Giáo trình Nguyên Lí Máy - Chương 4: Ma sát trong khớp động - Trương Quang Trường

Nội dung text: Giáo trình Nguyên Lí Máy - Chương 4: Ma sát trong khớp động - Trương Quang Trường

1. NGUYÊN LÝ MÁY 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. Nguyên Lý Máy Chương 4 MA SÁT TRONG KHỚP ĐỘNG Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 2 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
3. NỘI DUNG I. ĐIăCNG II. MAăSÁTăTRÊNăKHPăTỊNHăTIẾN III. MAăSÁTăTRÊNăKHPăQUAY IV. MAăSÁTăLĔN V. TRUYNăĐNGăMAăSÁT 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 ph 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 hi 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 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường+ Ma sát tĩnh + Ma sátTrường động 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 tĩnh Ma sát động f: hệ số ma sát 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 trợt khô) 1. Ma sát trên mặt phẳng ngang ur ur ur - 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: lựcăphátăđngă>ălựcăcản P sin f P cos Tan f = tan Kháiăniệmănónămaăsát Ngược lại: Vật A không thể chuyển động HiệnătợngătựăhưmKhoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
13. II. MA SÁT TRÊN KHỚP TỊNH TIẾN (ma sát trợt khô) 2. Ma sát trên mặt phẳng nghiêng - Trường hợp A đi lên trên mặt phẳng nghiêng ur ur uurur + Lực tác dụng QPNF,,, ur ur uur ur + Phương trình cân bằng lực PQNF 1 2 3 0 {ur ur 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 Điuăkiệnătựăhưm + /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 trợt khô) 2. Ma sát trên mặt phẳng nghiêng - Trường hợp A đi xuống trên mặt phẳng nghiêng ur ur uurur + Lực tác dụng QPNF,,, ur ur uur ur + Phương trình cân bằng lực PQNF 1 2 3 0 {ur ur 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 Điuăkiệnătựăhưm Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
15. II. MA SÁT TRÊN KHỚP TỊNH TIẾN (ma sát trợt khô) 3. Ma sát trên rãnh chữ V ur ur uurur + Lực tác dụng QPNF,,, + Chiếu các lực lên phương thẳng đứng N’ = 2N cos = Q Q 2N cos + Lực ma sát trên thành rãnh F = f N Điều kiện chuyển động P 2F Ma sát trên rãnh chữ V ln Q P 2' fN f f Q hn Khoama Cơ Khí sát – Công trong Nghệ mặt Ths. Trương Quang Trường cos phẳngTrường ngang ĐH Nông Lâm TPHCM
16. II. MA SÁT TRÊN KHỚP TỊNH TIẾN (ma sát trợt 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 trợt 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 trợt 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  +:ăvặnăchặt,ăPăphátăđng,ăQăcảnKhoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 18 - -:ătháoălỏng,ăPăcảnTrường ĐH ,ăQăphátăđng Nông Lâm TPHCM
19. II. MA SÁT TRÊN KHỚP TỊNH TIẾN (ma sát trợt 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 trợt 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 trợt 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 Dùngărenătamăgiácătrongăcácămốiăghépătĩnh  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 trợt khô) - Khớp quay dùng nhiều trong máy móc gọi là trục - Có hai lọai trục + đỡ: chịu lực hướng kính (vuông góc với trục quay) + chặn: chịu lực hướng trục (song song với đường tâm trục) - chịu cả hai lực hướng kính và hướng trục gọi là 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 trợt 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 trợt khô) 1. Ma sát trên ổ đỡ Xét trường hợp đỡ hở (đã mòn): giữa ngỗng trục và máng lót có độ hở ur ur MMRQRM , ms 1 NR 1 F f. N 1 f ur ur 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 trợt 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 f và kết cấu của r Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
26. III. MA SÁT TRÊN KHỚP QUAY (ma sát trợt 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 trợt khô) -Giả thuyết mặt phẳng tiếp xúc tuyệt đối phẳng 2. Ma sát trên ổ chặn áp xúc phân Q suất tiếp bố đều 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 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 trợt khô) - có máng lót mòn, 2. Ma sát trên ổ chặn Giả thuyết chỉ 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 Nghệ rr21 Ths. Trương Quang Trường - M f. Q Môment ma sát trên chặn (đã mòn)Trường ĐH Nông Lâm TPHCM2
29. IV. MA SÁT LĂN (ma sát trên khp cao) 1. Hiện tợng Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
30. IV. MA SÁT LĂN (ma sát trên khp cao) 2. Nguyên nhân Hiện tượng ma sát lăn được giải thích bằng tính đàn hi trễ của vật liệu: Với cùng p sinh ra trong quá trình một biến dạng, ứng suất 2 tăng biến dạng lớn hơn 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 khp cao) 3. Điu kiện lĕn không trợt - 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 - Điu kiện lĕn không trợt: 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. C cấu đai truyn - Truyền động đai được dùng nhiều trong kĩ thuật - Bộ truyền đai gm: puly dẫn 1, dây đai 2 và puly bị dẫn 3 - Khi chưa truyền động, 2 nhánh dây đai có sức căng ban đầu S0 - Khi truyền động, sức căng trên nhánh căng tăng lên S2 - Khi truyền động, sức căng trên nhánh chùng giảm xuống S1 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
33. V. TRUYỀN ĐỘNG MA SÁT 1. C cấu đai truyn Tính môment ma sát trên b truyn dây đai - Giả thuyết độ thay đi ứng suất là như nhau trên hai nhánh dây đai f  SSSS0 1 2 0  2S 2Se Công thức Euler S 0 0 f   1 f  S2 f  S21 S e  e 1 e 1 - Xét đoạn dây đai vô cùng bé, (bỏ qua khối lượng dây đai), chịu lực tác dụng M0 SR dFR S dS R 0 S2 dF dS dF dS F S S 21  S1 - Môment ma sát trên dây đai e f  1 M FR S S R M 2 RS ms 2 1ms 0 e f  1 f - hệ số ma sát giữa đai và pulley  - góc ôm của dây đai Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường R - bán kính puly Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
34. V. TRUYỀN ĐỘNG MA SÁT Các biện pháp kỹ thuật để tĕng khả nĕng tải của b truyn dây đai - Tăng S0 Lực tác dụng lên trục tăng, tui thọ đai giảm: chú ý tiết diện đai, trục - Tăng R Bộ truyền cng kềnh M e f  ms 40RS - Tăng f 0 2 f e f  1 + Chọn vật liệu đai và puly phù hợp f  + Rắc chất tăng ma sát lên đai và puly M ms e 40RS0 2 - Tăng   e f  1 + 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 tui thọ của dây đai Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
35. V. TRUYỀN ĐỘNG MA SÁT 2. C cấu bánh ma sát M – moment cản - Lực vòng bánh 1 t/d lên bánh 2: P M r 2 12 2 2 r bán kính bánh 2 - Lực ma sát giữa 2 bánh: 2 – F f .Q Q – lực ép giữa 2 bánh - Để truyền động không bị trượt: f ma sát PF12 – hệ số 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 - 35 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM