Giáo trình Công nghệ sửa chữa đầu máy diezel pgs ts đỗ đức tuấn

Cnsc.8

cấu tạo bởi một khối lượng lớn các tinh thể có hướng khác nhau, các tinh thể đó phân
cách với nhau bởi các đường biên, các lô nhỏ và các tạp chất không kim loại. Các
tinh thể này định hướng khác nhau do điều kiện kết tinh, điều kiện gia công gây nên
do đó chúng không phải là đồng nhất. Do tính không đồng hướng đó, nên các tinh
thể có độ chống tải trọng bên ngoài khác nhau, hay nói khác có độ bền khác nhau.
Trong các tinh thể nằm không cùng hướng với tác dụng của tải trọng bên
ngoài sẽ xuất hiện các ứng suất lớn và trong các tinh thể đó xuất hiện biến dạng dẻo
ở dạng trượt (cắt). Trong các tinh thể khác, biến dạng mang đặc tính đàn hồi. Trong
kim loại có tạp chất và các lỗ rỗng sẽ tạo ra tập trung ứng suất. Khi bị biến dạng đàn
hồi, khoảng cách giữa các nguyên tử và sự biến dạng không đáng kể của mạng tinh
thể sẽ được hồi phục sau khi nhả tải. Khi bị biến dạng dẻo, mối liên hệ giữa các
nguyên tử của mạng tinh thể bị phá hoại theo các mặt phẳng cắt hoặc theo các mặt
phẳng trượt.
Ở những chu trình đầu tiên của ứng suất thay đổi, kết quả biến dạng dẻo là
gia cường mặt phẳng trượt trong các phần tử khác nhau và làm cho kim loại được
bền hóa. Tuy nhiên, khi các chu trình ứng suất thay đổi tăng lên thì quá trình biến
dạng dẻo của các phần tử yếu có thể mất đi, còn mức độ biến dạng của mạng tinh thể
có thể làm xuất hiện những vùng mà ở đó liên kết nguyên tử sẽ bị phá hủy và những
liên kết mới không xuất hiện. Do đó độ kín mịn của kim loại bị phá hủy và bắt đầu
xuất hiện những vết nứt tế vi.
Giai đoạn bắt đầu phá hủy do mỏi là kết quả tác dụng của các ứng suất tiếp
tuyến gây nên biến dạng dẻo lặp đi lặp lại nhiều lần. Sự xuất hiện và tiếp tục lớn lên
của các vết nứt tế vi đã có và sự xuất hiện các vết nứt tế vi mới có thể sẽ chấm dứt,
nếu xảy ra trạng thái cân bằng. Trạng thái cân bằng xảy ra trong trường hợp khi dưới
tác dụng của các ứng suất tiếp tuyến sự yếu dần do phá huỷ các phần tử yếu hơn sẽ
được bù trừ bởi sự bền hóa của những phần tử bền hơn. Nhưng cũng có thể có hiện
tượng ngược lại, khi các vết nứt tế vi xuất hiện dưới ảnh hưởng của nguyên nhân này
hoặc nguyên nhân khác tăng lên và liên kết lại thành một vết nứt chung. Trong
trường hợp này ứng suất pháp đóng một vai trò quan trọng. Sự tạo thành các vết nứt
mỏi trong phần lớn các trường hợp xảy ra theo hướng tác dụng của các ứng suất pháp
tuyến lớn nhất.
Cơ cấu biến dạng dẻo và phá huỷ kim loại ở tải trọng chu kỳ và tải trọng tĩnh
về bản chất và nguyên tắc không có gì khác nhau. Trong cả hai trường hợp mạng tinh
thể đều bị biến dạng theo các mặt phẳng cắt. Tuy nhiên, ở tải trọng tĩnh biến dạng
dẻo tác dụng về một hướng và lan truyền đều hơn lên tất cả các tinh thể, trong khi đó
ở tải trọng chu kỳ biến dạng dẻo chỉ tập trung ở những phần tử gây ra cắt (trượt) thay
đổi về hướng. Như vậy, độ bền của kim loại ở tại trọng tải tĩnh sẽ phụ thuộc vào sức
chống phá huỷ, tính trung bình cho tất cả các phần tử kim loại, còn ở tải trọng chu kỳ
thì nó sẽ phụ thuộc vào những phần tử yếu hơn.
Quá trình mỏi của kim loại có thể chia ra làm 3 thời kỳ:
1. Thời kỳ xuất hiện các vết nứt tế vi mỏi đầu tiên;
2. Thời kỳ phát triển các vết nứt tế vi mỏi;
3. Thời điểm phá hủy chi tiết do mỏi.

