Bài giảng Cơ kỹ thuật - Chương 1: Ma sát trong kỹ thuật cơ khí - Trương Quang Trường

Nội dung text: Bài giảng Cơ kỹ thuật - Chương 1: Ma sát trong kỹ thuật cơ khí - Trương Quang Trường

1. CƠ KỸ THUẬT GV: ThS. TRƯƠNG QUANG TRƯỜNG KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
2. Cơ Kỹ Thuật Chương 1 MA SÁT TRONG KỸ THUẬT CƠ KHÍ Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 2 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
3. NỘI DUNG I. ĐẠI CƯƠNG II. MA SÁT TRÊN KHỚP TỊNH TIẾN III. MA SÁT TRÊN KHỚP QUAY IV. MA SÁT LĂN V. TRUYỀN ĐỘNG MA SÁT Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 3 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
4. I. ĐẠI CƯƠNG - 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 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 4 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
5. I. ĐẠI CƯƠNG Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 5 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
6. I. ĐẠI CƯƠNG 1. Phân lọai - Theo tính chất tiếp xúc + Ma sát ướt + Ma sát khô + Ma sát ½ ướt, ½ khô - Theo tính chất chuyển động + Ma sát trượt + Ma sát lăn Theo trạng thái chuyển động + Ma sát tĩnh + Ma sátKhoa động Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
7. I. ĐẠI CƯƠNG 2. Nguyên nhân của hiện tượng ma sát - Nguyên nhân cơ học - Nguyên nhân vật lý. Do tác dụng của trường lực phân tử gây nên Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
8. I. ĐẠI CƯƠNG 3. Lực ma sát và hệ số ma sát R N Q P A Fms B Fms = f.N Ma sát động f: hệ số ma sát Ma sát tĩnh Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
9. I. ĐẠI CƯƠNG 3. Lực ma sát và hệ số ma sát Fms = f.N Ma sát tĩnh Ma sát động Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
10. I. ĐẠI CƯƠNG 4. Định luật Coloumb về ma sát trượt khô - Lực ma sát cực đại và lực ma sát động tỉ lệ với phản lực pháp tuyến Fmax = ft N Fmsđ = fđ N - Hệ số ma sát phụ thuộc + Vật liệu bề mặt tiếp xúc + Trạng thái bề mặt tiếp xúc (phẳng hay không phẳng) + Thời gian tiếp xúc - Hệ số ma sát không phụ thuộc + Áp lực tiếp xúc + Diện tích tiếp xúc + Vận tốc tương đối giữa hai bề mặt tiếp xúc - Đối với đa số vật liệu, ft > fđ Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 10 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
11. I. ĐẠI CƯƠNG Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 11 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
12. II. MA SÁT TRÊN KHỚP TỊNH TIẾN (ma sát trượt khô) 1. Ma sát trên mặt phẳng ngang - Tác dụng lên A một lực PPP( XY, ) - Lực phát động Pđ = Px = P sin - Lực cản Pc = Fms = f N = f P cos - Điều kiện chuyển động: lực phát động > lực cản P sin f P cos Tan f = tan → Khái niệm nón ma sát Ngược lại: → Vật A không thể chuyển động → HiệnKhoa tượng Cơ Khí – Công tự Nghệhãm Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
13. II. MA SÁT TRÊN KHỚP TỊNH TIẾN (ma sát trượt khô) 2. Ma sát trên mặt phẳng nghiêng - Trường hợp A đi lên trên mặt phẳng nghiêng + Lực tác dụng QPNF,,, + Phương trình cân bằng lực PQNF+ + + = 0 S R + Tại vị trí cân bằng lực PQ=+tan( ) → Để A chuyển động PQ +tan( ) + Điều kiện tự hãm + = /2 P→ không thể thực hiện được lực P lớn như vậy + > /2 tan( + ) < 0 → P nằm theo chiều ngược lại → Điều kiện tự hãm + /2 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
14. II. MA SÁT TRÊN KHỚP TỊNH TIẾN (ma sát trượt khô) 2. Ma sát trên mặt phẳng nghiêng - Trường hợp A đi xuống trên mặt phẳng nghiêng + Lực tác dụng QPNF,,, + Phương trình cân bằng lực PQNF+ + + = 0 S R + Tại vị trí cân bằng lực PQ=−tan( ) P → Để A chuyển động Q tan( − ) + Điều kiện tự hãm - = /2 Q → không thể thực hiện được lực Q lớn như vậy - > /2 tan( - ) < 0 → Q nằm theo chiều ngược lại → Điều kiện tự hãm Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
15. II. MA SÁT TRÊN KHỚP TỊNH TIẾN (ma sát trượt khô) 3. Ma sát trên rãnh chữ V Q N A N2    N1 N2   Q B N1 + Lực tác dụng QPNF,,, + Chiếu các lực lên phương thẳng đứng N = Q = (N1 + N2) cos Q ➔ NN12+= cos + Lực ma sát trên thành rãnh Fms = f (N1 + N2) → Điều kiện chuyển động P Fms Ma sát trên rãnh chữ V lớn Q P f = f' Q ➔ hơn Khoama Cơ Khísát – Côngtrong Nghệ mặt Ths. Trương Quang Trường cos phẳngTrườngngang ĐH Nông Lâm TPHCM
