Hiệu quả về ma sát và mài mòn trong bôi trơn rắn và ứng dụng trong thực nghiệm để xác định hệ số ma sát

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TƠN THẤT NGUN THY HIỆU QUẢ VỀ MA SÁT VÀ MÀI MỊN TRONG BƠI TRƠN RẮN VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC NGHIỆM ĐỂ XÁC ĐỊNH HỆ SỐ MA SÁT NGÀNH: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S K C0 0 4 Tp Hồ Chí Minh, tháng 09/2004 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TÔN THẤT NGUYÊN THY HIỆU QUẢ VỀ MA SÁT VÀ MÀI MÒN TRONG BÔI TRƠN RẮN VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC NGHIỆM ĐỂ XÁC ĐỊNH HỆ SỐ MA SÁT Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mã số ngành : 60 52 04 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2004 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HIỆU QUẢ VỀ MA SÁT VÀ MÀI MÒN TRONG BÔI TRƠN RẮN VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC NGHIỆM ĐỂ XÁC ĐỊNH HỆ SỐ MA SÁT Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mã số ngành : 60 52 04 Họ Tên học viên : TÔN THẤT NGUYÊN THY Người hướng dẫn : PGS TS Nguyễn Văn Thêm Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2004 TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên Ngày tháng năm sinh Nơi sinh Đòa liên lạc Quá trình học tập Kỹ Quá trình công tác : : : : : TÔN THẤT NGUYÊN THY 23 – 01 - 1974 Tp.Hồ Chí Minh 935 Trần Hưng Đạo; Phòng 511 Từ 1994 – 1999 học trường ĐH Sư Phạm Thuật Tp.HCM, Khoa Chế Tạo Máy : Từ 2000 – 2004 công tác trường Kỹ Thuật Cao Thắng Chân thành cảm ơn : PGS TS NGUYỄN VĂN THÊM TS ĐẶNG VĂN NGHÌN Các GS Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh tham gia giảng dạy lớp Cao Học Chế Tạo Máy Khóa : 2002 – 2004 KS NGUYỄN TRẦN PHÚC Phân xưởng sx nhà máy nhôm Kim Hằng Các thầy cô giáo trường Kỹ Thuật Cao Thắng nhiệt tình động viên giúp đỡ Tôi hoàn thành luận văn TÔN THẤT NGUYÊN THY LỚP CAO HỌC CHẾ TẠO MÁY 20022004 Vấn đề ma sát mài mòn máy móc thiết bò nhà khoa học giới nước nghiên cứu từ nhiều năm qua xuất phát từ nhu cầu cấp bách công nghiệp đại làm để hạn chế tác hại tránh khỏi máy móc làm việc Phát huy mặt tích cực đồng thời hạn chế mặt tiêu cực tượng ma sát mài mòn lónh vực hấp dẫn mà nhà khoa học đã, hướng tới Dùng chất bôi trơn thích hợp để đưa vào bề mặt ma sát làm giảm bớt ma sát mài mòn thành công đáng kể nhà khoa học thuộc lónh vực Tuy nhiên, thiết bò máy móc làm việc nơi đặc biệt như: robot thám hiểm hành tinh; vệ tinh làm việc lâu dài không gian; chi tiết máy làm việc môi trường nhiệt độ cao hay môi trường đòi hỏi có độ tinh khiết cao việc dùng chất lỏng dầu, mỡ để bôi trơn không khả thi Vì vậy, việc nghiên cứu nhằm tìm loại vật liệu bôi trơn rắn chế độ bôi trơn trở thành vấn đề khoa học thực tiễn cần thiết quan trọng Trong năm gần đây, bôi trơn chất rắn lónh vực giới quan tâm nước có số công trình nghiên cứu đề tài số vấn đề tồn cần phải khắc phục nghiên cứu sâu như: - Nâng cao độ xác thiết bò thí nghiệm - Tiếp tục nghiên cứu thực nghiệm nhằm đề xuất công thức thực nghiệm - Giãm giá thành nghiên cứu ma sát cách tự nghiên cứu chế tạo thiết bò thí nghiệm - Thí nghiệm chất bôi trơn rắn - Nghiên cứu đề xuất ứng dụng vào thực tiễn nhằm kiểm tra lại kết nghiên cứu từ phát triển hướng nghiên cứu sâu Chính vậy, đề tài:” HIỆU QUẢ VỀ MA SÁT VÀ MÀI MÒN TRONG BÔI TRƠN RẮN VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC NGHIỆM ĐỂ XÁC ĐỊNH HỆ SỐ MA SÁT “ đời nhằm kế thừa tiếp bước nghiên cứu trước Trong trình làm luận văn này, giúp đỡ tận tình thầy hướng dẫn PGS TS NGUYỄN VĂN THÊM Thầy giáo dạy tối ưu hóa TS NGUYỄN VĂN NGHÌN Nhân xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn PGS TS NGUYỄN VĂN THÊM TS NGUYỄN VĂN NGHÌN Một số bạn bè thân hữu gia đình động viên, giúp đỡ hoàn thành luận văn Tp HỒ CHÍ MINH ngày 29 tháng năm 2004 TÔN THẤT NGUYÊN THY Nghiên cứu lý thuyết bôi trơn rắn nhằm đánh giá hiệu ma sát cường độ mài mòn Từ xây dựng toán quy hoạch thực nghiệm để xác đònh hệ số ma sát cường độ mài mòn cặp ma sát Kim loại – Kim loại với chất bôi trơn rắn: C ; Sn ; PTFE LUẬN VĂN GỒM HAI PHẦN CHÍNH : Phần 1: Trình bày sở lý thuyết vấn đề bôi trơn rắn Đó chuyển dời vật liệu hai bề mặt kim loại tiếp xúc với Tạo nên lớp màng mỏng làm giảm hệ số ma sát trượt, giảm cường độ mài mòn tăng tuổi thọ chi tiết máy Phần 2: Nghiên cứu thực nghiệm  Cùng hợp tác với KS Nguyễn Văn Thuận, chế tạo thành công máy dùng để nghiên cứu ma sát mài mòn sử dụng cảm biến lực điện trở điều khiển khí nén với tên gọi EK – 04  Trên sở máy chế tạo, tiến hành lấy số liệu thực nghiệm sử dụng phần mềm quy hoạch thực nghiệm để tìm ba công thức thực nghiệm xác đònh hệ số ma sát thép C45 – Gang với chất bôi trơn : Graphit, thiếc PTFE  Tiến hành đo lấy số liệu thực ngiệm sử dụng phần mềm quy hoạch thực nghiệm để tìm công thức tính cường độ mài mòn với chất bôi trơn rắn graphit  Tối ưu hóa thông số thực nghiệm nhằm đề xuất ứng dụng bôi trơn rắn vào thực tế sản xuất Searching theory solid lubrication aims to evaluate the effective of friction and intensity of tribology From then building problem of statistic experimental design to define the friction coefficient and the intensity of tribology in the contacts “Metal – Metal” with the solid lubrication : C; Sn; PTFE THE PROJECT OF STUDY INCLUDES TWO MAIN PARTS: Part 1: Presenting theorical basic of solid lubrication problem It is the material movement between two mental surfaces when they contact each other, creating thin membrane, reducing the sliding friction coefficient, reducing intensity of tribology and increasing the durability of machine’s sections Part 2: Experimental searching  Cooperating with Nguyễn Văn Thuận engineer, we successfully manufacture a machine using to search the friction coefficient and intensity of tribology with load sell controlled by pneumatics called EK – 04  With manufacturing the machine, I carried on getting experimental numbers and used the statistics and experimental design software to find out three practical fomulas used to define the friction coefficient between steel C45 – cast iron and lubrications : Graphit, Sn and PTFE  Carry on measuring and getting experimental numbers, using the statistics and experimental design software to find out the formula for the tribologycal behaviour with the solid lubrication graphit  Optimum design of the experimental parameters aim to propose the applications of the solid lubrication into practical production MỤC LỤC Trang PHẦN : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI CHƯƠNG : Ý NGHĨA CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU CHƯƠNG : GIỚI THIỆU VỀ NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN VĂN 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ BÔI TRƠN RẮN 2 NHỮNG BƯỚC PHÁT TRIỂN MỚI CỦA LUẬN VĂN VỀ BÔI TRƠN RẮN PHẦN : LÝ THUYẾT BÔI TRƠN RẮN CHƯƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA SỰ MÀI MÒN 3.1 CÁC DẠNG HAO MÒN HƯ HỎNG 3.1.1 MÀI MÒN 3.1.2 HAO MÒN DO BÁM DÍNH 10 3.2 NĂNG LƯNG Ở MẶT TIẾP XÚC VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN MA SÁT VÀ MÀI MÒN CỦA POLYME 11 3.3 MÒN DO MÔI TRƯỜNG XUNG QUANH 12 3.3.1 HAO MÒN TRONG MÔI TRƯỜNG CHẤT LỎNG 12 3.3.2 HAO MÒN TRONG MÔI TRƯỜNG TRUNG HÒA VÀ CHÂN KHÔNG 13 CHƯƠNG : CÁC QUAN HỆ GIẢI TÍCH CỦA SỰ MÀI MÒN 15 4.1 CÁC QUAN NIỆM VỀ HAO MÒN 15 4.2 MỘT SỐ KẾT QUẢ QUAN TRỌNG ĐÃ ĐƯC CHỨNG MINH 15 4.3 MÔ TẢ VỀ LƯNG HAO MÒN BÌNH THƯỜNG 17 CHƯƠNG : CƠ CHẾ HÌNH THÀNH LỚP MÀN MỎNG CHUYỂN DỊCH DO TÁC DỤNG CƠ HỌC 18 5.1 CƠ CHẾ HÌNH THÀNH LỚP MÀNG MỎNG DỊCH CHUYỂN DO TÁC DỤNG CƠ HỌC 18 5.2 HÌNH THỂ HỌC CỦA LỚP MỎNG CHUYỂN DỜI 20 THÀNH PHẦN CỦA LỚP MỎNG 21 HOẠT ĐỘNG CỦA LỚP MỎNG CHUYỂN DỊCH 21 5.5 TIẾP XÚC Ở BA VẬT THỂ 23 5.5.1 THỂ TÍCH CÁC CHỖ LÕM : 23 5.5.2 SỰ TIẾP XÚC HOÀN TOÀN HOẶC TỪNG PHẦN 24 5.6 CÁC CHẤT BÔI TRƠN RẮN 25 6.1 CÁC HP CHẤT VÔ CƠ CÓ CẤU TRÚC LỚP MỎNG VÀ KHÔNG CÓ LỚP MỎNG 25 5.6.1.1 Than chì (graphit) 25 5.6.1.2 Chất bisulfua – môlipđen ( MoS2) 26 6.2 CHẤT POLYME .26 5.6.2.1.Chất polytetra fluo ethylène (P.T.F.E) 26 5.6.2.2 Chất polyamides (PA) 27 5.6.3 VẬT LIỆU COMPOSIT .27 5.6.3.1 Các loại chất độn 27 5.6.3.2 nh hưởng tỉ lệ phần trăm chất phụ gia 28 5.6.4 ĐỀ XUẤT MỘT SỐ CHẤT BÔI TRƠN RẮN KHÁC 28 PHẦN : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH HỆ SỐ MA SÁT F VÀ CƯỜNG ĐỘ MÀI MÒN I CỦA CẶP BÔI TRƠN RẮN 32 CHƯƠNG : SƠ LƯC VỀ THIẾT BỊ ĐO 33 6.1 NGUYÊN LÝ CỦA THIẾT BỊ ĐO HỆ SỐ MA SÁT KE – 04 33 6.2 CẤU TẠO 34 6.2.1 TRỤC CHÍNH 34 6.2.2 BỘ PHẬN ĐỞ MẨU .35 6.2.3 BỘ PHẬN KẸP TẠO LỰC ÉP CHẤT BÔI TRƠN RẮN 36 6.3 CƠ SỞ TÍNH TOÁN HỆ SỐ MA SÁT f 38 CHƯƠNG : CƠ SỞ THIẾT LẬP CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM 41 7.1 MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 41 7.2 ĐIỀU KIỆN THÍ NGHIỆM 41 7.3 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 41 7.4 XỬ LÝ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 45 7.4.1 XỬ LÝ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐO HỆ SỐ MA SÁT (f ) .45 7.4.1.1 Chất bôi trơn graphit 46 7.4.1.2 Chất bôi trơn thiếc 49 7.4.1.3 Chất bôi trơn PTFE 52 7.4.2 XỬ LÝ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐO CƯỜNG ĐỘ MÀI MÒN (I ) 55 CHƯƠNG : TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ THỰC NGHIỆM 61 8.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 61 8.2 HÀM MỤC TIÊU ( f ) VỚI CHẤT BÔI TRƠN GRAPHIT 62 8.3 HÀM MỤC TIÊU ( f ) VỚI CHẤT BÔI TRƠN THIẾC 64 8.4 HÀM MỤC TIÊU ( f ) VỚI CHẤT BÔI TRƠN ( PTFE) 66 8.5 HÀM MỤC TIÊU ( I ) VỚI CHẤT BÔI TRƠN GRAPHIT 68 CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 70 LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD : PGS TS NGUYỄN VĂN THÊM PHẦN TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY TRANG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD : PGS TS NGUYỄN VĂN THÊM CHƯƠNG Ý NGHĨA CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU Máy móc sau làm việc thời gian không tiếp tục làm việc nguyên nhân hao mòn chi tiết Chi phí cho việc sửa số lớn Cụ thể theo thống kê thập niên 70 Mỹ chi phí hàng năm cho việc sửa chữa máy móc mòn lên đến 46,8 tỷ USD năm Con số lại tiếp tục tăng lên năm theo phát triển công nghiệp Hội nghò giảm độ mòn kỹ thuật tổ chức Mỹ năm 1976 kết luận việc ứng dụng ma sát tiết kiệm cho nước Mỹ năm từ 12 đến 16 tỷ USD Báo cáo hội nghò ma sát học nước Anh năm 1966 thừa nhận lợi ích kinh tế ứng dụng thành tựu kỹ thuật ma sát học đem lại khoảng 500 triệu Bảng Anh chiếm tỷ trọng lớn thu nhập kinh tế quốc dân Nền công nghiệp Đức phải chòu tổn thất lớn ma sát mài mòn máy Tổn thất năm 1974 lên đến 100 tỷ DEM, chiếm 1% ngân sách Nói để thấy lợi ích lớn giảm ma sát mài mòn Nhất nước ta giai đoạn công nghiệp hóa đại hóa đất nước Trong hệ thống máy luôn có chứa truyền, truyền chòu ảnh hưởng lớn ma sát Ma sát làm mát công suất máy mà làm mài mòn nhanh chi tiết tiếp xúc trực tiếp với gây hỏng hóc nghiêm trọng, máy móc không ý đến việc bôi trơn điều kiện làm việc bình thường với dầu mỡ ta bôi trơn tốt Tuy nhiên, có hệ thống truyền động làm việc điều kiện khắc nghiệt: nhiệt độ cao thấp; môi trường xạ cao hay vò trí làm việc đặc biệt bôi trơn ướt robot tự hành thám hiểm…v v Ta phải chọn cách bôi trơn phù hợp bôi trơn chất rắn Nghiên cứu bôi trơn chất rắn giới quan tâm nhiều Việt Nam vấn đề nghiên cứu mẻ Hứa hẹn nhiều khám phá, tìm tòi sâu khả ứng dụng to lớn đa dạng công nghệ bôi trơn rắn Những thách thức cho việc nghiên cứu bôi trơn rắn ngành công nghệ vật liệu Việt Nam chưa phát triển Đa số phải nhập việc sưu tầm mẩu chất bôi trơn rắn phục vụ cho thí nghiệm khó khăn Cộng với việc thiếu thốn thiết bò thí nghiệm có độ xác cao giá thành cao nên ảnh hưởng lớn đến công việc nghiên cứu năm qua Vì vậy, vượt qua khó khăn, thách thức chủ quan khách quan để hoàn thành đề tài thời hạn nổ lực lớn củ a Tuy nhiên, bên cạnh có thêm số kiến thức quý báu bôi trơn rắn làm hành trang cho công tác nghiên cứu khoa học sau HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY TRANG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD : PGS TS NGUYỄN VĂN THÊM CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN VĂN 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ BÔI TRƠN RẮN Nhiều công trình nghiên cứu khẳng đònh tồn lớp vật liệu chuyển dòch bề mặt đối ứng với độ dày lớp nhỏ hình thể lớp thay đổi theo thời gian tượng không ngừng tiếp diễn vùng tiếp xúc với có mặt vật thể thứ ba ( T C ) Khi chuyển dòch xảy vùng tiếp xúc, bám dính vật liệu chuyển dời lớp phía cần thiết Ứng suất phá hủy ứng suất trượt giai đoạn trung chuyển liên quan đến tượng bám dính Các công trình nghiên cứu ma sát củng tiến hành theo hai hướng: bám dính biến dạng - TOMLISON vào năm 1929 xem lực pháp tuyến lực tiếp tuyến có quan hệ tuyến tính với số nguyên tử tác động qua lại giưa4 hai bề mặt tiếp xúc Các nguyên tử vật thể tiếp cận với nguyên tử vật thể để xâm nhập vào trường hấp dẫn, lúc nguyên tử khác lại tách xa Ma sát trường hợp đo phân tán lượng - HOLM năm 1938 chứng minh lồi lõm mặt tiếp xúc ( nhấp nhô tế vi ) bò biến dạng dẻo dính vào Ông kết luận : lực ma sát liên hệ trực tiếp đến tổng số cọ mòn điểm nối hình thành - BOWDEN TAYBOR năm 1939 đònh nghóa hệ số ma sát f tỷ số lực tiếp tuyến pháp tuyến Các tác giả đưa công thức : f=T / H Trong T : Độ bền cắt điểm nối H : độ cứng vật liệu mềm Công thức tính chưa xác số trường hợp ma sát thực tế dựa vào tính chất học lớp mỏng bề mặt mà - RABINOWICH năm 1965 đề nghò sửa đổi công thức BOWDEN TAYBOR cách dựa vào tượng bám dính f  T P0  2Wab Cotg Trong : e r Po : Ứng suất chảy vật thể mềm Wab : Năng lượng bám dính đơn vò diện tích phải sử dụng để tách hai vật thể a, b tiếp xúc với e : Một nửa góc Profin nhấp nhô r : Bán kính điểm nối HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY TRANG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD : PGS TS NGUYỄN VĂN THÊM Độ mòn gắn liền với ma sát Độ mòn phân loại : mài mòn bám dính, mài mòn hạt mài, mỏi hao mòn - RABINOWICH TAYBOR vào năm 1951 quan tâm đến chuyển dời vật liệu ma sát Phần vật liệu lấy từ bề mặt dính vào bề mặt phân giới, phát sinh mảnh vỡ tương ứng với tách rời hạt chuyển dòch - ARCHARD, năm 1953 đề nghò công thức mòn bám dính: V  K1 W L P0 Trong : - - V : Thể tích bò mài mòn W L : Tải trọng khoảng cách di chuyển Po : Ứng suất chảy vật liệu mềm K1 : Hệ số hao mòn KERRIDGE LANCASTER vào năm 1956 chứng minh ảnh hưởng lớp vật liệu chuyển dời đến độ mòn bắt đầu ý đến hình thành lớp mỏng dòch chuyển RABINOWICH, năm 1965 đưa công thức tính lượng mài mòn: V  K2 - W L P0 Trong K2 hệ số mòn xác đònh thực nghiệm PHÙNG CHÂN THÀNH, năm 1996 tiếp tục khẳng đònh tạo thành lớp mỏng chuyển dòch có ảnh hưởng trực tiếp đến hệ số ma sát cường độ mài mòn Ông đề nghò công thức tính hệ số ma sát f cho hai chất bôi trơn rắn graphit thiếc thí nghiệm máy TM: P301, 2006 P201, 2016 f  1,25 V 1,3327 Trong : HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY Bôi trơn GRAPHIT P2-1 : p lực mẫu lên mẫu ( Kg ) P3-1 : p lực vật bôi trơn lên mẫu ( Kg ) V :Vận tốc trượt tương đối mẫu ( m /p ) nh hưởng vật liệu mẫu, môi trường, nhiệt độ, độ ẩm v.v… thể qua hệ số K = 1,25 TRANG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD : PGS TS NGUYỄN VĂN THÊM P301, 2079 P201,1852 f  2,89 V 1,5401 Bôi trơn THIẾC Trong : P2-1 : p lực mẫu lên mẫu ( Kg ) P3-1 : p lực vật bôi trơn lên mẫu ( Kg ) V :Vận tốc trượt tương đối mẫu ( m /p ) nh hưởng vật liệu mẫu, môi trường, nhiệt độ, độ ẩm v.v… thể qua hệ số K = 2,89 Tuy nhiên, kết nghiên cứu chưa kiểm chứng thiết bò thí nghiệm khác Mặt khác, phương trình hồi quy ước lượng tìm có hệ số xác đònh R2 = 0,35 ( bôi trơn Graphit ) R2 = 0,37 ( Bôi trơn Sn ) thấp Chưa giải thích hết biến động thông số đến hệ số ma sát Đồng thời chưa đưa phép tính cường độ mài mòn trường hợp cụ thể Tiếp tục nghiên cứu thực nghiệm, đề tài đề xuất số vật liệu bôi trơn mới, đưa công thức thực nghiệm xác đònh hệ số ma sát cường độ mài mòn cho số vật liệu nghiên cứu vật liệu polyme PTFE Nội dung tóm tắc trình bày cụ thể mục 2.2 2 NHỮNG BƯỚC PHÁT TRIỂN MỚI CỦA LUẬN VĂN VỀ BÔI TRƠN RẮN Tiếp tục tìm hiểu chứng minh hình thành lớp màng mỏng làm nhiệm vụ bôi trơn lý thuyết mài mòn ba vật thể Tìm hiểu số chất bôi trơn rắn nhằm đònh hướng cho việc phát triển nghiên cứu đa dạng vật liệu bôi trơn rắn Nghiên cứu thực nghiệm khảo sát thông số như: vật liệu, tải trọng, vận tốc cắt, nhiệt độ… nh hưởng đến hệ số ma sát ( f ) cường độ mài mòn ( I ) máy đo ma sát sử dụng cảm biến lực điện trở (máy EK – 04 ) Tối ưu hóa thông số cho f I đạt giá trò cực tiểu số ràng buộc cụ thể Trên sở nội dung này, luận văn tiến hành theo đề cương sau đây: Phần : Tổng quan đề tài Chương : Ý nghóa việc nghiên cứu Chương : Giới thiệu nội dung luận văn Phần : Lý thuyết bôi trơn rắn Chương : Cơ sở lý thuyết mài mòn Chương : Các quan hệ giải tích mài mòn Chương : Cơ chế hình thành lớp mỏng chuyển dòch tác dụng học Phần : Nghiên cứu thực nghiệm xác đònh hệ số ma sát cường độ mài mòn cặp bôi trơn rắn HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY TRANG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD : PGS TS NGUYỄN VĂN THÊM Chương : Sơ lược thiết bò đo Chương : Cơ sở thiết lập công thức thực nghiệm Chương : Tối ưu hóa thông số thực nghiệm Chương : Kết luận đề xuất HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY TRANG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD : PGS TS NGUYỄN VĂN THÊM PHẦN LÝ THUYẾT BÔI TRƠN RẮN HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY TRANG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD : PGS TS NGUYỄN VĂN THÊM CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA SỰ MÀI MÒN Trong trình làm việc máy móc, bề mặt ma sát chi tiết máy bò thay đổi cách rõ rệt Thay đổi kích thước đặc tính hình học, cấu trúc trạng thái ứng suất lớp bề mặt Sự thay đổi mang tính đơn điệu có đột biến rõ rệt chúng bao gồm thể tích vó mô, vi mô siêu vi mô Những thay đổi đáng kể phụ thuộc vào động học chuyển động (loại ma sát lăn hay trượt), điều kiện tải trọng, điều kiện bôi trơn, tính chất vật liệu phương pháp gia công … Những thay đổi có ích làm bình thường bề mặt ma sát giảm hao mòn đến mức thấp tượng xảy rõ chi tiết hoàn toàn đưa vào sử dụng Những thay đổi xấu gây hư hỏng đán g kể cho chi tiết máy Tuy nhiên, chi tiết sau thời gian làm việc có tượng hỏng xảy tất nhiên đến lúc không làm việc bình thường Xây dựng lý thuyết đắn tìm hiểu khả chống hao mòn hư hỏng chi tiết máy ma sát Ta cần phải phân loại có mô hình phù hợp với trình tiến triển, cần phân đònh rõ ràng hao mòn lý thuyết, hao mòn thực tế tượng không bình thường, hư hỏng 3.1 CÁC DẠNG HAO MÒN HƯ HỎNG : Việc nghiên cứu chất tượng điều kiện thí nghiệm cho phép hệ thống hóa tiến hành phân loại dạng hao mòn hư hỏng cách có sở Mục đích điều khiển có hiệu trình khắc phục hư hỏng đáng kể máy móc Phân chia hao mòn hư hỏng dựa dấu hiệu biểu lộ bên Còn chế phát triển nội chúng đặc thù Nguyên tắc sau sở để phân loại : - Nghiên cứu chất trình phá hoại quan sát thấy chi tiết máy làm việc - Lập lại nghiên cứu trình điều kiện thí nghiệm - Nghiên cứu hao mòn hư hỏng trình phát triển chúng với chuyển tới hạn từ dạng sang dạng khác phụ thuộc vào yếu tố bên tác dụng học, thời gian, tính chất tác dụng tải trọng Các dạng phá hoại ma sát gồm có :  Hao mòn cho phép gồm : - Hao mòn hóa bình thường ôxy hóa HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY TRANG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD : PGS TS NGUYỄN VĂN THÊM - Hao mòn hóa bình thường bong dần lớp mỏng có nguồn gốc khác ôxít - Dạng hóa mài mòn  Hao mòn không cho phép : - Tróc loại - Tróc loại - Quá trình Fretting (tróc ôxy hóa động) - Cắt, cào xước - Mỏi ma sát lăn - Các dạng hư hỏng khác (ăn mòn, xói mòn, bào mòn, dập )  Hao mòn bò ôxy hóa : Là trình phá hoại bề mặt chi tiết ma sát lăn, tương tác lớp kim loại Bề mặt hoạt tính bò biến dạng dẻo với ôxy không khí hay dầu bôi trơn bò hấp thụ bề mặt gây Thể hao mòn hình thành lớp màng hấp thụ hoá học, màng dung dòch rắn, hợp chất hóa học kim loại ôxy bong tách lớp màng khỏi ma sát - Đặc tính cường độ trình thay đổi phụ thuộc vào dạng ma sát, tốc độ dòch chuyển tương đối, áp suất, mức độ áp dụng tải, thành phần môi trường tính chất vật liệu, - Quá trình ôxy hóa biến dạng diễn lớp bề mặt mỏng khoảng từ 100 đến 1000 Ao - Hao mòn ôxy hóa bình thường xảy trình ma sát trượt lăn khô có giới hạn, tốc độ trượt ma sát khô không lớn (thép ủ 1-4m/s), thép tốc độ nhỏ 7m/s (bôi trơn giới hạn) - Hao mòn ôxy hóa xảy trình ma sát kim loại hợp kim có tính chất khác Hao mòn ôxy hóa hao mòn quan trọng hao mòn hóa tất trường hợp, loại hao mòn đặc trưng trình biến dạng học lớp bề mặt mỏng với tương tác đồng thời lớp hợp tính biến dạng thành phần hóa học môi trường 3.1.1 MÀI MÒN : phối hợp tác động học nhiệt Sự biến dạng sinh nhấp nhô vật thể cứng xuyên sâu vào bề mặt vật thể mềm hai vật thể ma sát, bào mòn ba vật thể (có thêm phần tử cứng ngoại lai xâm nhập vào bề mặt ma sát) Các thông số áp dụng cho mài mòn : - Đặc tính học vật liệu P (tích số Ge lượng thích hợp) - Độ nhấp nhô tế vi bề mặt tiếp xúc, tính theo Ra bán kính nhấp nhô - Điều kiện thí nghiệm tải trọng, tốc độ, nhiệt độ HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY TRANG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD : PGS TS NGUYỄN VĂN THÊM Để hạn chế mài mòn loại cần phải : a Giới hạn tải trọng tác dụng để giảm phân tán lượng vùng tiếp xúc ( không vượt 1/3 ứng suất cho phép nén vật liệu) b n đònh phân bố đồng nhấp nhô tế vi (quyết đònh chất lượng khuôn mẫu độ láng bóng bề mặt chế tạo chúng) c Giới hạn nhiệt độ làm việc tức phối hợp giới hạn tải trọng vận tốc trượt d Hạn chế tối đa xâm nhập phần tử ngoại lai vùng tiếp xúc 3.1.2 HAO MÒN DO BÁM DÍNH: Lý thuyết BOWDEN TAYBOR đưa Theo lý thuyết biểu phối hợp tác động học nhiệt Hao mòn bám dính có đặc điểm kèm theo gãy vỡ điểm nối diện tích tiếp xúc thực (St) Chính hao mòn bám dính tạo chuyển dòch vật liệu từ mặt sang mặt Sự chuyển dòch vật liệu phụ thuộc vào yếu tố sau : - Vật liệu vật thể tham gia tính hòa tan chúng - Hình dạng hình học bề mặt ma sát - Điều kiện làm việc hay thử nghiệm Ở giai đoạn đầu vật liệu chuyển dòch từ phận sang phận khác Ở giai đoạn hai vật liệu chuyển dòch tách để tạo mảnh vụn nhỏ hao mòn Khi lớp mỏng dòch chuyển hình thành bề mặt đối kháng phân suất mòn giảm đáng kể tương ứng với khoảng cách di chuyển gia tăng Riêng với kim loại, giới hạn mòn bám dính thực cách sau : e Kiểm soát hoà tan tương đối vật liệu f Xác đònh Gradien tính chất học cụ thể để có mặt cắt gần với mặt phân giới ban đầu g n đònh mặt tế vi hình học bề mặt ma sát với phân bố hợp lý nhấp nhô tế vi giớn hạn tải trọng tác dụng để giảm phân tán lượng trung bình điểm tiếp xúc h Kiểm soát nhiệt độ làm việc Hao mòn mỏi : Mòn mỏi thể qua tiếp xúc mạch động kín tạo thành trường giam hãm chu kỳ lớp vật liệu bề mặt tiếp xúc Sự phát sinh tích tụ đường nứt phát triển dẫn đến phá hủy cục vật liệu mỏi Hao mòn có vật liệu P, CP kim loại Hao mòn ma sát - hóa học Hao mòn loại hai tác động : a Phản ứng hóa học môi trường lên bề mặt ma sát b Tác động học lấy dần vật liệu HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY TRANG 10 LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD : PGS TS NGUYỄN VĂN THÊM 3.2 NĂNG LƯNG Ở MẶT TIẾP XÚC VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN MA SÁT VÀ MÀI MÒN CỦA POLYME : Khi chưa có tải trọng bề mặt tiếp xúc bò bám dính hình thành phần tử mòn chất P mòn kéo dài phụ thuộc vào lượng bám dính tác động tương hổ bề mặt ma sát Ea = Wpa Aa Với : Aa : diện tích tiếp xúc Wpa : lượng đặc thù bám dính Wpa   p   a   pa  2 a  p  P : chất polyme a : chất thép γ : lượng bề mặt Năng lượng đặc bám dính nhỏ tổng lượng bề mặt hai vật tiếp xúc nhỏ Năng lượng bề mặt thường thể dạng sức căng bề mặt γc dễ dàng tìm thực nghiệm hình cho thấy ảnh hưởng lượng bề mặt đến độ mòn lực ma sát chất polyme Sức căng giới hạn bề mặt γc.10 -3 J/m ( 20 o C ) hình 1-1 Tác động sức căng giới hạn bề mặt đến hệ số ma sát P thép HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY TRANG 11 S K L 0 [...]... nghiên cứu thực nghiệm, đề tài đề xuất một số vật liệu bôi trơn mới, đưa ra các công thức thực nghiệm xác đònh hệ số ma sát và cường độ mài mòn cho một số vật liệu đã được nghiên cứu và vật liệu polyme PTFE Nội dung tóm tắc được trình bày cụ thể trong mục 2.2 2 2 NHỮNG BƯỚC PHÁT TRIỂN MỚI CỦA LUẬN VĂN VỀ BÔI TRƠN RẮN Tiếp tục tìm hiểu chứng minh sự hình thành của lớp màng mỏng làm nhiệm vụ bôi trơn trong. .. thuyết mài mòn ba vật thể Tìm hiểu một số chất bôi trơn rắn mới nhằm đònh hướng cho việc phát triển các nghiên cứu đa dạng hơn về vật liệu bôi trơn rắn Nghiên cứu thực nghiệm khảo sát các thông số như: vật liệu, tải trọng, vận tốc cắt, nhiệt độ… nh hưởng đến hệ số ma sát ( f ) và cường độ mài mòn ( I ) trên máy đo ma sát sử dụng cảm biến lực điện trở (máy EK – 04 ) Tối ưu hóa các thông số sao cho f và. .. thể hiện qua hệ số K = 2,89 Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu trên chưa được kiểm chứng trên các thiết bò thí nghiệm khác Mặt khác, phương trình hồi quy ước lượng tìm được có hệ số xác đònh R2 = 0,35 ( bôi trơn bằng Graphit ) và R2 = 0,37 ( Bôi trơn bằng Sn ) là khá thấp Chưa giải thích hết các biến động của các thông số đến hệ số ma sát Đồng thời chưa đưa ra phép tính cường độ mài mòn trong các trường... tích bò mài mòn W và L : Tải trọng và khoảng cách di chuyển Po : Ứng suất chảy của vật liệu mềm nhất K1 : Hệ số hao mòn KERRIDGE và LANCASTER vào năm 1956 chứng minh ảnh hưởng của các lớp vật liệu chuyển dời đến độ mòn và đã bắt đầu chú ý đến sự hình thành và mất đi của lớp mỏng dòch chuyển RABINOWICH, năm 1965 đưa ra công thức tính lượng mài mòn: V  K2 - W L P0 Trong đó K2 là hệ số mòn được xác đònh... số mòn được xác đònh bằng thực nghiệm PHÙNG CHÂN THÀNH, năm 1996 đã tiếp tục khẳng đònh sự tạo thành lớp mỏng chuyển dòch có ảnh hưởng trực tiếp đến hệ số ma sát và cường độ mài mòn Ông đề nghò công thức tính hệ số ma sát f cho hai chất bôi trơn rắn graphit và thiếc thí nghiệm trên máy TM: P301, 2006 P201, 2016 f  1,25 V 1,3327 Trong đó : HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY Bôi trơn GRAPHIT P2-1 : p lực... lớp màn mỏng chuyển dòch do tác dụng cơ học Phần 3 : Nghiên cứu thực nghiệm xác đònh hệ số ma sát và cường độ mài mòn của các cặp bôi trơn rắn HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY TRANG 5 LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD : PGS TS NGUYỄN VĂN THÊM Chương 6 : Sơ lược về thiết bò đo Chương 7 : Cơ sở thiết lập công thức thực nghiệm Chương 8 : Tối ưu hóa các thông số thực nghiệm Chương 9 : Kết luận và đề xuất HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN... chiếm tỷ trọng khá lớn trong thu nhập của nền kinh tế quốc dân Nền công nghiệp Đức cũng phải chòu những tổn thất lớn do ma sát và mài mòn trong máy Tổn thất trong năm 1974 lên đến hơn 100 tỷ DEM, chiếm 1% ngân sách Nói như vậy để thấy rằng lợi ích hết sức lớn khi giảm được ma sát và mài mòn Nhất là đối với nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước Trong các hệ thống máy luôn... dạng và những thành phần hóa học của môi trường 3.1.1 MÀI MÒN : do sự phối hợp của tác động cơ học và nhiệt năng Sự biến dạng sinh ra khi nhấp nhô của vật thể cứng xuyên sâu vào bề mặt của vật thể mềm hơn khi hai vật thể ma sát, hoặc khi bào mòn ba vật thể (có thêm các phần tử cứng ngoại lai xâm nhập vào bề mặt ma sát) Các thông số áp dụng cho mài mòn là : - Đặc tính cơ học của vật liệu P (tích số Ge... đònh nghóa hệ số ma sát f là tỷ số của các lực tiếp tuyến và pháp tuyến Các tác giả trên đã đưa ra công thức : f=T / H Trong đó T : Độ bền cắt của một điểm nối H : độ cứng của vật liệu mềm hơn Công thức tính chưa chính xác trong một số trường hợp ma sát trong thực tế vì chỉ dựa vào tính chất cơ học của lớp mỏng trên bề mặt mà thôi - RABINOWICH năm 1965 đề nghò sửa đổi công thức của BOWDEN và TAYBOR... ma sát - Đặc tính và cường độ của các quá trình này thay đổi phụ thuộc vào dạng ma sát, tốc độ dòch chuyển tương đối, áp suất, mức độ áp dụng của tải, thành phần môi trường và tính chất vật liệu, - Quá trình ôxy hóa và biến dạng diễn ra trong lớp bề mặt rất mỏng khoảng từ 100 đến 1000 Ao - Hao mòn ôxy hóa bình thường xảy ra trong quá trình ma sát trượt và lăn khô có giới hạn, tốc độ trượt đối với ma ... CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HIỆU QUẢ VỀ MA SÁT VÀ MÀI MÒN TRONG BÔI TRƠN RẮN VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC NGHIỆM ĐỂ XÁC ĐỊNH HỆ SỐ MA SÁT Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mã số ngành : 60 52 04 Họ Tên... Chính vậy, đề tài:” HIỆU QUẢ VỀ MA SÁT VÀ MÀI MÒN TRONG BÔI TRƠN RẮN VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC NGHIỆM ĐỂ XÁC ĐỊNH HỆ SỐ MA SÁT “ đời nhằm kế thừa tiếp bước nghiên cứu trước Trong trình làm luận... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TÔN THẤT NGUYÊN THY HIỆU QUẢ VỀ MA SÁT VÀ MÀI MÒN TRONG BÔI TRƠN RẮN VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC NGHIỆM ĐỂ XÁC ĐỊNH