2.4.1. Máy 4 bi
Là thiết bị dùng để đo sức bền của màng dầu bôi trơn giữa các chi tiết có chuyển động lăn và trượt và đo giá trị của mô men ma sát. Sơ đồ nguyên lý hoạt động được trình bày trên (hình 2.5). 4 viên bi có đường kính 12,7mm được chế tạo từ thép làm ổ lăn có độ cứng 62,66HRC là các chi tiết để nghiên cứu.
3 viên bi được giữ cố định trong cốc đựng dầu bôi trơn, viên thứ tư ở phía trên giữ vào ngàm và cùng chuyển động với ngàm trên với vận tốc quay 1500v/phút tương ứng với các vận tốc trượt v = 0,55m/s. Tải trọng tác dụng vào các mẫu thử được tác động nhờ hệ thống đòn bảy cho phép tạo ra lực ép đến 12.000N và tại các điểm tiếp
Hình 2.5: Máy 4 bi dùng để nghiên cứu ma sát giới hạn:
a) tiếp xúc ma sát- 4 viên bi trong chén đựng dầu được nghiên cứu, b) sơ đồ của máy
1- động cơ dẫn động, 2- viên bi phía trên,
3- các viên bi đặt phía dưới, 4- cốc chứa dầu được nghiên cứu, 5- bình giữ nhiệt
xúc giữa các viên bi lực ép có giá trị trong khoảng 0 đến 8.000N. Nhiệt độ của dầu có thể khống chế trong phạm vi từ - 40oC đến 300oC (233-573oK), thường người ta thí nghiệm với nhiệt độ bình thường trong phòng.
2.4.2. Máy Timken
Ngoài máy 4 bi người ta còn sử dụng nhiều loại máy khác để khác để đánh giá tính bôi trơn của dầu, trong đó có máy Timken. Sơ đồ của thiết bị này được trình bày trên (hình 2.7). Cặp ma sát được khảo nghiệm là tiếp xúc đường, trượt thuần tuý. Máy có thể khảo nghiệm được độ bền vững của màng dầu bôi trơn giữa hai chi tiết trượt với nhau ở dạng tiếp xúc đường, đồng thời có thể đo được hệ số ma sát giữa chúng. Mẫu thử dạng vòng xuyến tấm phẳng được làm từ thép nhiệt luyện để có độ cứng bề mặt 60-62 HRC. Vòng xuyến có chuyển động quay còn tấm phẳng được giữ cố định và được ép vào vòng xuyến nhờ hệ thống tay đòn với lực biến đổi từ 50 đến 1.000N. Tốc độ quay của vòng xuyến có thể điều chỉnh theo 4 cấp 500, 750, 1.000 và 1.500 vòng/phút, ứng với tốc độ trượt tương đối 0,92, 1,34, 1,84, và 2,74 m/s. Bề mặt ma sát giữa hai mẫu thử được bôi trơn bằng dầu khảo nghiệm được chứa trên bình và cho chảy xuống mẫu thử liên tục đảm bảo dầu đi vào bề mặt ma sát luôn ở trạng thái sạch.
Tính bôi trơn của dầu hợăc mỡ được xác định bởi lượng mòn của tấm phẳng theo thời gian khảo nghiệm và mô men ma sát. Và cũng có thể đánh giá bằng các thông số sau:
- Tải trọng lớn nhất mà mẫu thử bị tróc,
- Độ bền vững của màng dầu bôi trơn khi thay đổi P,V,T,
- Hệ số ma số ma sát,
Hình 2.6: Sơ đồ của máy Tim ken. A – sơ đồ của máy , B – mẫu thử. 1,2 – vòng xuyến và khối vật liệu ma sát , 3-quả nặng gây tải, 4- cần đòn bảy, 5- bơm, bình chứa dầu nghiên cứu.
- Diễn biến của quá trình mòn.
Các kết quả khảo nghiệm trên máy Timken có thể phục vụ cho việc đánh giá hiệu quả bôi trơn cho dầu nhớt bôi trơn cho ổ trượt và hộp số bánh răng. Đồng thời còn có thể dùng máy Timken để nghiên cứu khả năng phối hợp vật liệu của cặp ma sát với môi trường bôi trơn.
2.4.3. Máy đo lực ma sát KE – 1
Nguyên lý hoạt động: Động cơ 7 truyền chuyển động cho cơ cấu truyền lực 6 .tại đây nó truyền chuyển động cho mẫu 5 chuyển động tịnh tiến trên mặt phẳng nằm ngang. Mẫu 4 đứng yên luôn tiếp xúc
Với mẫu 5 nhờ lực pháp tuyến do hệ thống tay đòn truyền lực do tải trọng 1 gây ra .lực ma sát sinh ra giữa hai mẫu thử được đo bằng lực kế 2
2.4.4. Máy khảo nghiệm độ mòn TE97
Thiết bị để đo độ mài mòn (ENGLAND sản xuất) theo tiêu chuẩn ASTM-G77 Theo tiêu chuẩn này độ mài mòn được tính theo quá trình dịch chuyển của đầu thử lên bề mặt mẫu. Đầu thử là thép tôi có độ cứng rất cao, có một đầu tỳ lên bề mặt mầu và
Hình 2.7: Máy đo lực ma sát KE - 1
1 - tải trọng , 2 - lực kế, 3 - hệ thống tay đòn truyền lực, 4, 5 - mẫu thử và đối mẫu, 6 – cơ cấu truyền lực, 7 - động cơ điện
một đầu được tác dụng một lực cố định. Mẫu quay trên bề mặt đầu thử sẽ mòn dần và di chuyển một khoảng cách rất nhỏ mà mắt thường không nhìn thấy được máy TE97 đo được để đánh giá tốc độ ăn mòn.
2.4.5. Máy thử nghiệm mài mòn ma sát vạn năng model E53SLIM
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Máy thử nghiệm mài mòn ma sát vạn năng TE 53SLIM cung cấp khả năng thử ma sát trượt một hướng và khả năng thử ma sát kết hợp quay/trượt.
2.4.6. Máy khảo nghiệm ma sát mòn EFM-III-1010
Máy khảo nghiệm ma sát mòn EFM-III-1010 là thiết bị kiểm tra đánh giá ma sát mòn .Việc thiết kế nhằm làm sáng tỏ về sự bôi trơn, ma sát trượt và mòn của cặp mẫu thử với các dạng tiếp xúc khác nhau. Mẫu thử quay và trượt .Tính hệ số ma sát
(f). từ lực ma sát (F), bằng việc mẫu quay tròn dưới tác dụng của lực pháp tuyến và vận tốc V. Sự mài mòn được đánh giá bằng sự hao hụt khối lượng của mẫu thử
Hình 2.9: máy khảo mài mòn ma sát vạn năng TE97
2.4.7. Máy đo ma sát – mòn của mẫu thử với các môi trường khác nhau nhau
Hình 2.11: Máy khảo nghiệm ma sát mòn EFM-III-1010
2.4.8. Máy khảo nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM-G77
Trên (hình 2.16), mô tả sơ đồ và nguyên lý làm việc của một thiết bị khảo
nghiệm lực ma sát, sử dụng các cảm biến điện tử để đo lực ma sát và lực tác dụng giữa hai bề mặt tiếp xúc.
Tín hiệu thu nhận từ các cảm biến được máy tính lưu giữ và xử lý để có thể tính được hệ số ma sát và vẽ các đường cong biểu diễn về mối quan hệ giữa hệ số ma sát và các tham số khác.
2.5. Phương tiện nghiên cứu ma sát, hao mòn, bôi trơn tại Đại học Nha Trang Trang
2.5.1. Máy khảo nghiêm ma sát MS –TS2
Để nghiên cứu hệ số ma sát trong ổ trục chân vịt được tiến hành thí nghiệm trên thiết bị MS –TS2.
Nguyên lý làm việc của máy như sau:
Động cơ (1) quay kéo theo trục (10) quay với nhiều vận tốc khác nhau nhờ bộ truyền động đai (2) .ổ trục khảo nghiệm được lắp lồng không trên trục (10) và chịu tải P thay đổi theo yêu cầu của thí nghiệm nhờ hệ thống đòn bẩy và đối trọng lắp ngoài. Mô men ma sát giữa bạc và trục phụ thuộc vào chế độ tải và vận tốc trượt được đo bằng con lắc vật lý với đối trọng (5) thông qua kim (19) và bảng chia độ gắn trên giá máy.Từ mô men ma sát này ta tính được hệ số ma sát trong ổ
Hình 2.13: Sơ đồ minh họa cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị khảo nghiệm ma sát có sử dụng các cảm biến đo lực tác dụng và lực ma sát đồng thời
Nhiệt độ trong ổ được khống chế bằng lưu lượng chất bôi trơn qua ổ với lỗ vào (21),lỗ ra (9) và được đo trực tiếp nhờ nhiệt kế cảm biến điện (8) gắn trên ống bao. Lưu lượng chất bôi trơn được khống chế bằng van trên đường ra và sự chênh áp trên đường vào
Vận tốc trượt giữa bạc và trục thí nghiệm được thay đổi theo yêu cầu thí nghiệm bằng cách thay đổi các cấp bánh đai của bộ truyền động từ động cơ đến trục thí nghiệm.
Áp suất trong ổ được tạo theo ý muốn nhờ sự thay đổi đối trọng thích hợp.Các kích thước và vật liệu của ổ và trục có thể thay đổi theo yêu cầu thí nghiệm
Hình 2.14: thiết bị khảo nghiệm ma sát MS –TS2. 2.5.2. Máy khảo nghiêm ma sát MS –TS1
Cấu tạo và nghuyên lý hoạt động MS –TS1.
Sơ đồ nguyên lý của thiết được mô tả trên (hình 2.18). Nhờ động cơ điện (8),bộ truyền đai (7), và hệ thống các bánh răng mà chuyển động quay được chuyển tới các trục I,II,III,làm cho mẫu thử (5 ) được lắp trên trục III quay theo. Để thay đởi tốc độ quay của mẫu thử 5 ta thay đổi các cặp puli đai truyền động và do đó làm thay đổi vận tốc trượt của cặp ma sát. Mẫu thí nghiệm(2)được gắn ở cần treo tải (3), áp lực tác dụng lên cặp ma sát được tạo bởi các trọng lượng (4) treo trên tay đòn (3). Muốn thay đổi áp lực tác dụng lên cặp ma sát ta thay đổi trọng lượng vật treo.
Mô men ma sát trong cặp thí nghiệm được xác định nhờ góc lệch của đối trọng (6) đọc qua kim chỉ (1).ở đây chúng ta tiến hành xác định hệ số ma sát trượt trong trường hợp mẫu (5) quay và mẫu (2) đứng yên.
Tùy theo mục đích thí nghiệm ma sát mà ta thay đổi cặp ma sát, tốc độ quay của trục III, và áp lực tác dụng lên cặp ma sát.
Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy MS –TS1. 2.6. Nhận xét
Dù đơn giản hay phức tạp, các thiết bị khảo nghiệm ma sát ngày nay thường có ba bộ phận chính, đó là:
- Bộ phận mô phỏng điều kiện làm việc, gồm các tham số đặc trưng cho: + Vật liệu và chế độ công nghệ bề mặt;
+ Vận tốc tiếp xúc; + Áp lực tiếp xúc;
+ Điều kiện môi trường làm việc (có bôi trơn, hay không, nhiệt độ, độ ẩm…). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Bộ phận cảm biến tín hiệu: + Cảm biến đo lực tác dụng;
+ Cảm biến đo lực hoặc mô men ma sát; + Cảm biến đo nhiệt độ.
+ Cảm biến đo mòn.
+ Cảm biến đo vận tốc tiếp xúc - Bộ phận đọc lưu trữ và xử lý số liệu:
Các tín hiệu đo được chuyển về máy tính và được xử lý theo chương trình đã định sẵn sẽ mô tả được mối quan hệ giữa các tham số cần khảo sát với các tham số đặc trưng cho chế độ tiếp xúc giữa các bề mặt như: tải pháp tuyến, tốc độ trượt, nhiệt độ môi trường và các yếu tố khác.
2.7. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu2.7.1. Mục đích nghiên cứu 2.7.1. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thành công máy khảo nghiệm ma sát vạn năng, phù hợp với công nghệ chế tạo trong nước là phương tiện nghiên cứu khảo nghiệm ma sát.
Dùng phục vụ cho việc giảng dạy, nghiên cứu và ứng dụng, giúp cho các nhà thiết kế, chế tạo chọn đúng vật liệu cho các cặp ma sát và vật liệu bôi trơn tương ứng. Góp phần nâng cao tuổi thọ của máy móc.
2.7.2. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu các kết quả nghiên cứu được công bố ở Việt nam và thế giới - Xác định các yêu cầu kỹ thuậy của máy
- Xây dựng sơ đồ động học
Chương 3: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM MÁY
3.1. Chọn phương án thiết kế
Dựa vào việc tổng hợp các thành tựu khoa học được nghiên cứu tại chương 1 và chương 2, áp dụng tối đa và hợp lý các kết quả nghiên cứu trên. Do tính đa dạng của vấn đề trong khả năng và điều kiện cho phép chúng tôi chỉ tập trung vào nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy khảo nghiệm ma sát có khả năng mô phỏng có các dạng tiếp xúc mặt, tiếp xúc đường và tiếp xúc điểm.
3.2. Xác định các yêu cầu kỹ thuật
Máy thử nghiệm ma sát, mài mòn, bôi trơn, đáp ứng yêu cầu bao gồm: a, Bộ phận mô phỏng điều kiện làm việc, gồm các tham số đặc trưng cho:
- Vật liệu và chế độ công nghệ bề mặt; - Vận tốc tiếp xúc;
- Áp lực tiếp xúc;
- Điều kiện môi trường làm việc (có bôi trơn, nhiệt độ bôi trơn). b, Bộ phận cảm biến tín hiệu:
- Cảm biến đo lực tác dụng; - Cảm biến đo lực ma sát;
- Cảm biến đo nhiệt độ vật liệu bôi trơn. - Cảm biến biểu diễn quá trình mòn. - Cảm biến đo vận tốc trượt
c, Bộ phận đọc và xử lý số liệu:
Các tín hiệu chuyển về máy tính và được tự động lưu trữ và xử lý theo chương trình đã định sẵn, mô tả được mối quan hệ giữa các tham số cần khảo sát với các tham số đặc trưng cho chế độ tiếp xúc giữa các bề mặt như: tải pháp tuyến, tốc độ trượt, nhiệt độ môi trường và các yếu tố khác.
d, Máy cần phải đảm bảo được các chỉ tiêu: - Khả năng làm việc:
Đảm bảo khả năng làm việc lâu dài, đảm bảo chính xác kết quả khảo nghiệm. Đảm bảo độ bền, không đổi kích thước, hình dạng các chi tiết (trục, ổ đỡ, …). Thiết bị ổn định.Vật liệu được chọn phải đảm bảo có tính bền mòn cao, tăng cường các biện pháp tăng bền và chống gỉ.
- Độ tin cậy:
Thiết bị đáp ứng khả năng thực hiện được chức năng theo thiết kế, đồng thời vẫn giữ được các chỉ tiêu về sử dụng (năng suất, công suất, độ chính xác,…) trong suốt thời gian làm việc.
Máy được thiết kế đảm bảo hoạt động bình thường trong thời gian 5 năm và không xảy ra hỏng hóc lớn về thiết bị trong thời gian 1 năm.
- An toàn trong sử dụng:
Kết cấu máy làm việc an toàn trong điều kiện sử dụng bình thường, không gây tai nạn nguy hiểm cho người sử dụng, không gây nguy hại cho các thiệt bị và đối tượng khác ở xung quanh. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Tính công nghệ và tính kinh tế:
Máy được thiết kế sử dụng phương pháp công nghệ, có hình dạng, kết cấu và vật liệu phù hợp với điều kiện sản xuất và sử dụng tại địa phương. Khối lượng, kích thước nhỏ, tốn ít vật liệu. Chi phí và giá thành sản phẩm phải hợp lý. Hiện nay giá thành nhập khẩu một máy thử nghiệm cũng lên đến hàng tỷ đồng (theo nguồn www.vatgia.com) , nếu sản xuất thành công thiết bị, sẽ tiết kiệm được rất nhiều chi phí.
3.3. Xây dựng sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy
Dựa trên phương án thiết kế đã chọn chúng tôi xây dựng sơ đồ động học của máy (Hình.3.1)
3.3.1. Cấu tạo máy khảo nghiệm ma sát
Hình. 3.1. Sơ cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy khảo nghiệm ma sát
1. Khung máy 2. Giá đỡ cảm biến 3,4. Cảm biến đo tải 5. Lò xo
6,7. Ổ và gối đỡ trục chính 8. Bộ chuyền động đai 9. Ống then hoa
10. Ổ đỡ và gối đỡ trục chính 11. Trục then hoa gắn mẫu thử 12. Mẫu thử
13. Đối mẫu thử 14. Vít me điều chỉnh đối mẫu thử và gây tải
15. Tay quay
16. Trục gá cảm biến đo lực ma sát 17. Cảm biến đo lực ma sát
18. Gối đỡ, cần gá đối mẫu thử 19. Trục, gá đối mẫu thử 20. Vít me căng đai 21. Động cơ biến tần 22. Vít me điều chỉnh thanh gá cảm biến mòn 23. Thanh gá cảm biến mòn
24. Bơm và thùng chứa vật liệu bôi trơn 25. Điện trở gia nghiệt vật liệu bôi trơn
3.3.2. Nguyên lý hoạt động
Khi động cơ biến tần (21) làm việc, thông qua bộ truyền động đai (8) truyền mô men quay đến trục (11) có gắn mẫu thử (12) làm mẫu thử quay, dùng vít me và đai ốc (20) để căng đai. Để thay đổi số vòng quay của mẫu thử (12) ta điều chỉnh tốc độ vô cấp nhờ động cơ DC servo (21). Muốn thay đổi tải tác dụng lên mẫu thử ta quay tay quay (15), để xác định chính xác tải tác dụng dùng cảm biến (3) để đo lực tác dụng.
Vít me (14) để gây tải, gá lắp và điều chỉnh mẫu thử (12) và đối mẫu (13) tiếp xúc với nhau, lúc chưa chịu tác dụng do lực ma sát gây ra thì cần gá đối mẫu (18) đứng yên ở vị trí ban đầu, lúc này giá trị của cảm biến đo lực ma sát bằng 0. Khi chịu lực tác dụng của tải trọng, sẽ ép hai mẫu thử lại khi đó lực ma sát sinh ra giữa hai mẫu thử, lực ma sát sẽ kéo đối mẫu (13), dùng cảm biến điện tử đo lực ma sát (17) đo giá trị của lực ma sát và báo về bộ vi xử lý đã được lập trình. Để biểu diễn khích thước hao mòn do ma sát của mẫu thử (12) và đối mẫu thử (13) dùng cảm biến biểu diễn quá trình mòn (23), vít me (22) điều chỉnh thanh gá cảm biến biểu diễn quá trình mòn.