Nâng cao tuổi thọ của vít me – đai ốc bi chuyển động đứng, tải trọng

Với đề tài luận văn: Nâng cao tuổi thọ của vít me – đai ốc bi chuyển động đứng, tải trọng lớn, độ chính xác cao trong môi trường nhiệt độ, độ ẩm ở Việt Nam.. Chính vì vậy tôi cũng đã chọ

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô và đồng nghiệp

Lời đầu tiên, tôi xin vô cùng cảm ơn PGS.TS Nguyễn Phương là giảng

viên định hướng và hướng dẫn đề tài, là người luôn quan tâm đến tiến trình viết luận văn, thường xuyên kiểm tra, chỉ bảo cho tôi những kiến thức bổ ích và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi về mặt chuyên môn trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Viện Đào tạo Sau Đại Học, tập thể giảng viên Viện Cơ Khí Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, các thầy cô giáo của Bộ môn Máy – Ma sát, Bộ Tư lệnh Bảo vệ Lăng Chủ tịch Hồ Chí Minh nơi tôi công tác và làm việc đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Cuối cùng tôi xin cảm ơn đến các bạn đồng nghiệp, các thầy cô giáo và gia đình đã ủng hộ động viên tôi trong thời gian hoàn thành luận văn

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Đặng Đình Nghĩa

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI CAM ĐOAN 5

DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢN VẼ, BẢNG BIỂU 6

MỞ ĐẦU 8

1 Tính cấp thiết của đề tài 8

2 Ý nghĩa của đề tài 8

2.1.Ý nghĩa khoa học 8

2.2.Ý nghĩa thực tiễn 9

3 Đối tượng, mục đích, phương pháp và nội dung nghiên cứu 9

3.1 Đối tượng nghiên cứu 9

3.2 Mục đích nghiên cứu 9

3.3 Phương pháp nghiên cứu 9

3.4 Nội dung nghiên cứu và cấu trúc của luận văn 10

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VÍT ME – ĐAI ỐC BI VÀ 11

CÔNG NGHỆ GIA CÔNG VÍT ME ĐAI ỐC BI 11

1.1 Tổng quan về vít me – đai ốc bi 11

1.1.1 Đặc điểm chung 11

1.1.2 Ứng dụng của vít me – đai ốc bi 13

1.1.3 Kết cấu vít me đai ốc bi 14

1.1.4 Vật liệu chế tạo vít me – đai ốc bi 19

1.1.5 Tính toán cơ cấu vít me – đai ốc bi 20

1.1.6 Các dạng hỏng của vít me – đai ốc bi 24

1.1.7 Môi trường làm việc của vít me – đai ốc bi trên máy CNC 26

1.2 Công nghệ gia công trục vít me bi 28

1.3 Kết luận chương 1 30

Chương 2: LÝ THUYẾT TUỔI THỌ VÀ ĐỘ TIN CẬY VÍT ME – ĐAI ỐC BI 32

2.1 Tổng quan về mòn vật liệu 32

2.1.1 Mòn theo thời gian 32

2.1.2 Ảnh hưởng của các yếu tố cơ bản đến mòn 33

2.2 Tuổi thọ của vít me – đai ốc bi 37

2.2.1 Tuổi thọ của vít me – đai ốc bi theo lý thuyết 37

2.2.2 Tuổi thọ vít me – đai ốc bi trên cơ sở mòn 41

Khi đó, tuổi thọ bộ truyền được xác định dựa theo thực nghiệm tạo mòn: 42

2.3.1 Đặc trưng độ tin cậy 44

2.3.2 Các chỉ tiêu xác định độ tin cậy 44

2.3.3 Xác định độ tin cậy trên cơ sở mòn 47

2.4 Tuổi thọ và độ tin cậy của vít me – đai ốc bi 49

2.5 Kết luận chương 2 51

Chương 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU VỀ MÒN CỦA VÍT ME – ĐAI ỐC BI TRONG ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM VIỆT NAM 52

3.1 Tính toán thiết kế bộ truyền vít me – đai ốc bi 52

3.1.1 Chọn sơ đồ động 52

3.1.2 Tính toán chọn động cơ 54

3.1.3 Tính toán cơ cấu dẫn động 55

3.2 Thiết kế máy thí nghiệm 59

3.2.1 Mục đích và yêu cầu của thực nghiệm 59

3.2.2 Thiết kế thí nghiệm 59

3.2.2.1 Đối tượng nghiên cứu của thí nghiệm 59

3.2.2.2 Thiết kế mô hình thí nghiệm 60

3.2.2.3 Tạo tải dọc trục lên bộ truyền vít me – đai ốc bi 67

3.2.2.4 Thiết bị đo 67

3.2.2.4 Thiết bị tạo môi trường 68

4.2.5 Mô tả phương pháp đo 68

Chương 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT 73

PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO TUỔI THỌ VÍT ME ĐAI ỐC BI CHUYỂN ĐỘNG ĐỨNG TRONG ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG VIỆT NAM 73

4.1 Kết quả thí nghiệm 73

4.2 Phương pháp nâng cao tuổi thọ vít me – đai ốc bi chuyển động đứng tải trọng lớn trong điều kiện nhiệt độ, độ ẩm Việt Nam 77

4.2.1 Khắc phục về môi trường làm việc 78

4.2.2 Chọn chế độ bôi trơn phù hợp với điều kiện thực tế 79

4.2.3 Biện pháp khi thiết kế hệ thống cho điều kiện Việt Nam 79

KẾT LUẬN CHUNG 80

KẾT LUẬN 80

KIẾN NGHỊ 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Đặng Đình Nghĩa, học viên lớp thạc s K thuật Chế tạo máy CTM2012B - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Với đề tài luận văn: Nâng cao tuổi thọ của vít me – đai ốc bi chuyển động đứng, tải trọng lớn, độ chính xác cao trong môi trường nhiệt độ, độ ẩm ở Việt Nam

Nay tôi xin cam đoan:

Tất cả những nội dung trong luận văn này đều do tôi thực hiện và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác

Tất cả những phần thông tin được trích dẫn từ các tài liệu của các tác giả khác đều được chú thích rõ ràng

Tôi xin chịu mọi trách nhiệm đối với nội dung luận văn này

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS.TS Nguyễn Phương

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Đặng Đình Nghĩa

DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢN VẼ, BẢNG BIỂU HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Phương pháp xây dựng lên vít me – đai ốc bi 11 Hình 1.2 Các bộ phận chính của vít me – đai ốc bi 12 Hình 1.3 Hình ảnh một số bộ truyền vít me – đai ốc bi 13 Hình 1.4 Vít me – đai ốc bi sử dụng để dịch chuyển bàn máy trong

trung tâm gia công (nguồn:[8])

14

Hình 1.5 Các loại ren của vit me – đai ốc bi 14 Hình 1.6 Vít me – đai ốc bi có rãnh hồi bi kiểu ống 15 Hình 1.7 Vít me – đai ốc bi có rãnh hồi bi phay trên đai ốc 15 Hình 1.8 Vít me – đai ốc bi có rãnh hồi bi được khoan dọc theo đai ốc 16 Hình 1.9 Vít me – đai ốc bi có rãnh hồi bi giữa hai vòng ren kế tiếp 16 Hình 1.10 Vít me – đai ốc bi loại có kết cấu khe hở nhờ tấm đệm 17 Hình 1.11 Vít me – đai ốc bi loại có rãnh bi, khoảng cách tăng

