(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế, chế tạo bơm bánh răng thủy lực bằng công nghệ CAD CAM CNC

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BƠM BÁNH RĂNG
THỦY LỰC BẰNG CÔNG NGHỆ
CAD/CAM/CNC

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

PGS.TS TRẦN XUÂN TÙY
TRẦN MINH ĐỨC

Đà Nẵng, 2019


Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC
SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: ….Trần Minh Đức….. Số thẻ sinh viên: …101150113...
Lớp:..15C1C…… Khoa:..CƠ KHÍ................. Ngành: …Công nghệ Chế tạo máy...
1. Tên đề tài đồ án:
…Thiết kế, gia công bơm bánh răng thủy lực bằng công nghệ CAD/CAM/CNC……
…………………………………………………………………………………………..

C
C

2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
……………………………………..……………………………………………..……..
....………………………………………………………………………………………

R
L
T

U
D

4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
…...……………………………………………………………………………………
…...……………………………………………………………………………………
…...……………………………………………………………………………………
…...……………………………………………………………………………………
5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
…...……………………………………………………………………………………

…...……………………………………………………………………………………
…...……………………………………………………………………………………
6. Họ tên người hướng dẫn: …PGS.TS Trần Xuân Tùy………………
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
……../……./201…..
8. Ngày hồn thành đồ án:
……../……./201…..
Đà Nẵng, ngày
tháng
Trưởng Bộ mơn ……………………..

năm 201

Người hướng dẫn

1
GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy


Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC
SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí

MỤC LỤC
LỜI NĨI ĐẦU ........................................................................................................................... 4
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................................ 5
CHƯƠNG 1 .............................................................................................................................. 9
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BƠM THỦY LỰC ................................................................. 9
1.1.

SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ SỬ DỤNG BƠM THỦY LỰC ...... 9

1.2

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC LOẠI BƠM THỦY LỰC ............................... 12

1.2.1

Bơm pittông ...................................................................................................... 12

1.2.2

Bơm cánh gạt .................................................................................................... 14

1.2.3

Bơm trục vít ...................................................................................................... 15

1.2.4

Bơm bánh răng ................................................................................................. 17

1.3

NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN ................................................................................. 24

CHƯƠNG 2 ............................................................................................................................ 25

C
C

CƠ SỞ THIẾT KẾ BƠM BÁNH RĂNG THỦY LỰC...................................................... 25

R
L
T

2.1

NHIỆM VỤ CỦA NGƯỜI NGHIÊN CỨU .......................................................... 25

2.2

TÌM HIỂU BIÊN DẠNG RĂNG CỦA BÁNH RĂNG ........................................ 26

2.2.1

Các loại biên dạng răng thường dùng trên bánh răng ................................. 26

2.2.2

Biên dạng răng thân khai ................................................................................ 27

2.3

U
D

TÍNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA BÁNH RĂNG ................................ 28

2.3.1

Xác định môđun dạng răng và các thông số cơ bản ..................................... 28

2.3.2

Các thông số cơ bản của cặp bánh răng cũ ................................................... 28

2.4

BẢN VẼ CHẾ TẠO CỦA BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG ..................................... 29

2.5

CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ BÁNH RĂNG ................................................ 30

2.5.1

Xác định vận tốc vịng và cấp chính xác để thiết kế bánh răng ................... 30

2.5.2

Chọn vật liệu chế tạo và phương pháp nhiệt luyện....................................... 30

2.6

NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN ................................................................................. 31

CHƯƠNG 3 ........................................................................................................................ 32
THIẾT KẾ BƠM BÁNH RĂNG BẰNG CÔNG NGHỆ CAD/CAM............................ 32
3.1

CÁC MƠ ĐUN CHÍNH CỦA PHẦN MỀM CREO PARAMETRIC ................ 32

3.2

XÂY DỰNG HÌNH BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG VÀ CÁC CHI TIẾT KHÁC
33

3.2.1

Dựng hình bộ truyền bánh răng ..................................................................... 33

3.2.2

Dựng hình thân bơm bánh răng ..................................................................... 34

3.2.3

Dựng hình mặt bích sau của bơm bánh răng ................................................ 35

3.2.4

Dựng hình mặt bích trước của bơm bánh răng ............................................ 36
2

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy


Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC
SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí

3.2.5
3.4

Dựng hình gối đỡ cặp bánh răng .................................................................... 37

NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN ................................................................................. 38

CHƯƠNG 4 ........................................................................................................................ 39
CHẾ TẠO BƠM BÁNH RĂNG THỦY LỰC ................................................................. 39
4.1

MÔ PHỎNG GIA CÔNG CẶP BÁNH RĂNG .................................................... 39

4.1.1

Quy trình gia cơng bánh răng ......................................................................... 39

4.1.2

Chế độ cắt khi gia công.................................................................................... 39

4.1.3 Ứng dụng phần mềm CREO PARAMETRIC 5 lập trình mơ phỏng gia
cơng và xuất chương trình gia công ............................................................................. 41
4.1.4
4.2

Gia công bộ truyền bánh răng trên máy CNC .............................................. 47

MÔ PHỎNG GIA CÔNG THÂN BƠM ................................................................ 48

4.2.1

Quy trình gia cơng thân bơm .......................................................................... 48

4.2.2

Ứng dụng CREO PARAMETRIC lập trình gia cơng .................................. 49

4.2.3

Gia cơng thân bơm bánh răng trên máy CNC .............................................. 54

4.3

C
C

R
L
T

MÔ PHỎNG GIA CÔNG MẶT BÍCH SAU ........................................................ 55

4.3.1

Mơ phỏng gia cơng ........................................................................................... 55

4.3.3

Gia cơng mặt bích sau trên máy CNC ........................................................... 57

4.4

U
D

MƠ PHỎNG GIA CƠNG MẶT BÍCH TRƯỚC ................................................. 58

4.4.1

Mơ phỏng gia cơng ........................................................................................... 58

4.4.2

Gia cơng mặt bích trước trên máy CNC ........................................................ 60

4.5

MƠ PHỎNG GIA CƠNG GỐI ĐỠ ....................................................................... 61

4.5.1
4.6

Mơ phỏng gia công ........................................................................................... 61

LẮP RÁP VẬN HÀNH BƠM VÀ KIỂM TRA TÍNH NĂNG ............................ 64

4.6.1

Kết cấu của bơm bánh răng ............................................................................ 64

4.6.2

Lắp ráp bơm ..................................................................................................... 64

4.7

NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN ................................................................................. 66

KẾT QUẢ VÀ TRIỂN VỌNG CỦA ĐỀ TẦI ................................................................. 67
1. KẾT LUẬN .................................................................................................................. 67
2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ........................................................................ 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 68
Phụ lục .................................................................................................................................... 69

3
GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy


Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC
SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí

LỜI NĨI ĐẦU
Sau thời gian 4 năm được đào tạo về các phần lý thuyết cơ bản của “Thiết kế
chi tiết máy”, “Cơ sở thiết kế máy”, “Điều khiển tự động”, và một số mơn chun ngành
khác. Kết hợp với q trình tự tìm tịi học hỏi, em đã rút ra, tích lũy được những kiến
thức ban đầu hết sức quan trọng để bắt tay vào làm đồ án tốt nghiệp. Tuy nhiên sự non
trẻ về kinh nghiệm thực tế khiến em không khỏi lúng túng trong q trình thiết kế để có
một hệ thống hoàn chỉnh, thẩm mỹ và hiệu quả kinh tế. Mặc dù sách tham khảo hiện
nay khá nhiều tuy nhiên với thời gian thực hiện khá ngắn nên em khó có thể nắm bắt

hết các kiến thức chuyên sâu cũng như các kinh nghiệm quý báu được đúc kết trong
sách thiết kế máy, chế tạo máy. Chính vì vậy việc vận dụng lý thuyết học được để giải
quyết những vấn đề có liên quan đến yêu cầu thực tiễn sản xuất cũng như điều kiện làm
việc, thị trường là rất hạn chế.
Với sự hướng dẫn tận tình của thầy PGS.TS. Trần Xuân Tùy, các thầy ở trong
viện Công nghệ Cơ khí cùng với nỗ lực của bản thân em trong suốt thời gian thực hiện

C
C

R
L
T

đồ án tốt nghiệp, cuối cùng chúng em đã hoàn thành thuyết minh “Thiết kế, gia công
bơm bánh răng thủy lực bằng công nghệ CAD/CAM/CNC”.
Khi thiết kế chúng em đã cố gắng để hoàn thiện bản thiết kế thông qua bộ phận
thực tế. Bơm hoạt động ổn định, tuy nhiên với những hạn chế về chủ quan cũng như
khách quan thì bản thuyết minh này sẽ khơng tránh khỏi những thiếu sót, kính mong

U
D

nhận được sự đóng góp của q thầy cơ.

Đà Nẵng, ngày 10 tháng 12 năm 2019

Trần Minh Đức

4

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy


Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC
SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo
trong trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng nói chung và các thầy cơ giáo
trong khoa Cơ khí, bộ mơn Cơ điện tử, Cơng nghệ Chế tạo máy nói riêng đã tận tình
giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời
gian qua.
Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy Trần Xn Tùy,
thầy Trần Minh Thơng đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt
quá trình làm Đồ án tốt nghiệp. Trong thời gian em làm việc với thầy, em không ngừng
tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà cịn học tập được tinh thần làm việc, thái độ

C
C

nghiên cứu nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong q trình
học tập và cơng tác sau này.

R
L
T

Đề tài được hoàn thành trong sự hỗ trợ và động viên rất nhiều từ gia đình, thầy
cơ cũng như bạn bè. Đó là những tình cảm thật đáng trân trọng khơng sao đền đáp hết,

U
D

và thật phấn khởi biết bao khi thấy mọi người vẫn luôn ở bên cạnh trong những hồn
cảnh khó khăn nhất.

Qua đây em cũng rất mong nhận được những ý kiến đóng góp q báu của thầy
cơ trong Hội đồng bảo vệ tốt nghiệp để chúng em rút được nhưng bài học và kinh
nghiệm khi bước vào đời.
Cuối cùng xin chúc gia đình, người thân, quý thầy cô cùng bạn bè nhiều sức khoẻ
và thành công trong mọi công việc. Xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 10 tháng 12 năm 2019

Trần Minh Đức

5
GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy


Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC
SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số hiệu
hình vẽ
1.1
1.2
1.3
1.4

1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10

4.11
4.12
4.13
4.14

Tên hình vẽ

Trang

Bơm pittơng hướng tâm
Bơm pittơng hướng trục
Điều chỉnh lưu lượng bơm pittông hướng trục
Bơm cánh gạt
Kết cấu bơm cánh gạt kép
Bơm trục vít
Các dạng bơm bánh răng
Sơ đồ kết cấu bơm bánh răng ăn khớp ngồi
Đường đặc tính lưu lượng tức thời của bơm bánh
răng
Đường đặc tính về quan hệ giữa áp suất p và lưu
lượng Q
Biên dạng Cycloid
Ăn khớp dạng trụ
Sơ đồ ăn khớp của cặp biên dạng bánh răng
Bản vẽ bánh răng chủ động
Bản vẽ bánh răng bị động
Bánh răng với biên dạng tính
Bánh răng bị động
Bánh răng chủ động
Bánh răng chủ động

Thân bơm bánh răng
Thân bơm hồn chỉnh
Mặt bích sau của bơm
Mặt bích trước của bơm
Gối đỡ
Tạo phơi cho bánh răng
Chọn chuẩn gia công, mặt phẳng lùi dao máy tiện
Chọn máy tiện và các thông số công nghệ của máy
Mô phỏng gia cơng vạt mặt khoan tâm
Mơ phịng q trình gia cơng trụ, trụ bậc
Mô phỏng tiện phôi bánh răng
Chọn chuẩn gia công, mặt phẳng lùi dao cho máy
phay
Chọn máy phay và các thông số công nghệ của máy
Mô phỏng phay thô phần đỉnh rãnh răng
Mô phỏng phay thô biên dạng rãnh răng
Mơ phỏng phay tinh rãnh răng
Hình ảnh gia cơng trên máy và sản phẩm
Phôi thân bơm
Bảng các loại dao trong gia công thân bơm

12
13
13
14
15
16
18
18
21

23

C
C

U
D

R
L
T

26
26
28
29
30
33
33
34
34
35
35
36
37
37
41
42
42
43

43
43
44
44
45
45
46
48
49
50
6

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy


Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC
SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí

4.15
4.16
4.17
4.18
4.19
4.20
4.21
4.22
4.23
4.24
4.25
4.26

4.27
4.28
4.29
4.30
4.31
4.32
4.33
4.34
4.35
4.36
4.37
4.38

Mơ phỏng phay mặt đầu thân bơm
Mô phỏng phay tinh biên dạng
Mô phỏng khoan lỗ 9
Phay thô và tinh rãnh
Khoan lỗ 14
Mô phỏng Taro ren M16
Mơ phỏng phay mặt đầu cịn lại
Sản phẩm hồn chỉnh sau khi đã gia cơng xong
Tạo phơi cho mặt bích sau
Mơ phỏng gia cơng rãnh
Mơ phỏng các bước gia cơng (tương tự như thân
bơm)
Mặt bích sau hồn chỉnh sau gia cơng
Phơi của mặt bích trước
Mơ phỏng các bước gia cơng mặt bích trước
Gia cơng mặt bích trước và sản phẩm
Tạo phôi cho gối đỡ

Các bước mô phỏng gia công gối đỡ
Gia công gối đỡ và sản phẩm
Kết cấu bơm bánh răng
Lắp ráp hai ổ trượt vào gối đỡ
Lắp cặp bánh răng vào 2 gối đỡ và ổ trượt đã lắp
Lắp cụm bánh răng vào thân bơm
Lắp mặt bích vào thân bơm
Hình ảnh thực tế của bơm bánh răng sau khi gia
công và lắp ráp

50
51
51
52
53
53
54
55
55
56
57
58
59
60
61
62
63
63
64
64

65
65
65
66

C
C

U
D

R
L
T

7
GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy


Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC
SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Đất nước ta đang trên đà hội nhập và phát triển cùng nền kinh tế thế giới. Trong
đó, hịa nhập về khoa học kỹ thuật như: kỹ thuật tin học, kỹ thuật điều khiển tự động,
các lĩnh vực cơng nghệ cao, v.v. Trong ngành cơ khí chế tạo máy, chúng ta đã và đang
có nhiều thiết bị hiện đại như máy cắt dây CNC, máy tiện CNC, máy phay CNC. Để
khai thác được các tính năng ưu việt của các thiết bị hiện đại này đòi hỏi chúng ta phải
đầu tư vào nhiều lĩnh vực, trong đó lĩnh vực tự động hóa thiết kế và sản xuất bằng việc

áp dụng công nghệ CAD/CAM/CNC vào sản xuất cơ khi hiện nay là cần thiết.
Ngày nay, các loại bơm thủy lực nói chung và bơm bánh răng nói riêng được sử
dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất như:
+ Trong công nghiệp bơm được sử đụng dể vận chuyển các sản phẩm của khai
thác dầu mỏ, hóa chất, các nguyên vật liệu,…

C
C

+ Trong ngành chế tạo, máy bơm cũng là một trong những bộ phân chủ yếu của
hệ thông điều khiển và truyền động. Bơm bánh răng còn được dùng trong các máy thủy
lực như: máy ép, máy nâng, máy đào,… Qua đó, ta thấy được tầm quan trọng của bơm
bánh răng trong sản xuất và trong cuộc sống.

R
L
T

Sản xuất các loại bơm này theo phương pháp truyền thơng cần có thiết bị chun
dùng phúc tạp và khá đắt tiền. Đồng thời đầu tư thiết bị chuyên dùng này nếu sử dụng
không hết công suất sẽ gây lãng phí lớn. Vì vậy, việc tiến hành nghiên cứu công nghệ
gia công bộ truyền bánh răng bơm thủy lực trên các máy CNC nhằm phát huy tối đa
khả năng cơng nghệ của máy để đạt được độ chính xác và năng suất yêu cầu cũng là
một vấn đề cần được nghiên cứu.

U
D

Ở Việt Nam, các loại bơm thủy lực chủ yếu nhập từ nước ngồi. Do đó, việc
nghiên cứu công nghệ chế tạo bộ truyền bơm thủy lực dùng để sản xuất và thay thế

trong nước là cần thiết. Vì vậy, đề tài: “Thiết kế, gia cơng bơm bánh răng bằng công
nghệ CAD/CAM/CNC” là phù hợp với hướng phát triển chung của ngành cơ khí.

8
GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy


Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC
SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí

1.1.

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BƠM THỦY LỰC
SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ SỬ DỤNG BƠM THỦY LỰC

Ngay từ thời cổ xưa, do điều kiện sản xuất và đời sống, con người đã biết dùng
những công cụ thô sơ để kéo các cối xay lương thực hoặc đưa nước vào đồng ruộng,…
đã được sử dụng. Những công cụ này vận chuyển chất lỏng dưới áp suất khí quyển hay
độ cao chênh lệch. Sau đó, người ta đã biết dùng những piston đơn giản như ống thụt
làm bằng tre gỗ để chuyển nước dưới áp suất dư… Các máy bơm thô sơ hoạt động dưới
tác động của sức người và sức kéo của động vật. Do vậy năng lực bơm không cao, hiệu
suất thấp.
Vào thế kỷ một, hai trước công nguyên, người Hy Lạp đã sáng chế ra piston bằng
gỗ. Tới thế kỷ 15, nhà bác học người Ý là D. Franxi đã đưa ra những khái niệm về bơm
li tâm. Sang thế kỷ 16 xuất hiện loại máy bơm rô to mới. Cho đến thế kỷ 17, một nhà
vật lý người Pháp áp dụng những nghiên cứu của D.Franxi chế tạo được một máy bơm
li tâm đầu tiên. Tuy nhiên do chưa có những động cơ có vịng quay lớn kéo máy bơm,
nên năng lực bơm nhỏ, do vậy loại bơm li tâm vẫn chưa được phát triển.

C
C

R
L
T

Nhìn chung, trước thế kỷ 17 bơm và các loại máy bơm thủy lực ít được sử dụng
và rất ít chủng loại.
Đến thế kỷ 18, hai viện sĩ Nga là: Euler đã đề xuất những vấn đề lý luận có liên
quan đến máy thủy lực và Zucôpsky đề xuất lý luận về cơ học chất lỏng, kể từ đó việc
nghiên cứu và chế tạo máy bơm mới có cơ sở vững chắc. Thời kỳ này máy hơi nước ra
đời tăng thêm khả năng kéo máy bơm. Đầu thế kỷ 20, các động cơ có số vịng quay
nhanh ra đời thì máy bơm li tâm càng được phổ biến rộng rãi và có hiệu suất cao, năng
lực bơm lớn.

U
D

Bơm piston:
* Khoảng năm 200 trước Công nguyên, máy bơm chữa cháy được phát minh
bởi nghệ nhân Hy Lạp cổ đại Ketsibis là máy bơm piston nguyên thủy nhất. Nó có các
thành phần chính của một bơm piston điển hình, nhưng bơm piston chỉ phát triển
nhanh chóng sau khi động cơ hơi nước xuất hiện. .
* Từ 1840 đến 1850, Worthington, Hoa Kỳ, đã phát minh ra bơm piston, trái
ngược với xi lanh bơm và xi lanh hơi, và trực tiếp tác động lên hơi nước, đánh dấu sự
hình thành của bơm piston hiện đại. Thế kỷ 19 là đỉnh cao của sự phát triển của máy
bơm piston, được sử dụng trong nhiều loại máy như máy ép thủy lực.
* Tuy nhiên, với sự gia tăng nhanh chóng nhu cầu về nước, kể từ những năm
1920, máy bơm piston tốc độ thấp với tốc độ dòng chảy hạn chế đã dần được thay thế

bằng máy bơm ly tâm tốc độ cao và máy bơm quay. Tuy nhiên, máy bơm pittơng vẫn
chiếm một vị trí chính trong lĩnh vực áp suất cao và lưu lượng nhỏ, đặc biệt là bơm
màng và bơm píttơng có những ưu điểm độc đáo và ứng dụng đang gia tăng.
9
GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy


Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC
SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí

Máy cánh gạt:
Trong những năm 1751 – 1754 nhà bác học Euler đã viết về lý thuyết cơ bản của
tuabin nước nói riêng và của máy thủy khí cánh dẫn nói chung, làm cơ sở để hơn 80
năm sau, vào năm 1830 nhà bác học người Pháp là Phuôc-nây-rôn đã sáng chế thành
công tuabin hơi nước đầu tiên và năm 1831 nhà bác học người Nga là Xublucôp đã sáng
chế ra bơm ly tâm và quạt ly tâm đầu tiên. Đây chính là những bước nhảy lớn trong lịch
sử phát triển các máy năng lượng.
Bơm nhiều cấp:
Nhà bác học người Anh là Reynolds khi nghiên cứu cấu tạo của bơm nhiều cấp
đã đưa vào những thiết bị định hướng cánh dẫn xuôi và ngược. Năm 1875 ông đã phát
minh ra loại bơm tương tự như loại bơm nhiều cấp hiện đại ngày nay.
Máy nén:
* Năm 1640 nhà vật lý người Đức ơng Ơttơ Henrich đã sáng chế ra bơm piston
đầu tiên để bơm khí và nước dùng trong cơng nghiệp

C
C

R
L

T

* Khoảng năm 1805 nhà bác học người Anh là Niu Kơmen đã phát minh ra bơm
piston để lấy nước trong các nhà máy khai thác mỏ, dùng xilanh hơi ngưng tụ để tạo lực
cần thiết trên trục máy nhờ áp suất khí quyển.

U
D

* Năm 1840 – 1850 nhà bác học người Mỹ là Votington đã giả thiết cơ cấu của
bơm hơi mà trong đó piston của bơm và động cơ hơi được phân bố trên một trục chung,
sự chuyển động của piston được điều chỉnh nhờ một hệ thống phân bố hơi đặc biệt.
Máy cánh gạt:
Trong những năm 1751 – 1754 nhà bác học Euler đã viết về lý thuyết cơ bản của
tuabin nước nói riêng và và của máy thủy khí cánh dẫn nói chung, làm cơ sở để hơn 80
năm sau, vào năm 1830 nhà bác học người Pháp là Phuôc-nây-rôn đã sáng chế thành
công tuabin nước đầu tiên và năm 1831 nhà bác học người Nga là Xablucôp đã sáng
chế ra bơm ly tâm và quạt ly tâm đầu tiên. Đây chính là những bước nhảy lớn trong lịch
sử phát triển các máy năng lượng.
Bơm nhiều cấp:
Nhà bác học người Anh là Reynolds khi nghiên cứu cấu tạo của bơm nhiều cấp
đã đưa vào những thiết bị định hướng cánh dẫn xuôi và ngược. Năm 1875 ông đã phát
minh ra loại bơm tương tự như loại bơm nhiều cấp hiện nay.
Máy nén:
* Phát minh bơm khơng khí và dạng đơn giả của máy nén hiện đại với một chu
kỳ nén gắn liền với tên tuổi của nhà vật lý vĩ đại người Đức là Gerike vào năm 1640.
Sự hoàn thiện máy nén ở thế kỷ 18-19 đã thúc đẩy sự phát triển của công nghiệp quặng
mỏ và luyện kim.
10
GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC
SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí

* Vào cuối thế kỉ 18 ở Anh nhà bác học Vinkinsơn đã sáng chế ra máy nén piston
2 xi lạnh, nhà bác học Uatt đã chế tạo thành công máy hút không khí có truyền động
bằng hơi.
* Máy nén nhiều cấp có làm lạnh trung gian giữa các cấp nén xuất hiện ở Pháp
vào khoảng những năm 30 của thế kỷ 19.
* Máy nén nhiều cấp có làm lạnh trung gian giữa các cấp nén xuất hiện ở Đức
vào năm 1849 do nhà bác học Raten sáng chế ra.
Quạt:
Vào năm 1831 nhà bác học Nga Xablucôp sáng chế ra quạt ly tâm đầu tiên dùng
để làm mát hầm mỏ và làm sạch máy.
Đặc biệt là 80 năm gần đây, lý thuyết về thủy khí động lực phát triển rất mạnh,
có thành tựu to lớn trong việc ứng dụng các phát minh về lĩnh vực máy thủy khí.

C
C

Ngày nay máy thủy khí có rất nhiều loại với nhiều kiểu dáng khác nhau được
dùng trong mọi lĩnh vực của đời sống cũng như trong công nghiệp và nông nghiệp. Để
đáp ứng nhu cầu về năng lượng ngày càng to lớn của công nghiệp hiện đại, ngày nay
người ta đã chế tạo được các tuabin cỡ lớn có cơng suất đến 500.000kW hoặc lớn hơn.
Số lượng bơm, quạt, máy nén cũng như tuabin các chủng loại khác nhau được sản xuất
hàng năm lên đến hàng triệu chiếc.

R
L

T

U
D

Trong cuộc sống ngày nay bơm được dùng rất rộng rãi trong đời sống và các
ngành kinh tế quốc dân. Trong công nghiệp máy bơm được dùng để cung cấp ước cho
các lò cao, hầm mỏ, nhà máy,… dùng để vận chuyển dầu mỏ trong khai thác, bơm còn
sử dụng cho các máy công cụ, máy chuyên dùng… Trong nông nghiệp, máy bơm dùng
để bơm nước tưới và tiêu dùng. Trong đời sống máy bơm dùng cấp nước sạch cho nhu
cầu ăn uống của con người và gia súc,…
Hiện nay đã ra đời các máy bơm rất hiện đại, có khả năng bơm hàng vạn m3 chất
lỏng trong một giờ và công suất động cơ tiêu thụ tới hàng nghìn kW. Nga đã chế tạo
được những máy bơm có lưu lượng Q = 40m3/s, công suất động cơ N = 4.300kW và có
dự án chế tạo động cơ điện kéo máy bơm với công suất N= 200.000kW.
Ở nước ta từ thời Pháp thuộc đã xây dựng một số trạm bơm tưới nhỏ, lớn nhất là
trạm bơm ở Sơn La có cơng suất 38.000m3/h, lưu lượng mỗi máy bơm Q=3m3/s. Sau
ngày miền Bắc giải phóng hàng loạt các trạm bơm lớn nhỏ đã được xây dựng, trong đó
các trạm bơm lớn chủ yếu phục vụ cho tưới tiêu. Chúng ta đã xây dựng những trạm bơm
lớn có năng lực bơm từ 65.000 đến 209.000 m3/h như Trịnh Xá, Linh Cảm, Cổ Đam,
Cốc Thành, Hữu Bị,… lưu lượng mỗi máy bơm đã lắp đặt đạt đến 8,3m3/s.

