Tiểu luận Độ tin cậy trong thiết kế máy

Mục lục Lời nói đầu Toàn cầu hóa tự do thương mại được coi là xu thế chung của hiện tại .Các nước phát triển với tiềm lực kinh tế tích cực đầu tư vào các quốc gia đang phát triển trong đó có nước ta , nhằm tận dụng giá nhân công và nguyên vật liệu rẻ .Chấp nhận cạnh tranh ,đó là xu thế tất yếu mà nước ta phải đối diện .Trong cuộc cạnh tranh này “chất lượng” được coi là yếu tố quan trọng nhất .Đối với các nước đang phát triển ,chất lượng vừa là bài toán vừa là cơ hội . Để sản phẩm có chất lượng tốt thì máy móc ,trang thiết bị tạo ra chúng cũng phải có chất lượng tốt . Trong học kỳ này em được học môn : “Độ tin cậy trong thiết kế máy” do TS.TỐNG NGỌC TUẤN giảng dạy .Qua môn học ,em đã hiểu rõ hơn về các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của các sản phẩm máy móc ,thiết bị ; các nguyên nhân dẫn đến hư hỏng ,các biện pháp khác phục những hỏng hóc đó ;bên cạnh đó còn giúp trang bị cho em những kiến thức về thiết kế chi tiết máy trên cơ sở độ tin cậy ,thử nghiệm độ tin cậy … qua đó áp dụng vào trong thực tiễn . Sinh Viên Bùi Xuân Bắc A.Đặt vấn đề Bánh xe được loài người phát minh từ 3500 năm trước công nguyên ,đầu tiên bánh xe được làm bằng đá và bằng gỗ .Phải mất 1.500 năm sau, tổ tiên của loài người mới phát minh ra nan hoa .Đến thế kỷ 19 lốp xe đước bơm hơi mới ra đời . Người đầu tiên sử dụng lốp cao su cho xe ôtô chính là anh em André và Edouard Michelin vào cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20. Từ đó đến nay lốp xe không ngừng được cải tiến ,chất lượng ngày càng được nâng cao nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người . Từ những loại lốp xe thông dụng đến nhừng loại lốp chuyên dùng đi trong mọi loại địa hình ,thời tiết ,hay những loại lốp có độ bền cao trong xe công thức 1 (F1) … chúng có tuổi thọ ,độ bền khác nhau nhưng đều bị mài mòn ,hư hỏng ,sự cố… khi gặp phải những điều kiện bất lợi . Qua bài tiểu luận này em xin được trình bày một số nguyên nhân cơ bản dẫn đến hiện tượng mòn,hư hỏng của lốp xe ,đồng thời cũng đưa ra một số biện pháp khắc phục nhằm nâng cao tuổi thọ ,phòng tránh những nguy hiểm cho người sử dụng . B.Nội dung I.Cấu tạo chung của các loại lốp xe . 1.Hoa lốp Đây là lớp ngoài cùng của lốp có các dãnh dọc và dãnh ngang (tùy loại) đây là phần tiếp xúc trực tiếp với mặt đường ,cấu hình của các rãnh làm tăng độ bám đường của lốp . Nhờ đó, xe có thể lướt đi an toàn trong nhiều điều kiện đường sá - khi bẻ cua, hoặc chạy trên mặt đường trơn ướt... 2.Lớp tăng cường (lớp tăng cứng) Những dây tăng cường được bố trí dọc theo chu vi giữa lớp hoa lốp và lớp sợi bố. 3.Lớp sợi bố ( bố tròn hoặc chéo) Tạo kết cấu lớp cho lốp ,tạo hình cho lốp khi bơm đầy không khí 4. Lớp lót trong Một lớp cao su tương tự như săm, nó được gắn vào vách trong của lốp. 5.Dây mép lốp Là vóng dây thép giữ chặt lốp vào vành ,đồng thời làm cho lốp cứng cáp hơn II.Các nguyên nhân gây ra mòn ở lốp xe Độ mòn của lốp là sự tổn thất hay hư hỏng bề mặt lốp như mòn các hoa lốp và các bề mặt cao su khác do lực ma sát phát sinh khi lốp quay trượt trên đường 2.1.Ảnh hưởng của góc CAMBER Các bánh xe trước được lắp với phía trên nghiêng vào trong hoặc ra ngoài. Góc này được gọi là “góc camber”, và được xác định bằng góc nghiêng so với phương thẳng đứng. Khi phần trên của bánh xe nghiêng ra phía ngoài thì gọi là “Camber dương”. Ngược lại, khi bánh xe nghiêng vào trong thì gọi là “Camber âm”. Lốp xe được đặt thẳng đứng : “camber bằng 0”. Nếu bánh xe có camber dương hoặc âm thì góc nghiêng của bánh xe so với mặt đường sẽ làm cho bán kính quay vòng của phần phía trong và phía ngoài khác nhau, và lốp xe sẽ mòn không đều (mòn phía trong hoặc ngoài ). Góc camber bằng không giúp cho lốp xe mòn đều. 2.2.Ảnh hưởng của Góc chụm (hay độ chụm) Độ chụm là độ lệch của phần trước và phần sau bánh xe khi nhìn từ trên xuống. Góc lệch của bánh xe được gọi là góc chụm. Khi phần phía trước của các bánh xe gần nhau hơn so với phần phía sau thì được gọi là “độ chụm”, và nếu ngược lại thì được gọi là “độ choãi”. Độ chụm vào quá lớn, độ trượt bên sẽ làm cho lốp xe mòn không đều(mòn hình lông chim). Nếu độ choãi ra quá lớn thì khó đảm bảo độ ổn định chạy đường thẳng. 2.3.Ảnh hưởng của áp suất lốp xe Lốp thiếu áp suất: Trước tiên, lốp bị thiếu áp suất sẽ làm tăng lực ma sát do bề mặt tiếp xúc với mặt đường tăng lên, gây tiêu hao nhiên liệu và ồn hơn. Bên cạnh đó, sức nặng của xe sẽ đè xuống chủ yếu hai bên thành lốp. Chính vì vậy, nếu lốp xe thường xuyên bị thiếu áp suất thì hai bên thành lốp sẽ có xu hướng mòn nhanh hơn phần giữa lốp (xem ảnh chi tiết). Lốp thừa áp suất: Điều đầu tiên mà mỗi lái xe có thể cảm nhận được khi lốp bị thừa áp suất là xe bị xóc hơn khi vận hành trên đường xấu. Hơn nữa, khi lốp thừa áp suất thì có xu hướng căng tròn khiến độ ma sát bị giảm do diện tích vệt bánh xe giảm đi (ảnh hưởng ít nhiều đến tính năng của phanh) và lòng lốp sẽ có xu hướng mòn nhiều hơn hai bên thành lốp. Tuy nhiên, lốp thừa áp suất cũng có ưu điểm là giúp tiết kiệm nhiên liệu (xem ảnh chi tiết). Dưới đây là biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của áp suất lốp đến độ bền : 2.4.Ảnh hưởng của tải trọng đến độ mòn của lốp Tải trọng cao sẽ làm tăng tốc độ mòn của lốp cũng giống như khi giảm áp suất bơm. Lốp cũng mòn nhanh hơn trong lúc xe quay vòng khi chở nặng vì lực ly tâm lớn hơn khi quay vòng tác động vào xe sẽ làm phát sinh lực ma sát lớn hơn giữa lốp và mặt đường. Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của tải trọng đến độ bền của lốp: 2.5.Ảnh hưởng của các yếu tố khác a/Ảnh hưởng của hệ thống treo : qua thời gian làm việc ,các chi tiết của hệ thống treo bị mòn dẫn đến góc đặt bánh xe bị thay đối ,tải trọng phân bố không đồng đều gây nên hiện tượng mòn ở lốp xe (mòn vết ) b/Các lực dẫn động và phanh, lực ly tâm: lúc quay vòng tác động vào lốp tăng theo tỷ lệ bình phương của tốc độ xe. Do đó, việc tăng tốc độ xe sẽ làm tăng các lực này lên gấp bội, và tăng lực ma sát giữa hoa lốp và mặt đường; và do đó làm tăng tốc độ mòn của lốp . c/Điều kiện của đường cũng có ảnh hưởng mạnh đến độ mòn của lốp: rõ ràng là đường thô nhám làm cho lốp mòn nhanh hơn đường nhẵn. III.Một số phương pháp bảo dưỡng kiểm tra độ bền của lốp xe 3.1.Kiểm tra thành và ta-lông lốp(hoa lốp) Ta-lông lốp (phần bề mặt tiếp xúc với mặt đường) được gia cố bằng các dây thép nhằm tăng khả năng chống lại các vật nhọn đâm vào, trong khi thành lốp lại không có tác dụng đó. Do sự khác biệt này nên đối với tất cả các loại lốp,nên bắt đầu từ thành lốp và kiểm tra thật cẩn thận. Quan sát tất cả các vết xước, các đốm nổi hay vết rạn. Nếu tìm thấy bất cứ dấu hiệu nào ta tháo lốp và mang tới đại lý hay gara uy tín để kiểm tra kỹ hơn. Do đặc tính mỏng, hay hỏng khi bị tác động của thành lốp cần có lốp dự phòng trước khi đi xa. Tiếp theo, ta-lông là nơi đặc biệt quan trọng. Với chi tiết này, cần xem độ sâu của chúng để biết bạn có thể đi bao nhiêu km nữa trước khi thay lốp mới. Thông thường, mỗi chiếc lốp thường có dấu hiệu xác định độ mòn ta-lông và độ sâu của rãnh. Nếu các đường gân tạo nên một mặt phẳng, tốt nhất hãy thay một chiếc mới. Một phương pháp khác là đút đồng xu 1.000 vào rãnh lốp. Nếu nhìn thấy toàn bộ quốc huy khi đặt mắt ngang mặt lốp, lúc đó nên thay mới. Bên cạnh đó, bạn cũng nên để ý tới các vết mòn bất thường. Nếu độ sâu của rãnh lốp không bằng nhau chứng tỏ hiện tượng mòn bắt đầu xuất hiện. 3.2.Bơm đủ áp suất cho lốp Bơm lốp đúng tiêu chuẩn là cách giảm độ mài mòn tốt nhất. Thông thường, những chiếc lốp không đủ hơi có thành lốp bị lún, khiến bề mặt lốp bị mòn về hai mép trong khi phần giữa không bị mòn nhiều. Bên cạnh đó, lốp non còn gây nên hiện tượng quá nhiệt do tăng ma sát với mặt đường dẫn đến mòn nhanh hơn, thậm chí bị nở ra. Tuy vậy, những chiếc lốp quá hơi bị mòn ở phần giữa ta-lông trong khi hai mép không bị mòn .Nếu quá áp suất quy định, lốp sẽ mòn nhanh hơn và cách tốt nhất là bạn xì bớt hơi. Nên kiểm tra áp suất lốp 2 lần/tháng. Để xem chỉ tiêu áp suất lốp đi theo xe,có thể tìm thông tin trên bảng chỉ dẫn gắn ở khung cửa phía tài.Đo áp suất hơi bằng thiết bị đo chuyên dùng. 3.3.Kiểm tra các chi tiết của hệ thống treo ,phanh ,khớp cầu và thanh lái ,vòng bi bánh xe ,góc đặt bánh xe, trục bánh xe . Trải qua quá trình làm việc theo thời gian các chi tiết này có thế không còn đáp ứng yêu cầu sử dụng gây ảnh hưởng đến độ bền của lốp xe ,ta cần kiếm tra để có biện pháp sửa chữa ,thay thế hợp lý . 3.4.Cân bằng lốp Các thợ xe thường gắn các mẩu nhỏ kim loại trên vành để tạo cân bằng động cho lốp. Vì vậy, nên chú ý và đừng vứt nhưng chi tiết đó nếu không biết tác dụng. Bình thường, trong quá trình sử dụng, các vị trí của lốp có độ mòn khác nhau khiến sự phân bố trọng lượng không đồng đều. Để tạo độ cân bằng, tránh rung ,đảo xe khi lái,không cho vết mòn trầm trọng hơn, các thợ sửa thường thêm các miếng kim loại để bù khối lượng bị mất trên lốp. 3.5.Đảo lốp Thông thường tải trọng đặt lên các lốp trước và sau khác nhau, nên mức mòn cũng khác nhau vì vậy ta phải tiến hành luân chuyển lốp để chúng được mòn đều. Việc luân chuyển lốp theo nguyên tắc được mô tả như trong sơ đồ: 3.6.Khi vận hành xe cần đảm bảo không được vượt quá tải trọng cho phép Khi xe hoạt động vượt qua tải trọng cho phép không chỉ làm giảm độ bền của lốp xe mà còn ảnh hưởng đến nhiều bộ phân khác của xe C.Kết luận Dưới đây ta sẽ nêu lại một số dạng mòn thường gặp ở lốp xe mà các biện pháp và nguyên nhân khắc phục đã nêu ở trên: -Mòn ở hai vai hoặc phần giữa lốp: Nếu áp suất lốp quá thấp, các vai mòn nhanh hơn phần giữa. Sự quá tải cũng gây ra hậu quả như vậy. Nếu áp suất lốp quá cao, phần giữa mòn nhanh hơn các vai: (mòn ở hai vai) (mòn ở giữa lốp) - Mòn ở phía trong hay phía ngoài: Sự biến dạng hoặc độ rơ quá mức của các bộ phận của hệ thống treo ảnh hưởng đến độ chỉnh của bánh trước (ví dụ góc Camber bị sai) làm cho lốp mòn không bình thường. Nếu một bên hoa lốp của lốp mòn nhanh hơn bên kia, nguyên nhân chính có thể là độ quặp của bánh xe không chính xác. (mòn một phía) - Mòn do độ chụm hoặc độ choãi của bánh trước: Nguyên nhân chính của hiện tượng mòn hình lông chim ở hoa lốp của lốp là do việc điều chỉnh sai độ chụm. Độ chụm quá mức buộc các lốp trượt ra ngoài và kéo bề mặt tiếp xúc của hoa lốp vào trong trên mặt đường, gây ra mòn do độ chụm. Bề mặt có hình rõ rệt giống lông chim như thể hiện trong hình minh hoạ- có thể xác định bằng cách cho một ngón tay vuốt qua hoa lốp từ trong ra ngoài lốp. Mặt khác, độ doãng quá mức cũng gây ra mòn. (mòn lông chim ) - Mòn mũi gót: Mòn mũi gót là mòn một phần, thường xuất hiện ở các lốp có kiểu hoa lốp vấu và khối. Các lốp có kiểu hoa lốp dạng gân khi mòn tạo thành các dạng giống như hình sóng. Mòn mũi gót thường dễ xảy ra hơn khi bánh xe quay và không chịu lực dẫn động hoặc phanh. Do đó, kiểu mòn này thường xảy ra nhiều nhất ở các bánh không dẫn động hoặc không chịu lực dẫn động. - Sự mòn vết: Nếu các ổ bi bánh xe, các khớp cầu, các đầu thanh nối… có độ rơ quá mức, hoặc nếu trục bị cong, lốp sẽ bị đảo ở các điểm cụ thể khi nó quay ở tốc độ cao gây ra lực ma sát mạnh và độ trượt, cả hai tác động này đều dẫn đến sự mòn vết. Một trống phanh bị biến dạng hoặc mòn không đều cũng dẫn đến sự mòn vết trên một khu vực tương đối rộng theo chiều chu vi Từ những bản thiết kế thời kỳ đầu sử dụng trong ngành chế tác gốm thủ công tới hàng loạt sản phẩm hiện đại nhất, bánh xe liên tục đưa nền văn minh của loài người tiến lên phía trước như một chất xúc tác dùng trong phản ứng hóa học.Ngày nay ta có thể thấy được bóng dáng của nó ở khắp mọi nơi ,từ những cỗ máy khổng lồ đến những cơ cấu có kích thước chỉ bằng nanomet . Tài liệu tham khảo Độ tin cậy trong thiết kế máy (TS.Tống Ngọc Tuấn) Website: oto-hui.com konia-group.com michelin.vn thegioioto.com.vn