Giáo trình ma sát mòn bôi trơn

Tham số v và b của đường đặc tính bề mặt Tham số của hàm mũ, phần một của đồ thị biên dạng Độ sóng Chiêu cao lớn nhất của các sóng H, Khoảng cách giữa đường thẳng qua đỉnh của các sóng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LÒI NÓI ĐẦU

Một trong những nhiệm oụ quan trọng nhất đặt ra đối uới nước ta trong thời ki

tiếp cận uới tự động hóa uò hiện đại hóa là sử dụng hiệu quả nhất các trang thiết bị

hiện có Nói cách khác là: cần phải nâng cao độ tin cậy uà tuổi thọ của các máy móc,

dụng cụ, trang thiết bị, nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế uà xã hội đối uới đầu tư

nhiệm bụ quan trọng đối uới cả quốc gia uà quốc tế

Trong các uấn đề chung liên quan đến độ tin cậy, tuổi thọ của máy thì uấn đề

Mu sót, môn, bồi trơn (Tribology) đóng vai trò quan trọng nhất, Nó quyết định đến trên 95% độ tin cậy uò tuổi thọ của máy uà thiết bị

Ma sát, mòn oà bôi trơn là ba uấn đề liên quan hữu cơ uới nhau, không thể giải

quyết riêng biệt từng uấn đề không thể chống mòn mà không quan tâm đến ma sdt

uà bôi trơn, ngược lại không thể chỉ nghĩ đến kĩ thuột bôi trơn uà uật liệu Đôi trơn

nếu chưa rõ bản chất ma sát 0ò mòn của đối tượng

Nội dung được trình bày trong cuốn sách này là những uấn đề cơ bản uê mơ sát,

mòn, bôi trơn, có thể sẽ đáp ứng một phần quan trọng đối uới các sinh uiên, học uiên cao học, nghiên cứu sinh, các nhà nghiên cứu đang hoạt động trong lĩnh uực nâng

cao độ tin cậy, tuổi thọ của máy móc, thiết bị

Do tính chất rộng lớn của uấn đê uà là một khoa học liên ngành nên trong phạm

vi mét cuốn sách không thể trình bày đây đủ cơ sở lý thuyết, tính toán va két quả

thực nghiệm Cúc nội dung tÌ mÌ hơn sẽ được trình bày trong các chuyên ngành riêng: Ma sát - Mòn - Bôi tron

Túc giả xin chân thành cắm ơn Giáo sử, Viện sĩ Nguyễn Anh Tuấn bà các giảng

vién bộ môn Máy uà Ma sát học Khoa cơ khí Trường Đại học Bách Khoa đã giúp đổ,

đóng góp nhiều ý biến quý báu cho quá trình biên soạn cuốn sách

Tác giả

PHAN I NGANH HOC TRIBOLOGY

nhằm không ngừng nâng cao hiệu quả sử dụng và tối ưu hóa về tính kinh tế của thiết bị

Tribology vừa là một ngành khoa học tự nhiên và là ngành ki thuật, và cũng là một ngành công nghệ

1.3 PHAN LOAI TRIBOLOGY

Ngành hoc Tibology được chia ra các phần như bảng sau:

học, nhiệt động học

1.4 KĨ THUẬT TRIBOLOGY

Ki thuật Tribology là một phần quan trọng của Tribology, nghiên cứu các phương

pháp chống mòn, chống ăn mòn, làm giảm ma sắt, tăng hiệu quả sử dụng thiết bị nhằm

5

nâng cao tuổi thọ và độ tin cậy trên cơ sở mòn Chúng được cụ thể hóa bằng các chỉ tiêu

chính sau:

- Giảm ma sát, giảm mòn, giữ vững độ chính xác cần thiết đặt ra;

- Giảm mất mát năng lượng vô ích;

- Nang cao tuổi thọ, độ tin cậy của thiết bị;

- Nâng cao hiệu suất làm việc;

-Tối ưu về kinh tế

Và được thông qua các hình thức nghiên cứu, áp dụng cơ bản sau:

- Ứng dụng hiệu quả các kết quả mới nhất của khoa học kĩ thuật hiện đại vào ngành học Tribology;

- Phát triển và hoàn thiện các biện pháp công nghệ bể mặt, tạo ra các kết cấu ma sát

có chất lượng cao;

- Phát triển và ứng dụng các công nghệ chống mòn, chống ăn mòn;

- Nghiên cứu phát triển các kết cấu bôi trơn, vật liệu bôi trơn, nâng cao từng bước tuổi thọ;

- Ứng dụng phương pháp đo đạc, đánh giá tiên tiến và công cụ toán học hiện đại.

đối tại vùng tiếp xúc

d) Ma sát dừng: là sự mất mát năng lượng cơ học trong quá trình dừng tại vùng tiếp

xúc có chuyển động tương đối

e) Lực ma sát: là lực cân chuyển động tương đối của vật thể này trên vật thể khác, dưới tác dụng của ngoại lực pháp tuyến với đường phân giới giữa hai vật thể

Ð Mã sắt ngoại: là ma sắt xây ra giữa bê mặt tiếp xúc của hai vật thể độc lập với nhau, khi có chuyển động tương đối

&) Ma sát nội: là ma sắt xảy ra của quá trình chuyển động tương đối, trong cùng một vật thể

h) Ma sát vĩ mô: là ma sát được kế đến do ảnh hưởng của các yếu tố trên bể mặt tiếp xúc, cơ, lí, hóa, chất lượng bề mặt, bản chất của vật liệu, các chế độ làm việc

i) Ma sat ví mô: là ma sát được kể đến bản chất vật liệu, tính chuyển động của các phân

tử, tính liên kết hóa học và nhiệt động học dẫn đến sự mất mát năng lượng cơ học

1.2 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA MA SÁT

1.2.1 Lue ma sát

Cho đến thế kỉ XX, lực ma sát được tính gần đúng theo công thức:

Trong d6: Fy - luc phap tuyến với bề mặt tiếp xúc có chuyển động tương đối

Ở trạng thái tĩnh (trước khi có chuyển động tương đối), lực ma sát bằng lực tác dụng theo phương tiếp tuyến:

Hinh (1.1) biéu thị chuyển động tương đối của vật rấn

Hình 1.1: Mô hình chuyển động tịnh tiến của vật rắn

Mômen ma sát được viết như sau:

_Trong đó: R - cánh tay đòn tương ứng với lực ma sát F„;

1.2.3 Công ma sát (năng luong ma sat) (W,,,)

Năng lượng ma sát được viết như sau:

- Đối với ma sát trượt:

Trong đó: S,,, - quãng đường ma sắt

- Đối với ma sát lăn:

Woe, = Em, = J Maw doy (1.5)

OL Trong dé: @, - géc lăn

Tương tự đối với ma sát xoay có:

1.3 PHÂN LOẠI MA SÁT

Ma sát được phân loại đưới các dạng khác nhau, chủ yếu được chia ra theo đối tượng tiếp xúc (ma sát nội, ngoại, vi mô, vĩ mô), theo quá trình (chuyển động, dừng, khởi động, va đập ), theo dạng chuyển động (trượt, lăn, xoay ) và theo trạng thái chất bôi tron (rắn, lỏng, khí, Piasma )

Dưới đây ta xét một số loại ma sát cơ bản sau:

1 Ma sát trượt: là ma sát xây ra giữa hai bé mặt tiếp xúc, khi chuyển động trượt tương

đối (hình I.2a) mà vận tốc tại điểm tiếp xúc khác nhau về giá trị và cùng phương Hình

1.3 trình bầy một số dạng chuyển động trượt tương đối, có trong thực tế

ABT AS Hinh 1.2

1 F

a)

2 Ma sát lăn: là ma sát xây ra giữa hai bể mặt có chuyển động lăn tương đối, mà vận tốc tại điểm tiếp xúc cùng giá trị, cùng phương (hình 1.2b); Hình 1.4 biểu thị một số đạng ma sát lăn trong thực tế

3 Ma sát xoay: là ma sát xây ra giữa hai bể mặt tiếp xúc do chuyển động xoay tương

đối giữa hai vật thể (hình 1.2c) Hình I.5 biểu thị dạng ma sát xoay có trong thực tế

Hình 1.7: Dạng mà sát hôn hợp điển hình trong thực tẾ

1 Trục lăn; 2 Trục xoay; 3 Trục lăn mô men vòng ngoài; 4 Truc Jan vòng trong

1.4 TONG QUAN VE PHAN LOAI MA SAT

Plasma | Trang thai

1.5 DO THI NGUYEN TAC CUA HE $6 MA SAT

1 Thép mài - chất dẻo; 2 Thép đánh bóng - chất déo; 3 Chất dẻo - gang mài

Trong đó: Am; và A„„¡ msl - điện tích ma sát của vật thể 2 trên vật thể 1

Nếu chiều rộng ma sát của hai chỉ tiết như nhau, hệ số phủ kín là:

Đối với cặp ma sát trục bạc, ta có:

‘ms!

Trong đó: a„„; - chủ vì của trục;

âms¡ - đoạn tiếp xúc của bạc

Chương 2

THÔNG SỐ HÌNH HỌC BỀ MẶT TIẾP XÚC

Lí thuyết về thông số hình học của bề mặt tiếp xúc dựa trên lí thuyết đàn hồi, đẻo và kết quả nghiên cứu thực nghiệm về chất lượng bề mặt của các chỉ tiết khi gia công bằng

các phương pháp công nghệ khác nhau

Lí thuyết tiếp xúc nhận được từ nghiên cứu cấu trúc hình học thực của vật rắn và tính

chất cơ lí lí tưởng, nhưng thực tế, chỉ tồn tại tính không đồng nhất và không lí tưởng của

bề mặt chỉ tiết máy Để minh hoạ cho lí do này, các đặc điểm tiếp xúc được xác định

nhờ sử dụng các lí thuyết thống kê, từ mô tả biên đạng chiều cao trung bình của các đỉnh nhấp nhô và các quy luật phân phối các đỉnh nhấp nhô trên bề mặt Các trường hợp tiếp xúc được biểu thị bằng công thức tính có độ chính xác đủ cần thiết theo yêu cầu thực tế của kĩ thuật đặt ra

2.1 TIẾP XÚC CỦA BỀ MẶT

Sự phụ thuộc của ứng suất trong vùng diện tích tiếp xúc, vào hai dạng tiếp xúc chính cha vat ran đó là tiếp xúc đàn hồi hoặc dẻo

Lí thuyết biến dạng tại vùng tiếp xúc đàn hỏi được xác định đựa vào các giả thiết sau:

1) Chễ tiếp xúc ban đầu chỉ là một điểm sau đó phát triển thành một đường

2) Vùng tiếp xúc phẳng và đồng nhất

3) Trong vùng diện tích tiếp xúc chỉ xảy ra biến dạng đàn hồi

4) Chỉ có lực pháp tuyến trên bể mặt tiếp xúc chung

5) Diện tích tiếp xúc nhỏ so với diện tích bề mặt của vật tiếp xúc

6) Bỏ qua lực ma sát xảy ra trong vùng diện tích tiếp xúc ở thời điểm tải trọng tác dụng Diện tích tiếp xúc thông thường là một hình elíp, nhưng trong một số trường hợp đặc biệt nó có thể là một hình tròn hoặc một dải được giới hạn bởi các đường song song

Trường hợp elip phù hợp với tiếp xúc của hai vật thể hình cầu hoặc hai hình trụ giống nhau, với các trục của chúng vuông góc với nhau

Với vùng tiếp xúc được tạo thành bởi hai vật thể hình trụ có các trục song song nhau

là một dải dài

Bảng 2.1 Mô tả phân bố áp suất trên diện tích tiếp xúc có hình dạng khác nhau

Bảng 2.1 Phân bố áp suất khi tiếp xúc đàn hồi của hai vật thể có biên đạng cong

p Diện tích tiếp xúc là một hình tròn

Ở dây: p(x, y) = áp suất tại một điểm có toa độ x và Y; Pmạ„ = áp suất lớn nhất; p = bán kính

của hình tròn diện tích tiếp xúc

Bảng 2.2 Công thức tính diện tích tiếp xúc, áp suất lớn nhất,

đối với tiếp xúc đàn hồi của các vật thể có bề mặt cong

r h=0825

16

song song (cả hai bề mặt

đêu lồi: Diện tích tiếp

dang cong tiếp xúc tại

một điểm trước khi

Bảng 2.2 trình bày công thức tính diện tích tiếp xúc, giá trị áp suất lớn nhất cho các

trường hợp khác nhau của tiếp xúc đàn hồi giữa các bề mặt

Với tiếp xúc dẻo, áp suất tiếp xúc trung bình được tính bằng công thức: pụ, = ©.Øy Trong đó: c - hệ số kể đến tính không đều của bề mặt và sức bên lớn nhất của vật liệu

chỉ tiết, Oy = giới hạn bền dẻo

Trường hợp hình cầu với tiếp xúc dẻo, c z 3

Độ cứng của vật liệu có thể được tính bằng công thức Mayer:

N=gd", Trong đó: d - đường kính vết:

g và n - các hệ số kể đến tính chất vật liệu

2.2 CHAT LUGNG BE MAT CHI TIET MAY

2.2.1 Tính chất cơ lí của các lớp bề mặt

Tinh chất cơ lí của các lớp bẻ mặt chỉ tiết máy phần lớn khác với tính chất của vật

liệu tạo ra nó Lớp nguyên tử ngoài cùng có tương tác lớn; kết quả là lớp bề mặt thường

được phủ bằng các lớp không khí, nước và các chất hữu cơ khác Lớp bám trên bề mặt là lớp vật liệu hoạt động làm giảm dần sự tương tác giữa các nguyên tử trên bể mặt

2.2.2 Đặc điểm hình học của lớp bề mặt

Tính không đêu của bể mặt chỉ tiết máy được phân thành sơi số hình dạng, sóng và

nhấp nhô Sai số hình dạng là độ không đêu của bê mặt, xuất phát từ hình đạng thực của

nó (lồi, lõm, méo lệch, ) Sóng có dạng gồm các khe và đỉnh tuần hoàn có chu kì, cách nhau một khoảng cách (bước sóng S,) và chiêu cao H, thường có S/H, > 40 (hình 2.1)

Hình 2.1: Biểu đỗ cấu trúc hình học bề mặt của vật rắn

1 Độ sóng; 2 Nhấp nhô bề mạt; 3 Sai số hình đạng

Nhấp nhô bê mặt là có vô số đỉnh trong một khoảng khá ngắn (2 đến 800um) và cao

(từ 0,03 đến 400um) Sai lệch hình dạng, sóng và nhấp nhô được chỉ ra dưới dạng biểu

19

đồ hình 2.1 Tham số nhấp nhô bề mặt được cho trong bảng 2.3 Chúng được xác định

bằng việc phân tích các đồ thị biên dang bề mặt trên một mô hình khuếch đại (hình 2.2) Chiều dài lấy làm mẫu 1 (hình 2.3) mô tả nhấp nhô bề mặt theo mặt cắt ngang và xác

định các giá trị bằng các giá trị giới hạn

Đường "uy là đường trung bình

A, va A, - đường đi qua đỉnh cao nhất của biên dạng

B,B, - đường đi qua rãnh sâu nhất của biên dạng

Chiêu đài mẫu được chọn phù hợp với tiêu chuẩn GOST 2789-73, phụ thuộc vào dạng nhấp nhô của bề mật

a)

200,

Hinh 2.2: Biéu dé bién dang bê mặt kim loại

a) Vết theo chiều ngang; b) Vết theo chiêu dọc

Chú ý rằng, với một chiều dài lấy làm mẫu lớn thì tham số nhấp nhô bể mặt có thể

Trong tính toán tiếp xúc, người ta sử dụng hệ số đặc trưng cùng với các đặc trưng tiêu

chuẩn Các đặc trưng được trình bày trong bảng 2.4

Bảng 2.3 Các dạng nhấp nhô bề mặt và giá trị chiều dài lấy làm mẫu

(theo tiêu chuẩn GOST 2789-73)

Theo đường đặc tính bể mặt của đặc trưng Biên dạng phân bố trên chiều cao lớp

nhấp nhô bề mặt vật liệu (hình 2.4) Để vẽ biểu đồ đường cong biên dạng, người ta chia

nó thành nhiều mức theo phương ngang song song với đường trung bình, giới hạn chiều rộng các phần chia này là A/, của các đỉnh ở mức p được cộng với nhau

21

Hình 2.4: Đường đặc tinh lop bé mat

Phần đầu của đường đặc tính bề mặt có thể được mô tả dưới dang:

Bang 2.4 Tham số nhấp nhô bề mat sis dung cho tính ma sát, mòn và bôi trơn

Chiểu cao của đỉnh cao nhất của biên dạng Rụ, | Khoảng cách giữa đường thẳng qua đỉnh

cao nhất và đường thẳng trung bình Bán kính cong trung bình r của các đỉnh biên | Giá trị độ cong trung bình của các đỉnh biên đạng dạng, thu được từ 5 đỉnh cao nhất trong

khoảng chiều dài làm mẫu

đạng q đều của biên dạng với đường trung bình

trong đoạn chiều đài làm mẫu

Tham số v và b của đường đặc tính bề mặt Tham số của hàm mũ, phần một của đồ thị

biên dạng

Độ sóng

Chiêu cao lớn nhất của các sóng H, Khoảng cách giữa đường thẳng qua đỉnh

của các sóng và đường thẳng qua các rãnh

của sóng trong chiều đài mẫu ¡„ của đồ thị đạng sóng

Bước sóng trung bình S, Khoảng cách trung bình giữa các đỉnh sóng

trong chiều dài mẫu /,; /, > 5S,

Bán kính cong trung bình r, của các đỉnh sóng | Giá trị trung bình của các bán kính cong

trong chiều dài lấy làm mẫu

2

tt Z1

Hình 2.5: Các loại độ lệch hình dạng hé mặt

Những độ lệch này làm thay đổi luật phân bố của chiều cao đỉnh sóng và tính liên tục

trong việc hình thành sóng trong tiếp xúc khi tải trọng tăng

Một số loại độ lệch hình dạng được mình hoạ trên hình 2.5

2.2.3 Phương pháp xác định các đặc trưng hình học bề mặt

Trong thứ tự tìm các tham số hình học bề mặt, một vài đoạn đặc trưng nhất của bề mặt (không nhỏ hơn 5) được chọn để tính và đồ thị biên dang được ghi lại Chiều dài

đoạn biên dang được chọn để nghiên cứu không nhỏ hơn chiều dài lấy làm mẫu

Giá trị số học độ lệch trung bình của biên dạng R„, được đọc trực tiếp từ thang đo của máy đo biên dạng hoặc dụng cụ riêng

Việc xác định R„„„ và R,, với ít nhất là 5 phần của đồ thị biên dạng được lựa chọn từ đường trung bình được vẽ cho mỗi phần đó Vị trí của đường trung bình tìm được dễ nhất bằng phương pháp trung bình cộng như sau Một đường thẳng nằm ngang song

song với phần biên đạng được vẽ và đi qua rãnh sâu nhất của biên dạng, và các tung độ Y¡, Y2„ y„ của biên dạng được đo từ mỗi khoảng cách 2mm trên trục hoành Các giá trị

thu được chia thành 2 nhóm bằng nhau (yụ tới y„„; và từ y„„„ tới yạ) ở phần bên trái và bên

phải của đồ thị biên dạng Đường trung bình được vẽ qua 2 điểm với toa độ (x), y) và

Rs,

1 5

R imax = BUR mae > R=

Tinh toán các tham số của đường đặc tính bể mat, chiéu dai tham khảo tương đối tụ,

của biên dạng đọc theo đường trung bình đầu tiên được xác định cho 5 phần đồ thị biên

dang véi chiều dài bằng chiều dài mẫu, và do đó giá trị trung bình của 5 giá được tính:

b

Trong đó: tạ, =; SAG

1 Al,,, - chiều rộng của phần đỉnh trên đường trung bình;

¡- chiêu đài mẫu

Các tham số v và b của đường đặc tính bề mặt được tính toán bằng các công thức [5]:

Cho 5 mẫu đồ thị biên dạng được lấy ra từ các mẫu khác nhau của bề mặt cần kiểm tra

với các giá trị thu được:

Bán kính cong tại các đỉnh được xác định từ đồ thị biên dạng và được vẽ lại theo

phương ngang và đọc Tính với # nhất 5 đỉnh và chiều rộng d, cách đỉnh một khoảng cách h;, bằng 0,3R, hoặc 0,06R„„„ (hình 2.6) Các bán kính cong của mỗi đỉnh sẽ được tính:

Bán kính r sử dụng trong tính toán được xác định là giá trị trung bình hình học của các bán kính theo phương ngang và dọc:

rately

Trong đó: mạ; va ry lần lượt là các giá trị trung bình của các bán kính cong theo phương ngang và theo phương đọc của đồ thị biên dạng

(2.6)

Trong đó bán kính của một đỉnh hoàn chỉnh (coi như một phần của hình cầu) đúng

hơn là bán kính cong mà cần được xác định, chiều rộng của phần đỉnh được lấy đọc theo đường trung bình

Các giá trị đặc trưng cho các bán kính cong của các đỉnh trên bề mặt trong quá trình

gia công bằng các phương pháp khác nhau được đưa vào trong bảng 2.5

Bảng 2.5 Bán kính cong của đỉnh biên dạng bề mặt khi gia công

bé mat Bán kính ngang r„„ | Bán kính dọc rạ

Mài 6-7 4-10 100-300 Tiện 8-9 10 - 40 100 - 300

5-6 20-40 400 - 500 7-8 40 - 120 - Phay 4-5 30 - 60 400 - 500

6-7 60 - 80 - Mài nhắn (đánh bóng) 8-9 300 - 700 300 - 700

10 500 - 1000 500 - 1000 Mai nghién 10-12 20-70 -

Gần đây người ta đã đưa ra một đặc trưng tổng hợp là A = R„„ưrb'* để đánh giá độ

nhám bề mặt, cho phép xác định tính chọn của các đỉnh và phân bố chiều cao của chúng Các tham số nhấp nhô bề mặt cho các phương pháp gia công chính trên bề mặt được đưa

ra trong bảng 2.6 đến bảng 2.9 (các bảng này được biên soạn bởi V.S Kombalov, sử

dụng các số liệu thu được của E V Ryzhov)

Thí dụ 2.2

Tính toán bán kính cong của các đỉnh của một đề thị biên dạng đã được ghi lại với hệ

số phóng đại theo chiều ngang yạ = 400 và độ phóng đại theo phương đứng là y, = 1000

Chiều cao lớn nhất của biên dạng R, max = 42 mm Chiểu rộng của biên dạng cho 7 đỉnh cao nhất được lấy với khoảng cách 0,06R,

8; 5,5; 12; 7,5 và 6,3 mm,

mạx = 2,5 mm từ các chỏm của chúng: dự = 6 ;

26

Tyg = ——— = =

8ynghk 8.400°.2,5

Do đó, với đồ thị biên đạng theo phương đứng của bể mặt, đã ghi được 1a y, = 4000 và

Yq = 1000, din; = 50, 58, 70, 93 va 51,5mm (véi khoang cach 0,06R,,,,, = 2.5 mm), ta có:

Bảng 2.6 Giá trị xấp xỉ của các tham số nhấp nhô bề mặt chỉ tiết bằng

thép được gia công bằng các phương pháp khác nhau (I V Kragelsky)

| pháp gia aire be Bay: 5 Ra, b v A

| công lần mặt (jum) (um)! (um)

Bang 2.8 Cac thông số nhấp nhô bề mặt thép đúc được gia công bằng

các phương pháp khác nhau (I.V.Kragelsky)

Bang 2.9 Giá trị các tham số nhấp nhỏ bẻ mặt giữa các

chỉ tiết có chuyển động tương đối

Mặt ngoài li hop ma sat 2

Mặt trong lì hợp mà sắt - Muy tien ÌA62 9 18 60 28 22 | 032 | 19x10 -2

30

Thanh nối trục, trong ôtô Volga M21 - 13 54 12 20 0, -

Trong đó x, và y, là các cạnh của một tam giác được tạo thành (a) một đường vuông

góc (y;) tới đường trung bình, vẽ từ một điểm trên biên dạng cách đỉnh một khoảng cách

0,06R pox (0,3R,), (b) một phần đường thẳng (xj) song song với đường trung bình qua

một điểm trên biên dạng cách đáy một khoảng 0,06R„„„„ (0,3R,) và tới điểm giao nhau với đường vuông góc, và (c) - đường thẳng nối các điểm kể trên của biên dạng

(hình 2.6)

31

Trong các tính toán, người ta sử dụng độ đốc trung bình của các phần biên dạng:

1 n

1

“Trong đó: n - số góc đo được

Các tham số độ sóng được tìm từ đồ thị biên dạng dạng sóng

Phương pháp thu được chiều cao lớn nhất H, của các sóng và bước sóng trung bình 5,,

về cơ bản là tìm các tham số nhấp nhô bề mặt R„„„ và S„„, và do đó không cần thiết phải giải chỉ tiết Cần chú ý rằng, chiều dài đồ thị dạng sóng phải bằng ít nhất là 5 lần Sự

Bán kính đỉnh sóng theo phương ngang r,,

Trong đó: d, - chiều rộng của sóng trên đường trung bình;

h„„ - khoảng cách từ đỉnh của sóng tới đường trung bình

'Trong các tính toán, sử dụng giá trị trung bình:

Bảng 2.10 Các giá trị tham số độ sóng theo phương ngang

Sự tạo hình , 4 - 7 2-6 400 - 1700 10 - 30 200 - 350

32

Gang Mai trong, 6 - 8 1-3 450 - 1400 5 - 400 120 - 450 Mài mặt trụ, 6 - 9 0,5 - 7,5 550 - 1000 10 - 100 80 - 1850 Cao ra, 8 45-7 4000 450 600 - 900 Mai phẳng, 6 - 9 08-4 500 - 900 20 - 80 200 - 800 Khoan, 5 - 9 0,5 - 10 400 - 1000 5-50 40 - 850 Phay mat, 7 2,5 800 85 300 Tién, 7 1 1000 50 1000

2.3 SỰ TIẾP XÚC CỦA BỀ MẶT CÓ ĐỘ NHÁM LỚN

2.3.1 Sự tương tác giữa các đỉnh cao nhất của bề mặt

Khi hai bể mặt có độ nhám lớn tác động với nhau bằng một lực pháp tuyến trong

vùng tiếp xúc, các đỉnh đối diện nhau của các bể mặt tiếp xúc đầu tiên thì sẽ có tổng

chiều cao là lớn nhất Khi tải trọng tăng lên, những cặp mới của các đỉnh đối diện có

tổng chiều cao nhỏ hơn sẽ tiếp xúc nhau Trong sự tiếp xúc, các đỉnh của bể mặt sẽ biến đạng Sự biến dạng đầu tiên là đàn hồi Khi tải trọng vượt quá một giá trị giới hạn, sự

biến dạng sẽ là biến dạng dẻo, hoặc là biến dạng đàn dẻo ‘

2.3.2 Diện tích tiếp xúc thực và diện tích tiếp xúc đường bao

Trong tương tác của các chỉ tiết máy, có một phân đáng kể của các bể mặt nằm ngoài

vùng tiếp xúc do độ sóng và sai số hình đạng gây nên

Các kết quả nhóm các vết tiếp xúc trong các vùng khác nhau là ở các đỉnh của dạng

sóng (hình 2.7); tổng của tất cả các dang diện tích này là điện tích tiếp xúc đường bao, A,» Dién tích này có thể được định nghĩa như là điện tích trên toàn bộ các sóng trong vùng tiếp xúc Sự tiếp xúc này hiển nhiên là không liên tục, bởi đo các nhấp nhô bề mặt Diện tích riếp xúc thực, A, được định nghĩa là điện tích trong phạm ví các độ không

phẳng của các nhấp nhô bê mặt trong vàng tiếp xúc Diện tích tiếp xúc thực gần với giá trị điện tích mà các nguyên tử và phân tử của một chất nào đó tương tác với nhau, tuy

nhiên hai điện tích này không đồng nhất trong một số trường hợp Diện tích tiếp xúc thực thường nhỏ, nó có giá trị không vượt quá 0,01% đến 0,1% điện tích danh nghĩa Thực tế các vết tiếp xúc phát triển hết cả vùng biến dạng, trong từng phần riêng biệt từ 3 tới 50 tm

Tải trọng pháp tuyến trên một đơn vị diện tích tiếp xúc thực là áp suất thực p, Diện

tích tiếp xúc đường bao thông thường chỉ từ 5 đến 15% A¿„ Nếu diện tích A¿„ không quá rộng và độ sóng có thể bỏ qua, thì diện tích tiếp xúc đường bao có thể cho là bằng

34

diện tích A¿„ Áp suất pháp tuyến trên một đơn vị diện tích tiếp xúc đường bao là áp suất đường bao pạp:

Một ảnh chụp diện tích tiếp xúc của 2 mẫu thép, các diện tích tiếp xúc thực và đường bao có thể nhận ra rõ ràng, được chỉ ra trên hình 2.8

các bán kính theo phương ngang và theo phương dọc, nó phù hợp cho các đỉnh của hình

elipxoit kéo dài Công thức thu được với giả định rằng tiếp xúc đàn hồi cho vùng biến dạng của các đỉnh riêng biệt tuân theo tiếp xúc Hertz, trong khi đó, đối với tiếp xúc đàn hồi thì ứng suất tiếp xúc trung bình bằng độ cứng tế vi H (đối với một số vật liệu, độ

cứng tế vi có thể được coi xấp xỉ bằng độ cứng Brinell và Vickers, cụ thể,

H ~ HB x HV) Từ các giả định này và thừa nhận rằng vật liệu trong lớp nhấp nhô được phân bố phù hợp với công thức (2.1), chúng ta có giá trị áp suất trung bình tiếp xúc thực

p, theo công thức sau:

œ và B - các hệ số đặc trưng cho tính biến dạng của vật liệu; giá trị của các

hệ số này được cho trong bảng 2 L2

35

Bảng 2.12 Các giá trị ø , B và œ đối với các dạng tiếp xúc khác nhau

Bảng 2.12 và 2.13, gid tri cha œ không chỉ đối với các loại tiếp xúc đần hồi và dẻo,

mà cả đối với tiếp xúc đàn dẻo, sự cho phép này để đánh giá độ lệch của các đỉnh trong khi biến dạng dẻo cho các bề mật khác nhau

Bảng 2.13 Hệ số œ cho tiếp xúc đàn déo

Bảng 2.14 Các giá trị hệ số Kạ, đối với một số gid trio và v

Bảng 2.15 Các công thức xấp xỉ cho tính toán áp suất thực

é khác nhau, giá trị độ Déo 1 3 4 yap, gia |

Pea» > ~ HB - -— H cứng tế vi nhỏ hơn

3 Pe = Pap —O4 | được đưaratính toán

Tải trọng lặp lại đối | Hai bề mặt nhám nye Các công thức chi với các bể mặt biến Pr -o( 2] đúng nếu các bể mặt dạng dẻo ° không bị dịch chuyển

Khi biến dạng dẻo xây ra ở lần tác dụng tải thứ nhất, thứ hai và các lần tiếp theo mà

không có sự thay đổi vị trí lẫn nhau của các bề mặt, sẽ dẫn đến biến dạng đàn hồi cho tới

khi ti trọng tác dụng N vượt giá trị ban đầu N, Trong trường hợp này:

Sử dụng công thức (2.11) và (2.13) và thay thế các giá trị xấp xỉ của các tham số hình học bề mặt và vật liệu, độ lớn của áp suất thực có thể được tính cho các trường hợp khác nhau Để đơn giản trong tính toán, các công thức xấp xỉ tính cho áp suất thực (trong

bảng 2.15) có thể nhận được từ việc thay thế các giá trị đặc trưng của các tham số vào

công thức (2.Í L)

Hình 2.10: Ap suất thực và đường bao như mét ham cia áp suất danh nghĩa

Diện tích tiếp xúc thực có thể được tính bằng công thức:

N Pap

A, =—=Ag,— (2.14)

Quan hệ giữa diện tích tiếp xúc thực và áp suất đường bao cho các kim loại khác

nhau, với Rz = 40m được chỉ ra trên hình 2.9 và 2.10 biểu điễn bằng đồ thị các áp suất thực và áp suất đường bao nhu mot hàm của tải trọng pháp tuyến

Công thức gần đúng, chọn trong bảng 2.15, ta có:

r =.jf„„r = v160.800 = 358m

R, = Ray + Raz = 0,08 + 0,08 = 0,16um

wlopt tens _ 2.6 y?)

2.3.4 Tính diện tích tiếp xúc và áp suất đường bao

Với các điện tích bể mặt nhỏ mà dạng sóng không nhận biết được, diện tích tiếp xúc,

được coi gan bang dién tich danh nghia, ttc Ag, = Ago

Diện tích đường bao được

tính với mẫu dạng sóng là Age mn?

chỏm cầu hoặc elipxoit Nếu

hợp này được tính theo công 2s

Biểu đồ đường cong cho ta thấy sự khác nhau của các diện tích tiếp xúc đường bao

giữa các bể mặt cầu thép nhấn và gồ ghẻ được chỉ ra trên hình 2.11 Sự khác nhau đặc biệt lớn khi tải trọng tác dụng nhỏ và bể mặt gia công lần cuối thô Đối với các bề mặt

có sóng lớn, sự tác động của các nhấp nhô trên diện tích đường bao thường lớn hơn, vì

khi tác dụng tải trên bể mặt, luôn có một số sóng tiếp xúc liên tục

Bảng 2.16 Công thức tính áp suất và diện tích tiếp xúc đường bao

(ER; ) ny

Re

Diện tích tiếp xtic danh | Aus =2,2A5," [) (E.aN)°

hon $ =0,45 H | ows M

Pap RE? Pan

B Rex 2 0.1 H,

Số sóng

tham gia | Vùng biến dạng hoặc 4

tiếp xúc, | điều kiện của bề mặt Các công thức

Ds

0,7 0.89 0,33) %79

Nếu tính toán bằng các công thức trong bảng 2.16 mà được A„ > A„„, điều đó có

nghĩa là các công thức tính khi tác dụng lực lên các bể mặt không còn đúng nữa, và ở

đây A¿p chỉ có thể lấy bằng A„„