa bề mặt tiếp xúc c) Đặt điều kiện biên tải trọng - 10 - Hình 3.4 Ràng buộc bậc tự cặp bánh Hypoid Bánh vành chậu lắp chặt với vỏ vi sai bu lông lỗ thân bánh Với cặp ăn khớp Hypoid cặp ăn khớp, thiết lập ràng buộc bậc tự bề mặt tiếp xúc Hạn chế bậc tự cho mặt đáy vành bánh vành chậu Chế độ tải trọng phân tích phần mềm đặt trực tiếp vào mô hình Trong đó, mô men xoắn trục bánh dứa: 200 Nm (động có mô men cực đại/số vòng quay: 320 Nm/2000 vòng/phút); mô men cản trục bánh vành chậu: 100 Nm (xe có tự trọng/tải trọng lớn nhất: 4230 kg/2980 kg) Giá trị mô men xoắn 100 Nm gán cho bề mặt tiếp xúc bánh dứa cặp ăn khớp định nghĩa d) Khai báo vật liệu Vật liệu chế tạo cặp bánh Hypoid thép hợp kim 18XГT, thông số khai báo Ansys cho bánh riêng biệt, gồm: loại vật liệu = steel hard on steel hard, khối lượng riêng = 7800kg/m3, hệ số đàn hồi = 0.3, mô đun đàn hồi Young E = 2.1 x 109 N/m2 Cũng đây, thực gán hệ số ma sát cho cặp ăn khớp ma sát (lấy μ(z,θ,m) = 0.05) Hình 3.5 Khai báo vật liệu Ansys e) Kết mô phân tích vùng tiếp xúc Hình 3.6 Các kết khảo sát vùng tiếp xúc cặp bánh Hypoid a) Răng bánh vành chậu b) Răng bánh dứa Hình 3.7 Trạng thái ứng suất tiếp bề mặt làm việc cặp Hypoid - 11 - Bảng 3.4 Kết phân tích PTHH cặp ăn khớp phần mềm Ansys Kết Chuyển vị lớn (mm) Ứng suất tương đương nhỏ (MPa) Ứng suất tương đương lớn (MPa) Bánh vành chậu 0.378618 0.116520 763 Bánh dứa 0.138000 0.107419 654 Bánh 3.4 Ảnh hƣởng hệ số ma sát tới hiệu suất cầu sau ô tô Hiệu suất cầu sau ô tô xác định tổn thất ma sát bề mặt ăn khớp, nhiệt độ dầu bôi trơn yêu cầu kỹ thuật lắp ráp chi tiết cầu sau, tốc độ quay tải tác dụng Kết xác định lượng giảm mô men xoắn truyền từ bánh chủ động tới bánh bị động sử dụng để tính toán hiệu suất khí  cặp bánh Trong trường hợp xe chạy thẳng, mô men hai bán trục có giá trị nhau, hai bán trục quay vận tốc góc, vi sai không hoạt động nên trượt bề mặt bánh hành tinh với bánh bán trục Sự tổn thất ma sát trường hợp tập trung vào cặp bánh truyền lực Hypoid 3.5 Mô hình tổng quát xác định hiệu suất cầu sau ô tô Quá trình tính toán gồm bước chính: phân tích vùng tiếp xúc răng, tính toán hiệu suất khí tức thời thí nghiệm đo tính toán hiệu suất tổng cặp bánh Tính toán xác định tải trọng tác dụng hay tính toán áp lực tiếp xúc bề mặt ma sát thông số hình học bề mặt ma sát đầu vào mô hình xác định hệ số ma sát tức thời μ(z,θ,m) điểm tiếp xúc (z,θ) bề mặt cặp bánh vị trí quay xác định góc m Tiến hành thí nghiệm theo tiêu chuẩn SAE J1266 xác định hiệu suất tổng cầu sau ô tô Hình 3.8 Mô hình xác định hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ - 12 - Kết luận chƣơng Với mô hình không gian xây dựng theo lý thuyết động học, động lực học hệ nhiều vật với mô hình thực tế, Luận án phân tích lực truyền phân tích liên