11
GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy


Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC
SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí

1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC LOẠI BƠM THỦY LỰC

1.2.1 Bơm pittông
Dựa trên cách bố trí pittơng, bơm có thể phân làm hai loại:
+ Bơm pittông hướng tâm.
+ Bơm pittông hướng trục.
Bơm pittông có thể chế tạo với lưu lượng cố định, hoặc lưu lượng điều chỉnh
được.
1.2.1.1. Bơm pittông hướng tâm
Bơm pittông là loại bơm dựa trên nguyên tắc thay đổi thể tích của cơ cấu pittơng
– xilanh. Vì bề mặt làm việc của cơ cấu này là mặt trụ, do đó dễ dàng đạt được độ chính
xác gia cơng cao, bảo đảm hiệu suất thể tích stato, có khẳng năng thực hiện với áp suất
làm việc lớn (áp suất lớn nhất có thể đạt được là p =700bar). Bơm pittông thường dùng
ở những hệ thống dầu ép cần áp suất cao và lưu lượng lớn, đó là máy tuốt, máy xúc,
máy nén,…

C
C

Lưu lượng được tính tốn bằng việc xác định thể tích của xilanh. Nếu ta đặt d-là
đường kính của xilanh [cm], thì thể tích của một xilanh khi roto quay một vịng:

.d 2
q
h [cm3/vịng]
4

R
L
T

(1.1)

U
D

Trong đó: h là hành trình pittơng [cm].

Vì hnàh trình của pittơng h =2e (e là độ lệch tâm của rơto và stato), nênn nếu
bơm có z pittơng và làm việc với số vịng quay là n[vịng/phút], thì lưu lượng của bơm
sẽ là:

Q  q.z.n.10

3

103. 2
.d .e.z.h [lít/phút]
[lít/phút] 
2

(1.2)

Hành trình của pittơng thơng thường là h  (1,3 1,4).d và số vòng quay nmax =
1500vòng/phút.
Lưu lượng của bơm pittơng hướng tâm có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi độ
lệch tâm (xê dịch vịng trượt), hình 1.1.

Hình 1.1 Bơm pittong hướng tâm
12
GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC
SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí

1.2.1.2 Bơm pittơng hướng trục
Bơm pitơng hướng trục là loại bơm có pittơng đặt song song với trục của roto và
được truyền bằng khớp hoặc bằng đĩa nghiên. Ngoài những ưu điểm của bơm pittơng
hướng tâm, bơm pittơng hướng trục cịn có ưu điểm nữa là kích thước của nó nhỏ gọn
hơn, khi cùng một cỡ với bơm hướng tâm.

C
C

R
L
T

Hình 1.2 Bơm pittong hướng trục

Ngoài ra, so với tất cả các loại bơm khác, bơm pittơng hướng trục có hiệu suất
tốt nhất, và hiệu suất hầu như không phụ thuộc vào tải trọng và số vòng quay.

U
D

Nếu lấy các ký hiệu như ở bơm pittơng hướng tâm và đường kính đó phân bố
các xilanh là D [cm], thì lưu lượng bơm sẽ là:

Q  103.

.d 2
.d 2
h.z.n  103.
.z.n.D.tg [lít/phút]
4
4

(1.3)

Loại bơm này thường được chế tạo với lưu lượng Q  (30  640) [lít/phút] và áp
suất p=60bar, số vịng quay thường dùng là 1450 vịng/phút hoặc 950vịng/phút, nhưng
ở những bơm có roto khơng lớn thì số vịng quay có thể từ 2000  2500 vg/ph.
Bơm pittông hướng trục hầu hết là điều chỉnh lưu lượng được, hình 1.3

13
GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy


Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC
SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí

Hình 1.3 Điều chỉnh lưu lượng bơm pittông hướng trục
Trong các loại bơm pittông, độ không đồng đều của lưu lượng không chỉ phụ
thuộc vào đặc điểm chuyển động của pittơng, mà cịn phụ thuộc vào số lượng pittông.
Độ không đồng đều được xác định như sau:
k

Qmax  Qmin
Qmax

(1.4)

Độ không đồng đều k cịn phục thuốc số lượng pittơng chẵn hay lẻ.
1.2.2 Bơm cánh gạt
Bơm cánh gạt là một trong những máy thủy lực roto có kết cấu đơn giản nhất.
Bơm cánh gạt được dùng rộng rãi sau bơm bánh răng và chủ yếu dùng ở áp suất thấp
và trung bình. Về kết cấu của bơm cánh gạt thì có nhiều loại khác nhau nhưng có thể
chia làm hai loại chính là:

C
C

+ Bơm cánh gạt đơn
+ Bơm cánh gạt kép.

R
L
T

1.2.2.1 Bơm cánh gạt đơn

Bơm cánh gạt đơn: là loại bơm cánh gạt khi trục quay một vịng thì bơm thực
hiện một chu kỳ làm việc bao gồm một lần hút và một lần nén.

U
D

Lưu lượng bơm có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi độ lệch tâm (xê dịch vòng
trượt), thể hiện ở hình 1.4

Hình 1.4 Bơm cánh gạt
1.2.2.2 Bơm cánh gạt kép
Bơm cánh gạt kép: là loại bơm cánh gạt khi trục quay một vịng thì bơm thực
hiện hai chu kỳ làm việc bao gồm hai lần hút và hai lần nén.
14
GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy


Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC
SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí

C
C

Hình 1.5 Kết cấu bơm gạt kép
1.2.2.3 Kết cấu và nguyên lý hoạt động bơm cánh gạt

R
L
T

Bơm cánh gạt có kết cấu gồm vỏ bơm hình trụ trong đó có roto. Tâm của vỏ bơm
và tâm của roto được đặt lệch tâm một khoảng e gọi là độ lệch tâm. Trên roto có gắn
các bảng phẳng, khi roto quay các bảng phẳng này trượt trong các rãnh của roto và kết
hợp với vỏ bơm dể gạt chất lỏng nên gọi là cánh gạt. Kết cấu của cánh gạt như hình vẽ
1.4 và hình 1.5.

U
D

Nguyên lý hoạt động của bơm cánh gạt là khi roto quay làm cho các cánh gạt
quay theo và nhờ có lực ly tâm và lực lị xơ đẩy các cánh gạt ln tì sát vào thành vỏ
bơm gạt chất lỏng từ buồng hút về buồng đẩy. Ta thấy rằng nếu bơm có ít cánh gạt thì
lưu lượng sẽ bị dao động mạnh, vì vậy để cho bơm có lưu lượng đồng đều thì ta phải
làm nhiều cánh gạt, thơng thường số cánh gạt trong bơm thường có từ 4  12 cánh.
1.2.2.4 Lưu lượng của bơm cánh gạt
Nếu các kích thước hình học có đơn vì là [cm], số vịng quay n [vịng/phút], thì
lưu lượng qua bơm là:

Q  2.103..e.n(B.D  4.b.d) [lít/phút]
Trong đó: D-đường kính Stato
b- chiều sâu của rãnh

(1.5)

B-chiều rộng cánh gạt
e- độ lệch tâm

d- đường kính con lăn

1.2.3 Bơm trục vít
Về thực chất bơm trục vít là một dạng biến thể của bơm bánh răng, nếu bánh
răng nghiêng có số răng nhỏ, chiều dày và góc nghiêng của răng lớn thì bánh răng sẽ
trở thành trục vít. Hiện nay, bơm trục vít được sử dụng rất nhiều trong công nghiệp,
15
GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy


Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC
SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí

nhất là trong hệ thống truyền động thủy lực và trong các máy ép thủy lực, vì bơm trục
vít có rất nhiều ưu điểm:
+ Lưu lượng ổn định hơn so với bơm bánh răng, kể cả bánh răng nghiêng.
+ Có khả năng tạo áp suất cao và làm việc ở số vòng quay lớn.
+ Độ làm việc tin cậy, kết cấu nhỏ gọn, khơng ồn do q trình ăn khớp của trục
vít rất êm dịu.
Tuy nhiên bơm tục vít cũng có nhược điểm là việc chế tạo trục vít là khá phức
tạp, địi hỏi độ chính xác cao, khó sửa chữa phục hồi.
Bơm trục vít thường gồm hai hoặc ba trục vít ăn khớp với nhau đặt trong một vỏ
máy cố định có cửa ra và cửa vào, khe hở giữa các trục vít với vỏ máy rất nhỏ. Trục vít
thường có các biên dạng ren là dạng ren chữ nhật, ren hình thang và xiclơit. Kết cấu
chung của một bơm trục vít có hai trục vít ăn khớp với nhau có dạng như hình vẽ:

C
C

R
L
T

U
D

Ngun lý hoạt động của bơm trục vít là khi hai trục vít ăn khớp với nhau thì
rãnh ren trên trục vít này sẽ ăn khớp với rãnh ren trên trục vít kia. Sự ăn khớp này sẽ có
tác dụng như một tấm chắn khơng cho chất lỏng quay theo chiều trục mà chỉ chuyển
động tịnh tiến dọc theo trục vít từ buồng hút sang buồng đẩy. Sự tổn thất lưu lượng là
nguyên nhân ảnh hưởng nhiều nhất đến hiệu suất của bơm. Sự tổn thất lưul lượng chủ
yếu là do khe hở giữa các trục vít với thành vỏ bơm và khe hở giữa các ren ăn khớp với

nhau. Để khắc phục hiện tượng tổn thất lưu lượng trong bơm người ta thường udngf hai
cách:
+ Tăng số bước ren của mối ren trên trục vít, tức là tăng chiều dài làm việc của
trục vít. Là theo cách này thì làm cho kích thước của bơm tăng lên.
+ Giảm chiều dài bước ren, tức là giảm góc nâng của bước ren. Làm theo cách
này thì hiệu suất cơ khí của bơm khá thấp vì tính chất tự hãm của truyền động trục vít.

16
GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy


Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC
SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí

Vì vậy, trong thực tế ta thường phải kết hợp cả hai cách một cách hợp lý. Ngoài
ra, cũng giống như trong bơm bánh răng nghiêng, khi làm việc thì truyền động trục vít
sẽ sinh ra lực dọc trục làm giảm tuổi thọ của ổ đỡ và bơm, vì vậy để khắc phục hiện
tượng này người ta thường làm các rãnh hoặc dùng các trục vít có hai phần ren ngược
chiều nhau để cân bằng tải trọng hướng trục.
1.2.4 Bơm bánh răng
Bơm bánh răng là loại có hai hay nhiều bánh răng ăn khớp với nhau, các bánh
răng có thể ăn khớp ngồi hoặc ăn khớp trong. Loại bơm bánh răng có cấu tạo đơn giản
nhất là loại có hai bánh răng bằng nhau ăn khớp ngồi. Biên dạng răng có thể là thân
khai hoặc cycloid,… Sơ đồ kết cấu của bơm bánh răng có hai bánh răng bằng nhau
profin dạng thân khai như hình 1.8.
Thân bơm (1) là khối kim loại, bên trong được gia công hai lỗ để lắp các bộ phận
của bơm thủy lực. Bánh răng (3) được lắp trên trục chủ động (2) của bơm và ăn khớp
với bánh răng bị động (5), bánh răng bị động (5) được lắp cố định trên trục (6), cả hai
bánh răng được đặt trong vỏ bơm. Trục chủ động (2) của bơm được gắn với một động
cơ kéo bơm, khi trục chủ động quay làm cho bánh răng chủ động quay theo chiều như

hình vẽ, kéo theo bánh răng bị động quay, Khi đó chất lỏng chứa trong các rãnh răng
ngồi vùng ăn khớp được chuyển từ buồng hút (7) vòng theo vỏ trong bơm đi đến buồng
đẩy (4) theo chiều chuyển động của bánh răng. Nguyên lý làm việc của bơm bánh răng
là dựa trên sự thay đổi thể tích. Thể tích chứa chất lỏng trong buồng đẩy giảm xuống
khi các răng của cặp bánh bắt đầu vào ăn khớp, khi đó áp suất của chất lỏng được tăng
lên và dồn chất lỏng vào ống đẩy (4). Q trình đó gọi là quá trình đẩy của bơm. Đồng
thời, với quá trình đẩy ở buồng hút thì thể tích chất lỏng tăng lên khi các bánh răng bắt
đầu ra khớp, khi đó áp suất giảm xuống thấp hơn áp suất mặt thoáng bể hút làm cho
chất lỏng chảy qua buồng hút (7) qua bơm đến buồng đẩy (4). Theo lý thuyết thì ta thấy
rằng áp suất của chất lỏng trong bơm chỉ tăng khi chất lỏng được chuyển đến buồng
đẩy, nhưng trong thực tế thì giữa đỉnh răng với thành vỏ bơm, giữa các bề mặt răng ăn
khớp và giữa mặt đầu răng với ổ đỡ trục luôn tồn tại khe hở nên chất lỏng được tăng áp
suất sớm hơn trước khi đến buồng đẩy. Các khe hở này là nguyên nhân gây ra sự tổn
thất lưu lượng và hạn chế khả năng tăng áp suất làm việc của bơm.

C
C

R
L
T

U
D

17
GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy


Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC

SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí

Hình 1.7 Các dạng bơm bánh răng
Bơm bánh răng có các ưu điểm chính là: kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ gọn,
dễ chế tạo, có khả năng chịu quá tải trong một thời gian nhất định. Chính vì các ưu điểm
này nên bơm bánh răng được dùng rất phổ biến. Trong ngành chế tạo máy thường dùng
bơm bánh răng có áp suất dưới 15  30 at và lưu lượng khoảng 400  500 lít/phút. Trong
cơng nghiệp bơm bánh răng dùng nhiều trong các máy cơng nghiệp, máy ép, máy nén,…
có áp suất lớn lên đến vài trăm at. Trong ngành hàng khơng thì thường dùng bơm bánh
răng ở trong các bộ phận điều khiển, bôi trơn và bơm nhiên liệu cho động cơ, áp suất
làm việc có thể lên đến 200  300 at hoặc cao hơn,…

C
C

R
L
T

U
D

1.2.4.1 Các thông số làm việc cơ bản của bơm thể tích
Theo nguyên lý, áp suất của chất lỏng trong máy thủy lực thể tích chỉ phụ thuộc
tải trọng ngoài. Nếu buồng làm việc hoàn tồn kín, thì lưu lượng của máy khơng phụ
thuộc vào áp suất, cịn áp suất có thể tăng lên bao nhiêu cũng được tùy thuộc vào áp

18
GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC
SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí

suất phụ tải và cơng suất của bơm. Khi đó lưu lượng của máy thủy lực thể tích chỉ phụ
thuộc vào vận tốc chuyển động của kết cấu.
Nhưng thực tế, buồng làm việc khơng thể tuyệt đối kín với mọi giá trị áp suất.
Khi tăng tải trọng làm việc tăng đến mức nào đó sẽ xuất hiện sự chảy rị dầu chất lỏng,
nếu tiếp tục tăng tải trọng nữa thì lưu lượng của máy sẽ mất mát do rị rỉ. Ngồi ra, áp
suất làm việc còn bị hạn chế bởi sức bền của máy. Do vậy, để đảm bảo sự làm việc bình
thường của bơm, phải hạn chế áp suất làm việc tối đa bằng van an toàn.
1.2.4.2 Lưu lượng
Lưu lượng lý thuyết Qlt (lưu lượng chưa kể tới sự chảy rò) bằng tổng cử thể tích
làm việc của máy trong một đơn vị thời gian:
Qlt = q1.n

(1.6)

Trong đó:

C
C

q1: là lưu lượng riêng của bơm (trong một chu kỳ)

n: Số chu kỳ làm việc của bơm trong một đơn vị thời gian (thường bằng
số vịng quay của trục máy)

R
L

T

Qlt: là lưu lượng tính cho cả quá trình trong một đơn vị thời gian nên cịn
gọi là lưu lượng trung bình lý thuyết, lưu lượng tức thời của bơm thay đổi theo thời
gian, kể cả khi máy làm việc ổn định.

U
D

1.2.4.3 Áp suất

Ta biết, cột áp của máy thủy lực thể tích được tạo nên chủ yếu bởi sự thay đổi áp
suất tĩnh của chất lỏng khi chuyển động qua máy. Do đó, trong bơm thủy lực thể tích
thường dùng áp suất để biểu thị khả năng tải của máy.
Cột áp H và áp suất P liên hệ với nhau bằng công thức cơ bản của tĩnh học:
H

p


(1.7)

 : trọng lượng riêng của chất lỏng làm việc.

Áp suất trong buồng làm việc có liên quan đến lực tác dụng hoặc mô men quay
của máy.
Đối với bơm thủy lực chuyển động quay, áp suất làm việc p tác dụng lên roto tạo
nên mô men quay M.
M =km.p

(1.8)

km: là hằng số đối với một máy nhất định phụ thuộc vào kết cấu và kích thước
máy, gọi là hệ số mô men.

19
GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy


Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC
SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí

Hệ số kM được suy từ cơng thức tính cơng suất lý thuyết. Nếu khơng kể tới tổn
thất, ta có:
N = Nlt
Nlt =  .Qlt. H

(1.9)

Thay H từ công thức (1.7) vào công thức (1.9) ta được:
Nlt = Qlt.p

(1.10)

Mặt khác Nlt =  .M nên  M 

Q lt
p


So sánh (1.8) và (1.11) ta có: k M 

(1.11)

Q lt q1n q1


 2n 2

kM thực tế
(1.12)

C
C

Mômen quay M theo (1.11) là trường hợp lý thuyết (chưa kể tới tổn thất), trong trường
hợp kể tới tổn thất thì mơ men quay của bơm được xác định theo công thức sau:

R
L
T

p.Q  .M.  M 

Q
k
p M p
.


(1.13)

U
D

1.2.4.4 Hiệu suất và cơng suất

Hiệu suất tồn phần của máy thủy lực xác định theo công thức chung:

  Q cH

(1.14)

Đối với bơm thể tích, tổn thất thủy lực tương đối nhỏ (vì động năng nhỏ) nên thường
cho H  1 . Do đó:

  Q c

(1.15)

Trong đó:

 : hiệu suất của bơm bánh răng

c : hiệu suất cơ khí (do ma sát giữa các bề mặt làm việc)

Q : hiệu suất lưu lượng bơm (do sự tổn thất về thể tích)
Hiệu suất của bơm bánh răng  nó phụ thuộc vào hiệu suất cơ khí c và hiệu
suất lưu lượng Q của bơm. Hiệu suất cơ khí phụ thuộc vào chất lượng chế tạo và kết

cấu của bơm, thông thường c  0,8  0,95 . Hiệu suất lưu lượng thông thường được
chọn từ Q  0,7  0,9

20
GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy


Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC
SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí

Cơng suất làm việc của bơm thường được xác định bằng các thông số thủy lực
và thay công thức (1.7) vào ta được:
N lv 

.Q.H p.Q




(1.16)

1.2.4.5 Các đường đặc tính của bơm bánh răng
Đường đặc tính của bơm là một loại thơng số rất quan trọng thể hiện khả năng
làm việc và tính kinh tế của bơm. Đường đặc tính lý thuyết được xây dựng trên cở sở
các cơng thức tính tốn lý thuyết với các giả thuyết lý tưởng và chỉ cần thiết khi tính
thiết kế bơm, cịn khi sử dụng người ta xây dựng và dùng các đường đặc tính thực
nghiệm. Đường đặc tính thực nghiệm khác với lý thuyết là do có các tổn thất, với hai
loại tổn thất cơ bản là tổn thất thủy lực (ht) và tổn thất va đập (htvd).

C

C

R
L
T

U
D

Hình 1.9 Đường đặc tính lưu lượng tức thời của bơm bánh răng
Đường đặc tính này biểu diễn mối quan hệ giữa lưu lượng Q và góc quay  của
bánh răng với hệ số ăn khớp  =1. Lưu lượng lý thuyết Qlt được tính trung bình giữa
Qmin và Qmax sao cho hai diện tích gạch chéo bằng nhau. Như vậy lưu lượng tức thời của
bơm bánh răng thay đổi một cách có chu kỳ từ Qmin đến Qmax, chu kỳ dao động là:
 

2
z

(1.17)

Dạng của đường cong biểu diễn sự thay đổi lưu lượng phụ thuộc nhiều yếu tốt
khác nhau nhưng rõ nhất là phụ thuộc vào hệ số trùng khớp  .
Để đánh giá mức độ dao động lưu lượng của bơm bánh răng, ta tính hệ số dao
động lưu lượng theo công thức:


Qmax  Qmin
Q tb

(1.18)
21

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy


Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC
SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí

Mức độ dao động được đánh giá qua hệ số dao động lưu lượng  :
Đối với bánh răng trục, hệ số dao động lưu lượng được tính gần đúng theo cơng thức:

