NGHIÊN cứu bôi TRƠN và KHẢO sát hƣ HỎNG DO mỏi ổ lăn

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nêu Luận văn thân thực hướng dẫn TS Trần Thị Thanh Hải - Viện Cơ khí Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Ngoài phần tài liệu tham khảo liệt kê, số liệu kết thực nghiệm trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả Đinh Công Thạo LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn TS Trần Thị Thanh Hải Viện Cơ khí Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, người hướng dẫn giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài đến trình viết hoàn chỉnh Luận văn Tác giả bày tỏ lòng biết ơn Ban lãnh đạo Viện đào tạo Sau đại học, Viện Cơ khí Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành Luận văn Do lực thân nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận đóng góp ý kiến Thầy, Cô giáo, nhà khoa học bạn đồng nghiệp Tác giả Đinh Công Thạo MỘT SỐ KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN VĂN EP: Chất phụ gia chịu áp CMB: Ổ bi SAW: Vận tốc sóng âm AE: Phương pháp phát xạ âm RUL: Tuổi thọ hữu ích lại chi tiết TGB: Hộp giá đỡ ODM: Dữ liệu cặn dầu SEM: Kính hiển vi điện tử quét toàn diện DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 2.1: Tiêu chuẩn lựa chọn mỡ theo điều kiện làm việc 32 Bảng 2.2: Đặc tính chủ yếu loại mỡ làm đặc chất làm đặc khác 33 Bảng 2.3: Loại mỡ theo kiểu ổ 35 Bảng 2.4: Giá trị Kf theo kiểu ổ 36 Bảng 2.5: Sự giám sát hệ số f1  f5 điều kiện khắc nghiệt môi trường 37 Bảng 2.6: Giá trị q theo động 38 Bảng 2.7: Tính chất độ nhớt dầu 43 Bảng 2.8: Một số dụng cụ bôi trơn 57 Bảng 3.1: Dải kích thước hạt kim loại dầu 103 Bảng 3.2: Tỷ lệ vỡ hạt vòng 107 Bảng 3.3: Tỷ lệ vỡ hạt vòng 107 Bảng 3.4: So sánh chiều dài phù hợp lớp vỡ 110 với chiều dài lớp vỡ đo 110 Bảng 3.5: Đặc điểm vòng bi côn 117 Bảng 3.6: Thành phần hóa học vật liệu vòng bi côn 118 Bảng 3.7: Thành phần hóa học vật liệu phận CMB 125 Bảng 3.8: Vật liệu bẩn vòng 131 Bảng 3.9: Vật liệu bẩn vòng 132 DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: Tiếp xúc trụ dài biến dạng bề mặt mặt phẳng cứng 13 Hình 1.2: Tải phân bố đường bề mặt rắn bán vô hạn 19 Hình 1.3: Vòng tròn Morh ứng suất cho vật liệu điểm A hình (1.2) 20 Hình 1.4: Tải phân bố đối xứng kéo dài qua khe hẹp với bề rộng 2a 22 Hình 1.5: Biến dạng bề mặt phát sinh từ ứng suất tiếp xúc bán elipse 24 Hình 1.6: Tiếp xúc đàn hồi trục 25 Hình 1.7: Sự so sánh phương trình (1.42) (1.43) kết thúc cạnh miền tiếp xúc 26 Hình 2.1: Chiều dày màng dầu diện tích tiếp xúc lăn 29 Hình 2.2: Biểu đồ tuổi thọ mỡ bôi trơn 36 Hình 2.3a: Dùng rãnh dầu bề mặt bích nắp 45 Hình 2.3b: Dùng máng quét 45 Hình 2.4: Mức dầu ngâm lăn 45 Hình 2.5: Biểu đồ thời gian phục hồi dầu cũ 46 Hình 2.6: Thể tích dầu cho trình truyền dẫn dầu bôi trơn 46 Hình 2.7: Lưu lượng dầu cho dòng chảy chất bôi trơn 47 Hình 2.8: Đường kính số vòi phun cho số dòng chảy chất bôi trơn 47 Hình 3.1: Một dạng hư hỏng điển hình ổ lăn 61 Hình 3.2: Sơ đồ hố (vết mỏi) rãnh lăn 61 Hình 3.3: Vết mỏi nhỏ gần mặt vai đỡ vòng bi đỡ dãy 62 Hình 3.4: Mỏi tiếp xúc bề mặt cam 62 Hình 3.7: Mòn tróc bề mặt ray xe lửa Kilburn 64 Hình 3.8: Phân tích trạng thái ứng suất bề mặt 65 Hình 3.9: Hình ảnh phóng to phát triển vết hư hỏng 67 Hình 3.10: Phân bố Weibull ổ lăn điển hình 68 Hình 3.11: Biểu đồ hiệu ổ lăn 69 Hình 3.12: Độ lệch từ công suất tải ngược 70 Hình 3.13: Đường cong V(z) đo vòng bi đỡ dãy 75 Hình 3.14: Siêu âm đầu rò tập trung cho rò rỉ SAW 75 Hình 3.15: Hình dạng phân độ xếp phần tử đầu dò tập trung phân chia 77 Hình 3.16: Phân cực phim thực cách sử dụng bảng điện cực thực máy vẽ mạch điện tử 78 Hình 3.17: Sự xếp chồng phân cực copolymer áp điện phim 78 Hình 3.18: Dán xếp chồng copolymer áp điện phim lên để chuẩn bị vật liệu lớp đệm với bề mặt lõm 79 Hình 3.19: So sánh dạng sóng nhận khoảng 1mm khoảng cách phân kỳ đầu dò tập trung không phân chia đầu dò tập trung phân chia Các độ loại không phân chia 3mm x 10 mm diện tích 81 Hình 3.20: So sánh vận tốc SAW đo cách sử dụng loại đầu dò tập trung phân chia với sóng biên triệt tiêu cách sử dụng đầu dò tập trung phân chia mà không cần triệt tiêu sóng biên 81 Hình 3.21: So sánh đặc tính tần số dạng sóng nhận đầu dò tập trung phân chia với lớp đệm nhựa epoxy lớp đệm tổng hợp 82 Hình 3.22: Các thông số phép đo vận tốc phân kì đầu dò tập trung phân chia 84 Hình 3.23: Sự lặp lại phép đo vận tốc SAW bị rò rỉ 85 Hình 3.24: Vận tốc SAW bị rò rỉ vòng bi có làm việc khác 86 Hình 3.25a: Ảnh chụp phóng đại vết nứt ngắn vết mỏi tiếp xúc gang 89 Hình 3.25b: Hố mỏi hư hại phát triển thép cacbon 89 Hình 3.26: Thiết bị kiểm tra Axmat 90 Hình 3.27: Thiết bị kiểm tra R-mat 90 Hình 3.28: Đường cong tổng AE 92 Hình 3.29: Đường cong AE đo mức độ khác với lượng thấp cấp (gang xám) 92 Hình 3.30: Đường cong AE 93 a, Cấp đến cấp mẫu gang xám 93 b, Cấp đến cấp mẫu thép cacbon 93 Hình 3.31: Xử lý tín hiệu từ pha ban đầu thí nghiệm 94 Hình 3.32: Biên độ quang phổ mẫu thử chọn Giai đoạn phổ tần suất rỗ bề mặt thời gian lựa chọn mẫu giai đoạn rỗ bề mặt 94 Hình 3.33: Thông số tín hiệu AE (C), thu trình thí nghiệm mỏi tiếp xúc gang xám thép cacbon 95 Hình 3.34: Ví dụ xử lý 3D phân bố thống kê (n) biên độ tương đối (ar) đánh giá phút 95 Hình 3.35: Thiết bị phòng thí nghiệm tuổi thọ vòng bi 96 a, Trạm SA 67 96 b, Trạm RAH 96 Hình 3.36: Mẫu thiết bị thử nghiệm xác định hư hỏng vòng bi 96 Hình 3.37: Vị trí gia tốc kế để theo dõi ổ chặn trục phát động TGB 100 Hình 3.38: Mặt cắt ngang hộp giá đỡ thí nghiệm 101 Hình 3.39: Kích thước vụn kim loại vòng kiểm tra xong 102 Hình 3.40: Sự phát triển khối lượng chiều dài hạt kim loại (đo ODM) vòng ổ 27 104 Hình 3.41: Sự phát triển khối lượng chiều dài hạt kim loại (đo ODM) vòng ổ 33 104 Hình 3.42: Sự phát triển khối lượng chiều dài hạt kim loại (đo ODM) vòng ổ 35 105 Hình 3.43: Sự phát triển khối lượng chiều dài hạt kim loại (đo ODM) vòng ổ 36 105 Hình 3.45: Khối lượng hat vụn cho thí nghiệm 107 vòng ổ bi 107 Hình 3.46: So sánh chiều dài khối lượng hạt vụn (ODM) 110 Hình 3.47: Minh họa RUL giới hạn phát ODM 111 Hình 3.48: Sơ đồ minh họa hệ thống bánh trung tâm xe, xe tải… 114 Hình 3.49: hệ thống bánh trung tâm xe, xe tải vòng bi côn bị phá hủy 114 Hình 3.50: Sự phá vỡ rỗ hình thành chu kỳ tải nén vòng vòng bi 116 Hình 3.51a: Con lăn côn bị biến dạng 117 Hình 3.51b: Những ví dụ mảnh vỡ tìm thấy lăn côn 117 Hình 3.52: Vết nứt tạo lên vòng ổ lăn côn 118 Hình 3.53: Độ sâu tối đa vết nứt tạo thành vòng 119 Hình 3.54: Bề