Hình 2.1 Sự phụ thuộc mòn vào thời gian t hoặc quãng đường ma sát L 32 Hình 2.2 Đồ thị nguyên tắc sự phụ thuộc của mòn vào vận tốc 34

Hình 2.4 Các thể hiện mòn và mật độ phân phối mòn 47 Hình 2.5 Các thể hiện mòn tuyến tính và các mật độ f(U), f(t) 48 Hình 3.1 Sơ đồ động dùng một động cơ hai trục vít me 54 Hình 3.2 Các thông số bộ truyền vít me – đai ốc bi 57 Hình 3.3 Tổng thể mô hình máy thí nghiệm 62 Hình 3.4 Mô hình máy nhìn từ phía ngoài 63 Hình 3.5 Bộ phận truyền động bánh răng côn và bộ truyền xích 64

Hình 3.7 Máy thí nghiệm nhìn từ mặt bên 66 Hình 3.8 Một số hình ảnh khác của máy thí nghiệm 67 Hình 3.9 Đồng hồ so sử dụng cho thí nghiệm 69 Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý xác định kích thước bi cần đo 70 Hình 3.11 Một số hình ảnh trong quá trình tháo bi 73 Hình 4.1 Đồ thị sự phụ thuộc của lượng mòn vào thời gian và điều

kiện khí hậu

77 Hình 4.2 Phòng đặt thiết bị được điều hòa, thông gió 79

BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Vật liệu và phương pháp nhiệt luyện 20

Bảng 2.5 Hệ số tuổi thọ khi làm việc ở môi trường TCVN

7699-2-30 ứng với các độ tin cậy

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay ở đơn vị đang sử dụng hệ thống nâng dùng cơ cấu vít me – đai ốc

bi để phục vụ cho nhiệm vụ đặc biệt của đơn vị Yêu cầu đối với hệ thống là phải có

độ tin cậy, an toàn cao, chuyển động êm, không gây ra rung động khi chuyển hướng chuyển động

Hệ thống thiết bị nâng này được Liên Xô sản xuất và lắp đặt Hệ thống thiết

bị đã qua hơn 40 năm sử dụng, đã nhiều lần phải sửa chữa, phục hồi Để đáp ứng lâu dài cho nhiệm vụ của đơn vị thì việc nghiên cứu nâng cao tuổi thọ cho vít me – đai ốc bi nhằm duy trì sự ổn định của hệ thống, kéo dài tuổi thọ khi chưa có thiết bị mới thay thế là rất cần thiết

Trong ngành Cơ khí ở nước ta hiện nay vít me – đai ốc bi đang được sử dụng rất rộng rãi, đặc biệt là trong máy điều khiển theo chương trình số và máy chính xác, nó được sử dụng chủ yếu trong chuyển động chạy dao Tuy nhiên hiện nay Việt Nam chưa sản xuất được, việc thay thế hay sửa chữa cơ cấu này gặp rất nhiều khó khăn do phải mua ở các nước tiên tiến, điều kiện khí hậu ôn đới

Xuất phát từ yêu cầu đó, tôi nhận thấy cần phải tiến hành khảo sát các cơ cấu vít me – đai ốc bi trong thực tế để làm cơ sở áp dụng vào nhiệm vụ của đơn vị

Chính vì vậy tôi cũng đã chọn đề tài của luận văn là: Nâng cao tuổi thọ của vít me – đai ốc bi chuyển động đứng, tải trọng lớn, độ chính xác cao trong môi trường nhiệt độ, độ ẩm ở Việt Nam

2 Ý nghĩa của đề tài

2.1.Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu, phân tích và đưa ra được phương pháp nâng cao tuổi thọ của vít

me – đai ốc bi chuyển động đứng, tải trọng lớn, yêu cầu độ chính xác cao trong điều kiện môi trường ở Việt Nam

2.2.Ý nghĩa thực tiễn

- Vít me – đai ốc bi sử dụng ở Việt Nam hiện nay đa số là được nhập từ các nước có nền công nghiệp tiên tiến và khí hậu ôn đới, độ chính xác, tuổi thọ bị ảnh hưởng mà chưa có lý giải thỏa đáng

- Kết quả quá trình nghiên cứu là tiền đề để đưa ra có biện pháp vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa hợp lý hơn nhằm kéo dài tuổi thọ cho hệ thống thiết bị hiện tại của đơn vị khi chưa được thay thế đổi mới và đề ra được yêu cầu nhiệm vụ cho thay thế mới sau này

3 Đối tượng, mục đích, phương pháp và nội dung nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Vít me – đai ốc bi sử dụng để nâng theo chiều thẳng đứng, tải trọng nâng lớn, yêu cầu độ chính xác cao, bảo đảm tuyệt đối an toàn cho vật nâng

3.2 Mục đích nghiên cứu

Nâng cao tuổi thọ cho vít me – đai ốc bi sử dụng trong hệ thống nâng chuyển động đứng, tải trọng lớn, yêu cầu chính xác cao để làm tiền đề đưa ra phương pháp vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa hợp lý cho các hệ thống hiện tại của đơn vị

3.3 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm

- Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu về vít me – đai ốc bi, phân tích đưa ra ưu điểm nổi trội của cơ cấu vít me – đai ốc bi so với một số cơ cấu khác khi sử dụng trong cơ cấu nâng thẳng đứng, tải trọng lớn, yêu cầu độ an toàn và độ chính xác cao Nghiên cứu phương pháp tính toán, thiết kế vít me – đai ốc bi, phương pháp gia công

- Thực nghiệm: Thiết kế mô hình nâng dùng vít me – đai ốc tương đương với

hệ thống hiện tại, Thực hiện đo độ mòn của vít me – đai ốc bi trên mô hình Đưa ra phương pháp khắc phục độ mòn, nâng cao tuổi thọ cho vít me – đai ốc bị

3.4 Nội dung nghiên cứu và cấu trúc của luận văn

Với mục tiêu nghiên cứu nâng cao tuổi thọ cho vít me – đai ốc bi chuyển động đứng, tải trọng lớn, độ chính xác cao trong điều kiện môi trường nhiệt độ, độ

ẩm ở Việt Nam Các nội dung nghiên cứu được trình bày trong 5 chương, trong đó:

Chương 1: Tổng quan về vít me – đai ốc bi và công nghệ gia công vít me – đai ốc bi

Tìm hiểu tổng quan về vít me – đai ốc bi, ứng dụng của vít me – đai ốc bi trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau

Chương 2: Lý thuyết về tuổi thọ và độ tin cậy vít me – đai ốc bi

Trong chương 2 luận văn tập trung nghiên cứu lý thuyết về mòn của vật liệu; các yếu tố ảnh hưởng đến mòn; cơ sở xác định tuổi thọ của vít me – đai ốc bi; quy luật mòn thực nghiệm và lý thuyết về độ tin cậy

Chương 3: Thiết kế mô hình thí nghiệm nghiên cứu về mòn của vít me – đai

ốc bi trong điều kiện nhiệt độ, độ ẩm Việt Nam

Tính toán thiết kế bộ truyền vít me đai ốc bi, thiết kế mô hình thí nghiệm phục vụ nghiên cứu