Cnsc.9

Cơ cấu hình thành vết nứt rất phức tạp và có nhiều quan điểm không thống
nhất về nguyên nhân phát sinh của nó. Sự hình thành vết nứt mỏi thường thấy ở bề
mặt kim loại, ở những chỗ tập trung ứng suất lớn, nhưng cũng có thể hình thành ở
bên trong kim loại. Vết nứt không lan truyền theo toàn bộ thể tích của kim loại chi
tiết mà chỉ lan truyền theo một trong những mặt cắt, theo những phần tử tương đối
yếu có cấu trúc vật lý không đồng nhất và như vậy, phá huỷ do mỏi mang đặc tính
cục bộ.
Sự hình thành vết nứt mỏi trên bề mặt chi tiết không chỉ do ứng suất uốn và
xoắn có chu kỳ gây nên, mà cả khi kéo-nén theo chu kỳ. Vết nứt mỏi trong trường
hợp này thường sinh ra trên bề mặt chi tiết vì các lớp bề mặt này chịu ứng suất chu
kỳ kém hơn.
Mặt khác, khi các lớp bề mặt chi tiết được bền hóa bằng phương pháp gia
công đặc biệt thì các vùng vết nứt mỏi thường xuất hiện dưới lớp bền hóa đó. Qua
đây ta thấy sự xuất hiện vết nứt ở những chi tiết phục hồi bằng phủ đắp kim loại có
thể xảy ra trên bề mặt kim loại cơ bản do có các tập trung ứng suất do mòn hoặc do
phương pháp chuẩn bị bề mặt không kỹ lưỡng, cũng như trên bề mặt của lớp kim loại
do đặc tính không đồng nhất về cấu trúc của chúng. Nguyên nhân làm giảm độ bền
mỏi của các chi tiết phục hồi là:
1. Do trạng thái bề mặt chi tiết;
2. Do phủ đắp kim loại hoặc lắp thêm chi tiết phụ;
3. Do gia công cơ cho các chi tiết phục hồi.
Sở dĩ độ mỏi của kim loại giảm xuống khi trạng thái bề mặt thay đổi là vì lúc
đó lớp bề mặt đã mang những khuyết tật do chi tiết bị mòn như vết xước, xây sát, vết
nứt tế vi hoặc do bề mặt chịu ảnh hưởng của các nguyên công chuẩn bị chi tiết để
phủ đắp như cắt bằng ren, gia công cơ-dương cực, v.v
Nhóm nguyên nhân thứ hai có liên quan tới các hiện tượng xảy ra trong quá
trình phủ đắp, tới đặc tính không đồng nhất về cấu trúc của chúng và ứng suất dư bên
trong.
Nhóm nguyên nhân thứ ba có liên quan tới lượng dư gia công, tới trị số và sự
đồng đều của nó trong quá trình gia công cơ cho các chi tiết phục hồi. Việc cắt gọt
làm kim loại phủ đắp có chứa ôxy và các tạp chất khác một cách gián đoạn sẽ làm
cho bề mặt bị rạch, bị lõm sâu và nhiều khi mài cũng không hết, do đó độ bền mỏi
giảm xuống.
Ở một mức độ nào đó, các nguyên nhân kể trên cộng thêm với ứng suất dư
bao giờ cũng là đặc trưng của các phương pháp phục hồi chi tiết bằng phủ đắp kim
loại. Sự xuất hiện vết nứt làm giảm độ bền mỏi của đầu máy phụ thuộc vào bản chất
của các liên kết lý - hóa của lớp phủ với kim loại cơ bản. Các phương pháp điện phân
và tất cả các phương pháp phủ bằng hàn đắp không đòi hỏi phải có bề mặt thô để
phục hồi cho tốt, trong khi đó khi phun kim loại điều đó lại rất cần thiết để tăng độ
bền dán của lớp phủ với kim loại chi tiết. Các lớp phủ điện phân và hàn đắp đều làm
việc đồng thời với kim loại cơ bản ở mọi tải trọng. Do đó các khuyết tật của lớp bề
mặt chi tiết bị mòn, các đặc điểm của cấu trúc lớp phủ và ứng suất dư trong lớp bề
mặt đó, ở mức độ nào đó, đều ảnh hưởng tới độ bền mỏi của chi tiết được phục hồi.
Các lớp phun kim loại thường có độ bền bám nhỏ (1,2 - 2,5 kG/cm
2
), do đó dưới tác
dụng của tải trọng chu kỳ, như các nghiên cứu cho biết, lớp phun đó sẽ không làm
việc đồng thời với kim loại cơ bản và tóm lại độ không đồng nhất về cấu trúc lớp kim

