Thiết kế chế tạo bơm hypôgêrôto trong hệ thống bôi trơn động cơ ô tô hyundai tucson 2 0

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

TRƢƠNG AN DUY

THIẾT KẾ CHẾ TẠO BƠM HYPÔGÊRÔTO TRONG HỆ THỐNG
BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ Ô TÔ HYUNDAI – TUCSON 2.0

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

Hà Nội - Năm 2018


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

TRƢƠNG AN DUY

THIẾT KẾ CHẾ TẠO BƠM HYPÔGÊRÔTO TRONG HỆ THỐNG
BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ Ô TÔ HYUNDAI – TUCSON 2.0

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ Điện Tử

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN HỒNG THÁI

Hà Nội - Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các nội dung đƣợc trình bày trong luận văn này là kết quả nghiên
cứu của bản thân tơi, khơng có sự sao chép của bất cứ tác giả nào. Tôi xin tự chịu
trách nhiệm về lời cam đoan của mình.

Tác giả

Trƣơng An Duy

1


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 10
I. ĐẶT VẤN ĐỀ ......................................................................................................... 10
II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN .................................................. 10
III. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN .................................................... 11
IV. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN ........................... 11
V. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN .......................................... 11
VI. NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN ........................................................................... 11
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ BƠM THỦY LỰC THỂ TÍCH ĂN KHỚP
TRONG ......................................................................................................................... 13
1.1.

Giới thiệu về bơm thủy lực thể tích biên dạng cycloid ăn khớp trong ............. 13

1.2.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm bánh răng cycloid ........................... 14

1.3.

Một số loại bơm bánh răng cycloid trong thƣơng mại ..................................... 22

1.4.

Một số nghiên cứu trong nƣớc và thế giới về bơm hypogerotor ...................... 31

1.5.

Hệ thống bôi trơn trên động cơ ô tô ................................................................. 32

KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ........................................................................................... 35
Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ BƠM THỦY LỰC THỂ TÍCH
BÁNH RĂNG ĂN KHỚP TRONG HYPOCYCLOID ............................................. 36
2.1.

Đặt vấn đề ......................................................................................................... 36

2.2.

Mô hình tốn biên dạng bánh răng ................................................................... 36

2.3.

Điều kiện hình thành biên dạng răng ................................................................ 42

2.4.

Đƣờng ăn khớp ................................................................................................. 43

2.5.

Hiện tƣợng trƣợt biên dạng .............................................................................. 46

2.6.

Xác định lƣu lƣợng ........................................................................................... 49

KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ........................................................................................... 53
Chƣơng 3. QUY TRÌNH XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ ĐẶC
TRƢNG CỦA BƠM HYPOCYCLOID KHI CHUYỂN ĐỔI BƠM BÔI TRƠN
ĐỘNG CƠ HYUNDAI – TUCSON ............................................................................ 54
3.1.

Đặt vấn đề ......................................................................................................... 54

3.2.

Nguyên lý hình thành biên dạng bánh răng thân khai cải tiến ......................... 55

3.3.

Lƣu lƣợng của bơm bánh răng thân khai cải tiến. ............................................ 62

2

3.4.

Đo thực nghiệm bơm bánh răng thân khai cải tiến........................................... 63

3.5.

Thiết kế chuyển đổi .......................................................................................... 66

KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 ........................................................................................... 83
Chƣơng 4. CHẾ TẠO THỰC NGHIỆM ................................................................... 84
4.1.

Mô tả bản thiết kế ............................................................................................. 84

4.2.

Q trình gia cơng cặp bánh răng bơm hypocycloid ........................................ 86

4.3.

Đo thực nghiệm bơm mới ............................................................................... 103

KẾT LUẬN CỦA LUẬN VĂN ................................................................................. 104
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 105

3

Danh mục các ký hiệu và các ký tự viết tắt
Ký hiệu

Đơn vị

Nội dung, ý nghĩa
Đƣờng trịn tâm tích sinh di động với bán kính r1 , lăn

1

khơng trƣợt phía trong đƣờng tròn  2 , với r1  r2 .
Đƣờng trịn tâm tích sinh cố định với bán kính r2 .

2

1{O1x1y1}

Hệ quy chiếu gắn trên 1

2{O2x2y2}

Hệ quy chiếu gắn trên  2
Hệ quy chiều gắn trên đoạn nối tâm O1O2 (trục vào của

3{O3x3y3}

1i
 2i

bộ truyền).

Hệ số trƣợt giữa đỉnh răng bánh răng trong với chân
răng của bánh răng ngoài.
Hệ số trƣợt giữa chân răng của bánh răng trong với đỉnh
răng của bánh răng ngoài.
Độ lệch tâm giữa hai đƣờng tròn 1 và  2 với độ lệch
tâm E = r2  r1 .

E

mm

i

0

Góc quay của bánh răng ngồi so với giá cố định.

i

0

Góc quay của bánh răng trong so với giá cố định (góc
quay của trục dẫn động).



0

Góc quay của 1 so với 2

i

Góc tạo bởi trục O1x1 và pháp tuyến chung nn’.
Góc tạo bởi bán kính ăn khớp O2K với pháp tuyến tại
điểm ăn khớp nn’.
Góc tạo bởi bán kính ăn khớp O1K với pháp tuyến tại
điểm ăn khớp nn’.

2i ( i )
1i ( i )
M

Điểm khảo sát nằm trên đƣờng tròn 1 .

P

Điểm tiếp xúc tức thời giữa 1 và  2 .

z1

Số răng bánh răng trong.

z2
R1
rcl

Số răng bánh răng ngồi.
Bán kính đƣờng trịn đi qua tâm các con lăn
Bán kính đƣờng trịn các con lăn

mm
mm

4


R
i
Q
b
Si

Ki ( i )

Bán kính cung trịn tiếp xúc với 2 con lăn liên tiếp tạo
mm
nên biên dạng cánh bơm của bơm Gerotor biên dạng
Hypocycloid
Tỷ số truyền của bơm
Lƣu lƣợng lý thuyết của bơm Gerotor biên dạng
mm3/vòng
Hypocycloid
mm
Chiều dày của cánh bơm
2
mm
Diện tích các khoang bơm.
mm

Bán kính ăn khớp

qi ( i )

Lƣu lƣợng tức thời của bơm.

qz ( i )

Lƣu lƣợng trung bình của một khoang bơm.

n

vg/s

Tốc độ động cơ lắp bơm

5


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
STT

Nội dung

Trang

Hình 1.1

Bơm epicycloid trong hệ thống bôi trơn làm mát động cơ ô

13

Hình 1.2

Bơm
tô Gerotor với biên dạng bánh răng họ cycloid

14

Hình 1.3

Cấu tạo của bơm bánh răng cycloid

15

Hình 1.4

Rãnh dẫn dầu trên nắp bơm

15

Hình 1.5

Bơm ở vị trí ban đầu

16

Hình 1.6

Bơm ở vị trí hút dầu

17

Hình 1.7

Thể tích khoang khảo sát tiếp tục tăng

17

Hình 1.8

Khoang khảo sát có Vmax

18

Hình 1.9

Khoang khảo sát bắt đầu quá trình đẩy

19

Hình 1.10

Khoang khảo sát giảm dần thể tích

19

Hình 1.11

Khoang khảo sát có Vmin

20

Hình 1.12

Bơm ở vị trí ban đầu

20

Hình 1.13

Khoang bơm có thể tích lớn nhất

21

Hình 1.14

Bơm bánh răng series 1SP-A của hãng Galtech

22

Hình 1.15

Bơm bánh răng series P16 của hãng Parker

23

Hình 1.16

Bơm bánh răng Gerotor GR-0 của hãng Viking

25

Hình 1.17

Bơm H-series Gerotor của hãng Eaton

26

Hình 1.18

Bơm bánh răng trong PGZ của hãng Rexroth

28

Hình 1.19

Cấu tạo bơm bánh răng PGZ

29

Hình 1.20

Bơm thủy lực hypogerotor trong hệ thống bơi trơn động cơ ơ

32

tơ
Hình 1.21

Sơ đồ hệ thống bơi trơn trên động cơ ơ tơ

33

Hình 1.22

Ảnh chụp bơm dầu bôi trơn trên động cơ Hyundai Tucson

34

2.0 phiên bản 2009
Hình 2.1

Đƣờng hypocycloid

36

Hình 2.2

Biên dạng hypocycloid của bánh răng ngoài

39

6


Hình 2.3

Cặp bánh răng hypocycloid

40

Hình 2.4

Các cặp bánh răng hypocycloid theo bộ số liệu bảng 2.1

41

Hình 2.5

Các hiện tƣợng xảy ra trên biên dạng của bánh răng

42

hypocycloid
Hình 2.6

Các dạng đƣờng ăn khớp

43

Hình 2.7

Sơ đồ thiết lập mơ hình tốn học của đƣờng ăn khớp

44

Hình 2.8

Đƣờng ăn khớp của cặp bánh răng hypocycloid ăn khớp

45

Hình 2.9

Sơ
đồ tính vận tốc trƣợt tại điểm ăn khớp K
trong

46

Hình 2.10

Đƣờng cong trƣợt

48

Hình 2.11

Sơ đồ thiết lập biểu thức tính bán kính ăn khớp

50

Hình 2.12

Đồ thị sự biến thiên của  K  i  theo  i

51

Hình 2.13

Sơ đồ xác định biểu thức tính lƣu lƣợng tức thời của một

51

Hình 2.14

khoang bơm
Đồ thị biến thiên qi   i 

52

Hình 3.1

Bơm động cơ ơ tơ Hyundai

54

Hình 3.2

Khoang lớn nhất và nhỏ nhất

54

Hình 3.3

Các hệ tọa độ trong thiết lập phƣơng trình biên dạng bánh

56

i

răng bơm thân khai cải tiến
Hình 3.4

Sơ đồ thiết lập phƣơng trình biên dạng bánh răng ngồi

56

Hình 3.5

Hình bao của biên dạng bánh răng ngồi

59

Hình 3.6

Hình bao của biên dạng bánh răng ngồi, đoạn D2E2, E2F2,

60

F2G2
Hình 3.7

Các điểm tiếp xúc khi khoang chứa đạt thể tích tối đa

61

Hình 3.8

Thể tích khoang lớn nhất và nhỏ nhất của bơm

62

Hình 3.9

Sơ đồ đo lƣu lƣợng

64

Hình 3.10

Diện tích của khoang bơm

66

Hình 3.11

Diện tích S1

66

Hình 3.12

Sơ đồ tính diện tích S1

67

7

Hình 3.13

Sơ đồ thiết lập 

69

Hình 3.14

Sơ đồ tính diện tích S3

71

Hình 3.15

Các thơng số l,  2i

72

Hình 3.16

Sơ đồ tính tốn diện tích S AO A '

74

Hình 3.17

Quy trình tính tốn thiết kế bơm hypocycloid

77

Hình 3.18

Đƣờng cong trƣợt 1

79

Hình 3.19

Đƣờng cong trƣợt  2

79

Hình 3.20

Quy trình tính tốn thơng số bánh kính chân răng bánh răng

81

1

trong
Hình 3.21

Đồ thị biến thiên lƣu lƣợng tức thời

82

Hình 4.1

Biên dạng roto ngồi với D=83mm, E=3.5mm, R1=32mm ,

84

rcl=3.5mm
Hình 4.2

Bánh răng ngồi ngồi xây dựng trên SolidWorks

85

Hình 4.3

Biên dạng bánh răng trong với R1=32mm, R=10mm,

85

Hình 4.4

rcl=3.5mm
Bánh răng trong đƣợc xây dựng trên Solidworks

86

Hình 4.5

Chuẩn bị phơi trƣớc khi gia cơng

87

Hình 4.6

Hình ảnh cặp bánh răng gốc và bơm bánh răng hypocycloid

102

Hình 4.7

Cặp bánh răng hypocycloid sau khi thay thế vào bơm bôi

102

trơn động cơ ô tô Hyundai - Tucson

8


DANH MỤC CÁC BẢNG
STT
Bảng 1.1

Nội dung
Thông số kỹ thuật của bơm bánh răng series 1SP-A của

Trang
22

hãng Galtech
Bảng 1.2

Thông số kỹ thuật của bơm bánh răng series P16 của hãng

24

Parker
Bảng 1.3

Thông số kỹ thuật của bơm bánh răng Gebánh răng GR-0

25

của hãng Viking
Bảng 1.4

Thông số kỹ thuật của bơm H-series Gêbánh răng của hãng

27

Eaton
Bảng 1.5

Thông số kỹ thuật của một số bơm bánh răng dòng PGZ

30

Bảng 2.1

Các phƣơng án thiết kế

41

Bảng 3.1

Các kích thƣớc chính của bộ truyền bánh răng của bơm bôi

63

tron động cơ ô tô Huyndai Tucson
Bảng 3.2

Số liệu đo thực nghiệm

65

Bảng 3.3

Bảng so sánh thông số bơm biên dạng thân khai cải tiến và

83

bơm hypocycloid
Bảng 4.1

Các thông số của máy cắt dây tia lửa điện CW 420HS

87

Bảng 4.2

Chế độ gia công bánh răng trong

88

Bảng 4.4

Chế độ gia công bánh răng ngoài

88

Bảng 4.4

Kết quả đo thực nghiệm bơm hypocycloid thay thế

103

9


LỜI MỞ ĐẦU
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Với ƣu điểm kích thƣớc nhỏ gọn, lƣu lƣợng lớn bơm thủy lực thế tính bánh
răng ăn khớp trong biên dạng đƣờng cycloid đƣợc sử dụng nhiều trong các hệ thống
thủy lực địi hỏi khơng gian làm việc nhỏ nhƣ trong hệ thống bôi trơn của động cơ ô
tô, xe máy, hệ thống làm mát trên các máy cơng nghiệp. Trên thế giới đã có rất
nhiều nghiên cứu về bơm bánh răng có biên dạng là đƣờng cycloid, các hãng sản
xuất thiết bị thủy lực nổi tiếng trên thế giới cũng đƣa ra thị trƣờng nhiều bơm loại
này với nhiều loại kích thƣớc, cơng suất khác nhau. Nhƣng chủ yếu là các là bơm
gerotor có biên dạng là đƣờng epicycloid, còn loại bơm hypogerotor mới chỉ xuất
hiện những năm gần đây. Ở Việt Nam, đã có một số cơng trình nghiên cứu về bánh
răng cycloid nhƣng chủ yếu ứng dụng cho việc thiết kế các hộp giảm tốc có độ
chính xác cao trong máy CNC và robot công nghiệp, hay các bộ truyền động công

suất lớn. Các nghiên cứu về ứng dụng trong bơm thủy lực thể tích cịn rất hạn chế,
mới chỉ có một vài cơng trình nghiên cứu về bơm bánh răng ăn khớp trong biên
dạng epicycloid 1996 [1]. Mặt khác, theo nhiều công bố quốc tế đã chỉ ra rằng trong
các loại bơm bánh răng thủy lực thể tích thì các loại bơm biên dạng cycloid có
nhiều ƣu điểm hơn về mặt lƣu lƣợng và kích thƣớc nhỏ gọn, nhƣng có nhƣợc điểm
là áp suất thấp. Do đó, loại bơm này phù hợp hơn trong các hệ thống bôi trơn của
động cơ ô tô. Để nghiên cứu chuyển đổi các loại bơm bôi trơn dạng bánh răng thân
khai cải tiến trong động cơ ơ tơ của xe Huyndai thành bơm hypogerotor có biên
dạng là đƣờng hypocycloid tác giả đã chọn đề tài “Thiết kế chế tạo bơm
hypôgêrôto trong hệ thống bôi trơn động cơ ô tô Huyndai – Tucson 2.0” làm đối
tƣợng nghiên cứu của luận văn.
II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN
+

Xây dựng quy trình chuyển đổi bộ truyền bánh răng thân khai cải tiến ăn khớp
trong của bơm bôi trơn động cơ ô tô Hyundai-Tucson 2.0 bằng bộ truyền bánh
răng hypocycloid.

+

Xây dựng thuật tốn xác định các thơng số kích thƣớc đặc trƣng của bộ truyền
bánh răng hypocycloid thay thế nhằm đảm bảo tƣơng đƣơng về lƣu lƣợng và áp
suất và phù hợp với kích thƣớc lắp ráp trên đông cơ thƣơng mại của hãng
Hyundai.

10


+

Chế tạo thử nghiệm bộ truyền bánh răng thay thế của bơm bôi trơn của động cơ
ô tô Hyundai-Tucson 2.0

III. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN
Nghiên cứu về mặt động học của bơm bôi trơn động cơ ô tô có biên dạng là
đƣờng hypocycloid, cụ thể là các kích thƣớc đặc trƣng hình thành bơm, nhƣng phải
đảm bảo về mặt lƣu lƣợng và kích thƣớc lắp ráp.
IV. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN
4.1. Ý nghĩa khoa học
+

Các kết quả nghiên cứu của luận văn là cơ sở để tiếp tục các nghiên cứu
chuyên sâu hơn về loại bơm này nhƣ: xác định dao động lƣu lƣợng, dao động
áp suất, xây dựng đƣờng đặc tính của bơm,…

+

Đƣa ra đƣợc quy trình tính tốn thiết kế chuyển đổi phục vụ thay thế các loại
bơm bánh răng thân khai cải tiến hay các loại bánh răng khác trong hệ thống bôi
trơn của các phƣơng tiện cơ giới.

4.2. Ý nghĩa thực tiễn của luận văn
+

Nội dung của luận văn có ý nghĩa thực tiễn trong việc chuyển đổi bộ truyền
bánh răng của bơm bôi trơn động cơ ô tô Hyundai khi thay thế bảo dƣỡng, vì
một lý do nào đó sau khi sử dụng lâu ngày cần phải thay thế.

+

Kết quả của luận văn cũng có thể là một tài liệu kỹ thuật tham khảo cho các nhà
thiết kế, sản xuất loại bơm này cũng nhƣ tham khảo trong quá trình nghiên cứu.

V. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN
Nghiên cứu của luận văn dựa trên cơ sở lý thuyết ăn khớp của cặp bánh răng ăn
khớp trong hypocycloid và lý thuyết về bơm thủy lực thể tích. Ngồi ra, luận văn
cũng sử dụng phƣơng pháp thực nghiệm để kiểm chứng lý thuyết nghiên cứu.
VI. NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN
Luận văn đƣợc trình bày108 trang bao gồm (tập bản vẽ, các kết quả tính tốn,
mã code chương trình v.v...) và cụ thể nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan về bơm thủy lực thể tích ăn khớp trong
Chương này trình bày về tổng quan, ưu nhược điểm của bơm thủy lực thể tích
ăn khớp trong biên dạng cycloidt (epicycloid, hypocycloid) và các cơng trình
nghiên cứu trong và ngồi nước về lĩnh vực này, cũng như đặc điểm kết cấu của
loại bơm bôi trơn động cơ ô tô Huyndai-Tucson để làm cơ sở nghiên cứu chuyển

11


đổi và chế tạo thực nghiệm được thực hiện ở các chương sau. Ngồi ra, cịn đề cập
đến các thơng số kỹ thuật của một số sản phẩm thương mại của các hãng trên thế
giới nhằm mục đích tham khảo.
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết thiết kế bơm thủy lực thể tích bánh răng ăn khớp trong
hypocycloid
Chương này trình bày cơ sở lý thuyết thiết kế biên dạng của bánh răng
hypocycloid ăn khớp trong cũng như các biểu thức tính lưu lượng. Đây sẽ là cơ sở
lý thuyết phục vụ tính tốn lưu lượng ở chương 3 của luận văn.
Chƣơng 3: Quy trình xác định các thơng số thiết kế đặc trƣng của bơm hypocycloid
khi chuyển đổi bơm bôi trơn động cơ ơ tơ Huyndai
Chương này trình bày cơ sở lý thuyết thiết kế chuyển đổi bộ truyền bánh răng

trụ răng thẳng của bơm bôi trơn động cơ Huyndai sang loại bơm hypocycloid.
Chƣơng 4: Chế tạo thực nghiệm cặp bánh răng thay thế
Chương này trình bày các kết quả chế tạo thực nghiệm cũng như các kết quả đo
kiểm nhằm khẳng định tính đúng đắn của quy trình mà luận văn đưa ra.

12


Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ BƠM THỦY LỰC THỂ TÍCH ĂN KHỚP TRONG
1.1.

Giới thiệu về bơm thủy lực thể tích biên dạng cycloid ăn khớp trong

Bơm bánh răng thủy lực thể tích biên dạng cycloid ăn khớp trong đang đƣợc
sử dụng phổ biến trong các hệ thống bôi trơn, làm mát động cơ ơtơ, xe máy nhƣ
hình 1.1, Ngồi ra, loại bơm này cịn đƣợc sử dụng trong các ngành cơng nghiệp
khác nhau nhƣ công nghiệp chế tạo bơm, công nghiệp xây dựng và trong các hệ
thống thủy lực tầm trung, cỡ lớn.

Lọc dầu
Xả dầu

Bơm dầu
cycloid

Rotor cycloid
của bơm dầu

Trục quay rotor

Hình 1.1 Bơm epicycloid trong hệ thống bôi trơn làm mát động cơ ô tô [2]

13


Bộ phận chính của loại bơm này là cặp bánh răng biên dạng cycloid, đƣợc bố
trí theo kiểu ăn khớp trong. Do đó loại bơm này đƣợc phân thành 2 loại nhƣ sau :
+
Bơm Epigerotor với biên dạng bánh răng cycloid là đƣờng Epicycloid. (hình
1.2a)
+
Bơm Hypogerotor với biên dạng bánh răng cycloid là đƣờng Hypocycloid.
(hình 1.2b)
Bánh răng cung trịn

Đường hypocycloid

Đường epicycloid
a) Bơm Epigerotor

b) Bơm Hypogerotor

Hình 1.2 Bơm Gerotor với biên dạng bánh răng họ cycloid
Nhƣ đã trình bày ở trên, ngày nay bơm bánh răng cycloid đƣợc ứng dụng rất
phổ biến trong công nghiệp nhƣ: công nghiệp ôtô, xe máy, tàu thủy, hệ thống truyền
động thủy lực vv... Bơm bánh răng cycloid so với các loại bơm khác nhƣ: bơm
piston, bơm cánh gạt, bơm bánh răng thân khai và bơm trục vít thì bơm bánh răng
cycloid có nhiều ƣu điểm vƣợt trội hơn hẳn nhƣ: lƣu lƣợng lớn, kích thƣớc nhỏ gọn,
làm việc êm khơng có tiếng ồn, có độ ổn định và tin cậy cao trong thời gian dài.

1.2.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm bánh răng cycloid

a. Cấu tạo của bơm bánh răng cycloid
Cấu tạo của bơm bánh răng cycloid bao gồm hai bánh răng ăn khớp trong có
biên dạng là đƣờng cycloid và đƣợc gọi là bánh răngtrong và bánh răngngồi đƣợc
mơ tả nhƣ hình 1.3. Trong đó, một bánh răng có biên dạng là các cung trịn và bánh
răng cịn lại có biên dạng là đƣờng cycloid. Hai bánh răng này đƣợc đặt lệch tâm
một khoảng là E và đƣợc bố trí với nhau theo kiểu ăn khớp trong. Do đặc điểm ăn
khớp của cặp bánh răng này, tất cả các răng đều tham gia quá trình ăn khớp để hình
thành các khoang bơm (được giới hạn bởi các cặp biên dạng đối tiếp tương ứng).

14


Hình 1.3 Cấu tạo của bơm bánh răng cycloid [3]
Cửa hút, cửa đẩy

Rãnh dẫn dầu trên thân bơm

a) Nắp bơm

b) Thân bơm

Hình 1.4 Rãnh dẫn dầu trên nắp bơm
Trong quá trình làm việc, để tránh áp suất dầu quá cao tại các khoang ở phía
cửa đẩy gần với tâm ăn khớp ngƣời ta thƣờng thiết kế thêm những rãnh dẫn hồi dầu
trong lịng thân bơm (hình 1.4b) nhằm làm giảm áp suất và tránh áp lực cục bộ tại
các khoang này.

15


b. Nguyên lý hoạt động của bơm bánh răng cycloid
Do bánh răng trong và bánh răngngoài của bơm đƣợc đặt lệch tâm một
khoảng là E nên khi bánh răngtrong quay truyền chuyển động cho bánh răngngoài
quay theo cùng chiều với tỉ số truyền i = z1/z2 (với z1, z2 lần lượt là số răng bánh
răng trong và bánh răng ngoài) sẽ tạo ra các khoảng trống ở buồng hút, các khoảng
trống có thể tích tăng dần theo chiều quay làm áp suất giảm tạo áp suất hút. Còn ở
cửa xả của các khoang bơm có xu hƣớng thu hẹp thể tích theo chiều quay của bơm
tạo áp suất đẩy.
Trong quá trình làm việc, bánh răng trong và bánh răng ngồi tạo với vỏ bơm
và nắp bơm thành các khoang kín. Để dễ dàng cho việc trình bày về nguyên lý hoạt
động cũng nhƣ quá trình hút xả dầu của các khoang bơm ta xét một khoang bất kì
của bơm (được đánh dấu bằng khoanh trịn trên các hình 1.5-1.13).
 Q trình hút
Hãy xét khi bơm ở vị trí ban đầu, trục bánh răng bắt đầu quay, bánh răng
trong 2 ăn khớp với bánh răng ngồi 1 ở vị trí cố định, khoang khảo sát 5 đƣợc hình
thành giữa bánh răng trong 2, bánh răng ngoài 1, vỏ bơm và nắp bơm (hình 1.5)

ω2

Cửa hút

ω1
4

3

2

5

1
Điểm chuẩn tại vị trí đầu trên bánh
răng trong và ngồi

Hình 1.5 Bơm ở vị trí ban đầu
Trong đó: 1. Bánh răng ngồi; 2. Bánh răng trong; 3. Trục;
4. Vỏ bơm; 5. Khoang khảo sát

16


Khi bánh răng trong quay đƣợc một góc thì bánh răng ngồi cũng quay cùng
chiều theo, nhƣng với góc nhỏ hơn. Thể tích khoang khảo sát 5 tăng dần, đồng thời
áp suất giảm dần khi khoang khảo sát 5 đến gần cửa hút, quá trình hút bắt đầu, dầu
từ cửa hút tràn vào khoang khảo sát 5.

Cửa hút

ω2
ω1

Khoang khảo sát

Hình 1.6 Bơm ở vị trí hút dầu
Trục bánh răng tiếp tục quay, thể tích của khoang bơm khảo sát 5 tăng lên,
đồng thời áp suất càng giảm, do đó áp lực hút dầu càng mạnh, lƣợng dầu tràn vào

khoang khảo sát tăng lên. Cùng lúc này khoang kế tiếp với khoang khảo sát bắt đầu
lại vào khoang hút, và bắt đầu q trình hút của nó (hình 1.6).

Khoang khảo sát
ω2

ω1
Cửa hút

Hình 1.7 Thể tích khoang khảo sát tiếp tục tăng

17


Khi bắt đầu đi qua vị trí cửa hút, khoang khảo sát 5 có thể tích lớn nhất. Lúc
này bơm bắt đầu hành trình đi đến cửa xả (hình 1.7). Khoang khảo sát 5 có Vmax
(hình 1.8), đồng thời các khoang kế tiếp nó bắt đầu vào q trình hút dầu và tiếp tục
tăng thể tích cũng nhƣ tăng lƣợng lƣợng dầu trong các khoang.

Khoang khảo sát
Cửa hút

ω1
ω2

Hình 1.8 Khoang khảo sát có Vmax
 Quá trình đẩy
Sau khi khoang khảo sát 5 đạt Vmax, bơm bắt đầu quá trình đẩy. Lúc này,
khoang khảo sát 5 đi vào cửa đẩy, đồng thời thể tích khoang khảo sát 5 giảm dần,
tạo áp suất đẩy dầu từ khoang khảo sát 5 vào cửa đẩy, thực hiện quá trình đẩy (hình

1.9). Lúc này khoang kế tiếp khoang 5 đang có lƣợng dầu lớn nhất và chuẩn bị đi
vào quá trình đẩy.

18


Khoang khảo sát

Cửa đẩy
ω1
ω2

Hình 1.9 Khoang khảo sát bắt đầu q trình đẩy
Trục bánh răngtiếp tục quay, thể tích khoang 5 càng giảm, áp suất trong khoang
càng tăng ép dầu chảy qua các rãnh dẫn đến cửa đẩy. Lúc này khoang kế tiếp
khoang 5 cũng đang bắt đầu quá trình đẩy (hình 1.10).

Khoang khảo sát

ω1
ω2
Cửa đẩy

Hình 1.10 Khoang khảo sát giảm dần thể tích
Trục bơm quay, bánh răng trong tiếp tục ăn khớp với bánh răng ngoài, đẩy
khoang khảo sát 5 đi ra khỏi cửa đẩy. Lúc này thể tích khoang khảo sát 5 giảm dần

19

đến Vmin (hình 1.11), đẩy tồn bộ dầu trong khoang khảo sát 5 ra cửa đẩy. Kết thúc
quá trình đẩy, dầu đƣợc đẩy hết ra khỏi khoang khảo sát 5 và khoang khảo sát 5 có
Vmin, bơm quay về vị trí ban đầu, bắt đầu thực hiện 1 chu kì mới (hình 1.12).

Cửa đẩy
ω1
ω2

.
Khoang khảo sát

Hình 1.11 Khoang khảo sát có Vmin
Bơm trở lại vị trí ban đầu.

Cửa đẩy

Cửa hút

ω2
ω
1

Khoang khảo sát

Hình 1.12 Bơm ở vị trí ban đầu

20


Trong khi khoang khảo sát 5 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, tạo ra chu kì hút
đẩy liên tục của bơm. Bơm bánh răng ăn khớp trong biên dạng hypocycloid với
bánh răngtrong có z răng, bánh răngngồi có (z + 1) răng, nhƣ vậy số khoang bơm
sẽ là z khoang. Do đó, sau 1 vòng quay, z khoang bơm sẽ tạo ra đƣợc z chu kì
hút/xả, vậy nên lƣu lƣợng dầu mà bơm thực hiện bơm đƣợc trong một vòng là:

Qck  z.VMax [cm3/vòng]

(1.1)

VMax – Thể tích của khoang lớn nhất (hình 1.13)
Nhƣ vậy, để khảo sát và tính tốn lƣu lƣợng trung bình trong một chu kì của
bơm ta đi tính tốn thể tích lớn nhất của một khoang bơm lớn nhất.
Khoang có thể tích
lớn nhất Vmax

ω1
ω2

Hình 1.13 Khoang bơm có thể tích lớn nhất
Trong 1 chu kì bơm, bơm bánh răng ăn khớp trong biên dạng hypocycloid có z
khoang tham gia hút/đẩy, nên bơm thủy lực thể tích ăn khớp trong có lƣu lƣợng lớn.
Do đó, trong hệ thống thủy lực, để cùng bơm một lƣu lƣợng nhất đinh thì bơm biên
dạng hypocycloid có kích thƣớc nhỏ gọn hơn, đơn giản hơn các loại bơm khác.

21


1.3.

Một số loại bơm bánh răng cycloid trong thƣơng mại

Các hãng sản xuất bơm thủy lực cho ô tô, xe máy tiêu biểu nhƣ:
Galtech,Viking, Parker, Sanboo-Transmission, Zhejiang Youngfa Motocycle Parts
Company…Dƣới đây sản phẩm bơm bánh răng dùng trong ô tô, xe máy của các
hãng này sản xuất.
a) Bơm bánh răng series 1SP-A của hãng Galtech

Hình 1.14 Bơm bánh răng series 1SP-A của hãng Galtech
Ứng dụng của loại bơm bánh răng series 1SP-A của hãng Galtech:
- Trong xe tải.
- Cần trục, máy nâng hạ.
- Máy xúc, máy ủi.
- Các loại máy kéo, máy nông nghiệp.
- Các băng chuyền tự động.
- Các máy và dây chuyền công nghiệp khác [4]
Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của bơm bánh răng series 1SP-A của hãng Galtech [4]
Lƣu lƣợng
Model

1SP-A-0.9-D-10NN

(cm3/vg )
0.89

22

Áp suất lớn
nhất

Tốc độ quay lớn
nhất

( bar )

( vg/ phút)

240

6000


(tiếp bảng 1.1)
1SP-A-1.2-D-10NN

1.18

240

6000

1SP-A-1.6-D-10NN

1.6

240

6000

1SP-A-2.0-D-10NN

2.0

220

5500

1SP-A-2.5-D-10NN

2.5

220

5000

1SP-A-3.2-D-10NN

3.2

210

4500

1SP-A-3.7-D-10NN

3.7

210

4000

1SP-A-4.2-D-10NN

4.2

190

3500

1SP-A-5.0-D-10NN

5.0

180

3000

1SP-A-6.3-D-10NN

6.3

170

2700

1SP-A-7.8-D-10NN

7.76

170

2500

b) Bơm bánh răng series P16 của hãng Parker

Hình 1.15 Bơm bánh răng series P16 của hãng Parker

23