kết bề mặt ma sát cầu sau ô tô tải nhẹ nhận nguồn truyền động từ động tải Kết phân tích vùng tiếp xúc bề mặt ăn khớp hai cặp bánh Hypoid việc sử dụng phần mềm Ansys cho thấy: sau thời điểm khởi động, lực liên kết hai bề mặt tiếp xúc trở nên ổn định; giá trị ứng suất cực đại cực tiểu hai bề mặt tiếp xúc tương đương; chuyển vị bề mặt tiếp xúc bánh vành chậu lớn gần gấp ba lần chuyển vị bề mặt bánh dứa Ma sát hai bề mặt làm việc cặp bánh Hypoid đóng vai trò quan trọng việc xác định hiệu suất cầu sau ô tô Ngoài việc giảm hệ số ma sát thông qua gia công xác, nâng cao độ bóng bề mặt tiếp xúc, lắp ghép qui định tăng cường chất lượng bôi trơn, việc hóa bền chống biến dang bề mặt ma sát cặp bánh Hypoid phương pháp thấm Ni tơ Plasma nâng cao hiệu suất cầu sau ô tô Chƣơng 4: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ THẤM NI TƠ PLASMA ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT BÁNH RĂNG HYPOID 4.1 Mô hình đánh giá ảnh hƣởng thông số công nghệ thấm Ni tơ Plasma đến chất lƣơng bề mặt bánh Hypoid Theo yêu cầu lựa chọn yếu tố đầu vào, biến thí nghiệm chọn gồm: nhiệt độ (TL), thời gian thấm (h) nồng độ khí thấm 1(G1) Ta có phương trình (4.1) H ,  , Ra  f (h, TL, G1) (4.1) Trong đó: H - Độ cứng tế vi bề mặt làm việc; ɛ - Sai lệch biến dạng nhiệt bề mặt làm việc; Ra - Độ nhám bề mặt làm việc Mẫu thấm Ni tơ xung Plasma gồm 27 bánh dứa gia công cắt hoàn thiện cắt rời phương pháp cắt dây 27 mẫu đối chứng có hình chữ nhật có kích thước 20 x 25 x 30 mm lấy thừ phần thân bánh vành chậu loại vật liệu (18XГT), chế độ tạo phôi, gia công nhiệt luyện, Hình 4.1 Hình 4.1 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm mẫu đối chứng - 13 - 4.2 Tiến hành thí nghiệm thấm Ni tơ Plasma Hình 4.2 Gá lắp mẫu thí nghiệm vào thùng lò thấm Ni tơ Plasma Quá trình thấm Ni tơ Plasma mẫu thử mẫu đối chứng thực thiết bị H4580 Eltrolab hãng ETRO, CHLB Đức Phòng thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia Hàn Xử lý bề mặt thuộc Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công Thương Quy trình công nghệ thấm Ni tơ Plasmatrình bày Hình 4.3 Hình 4.3 Quy trình công nghệ thấm Ni tơ Plasma 4.3 Đo mẫu sau thấm Ni tơ Plasma Sử dụng thiết bị FM-700E Công ty Future-Tech, Nhật Bản để đo độ cứng tế vi Thực đo Phòng thí nghiệm Vật liệu Viện Công nghệ, Bộ Công Thương Hình 4.4 Đo độ cứng tế vi mẫu thực nghiệm máy FM-700E Trong nghiên cứu để đo sai lệch biến dạng nhiệt mẫu thử sau thấm, tác giả sử dụng máy đo không tiếp xúc công nghệ ánh sáng xanh Capture 3D – ATOS Blue Light III TRIPLE hãng GOM (CHLB Đức) Trung tâm dịch vụ công nghệ 3Dtech (AIE) , để đo 3D phân tích kết đo - 14 - Hình 4.5 Quét 3D mẫu máy scan ATOS III TRIPLE Hình 4.6 Máy đo kết đo Để đo độ nhám bề mặt mẫu thực nghiệm, tác giả sử dụng máy đo điện tử Mitutoyo SV 2100 Nhật Bản Trung tâm Cơ khí Chính xác JICA, Trường đại học Công nghiệp Hà Nội Quá trình đo kết trình bày Hình 4.6 Tổng hợp kết đo Số Mã TN Các giá trị biến thực Các giá trị biến mã hóa Các giá trị hàm mục tiêu Biến dạng, Y2 Độ nhám, Y3 Z1 Z2 Z3 X1 X2 X3 Độ cứng, Y1 000 510 -1 -1 -1 625,4 0,0074 4,45 001 510 -1 -1 647,4 0,0060 4,41 002 510 -1 -1 653,3 0,0085 4,42 010 530 -1 -1 673,9 0,0080 4,66 011 530 -1 0 687,2 0,0102 4,56 012 530 -1 679,6 0,0095 4,64 020 550 -1 -1 695,1 0,0105 4,78 021 550 -1 710,2 0,0095 4,80 022 550 -1 1 678,5 0,0118 4,83 10 100 510 -1 -1 644,5 0,0082 4,57 11 101 510 -1 622,4 0,0096 4,49 12 102 510 -1 659,4 0,0074 4,20 13 110 530 0 -1 654,2 0,0100 4,38 14 111 530 0 695,2 0,0085 4,34 - 15 - 15 112 530 0 675,4 0,0090 4,41 16 120 550 -1 699,3 0,0110 4,37 17 121 550 715,4 0,0089 4,38 18 122 550 1 690,4 0,0095 4,42 19 200 510 -1 -1 671,2 0,0095 4,35 20 201 510 -1 643,6 0,0085 4,33 21 202 510 -1 661,1 0,0105 4,33 22 210 530 -1 680,2 0,0090 4,63 23 211 530 0 665,2 0,0110 4,64 24 212 530 1 690,3 0,0075 4,63 25 220 550 1 -1 725,1 0,0125 4,60 26 221 550 1 695,2 0,0090 4,67 27 222 550 1 708,9 0,0174 4,68 4.4 Xây dựng hàm hồi quy thực nghiệm Hàm hồi quy thực nghiệm độ cứng mẫu thử H h,TL,G1  0.0194h2  0.000599  0.00271hTL  0.00208hG1 (4.2) 2.17h  0.000111TL  0.157TL  0.0403G  0.765G1 2 Hàm hồi quy thực nghiệm độ biến dạng mẫu thử  h,TL,G1  0.194h  0.00180  0.0127hTL  0.0875hG  12.0h 0.000628TL  0.00104TLG 0.473TL  0.211G 12  3.32G (4.3) Hàm hồi quy thực nghiệm độ nhám mẫu thử Ra h,TL,G1  0.00125h  0.0000339  0.00146hG 0.0963h  0.00000608TL  0.0000417TLG 0.00888TL  0.0150G 12  0.263G Đồ thị biểu diễn hàm hồi quy thực nghiệm Hình 4.7 Đồ thị 3D hàm H, Ra,  theo h, TL G1 không đổi (4.4) - 16 - Hình 4.8 Đồ thị 3D hàm H, Ra,  theo TL, G1 h không đổi Hình 4.9 Đồ thị 3D hàm H, Ra, theo h, G1 TL không đổi Phân tích hàm hồi qui, phân tích liệu kết đo phần mềm Excel phần mềm thống kê Statistica, ta thông số công nghệ thấm Ni tơ Plasma để có độ cứng lớn nhất, đồng thời DSBD độ nhám bề mặt bé nhất: Thời gian thấm h = h, Nhiệt độ thấm TL = 530 0C, Lưu lượng khí thấm G1 = l/h 4.5 Thấm Ni tơ Plasma cặp bánh truyền lực Hypoid Hình 4.10 Kết thấm Ni tơ Plasma cặp bánh Hypoid - 17 - Kết phân tích sai lệch biến dạng bánh trước sau nhiệt luyện thể dạng giá trị với dải màu bên cạnh Trong đó, giá trị sai lệch nằm khoảng 0,0021 - 0,0434mm, Hình 4.10 Kết luận chƣơng Đã thiết kế quy hoạch thực nghiệm với 27 mẫu thử, tiến hành thấm Ni tơ Plasma thiết bị H4580 Eltrolab hãng ETRO, đo giá trị độ cứng tế vi H, sai lệch biến dạng nhiệt ɛ, độ nhám bề mặt Ra mẫu thiết bị đo chuẩn, đại Đã sử dụng phương pháp đo quang số có độ xác cao linh hoạt để đánh giá sai lệch biến dạng nhiệt bề mặt làm việc bánh Hypoid