MỞ ĐẦU

    Trong cơ khí, phá hủy bề mặt làm việc của các chi tiết máy do mòn bởi ma sát là một trong những nguyên nhân chính gây ra hư hỏng. Vì vậy vấn đề nghiên cứu tính chất mòn của các cặp vật liệu được sử dụng trong kỹ thuật rất cần được làm một cách có hệ thống. Ở Việt Nam, vấn đề càng chở nên quan trọng vì đất nước ta đang trong qua trình phát triển mạnh mẽ, trong đó cơ khí là nền tảng.

    Với các sinh viên, trong qua trình học tập việc thí nghiệm với các máy thí nghiệm thực tế giúp cho sinh viên có cách nhìn nhận tiếp cận vấn đề nhanh hơn và dõ hơn. Được tiếp xúc với thí nghiệm trong thực tế giúp sinh viên hiểu sâu, nắm vững được lý thuyết đã được học trên lớp.

    Do đó, chúng tôi thực hiện đề tài tốt nghiêp: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy thí nghiệm BK10 đo tính năng mòn ma sát của cặp vật liệu”. Đề tài nhằm mục đích thiết kế, chế tạo một thiết bị thí nghiệm có khả năng tạo ra dạng mòn khốc liêt, tức là trong thời gian ngắn có thể tạo ra được lượng mòn lớn mà nếu trong thực tế phải sử dụng trong thời gian rất dài mới có thể tao ra. Phải tạo ra lượng mòn lớn trong thời gian ngắn bởi trong điều kiện thời gian thí nghiệm thực tế của sinh viên rất ngắn nên không thể kéo dài thí nghiêm. Thời gian thí nghiệm ngắn nhưng lượng mòn phải đủ lớn để có thể quan sát, tính toán bằng các thiết bị đơn giản, không quá đắt tiền mà vẫn đem lại hiệu quả và đạt được độ chính xác có thể chấp nhận.

CHƯƠNG 1. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐO MÒN

1. Các phương pháp thử độ mòn.

  - Có ba nhóm phương pháp thử mòn trong sản xuất

+ Phương án thứ nhất: không cần tháo, đánh giá độ mòn theo sự thay đổi các thông số kĩ thuật của máy (phân tích hoá học, quang phổ, phân tích hoạt tính của dầu bôi trơn, đồng vị phóng xạ). Do điều kiện không cho phép nên ta không tiến hành theo phương pháp này

+ Phương pháp thứ hai: có tháo máy, đo chính xác hoặc cân. Phương pháp này bất tiện khi phải tháo máy, do vậy ta cũng không dùng phương pháp này.

+ Phương pháp thứ ba: cần phải tiến hành những công tác chuẩn bị đặc biệt cho bề mặt ma sát trước khi làm việc, bao gồm hai phương pháp chuẩn nhân tạo và chỉ thị phóng xạ. Ta dùng phương pháp chuẩn nhân tạo.

     Mỗi phương pháp trên đều có ưu và nhược điểm, điều này được trình bày tỉ mỉ trong nhiều công trình nghiên cứu của các tác giả khác nhau như Đ.A ĐIATRENKHO

Để nghiên cứu vấn đề mòn trên những mẫu thử ở trong phòng thí nghiệm, người ta đã chế tạo những máy đo mòn khác nhau tương ưng với những điều kiện ma sát, vật liệu và môi trường khác nhau. Với nhiệm vụ đồ án này chúng ta đi nghiêm cứu thiết kế và chế tạo theo phương án thứ 3 với phương pháp chuẩn nhân tạo.

3. Chọn phương pháp thử mòn.

     Trong phần một ta đã đưa ra một số phương pháp tính cường độ mòn, để đơn giản ta tính cường độ mòn của cặp ma sát theo năng lượng

 Trong quá trình tiếp xúc ma sát, phần tử mòn sẽ tác ra khỏi bề mặt ma sát là lớp bề mặt của vật liệu tiếp xúc ma sát đã tích lũy đủ nội năng dự trữ.Phần lớn công ma sát được khuyếch tán dưới dạng điện năng,chỉ còn một phần nhỏ từ 9 đến 16% tích lũy trong vật liệu dưới dạng nội năng.Đây chính là nguyên nhân dẫn tới  phá hủy bề mặt  tiếp xúc ma sát ( Et.Fleisder).

CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY ĐO MÒN

2.1. Yêu cầu thiết kế và chọn phương án thiết kế:

Dựa trên 4 mô hình đo mòn đã nêu ở phần 2 (mô hình đo mòn dạng bạc-đĩa hay đo mòn dạng cốc) và một số các thông số đã biết trước như sau:

+ Vật liệu thử : thép-thép, thép-đồng, nhôm-đồng, nhựa-đồng…

+ Yêu cầu có thể phát hiện mòn của cặp mẫu thử trong thời gian ngắn (trong khoảng 10-30 phút), hay nói cách khác ta phải thiết kế máy sao cho thử được các cặp vật liệu dưới dạng mòn khốc liệt.

Dựa vào những yêu cầu trên ta đưa ra một số phương án thiết kế máy như sau:

Hình 6. Phương án máy 1 của mô hình đo mòn dạng đĩa chốt.

Ưu điểm của mô hình này là ta có thể thay đổi vận tốc quay của mẫu a nhờ động cơ và thay đổi được lực nén của mẫu b nhờ bộ khí nén

Nhược điểm của mô hình này là do dùng đĩa chốt nên lượng mòn ko đều trên toàn bộ mẫu thử

- Ưu điểm của phương án này là ta có thể thay đổi toàn bộ các thông số đo của máy tự động nhờ bộ khí nén và buly động cơ . Các mẫu thử đươc kẹp chặt trên các mâm cặp giúp cho việc thực hiên thử mòn an toàn và hiệu suất cao nhất.

3.2.1. Chọn động cơ

3.2.1.1.Xác định lực ma sát tác dụng vào trục

Chọn hệ thống tạo lực sử dụng khí nén. Với đường kính piston khí nén có đường kính trong của xylanh là D= 40mm. Với áp suất lớn nhất của máy nén khí là p= 6 kg/cm². Áp lực do piston tạo ra là:

P­_N= p.g.πR²= 6.10.3,14.2­²= 753,6 (N)

Áp lực tác dụng lên đầu trục là P= 753,6 N

Chọn mẫu thử nghiệm là cặp mẫu Thép-Nhựa Polyethylene có hệ số ma sát f_pt =  0,38. Kích thước mẫu thử

Lực ma sat tác dụng vào trục là:

F_ms= P.f = 753,6.0,38 = 286,4 (N)

3.2.1.2.Chọn động cơ

Để đảm bảo cho bộ truyền động băng tải làm viêc đươc thì công suất động cơ (P_đc)

                                           P_đc > P_yc

Với  P_yc được tính theo công thức

                                            P_yc=

Trong đó: P_ct : Công suất trên trục công tác

 : Hệ số tải trọng tương đương

 : Hiệu suất của bộ truyền

Lực kéo của động cơ cần thiết để thắng lực ma sát là

F > F­_ms= 60,288 N

Do đó công suất trên trục công tác là

P­_ct=  =  = 0.30

P_yc= P­_ct/ = 0,30

Vậy chon động cơ 4A80A8Y3 có công suất P= 0,37 kw,

n­_đb=750 vg/ph.

Chọn phương án truyền động từ động cơ đến trục băng đai thang với 3 tỷ số truyền khác nhau.

Tỷ số truyền của các đai lần lượt là: i=1.5, i=2.0 và i=2,5.

Tốc độ của trục chính co thể đạt được các tốc độ khi chạy không tải là: 1125 vg/ph, 1500 vg/ph và 1875 vg/ph.

Mô men xoắn tác dụng lên trục là:

Áp dụng công thức:   T=  =   = 2546,7 (Nmm)

Lực tác dụng lên trục là:

F_r= 2T/D = 2.2546,7/30= 170 (N)              

Chọn đường kính trục là d₁= 25 mm, d₂= 25 mm.

3.2.2. Chọn ổ lăn

3.2.2.1.  Chọn ổ

F_a/F_r= 1098/97= 11,3. Ta thấy lực dọc trục lớn hơn rất nhiều so với lực hướng tâm nên ta chọn ổ bi chặn hai dãy có ký hiệu ổ 38205. Ổ có các thông số d= 25, d₁= 25,2 d₂=20, D=47, H₂= 28, a=7, C= 20,4 kN, C₀= 41 kN.

3.2.2.2.Kiểm nghiệm khả năng tải của ổ

- Tính tải trọng động quy ước.

Q=F_ak_tk_đ

                   - Nhiệt độ < 100⁰C  k_t = 1

                   - Tải trọng va đập vừa và rung động, quá tải ngắn hạn và tới 150% so với tải trọng tính toán.    k_đ = 1,5

  Vậy    

Q =1098.1,5.1= 1647 (N),

- Tính khả năng tải động

     Khả năng tải động C_d tớnh theo cụng thức:

  L – tuổi thọ ổ lăn     triệu vòng

  M – bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn  m = 3

     Ta có   C_d= 19,06 kN

- Kiểm tra khả năng tải tĩnh của ổ

  Tải trọng tĩnh quy ước   Q_t = X₀F_r + Y₀F_a

  Với ổ bi chặn 2 dãy X₀ = 1,0    Y­₀ = 0,97

 Suy ra  Q_t = 1,0.1098+0,97.97 = 1192(N) > F_r   nên lấy   Q_t = 1,2  kN

  Do Q_t< C₀ = 41 (kN)  nên khả năng tải tĩnh được đảm bảo.