Chương 4: Kết quả thực nghiệm, đánh giá và đề xuất phương pháp nâng cao tuổi thọ vít me – đai ốc bi chuyển động đứng trong điều kiện môi trường Việt Nam

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VÍT ME – ĐAI ỐC BI VÀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG VÍT ME ĐAI ỐC BI

1.1 Tổng quan về vít me – đai ốc bi

1.1.1 Đặc điểm chung

Để cơ cấu vít me – đai ốc chuyển động nhẹ nhàng và êm hơn, người ta thêm vào giữa trục vít và đai ốc các viên bi bằng thép trong rãnh ren để chuyển ma sát trượt thành ma sát lăn giữa vít me và đai ốc, đây chính là cơ cấu vít me – đai ốc bi

Hình 1.1 Phương pháp xây dựng lên vít me – đai ốc bi

Đặc điểm chính của bộ truyền vít me – đai ốc bi:

Vít me – đai ốc bi có đặc điểm khác biệt so với các bộ truyền vit me – đai ốc thường đó là ma sát trong bộ truyền là ma sát tổng hợp cả lăn và trượt Đặc điểm này làm cho hiệu suất của bộ truyền cao hơn, mất mát do ma sát ít hơn, đáp ứng rất tốt với yêu cầu khởi động nhanh và dừng chính xác

Trong vít me – đai ốc bi có rãnh hồi bi, tạo điều kiện để các bi chuyển động tuần hoàn trong đai ốc bị Đặc điểm này làm cho tải trung bình đặt lên từng viên bi

là tương đối đều nhau, không có hiện tượng mòn cục bộ một hoặc một số viên bi trong bộ truyền

Bằng các biện pháp khử khe hở trong bộ truyền, có kết cấu dạng modul, bao gồm các chi tiết tiêu chuẩn, thuận lợi cho việc gia công, chế tạo và lắp ráp chính xác Do đó, vít me – đai ốc bi có độ chính xác truyền động cao hơn, được ứng dụng

trong thiết kế chế tạo CNC và trong nhiều lĩnh vực khác

Ưu điểm của vít me – đai ốc bi

- Tổn thất ma sát ít, hiệu suất của bộ truyền cao  = 0,9

- Không có khe hở trong mối ghép ren và có thể tạo ra lực căng cho trước bảo đảm độ cứng vững hướng trục cao, bảo đảm độ chính xác truyền dẫn cao, nhất

là khi đảo chiều chuyển động

- Hệ số ma sát lăn phụ thuộc rất nhỏ vảo vận tốc lăn của bi trong vùng làm việc, giúp nâng cao khả năng chuyển động ổn định

Nhược điểm của vít me – đai ốc bi

- Độ chính xác dịch chuyển bị hạn chế bởi sai số chế tạo, cần có rãnh để đưa con lăn trở về

- Độ cứng chống biến dạng thấp hơn so với bộ truyền vít me – đai ốc khác cùng kích thước

- Khả năng chống quá tải thấp hơn so với bộ truyền khác

Hình 1.3 Hình ảnh một số bộ truyền vít me – đai ốc bi

1.1.2 Ứng dụng của vít me – đai ốc bi

Vít me – đai ốc bi là cơ cấu có khả năng chịu tải lớn, độ tin cậy cao trong quá trình truyền động nên nó có một vị trí quan trọng trong các ngành công nghiệp hiện nay, đặc biệt là trong gia công cơ khí Trong các máy công cụ nói chung, máy CNC nói riêng, khi cần truyền động, biến đổi từ chuyển động quay của động cơ sang chuyển động tịnh tiến của bàn máy hoặc đầu trục chính, chủ yếu dùng cơ cấu vít me – đai ốc bi

Hình 1.4 Vít me – đai ốc bi sử dụng để dịch chuyển bàn máy trong trung

tâm gia công [8]

Trong máy công cụ CNC, trục vít me thường được lắp đặt cố định dọc trục

với thân máy, đai ốc được lắp cố định với bàn máy Khi vít me thực hiện chuyển

động nhờ hệ thống truyền dẫn, làm cho đai ốc tịnh tiến dọc trục vít me và đưa bàn

máy chuyển động theo Lượng dịch chuyển của đai ốc được tính theo góc quay của

trục vít me và có thể thay đổi nhờ động cơ Servo Trong máy công cụ CNC, bàn

máy có tác dụng thực hiện chuyển động chạy dao trong quá trình gia công nên yêu

cầu độ chính xác cao vì nó quyết định đến độc chính xác gia công Chính vì vậy, vít

me – đai ốc bi là cụm chi tiết có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng quá trình gia

công

Ngoài ra, vít me – đai ốc bi còn được sử dụng trong một số lĩnh vực khác

như trong công nghệ hóa dầu, thủy điện…Hoặc sử dụng trong một số trường hợp

đặc biệt dùng để nâng theo chiều thẳng đứng với tải trọng lớn và yêu cầu độ chính

xác cao như hệ thống nâng tại đơn vị nơi bản thân đang công tác

1.1.3 Kết cấu vít me đai ốc bi

Hiện nay trên thế giới có nhiều nhà sản xuất nổi tiếng cung cấp các loại vít

me – đai ốc bi tiêu chuẩn như: NSK, SKF, NIKO, Kurim, … Mỗi hãng có những

sản phẩm theo tiêu chuẩn riêng, có những sản phẩm theo tiêu chuẩn chung nhưng về

kết cấu chung thì vít me – đai ốc bi đều gồm có các bộ phận chính là: Vít me, đai

ốc, một bộ bi và cơ cấu để đưa bi quay về (rãnh hồi bi)

* Theo đầu mối ren: Vít me và đai ốc có thể là ren một đầu mối hoặc ren

nhiều đầu mối Hiện nay chủ yếu sử dụng ren một đầu mối Hình 1.5 mô tả vít me –

đai ốc bi một đầu mối ren và vít me – đai ốc bi hai đầu mối ren

Hình 1.5 Các loại ren của vit me – đai ốc bi

* Theo kết cấu rãnh hồi bi có cấu tạo phụ thuộc vào phương pháp đưa bi quay về có 4 loại:

- Rãnh hồi bi kiểu ống: Là loại hồi bi được sử dụng phổ biến hiện nay do ưu điểm dễ chế tạo, sửa chữa, kích thước đai ốc không lớn Ống hồi bi được lắp vào lỗ của đai ốc, lỗ được khoan theo phương tiếp tuyến với bề mặt ren Bộ phận gạt, hồi

bi vào ống gồm vít me, thanh cong chắn, đầu ống được cắt vát Hình 1.6 mô tả vít

me – đai ốc bi có rãnh hồi bi kiểu ống

Hình 1.6 Vít me – đai ốc bi có rãnh hồi bi kiểu ống

- Rãnh hồi bi được phay trực tiếp trên đai ốc, đầu của rãnh được nối với ren của đai ốc Ưu điểm của loại này là nhỏ gọn, tính công nghệ cao, phân phối tải đều hơn Tuy nhiên kích thước của đai ốc thì to hơn, hạn chế hành trình hơn so với vít

me đai ốc cùng cỡ Hình 1.7 mô tả vít me – đai ốc bi có rãnh hối bi phay trực tiếp trên đai ốc

Hình 1.7 Vít me – đai ốc bi có rãnh hồi bi phay trên đai ốc

- Rãnh hồi bi được khoan dọc theo đai ốc hai đầu của lỗ nối với vòng ren đầu và vòng ren cuối Loại này nhỏ gọn, dễ chế tạo nhưng đoạn rãnh quay bị quặt

về ngắn và không thể chia bi thành nhiều nhóm tuần hoàn Hình 1.8 mô tả vít me – đai ốc bi có rãnh hối bi được khoan dọc trên đai ốc

Hình 1.8 Vít me – đai ốc bi có rãnh hồi bi được khoan dọc theo đai ốc

- Sử dụng loại bạc đặc biệt mang rãnh hồi bi Kết cấu này khác với 3 loại trên, ở đây bi không ra khỏi vùng tiếp xúc với bề mặt vít me, bi chỉ chạy từ một vòng ren sang vòng ren lân cận bằng cách nhảy qua ren vít Trên đai ốc có 3 hốc cách nhau 1200 để đặt các máng lót hồi bi , bi chia làm 3 nhóm tuần hoàn riêng Bạc được làm bằng thép tôi, lắp khít vào cửa sổ của đai ốc Ưu điểm của kết cấu này là đường kính đai ốc nhỏ, không bị mòn nhanh, có độ tin cậy cao, chiều dài rãnh hồi bi nhỏ Nhược điểm là chế tạo phức tạp, độ khó cao, nhất là khi gia công rãnh hồi bi trên chi tiết đai ốc Mỗi viên bi chỉ chuyển động tương đối với đai ốc trên một vòng ren nên tải phân bố trên đai ốc và vít me sẽ khó đều và phụ thuộc độ chính xác phân bố các hốc bi trên chu vi đai ốc

Hình 1.9 Vít me – đai ốc bi có rãnh hồi bi giữa hai vòng ren kế tiếp

* Theo cách đặt tải trước và khử khe hở:

Máng đổi hướng bi

Đai ốc Vít me

- Loại khử khe hở và đặt tải trước bằng tấm đệm: Loại này được đặt tải để khử khe hở bằng cách ghép nối một tấm đệm vào giữa hai đai ốc Khi tải đặt trước

là kéo chiều dày tấm đệm là dương, khi đặt tải trước là nén chiều dày tấm đệm là

âm Với các chiều dày khác nhau của tấm đệm cho phép thay đổi tải đặt trước làm thay đổi độ cứng của bộ truyền vít me – đai ốc bi Phương pháp này đơn giản nhưng điều chỉnh khó

Hình 1.10 Vít me – đai ốc bi loại có kết cấu khe hở nhờ tấm đệm [8]

- Loại khử khe hở bằng cách dùng đai ốc có hai hệ thống rãnh bi, với khoảng cách ranh lớn hơn (hoặc nhỏ hơn) so với bước vít là α: Kết cấu này đòi hỏi chế tạo phức tạp và chính xác cao hơn loại có hai đai ốc, nhược điểm của loại này là khoảng cách giữa hai hệ thống rãnh bi là cố định nên việc chỉnh sửa, khử khe hở hoặc thay đổi tải đặt trước là không thực hiện được

Hình 1.11 Vít me – đai ốc bi loại có rãnh bi, khoảng cách tăng (giảm) so

với bước vít [8]

- Loại khử khe hở bằng cách tăng kích thước bi: Loại này cần độ chính xác chế tạo cao hơn và yêu cầu lắp ráp khắt khe Kích thước không gian rãnh bi tạo bởi ren trên trục vít và đai ốc được chế tạo nhỏ hơn hoặc bằng kích thước bi chịu tải làm cho bi tiếp xúc cả hai má của rãnh trên trục vít và cả hai má của rãnh trên đai ốc Loại này có kích thước nhỏ hơn các loại khác nhưng có độ cứng chống biến dạng thấp Loại này thường được sử dụng trong các máy CNC đòi hỏi độ chính xác, độ cứng không cao hoặc trong các tay máy, robot…

Hình 1.12 Vít me – đai ốc bi loại khử khe hở bằng tăng kích thước bi [8]

- Loại khử khe hở và đặt tải bằng lò xo: Là loại dùng lò xo có tải đặt trước khá ổn định, thay đổi tải đặt trước dễ dàng Loại này thường được sử dụng trong các máy đòi hỏi tốc độ cao, tải nhỏ

Hình 1.13 Vít me – đai ốc bi loại khử khe hở và đặt tải bằng lò xo [8]

1.1.4 Vật liệu chế tạo vít me – đai ốc bi

Trong quá trình làm việc, vít me – đai ốc bi chịu tải trọng tĩnh và va đập tương đối cao, bề mặt bị mòn Do đó vật liệu chế tạo yêu cầu phải có độ cứng bề mặt không thấp hơn 60 HRC, ổn định về mặt kích thước và hình dáng bề mặt theo thời gian Để đạt được cơ tính tổng hợp cao nhất, vật liệu chế tạo vít me – đai ốc bi phải được nhiệt luyện tốt kết hợp với các biện pháp nâng cao chất lượng bề mặt

Xuất phát từ những yêu cầu k thuật và điều kiện làm việc như trên, cơ cấu truyền dẫn vít me – đai ốc bi phân thành 3 nhóm như sau:

- Cơ cấu vít me – đai ốc không cần khử hoặc điều chỉnh khe hở do, trọng lượng và tác dụng của tải trọng lên cụm dịch chuyển nên khe hở luôn luôn nằm một phía Ví dụ như cơ cấu truyền dẫn dịch chuyển thẳng đứng cửa cụm máy nặng

- Vít me đai ốc không cho phép tồn tại khe hở, mà độ cứng vững hưởng trục không lớn lắm Những cơ cấu này cần được lắp đặt có độ dôi không lớn, tùy theo tải trọng hướng trục

- Cơ cấu vít me – đai ốc không có khe hở và yêu cầu độ cứng vững hướng trục cao, khi lắp chúng ta phải có độ dôi tương ứng với độ cứng vững hướng trục cần thiết

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hãng sản xuất vít me – đai ốc bi, mỗ hãng chế tạo sử dụng vật liệu và công nghệ luyện kim khác nhau, đặc biệt là những sản phẩm đòi hỏi yêu cầu k thuật và độ chính xác cao

Độ cứng vững và vật liệu chế tạo của một số hãng trên thế giới [8, 9, 10]

Bảng 1.1 Vật liệu và phương pháp nhiệt luyện

luyện

Độ cứng (HRC)

1.1.5 Tính toán cơ cấu vít me – đai ốc bi

Các bước tính toán cơ cấu vít me-đai ốc lăn gồm:

- Kiểm tra độ bền vững của cặp bề mặt tiếp xúc dưới tác dụng của tải trọng tĩnh;

- Kiểm tra về tuổi thọ dưới tác dụng của tải trọng thay đổi;

- Kiểm tra độ cứng vững hướng trục;

- Xác định hiệu suất;

- Kiểm tra độ ổn định của vít me (nếu làm việc trong điều kiện uốn dọc);

- Kiểm tra độ ổn định động lực học của vít me làm việc tại số vòng quay cao Tính toán độ bền tĩnh là tìm trị số cực đại của ứng suất tiếp xúc cho trường hợp tiếp xúc bi – rãnh xoắn ốc với dạng gần đúng;

2

2 2 2 1

2 1 2 2

) (

4 , 1

cm

kG r

r

r r E P

K





Trong đó:

- P: Tải trọng tĩnh lên một viên bi, kG

- E: Mô đun đàn hồi của vật liệu, kG/cm2

- r1, r2: Bán kính bi và profile ren

Ứng suất tiếp xúc cho phép theo chỉ tiêu độ bền tĩnh được xác định theo độ cứng bề mặt tiếp xúc:

60.10)

35,2

k

Trong đó:

- T: Thời gian phục vụ cần thiết

- n: Tần số vòng quay tính toán (vòng/phút) Trong trường hợp n thay đổi ta lấy trị số trung bình cộng

- Ci: Số chù kỳ tải tác dụng trong một vòng quay gần bằng một nửa số bi trong một vòng ren

- k: Hệ số thay đổi tải trọng (k  0 , 9)

Nếu lấy T = 5000h; Ci 10; k  0 , 9, ta có:

3 6 ,

2 1 100

Xác định giá trị giới hạn của lực căng lắp ghép cho trước, với sự tương tác

đó lực kéo Q sẽ phân bố lại tải trọng, trong điều kiện lượng dịch chuyển hướng trục tổng cộng của mỗi phần đai ốc bằng nhau:

2 2 3

2 3 2 3 2

Như vậy, ta có lực căng cho phép tối đa như sau:

 

3 2

3 2

, ,

m ax

2

1 1

Q Q Q

Có thể xác định trị số nhỏ nhất của lực căng từ hệ phương trình trên với điều kiện Q2 – Qc = 0, ta có:

 Q c m in  0 , 35Q (1.10)

Trong trường hợp tăng lực căng thì độ cứng vững của cơ cấu sẽ tăng, song tổn thất ma sát cũng tăng và tuổi thọ sẽ giảm Ta dùng công thức xác định lực căng cho trước ứng với trị số lực kéo bất kỳ:

2 1 , 3535

Trong đó  - Lượng dịch chuyển đàn hồi hướng trục

Quan hệ giữa tải trọng pháp tuyến P tại điểm tiếp xúc và lượng dịch chuyển đàn hồi pháp tuyến được xác định bởi công thức:

3 2

4

10.48,0

d C



Từ những công thức trên, lượng dịch chuyển hướng trục được tính như sau:

3 2

3 1

4

.10.73,1

Q d

3 0 1 6

10.66,

Trong đó 0 là lượng biến dạng hướng trục ban đầu, cm

Như vậy khi tăng biến dạng cho trước 0, độ cứng vững cũng tăng theo Nếu biến dạng do lực căng cho trước gây ra thì

3 2

3 1

Q d

8,

0 d Q c Z tt

Cơ cấu vít me – đai ốc bi kích thước trung bình, độ cứng vững

J = 100 – 200 kG/m

Từ công thức 1-17 và lấy Ztt = 0,7Z thì độ cứng vững theo công thức:

J = 2d1.Z kG/m Như vậy, muốn tăng độ cứng vững của cơ cấu vít me – đai ốc bi trước hết là tăng đường kính vít me hoặc tăng độ cứng vững của ổ tựa vít me và độ cứng vững tiếp xúc của ren Công thức xác định độ cứng vững bộ phận làm việc của vít me:

v v

L

d J

2

.160

Trong đó Lv là chiều dài làm việc của vít me, cm

Độ cứng vững của ổ chặn vít me: J ed

Trong đó e = 5 với ổ đỡ chặn, e = 10 với ổ chặn

Tổn thất trong vít me – đai ốc bi nhỏ, nếu góc nâng của đường ren không nhỏ qua, thường hiệu suất lớn hơn 0,9

- Hỏng do mỏi: Khi cơ cấu chịu tải trọng theo chu kỳ, thường vít me có thể

bị nứt, gãy hoặc vỡ

- Hỏng do bị ăn mòn: Dưới tác dụng của hóa chất, môi trường làm việc

- Hỏng do mất ổn định: Thường xảy ra đối với các cơ cấu vít me – đai ốc bi

có trục vít quá dài, hoặc kết cấu không cứng vững

Tuy nhiên trong thực tế, những thiết bị máy móc sử dụng cơ cấu vít me – đai

ốc bi thường là những máy móc có độ chính xác cao, hiện đại, tuổi thọ cao đến hàng nghìn giờ, có nhiều thiết bị cảnh báo đi kèm nên hỏng do quá tải rất ít gặp Hỏng do mất ổn định cũng ít gặp ví chỉ một số ít máy có kết cấu vít me – đai ốc bi không cứng vững Vít me – đai ốc bi hỏng chủ yếu do mỏi và mòn do ăn mòn, mài mòn

Một số hình ảnh về mòn các bộ phận của vít me – đai ốc bi:

Hình 1.16 thể hiện vít me bị tróc rỗ bề mặt làm việc do mòn mỏi

Như vậy mòn là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến hỏng vít me – đai ốc bi, gây

ra sai số trong quá trình làm việc và ảnh hưởng đến tuổi thọ Khi lượng mòn đạt đến mức giới hạn, sai số bộ truyền đạt mức tối đa cho phép là lúc bộ truyền hết tuổi thọ

và được coi như hỏng

Trong thực tế mòn của vít me – đai ốc bi là tổng hợp của ăn mòn (mòn hóa học) và mài mòn (mòn cơ học) gây ra Mòn cơ hóa, trong đó mòn oxy hóa là dạng mòn quan trọng nhất – đây chính là “quá trình phá hủy dần dần bề mặt của chi tiết khi ma sát, do tác động của lớp bề mặt Mòn oxy hóa thể hiện ở sự hình thành các lớp màng hấp thụ hóa học của các hợp chất hóa học giữa kim loại với oxy và bong tách của lớp màng này ra khỏi bề mặt ma sát Mòn oxy hóa là quá trình ổn định, cân bằng động giữa phá hủy và phục hồi các lớp màng oxyt, đặc trưng cho điều kiện làm việc bình thường của cặp ma sát” [7] Khi bộ truyền vít me – đai ốc bi chịu ảnh hưởng của quá trình mòn sẽ làm giảm dần kích thước, dẫn đến suy giảm độ chính xác, sai lệch vị trí tương đối của cặp ma sát tăng lên làm tăng va đập, rung động Khi áp suất tại điểm va đập lớn gây biến dạng dẻo bề mặt, chất lượng bề mặt xấu đi dẫn đến ma sát và mòn tăng lên Quá trình mòn chịu ảnh hưởng rất lớn của môi trường sử dụng và bảo quản

1.1.7 Môi trường làm việc của vít me – đai ốc bi trên máy CNC

Ở các nước có nền công nghiệp phát triển như Châu Âu, Bắc M , một số các nước trong khu vực Châu Á (Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan) đều có đặc điểm chung là khí hậu tại các nước này là nhiệt độ ít có biến động lớn trong ngày

Đặc điểm khí hậu Việt Nam [7.1, 15]: Khí hậu phân thành ba vùng riêng biệt, miền Bắc là khí hậu cận nhiệt đới ẩm, Bắc Trung Bộ là khí hậu nhiệt đới gió mùa, miền Nam và Nam Trung Bộ là khí hậu nhiệt đới Xavan Đồng thời do lãnh thổ nằm ở phía đông nam của lục địa Châu Á, giáp với biển Đông nên khí hậu Việt Nam chịu ảnh hưởng trực tiếp của gió màu mậu dịch thường thổi ở các vùng có vĩ

độ thấp

- Đặc điểm khí hậu miền Bắc: Khí hậu cận nhiệt đới ẩm với bốn màu Xuân,

Hạ, Thu, Đông rõ rệt Tuy nhiên miền này có khí hậu mang đặc điểm nổi bật là rất mất ổn định về thời gian bắt đầu – kết thúc của các mùa và cũng mất ổn định về nhiệt độ Nhiệt độ giữa các mùa trong năm, ngày trong tháng và trong ngày biến đổi khá lớn Mức biến đổi nhiệt độ thông thường từ 8 - 100C, các biệt có những ngày lên đến 150C Độ ẩm cũng biến động lớn, từ 50% - 100%

- Đặc điểm khí hậu miền Bắc Trung Bộ: Khí hậu nhiệt đới gió mùa, đồng thời là vùng khí hậu chuyển tiếp giữa hai miền bắc và nam với Nam Trung Bộ Nhiệt độ biến đổi chủ yếu giữa các tháng trong năm, nhiệt độ trong ngày khá nhỏ,

từ 3-50C

- Đặc điểm khí hậu miền Nam: Khí hậu nhiệt đới Xavan với hai mùa là mùa mưa và mùa khô, quanh nam nhiệt độ cao nhưng ít biến động, nhiệt độ khá ổn định giữa các tháng trong năm và nhiệt độ trong ngày

Hiện nay ở Việt Nam, các thiết bị có sử dụng bộ truyền vít me – đai ốc bi thường được đặt trong nhà xưởng có mức độ cách nhiệt thấp, cách ẩm với môi trường tương đổi kém, không được quan tâm đúng mức sự ảnh hưởng của môi trường đến độc chính xác và khả năng làm việc của thiết bị

Hình 1.17 Môi trường làm việc của máy CNC có điều hòa (Nguồn [14])

Hình 1.17 là hình ảnh thiết bị có sử dụng bộ truyền vít me – đai ốc bi đang làm việc trong xưởng có trang bị điều hòa không khí để giữ ổn định nhiệt độ, độ ẩm của môi trường

Hình 1.18 Môi trường làm việc của máy CNC tại Việt Nam

Hình 1.18 là hình ảnh thiết bị có sử dụng bộ truyền vít me – đai ốc bi đang làm việc trong một công ty cơ khí của Việt Nam có điều kiện thông gió và cách nhiệt kém

1.2 Công nghệ gia công trục vít me bi

Để gia công trục vít me bi, có thể sử dụng phương pháp định hình hoặc phương pháp SSM (Sculptured Surface Machining)

- Phương pháp gia công định hình: Theo phương pháp này dụng cụ cắt có profin giống như profin của bề mặt rãnh ren cần gia công Với phương pháp này có thể thực hiện trên máy tiện, máy phay hay mài định hình

Hình 1.19 Máy tiện 1A675 gia công trục vít me

Một số thông số k thuật chính của máy tiện 1A675:

Chiều cao tâm: 1320 mm

Khoảng cách 2 tấm: 12,5 m

Đường kính gia công lớn nhất: 2000 mm

- Phương pháp SSM (Sculptured Surface Machining): Theo nguyên lý này dụng cụ cắt không cần có profin giống như profin của bề mặt cần gia công Phương pháp này có thể thực hiện trên máy tiện hoặc máy phay CNC Quá trình cắt diễn ra liên tục, dụng cụ cắt sẽ chuyển động tương đối so với chi tiết ở từng điểm khác nhau trên bề mặt profin gia công

Hình 1.20 Phương pháp gia công SSM

Hình 1.21 Gia công trục vít me bi trên máy phay CNC 4 trục có gắn đầu quay

truyền động của bộ truyền vít me – đai ốc bi ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác kích thước sản phẩm

- Với những ưu điểm nổi bật, phạm vi ứng dụng của vít me – đai ốc bi không chỉ áp dụng trong lĩnh vực cơ khí mà còn có mặt trong rất nhiều các máy móc thiết

bị có yêu cầu độ chính xác cao và hiệu suất truyền động lớn, đặc biệt là trong một

số hệ thống nâng thẳng đứng có tải trọng lớn, yêu cầu độ chính xác cao

- Hiện nay Việt Nam chưa chế tạo được vít me – đai ốc bi thành phẩm Các máy công cụ chủ yếu được nhập từ các nước có nền công nghiệp phát triển với nhiều vùng miền khác nhau Việc sử dụng, bảo quản mới chủ yếu dựa theo tài liệu

k thuật về vít me – đai ốc b được công bố Với những điều kiện sử dụng, bảo quản trong môi trường nhiệt độ, độ ẩm Việt Nam mà chưa có công bố thì chưa được nghiên cứu

Chương 2

LÝ THUYẾT TUỔI THỌ VÀ ĐỘ TIN CẬY VÍT ME – ĐAI ỐC BI

2.1 Tổng quan về mòn vật liệu

2.1.1 Mòn theo thời gian

Đại lượng quan trọng để đánh giá mòn theo thời gian hoặc quãng đường ma sát là lượng mòn U, nó là giá trị mòn của cặp ma sát trong một khoảng thời gian hay một quãng đường ma sát nào đó Lượng mòn U có thể được đánh giá theo chiều cao của lớp mòn trên bề mặt ma sát hay theo khối lượng mất đi của cặp ma sát trong quá trình làm việc Đối với điều kiện mòn bình thường, lượng mòn phụ thuộc vào thời gian hoặc quãng đường ma sát và được chia thành ba giai đoạn cơ bản: Giai đoạn chạy rà, giai đoạn mòn ổn định và giai đoạn mòn khốc liệt Sự phụ thuộc của mòn theo thời gian được biểu thị theo đồ thị dưới đây:

Hình 2.1 Sự phụ thuộc mòn vào thời gian t hoặc quãng đường ma sát L (Nguồn: [7])

Giai đoạn mòn chạy rà: Là một quá trình cơ lý hóa rất phức tạp với dấu hiệu bên ngoài là sự thay đổi hình dáng hình học ở mức vi mô hoặc siêu vi mô Giai đoạn này, tốc độ mòn giảm dần do ban đầu tiếp xúc thực nhỏ, áp suất lớn gây ra biến dạng dẻo, các nhấp nho bị phá hủy và đồng thời bị nén ép tạo thành các bề mặt thứ cấp có tiếp xúc thực lớn hơn, khi áp suất riêng trung bình phù hợp với áp suất

riêng cho phép thì tốc độ mòn giảm đến một giá trị ổn định theo thời gian, quá trình mòn lúc này sẽ chuyển sang giai đoạn ổn định

Giai đoạn mòn ổn định, lượng mòn tuyến tính với thời gian hoặc quãng đường ma sát Có thể dự báo được tuổi thọ của cặp ma sát khi xác định trước được lượng mòn giới hạn

Giai đoạn mòn khốc liệt: Khi lượng mòn U đạt tới giá tị giới hạn, nó làm thay đổi rõ ràng chế dộ lắp ghép, tăng sai lệch hình dáng hình học của bề mặt tiếp xúc dẫn đến va đập của các bề mặt ma sát và chuyển sang giai đoạn mòn khốc liệt, trạng thái hình học tế vi xấu đi, nhấp nhô tăng lên làm tốc độ mòn ngày càng tăng mạnh

Trong giai đoạn mòn ổn định, quy luật mòn là tuyến tính [7] Để xác định quy luật mòn của giai đoạn này cần ít nhất giá trị lượng mòn tại hai thời điểm khác nhau, từ đó xác định được tốc độ mòn của giai đoạn mòn bình thường này

2.1.2 Ảnh hưởng của các yếu tố cơ bản đến mòn

2.1.2.1 Ảnh hưởng của tải và vận tốc đến mòn

a) Sự phụ thuộc của cường độ mòn vào tải (áp lực) [7]

Đối với bề mặt không được chạy ra, tải trọng riêng ảnh hưởng phi tuyến đến cường độ mòn: I  P(1,4…3), đặc biệt là với những bề mặt có diện tích tiếp xúc nhỏ Đối với bề mặt đã được chạy rà, độ sóng bề mặt làm việc giảm phi tuyến, cường độ mòn tỷ lệ với tải trọng riêng Trong trường hợp tổng quát, : I  P(1…3) là phù hợp với thực nghiệm

b) Sự phụ thuộc của cường đọ mòn vào vận tốc [7]

Tính chất và cường độ của quá trình mòn được quyết định trước hết do giá trị vận tốc, quan hệ : I  f(v) là quan hệ cơ bản trong mối quan hệ với các thông số cơ học Mối quan hệ có tính nguyên tắc giữa cường độ mòn I và vận tốc v trên đồ thị cho thấy trường hợp tổng quát có ba giai đoạn điển hình:

Giai đoạn I: Giai đoạn mòn ổn định cùng với mòn ooxxy hóa trong chế độ

ma sát bình thường ' ''

th

V   Giai đoạn II: Mòn không bình thường với tróc loại 1, ''

Giai đoạn III: Mòn không bình thường do tróc loại 2 và sự quá tải nhiệt trong vùng tiếp xúc ''

th

V

V 

Hình 2.2 Đồ thị nguyên tắc sự phụ thuộc của mòn vào vận tốc (Nguồn: [7])

Tùy thuộc vào điều kiện ma sát, các trị số vận tốc giới hạn '

th

V , ''

th

V có thể thay đổi, làm cho giới hạn của miền ổn định và cường độ mòn bị thay đổi đi

Hai yếu tố chính quyết định sự biến đổi quá trình ma sát và mòn của tác dụng

cơ học bên ngoài đó là áp lực và vận tốc Chúng xác định mức độ và Gradian của biến dạng dẻo, đàn hồi của nhiệt độ trong vùng ma sát, mức độ hoạt hóa kim loại và hiện tượng dẫn xuất khác Nói cách khác là chúng quyết định dạng quá trình phá hủy hay mòn chiếm ưu thế

Chấp nhận lý thuyết mỏi cho các dạng mòn khác nhau, cường độ mòn tuyến tính phụ thuộc vào áp suất p trong vùng tiếp xúc



Tổng quát, tốc độ mòn được xác định theo hàm số mũ [7]:

n m

V p

k .



2.1.2.2 Ảnh hưởng của rung động [7]

Khi tạo nên các biến dạng thay đổi của vật liệu ở vùng tiếp xúc các bề mặt chi tiết lắp ghép, tải trọng động đã làm xuất hiện dòng điện cảm ứng thay đổi trong lớp biến dạng Sự thay đổi của từ thông tạo ra suất điện động cảm ứng trong khung (hình thành bởi các chi tiết lắp ghép) Tính chất của lớp ooxxyt và chất bôi trơn ảnh hưởng đến điện trở và thể hiện trong vùng tiếp xúc là nguyên nhân của sự hoạt hóa

bề mặt và phát triển mòn oxy hóa Sự xâm thực và các quá trình điện hóa làm giảm tuổi thọ của mối ghép rất nhiều Hiện tượng này gọi là hiện tượng điện động lực học của mòn Theo quan điểm động lực, tải trọng động có tần số cao và biên độ nhỏ sẽ

có lợi nhất (đặc biệt là khi thành phần cố định của tải trọng bị hạn chế) nên để nâng cao tuổi thọ của chi tiết máy cần bảo đảm:

- Giảm tải trọng động ở phần tần số cao (20Hz) và tạo ứng suất tiếp xúc cố định (350-400MPa)

- Tạo ra ứng suất dư nến ở bề mặt biến dạng

- Làm đều áp suất và giảm điện trở trên cơ sở dịch chuyển chọn lọc khi ma sát

- Sử dụng chất bôi trơn dẫn điện

- Sử dụng các chất bảo vệ (bù cho sự phân cực anot trong vùng tiếp xúc) từ những vật liệu hoạt động hơn trong dãy

2.1.2.3 Ảnh hưởng của vật liệu bôi trơn [7]

Vật liệu bôi trơn được chọn phải đảm bảo giảm ma sát, bảo vệ lớp bề mặt kim loại Vật liệu bôi trơn được lựa chọn theo tải và tốc độ chuyển động tương đối giữa trục vít, bi, đai ốc Nếu dùng đúng, ngoài việc giảm hệ số ma sát và bảo vệ bề mặt, nó còn giảm bớt năng lượng tăng nhiệt độ trong vít me – đai ốc bi

Khi tốc độ chuyển động lớn và tải nhỏ, nên chọn dầu có độ nhớt nhỏ, khi tốc

độ chuyển động thấp mà tải lớn thì nên chọn dầu có độ nhớt cao hơn

Thông thường, sử dụng dầu có độ nhớt 32-68 cSt tạo 400

C (ISO VG 32 – 68) được dùng cho bộ truyền vít me – đai ốc bi có tốc độ cao, dầu có độ nhớt 90 cSt (ISO VG 90) được dùng cho các bộ truyền tốc độ thấp [11]

Khi nhiệt độ xuống thấp, vật liệu có xu hướng co lại, lớp vật liệu bên ngoài

sẽ co nhiều hơn do không chịu cản trở của các lớp vật liệu liền kề với nó, làm cho kích thước chi tiết có xu hướng giảm về phía có vật liệu Sự co kéo do hình dáng không đều, kích thước và vật liệu của chi tiết máy cũng giống như sự giãn nở không đều khi tăng nhiệt độ làm xuất hiện hiện tượng kẹt (tăng tải) hoặc tải va đập, do khoảng trống giữa các bề mặt ma sát tương ứng là nhỏ đi hoặc tăng lên Cả hai hiện tượng này đều dẫn đến biến dạng bề mặt nhiều hơn, chất lượng bề mặt kém đi, thuận lợi cho việc cào xước bề mặt trong quá trình chuyển động gây mòn

- Ảnh hưởng của độ ẩm:

Độ ẩm được biểu thị bằng hai đại lượng Độ ẩm tuyệt đối được tính theo lượng hơi nước có trong một đơn vị thể tích không khí (kg/cm3); độ ẩm tương đối (RH %) là tỷ số tính phần trăm giữa lượng hơi có thực trong không khí so với lượng hơi có trong không khí bão hòa với cùng nhiệt độ

Độ ẩm tương đối là đại lượng thể hiện lượng hơi nước có trong một đơn vị thể tích không khí và nói lên khả năng hòa tan thêm hơi nước trong không khí so với mức tối đa Bởi vậy trong thực tế thường sử dụng khái niệm độ ẩm tương đối thay vì sử dụng khái niệm độ ẩm tuyệt đối

Khi lượng hơi nước trong không khí tăng lên, tiếp xúc với chất bôi trơn làm suy giảm tính năng bôi trơn Lượng oxy trong không khí có cơ hội tiếp xúc với bề mặt ma sát nhiều hơn tạo điều kiện cho việc hình thành lớp oxyt trên bề mặt Lớp oxyt này có cơ tính khác hẳn với cơ tính của lớp kim loại nền Khi hai bề mặt ma

sát tương tác với nhau tại vị trí có lớp oxyt, ứng suất giữa lớp bề mặt và lớp kim loại nền có sự chênh lệch lớn làm màng oxyt dễ bị bong tróc, gây mòn vật liệu [5]

- Ảnh hưởng của biến đổi nhiệt độ và độ ẩm

Do các chi tiết trong máy, thiết bị có kích thước, yêu cầu k thuật khác nhau nên chúng thường được làm bằng vật liệu khác nhau Khi biến đổi nhiệt độ xảy ra, các chi tiết có vật liệu và kích thước khác nhau sẽ có hệ số giãn nở (co) nhiệt khác nhau dẫn tướng hiện tượng biến đổi, làm suy giảm tính năng ký thuật của máy

Độ ẩm tương đối không khí cao có ảnh hưởng lớn đến sự mài mòn chi tiết máy Khi độ ẩm không khí có giá trị từ 80% đến 100% sẽ ảnh hưởng đáng kể đến

sự tạo thành lớp oxyt trên bề mặt và ăn mòn các chi tiết máy Khi ở vùng có độ ẩm tương đối cao, sự chênh lệch nhiệt độ không khí với bề mặt tiếp xúc lên tới trên 50

2.2 Tuổi thọ của vít me – đai ốc bi

2.2.1 Tuổi thọ của vít me – đai ốc bi theo lý thuyết

Thông thường tuổi thọ của các chi tiết , kết cấu máy được xác định phụ thuộc vào yêu cầu và điều kiện làm việc của chi tiết, kết cấu Tuổi thọ được xác định theo

độ bền: Khả năng tải tĩnh; khả năng tải động; mòn; mỏi (khi làm việc nhiều chu trình) hoặc tuổi thọ theo độ chính xác làm việc

Đa phần chi tiết, kết cấu máy đều được thiết kế, chế tạo để làm việc với độ chính xác làm việc nhất định trong điều kiện tải động và phải làm việc nhiều chu trình, do đó bài toán xác định tuổi thọ thường là bài toán tổng hợp xác định số chu trình làm việc khi chịu tải mà độ chính xác làm việc vẫn ở trong một mức nhất định, gồm bài toán xác định độ bền mỏi và bài toán xác định số chu trình làm việc ứng với mức tải, vận tốc để độ chính xác làm việc của vít me – đai ốc bi ở từng cấp chính xác

Trên cơ sở nghiên cứu, thống kê các thi nghiệm do mỏi, lập được đồ thì quan

hệ ứng suất với số chu kỳ thay đổi ứng suất N mà chi tiết, cụm chi tiết chịu được đến khi hỏng [9] Phương trình đường cong mỏi được viết dưới dạng:

m

Trong đó:

C: Hằng số;

M: Bậc của đường cong mỏi;

N: Số chu kỳ thay đổi ứng suất;

: Ứng suất

Hình 2.3 Đồ thị đường cong mỏi (Nguồn: [9])

Với những cặp ma sát có tiếp xúc đàn hồi Trong quá trình ma sát, thể tích lớp vật liệu bề mặt chịu ứng suất biến thiên theo chu kỳ Tác động của mỗi chu kỳ không mất đi mà tích lũy lại các hư hỏng, dẫn đến phá hủy Tuy nhiên “số chu kỳ

ma sát dẫn đến phá hủy vật liệu hay bậc của đường cong mỏi phải xác định bằng thực nghiệm Số mũ của mỗi thông số mỏi trên thực tế đặc trưng cho tất cả các quá trình lý hóa khi ma sát, hiện nay không tính toán được mà phải qua thực nghiệm Thứ nhất là thử nghiệm mòn, thứ hai là thí nghiệm trên thiết bị đo tiếp xúc cục bộ cho vật liệu không tương tác cơ hóa với môi trường

Khi thử nghiệm mòn, sử dụng kết quả thử nghiệm mòn tại hiện trường và trong phòng thí nghiệm để tổng hợp hoặc kiểm nghiệm lại các dữ liệu Nhược điểm của phương pháp này là mẫu thử ít, để có độ chính xác cao phải có nhiều thời gian, kinh phí [7]

Với bộ truyền vít me – đai ốc bi, tuổi thọ được xác định theo số chu trình làm việc khi đặt tải mà vẫn đạt cấp chính xác nhất định, và được tính toán dựa trên vật liệu, kích thước, độ chính xác, nhẵn bóng bề mặt, công nghệ xử lý bề mặt,… Các thông số này được tổng hợp và thể hiện qua giá trị tải tĩnh cho phép Coa; giá trị tải động cho phép Ca và các hệ số tuổi thọ phụ thuộc vào độ cứng bề mặt fh; cấp chính xác fac; quá trình nấu chảy vật liệu fm; được tính toán và cho bởi nhà sản xuất trên

cơ sở quy định về tuổi thọ các bộ truyền vít me bi trong tiêu chuẩn ISO 3408 – 1

-2006, ISO 3408 – 2 – 1991, ISO 3408 – 3 – -2006, ISO 3408 – 4 – -2006, ISO 3408 - 5-2006

Tuổi thọ cho bộ truyền không được đặt tải trước (ISO 3408-5-2006):

- Tuổi thọ cho bộ truyền làm việc một chiều:

Tuổi thọ tính theo số vòng quay L (vòng)

6 3 10

n

L L

60

Trong đó:

j j n j

100 1

m

j j n j m

q n

n F

F    : Tải tương đương;

Fj: Giá trị tải dọc trục vít me ở chế độ làm việc thứ j;

qj: Tỷ lệ phần trăm trục vít làm việc ở tốc độ nj và Fj

- Tuổi thọ cho bộ truyền làm việc hai chiều:

6 3

2 , 1 2

L1, 2: Tuổi thọ cho chiều 1 là L1 và chiều 2 là L2;

Fm1, 2: Tải tương đường ở chiều 1 là Fm1 và chiều 2 là Fm2

Tuổi thọ cho bộ truyền đặt tải trước(ISO 3408-5-2006):

6 3

) 2 ).(

1 ( 2

C

Trong đó: Fma(1) và Fma(2) là tải tương đương thực tế theo chiều 1 của đai ốc

và theo chiều 2 của đai ốc

Tuổi thọ của bộ truyền làm việc hai chiều

 10/99 / 10

2 9 / 10 1

Tuổi thọ với hệ số độ tin cậy

Theo đơn vị tính số vòng quay

Lar = L.far (vòng) (2.9) Hoặc với vít me – đai ốc bi làm việc hai chiều hoặc đặt tải trước

Lar = Lr.far (vòng) (2.10) Theo đơn vị tính “h”: