Nghiên cứu quy luật ma sát, mòn, của vật liệu trong chế tạo máy điều kiện ma sát khô

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CD ow

LUAN VAN THAC Si KHOA HOC

NGHIÊN CỨU QUY LUẬT MA SÁT, MON, CUA

VAT LIEU TRONG CHE TAO MAY BIEU KIEN MA SAT KHÔ

NGÀNH: MÁY VÀ DỤNG CỤ CÔNG NGHIỆP

} Kham pan BOUA LA BATH

YEN DOAN Ý

h2)?

TRUONG DAI HOC CONG NGHIEP TP,HCM

Trang 2

LỜI CẢM ƠN

‘Toi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Doãn Ý Đã tận tình

hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Những lời hướng dẫn chỉ bảo tận tình của thầy đã giúp tôi trong quá trình làm luận văn

Xin cảm ơn toàn thể các thấy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp trong cùng lớp đã động viên, góp ý và tạo những điều kiện thuận lợi về vật chất cũng như thời gian để tôi có thể hoàn thành luận văn đúng thời hạn

Trang 3

1 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

LOICAM DOAN

Trang 4

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH SÁCH BANG BIEU, HINH VE MỞ ĐẦU

CHUONG I: CO S6 LY THUYET VE MA SAT

1.1 Đại cương về kỹ thuật mã sát 1.1.1 Giới thiệu chung

1.1.2 Sự phát triển khoa học về ma sát

12 Tổn thất do ma sát đối với chỉ tiết tiếp xúc

1.3 Ý nghĩa kinh tế ma sát trong máy

1.4 Nội dung khoa học của KỆ thật ma sát: CHƯƠNG II: MA SÁT NGỒI

L1 Mã sắt ngồi 11.1.1 Định nghĩa

II.1.2 Các đặc trưng cơ bản 11.2 Ghất lượng bề mặt

11.2.1, Khai niệm chất lượng bể mật 11.2.2 Dac diém hình học của lớp bề mặt

1I.2.3=fĩnh chất cơ lý hoá của lớp bể mặt mỏng

11.2.4 Trang thai tg suất của lớp bề mặt tiếp xúc ma sát

11.2.5 Các đặc trưng hình học bề mặt 1L3 Tiếp xúc của bề mặt

113.1 Tương tác của nhấp nhô bể mặt trong tiếp xúc ma sát

Trang 5

3 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC I5 Bản chất của ma sát ngoài ; 36

11.5.1 Biến dạng khi ma sát ngoài 36

I.5.2 Bám dính và khuếch tán 36 II.5.3 Quá trình phá huỷ 38 1.6 Những định luật cơ bản và quy luật thực nghiệm 39 IH.6.1 Các định luật cơ bản về ma sắt 39 I.6.1.1 Định luật I 39

I.6.1.2 Định luật 2 40

1.6.1.3 Định luật 3 4I

1.6.2 Những quy luật ma sát thực nghiệm 41

II.6.2.1 Sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào áp suất pháp tuyến = 41 II.6.2.2 Sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào vận tốc trượt 42 11.6.2.3 D6 thi Stribech” 42 11.6.2.4 Su phu thudc cla hé s6 ma sat vao cdc thong s6 ky 43 thuật khác 1.7 Ma sát khô 44 I.7.1 Lý thuyết 44 II.7.2 Tính ma sát khô ' 47

II.7.2.1 Theo lý thuyết bám dính 47

1.7.2.2 Theo lý thuyết biến dạng 48 1.7.2.3 Theo lý thuyết bám dính và biến dạng 49

CHUONG II: MAY DO MA SAT KIỂU KHUNG QUAY 56

HI.1 Mục đích yêu cầu thiết kế máy do ma sat 56

HI.1.1 Mục đích 56

III.1.2 Yêu cầu thiết kế 56

HI.1.3 Phương pháp đo 57

HI.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy 57

II.2.1 Cấu tạo máy đo 57

Trang 6

II.2.2 Nguyên lý hoạt động 58

IIL2.3 Trình tự tiến hành đo trên máy “là 30

I3 Thiết kế hệ truyền động điện 59

IIL3.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển 59

IH.3.2 Động cơ bước 60

II.3.3 Cấu tạo và phân loại động cơ bước 62

Ý III.3.4 Tính chọn động cơ bước 63

IL3.5 Điều khiển động cơ bước 65

II.3.5.1 Hệ thống điều khiển động cơ bước 65

II.3.5.2 Nguyên tắc chung 66

III.3.5.3 Đặc tính động cơ bước 67

II.3.6 Vấn đề về sự trượt bước 68 IH.3.7 Mạch điều khiển động đỡ bước ” 70

1.4 Biến trở 70

IIL5 Vi điều khiển 73

11.5.1 Các thành phần của bộ xử lý 73 III.5.2 Chọn vi điều khiển 74 IIL5.3~Sơ đồ chân và sơ đồ khối vi điều khiển 76

11.5.4 Nguyên lý điều khiển động cơ bước cho vi điều khiển 79

IIL5.5: Nguyên lý đọc và xử lý giá trị góc từ biến trở 82

IIL.5.6=Ngôn ngữ lập trình cho vi điều khiển 83 IIL5.7 Lưu đồ thuật toán cho vi điều khiển 86 “ CHƯƠNG IV GHÉP NỐI MÁY TÍNH VÀ KẾT QUẢ THỤC 87

NGHIỆM

IV.1 Ghép nối máy tính 87

IV.1.1 Tổng qua về ghép nối máy tính 87

IV.1.2 Chuẩn giao tiếp RS - 232 87

IV.1.3 Các đặc tính kỹ thuật của chuẩn RS 232 88

Trang 7

5 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC IV.1.4 Truyền dữ liệu và lập thông số cho.cổng 232 89

IV.2 MAX 232 90

IV.3 Thiét kế giao diện trên máy tính 92

IV.4 Xử lý số liệu 97 1V.4.1 Chuẩn biến trở ‘ 97 IV.4.1.2 Xây dựng trên phương pháp quy hoạch thực nghiệm 98 IV.4.1.3 Xây dựng phương trình đường thẳng biểu diễn sự tuyến 100 tính của biến trở

IV.5 Tính hệ số ma sát trên cơ sở lý thuyết 101 IV.5.1 Cap vat liệu Thép 45 - Thép 45 102 IV.5.2 Cặp vật liệu Thép 45 - Hợp kim đồng 103

IV.6 Kết quả đo 104

IV.6.1 Hệ số mẩ sát phụ thuộc tải trọng 104

Trang 8

© LUAN VAN THAC SY KHOA HOt Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 24 Hình 2.5 Hình 26 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 2.13 Hình 2.14 Hình 3l Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3 Hình 3.5 Hình 36 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VE Sự phụ thuộc của E,„ vào giá trị địch chuyển 'Sơ đồ hình học bể mặt của một vật rắn 'Các đặc trưng hình học bể mặt

Biểu đồ biến dạng bề mật kim loại “Tương tác của nhấp nhô bề mặt vật rắn

Diện tích của bể mật thực

Phân loại ma sát theo chuyển động

Sơ đồ vị trí các vùng ma sát bình thường và không bình thường, Sơ đồ nguyên tắc biến thiên hệ số ma sát phụ thuộc vào áp suất

Sơ đồ nguyên tắc biến thiên hệ số ma sát phụ thuộc vào vận tốc

trượt *

'Đường cong Stribech

Các thông số cơ bản ảnh hưởng đến hệ số ma sát Liên kết ma sát tại đỉnh nhấp nho

'Vết tiếp xúc ma sát khi trượt một chỏm cầu Máy do ma sát kiểu khung quay

Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động cơ bước Động cơ 2 pha

Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động cơ bước

Giản đồ nguyên lý các cực điện từ khi điều khiển ở chế độ vi bước

Mômen của động cơ bước Chống dao động bước

Sơ đồ điều khiển cơ bản - Động cơ từ trở Biến trở đo góc quay

Trang 9

Hình 3.1 1 Hình 3.12 Hình 3.13 Hình 3.14 Hình 3.15 Hình 3.16 Hình 3.17 Hình 3.18 Hình 3.19 Hình 4.1 Hình 4.2 Hình 4.3 Hình 4.4 Hình 4.5 Hình 4.6 Hình 4.7 Bảng 2.1 7 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Các thành phần của bộ vi xử lý

Sơ đồ chân của vi điều khiển Atmega88 Sơ đồ khối của vi điều khiển Atmepa88 Sơ đồ điều khiển động cơ bước