Cnsc.10

loại phun, ứng suất dư bên trong của nó và việc gia công cơ khí của chi tiết đều
không ảnh hưởng tới sự giảm độ bền mỏi. Ở đây ý nghĩa quyết định đối với độ bền
mỏi là các phương pháp chuẩn bị bề mặt của chi tiết để phun kim loại và sự ảnh
hưởng của quá trình phun kim loại tới sự xuất hiện những chỗ tập trung ứng suất. Do
vậy, khi phục hồi chi tiết bằng những phương pháp khác nhau cần phải chú ý ảnh
hưởng của lớp phủ tới độ bền mới của chi tiết.
1.1.3. Các dạng hư hỏng do tác động hóa - nhiệt
Các hư hỏng do tác dụng hóa nhiệt thường biểu hiện dưới dạng cong vênh, ăn
mòn, già hóa lớp cách điện, cháy, rỗ, v.v
Mòn do nhiệt (hay mòn nhiệt) xuất hiện do tác dụng của lượng nhiệt sinh ra
khi các chi tiết bị ma sát ở tốc độ trượt lớn và tải trọng đơn vị cao. Trong các điều
kiện đó, trên các bề mặt làm việc của chi tiết sản sinh ra một lượng nhiệt khá lớn
không kịp tán sâu vào kim loại, do đó các lớp bề mặt chi tiết bị đốt nóng tới các nhiệt
độ rất cao. Tuỳ thuộc vào vật liệu và chế độ gia công nhiệt luyện của chi tiết, nhiệt
độ cao sinh ra ma sát có thể dẫn đến sự gia công nhiệt có đặc thù riêng của các lớp bề
mặt chi tiết kèm theo các hiện tượng như kết tinh lại, ram, tôi, tôi thứ cấp và nóng
chảy bề mặt trong một số trường hợp. Do những hiện tượng đó, cấu trúc các lớp bề
mặt chi tiết bị thay đổi và độ bền của kim loại giảm xuống nhanh chóng.
Ngoài ra, nhiệt độ cao của các lớp bề mặt còn làm cho chúng bị mềm ra, bị
dính tiếp xúc, bị dập và các thể tích nhỏ của các bề mặt tiếp xúc của chi tiết bị phá
hủy. Đối với chi tiết, độ ổn định nhiệt có ý nghĩa quan trọng và ảnh hưởng trực tiếp
tới độ chống mòn của nó. Khi đốt nóng kim loại có độ ổn định nhiệt nhỏ thì chi tiết
bị mòn nhanh và ngược lại. Mòn nhiệt xuất hiện ở các cam của trục phối khí, các
nấm con đội, xupáp, trên bề mặt làm việc của xylanh, cổ trục khuỷu, bánh răng và
các chi tiết khác.
Hư hỏng do tác động hóa nhiệt có thể gặp ở các chi tiết như cổ trục khuỷu,
thành xylanh, chốt píttông, các cam của trục phối khí, các tán con đội, xupáp, v.v
Các chi tiết này làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, do đó ngoài sự mài mòn như
trên đã trình bày, chúng còn bị tác dụng ăn mòn của chất khí và chịu ảnh hưởng tác
động hóa học của nước làm mát và dầu bôi trơn. Trên bề mặt của các chi tiết đó có
thể xuất hiện các vết rỗ, bị ăn mòn và nhiều chi tiết còn bị cong, vênh do nhiệt độ
quá cao. Chẳng hạn như phần phía trên của xylanh bị mòn nhiều không những là do
sự cọ sát của xécmăng phía trên mà còn do ảnh hưởng của nhiệt độ cao tới điều kiện
bôi trơn kém và của sự ăn mòn của chất khí với thành xylanh. Để khắc phục hiện
tượng ăn mòn phải sử dụng các chất phụ gia chống ăn mòn cho nước làm mát và
dùng các chất bôi trơn có chất lượng tốt.
Nhìn chung, ta thấy phần lớn các hư hỏng của chi tiết đầu máy đều xảy ra do
quá trình mài mòn tự nhiên của chúng. Còn lại, các hư hỏng có tính chất đột xuất
thường xảy ra ít hơn và nguyên nhân của chúng phần lớn là do hậu quả của việc
không tuân thủ đầy đủ và triệt để các quy trình, quy tắc. Để ngăn ngừa những hư
hỏng đột xuất, người ta thiết lập một hệ thống bảo dưỡng và sửa chữa đầu máy theo
kế hoạch định trước và hệ thống đó có một vai trò rất quan trọng.
Hao mòn là kết quả không tránh khỏi của các chi tiết máy khi chúng làm việc
và nó là một trong những yếu tố làm giảm thời gian vận dụng hay tuổi thọ của đầu
máy. Để tiến hành bảo dưỡng cũng như sửa chữa đầu máy một cách khoa học và

Cnsc.11

đúng kỹ thuật phải tiến hành nghiên cứu và nắm được những yếu tố có ảnh hưởng
trực tiếp tới tuổi thọ của đầu máy.
Việc phân tích các nguyên nhân hư hỏng của các chi tiết trên đầu máy cho
thấy rằng, thời gian đầu tiên phát hiện ra các hư hỏng có liên quan tới chất lượng chế
tạo ở nhà máy, còn sau đó các hư hỏng sinh ra do sửa chữa không kịp thời, chất
lượng sửa chữa kém và do bảo dưỡng không chu đáo. Từ kinh nghiệm sử dụng đầu
máy và tổ chức sửa chữa có thể thấy rằng, tay nghề của ban lái máy không chỉ đánh
giá ở chỗ sử dụng hết công suất đầu máy mà còn ở chỗ biết phát hiện một cách nhanh
chóng các trục trặc và khắc phục chúng một cách có hiệu quả. Do đó phải thường
xuyên kiểm tra và bồi dưỡng kiến thức về nguyên lý, đặc tính của các cụm máy, sự
tác động tương hỗ của chúng và về vấn đề công nghệ sửa chữa. Đồng thời để ngăn
ngừa sự hao mòn quá lớn làm giảm tuổi thọ của đầu máy cần phải hiểu rõ sự diễn
biến của nó theo thời gian và các hiện tượng xuất hiện trên lớp bề mặt chi tiết trong
quá trình đó.
1.2. Hao mòn và quy luật hao mòn theo thời gian của các chi tiết trong
mối ghép bôi trơn thuỷ động
Trong quá trình vận dụng đầu máy, chất lượng ban đầu của chi tiết bị thay đổi
do chúng bị mòn hoặc do xuất hiện những khuyết tật khác. Sự hao mòn của chi tiết
làm thay đổi chất lượng bề mặt của chúng, làm thay đổi kích thước và hình dạng ban
đầu, trên các bề mặt công tác xuất hiện các vết xây sát và xước, các bề mặt làm việc
biến thành ôvan, hình côn, ở một số chi tiết bị cong, vênh. Tính chất của lớp bề mặt
chi tiết cũng thay đổi trong quá trình mòn. Chẳng hạn khi các chi tiết tôi bề mặt,
thấm cacbon, thấm xi-a-nya bị mòn thì độ cứng bề mặt của chúng giảm xuống và
cũng có đôi khi độ cứng bề mặt lại tăng lên do bị lăn ép. Do đó độ mòn của lớp bề
mặt tăng càng thúc đẩy nhanh sự phá huỷ của nó như tróc, dập, nứt, vỡ.
Sự thay đổi kích thước và hình dạng hình học của chi tiết dẫn đến đặc tính lắp
ghép ban đầu bị phá huỷ. Đối với các chi tiết lắp ghép lỏng với nhau khi bị mòn thì
khe hở giữa chúng tăng lên từ trị số ban đầu cho tới trị số cho phép lớn nhất gây ra
tiếng ồn và tiếng gõ đập khi làm việc. Trong quá trình vận dụng đầu máy nhất là ở
những điều kiện không thuận lợi và bảo dưỡng không chu đáo thì độ mòn còn xuất
hiện cả trong các mối ghép chặt. Trong trường hợp này, từ chỗ mối ghép có độ dôi có
thể biến thành mối ghép có khe hở (đặc biệt là khi sử dụng chi tiết với độ mòn cho
phép).
Mô hình hao mòn của cặp chi tiết ma sát có bôi trơn thủy động thể hiện trên
hình 1.1.
Ở đây, trục tung Oi biểu thị độ mòn của chi tiết (có thể tính bằng mm); trục
hoành OT hoặc OL biểu thị thời gian làm việc của mối ghép (có thể tính bằng giờ
hoặc kilômét chạy).
Giả sử cặp chi tiết ma sát gồm có chi tiết bị bao và chi tiết bao làm việc ở chế
độ ma sát bôi trơn thủy động, có nghĩa là hai bề mặt làm việc được ngăn cách bởi
một màng dầu bôi trơn liên tục có áp suất xác định.
Hai chi tiết này lắp ghép với nhau với khe hở ban đầu S
bđ
(A
1
A
2
), khe hở này
cũng tương đương với chiều dày màng dầu bôi trơn. Trong quá trình làm việc, do ma

Cnsc.12

sát giữa màng dầu với bề mặt chi tiết, các chi tiết sẽ bị hao mòn dần dần, trong đó
quá trình hao mòn của chi tiết bị bao được biểu diễn bởi đường cong A
1
B
1
C
1
, còn
của chi tiết bao là đường cong A
2
B
2
C
2
. Hiển nhiên, các đường cong này biến thiên
và có xu hướng tăng dần theo thời gian.
Theo lý thuyết ma sát bôi trơn thủy động, đường cong hao mòn có thể chia
làm 3 giai đoạn chính:
Giai đoạn I: Thời kỳ chạy rà ( các đoạn cong A
1
B
1
và A
2
B
2
)
Quá trình diễn biến hao mòn trên các đoạn A
1
B
1
, A
2
B
2
đặc trưng cho sự bắt
đầu làm việc của mối ghép hay còn gọi là thời kỳ chạy rà các bề mặt chi tiết. Trị số
và cường độ mòn khi chạy và phụ thuộc vào chất lượng bề mặt chi tiết. Các bề mặt
làm việc của chi tiết càng gia công chính xác và càng tiếp xúc tốt thì độ mòn càng
nhỏ.



Hình 1.1. Đồ thị biểu diễn độ mòn của chi tiết theo thời gian làm việc

Thời kỳ này các độ nhấp nhô của bề mặt mối ghép sẽ bị san phẳng, do đó
cường độ hao mòn trong thời kỳ này không phải là hằng số mà có một giá trị lớn
nhất nào đó, sau đó giảm dần theo thời gian.
Đường cong biểu diễn cường độ hao mòn của các chi tiết trong giai đoạn I là:
/
2
/
2
/
1
/
1
; BABA . Đến khi kết thúc quá trình chạy rà thì khe hở mối ghép có trị số là S
chr

(B
1
B
2
).
Giai đoạn II: Giai đoạn hao mòn bình thường hay giai đoạn vận dụng bình
thường
Đoạn B
1
C
1
, B
2
C
2
biểu thị sự làm việc bình thường của mối ghép. Độ mòn ở
giai đoạn này tăng dần dần và phụ thuộc vào thời gian làm việc của mối ghép. Ở giai

Cnsc.13

đoạn này cường độ hao mòn của các chi tiết được coi như không đổi, vì vậy đường
cong hao mòn được coi là các đường thẳng: B
1
C
1
, B
2
C
2
và tạo ra các góc nghiêng 
1
,

2
so với trục hoành. Các trị số
11
ctg  ;
22
ctg  được gọi là tốc độ hay cường
độ hao mòn của các chi tiết trong qúa trình vận dụng bình thường.
Giai đoạn III: Giai đoạn hao mòn gia tăng (khốc liệt)
Sau một quá trình làm việc lâu dài, tại các thời điểm C
1
, C
2
nào đó xuất hiện
khe hở C
1
C
2
. Tại đây màng dầu bôi trơn bị phá vỡ (màng dầu không còn liên tục), do
đó các bề mặt của hai chi tiết có nguy cơ tiếp xúc trực tiếp với nhau. Tại đó cường độ
hao mòn của các chi tiết sẽ có xu hướng tăng nhanh và giai đoạn này gọi là giai đoạn
hao mòn khốc liệt. Ở giai đoạn này mối ghép làm việc kèm theo tiếng ồn và tiếng gõ.
Phần kết thúc của giai đoạn II thường đặc trưng cho thời hạn làm việc tới
trạng thái giới hạn của chi tiết. Đoạn thẳng C
1
C
2
biểu thị số mòn giới hạn mà ở đó
chi tiết phải được sửa chữa, tức là khe hở giới hạn C
1
C
2
=
cf
max
S .
Thường người ta cho rằng thời hạn phục vụ (thời gian làm việc giữa các lần
sửa chữa) của chi tiết phải được hạn chế ở vùng I và vùng II, bởi vì nếu cứ tiếp tục
làm việc sang giai đoạn III thì có thể dẫn sự phá hoại của chi tiết.
Từ đây có thể suy ra thời gian làm việc của mối ghép:
T = T
1
+ T
2

Như vậy, tại thời điểm C
1
, C
2
mối ghép phải được giải thể để kiểm tra và
phục hồi hoặc sửa chữa nhằm khôi phục lại khe hở ban đầu S
bđ
. Thời gian làm việc T
còn gọi là chu kỳ bảo dưỡng hoặc sửa chữa của mối ghép hay chu kỳ giải thể của
mối ghép đó.
Tóm lại, các đường cong A
1
B
1
C
1
, A
2
B
2
C
2
được gọi là quy luật hao mòn theo
thời gian của các chi tiết, còn các giá trị c
1
= tg
1
, c
2
= tg
2
được gọi là cường độ hao
mòn của các chi tiết (
h
mm
;
km
mm
, v.v ).
Qua đây ta thấy rằng, cường độ hao mòn của các chi tiết ở mỗi giai đoạn là
rất khác nhau. Ở giai đoạn I và giai đoạn III cường độ mài mòn thay đổi nhanh, còn ở
giai đoạn II cường độ mài mòn tương đối ổn định và được đặc trưng bởi độ nghiêng
của các đoạn B
1
C
1
, B
2
C
2
tức là bởi các giá trị
11
ctg  ;
22
ctg  .
Cần lưu ý rằng, độ mòn của cả hai chi tiết mới (chi tiết bị bao 1 và chi tiết
bao 2) lắp ghép với nhau với khe hở ban đầu là A
1
A
2
= S
bđ
sẽ tiến triển theo các
đường cong A
1
B
1
C
1
và A
2
B
2
C
2
và có cường độ hoàn toàn khác nhau. Kích thước
giới hạn đối với các chi tiết sẽ xảy ra khi nào bắt đầu có mài mòn khốc liệt và tất
nhiên thời hạn đó cũng lại khác nhau. Đối với chi tiết bị bao 1, thời hạn đó có thể
xuất hiện không phải ở thời điểm C
1
mà ở một thời điểm nào đó sau C
1
, còn đối với
chi tiết bao 2 thì nó xuất hiện ở điểm C
2
. Khe hở giới hạn mà ở đó không xảy ra tình
trạng phá hoại đó là khe hở C
1
C
2
. Các khe hở cho phép sẽ là tất cả các khe hở nằm
trong khoảng thời gian làm việc (hoặc cây số chạy) T= T
1
+T
2
. Trong trường hợp này,
thời gian làm việc giữa các lần sửa chữa của chi tiết 2 xét về mặt hao mòn sẽ không
tận dụng hết. Trong những trường hợp như vậy thì một chi tiết vẫn tiếp tục làm việc,
còn chi tiết thứ hai được thay thế. Trong quá trình sử dụng không phải tất cả các chi
tiết cùng kiểu là bị hao mòn như nhau, vì vậy khi sửa chữa cần phải phân tích khoảng
thời gian làm việc của các chi tiết mà tiến hành thay thế.

Cnsc.14

Trong thực tế độ mòn của các chi tiết lắp ghép như trên có thể diễn biến ở
một chế độ không ổn định do tải trọng, vận tốc, chất lượng bôi trơn, trạng thái vật lý
của các bề mặt làm việc, v.v do vậy đường cong thực tế của độ mòn sẽ dao động
xung quanh một giá trị trung bình nào đó.
Vì đầu máy làm việc dưới tác dụng có lực ma sát xuất hiện trên các bề mặt
chi tiết khi chúng dịch chuyển tương đối với nhau, cho nên không thể khắc phục sự
hao mòn một cách toàn diện được. Vì vậy sự hao mòn của các chi tiết đầu máy khi
tuân thủ tất cả các quy trình bảo dưỡng kỹ thuật và vận dụng là kết quả tự nhiên của
quá trình làm việc của chúng. Sự hao mòn đó gọi là sự hao mòn bình thường. Mức
độ mài mòn hoặc cường độ mài mòn, như trên đã trình bày, phụ thuộc vào nhiều yếu
tố như kết cấu của các bộ phận đầu máy, chất lượng vật liệu chi tiết, gia công cơ và
nhiệt luyện, lắp ráp và điều chỉnh, chất lượng nhiên liệu, dầu mỡ, sự bảo dưỡng kịp
thời và đầy đủ, điều kiện vận dụng, v.v
Mài mòn là một quá trình lý hóa phức tạp mà cho đến nay vẫn chưa có ý kiến
thống nhất về bản chất của nó. Để nghiên cứu quá trình mài mòn người ta tiến hành
nhiều nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và dựa vào kết quả của chúng thiết lập
những mối quan hệ của tốc độ mài mòn với vật liệu chi tiết, với áp lực đơn vị trên bề
mặt ma sát, với tốc độ nhớt của dầu bôi trơn, với sự ảnh hưởng của các cấp chất phụ
gia, v.v Mặc dù như vậy hiện nay vẫn chưa có phương pháp để tính toán mài mòn
cho chi tiết trong thiết kế. Khó khăn của việc tính toán đó là ở chỗ độ mòn là một đại
lượng phụ thuộc vào tải trọng, nhưng tải trọng lại chỉ có thể tính toán được một cách
gần đúng. Chỉ có thể xác định được một khoảng thời gian đủ tin cậy mà trong
khoảng thời gian đó tải trọng của chi tiết thay đổi. Những phương pháp phân tích
hiện nay nhằm xác định áp lực đơn vị lên bề mặt ma sát cũng chỉ ra được những trị
số quy ước, không phản ánh được sự phân bổ thực tế của tải trọng trên bề mặt tiếp
xúc giữa các chi tiết. Tốc độ mài mòn phụ thuộc vào khe hở, nhưng ngay cả khe hở
ban đầu khi lắp ráp cũng có thể có những trị số bất kỳ trong giới hạn dung sai chế
tạo. Trong quá trình mài mòn nhưng trị số đó còn thay đổi ở những mức độ hoàn
toàn khác. Mặt khác, tất cả các trị số có liên quan tới tốc độ mài mòn lại thay đổi liên
tục trong quá trình vận dụng. Do đó sự mài mòn chi tiết được tiến triển như một quá
trình ngẫu nhiên, còn sự hao mòn phải được xem như một hàm ngẫu nhiên của thời
gian làm việc của chi tiết.
1.3. Phân tích quá trình hao mòn các cụm chi tiết chính trên đầu máy
diezel
Tuổi thọ của đầu máy quyết định bởi tuổi thọ của các cụm máy chính như
động cơ, bộ truyền động, bộ phận chạy, v.v Tuổi thọ của các cụm máy lại quyết
định bởi tuổi thọ của các chi tiết chính, do đó việc nghiên cứu hao mòn của chúng
nhằm đưa ra những bện pháp nâng cao tuổi thọ là vấn đề cần được quan tâm. Trong
tất cả các cụm máy thì các chi tiết của cụm động cơ bị hao mòn nhiều nhất, vì rằng
các chi tiết của nó phải làm việc ở những điều kiện nặng nhọc, khó khăn. Điển hình
hơn cả đó là các nhóm chi tiết như cổ trục-bạc lót, xiylanh- xécmăng, cơ cấu phối
khí, v.v Nói chung, người ta thường lấy mức độ mài mòn của xi lanh hoặc cổ trục
khuỷu để làm mốc đưa vào sửa chữa.
Do hạn chế khuôn khổ giáo trình, trong chương này chúng ta chỉ xét sơ bộ
quá trình mài mòn của một số nhóm chi tiết có tính chất điển hình.
1.3.1. Phân tích quá trình hao mòn nhóm trục khuỷu- bạc lót

Cnsc.15

1. Điều kiện ma sát của mối ghép
Điều kiện ma sát của các chi tiết trong động cơ phụ thuộc rất nhiều yếu tố,
nhưng quan trọng nhất là yếu tố cơ -lý và hoá học của vật liệu, hình dạng hình học và
kích thước chi tiết, độ nhám của bề mặt ma sát, các chế độ vận tốc, tải trọng và chế
độ nhiệt của mối ghép, số lượng, chất lượng và phương pháp bôi trơn. Ngoài ra chế
độ ma sát còn được xác định bởi đặc trưng về lượng và chất của các hạt mài tồn tại
trong mối ghép, các yếu tố môi trường và nhiều yếu tố khác. Do ảnh hưởng của ma
sát, lớp bề mặt cường hoá của các loại chi tiết, mối ghép sẽ bị thay đổi về tính chất
cơ lý hoá, đôi khi còn thay đổi cả về cấu trúc.
Độ chống mòn của các chi tiết phụ thuộc vào trị số ma sát tức là phụ thuộc
vào hệ số ma sát. Hệ số ma sát trượt có trong nửa khô được biểu diễn dưới dạng:

ph
vzc
p
pf
f
cc


 , (1.1)
trong đó:
f
c
- hệ số ma sát khô và nửa khô đối với ma sát cổ trục và gối đỡ;
p - áp lực truyền qua mối ghép, N;
p
c
- áp lực truyền trực tiếp qua bề mặt tiếp xúc, N;
c - hệ số phụ thuộc vào điều kiện đầu;
z - độ nhớt của dầu bôi trơn, Ns/m
2
;
v - vận tốc dịch chuyển cặp ma sát, m/s;
h - chiều dày màng dầu, mm.
Hệ số ma sát từ thời điểm khởi động tới khi mối ghép của trục, bạc trục làm
việc bình thường có giá trị như sau:
- Tại thời điểm khởi động trong điều kiện ma sát khô: 0,02 - 0,25
- Ở chế độ ma sát khô ổn định: 0,15 - 0,20
- Ở chế độ ma sát nửa khô: 0,05 - 0,15
- Ở chế độ ma sát nửa ướt: 0,01 - 0,05
- Ở chế độ ma sát ướt: 0,001 – 0,01
Trong các điều kiện vận dụng thực tế sự làm việc của các mối ghép trong các
pha ma sát không ổn định là không thể tránh khỏi. Trong quá trình khởi động trục tựa
trên màng dầu bôi trơn và một phần tựa trực tiếp trên các đỉnh nhấp nhô của bề mặt
gối đỡ. Khi có độ cứng vững của màng ô-xy hoá và màng dầu bôi trơn có thể không
đủ lớn và có thể dẫn tới tiếp xúc trực tiếp của các bề mặt kim loại. Việc chuyển từ
chế độ làm việc không ổn định sang miền ma sát ướt có thể thực hiện được bằng
cách tăng vòng quay trục khuỷu. Khi đó, hệ số ma sát giảm nhanh hơn so với độ tăng
vận tốc, do vậy nhiệt độ mối ghép giảm.
Trong điều kiện bôi trơn giới hạn không thể hạn chế được hao mòn kể cả khi
có tải trọng lớn, vì màng dầu giữa hai bề mặt chịu một áp lực lớn phân bố không đều
trên bề mặt tiếp xúc; tại điểm có áp lực lớn nhất màng dầu bị gián đoạn và tại đó xảy
ra sự tương tác của các phần tử kim loại. Trong quá trình làm việc của cặp ma sát cổ
trục gối đỡ, độ nhấp nhô tế vi bị là phẳng. Các điều kiện ma sát sẽ dần dần ổn định
và một chế độ ổn định sẽ được xác lập trong mối ghép. Lúc này sự thay đổi về phát
nhiệt và sự gia tăng quá lớn lực ma sát sẽ làm cho các điều kiện ma sát xấu đi.
Diện tích tiếp xúc thực tế của vùng tiếp xúc khi có ma sát giới hạn tỷ lệ thuận
với tỷ số bán kính r của đỉnh nhấp nhô với chiều cao nhấp nhô R. Đồng thời khi độ

Cnsc.16

nhấp nhô tế vi tăng lên thì tỷ số đó giảm xuống. Như vậy, diện tích tiếp xúc thực tế
của các bề mặt gia công bằng giấy nhám nhỏ hơn so với bề mặt tiếp xúc gia công
bằng đánh bóng bề mặt và trên các đỉnh nhấp nhô độ nhám lớn hơn tồn tại màng dầu
bôi trơn khá mỏng. Khi đó sức cản ma sát xuất hiện, các vùng tiếp xúc kim loại sẽ
tăng lên, khi tải trọng tăng lên thì diện tích tiếp xúc trực tiếp tăng lên. Nhưng sự tăng
diện tích tiếp xúc xảy ra chậm hơn so với sự tăng tải trọng. Do đó nó tiến tới giới hạn
xác định nào đó. Trong những điều kiện ma sát nửa ướt, sức cản dịch chuyển nhờ sự
tổng hợp các lực xuất hiện trên các vùng tiếp xúc của các mặt và lực cản nhớt của
màng dầu.
Khi tăng vận tốc dịch chuyển tương đối của các bề mặt ma sát thì lực nâng
thủy động cũng tăng lên. Lực này có tác dụng làm cho trục khuỷu ngày càng quay
tròn đều trong gối đỡ. Trị số lực nâng phụ thuộc vận tốc dịch chuyển tương đối và độ
nhớt của vật liệu bôi trơn, khe hở hướng kính, tải trọng và các thông số kết cấu của
trục và gối đỡ. Khi lực nâng càng tăng lên thì tải trọng sẽ được phân bố lại, phần lớn
tải trọng sẽ do màng dầu tiếp nhận và do đó biến dạng tiếp xúc sẽ giảm xuống.
Sự tăng tải trọng ở cổ trục sẽ làm cho biến dạng ở các vòng tiếp xúc tăng lên.
Hệ số ma sát nhỏ nhất đối với các mối ghép tương tự như ở những trị số áp lực khác
khác nhau có giá trị gần như nhau, nhưng nó nghiêng về phía có vận tốc lớn hơn. Khi
tăng áp lực lên, cổ trục sẽ chuyển tiếp từ chế độ ma sát hỗn hợp sang chế độ ma sát
ướt xảy ra khi có tốc độ trượt tương đối lớn. Sự chuyển tiếp đó cũng xảy ra khi độ
nhớt của vật liệu bôi trơn tăng.
Khi lượng dầu bôi trơn thiếu, lực nâng sẽ giảm. Từ đó trục chuyển động
không linh hoạt, lúc này lực ma sát tăng kéo theo sự tăng nhiệt độ dẫn đến dầu bôi
trơn giảm độ nhớt.
Cuối cùng chế độ ma sát chuyển sang ma sát khô. Vật liệu của cặp chi tiết
cũng ảnh hưởng đến chế độ ma sát và quá trình chuyển tiếp.
Ở chế độ ma sát nửa khô, sự hao mòn bề mặt ma sát phụ thuộc chiều cao của
độ nhấp nhô tế vi và tỷ số giữa chiều cao và chiều dài của chúng. Ngoài ra, lực nâng
sẽ tăng khi chiều dài của chêm dầu tăng, do vậy các bề mặt có chiều cao độ nhấp nhô
là như nhau nhưng có bước khác nhau sẽ hao mòn khác nhau.
Sự chuyển tiếp từ ma sát hỗn hợp sang chế độ ma sát ướt được qui định bởi
hàng loạt các yếu tố. Trong đó yếu tố cơ bản là yếu tố cơ-lý của vật liệu, tải trọng, độ
nhớt của dầu bôi trơn, hình dạng nhấp nhô tế vi của các mặt ma sát, tốc độ trượt và
chất lượng dầu bôi trơn.
2. Ảnh hưởng của khe hở mối ghép tới điều kiện ma sát
Độ cứng không đủ lớn của kết cấu, độ không chính xác khi chế tạo và lắp rắp,
ảnh hưởng của nhiệt độ và biến dạng của chi tiết trong quá trình làm việc đều dẫn
đến thay đổi hình học của chúng.
Ảnh hưởng của hình dạng hình học sẽ được giảm bớt khi sử dụng những mối
ghép trục -gối đỡ có khe hở gia tăng trong quá trình lắp ráp. Tuy nhiên, độ bền của
chi tiết sẽ bị ảnh hưởng.
Để nâng cao độ bền của mối ghép trục-gối đỡ thì khe hở ban đầu phải có giá
trị bé nhất. Tuy vậy cần thấy rằng những khe hở ban đầu quá nhỏ trong mối ghép cổ
trục-ổ đỡ có thể làm hư hỏng bề mặt ma sát, làm tăng hệ số ma sát gây ra cào xước,
tiếp xúc cục bộ gây bó kẹt và nóng chảy lớp phủ chóng mòn của gối đỡ. Ở những

