ĐẶT VẤN ĐỀ Với 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 không gian làm việc nhỏ nhƣ trong hệ thống bôi trơn của động cơ ô tô, xe máy, hệ thống làm mát trên các máy công nghiệp. Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu về bơm bánh răng có biên dạng là đƣờng cycloid, các hãng sản xuất thiết bị thủy lực nổi tiếng trên thế giới cũng đƣa ra thị trƣờng nhiều bơm loại này với nhiều loại kích thƣớc, công suất khác nhau. Nhƣng chủ yếu là các là bơm gerotor có biên dạng là đƣờng 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 nhƣng 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 ƣu điểm hơn về mặt lƣu lƣợng và kích thƣớc nhỏ gọn, nhƣng có nhƣợc 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 đƣờng 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 tƣợng nghiên cứu của luận văn.
MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN + Xây dựng quy trình chuyển đổi bộ truyền bánh răng thân khai cải tiến ăn khớp trong của bơm bôi trơn động cơ ô tô Hyundai-Tucson 2.0 bằng bộ truyền bánh răng hypocycloid. + Xây dựng thuật toán xác định các thông số kích thƣớc đặc trƣng của bộ truyền bánh răng hypocycloid thay thế nhằm đảm bảo tƣơng đƣơng về lƣu lƣợng và áp suất và phù hợp với kích thƣớc lắp ráp trên đông cơ thƣơng mại của hãng Hyundai. 10 + Chế tạo thử nghiệm bộ truyền bánh răng thay thế của bơm bôi trơn của động cơ ô tô Hyundai-Tucson 2. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN Nghiên cứu về mặt động học của bơm bôi trơn động cơ ô tô có biên dạng là đƣờng hypocycloid, cụ thể là các kích thƣớc đặc trƣng hình thành bơm, nhƣng phải đảm bảo về mặt lƣu lƣợng và kích thƣớc lắp ráp.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN 4. 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 nhƣ: xác định dao động lƣu lƣợng, dao động áp suất, xây dựng đƣờng đặc tính của bơm,… + Đƣa ra đƣợc 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 phƣơng tiện cơ giới. Ý nghĩa thực tiễn của luận 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 dƣỡng, 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 nhƣ tham khảo trong quá trình nghiên cứu.
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN 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 phƣơng pháp thực nghiệm để kiểm chứng lý thuyết nghiên cứu. NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN Luận văn đƣợc trình bày108 trang bao gồm (tập bản vẽ, các kết quả tính toán, mã code chương trình v.) và cụ thể nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan về bơm thủy lực thể tích ăn khớp trong Chương này trình bày về tổng quan, ưu nhược điểm của bơm thủy lực thể tích ăn khớp trong biên dạng cycloidt (epicycloid, hypocycloid) và các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về lĩnh vực này, cũng như đặc điểm kết cấu của loại bơm bôi trơn động cơ ô tô Huyndai-Tucson để làm cơ sở nghiên cứu chuyển 11 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.
Chƣơng 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. Chƣơng 3: Quy trình xác định các thông số thiết kế đặc trƣng 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. Chƣơng 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.
12 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ BƠM THỦY LỰC THỂ TÍCH ĂN KHỚP TRONG 1. Giới thiệu về bơm thủy lực thể tích biên dạng cycloid ăn khớp trong Bơm bánh răng thủy lực thể tích biên dạng cycloid ăn khớp trong đang đƣợc sử dụng phổ biến trong các hệ thống bôi trơn, làm mát động cơ ôtô, xe máy nhƣ hình 1.1, Ngoài ra, loại bơm này còn đƣợc sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau nhƣ công nghiệp chế tạo bơm, công nghiệp xây dựng và trong các hệ thống thủy lực tầm trung, cỡ lớn. Lọc dầu Xả dầu Bơm dầu cycloid Rotor cycloid của bơm dầu Trục quay rotor Hnh 1.1 Bơm epicycloid trong hệ thống bôi trơn làm mát động cơ ô tô [2] 13 Bộ phận chính của loại bơm này là cặp bánh răng biên dạng cycloid, đƣợc bố trí theo kiểu ăn khớp trong. Do đó loại bơm này đƣợc phân thành 2 loại nhƣ sau : + Bơm Epigerotor với biên dạng bánh răng cycloid là đƣờng Epicycloid.2a) + Bơm Hypogerotor với biên dạng bánh răng cycloid là đƣờng Hypocycloid.2b) Bánh răng cung tròn Đường epicycloid Đường hypocycloid a) Bơm Epigerotor b) Bơm Hypogerotor Hình 1.2 Bơm Gerotor với biên dạng bánh răng họ cycloid Nhƣ đã trình bày ở trên, ngày nay bơm bánh răng cycloid đƣợc ứng dụng rất phổ biến trong công nghiệp nhƣ: công nghiệp ôtô, xe máy, tàu thủy, hệ thống truyền động thủy lực vv.
Bơm bánh răng cycloid so với các loại bơm khác nhƣ: bơm piston, bơm cánh gạt, bơm bánh răng thân khai và bơm trục vít thì bơm bánh răng cycloid có nhiều ƣu điểm vƣợt trội hơn hẳn nhƣ: lƣu lƣợng lớn, kích thƣớc nhỏ gọn, làm việc êm không có tiếng ồn, có độ ổn định và tin cậy cao trong thời gian dài. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm bánh răng cycloid a. Cấu tạo của bơm bánh răng cycloid Cấu tạo của bơm bánh răng cycloid bao gồm hai bánh răng ăn khớp trong có biên dạng là đƣờng cycloid và đƣợc gọi là bánh răngtrong và bánh răngngoài đƣợc mô tả nhƣ hình 1. Trong đó, một bánh răng có biên dạng là các cung tròn và bánh răng còn lại có biên dạng là đƣờng cycloid.
Hai bánh răng này đƣợc đặt lệch tâm một khoảng là E và đƣợc bố trí với nhau theo kiểu ăn khớp trong. Do đặc điểm ăn khớp của cặp bánh răng này, tất cả các răng đều tham gia quá trình ăn khớp để hình thành các khoang bơm (được giới hạn bởi các cặp biên dạng đối tiếp tương ứng).3 Cấu tạo của bơm bánh răng cycloid [3] Cửa hút, cửa đẩy Rãnh dẫn dầu trên thân bơm a) Nắp bơm b) Thân bơm Hình 1.4 Rãnh dẫn dầu trên nắp bơm Trong quá trình làm việc, để tránh áp suất dầu quá cao tại các khoang ở phía cửa đẩy gần với tâm ăn khớp ngƣời ta thƣờng thiết kế thêm những rãnh dẫn hồi dầu trong lòng thân bơm (hình 1.4b) nhằm làm giảm áp suất và tránh áp lực cục bộ tại các khoang này. Nguyên lý hoạt động của bơm bánh răng cycloid Do bánh răng trong và bánh răngngoài của bơm đƣợc đặt lệch tâm một khoảng là E nên khi bánh răngtrong quay truyền chuyển động cho bánh răngngoài quay theo cùng chiều với tỉ số truyền i = z 1/z2 (với z1, z2 lần lượt là số răng bánh răng trong và bánh răng ngoài) sẽ tạo ra các khoảng trống ở buồng hút, các khoảng trống có thể tích tăng dần theo chiều quay làm áp suất giảm tạo áp suất hút. Còn ở cửa xả của các khoang bơm có xu hƣớng thu hẹp thể tích theo chiều quay của bơm tạo áp suất đẩy.
Trong quá trình làm việc, bánh răng trong và bánh răng ngoài tạo với vỏ bơm và nắp bơm thành các khoang kín. Để dễ dàng cho việc trình bày về nguyên lý hoạt động cũng nhƣ quá trình hút xả dầu của các khoang bơm ta xét một khoang bất kì của bơm (được đánh dấu bằng khoanh tròn trên các hình 1. Quá trình hút Hãy xét khi bơm ở vị trí ban đầu, trục bánh răng bắt đầu quay, bánh răng trong 2 ăn khớp với bánh răng ngoài 1 ở vị trí cố định, khoang khảo sát 5 đƣợc hình thành giữa bánh răng trong 2, bánh răng ngoài 1, vỏ bơm và nắp bơm (hình 1.5) ω2 Cửa hút ω1 4 3 2 5 1 Điểm chuẩn tại vị trí đầu trên bánh răng trong và ngoài Hình 1.5 Bơm ở vị trí ban đầu Trong đó: 1. Bánh răng ngoài; 2.
Bánh răng trong; 3. Khoang khảo sát 16 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. Cửa hút ω2 ω1 Khoang khảo sát Hình 1.