Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kích thước đến lưu lượng của bơm hypôgerotor

Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kích thước đến lưu lượng của bơm hypôgerotor Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kích thước đến lưu lượng của bơm hypôgerotor Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kích thước đến lưu lượng của bơm hypôgerotor luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung trình bày luận văn kết nghiên cứu thân tơi, khơng có chép hay copy tác giả Tôi xin tự chịu trách nhiệm lời cam đoan Tác giả TRẦN NGỌC TIẾN LỜI MỞ ĐẦU I ĐẶT VẤN ĐỀ Bơm thủy lực thể tích bánh ăn khớp Gerotor có biên dạng đường Epixyclơít ứng dụng phổ biến hệ thống bôi trơn động đốt phương tiện giao thơng đại Ơ tơ, máy bay, tàu biển Loại bơm nghiên cứu từ năm 1960 có nhiều cơng trình cơng bố tạp chí khoa khọc uy tín quốc tế danh mục ISI phát minh sáng chế Từ cho thấy loại bơm nghiên cứu hoàn thiện vấn đề nghiên cứu gần nghiên cứu chuyên sâu vào ứng dụng cụ thể nhằm cải thiện đáp ứng đòi hòi ngày cao công nghệ sản xuất động đốt Tùy thuộc vào loại động ứng dụng phương tiện khác mà có địi hỏi khác chất lượng, yêu cầu khắt khe kỹ thuật hay yêu cầu cạnh tranh giá thành mà có cải tiến hệ thống Do đó, nghiên cứu loại bơm này, gần chủ yếu nghiên cứu ứng dụng cho đối tượng cụ thể nhằm đáp ứng yêu cầu thực tiễn Tuy nhiên, gần số hãng sản xuất động đốt đưa cặp bánh ăn khớp biên dạng Hypơxyclơít vào thay cặp bánh Epixyclơít bơm bơi trơn động Cịn nước nghiên cứu cặp bánh ăn khớp xyclơít chủ yếu trong ứng dụng tạo hộp giảm tốc có tỷ số truyền cao, việc ứng dụng vào thiết kế loại bơm bơi trơn cịn hạn chế dừng lại việc giới thiệu định tính chính, tài liệu kỹ thuật nước loại bơm cịn hạn chế Như trình bày trên, với định hướng thầy giáo hướng dẫn TS Nguyễn Hồng Thái em lựa chọn đề tài: ―Nghiên cứu ảnh hưởng thơng số kích thước đến lưu lượng bơm Hypơgerotor‖ với mục đích góp phần nhỏ bé việc nghiên cứu phát triển loại bơm II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN + Tìm hiểu, tổng hợp, biên tập tài liệu kĩ thuật, theo hướng chuyên sâu bơm thủy lực thể tích bánh ăn khớp biên dạng Hypơxyclơít từ tài liệu nước, quốc tế cơng trình cơng bố quốc tế bơm Hypơgerotor, bánh xyclơít tạp chí khoa học uy tín danh mục ISI phát minh sáng chế + Đánh ảnh hưởng kích thước động học đến lưu lượng bơm Hypôgerotor + Thiết kế chế tạo thử nghiệm loại bơm nhằm kiểm chứng mặt động học lưu lượng bơm III PHẠM VI NGHIÊN CỨU Phạm vi nghiên cứu luận văn gồm vấn đề sau: + Về mặt hình học động học: thiết lập phương trình biên dạng cặp bánh ăn khớp Hypơxylơít dựa lý thuyết ăn khớp đối tiếp kết hợp với tốn tâm tích biết trước biên dạng + Tính tốn lưu lượng lý thuyết thuật tốn xác định thơng số kích thước cho trước lưu lượng bơm (bài toán ngược) + Tính tốn thiết kế chế tạo thực nghiệm loại bơm bôi trơn để kiểm chứng mặt lưu lượng so với tính tốn lý thuyết IV Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN 4.1 Ý nghĩa khoa học + Các kết luận văn sở để tiếp tục cho nghiên cứu sâu loại bơm + Kết lý thuyết đóng góp phần vào trình xây dựng tài liệu kỹ thuật thiết kế loại bơm 4.2 Ý nghĩa thực tiễn Trên sở nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệp luận văn đưa quy trình để thay loại bơm bơi trơn động đốt Gerotor có biên dạng Epixyclơít bơm Hypơgerotor có biên dạng Hypơxyclơít Quy trình có ý nghĩa việc chế tạo, thay loại bơm bảo dưỡng hay phục hồi V PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN Các kết nghiên cứu luận văn dựa sở nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm để kiểm chứng tính đắn lý thuyết xây dựng VI NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN Luận văn trình bày 80 trang 11 trang phụ lục bao gồm (tập vẽ, kết tính tốn, mã code chương trình v.v ) cụ thể sau: Chƣơng 1: Tổng quan bơm thủy lực thể tích bánh ăn khớp biên dạng Xyclơít Chương này, trình bày cách tóm tắt bơm thủy lực thể tích bánh ăn khớp Gerotor có biên dạng đường Epixyclơít như: ngun lý hoạt động, ưu nhược điểm, ứng dụng bơm Gerotor hệ thống bôi trơn động đốt phương tiện giao thông đường bộ, thủy đường khơng Ngồi ra, chương cịn tìm hiểu, phân tích, tổng hợp đánh giá tình hình nghiên cứu nước loại bơm thơng qua tài liệu kỹ thuật, giáo trình, báo cơng bố ngồi nước liên quan đến loại bơm phát minh sáng chế để từ lựa chọn đối tượng nghiên cứu luận văn Chƣơng 2: Thiết kế biên dạng cặp bánh Hypơxyclơít ăn khớp bơm bôi trơn Hypôgerôto động đốt Chương này, trình bày phương pháp thiết lập phương trình biên dạng cặp bánh ăn khớp Hypơxyclơít dựa sở lý thuyết ăn khớp kết hợp toán tâm tích biết trước biên dạng, số khoảng cách trục Ngồi ra, chương trình bày đường ăn khớp nhằm đưa so sánh chất lượng ăn khớp loại bánh ăn khớp biên dạng Hypơxyclơít với bánh ăn khớp biên dạng Epixyclơít Các kết chương sở cho tính tốn chương luận văn Chƣơng 3: Ảnh hưởng thơng số hình học đến lưu lượng bơm bơi trơn Hypơgerơto động đốt Chương này, trình bày phương pháp thiết lập công thức lưu lượng bơm bơi trơn Hypơgerơto dựa phương trình bảo tồn cơng Trên sở đưa thuật tốn xác định thơng số kích thước hình thành cặp bánh ăn khớp Hypơxyclơít đồng thời tiến hành khảo sát đánh giá đưa ảnh hưởng thông số hình học đến lưu lượng bơm phục vụ cho toán thiết kế chế tạo thử nghiệm chương luận văn Đồng thời kết chương phần nghiên cứu luận văn Chƣơng 4: Chế tạo kiếm chứng thực nghiệm Trên sở nghiên cứu lý thuyết tính tốn chương chương 3, chương tiến hành chế tạo thực nghiệm mẫu bơm từ tiến hành đo kiểm chứng so với lý thuyết tính tốn Từ thực nghiệm luận văn đưa qui trình thiết kế chế tạo bơm thủy lực thể tích bánh ăn khớp Hypơxyclơít thay cho loại bơm bánh thủy lực thể tích bánh ăn khớp Epyxyclơít động đốt cần thay bảo dưỡng, đồng thời đưa số kết luận quan trọng luận văn Kết luận : Phần trình bày kết nghiên cứu luận văn đề hướng nghiên cứu để tiếp tục hoàn thiện kết nghiên cứu Chƣơng Tổng quan bơm thủy lực thể tích bánh ăn khớp biên dạng Xyclơít 1.1 Tổng quan bơm thủy lực thể tích biên dạng xyclơít ăn khớp Bơm thủy lực thể tích, bánh ăn khớp biên dạng xyclơít lần phát minh M F Hill vào năm 1920 [1] với nguyên lý hoạt động ví động Van ken Do loại bơm có ưu điểm kích thước nhỏ gọn, làm việc không ồn, lưu lượng lớn loại bơm thuỷ lực thể tích khác có kích thước mà thập niên gần loại bơm sử dụng phổ biến hệ thống bôi trơn động đốt ô tô phương tiện giao thông xe thi công giới đại [9, 10] Ngoài ra, loại bơm cịn sử dụng ngành cơng nghiệp công nghiệp bơm, công nghiệp xây dựng hệ thống thủy lực trung lớn [2] Dựa nguyên lý hình thành biên dạng đặc điểm ăn khớp cặp bánh Xyclơít mà loại bơm thủy lực phân loại sau: + Bơm bánh xyclơít ăn khớp ngồi gọi bơm Roots, biên dạng bánh hình thành sở đường Epixyclơít kết hợp với đường Hypơxyclơít [3, 4] + Bơm bánh xyclơít ăn khớp (được mơ tả hình 1.1), loại lại chia thành hai loại bơm thủy lực thể tích Gerotor có biên dạng bánh đường Epixyclơít bơm thủy lực thể tích Hypơgerotor có biên dạng bánh đường Hypơxyclơít [5, 6] a) Bơm Epixyclơit Hình 1.1 Bơm thủy lực thể tích bánh ăn khớp với biên dạng họ đường Xyclơít o Cấu tạo bơm bánh Xyclơít Bơm bánh Xyclơít cấu tạo từ phận bánh bánh ngoài, trục dẫn động, giá đỡ Trong có phận bánh bánh ngồi bố trí theo kiểu ăn khớp Hình 1.2 mơ tả cấu tạo loại bơm bánh thủy lực thể tích ăn khớp có biên dạng họ đường cong Xyclơít ` Bánh Bánh ngồi Bơm HpơGerotor dùng hệ thống bơi trơn động ô tô on - c n c n - n on - n n n o - + Vỏ khoang làm việc chứa bánh Vỏ phải đảm bảo kín khít với bánh + Các bánh chế tạo từ thép hợp kim nhiệt luyện chống mài mòn + Trục dẫn động gồm trục chủ động nối với nguồn dẫn động thông qua khớp nối + Các phận nêu phận khác bơm Gerotor gắn vỏ động sử dụng tối đa chi tiết tiêu chuẩn để dễ dàng thay sửa chữa o Nguyêừ kết nghiên cứu trình bày chương ta có số kết luận quan trọng sau: i) Từ tính toán mục 4.2 ta nhận thấy bơm Hypơgerotor với kích thước chất lượng ăn khớp lưu lượng bơm Hypôgerotor lớn bơm Gerotor điều minh chứng đường ăn khớp hình 4.2 mục 4.2.1a hình 4.1 mục 4.2.3b ii) Với lý thuyết trình bày chương 2, đưa lý thuyết tài liệu phục vụ vấn đề thiết kế kích thước động học bơm Hypơgerotor cách tương đối hồn chỉnh minh chứng thực nghiệm kiểm chứng qua đo kiểm iii) Ngồi thơng qua thực nghiệm kiểm chứng luận văn đưa quy trình thiết kế để thay bơm bơi trơn động đốt kiểu Gerotor bơm Hypôgerotor bảo dưỡng động có phương tiện giao thông thiết bị máy động lực sử dụng nguồn động lực động đốt Quy trình mơ tả chi tiết sau: Xác định kích thước lắp ráp: cần xác định kích lắp ráp bơm động nhằm xác định khơng gian kích thước giới hạn thiết kế truyền bánh Hypơxyclơít thay Xác định lưu lượng bơm gốc: bảo dưỡng thay thường có trường hợp sau + Khi cặp bánh bị mòn gây tụt áp lưu lượng cần xác định thông số (khoảng cách trục E, số bánh z1 số bánh ngồi z2, bán kính R2 – xem hình 4.3, bán kính rcl), sở xác định lưu lượng lý thuyết (xem mục 4.2.1c) 66 + Trường hợp có tượng sóng va dẫn đến lưu lượng lớn, chất lượng bôi trơn khơng tốt xác định thực nghiệm đo thiết bị đo thủ công dụng cụ đong đơn giản (xem mục 4.2b) Thiết kế cặp bánh hypơxyclơít thay thế: từ số liệu E,z1, z2, qtb kích thước giới hạn xác định hoàn toàn xác định biên dạng bánh Hypơxyclơít theo bước cụ thể sau: Bƣớc 1: Tìm thơng số R1, rcl thơng qua điều kiện hình thành biên dạng (bất phương trình 4.11,4.12) để tránh tượng giao thoa cạnh răng, đỉnh răng, chân bánh Hypơxyclơít dẫn đến khơng ăn khớp kiểm tra lưu lượng lý thuyết với lưu lượng bơm gốc xác định theo sai số q (q nhỏ xác, lớn khơng có nghiệm) Ngồi ra, cịn phải phải kiểm tra kích thước giới hạn Bƣớc 2: Xác định điều kiện mòn Do đặc điểm ăn khớp cặp bánh tất tham gia ăn khớp số hai bánh (z2= z1+1) Do đó, chế tạo thường chọn lại vật liệu chế độ nhiệt luyện Mặt khác, với bánh trình ăn khớp diễn phần cung tròn đỉnh lên ta cần phải xác định điều kiện để hai bánh mòn sau thời gian làm việc Đồng thời điều kiện để loại bớt nghiệm xác định bước Bƣớc 3: Xác định thông số chế tạo bánh (R) Thông số không tham gia vào trình ăn khớp Nhưng lại hình thành biên dạng bánh để kết hợp với bánh trình ăn khớp để tạo thành khoang bơm Do định đến lưu lượng bơm (xem ảnh hưởng R đến lưu lượng mục 3.4.2e) để xác định thơng số có giải pháp sau: + Xác định thủ công: Autocad vẽ thêm đường tròn R tiếp xúc với đường tròn đỉnh bán kính rcl, tăng dần gia số R tương ứng với lần đo diện tích để xác định lưu lượng theo vòng quay trục dẫn động lập hàm Autolisp để chạy môi trường CAD + Thiết lập hàm giải tích để tính diện tích tiết diện khoang bơm, sở tự động hóa thiết kế 67 KẾT LUẬN CỦA LUẬN VĂN I Các kết luận văn Luận văn đạt số kết quan trọng sau: i) Hệ thống hóa từ nguồn học liệu, tài liệu khác đặc biệt từ cơng trình cơng bố quốc tế hệ thống ISI phát minh sáng chế mơí để có tài liệu logic chuyên sâu đóng góp phần vào nghiên cứu phát triển loại bơm Hypơgerotor Việt Nam Luận văn ứng dụng để phục vụ nghiên cứu lĩnh vực lý thuyết bánh răng, bơm thủy lực thể tích ii) Đã đươc ảnh hưởng thơng số kích thước thiết kế (R1, rcl, R) đến lưu lượng bơm Hypôgerotor đồng thời đưa lời khuyên hữu ích cho người làm công tác thiết kế loại bơm (được trình bày kết luận chương 3) iii) Thông qua thực nghiệm chương khẳng định chất lượng ăn khớp bơm Hypôgerotor tốt so với bơm Gerotor điều thể qua hình 4.2 hình 4.11 với khẳng định kết luận chương iv) Các kết thực nghiệm chương so với lý thuyết trình bày chương 2, chương cho thấy công thức thiết lập thông qua lập luận, biến đổi tin cậy v) Ngồi luận văn đưa kết phụ quy trình thay bơm Gerotor hệ cũ bơm Hypôgerotor hệ cho động đốt sử dụng phương tiện giao thông máy động lực Việt Nam II Những đề xuất để hoàn thiện kết nghiên cứu Những kết nghiên cứu luận văn đóng góp phần vào vấn đề động học loại bơn Để hoàn thiện luận văn đề xuất số vấn đề tiếp tục nghiên cứu sau: i) Nghiên cứu áp suất biến đổi khoang bơm bơm để thiết kế loại bơm