Luận án tiến sĩ kỹ thuật cơ khí Nghiên cứu xác định kích thước tối ưu theo lưu lượng của bơm Hypôgerôto

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƢƠNG CÔNG GIANG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH KÍCH THƢỚC TỐI ƢU
THEO LƢU LƢỢNG CỦA BƠM HYPÔGERÔTO

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Hà Nội – 2020

i


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƢƠNG CÔNG GIANG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH KÍCH THƢỚC TỐI ƢU
THEO LƢU LƢỢNG CỦA BƠM HYPÔGERÔTO
Ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 9520103

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. Nguyễn Hồng Thái
2. TS. Trịnh Đồng Tính

Hà Nội - 2020

ii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Tất cả các số liệu và kết
quả nghiên cứu điểm mới trong luận án là trung thực, chƣa từng đƣợc tác giả khác
công bố.

Hà Nội, ngày 28 tháng 02 năm 2020
Tập thể giáo viên hƣớng dẫn

Nghiên cứu sinh

Trƣơng Công Giang

i


LỜI CẢM ƠN
Luận án này đƣợc hoàn thành dƣới sự hƣớng dẫn của các thầy TS. Nguyễn Hồng
Thái, TS. Trịnh Đồng Tính cùng với những chỉ dẫn định hƣớng về mặt khoa học, sự
động viên của các thầy cô trong bộ môn luôn là động lực lớn giúp tác giả tin tƣởng
và say mê trong nghiên cứu. Qua đây, tác giả trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc
đối với các thầy giáo hƣớng dẫn và các thầy trong bộ môn đã tạo điều kiện thuận lợi
và tận tình giúp đỡ tác giả trong thời gian học tập và nghiên cứu.
Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn tới bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Viện Cơ
khí, phòng Đào tạo trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi và
tận tình giúp đỡ tác giả trong thời gian học tập và nghiên cứu.

Tác xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô khoa Cơ khí, trƣờng Cao đẳng kinh tế
- kỹ thuật Vĩnh Phúc đã tạo điều kiện và giúp đỡ tác giả trong suất thời gian học tập
và nghiên cứu.
Cuối cùng, tác giả xin đƣợc bày tỏ lỏng biết ơn đến gia đình luôn cảm thông,
động viên và giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu.
Tác giả luận án

ii


MỤC LỤC
Nội dung

Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................................
Error! Bookm
vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU .....................................................................................................
ỊError! Bookm
ix
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ..............................................................................
Error! Bookm
xi
LỜI MỞ ĐẦU .........................................................................................................................
xv
1. Tính cấp thiết của luận án ............................................................................................
xv
2. Mục tiêu của luận án .....................................................................................................
xvi
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của luận án ..........................................................

xvi
3.1. Đối tƣợng nghiên cứu của luận án..................................................................
xvi
3.2. Phạm vi nghiên cứu của luận án .....................................................................
xvi
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ................................................................
xvii
4.1 Ý nghĩa khoa học .............................................................................................
xvii
4.2. Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................................
xvii
5. Những đóng góp của luận án .......................................................................................
xvii
6. Phƣơng pháp nghiên cứu của luận án .........................................................................
xviii
7. Bố cục luận án ...............................................................................................................
xviii
Chƣơng 1 ...................................................................................................................................
Error! Bookm
1
TỔNG QUAN VỀ BƠM THỦY LỰC THỂ TÍCH BÁNH RĂNG XYCLÔÍT
1

ĂN KHỚP TRONG .................................................................................................................. Error! Bookm

1.1. Bơm thủy lực thể tích bánh răng xyclôít ăn khớp trong .......................................
1
1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động ................................................................................
2
1.2.1 Cấu tạo của bơm bánh răng xyclôít ..............................................................

2
1.2.2. Nguyên lý hoạt động của bơm bánh răng xyclôít .......................................
3
1.3. Lịch sử nghiên cứu và phát triển bơm....................................................................
5
1.3.1. Lịch sử nghiên cứu và phát triển bơm TLTT bánh răng ăn
5
khớp trong biên dạng xyclôít .......................................................................
1.3.2 Tổng hợp số lƣợng nghiên cứu trong các năm .............................................
10
1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về bơm TLTT bánh
11
răng ăn khớp trong biên dạng xyclôít ......................................................................
1.4.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc về bơm TLTT ........................................
11
1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc về bơm TLTT bánh răng ăn
20
khớp trong biên dạng xyclôít .......................................................................
Kết luận chƣơng 1 .............................................................................................................
21
Chƣơng 2 ...................................................................................................................................
Error! Bookm
25
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC ĐIỀU KIỆN HÌNH THÀNH CẶP BIÊN
25

DẠNG RÔTO THEO CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ ĐẶC TRƢNG ....................................... Error! Bookm

iii

2.1 Thiết lập phƣơng trình toán học mô tả biên dạng răng ..........................................
25
2.1.1 Phƣơng trình toán học mô tả biên dạng bánh răng ngoài .............................
25
2.1.2 Bán kính cong của biên dạng rôto ngoài ......................................................
29
2.1.3 Biên dạng rôto trong (bánh răng cung tròn) .................................................
31
2.1.4 Sự phù hợp trong quan hệ giá trị của các tham số thiết kế ...........................
32
2.2 Xác định điều kiện hình thành biên dạng cặp rôto của bơm
33
hypogerôto...................................................................................................................
2.2.1 Xác định miền giới hạn của thông số thiết kế đặc trƣng R1 .........................
33
2.2.2 Xác định miền giới hạn của thông số thiết kế đặc trƣng rcl..........................
37
2.2.3 Xác định miền giới hạn của thông số thiết kế đặc trƣng R...........................
37
2.3 Đƣờng ăn khớp ............................................................................................................
41
2.3.1 Thiết lập phƣơng trình đƣờng ăn khớp .........................................................
41
2.3.2 Bán kính ăn khớp ..........................................................................................
42
2.4 Hiện tƣợng trƣợt biên dạng........................................................................................
43
2.4.1 Vận tốc điểm ăn khớp...................................................................................
43

2.4.2 Đƣờng cong trƣợt .........................................................................................
46
2.5 Ảnh hƣởng của các thông số thiết kế đặc trƣng đến cac đƣờng
47
cong trƣợt dạng ...........................................................................................................
2.5.1 Khảo sát sự thay đổi biên dạng cặp rôto và đƣờng cong trƣợt
48
theo  ...........................................................................................................
2.5.2 Khảo sát sự thay đổi biên dạng cặp rôto và đƣờng cong trƣợt
49
theo c...........................................................................................................
2.5.3 Khảo sát sự thay đổi biên dạng cặp rôto và đƣờng cong trƣợt
50
khi  tăng c giảm ........................................................................................
2.5.4 Khảo sát sự thay đổi biên dạng cặp rôto và đƣờng cong trƣợt
52
khi c tăng  giảm .........................................................................................
2.6 Tối ƣu các kích thƣớc thiết kế đặc trƣng để cặp biên dạng đối tiếp mòn
54
đều xét về mặt động học ...............................................................................................

2.7 Xác các thông số chế tạo rôto theo các thông số thiết kế đặc trƣng
58
hình thành biên dạng cặp rôto cấu thành bơm hypôgerôto ...................................
2.7.1 Xác định thông số kích thƣớc rôto trong ......................................................
58
2.7.2 Xác định thông số kích thƣớc thiết kế rôto ngoài theo thông số
59
kích thƣớc đặc trƣng ....................................................................................
Kết luận chƣơng 2 .............................................................................................................

60
Chƣơng 3 ...................................................................................................................................
Error! Bookm
63
TỐI ƢU CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ ĐẶC TRƢNG THEO LƢU LƢỢNG.......................
Error! Bookm
63
3.1. Các khái niệm và định nghĩa về lƣu lƣợng .............................................................
63

iv


3.2 Thiết lập công thức tính lƣu lƣợng lý thuyết của bơm Hypôgerôto
64
theo đƣờng ăn khớp của cặp bánh răng cấu thành bơm ........................................
3.3 Thiết lập công thức xác định quy luật biến thiên thể tích khoang
71
bơm theo góc quay của trục dẫn động .....................................................................
3.3.1 Thiết lập phƣơng trình xác định miền diện tích khoang bơm
71
theo góc quay của trục dẫn động .................................................................
3.3.2 Đánh giá ảnh hƣởng của thông số R đến hiện tƣợng hụt hoặc
79
thừa lƣu lƣợng thiết kế so với lý thuyết ăn khớp.........................................
3.4 Thuật toán xác định bốn thông số thiết kế đặc trƣng {E, z1, R1, rcl}
81
theo lƣu lƣợng cho trƣớc ...........................................................................................
3.4.1 Sơ đồ thuật toán ............................................................................................
81

3.4.2 Ứng dụng thuật toán trong thiết kế bơm bôi trơn động cơ ...........................
83
3.5 Thuật toán xác định thông số R theo các kích thƣớc đặc trƣng {E,
83
z1, R1, rcl} nhằm thỏa mãn điều kiện lƣu lƣợng cho trƣớc .....................................
3.5.1 Sơ đồ thuật toán ............................................................................................
83
3.5.2 Ứng dụng thuật toán tìm R trong thiết kế biên dạng rôto của
84
bơm bôi trơn động cơ ..................................................................................
Kết luận chƣơng 3 .............................................................................................................
86
Chƣơng 4 ...................................................................................................................................
Error! Bookm
87
THÍ NGHIỆM KIỂM CHỨNG VÀ XÂY DỰNG ĐƢỜNG ĐẶC TÍNH CỦA
87

BƠM HYPÔGERÔTO ................................................................................................. Error! Bookm

4.1 Thiết kế chế tạo bơm bánh răng xyclôít ăn khớp trong (bơm
87
Hypôgerôto) .............................................................................................................. n
4.2 Thí nghiệm xác định lƣu lƣợng riêng của bơm .......................................................
88
4.3 Thí nghiệm xác định đƣờng đặc tính của bơm ........................................................
91
4.3.1 Sơ đồ thí nghiệm xác định đƣờng đặc tính ...................................................
91
4.3.2 Trình tự thí nghiệm xác định đƣờng đặc tính ...............................................

92
4.4 Thí nghiệm xác định dao động lƣu lƣợng của bơm ................................................
102
Kết luận chƣơng 4 .............................................................................................................
105
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................................
Error! Bookm
107
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ...........................................
Error! Bookm
109
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................................
Error! Bookm
110
PHỤ LỤC 1 ...............................................................................................................................
Error! Bookm
1
PHỤ LỤC 2 ..............................................................................................................................
Error! Bookm
12
PHỤ LỤC 3 ..............................................................................................................................
Error! Bookm
17
PHỤ LỤC 4 ..............................................................................................................................
Error! Bookm
30
PHỤ LỤC 5 ..............................................................................................................................
Error! Bookm
71

v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Đơn vị

Giải thích ý nghĩa

Bj

Tâm cung tròn đỉnh răng thứ j của bánh răng trong.

Kj

Điểm tiếp xúc của cặp răng thứ j (điểm ăn khớp).

P

Tâm vận tốc tức thời (tâm tích tĩnh).

i12

Tỷ số truyền từ rôto trong sang rôto ngoài.

1

rad/s

Vận tốc góc của rôto trong (bánh răng cung tròn).

2

rad/s

Vận tốc góc của rôto ngoài (bánh răng hypôxyclôít).

(i)

rad

(i)

rad

i

rad



rad


n

t

Góc quay của rôto ngoài so với giá (góc quay của

hệ quy chiếu 2 so với 3).
Góc hợp bởi phƣơng pháp tuyến nn và trục oy1.
Góc quay của rôto trong so với giá (góc quay của hệ
quy chiếu 1 so với 3).
Góc quay tƣơng đối của hai rôto (góc quay của hệ
quy chiếu 1 so với 2).
Véc tơ pháp tuyến của hai biên dạng đối tiếp.
Véc tơ tiếp tuyến của hai biên dạng đối tiếp.
Số răng của rôto trong và rôto ngoài.

z1, z2

Khoảng cách giữa hai tâm O1, O2 (khoảng cách

E

mm

r1, r2

mm

Bán kính đƣờng tròn tâm tích 1 và 2.

R1

mm

Bán kính đƣờng tròn đi qua tâm các cung tròn đỉnh
răng rôto trong.

R1min

mm

Giá trị nhỏ nhất của R1.

R1max

mm

Giá trị lớn nhất của R1.

rcl

mm

trục).

Bán kính đƣờng tròn con lăn (bán kính đỉnh răng
của rôto trong).

vi


rclmin

mm

Giá trị nhỏ nhất của rcl.

rclmax

mm

Giá trị lớn nhất của rcl.

R

mm

Rmin

mm

Giá trị nhỏ nhất của R.

Rmax

mm

Giá trị lớn nhất của R.

ghI

rad

Góc giới hạn làm việc của cung tròn đỉnh răng rôto
trong.

 ( i )

mm

Bán kính cong của biên dạng hypôxyclôít.

 K ( i )

mm

Bán kính ăn khớp.