16. II. MA SÁT TRÊN KHỚP TỊNH TIẾN (ma sát trượt khô) 4. Ma sát trên khớp ren vít - Cấu tạo ren vít Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
17. II. MA SÁT TRÊN KHỚP TỊNH TIẾN (ma sát trượt khô) 4. Ma sát trên khớp ren vít a) Ma sát trên ren vuông Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
18. II. MA SÁT TRÊN KHỚP TỊNH TIẾN (ma sát trượt khô) 4. Ma sát trên khớp ren vít a) Ma sát trên ren vuông + Để vít chuyển động → tác dụng một moment M, có thể xem M là moment của một lực P d MP==tb Pr 2 tb + Triển khai mặt ren theo mặt trụ ra mặt phẳng, mặt ren trở thành mặt phẳng nghiêng một góc  t  = arctan dtb → Bài toán vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng PQ= tan( ) + Môment do P gây ra phải thắng moment ma sát M Mms =Pr tb = r tb Q tan( ) +: vặn chặt, P phátKhoa động, Cơ Khí – QCông cản Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 18 - -: tháo lỏng, P cảnTrường ĐH, NôngQ phát Lâm TPHCM động
19. II. MA SÁT TRÊN KHỚP TỊNH TIẾN (ma sát trượt khô) 4. Ma sát trên khớp ren vít b) Ma sát trên ren tam giác Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 19 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
20. II. MA SÁT TRÊN KHỚP TỊNH TIẾN (ma sát trượt khô) 4. Ma sát trên khớp ren vít b) Ma sát trên ren tam giác + Ma sát trên khớp ren tam giác được xem gần đúng như ma sát trên rãnh chữ V có thành rãnh nghiêng một góc  và đặt nằm nghiêng một góc  + Tương tự như ma sát trên ren vuông, ta có PQ= tan( ') Mms= r tb Q tan( ') + Góc ma sát thay thế f '= arctan f'=arctan cos Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 20 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
21. II. MA SÁT TRÊN KHỚP TỊNH TIẾN (ma sát trượt khô) 4. Ma sát trên khớp ren vít c) So sánh ren tam giác và ren vuông + Môment cần thiết để vặn chặt vào trên ren vuông ren vuông → Dùng ren tam giác trong các mối ghép tĩnh ⊥ Mms= r tb Qtan( − ) r tb Q tan(  − ') = M ms Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 21 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
22. III. MA SÁT TRÊN KHỚP QUAY (ma sát trượt khô) - 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 với đường tâm trục) - Ổ chịu cả hai lực hướng kính và hướng trục gọi là ổ đỡ chặn Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 22 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
23. III. MA SÁT TRÊN KHỚP QUAY (ma sát trượt khô) 1. Ma sát trên ổ đỡ Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 23 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
24. III. MA SÁT TRÊN KHỚP QUAY (ma sát trượt khô) 1. Ma sát trên ổ đỡ Xét trường hợp ổ đỡ hở (đã mòn): giữa ngỗng trục và máng lót có độ hở MMRQRM=( , ) = = ms 1 NR= 1 F= f. N 1+ f f M R,' Q = f Qr ➔ 2 2 2 ( ) f ' = RFN=+ f 2 FR= Khoa Cơ1 Khí+ –fCông Nghệ Ths. Trương Quang Trường 2 1+ f Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
25. III. MA SÁT TRÊN KHỚP QUAY (ma sát trượt khô) 1. Ma sát trên ổ đỡ f Bán kính vòng ma sát ==r f' r 1+ f 2 phụ thuộc vào vật liệu chế tạo ổ ( f ) và kết cấu của ổ (r) Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
26. III. MA SÁT TRÊN KHỚP QUAY (ma sát trượt khô) 1. Ma sát trên ổ đỡ Vòng ma sát và hiện tượng tự hãm Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
27. III. MA SÁT TRÊN KHỚP QUAY (ma sát trượt khô) -Giả thuyết mặt phẳng tiếp xúc tuyệt đối phẳng 2. Ma sát trên ổ chặn → áp suất tiếp xúc phân bố đều Q a. Ổ chặn còn mới = 22 (rr21− ) - Xét hình vành khăn, diện tích dS= 2 rdr - Lực tác dụng trên dS Q2 Qr dN= pdS =2 rdr = dr 22 22 (rr21− ) rr21− - Lực ma sát trên dS 2Qr dF== fdN f22 dr rr21− - Môment ma sát trên dS 22Qr Qr 2 dM= dFr = f2 2 dr. r = f 2 2 dr r2−− r 1 r 2 r 1 - Môment ma sát trên ổ chặn (còn mới) rr22 2 33 22Qr rr21− M= dM = f drKhoa = Cơ fQ Khí – Công Nghệ 2 2 2 2 Ths. Trương Quang Trường r−− rTrường3 ĐH Nông r Lâm r TPHCM rr112 1 2 1
28. III. MA SÁT TRÊN KHỚP QUAY (ma sát trượt khô) 2. Ma sát trên ổ chặn - Giả thuyết chỉ có máng lót mòn, tại mọi điểm của b. Ổ chặn đã chạy mòn bề mặt tiếp xúc độ mòn u tỉ lệ thuận với áp suất tiếp xúc p và vận tốc dài vr= u= k p r k = const - Phân bố áp suất uA u p == A = k r r k - Áp lực ma sát trên dS A dN= pdS =2 r . dr = 2 A . dr r rr22 Q = dN =2 A r dr = 2 A r − r ( 21) rr 11Q Q =A p = 2 r− r r 2 (rr21− ) ( 21) Khoa Cơ Khí – Công Nghệrr− M= f. Q 21 Ths. Trương Quang Trường - Môment ma sát trên ổ chặn (đã mòn)Trường ĐH Nông Lâm TPHCM2
29. IV. MA SÁT LĂN (ma sát trên khớp cao) 1. Hiện tượng Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
30. IV. MA SÁT LĂN (ma sát trên khớp cao) 2. Nguyên nhân Hiện tượng ma sát lăn được giải thích bằng tính đàn hồi trễ của vật liệu: Với cùng một biến dạng, ứng suất p sinh ra trong quá trình tăng biến dạng lớn hơn  2 ứng suất p1 sinh ra trong quá trình giảm biến dạng. Mmsl = k.Q Trong đó: k – hệ số ma sát lăn (m) Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
31. IV. MA SÁT LĂN (ma sát trên khớp cao) 3. Điều kiện lăn không trượt - Điều kiện lăn: k.Q M M → P.yk.QP → ()1 Q Q q msl y P - Điều kiện không trượt: N P = Fms f .Q (2 ) k - Điều kiện lăn không trượt: C A k.Q P f .Q Fms B y k y f Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 31 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
32. V. TRUYỀN ĐỘNG MA SÁT 1. Cơ cấu đai truyền - Truyền động đai được dùng nhiều trong kĩ thuật - Bộ truyền đai gồm: puly dẫn 1, dây đai 2 và puly bị dẫn 3 - Khi chưa truyền động, 2 nhánh dây đai có sức căng ban đầu F0 - Khi truyền động, sức căng trên nhánh căng tăng lên F1 - Khi truyền động, sức căng trên nhánh chùng giảm xuống F2 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
33. V. TRUYỀN ĐỘNG MA SÁT 1. Cơ cấu đai truyền Các thông số cơ bản: - Góc ôm trên bánh dẫn (bánh nhỏ) - Chiều dài đai: - L chọn theo tiêu chuẩn, xác định a (khoảng cách trục) với và Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 33 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
34. V. TRUYỀN ĐỘNG MA SÁT 1. Cơ cấu đai truyền - Lực trên nhánh căng: F1 - Lực trên nhánh chùng: F2 - Lực căng ban đầu: F0 - Lực vòng trên dây đai: Ft Ft = F1 – F2 Mô men có thể truyền trên đai: hoặc Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 34 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
35. V. TRUYỀN ĐỘNG MA SÁT 1. Cơ cấu đai truyền - Công suất truyền: N = T. (W), khi T (Nm),  (rad/s) N = Ft.V (W), khi Ft (N), V (m/s) Vận tốc đai: Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 35 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
36. V. TRUYỀN ĐỘNG MA SÁT 1. Cơ cấu đai truyền FF1 − v f ' - Phương trình Euler: = e FF2 − v Trong đó: 2 + Lực căng phụ (lực ly tâm): Fv Fv = qm.V qm: Khối lượng 1m dây đai (kg/m); qm = Qm/g V: vận tốc đai (m/s) + Hệ số ma sát thay thế: f’ = f/sin + Góc ôm trên bánh dẫn:  (rad) Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 36 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
37. V. TRUYỀN ĐỘNG MA SÁT 1. Cơ cấu đai truyền - Lực tác dụng lên trục và ổ:  FF 2 sin( ) r 0 2 F2 Fr F2 F1 F1 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 37 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
38. V. TRUYỀN ĐỘNG MA SÁT Các biện pháp kỹ thuật để tăng khả năng tải của bộ truyền dây đai - Tăng F0 → 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 + Chọn vật liệu đai và puly phù hợp + Rắc chất tăng ma sát lên đai và puly - Tăng  + 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 puly + Dùng puly căng đai → giảm tuổi thọ của dây đai Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
39. V. TRUYỀN ĐỘNG MA SÁT 2. Cơ cấu bánh ma sát M2 – moment cản - Lực vòng bánh 1 t/d lên bánh 2: P12= M 2 r 2 - Lực ma sát giữa 2 bánh: r2 – bán kính bánh 2 F= f .Q Q – lực ép giữa 2 bánh - Để truyền động không bị trượt: f – hệ số ma sát PF12 k – hệ số dự trữ độ bám M 2 Lực ép cần thiết: Qk= f .r 2 2 Q 2 M2 N2 N1 r2 02 r2  P12 2 1 1 r1 r1 M1 01  Q Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 39 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM