Khi chúng ta nhu cầu về sản xuất, gia công các linh kiện như hộp số và hệ thống truyền động sở hữu hiệu suất cao hơn và hiệu quả hơn — đặc biệt là trong xe điện (EV), các cải tiến dựa trên toàn bộ hệ thống sử dụng các quy trình sản xuất tiên tiến sẽ là yếu tố tiên quyết.
Trong khi chất lượng bề mặt thường được đơn giản hóa để chỉ đề cập đến độ nhám bề mặt, cấu trúc bề mặt là khái niệm hoàn chỉnh hơn nên được xem xét cho nhiều ứng dụng linh kiện kỹ thuật.
Trong quy trình sản xuất cơ khí hiện đại, việc đảm bảo độ chính xác của máy CNC là yếu tố sống còn để giảm thiểu phế phẩm. Để chẩn đoán và kiểm soát sức khỏe máy công cụ là công việc khó để có thể thực hiện trong một vài giờ, thậm chí là vài ngày. Vậy làm sao để các nhà máy nhanh chóng xác định các sai lệch cơ khí và lỗi lập trình trước khi chúng gây ra hư hỏng thực tế.
Khi chúng ta nhu cầu về sản xuất, gia công các linh kiện như hộp số và hệ thống truyền động sở hữu hiệu suất cao hơn và hiệu quả hơn — đặc biệt là trong xe điện (EV), các cải tiến dựa trên toàn bộ hệ thống sử dụng các quy trình sản xuất tiên tiến sẽ là yếu tố tiên quyết.
Tiếp phần bài viết trước đó về vấn đề: “Chất lượng bề mặt: Đôi khi tất cả mọi chỉ số không chỉ là độ nhám” nay V-Proud xin được chia sẻ một số nghiên cứu về cách thức cải thiện độ nhám bề mặt nhằm tăng năng hiệu suất hệ thống bánh răng và vòng bi.
xem thêm: Giải pháp kiểm soát chất lượng cho động cơ Stator với Mahr VisioTurn
Khi chúng ta nhu cầu về sản xuất, gia công các linh kiện như hộp số và hệ thống truyền động sở hữu hiệu suất cao hơn và hiệu quả hơn — đặc biệt là trong xe điện (EV), các cải tiến dựa trên toàn bộ hệ thống sử dụng các quy trình sản xuất tiên tiến sẽ là yếu tố tiên quyết.
Bánh răng kim loại
Đây là lĩnh vực có tiềm năng cải thiện hiệu suất hộp số và hệ thống truyền động mà không yêu cầu nỗ lực cải thiện các bản thiết kế cũ.
Theo như đã biết, trong nhiều hộp số, các bánh răng và vòng bi sử dụng chung một hệ thống bôi trơn. Tạm gác lại các ứng dụng sử dụng mỡ hay các loại phụ gia dạng sệt, những hệ thống bôi trơn này thường sử dụng phương pháp ngâm dầu/văng dầu đơn giản hoặc, đối với các ứng dụng đòi hỏi khắt khe hơn, là bôi trơn cưỡng bức/phun dầu.
Trong cả hai hệ thống dựa trên "dầu" này, các nhà thiết kế hộp số và người dùng cuối phải chọn một loại chất bôi trơn duy nhất cho cả bánh răng và vòng bi. Sự lựa chọn này có thể dẫn đến những cải thiện trong hiệu suất tổng thể của hộp số, cũng như tuổi thọ của từng bộ phận bánh răng riêng lẻ.
Dầu hoặc chất bôi trơn tổng hợp phục vụ nhiều mục đích trong một hộp số, bao gồm hệ thống tản nhiệt, phụ gia bên trong dầu có chưa hợp chất giúp ngăn ngừa ăn mòn, giảm tiếng ồn và cung cấp một số bảo vệ khả năng bị mài mòn của bánh răng.
xem thêm: Giải pháp kiểm soát chất lượng cho động cơ Stator với Mahr VisioTurn
Tuy nhiên, mục đích chính của chúng là giảm ma sát và mài mòn bằng cách cung cấp một mức độ phân tách màng dầu giữa các bánh răng ăn khớp và các thành phần vòng bi. Mặc dù các chất bôi trơn có độ nhớt cao hơn cung cấp khả năng phân tách màng dầu tốt hơn, chúng cũng gây ra tổn thất do lực cản nếu chúng ta dùng mức độ dầu có độ đậm đặc cao hơn.
Những tổn thất lực cản do dầu sẽ thấy rọ hơn ở tốc độ vận hành cao đối với các bộ phận bánh răng và vòng bi. Do đó, việc giảm độ nhớt của chất bôi trơn để cải thiện hiệu suất hộp số sẽ mang lại lợi ích; nhưng bằng cách giảm độ nhớt chất bôi trơn, rủi ro tiềm ẩn về bôi trơn màng hỗn hợp hoặc biên cho các bánh răng sẽ tăng lên trừ khi độ nhám tổng hợp có thể được giảm bớt.
Ở bài viết trước chúng ta có nhắc tới tiềm năng của các “quy trình siêu bóng đẳng hướng” (isotropic superfinishing processes) để giảm đáng kể độ nhám bề mặt của các thành phần gia công như bánh răng đồng thời thay đổi cấu trúc bề mặt sang dạng không định hướng.
Những bề mặt này thường đạt được giá trị độ nhám Ra < 0,1 µm và mang lại lợi ích hiệu suất đáng kể cho các loại bánh răng bao gồm khả năng chống mỏi tiếp xúc, rỗ bề mặt và trầy xước. Mặc dù các phương pháp gia công như mài tinh hoặc mài bóng cũng có thể giảm độ nhám bề mặt, chúng thường dẫn đến giá trị độ nhám cao hơn (0,15 µm Ra hoặc lớn hơn).
Hơn nữa, cấu trúc bề mặt của các bề mặt mài/gia công này về cơ bản sẽ có định hướng, và trong hầu hết các trường hợp, định hướng của cấu trúc bề mặt còn lại sẽ khiến các chiều cao đỉnh răng, chân răng và khe hở bánh răng dư thừa vuông góc với chuyển động lăn và trượt của bánh răng.
Cấu tạo và thông số hình học của bánh răng
Cấu trúc bề mặt có định hướng này, mặc dù đã được cải thiện đáng kể so với các quy trình mài tiêu chuẩn, vẫn kém tối ưu khi xem xét rủi ro mỏi tiếp xúc và trầy xước cho hệ thống bánh răng. Tuy nhiên, để cải thiện sự phân tách màng dầu và cho phép sử dụng chất bôi trơn có độ nhớt thấp hơn, những bề mặt này yêu cầu phương pháp gia công tinh xảo phù hợp, nhưng các hệ số an toàn cho hệ thống bánh răng phải được xem xét vì chỉ riêng giá trị Ra có thể không dự đoán đầy đủ tuổi thọ của bánh răng.
Quay trở lại tiền đề ban đầu, nếu độ nhớt chất bôi trơn có thể được giảm bớt, từ đó cải thiện hiệu suất bánh răng, đồng thời giảm độ nhám sườn bánh răng và độ nhám tổng hợp, tỷ lệ lambda (Tỷ lệ lambda ban đầu được phát triển để định lượng chất lượng chế độ vận hành chất bôi trơn liên quan đến hiệu suất ổ trục) có thể được duy trì để đảm bảo phân tách màng dầu hoàn toàn.
Độ nhám tổng hợp giảm sẽ có thêm lợi ích là giảm ma sát giữa các bánh răng ăn khớp, tăng thêm hiệu suất cho bộ bánh răng; vào năm 2007, General Motors đã tìm thấy rằng các bánh răng trụ được siêu bóng đẳng hướng cho hiệu suất tăng khoảng 17% so với các bánh răng mài tiêu chuẩn.
Những kết luận này đều hợp lý đối với sự vận hành của bánh răng. Ngoài những lợi ích rõ ràng của việc kết hợp siêu bóng đẳng hướng với chất bôi trơn độ nhớt thấp, các lợi ích bổ sung có thể đạt được đối với hộp số, nhưng cũng có những lo ngại đối với vòng bi trong hệ thống bánh răng.
