II. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY BÀO VIA
2.7 Tớnh toỏn lực ma sỏt của cơ cấu đầu dao trượt trờn hai trục
Đầu dao được lắp chuyển động trờn cặp trục - bạc trượt, nhờ hệ
thống Piston-xylanh tạo chuyển động khứ hồi. Từ đõy ta phải xỏc định
được lực ma sỏt của cặp trục – bạc trờn. Đặc điểm ma sỏt của cặp ma sỏt này là dạng bụi trơn định kỳ do làm việc cú cường độ thấp và làm việc trong mụi trường bỡnh thường và vận tốc tương đối của chỳng khụng lớn của đầu dao khụng lớn.
Khi bụi trơn theo phương phỏp này, cỏc bề mặt lắp ghộp bị phõn cỏch bởi một lớp chất bụi trơn rất mỏng (cú chiều dày từ dữ1àm, với d là
đường kớnh của một phõn tử chất bụi trơn). Sự tồn tại của lớp chất bụi trơn này giảm đi rất nhiều ma sỏt so với ma sỏt bụi trơn liờn tục từ 2ữ10 lần, đồng thời cú thể tăng độ mũn bề mặt cặp ma sỏt đến hàng trăm lần. Tất cả cỏc loại dầu cú khả năng được hấp thụ trờn bề mặt kim loại. Trong
đú độ bền của màng phụ thuộc vào sự cú mặt của cỏc phần tử hoạt động, chất lượng và số lượng của chất bụi trơn. Mặc dự cỏc loại dầu khoỏng là hỗn hợp của H-C khụng hoạt động nhưng bao giờ cũng cú lẫn một lượng rất nhỏ axit hữu cơ, keo và một số chất hoạt tớnh bề mặt khỏc làm giảm tớnh chất của dầu. Nếu lớp dầu trong bề mặt ma sỏt tương đối dày thỡ sự
chuyển đổi từ cấu trỳc định hướng của dầu sang cấu trỳc khụng định hướng, được thực hiện theo cơ chế nhảy vọt.
Cơ chế ma sỏt trong bụi trơn định kỳ cú thể biểu diễn như sau : dưới tỏc dụng của tải trọng xẩy ra sự biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo trờn diện tớch tiếp xỳc, ở đõy là diện tớch của cỏc phần gần nhau nhất của bề mặt được phủ màng giới hạn của chất bụi trơn, cú thể cú chiều dày cho đến một lớp phõn tử chất bụi trơn. Trờn diện tớch tiếp xỳc cú xảy ra sự xõm nhập của cỏc bề mặt mà khụng phỏ huỷ màng bụi trơn. Lực cản chuyển động trượt là tổng của lực cản sự trượt của lớp giới hạn và lực cản (sự cầy xới) của bề mặt bằng cỏc thể tớch thõm nhập vào. Ngoài ra, trờn diện tớch tiếp xỳc chịu biến dạng dẻo lớn nhất và trờn cỏc điểm cú nhiệt độ cao, cú thể xẩy ra sự phỏ huỷ màng dầu, bỏm dớnh bề mặt hoặc cú cả sự xõm thực của kim loại. Điều này càng làm tăng thờm sức cản chuyển động.
Sơđồ sự trượt của vật rắn khi bụi trơn giới hạn
A - đoạn truyền tải trọng B- đoạn tiếp xỳc thực.
Nhờ cú độ linh động của cỏc phõn tử chất bụi trơn, sự hấp thụ xảy ra với tốc độ lớn trờn bề mặt ma sỏt, do đú màng dầu cú tớnh chất tự gắn liền khi bị rỏch cục bộ. Khả năng này đúng một vai trũ rất quan trọng trong việc ngăn cản quỏ trỡnh xõm thực dày đặc. Khi màng giới hạn khụng được phục hồi, dầu từ màng được hấp thụ trờn chi tiết bị mũn và bị đưa ra khỏi bề mặt ma sỏt. Từđú rất thuận lợi cho sự oxi hoỏ và mất tớnh định hướng cấu trỳc của màng dầu dẫn tới phỏ huỷ.
A A
B
Cỏc loại dầu cựng độ nhớt nhưng cú mỏc khỏc nhau sẽ cú tỏc dụng bụi trơn khỏc nhau. Để đỏnh giỏ dầu trong bụi trơn giới hạn, đú là sự
phức hợp cỏc tớnh chất đảm bảo bụi trơn cú hiệu quả. Độ bụi trơn được
đỏnh giỏ chủ yếu bằng hệ số ma sỏt. Hệ số ma sỏt càng nhỏ, độ bụi trơn càng cao.
Khi ma sỏt cú bụi trơn giới hạn, độ mũn của chi tiết mỏy khỏ lớn. Vỡ cú độ súng và độ nhấp nhụ bề mặt của chi tiết cho nờn diện tớch tiếp xỳc thực tương đối của chỳng là khỏ nhỏ. Áp lực tiếp xỳc cú giới hạn rất lớn và chiều dày màng dầu giới hạn rất mỏng khụng thể bảo vệ bề mặt chi tiết khỏi biến dạng dẻo, từđú dẫn đến mài mũn chi tiết. Đõy là nhược
điểm khụng thể khắc phục của bụi trơn giới hạn.
Cỏc chếđộ ma sỏt trong ổ trượt
Ta hóy xột cỏc điều kiện chuyển từ dạng ma sỏt này sang dạng khỏc khi cú chất bụi trơn lỏng. Nếu lượng dầu hạn chế nhưng đủ để tạo thành lớp hấp thụ rất mỏng (mụnụ) và màng giới hạn thỡ khi ma sỏt, thỡ lớp đầu tiờn trờn đỉnh nhấp nhụ sẽ mũn rất nhanh lỳc này ma sỏt trong bụi trơn giới hạn chuyển một phần thành ma sỏt khụng cú chất bụi trơn, thật ra nhờ cú đọ linh động trong cỏc phần tử hoạt động cú cực, lớp hấp thụ mỏng được phục hồi ngay sau đú. Nhưng để phục hồi pha giới hạn – do cú sự lưu thụng dầu từ chỗ lừm sẽ tốn nhiều thời gian. Sau khi phục hồi màng dầu giới hạn, điều kiện ma sỏt được cải thiện, dẫn tới sự dao
đụng của hệ số ma sỏt.
Kết quả sau một thời gian thỡ chất bụi trơn bị tiờu hao và phải
được bổ sung kịp thời. Nếu ngoài sự chi phớ cho việc tạo thành màng giới hạn, cũn cú thừa dầu, lượng dầu thừa này sẽ điền đầy vết lừm của nhấp nhụ bề mặt chi tiết và phục hồi màng giới hạn. Ma sỏt khi bụi trơn giới hạn trong trường hợp này sẽ bền vững. Khi lượng dầu tăng đủđể tạo ra hiệu ứng thuỷ động thỡ sẽ chuyển thành bụi trơn nửa ướt. Dạng bụi trơn này khụng phụ thuộc vào vận tốc trượt và độ nhớt .
Tớnh toỏn :
Ta xột ổ trượt, giả sử tải trọng, kớch thước hỡnh học, khe hở của ổ
và độ nhớt của chất bụi trơn khụng thay đổi. Khi vận tốc trượt tương đối của chỳng nhỏ. Ma sỏt là nửa ướt, khi vận tốc trượt tăng, lực thuỷ động tăng và tương tỏc của cỏc bề mặt giảm đi.
Tải trọng cú ảnh hởng tới sự nổi lờn của ngừng trục khi chuyển
động. Tải trọng tiếp tục giảm thỡ sẽ làm tăng chiều dầy của màng dầu mang tải và giảm lực ma sỏt. Vỡ vậy, chế độ làm việc của ổ được xỏc
định bởi cỏc yều tố η, v, p, được gọi là đặc tớnh ủa chếđộ ma sỏt của ổ.
Điều kiện chuyển từ chếđộ ma sỏt này sang chếđộ ma sỏt khỏc được thể
hiện trờn biểu đồ :
1: Ma sỏt khụng bụi trơn.
2: Ma sỏt khi bụi trơn giới hạn va nửa ướt. 3: Ma sỏt khi bụi trơn ướt.
Trước hết ta tớnh tải trọng đặt lờn ổ trượt, đú là trọng lượng của
đầu dao. Đầu dao bao gồm cú cỏc chi tiết như hỡnh vẽ dưới đõy:
Lưỡi dao 1 được bắt chặt với chi tiết treo dao 2 nhờ rónh mang cỏ và vớt M4, cụm 1- 2 được định vị vào chi tiết điều chỉnh 3. Cụm 1-2-3
được ghộp với đầu dao nhờ chốt xoay. Chốt xoay này cú tỏc dụng làm cho lưỡi dao luụn luụn ăn vào phần cắt của chi tiết nhờ vớt điều chỉnh M6 và đinh ốc điều chỉnh. Lũ xo cú tỏc dụng đẩy cụm chi tiết 1-2-3 luụn luụn ở trạng thỏi chỳc xuống cắt vào chi tiết gia cụng, đồng thời khi cắt xong đầu dao lựi về nú cú thể ngửa lờn nếu như bị vướng vào chi tiết. Phần cuối của đầu dao được thiết kếđể lắp bạc trượt.
à a b b a 1 2 3 BIỂU ĐỒ CHẾĐỘ MA SÁT
Cụm đầu dao chuyển động được nhờ hai bạc trượt này. Để đơn giản trong chế tạo trục ta chọn luụn kớch thước của trục là Φ20 bởi vỡ khối lượng đầu dao nhỏ (mà theo phần thiết kế mỏy cắt mộng ta đó chọn trục trượt cho bàn chuyển động đảm bảo yờu cầu bền trong qỳa trỡnh làm việc). Tuy vậy nhưng ở đõy đầu dao cú cụng xụn cho nờn ta phải thiết kế
bạc trượt cú chiều dài l = 2.D nhằm mục đớch khụng cho đầu dao bị gục xuống làm tăng lực ma sỏt trong quỏ trỡnh chuyển động cắt (với D là
đường kớnh của bạc trượt). Vậy ta chọn bạc trượt cú chiều dài L = 40mm .Từđõy ta xỏc định lực ma sỏt tương tự như trường hợp xỏc định lực ma sỏt cho hai cặp trục bạc của mỏy cắt mộng. Tuy nhiờn ở đõy chỉ cú một cặp trục bạc, cú nghĩa là trọng lực chỉđặt lờn hai vị trớ cỏch nhau khoảng l = 70mm với mục đớch giảm kớch thước của đầu dao đồng thời giảm khối lượng. Qua đú ta tớnh cặp ma sỏt với cỏc điều kiện chọn sau: Trục cú vật liệu là thộp CT5 Được mài đạt cấp chớnh xỏc 8. Bạc làm bằng đồng thanh b = 2mm Ma sỏt bụi trơn bằng dầu vazơlin Pdn = 15Mpa
Sdn = 12Sv N ≈ 50 N
E = 1,5.104 Kg/cm2 à = 0,4
Trục được đỏnh búng đến cấp chớnh xỏc 8, dựa vào bảng 1 Tai liệu bụi trơn ta cú:
Ra = 0,63 ữ 0,32 àm γ = 12
ν = 2 b = 2
∇ = (0,35 ữ 0,175).10
Bạc làm bằng đồng thanh 52 được bụi trơn định kỳ bằng dầu vazơlin. τ0 = 1Mpa, β = 0,07 α = 0,04. Vậy ta cú θ = E 2 1−à = 42 10 . 5 , 1 4 , 0 1− = 5,6.10-5 (Kg/cm2) = 5,6.10-4Mpa-1 Rmax = 6Ra chọn Rmax = 2 àm
∆ = υ γ 1 max .b R = 2 1 2 . 12 2 = 0,12 Mà αH = 2,5α = 0,1 Ta cú: f = 5 2 5 / 1 5 4 0 . . . 4 , 2 ∆ v P θ τ + β + 0,24.αH.∆2/5. Pv1/5.θ1/5 Với Sdn = 3,14.12.4 = 12,56cm2 ⇒ Sv = 12,56/12 = 1 cm2 ⇒ Pv = v S N = 50/1 = 50 Thay vào cụng thức trờn ta cú : f = 0,01 + 0,07 + 0,055 = 0,135 Vậy lực ma sỏt sinh ra tại một ổ trượt : F1 = 0,135.50 = 6,75 Lực ma sỏt tổng cộng sinh ra : FΣms = 2.F1 = 2.6,75 = 13,5N