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

Vì vậy, “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” nhằm mục tiêu nghiên cứu hiệu suất cụm cầu c

- 1 -

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài luận án

Bánh răng côn răng cong Hypoid là loại chi tiết máy có hình dạng hình học phức tạp, tính toán thiết kế nhiều thông số, và được gia công trên các máy chuyên dùng có độ chính xác cao Vì có nhiều ưu điểm trong truyền động như: khả năng truyền tải lớn, độ bền và tuổi thọ cao, làm việc êm, có khả năng giảm được kích thước tổng thể của bộ truyền Nghiên cứu tính toán, thiết kế và chế tạo bánh răng côn răng cong luôn là vấn đề mới đối với các nhà khoa học và các nhà sản xuất

Hiện nay việc lựa chọn vật liệu và công nghệ gia công cặp Hypoid có thể thực hiện tại Việt Nam Tuy nhiên, chất lượng bộ truyền của các bánh răng chế tạo trong nước vẫn rất còn nhiều vấn đề về độ chính xác gia công, độ bền lâu và hiệu suất Một trong những nguyên nhân chính của hạn chế đó là chưa có công nghệ nhiệt luyện tốt cho cặp bánh răng Hypoid trong cụm cầu chủ động của xe ô tô tải chế tạo trong nước Hiệu suất của cụm cầu chủ động là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng của cụm cầu cũng như chất lượng của hệ thống truyền lực Hiện trong nước chưa có công trình nghiên cứu ảnh hưởng chất lượng bề mặt làm việc của bánh răng truyền lực chính tới hiệu suất cầu sau xe ô tô tải Việc nghiên cứu chuyên sâu có lý luận khoa học và thực nghiệm là việc làm cần thiết để từng bước phát triển ứng dụng vào

thực tiễn sản xuất Vì vậy, “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” nhằm mục tiêu nghiên cứu hiệu suất cụm cầu cho cặp truyền lực chính

Hypoid được thấm Ni tơ Plasma với các thông số công nghệ hợp lý trong điều kiện sản xuất ở Việt Nam

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài luận án

- Nghiên cứu ảnh hưởng của công nghệ thấm Ni tơ Plasma tới chất lượng bề mặt tiếp xúc của bánh răng Hypoid trong cụm cầu sau ô tô;

- Nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tiếp xúc của báng răng Hypoid tới hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ với điều kiện thiết bị hiện có tại Việt Nam

3 Đối tượng nghiên cứu

- Chất lượng bề mặt tiếp xúc của bánh răng Hypoid chế tạo trong nước;

- Hiệu suất cụm cầu sau ô tô tải với cặp bánh răng Hypoid được thấm Ni tơ Plasma với chế độ công nghệ phù hợp

4 Phương pháp, nội dung nghiên cứu

- Tổng hợp và phân tích các công trình khoa học trong và ngoài nước có liên quan để làm cơ sở cho việc nghiên cứu đề tài;

- Ứng dụng phương pháp PTHH và sử dụng phần mềm Ansys mô phỏng phân tích bề mặt ăn khớp giữa hai răng ăn khớp của cặp bánh răng Hypoid với các hệ số

ma sát chọn theo công thức thực nghiệm Qua đó, đã phân tích được ảnh hưởng của chất lượng của bề mặt làm việc của bánh răng Hypoid tới hiệu suất cầu sau ô tô;

- Tiến hành thực nghiệm, thiết lập các phương trình hồi quy, sử dụng phần

mềm tính toán để xây dựng mối quan hệ giữa thông số công nghệ thấm với thông số chất lượng bề mặt làm việc, giải tìm ra được chế độ thấm phù hợp cho cặp bánh răng Hypoid;

- Ứng dụng công nghệ đo quang số 3D để đánh giá sai lệch do biến dạng nhiệt

bề mặt chi tiết và sai lệch kích thước sau khi thấm Ni tơ Plasma;

- Xây dựng bộ thông số thí nghiệm trên bệ thử;

- Chế tạo các cặp bánh răng Hypoid, sau khi tôi thể tích, tiến hành thấm Ni tơ Plasma theo thông số đã xác định để thí nghiệm kiểm chứng hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ

5 Giới hạn phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh hưởng của công nghệ thấm Ni tơ Plasma tới độ cứng tế vi, sai lệch do biến dạng nhiệt và độ nhám bề mặt tiếp xúc của bánh răng Hypoid làm bằng thép hợp kim 18ХГT;

- Nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tiếp xúc của các cặp bánh răng Hypoid đến hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ chế tạo trong nước với điều kiện chuyển động thẳng, ổn định trên đường bằng phẳng

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án

- Bằng phương pháp thiết kế hiện đại, bộ thiết kế cụm cầu sau ô tô tải nhẹ có độ tin cậy cao để gia công chính xác cặp bánh răng Hypoid và các chi tiết trong cụm cầu, phục vụ trực tiếp cho các nội dung nghiên cứu trong Luận án;

- Xây dựng được mô hình toán học về mối quan hệ giữa các thông số công nghệ thấm Ni tơ đến độ cứng tế vi, sai lệch do biến biến dạng nhiệt và độ nhám bề mặt làm việc;

- Xác định được chế độ thấm Ni tơ Plasma cặp bánh răng Hypoid để đạt được hiệu suất truyền động cao ở các chế độ tải và vận tốc đặc trưng theo tiêu chuẩn quốc tế;

- Xây dựng được bộ thông số thí nghiệm để đo hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ theo chất lượng bề mặt làm việc

7 Các điểm mới của luận án

- Tìm ra được công cụ phù hợp là công nghệ đo quét quang số 3D của hãng GOM để xây dựng bộ thí nghiệm đo kích thước hình học và sai lệch do biến dạng nhiệt bề mặt làm việc của bánh răng Hypoid trước và sau khi nhiệt luyện Công cụ này có thể áp dụng để kiểm tra sai số gia công các bề mặt cong bất kỳ;

- Chế tạo cặp bánh răng Hypoid đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật về dung sai

và độ bóng bề mặt trước khi nhiệt luyện Xác định được chế độ thấm Ni tơ hợp lý để không làm biến dạng bề mặt làm việc của bánh răng Hypoid, trong khi độ cứng bề mặt đảm bảo đạt từ 55 ÷60 HRC, rút ngắn qui trình gia công, bớt được nguyên công mài tinh phụ thuộc vào máy mài sườn răng;

- Thiết kế, chế tạo được bệ thử cầu sau theo nguyên lý dòng công suất hở để nghiên cứu ảnh hưởng của công nghệ thấm Ni tơ Plasma tới hiệu suất cụm cầu sau xe

Chương 1: Tổng quan về cụm truyền lực cầu sau ô tô

Chương 2: Công nghệ thấm Ni tơ Plasma và hiệu suất của cầu sau ô tô tải nhẹ Chương 3: Phân tích vết tiếp xúc mặt răng và ảnh hưởng của hệ số ma sát đến hiệu suất cầu sau ô tô

Chương 4: Đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ thấm Ni tơ Plasma đến chất lượng bề mặt bánh răng 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 và cụm truyền lực chính trên ô tô

Cầu sau chủ động trên ô tô tải với cơ cấu truyền lực chính có công dụng phân phối mô men truyền từ hệ thống truyền lực ra các bánh xe chủ động của ô tô làm cho

ô tô chuyển động phù hợp với từng tay số

a)Tổng thể truyền lực chính b) Truyền lực chính Hypoid

Hình 1.1 Cầu sau trên ô tô tải nhẹ

Các bánh răng Hypoid có hình dạng bên ngoài là các bánh răng côn răng cong,

nhưng khác nhau về mặt hình học với độ lệch Hypoid E

1.2 Đánh giá chất lượng cầu sau ô tô

Hiệu suất cầu sau, độ ồn rung, độ bền uốn, độ bền tiếp xúc và độ bền mỏi (bền lâu) của cầu sau là các chỉ tiêu để đánh giá chất lượng cầu sau ô tô Trong đó, hiệu suất cầu sau là một trong những chỉ tiêu quan trọng

1.3 Thiết kế, chế tạo bộ truyền lực chính dạng Hypoid

Bánh răng Hypoid là những chi tiết có kết cấu phức tạp, rất khó trong việc thiết

kế tạo hình bề mặt và gia công Vật liệu chế tạo bánh răng Hypoid thường là thép hợp kim Crom-Niken hay Crom-Mangan-Titan, như: 20XH, 20XHM, SCr420H, 18XГT, 30XГT

Nhờ ứng dụng sự phát triển của máy tính (hardware) và các phần mềm thiết kế mạnh (software), việc tính toán thiết kế bánh răng có nhiều thuận lợi

Có một số phần mềm chuyên dụng để thiết kế bánh răng Hypoid, tiêu biểu như Autodesk Inventor, KISSsoft… nhưng hầu hết là các phần mềm bản quyền

Bánh răng côn răng cong hệ Gleason có quy trình chế tạo và dụng cụ gia công

và có năng suất gia công cao, khả năng truyền tải lớn, độ ồn thấp hơn so với hệ Klingelnberg và Oerlikon

Hình 1.2 Các cặp bánh răng Hypoid trong gia công

Trong đề tài luận án, NCS đã áp dụng kỹ thuật thiết kế ngược bằng công nghệ quang số 3D để thiết kế cặp bánh chính Hypoid và các chi tiết trong cụm cầu sau ô tô tải nhẹ phục vụ cho nghiên cứu Tác giả cũng đã chế tạo ba cặp bánh răng Hypoid bằng vật liệu 18XГT trên máy Phay lăn răng hệ Gleason, sử dụng trong các thực nghiệm và thí nghiệm

1.4 Nhiệt luyện bánh răng Hypoid trong cụm cầu sau ô tô

Bánh răng Hypoid không những có yêu cầu cao về thiết kế, chất lượng và độ chính xác gia công cơ khí mà nhiệt luyện cũng có yêu cầu rất cao và khắt khe để đảm bảo có độ biến dạng thấp, đặc biệt là biến dạng bề mặt làm việc của các răng bánh răng Để bảo đảm bề mặt làm việc có độ cứng cao (58-60 HRC), lõi bền và có độ cứng vừa phải (30-45 HRC), bánh răng Hypoid cần phải được hóa bền bề mặt bằng các phương pháp hoá nhiệt luyện khác nhau, như: thấm Các bon, thấm Ni tơ, thấm Xianua… Hiện nay, nhờ

sử dụng các thép hợp kim và công nghệ hoá nhiệt luyện, nhiệt luyện hợp lý mà tuổi thọ sử dụng bánh răng đã được nâng cao

1.5 Tình hình nghiên cứu cụm cầu sau ô tô ở trong nước và thế giới

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 liên quan đến bí quyết công nghệ, bản quyền

và tính cạnh tranh

Ở Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu về cụm cầu sau ô tô nói chung

và hiệu suất cụm cầu sau ô tô tải nói riêng, nhưng kết quả còn rất hạn chế

Kết luận chương 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 cho thí nghiệm Đã phân tích 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 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 mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao

- 5 -

Chương 2 : 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 được thực hiện trong lò chân không ở áp suất thấp với hỗn hợp các khí H2, N2, CH4 và Ar Dưới điện thế cao các khí bị ion hoá tạo dòng Plasma Ion Ni tơ được gia tốc trong quá trình Plasma và va chạm với mẫu vật Quá trình bắn phá ion này làm nung nóng, làm sạch và tạo một lớp cứng chống mài mòn tốt, tăng giới hạn bền mỏi

- Thời gian, điện áp, nhiệt độ thấm là những thông số ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm

- Chiều dày lớp thấm phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán Khi nhiệt độ càng cao, sự chuyển động nhiệt của nguyên tử càng mạnh tốc độ khuếch tán càng nhanh

- Bằng cách thay đổi thành phần hỗn hợp khí, tính chất luyện kim của lớp trắng

và lớp nitrit có thể được điều chỉnh trong quá trình thấm Ni tơ Plasma

2.2 Đo kiểm tra bề mặt làm việc bánh răng Hypoid trong cầu sau ô tô

- Kiểm tra độ nhám bề mặt: được đánh giá theo một trong hai thông số Ra và

RZ Thông số Ra là sai lệch trung bình số học của prôfin gốc

- Kiểm tra độ cứng: theo độ cứng thô đại (độ cứng Brinell, độ cứng Rockwell) hoặc theo độ cứng tế vi (độ cứng Vickers) Khi đo độ cứng tế vi, phải dùng mũi đâm rất bé và tải trọng rất nhỏ tác dụng vào từng hạt, khi đo theo từng pha riêng rẽ cần có

sử dụng kính hiển vi quang học

- Đo kích thước hình học: Tiêu chuẩn được sử dụng đo bánh răng côn răng cong hiện nay là tiêu chuẩn của Mỹ: ANSI/AGMA 2009-B01 Để khắc phục tình trạng thiếu thiết bị, luận văn đã sử dụng phương pháp quang số để đo sai lệch do biến dạng nhiệt bề mặt làm việc của bánh răng Hypoid

