Luận văn 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

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.


2

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 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
18XFT;

-

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.


3

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 ô tô tải nhẹ theo
phương pháp đo mô men đồng thời trên cả 3 trục quay.

8. Bố cục của luận án
Nội dung luận án được chia thành 5 chương, cụ thể gồm:
Phần mở đầu
Chương 1 : Tổng quan về cụm truyền lực cầu sau ô tô Chương 2: Công nghệ thấm


4

Ni tơ Plasma và hiệu suất của cầu sau ô tô tải nhẹ
Chương 3: Phân tích ảnh hưởng của bề mặt tiếp xúc bánh răng hypoid đến hiệu suất
cầu sau

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
1.1.1

Cấu tạo cầu sau và cụm truyền lực chính
Cầu sau chủ động (sau đây gọi tắt là “cầu sau”) trên ô tô tải nhẹ 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. Hình dáng tổng thể cầu sau ô tô tải nhẹ và cụm
truyền lực chính được giới thiệu trên Hình 1.1.
a) Hình dáng tổng thể cầu sau ô tô tải nhẹ b)Cụm truyền lực chính
Hình 1.1. Cầu sau ô tô tải nhẹ
Trong quá trình làm việc, các cặp chi tiết chuyển động quay như: khớp nối trục, ổ trục, các
cặp bánh răng ăn khớp sẽ phát sinh ma sát ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất của bộ truyền. Cấu tạo
chi tiết cầu sau và truyền lực chính của xe tải nhẹ được trình bày trên Hình 1.2.

1.1.2

Các yêu cầu kỹ thuật của cầu sau và cụm truyền lực chính
Cầu sau ô tô có các yêu cầu sau kỹ thuật [10]:
- Đảm bảo đặc tính động lực học và tính kinh tế tối ưu cho ô tô;
r
_
\

C

hiệu suất cao, làm việc êm và không ồn;
- Đảm bảo khoảng sáng gầm xe đủ lớn;
- Đảm bảo độ cứng vững của khung vỏ xe và cả xe.


a) Cấu tạo chi tiết cầu sau

b) Cặp bánh răng Hypoid

Hình 1.2. Cấu tạo chi tiết truyền lực chính của xe tải nhẹ
- Bu lông và đai ốc
5 - Cụm vi sai
- Đai ốc ngoài ố bi
4 - Bu lông điều chỉnh
- Các nửa gối đỡ ố b 6 - Cụm bánh răng quả dứa

7 - Phớt làm kín
8 - Ồ bi

Theo số lượng bánh răng truyền lực chính có hai dạng: truyền lực đơn (một cặp bánh
răng) và truyền lực kép (hai cặp bánh răng). Truyền lực đơn thường dùng trên xe tải nhẹ và nó có
thể được phân loại theo dạng bánh răng: truyền lực chính bánh răng côn răng thẳng, răng cong;
răng dạng Hypoid; dạng bánh răng trụ; dạng trục vít. Truyền lực kép được chia thành hai loại:
truyền lực chính với cả hai cặp bánh răng được bố trí trong cùng một cụm nằm giữa hai bánh xe
chủ động và truyền lực chính có cặp bánh răng thứ hai được bố trí tại các bánh xe chủ động,
Hình 1.3.

Hình 1.3. Một số sơ đồ truyền lực chính đơn trong cầu sau ô tô tải nhẹ
Truyền lực chính dạng Hypoid (Hình 1.3 b) được sử dụng rộng rãi trên các loại ô tô do có
những ưu điểm: khả năng chịu tải lớn, làm việc êm, không ồn và có khả năng nâng cao khoảng sáng
gầm xe.


1.1.3

Cụm bánh răng truyền lực chính Hypoid
Các bánh răng Hypoid có hình dạng bên ngoài giống như các bánh răng côn xoắn răng cong

thông thường, nhưng rất khác nhau về mặt hình học, Hình 1.4. Truyền động Hypoid có những điểm
khác biệt:

Hình 1.4. Cặp bánh răng Hypoid truyền lực chính trong cầu sau ô tô

-

Trục của các bánh răng không cắt nhau mà chéo nhau với độ lệch E (gọi là độ lệch Hypoid);

-

Góc xoắn trung bình của bánh răng chủ động và bánh răng bị động không bằng nhau (pi > p2)\

-

Mô đun tiếp tuyến của bánh răng chủ động lớn hơn mô đun tiếp tuyến của bánh răng bị động.

-

Lực pháp tuyến tại vết tiếp xúc tác động lên các bánh răng chủ động và bánh răng bị động bằng
nhau, nhưng các lực tiếp tuyến không bằng nhau.
Khi có cùng một tỷ số truyền, cùng đường kính của bánh răng quả dứa thì bộ truyền Hypoid
có đường kính vành răng của bánh răng vành chậu nhỏ hơn bộ truyền côn xoắn thông thường nên
kích thước truyền lực chính giảm.
- Khi có cùng một tỷ số truyền, nếu đường kính vành răng của bánh răng vành chậu không
thay đổi thì ở bộ truyền Hypoid có thể tăng đường kính vành răng của bánh răng quả dứa làm cho
khả năng truyền tải và độ bền của truyền lực chính cao hơn.


1.2 Đánh giá chất lượng cầu sau ô tô
1.2.1

Các chỉ tiêu 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 nhất, [10,19].

a) Chỉ tiêu ồn rung của cầu sau
Khi xe hoạt động, hệ thống truyền lực và cầu sau làm việc, do những nguyên nhân mất cân
bằng trong hệ thống truyền lực, do lỗi bánh răng và trục... sẽ gây ra ồn rung trong hệ thống truyền
lực. Ồn rung cầu sau xuất hiện nguyên nhân chủ yếu do chế độ lắp ghép không đúng yêu cầu kỹ
thuật tạo ra các khe hở giữa các răng, các ổ trục hoặc do các bánh răng mòn không đều, bị tróc rỗ.
Hiện nay trong nước chưa có chỉ tiêu đánh giá hoặc kiểm tra ồn rung cầu sau ô tô, trên xe thường
được đánh giá trên tổng thể xe và dùng phương pháp loại trừ để xác định chất lượng cụm chi tiết
tổng thành trên xe.

b) Chỉ tiêu về độ bền uốn của cầu sau
Xác định chỉ tiêu độ bền uốn là sự phá hủy gây ra các vết nứt, gãy răng hoặc cong vênh làm

cho cầu sau không còn khả năng làm việc nữa. Trong đó, cặp bánh răng chịu ma sát do biến dạng
uốn ảnh hưởng đến hiệu suất cầu sau ô tô. Phương pháp xác định chỉ tiêu bền uốn là tập trung vào
xác định lực tác dụng trên các bánh răng cầu sau.


c) Chỉ tiêu về độ bền mỏi (bền lâu) của cầu sau
Độ bền mỏi của chi tiết là hiện tượng xảy ra hỏng hóc của chi tiết khi chi tiết chịu tác động
của lực tác động thay đổi theo thời gian. Hiện tượng hỏng như vậy gọi là hỏng do mỏi. Để đánh giá
mỏi của chi tiết là một quá trình phức tạp và khó khăn. Chủ yếu dựa theo yếu tố kinh nghiệm và các
thí nghiệm thực nghiệm, từ đó dự đoán trước được thời điểm hỏng do mỏi.

d) Chỉ tiêu về độ bền tiếp xúc của cầu sau
Một dạng hỏng hóc của bánh răng ảnh hưởng đến hiệu suất cầu sau là hỏng hóc do tróc rỗ.
Khi bị tróc rỗ, bề mặt các răng bị dính và bóc đi một mảng kim loại và sẽ gây ra ồn rung lớn cho cầu
sau, hiệu suất truyền lực sẽ bị giảm đi nhiều và cầu sau không thể làm việc được nữa, ta phải thay
thế.

e) Chỉ tiêu về hiệu suất cầu sau
Hiệu suất cầu sau ô tô là chỉ tiêu đặc trưng cho mức độ sử dụng công suất hữu ích của cầu
sau. Hiệu suất cầu sau ô tô được đánh giá thông qua hiệu suất của bộ truyền bánh răng trong cầu.

1.2.2

Hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ
Hiệu suất cầu sau ô tô được xác định bởi công thức (1.1).
P
=1P.
P
P1, P2 - Công suất trên trục vào và trục ra cụm cầu Pi
sau;

Trong đó:

(1.

Pr - Công suất mất mát trên cụm cầu sau, trong đó:
P r = Ps + Po + Pd
Ps - Công suất mất mát do ma sát của các cặp bánh răng ăn khớp ;
Po - Công suất mất mát trong ổ bi;
Pd - Công suất mất mát do khấy dầu bôi trơn.
Do mất mát công suất trong từng cụm rất phức tạp nên trong thực tế chỉ đo mất mát (hiệu
suất) trong bộ truyền.


Trong phòng thí nghiệm, có thể thực hiện đo hiệu suất cầu sau ô tô theo nguyên lý dòng công
suất hở hoặc theo nguyên lý dòng công suất kín [1,2]. Bệ thử dòng công suất kín có ưu điểm là sử
dụng động cơ tạo nguồn động lực dẫn động nhỏ nhưng nhược điểm là khó kiểm soát được tải trọng
trên bệ thử nên độ chính xác của phép đo không cao. Bệ thử dòng công suất hở khắc phục được
nhược điểm trên nhưng động cơ dẫn động cần công suất lớn hơn.

1.3 Thiết kế, chế tạo bộ truyền lực chính Hypoid
Bánh răng côn răng cong nói chung và bánh răng Hypoid nói riêng có ba hệ chính dựa vào
dạng đường cong của răng. Bánh răng côn hệ Gleason (của Mỹ): bánh răng côn răng cong có sườn
răng dạng cung tròn; bánh răng côn hệ Klingelberg: bánh răng côn răng cong có sườn răng là đường
thân khai hoặc Palloid; bánh răng côn hệ Oerlikon: bánh răng côn răng cong có sườn răng là đường
cong Epicycloid hoặc Hypozykloid [27,34,84].
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 CromMangan-Titan, như: 20XH, 20XHM, SCr420H, 18XFT, 30XFT...

1.3.1

Thiết bộ truyền lực chính Hypoid
Cơ sở thiết kế các bánh răng Hypoid được trình bày trong các tài liệu [41], [83-87]. Thiết kế

bộ truyền bánh răng Hypoid dựa trên việc ứng dụng thuật toán tổng hợp vị trí và việc phân tích vùng
tiếp xúc răng TCA (Tooth Contact Analysis) để đạt được một đường tiếp xúc có hướng phù hợp.

a) Thiết kế theo yêu cầu nâng cao khả năng tải, tăng vết tiếp xúc ăn khớp 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. Phần mềm chuyên dùng trong tính toán thiết kế bánh răng phổ biến
trên thế giới có khá nhiều, trong đó có hãng FVA-Worksbench- GbmH [38]. Sử dụng
phần mềm này, tác giả Michael Otto, Karsten Stahl và Di Maximilian Zimmer đã thiết kế bánh
răng theo khả năng tăng tải và giảm ồn của bánh răng, [39].

b) Thiết kế bộ bánh răng Hypoid nhờ sự hỗ trợ của máy tính (CAD/CAE)
Ngoài phần mềm FVA-Worksbench-GbmH, trên thế giới hiện còn có nhiều phần mềm khác,
như HyGears của hãng Gleason, KISSsoft... Tuy nhiên những phần mềm này thường đi kèm với
máy và giá thành rất cao. Ở Việt Nam, đến nay việc thiết kế bánh răng Hypoid vẫn phải thực hiện


bằng phương pháp tính toán thông thường, ngoại trừ công bố của nhóm tác giả trên Tạp chí Cơ khí
Việt Nam số 6/2015 [15].

c) Thiết kế ngược bằng công nghệ quang số
Một trong những ứng dụng sự phát triển của kỹ thuật ngược (Reverse Engineering) là sử
dụng công nghệ quang số, [25,83]. Đây là phương pháp thiết kế mới nhất hiện nay. Phương pháp
này sử dụng các tia sáng xanh hay tia laser để thu thập dữ liệu, dữ liệu nhận được không phải là các
tọa độ 3 chiều mà là các vùng dữ liệu (đám mây điểm) với độ chính xác phụ thuộc vào thiết bị quét
và phần mềm xử lý. Mỗi lần chiếu quét được hàng nghìn điểm/1giây. Không có hạn chế về số lần
cũng như các vùng chiếu quét với mỗi vật.

Chức năng của phần mềm theo máy bao gồm xử lý đám mây điểm với tốc độ cao, tạo ra các
mẫu đa giác, tái tạo bề mặt, sắp xếp để thiết kế bằng máy tính và cho báo cáo về biểu màu, nhập dữ
liệu cho bất kì hệ thống CAD nào.
Trong đề tài luận án, nghiên cứu sinh đã áp dụng kỹ thuật thiết kế ngược bằng công nghệ
quang số để thiết kế cặp bánh chính Hypoid và các chi tiết trong cụm cầu sau ô tô tải nhẹ phục vụ
cho nghiên cứu, Hình 1.1, Hình 1.2 với thông số cơ bản như trình bày trong Bảng 1.1.

1.3.2

Chế tạo bộ truyền lực chính dạng Hypoid
Hệ bánh răng hệ Klingelnberg và Oerlikon có ưu điểm độ chính xác cao, cho phép làm việc

ở tốc độ cao. Hệ bánh răng côn răng cong hệ Gleason có quy trình chế tạo và dụng cụ gia công sẽ
đơn giản hơn và có năng suất gia công cao hơn, khả năng truyền tải lớn, độ ồn thấp so với hai hệ
trên [5].
Ở trong nước, các thiết bị gia công bánh răng côn răng cong của Liên Xô và Cộng hòa dân
chủ Đức (cũ) đều thuộc hệ Gleason [1,27].


Bảng 1.1. Thông số cơ bản của bộ truyền lực chính Hypoid xe tải
LIFAN 3070G1
TT

Tên thông số

1 Số răng

Ký
hiệ
u

Z

2 Tỷ số truyền
3 Hướng xoắn của răng

io

4 Mô đun pháp tuyến

mn

5 Mô đun mặt đầu

ms

Đơn
vị

Bánh răng
Chủ động
Bị động
41

6
6,83
Trái

Phải
7,000
9,42

o

78.5o

6 Nửa góc côn chia

5

độ

11.5

7 Góc xoắn răng
Hệ số dịch chỉnh
8

ß

độ

42o

25,49o

mm

-0,682

0,682

9 Góc ăn khớp danh nghĩa
1 Chiều rộng bánh răng
01
Chiều dài tạo bởi hình côn chia
11
Độ lệch tâm
2

a

độ

20o

20o

b

mm

63.3

58

L

mm

210.93

E

mm

Ç

210.93
38

Để sử dụng cho các thí nghiệm của Luận án, nghiên cứu sinh đã chế tạo ba cặp bánh răng
Hypoid bằng vật liệu 18XrT trên máy Phay bánh răng côn răng cong 525 hệ Gleason, Hình 1.5.

Hình 1.5. Gia công các cặp bánh răng Hypoid

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 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.

1.4.1

Nhiệt luyện
Thường hóa, tôi, ram được sử dụng rất phổ biến trong công nghệ nhiệt luyện bánh răng

Hypoid cụm cầu sau ô tô. Chế độ và quy trình nhiệt luyện bánh răng được xác định bằng thực


nghiệm và được cho trong các sổ tay nhiệt luyện. Nhiệt luyện cải thiện rất nhiều cơ tính của thép,

song nếu thực hiện không đúng sẽ gây ra các dạng hư hỏng khác nhau, vì ứng suất nhiệt và tổ chức
tạo thành sau khi tôi khá lớn, thường dẫn đến biến dạng quá mức cho phép. Các hư hỏng khi nhiệt
luyện sẽ gây ra lãng phí rất lớn [7,8].

1.4.2

Hoá nhiệt luyện
Để bảo đảm bề mặt làm việc có độ cứng cao (58-62 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... Chế độ và quy trình hóa nhiệt
luyện bánh răng được xác định bằng thực nghiệm và được cho trong các sổ tay nhiệt luyện [7,8,12].
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.
Đề tài luận án này sẽ nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ và lưu lượng khí thấm
trong 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].
r

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 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 liên quan đến bí quyết công nghệ, bản quyền và tính cạnh tranh [1,2,44].
Phần lớn các nghiên cứu đã được công bố về hiệu suất của các truyền động bánh răng tập
trung vào đo lường tổn thất công suất trực tiếp của cặp bánh răng [44-50]. Một số khác thì đo hệ số
ma sát bằng cách sử dụng đĩa kép trong điều kiện mô phỏng một cặp bánh răng để hệ số ma sát có
thể được sử dụng để dự báo hiệu suất của một cặp bánh răng [44-45,54-57]. Một số nghiên cứu [43-


47] thiết lập công thức thực nghiệm cho hệ số ma sát được sử dụng khá rộng rãi. Những công thức
thực nghiệm này cho thấy hệ số ma sát là một hàm của một danh sách các tham số, như tốc độ trượt
và lăn, bán kính cong của bề mặt tiếp xúc, tải hay lực tiếp xúc, độ nhám bề mặt, và độ nhớt của dầu
bôi trơn...
Nhóm nghiên cứu khác [44], dựa trên công thức thử nghiệm hệ số ma sát được công bố như
các tham khảo [56-57]. Các mô hình trong nhóm nghiên cứu này xem xét các cặp bánh răng trụ răng
thẳng [44], xoắn và tính toán các thông số cần thiết để xác định hệ số ma sát theo công thức thực
nghiệm cụ thể thích ứng. Các nghiên cứu này có sức thuyết phục mạnh hơn so với mô hình hệ số ma
sát không đổi, độ chính xác của các mô hình bị hạn chế về độ chính xác của các hệ số ma sát công
thức kinh nghiệm sử dụng. Mỗi công thức hệ số ma sát thực nghiệm điển hình đại diện cho một loại
nhất định của vật liệu, chất bôi trơn, nhiệt độ hoạt động, phạm vi tốc độ và tải, các điều kiện nhám
bề mặt của mẫu con lăn có thể khác với các cặp bánh răng đang được mô hình hóa.
Rất ít các công trình nghiên cứu hiệu suất bộ truyền sử dụng bánh răng cong được công bố
[66-67]. Tài liệu về hiệu suất bộ truyền bánh răng Hypoid thường là các giáo trình. Buckingham
[68] đề xuất một công thức gần đúng cho các tổn thất công suất của các bánh răng Hypoid, đó là
tổng của các tổn thất của bánh răng côn và bánh vít - trục vít. Naruse [69] đã tiến hành một số thử
nghiệm về tổn thất điểm và ma sát của bánh răng Hypoid loại Klingelnberg. Coleman [67] sử dụng
công thức đơn giản để tính toán hiệu suất bánh răng Hypoid với hệ số ma sát không thay đổi hoặc
công thức tính hệ số ma sát với rất hạn chế các thông số. Jia [71] đã thiết lập được 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 nhiệt luyện bánh răng côn răng cong
-

Xí nghiệp cơ khí chính xác Z29, Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng là đơn vị chuyên sản xuất các
mặt hàng cơ khí cho ngành Quốc phòng và cho nền kinh tế, trong đó có trang bị dây chuyền nhiệt


luyện (thấm than thể khí, tôi trung tần, ủ,...). Các cặp bánh răng chế tạo của công ty này được dùng
để thay thế cho các cặp bánh răng côn cong có môđun và số răng khá lớn, dùng cho ô tô mỏ và các
thiết bị trong công nghiệp khai thác than [1,2].

-

Trung tâm Kỹ thuật cơ khí chính xác - Đại học Bách Khoa Hà Nội trang bị các thiết bị nhiệt luyện
các loại bánh răng như: tôi thể tích, thấm C-N và ram [1,2].

-

Năm 2007, Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công Thương thực hiện đề tài NCKH cấp bộ " Nghiên cứu,
khảo sát thiết kế tính toán và chế tạo bánh răng côn răng cong dùng trong công nghiệp", [20].

Ngoài việc tính toán, lập bản vẽ thiết kế, gia công bánh răng côn răng cong theo phương pháp
truyền thống, đề tài còn lập các qui trình công nghệ nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện bánh răng côn
răng cong.

-

Năm 2008, Tổng công ty Máy động lực và Máy nông nghiệp Việt Nam, Bộ Công Thương đã thực
hiện đề tài cấp Bộ và phát triển lên đề tài cấp nhà nước "Nghiên cứu thiết kế chế tạo cụm cầu sau xe
tải nhẹ dưới 3 tẩn"", [2]. Đề tài đã nghiên cứu và tiến hành nhiệt luyện bánh răng quả dứa và bánh
răng vành chậu làm bằng vật liệu 18XrT với qui trình: thường hóa phôi sau khi rèn, dập; thấm Các
bon chi tiết sau gia công cơ; tôi, ram.

b) Về nghiên cứu thấm Ni tơ Plasma
-

Đề tài NCKHCN cấp Bộ của Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công Thương (2007) [3] ""Nghiên cứu
ứng dụng công nghệ thẩm Ni tơ xung Plasma ở nhiệt độ thẩp (570-600°C) trong dụng cụ cắt gọt và
chi tiết máy"", đã thiết kế chế tạo được thiết bị thấm Ni tơ Plasma đặt tại Viện Nghiên cứu Cơ khí.

-

Luận án Tiến sĩ kỹ thuật ""Nghiên cứu lựa chọn một số thông số công nghệ thẩm Ni tơ Plasma cho
thép 40CrMo"" của tác giả Hoàng Minh Thuận (2012) [16], đã phân tích tổng quan công nghệ và cơ
sở lý thuyết thấm Ni tơ Plasma, lựa chọn vật liệu và nghiên cứu thực nghiệm thấm một số chi tiết
bánh răng để xác định thông số thấm cho thép 40CrMo.

-

Luận án Tiến sĩ kỹ thuật ""Nghiên cứu công nghệ để nâng cao chẩt lượng bộ truyền bánh răng
hành tinh trong các máy công trình"" của tác giả Phạm Văn Đông (2012) [23], đã phân tích, so sánh

phương pháp thấm Ni tơ plassma với các phương pháp xử lý bề mặt khác. Tác giả Luận án đã kết
luận " thấm Ni tơ plassma có ưu điểm nổi trội hơn các phương pháp khác, cụ thể có độ biến dạng
nhỏ hơn, tuổi thọ cao hơn, chống mòn tốt hơn".


- 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.
T T Á _A _
1 *Ạ _
^A

_r

1 *Ạ

Ạ i _ A

__

c) Vê nghiên cứu hiệu suât 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” 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 3 trục quay. Đề tài 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 cho thí nghiệm.

2. 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.

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 mang ý nghĩa
khoa học và thực tiễn cao.
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 chuẩn quốc tế SAE J1266 [36], thực hiện thí nghiệm đo hiệu suất cầu sau trong
hai trường hợp: trong phòng thí nghiệm và trên hiện trường. Trên hiện trường, xét trường hợp xe
chạy thẳng, ổn định trên đường bằng phẳng. Điều đó cũng tương ứng với trường hợp khóa vi sai khi
thí nghiệm trên bệ thử. Luận án giới hạn không xem xét trường hợp xe chạy trên đường gồ ghề cũng
như khi xe quay vòng sang trái hoặc phải.

2.1 Cơ sở lý thuyết thấm Ni tơ Plasma
2.1.1

Giới thiệu chung
Thấm Ni tơ Plasma hay thấm Ni tơ ion Plasma là công nghệ nhiệt luyện tiên tiến nhất hiện

nay. Quá trình thấm được thực hiện trong lò chân không ở áp suất thấp với hỗn hợp các khí H2, N2,
CH 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 [3,75,76].

2.1.2

Công nghệ thấm Ni tơ Plasma

a) Quá trình thấm
Quá trình thấm Ni tơ Plasma là quá trình hợp kim hoá bề mặt bằng Ni tơ, [3,80,88]. Chi tiết
được đặt trong lò chân không và được nối với ca tốt, tường lò được nối với anốt của mạch điện,
Hình 2.1, [3].
Khi nguồn điện được đóng vào, dưới điện áp cao (600-1000V) và áp suất thấp, hỗn hợp khí
được biến đổi thành những ion (dòng điện dẫn Plasma). Ion dương sẽ bắn phá bề mặt chi tiết và các
electron phát ra tới anốt tạo ra một luồng sáng xung quanh chi tiết. Với thép, quá trình này tạo nên
chất rắn hoà tan của Ni tơ (FeN) trên bề mặt thép. Sau đó là quá trình khuếch tán. Trong suốt quá
trình khuếch tán Ni tơ phần nào thay thế cácbon trong mactenxit và tạo các nitrit Fe4N, Fe2-3N ở
lớp bề mặt. Cácbon được phân phối lại trong miền phân chia. Sự phân chia Ni tơ và phân phối lại
cacbon là một hàm của thời gian và nhiệt độ thấm.


Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo lò thấm Ni tơ Plasma Quá trình phân ly dựa trên năng
lượng tự nhiên mạnh mẽ của luồng điện phát sáng tác động xung quanh bề mặt chi tiết. Đó còn gọi
là năng lượng Plasma. Nguồn Plasma Ni tơ gồm có các ion, các electron gốc và hoạt hoá. Sự tương
tác giữa Plasma và bề mặt rắn là sự kích thích, ion hoá, phân ly và gia tốc.

Trong quá trình thấm Ni tơ Plasma có hyđrô và Ni tơ nhưng không có xúc tác cho việc tạo
thành NH3 như trong thấm N2 thể khí thông thường. Các phần tử N2 cũng có thể được biến đổi
trong quá trình hoạt hoá.

b) Xung Plasma
Trong trạng thái Plasma các khí sẽ trở nên dẫn điện do sự ion hoá của các nguyên tử khí
[80,88]. Để đưa đến trạng thái ion hoá của các khí cần phải có một nguồn năng lượng thích hợp.
Khi áp suất khối khí lớn hơn 0,1 bar thì trạng thái Plasma chỉ xuất hiện khi nhiệt độ >
8000oK. Nếu áp suất khối khí giảm xuống còn khoảng 1 mbar thì Plasma có thể được tạo thành ở
nhiệt độ thấp hơn nhiều. Chính vì thế trong môi trường chân không Plasma có thể được phát ra ở
nhiệt độ thấp. Trong công nghệ thấm Ni tơ Plasma thì Plasma được sinh ra trong buồng chân không
giữa khoảng không gian của catốt (chi tiết) và anốt (tường lò). Dưới điện áp cao khoảng vài trăm
vôn khí được ion hoá trở thành dòng khí dẫn điện (Plasma). Mật độ dòng tăng khi điện áp tăng.
Thời gian tồn tại xung khoảng 50-100|u,s. Chu kì xung khoảng 100- 300^s, Hình 2.2, [3].


Hình 2.2. Mô tả xung Plasma
Tất cả các lò thấm công nghiệp hiện nay đều sử dụng xung Plasma. Nhưng chỉ có hãng
ELTROPUL sử dụng nguồn xung Plasma được tạo từ trước. Nó có nhiều ưu điểm như:

-

Tạo Plasma ổn định trong mọi trường hợp;

-

Thấm được những chi tiết có hình dạng hình học phức tạp;
Giảm nhiệt độ cung cấp cho quá trình thấm xuống thấp nhất;
Bề mặt được xử lý nhiều nhất.

c) Sự phân lớp
Lớp bề mặt được nitrit hoá sau khi thấm Ni tơ ion là sự kết hợp của các miền [72,73]. Một lớp
trắng mỏng, chắc chắn bên ngoài và miền khuếch tán bên trong. Phạm vi cấu trúc và độ đồng nhất
của lớp trắng và miền khuếch tán được điều chỉnh độc lập với nhau.
Lớp trắng mỏng là lớp liên kết của sắt và Ni tơ tạo các nitrit: Fe4N, Fe2-3N. Độ dày lớp này
lớn nhất là 20 |um.
Miền khuếch tán độ dày tới 0,8 mm. Trong đó Ni tơ xâm nhập vào mạng tinh thể của sắt và
kết hợp với các nguyên tố hợp kim Cr, Mo, Ti, Al, V...để tạo thành các nitrit đặc biệt. Những nitrit
đặc biệt này là những phần tử quan trọng để làm tăng độ cứng và chống mài mòn của thép hợp kim,
Hình 2.3.
d) Quá trình ELTROPUL
Quá trình ELTROPUL có các thông số được vi điều chỉnh và đánh giá trong suốt quá trình
nhiệt luyện để cho sản phẩm có tính chất tốt nhất [77,78,79]. Chi tiết được nung nóng trong thời
gian ngắn nhất, bởi sự bức xạ hay khí trơ trong chân không, với dòng đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng
bức. Sau khi được nung nóng đến nhiệt độ cần thiết và thấm Ni tơ, chi tiết được làm nguội một cách
tự động trong môi trường tự nhiên của buồng lò.


Chiêu sâu thâm - *
a) Quá trình khuếch tán b) Giản đồ cấu trúc bề mặtlớp thấm Hình 2.3. Quá trình
thấm Ni tơ Plasma
Lớp thấm gồm có lớp hỗn hợp (lớp trắng) và miền phân chia. Lớp trắng có thể có tổ chức
Nitrit ỵ(Fe4N) hoặc Nitrit £(Fe2-3N). Lớp ỵ chiều dày từ 28 |um, có tính mềm dễ uốn, chống mài
mòn tốt, chịu được ứng suất lớn do đó áp dụng cho những chi tiết chịu tải trọng động lớn. Lớp s dày
tới 20 |um có khả năng chống mài mòn, ăn mòn tốt, Hình 2.3, [77,78,79].
Các thông số công nghệ thấm

2.1.3

Các tính chất của lớp bề mặt (độ cứng, độ nhám, độ sạch), chiều sâu lớp thấm, tính chất lớp

thấm, độ cứng tế vi của vật liệu... chịu ảnh hưởng của các thông số đầu vào như điện áp - mật độ
dòng, thời gian thấm, nhiệt độ thấm, thành phần hỗn hợp khí và áp suất khí.

a) Điện áp, mật độ dòng ion
Điện áp cao (khoảng vài trăm vôn) là điều kiện để Plasma được sinh ra trong buồng chân
không giữa khoảng anốt và catốt [3,76].

Hình 2.4. Mối quan hệ giữa điện áp và mật độ dòng ion khí
1

- Vùng phóng điện phát sáng bình thường;

2

- Vùng phóng điện phát sáng không bình thường;

3

- Vùng chuyển đổi;

4

- Hồ quang.

Vùng làm việc là vùng xảy ra quá trình thấm Ni tơ Plasma chính là vùng 2 trên đồ thị. Đó là


vùng làm việc không bình thường. Khi điện áp tăng thì mật độ dòng ion khí cũng tăng. Đồng thời
điện áp và mật độ dòng cũng phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ của quá trình, áp suất môi
trường thấm và thành phần khí Ni tơ trong hỗn hợp khí, Hình 2.4.

b) Thời gian
Thời gian là thông số quan trọng ảnh hưởng quyết định tới chất lượng sản phẩm sau khi thấm.


Ở nhiệt độ nhất định, thời gian khuếch tán càng dài thì chiều sâu lớp thấm càng tăng. Quan hệ
giữa chúng tuân theo quy luật parabol, theo công thức (2.1), Hình 2.5, [72,73,76].
ổ = K4T

(2.1)

Trong đó:
ổ - Chiều dày lớp khuếch tán;
K - Hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào hệ số khuếch tán D;
X- Thời gian.

Hìnhthấy
2.5.thời
Mốigian
quanthấm
hệ giữa
Từ hình 2.4 cho
càng dài thì chiều sâu lớp thấm càng tăng nhưng tỷ lệ
tăng chiều sâu lớp thấm càng giảm. Nếu với mục đích nhiệt luyện để có chi tiết có chiều sâu lớp
thấm lớn thì biện pháp có hiệu quả là tăng nhiệt độ chứ không phải thời gian.
c) Nhiệt độ
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 [3,72,76].
Hệ số khuếch tán D tăng lên theo nhiệt độ theo biểu thức (2.2):
D = A.e-Q/RT
Trong đó:

D - Hệ số khuếch tán;
A - Hệ số phụ thuộc mạng tinh thể;
Q - Năng lượng hoạt hoá;

(2.2)
e - Cơ số logarit tự nhiên;
R - Hằng số khí;
T - Nhiệt độ thấm (0K).


Với hệ thống kim loại nhất định, các trị số A; Q cũng cố định nên D phụ thuộc vào nhiệt độ.
Nhiệt độ càng cao thì D tăng càng nhanh, Hình 2.6.
Hình 2.6. Mối quan hệ giữa D và T
d) Thành phần hỗn hợp khí
Hỗn hợp khí thấm Ni tơ Plasma chủ yếu được sử dụng là Ni tơ (N ) và Hydro (H2), [3,72,73].
2

Hydro ảnh hưởng đến sự hình thành của lớp nitrit, ngoài ra nó có tác dụng làm giảm tạp chất trên bề
mặt mẫu, bổ sung một lượng hỗn hơp khí H2 sẽ làm gia tăng nhiệt độ và năng lượng động trong
Plasma. Ni tơ khuếch tán vào chi tiết thấm chỉ khi nồng độ H cao với khí N tinh khiết. Sử dụng khí
2

2

Ni tơ tinh khiết sẽ hình thành một lớp dày hơn của các hợp chất do áp suất riêng phần nitrogen cao
hơn. Do đó lựa chọn thích hợp hỗn hợp khí, có thể sẽ tạo được các pha trong lớp thấm, Hình 2.7.
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.
Hình 2.7. Sự phân lớp từ lõi đến bề mặt vật liệu
Lõi

phụ thuộc vào thành phần khí

Lớp trắng Phần còn lại

Trường hợp 1: Thành phần Ni tơ trong hỗn hợp khí của quá trình từ 15%, không có lớp trắng;


Trường hợp 2: Thành phần Ni tơ trong hỗn hợp khí nạp vào từ 15-30%, có lớp trắng với tổ
chức hoàn toàn là y
Trường hợp 3: Thành phần Ni tơ từ 60-70%, mêtan từ 1-3%, có lớp trắng với tổ chức hoàn
toàn là s.
Lớp trắng mỏng có thể có tổ chức y hoặc tổ chức s, Hình 2.3.
Lớp trắng có tổ chức y mềm hơn và mỏng hơn lớp trắng với tổ chức s. Độ dày từ 0,1-0,4 |um.
Do rất mỏng nên khi chi tiết chịu lực lớn và va chạm mạnh lớp trắng đó sẽ không bị gãy vụn. Hơn
nữa nó sẽ dễ dàng mất đi để mạ, phủ sau khi thấm.
Lớp s không mềm như lớp y nhưng có khả năng chống mài mòn tốt hơn, có hệ số ma sát nhỏ
hơn. Độ dày lớp slớn hơn khoảng 0,2-0,4 |um và tăng khi thời gian thấm tăng. Do đó khả năng
chống ăn mòn tăng và có bị “xốp hơn” lớp có tổ chức y.
Độ dày lớp trắng có tổ chức y và s đều tăng khi tăng nhiệt độ thấm.Tuỳ theo mục đích sử
dụng vật liệu mà điều chỉnh thành phần của hỗn hợp khí cho thích hợp để lớp trắng của bề mặt chi
tiết sau khi thấm có tổ chức y hay s. Nếu chi tiết làm việc trong điều kiện chịu lực lớn, va chạm
mạnh hoặc được mạ, phủ sau khi thấm thì thành phần khí khi thấm có khoảng 15-30% N để lớp
2

trắng có tổ chức y Còn sử dụng hỗn hợp khí với tỷ lệ 60-70 % N2, 1-3 % CH4 để lớp trắng có tổ
chức s cho những chi tiết làm việc trong điều kiện bị ăn mòn lớn.
Bề mặt làm việc của bánh răng Hypoid cầu sau cần có độ cứng lớn, hệ số ma sát nhỏ và khả
năng chống mài mòn tốt nên tỉ lệ hỗn hợp khí thấm phù hợp sẽ là: 60-70% N2, 20-23% H2 còn lại
là các khí khác.

2.1.4

Ưu nhược điểm của phương pháp thấm Ni tơ Plasma

a) Ưu điểm của phương pháp thấm Ni tơ Plasma, [3,23,80,82,87]


-

-

Hệ thống thiết bị điều khiển tự động;

-

Chất lượng sản phẩm đồng đều;

-

Có thể thấm được các loại thép, gang, hợp kim;

Thời gian nung chi tiết ngắn, phân bố nhiệt đồng đều, tạo ra lớp bề mặt có thành phần, chiều dày và
độ cứng đáp ứng được yêu cầu;

-

Giảm thời gian thấm 2-5 lần, giảm lượng khí thấm 20-100 lần, giảm lượng điện tiêu thụ 1,5-3 lần so
với các phương pháp xử lý bề mặt khác;

-

Chi tiết sau thấm thay đổi không đáng kể về kích thước, hình dạng;

-

Đảm bảo an toàn cho người, thân thiện với môi trường.

b) Nhược điểm của phương pháp thấm Ni tơ Plasma, [3,23]
-

Thiết bị đắt tiền và phức tạp;

Người vận hành phải có kiến thức, hiểu biết về lý thuyết của phương pháp thấm và kỹ năng vận
hành thiết bị.

2.2 Đo kiểm tra bề mặt làm việc bánh răng Hypoid trong cầu sau ô tô
2.2.1

Đo độ nhám
Độ nhám bề mặt được đánh giá theo một trong hai thông số Ra và RZ. Sai lệch trung bình

số học Ra xác định bởi công thức (2.3), [11].
_

5 Ra

1
ịlh*)
„

d

n$|A|

^

Độ nhám bề mặt chi tiết có thể
tính toán và được quy định thành 14 cấp tại tiêu chuẩn Việt
(2.3)
NamChiều
TCVNcao
2511:
mấp1995.
mô trung bình R Z của prophin theo 10 điểm, xác định bởi công thức (2.4),

2.2.2

Đo độ cứng
[11].
Độ cứng biểu thị tính chất của bề mặt chi tiết, là khả năng chống mài mòn của vật liệu, độ

cứng càng cao tính chống mài mòn càng tốt. Ưu điểm