3.2.3. Cơ cấu kẹp mẫu

Sử dụng mâm cặp 3 chấu tự định tâm đã được tiêu chuẩn hóa

3.2.4. Hệ thống tạo lực

Hệ thống tạo lực bao gồm:

+ Máy nén khí: cung cấp khí nén tạo áp suất

+ Van đảo chiều: điều khiển dòng khí nén

+ Piston khí nén: tạo lực, biến áp suất thành cơ năng

Kết luận 1:

+ Với cặp vật liệu đồng- thép ta thấy áp lực càng tăng thì cường độ mòn càng tăng trong khoang p= 314-502N

+ Trong khoảng P=314-440 N thì mặc dù áp lực tăng đều nhưng cường độ mòn tăng rất ít, điều này cho ta một kết luận là trong vùng điều kiện này cặp vật liệu làm việc hợp lý hơn

+ Trong khoảng P=440-502 N thi lại hoàn toàn ngược lại, áp lực P tăng ít nhưng mà cường độ mòn đột nhiên tăng mạnh, điều này cho thấy nếu cặp vật liệu làm việc trong vùng điều kiện này là không tốt

Cặp mẫu thử thép- thép

Kết luận 2:

+ Với bảng số liệu và đồ thị mòn của cặp vật liệu thép-thép cho ta thấy trong khoảng P=314-502 N thì đồ thị cường độ mòn của cặp vật liệu này chia làm 3 đoạn

-         Đoạn thứ nhất( p=314-377 N) : trong đoạn này khi áp lực tăng thì cường độ mòn cũng tăng khá mạnh

-         Đoạn thứ hai( p= 377-440 N) : trong đoạn này mặc dù áp lực tăng nhưng cường độ mòn lại có xu thế giảm đi, do đó ta có thể thấy vùng điều kiện này là vùng làm việc an toàn của cặp vật liệu này

-         Đoạn thứ ba( p=440-502 N) : trong đoạn này giống với đoạn thứ nhất, khi áp lực tăng thì cường độ mòn cũng tăng mạnh theo

 Cặp mẫu thử Thép- Nhựa: ,D₁= 30, D₂=25

Kết luận 3:

 Với bảng số liệu và đồ thị mòn của cặp vật liệu nhưa-thép trên cho ta một số kết luận sau:

+ Đồ thị cường độ mòn của cặp vật liệu này gần giống như đồ thị cường độ mòn của cặp vật liệu thép-thép, nó cũng được chia làm 3 đoạn

- Đoạn thứ nhất( p=314-440 N) : khi áp lực tăng thì cường độ mòn cũng tăng mạnh theo

- Đoạn thứ hai( p= 440-502 N) : khi áp lực tăng thì cường độ mòn có xu hướng giảm, đây là vùng điều kiện tốt cho cặp vật liệu này khi làm việc

- Đoạn thứ 3( p= 502-613 N) : khi áp lực tăng thì cường độ mòn cũng tăng mạnh theo

KẾT LUẬN

    Sau một thời gian làm đồ án, dưới sự hướng dẫn chỉ bảo của các thầy giáo trong bộ môn, đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn:…..……..., đến nay đồ án của em đã hoàn thành đúng thời hạn đảm bảo các nhiệm vụ được giao.

    Qua quá trình làm đồ án đã giúp tôi làm quen với những công việc cụ thể của người kỹ sư cơ khí trong tương lai, phương pháp làm việc độc lập, sáng tạo, khoa học, kỷ luật, đồng thời đồ án đã giúp bản thân em củng cố thêm các kiến thức đã được học cũng như học hỏi được nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu. Do thời gian có hạn và kiến thức thực tế còn hạn chế nên trong quá trình làm đồ án của em không tránh được những thiếu sót. Kính mong quý thầy cô chỉ bảo để đồ án của em được hoàn thiện hơn.

    Cuối cùng em xin cám ơn thầy giáo hướng dẫn:…..…..……., cùng các thầy trong bộ môn đã tận tình hướng dẫn cho em hoàn thành đồ án này.                                      

   Em xin chân thành cảm ơn !

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"