intTypePromotion=1
ADSENSE

Tài liệu Ma sát

Chia sẻ: Nguyễn Quốc Hoàn | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:18

70
lượt xem
6
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mời các bạn cùng tham khảo nội dung tài liệu "Ma sát" để nắm bắt được những giới thiệu chung về ma sát, phân tích quá trình ma sát, các thành phần cơ bản của ma sát. Đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn đang học chuyên nhành Vật lý.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Tài liệu Ma sát

  1. Mục Lục Phần   I   :   Giới   thiệu   chung   về   ma   sát............................................................................2 I. Khái niệm .....................................................................................................2 II. Nguyên nhân gây nên ma sát.......................................................................2 III. Phân loại ma sát..........................................................................................2 IV. Ý nghĩa của ma sát.....................................................................................4 Phần II : Phân tích quá trình ma sát............................................................................5 I.   Một   vài   hiện   tượng   xảy   ra   khi   ma  sát............................................................5 II.   Những   thông   số   thay   đổi   của   bề   mặt   ma  sát.................................................7 III. Quá trình mòn của các cặp ma sát............................................................11 Phần   III   :   Các   thành   phần   cơ   bản   của   ma  sát............................................................14 I.   Trạng   thái   bề   m ặt   ma  sát.............................................................................14 II. Lực ma sát và hệ số ma sát........................................................................16 HN891 Page 1
  2. Phần I : Giới thiệu chung về ma sát I, Khái niệm: ­ Ma sát là sự chống lại chuyển động trong quá trình trượt hoặc lăn khi một   vật thể rắn tiếp xúc và di chuyển một cách tiếp tuyến trên một vật thể khác. ­ Lực tiếp tuyến chống lại chuyển động có hướng ngược với chuyển động  gọi là lực ma sát. ­ Khi 2 vật rắn tiếp xúc nhau dưới tác động của tải trọng (W) và một lực   tiếp tuyến F được đặt lên hệ  thống, giá trị  của lực tiếp tuyến cần thiết để  bắt  đầu chuyển động tương đối gọi là lực ma sát tĩnh.Lực tiếp tuyến cần thiết để  duy trì chuyển động được gọi là lực ma sát động. Lực ma sát tĩnh lớn hơn hoặc  bằng lực ma sát động. II, Nguyên nhân gây nên ma sát: ­Theo vật lý : Lực hút phân tử giữa các phân tử vật chất ­  ma sát phụ thuộc vào   vật liệu tiếp xúc, thời gian tiếp xúc. ­ Theo cơ  học : "Những gờ  lồi lõm của hai bề  mặt gài vào nhau" ­ ma sát phụ  thuộc độ nhám bề mặt. III, Phân loại ma sát:    a    vào   động   học   chuyể n  1.   D ự     động:    HN891 Page 2
  3. + Ma sát trượt: là ma sát giữa hai bề  mặt tiếp xúc của chuyển động trượt   tương đối, mà vận tốc tại các điểm + Ma sát lăn: là ma sát giữa hai bề  mặt tiếp xúc của chuyển động lăn   tương đối, mà vận tốc tại các điểm tiếp xúc cùng giá trị và cùng phương. + 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 về giá trị và phương. +Ma sát hỗn hợp: là tổ hợp của các dạng ma sát trượt, lăn, xoay.  2.  D    ự    a    vào      s  ự      tham      c  ủa    chấ t   bôi   tr ơ      gia    n:    + Ma sát ướt  : 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 : là ma sát giữa hai bề  mặt được phân tách bởi các lớp chất  lỏng chuy ển động tương đối, mà các ứng xuất tiếp tạo nên lực ma sát. + Ma sát tới hạn : là ma sát của hai vật rắn khi tồn tại giữa hai liên kết của  chúng một lớp chất lỏng rất mỏng cỡ phân tử  đến 0,1µm với tính chất khác với   tính chất của toàn khối bôi trơn.  3.  D    a    vào   động   l ự c    họ c:    ự       + 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.  4.  D    a    vào   đặc   tính   quá   trình   ma   sát:     ự + Ma sát bình thường: là ma sát khi làm việc  ở điều kiện bình thường. Sự  phá hoại bề mặt ở chỗ tiếp xúc chỉ diễn ra trong những thể tích kim loại vô cùng   nhỏ. Trong quá trình biến dạng và hình thành các cấu trúc bảo vệ  thứ  cấp đặc  trưng cho điều kiện ma sát bình thường, 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 thường là ma sát khi làm  việc  ở  điều kiện không bình thường. 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 chất nhất định. Bất kỳ sự phá hoại nào của điều kiện ấy điều dẫn  HN891 Page 3
  4. tới các hiện tượng không bình thường. Đầu tiên các hiện tượng này xảy ra đồng  thời với ma sát ngoài, sau đó chúng làm ma sát ngoài biến chất hoàn toàn, chuyển   thành nội ma sát, cắt, và cuối cùng làm đình chỉ chuyển động. IV, Ý nghĩa của ma sát : Ma sát có thể là cần thiết hoặc không. Ví dụ ứng dụng sử dụng ma sát: đi  bộ, bánh ô tô chuyển động trên đường, dùng để  giữ  và nhặt vật, trong cơ  cấu   phanh, ly hợp, cơ cấu truyền động đai … Tuy vậy, trong hầu hết các máy móc có  cơ  cấu chuyển động trượt hoặc lăn như  vòng bi, vòng chặn … ma sát là không  mong muốn và cần phải được giảm tối thiểu. HN891 Page 4
  5. Phần II : Phân tích quá trình ma sát I. Một vài hiện tượng xảy ra khi ma sát: Chúng ta biết rằng, các chi tiết máy thường làm bằng kim loại và hợp kim.   Chúng  có  cấu tạo tinh thể,   ứng với  liên kết chặt chẽ  nhất giữa  các nguyên  tử.Trong mạng hoàn thiện, các nguyên tử xắp xếp có chu kỳ điều đặn, theo một   chật tự nhất định và kéo dài đến vô cùng, tuy nhiên, trong thực tế, cấu trúc chẩn  luôn luôn có sự sai lệch, đó là “lỗ trống”, các nút mạng thiếu nguyên tử hoặc các   nguyên tử “biến vị” nằm ở khoảng giữa hai nút mạng. Các nguyên tử này có thể  là kim loại hoặc hợp kim gốc. Củng có thể là tạp chất ngẩu nhiên hoặc kim loại   gốc. Khi các chi tiết lắp ghép chuyển từ trạng thái ban đầu sang trạng thái làm  việc, bề  mặt tiếp xúc sẽ  có sự  dịch chuyển tương đối với nhau. Các chi tiết sẽ  chiệu  áp suất  và biến dạng dẻo. Biến dạng dẻo của kim loại bao gồm: sự  chuyển động và sinh sôi các sai lệch mạng. Nó có thể là quá trình trượt dưới tác   dụng của  ứng suất theo các phương hoặc theo mặt phẳng tinh thể  xác định và   được thể hiện dưới dạng một hệ các dải trượt song song trên bề mặt hoặc củng   có thể  theo dịch chuyển các nguyên tử  trong mặt phẳng  ứng suất tiếp lớn lớn   nhất để  chiếm các “lỗ  trống” hoặc sự  xâm nhập các nguyên tử  vào mạng tinh   thể đàn hồi củng như sự di chuyển các nguyên tử “biến vị” cùng các “đám mây”  điện tử của nó theo phương có thể. Cuối cùng biến dạng dẻo có thể  do sự  dịch chuyển hoặc sự  quay tương   đối giữa các hạt với nhau. Hiện tượng biến dạng dẻo trong các lớp mỏng trên bề  mặt hai chi tiết lắp ghép chiệu ma sát làm suất hiện các dải trượt trên bề  mặt  của chúng với tốc độ gồ ghề khoảng 20  Ǻ , có nhiều sai lệch và có độ  hoạt hoá  cao. HN891 Page 5
  6. Sau một vài chu kỳ  trượt, lớp ôxy hoá ban đầu trên các bề  mặt bị  phá vỡ  làm lộ ra khoảng bộ mặt “sạch vật lý” đã bị biến dạng dẻo và bị hoạt hoá ở trên   bề mặt của hai chi tiết lắp ghép. Bề mặt “sạch vật lý”đã bị biến dạng dẻo và bị  hoạt hoá ở trên bề mặt của hai chi tiết lắp ghép. Bề mặt “sạch vật lý” có những  tính chất đặc biệt: các nguyên tử   ở  lớp bề  mặt dễ  bị  phát xạ  mất điện tử  lớp  ngoài, hoặc nhập thêm điện tử  trở  thành các nguyên tử  có năng lượng tự  do lớn  hơn. Cuối cùng các “lỗ trống” và các nguyên tử “biến vị” chúng tạo ra khả năng  tương tác vật lý, hoá học… mạnh hơn bên trong . Tương tác của chúng với nhau và với môi trường là những tương tác chủ  yếu xảy ra khi ma sát.  Sau đây sẽ xem xét kỹ một số tương tác đó : 1, Tương tác với các hoạt chất hoá học: Trong trường hợp các bề  mặt chi tiết bị  biến dạng dẻo, có sự  suất hiện   các dải thể  tích trượt sẽ  tạo ra các khoảng bề  mặt “sạch vật lý”. Nếu bề  mặt   “sạch vật lý” đã bị  biến dạng dẻo, tiếp xúc với các chất có hoạt tính hoá học   mạnh như: O, P, S,… thì các chất này có thể  hấp phụ  vật lý, hoá học trên bề  mặt, củng có thể  khuếch tán, hoà tan và tạo thành dung dịch rắn hoặc tác dụng   với kim loại tạo thành hợp chất. Điều này xuất hiện, tồn tại, mất đi củng như  tốc độ  tiến triển của mỗi quá trình đối với nhau;  ảnh hưởng của mỗi quát trình  riêng biệt và tổng hợp các quá trình đối với ma sát, hao mòn rất phức tạp, những   chất quan trọng. Chẳng hạn, khi tiếp xúc với Ôxy tuỳ  vào điều kiện có thể  sảy   ra các quá trình sau đây:  ­ Sự hình thành màng Ôxy đã bị phân ly, hấp phụ trên bề mặt chi tiết­hấp   phụ hoá học.  ­ Sự liên kết Ôxy thành phân tử trên bề mặt các lớp trước – hấp phụ vật lý.  ­ Sự hình thành màng Ôxy – phản ứng Ôxy hoá.  Bề mặt phân cách của màng Ôxy với kim loại gốc, đặc biệt tinh khiết, mới   gần phẳng với các hợp kim có dạng sóng với nhiều mấp mô có biên độ  khác   nhau. Kim loại và Ôxy tác dụng cơ  học lẩn nhau. Trong Ôxy thường xuất hiện   ứng suất nén, còn trong kim loại  ứng suất kéo, điều này tạo điều kiện bong tách   Ôxy ra khỏi kim loại dọc theo bề mặt phân cách. HN891 Page 6
  7. 2, Tương tác với các hoạt chất bề mặt.  Khi bề mặt “sạch vật lý” của kim loại đã bị biến dạng, đã tiếp xúc với các   chất có ngồn ngốc hữu cơ (các axit béo, rượu, xà phòng…) hoặc dầu, mỡ là sản  phẩm của Cacbuahyđrô có mạch đủ  dài, sẽ  hấp phụ  vật lý trên bề  mặt tạo nên  lớp định hướng tựa tinh thể, có đặc tính bám dính và xoa trơn. lớp định hướng  này chỉ tồn tại trên bề  mặt kim loại  ở một bề dày giới hạn. Nó chiệu nén và có  khả năng trượt dễ dàng. Người ta gọi các chất hấp phụ này là chất hoạt tính bề  mặt và lớp định hướng tựa tinh thể này là lớp giới hạn. Khi có ch  ất hoạt tính bề  mặt hấp phụ, các nguyên tử  có độ  giảm tự  do   năng lượng lớn hơn,  ứng suất chảy và  ứng suất bền của lớp bề  mặt kim loại   giảm đi. Do đó, công biến dạng cho một đơn vị thể tích giảm đi rất nhiều. đó là  hiện tượng hoá dẻo hấp phụ hay còn gọi là hiệu ứng Rebinder dạng ngoài. Khi biến dạng nếu có chất hoạt tính bề mặt thì bề  mặt dày dải trượt nhỏ  hơn hàng chục lần (3 – 4µm) so với bề dày dải trượt kim loại tiếp xúc với không  khí (50µm). Trong trường hợp có độ giảm bề mặt thật mạnh ở lớp bề mặt thì có   thể nảy sinh các vết nứt tế vi, các chất hoạt tính bề mặt chui vào các vết nứt này  tạo ra hiệu ứng Rebinder trong ấy và làm cho các vết nứt phát triển nhanh. Đó là  hiện tượng “hoá dòn hấp phụ” gọi là hiệu ứng Rebinder dạng trong. Nếu có hoạt chất bề  mặt hấp phụ trên bề  mặt kim loại nhưng trong môi   trường chân không hoặc khí trơ thì có hiệu ứng Rebinder thuần nhất. Giá trị của  nó trong trường hợp này lớn gấp trăm ngàn lần trong trường hợp thuần nhất. Hiệu  ứng Rebinder dạng ngoài không thuần khiết làm giảm ma sát, tối  thiểu hoá bề  mặt kim loại bị  biến dạng và hao mòn. Song hiệu  ứng Rebinder   dạng trong có thể  gây phá huỷ  dòn  ở  áp suất lớn. Có thể  lợi dụng để  rút ngắn  thời gian rà máy, Còn dạng thuần nhất có thể lợi dụng để tăng năng suất cắt gọt. 3, Hình thành “cầu hàn khuếch tán”.  Khi hai bề mặt “sạch vật lý” của cặp ma sát A,B xâm nhập vào nhau, tạo   ra khoảng cách nguyên tử  giữa chúng thì có thể  xảy ra sự  khuếch tán kim loại   sang nhau, hình thành “cầu hàn khuếch tán” hay còn gọi là “cầu hàn nguội” ­ sự  “kết dính”. Khi cặp ma sát là các kim loại cùng bản chất thì cầu hàn này được gọi là  “đồng kết”. Khoảng cách, thời gian và nhiệt độ  có  ảnh hưởng đến khuếch tán.  Như  vậy, khi ma sát, tại chổ  tiếp xúc xảy ra các tương tác cơ, lý hoá,điện …  giữa hai chi tiết với nhau (chủ  yếu là lớp bề  mặt) và với môi trường. kết quả  HN891 Page 7
  8. của quá trình tương tác  ấy làm hình thành, tồn tại và mất đi theo chu kỳ, những  lớp thứ cấp dẩn đến sự hao mòn các chi tiết máy. II. Những thông số thay đổi của chất lượng bề mặt ma sát: Các kết quả nghiên cứu chất lượng bề mặt khi ma sát ngoài vừa trình bày  về đại thể đã mở ra một bức tranh về trạng thái còn lại của bề  mặt khi bỏ tải.   Khi  ấy, các thông số  động lực học của bề  mặt vẩn chưa được xác định. Việc  nghiên cứu trạng thái động lực học của bề mặt có thể được tiến hành bằng cách  đo nhiệt độ, ứng suất và trị số của thế điện hoá đặc trưng cho sự tồn tại của các   màng thụ động. Các kết quả  đo nhiệt độ  xuất hiện trong quá trình ma sát trình bày  ở  hình  dưới đây: HN891 Page 8
  9. Hình 1.1 ta thấy có ba giai đoạn chế độ nhiệt. Khi bắt đầu làm việc, nhiệt   độ tăng từ nhiệt độ của môi trường (của phòng) tới giá trị ứng với điều kiện tải.  Sau đó là thời kỳ bảo hoà, đặc trưng cho điều kiện ma sát ổn định. Sau khi bỏ tải   các lớp bề mặt hạ nhiệt độ dần. Hình 1.2 trình bày đồ  thị   ứng suất làm việc và  ứng suất dư. Do bị  nung   nóng trong thời gian ma sát các lớp bề  mặt sẽ  bị  giản nở. Các ứng suất nén tức   thời được hình thành, và với nhiệt độ  xác định, chúng có thể  gây ra sự  nén dẻo   kim loại trong các lớp bề mặt. Sau khi bỏ tải và nguội đi, trong lớp làm việc nảy   sinh các ứng suất kéo dư, chúng cân bằng với các ứng suất nảy sinh trong phần   còn lại của tiết diện kim loại. Người ta quan sát được sự suất hiện như vậy của   ứng suất khi ma sát các kim loại tinh và các hợp kim tinh, nghĩa là những loại mà   trong chúng không có sự  thay đổi lớn về  pha cũng như  cấu trúc. Trong trường  hợp ma sát của các kim loại và hợp kim có cấu trúc gia bền, sự nảy sinh ứng suất   tại các lớp bề  mặt có thể liên quan không những chỉ  với các ứng suất có nguồn   gốc nhiệt thuần tuý mà còn với các  ứng suất thể  tích (cấu trúc) do sự  thay đổi  pha tạo nên. Sơ đồ mô tả sự biến đổi tính chất trên bề mặt chi tiết máy HN891 Page 9
  10. Nhìn   vào  sơ   đồ   ta  thấy sự biến đổi diễn ra chủ yếu do tác dụng của nhiệt, các tác động hoá có tính  chất hỗ trợ thúc đẩy quá trình. Các quá trình cơ­nhiệt là tất yếu không thể  tránh   khỏi trong giai đoạn công nghệ  cũng như  khi khai thác. Quá trình hoá học được  HN891 Page 10
  11. tạo ta với sự điều chỉnh của con người làm cho lớp bề  mặt được ổn định và có  độ bền cao. Kết quả  của các quá trình biến đổi trên lớp bề  mặt chi tiết có cấu tạo   được biểu diễn trên hình 1.4. Một điểm, đặc điểm cấu trúc của các phân lớp  trong quá trình sử  dụng có thay đổi nhất là trong quá trình chạy rà. Sự  phá huỷ  lớp bề mặt đồng nghĩa với phá huỷ các tính chất làm việc cần có cuả bề mặt chi   tiết máy dần đến phá huỷ chi tiết máy. III. Quá trình mòn của các cặp ma sát:  Trong quá trình mài mòn, các bề  mặt ma sát sẽ  trượt tương đối với nhau   dẫn đến sự  cắt và bẻ  gãy những nhấp nhô và tạo thành những nhấp nhô mới.  Quá trình đó cứ tiếp diễn với sự làm nhẵn các bề mặt ma sát. Có thể phân tích sự  mài mòn thành ba hiện tượng: + Sự tương tác của các bề mặt ma sát. + Sự thay đồi xảy ra trong lớp bề mặt kim loại. + Sự phá hủy các bề mặt. 1, Sự tương tác của các bề mặt ma sát: Sự  tương tác của các bề  mặt có thể  là tương tác cơ  học hoặc tương tác   giữa các phân tử trên hai bề mặt. Tương tác cơ học được biểu hiện bằng sự xâm nhập và móc nối giữa các   phần tử  nhấp nhô. Tương tác phần tử  được biểu hiện bằng sự  bám dính, xâm  thực do trường lực Vanderwall. Cũng cần chú ý rằng độ  giòn và độ  dẻo của vật rắn phụ  thuộc vào trạng  thái chịu lực và trong lớp bề  mặt hoạt động có thể  xảy ra mọi biến đổi hóa lý  gắn liền với quá trình ma sát. 2, Sự thay đổi xảy ra trong lớp bề mặt kim loại. Sự thay đổi xảy ra trên các bề  mặt ma sát là do sự  biến dạng, sự tăng lên  của nhiệt độ và tác động hóa học của môi trường. 2.1, Sự thay đổi xảy ra do biến dạng: HN891 Page 11
  12. +Biến dạng đàn hồi : Do sự không hoàn thiện của cấu trúc bề mặt, những   nhấp nhô vi mô của bề mặt bị biến dạng đàn hồi nhiều lần và trong những điều  kiện xác định,  chúng có thể dẫn đến sự tróc mỏi hoặc làm rời rạc cấu trúc. + Biến dạng dẻo : Làm thay đổi cấu trúc của lớp vật liệu lớp bề mặt và là  sự tổng hợp của bốn quá trình : sự trượt theo các mặt phẳng tinh thể, sự hấp thụ  sóng tinh thể, sự  lệch các nguyên tử  ra khỏi vị  trí ban đầu trong mạng cùng với  chuyển động nhiệt của chúng và sự phá hủy cấu trúc. + Sự  thay đổi cấu trúc bề  mặt. Do độ  cứng của các thành phần cấu trúc  khác nhau và dưới tác động nhiều lần của tải trọng, lúc đầu xảy ra sự  mài mòn  mạnh nền mềm. Áp suất trên các thành phần cứng tăng ép chúng vào nền mềm.  Dưới tác động của lực ma sát, một số bị phá vỡ và dịch chuyển. Đây cũng là lý do  cần thiết phải làm giàu thành phần cấu trúc cứng trên bề mặt. 2.2, Sự đàn hồi xảy ra do sự tăng nhiệt độ : Khi làm việc, nhiệt độ  lớp bề  mặt sẽ  tăng. Khi nhiệt độ  cao đồng thời  biến dạng dẻo sẽ  tạo thuận lợi cho quá trình khuyếch tán giữa các bề  mặt ma   sát, đồng thời làm mềm hóa các lớp bề mặt do quá trình làm nhẵn lớp bề mặt. Sự biến dạng dẻo, sự tăng cao của nhiệt độ và sự biến đổi cấu trúc có thể  xảy ra đồng thời hay riêng biệt và gây ra  ứng suất trong vật liệu.  Ứng suất này  có thể lãm rã cấu trúc các bề mặt ma sát. 2.3, Sự thay đổi xảy ra do tác dụng hóa học của môi trường làm việc: Bề mặt kim loại thường bị oxy hóa tạo thành oxit kim loại. Lớp màng này  có tính chất khác hẳn lớp kim loại gốc. Chúng mềm và giòn hơn, cản trượt ít hơn   và bảo vệ bề mặt khỏi bị xâm thực. Nhờ vậy, lực ma sát giảm và cường độ mài  mòn bề mặt ma sát cũng giảm rất nhiều. Cơ chế này cũng giống cơ chế của một   số  chất bôi trơn hoạt tính, các bề mặt kim loại được phủ  những màng hợp chất   hóa học có vai trò tương tự màng oxit bảo vệ bề mặt ma sát. Tuy nhiên, khi môi trường làm việc có những chất hóa học có hại cũng như  hạt bụi rắn xâm nhập vào giữa các bề mặt ma sát. Quá trình ăn mòn, bào mòn và   sói mòn làm tăng nhanh tốc độ mài mòn. 3. Sự phá hủy bề mặt ma sát: Các dạng cơ bản của sự phá hủy bề mặt ma sát như sau: HN891 Page 12
  13. *Sự cắt vi mô : những phần tử cứng của hạt mài hay sản phẩm của sự mài  mòn khi xâm nhập vào một độ  sâu nhất định sẽ  gây nên sự  cắt vi mô. Thường   chiều sâu thâm nhập không đủ để cắt nên sự cắt vi mô ít xảy ra. *Sự tạo vết xước : khi trượt, phần tử xâm nhập bị  ép sẽ  đẩy vật liệu về  phía trước, sang hai bên và ép xuống phía dưới tạo thành vết xước. Vết xước  mất đi khi phần tử xâm nhập được thoát ra khỏi vùng tiếp xúc thực tế; bị đập vỡ,  hoặc bị đẩy ra khỏi giới hạn vùng ma sát. * Sự bong tách : trong sự chảy dẻo, vật liệu có thể bị đẩy về một phía của  bề mặt ma sát tràn trên các màng oxit và mối liên hệ với kim loại gốc nên dễ  bị  tách ra khi không còn khả năng tiếp tục chảy. Một nguyên nhân khác là trong tiếp xúc điểm hoặc đường, nếu  ứng suất  theo chiều sâu của lớp bề mặt lớn hơn độ bền mỏi của vật liệu thì sẽ xuất hiện   các vết nứt dẫn đến sự bong tách vật liệu dưới dạng vẩy. * Sự tróc : Là dạng phổ biến của bề mặt chi tiết khi ma sát lăn. Các phần  tử bị tróc ra có thể là các phần tử cấu trúc cứng của hợp kim sau khi mòn hết nền   mềm, các lớp phần tử của lớp trắng, các hạt nhỏ của gang xám, các phần tử của  lớp chống ma sát khi bị  mỏi ... Nguyên nhân của sự  tróc là do sự  tạo thành  ứng   suất cơ và ứng suất nhiệt. Vì vậy, sự phát triển của vết nứt do hai loại ứng suất   trên là dấu hiệu phải phục hồi hoặc loại bỏ chi tiết ấy. * Sự bứt sâu : xuất hiện trong chuyển động tương đối của các vật thể khi   mà mối liên kết tạo thành tương tác phần tử  giữa hai bề  mặt ma sát bền vững  hơn liên kết bên trong một hoặc cả  hai vật liệu. Sự phá hủy xảy ra trong chiều  sâu của một trong các lớp bề  mặt. Sản phẩm của sự mài mòn (phá hủy) này bị  dính kết nhau và bám dính vào các bề  mặt và trở  thành môi trường trung gian   giữa các bề mặt ma sát. HN891 Page 13
  14. Phần III : Các thành phần cơ bản của  ma sát I. Trạng thái bề mặt ma sát : Trạng thái của một bề mặt ma sát bao gồm các thông số như : ­ Trạng thái hình học của bề mặt ­ Trạng thái cơ­hóa lý của lớp bề mặt ­ Ứng suất trong các lớp bề mặt Các thông số này liên quan mật thiết với nhau và đóng vai trò chủ  đạo trong quá   trình ma sát bề mặt. Nói cách khác, chúng là những yếu tố quyết định chất lượng   của một bề mặt ma sát. 1. Trạng thái hình học : Trạng thái hình học của bề mặt chi tiết máy luôn luôn có những biên dạng   nhấp nhô, lồi lõm nhất định do quá trình gia công để  lại. Tùy thuộc vào công   nghệ  gia công mà kích thước các biên dạng bề  mặt được quy định  ở  các bậc  "hình học vi mô" tức kích thước nhấp nhô bề mặt nằm trong một hình vuông có  cạnh vào khoảng một vại milimet hay bậc "hình học siêu vi mô" có kích thước  vào khoảng một vài micromet. Ngày nay, với công nghệ chế tạo cơ khí chính xác và ngày càng tinh tế thì   trong ma sát học, các biên dạng "siêu vi mô" là vấn đề  đang được tập trung  nghiên cứu bởi đặc trưng rất đặc biệt của nó; đó là sự không hoàn thiện của nó   có liên quan đến cấu trúc bên trong bề  mặt kim loại. Trong quá trình làm việc  (ma sát), các dải thể tích bề mặt kim loại ( các lớp bề mặt) sẽ được tạo thành và  biến dạng. Mặt khác, khi làm việc hai bề mặt ma sát tiếp xúc nhau một cách rời rặc  của các điểm tiếp xúc thực của tất cả  các điểm trên một đơn vị  diện tích và  được xác định bởi mức độ  tạo dải của bề  mặt. Sự tiếp xúc rời rạc này của hai   bề  mặt ma sát là một trong những lý do chính khiến phải xem quá trình mòn là   quá trình ngẫu nhiên và là điểm khởi đầu dẫn tới hiện tượng mỏi khi mài mòn. 2. Trạng thái cơ­hoá lý và ứng suất của các lớp bề mặt : HN891 Page 14
  15. Ngoài sự   ảnh hưởng của trạng thái hình học, chất lượng của bề  mặt ma   sát còn được quyết định bởi tính chất cơ­lý hoá cũng như trạng thái ứng suất của  lớp bề mặt. Thông thường, lớp bề mặt này vao khoảng kích thước mạng tinh thể  ( vài chục Ăngstron) đến vài phần trăm hoặc phần mười milimét. Chúng được  đặc trưng bởi cấu trúc và tính chất khác hẳn kim loại gốc của chi tiết. Yếu tố  chính gây nên sự thay đổi tính chất của các lớp bề mặt khi ở trạng thái làm việc  là biến dạng dẻo. Trong quá trình biến dạng dẻo, các nguyên tử bị biến vị và làm  chúng xuất hiện với sự  tập trung rất lớn  đồng thời để  lại những chỗ  khuyết   không đồng đều. Điều này gây nên sự  hoạt hoá bề  mặt và làm phát triển hiện   tượng khuyếch tán, dẫn tới hiện tượng oxy hoá các bề  mặt ma sát tăng trong  điều kiện ma sát bình thường. Nếu điều kiện sử  dụng bình thường bị  phá huỷ,   hiện tượng tróc không cho phép xảy ra. Một tác nhân rất quan trọng nữa của trạng thái các lớp bề mặt là trạng thái   ứng suất của chúng. Sự phát sinh ứng suất bị  ảnh hưởng rất lớn vào công nghệ  chế  tạo cũng như  điều kiện sử  dụng. Do trong thời gian ma sát, các lớp bề  mặt  sẽ  được nung nóng và dãn nở. Các  ứng suất nén tức thời được hình thành với   một nhiệt độ xác định, chúng có thể gây ra sự nén dẻo kim loại trong các lớp bề  mặt. Sau khi bỏ tải và nguội đi, các lớp này sinh các ứng suất căng cân bằng với  các  ứng suất nảy sinh trong phần còn lại của tiết diện kim loại. Trong trường   hợp ma sát xảy ra với các kiem loại và hợp kim, sự xuất hiện của ứng suất trong   chúng không có sự thay đổi lớn về pha cũng như về  cấu trúc. Trong trường hợp   ma sát của các kim loại và hợp kim có cấu trúc giả bền, sự nảy sinh ứng suất tại   các lớp bề  mặt có thể  liên quan không những với  ứng suất nhiệt thuần tuý mà  còn với các  ứng suất thể tích tức có sự  thay đổi về  cấu trúc hay sự  chuyển pha  tạo nên. HN891 Page 15
  16. Từ thực nghiệm, với một quá trình ma sát phức tạp với công hao phí do ma   sát giữa hai bề mặt ma sát bằng tổng nhiệt năng sinh ra và năng lượng bị hấp thu  trên bề mặt (Ứng với điều kiện vật liệu và môi trường nhất định), ta có thể phân  tích và chỉ ra được miền làm việc bình thường của quá trình ma sát, trong đó năng   lượng bị hấp thụ trênn bề mặt ma sát xem như không đáng kể như hình: Từ  việc xác định vúng ma sát bình thường, ta có thể điều khiển một cách  có hiệu quả  các quá trình ma sát nhằm đạt khả  năng chống mòn cũng như  điều   khiển được tuổi thọ và độ tin cậy của chi tiết máy. II. Lực ma sát và hệ số ma sát: Trong lịch sử phát triển của ma sát học, nhiều nhà khoa học đã tìm cách xây  dựng những công thức tính toán lực ma sát. Năm 1779, S.Coulomb đã cho rằng   lực ma sát trong ma sát không bôi trơn hoặc bôi trơn giới hạn là tổng của hai sức   cản, sức cản A phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc thực và sức cản còn lại tỷ lệ với   áp lực pháp tuyến  N0  và hệ số ma sát µ. T = A + µN      (1.5) Công thức này cho đến nay vẫn được sử  dụng trong tinh toán gần đúng.   Một điều đáng chú ý là công thức trên chỉ được áp dụng và cũng thực sự chỉ có ý   nghĩa trong quá trình ma sát bình thường. Sự  phát triển về  khoa học cho phép   tổng quát hoá về  mối quan hệ  giữa hệ  số ma sát µ với điều kiện ma sát và các   yếu tố khác. Do  (p,v,c)  nên ta cũng có : HN891 Page 16
  17.   µ = µ(p, v, c)     (1.6) Để đơn giản, ta xét ảnh hưởng riêng của từng nhân tố. 1. Quan hệ giữa hệ số ma sát  µ với áp suất p :   Xét trong trường hợp và c không đổi. Khi đó µ = µ(p) . Hàm này được diễn  tả như trên hình 2 Đoạn AB đặc trưng cho một chuyển tiếp nào đó ứng với các trị số P nhỏ.  Ở đó không có điều kiện bình thường hoá hoàn toàn quá trình ma sát. Các giá trị  áp suất ấy không đủ để tạo giải tới hạn.  Trong trường hợp này, khi tăng áp suất  từ     PA       PB thì hàm  sẽ giãn đến giá trị cực tiểu :        min Đoạn BC là vùng chung nhất, quan trọng nhất, cường độ mòn sẽ nhỏ nhất,  =    min . Đây là vùng ma sát bình thường. Năng lượng hấp thụ bề mặt chủ yếu cho  sự tạo dải, và hoạt hoá bề mặt chiếm một phần không đáng kể. Trong đoạn này,  ta có thể xem Q  A.    Đoạn CD là vùng biến dạng mạnh và xảy ra sự phá hoại các cấu trúc thứ  cấp bảo vệ. Độ dày của lớp tạo dải vượt quá trị số tới hạn. Quá trình phân rã các  cấu trúc giả bền của các lớp hợp kim ... xuất hiện. Trong vùng này,        min . Kết  quả cuối cùng là chế độ ma sát không bình thường, và xảy ra phá huỷ bề mặt  tiếp xúc như là tróc dập, cào xước .... Khi đó    =    max. Như vậy, giới hạn của chế độ ma sát bình thường trong trường hợp được  quy định bởi áp suất tới hạn (P0). Khi bề mặt ma sát làm việc ở chế độ ma sát  bình thường ( P
  18. µ(p, v, c) = µ(v) Đường biểu diễn µ(v) được biểu diễn trên hình 3:   Đoạn AB là quá trình chuyển tiếp từ ma sát tĩnh sang ma sát động 0
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2