Đây phương pháp đo đại nhất, lần áp dụng nghiên cứu Việt Nam Đã lập thông số công 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 Trên sở hàm hồi quy thực nghiệm xây dựng mẫu thử, luận án xác định thông số công nghệ thấm Ni tơ Plasma 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 (thời gian thấm h = h, nhiệt độ thấm TL = 530 0C, lưu lượng khí thấm G1 = l/h) Tiến hành thấm Ni tơ Plasma cặp bánh Hypoid với chế độ công nghệ cho đo hiệu suất chương Chƣơng 5: THÍ NGHIỆM ĐO HIỆU SUẤT CẦU SAU Ô TÔ 5.1 Mục đích, thông số đo Mục đích thí nghiệm đo mô men xoắn trục vào cụm cầu sau (trục Các đăng) hai trục (bán trục phải, bán trục trái), tính toán hiệu suất khí cầu sau ô tô tải nhẹ số chế độ làm việc khác nhau, sở đánh giá ảnh hưởng thông số thấm Ni tơ Plasma đến hiệu suất khí cầu sau Theo tiêu chuẩn SAE J1266, biết tỉ số truyền (it = 6.83), phải đo đồng thời mô men xoắn T1, T2 trục vào, trục Mô men trục bán trục bên phải (Tp) bán trục bên trái (Tt) xác định công thức (5.1) T = Tp + T t (5.1) 5.2 Phƣơng pháp đo Thí nghiệm sử dụng phương pháp đo theo tiêu chuẩn quốc tế SAE J1266 Hiệp hội Kỹ sư Ô tô Mỹ ban hành Quy trình đo thực phòng thí nghiệm (bệ thử) xe hoạt động đường 5.3 Đối tƣợng, sơ đồ thí nghiệm Hình 5.1 Bệ thử cầu sau ô tô tải nhẹ - 18 - Đối tượng thí nghiệm cụm cầu sau xe ô tô tải nhẹ LIFAN 3070G1 sản xuất lắp ráp Việt Nam Đây cầu mà đề tài KC05.22/062010 tiến hành đo hiệu suất theo nguyên lý dòng công suất kín với cặp bánh Hypoid Việt Nam Trung Quốc chế tạo Trong trình thí nghiệm đo hiệu suất, ngoại trừ việc thay đổi truyền lực chính, tất chi tiết khác cụm cầu kể bệ thử xe thí nghiệm không đổi Cặp bánh Hypoid sử dụng nghiệm đo hiệu cặp bánh Hypoid thấm Ni tơ Plasma với thông số công nghệ có độ cứng bề mặt lớn biến dạng bề mặt nhỏ 5.4 Các thiết bị dụng cụ thí nghiệm 5.4.1 Bệ thử thí nghiệm Bệ thử NCS thiết kế, chế tạo sở sản phẩm đề tài NCKH trọng điểm cấp Nhà nước KC.05.22/06-10 Bệ thử cải tiến thiết kế theo nguyên lý dòng công suất hở, với cảm biến tenzo tiếp điểm thủy ngân gắn trực tiếp ba trục quay, Hình 5.2 Bệ thử cầu sau ô tô tải nhẹ 5.4.2 Xe thí nghiệm Xe tải nhẹ LF3070G1 (hình 5.3), có đặc tính bảng 5.1 Hình 5.3 Xe thí nghiệm đoàn nhà khoa học, chuyên gia kỹ thuật trường thí nghiệm - 19 - Bảng 5.1 Đặc tính xe tải nhẹ LF3070G1 Tự trọng xe Tải trọng xe Vận tốc lớn Công suất max./số vòng quay Mô men xoắn max./số vòng quay Tỷ số truyền cầu sau Vmax toàn tải tay số cao kg kg km/h Kw/rpm N.m/rpm km/h 4230 2980 75 81/3000 320/2000-2200 6.83 75 5.4.3 Tenzo Hình 5.4 Tenzo trình dán tenzo Sử dụng cầu tenzo loại FCA-3-11 công ty Tokyo Sokki Kenkyjo Nhật Bản sản xuất có thông số bản: chiều dài: mm, điện trở:120±0.5 Ω Trên trục chịu xoắn, tiến hành dán trực tiếp tenzo lên bề mặt làm Dán tenzo lên trục: trục vào (trục Các đăng), trục (bán trục phải trái) Cầu Wheatstone (bao gồm điện trở: R1, R2, R3 R4) sử dụng làm mạch đo cho điện trở tenzo Hai đầu mút cầu nối với nguồn nuôi, hai đầu lại nối với thiết bị đo điện áp, hình 5.5 Với tenzo làm từ vật liệu kim loại, điện áp đo Vout gần tỷ lệ thuận với biến dạng trục, biến dạng lại tỷ lệ thuận với mô men xoắn trục T, nên thiết bị đo coi tuyến tính theo công thức 5.3  R3 R2  Vout  Vin   ;  R3  R4 R1  R2  [mV] (5.2) Hình 5.5 Mạch cầu Wheatstone trục Các đăng dán tenzo Vout ~ k.T (5.3) Trong k hệ số tỷ lệ, T mô men xoắn trục 5.4.4 Bộ thu dòng thủy ngân Thí nghiệm sử dụng Bộ thu dòng thủy ngân để lấy tín hiệu đo từ trục (qua trục Các đăng hai bán trục) thiết bị đo - 20 - Hình 5.6 Bộ thu dòng tiếp điểm thủy ngân Lắp 01 loại TPAΠ-70 trục Các đăng 02 loại TPAΠ-50 lắp hai bán trục phải trái Nguyên lý làm việc thiết bị: rotor lắp cố định quay trục cần đo mô men, stator lắp tự lựa đồ gá ghép mặt bích bán trục trục Các đăng; Thủy ngân (Hg) kim loại dạng lỏng linh hoạt đóng vai trò tiếp điểm nối tiếp cổ góp rotor stator truyền dẫn tín hiệu dạng điện áp (Vout) đo tới khuếch đại máy đô DMC Plus 5.4.5 Máy đo DMC plus Máy đo DMC plus thiết bị đo tích hợp (bao gồm phần mềm DMCLab plus phiên P12a) hãng HBM, CHLB Đức, dùng để xử lý tín hiệu nhận từ tenzo (Vout) có điện áp thấp ([...]... dang bề mặt ma sát cặp bánh răng Hypoid bằng phương pháp thấm Ni tơ Plasma sẽ nâng cao hiệu suất cầu sau ô tô Chƣơng 4: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ THẤM NI TƠ PLASMA ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT BÁNH RĂNG HYPOID 4.1 Mô hình đánh giá ảnh hƣởng của các thông số công nghệ thấm Ni tơ Plasma đến chất lƣơng bề mặt bánh răng Hypoid Theo yêu cầu lựa chọn các yếu tố đầu vào, các biến của thí nghiệm được... hơn hiệu suất cầu sau sử dụng cặp bánh răng Hypoid nhiệt luyện theo công nghệ truyền thống và tương đương hiệu suất cầu sau sử dụng cặp bánh răng Hypoid do Trung Quốc sản xuất Hiệu suất cầu sau được cải thiện bằng cách giảm hệ số ma sát thông qua hóa bền bề mặt bằng phương pháp thấm Ni tơ Plasma với biến dạng nhỏ và độ cứng bề mặt tiếp xúc răng lớn 5 Từ nghiên cứu Luận án, NCS đề xuất quy trình công nghệ. .. công suất hở, hiệu suất cụm cầu sau với bộ truyền lực chính Hypoid được thấm Ni tơ Plasma có giá trị lớn hơn các bộ Hypoid nhiệt luyện theo công nghệ truyền thống của đề tài KC.05.22/06-10 và cầu sau Trung Quốc (thí nghiệm trên bệ thử dòng công suất kín) Trong cùng điều kiện thí nghiệm, khi tăng tải thì hiệu suất cụm cầu sau giảm 5.8.2 Kết quả thí nghiệm trên xe tải nhẹ LF3070G1 ngoài hiện trƣờng Tải. .. nhất Với yêu cầu chất lượng bề mặt làm việc có độ cứng lớn, đồng thời sai lệch do biến dạng nhiệt và độ nhám bề mặt là bé, quy hoạch thực nghiệm xác định được bộ thông số công nghệ thấm Ni tơ Plasma cho cặp bánh răng Hypoid cầu sau ô tô tải nhẹ: - Thời gian thấm h = 8 h, - Nhiệt độ thấm TL = 530 0C, - Lưu lượng khí thấm G1 = 8 l/h 2 Kết quả thấm Ni tơ Plasma cặp bánh răng Hypoid đạt yêu cầu kỹ thuật... Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công Thương Quy trình công nghệ thấm Ni tơ Plasmatrình bày trên Hình 4.3 Hình 4.3 Quy trình công nghệ thấm Ni tơ Plasma 4.3 Đo mẫu sau khi thấm Ni tơ Plasma Sử dụng thiết bị FM-700E của Công ty Future-Tech, Nhật Bản để đo độ cứng tế vi Thực hiện đo tại Phòng thí nghiệm Vật liệu tại Viện Công nghệ, Bộ Công Thương Hình 4.4 Đo độ cứng tế vi mẫu thực nghiệm trên máy FM-700E Trong. .. nguyên công mài sườn răng, hiệu quả kinh tế cao hơn phương pháp truyền thống và phù hợp với giai đoạn đầu tư công nghệ mới ở Việt Nam 6 Tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ và đề xuất các yêu cầu để làm tăng hiệu suất: Chế tạo Thiết kế Các yếu tố ảnh hƣởng Các yêu cầu để làm tăng hiệu suất cầu sau Theo bề mặt hình học rãnh Thiết kế theo yêu cầu nâng cao khả năng tải, tăng... với hiệu suất bộ Hypoid nhiệt luyện theo công nghệ truyền thống của đề tài KC.05.22/06-10 (90,50%) và bộ Hypoid Trung Quốc (92,50%) thí nghiệm trên bệ thử dòng công suất kín Kết luận chƣơng 5 Đã áp dụng tiêu chuẩn SAE J1266 để đo hiệu suất cầu sau của xe tải nhẹ có cặp bánh răng Hypoid được thấm Ni tơ Plasma với các thông số công nghệ xác định qua quy hoạch thực nghiệm NCS đã thiết kế, chế tạo bệ thí... nguyên lý dòng công suất kín với cặp bánh răng Hypoid do Việt Nam và Trung Quốc chế tạo Trong quá trình thí nghiệm đo hiệu suất, ngoại trừ việc thay đổi bộ truyền lực chính, tất các chi tiết khác trong cụm cầu kể cả bệ thử và xe thí nghiệm là không đổi Cặp bánh răng Hypoid sử dụng trong thì nghiệm đo hiệu là cặp bánh răng Hypoid được thấm Ni tơ Plasma với thông số công nghệ có độ cứng bề mặt là lớn nhất... các thông số hình học của bề mặt ma sát là đầu vào của mô hình xác định hệ số ma sát tức thời μ(z,θ,m) của mỗi điểm tiếp xúc (z,θ) trên bề mặt răng của các cặp bánh răng ở vị trí quay được xác định bởi góc m Tiến hành thí nghiệm theo tiêu chuẩn SAE J1266 xác định hiệu suất tổng của cầu sau ô tô Hình 3.8 Mô hình xác định hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ - 12 - Kết luận chƣơng 3 Với mô hình không gian... nhiệt và độ nhám bề mặt là bé (thời gian thấm h = 8 h, nhiệt độ thấm TL = 530 0C, lưu lượng khí thấm G1 = 8 l/h) Tiến hành thấm Ni tơ Plasma cặp bánh răng Hypoid với chế độ công nghệ này cho đo hiệu suất ở chương 5 Chƣơng 5: THÍ NGHIỆM ĐO HIỆU SUẤT CẦU SAU Ô TÔ 5.1 Mục đích, các thông số đo Mục đích của thí nghiệm là đo mô men xoắn trên các trục vào cụm cầu sau (trục Các đăng) và trên hai trục ra (bán