Cnsc.17

khe hở nhỏ, khi tăng chúng lên 0,01mm sẽ làm giảm được đáng kể độ phát nhiệt bên
trong của màng dầu so với khi chuyển tiếp từ vận tốc lớn xuống vận tốc nhỏ hơn.
Khi hình thành các vùng ma sát giới hạn và nhất là ma sát nửa khô, thì các
qui luật thuỷ động sẽ không còn đúng nữa, nhiệt độ tăng làm cho độ nhớt của dầu bôi
trơn giảm. Xuất phát từ lý thuyết bôi trơn thuỷ động cần phải sử dụng những loại dầu
bôi trơn có độ nhớt đủ lớn cho quá trình làm việc của động cơ khi có tải. Tuy nhiên,
khi sử dụng những loại dầu bôi trơn có độ nhớt thấp thì có thể giảm được thời kỳ
chạy rà. Nhưng hao mòn chi tiết lại tăng nhanh và độ ổn định của quá trình chạy rà
không được đảm bảo. Những loại dầu bôi trơn có độ nhớt lớn khả năng linh hoạt của
dầu bôi trơn kém. Do đó làm mát và làm sạch bề mặt ma sát kém, vì vậy khi sử dụng
chúng hao mòn chi tiết tăng nhanh.
Sự giảm độ nhớt của vùng ma sát khi tăng số vòng quay của trục trong gối đỡ
cũng ảnh hưởng đến độ giảm giá trị nhỏ nhất của màng dầu. Do đó đối với mối ghép
cụ thể và tải trọng cho trước thì trị số hợp lý của chiều dài màng dầu nhỏ nhất sẽ xuất
hiện tại một tần số quay xác định của trục khuỷu.
Khe hở mà điều kiện ma sát ướt không được đảm bảo, tại đó xuất hiện va đập
và độ mòn của các chi tiết tăng lên mãnh liệt, được gọi là khe hở giới hạn cho phép.
Khi giảm tải trọng mối ghép, do ma sát ướt được xác lập khi giảm giá trị tần
số vòng quay tới hạn của trục khuỷu. Do đó khi khởi động động cơ không nên tăng
tải một cách đột ngột. Cần để động cơ chạy không tải một thời gian để thiết lập độ
ma sát ướt.
Việc dùng loại dầu bôi trơn có độ nhớt thấp làm xuất hiện ma sát nửa khô, vì
lúc này ma sát ướt xuất hiện ở tần số vòng quay tương đối cao của trục khuỷu.
3. Hao mòn của cổ trục và bạc lót
Trong quá trình vận dụng đầu máy, cổ trục khuỷu và bạc lót của động cơ phải
làm việc ở những điều kiện hết sức nặng nhọc, khó khăn. Bạc lót phải chịu áp suất
lớn, tải trọng tác dụng lại không ổn định, nó thay đổi trong phạm vi lớn và tuỳ theo
tốc độ vận hành của động cơ đồng thời thay đổi theo chu kỳ. Tốc độ dịch chuyển
giữa cổ trục và bạc lót rất lớn, có thể vượt quá trị số 10m/s, nhiệt độ bề mặt cũng rất
cao, nhiệt độ bôi trơn có thể đạt tới 100 - 150
0
C. Trong quá trình làm việc trục khuỷu
có thể bị biến dạng đàn hồi, bị cong, xoắn và do tất cả những yếu tố nói trên ma sát
ướt giữa cổ, trục và bạc lót không được đảm bảo.
Như ta đã biết, nếu ma sát ướt không đảm bảo thì trong quá trình làm việc
của cổ trục khuỷu và bạc lót có những lúc các mặt ma sát tiếp xúc với nhau, do đó tại
chỗ tiếp xúc tải trọng đơn vị tăng lên và nhiệt độ cũng tăng lên làm ảnh hưởng tới
điều kiện bôi trơn và mài mòn tăng lên.
Tất cả các cổ trục và cổ biên cùng với các bạc lót đều mòn không đều, hình
thành độ ô van (méo) và độ côn. Lượng mài mòn quyết định bởi tính chất của tải
trọng, chất lượng bôi trơn, kết cấu cụ thể và các điều kiện vận dụng khác.
Nguyên nhân chính gây nên đặc tính mòn không đều là do đặc tính di chuyển
của các chi tiết có ma sát. Trong quá trình làm việc, mặt trong của cổ trục khuỷu tiếp
xúc với bạc nhiều do đó mòn nhiều. Các điểm trên chu vi của bạc tuy cũng lần lượt
tiếp xúc, nhưng từ quá trình nén đến quá trình nổ do tải trọng đổi hướng và trị số của
nó thay đổi cho nên gây ra lực dồn và làm cho độ mòn không đồng đều. Tốc độ di

Xem chi tiết: Giáo trình Công nghệ sửa chữa đầu máy diezel pgs ts đỗ đức tuấn