Ma sát hao mòn và bôi trơn CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MA SÁT H AO MÒN VÀ BÔI TR ƠN 1.1. Ma sát ngoài 1.1.1. Khái ni ệm Ma sát ngoài là hiện tượng luôn luôn xuất hiện khi có sự chuyển động tương đối giữa các vật thể tiếp xúc nhau và có sự tươ ng tác cơ học với nhau. Đặc trưng cơ bản của ma sát ngoài là lực ma sát, t ức là lực cản trở sự dịch chuyển tương đối. Ma sát là kết quả của nhiều dạng tương tác phức tạp khác nhau, trong đó diễn ra các quá trình c ơ học, hoá – lý học, điện học và nhiều quá trình khác. Quan h ệ giữa các quá trình ấy có thể rất khác nhau phụ thuộc vào đặc tính tải , tính chất của vật liệu và môi trường. Điều kiện của ma sát ngoài muôn hình muôn vẻ. Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là không thể có các quy luật thích hợp dành cho nh ững quá trình ma sát nhất định. Trước tiên, điều đó liên quan t ới những điều kiện mà trong đó, quan hệ giữa các dạng tương tác khác nhau mang đặc tính hoàn toàn xác định, cho phép thiết lập những quy luật của ma sát xuất phát từ các định luật chuyển động t ổng quát, định luật bảo toàn năng lượng, các nguyên lý cực tiểu v.v…một ví dụ rất rõ về vấn đề này là các quá trình ma sát và hao mòn điển hình cho sự hoạt động bình thường của động cơ. Ma sát ngoài trong các máy móc, động cơ, cơ cấu, dụng cụ và thi ết bị là hiện tượng rất phổ biến. Biểu hiện có hại của ma sát ngoài th ể hiện ở sự mất mát công suất, sự hao mòn và hư hỏng các b ề mặt tiếp xúc; còn ma sát có lợi được ứng dụng trong những thiết Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com bị ma sát dùng để truyền chuyển động, truyền lực và trong sự hoạt động của các bộ phận làm việc của máy móc. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 1.1.2. Phân loại Do đặc tính tiếp xúc, chuyển động và sự có mặt hay không c ủa môi trường bôi trơn người ta phân loại ma sát theo những đặc trưng khác nhau sau đây: 1.1.2.1. Theo dạng chuyển động Căn cứ theo các dạng chuyển động phân ra: Ma sát trượt, ma sát lăn, và ma sát xoay.  Ma sát trượt: là ma sát giữa hai bề mặt tiếp xúc của chuyển động trượt tương đối, mà vận tốc tại các điểm tiếp xúc có thể khác nhau giá trị nhưng cùng phương.  Ma sát lăn: là ma sát giữa hai bề mặt tiếp xúc của chuyển độ ng lăn tương đối, mà vận tốc tại các điểm tiếp xúc cùng giá trị và cùng ph ương.  Ma sát xoay: là ma sát giữa hai bề mặt tiếp xúc của chuyển động xoay tương đối, mà vận tốc tại các điểm khác nhau khác nhau v ề giá trị và phương.  Ma sát hỗn hợp: là tổ hợp của các dạng ma sát trượt, lăn, xoay 1.1.2.2. Theo điều kiện bôi trơn bề mặt  Ma sát không bôi trơn: là ma sát của hai vật rắn khi bề mặt không có điều kiện khẳng định sự tồn tại chất bôi trơn hoặc bất kỳ chất khác (ma sát khô).  Ma sát ướt: là ma sát giữa hai bề mặt được phân tách bởi các l ớp chất lỏng chuy ển động tương đối, mà các ứng xuất tiếp tạo nên lực ma sát.  Ma sát giới hạn: là ma sát của hai vật rắn khi tồn tại giữa hai liên k ết của chúng một lớp chất lỏng rất mỏng cỡ phân tử đến Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 0,1µm với tính chất khác với tính chất của toàn khối bôi trơn. 1.1.2.3.Theo động lực học tiếp xúc  Ma sát tĩnh: là ma sát tương ứng với sự dịch chuyển trạng thái dịch chuyển ban đầu sang trượt.  Ma sát động: là ma sát xuất hiện trong quá trình chuyển động tương đối của vùng tiếp xúc. 1.1.2.4.Theo điều kiện làm việc Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com  Ma sát bình thường: là ma sát khi làm việc ở điều kiện bình th ường. Sự phá hoại bề mặt ở chỗ tiếp xúc chỉ diễn ra trong những th ể tích kim loại vô cùng nhỏ. Trong quá trình biến dạng và hình thành các c ấu trúc bảo vệ thứ cấp đặc trưng cho điều kiện ma sát bình th ường, chỉ có những lớp bề mặt với độ dày 200 – 1000 Ǻ tham ra mà thôi. Điều đó có nghĩa là các hiện tượng chủ yếu chỉ tập trung trong các thể tích siêu vi mô của lớp bề mặt.  Ma sát không bình thường: Ma sát không bình th ường là ma sát khi làm việc ở điều kiện không bình th ường. Trong chế độ 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 ch ất nhất định. Bất kỳ sự phá hoại nào của điều kiện ấy điều dẫn tới các hiện tượng không bình thường. Đầu tiên các hiện tượng này x ảy ra đồng thời với ma sát ngoài, sau đó chúng làm ma sát ngoài bi ến chất hoàn toàn, chuyển thành nội ma sát, cắt, và cuối cùng làm đình chỉ chuyển động. 1.1.3. Bản chất của ma sát ngoài Việc tìm hiểu bản chất của ma sát ngoài rất cần thiết cho việc xây dựng mô hình của quá trình, mô tả quá trình này về phương di ện lượng và điều khiển sự tiến triển của nó. Kiến thức về các cơ chế ma sát là cơ sở để giải quyết nhiều bài toán lý thuyết và thực ti ễn về các vấn đề tính chống mòn, tính chống ma sát và tính ma sát. Tr ước hết, kiến thức này rất cần thiết cho việc lý giải và tổ hợp các k ết quả nghiên cứu thực nghiệm rất phong phú và các tài liệu thực t ế lớn lao đúc rút được từ kinh nghiệm của các ngành công nghiệp. Có rất nhiều công trình đề cập đến các đặc tính số lượng của ma Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com sát (lực và hệ số ma sát). Song, số lượng các công trình nghiên cứu b ản chất của quá trình ma sát ngoài lại rất ít. Việc nghiên cứu bản chất của ma sát ngoài phức tạp ở chỗ, cần phải nghiên cứu toàn bộ tổ hợp các hiện tượng cơ học, vật lý, hoá học, điện học và các hiện tượng khác nữa có ở trong vùng tiếp xúc. Việc nghiên cứu động h ọc ma sát cũng rất khó khăn vì chỉ có những thể tích rất nhỏ của các l ớp bề mặt tham gia vào quá trình ma sát, hơn nữa, lại không thể quan sát trực tiếp sự tiếp xúc. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Do kết quả nghiên cứu theo các hướng khác nhau, tiến hành trong nh ững điều kiện không giống nhau và ở các mức độ khác nhau nên đã xuất hiện những quan niệm và những mô hình ma sát mâu thu ẫn nhau. Thông thường, các mô hình ấy được mở rộng trên toàn kho ảng điều kiện ma sát. Trong vi ệc nghiên cứu ở điều kiện thí nghiệm, người ta lại chú ý quá nhi ều đến các quá trình không bình thường: hàn và cắt cầu hàn, thâm nh ập và cầy xước, xước tế vi, tạo u, chuyển vật liệu, v.v… Trong k hi đó, trong thực tiễn sản xuất, nhờ có các hoạt động liên tục và có phương pháp về thiết kế, chế tạo và sử dụng nên người ta đã t ạo ra được những điều kiện của ma sát ngoài bình thường, tức là b ảo đảm có hệ số ma sát nhỏ đối với các cặp liên kết chống ma sát, có h ệ số ma sát tối ưu đối với cặp liên kết ma sát trong điều kiện bảo đảm hao mòn bề mặt cho phép. Những điều kiện này tương ứng v ới hao mòn cơ hoá (ôxy hoá), mà cơ sở của nó là sự cân bằng động giữa các quá trình phá hoại và phục hồi các cấu trúc thứ cấp được hình thành khi ma sát. Đồng thời, trong thực tế, người ta cũng đã v ạch ra cả những điều kiện ma sát không bình thường, tức là nh ững điều kiện mà ứng với chúng, diễn ra các hiện tượng hư hỏng b ề mặt không cho phép (tróc loại I và II, cày xước, cắt tế vi, v.v…); kh ả năng xuất hiện của các quá trình ấy cũng khá lớn. Vi ệc khám phá bản chất của ma sát ngoài rất phức tạp, yêu c ầu phải xác lập bản chất này một cách rỏ ràng và có căn cứ. Muốn vậy, cần phải phân biệt giới hạn các quá trình ma sát ngoài bình th ường và sức cản của các dạng hư hỏng khác nhau của các bề mặt tiếp xúc; cần phải nghiên cứu bản chất, nguyên nhân và cơ chế ma Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com sát trên quan điểm cơ bản về sự chuyển hoá năng lượng của các d ạng tác dụng động lực bên ngoài thành năng lượng của các quá trình bên trong, v ới sự phân tích các quan hệ năng lượng và nguyên lý c ực tiểu, với các quan điểm hiện đại của vật lý chất rắn (lý thuyết biến vị) về trạng thái ứng suất – biến dạng, về các hiện tượng hoá lý (dính kết, hấp phụ và khuếch tán), đồng thời có lưu ý đến những kinh nghiệm thực tiễn có giá trị. Ngoài ra cần xây dựng mô hình ma sát ngoài bình thường, lý lu ận về sự sai khác so v ới mô hình do có sự phá hoại các điều kiện bình thường và s ự xuất hiện Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com các dạng hư hỏng không cho phép (tróc loại I và II, thâm nh ập vào nhau cầy xước,…), đồng thời nghiên cứu động học của các quá trình ma sát ngoài. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com [...]... Theo nguyên nhân chính ta có thể chia hao mòn ra làm các loại: ăn mòn hoá học; hao mòn do tương tác vật lý là chính và hao mòn do ma sát 1.2.2.1 Ăn mòn hoá học, điện hoá học Ăn mòn hoá học là sự hao mòn xảy ra do tác dụng của các phản ứng hoá học giữa các chi tiết với môi trường lỏng, khí,… Ăn mòn điện hoá xảy ra do tác dụng đồng thời của các phản ứng hoá học và các dòng điện cực nhỏ tự nhiên trên... rệt, không cho phép Mòn cặp ma sát : là mòn hai bên bề mặt tiếp xúc có chuyển động tương đối của các cặp lắp ghép chi tiết trong điều kiện sử dụng Tốc độ mài mòn: là tỷ số giữa tốc độ mòn chi tiết với thời gian sảy ra sự mài mòn Cường độ mài mòn: là tỷ số giữa độ mòn chi tiết (hay mẫu thử) với quảng đường ma sát hay khối lượng công việc đã hoàn thành Lượng mòn giới hạn: là lượng mòn nếu sử dụng tiếp... trong môi trường ẩm và có chất điên phân 1.2.2.2 Hao ôxy hoá mòn Hao mòn ôxy hoá là quá trình phá hoại dần dần bề mặt của chi tiết (hay mẫu thử) trong khi ma sát, do tương tác giữa các lớp kim loại bề mặt hoạt tính bị biến dạng dẻo với ôxy của không khí hay của dầu bôi trơn bị hấp phụ trên bề mặt gây ra Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 1.2.2.3 Hao mòn do tương tác... y Xói mòn khe hở: xuất hiện khi có chất lỏng chảy qua khe hở với vận tốc lớn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Xói mòn gián đoạn: xuất hiện khi có dòng chảy gặp phải những chổ mấp mô hoặc chướng ngại vật phải chảy vòng qua 1.2.2.4 Hao mòn do ma sát Hao mòn do ma sát là sự hao mòn diễn ra do tác động đồng thời của các tương tác cơ, lý, hoá xảy ra tại vùng tiếp... về hao mòn cần đưa vào thuật ngữ “sự hư Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com hỏng” của các bề mặt chi tiết trong quá trình ma sát Sự hư hỏng: là quá trình thay đổi rỏ rệt và không đồng điều về trạng thái hình học của các bề mặt ma sát củng như về cấu trúc và tính chất của lớp bề mặt Hư hỏng thể hiện ở sự thay đổi các đặc tính hình học vĩ mô, cấu trúc, tính chất và. .. chất của những thay đổi ấy phụ thuộc vào động học chuyển động (loại ma sát lăn hay trượt), điều kiện tải cơ học, sự có mặt và thành phần của các môi trường rắn, lỏng hoặc khí, dạng bôi trơn, nồng độ ôxy, vật liệu (thành phần hoá học, cấu trúc, tính chất cơ học và phương pháp gia công v.v…) Những thay đổi ấy có thể là có ích (làm bình thường hoá ma sát ngoài và giảm hao mòn đến mức nhỏ nhất) hoặc dẩn đến... mặt Ứng suất làm việc: nén; ứng suất dư: kéo Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version-21- http://www.simpopdf.com Hiện tượng tróc loại II có thể xuất hiện cả trong quá trình ma sát khô hay có bôi trơn giới hạn Khi có ma sát giới hạn, tróc loại II xuất hiện ứng với các tốc độ trợt và áp suất cao hơn và gắn liền với các quá trình hấp phụ dầu bôi trơn kèm theo Trong thực tế, tróc loại II thường xuất... Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Chương 4: Hao mòn 1.2.1 Khái niệm Hao mòn: là sự thay đổi dần các quy luật của hình dạng, kích thước, trọng lượng, cấu trúc và các tính chất ban đầu của máy móc theo thời gian trong những điều kiện và chế độ sử dụng bình thường Những thay đổi ấy có thể mang... ổn định, chúng ta có dạng hao mòn cơ hoá bình thường Nếu sự tan vỡ lớp bảo vệ không phải đơn thuần do tương tác của các chi tiết tiếp xúc, mà chủ yếu do tác dụng của các hạt mài tự nhiên (cát, bụi, đất đá,…) không sắc và ít cứng gây ra, chúng ta có kiểu hao mòn cơ hoá của mài mòn Nếu hao mòn xảy ra không chỉ tồn tại ở lớp màng bảo vệ mỏng mà ở lớp kim loại gốc, ta có dạng hao mòn không bình thường Dạng... hiện trong quá trình ma sát trình bày ở hình 1.1 Hình 1.1: Đồ thị biến thiên nhiệt độ bề mặt khi ma sát ngoài: I-bắt đầu làm việc; II-ở chế độ ổn định; III- sau khi bỏ tải Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Hình 1.2: Đồ thị ứng suất làm việc và ứng suất dư trong các lớp bề mặt khi ma sát ngoài: I-trong quá trình làm việc;II sau khi bỏ tải Simpo PDF Merge and Split . Ma sát hao mòn và bôi trơn CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MA SÁT H AO MÒN VÀ BÔI TR ƠN 1.1. Ma sát ngoài 1.1.1. Khái ni ệm Ma sát ngoài là hiện tượng luôn luôn xuất. nhau khác nhau v ề giá trị và phương.  Ma sát hỗn hợp: là tổ hợp của các dạng ma sát trượt, lăn, xoay 1.1.2.2. Theo điều kiện bôi trơn bề mặt  Ma sát không bôi trơn: là ma sát của hai vật rắn khi. Theo dạng chuyển động Căn cứ theo các dạng chuyển động phân ra: Ma sát trượt, ma sát lăn, và ma sát xoay.  Ma sát trượt: là ma sát giữa hai bề mặt tiếp xúc của chuyển động trượt tương đối, mà