Tìm hiểu khả năng dùng vật liệu XADO để khôi phục bề mặt cổ trục bằng phương pháp lăn miết

ông cao thì chúng có thể quay lại môi trường chất thấm. Có rất nhiều các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ như áp lực của môi trường xung quanh vào thép, nồng độ của nguyên tử hoạt tính, độ hoà tan của nguyên tố thấm vào thép, nhiệt độ khi thấm và tổ chức của thép ở nhiệt độ đó, thành phần hoá học của thép và độ sạch bề mặt chi tiết… Áp lực của môi trường xung quanh càng lớn, nồng độ nguyên tử hoạt tính càng cao, độ hoà tan nguyên tố thấm xung quanh càng lớn, nồng độ nguyên tử hoạt tính càng cao, hộ hoà tan nguyên tố thấm vào trong thép càng lớn, nhiệt độ khi thấm càng cao, hàm lượng các bon trong thép càng thấp và hàm lượng nguyên tố hợp kim có thể hoà hợp với nguyên tố thấm càng cao thì khả năng hấp thụ của chi tiết càng mạnh. II. TÁC DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ LĂN MIẾT Công nghệ lăn miết là một phương pháp gia công mới mà các tài liệu nói về phương pháp này rất ít, vì vậy việc tìm hiểu kỹ về tính chất của công nghệ còn hạn chế, do vậy chỉ có thể nêu ra một số tính chất một cách khái quát và chủ yếu dựa vào khái niệm. Tác dụng chủ yếu của lăn miết:  Làm thay đổi tính chất của bề mặt chi tiết trong quá trình gia công bằng phương pháp biến dạng dẻo.  Trạng thái bề mặt của chi tiết thay đổi, các nhấp nhô bề mặt bị san phẳng.  Phương pháp này có thể áp dụng cho gia công tinh lần cuối. - 63 -  Trong quá trình làm việc chi tiết vừa được con lăn, vừa miết trên bề mặt gây biến dạng bề mặt.  Để quá trình làm việc được tốt hơn có thể sử dụng thêm chất phụ gia hoặc là chất bôi trơn nào đó… Tóm lại lăn miết là một phương pháp làm biến dạng, xô lệch mạng tinh thể của bề mặt chi tiết gia công. Quá trình lăn miết diễn ra bởi sử tương tác của hai bề mặt chi tiết được cho tiếp xúc nhau và được tương tác dụng một lực. III. MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ MA SÁT ƯỚT VÀ BÔI TRƠN ƯỚT III.1 Khái niệm và phân loại Ma sát ướt tồn tại giữa hai mặt tiếp xúc khi hai bề mặt của vật rắn (các chi tiết máy) được phân cách bởi một lớp bôi trơn, ma sát giữa hai bề mặt từ ma sát ngoài chuyển thành ma sát nội tại của chất lỏng bôi trơn. Nội ma sát của chất lỏng làm giảm cản trở ma sát và cường độ hao mòn cũng như tăng cường hấp thụ dao động trong máy móc. Chất bôi trơn khi chảy qua bề mặt bôi trơn còn tải đi một phần nhiệt lượng làm giảm nhiệt độ của vùng tiếp xúc. Độ dày và đặc tính của lớp bôi trơn xác định loại hình bôi trơn. Để phân loại các kiểu bôi trơn, người ta đưa ra đại lượng gọi là độ dày tương đối của lớp bôi trơn và được định nghĩa qua công thức. Bề dày lớp dầu bôi trơn h Tổng độ lệch trung bình của 2 mấp mô bề mặt Ra1 +Ra2 Loại hình bôi trơn các chi tiết máy được phân loại theo giá trị của R và được trình bày trên (hình 2-3) R = = - 64 - Thủy động lực đàn hồi Thủy tĩnh Thủy động Khí động Bôi trơn hỗn hợp Bôi trơn giới hạn 1≤ R≤1 5≤ R ≤ 100 R≤5 R≤1 0 1 5 10 Hình 2-9: Các loại bôi trơn chi tiết máy. III.2 Bôi trơn trong điều kiện ma sát giới hạn R≤1 Cản trở ma sát cũng như cường độ hao mòn các bề mặt ma sát trong điều kiện ma sát giới hạn phụ thuộc vào tính chất bề mặt và hoạt tính bề mặt của chất bôi trơn. Độ nhớt của chất bôi trơn trong trương hợp này có ảnh hưởng rất nhiều đến điều kiện ma sát giới hạn. (hình vẽ) Hình 2-10 : Mô hình hình thành lớp bôi trơn giới hạn. 1. Lõi chi tiết; 2. Lõi thứ cấp; 3. Bôi trơn giới hạn - 65 - Tải trọng nhỏ Tải trọng lớn a) b) 4 3 2 1 III.3 Bôi trơn ướt hoàn toàn 5≤ R ≤ 100 Có thể loại bỏ được hao mòn do ma sát khi ta sử dụng được bôi trơn ướt hoàn toàn. Lớp chất lỏng hoặc khí được hình thành giữa hai bề mặt có khả năng phân cách hoàn toàn hai bề mặt và loại trừ tác dụng giữa các mấp mô. Áp dụng trong lớp chất lỏng được hình thành do hiệu quả của sự chuyển động tương đối của hai bề mặt hoặc là nguồn năng lượng cung cấp từ bên ngoài. Bề dày của lớp bôi trơn dày hơn nhiều lần bề dày lớp giới hạn và tổng các mấp mô của hai bề mặt. Độ nhớt của chất bôi trơn là đặc trưng quan trọng nhất cho ma sát ướt. (hình vẽ Hình 2-11: Mô hình lớp chất lỏng trong trường hợp bôi trơn ướt a. Mô hình đơn giản của lớp dầu bôi trơn khi bôi trơn ướt. b. So sánh lớp chất lỏng được hình thành trong trường hợp bôi trơn ướt và bôi trơn thủy động đàn hồi: 1. Lớp bảo vệ hay thứ cấp. 2. Chất bôi trơn. 3. Vật đàn hồi 4. Vật cứng. III.4 Bôi trơn trong trường hợp ma sát thủy động đàn hồi 1≤ R≤10 Các lý thuyết bôi trơn cổ điển đã không phân tích đến sự biến dạng của bề mặt được bôi trơn khi chúng chịu áp lực cao. Biến dạng này phụ thuộc vào điều kiện khi lực tác dụng tập trung và có trị số lớn như ăn khớp bánh răng, ổ lăn … Lớp dầu bôi trơn xuất hiện giữa các bề mặt như vậy được gọi là lớp dầu bôi trơn thủy động lực đàn hồi. Do tác dụng của tải trọng lớn lại khu vực tiếp xúc, độ nhớt của dầu tăng lên và tạo thành lớp thủy động lực đàn hồi - 66 - (p+dp)dy pdy dxd )(   dx. Pmax v  1 2 Giả thiết có một tấm phẳng nghiêng với tấm 2 một góc  nào đó và chuyển động theo phương X với vận tốc V. Kích thước các tấm theo phương vuông với X lớn vô cùng. Chất lỏng bôi trơn nằm trong khe có độ nhớt động lực học là  khi 1 chuyển động tương đối so với 2, với vận tốc V, nó kéo theo chất lỏng vào khe và tạo áp suất dư. Sự thay đổi áp suất trong lớp chất lỏng theo hướng chuyển động X được xác định theo phương trình O.Reynolds. 3..6 h hhv dx dp m  (2-1) Đồ thị biến thiên áp suất dư trên hình cho thấy áp suất dư cực đại tương ứng với h=hm. Lúc này dp/dx=0 từ (2-1) ta thấy: Áp suất dư trong chất lỏng tăng nhanh khi độ nhớt  và vận tốc tăng. Khi áp lực này gây bởi chất lỏng lên tấm 1 lớn hơn áp lực (tải) P ép lên nó, thì tấm này được nâng lên. Nếu giá trị: hmR1+R2 (2-2) (R1,R2- độ gồ ghề bề mặt của 1 và 2) thì ma sát giữa 1 và 2 trở thành ma sát ướt. - 67 - Pd xpmax Ua Ub Pt Pt x hmin h O x x Hình 2-12: Hình thành bôi trơn thuỷ động giữa hai mặt tiếp xúc có chuyển động tương đối với nhau. Rõ ràng tác dụng thuỷ động của chất lỏng do chính chuyển động tương đối với nhau trong liên kết ma sát và cấu trúc của chúng (khe hình chêm) đã tạo ra khả năng biến ma sát trực tiếp thành ma sát gián tiếp- ma sát ướt với hệ số ma sát thấp hơn nhiều. III.5 Bôi trơn thuỷ động tiếp xúc. Ma sát không chỉ tồn tại khi các vật trượt tương đối với nhau mà còn có ở giữa 2 bề mặt vật lăn lên nhau (hình 2-13). Dầu sẽ chuyển vào vùng tiếp xúc theo phương chuyển động của các bề mặt tiếp xúc và sẽ tạo áp lực Fd lên các bề mặt đó. Khi áp lực của dầu lớn hơn áp lực tiếp xúc Pt- tải ngoài, thì 2 vật tiếp xúc được tách ra. Nếu bề dày nhỏ nhất của màng dầu tạo được giữa hai vật tiếp xúc hmin lớn hơn tổng chiều cao lớn nhất của các mấp mô hai bề mặt tiếp xúc, thì sự tiếp xúc sẽ là tiếp xúc gián tiếp qua màng dầu, ma sát ở đây trở thành ma sát ướt. Hình 2-13: Lớp dầu tạo bôi trơn thuỷ động tiếp xúc và đồ thị áp suất của nó. - 68 - Pt III II I hma 3 2 1 Áp suất lớn nhất Pmax của lớp dầu có giá trị: pmax=1,521. min min 2 0 .2. . hR h U (2-3) tại điểm có toạ độ xpmax là: xpmax=0,475. min.2 hR (2-4) Khả năng tải trên đơn vị chiều dài đường tiếp xúc là: P=4,896. min 0 .. h RU (2-5). Trong các công thức trên:  - Độ nhớt động lực học của chất bôi trơn- Xem là không đổi (Pa.s). U0- Tốc độ trung bình 20 ba UUU  (2-6). Ua, Ub- Vận tốc của các bề mặt trụ a, b tại vùng tiếp xúc (m/s). R- bán kính cong tương đương của các mặt cong. ba RR R   1 1 (m) (2-7) hmin- giá trị nhỏ nhất của khe hở giữa hai vật, tiếp xúc- bề dày nhỏ nhất của màng dầu. (hình 2-14). Hình 2-14: Quan hệ giữa hmin với Pt max. - 69 - Trên hình vẽ: Vùng I: Bôi trơn thuỷ động. Vùng II: Bôi trơn tiếp xúc. Vùng III: Bôi trơn giới hạn. III.6 Bôi trơn trong điều kiện ma sát hỗn hợp R≤5 Trong nhiều trường hợp trong bôi trơn các cặp chi tiết máy có thể gặp đồng thời các dạng ma sát giới hạn, thủy động, thủy động lực đàn hồi. Trong trường hợp này thường xuất hiện các chêm dầu nhỏ có tác dụng làm tăng khả năng chịu tải của cặp ma sát. Những phân tích để làm sáng tỏ bản chất của chế độ bôi trơn hỗn hợp. Chúng ta phải đề cập đến các tính chất vật lý của chất lỏng (như độ nhớt, mật độ, tính chịu cắt…) cũng như tính chất lý hoá (khả năng hấp thụ, hấp phụ…của các phụ gia trên bề mặt) và tính chất lý- hóa của chi tiết máy. Độ dày của lớp dầu này thường từ 2÷5R Loại ma sát này còn phụ thuộc vào chất lượng của chất bôi trơn, tải trọng và tốc độ của hai bề mặt. - 70 - CHƯƠNG III: XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ VÀ THỰC NGHIỆM I. XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ LĂN MIẾT I.1 Mô tả phương pháp lăn miết. Hình 3-1: Mô hình mô tả phương pháp lăn miêt 1. Con lăn, 2. Chi tiết Lăn miết là phương pháp gây biến dạng dẻo và san phẳng nhấp nhô bề mặt chi tiết nhờ một con lăn (1) tì vào bề mặt chi tiết (2) dưới tác dụng của áp lực bên ngoài P. Con lăn tiếp xúc với chi tiết (2) giống như ăn khớp của hai bánh răng và vừa chuyển động lăn vừa chuyển động trượt. Dưới tác dụng của áp lực bên ngoài P gây ra sự sai lệch mạng vật liệu và san phẳng các nhấp nhô bề mặt, khi đó quá trình cắt vật liệu không được xảy ra hoặc chỉ xảy ra với cường độ rất nhỏ để giữ cho bề mặt chi tiết vẫn đảm bảo độ bóng, độ chính xác hình học. Đây là một phương pháp cần đảm bảo độ chính xác cao vì chi tiết được gia công thông qua phương pháp cuối cùng này trược khi đưa ra sử dụng. Qua mô hình ta thấy: 1 2 P n k - 71 - Trong quá trình chuyển động con lăn và chi tiết mẫu cùng chuyển động quay và 2 chi tiết này có chiều quay ngược chiều nhau (con lăn có tốc độ quay chậm hơn chi tiết mẫu) dẫn đến cả con lăn và chi tiết mẫu cùng lăn và trượt lên nhau. Con lăn chuyển động quay được nhờ bánh răng di trượt ăn khớp với cụm bánh răng ăn khớp ngoài được gắn với trục động cơ. Khi con lăn tiếp xúc với chi tiết dưới tác dụng của lực ép P do con lăn được chế tạo là vật liệu cứng hơn chi tiết nên ở phái bên phải hình vẽ làm cho chi tiết bị kéo dãn ra ( xuất hiện k ) đồng thời ở con lăn lại bị nén lại ( n ), và khi đó ở phía bên trái sau khi con lăn lăn qua thì bề mặt chi tiết bị Nén lại ( n ) còn ở con lăn bề mặt xuất hiện k . Quá trình cứ tiếp tục như vậy kết quả làm cho bề mặt chi tiết bị Nén ép và nhiệt độ bề mặt càng tăng và làm san phẳng nhấp nhô bề mặt gây ra biến dạng dẻo, nhưng nếu con lăn chỉ lăn thôi thì hiệu quả biến dạng dẻo rất thấp vì tác dụng trượt rất nhỏ. Để nâng cao tác dụng trượt nhằm gây sai lệch mạng kim loại, cần phải tạo ra chuyển động trượt cho con lăn. Chính vì thế có thêm bánh răng di trượt cho ăn khớp với cụm bánh răng của động cơ và cả hai chi tiết có chiều quay ngược chiều nhau. I.2 Mục đích của đề tài Mục đích của đề tài được đặt ra là phải tìm ra được tác dụng của vật liệu XADO đối với bề mặt cổ trục được áp dụng trong phương pháp lăn miết. Như vậy cần phải xây dựng được mô hình của phương pháp lăn miết và tiến hành thí nghiệm đối chứng dùng vật liêu XADO làm môi trường cho quá trình lăn miết. Trước khi tiến hành thí nghiệm cần tạo mẫu và tiến hành đo độ cứng, độ nhám, cân khối lượng của từng mẫu, sau khi thực hiện thí nghiệm xong đưa chi tiết ra kiểm chứng và tiến hành đo độ cứng, độ nhám bề mặt và cân chi tiết để so sánh với các thông số ban đầu và mẫu không chạy XADO xem mức độ thay đổi về tính chất của mẫu như thế nào. Trong quá trình thực hiện các thông số cần đo và tính toán: - 72 - - Lực ép P (N) - Tốc độ quay của chi tiết n (v/phút) - Thời gian tiến hành lăn miết t (phút) - Lượng XADO được sử dụng cho từng chi tiết - Hệ số ma sát f (đo được trên máy MS-TS1 nhờ góc lệch  ). I.3 Xây dựng mô hình thí nghiệm Để đánh giá được khả năng về tính chất sử dụng của chi tiết máy được gia công bằng lăn miết trong môi trường có sử dụng vật liệu XADO so với các phương pháp gia công tinh và làm bền bề mặt khác, thì việc đánh giá cường độ mài mòn và hệ số ma sát là yêu cầu cấp thiết nhất. Xét về điều kiện làm việc của cặp ma sát cổ trục với con lăn và sử dụng bạc lót để thử nghiệm áp lực tác dụng lên mẫu trong quá trình làm việc, có thể tiến hành dùng máy MS-TS1 (Hình 3-2) làm thí nghiệm trong suốt quá trình làm đề tài. Hình 3-2: Hình ảnh máy khảo nghiêm MS-TS1 Thiết bị khảo nghiệm ma sát MS-TS1 là công trình sáng chế của PGS.TS Quách Đình Liên và PGS.TS Nguyễn Văn Ba trong những năm 1989, thiết bị đã - 73 - A A 1 2 3 41 5 6 IV 7 8 V 9 10 11 III 12 I 13 42 qua thời gian dài hoạt động, đóng góp nhiều thành quả vào quá trình đào tạo, NCKH của nghành cơ khí Trường Đại Học Nha Trang. Thiết bị được tu sửa, nâng cấp, cân chỉnh và đã một bước nâng cao tính chính xác, độ tin cậy cho số liệu đo đảm bảo phục vụ thí nghiệm ma sát và hao mòn. I.3.1 Nguyên lý hoạt động của máy MS-TS1 Nguyên lý làm việc. Động cơ điện 1 quay, làm cho trục I quay nhờ bộ truyền đai 2. Chuyển động quay được truyền đến trục II nhờ cặp bánh răng ăn khớp ngoài 41, 42. Thông qua bộ truyền bánh răng ăn khớp trong 7 mô men được truyền sang trục III có gắn mẫu thử 10. Bánh răng 5 có thể di trượt, khi cắt sự ăn khớp của bánh răng này thì trục IV đứng yên, khi đó con lăn 9 đứng yên. Tải trọng tác dụng lên mẫu thử nhờ cơ cấu gây tải 11. Muốn thay đổi tải trọng ta chỉ việc dùng cánh tay đòn và treo đối vật. Mô men ma sát được xác định nhờ cơ cấu đo kiểu con lắc có gắn đối trọng 12 dùng để cân bằng. Các dạng ma sát có thể thí nghiệm trên máy này là ma sát trượt và ma sát lăn… Hình 3-3: Sơ đồ nguyên lý máy MS-TS1 1-Động cơ điện. I, II, III, IV, V: Trục truyền động 2-Bộ truyền đai. 3,41,42,8- Bộ truyền ăn khớp ngoài. - 74 - 5- Bánh răng di trượt. 6- Cơ cấu chỉ thị khi đo góc gây tải. 7- Bộ truyền bánh răng ăn khớp trong. 9,10- Con lăn và mẫu thử. 11-Cần gây tải bằng đối trọng 12- Đối trọng cân bằng. I.3.2 Cách xác định mô men ma sát trên máy MS-TS1 Sơ đồ xác định mô men ma sát trên máy MS-TS1(Hình 3-4) Hình 3-4: Sơ đồ xác định mô men ma sát Khi bánh răng 1 ăn khớp với bánh răng 2 thì lực vòng do bánh răng 1 sinh ra: )(2 1 1 1 Nd MPv  (3-1) Trong đó: d1- Đường kính vòng chia của bánh răng 1 (mm) M1- Mô men trên bánh 1 (N.mm) Mô men ma sát xuất hiện khi thử nghiệm hai mẫu thử. 2 .. DfpM ms  (3-2) Trong đó: P- Tải trọng tác dụng lên mẫu thử (N) D- Đường kính mẫu thử (mm) II I 2 1 PV PV 2 1 3 4 Q 3 - 75 - f- Hệ số ma sát. Mms chính là mô men xoắn trên trục III, vậy mô men xoắn trên trục II là: 4 3 3 12 3 3 1 2 .. 1..1 d dMMM     (3-3) Trong đó: 1 - Hiệu suất bộ truyền bánh răng, đối với bộ truyền bánh răng hở 1 =0.93. 3d , 4d - Đường kính vòng chia bánh răng 41,42. Mô men xoắn trên trục I là: 1 2 2 2 1 2 1 2 1 .. d dMMM     (3-4) Suy ra: 4 3 2 1 21 3 1 ... d d d dMM   (3-5) Khi bánh răng 41 ăn khớp với bánh răng 42 thì lực vòng do bánh răng 41 gây ra: 3 2 2 2 D MPv  (3-6) Mặt khác:  msMM 3 (3-7)  - Hiệu suất ổ trục. Dưới tác dụng của hai thành phần lực Pv1, Pv2 tạo ra một mô men quay là cho trục II có xu hướng quay quanh trục I. Trị số của nó là: Mq=(Pv1+Pv2)A+0.5(Pv2d3-Pv1d2) (3-8) Trong đó: A=0.5(d4-d3) Gọi khoảng cách từ trục I đến tâm đối trọng là l, khi trục II quay, đối trọng sẽ tạo ra một mô men cân bằng với mô men khi Q đạt tới giá trị: Mcb=Q.l.sin (3-9) Trong đó:  - Góc nghiêng của thanh mang đối trọng Q so với phương thẳng đứng - 76 - Sự cân bằng xảy ra khi: Mq=Mcb+G.a.sin (3-10) Trong đó: G,a- Khối lượng và khoảng cách từ khối tâm toàn bộ cơ cấu đo (không có đối trọng). Lúc đó trục II sẽ không dao động nữa và bánh răng 41 làm cho bánh răng 42 quay. Từ các công thức ta tim được: K aGlQM ms sin)...(   (3-11) Trong đó:              4 3 14 3 214142 3 21 . . 2. .. 2 2 1. . 2 . . .. 2 d d d dA d l dd dK  (3-12) Hệ số ma sát tương ứng: pD Mf ms2 (3-13) Với cấu tạo máy thử ma sát MS-TS1 cho ta công thức tính hệ số ma sát )sin(sin)..(2 0    PDK aGlQf (3-14) Trong đó: Q=35,3(N): Trọng lượng đối trọng cân bằng. l=0,254 (m): Chiều dài quy đổi của thanh gắn đối trọng. G.a=0,148 (N.m): Là trọng lượng và khoảng cách của thanh gắn đối trọng với khối tâm khi chưa có đối trọng. P: áp lực tác dụng lên mẫu thử 0 :Góc lệch ban đầu của cơ cấu.  : Góc lệch khi cặp ma sát làm việc. Với các thông số như trên hệ số K tính được là: K=1,6478. Thay các giá trị vào (3-14) ta xác định được hệ số ma sát: )sin(sin062,11 0  PD f (3-15) - 77 - 1.3.3 Xác định thông số cường độ mòn. Kết quả thí nghiệm mòn của mẫu được đánh giá thông qua chỉ số mài mòn. Chỉ số mài mòn càng thấp thì khả năng chống mòn của vật liệu càng cao. Mẫu thử được cân làm hai lần: Trước và sau khi thí nghiệm, từ đó tìm được khối lượng vật liệu mất đi do mài mòn. Yêu cầu cần phải đạt độ chính xác đến 1/100 miligram. Gọi G là lượng mòn vật liệu mất đi do mài mòn, t là thời gian ma sát thì chỉ số mài mòn I được tính: Thông số cường độ hao mòn I được tính theo công thức t GIm   [3] (3-16). với t=5h (thời gian tiến hành thí nghiệm cho mỗi một mẫu thử) I.3.4 Công dụng của máy MS-TS1. Máy khảo nghiệm ma sát MS-TS1 dùng để nghiên cứu: - Hệ số ma sát. - Hao mòn. - Khả năng bôi trơn. - Tính chất vật liệu. II. XÂY DỰNG THỰC NGHIỆM II.1 Quy trình thực nghiệm II.1.1 Các bước tiến hành thí nghiệm.  Bước 1: Tiến hành chọn và chế tạo mẫu, con lăn, bạc lót.  Bước 2:Tiến hành vạch dấu ở 3 vị trí khác nhau của mẫu thí nghiệm để đo các thông số ở đó trước và sau thí nghiệm  Bước 3: Đo độ cứng, độ nhám (tại 3 vị trí đã vạch dấu), cân khối lượng của mẫu lúc chưa thí nghiệm.  Bước 4: Tiến hành thí nghiệm trên mẫu thử (chạy XADO). - 78 -  Bước 5: Sau khi thí nghiệm xong, rửa sạch mẫu bằng xăng, bảo quản túi nilon, sau đó tiến hành đo độ cứng, độ nhám (ở 3 vị trí đã vạch dấu),cân khối lượng của mẫu sau khi thí nghiệm.  Bước 6: Tiến hành thí nghiệm lần 2: Thử áp suất giữa bạc lót và mẫu thí nghiệm (chạy XADO), và mẫu không chạy XADO.  Bước 7: Ngâm tất cả các mẫu thí nghiệm vào nhớt Catrol và được bảo quản trong túi nilon. Sơ đồ các bước tiến hành thí nghiệm. II.1.2 Chọn vật liệu chế tạo mẫu Yêu cầu đối với việc chọn vật liệu chế tạo cho mẫu:  Mẫu phải được thực hiện giống như điều kiện làm việc của một loại trục thật.  Mẫu tham gia thí nghiệm có vật liệu chế tạo giống như vật liệu của trục Chế tạo mẫu Đo lần 1: Độ cứng, độ nhám, cân khối lượng. Tiến hành thí nghiệm lần 1: Chạy XADO. Đo lần 2: Độ cứng, độ nhám, cân khối lượng. Tiến hành thí nghiệm lần 2: thử áp suất giữa cổ trục và bạc lót Ngâm mẫu trong nhớt Catrol và bảo quản trong túi nilon. - 79 - Dựa vào điều kiện làm việc, tính chất bề mặt của trục ta có thể chọn vật liệu cho mẫu thí nghiệm là thép C45 vì loại thép này là loại được dùng thông dụng cho việc chế tạo trục. II.1.3 Chọn số lượng mẫu thí nghiệm. Để tiến hành chọn số lượng mẫu làm thí nghiệm ta dựa vào các thông số tiến hành thí nghiệm: - Lực ép P ( Khối lượng tải cần treo). - Thời gian lăn miết t. - Tốc độ quay của động cơ n. - Lượng XADO. Nếu tổ hợp tất cả những điều kiện trên thì số mẫu tham gia thí nghiệm là rất nhiều, do thời gian có hạn nên có thể chọn số lượng mẫu như sau: Tiến hành gia công 20 mẫu thử được chế tạo cùng một vật liệu là thép C45, chia 20 mẫu làm 4 nhóm ngẫu nhiên và tiến hành chọn ngẫu nhiên mỗi một nhóm 2 mẫu tổng cộng có 8 mẫu tham gia làm thí nghiệm.  Nhóm 1 có các mẫu:17, 16, 14, 18, 6.  Nhóm 2 có các mẫu: 15, 13, 5, 12, 19.  Nhóm 3 có các mẫu:10, 11, 4, 8, 3.  Nhóm 4 có các mẫu:1, 2, 7, 9, 20. Và chọn ra được 8 mẫu ngẫu nhiên là: 16;17;15;5;3;4;12 II.1.4 Chọn vật liệu chế tạo mẫu và số lượng con lăn. Yêu cầu đối với con lăn:  Phải có độ cứng lớn hơn hoặc ít nhất là bằng độ cứng của mẫu.  Bề mặt của con lăn phải có độ nhám nhỏ hơn của mẫu thử. Vì phạm vi ứng dụng của đề tài là rất rộng nên trong quá trình thử nghiệm lần đầu này tiến hành chọn vật liệu chế tạo của con lăn cũng là thép C45 và số lượng là 1 cái. Sau khi tiến hành thí nghiệm kiểm chứng xong đối với từng cặp mẫu. Tiến hành rửa sạch bằng xăng và số mẫu được bảo quản trong túi nilon. - 80 - II.1.5 Phương pháp chế tạo mẫu thử và con lăn. II.1.5.1 Cấu tạo của mẫu thử và con lăn Hình 3-5: Hình dạng kích thước mẫu Hình 3-6: Hình vẽ cấu tạo mẫu thử và con lăn a) mẫu thử b) con lăn II.1.5.2 Đặc điểm và điều kiện làm việc.  Đặc điểm và yêu cầu kết kỹ thuật của chi tiết dạng trục: Đặc điểm kết cấu: Trục là chi tiết sử dụng rất phổ biến trong tất cả các máy móc, thiết bị trong nghành chế tạo máy. Chúng có bề mặt cần gia công cơ bản là mặt tròng xoay ngoài. Nhưng bề mặt này thường là bề mặt lắp ghép. Trong máy móc, trục có nhiệm vụ truyền chuyển động quay, mômen xoắn nên chịu biến dạng phức tạp uốn, xoắn, kéo, nén. 10 3.2 3.2 11 2,5 3,2 Lỗ lắp vào trục của máy ma sát Bề mặt đo hệ số ma sát và cường độ mòn - 81 - Kết cấu của trục rất đa dạng, người ta chia các chi tiết trục ra các loại sau: (Hình vẽ). Hình 3-7: Các dạng trục  Trục trơn: Đường kính d của trục không thay đổi suốt chiều dài L của trục. Khi L/d10 gọi là trục trơn dài.  Trục bậc: trên suốt chiều dài L có một số kích thước đường kính khác nhau. Trên trục bậc còn có thể có rãnh then, then hoa hoặc có ren.  Trục rỗng: là loại trục rỗng ở trong, có tác dụng làm giảm trọng lượng và đôi khi cũng nhằm mục đích lắp ghép.  Trục răng: là loại trục trên đó có bánh răng liền trục.  Trục lệch tâm: là loại có những cổ trục không trùng trên một đường tâm. d L - 82 - Ví dụ: trục cam liền, trục khuỷu. Điều kiện kỹ thuật: Khi gia công chi tiết trục cần đảm bảo những yêu cầu sau:  Kích thước đường kính các cổ lắp ghép có yêu cầu cấp chính xác 5÷10, trong một số trường hợp cần đạt cấp 5.  Độ chính xác về hình dạng hình học như độ côn, độ ôvan của các trục trong giới hạn 0,25÷0,5 dung sai đường kính cổ trục.  Bảo đảm dung sai chiều dài của mỗi bậc trục trong khoảng 0,05÷0,02 mm.  Độ đảo hướng tâm của các mặt lắp ghép so với bề mặt chuẩn là 10÷30 µm.  Độ đảo dọc trục của các vai trục, mặt đầu <10µm.  Độ cong vênh cho phép 0,03÷0,05 µm/m.  Độ không song song của các rãnh then hay then hoa đối với tâm trục không vượt quá 0,01/100mm.  Độ nhám bề mặt các cổ trục lắp ghép đạt Ra=1,25÷1,16, của các mặt đầu Rz=40÷20 và bề mặt không lắp ghép Rz=80÷40. Về tính chất cơ lý của bề mặt trục như độ cứng bề mặt, độ thấm tôi…tuỳ từng trường hợp cụ thể và đặt yêu cầu kỹ thuật. Ngoài ra đối với một số trục làm việc với tốc độ cao còn yêu cầu cân bằng tĩnh và động để khử rung động trong quá trình làm việc. Vật liệu và phương pháp tạo phôi: Vật liệu để chế tạo trục có thể là thép cácbon, thép hợp kim (thép 35, 40, 45) và thép Crôm, thép Crôm-Niken 40K, 50K, 20X, 40X v.v…dùng cho các trục chịu tải trọng lớn. Đối với một số trục đặc biệt như trục cán, trục khuỷu, trục chính máy cắt kim loại thường được chế tạo từ gang có độ bền cao, gang dẻo Peclít, gang xám 15- 32, 21-40. Những vật liệu này có tính chống mòn cao và giảm rung động tốt. - 83 - Trong sản xuất hàng khối và hàng loạt lớn, phôi trục bậc từ thép được chế tạo bằng phương pháp dập nóng trên búa máy, hoặc máy ép, máy chồn ngang. Bằng các phương pháp này, hệ số sử dụng kim loại là 0,7 hoặc lớn hơn. Đối với các trục bậc có đường kính chênh nhau không lớn lắm thường dùng phôi cán nóng. Trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ, phôi được chế tạo bằng phương pháp nén tự do hoặc rèn tự do có khuôn đơn giản trên máy búa. Phôi của trụclớn được chế tạo bằng cách rèn tự do hoặc hàn ghép từng phần bậc. Đối với phôi trục bằng gang có độ bền cao thì chế tạo bằng phương pháp đúc. Bằng phương pháp tạo phôi này cũng giảm nhiều lượng dư và khối lượng gia công. Đặc điểm và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết mẫu. Tất cả những điều kiện kỹ thuật và đặc điểm, vật liệu của mẫu đều dựa vào đặc điểm và điều kiện làm việc của chi tiết trục. Chi tiết mẫu được khảo sát trên máy MS-TS1 vì vậy quá trình khảo sát điều kiện làm việc của mẫu diễn ra gần giống với bề mặt của một cổ trục. Bề mặt lắp ghép của chi tiết mẫu là lắp ghép giữa trục của máy với lỗ trong của mẫu, bề mặt làm việc là đường kính ngoài D của mẫu (phần tiếp xúc với con lăn). Từ tất cả các thông số và điều kiện làm việc của chi tiết dạng trục ta có thể lựa chọn được vật liệu chế tạo mẫu, phương pháp gia công… Yêu cầu kỹ thuật đối với chi tiết mẫu:  Gia công mẫu ở chế độ gia công tiện bình thường (tiện thô, tiện tinh) trên máy tiện.  Dung sai bề mặt lắp ghép +0.2 mm.  Dung sai bề mặt làm việc ±0.2 mm  Độ nhám bề mặt Ra (bảng 1) - 84 - Đặc điểm và yêu cầu kỹ thuât của con lăn Đặc điểm: Điều kiện làm việc của con lăn là bề mặt tiếp xúc với bề mặt của mẫu thử, con lăn được lắp lên cần gia tải vì vậy trong quá trình làm việc con lăn truyền lực cho mẫu thử. Chính vì thế yêu cầu vật liệu chế tạo của con lăn ≥ vật liệu chế tạo của mẫu thử, độ bóng bề mặt cũng phải lớn hơn và được gia công ở chế độ khác với mẫu thử (thêm một bước gia công tinh). Yêu cầu kỹ thuật:  Dung sai bề mặt lắp ghép +0.2 mm.  Dung sai bề mặt làm việc ±0.2 mm  Độ nhám bề mặt Ra Kích thước của con lăn nhỏ hơn của mẫu thử. II.1.5.3 Phương pháp chế tạo phôi.  Phương pháp tạo phôi mẫu Mẫu được chế tạo từ thép C45 dạng thanh và được chế tạo bằng phương pháp cán. Phôi được cắt một đoạn có kích thước như (hình 3-8 ), phôi được chế tạo như một trục bình thường và được cắt ra thành từng mẫu nhỏ. Đường kính: D= 55mm. Chiều dài:L=320 mm. Hình 3-8: Hình vẽ Phôi mẫu thử  Phương pháp tạo phôi con lăn Phôi con lăn cũng được tạo từ thép C45 và cũng được cắt từ phôi thanh nhưng do số lượng con lăn ít nên có thể cắt phôi theo hình dạng như (hình 3-9 ). Kích thước: - 85 - 16 Ø30 D= 35mm H=16mm. Hình 3-9: Bản vẽ phôi con lăn. II.1.5.4 Phương pháp gia công. Chi tiết mẫu và con lăn được công nhân trong xưởng cơ khí của trường Đại Học Nha Trang đã được gia công theo đúng yêu cầu kỹ thuật. Chi tiết mẫu được cắt ra từng đoạn sau khi phôi được gia công đạt kích thước như một trục rỗng thường . Con lăn cũng được gia công ở chế độ tương tự. II.2. Tiến hành thử nghiệm trên máy MS-TS1 II.2.1 Bước chuẩn bị Xác định các thông số kỹ thuật ban đầu đối với mẫu thử đã được chọn Bảng 1: Xác định thông số ban đầu chọn ra 8 mẫu thử ngẫu nhiên. 1 2 4 5 STT I II III I II III I II III I II III Độ nhám (Ra) µm 0,79 1,05 0,92 1,78 2,88 2,53 0,58 0,38 0,6 0,99 1,12 1,33 Độ cứng (HRC) 11,5 11,5 11 15 7 10,5 14 10,5 11 15 15,5 19,5 Khối lượng (g) 134,83 134,49 138,50 134,43 - 86 - 15 16 17 3 STT I II III I II III I II III I II III Độ nhám (Ra) µm 1,58 1,35 1,50 1,02 0,92 0,85 0,85 1,06 1,59 1,66 1,38 1,50 Độ cứng (HRC) 12 15 13,5 11 12,5 11 14,5 11,5 11 9,5 12 13,5 Khối lượng (g) 134,28 130,24 134,58 131,61  Dụng cụ cân mẫu: Sử dụng cân điện tử ADAM độ chính xác 1/100 miligram. Hình 3-10: Cân điện tử ADAM  Máy đo độ cứng: Sử dụng máy đo độ cứng Rockwell AR10 của hãng Mitutoyo.  Máy đo độ nhám: Máy đo độ nhám có sử dụng mũi dò kim cương của hãng Mitutoyo. - 87 - Hình 3-11: Máy đo độ nhám  Máy đếm số vòng Digital Tachometer. II.2.2 Tính toán tải trọng tác dụng lên mẫu thử. Để đảm bảo mô hình thực nghiệm hoàn toàn tương đương với điều kiện làm việc của trục về phương diện vận tốc trượt tương đối và lực tác dụng lên bề mặt, ta chế tạo mô hình con lăn có đường kính nhỏ hơn đường kính mẫu, bề rộng con lăn lớn hơn bề rộng mẫu thử để nó tiếp xúc hết bề mặt mẫu thử. Giả sử vật liệu của con lăn hoàn toàn giống vật liệu của bánh răng và giá trị áp lực tác dụng lên trục của các con lăn bằng giá trị áp lực vòng tác dụng trên các răng thì ta thu được sự phân bố áp suất lực tại vùng tiếp xúc của các bánh răng cũng giống như tại vùng tiếp xúc của con lăn vì vậy việc tính toán giá trị áp lực trung bình dựa trên cơ sở lý thuyết của Hertza giá trị áp lực trung bình tại vùng tiếp xúc có thể xác định bằng công thức: B PEP vTB .)1(32 .. 2     (3-22) Trong đó: E: Mô đun đàn hồi tương đương của vật liệu chế tạo bánh răng (con lăn và mẫu thử ) được xác định bởi công thức: E=(2-2,1).106 KG/cm2; chọn E=2.106KG/cm2. - 88 - 21 212.E EE EE   (3-23)  : bán kính tương đương của con lăn và mẫu. 21 21.      (3-24) B: Bề dày bánh răng (bằng bề dày con lăn). B=11mm Pv: Lực vòng tác dụng lên bánh răng (con lăn).  : Hệ số Poisson ;  =(0,24-0,28) chọn  =0,26 Ta có lực vòng tác dụng lên bộ truyền: L x v d MP 2 (3-25) với Mx=486493 Nmm- Mô men xoắn của bộ truyền trên máy khảo nghiệm ma sát dL=273 mm- Đường kính vòng tròn lăn NPv 3564273 486493.2  (3-26) Như vậy, nếu tiến hành khảo nghiệm con lăn có chiều rộng bằng chiều rộng bánh răng (B=55mm) thì lực tác dụng lên con lăn phải là 3564N. Tuy nhiên ở đây để có thể khảo nghiệm ma sát và hao mòn trên máy MS-TS1 ta tiến hành tạo mẫu và con lăn có bề rộng như sau: Đối với mẫu thử có bề rộng 10mm còn đối với con lăn có bề rộng 11mm để con lăn có thể tiếp xúc hoàn toàn với mẫu thử Vậy áp lực tác dụng lên con lăn là: 11 B P R vB  (3-27) B=55mm- Bề rộng của bánh răng bị động (bánh lớn). NRB 8,712 11 55 3564  (3-28) Ta có sơ đồ tính toán áp lực tác dụng lên mẫu thử: - 89 - Hình 3-12: Sơ đồ tính toán trọng lượng treo vật. Dầm ABC là thanh gá mẫu thử có chiều dài l1=114 mm; l2=1000 mm. Tại C treo một trọng lượng G để tạo lực tác dụng lên mẫu. Ở đây gối A gắn trên bệ của máy, gối B thực ra là vị trí con lăn và mẫu thử đè lên nhau. Ban đầu ta xem dầm được treo một trọng lượng G0=34,3 N (trọng lượng bản thân của dầm). Ta lấy phương trình cân bằng mô men tại điểm A: 0).(. 201  lGGlRM BA (3-29) Ta rút ra được tải trọng tác dụng lên mẫu thử là: 2 201 .. l lGlRG B  (3-30) Thay các giá trị l1, l2, G, Q vào (3-24) ta được: NG 47 1000 1000.3,34114.8,712    (3-31) Vậy trọng lượng quả nặng cần treo thêm là: G=47N=4,8KG Thay Pv vào (3-17) ta xác định được áp suất trung bình tác dụng lên mẫu thử và con lăn ta được: 27245 11.0.9375,0)26.01(32 7,363.10.2.14,3 2 6   TBP KG/cm 2 (3-32) RA RB A B C G0 G l1 l2 - 90 - II.2.3 Bước tiến hành thí nghiệm trên máy khảo nghiệm MS-TS1 II.2.3.1 Thí nghiệm XADO trên mẫu thử. Các mẫu thử và con lăn sau khi được rửa sạch bằng xăng và đo các thông số kỹ thuật tiến hành lắp mẫu thử và con lăn lên máy thử nghiệm MS-TS1. Các bước tiến hành:  Bước 1:Lắp mẫu thử và con lăn lên máy MS-TS1  Bước 2: Cho máy chạy ổn định rồi xác định được góc 0  Bước 3: Khởi động máy, treo tải trọng vào cần treo.  Bước 4: Tiến hành bôi XADO lên bề mặt của mẫu thử  Bước 5: Sau khoảng thời gian nhất định là 30 phút tiến hành bôi XADO tiếp tục cho đến hết t=5h, chú ý khi nào kim chỉ thị ổn định thì ghi giá trị góc  .  Bước 6: Cần tiến hành bôi đều một lớp XADO lên bề mặt của mẫu thử trước khi cho máy chạy, bối XADO theo định kỳ (30 phút 1 lần bôi)và chia ra mỗi một mẫu sử dụng hết 4ml mỡ XADO. (1 gói 12 ml được chia làm 3 mẫu). sau khi máy kiểm tra kim chỉ thị ổn định tiến hành ghi góc lệch   Bước 7: Sau thời gian t=5h tháo mẫu và lau sạch rồi ngâm mẫu trong nhớt Cattrol rồi bảo quản trong túi nilon.  Bước 8: Các bước tiếp theo đối với 7 mẫu còn lại làm tương tự. Dựa vào tải trọng cần treo thêm G=4,8 KG, ta tiến hành thử nghiệm treo với mức tải là 2,8 KG và 4,8 KG đối với từng mẫu (sau khi tiến hành chạy thử thấy 2 mức tải đó là phù hợp nhất đối với vật liệu chế tạo mẫu thử và con lăn) trong suốt quá trình làm thí nghiệm và thực hiện cho 4 cấp tốc độ quay của trục chính. Vận tốc trượt tương đối giữa con lăn và mẫu thử. Vận tốc trượt tương đối được xác định bởi công thức: 60 .. DnV  (3-33) Các giá trị tốc độ quay của mẫu đo được: nmẫu 1=545 vg/phút; nmẫu 2=450 vg/phút; nmẫu 3=346 vg/phút; nmẫu 3=235 vg/phút. - 91 - Trong đó D=50 mm đường kính của mẫu thử Bảng 2: Vận tốc trượt tương đối thử nghiệm tác dụng lên mẫu thử Tốc độ quay n(vg/phút) n1=545 n2=450 n3=346 n4=235 V (m/s) 1,43 1,17 0,9 0,61 I.2.3.2 Tiến hành thử nghiệm bạc lót trên mẫu thử. Sau khi thử nghiệm mẫu bằng XADO làm sạch mẫu và sấy khô đem đo lại các thông số kỹ thuật: đo độ nhám, độ cứng, cân mẫu. Để đánh giá được chế độ làm việc của bề mặt mẫu thử sau khi thí nghiệm ta tiến hành thử nghiệm bạc lót cho chạy rà trên mẫu thử. Giống như là chế đô đang làm việc của cổ trục với bạc lót trong ổ bi. Tiến hành thử nghiệm áp suất giữa bạc lót và mẫu thử Bạc lót: Bạc lót được chế tạo bằng đồng thau có dạng hình hộp một mặt cong. Mặt cong được mài rà đảm bảo đủ độ bóng cần thiết (tạo thành một vệt sáng trên toàn bộ bề mặt) (hình 3-13 ). Mặt cong được xác định nhờ kích thước đường kính mẫu thử vì vậy ta có hình dạng và kích thước của bạc lót như sau:  Chiều dài: 26 mm  Chiều rộng:10 mm  Chiều cao: 14 mm  Bán kính mặt cong: R=25 mm Hình 3-13: Hình dạng và kích thước bạc lót. Diện tích tiếp xúc danh nghĩa giữa bạc lót và trục là: S=2,6 cm2. - 92 - Tiến hành thử nghiệm mẫu thử trên 4 cấp tốc độ với n1=1120 vg/phút; n2=927 vg/phút; n3=710 vg/phút; n4=483vg/phút. Vận tốc trượt giữa mẫu thử và bạc lót xác định bởi bảng 2: Các giá trị tải trọng trong quá trình thử nghiệm được xác định cho 4 cấp tốc độ như sau: G=2KG; 4KG; 6KG; 8KG; 10KG. Từ cơ cấu treo tải trọng áp lực tác dụng lên mẫu thử được tính theo biểu đồ: Hình 3-14: Sơ đồ tính toán áp lực lên mẫu. Để xác định áp lực tác dụng lên mẫu thử. Xét phương trình cân bằng mô men tại điểm A: Trong đó l1=120mm, l2=356mm. MA=RB.l1-(G +1)l2=0 (3-34) (Trong đó 1KG là giá trị trọng lượng bản thân của cơ cấu treo tải trọng). Rút ra được: 1 2).1( l lGRB   (3-35) Áp suất tác dụng lên mẫu thử: S Rp B (3-36) Các giá trị áp lực RB và áp suất p là: Bảng 3: Bảng xác định giá trị áp lực RB và áp suất p: G(KG) 2 4 6 8 10 RB(KG) 8,9 14,8 20,8 26,7 32,6 p(KG/cm2) 3,4 5,7 8 10,3 12,5 G l1 l2 RA RB A B C - 93 - Tiến hành thử nghiệm Sau khi mẫu thử, và bạc lót được lắp lên máy thử nghiệm, mẫu thử được bôi trơn bằng nhớt Catrol (bôi trơn bằng phương pháp nhúng). II.2.4 Kết quả sơ bộ sau khi thí nghiệm Sau khi tiến hành thử nghiệm mẫu thử bằng XADO ta đo được các thông số của mẫu trong bảng sau: Bảng 4: Xác định thông số sau khi đã qua thử nghiệm với 8 mẫu thử. 1 2 4 5 STT I II III I II III I II III I II III Độ nhám (Ra) µm 0,23 0,22 0,19 0,11 0,14 0,11 0,19 0,36 0,22 0,29 0,25 0,32 Độ cứng (HRC) 13 15,5 17 17 12 16 16 12 15 21 18 20 Khối lượng (g) 134,00 133,54 137,90 133,57 15 16 17 3 STT I II III I II III I II III I II III Độ nhám (Ra) µm 0,11 0,19 0,14 0,26 0,23 0,55 0,11 0,11 0,24 0,57 0,95 0,54 Độ cứng (HRC) 13,5 18 14,5 13,5 16,5 13 16 13 14,5 13 15 14,5 Khối lượng (g) 133,75 129,45 133,84 131,32 Bảng xác định góc lệch  và hệ số ma sát: (với 00 5,3 ) Bảng 5: Xác định góc lệch và hệ số ma sát.  Với mức tải là G=2,8 KG, với 0 =3,5 0 Tốc độ quay trục chinh n (vg/phút) n1=1120 n2=927 n3=710 n4=483 Mẫu thử  f  f  f  f - 94 - 16 9,25 0,00814 2 8,35 0,0069 4 8,75 0,0074 15 9,25 0,00814  Với mức tải G2=4,8KG, 0 =3,5 0 Tốc độ quay trục chinh n (vg/phút) n1=1120 n2=927 n3=710 n4=483 Mẫu thử  f  f  f  f 5 11,35 0,00843 17 11,35 0,0843 1 11,2 0,00828 3 12,25 0,00938 Bảng xác định khối lượng vật liệu mất đi ∆G và cường độ hao mòn I Bảng 6: với 00 5,3  Với G=2,8KG Tốc độ quay của trục n (vg/phút) n1=1120 n2=927 n3=710 n4=483 Mẫu thử ∆G (g) Im ∆G(g) Im ∆G(g) Im ∆G(g) Im 16 0,79 0,158 2 0,95 0,19 4 0,6 0,12 15 0,53 0,106  Với G2=4,8KG Tốc độ quay của trục n (vg/phút) n1=1120 n2=927 n3=710 n4=483 Mẫu thử ∆G (g) Im ∆G(g) Im ∆G(g) Im ∆G(g) Im 5 0,86 0,172 - 95 - 17 0,74 0,148 1 0,83 0,166 3 0,29 0,028 Kết quả sơ bộ sau khi thí nghiệm đối với bạc lót. Bảng xác định góc lệch  và hệ số ma sát f với )sin(sin062,11 0  PD f (công thức 3-15) (trong đó P là RB), Bảng 7:  Mẫu không chạy XADO Bảng 8:  Mẫu chạy XADO Với n1=1120 vg/phút, 00 5,3 Áp lực RB (KG) 8,9 14,8 20,8 26,7 32,6 Mẫu  f  f  f  f  f 16 5 0,00065 6,6 0,00081 8,2 0,00087 9,1 0,0008 10,4 0,00081 5 4,93 0,00062 5,43 0,0005 6,97 0,00064 8,1 0,00066 10,1 0,00078 Với tốc độ quay n2=927 vg/phút. 00 5,3 Áp lực RB (KG) 8,9 14,8 20,8 26,7 32,6 Mẫu  f  f  f  f  f Áp lực RB (KG) 8,9 14,8 20,8 26,7 32,6 Mẫu  f  f  f  f  f Tốc độ quay n (vg/phút) 12 5,13 0,00071 6,8 0,00086 8,77 0,00097 10,4 0,00099 11,7 0,00096 n1=1120 12 4,77 0,00055 6,37 0,00075 8,57 0,00094 11,3 0,0011 13,2 0,0012 n2= 927 12 5,4 0,00082 6,87 0,00088 8,4 0,0009 9,9 0,00092 11,7 0,00096 n3=710 12 5,25 0,00076 6,75 0,00084 8,1 0,00085 9,5 0,00086 11 0,00088 n4=483 - 96 - 2 4,07 0,00025 4,23 0,00019 4,23 0,00014 4,47 0,00014 4,53 0,00012 17 4,53 0,00045 5 0,00039 4,93 0,00026 4,63 0,00016 4,83 0,00016 Với tốc độ quay n3=710 vg/phút. 00 5,3 Áp lực RB (KG) 8,9 14,8 20,8 26,7 32,6 Mẫu  f  f  f  f  f 4 4,53 0,00045 6,5 0,00078 7,1 0,00067 8,07 0,00066 9,8 0,00074 1 3,97 0,0002 5 0,00039 5,1 0,0003 4,93 0,0002 5,37 0,00022 Với tốc độ quay n4=483 vg/phút. 00 5,3 Áp lực RB (KG) 8,9 14,8 20,8 26,7 32,6 Mẫu  f  f  f  f  f 15 3,53 0,000013 3,73 0,00006 4,03 0,0001 4,13 0,00009 4,07 0,000067 3 4,6 0,00048 5,07 0,00041 5,37 0,00035 4,63 0,00016 4,67 0,00014 Mối quan hệ giữa hệ số ma sát với tải trọng Từ bảng 7&bảng 8 ta có bảng kết quả tóm tắt mối quan hệ giữa hệ số ma sát với áp suấ p. Bảng 9  Mẫu không chạy XADO Áp suất p (KG/cm2) 3,4 5,7 8 10,3 12,5 Tốc độ quay n (vg/phút) Mẫu f f f f f 12 0,00071 0,00086 0,00097 0,00099 0,00096 n1=1120 12 0,00055 0,00075 0,00094 0,0011 0,0012 n2= 927 12 0,00082 0,00088 0,0009 0,00092 0,00096 n3=710 12 0,00076 0,00084 0,00085 0,00086 0,00088 n4=483 - 97 - Bảng 10:  Mẫu chạy XADO Với n1=1120 vg/phút Áp lực p (KG/cm2) 3,4 5,7 8 10,3 12,5 Mẫu f f f f f 16 0,00091 0,00081 0,00087 0,0008 0,00081 5 0,00062 0,0005 0,00064 0,00066 0,00078 Biểu diễn số liệu này lên mặt phẳng toạ độ ta có đồ thị hàm số xây dựng bởi mối quan hệ sau: f1=f1(p,n1=const) (3-37) Với tốc độ quay n2=927 vg/phút Áp lực p (KG/cm2) 3,4 5,7 8 10,3 12,5 Mẫu f f f f f 2 0,00025 0,00019 0,00014 0,00014 0,00012 17 0,00045 0,00039 0,00026 0,00016 0,00016 Biểu diễn số liệu này lên mặt phẳng toạ độ ta có đồ thị hàm số xây dựng bởi mối quan hệ sau: f2=f2(p,n2=const) (3-38) Với tốc độ quay n3=710 vg/phút Áp lực p KG/cm2) 3,4 5,7 8 10,3 12,5 Mẫu f f f f f 4 0,00045 0,00078 0,00067 0,00066 0,00074 1 0,0002 0,00039 0,0003 0,0002 0,00022 - 98 - Biểu diễn số liệu này lên mặt phẳng toạ độ ta có đồ thị hàm số xây dựng bởi mối quan hệ sau: f3=f3(p,n3=const) (3-39) Với tốc độ quay n4=483 vg/phút Áp lực p (KG/cm2) 3,4 5,7 8 10,3 12,5 Mẫu f f f f f 15 0,000013 0,00006 0,0001 0,00009 0,000067 3 0,00048 0,00041 0,00035 0,00016 0,00014 Tương tự ta cũng có hàm f4=f4(p,n4=const) (3-40) Mục đích của mối quan hệ này là tim ra xem ở chế độ công nghệ nào, tải trọng tác dụng bao nhiêu là tối ưu nhất đối với từng mẫu thử.  Biểu diễn đồ thị mối quan hệ giữa hệ số ma sát và áp suất: Đồ thị biểu diễn hàm f1. Hình 3-15: Đồ thị hệ số ma sát f phụ thuộc vào các chế độ công nghệ : Mẫu không chạy XADO : Mẫu chạy XADO ở 2 mức tải 2,8 KG và 4,8KG p(KG/cm2) f1 0,0010 14 12 10 8 6 4 0,0009 0,0008 0,0004 0,0005 0,0006 0,0007 - 99 - 0,0002 0,000 0,000 4 0,0007 0,000 0,000 5 0,0008 0,000 9 4 6 8 10 12 14 0,001 f2 P (KG/cm2) f3 p (KG/cm2) 0,0010 8 6 4 0,000 0,0008 0,000 5 0,0006 0,0007 0,0004 0,0003 0,000 2 10 12 14 Đồ thì biểu diễn hàm f2: Hình 3-16: Đồ thị hệ số ma sát f phụ thuộc vào các chế độ công nghệ : Mẫu không chạy XADO : Mẫu chạy XADO ở 2 mức tải 2,8 KG và 4,8 KG. Đồ thị được biểu diễn hàm f3 Hình 3-17: Đồ thị hệ số ma sát f phụ thuộc vào các chế độ công nghệ - 100 - 0,00007 0,00005 0,00009 0,0001 0,0003 0,0007 0,0005 0,0009 4 6 8 10 12 14 p (KG/cm2) f4 : Mẫu không chạy XADO : Mẫu chạy XADO ở 2 mức tải 2,8KG và 4,8 KG Đồ thị được biểu diễn hàm f: Hình 3-18: Đồ thị hệ số ma sát f phụ thuộc vào các chế độ công nghệ . : Mẫu không chạy XADO : Mẫu chạy XADO ở 2 mức tải 2,8 KG và 4,8 KG. II.3 Nhận Xét Mục đích: So sánh xem ở chế độ công nghệ nào thì trạng thái làm việc của mẫu là tối ưu nhất. Do số liệu trên chỉ là kết quả số liệu mang tính thô (sơ bộ) vì vậy tính chính xác trong việc đánh giá kết quả không được cao. Qua quá trình thí nghiệm ta đã thu được kết quả: Từ kết quả thí nghiệm ta thấy sau khi mẫu thử cho lăn miết trong môi trường chất XADO. So sánh các thông số ban đầu và sau khi thí nghiệm nhận thấy độ nhám bề mặt giảm tương đối khoảng 50%. Độ cứng bề mặt cũng có tăng khoảng 40%. cường độ hao mòn tương đối đều. Để đánh giá và so sánh áp suất tác dụng lên mẫu thử trước và sau khi tiến hành tiến hành thí nghiệm ta sử dụng bạc lót cho chạy rà trên bề mặt và được bôi trơn bằng mỡ cattrol (phương pháp nhúng) - 101 - từ biểu đồ mối quan hệ giữa hệ số ma sát và áp suất tác dụng lên mẫu thử ta thấy. ở (Hình 3-15 ) đồ thị của cấp tốc độ n1:  Đối với mẫu không chạy XADO do bề mặt có độ nhám cao hơn vói mẫu chạy XADO nên ở bước : tải càng tăng thì hệ số ma sát càng tăng và tới một giá trị tải nhất định hệ số ma sát giảm. chứng tỏ bề mặt làm việc của mẫu chưa được ổn định.  Đối với mẫu chạy XADO: so sánh ở 2 mức tải khác nhau với mẫu được chạy ở mức tải là 2,8 KG thì áp suất được phân bố cũng gần giống như mẫu chưa chạy XADO nhưng ở giai đoạn ngắn hơn và đến khi càng tăng càng tăng tải thì hệ số ma sát giảm dần (giai đoạn ổn định) và tăng tải tiếp thì hệ số ma sát lại tăng lên chứng tỏ ở vùng này là vùng quá tải của mẫu thử, còn với mẫu thử chạy ở mức tải 4,8 KG thì áp suất cũng được chia làm 3 vùng ở 3 giai đoạn, lúc đầu áp suất tăng thì hệ số ma sát cũng tăng (cũng giống như ở mức tải 2,8KG) nhưng giai đoạn ổn định (áp suất phân bố) đều hơn và diễn ra dài hơn so với mức tải 4,8 KG. ở (hình 3-16) biểu đồ cấp tốc độ n2:  Đối với mẫu không chạy XADO: tải càng tăng thì hệ số ma sát càng tăng và trạng thái làm việc của bề mặt luôn có su hướng quá tải như vậy bề mặt làm việc của mẫu chưa được ổn định  Đối với mẫu chạy XADO: ở mức tải 2,8KG lại ngược lại so với mẫu thử không chạy XADO tải càng tăng thì hệ số ma sát càng giảm và đến mãi giai đoạn cuối tải tăng đến mức cuối trong dải thử tải thì bề mặt làm việc mới ổn định. ở mức tải 4,8 KG thì hệ số ma sát giảm một cách từ từ khi tăng tải nhưng về giai đoạn cuối bề mặt làm việc của mẫu này không ổn định băng mẫu ở mức tải 2,8 KG. ở (hình 3-17) biểu đồ cấp tốc độ n3: - 102 -  Đối với mẫu không chạy XADO: Tải trọng càng tăng thì hệ số ma sát càng tăng nhưng ở mức độ chậm và có một giai đoạn làm việc ổn định từ khoảng áp suất (5,7-8 KG/cm2).  Đối với mẫu chạy XADO: ở 2 mức tải ta thây đồ thì đi theo một quy luật giống nhau ở mức tải 2,8 kG bề mặt làm việc của mẫu làm việc ổn định hơn do hệ số ma sát giảm chậm ở giai đoạn áp suất (8-10,3KG/cm2) rồi sau đó hệ số ma sát tăng đột ngột đó là giai đoạn quá tải. Như vậy ở 2 mức tải này vùng làm việc của bề mặt là tường đối ổn định, lúc đầu hệ số ma sát tăng do tại một giá trị tải đó bề mặt làm việc chưa ổn định ngay nhưng đến khi ở một giai đoạn tải xác định trong khoảng đã chọn thì bề mặt làm việc được ổn định. Nếu tiếp tục tăng tải nữa có thể nó sẽ bị quá tải do nó vượt ra khỏi vùng ổn định và dẫn đến quá tải có thể làm phá huỷ bề mặt. ở (hình 3-18) biểu đồ cấp tốc độ n4:  Đối với mẫu không chạy XADO. Tải càng tăng thì hệ số ma sát càng tăng nhưng ở mức độ chậm  Đối với mẫu chạy XADO: ở chế độ tải 2,8 KG hệ số ma sát giảm dần khi tải tăng, và ổn định ở giá trị áp suất (10.3-12,5 KG/cm2), còn đối với mức tải 4,8 KG lúc đầu chế độ làm việc chưa ổn định khi đó hệ số ma sát tăng nhanh đến khi áp suất ở mức 8 KG/cm2 thì hệ số ma sát giảm đột ngột chứng tỏ ở chế độ tải này của mẫu thì vùng làm việc chưa ổn định. Với ở cấp độ 4 thì 2 loại mẫu cho ra kết quả phân bố áp suất trên bề mặt khác nhau, và không ổn định bằng mẫu chưa chạy XADO, mặc dù áp suất có giảm, chứng tỏ ở cấp độ này điều kiện thẩm thấu của XADO vào bề mặt của mẫu không được tối ưu mặc dù độ nhám và độ cứng có cải thiện. Tóm lại qua quá trình tiến hành thí nghiệm với 4 chế độ công nghệ khác nhau và với mức tải khác nhau. Thì việc đánh giá xem mức độ áp suất phân bố trên bề mặt mẫu thử từng chế độ công nghệ ở các mức tải khác nhau ta thấy áp - 103 - suất phân bố trên bề mặt khác nhau tại mỗi chế độ công nghệ khác nhau và ổn định nhất ở 3 chế độ công nghệ là n1,n2,n3. Để tiếp tục đánh giá được chính xác hơn về độ thẩm thấu của chất XADO lên bề mặt mẫu cần có phải tiến hành thử ở nhiều chế độ công nghệ khác nhau và thử nhiều ở phương án, (Phần đề xuất ý kiến). - 104 - CHƯƠNG IV : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT I. KẾT LUẬN Qua quá trình tìm hiểu và ứng dụng công nghệ XADO để khôi phục bề mặt cổ trục bằng phương pháp lăn miết ta có thể rút ra kết luận sau: Đây là một loại vật liệu mới và tiên tiến trong lĩnh vực bảo trì, bảo dưỡng và phục hồi. Cách thức thực hiện công nghệ đơn giản, tiết kiệm chi phí, giảm sức lao động, trong khi hiệu quả đạt được có nhiều chỉ số vượt xa các phương pháp thông dụng. Qua quá trình thí nghiệm mẫu thử sau khi được chạy bằng XADO ta thấy:  Bề mặt chi tiết được cải thiện rõ rệt thông qua các thông số đã được đo  Độ nhám bề mặt giảm nhiều so với ban đầu giảm khoảng 45%, độ cứng bê mặt cũng tăng. Chứng tỏ trên bề mặt mẫu thử đã có lớp phủ của XADO. Tuy nhiên trong quá trình thực hiện đề tài do hạn chế về thời gian, tài liệu và hạn chế về thiết bị kiểm tra nên đề tài chưa được giải quyết các vấn đề.  Chưa xác định được hình ảnh cũng như cấu trúc của lớp bề mặt tế vi trước và sau khi sử lý bằng XADO.  Chưa xử lý số liệu và số liệu chỉ là ở dạng thô.  Chưa xây dựng được mối quan hệ của cường độ hao mòn với áp suất  Chưa lấy được kết quả của các chế độ gia công khác để có thể so sánh với những mẫu đã chạy XADO Vì vậy để có thể chứng minh được khả năng tối ưu hơn nữa của vật liệu XADO nên em có những đề xuất ý kiến của mình như sau: II. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN Thông qua quá trình thực nghiệm em nhận thấy để đánh giá được chính xác hơn nữa và đi sâu hơn nữa ta cần phải áp dụng cho rất nhiều các điều kiện cũng như thông số cần so sánh với kết quả thực tế. Do thời gian có hạn nên những vấn đề và số liệu trên chỉ mang tính sơ bộ để có thể nghiên cứu sâu hơn về vấn đề này - 105 - cần phải mở rộng đối với tất cả các chi tiết cũng như những thông số khác. Vậy em có một số ý kiến sau để xây dựng thêm cho đề tài tới:  Tiếp tục tìm hiểu và nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ lăn miết như: Lực ép, tốc độ quay của chi tiết, lượng XADO, thời gian tiến hành thử nghiệm. Cần nghiên cứu thêm về nhiệt độ trong môi trường thí nghiệm và các điều kiện và khả năng hấp thụ của vật liệu XADO lên bề mặt của chi tiết. Tìm ra một chế độ công nghệ tối ưu nhất cho phương pháp.  Tìm hiểu và thực hiện nghiên cứu cấu trúc của lớp vật liệu bề mặt sau khi lăn miết có sử dụng XADO bằng các dụng cụ hiện đại như kính hiển vi điện tử có độ phóng đại cao…  Quá trình thử nghiệm muốn có được số liệu đánh giá chính xác và khách quan nhất cần phải tiến hành thử trên nhiều mẫu thí nghiệm với nhiều chế độ khác nhau, và thực hiện thời gian dài hơn  Tìm hiểu và nghiên cứu chế tạo đồ gá chuyên dùng để dùng cho thí nghiệm khôi phục bề mặt với các dạng trục quan trọng trong động cơ đốt trong như: Trục khuỷu, trục cam… Đó là những đề xuất ý kiến của em. Em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy giáo, cô giáo và mọi người đã giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này. Em rất mong được sự đóng góp và đánh giá ý kiến của các thầy và các bạn để em có thể hoàn thiện hơn nội dung và mục đích của đề tài. Nha Trang, tháng 6 năm 2007 Người thực hiện Hoàng Mạnh Hùng - 106 - TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. GS.TS Nguyễn Anh Tuấn, PTS Nguyễn Văn Thêm. Kỹ thuật ma sát và biện pháp nâng cao tuổi thọ thiết bị. NXB khoa học và kỹ thuật- Hà Nội 1990. 2. PGS.TS Quách Đình Liên. Lý thuyết Ma sát và Bôi trơn. Đại Học Thuỷ Sản- 1997. 3. PGS.PTS Dương Đình Đối. Ma sát học. Đại học thuỷ sản -1997. 4. Lê Công Dưỡng. Vật liệu học. NXB Giáo Dục, 1997. 5. Ninh Đức tốn. Dung sai lắp ghép. NXB Giáo Dục, 1999. 6. PGS. Hà Văn Vui, Nguyễn Chỉ Sáng, Phan Đăng Phong Sổ tay thiết kế cơ khí Tập 1. NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội -2004. 7. Ths. Đặng Xuân Phương. Bài Giảng Chế Tạo Máy 2. Trường Đại Học Thuỷ Sản, Nha Trang- 2003. 8. Ths. Phan Thanh Nhàn. Luận văn Thạc Sĩ: “ Nghiên cứu nâng cao chất lượng Bề mặt cổ trục khuỷu động cơ đốt trong bằng phương pháp lăn miết trong môi trường Grafit”. Đại Học Thủy Sản, Nha Trang- 1999. - 107 - 9. Ths. Trần Doãn Hùng. Luận văn Thạc Sĩ: “ Nghiên cứu khả năng ứng dụng một số vật liệu polime để chế tạo bánh răng cho các thiết bị khai thác trên tào cá”.Đại Học Thủy Sản, Nha Trang- 2003. 10. Trang web tham khảo: 1. Trang web vật liệu XADO: www.xado.com.vn 2. www.xado.chiakhoa.com.vn