CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MA SÁT TRONG XYLANH - PISTON KHÍ NÉN
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
4.3 Thực nghiệm ảnh hưởng nhiệt độ đến lực ma sát của xylanh – piston khí nén
Điều kiện thử nghiệm:
- XLPTKN:TGC50X150 – S, theo ISO 9001 -2008 có D = 50mm, d = 20mm, h = 150mm;
- Tốc độ dịch chuyển của XLKN: 5, 10, 30, 50, 100mm/s;
- Hành trình dịch chuyển thực nghiệm: 80mm;
- Không bôi trơn cần piston;
- Áp suất bằng áp suất khí quyển;
- Nhiệt độ thay đổi: 150C ÷ 500C
Để đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ đến đặc tính ma sát trong XLPTKN, tiến hành thử nghiệm khảo sát lực ma sát tĩnh và động nhƣ sau: Đặt chế độ nhiệt độ 150C khảo sát đặc tính ma sát lần lƣợt các tốc độ 5 mm/s, 10 mm/s, 30 mm/s, 50 mm/s, 100 mm/s, thu đƣợc các giá trị lực ma sát tĩnh và ma sát động ở các tốc độ khác nhau. Tương tự như vậy tiến hành ở các nhiệt độ 32,50C và 500C. Mỗi thử nghiệm tiến hành 03 thí nghiệm song song và đƣợc xử lý theo quy hoạch thực nghiệm. Tổng hợp kết quả khảo sát lực ma sát tĩnh và động tương ứng với các tốc độ dịch chuyển trong điều kiện nhiệt độ khác nhau như trong bảng 4.3
91 Bảng 4.3 Lực ma sát trong XLPTKN theo tốc độ dịch chuyển và nhiệt độ thực nghiệm
STT Tốc độ dịch chuyển v
(mm/s)
Lực ma sát tĩnh Fmst (N) Lực ma sát động Fmsd (N) T
150C
T 32,50C
T 500C.
T 150C
T 32,50C
T 500C.
1 5 40.51 37.89 35.87 20.39 19.01 18.37
2 10 29.02 26.4 24.87 16.68 15.7 14.98
3 30 16.85 14.8 13.85 12.9 11.84 10.98
4 50 18.56 16.66 15.75 15.12 13.76 12.71
5 100 23.7 21.68 20.75 21.18 19.85 18.73
Từ bảng số liệu 4.3 xây dựng đƣợc đồ thị quan hệ lực ma sát (Fmst và Fmsd) và nhiệt độ nhƣ hình 4.9
a – Lực ma sát tĩnh b- Lực ma sát động
Hình 4.9 Đồ thị sự phụ thuộc lực ma sát vào nhiệt độ ở tốc độ dịch chuyển khác nhau Nhận xét chung: Đặc tính ma sát của XLPTKN ở các nhiệt độ 150C, 32.50C, 500C theo tốc độ dịch chuyển tuân theo dạng đường cong Stribeck.
Trên hình 4.9a đồ thị lực ma sát tĩnh theo tốc độ dịch chuyển ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau tuân theo dạng đường cong Stribeck. Khi nhiệt độ tăng từ 150C ÷ 500C lực ma sát có xu hướng giảm dần. Mặt khác, khi tăng nhiệt độ 150C ÷ 32.50C lực ma sát giảm nhiều hơn khi nhiệt độ tăng 32.50C ÷ 500C.
Trên hình 4.9b đồ thị lực ma sát động theo tốc độ dịch chuyển ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau tuân theo dạng đường cong Stribeck. Khi nhiệt độ tăng từ 150C ÷ 500C lực ma sát có xu hướng giảm dần. Mặt khác, khi tăng nhiệt độ 150C ÷ 32.50C lực ma sát giảm nhiều hơn khi nhiệt độ tăng 32.50C ÷ 500C.
Khi thay đổi nhiệt độ lực ma sát động biến đổi mạnh hơn lực ma sát tĩnh. Điều này có thể lý giải nhƣ sau: Khi làm việc, ma sát trong XLPTKN thực chất là ma sát của gioăng làm kín và bề mặt xylanh hoặc bề mặt cần piston. Vật liệu làm gioăng thường là cao su, polymer vv…Khi nhiệt độ thay đổi các gioăng làm kín bị biến tính lớn hơn so với bề mặt xylanh và cần piston. Ở nhiệt độ 150C gioăng bị làm cứng lại, giảm tính đàn hồi, lực ma sát
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 10
12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42
Fmst (N)
v (mm/s)
15 32.5 50
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 10
12 14 16 18 20 22
Fmsd (N)
v (mm/s)
15 32.5 50
92 lớn. Khi tăng nhiệt độ gioăng đƣợc làm mềm, tính đàn hồi tăng, làm cho lực ma sát giảm khi chuyển động.
4.4 Quy hoạch thực nghiệm ảnh hưởng của môi trường nhiệt ẩm Việt Nam đến đặc tính ma sát của xylanh – piston khí nén dùng trong ổ cấp dao máy CNC
Điều kiện thử nghiệm:
- XLPTKN: TGC50X150 –S, theo ISO 9001 - 2008 có D = 50mm, d = 20mm, h = 150mm;
- Tốc độ dịch chuyển của XLPTKN: 30mm/s, 50mm/s, 100mm/s;
- Hành trình dịch chuyển thực nghiệm: 80mm;
- Không bôi trơn cần piston;
- Áp suất bằng áp suất: 0bar, 5bar;
- Nhiệt độ thay đổi: 150C ÷ 500C;
- Độ ẩm thay đổi: 51% ÷ 99%.
Để đánh giá ảnh hưởng của môi trường nhiệt ẩm Việt Nam đến đặc tính ma sát của XLPTKN, tiến hành thử nghiệm khảo sát ma sát nhƣ sau: Đặt chế độ nhiệt độ 150C, độ ẩm thay đổi tương ứng 51%, 75%, 99% khảo sát đặc tính ma sát lần lượt các tốc độ 30 mm/s, 50 mm/s, 100 mm/s. Tương tự như vậy tiến hành ở các nhiệt độ 32,50C và 500C, độ ẩm tương ứng thay đổi 51%, 75%, 99%. Mỗi thử nghiệm tiến hành 03 thí nghiệm song song và đƣợc xử lý theo quy hoạch thực nghiệm. Tổng hợp kết quả khảo sát đặc tính sát ma sát tương ứng với các tốc dộ dịch chuyển trong điều kiện độ ẩm khác nhau như trong bảng 4.4.
Để thực hiện quy hoạch thực nghiệm trực giao tiến hành mã hóa biến T, RH thành biến không thứ nguyên x1, x2. Phương trình hồi quy bậc 2 có dạng:
2 2
0 1 1 2 2 12 1 2 11 1 22 2
y b b x b x b x x b x b x Các biến mã hóa đƣợc xác định theo công thức sau:
1 T T0;
x T
0 2
RH RH
x RH
(4.3) Trong đó: T0 - giá trị trung bình mức cơ sở của nhiệt độ tính theo công thức
0 ax min
2 Tm T
T (4.4) RH0 - giá trị trung bình mức cơ sở của độ ẩm tương đối tính theo công thức
ax min
2 RHm RH
RH (4.5)