2.3 Lý thuyết về ảnh hưởng của hệ số ma sát trong cầu sau ô tô

Ma sát giữa các răng bánh răng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất của hệ thống cũng như ảnh hưởng đến các phản ứng động học của cặp bánh răng

Khi hai bề mặt răng trượt lên nhau và bánh răng quay sẽ xuất hiện sự trượt và lăn ở bề mặt ăn khớp và tạo ra ma sát giữa các bánh răng Ma sát trượt được gây ra trực tiếp của sự trượt tương đối giữa hai bề mặt tiếp xúc và liên quan đến hệ số ma sát, tải trọng Ma sát lăn được gây ra từ khả năng chống chuyển động lăn, xảy ra do sự biến dạng của hai bề mặt tiếp xúc

Hệ số ma sát (z,,1 ) tại mỗi điểm tiếp xúc chính dọc theo các đường tiếp xúc tức

thời được tính toán bằng phương trình :

S, R, và v0 - Các thông số đặc trưng tại vùng tiếp xúc răng

Mô hình Archard được sử dụng để mô phỏng sự ăn khớp giữa hai bánh răng có

sự mài mòn do ma sát Phương trình mài mòn thực nghiệm của Archard

 

H

F k

V S  . (2.2) Trong đó V (S) - Thể tích hao mòn trên mỗi đơn vị trượt (phụ thuộc vào diện tích

tiếp xúc), F - Tải pháp tuyến, H - Độ cứng của vật liệu, k - Hệ số mài mòn vật liệu

được chọn phụ thuộc vào mỗi cơ chế mòn khác nhau

Bằng thực nghiệm, tác giả của các công trình nghiên cứu đã thí nghiệm để xác định hệ

số ma sát Các công thức thực nghiệm tiêu biểu gồm:

Công thức và tác giả Phạm vi tham số có thể

2.4 Mô hình cầu sau trong tính toán hiệu suất cầu sau ô tô

- Động học của cầu sau ô tô tải

Hình 2.1 Mô hình động học cầu sau ô tô tải nhẹ Khi xe chạy thẳng, các bánh răng bán trục có cùng số vòng quay n o với vỏ vi sai

(n o = n 1 = n 3), các bánh răng hành tinh không quay quanh trục của nó mà nêm với các

- 7 -

bánh răng bán trục

Trong xe tải nghiên cứu có vi sai đối xứng với bánh răng bán trục có số răng

bằng nhau, Z 1t = Z 1p nên ta có phương trình

o t

p n n

- Động lực học của cầu sau ô tô tải

Xét trường hợp có ma sát trong của cầu sau, giả sử khi ô tô chuyển động ổn định, phương trình cân bằng mô men cầu sau được viết bởi công thức:

T  T T (2.4) Trong đó, T t - Mô men trên bán trục trái; T p - Mô men trên bán trục phải; T o -

Mô men trên vỏ vi sai (trên bánh răng vành chậu)

Công suất mất mát trong vi sai do ma sát được tính bởi phương trình:

2.6 Công thức tính hiệu suất của cầu sau ô tô

- Hiệu suất tức thời của bánh răng Hypoid bị ảnh hưởng bởi các thông số của răng theo chiều dọc trượt, chiều cao răng trượt cao hơn thì tổn thất do ma sát sẽ lớn hơn, giảm hiệu suất tức thời Chiều dài trượt là một đặc tính của độ lệch Hypoid Độ lệch Hypoid càng lớn thì chiều dài trượt dọc càng cao

o

m m o

m m

cos

tan 1

Trong đó, η ffl - Hiệu suất trượt; T 1 , T 2 - Mô men xoắn của bánh răng chủ động và

bị động; μ m - Hệ số ma sát; β m1 , β m2 - Góc xoắn trung bình của bánh chủ động và bị

P T





  (2.7)

Trong đó:  - Hiệu suất trung bình của bộ truyền; P - Tổn thất chung của bộ

truyền; T 1 - Mô men trên bánh răng chủ động;  - Vận tốc góc bánh răng chủ động Trong cầu sau ô tô, hiệu suất tổng được tính theo tổng hiệu suất của từng cặp ma sát bánh răng, ổ bi, bề mặt trượt

- Hiệu suất tổng của bộ truyền thường được xác định bằng thực nghiệm, trường

hợp tổng quát được xác định bởi công thức:

Trong đó: T 1, T 2 - Mô men trên trục vào, ra; i t - Tỷ số truyền của bộ truyền

Trong cầu sau ô tô, các cặp ma sát có ảnh hưởng đến hiệu suất cầu sau Tổn thất công suất trong cầu sau là tập hợp tổn thất tại các bề mặt ma sát và được tính theo

năng lượng mất mát cho mỗi ki lô mét xe chạy

2.7 Đo hiệu suất cầu sau ô tô

Tiêu chuẩn quốc tế SAE J1266 do Hiệp hội Kỹ sư Ô tô Mỹ ban hành cung cấp cách đo hiệu suất của cầu sau theo điều kiện tải trọng, tốc độ và nhiệt độ dầu bôi trơn Quy trình đo thực hiện trong phòng thí nghiệm và trên xe hoạt động trên đường Thể thực hiện các thí nghiệm cho cụm cầu sau ô tô theo nguyên lý dòng công suất hở

Kết luận chương 2

Đã phân tích cơ sở lý thuyết liên quan đến vấn đề nghiên cứu như: thấm Ni tơ Plasma, đo kiểm tra chất lượng bề mặt làm việc của bánh răng Hypoid, động lực học cầu sau, ma sát của cặp ăn khớp Hypoid và hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ Xác định phương pháp thấm Ni tơ Plasma là phương pháp có nhiều ưu điểm vượt trội hơn các phương pháp hóa bền bề mặt khác Thành phần Ni tơ trong hỗn hợp khí phù hợp để thấm bánh răng Hypoid là 60-70%

Kỹ thuật thiết kế ngược với công nghệ quang số được sử dụng để đo sai lệch do biến dạng nhiệt bề mặt làm việc của răng bánh răng Hypoid Đây là phương pháp mới nhất để đo kích thước hình học trên bề mặt cong bậc ba cũng như các bề mặt cong bất

kỳ mà các nghiên cứu trước đây cũng như tại các trung tâm đo lường quốc gia chưa

áp dụng

Chương 3: PHÂN TÍCH VẾT TIẾP XÚC MẶT RĂNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ

SỐ MA SÁT ĐẾN HIỆU SUẤT CẦU SAU Ô TÔ 3.1 Lực truyền trên bề mặt ăn khớp của cặp bánh răng Hypoid

Lực truyền tại điểm tiếp xúc tức thời P với mô men T r1 tác dụng từ bánh răng chủ động 1 (bánh răng quả dứa) sang bánh răng bị động 2 (bánh răng vành chậu) được xác định theo các thành phần lực trong hệ tọa độ không gian:

  12 12

r f p

T Y r

Tương tự, với trường hợp lực truyền từ bánh răng vành chậu 2 qua bánh răng quả dứa 1 do tải trọng gây nên:

  21 21

r f p

T Y r



T r1 , T r2 - Mô men trên trục bánh răng quả dứa và mô men trên trục bánh răng vành chậu;

- 9 -

r p2 , r p1 - Bán kính ellipse trên mặt cắt vuông góc với tiếp tuyến góc xoắn β 1 , β 2 .

của bánh răng quả dứa và bánh răng vành chậu tại điểm đang xét

3.2 Phân tích liên kết tại các bề mặt ma sát trong cầu sau

Với cặp bánh răng Hypoid, ứng suất tiếp xúc Swc trong quá trình làm việc phụ thuộc vào hệ số ma sát của hai bề mặt ăn khớp được xác định bởi công thức:

ac L H wc

T R

S C C S

Hình 3.1 Mô hình phân tích cụm cầu sau trong phần mềm Inventor

3.3 Phân tích vùng tiếp xúc răng của cặp bánh răng Hypoid

Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) và phần mềm Ansys để mô phỏng

số cụm cầu sau ô tô tải và mô phỏng số cặp bánh răng Hypoid trong quá trình ăn khớp

a) Chia lưới trên các chi tiết

Hình 3.3 Định nghĩa bề mặt tiếp xúc

c) Đặt điều kiện biên và tải trọng

Hình 3.4 Ràng buộc bậc tự do cặp bánh răng Hypoid

Bánh răng vành chậu lắp chặt với vỏ vi sai bằng các bu lông tại các lỗ trên thân bánh răng Với cặp ăn khớp Hypoid cũng như cặp răng ăn khớp, thiết lập ràng buộc 5 bậc tự do trên các bề mặt tiếp xúc Hạn chế 3 bậc tự do cho mặt đáy vành răng bánh răng vành chậu

Chế độ tải trọng được phân tích trong phần mềm đặt trực tiếp vào mô hình Trong đó,

mô men xoắn trên trục bánh răng quả dứa: 200 Nm (động cơ có mô men cực đại/số vòng quay: 320 Nm/2000 vòng/phút); mô men cản trên trục bánh răng vành chậu: 100 Nm (xe có

tự trọng/tải trọng lớn nhất: 4230 kg/2980 kg) Giá trị mô men xoắn 100 Nm được gán cho bề mặt tiếp xúc trên bánh răng quả dứa của cặp răng ăn khớp đã được định nghĩa

d) Khai báo vật liệu

Vật liệu chế tạo cặp bánh răng Hypoid là thép hợp kim 18XГT, các thông số được khai báo trong Ansys cho từng bánh răng 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 tại đây,

thực hiện 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 trong Ansys

e) Kết quả mô phỏng và phân tích vùng tiếp xúc răng

Hình 3.6 Các kết quả khảo sát tại vùng tiếp xúc răng của cặp bánh răng Hypoid

Hình 3.7 Trạng thái ứng suất tiếp trên bề mặt làm việc của cặp răng Hypoid

Ứng suất tương đương nhỏ nhất (MPa)

Ứng suất tương đương lớn nhất (MPa) Bánh răng vành chậu 0.378618 0.116520 763

Bánh răng quả dứa 0.138000 0.107419 654

3.4 Ảnh hưởng của hệ số ma sát tới hiệu suất cầu sau ô tô

Hiệu suất cầu sau ô tô xác định trên sự tổn thất ma sát trên các bề mặt ăn khớp, nhiệt

độ dầu bôi trơn và yêu cầu kỹ thuật trong lắp ráp các chi tiết cầu sau, tốc độ quay và tải tác dụng Kết quả xác định lượng giảm của mô men xoắn truyền từ bánh răng chủ động tới bánh

răng bị động được sử dụng để tính toán hiệu suất cơ khí  của các cặp bánh răng

Trong trường hợp xe chạy thẳng, mô men hai bán trục có giá trị bằng nhau, khi đó hai bán trục quay cùng vận tốc góc, bộ vi sai không hoạt động nên không có sự trượt trên các bề mặt răng của các bánh răng hành tinh với bánh răng bán trục Sự tổn thất ma sát trong trường hợp này tập trung vào cặp bánh răng truyền lực chính Hypoid

3.5 Mô hình tổng quát xác định hiệu suất cầu sau ô tô

Quá trình tính toán gồm các bước chính: phân tích vùng tiếp xúc răng, tính toán hiệu suất cơ khí tức thời và thí nghiệm đo và tính toán hiệu suất tổng của cặp bánh răng Tính toán xác định tải trọng tác dụng hay tính toán áp lực tiếp xúc trên các bề mặt ma sát và 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

Kết luận chương 3

Với mô hình không gian được xây dựng theo lý thuyết động học, động lực học

hệ nhiều vật đúng với mô hình thực tế, Luận án đã phân tích lực truyền và phân tích liên kết tại các bề mặt ma sát trong cầu sau ô tô tải nhẹ khi nhận nguồn truyền động

từ động cơ và tải Kết quả phân tích vùng tiếp xúc của bề mặt ăn khớp giữa hai răng của cặp bánh răng Hypoid bằng việc sử dụng phần mềm Ansys cho thấy: sau thời điểm khởi động, lực liên kết giữa hai bề mặt tiếp xúc trở nên ổn định; giá trị ứng suất cực đại và cực tiểu giữa hai bề mặt tiếp xúc là tương đương; chuyển vị trên bề mặt tiếp xúc của bánh răng vành chậu lớn gần gấp ba lần chuyển vị trên bề mặt bánh răng quả dứa Ma sát giữa hai bề mặt làm việc của cặp bánh răng Hypoid đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất của cầu sau ô tô Ngoài việc giảm hệ số ma sát thông qua gia công chính xác, nâng cao độ bóng bề mặt tiếp xúc, lắp ghép đúng qui định và tăng cường chất lượng bôi trơn, việc hóa bền chống biến 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

Chương 4: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ THẤM NI TƠ PLASMA ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT BÁNH RĂNG

HYPOID 4.1 Mô hình đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ thấm Ni tơ Plasma đến chất lương bề mặt bánh răng Hypoid

Theo yêu cầu lựa chọn các yếu tố đầu vào, các biến của thí nghiệm được chọn

gồm: nhiệt độ (TL), thời gian thấm (h) và nồng độ khí thấm 1(G1) Ta có phương

và nhiệt luyện, Hình 4.1

Hình 4.1 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm và mẫu đối chứng