mặt phá hủy hình thành vòng 120 Hình 3.55: (a) Sự phân bố ứng suất  y vòng (MPa) 121 (b) Sự thay đổi ứng suất  y dọc bề mặt 121 Hình 3.56: Sơ đồ mô vết nứt rỗ gây tải tác dụng liên tục 122 Hình 3.57: a, Chiếc máy bay sau vụ tai nạn 124 b, Các thành phần vòng bi trục máy nén khí sau tai nạn xảy 125 Hình 3.58: Lắp ráp ổ lăn 125 Hình 3.59: a, Vòng trong, vòng vòng cách sau tai nạn 126 b, So sánh vòng cách cũ vòng cách 126 Hình 3.60: (a-d), Biến dạng phận trước tai nạn xảy 128 e, Giả thuyết phác thảo dựa quan sát hình 3.65(a-d) 128 Hình 3.61 Hiển vi quang học vòng cách lớp phủ bạc 129 Hình 3.62: Các chất bẩn vòng với biến dạng 131 Hình 3.63: Mặt bị nứt vòng cách kiểm tra phương pháp SEM 133 PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Từ thời xa xưa, thiết bị khí chất bôi trơn trở thành yếu tố tách rời Không có chất bôi trơn người thành tựu rực rỡ sáng tạo kì diệu kĩ thuật ngày Bôi trơn biện pháp làm giảm ma sát mài mòn đến mức thấp cách tạo bề mặt vật liệu xảy ma sát lớp chất bôi trơn Lớp chất tạo ngăn cách bề mặt vật liệu cách nhanh chóng sử dụng hợp lí Hầu hết chất bôi trơn dạng lỏng Dầu bôi trơn có chức chủ yếu: - Bôi trơn làm giảm ma sát đó, làm giảm cường độ mài mòn, ăn mòn bề mặt tiếp xúc - Làm bảo vệ chi tiết bôi trơn khỏi hạt mài mòn nhằm nâng cao tuổi thọ máy móc - Làm mát động - Làm kín máy Ngoài chức chủ yếu trên, dầu bôi trơn có nhiều chức khác như: chống gỉ ăn mòn phận làm kim loại; giảm tối thiểu cặn Tuỳ chủng loại máy móc tuỳ điều kiện làm việc, cần lựa chọn dầu bôi trơn thích hợp Nếu dùng không dầu nhớt không hướng dẫn làm giảm tuổi thọ xe gần nửa Để tối ưu công dụng tích cực dầu nhớt, việc sử dụng loại dầu nhớt phương cách cho xe máy trở nên vấn đề “không nhỏ” Chính việc hiểu chưa đủ dầu nhớt người tiêu dùng ảnh hưởng đến hệ thống bôi trơn, nguyên nhân gây tình trạng động nhiệt, trượt ly hợp, chạy không bốc nên hao xăng Nghiêm trọng hơn, tác động xấu gây hư hỏng nặng lột dên, kẹt máy, tróc rỗ bề mặt bánh hộp số Tuy nhớt xe chiếm chưa đến 5% tổng chi phí bảo trì bảo dưỡng xe, có đến 60% trường hợp hư hỏng động xe bắt nguồn từ việc sử dụng dầu nhớt không đảm bảo chất lượng Mỗi loại xe (động cơ) với công suất khác cần có loại dầu nhớt thích hợp Đồng thời, động cơ, phận hoạt động với môi trường, điều kiện khác nên lựa chọn loại dầu nhớt có khả hoạt động tốt nhiều môi trường, đáp ứng nhiều điều kiện Xuất phát từ lý tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu bôi trơn khảo sát hƣ hỏng mỏi ổ lăn ” làm đề tài luận văn tốt nghiệp cao học Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu 2.1 Mục đích nghiên cứu - Tầm quan trọng việc nghiên cứu bôi trơn ổ lăn - Tìm hiểu nguyên nhân gây hư hỏng ổ lăn - Phương pháp bôi trơn lựa chọn chất bôi trơn hợp lý loại ổ - Biện pháp để ổ lăn không bị hư hỏng sớm mỏi 2.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu * Đối tượng nghiên cứu: - Bôi trơn ổ lăn - Hiện tượng mỏi ổ lăn * Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu chất bôi trơn ổ lăn - Nghiên cứu dạng sai hỏng, nguyên nhân biện pháp khắc phục - Phương pháp bôi trơn lựa chọn chất bôi trơn - Khảo sát hư hỏng mỏi ổ lăn 10 nứt vỡ bề mặt lên tới bề mặt Vết nứt vỡ cuối đạt đến bề mặt thông qua phá vỡ bắt đầu mở rộng Cách khác, vết nứt bắt đầu bề mặt ăn sâu vào vật liệu Các phân tích SEM nghiên cứu cho thấy xác suất mà vết nứt bắt đầu bề mặt cao Nguyên nhân điều ứng suất kéo bề mặt tiếp xúc Dù điều kiện làm việc bôi trơn hoàn hảo, ứng suất kéo tăng tải dẫn đến phá hủy Trong nghiên cứu phá hủy mỏi tiếp xúc điển hình phá hủy từ việc tải bôi trơn không đầy đủ bị ô nhiễm Kết là, bề mặt nứt thể Hình 3.56 mở rộng vào bên tải tiếp tục tác dụng, sau lên bề mặt.Một số nghiên cứu [9, 10] cho góc vết nứt bề mặt 25 , nghiên cứu khác [6] cho thấy 22 cho kết tốt Hình 3.56: Sơ đồ mô vết nứt rỗ gây tải tác dụng liên tục 3.5.4 Kết luận Kết nghiên cứu cho thấy nguyên nhân phá hủy mỏi tiếp xúc vòng bi gây tải vòng bi Cần lưu ý điểm sau đây: • Phá hủy mỏi tiếp xúc coi kết tải bôi trơn không đầy đủ, bôi trơn không đầy đủ bề mặt vòng bi bị mài mòn Ít chứng mài mòn ghi nhận • Để cải thiện tuổi thọ làm việc ổ lăn cần 122 (a) giảm tải xe tải (b) tăng độ cứng phần ổ lăn (c) thiết kế lại ổ lăn để tăng diện tích tiếp xúc • Phân tích phần tử hữu hạn quan sát kính hiển vi cho kết phù hợp: vết nứt bắt đầu xảy ứng suất kéo điểm tiếp xúc thành phần vòng bi • Các phân tích SEM cho vết nứt bắt đầu vào bề mặt, sau mở rộng vào phía với tác dụng tải liên tục, sau gây nứt vỡ cách trở lại bề mặt 3.6 Một tai nạn máy bay phá hủy mỏi ổ lăn [8] Phân tích tai nạn máy bay vòng cách ổ lăn tuốc bin nén khí bị hư hỏng mỏi Các mảnh vỡ vòng cách đập vào bi lăn vòng lăn làm vòng bi hoạt động tai nạn xảy (0887 Elsevier Science Ltd Allrights reserved) 3.6.1 Giới thiệu Một máy bay chiến đấu gặp tai nạn năm 1996; hình 3.57a Máy bay có hai động Các kết điều tra vết nứt gãy xảy khu vực máy nén khí động vấn đề nghi vấn ổ lăn máy nén khí Ở chỗ có ổ lăn Ổ lăn đầu cuối ổ lăn trụ, ổ lăn ổ bi (CMB-central main bearing) Các ổ lăn bôi trơn hệ thống bôi trơn khép kín có kèm theo lọc mảnh vỡ kim loại, bụi bẩn Độ bền CMB, mối nghi vấn gây tai nạn, khoảng 600 Các ổ lăn động bị hỏng hoàn trải qua 476 chạy kể từ lần kiểm tra cuối Các báo cáo kiểm tra thông số đo nằm giới hạn cho phép CMB động chạy khoảng 130 không tìm thấy hư hỏng Trong số trường hợp trước đây, có máy bay hạ cánh an toàn phát số vấn đề xảy với động cơ, tất trường hợp hư hỏng vòng 123 cách CMB tìm thấy Vòng cách CMB từ máy bay xem xét nghiên cứu lấy tình trạng bị hỏng hình 3.67b Để phân lập nguyên nhân gây hư hỏng, thành phần ổ lăn phân tích cách chi tiết Các thành phần ổ lăn bao gồm, bi thép, vòng trong, vòng vòng cách Vật liệu thành phần điều tra phân tích chi tiết bảng 3.7 Vật liệu vòng cách khảo sát cụ thể luyện kim học Những bi lấy có dấu hiệu mài mòn Chúng khảo sát vật liệu bên thâm nhập vào Tương tự thế, bề mặt vòng bị biến dạng lớn khảo sát chi tiết độ biến dạng vết vụn kim loại chúng 3.6.2 Khối CMB Hình 3.57: a, Chiếc máy bay sau vụ tai nạn 124 b, Các thành phần vòng bi trục máy nén khí sau tai nạn xảy Ổ lăn lắp trục tuốc bin nén khí đặt vỏ máy Các thành phần ổ bi có vòng trong, vòng ngoài, bi lăn chuyển động chúng vòng cách mềm giữ cho khoảng cách bi không đổi Sự xếp thành phần thể hình 3.58 Vỏ Vòng Vòng cách Bi lăn Vòng Trục tuốc bin nén khí Hình 3.58: Lắp ráp ổ lăn Bảng 3.7: Thành phần hóa học vật liệu phận CMB Thành phần % nguyên tố phận Thành Vòng cách Các bi Vòng Vòng Vòng chặn Cr - 1,67±0,12 1,76±0,11 1,63±0,02 1,06±0,16 Mn 1,33±0,12 0,40±0,10 0,37±0,07 0,25±0,05 0,60±0,07 Si - 0,25±0,04 0,30±0,09 0,35±0,15 0,28±0,06 phần 125 C - 0,92±0,01 1,02±0,01 0,98±0,01 0,37±0,01 S - 0,001 0,003 0,001 0,002 Al 7,82±0,12 - - - 0,44±0,06 Cu Bal - - - - Fe 1,62±0,07 Bal Bal Bal Bal Material QA110-3- AISI 52100 AISI 52100 AISI 52100 38Cr Al+ 1,5+ + gần với vật liệu chuẩn 3.6.2.1 Sau tai nạn Hình 3.59: a, Vòng trong, vòng vòng cách sau tai nạn b, So sánh vòng cách cũ vòng cách 126 Kiểm tra khu vực tuốc bin nén khí vòng cách bị vỡ bị biến dạng đáng kể Vòng trong, vòng vòng cách lắp ráp với hình dạng chúng sau tai nạn ghi lại hình 3.59a Tuốc bin nén khí sau thành phần CMB tháo rời, sau lấy tình trạng bị phá hủy nghiêm trọng Tình trạng phận lấy so sánh với tương tự sử dụng động khác Vòng cách cũ vòng cách so sánh hình 3.59b Một nghiên cứu chi tiết thành phần lại tiến hành kính quang học nổi, kính hiển vi quang học điện tử để xác định chế phá hủy Cái nhìn chi tiết thứ đáng ý thành phần thảo luận sau với giúp đỡ loại kính hiển vi hình 3.60 Tình trạng tồi tệ vòng cách hình 3.65a i Bề mặt bên đem so sánh với vòng cách sử dụng khác Trong vụ tai nạn, vòng cách bị gãy vỡ nguyên nhân toàn hư hại thảo luận phần Bề mặt vòng cách bề mặt lỗ bị nghiền ép hình 3.60a-ii, bị biến dạng bi lăn hợp kim thép-Cr cứng Trên hình 3.60b-i, bề mặt vòng vòng cho thấy có biến dạng lẫn tạp chất bẩn xâm nhập Cạnh vòng qua sử dụng vòng bị hỏng so sánh hình 3.60b-ii b-iii Các tiết diện mặt cắt cạnh rõ ràng chúng chịu tác động ứng suất cao; điều đáng kể cạnh phía tay trái (LHS) thể hình 3.60b-iv Hình ảnh hình 3.60c-i cho thấy phân lớp lớp bề mặt vòng thép Nó thể với độ phóng đại cao hình 3.60c-ii 3.60c-iii, ta thấy vật liệu vòng cách bị nhiễm bẩn (lẫn tạp chất) bề mặt biến dạng sau nghiêm trọng, vật liệu vòng bao phủ lên kẹp hoàn toàn vật liệu vòng cách vào Các quan sát cạnh phải trái thu vòng biểu diễn hình 3.60c-iv sau cắt thành phần Độ biến dạng chúng so sánh 127 với vòng sử dụng khác hình 3.60c-v Một hình ảnh gần cạnh hình 3.60-vi cho thấy biến dạng nghiêm trọng chúng Cần ý cạnh trái LHS vòng vòng bị biến dạng nhiều cạnh phải RHS tương ứng Hình 3.60: (a-d), Biến dạng phận trước tai nạn xảy e, Giả thuyết phác thảo dựa quan sát hình 3.65(a-d) Các thành phần chuyển động lăn, bi thép-Cr trải qua mài mòn biến dạng nghiêm trọng, xem hình 3.60d-i Một số chúng chịu ứng suất tương đối nhỏ lựa chọn để nghiên cứu vùng ứng suất tác dụng lên rãnh bi lăn Rãnh nứt bi mẫu xuất dải khu vực chịu ứng suất rộng khoảng 4mm tạo bi lăn Tổng kết khảo sát ta có, vòng vòng ổ bi hư hỏng bị biến dạng mạnh cạnh Biến dạng lệnh tâm vùng vận 128 hành ứng suất cao xuất trước có hư hỏng Vòng vòng vòng cách lắp ráp thành khối, sau vòng cách bị vỡ bị mắc kẹt bi hai vòng trong, Các bi bị lệch phía làm biến dạng lớn vòng bi Vòng bi không thực chức tai nạn xảy Các khảo sát sau biến dạng lẫn bẩn thành phần phác hình 3.60e vị trí điều kiện thành phần trước xảy tai nạn 3.6.2.2 Vật liệu phận CMB Các phân tích thành phần hóa học thành phần khác tiến hành sử dụng thiết bị phân tích phân tán tia X (EDX), hấp thụ quang phổ nguyên tử (ASS), cacbon/sunphua Vòng cách chế tạo hợp kim Cu-Al; thành phần hóa học tổng kết Bảng 3.7 Hình 3.61 Hiển vi quang học vòng cách lớp phủ bạc Soi vòng cách kính hiển vi quang học cho thấy tổ chức kim loại hai pha (hình 3.61) Vòng cách chế tạo đúc phủ lớp bạc khoảng 38µm Lớp bạc làm chống lại ăn mòn tốt nâng cao độ khít, tính vật 129 liệu ổ lăn [2] Nghiên cứu tổ chức tế vi, cho thấy có vùng tối hình cầu vật liệu vòng cách, vùng có đường kính khoảng 8µm thành phần chủ yếu Al Các vòng trong, vòng bi lăn chế tạo từ thép-Cr hóa bền, nhiệt có tổ chức cacbit Cr hạt mịn, có thành phần tổng kết bảng 3.7 Từ quan điểm mài mòn vật liệu tương tự thành phần ổ lăn trình tiếp xúc tương tác, chúng có xu hướng “nhiễm bẩn” trình mài mòn [3] Vật liệu vòng chặn 38 Cr Al; bảng 3.7 Quan sát vòng chặn kính hiển vi quang học thấy có phủ lớp đồng 18 µm bề mặt 3.6.2.3 Thành phần vật liệu chất nhiễm bẩn Vật liệu bẩn bề mặt phận phân tích chuẩn bị sau miếng cắt nhỏ phận Chúng phân tích máy quét quang điện tử với phổ lượng phân tán Kết tổng hợp bảng 3.8 3.9 Phóng đại cao miếng mẫu bi hình 3.60d-iii cho thấy có có mặt vật liệu kết tủa, điều đặc biệt rõ ràng vùng mà vật liệu gần với bề mặt có dải chuyển vị lớn Các chất bẩn, xác thực phân tích EDX, phát chúng giàu Fe, Cu, Si, Al Cr Ag Mn xác định vùng cô lập Si phát sinh chất bôi trơn mảnh vỡ Tại khu vực bề mặt bi (khu vực A hình 3.60d-i) nơi có lẽ vật liệu bị bong va đập, thấy tập trung cao Fe, Cr, Si, Al Cu Có thể vật liệu vòng cách bị nhiễm bẩn tiên vòng sau ứng suất cắt, nén bi vòng sinh sứt mẻ vết cắt vật liệu bi Các chất bẩn vòng với biến dạng, đặc biệt biến dạng vùng gần bề mặt hình 3.62 Có ba vùng khác phân tích kết tổng kết bảng 3.8; với hai vùng đầu đủ lớn cho phép phân tích vùng kép Toàn vòng cách bị nhiễm bẩn kim loại bên Vùng I chứa lượng đáng kể Ag cho thấy vòng cách bị nhiễm bẩn lớp phủ nguyên vẹn Mặt khác, phân tích vùng III không tìm thấy diện lớp phủ Ag, 130 cho thấy vòng cách bị hư hại tới mức lớp phủ hoàn toàn bị phá hủy trước nhiễm bẩn kim loại khác vùng III Bảng 3.8: Vật liệu bẩn vòng % Vùng I Vùng Vùng II III Fe 35,3 27,0 24,6 36,0 80,7 75,8 92,6 96,3 Cu 56,6 63,7 65,1 55,4 14,6 18,5 4,4 1,0 Al 4,6 5,6 5,5 4,9 1,2 1,8 0,2 0,4 Mn 1,0 1,1 1,2 1,0 0,5 0,8 0,3 0,4 Cr 0,7 0,4 0,2 0,3 1,6 1,0 1,7 1,8 Ag 1,5 2,0 3,3 2,1 1,2 1,7 0,3 - Si 0,4 0,2 0,2 0,3 0,3 0,4 0,4 0,2 Hình 3.62: Các chất bẩn vòng với biến dạng Các ảnh chụp phóng đại hình 3.60c thể tình trạng nhiễm bẩn mặt vòng LHS bị biến dạng nhiều bị hư hại Hình 3.60c-i cho thấy mặt tiếp xúc vòng bị nhiễm bẩn rộng biến dạng rõ ràng Với vùng khác 131 đánh dấu hình 3.60c-vi c-vii, phân tích chúng có diện kim loại nhiễm bẩn vòng cách vùng II IV; xem bảng 3.9 để thấy báo cáo phân tích Tại vùng II , Ag có mặt nên thấy vòng cách bị nhiễm bẩn đây, lớp phủ phần nguyên vẹn Vùng III vòng không tìm thấy diện nguyên tố Cr, Si, Al, Mg Các phần giàu Al Si dầu bôi trơn đến mặt vòng từ số nguồn khác thông qua chất bôi trơn Vật liệu nhô từ RHS mặt tiếp xúc (hình 3.60c-vii) chứa 7% Cr, phận ổ lăn Nó phần có chứa Cr cao bị hư hại đập vào bề mặt tiếp xúc vòng Không có hư hại rõ ràng quan sát mặt tiếp xúc vòng vùng va đập Các phần khác vòng cách, bao gồm bề mặt bên lỗ chứa bi, cho thấy bị nhiễm bẩn thép (hàm lượng thép lên tới 71%) vùng gần bề mặt Các bi có hàm lượng Cr giảm xuống 1,4% vùng gần bề mặt; chứng tỏ bi hoạt động điều kiện nhiệt độ cao với thời gian dài Bảng 3.9: Vật liệu bẩn vòng % Vùng I Vùng II Vùng III Vùng IV Fe 92,3 92,2 97.0 96,9 90,0 83,8 77,7 71,3 72,0 97,5 97,0 81,8 84,9 Cr 6,6 7,2 1,0 0,9 1,7 1.3 5,0 5,7 5,8 1,6 1,9 1,6 1,7 Mn 0,4 0,2 1,2 1,2 0,2 0,5 0,7 0,8 0,7 0,4 0,4 0,5 0,5 Si 0,8 0,5 0,9 1,0 0,3 0,4 9,6 11,8 10,9 0,3 0,3 0,1 0,3 Cu - - - - 6,5 11,3 - 0,3 0,3 - - 14,6 11,3 Al - - - - 1,2 1.5 2,4 3,6 5,1 - - 1,4 1,3 Ag - - - - 0,5 1,2 - - - - - - - Mg - - - - 0,1 - 4,6 6,5 - 5,4 - - - 3.6.3 Nứt kết cấu vòng cách Mặt bị nứt vòng cách kiểm tra phương pháp SEM (hình 3.63a b) Hình dáng chung bề mặt với độ phóng đại thấp thể hình 3.63a 132 Dạng vết nứt (hình 3.63b) phần trung tâm mẫu thấy rõ Đường lan truyền vết nứt dẫn tới góc đánh dấu “O”; điểm có lẽ vết nứt bắt đầu Những đặc điểm biến gần bề mặt lộ dấu hiệu uốn quan sát Uốn sinh vài va đập từ vật ngoài, hoàn toàn xảy tai nạn sau hỏng hóc Điều rõ ràng từ quan sát hư hại có nguyên nhân mỏi, tương ứng với mô tiến hành phòng thí nghiệm Điều thứ hai cần khẳng định rãnh nứt không trượt thành dải quan sát vật liệu [4] 3.6.4 Nguyên nhân gây hư hỏng Trước tai nạn, thành phần ổ lăn bị mài mòn mức thời gian ngắn khoảng 5h Vật liệu vòng cách bị kẹt bi bề mặt tiếp xúc gây nên sai lệch lớn vòng với trục tuốc bin nén khí a, Nhìn tổng quát b, Dạng vết nứt Hình 3.63: Mặt bị nứt vòng cách kiểm tra phương pháp SEM Việc lệch tâm gây áp lực phía (thay giữa) vòng vòng dẫn đến biến dạng lớn bề mặt chúng Khả quay ổ lăn trục tuốc bin khí trở nên khó khăn tai nạn xảy Do nằm bi hai vòng nên vòng cách bị phá hủy Các đặc trưng hư hỏng mỏi bề mặt bị hỏng vòng cách xác minh giả thuyết 133 3.6.5 Kết luận Các kết luận nguyên nhân vụ tai nạn vòng cách CMB bị phá hủy Vòng cách bị hỏng mỏi Không có khuyết tật vật liệu tìm thấy phía vết nứt bắt đầu Kết luận chƣơng 3: Qua khảo sát, nghiên cứu tài liệu, báo cáo, đánh giá tính toán hư hỏng mỏi ổ lăn ta thấy: - Trạng thái ứng suất sinh tiếp xúc lăn tập trung thể tích nhỏ vật liệu tạo biến dạng dẻo lớn Biến dạng tích lũy thể tích tăng lên chu kỳ lăn vết nứt phát sinh hình thành dạng hư hỏng Ứng suất tiếp xúc cấu lăn vòng bi nguyên nhân rỗ vết nứt – loại phá hủy mỏi tiếp xúc Các phân tích SEM nghiên cứu cho thấy xác suất mà vết nứt bắt đầu bề mặt cao Dù điều kiện làm việc bôi trơn hoàn hảo, ứng suất kéo tăng tải dẫn đến phá hủy Trong nghiên cứu phá hủy mỏi tiếp xúc điển hình phá hủy từ việc tải bôi trơn không đầy đủ bị ô nhiễm - Phá hủy bề mặt vòng lăn, vòng bi ổ lăn tốc độ cao tránh cách sử dụng thép chất lượng tốt thấm cacbon bề mặt tăng độ bền chống nứt (M50 NiL) thay cho cứng với AISI 52100 Tuy nhiên độ thép yếu tố quan trọng tới độ bền ổ lăn - Trong phần chương đưa số ví dụ trường hợp hư hỏng ổ lăn cụ thể thực tế, ta thấy việc hư hỏng ổ lăn mỏi gây nhiều tổn thất việc tránh cho việc phương tiện, thiết bị không bị hư hỏng mỏi người ta đưa phương án, phương pháp đánh giá, kiểm tra hư hỏng mỏi Tuy nhiên phương pháp mặt hạn chế 134 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Với đề tài "Nghiên cứu bôi trơn khảo sát hư hỏng mỏi ổ lăn ” Tác giả hoàn thành đề tài đạt kết sau: Trên sở nghiên cứu học tiếp xúc hertz, bôi trơn ổ lăn, dạng sai hỏng, nguyên nhân biện pháp khắc phục khảo sát tính toán hư hỏng mỏi ổ lăn, kết nghiên cứu đề tài sau: - Các trường hợp tiếp xúc phương pháp tính ứng suất tiếp xúc lăn vòng ổ - Tầm quan trọng việc bôi trơn ổ lăn, sử dụng chất bôi trơn hợp lý, phương pháp bôi trơn, nguyên nhân gây hư hỏng ổ lăn biện pháp khắc phục - Khảo sát nguyên nhân gây mỏi ổ lăn, tính toán hư hỏng mỏi thiết bị sử dụng thực tế, đưa đánh giá số phương pháp phát hiện, khắc phục hư hỏng mỏi ổ lăn Tuy nhiên đề tài „„Nghiên cứu bôi trơn khảo sát hư hỏng mỏi ổ lăn‟‟ mới, tài liệu tham khảo tiếng Việt ít, mặt khác trình độ tác giả hạn chế thời gian thực ngắn nên đề tài không tránh khỏi sai sót Kiến nghị Do nội dung nghiên cứu khảo sát đề tài nghiên cứu vấn đề đưa thảo luận, đánh giá, phương pháp phát hư hỏng mỏi chưa sớm Cần có phương hướng, nghiên cứu giải pháp phát sớm trường hợp hư hỏng mỏi ổ lăn Vì tác giả mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy để đề tài hoàn thiện có triển vọng phát triển tương lai 135 TÀI LIỆU THAM KHẢO Dương Viết Cường (2010), „„Sản phẩm dầu mỏ & phụ gia‟‟, Bộ môn lọc – hóa dầu GS.TS Nguyễn Trọng Hiệp (2001), Chi tiết máy tập 2, NXB giáo dục, Hà Nội KS Trương Văn Sơn, „„Nhận biết lỗi hư hỏng vòng bi cách khắc phục‟‟, Bảo dưỡng công nghiệp Việt Nam, Vinamain TS Nguyễn Xuân Toàn (2006), Công nghệ bôi trơn, NXB Bách khoa, Hà nội PGS.TS Nguyễn Doãn Ý (2006), Giáo trình ma sát mòn – bôi trơn, NXB khoa học kĩ thuật, Hà Nội „„Dụng cụ bảo dưỡng bôi trơn ổ lăn‟‟, hãng SKF „„Dụng cụ bôi trơn‟‟, hãng SKF I.SALAM, A TAUQIR, A UL HAQ and A Q KHAN (1998), An air crash due to fatigue failure of a ball bearing, Engineering Failure Analysis, pp 261- 269 Lucie ZYKOVA, Pavel MAZAL, Lubos PAZDERA (2006), „„Identification of Contact Fatigue Stages with Acoustic Emission Method‟‟, Brno University of Technology, Czech Republic 10 Paula J Dempsey, Allison M Toms (2011), „„Investigation of Bearing Fatigue Damage Life Prediction Using Oil Debris Monitoring‟‟, NASA/TM 11 W.A Glaeser and S.J Shaffer, Battelle Laboratories (1996), Fatigue and Fracture, ASM Handbook, pp 331-336 12 Yorinobu Murata, Hiroki Toda, Chiaki Tawa, Masahiro Kiji and Noriyasu Oguma (2007), „„Evaluation of Rolling Fatigue Damage in Deep Groove Ball Bearings by Divided-Type Focusing Ultrasonic Transducer‟‟, Special Issue on Advances in Non-Destructive Inspection and Materials Evaluation,(6), pp 1254 – 1259 13 Yusuf Kayalh, Ismail Ucun, Kubilay Aslantas (2009), Contact Fatigue Failure of a Tapered Roller Bearing Used in a Lorry Wheel, ASM International, pp 288 – 294 136 ... chất bôi trơn - Khảo sát hư hỏng mỏi ổ lăn 10 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu học tiếp xúc hertz - Nghiên cứu bôi trơn ổ lăn, dạng sai hỏng - Khảo sát hư hỏng mỏi ổ lăn thực tế Phƣơng pháp nghiên. .. tượng nghiên cứu: - Bôi trơn ổ lăn - Hiện tượng mỏi ổ lăn * Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu chất bôi trơn ổ lăn - Nghiên cứu dạng sai hỏng, nguyên nhân biện pháp khắc phục - Phương pháp bôi trơn. .. Nghiên cứu bôi trơn khảo sát hƣ hỏng mỏi ổ lăn ” làm đề tài luận văn tốt nghiệp cao học Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu 2.1 Mục đích nghiên cứu - Tầm quan trọng việc nghiên cứu bôi trơn