Độ tin cậy trong sửa chữa ô tô máy kéo nguyễn nông, hoàng ngọc vinh

Độ tin cậy vật lý của máy hay của chi tiết đặc trưng khả năng làm việc tin cậy của nó với các điều kiện nhất định trong khoảng thời gian đã cho.. Sự tích tụ các thay đổi không thuận ngh

NGUYỄN NÔNG - HOÀNG NGỌC VINH

ĐỘ TIN CẬY

TRONG SỬA CHỮA ÔTÔ - MÁY KÉO

NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC - 2000

6V2 Mã số : 7B463M0

G D - 0 0 1 9 4 /1 1 7 -0 0

LỜI NÓI ĐẦU

Độ tin cậy và chất lượng máy là vấn đê' then chốt trong việc nâng cao chất lượng và hiệu quả sử dụng máy Mặc dù kỹ nghệ thiết kế, c h ế tạo máy hiện đại có th ể cho ra dời những chiếc máy cố độ tin cậy đủ cao nhưng độ tin cậy của chúng còn tuỳ thuộc vào điều kiện sử dụng, hảo dưỡng và sửa chữa.

Điều kiện sử dụng, háo dưỡng vả sửa chữa tốt sẽ góp phần duy trì và nâng cao độ tin cậy vốn cổ của máy.

Vein đề độ tin cậy được quan tâm cả từ hai phía: nhà thiết kế, c h ế tạo và người sử dụng máy Mối quan tâm này thể hiện ỏ chỗ giải quyết máu thuẫn giữa giá thành c h ế tạo không cao nhưng phải đạt độ tin cậy đủ cao đ ể người

sử dụng có th ể chấp nhận được Vấn đề nc)y càng có ý nghĩa trong điểu kiện sản xuất nông nghiệp vốn mang nặng tính thời vụ.

Chính vì vậy, những kỹ sư kỹ thuật nói chung và kỹ sư cơ khí nông nghiệp nói riêng cần phải biết giải quyết các vấn đề liên quan đến việc nâng cao độ tin cậy và chất lượng, nắm vừng các kiến thức về lý thuyết trong lĩnh vực độ tin cậy Khoa học về độ tin cậy nhằm nghiên cứu các quy luật thay đổi các chỉ tiêu về khả năng làm việc của các đối tượng theo thời gian cũng như bản chất vật lý của các hư hỏng và trên cơ sỏ đó nghiên cứu các phương pháp kéo dài tuổi thọ, an toàn cần thiết với chì ph í thời gian và phương tiện tối thiểu.

Lý thuyết độ tin cậy cùng với nâng cao chất lượng máy gổm một s ố lý thuyết, trong giáo trình này vì khuôn khổ có hạn chúng tôi sẽ không nhắc lại một s ố khái niệm, định lý và các chứng minh mà bạn đọc có th ể tìm thấy ỏ nhiều giáo trình khác Giáo trình cơ sở độ tin cậy này gồm năm phần:

- Các khái niệm cơ bản, các thuật ngữ và định nghĩa.

- Cơ sỏ vật lý của độ tin cậy.

- Phương pháp toán học đ ể xác định các chỉ tiêu của độ tin cậy.

- Đánh giá chất lượng máy.

- Độ tin cậy theo một s ố chỉ tiêu chính và một số biện pháp chính nhảm nâng cao độ tin cậy.

3

Chúng tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn đến các đồng nghiệp â bộ môn Kim loại

- Sửa chữa máy và khoa Cơ-Điện, trường Đại học Nống nghiệp 1 với những ý kiến ch ỉ dẫn quý báu.

N ội dung cuốn sách chắc còn thiếu sót, chúng tôi rất mong nhận được

sự phê bình góp ý của độc giả đ ể những lần xuất bản sau cuốn sách được hoàn hảo hơn.

Chương 1

MỘT SỐ KHÁI NIỆM c ơ BẢN VÀ THUẬT NGỮ

Các máy và chi tiết máy có thể ở các tình trạng sau đây: tốt, chưa tốt, có khả năng làm việc, không có khả năng làm việc và tình trạng giới hạn

Tốt là trạng thái của máy có các thông số chủ yếu và thứ yếu phù hợp với các yêu cầu kỹ

thuật; ngoài ra các tổng thành và các tổ hợp máy dự trữ đều không hỏng

Chưa tốt là tình trạng của máy chưa đạt yêu cầu kỹ thuật, như giảm công suất và tính tiết kiệm trên giới hạn cho phép, mất độ chính xác của máy, sai lệch chiểu dày của lớp sơn V V

Khả năng làm việc là trạng thái của máy, có các thông số làm việc cơ bản nằm trong

giới hạn được quy định của tài liệu kỹ thuật

Khái niệm vể tốt rộng hơn khái niệm về khả năng làm việc Một máy tốt luôn luôn có khả năng làm việc Một máy có khả năng làm việc có thể chưa tốt Ví dụ: hộp số vãn duy trì khả năng làm việc nếu như bánh răng bị mòn nhưng các chỉ tiêu sử dụng chưa vượt khỏi giới hạn cho phép

Không có khả năng làm việc là tình trạng của máy không thể sử dụng tiếp tục, dù chỉ

của một thông số không đạt yêu cầu kỹ thuật

Tình trạng giói hạn là tình trạng của máy không thể tiếp tục sử dụng do hư hỏng không

thể khắc phục và không an toàn

Chuyển đổi từ trạng thái tốt sang trạng thái chưa tốt, từ trạng thái có khả năng làm việc sang trạng thái không có khả năng làm việc được xác định bằng sự kiện hư và hỏng

Hư là trạng thái của máy không phù hợp với các thông số cơ bản, với tiêu chuẩn trong sử

dụng, với hình dáng bên ngoài và với tính hoàn chỉnh v.v

Hư có thể là nhẹ khi khả năng làm việc của máy được duy trì và nặng khi nó làm mất khả năng làm việc Hư nhẹ nếu không được khắc phục kịp thời có thể chuyển sang hư nặng làm mất khả năng làm việc và chuyển thành trạng thái hỏng Không phải tất cả hư là nguyên nhân của sự hỏng Hư mà không dẫn đến hỏng đôi khi được gọi là khuyết tật

Hỏng là một trong những khái niệm cơ bản về độ tin cậy, là sự tổn thất toàn bộ hay một

phần khả năng làm việc do chi tiết máy gây ra (một hoặc một vài thông số làm việc của chi tiết vượt qua giới hạn cho phép) Người ta phân biệt các loại hỏng đột biến và dần dần, hoàn toàn và bộ phận, hiện rõ và khó thấy, phụ thuộc và độc lập Khi hỏng phải dừng máy

5

Xuất hiện hỏng luôn luôn liên quan tới sự phát sinh trạng thái chưa tốt Hạ thấp công suất của động cơ quá giới hạn quy định sẽ là hỏng Đồng thời với trạng thái hỏng đó động cơ chuyển sang trạng thái chưa tốt.

Tuy nhiên không phải bao giờ máy chưa tốt thì cũng xuất hiện hỏng, ví dụ chảy dầu mỡ

ở các tổng thành máy chứng tỏ chúng chưa tốt nhưng không đưa đến trạng thái hỏng

Với quan điểm hồi phục khả năng làm việc, máy có thể chia thành máy được hồi phục, không được hồi phục, được sửa chữa và không được sửa chữa

Máy được hồi phục là máy khi mất khả năng làm việc sẽ được sửa chữa.

Máy không được hổi phục là máy khi mất khả năng làm việc sẽ không được hồi phục Máy được sửa chữa là máy khi không còn trạng thái tốt và mất khả năng làm việc sẽ

được hồi phục

Máy không được sửa chữa là máy khi phát sinh hỏng hay hư hỏng sẽ không được hồi

phục

Đa số máy móc nông nghiệp được hồi phục và được sửa chữa

Chi tiết máy không được sửa chữa (không được hồi phục) như vòng 'lăng, các tấm ma sát, các loại đệm, các vòng làm khít

Một chi tiết bị mòn và hư hỏng có thể không được sửa chữa và có thể đuợc sửa chữa ; ví

dụ như trục khuỷu

Độ tin cậy là một trong những đánh giá chính chất lượng và đặc điểm sử dụng của các máy móc nông nghiệp

Độ tin cậy là tính chất của máy đảm bảo thực hiện các chức năng và duy trì chỉ tiêu sử

dụng trong hạn định trong khoảng thời gian hoặc thời hạn làm việc cần thiết Các chỉ tiêu của nhiều tính chất đặc trưng cho chất lượng sản phẩm đều bị biến đổi theo thời gian Độ tin cậy

là tính chất phức hợp, tùy theo công dụng và điều kiện sản phẩm có thể bao gồm tính không hỏng, tuổi thọ, độ bảo quản và tính thích ứng với sửa chữa Độ tin cậy bảo đảm khả năng kỹ thuật để sử dụng sản phẩm theo công dụng trong thời gian cần thiết Trong tài liệu kỹ thuật,

đệ tin cậy thường được hiểu với nghĩa hẹp hơn là tính không hỏng Độ tin cậy được đánh giá bằng những chỉ tiêu sau: khối lượng công việc giữa hai lần hỏng, hệ số sẵn sàng, hệ số sử dụng kỹ thuật, xác suất làm việc không hỏng v.v

Trong lý thuyết người ta sử dụng khái niệm độ tin cậy vật lý và độ tin cậy hệ thống

Độ tin cậy vật lý của máy hay của chi tiết đặc trưng khả năng làm việc tin cậy của nó

với các điều kiện nhất định trong khoảng thời gian đã cho Sự ổn định các đặc điểm của vật liệu và các quá trình sản xuất, chế tạo hay sửa chữa ảnh hưởng đến mức độ của độ tin cậy vật lý

Độ tin cậy hệ thống của đối tượng hay của hệ thống đặc trưng bằng khả năng thực hiện

nhiệm vụ trong điều kiện nhất định và trong khoảng thời gian quy định khi có hư hỏng của các phần tử cá biệt của tổng thành hay của đơn vị lắp Độ tin cậy hệ thống phụ thuộc vào độ tin cậy vật lý của các phần tử riêng rẽ và của tổng thành bằng sơ đồ liên kết và mối liên hệ qua lại của chúng trong sơ đổ nhiệm vụ chung Mức độ tin cậy thực tế của đối tượng phức tạp

6

phụ thuộc vào độ tin cậy vật lý của các phần tử và sự liên kết hợp lý của chúng trong sơ đồ cấu trúc của các đơn vị lắp và của hệ thống.

Phục vụ kỹ thuật là các nguyên công hay tổ hợp các nguyên công để duy trì khả năng

làm việc hay trạng thái tốt của đối tượng khi sử dụng theo nhiệm vụ, khi chờ đợi, khi bảo quản và khi vận chuyển

Sửa chữa là tổ hợp các nguyên công dùng để hồi phục trạng thái tốt hay khả năng làm

việc của máy và hồi phục lượng dự trữ của máy hay của các phần tử của chúng

Độ tin cậy phụ thuộc vào công dụng của đối tượng, vào điều kiện sử dụng và gồm các tính chất riêng rẽ hay trong tổ hợp các tính chất như: tính an toàn, tính bền lâu (độ bền lâu), tính thích ứng với sửa chữa, tính bảo quản

Tính an toàn là tính chất của đối tượng duy trì liên tục khả năng làm việc trong một

khoảng thời gian hay trong một khối lượng công việc nào đó Từ định nghĩa đó, trạng thái hỏng không được xảy ra trong khoảng thời gian đã cho hay trong khối lượng công việc quy định

Độ bền lâu là độ bền của máy duy trì khả năng làm việc đến khi xuất hiện tình trạng giới

hạn với một hệ thống phục vụ kỹ thuật và sửa chữa nhất định

Tính thích ứng sửa chữa là tính chất của đối tượng bao gồm khả năng thích ứng để ngăn

ngừa và phát hiện các nưuyên nhãn phát sinh hỏng và khắc phục chúng bằng tiến hành sửa chữa và bảo dưỡng

Tính thích ứng sửa chữa ảnh hưởng đến tổn thất phát sinh do máy không có khả năng làm việc Nó là tính chất sử dụng kỹ thuật quan trọng, bởi vì thời gian hồi phục khả năng làm việc phụ thuộc nhiều vào tính thích ứng với sửa chữa

7

Chương 2

Cơ SỞ VẬT LÝ CỦA Đ ộ TIN CẬY

2.1 PHÂN LOẠI CÁC H ư HỎNG CỦA MÁY TRONG NÔNG NGHIỆP

Các hư hỏng của máy trong quá trình sử dụng xảy ra do ba nguyên nhân: mỏi vật liệu, phá hỏng do ăn mòn, mài mòn bề mặt ma sát của chi tiết Phân loại các hư hỏng của máy nông nghiệp có thể dựa theo :

Bản chất phát sinh hư hỏng : chia ra hư hỏng tự nhiên và hư hỏng nhân tạo.

Vị trí phát sinh hư hỏng : ta nhận được các phần tử hay hỏng của máy cần được tăng

cường hay thay đổi cấu trúc của chúng

Thời gian phát sinh hỏng •• hỏng trong giai đoạn rà máy và hỏng trong giai đoạn máy

làm việc bình thường Bản chất vật lý của hỏng khi rà máy bao gồm công nghệ chế tạo các chi tiết chưa hoàn thiện (chọn vật liệu và phương pháp làm bền không đúng) và chất lượng lắp ráp máy thấp

Đặc điểm ph át sinh hỏng : có thể chia ra hỏng đột ngột và hỏng từ từ Bản chất vật lý

của hỏng đột ngột trong thời kỳ sử dụng bình thuờng bao gồm mỏi vật liệu của chi tiết và phá hỏng do phát sinh tải đột ngột trong điều kiện sử dụng

Bản chất vật lý của hỏng từ từ có nghĩa là hao mòn (bao gồm cả ăn mòn) Sự tích tụ các thay đổi không thuận nghịch trên lớp bề mặt của kim loại đưa đến làm thay đổi kích thước và tính chất vật lý-cơ học của chi tiết và cặp ma sát

Mức độ tác dụng của hư hỏng : có thể rút ra kết luận về khả năng tiếp tục sử dụng máy

hay các chi tiết của nó

Nguyên nhân phát sinh hỏng : có thể chia ra các dạng sau đây:

a) Phát sinh do sai sót khi chọn các số liệu ban đầu không đúng để thiết kế

b) Hư hỏng do tính toán sai khi chọn kết cấu và tính toán độ bền, tính toán hao mòn và điều kiện kỹ thuật để chế tạo các chi tiết

c) Các hư hỏng do công nghệ sản xuất, phát sinh do chất lượng vật liệu chi tiết không tốt, các phương pháp công nghệ và phương pháp gia công không hoàn chỉnh, sử dụng các dụng cụ

đo và các trang thiết bị không đủ độ chính xác

8

d) Các hu hỏng trong sử dụng do không tuân thủ các quy tắc trong sử dụng (quá tải không cho phép, không tuân theo quy tắc phục vụ kỹ thuật, vận chuyển, bảo quản) cũng như chất lượng sửa chữa thấp.

Hậu quả hay là chi phí có thể chia ra hỏng nặng, trung bình hay không đáng kể (theo

mức độ chi phí thời gian và phương tiện để khắc phục hậu quả)

Độ tốt (mức độ còn tốt) của máy, cụm máy, chi tiết nói theo nghĩa rộng là đặc trưng của các tính chất phục vụ, hẹp hơn là khả năng làm việc và tính thích ứng sửa chữa Nếu như tình trạng kỹ thuật của máy thường cho chúng ta biết về trạng thái của nó ở thời điểm đã cho, thì

độ tốt chỉ mức độ già cỗi thực tế của máy, khả năng thực thi nhiệm vụ đã cho cho đến khi thanh lý

Theo phương pháp của giáo sư A A Xêlivanốp để xác định độ tốt của máy người ta xây dựng đổ thị độ tốt của các chi tiết riêng rẽ, của cụm máy và của tổng thành của nó sau khi chia quy ước máy thành các phần tử có kết cấu và các phần tử không có kết cấu

Các phần tử có kết cấu là tất cả các chi tiết được chế tạo riêng rẽ không phụ thuộc vào vật liệu, kích thước và hình dáng Các phần tử có kết cấu của máy kéo, ô tô và máy nông nghiệp

có thể là khung, thân máy, trục và các chi tiết khác

Các phần tử không có kết cấu là các yếu tố bảo đảm sự liên kết tích cực cần thiết của tất

cả các phần tử kết cấu trong thời gian làm việc của máy Các phần tử không có kết cấu như lắp, điều chỉnh, sơn, bôi trơn máy

Độ tốt của máy thể hiện dưói dạng tổng:

trong đó : i - số thứ tự của các phần tử có kết cấu thay đổi từ 1 đến s; j - số thứ tự của các phần tử không có kết cấu thay đổi từ 1 đến z; e - độ tốt của phần tử có kết cấu; g - độ tốt của phần tử không có kết cấu

Đánh giá độ bền đồng đều của các phần tử có kết cấu và độ ổn định của các phần tử không có kết cấu của máy là một trong những đặc điểm quan trọng

Hệ số độ bền đồng đều Fđđ được xác định bằng tỷ số giá trị tổng của độ tốt Zej, hay là giá thành ZQi của các phần tử có kết cấu ban đầu của máy với độ tốt tổng E n ^ , hay là giá thành SnịQi của các phần tử đó bị hao mòn khi máy làm việc trong toàn bộ thời gian phục vụ:

2.2 ĐÁNH GIÁ TÌNH TRANG KỸ THUẬT CỦA MÁY

Em = Z ei + Z g ji=i j=i

(2.1)

p _ Z e i „ Z Q

(2.2)

trong đó: nj - số phần tử có kết cấu được thay thế tương ứng trong thời hạn phục vụ của máy;

Qi - giá thành của phần tử có kết cấu tương ứng

Khi tính toán hệ số bền đồng đều của một máy bất kỳ, cđn phải có các số liệu về hao mòn và thời hạn phục vụ của các phần tử có kết cấu Tuy nhiên, khả năng để xác định như vậy rất hạn chể vì hao mòn của nhiều phần tử có kết cấu của máy nói chung chưa được nghiên cứu Vì vậy để xác định độ bền đồng đều của các phần tử có kết cấu của máy tốt hơn

cả là sử dụng mức chi phí trung bình các phụ tùng thay thế Các định mức đó được tính ở điều kiện sử dụng máy trung bình vứi cấu trúc chưa hoàn thiện, nghiệp vụ trung bình của công nhân phục vụ

Nhờ các định mức đó, đầu tiên người ta xác định các hệ số độ bền đồng đều riêng cho tất

cả các phần tử có kết cấu được thay thế, sau đó là độ bền đồng đểu của toàn máy

Hệ số độ bển đồng đểu riêng fđđj được xác định theo công thức:

Hệ số độ bền đổng đều chung Fđđ của máy với điều kiện có hệ số độ bền đồng đều riêng của tất cả các phần tử có kết cấu được thay thế theo định mức đã chỉ :

Z Q i

trong đó: SQ i - giá thành tổng của các phần tử có kết cấu của máy; Qi - giá thành của phần tử

có kết cấu được thay thế tương ứng; f<Mi - hệ số độ bền đồng đểu riêng của các phần tử có kết cấu tương ứng

Máy hoàn chỉnh nhất theo độ bền đồng đều của các phần tử kết cấu Fđđ = 1,0 Hệ số độ bền đồng đều có trên máy kéo hiện nay là 0,35 4- 0,40; đối với cày là 0,40 H- 0,45

Hệ số ổn định của tháo lắp, điều chỉnh, bôi trơn của các phần tử không có kết cấu của máy là một đánh giá khách quan khác của sự hoàn thiện cấu trúc và công nghệ của máy cũng rất quan trọng đối với người tiêu dùng Hệ số ổn định các điều chỉnh của máy Fođ đặc trưng cho khối lượng công việc yêu cầu khi phục vụ kỹ thuật và sửa chữa và tính lặp lại trong thời hạn phục vụ Hệ số ổn định được xác định bằng tỷ số của độ có lợi ban đầu Zgj hay là giá thành ZQj của các phần tử không có kết cấu của máy vói độ tốt tổng Zmjgj hay là giá thành tổng ZtnjQj của tất cả các phần tử không có kết cấu cần thiết để bảo đảm khả năng làm việc của máy trong suốt thời hạn phục vụ:

10

Hệ số ổn định điều chỉnh của máy hiện đại rất bé, đối với máy kéo nhỏ hơn 0,01 măc dù yêu cầu đến 0,1.

2.3 CÁC HỌC THUYẾT CHÍNH VỀ MA SÁT CỦA CHI TIẾT MÁY

Hao mòn của các chi tiết máy phụ thuộc vào điều kiện sử dụng, dạng và đặc điểm của ma sát Hao mòn của các chi tiết được tạo bởi các cặp lắp ghép cố định phụ thuộc vào giá trị của lực ma sát tĩnh Đối với các chi tiết nằm trong cặp lắp ghép, xác định hao mòn phụ thuộc vào đặc điểm chuyển động của các bề mặt làm việc Sự làm việc của nhiều cụm máy có liên quan đến sự dịch chuyển tương đối của các bề mặt lắp ghép của chi tiết và gây nên ma sát Trong nhiều trường hợp ma sát chi phí một năng lượng vô ích và kéo theo làm hao mòn các chi tiết máy

2.3.1 Các dạng ma sát

Người ta phân biệt các dạng ma sát sau: tĩnh, động, trượt, lăn và ma sát lăn có trượt

Ma sát trượt xảy ra khi vận tốc của các chi tiết tiếp xúc ở các điểm tiếp xúc khác nhau về giá trị và về hướng hoặc chỉ khác về giá trị hoặc chỉ khác về hướng

Ma sát lăn xảy ra khi vận tốc của các chi tiết tiếp xúc ở các điểm tiếp xúc giống nhau về giá trị và về hướng

Để xác định ma sát lăn, Culông đã đưa ra công thức:

N

trong đó: F| - lực cản do ma sát lăn, N; N - lực pháp tuyến, N; R - bán kính của con lăn

Lực cản do ma sát lăn phụ thuộc vào lực pháp tuyến N, bán kính con lãn và vào hệ số ma sát lăn k

Các thông số đặc trưng cho cường độ của quá trình ma sát: cực đại khi ma sát trượt còn cực tiểu khi ma sát lăn Đặc điểm và cường độ ma sát phụ thuộc vào tình trạng của các bề mặt làm việc và thay đổi một cách đột ngột trong trường hợp nếu eiữa bể mặt của chúng có chất lỏng, chất khí hay chất bôi trơn rắn

Phụ thuộc vào điều kiện bôi trơn ta có các dạng ma sát sau: ma sát thuần tuý, ma sát khô,

ma sát giới hạn, ma sát nửa khô, ma sát nửa ướt và ma sát ướt

1) Ma sát thuần túy phát sinh khi trên bề mặt làm việc hoàn toàn không có chất lỏng, chất khí và chất rắn Dạng ma sát như vậy chí có trong điều kiện của phòng thí nghiệm ở các công trình nghiên cứu, không có trong máy thực tế

2) Ma sát khô xuất hiện khi các bề mặt làm V iệ c không c ó lớp bôi trơn ngăn cách và tiếp xúc trực tiếp với nhau Hao mòn của chi tiết máy khi ma sát khô là cực đại Ma sát khô thường gặp ở nhiều bộ phận làm việc của máy nông nghiệp (lưỡi cày, đĩa xới, các dao cắt, xích v.v )

