Nghiên cứu mài mòn các bánh răng hộp số xe tải nhẹ thiết kế chế tạo tại việt nam

....

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

Lê Văn Anh

NGHIÊN CỨU MÀI MÒN CÁC BÁNH RĂNG HỘP SỐ
XE TẢI NHẸ THIẾT KẾ CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2012


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

NGHIÊN CỨU MÀI MÒN CÁC BÁNH RĂNG HỘP SỐ
XE TẢI NHẸ THIẾT KẾ CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM

Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô máy kéo
Mã số : 62.52.35.01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS DƯ QUỐC THỊNH
2. TS. NGUYỄN THANH QUANG

HÀ NỘI - 2012

1

MỞ ĐẦU
Trong quá trình phát triển nền kinh tế đất nước và phục vụ đời sống xã hội,
việc vận chuyển hàng hố, hành khách có vai trị hết sức to lớn, vận chuyển bằng
ơ tơ có khả năng đáp ứng tốt hơn về nhiều mặt so với các phương tiện vận chuyển
khác do tính cơ động cao. Ơ tơ có thể đến được nhiều vùng, nhiều khu vực, địa
điểm mà các phương tiện vận chuyển khác khó có thể thực hiện được, bằng ơ tơ
có thể đưa đón khách đến tận nhà, giao hàng tận nơi tập kết, đưa hàng đến tận
chân cơng trình… với chi phí phù hợp nhu cầu của người sử dụng. Ngày nay, do
đô thị được mở rộng, phát triển mạnh, nhu cầu vận chuyển hành khách, hàng hoá
tăng, mật độ vận chuyển lớn. Do vậy, vận chuyển bằng ơ tơ lại càng có ưu thế lớn.
Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đã không
ngừng phát triển và đã khẳng định được vị thế của mình trong nền kinh tế đất
nước. Để thúc đẩy ngành công nghiệp ô tô phát triển, đáp ứng nhu cầu sử dụng,
Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tơ
đến năm 2010 và tầm nhìn đến năm 2020 theo hướng tăng tỉ lệ nội địa hố các sản
phẩm ơ tô lắp ráp, chế tạo trong nước.
Thực hiện mục tiêu nội địa hố của Chính phủ đề ra, một số cơ sở trong
nước đã và đang tiến hành nghiên cứu, thiết kế chế tạo các chi tiết, cụm tổng thành
ô tô. Việc kiểm nghiệm, đánh giá các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các sản phẩm
mới chế tạo là một trong những vấn đề đang được nhiều nhà khoa học quan tâm.
Tại Việt Nam tới thời điểm này chưa có nhà máy, hay cơ sản xuất nào chế
tạo hồn chỉnh cụm hộp số ô tô tải. Để sản xuất được hoàn chỉnh hộp số, sau chế
tạo cần phải được đánh giá với nhiều chỉ tiêu kỹ thuật khác nhau như: hiệu suất,
mức độ hao mòn các chi tiết bên trong của hộp số theo thời gian, độ bền lâu của
hộp số, độ rung ồn v.v.. Đề tài:“Nghiên cứu mài mòn các bánh răng hộp số xe tải
nhẹ thiết kế chế tạo tại Việt Nam” góp phần giải quyết các yêu cầu trên đây của

thực tiễn.


2
Mục đích nghiên cứu:
- Xác định lượng mịn theo khối lượng của các bánh răng hộp số dùng cho
xe tải nhẹ, làm cơ sở cho việc xác định độ bền lâu và chu kỳ bảo dưỡng, sửa chữa
hộp số ô tơ chế tạo trong nước.
- Xác định hệ số mịn k thực nghiệm để lựa chọn thông số đầu vào và hồn
thiện mơ hình lý thuyết khi tính tốn lượng mịn theo khối lượng của các bánh
răng hộp số ơ tô xe tải nhẹ thiết kế chế tạo tại Việt Nam.
Đối tượng, phạm vi nghiên cứu:
Luận án tập trung nghiên cứu mài mòn các bánh răng hộp số xe tải ba tấn
chế tạo tại Việt Nam, sản phẩm của đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà
nước, mã số KC.05.32.
Phạm vi nghiên cứu là xác định lượng mòn theo khối lượng của các bánh
răng hộp số ô tô theo thời gian, tốc độ và phụ tải.
Phương pháp nghiên cứu:
- Ứng dụng mơ hình tính tốn lượng mịn theo khối lượng của J.F. Archard
để thiết lập biểu thức xác định lượng mòn của các cặp bánh răng ăn khớp.
- Xác định hệ số mòn k thực nghiệm khi tiến hành thử hộp số trên băng thử
để lựa chọn thông số đầu vào và hồn thiện mơ hình lý thuyết tính tốn lượng mịn
bánh răng hộp số ơ tơ chế tạo trong nước.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
- Việc nghiên cứu mài mòn các bánh răng hộp số là một vấn đề mới, phức
tạp và có nhiều hướng nghiên cứu khác nhau. Luận án nghiên cứu ứng dụng mơ
hình J.F. Archard để thiết lập biểu thức xác định lượng mòn của các bánh răng
theo thời gian, tốc độ và phụ tải khi thay đổi các tay số của hộp số trên cơ sở xây
dựng và giải các phương trình xác định quãng đường ma sát và lực pháp tuyến
trên sườn răng.

- Các kết quả nghiên cứu của luận án có thể được sử dụng để đánh giá độ
bền lâu của các cặp bánh răng ăn khớp hộp số ô tô chế tạo tại Việt Nam.


3
Bố cục luận án:
♣ Mở đầu
♣ Chương 1: Tổng quan
♣ Chương 2: Cơ sở khoa học nghiên cứu mài mòn bánh răng hộp số ơ tơ
♣ Chương 3: Tính tốn lượng mịn các bánh răng trong hộp số ơtơ
♣ Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm
♣ Kết luận và kiến nghị
Luận án được hồn thành tại Bộ mơn ơ tơ và xe chuyên dụng, trường Đại
học Bách khoa Hà nội. Phòng thí nghiệm hộp số ơ tơ do nhóm nghiên cứu sinh
xây dựng tại trường Cao đẳng Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long. Sự hợp tác tạo điều
kiện về thiết bị xử lý mẫu dầu thí nghiệm của Viện Hố học Công nghiệp Việt
Nam. Trung tâm Phát triển Công nghệ ô tơ Việt Nam, nhà máy Ơ tơ MeKong Cổ
Loa hỗ trợ, tạo điều kiện sử dụng hộp số ô tô sản xuất tại Việt Nam, sản phẩm của
đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước, mã số KC.05.32 trong quá
trình nghiên cứu.


4

Chương 1
TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan ngành công nghiệp ô tô Việt Nam và
chương trình nội địa hố
Ngành cơng nghiệp ơ tơ Việt Nam được hình thành và phát triển từ những

năm 1990 với một số liên doanh có vốn đầu tư nước ngồi, năm 2000 Chính phủ
cho phép các doanh nghiệp đầu tư trong nước được thành lập doanh nghiệp sản
xuất, lắp ráp dịng xe bus, xe thơng dụng để phục vụ ngành kinh tế nước nhà.
Trong thời gian qua, cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước, ngành công
nghiệp sản xuất lắp ráp ô tô Việt Nam đã bổ sung tốt cho nhu cầu vận chuyển
hàng hoá và con người đi lại giữa các vùng trong cả nước.
Các Quyết định 175/2002/QĐ-TTg CP và 177/2004/QĐ-TTg CP đã đặt
nền móng cho sự phát triển ngành cơng nghiệp ơ tơ Việt Nam. Hơn 40 doanh
nghiệp đầu tư sản xuất lắp ráp ơ tơ trên tồn quốc đến nay đã đạt được những
thành tựu đáng kể, hàng năm sản xuất, lắp ráp trên 100.000 xe các loại, tiết kiệm
hàng tỉ USD nhập khẩu. Ngành công nghiệp ô tô ngày càng được khẳng định vị trí
quan trọng trong nền kinh tế nước nhà, được thể hiện rõ nét thông qua một số lĩnh
vực như: Giao thông đường bộ, công nghiệp sản xuất và tiêu thụ ơ tơ hàng năm.
Vai trị của ngành cơng nghiệp ơ tơ ln được khẳng định do đóng vai trò
then chốt trong ngành vận tải đường bộ, tỷ trọng vận tải giữa các loại đường:
Đường sắt, đường bộ, đường thuỷ, đường hàng không, được thể hiện thông qua
bảng 1.1 và 1.2.
Qua các bảng 1.1 và 1.2 cho thấy, vai trị giao thơng vận tải đường bộ là rất
to lớn so với vận tải đường sắt, đường sông, đường biển và đường hàng không,
hàng năm vận chuyển hàng triệu tấn hàng hoá và nhiều triệu lượt hành khách.
Theo dự báo, trong nhiều năm nữa ở Việt Nam cũng chưa có loại phương tiện giao
thơng đường bộ nào thay thế được vai trị vận tải bằng ơ tơ.


5
Bảng 1.1 Khối lượng hành khách vận chuyển phân theo ngành vận tải

Năm

Tổng số

Đường sắt

Đường bộ

Đường
sông

Đường
hàng
không

Triệu lượt người
2001

821,8

10,6

677,3

130,0

3,9

2002

878,5

10,8

727,7

135,6

4,4

2003

1076,0

11,6

931,3

128,6

4,5

2004

1202,9

12,9

1041,9

142,6

5,5

2005

1349,6

12,8

1173,4

156,9

6,5

2006

1493,8

11,6

1331,6

143,2

7,4

2007

1638,0

11,6

1473,0

144,5

8,9

2008

1793,5

11,3

1629,0

143,0

10,2

2009

1934,3

11,1

1761,0

151,3

10,9

Sơ bộ 2010

2194,3

11,6

2011,1

157,5

14,1

Nguồn: Niên giám thống kê năm 2010
Bảng 1.2 Khối lượng hàng hoá vận chuyển phân theo ngành vận tải
Tổng số

Đường sắt

Đường bộ

Đường
sơng

Đường
biển

Nghìn tấn
2001

252146,0

6456,7

164013,7

64793,5

16815,3

2002

292869,2

7051,9

192322,0

74931,5

18491,8

2003

347232,7

8385,0

225296,7

86012,7

27448,6

2004

403002,2

8873,6

264761,6

97936,8

31332,0

2005

460146,3

8786,6

298051,3

111145,9

42051,5

2006

513575,1

9153,2

338623,3

122984,4

42693,4

2007

596800,9

9050,0

403361,8

135282,8

48976,7

2008

653235,3

8481,1

455898,4

133027,9

55696,5

2009

715522,4

8247,5

513629,9

137714,5

55790,9

Sơ bộ 2010

802232,9

7980,2

585024,8

144324,8

64717,4

Nguồn: Niên giám thống kê năm 2010

6
Số lượng ô tô được sản xuất, lắp ráp và tiêu thụ hàng năm ở Việt Nam
được thể hiện trong bảng 1.3.
Bảng1.3 Số liệu tổng hợp ơ tơ trong tồn quốc qua các năm
2006

2007

2008

2009

2010

4/2011

Tổng số ô tô
đang lưu
hành

655753

786678

946601

1137933

1274084

1318856

Tổng số ô tô
sản xuất lắp
ráp mới

53867

104401

152509

136284

127454

44646

Tổng số ô tô
nhập khẩu

12619

29605

54758

79859

57359

20975

Nguồn: Cục Đăng kiểm Việt Nam
Quyết định số 186/2002/QĐ-TTg Thủ tướng Chính phủ ký ngày
26/12/2002 về phê duyệt Chiến lược phát triển ngành Cơ khí Việt Nam đến năm
2010, tầm nhìn tới 2020 đã chỉ rõ mục tiêu, định hướng cho cơ khí ô tô Việt Nam.
Với mục tiêu: Phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam trên cơ sở tiếp thu và
ứng dụng công nghệ tiên tiến của thế giới, kết hợp với khai thác, từng bước nâng
cao công nghệ và thiết bị hiện có, đáp ứng phần lớn nhu cầu thị trường ô tô trong
nước, hướng tới xuất khẩu ô tô và phụ tùng.
Qua những số liệu đã nghiên cứu cho thấy, giai đoạn 2000-2010 ngành
công nghiệp ô tô Việt Nam đã không ngừng phát triển và khẳng định được vị thế
của mình trong nền kinh tế nước nhà. Vấn đề nội địa hoá được xác định rõ ràng
đối với các sản phẩm cơ khí ơ tơ, chủ yếu được tập trung vào các loại xe thơng
dụng, trong đó sản phẩm đứng đầu là hộp số. Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế chế
tạo hộp số ô tô tải nhẹ tại Việt Nam là vấn đề có ý nghĩa thiết thực trong giai đoạn
hiện nay.

1.2 Tổng quan hộp số ô tô tải chế tạo tại Việt Nam
1.2.1 Một số vấn đề chế tạo hộp số ô tô tại Việt Nam
Năm 2006 trong chương trình khoa học cơng nghệ cấp nhà nước đã nghiên


7
cứu, thiết kế và chế tạo hoàn thiện hộp số cơ khí sử dụng cho xe tải nhẹ, có tải
trọng 3 tấn. Kết quả nghiên cứu này đã làm cơ sở cho việc chế tạo nội địa hoá các
chi tiết ơ tơ theo Chiến lược nội địa hố của Chính phủ. Một số vấn đề cơ bản của
chương trình nghiên cứu như sau:

* Mục tiêu: Thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo hộp số ô tô tải ba tấn,
đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng, đạt các chỉ tiêu kỹ thuật tương đương với chỉ tiêu
của một số nước trong khu vực.
* Thực hiện: Từng bước chế tạo linh kiện phấn đấu đạt 40% tỷ lệ nội địa
hoá hộp số, trong đó có các bánh răng và vỏ hộp số đã được nghiên cứu chế tạo
trong nước. Công nghệ chế tạo hộp số được triển khai gồm 12 quy trình, trong đó
có thử động lực học hộp số và thử bền. Tiêu chuẩn chất lượng hộp số được xác
nhận từ nhà sản xuất, cơ quan Đăng kiểm Việt Nam công nhận về xuất xứ sản
phẩm lắp ráp trong nước đủ điều kiện và tiêu chuẩn lắp lên xe.
* Vấn đề về cơng nghệ: Hồn thiện thiết kế có khả năng áp dụng
CAD/CAM trong gia công trên máy CNC; Công nghệ tạo phôi bánh răng, trục;
Công nghệ đúc vỏ mỏng; Công nghệ gia công trên máy CNC và nhiệt luyện; Cơng
nghệ lắp ráp trên dây chuyền chun dụng có thể lắp ráp theo loạt lớn; Công nghệ
kiểm tra các chỉ tiêu hộp số.
* Các bước công nghệ chế tạo chi tiết:
1. Quy trình cơng nghệ chế tạo: Trên cơ sở thiết kế, quy trình cơng nghệ
của hộp số xe tải nhẹ được chính xác hố, hồn thiện nhờ sử dụng những phần
mềm hiện đại, với những thông số xác thực để sản xuất và chế tạo trên các máy
chuyên dùng, tính tốn tối ưu hồn thiện thiết kế.
2. Về vật liệu: Đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật về độ bền, nhiệt luyện, điều
kiện gia công và phù hợp với khả năng cung cấp của thị trường trong nước, giá
thành hợp lý.
3. Tạo phơi: Hồn thiện rèn phơi bánh răng và đúc vỏ hộp số.
4. Kiểm tra phôi: Trước khi đưa đi cắt răng tạo hình trên máy CNC các
phơi được kiểm tra về mác thép, thành phần vật liệu, chất lượng phôi.


8
5. Gia công bánh răng: Ứng dụng công nghệ CAD/CAM để chế tạo gia
công các bánh răng.

6. Cà răng: Để đạt được cấp chính xác yêu cầu nhằm giảm độ ồn, tăng hiệu
suất của bộ truyền, sử dụng bước công nghệ cà răng sau khi gia công cắt răng,
trước khi nhiệt luyện.
7. Nhiệt luyện: Sử dụng hệ thống thiết bị nhiệt luyện điều khiển tự động,
ứng dụng phương pháp chống biến dạng với công nghệ mới.
8. Sửa kiểm tra bánh răng và cặp bánh răng: Việc sửa kiểm tra các bánh
răng sau nhiệt luyện được thực hiện đối với từng bánh răng và cặp răng trên các
dụng cụ chuyên dùng.
9. Thử tĩnh: Thực hiện trên máy thử tĩnh chuyên dùng, kiểm tra những cặp
bánh răng đạt tiêu chuẩn sẽ được đưa vào lắp ráp và thực hiện các công đoạn tiếp
theo.
10. Lắp ráp hộp số: Công nghệ lắp ráp hộp số sẽ được thực hiện trên băng
chuyền đồng bộ, chuyên dùng.
11. Thử nghiệm động: Đây là các thông số đánh giá chỉ tiêu kỹ thuật của
hộp số, quy trình cơng nghệ thử nghiệm được xây dựng để xác định các thông số
hiệu suất, ồn rung.
12. Thử nghiệm bền: Đây là các thông số đánh giá chỉ tiêu kỹ thuật và kinh
tế trong chế tạo hộp số. Thử nghiệm bền phá huỷ trên từng chi tiết và kiểm tra
theo tỷ lệ, đánh giá theo phương pháp thống kê đối với loạt sản phẩm. Thử nghiệm
bền lâu được thực hiện trên thiết bị riêng có sự ảnh hưởng của chế độ tải, được sử
dụng lý thuyết ma sát học, bôi trơn và lý thuyết về chẩn đoán để nghiên cứu. Tại
các dây chuyền chế tạo hộp số của những nhà máy lớn ở nước ngồi, bước cơng
nghệ thử nghiệm bền lâu là một bước cơng nghệ quan trọng của quy trình sản
xuất, đối với mỗi loạt sản phẩm hộp số sẽ được lấy xác suất theo tỷ lệ của loạt quy
định, không tháo ra mà được đặt lên bệ thử cho chạy theo chỉ số độ bền lâu tính
tốn và xác định bằng thực nghiệm độ mòn, đưa ra kết quả chẩn đốn đánh giá
chất lượng của sản phẩm trong q trình sản xuất.


9

Hộp số xe tải nhẹ sản xuất tại Việt Nam được đề tài nghiên cứu khoa học
cấp Nhà nước KC.05.32 thực hiện: Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng công nghệ
cơ khí chế tạo máy. Nghiên cứu sinh đã thực hiện chuyên đề: “Nghiên cứu mài
mòn của các bánh răng để đánh giá chỉ tiêu chất lượng của hộp số”.
1.2.2 Tổng quan hộp số xe tải nhẹ chế tạo tại Việt Nam
Hộp số ô tô tải nhẹ, tải trọng 3 tấn được thiết kế chế tạo tại Việt Nam, có 5
số tiến và một số lùi, phía trước có lắp hộp cấp số liền với hộp số, hộp cấp số gồm
hai cấp: Cấp nhanh và cấp chậm.
Tỉ số truyền hộp số ở các tay số như sau:
Cấp chậm: i1=11.4; i2= 6.72; i3= 3.82; i4 = 2.40; i5 = 1.56; iL = 11.94.
Cấp nhanh: i1= 7.31; i2= 4.31; i3= 2.45; i4= 1.58; i5= 1.00; iL= 7.66.
Trong hộp số sử dụng 9 cặp bánh răng nghiêng, dạng răng thân khai, luôn
luôn ăn khớp khi hộp số hoạt động, 7 ổ bi cầu được lắp ở các đầu trục để đỡ các
trục và các ổ bi kim được lắp trong các bánh răng quay lồng khơng trên trục, hộp
số chính có sử dụng hai bộ đồng tốc, một ống gài tốc độ và hộp cấp số có một ống
gài chuyển số cấp nhanh chậm.
Kết cấu bên trong hộp số xe tải 3 tấn chế tạo tại Việt Nam, hình 1.1.

Hình 1.1 Kết cấu bên trong hộp số xe tải 3 tấn
chế tạo tại Việt Nam


10
Q trình tính tốn thiết kế, chế tạo các chi tiết của hộp số xe tải 3 tấn trong
nước theo mẫu hộp số xe ô tô Zil-5301 của hãng AMO Zil Cộng hoà Liên Bang
Nga, với các yêu cầu kỹ thuật cụ thể về vật liệu chế tạo, điều kiện nhiệt luyện và
giới hạn mòn cho phép trong sử dụng. Vì vật liệu chế tạo các bánh răng của Nga là
thép hợp kim 25XΓT, nhiệt luyện thấm Ni tơ với chiều sâu 0.5 – 0.8 mm, bề mặt
sườn răng có độ cứng 61 – 66 HRC, độ cứng phần lõi 37 – 46 HRC. Chi tiết trục
được chế tạo bằng thép 25XΓM, thấm Ni tơ với chiều sâu 0.8 – 1.1 mm, bề mặt

sườn răng có độ cứng 58 – 61 HRC, độ cứng phần lõi 35 – 45 HRC. Các điều kiện
kỹ thuật này hiện tại ở Việt Nam chưa thể đáp ứng được: (1) Về tính kinh tế thì
loại vật liệu trên khơng phổ biến trên thị trường mà phải dùng mác SCr420H của
Nhật Bản (tương đương với mác thép 18XΓT) có chỉ tiêu độ bền thấp hơn; (2)
Theo điều kiện cơng nghệ thực tế thì các thiết bị trong nước không thể nhiệt luyện
đạt các yêu cầu của chính hãng được. Vì vậy, ta cần phải tính toán xác định thời
gian làm việc của các bánh răng, sao cho phù hợp với điều kiện cung cấp vật liệu
và điều kiện sử dụng hộp số.
Thành phần vật liệu chế tạo các cụm, chi tiết: bánh răng, ống gài số, càng
gạt, trục, ổ bi của hộp số xe tải 3 tấn chế tạo trong nước, bảng 1.4.
Bảng1.4 Thành phần vật liệu chế tạo các chi tiết của hộp số trong nước
TT

Tên chi
tiết

Vật
liệu

Fe %

Cu %

Cr %

Mn
%

Si %

S%

C%

Ni %

1

Bánh răng

18XΓT

97.25

0.158

1.152

0.856

0.199

0.013

0.204

0.055

2

Trục sơ
cấp

18XΓT

97.25

0.158

1.152

0.856

0.199

0.013

0.204

0.055

3

Trục
trung gian

18XΓT

97.25

0.158

1.152

0.856

0.199

0.013

0.204

0.055

4

Trục thứ
cấp

18XΓT

97.25

0.158

1.152

0.856

0.199

0.013

0.204

0.055

5

Ống gài
số

45

97.09

0.076

1.203

0.905

0.186

0.032

0.154

0.056

6

Moay ơ
ống gài số

45

97.09

0.076

1.203

0.905

0.186

0.032

0.154

0.056

7

Càng gạt
số

18XΓT

97.25

0.158

1.152

0.856

0.199

0.013

0.204

0.055

8

Trục trượt

45

97.09

0.076

1.203

0.905

0.186

0.032

0.154

0.056


11
gài số
9

Vỏ hộp số

GX 1532

94.02

---

---

1,3

1,2

0,15

3,2

---

10

Đĩa đồng
tốc

45

97.09

0.076

1.203

0.905

0.186

0.032

0.154

0.056

11

Chốt đồng
18XΓT

tốc

97.25

0.158

1.152

0.856

0.199

0.013

0.204

0.055

12

Vành
đồng tốc

Hợp
kim
đồng

68% Cu, 30.8%Zn và 1.2% Pb

13

Ống gài
đồng tốc

18XΓT

97.25

14

Các ổ bi

IIIX15

97.32 --96.52

0.158

1.152

0.856

0.199

0.013

0.204

0.055

1.451.60

0.250.45

0.150.35

--- 0.025

0.981.10

---

Hộp số Zil-5301 của hãng AMO Zil do Nga chế tạo đã sử dụng vật liệu chế
tạo các cụm chi tiết: bánh răng, ống gài số, càng gạt, trục, đồng tốc, ổ bi, vỏ hộp
số, bảng 1.5.
Bảng1.5 Vật liệu chế tạo các chi tiết hộp số Zil-5301 của Nga [55]
TT

Tên chi tiết

Vật liệu

1

Bánh răng

25XΓM và 25XΓT

2

Trục sơ cấp

25XΓM

3

Trục trung gian

25XΓM

4

Trục thứ cấp

25XΓM

5

Ống gài số

25XΓT

6

Moay ơ ống gài số

25XΓT

7

Càng gạt số

25XΓT

8

Trục trượt gài số

25XΓT

9

Vỏ hộp số

CЧ 18-36

10

Đĩa đồng tốc

25XΓT

11

Chốt đồng tốc

25XΓT

12

Vành đồng tốc

Các vành đồng tốc được làm bằng đồng thau

13

Ống gài đồng tốc

25XΓT

14

Các ổ bi

IIIX15


12
Đối với các bánh răng hộp số chế tạo trong nước, q trình tính tốn sức
bền truyền động bánh răng trụ thân khai của hộp khi thiết kế chế tạo theo tiêu
chuẩn Việt Nam, TCVN 4364 – 36. Việc đánh giá chỉ tiêu thời gian làm việc ổn
định (tuổi thọ) của các chi tiết trong hộp số, ta có thể xác định thông qua thực tế
sử dụng hoặc bằng thực nghiệm.
Hộp số chế tạo trong nước sử dụng dầu bôi trơn của hệ thống truyền lực xe
ô tô, loại dầu SAE với nhãn hiệu Gear oil SAE90, lượng dầu bôi trơn đầy đủ theo
mức quy định để hộp số khi làm việc là 7 lít.

1.3 Đặc trưng hư hỏng các chi tiết của hộp số xe tải nhẹ
Đối với hộp số ô tô tải nhẹ, đặc trưng hư hỏng các chi tiết được xác định
thơng qua q trình làm việc của các cơ cấu và bộ phận:

Nạng gài số: Nạng gài số rất mỏng phải chịu lực đẩy khi gài số, do vậy dễ
bị mòn và cong vênh khi ra vào số.
Cơ cấu định vị, khóa hãm: Sau thời gian dài sử dụng, các cơ cấu định vị
khóa hãm bị mịn, lị xo tỳ giảm tính đàn hồi, làm sai lệch vị trí lắp ráp có thể dẫn
tới hiện tượng tự nhảy số.
Bộ đồng tốc: Chi tiết quan trọng và hay hư hỏng trong đồng tốc là vành ma
sát, các chốt khóa và bề mặt khóa. Vành ma sát có nhiệm vụ truyền năng lượng
qn tính của ơ tơ qua phần bị gài sang phần gài hay ngược lại, năng lượng truyền
lớn lại hay làm việc, do vậy dễ bị mịn. Các chốt khóa và bề mặt khóa tạo nên cơ
cấu tự động khóa và mở khóa, ln phải làm việc trong điều kiện tải trọng lớn và
có khả năng di trượt, do vậy hay bị mòn hỏng.
Trục của hộp số: Đối với các trục của hộp số hư hỏng thường gặp là mịn
cổ trục chỗ lắp ống lót, làm tăng khe hở lắp ghép, phát sinh tiếng va đập khi hoạt
động. Trong hộp số ô tô các bánh răng thông thường được ghép trên trục qua mối
ghép then, then hoa. Các mối ghép then hoa trong quá trình sử dụng, khe hở này
cũng lớn dần lên do mòn theo thời gian nhưng với tốc độ rất chậm.


13
Ổ lăn: Trong quá trình sử dụng thường xảy ra hao mòn làm gia tăng khe hở
trong ổ. Khe hở hướng tâm của ổ lăn cho phép (0,006÷0,02)mm tùy theo đường
kính trục. Khe hở chiều trục cho phép (0,07÷0,12)mm đối với ổ đỡ,
(0,012÷0,03)mm đối với các ổ lăn cơn và (0,04÷0,1)mm đối với ổ chặn.
Bộ truyền bánh răng: Các bộ truyền bánh răng làm việc trong điều kiện tải
trọng tương đối lớn, không ổn định, sau một thời gian làm việc do hao mòn bề mặt
sườn răng, khe hở bên lớn lên tiếng ồn tăng và xuất hiện các tiếng gõ. Ngoài ra,
mặt đầu răng bị sứt, mẻ, sườn răng bị tróc rỗ do lực va đập hoặc chế độ tải quá
lớn. Khe hở bên cho phép của các bề mặt răng ăn khớp nằm trong giới hạn (0,1÷
0,4)mm tùy thuộc vào mơ đun răng từ (2÷8)mm và độ dịch chuyển đường tâm
trục nhỏ hơn 0,03 mô đun bánh răng.

Vỏ hộp số: Có một số dạng hỏng như: mịn lỗ lắp ổ bi do gia công chế tạo
lỗ chưa đúng tiêu chuẩn; bị rạn nứt, thủng trên vỏ hộp số do quá tải hoặc do bị va
đập.

a)

b)

c)

Hình 1.2 Dạng hư hỏng của bánh răng hộp số ô tô
a- Sứt mẻ răng; b- Mòn sườn răng; c- Vết rỗ trên sườn răng.
Nguyên nhân chủ yếu gây nên các dạng hư hỏng chi tiết trong hộp số ô tô
tải nhẹ, được chia ra làm 3 nhóm chính:
• Hư hỏng do hao mịn: mịn đều, mịn khơng đều sinh ra ơ van và độ côn,
các vết xước nhỏ và các vết xây xát. Dạng hư hỏng này có liên quan với ma sát.
• Hư hỏng do tác động cơ học: nứt, thủng, xước thành rãnh, tróc, gẫy. Biến
dạng lớn do tác động cơ học gây nên cong, vênh, xoắn.
• Hư hỏng do tác động hố nhiệt: ăn mịn, bị rỗ, bị biến dạng do nhiệt.


14
Một số dạng hỏng chi tiết hộp số ô tô và nguyên nhân, bảng 1.6.
Bảng 1.6 Dạng hỏng của các chi tiết hộp số ô tô
Dạng hỏng

Nguyên nhân

Trục lắp càng gạt số bị cong

Tác động cơ học

Trục lắp càng gạt số bị mòn lỏng

Hao mòn

Cơ cấu định vị số bị mịn kẹt

Hao mịn

Cơ cấu khố hãm bị mịn kẹt

Hao mịn

Càng gạt số bị mòn

Hao mòn

Càng gạt số bị cong, gãy

Tác động cơ học

Càng gạt số bị mòn lỏng

Hao mòn

Bộ đồng tốc bị kẹt trên trục

Hao mịn

Khố bộ đồng tốc mịn hỏng

Hao mòn

Mòn vẹt bề mặt ma sát của đồng tốc

Hao mịn

Răng của bánh răng bị sứt mẻ, hình 1.2a

Tác động cơ học

Bề mặt sườn răng bị mịn, hình 1.2b

Hao mịn

Bề mặt sườn răng bị tróc rỗ, hình 1.2c

Do hố nhiệt

Bánh răng bị gẫy răng

Tác động cơ học

Bánh răng bị rơ lỏng trên trục

Hao mòn

Bánh răng di trượt bị kẹt trên trục

Hao mòn

Mòn lệch một số bánh răng truyền lực

Hao mòn

Mòn lỏng các vịng bi

Hao mịn

Mịn lỏng các bạc lót

Hao mịn

Trục lắp các bánh răng bị mòn

Hao mòn

Trục lắp các bánh răng bị cong

Tác động cơ học

Mòn lỏng, lệch then hoa bộ đồng tốc

Hao mịn

Phớt chắn dầu bị mịn, lỏng

Hao mịn

Vít xả dầu mòn hỏng ren

Hao mòn

Vỏ hộp số bị nứt, thủng

Tác động cơ học

Mòn lỗ lắp ổ bi trên vỏ hộp số

Hao mòn


15
Thống kê nguyên nhân của các dạng hỏng ở bảng 1.6 cho thấy, có ba
ngun nhân chính dẫn đến dạng hỏng các chi tiết của hộp số. Trong đó, các
nguyên nhân do tác động cơ học và nhiệt dẫn đến chi tiết của hộp số bị cong, kẹt,
rạn, nứt, gẫy chiếm 26,92%, nguyên nhân do hao mòn các chi tiết trong hộp số
dẫn đến hỏng hộp số chiếm tỷ lệ cao 73,08%. Như vậy, hộp số ô tô tải nhẹ hư
hỏng chủ yếu là do các chi tiết bên trong hộp số bị hao mòn gây nên.
Đối với hộp số xe tải nhẹ được nghiên cứu thì chỉ có các bánh răng và vỏ
hộp số được thiết kế chế tạo trong nước. Khi nghiên cứu về dạng hỏng của bánh
răng trong hộp số xe tải nhẹ nói chung cho thấy: mòn bề mặt răng của các bánh
răng được coi là một trong bốn dạng hư hỏng chủ yếu ở các bánh răng hộp số, ba
dạng cịn lại là hỏng vì mỏi do uốn, hỏng vì mỏi do tiếp xúc và hỏng vì sự cào
xước bề mặt tiếp xúc. Tác động của độ mòn làm ảnh hưởng đến tuổi thọ làm việc
của bánh răng, ngoài tổn thất vật liệu trực tiếp làm giảm độ bền còn ảnh hưởng
đến chức năng truyền lực, đồng thời làm thay đổi đáng kể về các đặc điểm rung
động và tiếng ồn. Mòn bề mặt răng cũng có thể ảnh hưởng vết tiếp xúc khi ăn
khớp, có thể thay đổi sự phân bố các ứng suất và tải trọng, làm tăng nhanh sự xuất

hiện các dạng hư hỏng khác.
Mòn răng là dạng hỏng chủ yếu của hộp số trong điều kiện bơi trơn có lẫn
các hạt mòn (hạt kim loại bị mòn, hạt bụi lẫn trong dầu bơi trơn). Mịn làm cho
dạng răng bị thay đổi, tải trọng tăng lên, tiết diện của răng giảm xuống và cuối
cùng răng bị gẫy. Hiện nay chưa có phương pháp tính bánh răng về mịn, vì cường
độ mịn phụ thuộc vào nhiều nhân tố ngẫu nhiên rất khó xác định [8].
Tóm lại: Qua nghiên cứu các dạng hư hỏng hộp số và đặc trưng hư hỏng do
hao mòn các chi tiết trong hộp số ô tô theo thời gian, cho thấy: Hộp số bị hư hỏng
nguyên nhân chủ yếu là các chi tiết bên trong hộp số bị mài mòn do ma sát gây
nên. Khi sự mài mòn xảy ra nhiều thì tiếng ồn hộp số tăng lên, rung động nhiều
hơn, việc ra vào số kém chính xác, hiệu suất truyền lực bị giảm. Vì vậy, ta có thể
nghiên cứu mài mòn các chi tiết bánh răng trong hộp số ô tô (là các chi tiết chế
tạo trong nước) để đánh giá chất lượng của hộp số trong quá trình sử dụng.


16

1.4 Những cơng trình nghiên cứu về mài mịn
1.4.1 Trên thế giới
Nghiên cứu về sự tương tác giữa các bề mặt tiếp xúc có sự chuyển động
tương đối với nhau, đó là vấn đề vừa lý thuyết, vừa rất thực tiễn của cơ học bề mặt
tiếp xúc, nhiều nhà khoa học trên thế giới đã tiến hành nghiên cứu và phát triển
rộng rãi trên nhiều phương diện khác nhau. Ứng dụng những thành tựu khoa học
đó có thể nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ của máy móc trong quá trình sử dụng.
J. F. Archard, W. Hirst [28] nghiên cứu mài mòn cặp chi tiết ma sát theo lý
thuyết cơ phân tử, kết quả nghiên cứu cho rằng: Quá trình chủ yếu của mịn là sự
phá huỷ do mỏi của các lớp bề mặt khi bị biến dạng lặp nhiều lần, đồng thời cịn
xuất hiện sự dính tại bề mặt tiếp xúc khi cọ xát và di chuyển tương đối của các lớp
nhấp nhơ của bề mặt. Thể tích mịn được xác định thơng qua tải, độ cứng sau khi
tìm được hệ số mịn thực nghiệm của chi tiết ma sát.

A. Holfeld [21] nghiên cứu về mòn của các chi tiết có các bề mặt tiếp xúc
khơng bằng nhau đã đi đến kết luận rằng: Sự phân bố nhiệt giữa các chi tiết có vai
trị quyết định sự mịn, vật bị mòn nhanh hơn là vật quay nhanh hơn nên cần được
làm nguội nhiều hơn. Những giả thuyết nêu trên về sự phân bố mịn khơng đồng
đều giữa các chi tiết có bề mặt tiếp xúc khác nhau đều dựa trên các số liệu thí
nghiệm, nên khơng thể giải thích nguyên nhân của sự khác biệt về tốc độ mịn của
các chi tiết.
Cơng trình [42] Greenwood J. A, Minshall H, Tabor D nghiên cứu hình dạng,
tải và nhiệt độ tại bề mặt cổ trục ảnh hưởng đến tuổi thọ của bạc đỡ. Đã tiến hành
thử nghiệm trên bệ thử cho thấy độ khơng trịn của cổ biên bằng 0,012mm bắt đầu
xuất hiện sự tróc bạc lót cứ sau khoảng 25 giờ làm việc, khi giảm độ khơng trịn
xuống tới 0,006mm thì bạc lót bắt đầu xuất hiện tróc ít nhất là 200 giờ. Nếu tăng
mạnh áp lực, nhiệt độ tại chỗ tiếp xúc của cổ chính trục khuỷu sẽ làm giảm mạnh
tuổi thọ bạc lót, bạc đỡ. Nhóm Greenwood J. A, Minshall H, Tabor D còn nghiên
cứu mài mòn các chi tiết của trục truyền động máy kéo, bằng thực nghiệm đã
khẳng định: Khi tăng tải khoảng 10-20% tải sử dụng trung bình, sự rung động do


17
tăng tải cũng làm tăng đáng kể cường độ mòn. Bằng một loạt các quan sát đã xác
định sự tăng độ mòn trục, bạc của động cơ điêden làm việc với nhiên liệu có lưu
huỳnh khi lớp cách điện các dây dẫn thấp, nguyên nhân là điện trường của các
thiết bị điện bên ngoài làm tăng sự rỉ trục và bạc nằm trong vùng điện trường ấy
nên lúc đó tốc độ mịn tăng lên.
Trong cơng trình [50], J. A. William cho rằng mịn hạt mài của các chi tiết như
nhóm xi lanh, pittông gây ra chủ yếu do các hạt khoáng chất xâm nhập vào động
cơ bằng nhiều cách khác nhau. Các hạt bụi đi vào xi lanh cùng với khơng khí và
nhiên liệu, trước hết làm mịn phần trên của xi lanh, vịng găng khí và rãnh vịng
găng khí trên pittông. Một phần bụi dạng hạt đi vào xi lanh và sau đó đi vào dầu
bơi trơn trong các te, thực tế khơng gây mịn đối với bạc đỡ trục khuỷu, nhưng

dưới tác dụng của hạt bụi phân tán trong khơng khí đi vào các te động cơ gây
nhiễm bẩn dầu bôi trơn sẽ tạo nên điều kiện làm mòn bạc đỡ và cổ trục khuỷu của
động cơ.
Peter A. Engel [58] tiến hành nghiên cứu tiếp xúc trượt của vật liệu kim
loại với nhau, mức tải bình thường, vận tốc trượt trung bình, ở nhiệt độ 200c.
Nghiên cứu đã cho thấy lượng mòn của bề mặt tiếp xúc ma sát trên chi tiết tăng tỉ
lệ theo thời gian làm việc hoặc quãng đường trượt, hình 1.3.

Hình 1.3 Đồ thị mài mịn chi tiết ma sát theo thời gian
Q trình mòn được chia thành 3 giai đoạn:
Giai đoạn I: Mòn sơ khai, chủ yếu làm mịn những nhấp nhơ do q trình
gia cơng để lại trên chi tiết, tốc độ mòn trong giai đoạn này rất nhanh.
Giai đoạn II: Mòn ổn định, đây là thời gian làm việc chính của chi tiết ma





45
3

4

Các bánh
Bánh răng số 1
răng trên Chiều dày răng (đo ở độ cao
8.108 - 8.148
trục
5.935 mm)
trung

Bánh răng số 2
gian
Chiều dày răng (đo ở độ cao
6.034 - 6.074
4.526 mm)
Bánh răng số 3
Chiều dày răng (đo ở độ cao
5.341 - 5.381
3.523 mm)
Bánh răng số 4
Chiều dày răng (đo ở độ cao
5.347 - 5.387
3.563 mm)
Bánh răng liền trục
Chiều dày răng (đo ở độ cao
5.327 - 5.417
3.342 mm)
Bánh răng số lùi
Chiều dày răng (đo ở độ cao
7.462 - 7.250
4.871 mm)
Cụm trục
Bánh răng lớn
và bánh
Chiều dày răng (đo ở độ cao
5.576 - 5.616
răng số
2.188 mm)
lùi
Bánh răng nhỏ

Chiều dày răng (đo ở độ cao
8.115 - 8.155
5.893 mm)

7.90

5.90

5.140

5.140

5.12

7.520

5.450

8.080

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
- Luận án đã xây dựng phương pháp xác định lượng mòn của các bánh răng
trong hộp số ơ tơ. Lượng mịn của các bánh răng trong hộp số được xác định
theo mơ hình Archard phụ thuộc vào hệ số mòn vật liệu k, lực pháp tuyến trên
bề mặt ma sát F và quãng đường ma sát S.
- Đã xây dựng biểu thức tổng quát xác định lượng mịn theo khối lượng của
bánh răng hộp số ơ tơ là hàm của tốc độ vịng quay, thời gian làm việc và
lượng mòn của một răng trên bánh răng hộp số.

46

Chương 3
TÍNH TỐN LƯỢNG MỊN CÁC BÁNH RĂNG
TRONG HỘP SỐ Ơ TƠ

3.1 Mơ hình ăn khớp và lượng mịn của các bánh răng
trong hộp số
3.1.1 Mơ hình ăn khớp của các bánh răng trong hộp số
Khi hộp số làm việc, các bánh răng trong hộp số đều quay và ăn khớp với
nhau, dẫn đến hiện tượng ma sát và mài mòn trên bề mặt sườn răng. Tốc độ mòn
phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: vật liệu, công nghệ chế tạo, kết cấu, chất lượng
bề mặt, chế độ tải, chất lượng bơi trơn… trong đó chế độ tải có ảnh hưởng lớn đến
tốc độ mịn của chúng. Vì vậy, khi nghiên cứu tính tốn mịn các bánh răng trong
hộp số ơ tơ, luận án tập trung tính tốn xác định lượng mịn các bánh răng trong
điều kiện chịu tải.
Mơ hình truyền mô men trên các tay số của hộp số nghiên cứu được trình
bày trên hình 3.1. Thơng qua đường truyền mô men sẽ xác định được các bánh
răng cần tính mịn khi sử dụng các tay số khác nhau của hộp số. Đối với hộp số ô
tô nghiên cứu, đường truyền mô men trên các tay số cụ thể như sau:
* Tay số 1, cấp số nhanh: Ly hợp → trục cấp số T1 → trục sơ cấp T2 →
bánh răng Za5 → bánh răng Zb5 → trục trung gian T5 → bánh răng Zb1 → bánh
răng Za1 → Trục thứ cấp T3.
* Tay số 2, cấp số nhanh: Ly hợp → trục cấp số T1 → trục sơ cấp T2 →
bánh răng Za5 → bánh răng Zb5 → trục trung gian T5 → bánh răng Zb2 → bánh
răng Za2 → Trục thứ cấp T3.
* Tay số 3, cấp số nhanh: Ly hợp → trục cấp số T1 → trục sơ cấp T2 →
bánh răng Za5 → bánh răng Zb5 → trục trung gian T5 → bánh răng Zb3 → bánh
răng Za3 → Trục thứ cấp T3.

47

a)

b)

c)

d)

e)
Hình 3.1 Mơ hình truyền mơ men trên các tay số hộp số ô tô nghiên cứu
a- Tay số 1; b- Tay số 2; c- Tay số 3; d- Tay số 4; e- Tay số 5.