Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 4: Ma sát

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

CHƯƠNG IV: MA SÁT

TS. Lê Thanh Long

[email protected]

1

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

Nội dung

4.1. Phân loại và nguyên nhân ma sát.

4.2. Ma sát trên khớp thấp.

4.3. Ma sát trên khớp cao – Ma sát lăn.

4.4. Ma sát trên dây mềm/dây đai.

4.5. Một số cơ cấu hoạt động theo nguyên lý ma sát.

2

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

4.1. Phân loại và nguyên nhân ma sát

- Ma sát là một hiện tượng phổ biến trong tự nhiên và kỹ thuật

- Ma sát vừa có lợi vừa có hại

+ Hại: giảm hiệu suất máy, làm nóng máy, làm mòn chi tiết máy,…

+ Lợi: một số cơ cấu hoạt động dựa trên nguyên lý ma sát như

phanh, đai,…

→ Nghiên cứu tác dụng của ma sát để tìm cách giảm mặt tác hại và tận

dụng mặt có ích của ma sát

3

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

4.1. Phân loại và nguyên nhân ma sát

1. Phân loại:

- Theo tính chất tiếp xúc

+ Ma sát ướt

+ Ma sát khô

+ Ma sát nửa ướt, nửa khô

- Theo tính chất chuyển động

+ Ma sát trượt

+ Ma sát lăn

- Theo trạng thái chuyển động

+ Ma sát tĩnh

+ Ma sát động

4

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

4.1. Phân loại và nguyên nhân ma sát

2. Nguyên nhân của hiện tượng ma sát

Nguyên nhân cơ học

5

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

4.2. Ma sát trên khớp thấp

1. Định luật Coulomb cho ma sát trượt

- Lực ma sát cực đại và lực ma sát động tỉ lệ với phản lực pháp tuyến

F_max f_tN

F_d f_dN

F_max

N

f_t

F_max

N

tan_t

 f_t

- Hệ số ma sát phụ thuộc

+ Vật liệu bề mặt tiếp xúc

+ Trạng thái bề mặt tiếp xúc

+ Thời gian tiếp xúc

- Hệ số ma sát không phụ thuộc

+ Áp lực tiếp xúc

F_d

f_d

N

F_d

N

tan_d

 f_d

+ Diện tích tiếp xúc

+ Vận tốc tương đối giữa hai bề mặt tiếp xúc

- Đối với đa số vật liệu, hệ số ma sát tĩnh lớn

hơn hệ số ma sát động f_t> f_đ

6

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

4.2. Ma sát trên khớp thấp

2. Ma sát trên khớp tịnh tiến

  

- Tác dụng lên A một lực

- Lực phát động

- Lực cản

P(P_x, P_y)

P  P  Psin

d

x

P  F_ms fN  fPcos

c

- Điều kiện chuyển động: lực phát động ≥ lực cản

Psin  fPcos

tan  f  tan

   

→ Khái niệm mặt nón ma sát

7

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

4.2. Ma sát trên khớp thấp

2. Ma sát trên khớp tịnh tiến

- Trường hợp A đi lên trên mặt phẳng nghiêng

+ Lực tác dụng

   

Q, P, N, F,

   

+ Phương trình cân bằng lực

P  Q  N  F  0



S

R

+ Tại vị trí cân bằng lực

→ Để A chuyển động

P  Q tan( )

P  Q tan( )

+ Điều kiện tự hãm

P  

Không thể thực hiện được lực P lớn như vậy

    / 2

tan( )  0 → P nằm theo chiều ngược lại

    / 2



2

  

→ Điều kiện tự hãm

8

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

4.2. Ma sát trên khớp thấp

3. Ma sát trên khớp quay: ổ đỡ và ổ chặn

- Khớp quay dùng nhiều trong máy móc, gọi là ổ trục

- Có hai loại ổ trục

+ Ổ đỡ: chịu lực hướng kính (vuông góc với trục quay)

+ Ổ chặn: chịu lực hướng trục (song song đường tâm trục)

- Ổ chịu cả hai lực hướng kính và hướng trục gọi là ổ đỡ chặn

9

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

4.2. Ma sát trên khớp thấp

3. Ma sát trên khớp quay:

Ổ chặn còn mới

- Giả thiết mặt phẳng tiếp xúc tuyệt đối phẳng

Q

→ áp suất tiếp xúc p phân bố đều

p 

 (r ² r²)

2

1

- Xét hình vành khăn, diện tích

dS  2rdr

- Lực tác dụng trên dS

Q

2Qr

dN  pdS 

2rdr 

dr

 (r ² r²)

r ² r²

2

1

2

1

- Lực ma sát trên dS

2Qr

dF  fdN  f

dr

r ² r²

2

1

- Moment ma sát trên dS

2Qr

2Qr²

dM  rdF  rf

dr  f

dr

r ² r²

2

1

2

1

- Moment ma sát trên ổ chặn (còn mới)

2Qr²

2 r ³ r³

^{M }_r^r²^{dM }_r^r²^f

2

1

dr  fQ

r ² r²

3 r ² r²

10

1

2

1

2

1

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

4.2. Ma sát trên khớp thấp

3. Ma sát trên khớp quay:

Ổ chặn đã chạy mòn

- Giả thiết chỉ có máng lót mòn

→ tại mọi điểm của bề mặt tiếp xúc độ mòn u tỉ

lệ thuận với áp suất tiếp xúc p và vận tốc dài

v  r

u  kpr

k  const

- Phân bố áp suất

u

A

A 

p 



k

kr r

- Phản lực trên dS

A

dN  pdS  2rdr  2 Adr

r

r₂

^{ Q }_r^{dN }_r^{2 Adr  2 A(r  r )}

2

1

Q

 A 

p 

2 (r  r )

2 (r  r )r

2

1

2

1

r  r

2

1

M  fQ

11

- Moment ma sát trên ổ chặn (đã mòn)

2

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

4.3. Ma sát trên khớp cao – Ma sát lăn

1. Hiện tượng

2. Nguyên nhân

Hiện tượng ma sát lăn được giải thích bằng tính đàn hồi trễ của vật liệu

12

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

4.4. Ma sát trên dây mềm/dây đai

1. Công thức Euler

- Bộ truyền đai gồm: pulley dẫn 1, dây đai 2 và pulley bị dẫn 3

- Khi chưa chuyển động, 2 nhánh dây đai có sức căng ban đầu S₀

- Khi truyền động, sức căng trên nhánh căng tăng lên S₁, sức căng

trên nhánh chùng giảm xuống S₂

13

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

4.4. Ma sát trên dây mềm/dây đai

1. Công thức Euler

- Giả thiết độ thay đổi ứng suất là như nhau trên hai nhánh dây đai







2S₀e^{f }

e^{f }1

S₀ S₂ S₁ S₀

2S₀

e^{f }1

 S 

S₁

2

S₁ S₂e^{f }

- Xét đoạn dây đai vô cùng bé (bỏ qua khối lượng dây đai), chịu lực

tác dụng F

14

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

4.4. Ma sát trên dây mềm/dây đai

1. Công thức Euler

- Xét đoạn dây đai vô cùng bé (bỏ qua khối lượng dây đai), chịu lực

tác dụng F

M₀ SR  RdF  (S  dS)R  0

S₂

 F  S₂ S₁

dS

^{ dF  dS }^{dF }_S

1



- Moment ma sát trên dây đai

M_ms FR  (S₂ S₁)R

f hệ số ma sát đai/pulley

β góc ôm của dây đai

R bán kính pulley

e^{f }1

e^{f }1

 M_ms 2RS₀

15

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

4.4. Ma sát trên dây mềm/dây đai

2. Các biện pháp kỹ thuật để tăng khả năng tải của bộ truyền dây đai

- Tăng S₀: Lực tác dụng lên trục tăng, tuổi thọ đai giảm: chú ý tiết diện đai, ổ trục.

- Tăng R: Bộ truyền cồng kềnh

- Tăng f:

M_ms

f

e^{f }

 4RS₀

 0

(e^{f }1)²

+ Chọn vật liệu đai và pulley phù hợp

+ Rắc chất tăng ma sát lên đai và pulley

- Tăng β

fe^{f }

(e^{f }1)²

M_ms

 4RS₀

 0

f

+ Chọn chiều quay cho nhánh chùng lên trên

+ Tăng khoảng cách trục → chú ý kích thước bộ truyền và dây đai dao động

+ Chọn tỉ số truyền không quá lớn → giảm góc ôm của dây đai trên pulley

+ Dùng pulley căng đai → giảm tuổi thọ dây đai

16

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

4.5. Một số cơ cấu hoạt động theo nguyên lý

ma sát (tự đọc)

- Một số cách căng đai

17

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 4: Ma sát - Lê Thanh Long