Lớp phủ DLC (Diamond-Like Carbon) là lớp màng carbon mỏng, siêu cứng, có đặc tính gần giống kim cương (độ cứng cao, ma sát thấp, chống mài mòn tốt, chống ăn mòn), tạo màu đen mờ đặc trưng, được ứng dụng rộng rãi trong đồng hồ, linh kiện xe hơi, hàng không, y sinh để tăng độ bền, tuổi thọ, giảm ma sát cho bề mặt vật liệu
Trong nhiều hộp số, tốc độ tiếp xúc của các bộ phận bánh răng sẽ cao hơn tốc độ tiếp xúc của vòng bi. Đây là một thực tế phải được xem xét nếu các chất bôi trơn độ nhớt thấp được đề xuất kết hợp với các bánh răng được siêu bóng đẳng hướng để tăng hiệu suất.
Với tốc độ tiếp xúc thấp hơn trong vòng bi, cùng với áp suất Hertz thường cao hơn, rủi ro về chế độ bôi trơn hỗn hợp trong vòng bi là cao hơn so với tại các điểm tiếp xúc của bánh răng.
Vì vòng bi thường đã có độ nhám bề mặt thấp, việc áp dụng quy trình siêu bóng đẳng hướng không có cùng tiềm năng để giải quyết các vấn đề “mỏi” tiếp xúc liên quan như đối với sườn bánh răng.
xem thêm: Giải pháp đo bánh răng chính xác kèm dự báo độ mòn và tiếng ồn truyền động
Do đó, nếu không có giải pháp thay thế, tiềm năng tăng hiệu suất hộp số bằng cách giảm độ nhám bánh răng và độ nhớt chất bôi trơn bị hạn chế sẽ bắt bược bộ phận thiết kế phải mở rộng độ phức tạp cho hệ thống bánh răng.
Dầu nhớt dùng trong bôi trơn bánh răng, hộp số và vòng bi
May mắn thay, có những giải pháp thay thế đáng cân nhắc — cụ thể là lớp phủ cacbon giống kim cương (DLC). Lớp phủ DLC có thể mang lại lợi ích đáng kể cho vòng bi nơi điều kiện bôi trơn bị ảnh hưởng do độ nhớt dầu thấp được chọn để tối ưu cho bánh răng. Lớp phủ DLC cung cấp thêm các hệ số an toàn cho vòng bi khi màng dầu trở thành mối lo ngại trong hệ thống bánh răng.
Tóm lại, để tăng hiệu suất của hộp số bánh răng vượt quá các tiêu chuẩn hiện tại, việc tối ưu hóa dựa trên hệ thống là cần thiết. Các tương tác phức tạp giữa bánh răng và vòng bi đòi hỏi sự xem xét cẩn thận. Hiệu suất tiềm năng có thể đạt được từ phương pháp kết hợp giảm độ nhám trên các mặt bánh răng để tăng hiệu suất và cho phép sử dụng chất bôi trơn có độ nhớt thấp hơn.
Tuy nhiên, tác động lên vòng bi phải được xem xét, và việc sử dụng lớp phủ DLC trên vòng bi để hỗ trợ cho hệ thống bánh răng có thể là một trong các yêu cầu bắt buộc. Ưu điểm lớn của cách tiếp cận này là siêu bóng đẳng hướng và lớp phủ DLC thường có thể được áp dụng cho các thiết kế bánh răng hiện có mà không yêu cầu nỗ lực thiết kế tốn kém. Một hệ thống bánh răng được tối ưu hóa như vậy sẽ mang lại giá trị vận hành lâu dài.
Liên hệ với chúng để được tư vấn chi tiết hơn về máy đo tự động cho sản xuất bánh răng và vòng bi:
Cập nhật thêm các giải pháp về quản lý chất lượng, tối ưu sản xuất của Mahr tại: https://v-proud.vn/vi/danh-muc/giai-phap-mahr
Đọc thêm:
V-Proud là nhà phân phối chính thức hãng của Renishaw tại VIệt Nam, quý khách có nhu cầu mua hàng vui lòng liên hệ hotline hoặc Zalo 0896 555 247
#KimDoCMM #Renishaw #MayDoCMM #ChinhHang #KiemSoatChatLuong #VProud
(84) 896 555 247
Tiếng Việt
English