VK1 j ( i )

mm/s

Vận tốc của điểm ăn khớp Kj trong chuyển động
tuyệt đối của rôto trong.

VK2 j ( i )

mm/s

Vận tốc của điểm ăn khớp Kj trong chuyển động
tuyệt đối của rôto ngoài.

j

Bán kính đƣờng tròn tiếp xúc giữa hai con lăn (bán
kính chân răng bánh răng trong).



Hệ số hypôxyclôít.

c

Hệ số đỉnh răng bánh răng trong.

Vtr1 2

mm/s

vận tốc trƣợt của bánh răng trong so với bánh răng
ngoài tại điểm tiếp xúc Kj.

Vtr2 1

mm/s

vận tốc trƣợt của bánh răng ngoài so với bánh răng
trong tại điểm tiếp xúc Kj.

1i ( i )

Hệ số trƣợt của bánh răng trong.

 2i ( i )

Hệ số trƣợt của bánh răng hypôxyclôít.

Rch1

mm

Bán kính đƣờng tròn chân răng rôto trong.

Rđ1

mm

Bán kính đƣờng tròn đỉnh răng rôto trong.

Rc1

mm

Bán kính đƣờng tròn chia của rôto trong.

t1

mm

Bƣớc răng rôto trong.

Rch2

mm

Bán kính đƣờng tròn chân răng rôto ngoài.

Rđ2

mm

Bán kính đƣờng tròn đỉnh răng rôto ngoài.

vii


Rc2

mm

Bán kính đƣờng tròn chia của rôto ngoài.

t2

mm

Bƣớc răng rôto ngoài.

b

mm

Chiều dày rôto.

q

ml

Lƣu lƣợng tức thời.

qz

ml

Lƣu lƣợng trung của một khoang bơm.

qv

ml/vòng

Lƣu lƣợng riêng của bơm.

Q

lít/phút

Lƣu lƣợng trung bình của bơm.

n

Vòng/phút

S jLT

cm2

Diện tích khoang bơm lý thuyết tính theo lý thuyết
ăn khớp.

S jGT

cm2

Diện tích khoang bơm tính theo phƣơng pháp giải
tích.

Qltak

lít/phút

Lƣu lƣợng trung bình lý thuyết của bơm tính theo
tính lý thuyết ăn khớp.

Qtk

lít/phút

Lƣu lƣợng thiết kế.

P

bar

Áp suất đầu ra của bơm.

Q

%

Hiệu suất thể tích của bơm.

QTN

lít/phút

VTBTN

cm3



Số vòng quay của rôto trong.

Lƣu lƣợng đo đầu ra của bơm.
Thể tích chất lỏng đầu ra của bơm trong thời gian t.
Hệ số dao động lƣu lƣợng.

Chữ viết tắt
TLTT
RT

Giải thích ỹ nghĩa
Thủy lực thể tích.
Rôto.

RTT

Rôto trong.

RTN

Rôto ngoài.

viii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Các nghiên cứu ngoài nƣớc về bơm TLTT bánh răng ăn khớp
trong biên dạng xyclôít trong các năm gần đây

6

Bảng 1.2 Các cứu trong nƣớc về bơm TLTT bánh răng ăn khớp trong
biên dạng xyclôít trong

10

Bảng 1.3 Dung sai chế tạo chi tiết

16

Bảng 2.1 Các bộ thông số kích thƣớc hình thành biên dạng bánh răng
hypôxyclôít.

29

Bảng 2.2 Kích thƣớc của các thông số hình thành cặp bánh răng
hypôxyclôít.

32

Bảng 2.3 Sự thay đổi bán kính chân răng Rch2 của rôto ngoài theo tham
số 
Bảng 2.4 Sự thay đổi bán kính chân răng Rch2 của rôto ngoài theo tham
số c
Bảng 2.5 Sự thay đổi bán kính chân răng Rch2 của rôto ngoài theo tham
số  và c
Bảng 2.6 Sự thay đổi bán kính chân răng Rch2 của rôto ngoài theo tham

48

49

51

số  và c

52

Bảng 2.7 Bảng xét dấu đối với hàm F(t).

55

Bảng 2.8 Thông số thiết kế đặc trƣng cặp bánh răng.

56

Bảng 2.9 Các thông số kích thƣớc thiết kế theo thông số thiết kế đặc
trƣng.

61

Bảng 3.1 Giá trị của các thông số hình thành cặp bánh răng hypôxyclôít

83

Bảng 3.2 Giá trị của các thông số thiết kế đặc trƣng {E, z1, R1, rcl}

82

Bảng 3.3 Kích thƣớc của các thông số thiết kế đăc trƣng {E, z1, R1, rcl}.

84

Bảng 4.1 Các thông số thiết kế chế tạo bơm mẫu.

87

Bảng 4.2 So sánh các kết quả đo với kết quả lý thuyết.

90

Bảng 4.3 Tổng hợp kết quả thí nghiệm sau xử lý dữ liệu đo khi thí
nghiệm với dầu cho SAE2 động cơ xe máy dung tích 110CC.

93

ix


Bảng 4.4 Tổng hợp kết quả thí nghiệm sau xử lý dữ liệu đo khi thí
nghiệm với dầu SAE3 cho động cơ xe máy dung tích 110CC.

94

Bảng 4.5 Tổng hợp hiệu suất của bơm động cơ xe máy dung tích 110CC
với hai loại dầu thí nghiệm

96

Bảng 4.6 Tổng hợp kết quả thí nghiệm sau xử lý dữ liệu đo khi thí
nghiệm với dầu cho SAE2 động cơ xe máy dung tích 125CC.

96

Bảng 4.7 Tổng hợp kết quả thí nghiệm sau xử lý dữ liệu đo khi thí
nghiệm với dầu cho SAE3 động cơ xe máy dung tích 125CC.

98

Bảng 4.8 Bảng tổng hợp hiệu suất của bơm động cơ xe máy dung tích
125CC với hai loại dầu thí nghiệm

99

Bảng 4.9 Tổng hợp kết quả thí nghiệm sau xử lý dữ liệu đo khi thí

nghiệm với dầu cho SAE2 động cơ D20- SZ1110.

99

Bảng 4.10 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm sau xử lý dữ liệu đo khi thí
nghiệm với dầu cho SAE3 động cơ D20 – SZ1110.

101

Bảng 4.11 Bảng tổng hợp hiệu suất của bơm động cơ D20-SZ1110 với
hai loại dầu thí nghiệm

102

x


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Tên hình

Trang

Hình 1.1 Bơm thủy lực thể tích bánh răng xyclôít ăn khớp trong của hệ
thống bôi trơn động cơ

1

Hình 1.2 Bơm Gerôto trong bộ truyền lực ô tô, xe máy

2

Hình 1.3 Bơm hypôgerôto dùng trong hệ thống bôi trơn động cơ xăng.

2

Hình 1.4 Cấu tạo của bơm bánh răng xyclôít.

3

Hình 1.5 Vỏ bơm dầu trong động cơ xe máy Honda air blade.

3

Hình 1.6 Bơm Gerôto.

3

Hình 1.7 Quá trình làm việc của bơm.

5

Hình 1.8 Tổng hợp các nghiên cứu về bơm TLTT bánh răng ăn khớp
trong biên dạng xyclôít 10 năm gần đây

11

Hình 1.9 Biên dạng của các cặp rôto

12

Hình 1.10 Cặp rôto sau khi cải tiến

13

Hình 1.11 Đồ thị lƣu dao động lƣu lƣợng theo số vòng quay

15

Hình 1.12 Khe hở cạnh răng theo góc quay của trục dẫn động

16

Hình 1.13 Cặp rôto với vật liệu phi kim loại

17

Hình 1.14 Mô đun phân tích và xác định lƣu lƣợng

18

Hình 1.15 Kết cấu bơm kép

18

Hình 1.16 Sự thay đổi khe hở giữa các cặp răng trong quá trình ăn khớp

19

Hình 2.1 Cặp biên dạng đối tiếp.

25

Hình 2.2 Biên dạng bánh răng hypôlôít tƣơng ứng với các bộ số liệu
bảng 2.1.

29

Hình 2.3 Sự thay đổi bán kính cong biên  ( i ) của biên dạng hypôxyclôít.

31

Hình 2.4 Biên dạng rôto trong.

31

Hình 2.5 Biên dạng cặp bánh răng hypôxyclôít.

33

Hình 2.6 Bán kính cong đỉnh răng, chân răng của rôto ngoài

34

Hình 2.7 Giới hạn làm việc của đỉnh răng rôto trong.

38

xi

Hình 2.8 Sự thay đổi cung tròn tiếp xúc theo góc quay i

39

Hình 2.9 Các cặp bánh răng hypôxyclôít.

40

Hình 2.10 Ăn khớp của 2 bánh răng khi chƣa xảy ra va chạm.

40

Hình 2.11 Các dạng đƣờng ăn khớp.

42

Hình 2.12 Đƣờng ăn khớp của cặp bánh răng hypôxyclôít.

42

Hình 2.13 Biến thiên  Kj ( i ) theo góc  i .

43

Hình 2.14 Quá trình ăn khớp của hai rôto.

43

Hình 2.15 Sơ đồ tính vận tốc trƣợt tại điểm ăn khớp K j .

44

Hình 2.16 Đồ thị biến thiên vận tốc của điểm ăn khớp K j .

45

Hình 2.17 Các đƣờng cong trƣợt.

47

Hình 2.18 Sự thay đổi của biên dạng cặp rôto theo .

48

Hình 2.19 Sự biến thiên đƣờng cong trƣợt theo 

49

Hình 2.20 Sự thay đổi của biên dạng cặp rôto theo c

50

Hình 2.21 Sự biến thiên đƣờng cong trƣợt theo c

50

Hình 2.22 Sự thay đổi của biên dạng cặp rôto theo , c

51

Hình 2.23 Sự biến thiên đƣờng cong trƣợt theo , c

52

Hình 2.24 Sự thay đổi của biên dạng cặp rôto theo , c

53

Hình 2.25 Sự biến thiên đƣờng cong trƣợt theo , c

53

Hình 2.26 Đƣờng cong trƣợt trƣớc khi hiệu chỉnh bán kính đỉnh răng rcl .

57

Hình 2.27 Giá trị cực trị của hàm F(t).

57

Hình 2.28 Các thông số chế tạo rôto trong.

58

Hình 2.29 Các thông số chế tạo rôto ngoài.

60

Hình 3.1 Bơm bánh răng xyclôít.

63

Hình 3.2 Sơ đồ mô tả cách tính S jLT ( i ) .

65

Hình 3.3 Mô hình tính S jT ( i ) .

66

Hình 3.4 Mô hình tính S jN ( i ) .

67

xii


Hình 3.5 Đồ thị q( i ) theo  i .

71

Hình 3.6 Diện tích khoang bơm S jGT ( i ) .

71

Hình 3.7 Sơ đồ mô tả cách tính miền diện tích S jGT (γi ) .

72

Hình 3.8 Sơ đồ tính diện miền diện tích S2 j ( i ) .

73

Hình 3.9 Sơ đồ tính S1j(γi ) .

74

Hình 3.10 Diện tích thành phần của S12j(γi ) .

75

Hình 3.11 Sơ đồ xác định miền diện tích S123j(γi ) .

75

Hình 3.12 Sơ đồ xác định miền diện tích S121j(γi ) .

76

Hình 3.13 Sơ đồ mô tả miền diện tích S122j .

77

Hình 3.14 Biến thiên diện tích khoang bơm trong bơm Hypôgerôto.

78

Hình 3.15 Biến thiên diện tích khoang bơm trong trƣờng hợp R = 2mm.

79

Hình 3.16 Biến thiên diện tích khoang bơm trong trƣờng hợp R =
2.5mm.
Hình 3.17 Biến thiên diện tích khoang bơm trong trƣờng hợp R =
3.5mm.

80

80

Hình 3.18 Thuật toán tối ƣu tìm các thông số thiết kế đặc trƣng theo lƣu
lƣợng Qtk cho trƣớc.

82

Hình 3.19 Sơ đồ thuật toán tìm thông số R theo {E, z1, R1, rcl, R} và lƣu
lƣợng.

85

Hình 4.1 Sơ đồ đo lƣu lƣợng bơm.

89

Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý đo lƣu lƣợng (Qđ), áp suất (P) bơm theo thời
gian (t).

92

Hình 4.3 Đƣờng đặc tính của bơm bôi trơn động cơ Honda 110CC khi

thí nghiệm với dầu bôi trơn SAE2.

94

Hình 4.4 Đƣờng đặc tính của bơm bôi trơn động cơ Honda 110CC khi
thí nghiệm với dầu bôi trơn SAE3.

95

Hình 4.5 Đƣờng đặc tính của bơm bôi trơn động cơ Honda 125CC khi

97

xiii


thí nghiệm với dầu bôi trơn SAE2.
Hình 4.6 Đƣờng đặc tính của bơm bôi trơn động cơ Honda 125CC khi
thí nghiệm với dầu bôi trơn SAE3.

98

Hình 4.7 Đƣờng đặc tính của bơm bôi trơn động cơ D20 khi thí nghiệm
với dầu bôi trơn SAE2.

100

Hình 4.8 Đƣờng đặc tính của bơm bôi trơn động cơ D20 khi thí nghiệm
với dầu bôi trơn SAE3.

101

Hình 4.9 Đồ thị dao động lƣu lƣợng tức thời.

103

Hình 1.10 Đồ thị dao động lƣu lƣợng tức thời bơm Honda 110CC

103

Hình 4.11 Hệ số dao động lƣu lƣợng theo độ nhớt động học của bơm
Honda 110CC

104

Hình 4.12 Đồ thị dao động đổi lƣu lƣợng tức thời bơm Honda 125CC

104

Hình 4.13 Hệ số dao động lƣu lƣợng theo độ nhớt động học của bơm
Honda 125CC

104

Hình 4.14 Đồ thị dao động đổi lƣu lƣợng tức thời bơm D20 – SZ1110

105

Hình 4.15 Hệ số dao động lƣu lƣợng theo độ nhớt động học của bơm
D20-SZ1110

105

xiv


LỜI MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Bơm thủy lực thể tích (TLTT) bánh răng ăn khớp trong có biên dạng là đƣờng
cong xyclôít lần đầu tiên đƣợc phát minh bởi F.Hill vào năm 1920 [1] hay còn đƣợc
gọi là bơm TLTT rôto với nguyên lý hoạt động đƣợc ví nhƣ động cơ Vanken. Dựa
trên nguyên lý hình thành biên dạng răng và đặc điểm ăn khớp của cặp bánh răng có
biên dạng là họ đƣờng cong xyclôít mà loại bơm này đƣợc phân thành hai loại đó
là: (i) Khi đƣờng cong xyclôít dùng làm biên dạng răng của cặp bánh răng (cặp
rôto) là đƣờng epixyclôít thì đƣợc gọi là bơm Gerôto; (ii) Khi đƣờng cong xyclôít
dùng làm biên dạng răng của cặp bánh răng (cặp rôto) là đƣờng cong hypôxyclôít
thì đƣợc gọi là bơm Hypôgerôto.
Trong quá trình phát triển gần một trăm năm qua loại bơm này đã đƣợc nghiên
cứu phát triển và ngày càng hoàn thiện cho các ứng dụng của hệ thống bôi trơn [2,
3], kết quả là đã có rất nhiều bằng phát minh sáng chế sau mỗi kết quả nghiên cứu
[4, 5]. Do đặc điểm kích thƣớc nhỏ gọn làm việc êm, không ồn và lƣu lƣợng lớn
hơn các loại bơm TLTT cùng kích thƣớc mà từ những năm 50 của thế kỷ trƣớc loại
bơm này đã đƣợc ứng dụng trong hệ thống bôi trơn của động cơ đốt trong. Do đó,
loại bơm này đƣợc nghiên cứu và phát triển cùng với sự phát triển của ngành công
nghiệp ôtô thế giới. Tuy nhiên, do thời gian đầu việc chế tạo rôto ngoài với vành
răng có biên dạng là đƣờng cong hypôxyclôít gặp rất nhiều khó khăn và giá thành
gia công chế tạo cao hơn rất nhiều so với cặp bánh răng có biên dạng epixyclôít,
nên hầu hết các nghiên cứu trƣớc đây tập trung vào hoàn thiện lý thuyết và ứng
dụng chủ yếu cho loại bơm bôi trơn Gerôto, còn loại bơm Hypôgerôto chỉ đƣợc
nhắc đến về mặt hình học trong sách lý thuyết bánh răng răng của Litvin vào những

năm 1950 [12]. Cho đến những năm cuối cùng của cuộc cách mạng công nghiệp lần
thứ 3 và bƣớc vào thời kỳ cách mạng công nghiệp 4.0 với sự phát triển của các máy
công cụ điều khiển số hiện đại cũng nhƣ xuất hiện các phƣơng pháp gia công mới,
dẫn đến việc gia công chế tạo bánh răng hypôxyclôít với vành răng trong trở lên
đơn giản và giá thành sản xuất hai loại bánh răng epixyclôít và hypôxyclôít là nhƣ
nhau. Điều đó dẫn đến loại bơm hypôgerôto bắt đầu đƣợc nghiên cứu trở lại trong
những năm gần đây (2009) [13].
Mặt khác, ngành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển với các mẫu xe ô tô hiện
đại theo xu thế tiết kiệm nhiên liệu tiêu thụ và việc bôi trơn tốt đóng vai trò quan
trọng trong xu thế này, có thể tiết kiệm từ 10 ÷ 15% lƣợng nhiên liệu tiêu thụ.
Chính vì vậy, đây là động lực cho việc lựa chọn đối tƣợng nghiên cứu của tác giả
xv


luận án là bơm Hypôgerôto với mục tiêu đặt ra là tối ƣu các thông số thiết kế đặc
trƣng của bơm theo lƣu lƣợng cho trƣớc.
2. Mục tiêu của luận án
Luận án đặt ra mục tiêu tối ƣu các tham số thiết kế đặc trƣng {R, rcl, R1} của bơm
bôi trơn hypôgerôto theo {E, z1} và lƣu lƣợng Q cho trƣớc nhằm giảm kích thƣớc
hƣớng kính thiết kế của bơm nhƣng vẫn đảm bảo lƣu lƣợng, áp suất và chất lƣợng
dòng chảy sau bơm. Để đạt đƣợc mục tiêu đề ra luận án phải giải quyết đƣợc các
vấn đề cụ thể chính nhƣ sau:
i)

Xác định đƣợc các điều kiện hình thành biên dạng bánh răng trong (rôto
trong) và bánh răng ngoài (rôto ngoài) nhằm đảm bảo lƣu lƣợng và áp suất
cũng nhƣ không xảy ra hiện tƣợng tồn đọng chất lỏng sau mỗi vòng quay gây
ra lực quán tính ly tâm có hại cho máy. Trên cơ sở đó xác định chính xác bán
kính chân răng bánh răng trong.

ii) Trên cơ sở phân tích động học đƣa ra điều kiện xác định bán kính đỉnh răng
bánh răng trong rcl nhằm đảm bảo điều kiện mòn đều hai biên dạng đối tiếp
theo tiêu chí động học và điều kiện bán kính chân răng R của rôto trong đảm
bảo không va chạm với rôto ngoài trong quá trình làm việc.
iii) Xây dựng thuật toán tối ƣu các tham số thiết kế đặc trƣng trên cơ sở các điều
kiện biên đƣa ra bởi luận án để đảm bảo kích thƣớc hƣớng kính nhỏ nhất mà
vẫn đáp ứng đƣợc lƣu lƣợng và áp suất cũng nhƣ chất lƣợng dòng chảy sau
bơm.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của luận án
3.1. Đối tƣợng nghiên cứu của luận án

Đối tƣợng nghiên cứu chung của luận án là các bơm thủy lực thể tích bánh răng
ăn khớp trong biên dạng xyclôít đƣợc ứng dụng phổ biến trong các hệ thống bôi
trơn. Trong đó, đối tƣợng cụ thể là loại bơm rôto kiểu bánh răng ăn khớp trong
Hypôgerôto, với rôto ngoài có biên dạng là đƣờng hypôxyclôít còn rôto trong có
biên dạng là các cung tròn lồi lõm, ứng dụng trong các hệ thống bôi trơn của động
cơ đốt trong.
3.2. Phạm vi nghiên cứu của luận án

Đối với các loại bơm bôi trơn trong động cơ đốt trong các thông số quan trọng là
lƣu lƣợng, áp suất, chất lƣợng dòng chảy của dòng chất lỏng sau bơm (dao động lưu
lượng và dao động áp suất). Do đó, phạm vi của luận án là tập trung vào việc tối ƣu

xvi


các thông số thiết kế đặc trƣng nhằm đảm bảo các thông số quan trọng trên và nâng
cao tuổi thọ của bơm thông qua điều kiện mòn đều của cặp bánh răng hypôxyclôít
hình thành các khoang hút và đẩy của bơm Hypôgerôto.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

4.1 Ý nghĩa khoa học

Các kết quả nghiên cứu của luận án nhƣ các điều kiện biên hình thành biên dạng
bánh răng, điều kiện tránh va chạm giữa rôto trong và rôto ngoài trong quá trình làm
việc, điều kiện mòn đều biên dạng cặp bánh răng theo tiêu chí động học, thuật toán
tối ƣu các tham số thiết kế theo lƣu lƣợng cho trƣớc có ý nghĩa quan trọng trong
việc phát triển và hoàn thiện lý thuyết thiết kế các loại bơm này trong các hệ thống
bôi trơn của động cơ đốt trong. Ngoài ra, các kết quả nghiên cứu của luận án cũng
góp phần đem lại những nhận thức mới về việc tối ƣu cũng nhƣ tính toán thiết kế
các loại bơm Hypôgerôto mà nhiều công trình nghiên cứu trƣớc đây chƣa đƣợc nhìn
nhận một cách đầy đủ.
4.2. Ý nghĩa thực tiễn

Các điều kiện biên đƣợc đƣa ra bởi luận án nhƣ: điều kiện hình thành biên dạng
răng, điều kiện mòn đều biên dạng răng theo tiêu chí động học, điều kiện để đẩy hết
dầu trong mỗi vòng quay, điều kiện tránh va chạm giữa rôto trong và rôto ngoài
v.v.. đã làm cho thuật toán tối ƣu đƣợc nhanh hơn, kết quả thiết kế chính xác hơn
mà không cần phải có các giải pháp phụ nhƣ rãnh hồi dầu cũng nhƣ góp phần nâng
cao tuổi thọ của bơm.
Kết quả bài toán tối ƣu của luận án đã thiết kế ra đƣợc một số bơm bôi trơn có
kích thƣớc nhỏ hơn mà vẫn đáp ứng đƣợc yêu cầu về lƣu lƣợng, áp suất và chất
lƣợng dòng chảy cũng nhƣ áp suất đầu ra của bơm. Do đó, các kết quả nghiên cứu
của luận án có ý nghĩa thực tiễn cao trong việc phát triển các loại bơm Hypôgerôto
trong các hệ thống bôi trơn nói chung và hệ thống bôi trơn của động cơ đốt trong
nói riêng.
5. Những đóng góp của luận án
Với mục tiêu đã đề ra luận án đã có những đóng góp chính cụ thể nhƣ sau:
i)

Về mặt lý thuyết thiết kế hình học luận án đã nghiên cứu tìm ra đƣợc các

điều kiện biên hình thành biên dạng cặp rôto của bơm Hypôgerôto nhằm giải
quyết triệt để các hiện tƣợng: nhọn đỉnh răng, cắt lẹm chân răng, giao thoa

xvii


đỉnh răng và cạnh răng, tránh va chạm, kẹt răng mà các nghiên cứu khác cho
đến thời điểm hiện tại chƣa giải quyết đƣợc triệt để.
ii) Đã tìm ra công thức tính chính xác bán kính đỉnh răng rôto trong nhằm đảm
bảo điều kiện mòn đều hai biên dạng đối tiếp theo tiêu chí động học nhằm
góp phần nâng cao tuổi thọ của bơm Hypôgerôto.
iii) Đƣa ra đƣợc thuật toán xác định chính xác bán kính chân răng bánh răng
trong nhằm đảm bảo bơm đƣợc thiết kế đúng với lƣu lƣợng cho trƣớc nhằm
đảm bảo không bị hụt lƣu lƣợng so với thiết kế mà cũng không bị thừa chất
lỏng có hại cho máy.
iv) Xây dựng đƣợc thuật toán tối ƣu các tham số thiết kế đặc trƣng theo lƣu
lƣợng cho trƣớc nhằm đảm bảo kích thƣớc nhỏ nhất.
6. Phƣơng pháp nghiên cứu của luận án
Để đạt đƣợc mục tiêu đề ra phƣơng pháp nghiên cứu của luận án là kết hợp giữa
nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm đo đạc trên thiết bị thí nghiệm để kiểm chứng
lý thuyết, cụ thể là:
i) Tìm hiểu phân tích tổng hợp các tài liệu khoa học, các công trình nghiên cứu
mới nhất về lĩnh vực bơm TLTT bánh răng ăn khớp trong (BRAKT) biên
dạng xyclôít. Để từ đó phân tích đánh giá ƣu nhƣợc điểm của các phƣơng
pháp nghiên cứu đã có, trên cơ sở đó kế thừa những tri thức hiện đại cập nhật
nhất của nhân loại về lĩnh vực lý thuyết ăn khớp của bánh răng xyclôít mà
luận án quan tâm để tiếp tục nghiên cứu, phát triển và hoàn thiện những vấn
đề còn tồn đọng chƣa giải quyết đƣợc hoặc chƣa đƣợc quan tâm trong lĩnh
vực bơm bôi trơn kiểu Hypôgerôto tính đến thời điểm hiện tại.
ii) Chế tạo mẫu bơm thử nghiệm theo kết quả nghiên cứu lý thuyết của luận án

và xây dựng phƣơng pháp đo. Từ đó tổ chức triển khai thí nghiệm để kiểm
chứng các kết quả nghiên cứu lý thuyết cũng nhƣ khảo sát đánh giá chất
lƣợng của bơm đƣợc chế tạo nhƣ: xây dựng đƣờng đặc tính, khảo sát dao
động lƣu lƣợng theo độ nhớt và tốc độ quay.
7. Bố cục luận án
Luận án đƣợc trình bày trong 4 chƣơng với nội dung cụ thể nhƣ sau:
Chương 1. Tổng quan về bơm thủy lực thể tích bánh răng xyclôít ăn khớp trong:

Trình bày tổng quan về quá trình phát triển của bơm thủy lực thể tích bánh răng ăn
khớp trong biên dạng xyclôít cũng nhƣ những ứng dụng của loại bơm này. Ngoài ra,

xviii


tổng hợp phân tích đánh giá các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về lĩnh vực
bơm bánh răng xyclôít ăn khớp trong, trên cơ sở đó xác định các nhiệm vụ nghiên
cứu của luận án.
Chương 2. Xác định điều kiện hình thành biên dạng cặp rôto: Trình bày về thiết

lập mô hình toán học, mô tả biên dạng răng của hai rôto (rôto trong và rôto ngoài).
Trên cơ sở đó xác định các điều kiện biên hình thành biên dạng rôto và hiện tƣợng
trƣợt biên dạng trong quá trình ăn khớp. Từ đó, xác định điều kiện để hai biên dạng
đối tiếp mòn đều theo tiêu chí động học nhằm góp phần nâng cao tuổi thọ của bơm.
Chương 3. Tối ưu các thông số thiết kế đặc trưng theo lưu lượng: Trình bày

phƣơng pháp thiết lập mô hình tính toán học xác định lƣu lƣợng của bơm. Từ đó kết
hợp với cơ sở lý luận đã đƣợc xây dựng ở chƣơng 2 để thiết lập giải thuật tối ƣu các
thông số kích thƣớc thiết kế theo lƣu lƣợng cho trƣớc nhằm đảm bảo kích thƣớc nhỏ
nhất.
Chương 4. Thí nghiệm kiểm chứng lưu lượng và xác định đường đặc tính của

bơm bánh răng hypôgerôto: Trình bày sơ đồ nguyên lý đo lƣu lƣợng, áp suất và các

kết quả thí nghiệm đo lƣu lƣợng, áp suất trên một số bơm mẫu đƣợc chế tạo theo kết
quả nghiên cứu của luận án. Từ đó bàn luận, thảo luận đánh giá kiểm chứng tính
chính xác của cơ sở lý luận và thuật toán mà luận án đã đƣa ra.
Kết luận và kiến nghị: Tóm tắt những kết quả đạt đƣợc và những đóng góp mới
của luận án, bàn luận về khả năng ứng dụng những kết quả nghiên cứu của luận án
vào thực tế cũng nhƣ kiến nghị hƣớng phát triển tiếp theo của luận án.

xix


Chƣơng 1
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC VỀ VỀ BƠM THỦY
LỰC THỂ TÍCH BÁNH RĂNG XYCLÔÍT ĂN KHỚP TRONG
Chương này tổng hợp, phân tích đánh giá các kết quả nghiên cứu trong
và ngoài nước về lĩnh vực bơm TLTT kiểu rôto ăn khớp trong có biên dạng
là họ đường cong xyclôít trên cơ sở đó chỉ ra:
1. Những thành tựu tri thức, hiểu biết đã đạt được của nhân loại đối với
bơm TLTT kiểu rôto ăn khớp trong biên dạng xyclôít về các lĩnh vực: (a)
lý thuyết thiết kế; (b) thực nghiệm; (c) ứng dụng, mang tính cập nhật
nhất đến thời điểm hiện tại.
2

Những tồn tại chưa được giải quyết hoặc lãng quên hay chưa được xét
đến khi nghiên cứu về loại bơm này. Trên cơ sở đó chỉ ra nhiệm vụ và
mục tiêu nghiên cứu của luận án.

1.1 Bơm thủy lực thể tích bánh răng xyclôít ăn khớp trong
Nhƣ đã trình bày trong phần mở đầu bơm bánh răng ăn khớp trong có biên dạng

xyclôít là loại máy thủy lực thể tích (TLTT) kiểu rôto (RT) đƣợc phát minh lần đầu
tiên bởi M. F. Hill vào năm 1920 cho đến nay vẫn đang đƣợc sử dụng phổ biến
trong các hệ thống bôi trơn và các hệ thống trợ lực của ôtô, xe máy hiện đại
(hình1.1, hình 1.2), cũng nhƣ các loại xe chuyên dụng trong lĩnh vực thi công
đƣờng bộ, các loại xe vận tải cỡ lớn và thiết bị khai thác trong hầm lò hoặc các dây
chuyền sản xuất hiện đại.

Hình 1.1 Bơm thủy lực thể tích bánh răng ăn khớp xyclôít
trong hệ thống bôi trơn động cơ đốt trong [2]
1


Bơm đƣợc hình thành trên cơ sở cặp
bánh răng xyclôít (epixyclôít và
hypôxyclôít) ăn khớp trong và thƣờng
đƣợc gọi là cặp rôto. Do đặc điểm ăn
khớp của cặp RT này là tất cả các răng
cùng tham gia ăn khớp, dẫn đến hình
thành các khoang hút và khoang đẩy đối
xứng qua đƣờng nối tâm của hai rôto. So
Hình 1. 2 Bơm Gerôto trong bộ
truyền lực ô tô, xe máy [3]
với các loại bơm thủy lực khác cùng
kích thƣớc loại bơm
này có ƣu điểm: kết
4
Rôto ngoài
cấu đơn giản, tuổi thọ
3
cao, làm việc ổn định,

2
lƣu lƣợng lớn hơn
1
nhƣng lại có nhƣợc
điểm áp suất thấp, do
Rôto trong
đó phù hợp với các hệ
thống bôi trơn làm
mát, đặc biệt là hệ Hình 1.3 Bơm hypôgerôto dùng trong hệ thống bôi trơn
động cơ xăng [30]
thống bôi trơn của
c n c
o on
on o
động cơ đốt trong. Mặt
khác, do biên dạng RT của bơm sử dụng họ đƣờng cong xyclôít nên loại bơm đƣợc
phân thành hai loại: (1) khi sử dụng đƣờng cong epixyclôít làm biên dạng răng của
RT thì đƣợc gọi là bơm Gerôto; (2) còn khi sử dụng đƣờng cong hypôxyclôít làm
biên dạng răng thì đƣợc gọi là bơm Hypôgerôto (hình 1.3). Tuy nhiên, trong các hệ
thống bôi trơn làm mát của các loại động đốt trong ở các thập niên qua thƣờng sử
dụng loại bơm Gerôto còn loại bơm Hypôgerôto mới chỉ đƣợc nghiện cứu và đƣa
vào ứng dụng trong những năm gần đây.
1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
1.2.1 Cấu tạo của bơm bánh răng xyclôít

Nhƣ đã trình bày ở trên về mặt cấu tạo thành phần chính của bơm là cặp RT biên
dạng xyclôít ăn khớp trong (xem hình 1.4). Nhƣ vậy, nếu RTT có biên dạng là các
cung tròn thì RTN có biên dạng là đƣờng hypôxyclôít kéo dài hình 1.4a (bơm
Hypôgerôto), còn nếu RTN có biên dạng là các cung tròn thì RTT có biên dạng là
đƣờng epixyclôít keo dài hình 1.4b (bơm gGerôto). Để tránh áp suất dầu quá cao

2


trong các khoang ở phía cửa đẩy gần với tâm ăn khớp trên vỏ bơm đƣợc thiết kế
thêm những rãnh dẫn hồi dầu trong thân bơm (hình 1.5b) nhằm làm giảm áp lực gia
tăng cục bộ tại khoang bơm gần tâm ăn khớp gây ra sóng va và biến tính dầu bôi
trơn.
đƣờng hypôxyclôít kéo dài

Rôto ngoài

Rôto ngoài

Cửa đẩy

đƣờng epixyclôít kéo dài
Cửa đẩy
Rôto trong

Rôto trong

Tâm ăn khớp

P

O2

O2 O1

P

O1

Cửa hút
Tâm ăn
khớp
Cung tròn

Cung tròn

Cửa hút
b) Bơm Gerôto

a) Hypôgerôto

Hình 1.4 Cấu tạo của bơm bánh răng xyclôít
Rãnh hồi dầu
trên thân bơm

cửa vào

cửa ra

a) Lắp bơm

b) Vỏ bơm

Hình 1.5 Vỏ bơm dầu trong động cơ xe máy Honda air blade
1.2.2 Nguyên lý hoạt động của bơm

bánh răng xyclôít

Cửa hút

Về mặt bản chất các khoang bơm
đƣợc hình thành trên cơ sở các khoảng
trống giữa các cặp răng đối tiếp trong
quá trình ăn khớp của cặp RT tạo nên sự
biến đổi thể tích của các khoang bơm ở
phía cửa hút và cửa đẩy (xem hình 1.6).

Cửa đẩy

Điểm ăn khớp

Rôto trong

Rôto ngoài
Vỏ bơm
Khoang bơm

Hình 1.6 bơm Gerôto [4]

Tại cửa hút các khoảng trống có xu hƣớng thể tích tăng dần theo chiều quay, dẫn
đến áp suất trong khoang bơm giảm so với áp suất ngoài mặt thoáng cửa hút, còn ở

3


cửa ra các khoang bơm có xu hƣớng thu hẹp dần thể tích theo chiều quay để tạo áp

lực đẩy. Quá trình hút và đẩy của bơm đƣợc mô tả trên hình 1.7 nhƣ sau:
Quá trình hút
Xét khoang bơm bất kỳ (khoang bơm đƣợc khoanh tròn) tại thời điểm RTT và
RTN ở vị trí điểm chuẩn đƣợc mô tả trên hình hình 1.7a.
Khi RTT quay với góc quay i làm RTN quay cùng chiều với góc quay (i)
tƣơng ứng với tỷ số truyền i12 

z2
của cặp RT. Khi đó, thể tích khoang khảo sát
z1

tăng dần, đồng thời áp suất giảm dần, quá trình hút bắt đầu dầu từ cửa hút tràn vào
khoang khảo sát. Nếu RTT tiếp tục quay thể tích của khoang bơm khảo sát tăng lên,
đồng thời áp suất càng giảm, tạo áp lực hút dầu từ ngoài cửa hút vào trong các
khoang hút, lƣợng dầu tràn vào khoang khảo sát tăng lên. Cùng lúc này khoang kế
tiếp với khoang khảo sát lại vào cửa hút và bắt đầu quá trình hút nhƣ đƣợc mô tả
trên hình 1.7b, c. Khi bắt đầu đi qua vị trí cửa hút khoang khảo sát có thể tích Vmax
trƣớc khi sang cửa đẩy và đƣợc mô tả ở hình 1.7d (đây là khoang đóng kín).
Quá trình đẩy
Sau khi khoang khảo sát đạt thể tích Vmax, bơm bắt đầu quá trình đẩy (quá trình xả),
thể tích khoang khảo sát giảm dần, tạo áp suất đẩy dầu từ khoang khảo sát vào cửa
đẩy, thực hiện quá trình đẩy (hình 1.7e, hìn 1.7f). Trong khoảng thời gian này
khoang kế tiếp khoang khảo sát đang có lƣợng dầu lớn nhất và chuẩn bị đi vào quá
trình đẩy.
RTT tiếp tục quay, thể tích khoang khảo sát giảm dần về Vmin (hình 1.7g), đẩy
toàn bộ dầu trong khoang khảo sát ra cửa đẩy. Kết thúc quá trình đẩy, dầu đƣợc đẩy
hết ra khỏi khoang khảo sát quay về vị trí ban đầu, bắt đầu thực hiện 1 chu kì mới
(hình 1.7h) của chu trình làm việc
Trong khi khoang khảo sát thực hiện chu kì hút/đẩy của mình, thì đồng thời các
khoang khác của bơm cũng liên tục thực hiện chu kì hút/đẩy của nó, tạo ra chu kì

hút đẩy liên tục của bơm. Nếu gọi z1, z2 lần lƣợt là số răng của RTT và RTN, với z2
= z1 + 1 thì sau 1 vòng quay bơm thực hiện z1 lần hút/đẩy, lƣu lƣợng dầu mà bơm
thực hiện trong một vòng là qv =z1Vmax.
Nhƣ vậy, bơm bánh răng xyclôít ăn khớp trong kiểu RT là một loại bơm thủy lực
thể tích có cấu tạo đơn giản, kích thƣớc của bơm nhỏ. Ngoài ra, do số răng ít nên
lƣu lƣợng sau mỗi vòng quay lớn. Vì vậy, mà loại bơm này rất thích hợp sử dụng
trong các máy có giới hạn về kích thƣớc, đặc biệt là động cơ đốt trong.

4