cho ứng dụng khác nhau, hệ thống bơi trơn thường loại bơm áp suất thấp nên luận văn chưa đề cập đến vấn đề ii) Tiếp tục nghiên cứu động lực học chất lỏng dầu bơi trơn loại vật liệu có tính chất kỹ thuật phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thời gian sử dụng, nhiệt độ mơi trường, q trình kỹ thuật iii) Tiếp tục nghiên cứu động lực học hệ bánh để từ xác định lực q trình ăn khớp Từ lựa chọn vật liệu, chế độ nhiệt luyện, phương pháp gia công để hạ giá thành sản phẩm nâng cao sức cạnh tranh bối cảnh tồn cầu hóa 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M F Hill, The Kinematics of Machinery Dover, New York (1921) [2] Lingeswaramurthy, P., Jayabhaskar, J., Elayaraja, R and Suresh Kumar, J (2011) Development of Analytical Model for Design of Gerotor Oil Pump and Experimental Validation SAE Int J Engines, 4, 441-449, Doi: 10.4271/2011-01-0402 [3] Chiu-Fan Hsieh, Yii-Wen Hwang – Tooth profile of a Roots rotor with a variable trochoid ratio; Mathematical and Computer Modelling 48(2008), 19-33 [4] Shih-His Tong, Daniel C.H Yang – On the generation of new lobe pumps for higher pumping flowrate, Mechanism and Machine Theory No 35 (2000), 997-1012 [5] Soon-Man Kwon, Han Sung Kang, Joong-Ho Shin; Rotor profile design in a hypogerotor pump; Journal of Mechanical Science and Technology 23 (2009) 34593470, Doi: 10.1007/s12206-009-1007-y [6] Lozica Ivanović, Danica Josifović; Specific Sliding of Trochoidal Gearing Profile in the Gerotor Pumps; FME Transactions Vol 34, No (2006), 121-127 [7] Nguyễn Tiến Lưỡng, Tự động hóa thủy-khí máy cơng nghiệp;Nhà xuất giáo dục, Hà Nội, 2008 [8] Trương Công Giang, Nguyễn Hồng Thái (2015) Ảnh hưởng thơng số kích thước hình học đến đường ăn khớp lưu lượng bơm thủy lực thể tích bánh ăn khớp hypơxyclơít, Hội nghị Cơ học kỹ thuật tồn quốc, Đà Nẵng 2015, 280289 [9] T.K Garrett, K.Newton,W.Steeds; The Motor Vehide; Butterworth-Heinmann; Thirteenth edition (2001) [10] Sung-Yuen Jung, Jun-Ho Bac, Moon-Saeng Kim and Chul Kim; Development of a New Gerotor for Oil Pumps with Multiple Profiles; INTERNATIONAL JOURNAL OF PRECISION ENGINEERING AND MANUFACTURING Vol 12, No (2011) 835-841, Doi: 10.1007/s12541-011-01111-y [11] Giovanni Bonandrini, Giovanni Mimmi and Carlo Rottenbacher; Solutions of the Equation of Meshing for Planar Gear Profiles; Proceedings of EUCOMES 08, Springer Science+Business Media B.V (2009), 77-85, Doi: 10.1007/978-1-40208915-2 10 [12] Giovanni Bonandrini, Giovanni Mimmi, Carlo Rottenbacher; Design and simulation of meshing of a particular internal rotary pump; Mechanism and Machine Theory 49 (2012) 104–116, Doi:10.1016/j.mechmachtheory.2011.11.001 [13] Hsieh C.F; Study on Geometry Design of Rotors Using Trochoidal Curve; Dissertation for Doctor of Philosophy ,Department of Mechanical Engineering, National Chung Cheng University 2006 [14] Daniele Vecchiato, Alberto Demenego, John Argyris, Faydor L Litvin; Geometry of a cycloidal pump; Comput Methods Appl Mech Engrg 190 (2001) 2309-2330 69 [15] J E Beard, D W Yannitell, G R Pennock; The Effects of The Generating Pin Size and Placement on The Curvature and Displacement of Epitrochoidial Gerotors; Match, Mach Theory, Vol 27, No 4, (1992) 373-389, Doi: 0094-114X/92 S00-0.00 [16] Zhonghe Ye, Wei Zhang, Qinghai Huang, Chuanming Chen; Simple explicit formulae for calculating limit dimensions to avoid undercutting in the rotor of a Cycloid rotor pump; Mechanism and Machine Theory 41 (2006) 405–414, 10.1016/j.mechmachtheory.2005.07.001 [17] Faydor L Litvin, Pin- Hao Feng; Computeried Design and Generation of Cycloidal Gearings; Mech, Mach Theory Vol 31, No 7, (2006) 891-911, Doi: 0094-114x(95) 00115-8 [18] Nguyễn Đức Hùng; Nghiên cứu ảnh hưởng thơng số hình học đến động học máy thủy lực bánh ăn khớp kiểu cycloid Luận án Phó Tiến sĩ, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 1996 [19] Quanbao Zhou; Engine Lubrication System Analysis and Oil Pump Design Optimization; Technical Sessions—Proceedings of CIST2008 & ITS-IFToMM2008 Beijing, China (2008), 57-60 [20] Hao Liu1, Jae-Cheon Lee, Alex Yoon, Sang-Tae Kim; Profile Design and Numerical Calculation of Instantaneous Flow Rate of a Gerotor Pump; Journal of Applied Mathematics and Physics, (2015) 92-97 [21] S Mancò, N Nervegna, M Rundo; Critical issues on performance of lubricating gerotor pumps at rotational speed; Proceedings of the 7th (2001) [22] J.B Shung, G.R Pennock; The Direct Contact Problem in a Trochoidal-Type Machine; Mechanism and Machine Themy, Pergamon Press, Ltd, Oxford, England,Vol 29, No 5, (1994) 673-689 [23] P.J Gamez-Montero, R Castilla, M Khamashta, E Codina; Contact problems of a trochoidal-gear pump; International Journal of Mechanical Sciences 48 (2006) 1471– 1480 [24] Krzysztof Biernacki, Jarosław Stryczek; Determining the Maximum Loadability for the Plastic Cycloidal Gears; Вісник національного технічного університету Україн, Серія Машинобудування №56, 160-165 [25] Jun-Ho Bae, Chul Kim; Design of Rotor Profile of Internal Gear Pump for Improving Fuel Efficiency; International Journal of Precision Engineering and Manufacturing Vol 16, No (2015) 113-120, Doi: 0.1007/s12541-015-0014-4 [26] Trương Công Giang, Trần Ngọc Tiến, Nguyễn Hồng Thái; Ảnh hưởng bán kính chân bánh đến lưu lượng bơm thủy lực thể tích bánh ăn khớp hypơxyclơít; Hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí, lần thứ IV (2015) 318- 325 [27] J F Mannisto and R Bazaz; SAE Paper No 870447 (1987) 70 ... lựa chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng thơng số kích thước đến lưu lượng bơm Hypơgerotor‖ với mục đích góp phần nhỏ bé việc nghiên cứu phát triển loại bơm II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN + Tìm... Đánh ảnh hưởng kích thước động học đến lưu lượng bơm Hypôgerotor + Thiết kế chế tạo thử nghiệm loại bơm nhằm kiểm chứng mặt động học lưu lượng bơm III PHẠM VI NGHIÊN CỨU Phạm vi nghiên cứu luận... Nguyê