Nhiều phần củahộp số giảm năng lượng mớiVàbánh răng ô tôdự án yêu cầu phun bi sau khi mài bánh răng, điều này sẽ làm giảm chất lượng bề mặt răng và thậm chí ảnh hưởng đến hiệu suất NVH của hệ thống. Bài báo này nghiên cứu độ nhám bề mặt răng của các điều kiện quy trình phun bi khác nhau và các bộ phận khác nhau trước và sau khi phun bi. Kết quả cho thấy phun bi sẽ làm tăng độ nhám bề mặt răng, bị ảnh hưởng bởi các đặc điểm của bộ phận, thông số quy trình phun bi và các yếu tố khác; Trong các điều kiện quy trình sản xuất theo lô hiện có, độ nhám bề mặt răng tối đa sau khi phun bi gấp 3,1 lần so với trước khi phun bi. Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt răng đến hiệu suất NVH được thảo luận và các biện pháp cải thiện độ nhám sau khi phun bi được đề xuất.

Trong bối cảnh trên, bài viết này thảo luận từ ba khía cạnh sau:

Ảnh hưởng của các thông số quá trình phun bi đến độ nhám bề mặt răng;

Mức độ khuếch đại của quá trình phun bi lên độ nhám bề mặt răng trong điều kiện quy trình sản xuất hàng loạt hiện tại;

Tác động của việc tăng độ nhám bề mặt răng lên hiệu suất NVH và các biện pháp cải thiện độ nhám sau khi phun bi.

Phun bi là quá trình mà nhiều đầu đạn nhỏ có độ cứng cao và chuyển động với tốc độ cao đập vào bề mặt của các bộ phận. Dưới tác động tốc độ cao của đầu đạn, bề mặt của bộ phận sẽ tạo ra các lỗ rỗ và biến dạng dẻo sẽ xảy ra. Các tổ chức xung quanh các lỗ rỗ sẽ chống lại sự biến dạng này và tạo ra ứng suất nén dư. Sự chồng chéo của nhiều lỗ rỗ sẽ tạo thành một lớp ứng suất nén dư đồng đều trên bề mặt của bộ phận, do đó cải thiện độ bền mỏi của bộ phận. Theo cách đạt được tốc độ cao bằng cách phun bi, phun bi thường được chia thành phun bi khí nén và phun bi ly tâm, như thể hiện trong Hình 1.

Phun bi bằng khí nén lấy khí nén làm năng lượng để phun bi từ súng; Phun bi ly tâm sử dụng động cơ để dẫn động cánh quạt quay với tốc độ cao để bắn bi. Các thông số quy trình chính của phun bi bao gồm cường độ bão hòa, độ phủ và các đặc tính của môi trường phun bi (vật liệu, kích thước, hình dạng, độ cứng). Cường độ bão hòa là một thông số để mô tả cường độ phun bi, được thể hiện bằng chiều cao hồ quang (tức là độ uốn của mẫu thử Almen sau khi phun bi); Tỷ lệ bao phủ đề cập đến tỷ lệ diện tích được bao phủ bởi hố sau khi phun bi so với tổng diện tích của khu vực được phun bi; Các loại vật liệu phun bi thường được sử dụng bao gồm bi cắt dây thép, bi thép đúc, bi gốm, bi thủy tinh, v.v. Kích thước, hình dạng và độ cứng của vật liệu phun bi có các cấp khác nhau. Các yêu cầu quy trình chung đối với các bộ phận trục bánh răng truyền động được thể hiện trong Bảng 1.

Phần thử nghiệm là bánh răng trục trung gian 1/6 của một dự án lai. Cấu trúc bánh răng được thể hiện trong Hình 2. Sau khi mài, cấu trúc vi mô bề mặt răng là Cấp 2, độ cứng bề mặt là 710HV30 và độ sâu lớp tôi cứng hiệu quả là 0,65mm, tất cả đều nằm trong yêu cầu kỹ thuật. Độ nhám bề mặt răng trước khi phun bi được thể hiện trong Bảng 3 và độ chính xác của hồ sơ răng được thể hiện trong Bảng 4. Có thể thấy rằng độ nhám bề mặt răng trước khi phun bi là tốt và đường cong hồ sơ răng mịn.

Kế hoạch thử nghiệm và các thông số thử nghiệm

Máy phun bi khí nén được sử dụng trong thử nghiệm. Do các điều kiện thử nghiệm, không thể xác minh tác động của các đặc tính của môi trường phun bi (vật liệu, kích thước, độ cứng). Do đó, các đặc tính của môi trường phun bi là không đổi trong thử nghiệm. Chỉ có tác động của cường độ bão hòa và độ phủ lên độ nhám bề mặt răng sau khi phun bi được xác minh. Xem Bảng 2 để biết sơ đồ thử nghiệm. Quy trình xác định cụ thể các thông số thử nghiệm như sau: vẽ đường cong bão hòa (Hình 3) thông qua thử nghiệm phiếu Almen để xác định điểm bão hòa, để khóa áp suất khí nén, lưu lượng phun thép, tốc độ di chuyển của vòi phun, khoảng cách vòi phun từ các bộ phận và các thông số thiết bị khác.

kết quả thử nghiệm

Dữ liệu độ nhám bề mặt răng sau khi phun bi được thể hiện trong Bảng 3 và độ chính xác của hồ sơ răng được thể hiện trong Bảng 4. Có thể thấy rằng trong bốn điều kiện phun bi, độ nhám bề mặt răng tăng lên và đường cong hồ sơ răng trở nên lõm và lồi sau khi phun bi. Tỷ lệ độ nhám sau khi phun so với độ nhám trước khi phun được sử dụng để mô tả độ phóng đại độ nhám (Bảng 3). Có thể thấy rằng độ phóng đại độ nhám khác nhau trong bốn điều kiện quy trình.

Theo dõi hàng loạt độ phóng đại của độ nhám bề mặt răng bằng phương pháp phun bi

Kết quả thử nghiệm trong Phần 3 cho thấy độ nhám bề mặt răng tăng ở các mức độ khác nhau sau khi phun bi với các quy trình khác nhau. Để hiểu đầy đủ về sự khuếch đại của phun bi đối với độ nhám bề mặt răng và tăng số lượng mẫu, 5 mục, 5 loại và tổng cộng 44 chi tiết đã được chọn để theo dõi độ nhám trước và sau khi phun bi trong điều kiện của quy trình phun bi sản xuất hàng loạt. Xem Bảng 5 để biết thông tin vật lý và hóa học và thông tin quy trình phun bi của các chi tiết được theo dõi sau khi mài bánh răng. Dữ liệu độ nhám và độ phóng đại của bề mặt răng trước và sau trước khi phun bi được thể hiện trong Hình 4. Hình 4 cho thấy phạm vi độ nhám bề mặt răng trước khi phun bi là Rz1,6 μm-Rz4,3 μm; Sau khi phun bi, độ nhám tăng lên và phạm vi phân phối là Rz2,3 μm-Rz6,7 μm; Độ nhám tối đa có thể được khuếch đại lên 3,1 lần trước khi phun bi.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt răng sau khi phun bi

Có thể thấy từ nguyên lý phun bi rằng độ cứng cao và tốc độ di chuyển cao của bi để lại vô số lỗ rỗ trên bề mặt chi tiết, đây là nguồn ứng suất nén dư. Đồng thời, các lỗ rỗ này chắc chắn sẽ làm tăng độ nhám bề mặt. Các đặc điểm của chi tiết trước khi phun bi và các thông số quy trình phun bi sẽ ảnh hưởng đến độ nhám sau khi phun bi, như được liệt kê trong Bảng 6. Trong Mục 3 của bài báo này, trong bốn điều kiện quy trình, độ nhám bề mặt răng sau khi phun bi tăng lên ở các mức độ khác nhau. Trong thử nghiệm này, có hai biến, đó là độ nhám trước khi phun bi và các thông số quy trình (cường độ bão hòa hoặc độ phủ), không thể xác định chính xác mối quan hệ giữa độ nhám sau khi phun bi và từng yếu tố ảnh hưởng riêng lẻ. Hiện nay, nhiều học giả đã nghiên cứu về vấn đề này và đưa ra mô hình dự đoán lý thuyết về độ nhám bề mặt sau khi phun bi dựa trên mô phỏng phần tử hữu hạn, được sử dụng để dự đoán các giá trị độ nhám tương ứng của các quy trình phun bi khác nhau.

Dựa trên kinh nghiệm thực tế và nghiên cứu của các học giả khác, có thể suy đoán các chế độ ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau như thể hiện trong Bảng 6. Có thể thấy rằng độ nhám sau khi phun bi bị ảnh hưởng toàn diện bởi nhiều yếu tố, đây cũng là những yếu tố chính ảnh hưởng đến ứng suất nén dư. Để giảm độ nhám sau khi phun bi trên cơ sở đảm bảo ứng suất nén dư, cần phải thực hiện một số lượng lớn các thử nghiệm quy trình để liên tục tối ưu hóa tổ hợp thông số.

Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt răng đến hiệu suất NVH của hệ thống

Các bộ phận bánh răng nằm trong hệ thống truyền động động, độ nhám bề mặt răng sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất NVH của chúng. Kết quả thực nghiệm cho thấy, dưới cùng một tải trọng và tốc độ, độ nhám bề mặt càng lớn thì độ rung và tiếng ồn của hệ thống càng lớn; khi tải trọng và tốc độ tăng, độ rung và tiếng ồn tăng rõ rệt hơn.

Trong những năm gần đây, các dự án về bộ giảm năng lượng mới đã tăng nhanh chóng và cho thấy xu hướng phát triển của tốc độ cao và mô-men xoắn lớn. Hiện tại, mô-men xoắn cực đại của bộ giảm năng lượng mới của chúng tôi là 354N · m và tốc độ tối đa là 16000 vòng / phút, sẽ được tăng lên hơn 20000 vòng / phút trong tương lai. Trong điều kiện làm việc như vậy, phải xem xét ảnh hưởng của việc tăng độ nhám bề mặt răng đến hiệu suất NVH của hệ thống.

Biện pháp cải thiện độ nhám bề mặt răng sau khi phun bi

Quá trình phun bi sau khi mài bánh răng có thể cải thiện độ bền mỏi tiếp xúc của bề mặt răng bánh răng và độ bền mỏi uốn của chân răng. Nếu quá trình này phải được sử dụng do lý do độ bền trong quá trình thiết kế bánh răng, để xem xét hiệu suất NVH của hệ thống, độ nhám của bề mặt răng bánh răng sau khi phun bi có thể được cải thiện từ các khía cạnh sau:

a. Tối ưu hóa các thông số quy trình phun bi, kiểm soát sự gia tăng độ nhám bề mặt răng sau khi phun bi trên cơ sở đảm bảo ứng suất nén còn lại. Điều này đòi hỏi nhiều thử nghiệm quy trình, tính linh hoạt của quy trình không cao.

b. Áp dụng quy trình phun bi tổng hợp, tức là sau khi phun bi cường độ thông thường hoàn thành, thêm một lần phun bi nữa. Cường độ phun bi tăng lên thường nhỏ. Có thể điều chỉnh loại và kích thước vật liệu phun bi, chẳng hạn như bi gốm, bi thủy tinh hoặc bi cắt dây thép có kích thước nhỏ hơn.

c. Sau khi phun bi, các quá trình như đánh bóng bề mặt răng và mài tự do được thêm vào.

Trong bài báo này, độ nhám bề mặt răng của các điều kiện quy trình phun bi khác nhau và các bộ phận khác nhau trước và sau khi phun bi được nghiên cứu và rút ra các kết luận sau dựa trên tài liệu:

◆ Phun bi sẽ làm tăng độ nhám bề mặt răng, độ nhám này bị ảnh hưởng bởi đặc điểm của chi tiết trước khi phun bi, các thông số quy trình phun bi và các yếu tố khác, những yếu tố này cũng là những yếu tố chính ảnh hưởng đến ứng suất nén dư;

◆ Theo điều kiện quy trình sản xuất hàng loạt hiện tại, độ nhám bề mặt răng tối đa sau khi phun bi gấp 3,1 lần so với trước khi phun bi;

◆ Độ nhám bề mặt răng tăng sẽ làm tăng độ rung và tiếng ồn của hệ thống. Mô men xoắn và tốc độ càng lớn thì độ rung và tiếng ồn tăng càng rõ ràng;

◆ Độ nhám bề mặt răng sau khi phun bi có thể được cải thiện bằng cách tối ưu hóa các thông số quy trình phun bi, phun bi tổng hợp, thêm đánh bóng hoặc mài tự do sau khi phun bi, v.v. Việc tối ưu hóa các thông số quy trình phun bi dự kiến ​​có thể kiểm soát độ nhám khuếch đại lên khoảng 1,5 lần.