  1, 25.

cos 2 
z

(1.19)

Trong đó:  là góc áp lực, thường   15o  30o
Để xác định biên độ dao động lưu lượng của bơm bánh răng phụ thuộc vào hệ số
trùng khớp  , số răng Z, chiều dài bánh răng b, vận tốc góc của bánh răng chủ động 
và bán kính vịng răng cơ sở r0:

A  Qmax  Qmin

2
 2 ..2 .rb2 .b
Z

(1.20)

Trong đó:

C
C

 : hệ số trùng khớp của cặp bánh răng ăn khớp
 : vận tốc góc của bánh răng chủ động

R
L
T

rb: bán kính vịng trịn cơ sở bánh răng
b: chiều dài bánh răng

U
D

Dao động lưu lượng gây nên sự dao động áp suất, ảnh hưởng xấu đến sự làm
việc của bơm và hệ thống truyền động. Để khắc phụ hiện tượng dao động lưu lượng
người ta thường dùng các biện pháp sau:
+ Dùng bánh răng có số răng Z lớn, biện pháp này làm cho chu kỳ dao động nhỏ
nên lưu lượng đồng đều hơn nhưng cũng có nhược điểm là phải tăng đường kính bánh
răng làm cho kích thước của bơm tăng.
+ Dùng bánh răng nghiêng, khi dùng bánh răng nghiêng thì tồn bộ chiều dài
tiếp xúc khơng vào khớp và ra khớp cùng một lúc mà ra vào khớp một cách từ từ nên
lưu lượng của bơm đều hơn và bơm làm việc êm hơn. Nhưng khi dùng bánh răng
nghiêng thì có nhược điểm là xuất hiện lực dọc trục, khi áp suất làm việc của bơm càng

lớn thì lực dọc trục càng lớn gây ra hỏng ổ đỡ. Vì thế ta phải khắc phục bằng cách bố
trí hai cặp bánh răng nghiêng giống nhau và đối xứng với nhau trên cùng một trục.
+ Dùng bánh răng chữ B, khi bánh răng chữ V thì lực dọc trục tự triệt tiêu lẫn
nhau vì vậy ta có thể tăng góc nghiêng của bánh răng. Như vậy, phạm vi sử dụng của
bánh răng chữ V rộng hơn và bơm có thể làm việc với áp suất cao hơn nhưng kết cấu
của bánh răng chữ V khá phức tạp, chế tạo khó khăn và đắt tiền hơn.
Hình 1.10 thể hiện đường đặc tính về quan hệ giữa áp suất p và lưu lượng Q của
bơm bánh răng:

22
GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy


Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC
SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí

Đường (1) là đường song song với trục hoành là đường lưu lượng lý thuyết, nó
khơng phụ thuộc vào áp suất làm việc.
Đường (2) là đường hơi cong xuống thể hiện sự tổn thất về thể tích khi áp suất
tăng lên.
Đường (3) là đường cong thể hiện sự giảm mạnh lưu lượng khi tăng áp suất,
trong trường hợp này thường là có khe hở q lớn và chất lỏng ít có độ nhớt.

C
C

R
L
T

Hình 1.10 Đường đặc tính về quan hệ giữa áp suất p và lưu lượng Q

U
D

1.2.4.6 Tổn thất và hiệu suất của bánh răng
a) Tổn thất và hiệu suất cơ khí

Tổn thất cơ khí là tổn thất do ma sát giữa các bề mặt chi tiết có chuyển động
tương đối với nhau. Hiệu suất cơ khí của bơm bánh răng trong khoảng (0,8  0,95) , phụ
thuộc vào kết cấu và chất lượng chế tạo bơm
b) Tổn thất và hiệu suất lưu lượng
Tổn thất lưu lượng trong bơm bánh răng bao gồm:
- Tổn thất rò rỉ giữa mặt đầu của bánh răng và thành trong của gối đỡ. Tổn thất
này phụ thuộc vào độ chính xác gia cơng của cụm chi tiết. Tổn thất lưu lượng ở phần
này rất quan trọng, chiếm khoảng (75%  80%) tổn thất lưu lượng toàn bộ.
- Tổn thất do rò dầu qua cặp biên dạng răng khi vào ăn khớp với nhau tạo nên áp
lực đẩy, tổn thất này có rất nhiều nguyên nhân: độ chính xác gia cơng bề mặt biên dạng
răng, độ chính xác khoảng cách trục lắp ghép và độ chính xác của các chi tiết lắp ghép
tạo bên bộ truyền bơm,…
- Tổn thất do dòng chảy ngược, tức là chất lỏng chảy trong khe giữa vòng đỉnh
bánh răng và thành trong vỏ bơm hay do ngược chiều quay của bánh răng bởi vì áp suất
ở buồng đẩy cao hơn ở buồng hút.

23
GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy


Thiết kế, gia công bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/CAM/CNC
SVTH: Trần Minh Đức – Khoa Cơ Khí

- Tổn thất trong quá trình hút do các rãnh răng khi đi qua buồng hút không chứa
được đầy chất lỏng. Hiện tượng này khơng những làm giảm lưu lượng mà cịn gây nhiều
ảnh hưởng xấu đến chất lượng làm việc của bơm. Khi các rãnh không chứa đầy chất
lỏng đến buồng đẩy, trong đó chất lỏng có áp suất cao, chúng sẽ bị dòng chảy ngược
tràn vào gây nên dao động áp lực (thêm tải trọng phụ) tác động lên bánh răng và ổ trục.
Nói chung, tổn thất lưu lượng của bơm bánh răng phụ thuộc vào nhiều yếu tố,
khó xác định chính xác, thường phải xác định bằng thực nghiệm đối với từng kiểu và
từng loại cụ thể, tổn thất lưu lượng của bơm bánh răng thường được đánh giá bằng hiệu
suất lưu lượng Q  (0,8  0,95) . Bơm có lưu lượng càng lớn thì Q càng cao .

1.3 NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN
Trong lịch sử, các nhà khoa học đã phát minh ra các loại bơm thủy lực từ rất lâu.
Tuy nhiên, các loại bơm này vẫn chưa được sản xuất để sử dụng rộng rãi trong cuộc
sống, vì các ngành cơng nghiệp lúc bấy giờ chưa phát triển. Vào những năm đầu của
thế kỷ 20, động cơ có số vịng quay cao dùng để kéo bơm mới được chế tạo ra. Ngày
nay có rất nhiều chủng loại bơm thủy lực ra đời và phát triển mạnh trên thế giới. Còn ở
Việt Nam, các loại bơm thủy lực chủ yếu nhập từ nước ngồi hoặc có trong thiết bị nhập
ngoại. Vì vậy, em đã được giao nhiệm vụ tìm hiểu, thiết kế, chế tạo bơm bánh răng thủy
lực bằng công nghệ CAD/CAM/CNC.

C
C

R
L
T

U
D

24
GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy