CHƯƠNG I SỰ THAY ĐỔI TRẠNG THÁI KỸ THUẬT CỦA Ô TÔ TRONG QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG Trong quá trình sử dụng ô tô, tính năng kỹ thuật của các bộ phận dần dần bị thay đổi. Quá trình thay đổi ấy có thể kéo rất dài, những nguyên nhân tác động trong quá trình làm việc diễn biến theo qui luật tự nhiên (qui luật mài mòn tự nhiên, lão hóa, quá trình ô xy hóa…) nhưng cũng có khi thay đổi trạng thái xảy ra đột ngột không theo qui luật (kẹt vỡ bánh răng, gãy xéc măng…) gây hư hỏng nặng. Quá trình làm việc xảy ra ở tất cả các bộ phận: động cơ, thùng, bệ, hệ thống truyền lực, hệ thống treo… đều liên quan và thể hiện dưới sự thay đổi của các dạng năng lượng nhất định như: cơ năng, nhiệt năng, áp năng của các dạng chất lỏng, khí… Quá trình thay đổi tính năng kỹ thuật của các bộ phận trong ô tô thể hiện dưới hình thức thay đổi các dạng năng lượng nói trên, trong điều kiện làm việc bình thường đều do nguyên nhân hao mòn bề mặt và giảm độ bền do quá trình lý hóa gây nên. Việc nghiên cứu ma sát và mòn rất quan trọng và cần thiết, để nắm được bản chất và qui luật hao mòn các chi tiết trong ô tô giúp ta tìm các biện pháp khắc phục để nâng cao tuổi bền sử dụng của chúng.
Ma sát a/ Khái niệm về ma sát Sự hoạt động của nhiều cơ cấu máy có liên quan tới sự chuyển động tương đối của bề mặt tiếp xúc của các chi tiết máy và tạo nên ma sát trên bề mặt đó. Trong đa số các trường hợp ma sát đều gây nên những chi phí vô ích về năng lượng đồng thời tạo nên hao mòn chi tiết máy. Qua các công trình nghiên cứu ta thấy ma sát là kết quả của nhiều dạng tương tác phức tạp khác nhau trong đó diễn ra các quá trình cơ, lý, hóa, điện… quan hệ của các quá trình đó rất phức tạp phụ thuộc vào đặc tính tải tác dụng, vật liệu, môi trường. b/ Phân loại ma sát + Theo sự chuyển động tương đối giữa hai vật thể ta có: - Ma sát trượt (hình 1.1b) - Ma sát quay (hình 1.
Phân loại ma sát theo chuyển động tương đối giữa hai vật ma sát. 1 + Theo trạng thái bề mặt ma sát của chi tiết và tính chất của vật liệu bôi trơn (hình 1. Thí dụ: Ma sát giữa các đĩa của ly hợp với bánh đà và đĩa ép, giữa má phanh và tang trống… - Ma sát giới hạn (ma sát trong) hệ số ma sát f = 0,001 loại ma sát này phát sinh giữa hai bề mặt chuyển động của chi tiết có tồn tại một lớp dầu bôi trơn rất mỏng, lớp dầu này tồn tại được là do sức hút giữa chúng và các phần tử kim loại. So với ma sát khô thì ma sát giới hạn vẫn tốt hơn, nhưng ma sát giới hạn không có lợi nếu để các chi tiết máy làm việc lâu dưới dạng ma sát này.
Thí dụ ma sát trên các bề mặt răng của cặp bánh răng ăn khớp hoặc khi khởi động máy hoặc tốc độ quay chậm mà phụ tải lớn. - Ma sát ướt (ma sát trong) còn gọi là ma sát thủy động học, hệ số ma sát f = 0,0001. Trong trường hợp này sức cản ma sát lớn hay bé tùy theo tính chất của dầu nhờn mà không liên quan gì đến tính chất và đặc tính của bề mặt tiếp xúc. Thí dụ ma sát giữa các ổ đỡ của trục khuỷu.
- Ma sát nửa khô: là hình thức ma sát hỗn hợp giữa ma sát giới hạn và ma sát khô, loại ma sát này xuất hiện ở phần trên của xy lanh và xéc măng hơi ở hành trình nổ của động cơ. - Ma sát nửa ướt: là hình thức ma sát hỗn hợp giữa ma sát giới hạn và ma sát ướt, loại ma sát này xuất hiện giữa các gối đỡ của trục khuỷu khi mới khởi động máy. Phân loại ma sát theo chất bôi trơn. Mòn a/ Các khái niệm + Quá trình mòn là quá trình phá hoại bề mặt và bề mặt kim loại của các chi tiết tiếp xúc khi nó chuyển động tương đối do kết quả của lực ma sát kèm theo quá trình lý hóa phức tạp.
+ Lượng hao mòn là kết quả của quá trình mòn làm thay đổi kích thước, hình dáng, khối lượng hoặc trạng thái bề mặt chi tiết, mòn phá hủy tương quan động học của các khâu lắp ghép. + Độ chịu mòn là khả năng chống đỡ mòn của các vật liệu chế tạo chi tiết hoặc cặp chi tiết phối hợp. b/ Phân loại mòn Có rất nhiều trị số ảnh hưởng đến trị số mòn và tính chất hao mòn, nhà bác học Nga M.Xðĩỵ phân loại mòn như sau: * Mòn cơ giới: do các lực cơ giới tác dụng lên bề mặt tiếp xúc của chi tiết, mòn cơ giới có dạng. - Mòn do hạt mài: do những hạt bé và cứng nằm giữa hai bề mặt tiếp xúc gây nên, kết quả là tạo nên những vết xước vẹt sâu xuống.
Nguồn hạt mài có thể từ ngoài lọt vào bề mặt chi tiết như: bụi, cát theo không khí hoặc dầu bôi trơn vào hoặc có thể tồn tại ngay trên bề mặt chi tiết do chất lượng gia công chi tiết nên khi cọ xát văng ra những hạt gang, thép, crôm… Cường độ mòn phụ thuộc vào vật liệu chế tạo, độ cứng, kích thước hạt mài, tốc độ trượt, áp lực trên bề mặt tiếp xúc. - Mòn do biến dạng dẻo: do tác dụng của tải trọng lớn lên các bề mặt chi tiết tiếp xúc làm thay đổi hình dáng và kích thước của chúng nhưng trọng lượng của chúng không đổi. Ví dụ: trong các gối đỡ trục khuỷu ta có thể quan sát thấy lớp hợp kim chịu mòn bị dịch chuyển theo chiều trượt - Mòn do phá hoại dòn: do ma sát lớp hợp kim loại bề mặt của chi tiết tiếp xúc bị “chai cứng” và dòn đến giới hạn nào đó nó bị bong ra và để lộ lớp kim loại ít dòn hơn. Lớp kim loại này tiếp tục bị “chai cứng” và dòn, lại bong tróc… quá trình cứ tiếp diễn - Mòn do mỏi: chi tiết chịu ứng suất cao, tác động có chu kỳ, trên mặt chi tiết xuất hiện những vết nứt tế vi.
Dạng mòn này thường xuất hiện trên bề mặt bánh răng truyền lực chính. * Mòn phân tử cơ giới. Nó phát sinh do sự bám dính của các phần tử kim loại ở một số chỗ cục bộ trên bề mặt ma sát của chi tiết, sau đó chỗ bám dính lại bị phá hoại vì tác dụng cơ giới: Bề mặt chi tiết tiếp xúc có độ xù xì, dẫn đến tiếp xúc cục bộ. Ở những nơi có phụ tải lớn, màn dầu bị phá hoại, tốc độ trượt lớn, nhiệt độ cao, dầu bị bốc hơi, kim loại bị dính vào nhau sau đó lại bị rời ra, kết quả là một bề mặt sinh ra lồi một bề mặt sinh ra bị lõm.
