Đồ-án-lựa-chọn-vật-liệu

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Khoa Học Kĩ Thuật Vật Liệu Đồ Án Lựa Chọn Vật Liệu Đề tài: Lựa chọn vật liệu để chế tạo bạc lót cho giá cán trục D500 đảm bảo yêu cầu làm việc Giảng viên hướng dẫn: TS Đỗ Thành Dũng Nhóm sinh viên báo cáo: Nguyễn Hữu Dân 20172205 Đặng Xuân Tùng 20172383 Ngô Đức Trung 20172369 Nguyễn Văn Thanh 20172349 Hà Nội, 2020 Trường ĐHBKHN Viện KH&KTVL Bộ mơn CHVL&CKL CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Đề số ĐỒ ÁN LỰA CHỌN VẬT LIỆU Họ tên sinh viên: Nguyễn Hữu Dân Đặng Xuân Tùng Ngô Đức Trung Nguyễn Văn Thanh 20172205 20172383 20172369 20172349 Đầu đề thiết kế: Lựa chọn vật liệu để chế tạo bạc lót cho giá cán trục D500 đảm bảo yêu cầu làm việc Các thông số ban đầu: - Trục cán chịu tải lớn 100 - Tốc độ quay lớn 240 vòng/phút Nội dung thuyết minh tính tốn: - Phương pháp chế tạo bạc lót, lựa chọn thơng số hình học - Phân tích chế độ/điều kiện làm việc, xác định tiêu tính - Lựa chọn vật liệu kiểm tra/nghiệm bền chi tiết với vật liệu chọn - Kết luận đề xuất phương án vật liệu lựa chọn biện pháp gia công tăng bền đảm bảo yêu cầu làm việc Nội dung vẽ đồ thị - Bản vẽ chi tiết bạc lót với đầy đủ yêu cầu chế tạo Ngày giao đồ án: Ngày hoàn thành: T r a n g | 32 Sinh viên ký tên Cán hướng dẫn Trưởng mơn PGS Lê Thái Hùng Mục l Lời nói đầu .4 I Giới thiệu bạc lót Khái niệm bạc lót .5 Phân loại bạc lót Các dạng hỏng bạc lót II Yêu cầu vật liệu bạc lót .6 III Lựa chọn vật liệu làm bạc lót 1.Bạc lót vật liệu a) Vật liệu kim loại .7 b) Vật liệu gốm kim loại .8 c) Vật liệu phi kim loại Bạc lót phân lớp 10 Bơi trơn bạc lót .15 IV Nghiệm bền bạc lót 19 Thơng số hình học: 19 Nghiệm bền .20 V Phương pháp chế tạo bạc lót 21 Phương pháp chế tạo vật liệu bi – metal 21 Phương pháp chế tạo bạc lót 28 VI Kết luận 30 Y T r a n g | 32 Lời nói đầu Hiện nay, cơng nghiệp hố, đại hố đất nước mục tiêu hàng đầu Đảng Nhà nước, ngành khí nói chung ngành chế tạo máy nói riêng giữ vai trị quan trọng việc giải vấn đề cụ thể thường gặp sản xuất , sửa chữa sử dụng Trong sinh viên lớp lao động kế cận đất nước Để đánh giá lực sinh viên đồ án tốt nghiệp chương trình tổng hợp chun mơn đào tạo Đối với ngành khí chế tạo máy đồ án tốt nghiệp có vị trí quan trọng người cán kỹ thuật thiết kế, chế tạo loại máy trang thiết bị khí nhằm phục vụ ngành kinh tế : công nghiệp, nông nghiệp , giao thông vận tải , điện lực… Mục đích đồ án tạo cho người công nhân, cán kỹ thuật nắm vững vận dụng có hiệu phương pháp thiết kế, xây dựng quản lý trình chế tạo sản phẩm khí, kỹ thuật sản xuất tổ chức sản xuất nhằm đạt tiêu kinh tế, kỹ thuật theo yêu cầu điều kiện quy mô sản xuất cụ thể đạt hiệu kinh tế kỹ thuật, sản xuất sử dụng cao Là sinh viên ngành khoa học kĩ thuật vật liệu đào tạo trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, sau hoàn thành thời gian học tập rèn luyện trường, để đánh giá kết học tập , em nhà trường giao nhiệm vụ thực thiết kế đồ án môn học với đề tài : “Lựa chọn vật liệu chế tạo bạc lót cho giá cán trục D500 đảm bảo yêu cầu làm việc” em trình bày sau T r a n g | 32 Với hướng dẫn tận tình thầy: TS Đỗ Thành Dũng thầy cô khoa học vật liệu cán kim loại, em hồn thành đề tài thời gian có hạn tầm nhận thức cịn nhiều hạn chế, kinh nghiệm thực tế chưa có nhiều nên q trình thiết kế khơng tránh khỏi sai sót Em xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp thầy bạn I Giới thiệu bạc lót Khái niệm bạc lót - Bạc lót phận trực tiếp đỡ trục cán, nơi chịu tác dụng lực trục chịu ma sát với trục cán - Bạc lót phận quan trọng xác đinh vị trí trục cán máy quay quanh trục tâm định Cấu tạo ổ trượt: – ngõng trục;1 – Thân ổ trục; – Bạc lót Phân loại bạc lót - Bạc lót phân thành bạc lót nguyên bạc lót hai nửa T r a n g | 32 Bạc lót nguyên Bạc lót hai nửa - Trong bạc lót có loại bạc lót khơng có gờ, có gờ, hai gờ: - Bạc lót khơng có gờ chịu lực hướng tâm - Bạc lót có gờ chịu lực hướng tâm lực dọc trục theo phương - Bạc lót có hai gờ chịu lực hướng tâm lực dọc trục tác động theo hai phía - Trong máy cán, thơng thường sử dụng bạc lót có gờ Các dạng hỏng bạc lót - Mịn bạc lót ngõng trục, xuất kết tác dụng áp suất ổ khơng bơi trơn có bơi trơn lớp dầu không đủ dày để ngăn cản tiếp xúc trực tiếp hai bề mặt ma sát bạc lót ngõng trục Màng dầu khơng đủ dày T r a n g | 32 thường không thực chế độ bôi trơn ma sát ướt cho ổ, ổ thiết kế đảm bảo bơi trơn ma sát ướt lúc mở máy dừng máy lớp dầu không đủ dày cho vận tốc thấp lúc ổ trượt làm việc ổn định Mịn tăng dầu có lẫn hạt mài - Dính xuất áp suất nhiệt độ cục ổ lớn Nhiệt độ ma sát sinh thoát qua thân ổ, trục lớp dầu bôi trơn Nhiệt độ tăng, độ nhớt dầu giảm hiệu bơi trơn kém, gây nên tượng dính ngõng trục bạc lót làm cho kim loại bề mặt lót ổ bị chảy dẻo - Mỏi rỗ lớp bề mặt bạc lót tác dụng tải trọng thay đổi - Biến dạng nhiệt: xảy ta ổ có khe hở nhỏ, gây kẹt ngõng trục làm hỏng ổ II Yêu cầu vật liệu bạc lót Vì bạc lót trưc tiếp làm việc với ngõng trục, vật liệu bạc lót có tác dụng quan trọng khả làm việc ổ trượt Phải chọn vật liệu bạc lót cho giảm mát công suất ma sát bề mặt làm việc ngõng trục với bạc lót giảm với chi phí sửa chữa, thay mịn Thơng thường, trục đắt bạc lót nhiều Vì thế, mặt cần tơi bề mặt ngõng trục để có độ rắn cao, bị mịn, mặt khác phải chọn vật liệu bạc lót thỏa mãn yêu cầu chủ yếu sau đây: - Hệ số ma sát bạc lót ngõng trục thấp Để đạt điều tổ chức ổ trượt phải có diện tích tiếp xúc bề mặt cổ trục thép thấp chúng phải có khe hở để bơi trơn dầu Đây điều quan trọng liên quan đến việc chọn vật liệu có tổ chức kim loại gồm hai phần: phần cứng (hạt cứng) phần mềm (nền mềm) Khi làm việc phần mềm mòn để tạo rãnh chứa dầu để bơi trơn, cịn phần cứng nhơ để đỡ lấy cổ trục làm cho diện tích tiếp xúc nhỏ, giảm hệ số ma sát tiếp xúc với bề mặt trục - Đủ sức bền - Có khả chống mịn, chống dính - Dẫn nhiệt tốt hệ số nở dài thấp (để khe hở ổ bị thay đổi nhiệt) - Dễ tạo thành màng dầu bôi trơn Lựa chọn vật liệu làm bạc lót III Chọn vật liệu phụ thuộc vào trị số, đặc tính tải trong, vận tốc vịng yêu cầu cụ thể khác Ta chọn vật liệu T r a n g | 32 1.Bạc lót vật liệu Các vật liệu làm bạc lót thường sử dụng: - Vật liệu kim loại - Vật liệu gốm kim loại - Vật liệu phi kim loại a) Vật liệu kim loại  Babit hợp kim có thành phần chủ yếu thiếc chì, tạo thành mềm, có xen có hạt rắn antimon, đồng, niken cadmi… Babit loại vật liệu giảm ma sát, giảm mịn chống dính tốt Tuy nhiên có tính thấp babit dùng để trắng thành lớp mỏng khoảng vài phần mời mm lên bạc lót có độ bền cao đồng thanh, thép, gang  Đồng làm việc tốt áp suất cao vận tốc trung bình Tuy nhiên có nhiều thiếc nen giá thành cao nên việc sử dụng hạn chế Bạc lót làm đồng gây mịn ngõng trục nhiều sơ với lót ổ tráng babit  Hợp kim nhơm có hệ số ma sát thấp, dẫn nhiệt chịu mòn tốt, làm việc với vận tốc cao khả chống xước kém, hệ số giãn nở nhiệt hợp kim nhôm lớn  Hợp kim kẽm có tính ma sát tương đối tốt, nguyên liệu dễ kiếm, chế tạo đơn giản giá thành rẻ nên dùng rộng rãi Tuy nhiên hợp kim nhơm có nhược điểm chịu mịn khơng tốt, địi hoit chế tạo xác cao đọ nhẵn bề mặt cao, hệ số nở dài lớn nhiệt độ lớn cho phép 80  Đồng thau dùng làm bạc lót vận tốc ngõng trục thấp ( 2m/s)  Gang xám có tính giảm ma sát thấp đồng thanh, làm mòn ngõng trục nhiều Để giảm mòn ngõng trục cần chọn loại gang có độ rắn độ rắn ngõng trục Giá thành bạc lót làm gang rẻ đồng b) Vật liệu gốm kim loại  Gốm kim loại chế tạo cách nung ép bột động bọt sắt nhiệt độ, áp suất lớn ( 1000, 700 Mpa), gốm có nhiều lỗ rỗng chứa dầu, làm việc dầu tự ứa bơi trơn bề mặt bạc lót ngõng trục, dùng v m/s áp suất – 5,5 Mpa c) Vật liệu phi kim loại T r a n g | 32 Vật liệu phi kim loại dùng làm bạc lót chúng có ưu điểm sau: chống dính, chịu mịn tốt, bụi mài có đo rắn thấp, bơi trơn tốt nước chất lỏng khác Nhược điểm chủ yếu vật liệu phi kim loại dẫn nhiệt  Chất dẻo có hệ số ma sát thấp, độ bền mòn cao (gấp 56 lần đồng thanh) hệ số dẫn nhiệt thấp (nhỏ khoảng 300500 lần với kim loại)  Gỗ có hệ số ma sát tính dẫn nhiệt  Cao su: Bạc lót làm cao su làm việc bình thường trục lắp khơng xác lắm, bị mài mòn nhiên dẫn nhiệt Các giá trị vận tốc, áp suất, trị số giới hạn có vật liệu bạc lót: Để chọn vật liệu bạc lót phù hợp giá trị vận tốc, áp suất, trị số chi tiết máy phải nhỏ giá trị giới hạn vật liệu Ví dụ: Lựa chọn vật liệu để chế tạo bạc lót cho giá cán trục D500 đảm bảo yêu cầu làm việc Với - Trục cán chịu tải lớn 100 = 980665 N 3,11 N/ Trong đó: – Áp lực lớn tác dụng lên bạc lót F – tải trọng tác dụng lên bạc lót T r a n g | 32 d – đường kính bạc lót l – chiều dài bạc lót Dựa vào áp lực lớn tác dụng lên bạc lót, dựa vào bảng ta chọn số vật liệu đồng thanh, đồng thau, gang, thép … Tuy nhiên chế tạo bạc lót thép C45 tuổi thọ tối đa khơng q tháng, cịn dùng thép hợp kim vài tháng khả chịu mài mòn thép Còn chế tạo đồng, loại bạc lót vừa có kích thước lớn lại vừa dày tốn vật liệu,mà giá thành vật liệu đồng đắt nên giá thành bạc lót làm vật liệu đồng đắt theo sử dụng thực Ngồi đồng khơng cứng vững thép nên tải máy cao tuổi thọ bạc lót khơng cao  Do ta trường hợp ta không nên chọn vật liệu lớp để chế tạo bạc lót Bạc lót phân lớp Cho nên Ngày nay, hầu hết bạc lót có cấu trúc phân lớp, cung cấp kết hợp tối ưu đặc tính vật liệu làm bạc lót: độ bền mỏi (khả chịu tải), khả chống co giật (khả tương thích), chống mài mòn, chống ăn mòn, chống xâm thực Các lớp bạc lót mang cho chức Bạc lót bi-metal, trimetal multi-layer Nhưng hầu hết bạc lót bi-metal or tri-metal Dưới cấu trúc có bạc lót phân lớp: - Mặt ngồi làm thép hỗ trợ kết cấu chịu lực, cung cấp độ cứng T r a n g 10 | 32 Chạy thời gian dài, khơng cần bão dưỡng Có Khơng Bơi trơn trung tâm, vị trí khác Khơng Có Điều kiện bẩn Có Làm kín tốt, ngăn chặn bẩn xâm nhập Hệ thống tuần hoàn yêu cầu lọc dầu  Cho nên chọn mỡ chất bôi trơn cho bạc lót Ưu điểm mỡ bơi trơn Thuận lợi: Dễ áp dụng, sử dụng thường xuyên Độ bám dính: khơng bị rơi khỏi bề mặt bơi trơn tĩnh, bôi trơn từ lúc khởi động Bảo vệ: làm kín tốt dầu, bảo vệ khỏi ăn mịn suốt q trình dừng máy Sạch sẽ: khơng bị rị rỉ vung tóe dầu Có thể sử dụng sản xuất thực phẩm, thuốc, dệt may,… Nhược điểm mỡ bôi trơn Khả làm mát: thấp Nhiễm bẩn: cần lưu ý để tránh nhiễm bẩn suốt q trình lưu trữ Mạt kim loại mịn bị giữ lại chất bôi trơn Chất nhiễm bẩn làm tăng mài mịn Giới hạn thiết kế: sử dụng cho ổ trục tốc độ cao T r a n g 18 | 32 Để nâng cao khả làm việc chất bôi trơn, giảm bề mặt tiếp xúc bạc lót ngõng trục ta - Sử dụng loại rãnh chất bơi trơn cho bạc lót Ví dụng số dạng hình dưới: - Các loại prockets chất bơi trơn cho bạc lót: Đây số bạc lót có rãnh dẫn chất bơi trơn prockets: IV Nghiệm bền bạc lót Thơng số hình học: Do đề chưa nói trục cán gì, nên ta chọn trục cán hình Nên ta có: T r a n g 19 | 32 Đường kính cổ trục cán: Ta chọn d = 300 (mm)  Đường kính bạc lót: Chiều dài cổ trục cán l = d = 300 (mm) Chiều dày bạc lót: Chọn S = 17,5 (mm) Chiều dày lớp đồng lót: Chiều dài bạc lót lấy chiều dài ổ trục cán: L = l =300 (mm) Chiều rộng gờ bạc: B = 1,5 S = 1,5.17,5 = 26,25 (mm) Chiều cao gờ bạc: h = 0,6 S = 0,6.17,5 = 10,5 (mm) Đường kính ngồi bạc lót: Bảng thơng số hình học bạc lót: (mm) 300 (mm) 335 B (mm) S(mm) 26,25 17.5 S1(mm) 7.5 L(mm) 300 h(mm) 10.5 T r a n g 20 | 32 Nghiệm bền 3.5 N/ Trong đó: – Áp lực lớn tác dụng lên bạc lót – Áp lực cho phép vật liệu bạc lót F – tải trọng tác dụng lên bạc lót r – bán kính trục lót l – chiều dài trục lót F L  Vật liệu bi-metla SB797 chế tạo bạc lót đáp ứng yêu cầu chi tiết máy T r a n g 21 | 32 V Phương pháp chế tạo bạc lót Phương pháp chế tạo vật liệu bi – metal Giải đoan 1: Chuẩn bị dải thép - Nắn thẳng, làm sạch, chà nhám dải thép Giai đoạn 2: Rải bột thiêu kết - Rải bột hợp kim đồng lên dải thép thiêu kết Giai đoạn 3: Cán nhận vật liệu Quá trình bao gồm bước sau: - Ban đầu ta có dải thép lớn T r a n g 22 | 32 - Đem dải thép cắt để kích thước mong muốn - Các dải thép sau cắt T r a n g 23 | 32 - Làm thẳng dải thép qua máy nắn thẳng - Rửa dải dung dịch kiềm nóng làm học bàn chải hình trụ dây thép T r a n g 24 | 32 - Chà nhám để làm phẳng bề mặt dải thép đai quay mài mòn - Rải bột hợp kim đồng lên bề mặt thép Độ dày hợp kim bột cần thiết tính tốn trước Việc tính tốn có tính đến hai yếu tố: tỷ lệ mật độ bột với hợp kim thiêu kết độ giãn dài dải thép T r a n g 25 | 32