4. Tính toán thiết kế hoàn thiện một số bộ phận làm việc của máy
4.2.2.3.Thiết kế chạc Man và chốt tay quay theo điều kiện bền mòn
Từ sự phân tích kết cấu cũng nh− quan sát thực tế trên chạc man và chốt tay quay sau thời gian thử nghiệm, chúng tôi thấy các bề mặt bị mòn nhiều nhất là rZnh chạc Man và chốt tay quay. Bề mặt trụ lồi trên tay quay và phần mặt trụ lõm trên chạc Man cũng tiếp xúc nhau trong quá trình làm việc, nh−ng chúng tiếp xúc chủ yếu khi chạc Man đZ ở cuối pha quay và bề mặt tiếp xúc giữa chúng lớn nên độ mòn ở cặp tiếp xúc này là không đáng kể.
Hiện t−ợng mòn rZnh chạc Man và chốt tay quay diễn ra không đều dọc theo chiều dài rZnh chạc. Chốt tay quay cũng bị mòn không đều theo bề mặt trụ của nó. Vị trí rZnh chạc Man và chốt tay quay bị mòn nhiều nhất ứng với vùng giữa rZnh chạc, và c−ờng độ mòn có tính đối xứng đối với cả rZnh chạc Man và chốt tay quay. Trên chạc Man đó là vùng nằm ở khoảng giữa rZnh chạc, c−ờng độ mòn có tính đối xứng nhau qua mặt phẳng đối xứng của các rZnh chạc. Chốt tay quay theo thiết kế cũ đ−ợc gắn chặt trên đĩa tay quay nên bị mòn ở hai vùng mặt trụ ứng với hai góc phần t− cạnh nhau h−ớng về phía tâm đĩa tay quay. Các vị trí bị mòn nhiều nhất của rZnh chạc Man và chốt tay quay đ−ợc chỉ ra trên hình 4.15.
Hiện nay, ch−a có ph−ơng pháp tính toán trực tiếp theo mòn cho các bề mặt tiếp xúc, các cặp lắp ghép vì hiện t−ợng mòn là hiện t−ợng rất phức tạp và phụ thuộc nhiều yếu tố khó xác định [1]. Ph−ơng pháp tính toán gián tiếp th−ờng dùng nhất là tính toán hạn chế áp suất trên bề mặt tiếp xúc hoặc hạn chế tích số giữa áp suất với vận tốc tr−ợt t−ơng đối giữa hai bề mặt tiếp xúc. Với các cặp lắp ghép th−ờng dùng, ng−ời ta đZ xác định đ−ợc các giá trị cho phép và và các hệ số điều kiện sử dụng. Các giá trị này đ−ợc cho sẵn trong các sổ tay kỹ thuật. Để có đ−ợc các giá trị cho phép này ng−ời ta đZ phải làm rất nhiều thí nghiệm trong nhiều điều kiện làm việc khác nhau của cặp bề mặt tiếp xúc.
Với cặp tiếp xúc giữa chốt tay quay và rZnh chạc Man, nếu áp dụng các công thức theo ph−ơng pháp tính toán nêu trên đây sẽ không thoả đáng vì điều kiện làm việc của chúng khác nhau nhiều. Để giải quyết nhiệm vụ đặt ra, chúng tôi chỉ căn cứ theo lý thuyết chung về ma sát và hao mòn, tham khảo các kết cấu có sẵn gần giống nh− cặp tiếp xúc đang thiết kế để chọn vật liệu và chế độ nhiệt luyện phù hợp. Riêng chốt tay quay đ−ợc thiết kế lại cho hợp lý hơn về mặt kết cấu.
Nh− đZ thấy trên hình 4.15, chốt tay quay bị mòn lệch ở hai vùng chắn hai góc phần t− h−ớng về phía tâm đĩa tay quay. Các phần còn lại của mặt trụ chốt tay quay không bị mòn. Tình trạng này sẽ rất nguy hiểm đối với chốt tay quay vì nó sẽ phải làm việc nhiều gấp 4 lần so với các rZnh chạc Man và sự tiếp xúc với rZnh chạc Man chỉ diễn ra trên một vùng rất hẹp của chốt. Để cải thiện tình hình này, cần phải lắp thêm một vành con lăn bao bên ngoài chốt tay quay. Nh− vậy sẽ có một phần ma sát tr−ợt đ−ợc chuyển thành ma sát lăn nhờ chuyển động quay tự do của vành con lăn trên chốt tay quay. Chốt tay quay vẫn lắp cố định trên đĩa tay quay. Nhờ đó chốt tay quay và rZnh chạc Man sẽ ít bị mòn hơn. Kết cấu cụm chốt tay quay tr−ớc và sau thiết kế lại đ−ợc thể hiện trên hình 4.16.
Hình 4.16. Cụm chốt tay quay cũ (bên phải) và sau (bên trái) khi thiết kế lại: 1- Đĩa tay quay; 2- Chốt tay quay; 3- Vòng đệm vênh; 4- Đai ốc; 5- Con lăn.
Một giải pháp khác là thiết kế sao cho chốt tay quay quay đ−ợc tự do so với đĩa tay quay quanh tâm của nó. Khi đó hiện t−ợng mài mòn chốt đ−ợc cải thiện tích cực nhất nh−ng kết cấu phải đủ chắc chắn để chịu tải trọng khá lớn khi làm việc. So sánh giữa hai ph−ơng án này, chúng tôi chọn ph−ơng án chốt tay quay lắp cố định trên đĩa tay quay nh−ng bên ngoài chốt có lắp vàng con lăn.
Chạc Man, chốt tay quay và vành con lăn đ−ợc chế tạo từ thép kết cấu loại tốt, mZ hiệu 65Г (tiêu chuẩn Nga) (Cẩm nang kỹ thuật cơ khí, trang 218) có thành phần các nguyên tố chính và cơ tính nh− sau:
(0,62-0,70)% C; (0,17-0,37)% Si; 0,90-1,20)% Mn và một số nguyên tố khác (P, S, Cr, Ni).
Giới hạn chảy σch= 42 kG/mm2 = 420 N/mm2; Giới hạn bền σb= 71 kG/mm2= 710 N/mm2;
Ph−ơng pháp nhiệt luyện là tôi bề mặt bằng dòng điện cao tần (tôi tự ram) để đạt đ−ợc độ rắn bề mặt 50-58 HRC, lõi đạt 30-40 HRC, đảm bảo vừa có lớp bề mặt chịu mài mòn tốt vừa có lõi dẻo để chịu ứng suất thể tích tốt.
Trong điều kiện sản xuất hiện tại của n−ớc ta, để giảm giá thành chế tạo, chỉ cần chế tạo và nhiệt luyện chạc Man, còn chốt Man có thể thiết kế theo h−ớng lợi dụng chốt xích, bạc xích và con lăn của xích ống con lăn cỡ b−ớc xích 25,4 mm.