Thực chất là di chuyển kim loại từ chi tiết này sang chi tiết kia, quá trình cứ lập đi lập lại. Loại mòn này thường thấy ở các bề mặt phụ tải lớn, các bạc trục. Do ăn mòn hóa học và lực cơ giới tác dụng. Các chi tiết máy làm việc trong môi trường có tồn tại các chất ăn mòn như: xút, a xít, không khí ẩm ướt nên bề mặt chi tiết sinh ra lớp màng ô xít kim loại (một lớp hợp chất hóa học) mà tính chịu lực kém hơn kim loại nguyên thủy, nó dễ bị phá hoại đi, sau đó lại sinh ra lớp màng ô xít khác và 3 quá trình ăn mòn hóa học – cơ giới cứ tiếp diễn.
Trong động cơ ô tô loại mòn này phổ biến và nghiêm trọng vì quá trình làm việc sản phẩm cháy thường có: CO, CO2, SO3, NO2… dễ dàng hợp với hơi nước tạo thành axít tương ứng, tạo thành các chất ăn mòn hóa học. c/ Các phương pháp nghiên cứu về mòn của các chi tiết ô tô Để đánh giá sự hao mòn của chi tiết ô tô người ta thường dùng các phương pháp đo trực tiếp hoặc đo gián tiếp. * Đo trực tiếp Chi tiết kiểm tra được tháo rời khỏi cụm và làm sạch để đo hoặc cân. - Dùng dụng cụ vi trắc: thước cặp, pan me, đồng hồ so… Phương pháp này xác định nhanh chóng sự thay đổi hình dạng và kích thước của chi tiết, nhưng mất nhiều công sức tháo, lắp và đo.
Độ chính xác đo phụ thuộc vào độ chính xác của dụng cụ, không đo được giá trị giữa các kỳ tháo cụm. - Cân: Để đo lượng mòn của chi tiết như xéc măng, bạc trục… phương pháp này xác định nhanh chóng lượng mòn nhưng không xác định được hình dạng mòn. - Phương pháp chuẩn nhân tạo: dùng dao khắc dấu bán nguyệt hoặc chóp vuông lên mặt chi tiết, sau một thời gian làm việc chi tiết bị mòn ta đo các thông số chiều dài, chiều sâu của rãnh còn lại so với các giá trị chiều dài, chiều sâu ban đầu sẽ đánh giá được mòn. Phương pháp này tuy chính xác nhưng ít được sử dụng vì khi ép dấu sẽ có gờ của dấu và với các chi tiết biến dạng nhiều không dùng được.
* Đo gián tiếp: Không cần tháo chi tiết ra khỏi cụm để kiểm tra. - Phân tích hàm lượng kim loại trong dầu. Các kim loại trên bề mặt chi tiết bị mòn được dầu bôi trơn tuần hoàn và đưa về hộp đựng dầu (các-te dầu). Phân tích hàm lượng kim loại có trong dầu sẽ biết được lượng mòn của các chi tiết khác nhau trong động cơ.
Tuy mhiên, phương pháp này không biết được hình dạng mòn của các chi tiết. - Phương pháp đo phóng xạ. Người ta cấy chất đồng vị phóng xạ vào chi tiết cần nghiên cứu. Khi phân tích mạt kim loại chứa trong dầu bằng máy đo cường độ phóng xạ sẽ biết được cường độ mòn của chi tiết.
Ưu điểm của phương pháp này là nghiên cứu không cần tháo máy, tìm được cường độ mòn, xác định được lượng hao mòn từng chi tiết, có độ chính xác cao nhưng tồn tại cơ bản của phương pháp là dễ bị nhiễm phóng xạ. Quy luật hao mòn của cặp chi tiết tiếp xúc Phần lớn các cặp chi tiết tiếp xúc của ô tô chịu nhiều hình thức mòn khác nhau, dẫn đến hao mòn bề mặt tiếp xúc, làm cho khe hở giữa cặp chi tiết đó dần dần rộng ra, nó phụ thuộc vào các nhân tố gia công và sử dụng. Qua thí nghiệm ta thấy qui luật làm tăng khe hở giữa hai chi tiết tiếp xúc có quan hệ phụ thuộc vào thời gian làm việc của chúng hoặc trị số quãng đường xe chạy.