Giáo trình Ma sát, mòn, bôi trơn tribology: Phần 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PGS TS NGUYEN DOAN Y VIA SAT IMÒM BOI TRON TRIBOLOGY NHA XUAT BAN XAY DUNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PGS TS NGUYÊN DOÃN Ý GIAO TRINH MASAT-MON-BOI TRON TRIBOLOGY NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG HÀ NỘI - 2005 LÒI NÓI ĐẦU Một nhiệm 0ụ quan trọng đặt đối vdi nước ta thời bì tiếp cận uới tự động hóa đại hóa sử dụng hiệu trang thiết bị có Nói cách khác là: cần phải nâng cao độ tin cậy 0ù tuổi thọ máy móc, dụng cụ, trang thiết bị, nhằm nâng cao hiệu kinh tế uà xã hội đối uới đầu tư phút triển Cùng uới phát triển khoa học kĩ thuật, yêu cầu đặt đối uới máy móc thiết bị thí dụ điều biện chân không, nhiệt cao, thấp, môi trường xâm thực, ăn mịn hóa học Độ tin cậy tuổi thọ cần phải xác định, thiết bị làm uiệc điều kiện khốc liệt Việc nâng cao độ tin cậy va tuổi thọ không mang ý nghĩa lớn uới nhà máy, công ty mà nhiệm Uụ quan trọng đối uới quốc gia uà quốc tế Trong uấn đề chung liên quan đến độ tin cậy, tuổi thọ máy uấn đề Ma sat, mon, b6i tron (Tribology) déng vai trị quan trọng Nó định đến 95% độ tin cậy uà tuổi thọ máy uò thiết bị Ma sát, mịn 0à bơi trơn ba uấn đề liên quan hữu uới nhau, giải riêng biệt ấn dé chống mịn mà khơng quan tâm đến ma sát va bơi trơn, ngược lại nghĩ đến bï thuật bôi trơn va vat liéu bdi tron chưa rõ chất ma sát uà mòn đối tượng Nội dung trình bày sách uấn đề ma sát, mịn, bơi trơn, đáp ứng phần quan trọng đối uới sinh uiên, học uiên cao học, nghiên cứu sinh, nhà nghiên cứu hoạt động lĩnh uực nâng cao độ tin cậy, tuổi thọ máy móc, thiết bị Đo tính chất rộng lớn uấn dé va khoa học liên ngành nên phạm u¡ sách khơng thể trình bày đẩy đủ sở lý thuyết, tính tốn va két qua thực nghiệm Các nội dung tỉ mi trình bày chuyên ngành riéng: Ma sat - Mon - Bét tron Túc giả xin chân thành cảm ơn Giáo sử, Viện sĩ Nguyên Anh Tuấn va cúc giảng uiên môn Mdy uà Ma sát học Khoa khí Trường Dat hoc Bach Khoa da giup do, đóng góp nhiéu y kién quý báu cho qué trinh biên soạn sách Tae gia PHẦNï NGÀNH HỌC TRIBOLOGY I.1 ĐỊNH NGHĨA Tribology ngành khoa học quan trọng, nghiên cứu trình: ma sát, mài mon, an mon, kĩ thuật bôi trơn, vật liệu bôi trơn, kết cấu bôi trơn cho máy thiết bị, khảo sát cấu trúc, tính chất hệ ma sát tự nhiên nhân tạo 1.2 MUC DICH Tribology khoa học nghiên cứu quy luật ma sát, khảo sát, đánh giá, mô tả quy luật đó; từ đưa quy luật ảnh hưởng đến độ tin cậy, tuổi thọ máy, thiết bị; nhằm không ngừng nâng cao hiệu sử dụng tối ưu hóa tính kinh tế thiết bi Tnbology vừa ngành khoa học tự nhiên ngành kĩ thuật, ngành công nghệ 1.3 PHAN LOAI TRIBOLOGY Nganh hoc Tibology chia phần bảng sau: Cơng nghệ T— Mịn Kỹ thuật Tribology Kết Cl Vật lý, học, ết cấ cấu ae Bơi trơn hóa Vật liệu học, nhiệt động học L4 KĨ THUẬT TRIBOLOGY KT thuật Tribology phần quan trọng Tribology, nghiên cứu phương pháp chống mòn, chống ăn mòn, làm giảm ma sát, tăng hiệu sử dụng thiết bị nhằm nâng cao tuổi thọ độ tin cậy sở mòn Chúng cụ thể hóa tiêu sau: - Giảm ma sát, giảm mòn, giữ vững độ xác cần thiết đặt ra; - Giảm mát lượng vơ ích; - Nâng cao tuổi thọ, độ tin cậy thiết bi; - Nâng cao hiệu suất làm việc; -Tối ưu vẻ kinh tế Và thông qua hình thức nghiên cứu, áp dụng sau: - Ứng dụng hiệu kết khoa học kĩ thuật đại vào ngành hoc Tribology; - Phát triển hoàn thiện biện pháp công nghệ bẻ mặt, tạo kết cấu ma sát có chất lượng cao; - Phát triển ứng dụng cơng nghệ chống mịn, chống ăn mịn, - Nghiên cứu phát triển kết cấu bôi trơn, vật liệu bôi trơn, nâng cao bước tuổi thọ; - Ứng dụng nhương pháp đo đạc, đánh giá tiên tiến cơng cụ tốn học đại PHẦN II MA SÁT Chương Í CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA MA SÁT 1.1 ĐỊNH NGHĨA, CÁC THUẬT NGỮ CHÍNH a) Ma sát: mát lượng học trình: khởi động, chuyển động, dừng b) Mu sát khởi động: mát lượng học trình khởi động c) Ma sát động: mát lượng học trình chuyển động tương đối vùng tiếp xúc đ) Ma sát dừng: mắt lượng học trình dừng vùng tiếp xúc có chuyển động tương đối e) Lực ma sát: lực cản chuyển động tương đối vật thể vật thể khác, tác dụng ngoại lực pháp tuyến với đường phân giới hai vật thể †) Ma xát ngoại: ma sát xảy bề mặt tiếp xúc hai vật thể độc lập với nhau, có chuyển động tương đối 8) Ma sát nội: ma sát xây trình chuyển động tương đối, vật thể h) Ma sát vĩ mô: ma sát ảnh hưởng yếu tố bề mặt tiếp xúc, cơ, lí, hóa, chất lượng bề mặt, chất vật liệu, chế độ làm việc i) Ma sát ví mơ: ma sát kể đến chất vật liệu, tính chuyển động phân tử, tính liên kết hóa học nhiệt động học dẫn đến mát lượng học 1.2 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA MA SÁT 1.2.1 Lực ma sát Cho đến kí XX, lực ma sát tính gần theo cơng thức: Fins = HF (1.1) Trong đó: F\ - lực pháp tuyến với bề mặt tiếp xúc có chuyển động tương dối Ở trạng thái tĩnh (trước có chuyển động tương đối), lực ma sát lực tác dụng theo phương tiếp tuyến: Eu,=E, (12) Hình (1.1) biểu thị chuyển động tương đối vật rắn Hình 1.1: Mơ hình chuyển động tịnh tiến vật rắn 77777//////////////////////2 7777727 1.2.2 Mômen 2727277727777 Hướng pháp tuyến; Hướng tiếp tuyến; Hướng tổng hợp ma sát Mômen ma sát viết sau: Mons = Fins -R (1.3) _Trong đó: R - cánh tay đòn tương ứng với lực ma sát F„„; 1.2.3 Cong ma sat (nang luong ma sat) (W,,,) Năng lượng ma sát viết sau: - Đối với ma sát trượt: Was, ms; = Ems, = J Fins Sms (1.4) Sms Trong do: S,,, - quang dudng ma sat - Đối với ma sát lăn: Was, ms) = Ems, = J Mas doy (1.5) OL Trong d6: @, ~ g6c lan Tương tự ma sát xoay có: msx =E,, mS = [MmsOx Trong đó: @, - gốc xoay đọ, : (1.6) 1.3 PHÂN LOẠI MA SÁT Ma sát phân loại dạng khác nhau, chủ yếu chia theo đối tượng tiếp xúc (ma sát nội, ngoại, vi mỏ, vĩ mô), theo trình (chuyển động, dừng, khởi động, va đập ), theo dạng chuyển động (trượt, lăn, xoay ) theo trạng thái chất bơi trơn (rắn, lỏng, khí, Plasma ) Dưới ta xét số loại ma sát sau: Ma sát trượt: ma sát xây hai bề mặt tiếp xúc, chuyển động trượt tương đối (hình I.2a) mà vận tốc điểm tiếp xúc khác giá trị phương Hình 1.3 trình bây số dang chuyển động trượt tương đối, có thực tế j ABZ AY F a) Hinh 1.2 Ma sát lăn: ma sát xảy hai bề mặt có chuyển động lăn tương đối, mà vận tốc điểm tiếp xúc giá trị, phương (hình 1.2b); Hình dạng ma sát lăn thực tế 1.4 biểu thị số Ma sát xoay: ma sát xây hai bề mặt tiếp xúc chuyển động xoay tương đối hai vật thể (hình I.2c) Hình I.5 biểu thị dạng ma sát xoay có thực tế d) e) YV; ⁄ * , »V,z0 8) + a) h) Z jl 22222///⁄⁄2 V; on | _\ [A Ne XX ul ` N ề Vv, i) Hình 1.3: Các dạng chuyển động trượt y ⁄ v,=0 wy =O Hình 1.4: Các dang chuyển động lăn ty a, Hình 1.5: Các dạng chuyển động xoay w= Hinh 1.6: Mô hình dạng ma xát hop Chuyển động lăn xoay trượt ổ bi hướng kính: a