11

3) Ma sát giới hạn phát sinh khi các bề mặt làm việc được ngăn cách bằng màng rấtmỏng (chiều dày nhỏ hơn 0,1 p.m), màng mỏng có thể bị đứt đoạn và tạo điều kiện để chuyển sang dạng ma sát nửa khô •

4) Ma sát nửa khô được đặc trưng bằng đứt đoạn một phần của màng chất lỏng, do đó một phần bề mặt ma sát tiếp xúc không bôi trơn Dạng ma sát này có ở thời điểm bắt đầu chuyển động và khi dừng máy

5) Ma sát nửa ướt: bề mặt ma sát được phân cách bằng một lớp dầu bôi trơn không hoàn toàn, một phần nhỏ bé mặt ma sát tiếp xúc trực tiếp trong trường hợp này Dạng ma sát này gặp khi làm việc ở những trục hay chi tiết chịu tải lớn và chuyển động quay không hoàn toàn (đòn gánh của xupáp) cũng như ở điều kiện nhiệt độ cao Hao mòn của chi tiết ở ma sát nửa ướt nhỏ hơn khi ma sát nửa khô

6) Ma sát ướt phát sinh khi bể mặt làm việc hoàn toàn được phân cách bằng một lớp dầu bôi trơn và các bể mặt làm việc không tiếp xúc trực tiếp Do đó chi tiết bị hao mòn nhỏ nhất.Trong quá trình làm việc có thể xảy ra hoặc là các bề mặt làm việc tiếp xúc trực tiếp với nhau hoặc là phân cách chúng bằng một lớp chất lỏng bôi trơn

Trong quá trình việc của cặp lắp ghép, lực ma sát sẽ là tổng của các lực phát sinh do sự làm việc của các phần khác nhau của bề mặt trong các chế độ ma sát khác nhau Từ đó tổng diện tích tham gia vào ma sát là:

s = S0 + sgh + snk+ Slur +sư

trong đó: S0 - diện tích bề mặt làm việc ở chế độ ma sát khô; Sgh - diện tích bề mặt làm việc ở chế độ ma sát giới hạn; Snk - diện tích bề mặt làm việc ở chế độ ma sát nửa khô; Snư - diện tích bề mặt làm việc 'ở chế độ ma sát nửa ướt; Sư - diện tích bề mặt làm việc ở chế

độ ma sát ướt

Hệ số ma sát thay đổi phụ thuộc tỷ lệ giữa các diện tích đó

2.3.2 Các học thuyết ma sát

Lý thuyết ma sát cơ học Quy luật ma sát đầu tiên được hình thành do nhà vật lý người

Pháp Amôntôn đưa ra vào năm 1699 Lực ma sát tỷ lệ thuận với lực pháp tuyến N và không phụ thuộc vào kích thước bề mặt tiếp xúc:

12

Để xác định lực ma sát, Culông đã đưa ra công thức có tính đến sự kết dính của các

Diện tích tiếp xúc thực tế có thể xác định gần đúng theo công thức sau:

N

(2 10)

3Ggtrong đó: N - tải trọng bên ngoài ép vào bề mặt làm việc, N; Gg - giới hạn chảy của các phần không phẳng, N/m2

Lý thuyết ma sát cơ học giải thích

nguyên nhân phát sinh ma sát do ăn

khớp của các mấp mô trên các bề mặt

làm việc của các vật thể (hình 1) nhưng

không thể giải thích vì sao đối với một

số trường hợp, khi độ bóng bề mặt khá

cao thì ma sát lại tăng rất mạnh Trong

khi đó, sự tăng áp suất không gây ra sự

gia tăng lực ma sát một cách tương ứng

Vấn đề này đã được giải thích trong lý

thuyết ma sát phân tử

Lý thuyết ma sát phân tử xuất

hiện từ thế kỷ 18 và được phát triển

trong các công trình của nhà vật lý người Anh Tômxơn (1929) Tômxơn đã giải thích hiện tượng ma sát từ lực tác dụng tương hỗ của các phân tử phát sinh giữa các bề mặt Nhà vật lý người Nga Bêriagin (1935-1941) đã phát triển lý thuyết ma sát phân tử và đặt nền móng cho quy luật ma sát dưới dạng:

Lý thuyết ma sát phân tử cơ học do nhà vật lý người Nga (1946) đặt nển tảng Ma sát tạo

ra bởi các phần mấp mô của bề mặt và lực hút phân tử của hai vật thể (hình lb)

Khi độ mấp mô bể mặt là đáng kể, yếu tố cơ học trội hơn và khi các mấp mô không đáng

kể hay đối với bề mặt được gia công nhẵn hơn thì yếu tố phân tử xuất hiện trội hơn

Để xác định lực ma sát, I B Cơraghen đã đưa ra công thức:

trong đó: Fc - lực ma sát thành phần có xuất xứ cơ học, N; Fpị- lực ma sát thành phần có xuất

xứ phân tử, N; p - áp suất, N/m2; a và ß - các hệ số được xác định bằng thực nghiêm

Lý thuyết ma sát năng lượng do nhà bác học Nga Đubinin đề xuất (1952) Ông ta nhận

thấy lịch sử phát triển học thuyết về ma sát có liên quan với tiền đề phát sinh ma sát do tác dụng lên bể mặt làm việc các lực cơ học và phân tử Bản chất của ma sát đã được phát hiện trên cơ sở các quy luật tác dụng của lực, mặc dù biết rằng ma sát không phải là lực mà là quá trình Vì vậy, bản chất của ma sát và quá trình diễn ra trong đó cần tuân thù không phải bằng quy luật của lực mà bằng quy luật của năng lượng và sự chuyểii hóa của chúng

Lý thuyết ma sát hao mòn năng lượng dựa trên các hiện tượng vật lý - hóa học Khi một vật thể chuyển động tương đối với một vật thể khác (rắn lỏng và khí) trong môi trường bị ảnh hưởng đáng kể của chuyển hóa năng lượng từ chuyển động tịnh tiến thành năng lượng của chuyển động sóng và dao động của các phần tử của hệ vật liệu Do đó làm phát sinh các hiện tượng íon, nhiệt, nhiệt âm và các hiện tượng khác

/ Như vậy, quá trình ma sát về mặt chất được đặc trưng bằng các hiện tượng lý hóa đã nêu còn về mặt lượng bằng hiệu ứng cơ học (hệ số và lực ma sát cũng như hao mòn bề mặt)

Do ma sát phụ thuộc nhiều yếu tố, trạng thái khá phức tạp, lý thuyết ma sát năng lượng hiện nay chưa cho phép trả lời một cách hoàn toàn đầy đủ trèn nhiều vấn đề do thực tiễn và không cho các số liệu chính xác để tính toán hao mòn của máy

Lý thuyết ma sát thủy động lực học do các nhà bác học Pêtrôp,Giucôp, Saplưgin nghiên

cứu Để xác định lực ma sát N p Pêtrôp đã đưa ra công thức sau:

trong đó: F - lực dịch chuyển trong phần mang tải của ổ trượt, N; P - độ nhớt tuyệt đối của chất lỏng bôi trơn, N s/m 2; V - vận tốc dịch chuyển tương đối của các b ề m ặt làm việc, m/s; s - diện tích của mặt trượt này trượt tương đối lên mặt kia, m2; h - chiều dày của lớp chất lỏng bôi trơn, m

2.4 QUY LUẬT HAO MÒN VÀ CÁC DẠNG HAO MÒN

CỦA CHI TIẾT MÁY

2.4.1 Quy luật hao mòn của các chi tiết máy

Hao mòn là quá trình thay đổi từ từ kích thưức của vật thể khi ma sát

14

Hao mòn được đánh giá bằng vận tốc thay đổi kích thước của chi tiết trên một dơn vị thời gian, ví dụ mm/h, cũng có thể đánh giá bằng các đơn vị đo khác như mm/km, mm/kg nhiên liệu chi phí, mm/h-máy v.v Nếu như kích thước của chi tiết do biến dạng dẻo làm thay đổi không đáng kể, hao mòn có thể thể hiện bcằng đơn vị của khối lượng (mg, g, v.v ) Hao mòn

có thể xác định theo công thức sau:

T

0trong đó: fh - hàm đặc trưng cho quá trình hao mòn; T - thời gian

Các chi tiết mòn không đều Đối với

đa số cặp lắp ghép và chi tiết, quá trình

hao mòn có thể đặc trưng bằng đường cong

hao mòn (hình 2)

Giai đoạn A tương ứng thời kỳ rà chi

tiết hay cặp lắp ghép Giai đoạn B tương

ứng thời kv làm việc bình thường Giai

đoạn c tương ứng thời kỳ hao mòn

nhanh đưa đến hỏng

Theo phân loại của giáo sư B I

Kazaxep, giai đoạn A, B là giai đoạn hao

mòn tự nhiên, còn giai doạn c là thời kỳ

hao mòn hư hỏng bằng thời gian từ lúc bắt đầu thời kỳ hao mòn nhanh đến thời điểm kết thúc (ngừng) làm việc của cặp lắp ghép

Sự chuyển giai đoạn từ B sang c phản ánh giá trị hao mòn giới hạn, lúc đó chi tiết hay

cặp lắp ghép cần thiết phải được hồi phục

ở giai đoạn A, mài mòn có thể đặc trưng bằng phương trình:

Đặc điểm mài mòn và tính chịu mòn

của chi tiết phụ thuộc vào hệ số k2 được

xác định bằng tang của góc nghiêng tạo

bởi tiếp tuyến cùa đường hao mòn tương

ứng giai đoạn làm việc bình thường với

trục hoành Để giải thích luận điểm đó chúng ta nghiên cứu ví dụ sau: khi thí nghiệm trong thời gian 50 giờ ba cặp ổ trượt khác nhau ta nhận thấy, cặp thứ nhất bị mòn nhiều hơn cả

(hình 4), cặp thứ hai nhỏ hơn và cặp thứ ba còn nhỏ hơn nữa Nếu chỉ căn cứ vào hao mòn b

giai đoạn đó, có thể rút ra kết luận không đúng: cặp thứ ba bị mòn ít hơn cả và nó có thể bị mài mòn nhanh hơn ở giai đoạn làm việc bình thường do tg a lớn hơn cả (hình 5)

HỈNH 4 Hao mòn của cặp Ổ trượt

sau 50 giờ làm việc.

HINH 5 Đường cong hao mòn cùa các

cặp ổ trượt sau 50 giờ làm việc.

Nhờ đường cong hao mòn có thể xây dựng đường đặc trưng độ tốt của chi tiết

16

2.4.2 Các dạng hao mòn của chi tiết máy

Hao mòn chi tiết máy là kết quả của mài mòn được xác định bằng các đơn vị đo (đơn vị chiểu dài, đơn vị khối lượng v.v ) Hao mòn chi tiết có thể được chia làm ba dạng chính: cơ học, cơ học ăn mòn, bột mài Theo thứ tự ba dạng chính lại chia thành 10 dạng nhỏ:

1) Hao mòn do bột mài là dạng hao mòn cơ học diễn ra do tác dụng cào xước, cắt lén

trên bề mặt do các vật thể cứng ở trạng thái tự do hay bị bắt chặt Khi hao mòn do bột mài xảy ra hai dạng cơ và cơ hóa với sự biến đổi ở dạng này hay dạng khác phụ thuộc vào tính chất của vật liệu (hình 6) Lưỡi cày, lưỡi xới cũng như nhiều chi tiết của ô tô, máy kéo hao mòn thuộc dạng này Hao mòn do bột mài tuân theo các quy luật sau:

HÌNH 6 Sơ dồ phú hoại hề mặt

a - khi mài mòn do hột mài ; h - dụng nỉ a lưỡi cày : 1- vùng hiên dạng đàn hối; 2- vùng bị kéo; 3- vùng hị nén.

- Giá trị hao mòn ở các điều kiện không đổi tỷ lệ thuận vói quãng đường ma sát

- Hao mòn ở các điều kiện khác không đổi không phụ thuộc vào vận tốc ma sát, có nghĩa

là vận tốc hao mòn tỷ lệ thuận với vận tốc ma sát:

trong đó: h - giá trị của hao mòn; t - thời gian; c - hệ số tỷ lệ; p - tải trọng; V - vận tốc hao mòn

- Giá trị hao mòn ở các điều kiện khác không đổi tỷ lệ thuận với giá trị tải pháp tuyến:

trong đó: s - chiều dài quãng đường ma sát

Trong trường hợp kim loại nguyên chất, thép ủ có độ cứng khác nhau thì:

dh/dS = cP/Hcòn vận tốc mài mòn: dh/dt = cPv/H

trong đó: H - độ cứng của vật liệu, N/m2

Đối với thép qua gia công nhiệt:

dS ~ ( l- ß ) H 0 +ßHtrong đó: H0 - độ cứng của thép ủ; ß- hệ số phụ thuộc vào thành phần của thép, ß = 0 -í- 1;

H - độ cứng của thép sau gia công nhiệt

17

Các phân tử bột mài nằm trong dầu bôi trơn, bụi, đất, cũng làm cào xước chi tiết máy Những phần tử đó có tác dụng khác nhau lên bề mặt chi tiết và cạp lắp ghép Nếu một bề mặt làm việc được chế tạo bằng kim loại mềm hơn thì khi làm việc, các hạt mài cắm cứng vào nó

và cào xước bề mặt chi tiết làm bằng vật liệu cứng hơn Trong trường hợp cả hai bề mặt được chế tạo bằng các hợp kim cứng như giữa bạc đồng chì và các cổ trục khuỷu thì bột mài sẽ phá hủy nhanh chóng bề mặt của chúng

2) Ăn mòn hóa học gồm tất cả các dạng ăn mòn kim loại : ăn mòn do không khí, do điện

hóa, do các chất lỏng ở nhiệt độ cao, trong môi trường hoạt tính

Các kim loại đen, kim loại màu và các hợp kim của chúng bị ăn mòn trong không khí ; ăn mòn nhiều nhất là gang và thép không được gia công nhiệt Bản chất của quá trình là do ảnh hưởng của các phản ứng hóa học của vật liệu với ôxy trong môi trường ôxy hóa (hình 7) Do

ăn mòn kim loại, trên bề mặt tạo màng ôxít làm giảm tính chất lý hóa của vật liệu đưa đến làm phá hủy nhanh chóng chi tiết

HÌNH 7 Sơ đồ phá hỏng hề mặt chi tiết

do ăn mòn oxy hóa

b - áo bị phá hủy

Ản mòn hóa học làm oxy hóa kim loại do tác dụng tương hỗ trực tiếp của nó với môi trường xung quanh Oxyhóa trong môi trường khí gọi là ăn mòn do khí Oxy hóa trong môi trường chất lỏng gọi là ân mòn do chất lỏng

Ăn mòn do khí có thể diễn ra ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao Trên bề mặt kim loại tạo màng mỏng có chiểu dày khác nhau trên diện rộng hay cục bộ

18

Ăn mòn điện hóa diễn ra do tiếp xúc của hai kim loại khác nhau nếu như khi đó tạo thành một cặp tích điện (một kim loại có thế điện âm hơn dùng làm anốt, còn kim loại kia là catốt) Kim loại có thế điện âm hơn sẽ bị ăn mòn.

Đa số các hợp kim ở dưói dạng tinh thể của hai hay nhiều kim loại khác nhau Nếu như ở vùng tiếp xúc xuất hiện chất điện phân có thể là nước thì ở các kim loại không đồng nhất theo

vi cấu trúc như thế trên bề mặt sẽ xuất hiện các cặp tích điện Anốt là sắt còn catốt là graphit, xêmăngtit Trên anốt diễn ra ăn mòn kim loại tạo thành Fe20 3.HoO

3) Hao mòn do mỏi là một dạng cùa hao mòn cơ học Phá hủy do mỏi xảy ra khi có biến

dạng lặp lại của vi thể tích kim loại lớp bề mặt của ổ lăn và ổ trượt, của bánh răng và của các chi tiết khác (hình 8) Chúng ta nghiên cứu quá trình phá hỏng của ổ lăn do mỏi Xét thời điểm ổ bi làm việc ở điểm a (hình 9) của đường chạy lực tác dụng thay đổi Khi viên bi đi đến điểm a, lực tác dụng đạt đến giá trị cực đại Khi viên bi tiếp tục chuyển động, điểm a được thoát tải dần dần Sau một khoảng thời gian viên bi thứ hai lại chuyển dộng đến và quá trình được lặp lại Như vậy, điểm a chịu tác dụng của tải thay đổi Đối với ổ bi cđu, đường chạy có đường kính 48 mm, vận tốc dịch chuyển 1000 v/ph, nghĩa là 2,5 m/s Khi đó, thời gian tác dụng của lực lên diện tích bằng diện tích tiếp xúc của viên bi với đường chạy khoảng

0,0002s Bề mặt tiếp xúc thực tế của viên bi với đường chạy bằng 0,01 + 0,00001 so với tính

toán và thậm chí khi tải trọng nhỏ, áp suất đạt đến một giá trị khá lớn Trên một vùng nhỏ của đường chạy chịu ứng suất tức thời cao bị đốt nóng đến 1000°c

Trong khoảnh khắc đó, tại lớp kim loại của ổ bi diễn ra các quá trình sau: lớp kim loại ở vùng bị đốt nóng giãn nở và lớp xung quanh nó bị biến dạng dẻo Khi viên bi đi khỏi, vùng

đó được thoát tải và nguội dần Kim loại của vùng phát sinh nội ứng suất đưa đến tạo vết nứt

tế vi Dầu bôi trơn sẽ chui vào vết nứt và tạo áp suất đến 100 MPa Điều đó đưa đến mở rộng vết nứt làm cho kim loại bị bứt đứt khỏi bề mặt của đường chạy

19

Nếu như ấn lên phần nhô của bạc lót thì nó bị uốn cong và tỳ lên ổ trượt bằng tất cả bề mặt Tuy nhiên độ tỳ sát ở các điểm khác nhau không giống nhau Ở các điểm a và b lực tỳ không đáng kể còn ở các điểm 1, 2, 3 lực tỳ lớn hơn.

Trong thời gian làm việc bạc lót bị uốn cong ở những chỗ tỳ không sát Tất cả những nguyên nhân đó đưa đến làm cho lớp chống ma sát bị tróc, các vụn kim loại bị tróc, bị kẹt giữa cổ trục và bạc làm xấu chế độ ma sát và bôi trơn Điều đó làm đốt nóng thêm ổ trượt và đòi khi làm phá hỏng toàn bộ lớp hợp kim chống ma sát

4) Hao mòn khi bị dính là dạng hao mòn do dính chặt, khoét sâu vật liệu, chuyển nó từ

bề mặt ma sát này đến bề mặt ma sát khác và tác dụng của các phần không phẳng phát sinh trên bề mặt lắp ghép (hình 11) Dạng hao mòn này có ở các chi tiết bạc của bánh xe cày, trục cân bằng của bộ phận di động máy kéo

mòn do dính phá hỏng do xâm thực.

5) Hao mòn ở quá trình p h ờ réttin là dạng phá hỏng hay phá hủy do cơ học, ăn mòn của

các vật thể tiếp xúc khi dịch chuyển nhỏ Loại hao mòn này có ở các lỗ lắp ổ bi của hộp số, then hoa của trục thứ cấp hộp số

6) Hao mòn do khí hydro là sự phá hỏng bề mặt do giãn nở (nổ) của khí H2 có trong

kim loại thoát ra trong vùng ma sát của các chi tiết Dạng hao mòn này có ở các ống xi lanh, trống phanh v.v

7) Hao mòn do chất lỏng vd chất khí là sự phá hỏng bề mặt chi tiết của kim loại do tác

dụng của luồng chất lỏng (khí) Dạng hao mòn này có ở then hoa trục thứ cấp hộp số, xupáp

xả v.v

8) Hao mòn do bột mài trong chất lỏng và chất khí là dạng hao mòn cơ học Bột mài lơ

lửng trong chất lỏng hay khí dịch chuyển theo bề mặt ma sát của chi tiết làm mòn cặp píttông

xi lanh bơm, kim phun v.v

9) Hao mòn do xâm thực là dạng hao mòn do khí chuyển động hoặc vật thể cứng chuyển

động tương đối với chất lỏng Trong thời gian đó, các bọt khí giãn nở (nổ) gần bề mặt tạo sự tăng áp suất hay nhiệt độ cục bộ làm phá hủy lớp bề mặt chi tiết (hình 12)

20

10) Hao mòn do ăn mòn vì điện Sự phá hỏng bề mặt do tác dụng phóng điện khi có

dòng điện đi qua Dạng hao mòn này có ở cổ góp, chổi than, các chi tiết của bộ phận ngắt điện v.v

mòn của chi tiết

Quá trình mài mòn các bề mặt chi tiết rất phức tạp và phụ thuộc vào một số lớn các yếu

tố theo các tổ hợp khác nhau ở điều kiện cụ thể của sử dụng máy

Đối với các chuyên gia sử dụng và sửa chữa máy, sự hiểu biết các yếu tố chính của mài mòn và các quy luật mài mòn có ý nghĩa lớn Nó cho phép chọn một cách đúng đắn các phương pháp sửa chữa chi tiết và ngăn ngừa hao mòn nhanh trong quá trình sử dụng

Người ta phân biệt các yếu tố của quá trình mài mòn các phần tử làm việc của máy như sau :

- áp suất trên bề mặt ma sát;

- độ cứng trên bể mặt của chi tiết;

- cấu trúc kim loại;

- chất lượng bề mặt chi tiết;

- vận tốc chuyển động của bề mặt này tương đối với bề mặt khác;

- hình dáng và kích thước khe hở giữa các bề mặt chi tiết tiếp xúc trong quá trình ma sát

Áp suất: Với sự tăng áp suất, hao mòn sẽ tăng theo Các nghiên cứu đã khẳng định, ở

điều kiện gần với ma sát khô, cường độ mài mòn sẽ tỷ lệ thuận với áp suất:

dh/dS = cptrong đó: c - hệ số phụ thuộc vào tính chất của vật liệu; p - áp suất

Khi ma sát nửa ướt, và ma sát ướt, việc tăng áp suất cũng gây tăng hao mòn nhưng không theo quy luật tuyến tính Điều đó có thể giải thích là các màng dầu bị vỡ từng phần do tăng nhiệt độ của dầu bôi trơn và hạ thấp độ

nhớt của dầu v.v

Thay đổi áp suất ảnh hưởng đến diện tích tiếp xúc

thực tế của các bề mặt làm việc, đến sự thay đổi chiều

sâu của các lớp kim loại có thể bị biến dạng dẻo Khi sự

thay đổi đạt đến một giá trị tới hạn làm phát sinh sự thay

đổi về chất của các quá trình trên bể mặt ma sát và có thể

chuyển từ dạng mài mòn này sang dạng mài mòn khác

Độ cứng: kim loại và hợp kim có độ cứng lớn hơn bị

mài mòn chậm hơn so với kim loại và hợp kim mềm hơn

Tuy nhiên sự phụ thuộc giữa độ cứng và tính chống mòn

của vật liệu không tuân theo quy luật tuyến tính (hình 13)

Độ chịu mòn cao của kim loại cứng hơn có thể giải thích

HÌNH ,13 Độ chống mòn

của thép c khi ma sát trượt phụ thuộc vào độ cứng.

21

bằng sự đề kháng lớn hơn, bằng sự xâm nhập của các sản phẩm hao mòn và các phần tử hạt mài từ bên ngoài Ngoài ra, kim loại cứng khi ma sát bị biến dạng và bị đốt nóng ít hơn.

Cấu trúc của vật liệu: khi các điều kiện khác như

nhau, thép có cấu trúc nhỏ hạt hơn có độ chịu mòn cao

hơn Khi đó thép vơi cấu trúc tôi (hình 14) có hao mòn

nhỏ hơn cả Việc nâng cao c trong thành phần của thép

làm giảm hao mòn của nó Thép chuyên dùng với các

nguyên tố Si, Ni, Cr, Mn, Mo có độ chịu mòn cao hơn

cả bởi vì các nguyên tố hợp kim tạo các liên kết hóa học

với c và các dung dịch cứng với Fe có độ cứng rất cao

Tính chất chống mòn của gang được xác định bằng

cấu trúc, bằng tính chất của các liên kết hóa học của các

tạp chất và các phụ gia Các nghiên cứu đã khẳng định

gang xám có cấu trúc peclit làm tăng tính chống mòn lên

1,5 + 2 lần so với gang ferit

I ÍŨỈM3 70

60

SO w

30

20

10 o; 0,2 0,3 0,f 0,5 0,0 0,7 0,8 0,91,0 c?/a

HÌNH 14 Ảnh hưởng của cấu trúc

và lượng c trong thép đến

độ chống mòn khi ma sát trượt J- cấu trúc ở trạng thái cán; 2- peclit; 3- xoochit; 4- trustit; 5- mactenxit.

Ảnh hưởng lớn đến quá trình mài mòn là số lượng,

hình dáng và đặc điểm phân bố của các tạp chất graphit Graphit là cấu trúc thành phần không bền của gang, có khả năng tăng nhanh quá trình mài mòn nhưng sản phẩm của hao mòn phủ lên bề mặt có tác dụng thuận lợi cho bôi trơn Các chỗ rỗ nhỏ và các phần không bằng phẳng trên bề mặt làm việc chứa đầy graphit, áp suất trên bề mặt ma sát được san bằng

và làm giảm quá trình mài mòn Tạp chất graphit dạng cầu có ảnh hưởng tốt đến tính chống mòn của gang hơn so vứi dạng tấm

Khi cùng một lượng graphit, độ chống mòn của gang tăng cùng với làm thô to tạp chất graphit

Độ chống mòn của chi tiết bằng gang có thể được nâng cao bằng nitơ hóa Ví dụ, độ chống mòn của ống xi lanh động cơ đốt trong được nitơ hóa tăng từ 2 + 2,5 lần so với ống xi lanh được chế tạo từ gang crôm

Chất lượng bề mặt ma sát: chất lượng bề mặt được hiểu là tổng hợp của các thồng số

hình học và các tính chất vật lý cùa lớp bề mặt của vật liệu chế tạo chi tiết Các thông số hình học được đặc trưng bằng sai lệch hình dáng vĩ mô, độ nhấp nhô, độ bóng và hưóng của vết gia cồng

Tính chất vật lý được xác định bằng cấu trúc, độ cứng tế vi, chiều sâu biến cứng, ứng suất

dư, độ bền nhiệt, tác dụng tương hỗ với dầu bôi trơn, tác dụng hóa học của kim loại với oxy và các chất khí khác

Vận tốc dịch chuyển của b ề mặt ma sát: ở ma sát khô, hao mòn của chi tiết tỷ lệ thuận

với quãng đường ma sát Trong cùng một thời gian, chi tiết với vận tốc dịch chuyển lớn hơn

sẽ đi được một quãng đường ma sát dài hơn và do đó sẽ có lượng hao mòn lớn hơn

Ở ma sát ướt, vận tốc dịch chuyển các bề mặt ma sát càng lớn thì ma sát ướt càng tin cậy

và hao mòn của các chi tiết lắp ghép càng nhỏ

Vận tốc dịch chuyển của các bể mặt làm việc ảnh hưởng đến tình trạng của chúng, luôn luôn liên quan với cường độ của các quá trình tỏa nhiệt và đốt nóng chi tiết Có vận tốc tới

22

hạn chuyển từ dạng hao mòn này sang dạng hao mòn khác Khi định hình các bể mặt ma sát trong quá trình sửa chữa chi tiết cần tính đến vận tốc khi chi tiết làm việc.

Điều kiện bôi trơn của các bê mặt ma sát : để nâng cao tính chống mòn của chi tiết,

chất lượng của dầu bôi trơn và cung cấp kịp thời liên tục nó vào vùng ma sát có ý nghĩa rất lớn Không có bôi trơn thậm chí trong thời gian ngắn sẽ làm tăng hao mòn và đôi khi đưa đến

hư hổng các chi tiết máy Dầu bôi trơn cần có các tính chất lý hóa tin cậy và tương ứng với các điều kiện làm việc đã cho của máy Dầu bôi trơn chất lượng cao có pha thêm các chất phụ gia

H ình dáng và kích thước của khe hở giữa các bề mặt ma sát: như trên đã đề cập, điều kiện tốt nhất có khả năng hạ thấp hao mòn của các chi tiết là làm việc ở điều kiện ma sát ưót

ở đây chi tiết như bơi trên đệm dầu, lớp dầu nhận tải trọng, có nghĩa là ở diều kiện nhất định, mặc dù tác dụng của tải lên chi tiết là đáng kể nhưng chi tiết vẫn có thể bơi trong chất lỏng bôi trơn bao quanh nó Tuy nhiên, hiện tượng này chỉ có thể xảy ra trong những điểu kiện nhất định

Khả năng chịu tải của lớp dầu bôi trơn đã được giáo sư Pêtrôp đề cập vào năm 1883 và đặt cơ sở cho quy luật bơi thủy động lực học của trục trong ổ trượt Từ lý thuyết bôi trơn thủy động lực học ta thấy: đối với một cặp lắp ghép chuẩn xác (hình dáng hình học đúng) với một khe hở nào đó, vị trí của trục phụ thuộc vào tải trọng, độ nhớt của dầu bôi trơn, các kích thước kết cấu của trục - ổ trượt và số vòng quay của trục

Bản chất hiện tượng bơi thủy động lực học của trục ở số vòng quay nhất định được giải thích như sau: khi n = ọ, trục tựa trên ổ trượt (hình 15) Từ thời điểm bắt đầu quay và khi tiếp tục tăng số vòng quay trục cuốn dầu bôi trơn và đẩy nó vào khe hở hình nêm Nhờ đó, trục sẽ được nâng lên và đồng thời dịch chuyển vẻ phía chiều quay Khi đạt đến số vòng quay nhất định trục sẽ bơi trong ổ trượt và các bề mặt làm việc được phân cách hoàn toàn bởi lớp dầu bôi trơn

tĩnh và trong thời gian quay lớp dầu khi trục và Ổ hị ô van.

Tâm của trục từ lúc bắt đầu quay sẽ vẽ thành một đường cong gần với nửa vòng tròn Khi

số vòng quay vô cùng lớn theo lý thuyết tâm của trục và tâm của ổ trượt phải trùng nhau

Sư biến dang của hình dáng hình học của cổ trục hay của ổ trượt dẫn tới khả năng tải của

lớp dầu bôi trơn giảm đi Ví dụ, trên hình 16 trình bày trường hợp khi bán kính p của ổ trượt nhỏ hơn bán kính cong của bề mặt trục Trong trường hợp này, việc làm hẹp dần khe hở giữa

23

các bề mặt làm việc theo hướng quay của trục không cho hiệu ứng nêm Hiệu ứng nêm cũng không xuất hiện trong trường hợp khi các bề mặt làm việc có các chỗ lồi lõm hay mấp mô lớn (hình 17).

HÌNH 17 'Sơ đồ tác dụng của lớp dầu bôi trơn khi có lồi ' HÌNH 18 Phân bô'áp suất hên trong

lõm ở bề mặt lắp ghép lớp dầu của Ổ trượt, a-vùng áp suất nâng cao; a-theo tiết diện dọc b-vùng giãn nở, nơi mất khả năng chịu tải b- theo tiết diện ngang.

Các yếu tố làm giảm khả năng tải của lớp dầu bôi trơn được trình bày ở trên là do có sai sót trong chế tạo, sửa chữa và các thay đổi diễn ra ở cặp lắp ghép trong suốt quá trình sử dụng máy Ngoài các nguyên nhân đó ra, khả năng tải của lớp dầu bôi trơn bị giảm nếu chọn dung sai và chế độ lắp ghép của các cặp lắp ghép không chính xác

Lý thuyết và thực nghiệm đã cho thấy: ở các điểm khác nhau của cặp lắp ghép trục-ổ trượt phát sinh áp suất khác nhau trong lớp dầu bôi trơn (hình 18) Áp suất lớn nhất ở tiết diện cắt ngang đi qua giữa cặp lắp ghép Ở ngoài cùng của ổ trượt, áp suất dầu bôi trơn giảm xuống đến không Ở mặt quay của trục vùng có áp suất cao bao lấy chưa đến nửa vòng tròn của khe hở Ở vùng còn lại tạo áp suất thấp (thấp hơn áp suất khí quyển) Do đó khả năng

mang tải chỉ có ở một phần của lớp dầu bôi trơn.

HÌNH 19 Sự thay đổi áp suất bên trong lớp dầu theo

tiết diện dọc khi có rãnh trong ổ trượt.

A- phân b ố áp suất bẽn trong lớp dầu khi có

rãnh vòng;

B- phân b ố áp suất hên trong lớp dầu khi không có rãnh vòng.

HÌNH 20 Sự thay đổi áp suất bên trong lớp dấu

theo tiết diện ngang khi có rãnh dọc trong Ổ trượt

A -p h â n b ố áp suất khi có rãnh dọc;

B- phàn b ố áp suất khi không có rãnh dọc; C- rãnh dọc.

24

Áp suất bên trong của lớp chịu tải của dầu bôi trơn có thể đạt đến giá trị đáng kể vượt từ 2,5 - 3,0 lần so với áp suất trung bình Khi chế tạo chi tiết hay khi sửa chữa chí một thay đổi nhỏ về kết cấu và đặc biệt là khi lắp không đồng trục sẽ đưa đến sự thay đổi đáng kể khả năng tải của lớp dầu bôi trơn Ví dụ, khi chế tạo các rãnh dầu trong ổ trượt mà không nghiên cứu kết cấu của nó sẽ làm giảm và thay đổi phân bố áp suất (hình 19, 20) Trục bị cong cũng gây nên thay đổi hình dáng phân bố áp suất trong lớp dầu bôi trơn (hình 21).

Hao mòn của các chi tiết lắp ghép khi sử

dụng máy làm thay đổi hình dáng hình học,

làm tăng khe hở v.v Điểu đó làm tăng thêm

tải trọng động (va đập)

Năng lượng va đập tác dụng trực tiếp lên

bề mặt chi tiết lắp ghép và làm tăng nhiệt độ

tại vùng tiếp xúc Vì vậy, dấu hiệu đầu tiên

phá hỏng sự làm việc của lắp ghép là chi tiết

bị nóng lên Nếu tiếp tục làm việc sẽ xuất

hiện các tiếng gõ ngày càng mạnh và khi đạt

đến khe hở đáng kể có thể làm gẫy chi tiết

Trong sử dụng và sửa chữa máy cần tính

đến các yếu tố kể trên, ảnh hưởng của khe hở

đến sự làm việc của các chi tiết lắp ghép và

sử dụng mọi biện pháp để đảm bảo điều kiện

bôi trơn ma sát ướt

Để cặp lắp ghép làm việc tốt, điều quan trong là không chỉ tạo lớp dầu bôi trơn có chiều dày đủ lớn mà còn bảo đảm sự làm việc của các bề mặt tiếp xúc ở nhiệt độ không cao Nếu nhiệt độ của lớp dầu bôi trơn tăng cao đến 220 ■ị-230tbthì tính năng bôi trơn sẽ bị giảm đột ngột, làm đứt các màng dậu quá trình ma sát ướt có thể chuyển thành ma sát giới hạn Nhiệt

độ biến động qua các vùng khác nhau của chi tiết và đạt đến giá trị cao ở những chỗ bể mặt

có cơ hội tiếp xúc nhiều hoặc ở những nơi điều kiện truyền nhiệt xấu Các vùng như vậy được gọi là vùng nóng của chi tiết

2.4.4 Các hư hỏng của chi tiết máy

Khả năng làm việc của máy thường được xác định bởi các thông số kỹ thuật (năng suất, chất lượng hoàn thành công việc, công suất động cơ, chi phí nhiên liệu riêng, hệ sô' tác dụng hữu ích v.v ) Bất kì sự sai khác nào của các thông số này so với qui định đều chứng tỏ máy

có hư hỏng ở mức độ nào đó Nhiều chức năng quan trọng của máy phụ thuộc vào tình trạng lắp ghép của chi tiết Nguyên nhân gây khuyết tật của chi tiết có thể chia làm ba nhóm: hao mòn, hư hỏng cơ học và hư hỏng hóa nhiệt

Các hao mòn của chi tiết máy phụ thuộc vào điều kiện làm việc của chúng (giá trị và

đặc tính của tải, chế độ bôi trơn, mức độ ổn định của nó, vận tốc dịch chuyển của các bể mặt

ma sát, chế độ nhiệt, mức độ độc hại của môi trường xung quanh V V )

Hư hỏng cơ học: loại hư hỏng này gồm có các vết nứt, các lỗ thủng, vết xước và xây xát,

tróc, VÖ, gãy, cong và xoắn

HÌNH 21 Sự thay đổi áp suất hên, trong lớp dầu

do trục cong và khi rủ nó trong Ổ trượt.

A - sự phân hô' áp suất khi các cổ không bị sai lệch ; B- sự phân hố áp suất khi cổ hị cong;

C- sự phân hố áp suất khi cổ đã được rả trong

ổ trượt.

25

H ư hỏng do hóa nhiệt: Dạng hư hỏng này ít gặp hơn so với các hư hỏng khác Các hư

hỏng này gồm có: cong, vênh, ri, cháy, tạo cặn dầu và cặn nước, phá hỏng do ăn mòn vì điện

2.4.5 Phương pháp xác định hao mòn

Người ta xác định hao mòn các chi tiết máy bằng phương pháp đo vi, đo biên dạng, cân, bằng phương pháp xác định lượng sắt có trong dầu bôi trơn, bằng chất đồng vị phóng xạ và bằng vết

Phương pháp đo vi chi tiết: để nghiên cứu hao mòn người ta tháo máy hay cụm máy và

đo chi tiết nhờ các dụng cụ đo ở vị trí cần xác định hao mòn hay biến dạng Kích thước thực

tế của chi tiết được ghi vào sổ quan sát Sau đó lắp máy và cho làm việc trong điều kiện sản xuất Sau một thời gian làm việc nhất định người ta lại tháo máy và đo chi tiết ở vị trí đã đo Sau nhiều lần lặp lại như vậy có thể vẽ được đường cong hao mòn của chi tiết và xác định đặc tính hao mòn của chúng Phương pháp này cho phép xác định đặc điểm hao mòn của tất

cả hay hàng loạt các chi tiết Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là: khó có thể đo ở cùng một điểm, không thể giữ nhiệt độ và áp suất không đổi của đầu đo lên chi tiết và vì thế

có thể dẫn đến sai số Ngoài ra khi tháo ra, lắp vào nhiều lần sẽ làm tăng thêm hao mòn chi tiết Điểu này ta có thể thấy trên hình 22 Khi không tháo máy, tại điểm a, khe hở sau thời

đến mài mòn của lắp ghép phẩn nhô ra của nắp ổ trượt.

ỉ - khe hở; 2 - vùng lớp dấu hị gạt.

gian T bằng S Do tháo máy, khe hỏ tăng lên và trở thành S| và điều tương tự này sẽ xảy ra sau mỗi lần tháo máy Đặc biệt hao mòn của cặp lắp ghép tăng một cách nhanh chóng theo thời gian khi tháo mặt phân khai của ổ trượt, vì khi đó có thể làm dịch chuyển tương đối mặt lắp này so với mặt lắp kia trong kích thưởc dung sai lắp ghép Ví dụ khe hở giữa lỗ của nắp ổ trượt chỗ bắt bu lông (hình 23), tại đây có thể xảy ra trường hợp dầu bôi trơn bị gạt lại do bạc bị nhô ra

Đo biến dạng: ở phương pháp này, để nghiên cứu hao mòn người ta sử dụng dụng cụ đo

biến dạng để xác định tình trạng thay đổi của bề mặt và hao mòn Đo biến dạng có thể sử dụng cho các chi tiết có hao mòn nhỏ

Phương pháp cân: người ta xác định hao mòn bằng cân định kỳ chi tiết và so sánh khối

lượng của chúng với khối lượng của chi tiết trước khỉ làm việc Tuy nhiên, phương pháp này không thể phát hiện các vùng bị hao mòn của chi tiết và đặc điểm hao mòn

26

Xác định hao mòn theo sô lượng sắt trong dầu bôi tron: ở phương pháp này người ta lấy

theo định kỳ các mẫu dầu bôi trơn từ hệ thống bôi trơn của động cơ hay hộp số, cầu sau và xác định lượng sắt có trong đó Ưu điểm của phương pháp này là không yêu cầu tháo tổng thành nhưng nó không thể xác định một cách cụ thể hao mòn của chi tiết nào

Xác định hao mòn bằng chất đồng vị phóng xạ : khi chế tạo chi tiết người ta đưa vào

chất đồng vị phóng xạ hay khoan lỗ trong chi tiết và cho đầy chất đồng vị phóng xạ vào lỗ Bằng phương pháp đếm, người ta đếm các phần tử của chất đồng vị phóng xạ và dễ dàng xác định số lượng trong mẫu dầu Bằng phương pháp này có thể nghiên cứu hao mòn của một hay của nhóm các chi tiết giống nhau khi đặt máy đếm vào hệ thống bôi trơn của động cơ

Xác định hao mòn nhờ v ế t: ấn sâu mũi kim cương hay dao kim cương lên chi tiết để tạo

vết Đo định kỳ đường chéo của vết ấn nhờ kính lúp, người ta xác định hao mòn của chi tiết ở vùng đã cho Phương pháp này có khả năng xác định kích thước và đặc điểm hao mòn của chi tiết khi tháo một phần cụm máy

2.5 HAO MÒN GIỚI HẠN VÀ CHO PHÉP

Kích thước cho phép được rút ra từ kích thưức giới hạn Như vậy nhiệm vụ phức tạp nhất

là xác định kích thước giới hạn Các dấu hiệu hay các chỉ tiêu để xác định hao mòn giới hạn được chia thành ba nhóm: kinh tế, chất lượng và kỹ thuật

Chỉ tiêu kinh t ế : là chỉ tiêu quan trọng nhất và việc đánh giá nó dựa vào sự giảm năng

suất của máy, tăng chi phí nhiên liệu, tăng dầu bôi trơn và kéo theo nó là tăng giá thành cỡftg việc được hoàn thành

Chỉ tiêu chất lượng : được đánh giá dựa theo dấu hiệu thay đổi chất lượng làm việc của

máy Giá trị giới hạn (trong trường hợp ổn định) phụ thuộc vào yêu cầu nông học mà máy cần đảm bảo và các sai lệch giới hạn khác của định mức chất lượng làm việc

Chỉ tiêu kỹ th u ậ t: cho phép xác định các giá trị hao mòn giới hạn và đánh giá tình trạng

của mỗi chi tiết riêng rẽ Chỉ tiêu này xác định hao mòn giói hạn trên cơ sở tính toán độ bền, đặc điểm của tải trọng, điều kiện ma sát, ứng suất nhiệt và tính chất của bề mặt ma sát Để đánh giá các hao mòn giới hạn người ta có thể sử dụng các kết luận của nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cũng như các phương pháp toán học khi xử lí và phân tích các sô' liệu hao mòn

27

2.5.2.,Phương ph áp ph ân tích xác định khe hở giới hạn cho cặp lắp ghép trụ c-ổ trư ợ t chuyển động quay

Theo lý thuyết bôi trơn thủy động lực học, giá

trị cực tiểu của khe hở cặp lắp ghép trục-ổ trượt làm

việc trong điều kiện ma sát ướt (hình 24) được xác

định như sau:

h nd2rl

trong đó: hmin- chiều dày của lớp dầu bôi trơn ở vị

trí hẹp nhất của rãnh hình nêm, mm; d - đường kính

của trục, m; TỊ - độ nhớt tuyệt đối của chất lỏng bôi

trơn, N s/m 2 ; p - tải trọng riêng lên trục, N /m 2;

s - khe hở, mm; n - số vòng quay của trục, v/s;

e - sai tăm tuyệt đối.

Lực ma sát tác dụng trong lớp chất lỏng bôi trơn phụ thuộc vào sự dịch chuyển tương đối của trục và ổ trượt, đặc trưng bằng độ sai tâm tương đối:

' 2e

(2.32)

Có nghĩa là, độ sai tâm tương đối bằng tỷ số của độ sai tâm tuyệt đối e với 1/2 khe hở s

(hình 24) Theo Guben, giữa giá trị lực cản ma sát và giá trị của độ sai tâm tương đối trong ổ trượt có mối liên hệ như sau:

Giá trị lực ma sát nhỏ nhất khi X = 0,5 Từ hình 24 ta có:

Vì e = ẦS/2 nên có thể xác định hmjn khi ma sát trong lớp chất lỏng bổi trơn nhỏ nhất:

(2.33)

Việc giảm khe hở trong cặp lắp ghép đến giá trị hmin bằng tổng giá trị của độ mấp mô của các bề mặt của trục và ổ trượt, nghĩa là khi hmịn= ô| + sb = s sẽ phá hỏng điểu kiện ma sát ướt (trong đó St , 5b - độ nhấp nhô của trục và của bạc) Trong trường hợp đó sẽ xuất hiện sự tiếp xúc trực tiếp giữa hai bề mặt và do đó chi tiết bị mài mòn nhanh chóng Khe hở tương ứng với lúc bắt đầu tiếp xúc hai bề mặt của lắp ghép được xem là cực tiểu Khi các thông số khác không thay đổi, việc giảm hmin đến giá trị cực tiểu chỉ diễn ra khi tăng khe hở đến giá trị cực

biên lắp lỏng với ắc (khe hở S) Do có khe hở,

khi bán kính tay quay ở vị trí đã biết sự tiếp

trong đó: m - khối lượng của cụm piston;

Vị - vận tốc cực đại của piston tương ứng với

thời điểm tách bạc biên khỏi bề mặt của

ắc; v2 - vận tốc đầu biên ở thời điểm va đập;

Vj - v2 là vận tốc tương đối của piston với đầu

biên khi có khe hở

HÌNH 25 Sơ đổ làm việc của

cơ cấu piston-biên.

Nếu vận tốc của piston đạt cực đại khi bắt đầu phá hỏng sự tiếp xúc của bể mặt ắc và bạc vói góc tay quay là a I và khi tiếp xúc các bề mặt (phía đối diện) với góc là a 2, ta có:

Vi = u■ sin a + —— sin2a>R ; 0

29

V ị = U sinct]

v2 = u sin a 2

(2.40)(2.41)Gọi t là thời gian tay quay quay được một góc a 2- cxị Sau thời gian t, piston dịch được một khoảng V ị t Khi không có khe hở, nó đi được một đoạn gần bằng:

2.5.4 Cơ sở đánh giá về sai lệch hình dáng hình học của các chỉ tiết láp ghép

Ngoài việc tăng khe hở, sự thay đổi hình dáng hình học bể mặt làm việc còn có thể là nguyên nhân làm xấu sự làm việc của cặp lắp ghép Thực tế sử dụng máy chỉ ra rằng, tất cả

các chi tiết bị mài mòn sẽ làm thay đổi ở mức độ này hay mức độ khác hình dáng hình học

ban đầu của chúng

Sai lệch giới hạn hình học của chi tiết trong cặp lắp ghép trục-ổ trượt với chuyển động quay được xác định bằng phương pháp phân tích rút ra từ các kết luận sau:

Trục và ổ trượt khi bắt đầu làm việc có hình dáng hình học đúng, bán kính cong của các

bể mặt ma sát của chúng khác nhau một ít Trong trường hợp đó, các chi tiết được phân cách bằng màng dầu và tạo một cách nhanh chóng nêm dầu khi trục bắt đầu quay trong ổ trượt.Khi dừng, trục tựa trên một diện tích rất nhỏ của ổ trượt, thực tế không có lớp dầu bôi trơn ở phần đó ở thời điểm phát hành và dừng máy giữa trục và ổ trượt, phát sinh ma sát nửa

30

ướt trong thời gian ngắn, do đó làm hao mòn cục bộ lớn Các hao mòn đó chỉ xảy ra ở vùng

không lớn của ổ trượt trong khoảng từ 45 + 60° về hai phía của tâm trục cố định và đưa đến

làm sai lệch hình dáng hình học của ổ trượt

Khi hao mòn cục bộ ổ trượt, trục bắt đầu cọ xát bề mặt của nó với ổ trượt và mài mòn cho đến khi bán kính cong của vùng bị mòn của ổ trượt bằng bán kính cong của trục Nếu như không có khe hở hình nêm, để bôi trơn trên toàn bộ

phần chịu tải của ổ trượt, điều kiện ma sát ướt sẽ bị

phá hỏng và đến lúc đó có thể nói rằng sai lệch hình

dáng hình học của ổ trượt đã đạt đến giá trị giới hạn

Giả sử khi bị mòn, điểm c hạ xuống một khoảng là y

tới vị trí M Vì trục quay nên mòn đều do đó không

gây ra sai lệch hình dáng hình học mà chỉ thay đổi

bán kính cong Trên hình 26 trình bày sơ đồ vị trí của

trục trong ổ trượt khi đạt giá trị hao mòn giới hạn

Nếu ký hiệu: R - bán kính ban đầu của ổ trượt

(trước hao mòn); r - bán kính ban đầu của trục (trước

hao mòn); rx- bán kính của trục sau hao mòn với đại

lượng X, có nghĩa là rx = r - x; s - khe hở ban đầu ;

31

Công thức (2.46) đưa ra với giả thiết trục quay còn ổ trượt đứng yên Chúng ta cũng sẽ có kết quả như vậy nếu như giả thiết ngược lại, nghĩa là trục đứng yên còn ổ trượt quay nhưng vói giả thiết £ là hệ số chỉ số lần chi tiết quay mòn nhanh hơn chi tiết đứng yên Như vậy, công thức đó phản ánh sự phụ thuộc tổng quát đối với cặp lắp ghép trục-ổ trượt làm việc trong điều kiện ma sát ướt và theo đó xác định sai lệch về mặt hình dáng hình học của cặp lắp ghép đó.

Kết quả nhận được cho phép rút ra kết luận sau: đại lượng y trong công thức phải có giá trị dương hữu hạn, do đó hiệu 2,5 - s > 0, suy ra sai lệch giới hạn của chi tiết khi phá hỏng chế độ ma sát ướt chỉ đạt được khi £ < 2,5 Điểu kiện £ > 2,5 rõ ràng là không khi nào đạt được vì khi £ = 2,5, y = 00 còn khi s > 2,5, y nhận giá trị âm Nếu chi tiết quay mòn nhanh hơn chi tiết đứng yên 2,5 lần và hơn nữa thì sai lệch hình dáng hình học của chi tiết đứng yên không làm hỏng ma sát ướt

Chúng ta còn nhận thấy trong cặp lắp ghép mới thì theo công thức (2.45), y = 0,2 s bđ

(Sbđ - khe hở ban đầu), vì khi đó X = 0

Sai lệch giới hạn về mặt hình dáng hình học của cặp lắp ghép trục-bạc chuyển động lắc được đặc trưng băng khe hở cực đại, khi đó xuất hiện tiếng gõ.

Nếu như ký hiệu: Smax- ^he hở giới hạn (cực đại) tương ứng với thời điểm bắt đầu xuất 'hiện tiếng gõ trong cặp lắp ghép, mm; s bđ - khe hở ban đầu, mm; X - độ ôvan của trục nhận được do hao mòn hai phía, mm; y - độ ôvan của bạc, mm, thì:

Nếu như trong cặp lắp ghép ắc piston - đầu trên biên của động cơ lấy Smax = 0,1m m ;

y 1 + E

(2.48)

(2.49)

2.5.5 Phương pháp đồ thị xác định hao mòn giới hạn của chi tiết

Phương pháp phân tích xác định hao mòn giới hạn chỉ đánh giá cạc thông số hình học chính của chi tiết, không tính đến nhiều yếu tố khác của mài mòn, ví dụ đảo trục, tính chất của các lớp bề mặt của chi tiết, môi trường làm việc v.v Các yếu tố đó làm thay đổi một cách đáng kể trong quá trình mài mòn

3 2

Phương pháp đồ thị để tìm hao mòn giới hạn của chi tiết có tính đến các yếu tô' ảnh hưởng trên Bản chất của phương pháp này là tiến hành thí nghiệm và vẽ đường cong hao mòn của cặp lắp ghép.

Chúng ta xét ba trường hợp:

Trường hợp thứ nhất (hình 27a), do hao mòn máy không thể hoạt động được nữa, có nghĩa là trở thành không có khả năng làm việc, ví dụ khi gãy trục khuỷu, lột bạc biên hay bạc

cổ chính, gãy vòng găng

HÌNH 27 Tiêu chuẩn hao mòn giới hạn cùa máy và của các chi tiết máy

a - máy không hoạt động được ; h - máy hư hỏng nhanh ; c - vượt ra khỏi giới hạn cho phép.

ở trường hợp thứ hai (hình 27b), hao mòn do rơi vào vùng hư hỏng nhanh của máy và các chi tiết Khi đó xuất hiện va đập làm mài mòn nhanh bề mặt, làm tăng độ rung của máy, tăng nhiệt độ của cụm máy Trên đường cong, hao mòn phụ thuộc vào khối lượng công việc đó là giai đoạn hao mòn hư hỏng Để minh họa trường hợp này có thể lấy ví dụ vòng găng hơi trên cùng được mạ một lớp crôm Hao mòn giới hạn bắt đầu khi mài mòn hết lớp crôm và cường

độ mài mòn của lắp ghép khi đó sẽ tăng lên đột ngột

Trong trưòng hợp thứ ba (hình 27c) hao mòn vượt ra khỏi giới hạn cho phép hay đề xuất làm giảm độ chính xác làm việc, giảm công suất và hệ số tác dụng hữu ích, giảm hệ số cung cấp Ví dụ máy cắt kim loại không bảo đảm năng suất cần thiết và sản phẩm có chất lượng

đã cho (theo độ chính xác và độ bóng bề mặt)

Hao mòn các chi tiết của nhóm piston - xi lanh của động cơ làm thay đổi công suất, tăng chi phí dầu bôi trơn, lọt khí vào cacte, làm tăng tiếng gõ Khi đó động cơ còn có thể tiếp tục làm việc nhưng tình trạng lắp ghép đã tương ứng vói giá trị cho phép cực đại Tình trạng đó

33

Mặt khác Y = du/dt = f (p, V, Kcn, KS(|) có

nghĩa là hàm phụ thuộc vào tải trọng, vận tốc

dịch chuyển, các yếu tố công nghẹ và sử dụng

Hao mòn cho phép uCp (hình 28) nhỏ hơn

hao mòn giới hạn và chi tiết không được hỏng

giữa hai lần sửa chữa liên tiếp T | Khối lượng

công việc được hoàn thành giữa hai lẩn sửa

chữa chi tiết sẽ là y T | Từ đó ta có:

“cp+yTi = ugh hay uCp = u gh-yT , (2.51)

Ta biết rằng tg a = uCp/Tp, trong đó: Tp - khối

lượng công việc được hoàn thành của chi tiết

đến thời điểm sửa chữa Từ đó ta có: HÌNH 28 Đồ thị d ể tính hao mòn cho phép vù hao mòn giới hạn cùa chi tiết.

p J 1 +

Nếu như ở lần sửa chữa cuối cùng đã tiến hành k lần sửa chữa định kỳ thì Tp = kTj Khi

đó công thức để tính toán hao mòn cho phép sẽ có dạng:

Sau khi đưa vào công thức giá trị uCp = yTp ta nhận được:

í T p = k+ T ^ su y ra T p = ì r h y ;

=-k + 1l ghSau đây ta sẽ nghiên cứu thêm một ví dụ

xác định các kích thước giới hạn và chò

phép hay các chỉ tiêu kiểm tra khác của tình

trạng kỹ thuật của chi tiết, cặp lắp ghép, cơ

cấu Xác định hao mòn cho phép của các chi

tiết không bền lâu được thay thế

Trên sơ đồ hình 29 xây dựng đường

cong hao mòn của các chi tiết N°1 và N°2

làm việc trong lắp ghép với chi tiết N °l Khe

hở ban đầu trong lắp ghép của các chi tiết

trên sơ đổ được ký hiệu sbđ Vận tốc mài

mòn trung bình của chi tiết N°1 được đặc

3 4

HÌNH 29 Đổ thị xác định hao mòn cho phép của

chi tiết VCI khe hở giới hạn trong cặp lắp ghép.

trưng bằng góc dị còn của chi tiết N°2 là a 2 Khối lượng công việc giới hạn của lắp ghép và

do đó là khe hở giới hạn trong cặp lắp ghép được xác định bằng phân tích hay bằng đồ thị Trên sơ đồ đó, các chỉ tiêu được đánh dấu bằng đường thẳng I-I, khối lượng công việc giới hạn ký hiệu bằng Tgh còn khe hở giới hạn là Sgh

Nêu như biết được sau bao nhiêu khối lượng công việc cặp lắp ghép đã cho cần phải đưa vào xí nghiệp sửa chữa lần thứ hai để kiểm tra hay sửa chữa thì theo sơ đổ có thể xác định hao mòn cho phép cho cả hai chi tiết và khe hở cho phép trong cặp lắp ghép

Để xác định, từ phía trái đường thẳng I-I đặt giá trị tương ứng với khối lượng công việc giữa hai lần sửa chữa và kẻ đường thẳng đứng II-II Kích thưóc cho phép SCp được chỉ trên đường thẳng đó sẽ tương ứng giá trị của khe hở cho phép trong cặp lắp ghép Điểm cắt nhau của đường thẳng đứng IĨ-II với đường thẳng hao mòn của chi tiết N°1 cũng cho phép xác định hao mòn cho phép và được ký hiệu trên hình ucp|, với đường cong hao mòn của chi tiết N°2 - hao mòn cho phép ucp2

Khi khe hở giới hạn trong cặp lắp ghép và theo điều kiện làm việc của cặp lắp ghép, một trong hai chi tiết có lượng dự trữ lớn hơn và hao mòn giới hạn lớn hơn không có nguy cơ hỏng Khi sửa chữa máy có thể hồi phục khả năng làm việc của cặp lắp ghép bằng cách thay thế một trong hai chi tiết (ví dụ chi tiết N°l) ở trường hợp đã cho chi tiết N°2 sẽ có hao mòn giới hạn và cho phép được nâng cao (u’gh2 và u’cp2)

35

Chương 3

PHƯƠNG PHÁP TOÁN HỌC XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CỦA ĐỘ TIN CẬY

3.1 TÍNH NGẪU NHIÊN CỦA CÁC H ư HỎNG

Do máy nông nghiệp được sử dụng trong các điều kiện khí hậu, đường sá và các điều kiện khác nhau, chúng không chỉ chịu các tác dụng thay đổi mà còn mang tính ngẫu nhiên

Để phân tích và kiểm tra độ tin cậy người ta sử dụng lý thuyết thống kê xác suất

Sự làm việc tin cậy của máy nông nghiệp phụ thuộc vào các yếu tố khách quan và chủ quan

Các yếu tố khách quan là tác động của môi trường xung quanh, tác động cơ khí và tác đông bên ngoài khác (mài mòn, già cỗi tải trọng v.v )

Các yếu tô' chủ quan là các yếu tố mà ở mức độ này hay mức độ khác phụ thuộc vào hoạt động của con người: chọn sơ đồ và cấu trúc khi thiết kế, chọn các phần tử trong cụm máy và vật liệu, chọn chế độ sử dụng bình thường, tổ chức phục vụ kỹ thuật và sửa chữa máy v.v Đánh giá độ tin cậy của máy nhờ vào các phương pháp toári học trên cơ sở tích luỹ các thông tin thống kê Ở điều kiện sử dụng thực tế cho phép phát hiện các quy luật xác suất và

sự phụ thuộc giữa các yếu tố ngẫu nhiên với độ tin cậy, tính không hỏng và tính bền lâu của máy móc Các phương pháp nghiên cứu độ tin cậy dựa trên cơ sò hư hỏng là sự kiện ngẫu nhiên và để ngàn ngừa nó cần biết các nguyên nhân vật lý và các quy luật phát sinh và phát triển

3.1.1 Một số khái niệm về lý thuyết xác suất và thống kê toán học

Trong lý thuyết xác suất người ta sử dụng hàng loạt các khái niệm như thí nghiệm, sự kiện, đại lượng ngẫu nhiên, xác suất, tần số và tần suất

- Thí nghiệm là tạo trong thực tế một số điều kiện, một số quy tắc, có nghĩa một tổ hợp

các điều kiện nhất định nào đó ảnh hưởng đến một số hiện tượng vật lý Thí nghiệm đi đồng thời vối ghi kết quả

- Sự kiện là hiện tượng phát sinh do kết quả hoàn thành một tổ hợp các điều kiện nhất

định Sự kiện là kết quả về mặt chất của thí nghiệm và được tiến hành đến cùng trong các điéu kiện nhất định Ví dụ, kết quả sử dụng máy nông nghiệp trong điều kiện nhất định với mục đích đánh giá độ tin cậy của nó

3 6

- S ự kiện tin cậy là sự kiện nhất định xuất hiện ở một tổ hợp các điều kiện sử dụng

đã cho

- Sự kiện không có thể là sự kiện khi trong cùng một điểu kiện không thể xuất hiện.

- Sự kiện ngẫu nhiên là sự kiện ở trong tổ hợp các điều kiện nghiên cứu có thể xuất hiện

nhưng cũng có thể không xuất hiện Sự xuất hiện các hư hỏng là sự kiện ngẫu nhiên

- Hai sự kiện xung khắc A, B là hai sự kiện nếu khi thí nghiệm xuất hiện một sự kiện A

hoặc B thì loại trừ sự xuất hiện của sự kiện kia Ví dụ sự kiện hỏng và có khả năng làm việc

là hai sự kiện không thể xảy ra đồng thời

- Hai sự kiện không xung khấc A và B là hai sự kiện nếu khi thí nghiệm xuất hiện một

trong hai sự kiện thì không loại trừ khả năng xuất hiện của sự kiện kia

- Những sự kiện có khả năng như nhau là những sự kiện có khả năng xuất hiện trong

quá trình thí nghiệm và khi đó không có cơ sở giả thiết là sự xuất hiện của các sự kiện này có khả năng hơn sự xuất hiện của các sự kiện kia

- Những sự kiện không phụ thuộc là những sự kiện khi xuất hiện không phụ thuộc vào

sự kiện nào đó xảy ra hay không xảy ra trước nó

- Những sự kiện phụ thuộc là những sự kiện phụ thuộc vào sự kiện xảy ra trước nó.

- Đại lượng ngẫu nhiên là đại lượng do kết quả thí nghiệm có thể nhận được các giá trị

khác nhau trong một giới hạn nhất định

Các đại lượng ngẫu nhiên thường được ký hiệu bằng các chữ cái viết hoa, ví dụ X, Y Các giá trị của đại lượng ngẫu nhiên nhận được do thí nghiệm, ký hiệu bằng các chữ cái viết thường X ị , x2, ., xn

Tất cả các đại lượng ngẫu nhiên có thể chia làm hai nhóm: liên tục và rời rạc

- Đại lượng ngẫu nhiên liên tục là đại lượng trong một khoảng nào đó có thể nhận được

một giá trị bất kỳ (thời gian làm việc không hỏng của máy, giá trị nào đó của các thông

số kỹ thuật)

- Đại lượng ngẫu nhiên rời rạc là đại lượng chỉ có thể nhận được những giá trị nhất định

(số hư hỏng phát sinh trong một thời gian nào đó, số hư hỏng của máy trong loạt máy thí nghiệm v.v )

Lý thuyết xác suất nghiên cứu các hư hỏng hay các đại lượng ngẫu nhiên có tần số xuất hiện ổn định

Nếu như tiến hành thí nghiệm N máy và nhận được tần số (số lượng) hỏng m thì tần số tương đối hay tần suất w của các hư hỏng sẽ là:

W = ^ - hay là w = — 100%

- Tẩn số là số xuất hiện giống nhau hay gần giống nhau của sự kiện (nhận được do quan

sát) hay là số giá trị tuyệt đối của đại lượng ngẫu nhiên được liên kết trong cùng một nhóm

- Tần suất hay tần số tương đối được thể hiện bằng phần đơn vị hay phần trăm của tổng

số thí nghiệm hay máy được nghiên cứu trong tổ hợp

3 7

Nếu tăng không giới hạn N, giá trị thống kê w sẽ bằng hay hội tụ tại một số p nào đó gọi

là xác suất của sự kiện đã cho:

p = lim w = lim m/N hay P(A) » m/N

trong đó : P(A) - xác suất của sự kiện A ; m - tần số ; N - số đối tượng thí nghiệm

Khi tiến hành một số lớn thí nghiêm có nghĩa là khi thực hiện nhiều lần của cùng một tổ hợp các điều kiện, người ta phát hiện ra các quy luật nhất định Nghiên cứu các quy luật đó là một trong những nhiệm vụ của lý thuyết xác suất Nghiên cứu các quy luật xuất hiện của các hư hỏng (xem như các đại lượng ngẫu nhiên) là nhiệm vụ trung tâm của nghiên cứu

độ tin cậy

Khi tiến hành một thí nghiệm nào đó hay quan sát nó trong sử dụng ta không thể nói trước một cách chính xác giá trị nào của đại lượng ngẫu nhiên nhận được trong thí nghiệm đó

Để đánh giá các đại lượng ngẫu nhiên về mặt số lượng ngưòi ta sử dụng xác suất của các đại lượng ngẫu nhiên Xác suất đó là đánh giá toán học một cách khách quan khả năng xuất hiện của sự kiện hay đại lượng ngẫu nhiên

Xác suất của sự kiện A là tỷ số của các trường hợp xuất hiện một cách thuận lợi của

sự kiện đã cho với tổng các sự kiện không xung khắc, có khả năng duy nhất và khả năng như nhau

Công thức gần đúng p « m/N cho phép xác định xác suất p của sự kiện nào đó, theo tần suất thực nghiệm và ngược lại theo xác suất, có thể xác định tần suất mong đợi của sự kiện đó

ở N thí nghiệm, khi chúng không được tiến hành.

Xác suất của sự kiện có giá trị từ 0 đến 1 có nghĩa 0< P(A) < 1

Nếu như m = N thì P(A) = m/N = 1 và sự kiện A là sự kiện tin cậy; khi P(A) = 0 thì A là

sự kiện không thể

Thường khi giải các bài toán kỹ thuật, thực tế khó có thể có sự kiện tin cậy và sự kiện không tin cậy

Sự kiện thực tế là tin cậy là sự kiện có xác suất gần bằng 1

Sự kiện thực tế là không thể là sự kiện có xác suất gần bằng 0

Sự kiện thực tế là tin cậy và thực tế là không thể trong dùng luôn xảy ra đồng thời trong cùng một thí nghiêm

Một nhóm đầy đủ của các sự kiện là một sô' sự kiện không xung khắc, nằm trong một thí nghiệm, nhất định sẽ xuất hiện dù chỉ có một sự kiện

Số sự kiện trong nhóm đầy đủ phụ thuộc vào mục đích thí nghiêm có thể thay đổi trong khoảng rộng Sô' sự kiện trong nhóm đầy đủ giới hạn rút xuống cho đến hai sự kiện Khi đó hai sự kiện được gọi là hai sự kiện đối nhau Sự kiện đối với sự kiện A đã cho được ký hiệu là

A Nếu như A là sự kiện tin cậy thì sự kiện A là sự kiện không tin cậy

3 8

3.1.2 Một số công thức của lý thuyết xác suất

Các xác suất của các sự kiện có thể cộng hay nhân

Công thức cộng xác suất Nếu như khi thí nghiệm chỉ có thể xuất hiện một trong những

sự kiện được nghiên cứu Aj, A2, A„ và vì chúng không thể cùng xuất hiện như đã trình bày ở trên, chúng được gọi là các sự kiện xung khắc Sự kiện phức tạp A là tổng của các sự kiện ban đầu được ký hiệu:

A = A| + A2 + + An = X A i

¡ = 1Nếu như xác suất tuân thủ theo mối tương quan với tần suất của chúng thì ta có công thức cộng xác suất dùng cho các sự kiện xung khắc và được xác lập như sau: Xác suất xuất hiện của một trong những sự kiện (thuộc về một nhóm) không phụ thuộc, xung khắc và đồng nhất (hay nói một cách khác xác suất của tổng các sự kiện xung khắc A |, A2 , ., An) bằng tổng các xác suất của các sự kiện đó:

P(A, + A 2 + + A n) = P(A,) + P(A2 ) + + P(An) = ¿ P ( A ¡ ) (3.1)

i= lTrường hợp tổng quát để cho nhóm đầy đủ của các sự kiện xung khắc A |, A2, ., An sẽ

p + q = 1trong đó: p - xác suất của máy có khả năng làm việc ; q - xác suất xuất hiện hư hỏng của máy hay xác suất không có khả năng làm việc

VI những sự kiện đó là đối nhau nên sự xuất hiện của một trong hai sự kiện là tin cậy, còn sự xuất hiện đồng thời cả hai trong cùng một thí nghiệm là không tin cậy nên :

q = 1 - PĐối với hai sự kiện không xung khắc:

P(A, + A2 ) = P(Aj) + P(A2) - P(A,A2) (3.2)

Công thức nhân xác suất : nếu như hai sự kiện A và B không phụ thuộc, có nghĩa sự xuất

hiện của một trong hai sự kiện không làm thay đổi xác suất xuất hiện của sự kiện kia thì:

Công thức đó là công thức nhân xác suất các sự kiện không phụ thuộc Xác suất xuất hiên của hai sự kiện không phụ thuộc bằng tích xác suất của hai sự kiện đó Khi P(A) = P(B) thiP(A.B) = P(A)

3 9