Ma sỏt (friction) là một hiện tượng rất phổ biến trong tự nhiờn cũng như trong kỹ thuật.
Khi hai vật tiếp xỳc với nhau, chuyển động hoặc cú xu hướng chuyển động tương đối với nhau thỡ trờn bề mặt của chỳng xuất hiện lực cản, lực đú được gọi là lực ma sỏt (hỡnh 3.1). Lực ma sỏt cú chiều ngược với vận tốc tương đối và chống lại chuyển động tương đối đú.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Trang 45
*) Phõn loại
a) Theo tớnh chất tiếp xỳc ma sỏt được chia thành cỏc loại sau: ma sỏt khụ, ma sỏt ướt (hay ma sỏt nhớt), ma sỏt nửa khụ và ma sỏt nửa ướt.
Ma sỏt khụ là trường hợp hai bề mặt tiếp xỳc trực tiếp với nhau khụng cú mụi trường thứ ba ngăn cỏch (hỡnh 3.0b).
Ma sỏt ướt xảy ra khi giữa hai bề mặt tiếp xỳc cú mụi trường thứ ba ngăn cỏch, như nước, dầu mỡ, khớ ... (hỡnh 3.0c).
Nếu giữa hai mặt tiếp xỳc cú những vết chất lỏng nhưng phần
lớn diện tớch vẫn là chất rắn tiếp xỳc với nhau thỡ gọi là ma sỏt nửa khụ. Khi phần lớn diện tớch được lớp chất lỏng ngăn cỏch nhưng vẫn cũn cú chỗ chất rắn trực tiếp tiếp xỳc thỡ là ma sỏt nửa ướt.
b) Theo tớnh chất chuyển động cú hai loại ma sỏt: ma sỏt trượt (sliding friction) và ma sỏt lăn (rolling friction). Ma sỏt trượt xuất hiện khi hai vật trượt tương đối với nhau. Ma sỏt lăn xuất hiện khi hai vật lăn tương đối với nhau. Cú trường hợp xảy ra đồng thời hai loại ma sỏt: trượt và lăn.
c) Theo trạng thỏi chuyển động cú ma sỏt tĩnh (static friction) và ma sỏt động (kinetic friction). Ma sỏt tĩnh xuất hiện khi hai vật tiếp xỳc cú xu hướng chuyển động tương đối với nhau nhưng vẫn đang đứng yờn đối với nhau. Ma sỏt động
xuất hiện khi hai vật tiếp xỳc đang chuyển động tương đối với nhau. *) Ma sỏt trượt khụ
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Trang 46
*) Khỏi niệm về ma sỏt trượt khụ
a) Giả sử vật A tiếp xỳc với vật B theo một mặt phẳng (hỡnh 3.4). Nếu A chịu một tải trọng Q
vuụng gúc với mặt tiếp xỳc thỡ B cũng tỏc dụng lờn A một phản lực (ỏp lực) N
bằng và ngược chiều với Q
. N Q Nếu tỏc dụng vào A một lực P nằm trong mặt phẳng tiếp xỳc. Khi lực P
cũn nhỏ A vẫn đứng yờn khụng chuyển động tương đối với thỡ chứng tỏ P đó được cõn bằng bởi một lực Ft nào đú do B tỏc dụng lờn A, lực t F
này được gọi là lực ma sỏt tĩnh.
t
F P
Nếu tăng P
lờn một ớt ta vẫn thấy A đứng yờn. Điều này chứng tỏ rằng Ft
cũng tăng theo và cú trị số luụn bằng P
. b) Nhưng tăng P
đến một giỏ trị nào đú ta thấy vật A bắt đầu chuyển động. Như vậy lực ma sỏt tĩnh khụng thể tăng lờn vụ hạn mà cú một giới hạn Fm ax
. Ta gọi tỷ số: ax N m t F f là hệ số ma sỏt tĩnh. Lực ma sỏt tĩnh cực đại Fm ax hợp với phản lực N thành hợp lực R của B tỏc dụng lờn A: RFmaxN Sơ đồ 3.4
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Trang 47 Cú thể tớnh được gúc t giữa phản lực N và hợp lực R : ax N m t t F tg f (3.1) t được gọi là gúc ma sỏt tĩnh. c) Tiếp tục tăng P
đến một giỏ trị nào đú thỡ vật A chuyển động thẳng đều. Khi đú phải cú một lực ma sỏt F đ cõn bằng với lực P . F P đ F đ gọi là lực ma sỏt động và tỷ số: N F f đ tg đ đ (3.2) fđ gọi là hệ số ma sỏt động, đ là gúc ma sỏt động. *) Định luật Cu lụng
Qua nhiều lần thớ nghiệm và quan sỏt Culụng (Coulomb) phỏt biểu định luật cơ bản của ma sỏt trượt khụ như sau:
a) Lực ma sỏt tĩnh cực đại Fm ax và lực ma sỏt động F đ tỷ lệ với phản lực N , tức là: ax F .N F .N m ft f đ đ (3.3) ft là hệ số ma sỏt tĩnnh, fđ là hệ số ma sỏt động. N: ỏp lực phỏp tuyến giữa hai vật tiếp xỳc.
b) Hệ số ma sỏt phụ thuộc vào:
- Vật liệu của hai bề mặt tiếp xỳc: nếu mặt tiếp xỳc là thộp, đồng hay gỗ… thỡ hệ số ma sỏt sẽ khỏc nhau.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Trang 48
- Trạng thỏi của bề mặt tiếp xỳc: nhẵn hay khụng nhẵn (nhỏm), bề mặt nhẵn thỡ cú hệ số ma sỏt nhỏ hơn bề mặt nhỏmvà tớnh chất của bề mặt tiếp xỳc: cú chất bụi trơn hay chất tăng ma sỏt.
- Thời gian tiếp xỳc: nếu tiếp xỳc lõu thỡ hệ số ma sỏt tăng lờn (nhưng khụng nhiều).
c) Hệ số ma sỏt khụng phụ thuộc vào ỏp lực, diện tớch tiếp xỳc và vận tốc tương đối giữa hai vật tiếp xỳc.
d) Đối với đa số vật liệu hệ số ma sỏt tĩnh ft lớn hơn hệ số ma sỏt động fđ. Định luật Culụng chỉ là gần đỳng, chỉ đỳng trong cỏc điều kiện thớ nghiệm của ụng ta mà thụi (V=0,3 3 m/s; p < 10 kg/cm2). Thực tế, hệ số ma sỏt cú phụ thuộc vào ỏp suất và vận tốc trượt nhưng rất ớt, cú thể bỏ qua. Tuy nhiờn nếu ỏp suất và vận tốc trượt tương đối thay đổi trong một phạm vi khỏ lớn thỡ phải tớnh đến ảnh hưởng của chỳng đối với hệ số ma sỏt như quỏ trỡnh hóm của ụ tụ, xe lửa, mỏy bay…
Trong cỏc phần nghiờn cứu tiếp theo về ma sỏt, để thuận tiện ta dựng ký hiệu F để chỉ chung cho cả lực ma sỏt tĩnh và lực ma sỏt động, ký hiệu f để chỉ cho cả hệ số ma sỏt tĩnh và hệ số ma sỏt động.
Theo lý thuyết hệ số ma sỏt tĩnh của cỏc vật liệu được xỏc định tại thời điểm vật ở trạng thỏi chớm trượt. Khi vật ở trang thỏi chớm trượt này gúc nghiờng của mặt phẳng mà vật bắt đầu chuyển động sẽ cho ta gúc ma sỏt và từ gọc ma sỏt sẽ tớnh được hệ số ma sỏt.
Khi P
cú chiều từ trỏi sang phải thỡ P
là lực cản, Q là lực động. Phương trỡnh cõn bằng của vật là: P Q R 0 (3.4)
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Trang 49
và ta cú hoạ đồ lực như ở hỡnh vẽ. Trong trường hợp giới hạn (vật ở trạng thỏi cõn bằng) thỡ:
P = Q ( - )tg (3.5)
Điều kiện để cho vật đi xuống được là:
PQ Q ( ) tg (3.6)
Khi P = 0 và vật đạt trạng thỏi chớm trượt thỡ = . Đo gúc nghiờng của thiết bị sẽ cho ta gúc ma sỏt và hệ số ma sỏt.
Xuất phỏt từ kết quả lý thuyết này tỏc giả cựng cỏc học viờn lớp cao học K12CTM đó ứng dụng và chế tạo thành cụng cỏc cơ cấu để kiểm nghiệm hệ số ma sỏt của cỏc chi tiết.
Cơ cấu cú cỏc bộ phận chớnh sau đõy : 1. Mặt phẳng chế tạo bằng thộp Su-304 cú kớch thước 350x200 mm2
2. Cơ cấu kớch thủy lực cú khả năng nõng được trọng lượng tối đa là 2 tấn.
3. Một khớp và chốt bản lề giỳp cho mặt phẳng cú thể xoay quanh khớp này.
4. Khung thộp hộp để làm giỏ đỡ cho toàn cơ cấu.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Trang 50
b) Tiến hành thớ nghiệm so sỏnh hệ số ma sỏt giữa chi tiết đƣợc mạ tổ hợp composite Ni-Al2O3 và chi tiết mạ Ni đơn chất thụng thƣờng