Động cơ bước

Động cơ đơn cực

Điều khiển cả bước - cấp xung từng pha

Điều khiển cả bước - cấp xung 2 pha

Lưu đồ thuật toán vi điều khiển Sơ đồ chân RS 232

Chọn thẻ Port Setting để biết tham số

Sơ đồ chân của Max 232 SỐ dò cấu trúc đũa Max 232

Sơ đồ kết nối vi điều khiển với máy tính thông qua IC Max 232

Nguyên lý xác định vị trí góc sử dụng

Đồ thị thực nghiệm thay đổi góc của biến trở

Các loại nhấp nhô bể mặt và giá trị chiều dài lấy làm mẫu

(theo chuẩn GOST 2789 - 73) `

Trang 10

8 LUAN VAN THAC SY KHOA HOC

MO DAU

Luận án tốt nghiệp là phần quan trọng trong chương trình đào tạo thạc sỹ ngành chế tạo máy nói riêng và ngành cơ khí nói chung Quá trình

làm luận án đã giúp cho mỗi học viên tổng hợp lại các kiến thức đã được đào tạo trong nhà trường, kết hợp với vốn lý thuyết và thực tế đã làm việc ‘ trong thời gian học tập; góp phần củng cố và nâng cao vốn kiến thức đã

nắm được để có kiến thức tổng-hợp; tin cậy mang lại hiệu quả kinh tế phục

vụ cho sản xuất đáp ứng yêu câu, đòi hỏi đối với mỗi thạc sỹ

Tại Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào ngày nay, việc nâng cao năng suất lao động; trình độ kỹ thuật, chất lượng sản phẩm và hiệu quả kinh tế là những

mục tiêu rất quan trọng để phát triển nên kinh tế quốc dân Để đạt được

những mục tiêu này phải nhanh chóng đưa vào sản xuất các kỹ thuật hiện đại; công nghệ và tổ chức sản xủất hiện đại Cắc mục tiêu này chỉ có thể đạt được nhờ hiểu biết sâu sắc về kỹ thuật, biết khai thác toàn bộ cơng suất « thiết bị theo hướng đạt năng suất và hiệu quả cao trên cơ sở tuổi thọ của

thiết bị, cơ cấu và chỉ tiết của chúng

Tuổi thọ của máy và chỉ tiết phụ thuộc vào việc sử dụng vật liệu chất lượng cao các cơ cấu và bộ phận máy hiện đại các chỉ tiết có độ bền đều bằng công nghệ chế tạo tối ưu; chất lượng lắp ráp; sự ổn định của chế độ sử dụng; việc chấp hành nghiêm chỉnh các quy tắc trong sử dụng; bảo dưỡng

và chất lượng sửa chữa

Van dé nang cao tuổi thọ và dé tin cậy trở thành đặc biệt quan trọng „ và cấp bách không chỉ khi thiết lập các mẫu máy mới mà còn cả cho việc chế tạo phụ tùng thay thế để duy trì các thiết bị đang hoạt động trong sản xuất Nhiệm vụ nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ thiết bị là của cả nhà thiết kế; chế tạo; sử dụng và bảo dưỡng Ở Lào, việc nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật ma sát còn chưa được thực hiện ở các trường đại học; viện nghiên cứu, cơ sở sản xuất các môn học liên quan đến kỹ thuật ma sát, bôi trơn và biện pháp nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ của máy móc; vì vậy trang bị đưa

Trang 11

9 _—_ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

vào giảng dạy và ứng dụng trong chương trình đào tạo đại học và sau đại học, ở nhiều trường kỹ thuật trên cả nước

Vi vay dé tài luận văn “Ứng dụng nghiên cứu quy luật ma sát; mòn

của vật liệu trong chế tạo máy; điểu kiện ma sát khô” là một để tài có ý nghĩa thực tiến xây dựng mô hình thí nghiệm cho các sinh viên ngành chế tạo máy; cơ điện tử và những người nghiên cứu về ma sát Để tài khảo sát

mối quan hệ của các cặp vật liệu trong quá trình ma sát theo các điều kiện lầm việc khác nhau với sự hỗ trợ của kỹ thuật cơ điện tử và tỉn học Kết quả sẽ góp phần đưa ra giải pháp hợp lý giúp tối ưu hoá quá trình làm việc của máy móc thiết bị

Luận văn được chia làm 4 chương Chương Ï: Cơ sở lý thuyết về ma sát Chương J: Ma sát ngoài

Chương ITf: Thiết kế máy đo ma sát kiểu khung quay “Chương IV: Ghép nối máy tính và kết quả thực nghiệm

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của để tài là góp phần nghiên cứu vẻ ma sát cụ thể là sự biến đổi của hệ số ma sát trượt của các cặp vật liệu trong điều kiện ma sát khô; đưa ra phương pháp thực nghiệm về mối quan hệ giữa

hệ số ma sát với tải trọng và vận tốc Với việc chỉnh máy đo ma sát kiểu

khung quay; để tài góp phần giúp sinh viên chế tạo máy, cơ điện tử có cái nhìn trực quan khi nghiên cứu vẻ ma sát, và là mô hình thí nghiệm phù hợp cho giảng đạy; nghiên cứu trong các nhà máy; công ty; các trường đại học

va cao ding

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS:TS NGUYỄN

DOAN Ý cùng các thầy cô giáo trong bộ môn máy và ma sát học đã tận

tình hướng dẫn giúp đỡ tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn cao học Học viên

Trang 12

CHƯƠNG I:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MA SÁT

L1 DAI CUONG VỀ KỸ THUẬT MA SAT

1.1.1 Giới thiệu chung

Ma sát - hiện tượng tự nhiên - đã mang lại cho con người nhiệt và © lửa, phép hãm con tàu, ôtô đang chạy với tốc độ nhanh trong khoảnh khắc, làm tăng tốc độ của phản ứng hoá học, ghi giọng nói con người lên đĩa, nghe âm thanh của cây vĩ cẩm, và rất nhiều việc khác

Cho dén nay, về nhiều phương diện, ma sát vẫn còn là một điều bí ẩn “Trong quá trình ma sát và chỉ trong quá trình đó đã đồng thời xảy ra các quá trình cơ học, điện, nhiệt, hóa Ma sát có thể làm tăng hoặc giảm độ bền,

lượng các bon trong kim loại, làm thấm hodé thoat hydro, biến đổi vàng,

bạch kim thành ôxyt, đánh bóng chỉ tiết hoặc hàn chúng Ma sát là quá 'Z- trình tự tổ chức, trong đó các hiện tượng xây ra theo một tình tự xác định và hợp lý Các hiện tượng này dẫn đến sự phả huỷ bể mặt hoặc ngược lại làm giảm độ mòn và ma sát ¡ những vấn để cấp thiết của thời đại

“Hiện nay, ma sát gắn liên vị

như: sự mòn của máy móc và thiết bị, chỉ phí sửa chữa máy móc do mòn rất lớn vàttăng lên hàng năm, kéo dài tuổi thọ của máy dù chỉ ở mức độ không, c sử dụng một lực lượng sản xuất đáng kể Vì vậy nhiều

lớn cũsg ngang vi

nhà thiết kế, công nghệ, những người sử dụng và các nhà bác học của nhiều ˆ ngành khác nhau đã nghiên cứu vấn để này, nhằm đưa ra những biện pháp

thiết kế, công nghệ và sử dụng để nâng cao tuổi thọ của máy và phát triển

mòn và bôi trơn

học thuyết vẻ m:

Khoa học này đã được nghiên cứu rộng

Trang 13

quan trọng Sử dụng những thành tựu ấy cho phép nâng cao rõ rệt tuổi tho

và độ tin cậy của máy

Ma sát, bôi trơn và mòn máy là những vấn để có liên quan hữu cơ với nhau Không thể giải quyết được vấn dé tính chống mòn nếu không sử

dụng các quan điểm của lý thuyết ma sát và bôi trơn, và cũng không thể

hoàn thiện được kỹ thuật bôi trơn và các vật liệu nếu không hiểu bản chất

của các hiện tượng ma sát và mòn Những thành tựu mới của ngành khoa học là cơ sở của khoa học ma sát, bôi trơn và mòn, các luận đề và những

định luật cơ bản dựa trên sự tổng hợp các thành tựu mới của nhiều ngành

khoa học có liên quan: cơ học các môi trường dẻo và đàn hồi, lưu biến học,

kim loại học, vật lý chất rắn, hoá - lý học, hoá học các hiện tượng bề mặt, V.V

Tất cả cáể công trình ứng dụng hiện nay đều nhằm đạt tới các điều kiện ma sát và mòn bình thường, đồng thời khắc phục các quá trình không bình thường trong vùng tiếp xúc, làm cho lượng mòn giảm đi càng nhiều

càng tốt Các tác giả của những công trình nghiên cứu lý thuyết cho các

hiện tượng xảy ra khi chế độ sử dụng bình thường bị phá hoại và sử dụng các lý thuyết như lý thuyết cơ học phân tử, biến đạng - dính kết để mô tả các hiện tượng không bình thường

Các hiện tượng không bình thường biểu lộ rất rõ nét và có thể quan

sát được với độ phóng đại không lớn, đôi khi có thể quan sát trực tiếp bằng mắt thường Các quá trình ấy là những đối tượng dễ quan sát nhất và có khả

năng xây dựng được các mô hình cơ bản nhất hoặc mô tả chúng bằng toán học

Vì vậy, lý thuyết đưa ra là khảo sát quá trình ma sát ngoài bình

thường và các nhân tố có ảnh hưởng đến sự tiến triển của chúng (như các tải

cơ học ngồi, mơi trường và tính chất của vật liệu) Trong các chế độ ma sát

ngoài bình thường, điều kiện tiếp xúc được đặc trưng bởi sự có mặt của các

Trang 14

cấu trúc thứ cấp chịu tải có các tính chất nhất định Bất kỳ sự phá hủy nào của điều kiện ấy đều dẫn tới các hiện tượng không bình thường

Ma sát và mòn, cũng như các quá trình cơ học của các chất rắn, lỏng và khí thuộc về loại các hiện tượng luôn luôn gắn liền một cách tất yếu với

sự chuyển động của vật chất Các điều kiện ma sát ngoài muôn hình muôn vẻ Vì vậy lý thuyết ma sắt, bôi trởn và mòn thường xuyên được nghiên cứu « và hoàn thiện hơn

1.1.2 Su phat triển của khoa học về ma sát

Những công trình nghiên cứu để phát triển lý thuyết ma sát diễn ra

một khoảng thời gian dài

Leonard de Vinci (1452- 1519) da tién hành những thí nghiệm nổi

tiếng đầu tiên vào năm 1508 Những kết quả của công trình ấy, lần đầu tiên,

khái niệm về hệ số ma sát ngoàiđã được cơng thức hố Ơng cho rằng hệ số

ma sát là một hằng số (0,25) đối với các vật khác nhau khi độ nhấn bề mặt „ của chúng như nhau, Những sơ đồ nguyên lý nhằm giảm hệ số ma sát của

ông vẫn mang tính thực tiến cho đến ngày nay

Quan niệm cơ học thuần rxý chiếm ưu thế trong những công trình nghiên cứu đầu tiên Về cơ bản là khảo sát tương tác giữa các bé mặt gồ ghê “_ của các vật rắn, và vật tuyệt đối cứng Sau đó đưa ra giả thuyết và tiếp tục phát triển quan niệm vẻ các lực tương tác phân tử khi ma sát Sự tiến triển của giả thuyết cơ học - gắn liền với tên tuổi của A Paran, L.ơle, D Lexli, là những người đã đề xuất và xây dựng cơ sở cho giả thuyết về tương tác phân tử giữa các bề mặt ma sát

Ở nước Nga, cơ sở của khoa học về ma sát, bôi trơn và mài mòn đã

hình thành từ khi thành lập viện hàn lâm khoa học Nga Nhà khoa học vi

đại M.V.Lômônôxôv đã thiết kế một thiết bị nghiên cứu sự dính kết giữa các phân tử của các vật Thiết bị này là tiền thân của các thiết bị hiện đại để

nghiên cứu độ bền mòn của vật liệu L.ơle đã có đóng góp lớn cho khoa học về ma sát Những sự phụ thuộc khi ma sát của dây đai qua bánh đai do ông

Trang 15

l3 _ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA

đưa ra, cho đến nay vẫn được sử dụng trên khắp thế giới Những công trình nghiên cứu của N.P.Pêtrov về bôi trơn ổ trục cũng rất nổi

Sự phát triển tiếp sau đó của khoa học vẻ ma sát gắn liền với tiến bộ lếng

chung của kỹ thuật Cũng như các môn khoa học khác, kỹ thuật ma sát không ngừng được phát triển Các giai đoạn phát triển ấy gắn liên với việẻ ra đời kỹ thuật đóng tàu, công nghiệp gia công kim loại, giao thông đường sắt, công nghiệp ôtô, máy bay và vũ trụ và sự mở rộng mạnh mẽ các điều kiện ma sát ngoài với việc chế tạo và sử dụng các loại vật liệu mới

Quan niệm cơ học và phân tử có những thay đổi đáng kể: cơ học - được phong phú thêm nhờ những định luật vẻ biến dạng đẻo - đàn hồi va sự phá huỷ phân tử - nhờ những công trình nghiên cứu về vật lý các lớp tới hạn và kết cấu mỏng của kim loại ở các bể mặt làm việc

Lý thuyết tổng hợp - mơ sở của nó bao gồm cả các khái niệm cơ học (biến dang) và những quan điểm về tương tác phân tử - dính kết - được phát triển trong những công trình nghiên cứu của E P„ Bouden, LV.Kragenxky, G I Epifanov, G Emext,

Công trình cơ bản nghiên cứu vẻ ma sát và mài mòn do giáo sư IV.Kragenxki và học trò của ông phát triển công trình này, qué tinh mai mòn bao gồm ba hiện tượng: Sự tương tác giữa các bể mặt ma sát, sự thay đổi xây ra trong lớp bể mặt và sự phá huỷ chúng Những hiện tượng không

nối tiếp nhau mà xen kẽ ảnh hưởng lẫn nhau

Bi.Côxtexki và các học trò đã xuất bản cuốn sách chuyên để tổng hợp các kết quả về vấn để tạo ra cấu trúc thứ cấp khi ma sát trong điều kiện Đôi trơn tới hạn, đồng thời mở ra triển vọng sử dụng cấu trúc thứ cấp ấy như

j phá huỷ

'V.A.Belưi đã nghiên cứu sử dụng vật liệu polyme cho các kết cấu ma sát Nhiều kết quả rất bất ngờ So với kim loại, polyme có hệ số ma sắt nhỏ một màng bảo vệ các vật liệu trong cặp ma sát khi

Trang 16

cia palyme trong điều kiện bôi trơn bằng nước là một ưu điểm rất lớn so

với kim loại Tuy nhiên, sự thay thế kim loại bằng polyme không phải lúc

nào cũng có lợi Đối với kết cấu ma sát, có triển vọng nhất là sự kết hợp của

polyme với các vật liệu khác

Khoa học về ma sát là một lĩnh vực kiến thức rộng lớn có ý nghĩa ứng dụng Nội dung của nó là tổng hợp những phần thích hợp của cơ học,

« vật lý

và hoá học Những thành tựu của vật lý chất rắn nói chung và lý thuyết về

sự khơng hồn thiện của cấu trúc tỉnh thể (lý thuyết biến vị) nói riêng, mở ra khả năng thực tế cho việc giải quyết những lý thuyết cơ bản của ma sắt

ngoài và kiện toàn những phương pháp thực tế để điều khiển ma sát trong

máy móc

Vấn đề áp dụng lý thuyếtbiến vị cho phép giải quyết các vấn đề về

tương tác cơ học giữa các bề mặt, cơng thức hố quan niệm về biến dạng

„ Vật lý và biến dạng làm việc

1.2 TỒN THẤT ĐO MA SÁT ĐỐI VỚI CÁC CHI TIẾT TIẾP XÚC

Phần lón chỉ tiết và ngay cả máy công cụ bị hỏng do mòn Có thể

phân loại các dạng mòn và phá hoại bể mặt do ma sát thành hai nhóm

- chính: 7

* Nhóm các quá trình mòn bình thường cho phép như mòn oxy hoá,

mòn hạt mài Nhóm này có liên quan với biến dạng dẻo tối thiểu đó là quá trình hình thành lớp màng oxyt bảo vệ và tạo thành cấu trúc thứ cấp phân bố

~lểu trên bể mặt, làm giảm quá trình ma sát ngoài và ngăn cản sự phát triển

của hiện tượng tróc Dạng mòn cơ - hoá xảy ra trong điều kiện sử dụng bình

thường nên người thiết kế và chế tạo máy phải tạo điều kiện ổn định cho

quá trình mòn cơ hoá với tốc độ phá huỷ nhỏ nhất

# Nhóm phá huỷ bể mặt không bình thường và không cho phép khi

làm việc như tróc dính, tróc nhiệt, xước, mỏi, mòn Íretting, xâm thực

Nhóm quá trình này gồm có: những quá trình có quan hệ trực tiếp với ma

Trang 17

sát (như tróc loại 1 và 2, gấy và hỏng vì mỏi, mon fretting) và những quá

trình gián tiếp với ma sát (như xâm thực, xói tiền, ép lún .)

Chúng ta khảo sát những dạng mòn phá huỷ chủ yếu của bề mặt ma sát gồm có:

®$ Mon oxy hoá: quá trình phá huỷ dần bề mặt chỉ tiết chịu ma sat,

dưới sự tương tác giữa bể mặt kim loại hoạt tính bị biến dạng dẻo với oxy không khí hoặc trong đầu bôi trơn Đặc trủng cơ bản của dạng mòn là tốc

độ ôxy hoá lớn hơn tốc độ phá huỷ lớp màng trên bề mặt ma sát, và thường

Xảy ra trong quá trình ma sát trượt và lăn, khi có bôi trơn giới hạn hoặc ma sát khơ

®$ Mịn hạt mài là quá trình phá huỷ bề mặt chỉ tiết, do có hạt mài

trong vùng ma sát Đây là dạng mòn phổ biến trong các bộ phận máy công

cụ, máy xây dững .Hạt mài lọt vào vùng ma sát theo không khí, dầu bôi

trơn, hoặc khi gia công bằng dụng cụ mài gây mòn

$ Tróc dính: là dạng phá huỷ không cho phép của bề mặt ma sát, do

kết quả của sự hình thành mối liên kết kim loại cục bộ, gây biến dạng và

phá huỷ tiếp theo của mối liên kết ấy( làm bong tách hoặc bám dính hạt kim loại lên bể mặt tiếp xúc) Đây là một dạng phá huỷ nguy hiểm của chỉ

tiết máy, xuất hiện khi ma sát trượt với tốc độ dịch chuyển tương đối nhỏ và áp suất riêng vượt quá giới hạn chảy tại vùng tiếp xúc thực tế Nó có thể xuất hiện trong điều kiện ma sát lăn, trong chân không

$ Tróc nhiệt: là dạng phá huỷ không cho phép của bề mặt ma sát, do kết quả của sự hình thành mối liên kết kim loại cục bộ, tiếp theo là biến

dạng và phá huỷ mối liên kết ấy, là sự bong tách các hạt kim loại và sự hoá mềm bề mặt kim loại do nhiệt Tróc nhiệt phụ thuộc vào tính năng nhiệt của

vật liệu ma sát: tính dẫn nhiệt, nhiệt dung, độ cứng ở nhiệt độ cao, độ bên

nhiệt

Trang 18

16 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC $ Phá huỷ do mỏi là quá trình hỏng do mỏi xuất hiện ở những chỉ tiết chịu ma sát lăn và kết quả của sự phá hoại mãnh liệt các lớp kim loại bề

mặt trong điều kiện đặc biệt của trạng thái ứng suất Sự phá huỷ bề mặt vì

mỏi là do xuất hiện các vết nứt tế vi, thường gặp ở ổ lăn, bánh răng, bộ con lăn - đĩa đệm, cơ cấu phân phối, cặp ma sát trượt

* Xói mòn kim loại: là quá trình phá huỷ bề mặt ma sát tiếp xúc với

chất lỏng chuyển động với vận tốc thay đổi Sự phá huỷ do xói mòn gây ra

có tính chất cục bộ và thể hiện ở việc hình thành những vết lõm, lỗ hổng & ăn mòn kim loại: là quá trình phá huỷ dưới tác dụng của hóa và điện hố của mơi trường, sự ăn mòn kim loại rất đa dạng: han gỉ, hiện tượng cháy trong xupap động cơ đốt trong

® Mùòn fretting xuất hiện khi có oxy hoá với cường độ cao hoặc tróc

với chuyển vị nhỏ của bề mặtấp ghép Quátrình fretting xuất hiện khi có

ma sat trượt với những chuyển động tịnh tiến khứ hồi rất nhỏ và khi có tác dụng của tải trọng động, có thể xuất hiện khi ma sát khô và ngay cả trong điều kiện có bơi trơn

® Mịn hydrô biểu hiện ở nhiều dạng mòn, là kết quả của sự xuất

hiện hydro trên bé mat kim loại và làm dòn hoá bể mặt trong quá trình ma

sát Tác dụng của hydro biểu hiện ở sự tăng không nhiều tốc độ mòn, hoặc

sự phá huỷ khốt liệt

1.1.3 Ý.NGHĨA KINH TẾ MA SÁT TRONG MAY

Hội nghị về giảm độ mòn trong kỹ thuật tổ chức ở Mỹ năm 1976 đã

kết luận rằng việc ứng dụng kỹ thuật ma sát sẽ tiết kiệm cho nước Mỹ hang nam 12 đến 16 tỷ đôla

Báo cáo của Hội ma sát nước Anh thừa nhận hàng năm hiệu quả kinh tế do ứng dụng các thành tựu của kỹ thuật ma sát học là 500 triệu bảng Anh

tương đương với 2% thu nhập của nên kinh tế quốc dân

Trang 19

Ý nghĩa to lớn của kỹ thuật ma sát đối với nền kinh tế quốc dân ở

chỗ, phần lớn máy móc bị hỏng không phải do gãy mà do mòn và do hư

hỏng bề mặt ma sát trong mối liên kết động Phục hồi máy móc phải tốn phí nhiều tiền của, vật tư, hàng chục vạn công nhân phải tham gia công việc

này, hàng vạn máy công cụ được sử dụng trong các phân xưởng sửa chữa Ngoài việc giảm mòn và nâng cao tuổi thọ thiết bị máy móc, các biện pháp giảm lực ma sát trong máy có ý nghĩa quan trọng Hơn nữa nhiên liệu

dùng để chạy ôtô, đầu máy xe lửa và phương tiện giao thông khác thực chất

là để khắc phục trở lực do ma sát gây nên trong chỉ tiết máy Trong ngành

dệt có đến 80% năng lượng tiêu hao dùng đề khắc phục lực ma sát Hiệu suất nhiều thiết bị máy móc thấp do ma sát là chính Ví dụ hiệu suất của hộp giảm tốc Globoit dùng trong thang máy, thiết bị nâng trong hâm mỏ, máy công cụ 12 0,7, hiệu suất Šủa bộ truyền đai ốc - vitme 18 0,25

Theo thống kế phần lớn máy móc (85% - 90%) không tiếp tục làm

việc được vì nguyên nhân mòn các chỉ tiết Chỉ phí cho việc sửa chữa máy móc thiết bị và các phương tiện vận tải ở Liên Xô là 40 tỷ rúp một năm

Một số biện pháp được sử đụng để giảm ma sát trong máy:

- Bộ ma sát nên làm việc trong điều kiện được che kín

- Phân bố đều áp suất trên bể mặt ma sát, biện pháp chủ yếu là: dùng cơ cấu tự lựa, tránh ứng suất tập trung, tăng độ cứng vững của chỉ tiết lắp ghép, bù trừ công nghệ cho biến dạng đàn hồi

- Giảm bớt tải trọng cho những bề mặt bị mòn như dùng kết cấu trục

và ổ được đỡ tải, tạo đối áp trong bơm bánh răng

- Bảo đảm tuổi thọ gần bằng nhau cho tất cả các chỉ tiết bị mòn, để

cùng tương xứng trong thời gian bảo dưỡng máy

- Giảm công ma sát như dùng bộ li hợp nhiều đĩa

- Bê mặt ma sát cần có độ nhám tối ưu tương ứng với dạng ma sắt,

N(PWÈ?ÁnI\9€qÔ&€ titlđo7AfäWd bề mặt càng,

giảm tác hại của sản phẩm mòn

thấp, khả năng chịu tải càng cao

Trang 20

18 — LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC ~ Dùng vật liệu dễ biến dạng để chế tạo chỉ tiết làm việc

L4 NỘI DỤNG KHOA HỌC CỦA KỸ THUẬT MA SÁT “Cơ sở lý thuyết khoa học về ma sát vẫn còn

p tục được hoàn thiện, nhiều ứng dụng vẫn phải xuất phát từ thực nghiệm Nội dung chính của kỹ thuật ma sát gồm:

« Đưa ra lý thuyết về ma sát, mòn và bói trơn phù hợp với các điều kiện cụ thể

+ Hoàn thiện hệ thống bôi trơn và mở rộng sản xuất

Hiệu quả của hệ bôi trơn phụ thuộc vào sự hoàn thiện kết cấu và chất

lượng vật liệu bôi trơn Khi chuyển các chỉ tiết ma sát sang chế độ dịch

chuyển chọn lọc cần phải nghiên cứu các hệ thống bôi trơn thích nghĩ để ngăn chặn độ mòn và giảm mất mát do ma sát

« Nghiên cứu phương pháp gia công tần cuối không hạt mài

Độ bền mòn phụ thuộc vào nguyên công gia công lần cuối

nhiều công trình nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của độ nhám bề mặt Vì

chỉ tiết đến cường độ mài mòn và tác hại của hạt mài tại vùng ma

vậy cần thiết phải nghiên cứu phương pháp gia công lần cuối không hạt mài dé ching ma sát

*Ché tạo các kết cấu ma sát không mòn

~ Phương pháp chính để nâng cao tính chống mòn của vật liệu là nâng cao đờ cứng của bể mặt ma sát (thấm cácbon, nitơ, mạ crôm, tôi bể mặt -.), tuy nhiên nhiều trường hợp do áp suất lớn trên phẩn tiếp xúc thực tế mà cường độ mòn tang thì phương pháp này không còn thích hợp Một phương, pháp được ứng dụng được những trường hợp ấy là phương pháp địch chuyển chọn lọc để tạo ra các kết cấu ma sát không mòn

+ Bảo vệ chỉ tiết khỏi su mai mon hydro

Đây là nhiệm vụ quan trọng của kỹ thuật ma sất © Lien Xo, bang

thực nghiệm đã phát hiện ra một hiện tugng vé sy tap trung hydro trén bể pan BOUALABATH

Trang 21

19 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC mặt ma sát Hydro được thoát ra từ các vật liệu của cặp ma sát và từ môi trường xung quanh (vật liệu bôi trơn, nhiên liệu nước, ) Hiện tượng này

làm tăng nhanh sự mài mòn

KẾT LUẬN

Các phương pháp nghiên cứu, áp dụng cơ bản là: A - Ứng dụng hiệu quả các kết quả mới nhất của khoa học kỹ thuật hiện đại vào ngành Tribology

~ Phát triển và hoàn thiện các biện pháp công nghệ bề mặt, tạo ra

các kết cấu ma sát có chất lượng cao

- Phát triển và ứng dụng các công nghệ chống mòn, chống ăn mòn - Nghiên cứu phát triển các kết cấu bôi trơn, vật liệu bôi trơn, nâng,

cao từng bước tuổi thọ

- Ứng dụng đo đạc, đánh giá tiên tiến và công cụ toán học hiện dai

Trang 22

CHƯƠNG II

MA SÁT NGOÀI IIL1.MA SÁT NGOÀI

Cơ sở lý thuyết của ma sát khảo sát các quá trình ma sát ngoài bình thường Điều kiện tiếp xúc được đặc trưng bởi sự có mặt của các cấu trúc thứ cấp chịu tải có các tính chất nhất định Bất kỳ sự phá hoại nào của điều kiện ấy đều dẫn tới hiện tượng không bình thường Các hiện tượng xảy ra đồng thời với ma sát ngoài và sau đó chúng làm ma sắt ngoài biến đổi,

chuyển thành nội ma sát, cắt, và cuối cùng là làm đình chỉ chuyển động I.1.1 ĐỊNH NGHĨA a Ma sát: là sự mất mát đăng lượng cơ học trong các quá trình: khởi động, chuyển động, dừng Ma sát khởi động: là sự mất mát năng lượng cơ học trong quá trình khởi động

Ma sát động: là sự mất mát năng lượng cơ học trong quá trình chuyển động tương đối tại vùng tiếp xúc

Ma sát dừng: là sự mất mát năng lượng cơ học trong quá trình dừng

tại vùng tiếp xúc có chuyển động tương đối

“Ma sát vĩ mô: là ma sát được kể đến do ảnh hưởng của các yếu tố

trên bể mặt tiếp xúc, cơ, lý, hóa, chất lượng bề mặt, bản chất của vật liệu,

các chế độ làm việc

Ma sát ví mô: là ma sắt được kể đến bản chất vật liệu, tính chuyển

động của các phân tử, tính liên kết hóa học và nhiệt động học dẫn đến sự

mất mát năng lượng cơ học

Ma sát ngoại: là ma sát xảyra giữa 2 bể mặt tiếp xúc của 2 vật thể

độc lập với nhau, khi có chuyển động tương đối

Trang 23

Ma sát nội: là ma sắt xảy ra trong quá trình chuyển động tương đối,

trong cùng 1 vật thể

Ma sát ngồi: ln xuất hiện khi có chuyển động tương đối giữa các

vật thể tiếp xúc nhau và tương tác cơ học với nhau Ma sát ngoài trong các

máy móc, cơ cấu, dụng cụ và thiết bị là một hiện tượng khá phổ biến Biểu hiện có hại của ma sát ngoài thể hiện ở sự mất mát công suất, mòn và hỏng các bề mặt tiếp xúc; còn ma sát có lợi được ứng dụng trong thiết bị ma sát

dùng để truyền chuyển động, truyền lực và trong sự hoạt động của các bộ phận làm việc của máy móc

Lực ma sát: là lực cản chuyển động tương đối của vật thể này trên

vật thể khác, dưới tác động của ngoại lực pháp tuyến với đường phân giới giữa 2 mặt phẳng

Quá trìnÑ ma sát: là rất phức tạp và phụ thuộc vào

- Biến đổi của các quá trình và lớp bề mặt tại vùng tiếp xúc thực

- Chất lượng bề mặt khi tham gia ma sát

- Điều kiện và môi trường ma sát

Lực ma sát ngồi khơng ổn định, cơng của lực ma sát phụ thuộc vào

quãng đường mà vật rắn di chuyển Độ lớn của lực ma sát ngoài nhìn chung được xác định theo khoảng dịch chuyển của vật rắn theo phương tiếp tuyến

Căn cứ vào khoảng dịch chuyển này phân biệt lực ma sát ngoài tĩnh và lực

ma sát ngoài động

Lực ma sát khởi động: là lực cản trở chuyển động trong trường hợp

dịch chuyển rất nhỏ, khoảng dịch tiếp tuyến có tính thuận nghịch này được

gọi là dịch chuyển ban đầu Lực ma sát khởi động thường xuất hiện trong các khớp ma sát trượt không liên tục dưới tác động của tải trọng

Lực ma sát tĩnh: là toàn bộ lực ma sát tương ứng với dịch chuyển

ban đầu lớn nhất, hay nói cách khác là sự dịch chuyển từ trạng thái dịch chuyển ban đầu sang trạng thái trượt Hình 2 I trình bày nguyên tắc sự phụ

Trang 24

thuộc của lực ma sát vào giá trị dịch chuyển Sau trạng thái dịch chuyển ban

đầu là trạng thái trượt ổn định với giá trị lực ma sát không đổi — Lực ma sát động là lực ma sắt xuất hiện trong quá trình có chuyển A kB động tương đối ở vùng tiếp xúc A „Lực ma sát trượt có xu hướng

chống lại (cản trở) chuyển động theo

phương tiếp tuyến trên vật thể tiếp

xúc ma sát, nó không phụ thuộc vào Bỏ su Gêauyếnlhụe À độ lớn của dịch chuyển = Đổi trạng thái Lực ma sát ngoài có quan hệ với cường độ biến dạng của lớp bể mặt mềm do sự thâm nhập của: các nhấp nhô bề mặt cứng ộ Trên thực tế ma sát ngoài chỉ liên quan tới biến dạng của lớp bề mặt Hình 2.1: Sự phụ thuộc của Fms do giá trị dịch chuyén A theo phương tiếp tuyến với chuyển động trong tiếp xúc của vật thể rắn

11.1.2 CAC DAC TRUNG CO BAN CUA MA SAT * Luc ma sat Cho đến thế kỷ XX, lực ma sát được tính gần đúng theo công thức: - Fay = He By ‘Prong dé: Fy - Ic phdp tuyén véi bé mat tiép xtic c6 chuyén dong tương đối - * Momen ma sat Myy = Fay R

Trong đó: R — cánh tay đòn tương ứng với lực ma sắt E,„, * Công ma sát (năng lượng ma sát) W„,

Đối với ma sát trượt: @

War = Emer = [Fas

s ms

Trang 25

Trong đó: S„¿ = quãng đường ma sát

đối với ma sát lăn: W„u, = Em, = Í A⁄„„4ø, a Trong d6: @,, — géc lan Đối với ma sát xoay: Wmu, = Emi, = fu dg øX Trong đó: 0x = góc Xoay II.2 CHẤT LỢNG BỀ MẶT

11.2.1 Khai niệm chất lượng bề mat

Chất lượng bề mặt của các cặp ma sát có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình ma sát và mòn Cơ cấu là một trong những biện pháp quan trọng, phổ

biến Để nâng cao hịeu gủa ứng dung guy luật ma sát

Những yếu tố chất lượng bề mặt được quan tâm hàng đầu đó là hình dạng hình học của bề mặt, độ cứng, độ bên nhiệt, độ bền hoá học và trạng thái ứng suất Chất lượng bề mặt ma sát bao g6m - Các thông số về hình học bề mặt - Các tính chất cơ lý hoá của các lớp bề mặt mỏng _ Những ứng suất trong lớp đó Các thông số của chất lượng bề mặt ma sát có liên quan và ảnh hưởng lẫn nhau 1.2.2 Đặc điểm hình học của lớp bề mặt Tính không đều của bề mặt chỉ tiết máy được phân thành Si số hình dạng, Sóng & Nhấp nhỏ

Sai số hình dạng là độ không đều của bề mặt xuất phát từ hình dạng thực của nó (lồi,lõm, méo, lệch, .)

Trang 26

244 _ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Sóng có dạng gồm các khe và đỉnh tuân hoàn có chu kỳ, cách nhau 1 khoảng bằng bước sóng Ss và chiều cao H, thường có ste 40

Nhdp nhé bé mat Ia 6 vO số đỉnh trong 1 khoảng cách khá ngắn (2 + 800 kim) và cao (0,03 + 400 um)

Hình 2.2: Sơ đồ hình học bề mặt của một vật rắn 1 Sóng bể mặt; 2 - Nhấp nhô bể mặt; - Sai số hình dạng Rmax- biên độ lớn nhất của nhấp nhỏ; S Bước sóng: 1Ị - Độ cao sóng

'Z I1.2.3 Tính chất cơ lý hoá của các lớp bể mặt mỏng

Láp bề mặt ma sát rất mỏng (lớp thứ cấp) với chiêu dày trong khoảng từ vài trục Ăngtrông (A°) dn vài phần trầm hay phần mười milimet có đặc tính cấm trúc và tính năng cơ lý hoá hoàn toàn khác so với kim loại gốc của ˆ chỉ tiết

“Sự khác nhau đó là do các nguyên nhân: trạng thái đặc big

nguyêmtữ bể mặt dẫn tới năng lượng bể mặt tự do và hoạt tính hấp thụ lớn, cơ nhiệt hoá Lý vào bể mật kim loại trong gỉ của các do tác dụng tổng hợp ct “ đoạn chế tạo phôi và gia công tinh lần cuối, do tác dụng cơ nhiệt Hóa lý

lặp có chu kỳ trên bể mặt ma sát khi làm việc

Bê mặt thuần khiết của kim loại có tương tác mãnh liệt với môi trường thể lỏng hay khí khi tiếp xúc, dẫn tới sự hấp thụ các nguyên tử và phân tir hoạt tính của môi trường vào bề mặt của kim loại bao gồm cả những phản

ứng hoá học trực tiếp như oxy hoá sắt tạo thành Fe;O,

Trang 27

25 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Trong quá trình cắt gọt kim loại có phoi hoặc không phoi kim loại bị

biến dạng đẻo rất mạnh, xuất hiện những thể tích cục bộ có nhiệt độ cao,

đồng thời lại được làm mát bởi oxy không khí hoặc làm mát hoặc bôi trơn

bởi các chất lỏng cắt gọt Khi đó lớp bề mặt kim loại bị gia công có độ sâu đến vài trục micromet sẽ bị biến tính rõ rệt l

Trong quá trình làm việc lớp bề mặt mỏng của tiếp xúc ma sát chịu tác dụng lặp đi lặp lại của ứng suất pháp và tiếp cũng như bị nung nóng đến nhiệt độ cao rồi làm nguội nhanh do khối kim loại bao quanh, khi đó tính chất cơ lý hoá của lớp bề mặt mỏng và kim loại gốc tất yếu là khác nhau

Khi có biến dạng dẻo trong quá trình ma sắt sẽ tăng cường sự hoạt

hoá các thể tích bề mặt kim loại và làm phát triển hiện tượng khuyếch tán

dẫn đến sự oxy hoá các lớp bề mặt ma sát của kim loại Lớp màng oxyt

được tạo thành Có tính chất cở lý hoá khác hẳn kim loại ban đầu Mòn oxy

hoá là quá trình mòn lớp màng oxýt hình thành khi làm việc, nó là một

dạng mòn hết sức phổ biến, với đặc trưng của chất lượng bề mặt là độ nhắn bóng cao và không làm thay đổi có hại đến cấu trúc của các thể tích bề mặt

ma sát

Khi ma sát trượt lớp thứ cấp luôn bị hình thành và luôn bị phá huỷ

11.2.4 Trang thái ứng suất của lớp bề mặt tiếp xúc ma sát

Lớp bề mặt mỏng của chỉ tiết ma sát thường tồn tại ứng suất dư, nó được tạo thành trong quá trình công nghệ gia công và ứng suất của lớp bề

mặt khi làm việc

Trạng thái ứng suất dư trong lớp bê mặt sau khi gia công thường nảy

sinh khi thay đổi thể tích của kim loại do sự biến đổi pha và cấu trúc, do kết

quả của tác dụng nhiệt, do quá trình tách phoi

Trạng thái ứng suất lớp bề mặt khi làm việc được tạo thành trong các thể tích kim loại cục bộ ở các lớp bề mặt khi tiếp xúc ma sát Ứng suất này thường tập trung trong thể tích rất nhỏ, gây khuyếch tán và hoạt hoá kim loại dẫn tới việc hình thành oxyt kim loại

Trang 28

H.2.5 Các đặc trưng hình học bề mặt

Các thông số đặc trưng của trạng thái hình học bể mặt được xác định

trong khoảng khảo sát nhất định của bề mặt ma sát, kích thước của nó được xác định theo độ cao của nhấp nhô bề mặt và cấp độ nhấp nhô bề mặt và

được tiêu chuẩn hoá trong bảng 2.1

Trang 29

Bang 2.1: Các loại nhấp nhô bể mặt và giá trị chiều dài lấy làm mẫu (theo tiêu chuẩn GOST 2789 ~ 73)

Trang 30

-

200/um

(b)

Hình 2.4: Biểu dồ biên dạng bề mặt kim loại (Với chiều cao được phóng đại 40 lần chiều ngang)

a)- Vết theo chiều ngang; b)- Vết theo chiều dọc

a

> Duong trung binh cia khodng khdo sat M, Mp là cơ sở để xác định các thông số hình học bể mặt nó

Đường đỉnh profin A,A; là đường song song với đừơng trung bình, đi qua đỉnh nhấp nhô cao nhất nằm trong vùng khảo sát l

Đường chân profin B,B; là đường song song với đường trung bình, đi Khoảng cách từ đường đỉnh profin đến đường chân profin trong vùng khảo sát được gọi là độ cao lớn nhất của nhấp nhô R„„„› và từ đỉnh nhấp nhô đến đường trung bình.là Rp Giá trị của chúng được xác định từ 5 khoảng khảo sát bề mặt khác nhau:

= J : : at 3

Ronan = 5 DR wai Ry = ZUR wi

Trang 31

29 _ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HOC (RMS: root mean squase)

> Độ sai lệch của nhấp nhô bể mặt theo chiều cao được xác định

theo 10 điểm R, (ISO)

ee s(Smeena)

Trong đó:

H„ : độ lệch lớn nhất của nhấp nhô bể mặt so với đường trung bình

'H„„.¿ độ lệch nhỏ nhất của nhấp nhô bề mặt so với đường trung bình

= Al,y: chiéu dài mặt cắt của nhấp nh trên đường trung bình > Bán kính cong trung bình của đỉnh nhấp nhô bể mặt r

(đưa về mô hình đỉnh nhấp nhô dạng chỏm cầu) = Vite

Trong đó:

r¿ Bán kính cong trung bình theo

phương mật cắt ngang prôfin

rg: Ban kính cong trung bình theo /Ñ +

-—=

phương dọc pröfin — {4

Giá trị h, có thể lấy 0,3Ra hay 0,06R,

Yo Ye: giá trị khuếch đại theo độ cao và phương nằm ngang,

Trang 32

> Góc nghiêng của nhấp nhô bể mặt so với đường kính trung bình

| : 30_ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

L _ @,được xác định theo công thức

tg, YX

Góc nghiên của nhấp nhô bể mật so với đường trung bình được tính sau một số hữu hạn n các phép đo:

id

* tgọ= T189,

> Hiện nay để đánh giá các đặc trưng hình học bẻ mặt trong kỹ thuật ma sát người ta sử dụng thông số tổ hợp của bể mặt hình học Delta được xác định như sau: R A “Trong đó các tham số b và v của đường đặc tính bể mặt được tính 'Z bằng công thức: v = 21,, = abe

11.3 THEP XUC CUA BE MAT

(Ống suất trong vùng diện tích tiếp xúc phụ thuộc vào 2 dạng tiếp xúc

ˆ chính của vật rắn đó là tiếp xúc dẻo và tiếp xúc đàn hồi

Lý thuyết biến dạng tại vàng tiếp xúc đàn hồi được xác định dựa vào

các giả thiết sau:

1 Chỗ tiếp xúc ban đầu chỉ là 1 điểm sau đó phát triển thành đường 2 Vùng tiếp xúc phẳng và đồng nhất

.3 Trong vùng diện tích tiếp xúc chỉ xảy ra biến đạng đàn hồi 4 Chỉ có lực pháp tuyến trên bể mặt tiếp xúc chung

Trang 33

Diện tích tiếp xúc thông thường là 1 hình elip nhưng trong một số trường hợp đặc biệt nó có thể là 1 hình tròn hoặc 1 dải được giới hạn bởi các đường song song Trường

hợp elip phù hợp với tiếp xúc của 2 vật thể

hình cầu hoặc 2 hình trụ giống nhau, với các trục của chúng vuông góc với nhau

Tiếp xúc cầu

Với vùng tiếp xúc được tạo thành bởi 2 vật thể hình trụ có các trục song song với nhau là | dai

Tiếp xúc đường Tiếp xúc điển

(Các hình trụ có các trục song song) — (Bề mặt của vật thể cong khác nhau)

1.3.1 Tương tác của nhấp nhô bề mặt trong tiếp xúc ma sát

Hai bề mặt nhấp nhô tiếp xúc với nhau dưới tác dụng của tải pháp tuyến, nhấp nhô của các bề mặt đối tiếp có tổng độ cao lớn nhất tham gia Vào tiếp xúc đầu tiên, khi tải pháp tuyến tăng lên, các cặp đỉnh nhấp nhô đối

ứng có tổng độ cao nhỏ hơn sẽ dần đần tham gia vào tiếp xúc Trong tiếp

xúc thứ nhất, bề mặt của các đỉnh nhấp nhô bị biến đạng này là đàn hồi

Trang 34

Khi tải vượt quá giới hạn cho phép,

tất yếu biến dạng chuyển sang dẻo

hay đúng hơn là đơn dẻo, do vật liệu

nền có khuynh hướng làm biến dạng déo tại các đỉnh tiếp xúc và chuyển đời về biến dạng đàn hồi WOES A Hình 2.5: Tương tác của nhấp nhỏ bề mặt vật rắn

“Tải trọng tăng lên làm tăng biến dang bién dang đàn hồi của bẻ mặt

nhấp nhô có sóng Những biến đạng đàn hồi của bể mặt có sóng dẫn đến sự

tăng của diện tích tiếp xúc và đưa đến tăng số lượng của đỉnh nhấp nhô Z~ tham gia chịu tải Cập đỉnh nhấp nhô cao nhất trong tiếp xúc sẽ bị biến dạng nhiều nhất, ngược lại các cặp đỉnh nhấp nhô có độ cao nhỏ hơn giá trị trung, bình, thường không tham gia vào tiếp xúc ngay cả khi tải pháp tuyến lớn

11.3.2 Điện tích tiếp xúc ma sát của bề mặt thực

Đặc điểm nổi bật của quá trình ma sát ngoài là sự rời rạc của các

điểm tiếp xúc thực giữa hai bể mặt Khi tải thay đổi, các thông số tiếp xúc

ma sát thay đổi trong phạm vi rộng Đặc điểm rời rạc của ma sát ngoài được

thể hiện ở ba loại điện tích tiếp xúc: điện tích tiếp xúc danh nghĩa 4„., diện

“tích tiếp xúc vòng 4„ diện tích tiếp thực 4, Hình 3.3 trình bày ba loại

diện tích trong tiếp xúc ma sát

Điện tích tiếp xúc danh nghũa (A,,) là tổng diện tích hình học của các

tiếp xúc ma sát thực tế có thể xảy ra, nó phụ thuộc vào hình dạng và kích

thước của vật thể tiếp xúc ma sát Tiếp xúc của bể mặt chỉ tiết máy, diện tích tiếp xúc danh nghĩa thường bị giảm đáng kể do ảnh hưởng của sóng bể

Trang 35

33

VAN THAC SỸ KHOA HOC

mật và sai số hình dạng Sóng của bể mặt hình thành các nhóm vết tiếp xúc rồi rạc ở các đỉnh, tổng của các diện tích tiếp xúc này tạo thành diện tích tiếp xúc vòng

Hình 2.6: Diện tích tiếp xúc của bể mặt thực

Điện tích,4iếp xúc vòng (A,„)có thể xác định theo diện tích của bể mặt mà sóng tiếp Xúc Các tiếp xúc này bị gián đoạn rõ rệt bởi các nhấp nhô bể mặt .Khi sử dụng phương pháp đo gần đúng là phương pháp đo vết màu hh là diện tích tiếp xúc vòng Tóm lại diện thể

tiếp xúc, kết quả thu được cẻ

tích tiếp xúc vòng A„„ là diện tích được hình thành do biến dạng của cá

tích bể mặt cục bộ của vật thể trong tiếp xúc ma sát mà nguyên nhân chủ

yếu là do sóng bể mặt Thường A„, = 5 - 15 %A,„ trong trường hợp diện

tích tiếp xúc danh nghĩa nhỏ, bỏ qua sóng thì có thể coi Ag = Aun

Điện tích tiếp xác thực (A,)là tổng điện tích tiếp xúc thực tế tế vì của "bể mặt vật thể tiếp xúc ma sát, nó được tạo thành từ các đỉnh nhấp nhô tiếp xúc rời rạc Diện tích tiếp xúc thực thường nằm trong lòng vết tiếp xúc của các bể mặt thực có nhấp nhô Diện tích tiếp xúc thực là nơi xảy ra các tương tác nguyên tử và phan từ của các bể mật tiếp xúc ma sát Diện tích tiếp xúc thực thường rất nhỏ nó không vượt quá 0,01 đến 0,1% diện tích tiếp xúc

danh nghĩa, và rất rời rạc với các tiếp xúc có đường kính từ 3 đến 50m

Trang 36

1I.3.3 Tiếp xúc của các bề mật trong quá trình ma sát

Trong tiếp xúc tĩnh do sự có mặt của lực ma sát nên hình thành vùng tiếp xúc "vùng đình trệ", nó hạn chế biến dạng của các diện tích tiếp thực

Ngược lại trong quá trình tiếp xúc ma sát động, diện tích tiếp thực tăng lên

đồng thời biến dạng của lớp bể mặt mỏng cũng diễn ra mạnh hơn Vùng

đình trệ biến mất, thay vào đó là một lớp bề mặt linh động có chất lượng bể

qnat thay đổi rõ rệt

Trong quá trình tiếp xúc ma sát, cân bằng động giữa phá hoại và phục hồi các màng oxyt mỏng trên bề mặt là đặc trưng của quá trình ma sát

bình thường

11.4, PHAN LOAL CAC DANG MA SAT

Ma sát được phân loại dưới nhiều dạng khác nhau, chủ yếu được chia ra theo đối tượng tiếp xúc (ma gát nội, ngoại, vi mô, vĩ ,mô), theo quá

trình (chuyển động, dừng, khởi động, va đập ), theo đạng chuyển động

(trượt, lăn, xoay ) và theo trạng thái chất bôi trơn (ran, lỏng, khí, Plasma )

* Phân loại ma sát theo dạng chuyển động

Ma sát trượt: là ma sát xảy ra giữa 2 bể mặt tiếp xúc khi chuyển

động trượt tương đối (hình 1.1a) mà vận tốc tại điểm tiếp xúc khác nhau về “giá trị và cùng phương

Hình 2.7: Phân loại ma sát theo chuyển động

Ma sát lăn: là ma sát xảy ra giữa 2 bê mặt có chuyển động lăn tương đối mà vận tốc tại điểm tiếp xúc cùng giá trị, cùng phương (hình 1.Ib)

Ma sát xoay: là ma sắt xảy ra giữa 2 bề mặt tiếp xúc do chuyển động

xoay tương đối giữa 2 vật thể (hình 1.1)

Trang 37

35 _ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Ma sát hỗn hợp:: là ma sát xây ra giữa các bề mặt có tổng hợp của các dạng ma sát trượt, xoay và lăn

* Phân loại ma sát theo điều kiện bề mặt

Ma sét không có chất bôi trơn: là ma sát của 2 vật rắn trên bề mặt của chúng không có điều kiện khẳng định rõ ràng sự tổn tại của chất bôi trơn hoặc bất kỳ chất nào Đôi khi còn gọi là ma sát khô

Ma sét giới hạn: là ma sắt giữa 2 vật thể rắn có tồn tại giữa liên kết

của chúng 1 lớp chất bôi trơn (cỡ 0,Ium) Nó có tính chất hoàn toàn khác biệt với tính chất của toàn khối bôi trơn

Ma sát ướt: là ma sắt giữa 2 bê mặt được phân tách bởi các lớp chất bôi trơn có chuyển động tương đối với nhau, trong đó các ứng suất tiếp tạo thành lực ma sát

'Ma sát n5 wớt: là ma sáFcó đồng thời cả ma sát ướt và ma sát giới hạn

* Phân loại ma sát theo động lực học tiếp xúc

Ma sát tĩnh: là ma sát xuất hiện giữa 2 bể mặt vật rắn trong trạng thái

địch chuyển ban đầu, khi đó thông thường lực ma sát sẽ ngăn cản biến dang

cha lớp bề mặt

Ma sát động: là ma sát xuất hiện giữa 2 bể mặt vật rắn trong quá

trình có chuyển động tương đối ở vùng tiếp xúc, khi đó lực ma sát động sẽ e6 tác dụng thúc đẩy quá trình biến dạng trên lớp bể mặt mỏng và làm tăng điện tích tiếp xúc

* Phân loại ma sát theo điều kiện làm việc

Ma sát bình thường: là quá trình ma sát được đặc trưng bởi sự cân bằng động giữa phá huỷ & phục hồi lớp màng mỏng có tính bảo vệ trên bể mặt ma sát, mà thông thường là lớp màng oxyt

Ma sát không bình thường: là ma sát xuất hiện ở chế độ làm việc không bình thường Nó thường được thể hiện ở nhiệt độ của cap ma sát

Trang 38

II.S BẢN CHẤT CỦA MA SÁT NGOÀI

Bản chất của ma sát ngoài là rất phức tạp, là tổng hợp của các quá

trình cơ lý hóa được diễn ra đồng thời, nên phải xác định bản chất này một

cách rõ ràng và có căn cứ Việc nghiên cứu động học ma sát cũng rất khó

khăn vì chỉ có những thể tích rất nhỏ của các lớp bể mặt tham gia vào quá

trình ma sát không thể quan sát được trực tiếp

‹ Nắm chắc được bản chất của ma sát ngoài sẽ tạo điều kiện cho việc

xây dựng các mô hình nghiên cứu và tính toán về các cặp ma sát

11.5.1 Bién dạng khi ma sát ngoài

Biến dạng là phản ứng chống lại tác dụng của ngoại lực của các vật

thể vật lý Biến dạng là quá trình chủ yếu quyết định sự tiến triển của ma sát

ngoài, làm thay đổi diện tích tiếp xúc thực, làm phát triển biến dạng vật lý, gây ra hàng loạt những hiện tương dẫn xuất, có:ảnh hởng quyết định đến sự

hình thành lực ma sát và sự phá hủy lớp bề mặt gây mòn và hư hỏng Để

làm sáng tỏ bản chất của ma sát ngoài, trước hết cần phải nghiên cứu trạng thái biến dạng và ứng suất, quan hệ giữa thành phần dẻo và thành phần đàn

hồi với quy luật vận động của chúng

Trạng thái ứng suất - biến dạng khi tiếp xúc tĩnh và khi ma sát động “ rất khác nhau Khi ma sát ngoài biến dạng suất hiện do kéo hoặc nén cùng, với các đặc tính của chúng trong vùng tiếp xúc trực tiếp và vùng chịu ảnh

hưởng

Biến dạng bề mặt khi ma sát ngoài là nguyên nhân chính gây ra

Thành phân lực ma sát cơ học, đó chính là sự cản trở của các lớp về biến

dạng trong ma sát trượt Thành phần lực này đựợc tính toán dựa trên tính

chất cơ học của lớp bề mặt, hình dạng hình học của các nhấp nhô và diều

kiện ứng suất tại vùng tiếp xúc

11.5.2 Bam dinh va khuyéch tan khi ma sát

Tương tác vật lý của các bể mặt khi ma sát ngoài được quy định bởi

các hiện tượng bám dính và khuyếch tán

Trang 39

Bám dính là sự xuất hiện các liên kết giữa các bề mặt của hai vật thể khác trạng thái (rắn hoặc lỏng) tiếp xúc nhau tại vùng tiếp xúc thực Trên phần điện tích này có các lực hút phân tử tác dụng với các khoảng cách lớn

hơn chục lần khoảng cách giữa các nguyên tử trong các mạng tỉnh thể và tăng lên theo nhiệt độ Dù có hay không có lớp đệm nhớt (hơi nước, bụi

bẩn, chất bôi trơn bám dính) lực phân tử cũng dẫn đến bám dính Sự bám dính này xảy ra giữa kim loại và màng ôxit hoặc có thể do tác động của lực hút tĩnh điện Lực bám dính cũng như lực phân tử tỷ lệ thuận với diện tích tiếp xúc thực Một trường hợp riêng của sự bám dính là sự đồng kết, xuất hiện khi có hai vật thể giống nhau tiếp xúc nhau Cơ sở của tương tác bám đính là liên kết Vandecvan

Có hai loại bám dính đó là

- Bám dính lĩnh: sức cảnchống tách ly ở trạng thái dịch chuyển ban đầu - Bám dính động: sức cản chống tách ly ở các giai đoạn chuyển động khác nhau - phụ thuộc vào tốc độ của quá trình tách ly

Lực bám dính khác lực ma sát ở chỗ, lực bám dính là lực cản chuyển

động tương đối của hai vật thể tiếp xúc nhau theo phương vuông góc với bề mặt tiếp xúc, còn lực ma sát là lực cản chuyển động theo phương tiếp tuyến, tức là lực cản trượt Lực phân tử và lực bám dính lẽ ra sẽ không sinh công

khỉ các bề mặt dịch chuyển, nhưng trên thực tế sự dịch chuyển này sẽ kèm

theo biến đạng trượt Do đàn hồi không lý tưởng của vật liệu, cần chỉ phí năng lượng cho biế† dạng không thuận nghịch này Nếu mối liên kết giữa các vật bị phá hủy ở chỗ sâu hơn so với bể mặt thì cần phải đặt lực tiếp tuyến lớn hơn

- Khuyếch tán là quá trình thâm nhập và phân tấn các nguyên tử phân tử, giữa các bề mặt tiếp xúc ma sát (thẩm tán bên trong), nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình ma sát và mòn của kim loại Có nhiều loại cơ

chế khuyếch tán khác nhau, nhưng tổng quát thì hệ số khuyếch tán có quan hệ với nhiệt độ của bề mặt tiếp xúc ma sát

Trang 40

Khả năng xảy ra các quá trình khuyếch tán trong các điều kiện ma sát

ngoài khi có biến dạng dẻo và tăng nhiệt độ là tất yếu Hiện tượng tróc khi ma sát của các kim loại có liên quan tới các quá trình khuyếch tán xuất hiện do sự hoạt hóa mãnh liệt của các lớp bề mặt kim loại, do tăng mật độ

khuyết tật và do sự chuyển khối lượng

II.S.3, Quá trình phá hủy khi ma sát ngoài

‹ Kết quả cuối cùng của mọi quá trình ma sát ngoài đó là sự phá hủy bề mặt tiếp xúc ma sát với hiện tượng bong tách các phần tử mòn và hoặc

làm thay đổi các đặc tính hình học vĩ mô, cấu trúc, tính chất và trạng thái

ứng suất của các lớp bề mặt

Trong quá trình ma sát thể tích vật liệu cục bộ nằm ở dưới bề mặt

chịu tác động tương hỗ lặp đi lặp lại, gây ra mỏi của lớp bề mặt ma sát và

làm tách các phân tử Mặt kháczcác phân tử tách từ lớp bề mặt không biến

ngay thành phân tử mòn, nó chỉ ra khỏi vùng ma sát sau khi bám dính một

w số lần nhất định vào các bề mặt ma sát đối diện Các phân tử bong tách này

được gọi là phân tử chuyển dời Khi số lượng các phân tử chuyển dời tăng dần đến khi đạt tới giới giới hạn chuyển dời thì chuyển hóa thành phần tử

mòn và đi ra khỏi vùng ma sát Thông thường thể tích phân tử mòn lớn gdp 125 lần thể tích phân tử chuyển rời Màng ôxit và khí hấp thụ trên bề mặt của phân tử chuyển rời và bề mặt ma sát có tác dụng bảo vệ và làm giảm

lực bám dính của phân tử chuyển dời

KẾT LUẬN: Lực ma sát là tổng lực cản trở xuất hiện khi biến dạng “của bề mặt ma sát và lực liên kết giữa các phân tử - nguyên tử - trong liên

kết bám dính, khuyếch tán, bong tách và chuyển đời

Fins = Pen + Fre

Hiện nay với các bề mặt ma sắt có gia công tỉnh lần cuối thì thành

phần cơ học của lực ma sát thường nhỏ và thành phần phân tử có tính chất

quyết định Trong những trường hợp nhất định có thể bỏ qua thành phần cơ học (biến dạng) Điều này được thể hiện trong điều kiện ma sát khô thường

Định dạng
Số trang	114
Dung lượng	19,48 MB