Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 4: Ma sát - Nguyễn Tân Tiến
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
4.01
Friction
4. MA SÁT
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
4.02
Friction
1Đại 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
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
1
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
4.03
Friction
1Đại cương
1. Phân loại
Theo tính chất tiếp xúc
+ Ma sát ướt
+ Ma sát khô
+ Ma sát ½ ướt½ khô
Theo tính chất chuyển động
+ Ma sát trượt
+ Ma sát lăn
Theo trạng thái chuyển động
+ Ma sát tĩnh
+ Ma sát động
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
4.04
Friction
1Đại cương
2. Nguyên nhân của hiện tượng ma sát
Nguyên nhân cơ học
3. Lực ma sát và hệ số ma sát
N
R
Fmax
N
t
A
ft
F
Ft
Fmax
B
tant
ft
N
S
P
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
2
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
4.05
Friction
1Đại cương
N
R
Fd
N
d
A
fd
F
Fd
Fd
N
B
tand
fd
S
P
Fmax
Fd
F
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
4.06
Friction
1Đại cương
4. Định luật Coulomb 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
Fd fd 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, hệ số ma sát tĩnh lớn hơn hệ số ma sát động ft > fd
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
3
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
4.07
Friction
2Ma sát trên khớp tịnh tiến (ma sát trượt khô)
I. Ma sát trên mặt phẳng ngang
N
P
Py
A
Px
Fms
B
P(P , P )
Tác dụng lên A một lực
Lực phát động
Lực cản
x
y
P P Psin
d
x
P Fms f N f Pcos
c
Điều kiện chuyển độnglực phát động > lực cản
Psin f Pcos
tan f tan
Khái niệm mặt nón ma sát
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
4.08
Friction
2Ma sát trên khớp tịnh tiến (ma sát trượt khô)
II. Ma sát trên mặt phẳng nghiêng
Trường hợA đi lên trên mặt phẳng nghiêng
v
+ Lực tác dụng
Q, P, N, F
N
R
B
+ Phương trình cân bằng lực P Q N F 0
P
S
R
A
F
Q
+ Tại vị trí cân bằng lực
P Qtan( )
P Qtan( )
S
ĐA chuyển động
+ Điều kiện tự hãm
o = / 2
P không thể thực hiện được lựP lớn như vậy
tan ) < 0 P nằm theo chiều ngược lại
o + > / 2
2
Điều kiện tự hãm
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
4
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
4.09
Friction
2Ma sát trên khớp tịnh tiến (ma sát trượt khô)
Trường hợA đi xuống trên mặt phẳng nghiêng
R
N
+ Lực tác dụng
Q, P, N, F
+ Phương trình cân bằng lực P Q N F 0
F
B
S
R
P
A
v
+ Tại vị trí cân bằng lực
P Qtan( )
P
Q
S
Q
ĐA chuyển động
tan( )
+ Điều kiện tự hãm
o = 0
o < 0
Q không thể thực hiện được lựQ lớn như vậy
tan ) < 0 Q nằm theo chiều ngược lại
Điều kiện tự hãm
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
4.10
Friction
2. Ma át trên khớp tịnh tiến (ma sát trượt khô)
III. Ma sát trên rãnh chữ V
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
5
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
4.11
Friction
2Ma sát trên khớp tịnh tiến (ma sát trượt khô)
N
N
N
N
2F
P
Q
Q
+ Lực tác dụng
Q, P, N, F
+ Chiếu các lực lên phương thẳng đứng
N 2N cos Q
Q
2N
cos
F f N
P 2F
+ Lực ma sát trên thành rãnh
Điều kiện chuyển động
f
Q f Q
P 2 f N
cos
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
4.12
Friction
2Ma sát trên khớp tịnh tiến (ma sát trượt khô)
IV. Ma sát trên khớp ren vít
Cấu tạo ren vít
ren tam giác
ren vuông
ren hình thang
ren trong
ren ngoài
ren phải
ren trái
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
6
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
4.13
Friction
2Ma sát trên khớp tịnh tiến (ma sát trượt khô)
Ma sát trên ren vuông
Q
Q
Q
P
P
M
MM
dtb
t
arctan
r
tb
dtb
P
+ Triển khai mặt ren theo mặt trụ ra mặt phẳng,mặt ren trở thành mặt phẳng
phẳng nghiêng một góMa sát trên khớp ren vuông được xem gần đúng
như ma sát trên mặt phẳng nghiêng
Bài toán vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng
P Qtan( )
+ : vặn chặtP phát độngQ cản
- : tháo lỏngP cảnQ phát động
Nguyen Tan Tien
M Mms r Qtan( )
cú ý dấu
tb
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Theory of Machine
4.14
Friction
2Ma sát trên khớp tịnh tiến (ma sát trượt khô)
Ma sát trên ren tam giác
Q
Q
Q
P
P
M
dtb
f
t
arctan
arctan
r
tb
cos
dtb
P
+ 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
P Qtan( )
Mms r Qtan( )
tb
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
7
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
4.15
Friction
2Ma sát trên khớp tịnh tiến (ma sát trượt khô)
So sánh ren tam giác và ren vuông
+ Moment cần thiết để vặn chặt vào trên ren
vuông < trên ren tam giác
dùng ren vuông để truyền động
Mms r Qtan( ) r Qtan( ) Mms
tb
tb
+ Moment cần thiết để tháo ra trên ren tam
giác > trên ren vuông
dùng ren tam giác trong các mối ghép tĩnh
Mms r Qtan( ) r Qtan( ) Mms
tb
tb
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
4.16
Friction
3Ma 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 đường tâm trục)
Q
Q
Ổ chịu cả hai lực hướng kính và hướng trục gọi là ổ đỡ chặn
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
8
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
4.17
Friction
3Ma sát trên khớp quay (ma sát trượt khô)
I. Ma sát trên ổ đỡ
Xét trường hợp ổ đỡ hở (đã mòn): giữa ngỗng trục và máng lót có độ hở
máng lót
ngỗng trục
M
A
Q
Q
R
N
F
R
B
A
M M(R,Q) R Q Mms
1
N
R
R
1 f 2
F f N
R2 F2 N2
f
M(R,Q) f Qr
f
1 f 2
f
F
1 f 2
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
4.18
Friction
3Ma sát trên khớp quay (ma sát trượt khô)
máng lót
ngỗng trục
M
A
Q
Q
R
N
F
R
B
A
f
r f r
Bán kính vòng ma sá
1 f 2
phụ thuộc vào vật liệu chế tạo ổ ) và kết cấu của ổ )
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
9
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
4.19
Friction
3Ma sát trên khớp quay (ma sát trượt khô)
Vòng ma sát và hiện tượng tự hãm
M
M
M
b
Q
b
Q
Q
P
P
P
O
O
O
R
R
R
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
4.20
Friction
3Ma sát trên khớp quay (ma sát trượt khô)
II. Ma sát trên chặn
Giả thiết mặt phẳng tiếp xúc tuyệt đối phẳng
1. Ổ chặn còn mới
Q
áp suất tiếp xúc p phân bố đều
p
(r22 r2 )
1
Xét hình vành khăn, diện tích
dS 2 r dr
Q
Lực tác dụng trên dS
Q
2Qr
dN pdS
2 r dr
dr
(r22 r2 )
r22 r2
p
1
1
Lực ma sát trên dS
2Qr
r
dF f dN f
dr
1
r22 r2
r
2
1
Moment ma sát trên dS
2Qr
2Qr2
dM dF r f
dr r f
dr
r22 r2
r22 r2
1
1
r
dr
Moment ma sát trên ổ chặn (còn mới)
r2
r2
2Qr2
2
r23 r3
1
f
dr f Q
M dM
r22 r2
3
r22 r2
1
1
r
r
1
1
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
10
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
4.21
Friction
3Ma sát trên khớp quay (ma sát trượt khô)
2. 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 dàv r
u k p r
k const
Q
Phân bố áp suất
p
u
A
r
u
A
p
k r
k
Phản lực trên dS
A
r
1
dN pdS 2 r dr 2 Adr
r
2
r
r2
r2
Q dN 2 Ar dr 2 A(r r )
2
1
r
r
1
1
r
Q
Q
dr
A
p
2 (r r )
2 (r2 r )r
2
1
1
r2 r
2
1
Moment ma sát trên ổ chặn (đã mòn)
M f Q
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
4.22
Friction
4Ma sát trên khớp cao (ma sát lăn)
I. Hiện tượng
P
Q
Q
Q
M
Mms
Mms
Fms
R
R
R
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
11
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
4.23
Friction
4Ma sát trên khớp cao (ma sát lăn)
II. Nguyên nhân
Hiện tượng ma sát lăn được giải thích bằng tính đàn hồi trễ của vật liệu
Với cùng một biến dạng , ứng suấpsinh ra trong quá trình tăng biến dạng
lớn hơn ứng suấpsinh ra trong quá trình giảm biến dạng
p
p
Q
Q
p12
M
0
a
a
b
b
o
o
R
R
k
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
4.24
Friction
5Ma sát trên dây dẽo (dây đai)
I. Tính moment ma sát trên bộ truyền dây đai
Truyền động đai được dùng nhiều trong kỹ thuật
Bộ truyền đai gồm: pulley dẫn 1, dây đai 2 và pulley bị dẫn 3
1
2
3
So S1
1
1
2
2
So S2
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
S1
sức căng trên nhánh chùng giảm xuống
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
12
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
4.25
Friction
5Ma sát trên dây dẽo (dây đai)
Giả thiết độ thay đổi ứng suất là như nhau trên hai nhánh dây đai
So S1 S2 So
2So
ef 1
2Soef
ef 1
S
S2
1
S2 S1ef
Công thức Euler
Xét đoạn dây đai vô cùng bé, (bỏ qua khối lượng dây đai), chịu lực tác dụng
S
S1
2dN sin
dF
1
dN
dN
dN sin
dN sin
S2
S dS
O1
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
4.26
Friction
5Ma sát trên dây dẽo (dây đai)
Giả thiết độ thay đổi ứng suất là như nhau trên hai nhánh dây đai
So S1 S2 So
2So
ef 1
2Soef
ef 1
S
S2
1
Công thức Euler
S2 S1ef
Xét đoạn dây đai vô cùng bé, (bỏ qua khối lượng dây đai), chịu lực tác dụng
S
2dN sin
dF
Mo S R dF R (S dS)R 0
S2
dF dS dF dS F S S
2
1
S1
S dS
Moment ma sát trên dây đai
Mms FR (S2 S1)R
ef 1
O1
f
hệ số ma sát đai/pulley
góc ôm của dây đai
R bán kính pulley
Mms 2RSo
ef 1
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
13
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
4.27
Friction
5Ma sát trên dây dẽo (dây đai)
II. 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
Mms
f
ef
4RSo
0
(ef 1)2
+ Chọn vật liệu đai và pulley phù hợp
+ Rắc chất tăng ma sát lên đai và pulley
fe f
(ef 1)2
Tăng
Mms
4RSo
0
+ 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 lớn quá giảm góc ôm của dây đai trên pulley
+ Dùng pulley căng đa giảm tuổi thọ dây đai
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
4.28
Friction
5Ma sát trên dây dẽo (dây đai)
Một số cách dùng pulley căng đai
Pretensioning by belt strain
Pretensioning with a belt tightener
Pretensioning by adjustment of center distance
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
14
14 trang
18540
Free
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 4: Ma sát - Nguyễn Tân Tiến", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_nguyen_ly_may_chuong_4_ma_sat_nguyen_tan_tien.pdf
