Giáo trình cơ học máy, động lực học và điều khiển

Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Hội Cơ học Việt Nam





Tuyển tập công trình khoa học
Hội nghị Cơ học toàn quốc

Kỷ niệm







Hà Nội, 8-9/4/2009
Tập 2: Cơ học Máy;
Động lực học và Điều khiển.

NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ

Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Hội Cơ học Việt Nam





Tuyển tập công trình khoa học
Hội nghị Cơ học toàn quốc

Kỷ niệm







Hà Nội, 8-9/4/2009
Tập 2: Cơ học Máy;
Động lực học và Điều khiển.

Hà Nội - 2009


Tuyển tập công trình khoa học
Hội nghị Cơ học toàn quốc
Kỷ niệm 30 năm Viện Cơ học và 30 năm Tạp chí Cơ học
Hà Nội, 8-9/4/2009













Ban biên tập
GS. TSKH. Dương Ngọc Hải Đồng Trưởng ban
GS. TSKH. Đỗ Sanh Đồng Trưởng ban

GS. TSKH. Nguyễn Đông Anh
PGS. TS. Nguyễn Phong Điền
PGS. TS. Nghiêm Hữu Hạnh
TS. Hà Ngọc Hiến
GS. TSKH. Nguyễn Văn Khang
GS. TSKH. Nguyễn Ân Niên
TS. Đào Như Mai
GS. TS. Trần Ích Thịnh
TS. Phạm Anh Tuấn



LỜI NÓI ĐẦU
Được sự đồng ý của Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, nhân dịp Kỉ
niệm 30 năm thành lập Viện Cơ học và 30 năm Tạp chí Cơ học, Viện Cơ học
phối hợp với Hội Cơ học Việt Nam tổ chức Hội nghị Cơ học toàn quốc trong
hai ngày 8 và 9 tháng 4 năm 2009 tại Hà Nội.
Hội nghị là dịp để các nhà khoa học trong và ngoài nước trình bày, trao
đổi và thảo luậ
n các kết quả nghiên cứu, ứng dụng thực tế và về công tác
giảng dạy trong lĩnh vực Cơ học.
Hội nghị đã nghe và thảo luận 130 báo cáo khoa học của các tác giả
thuộc các lĩnh vực Cơ học, trong đó có nhiều báo cáo khoa học của các cán
bộ trẻ.
Các báo cáo khoa học sau khi đưa phản biện nhận xét được công bố
trong Tuyển tập công trình của Hội nghị.
Tuyển tậ
p gồm 2 tập:
Tập 1: Cơ học Vật rắn biến dạng;
Cơ học Đất đá và Môi trường rời;

Cơ học Chất lỏng-Chất khí
Tập 2: Cơ học Máy;
Động lực học và Điều khiển.
Ban Biên tập cảm ơn sự tham gia nhiệt tình, có trách nhiệm của các tác
giả, các thành viên Ban Biên tập, Ban Khoa học, Ban Tổ chức và Nhà xuất
bản Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Vi
ện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
đã giúp đỡ trong việc ấn hành Tuyển tập.
Mong nhận được ý kiến đóng góp của bạn đọc về các sai sót của Tuyển
tập.

Ban biên tập

ii

Nhà tài trợ chính
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Viện Cơ học
Cơ quan chủ trì
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Hội Cơ học Việt Nam
Cơ quan tổ chức
Viện Cơ học
Ban chỉ đạo Hội nghị
Nguyễn Hoa Thịnh (Chủ tịch),
Đỗ Hữu Hào, Bành Tiến Long, Châu Văn Minh, Lê Đình Tiến
Ban khoa học
Đồng trưởng ban: Dương Ngọ
c Hải, Đỗ Sanh
Ủy viên: Nguyễn Đông Anh, Đào Huy Bích, Thái Bá Cần, Ngô Huy Cẩn, Lê Khánh

Châu, Phạm Đức Chính, Đào Văn Dũng, Nguyễn Văn Điệp, Nguyễn Đình Đức, Bùi Văn Ga, Lê
Song Giang, Nghiêm Hữu Hạnh, Lê Văn Hồng, Hoàng Văn Huân, Nguyễn Xuân Hùng, Lê
Xuân Huỳnh, Nguyễn Thúc Kháng, Nguyễn Văn Khang, Nguyễn Tiến Khiêm, Hoàng Xuân
Lượng, Nguyễn Xuân Mãn, Nguyễn Cao Mệnh, Lê Thị Minh Nghĩa, Nguyễn Ân Niên, Nguyễn
Văn Phó, Trịnh Phôi, Ngô Thành Phong, Đinh Văn Phong, Nguyễn Thiện Phúc, Cao V
ăn
Phường, Vũ Duy Quang, Nguyễn Chỉ Sáng, Nguyễn Quốc Sơn, Lê Lương Tài, Trần Ích Thịnh,
Trần Thục, Phạm Sỹ Tiến, Trần Văn Trản, Trương Hữu Trí, Phan Ngọc Trung
Ban tổ chức
Trưởng ban: Dương Ngọc Hải
Phó trưởng ban thường trực: Bùi Đình Trí
Phó trưởng ban: Đinh Văn Phong
Ủy viên: Nguyễn Phong Điền, Hà Ngọc Hiến, Phan Bùi Khôi, Nguyễn Thị Việt Liên,
Đào Nh
ư Mai, Nguyễn Hồng Phan, Nguyễn Văn Tuấn
Ban thư ký
Hà Ngọc Hiến, Nguyễn Thị Việt Liên, Đào Như Mai,
Bùi Việt Nga, Nguyễn Hồng Phan
iii

MỤC LỤC
Lời nói đầu i
Mục lục iii
CƠ HỌC MÁY 1
Trịnh Minh Hoàng, Trần Thanh Tùng, Lê Hồng Quân
Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử dụng ly hợp đến mômen xoắn
cực đại tác động lên hệ thống truyền lực trên ôtô 3
Hà Minh Hùng, Lê Đức Bảo, Đinh Tiến Dũng, Đào Hồng Thái
Xác định cường độ mòn vật liệu Composite kim loại nền đồng cốt hạt sắt trong điều
kiện ma sát khô bằng thực nghiệ

m 12
Hà Minh Hùng, Phạm Văn Quế, Nguyễn Hữu Bính
Nghiên cứu đặc tính phá hủy liên kết hai lớp kim loại vật liệu bimetal thép các bon –
thép hợp kim sau hàn nổ 22
Nguyễn Phú Hùng, Nguyễn Việt Hùng
Nghiên cứu cấu trúc dòng chảy trong khoang hàng hóa. Áp dụng cho việc tối ưu hóa
quá trình làm lạnh của xe đông lạnh 32
Vũ Ngọc Hùng, Phạm Hồng Phúc
Một số kết quả nghiên cứu ứng dụng công nghệ vi cơ điện tử (MEMS) tại vi
ện Đào
tạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu (ITIMS) trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 40
Nhu Phuong Mai, Nguyen Phi Dung, Vu Tri Vien
The controller of Electric Parking Brake Mechanism (2002-2007) 47
Nhu Phuong Mai, Nguyen Phi Dung, Vu Tri Vien
Design of Electric Parking Brake Mechanism 57
Lê Trường Sơn
Tương tác phi tuyến giữa thân pít tông và thành xi lanh động cơ đốt trong 66
Trần Đức Tân, Lưu Mạnh Hà, Mai Anh Tuấn, Nguyễn Phú Thuỳ
Cải thiện độ chính xác tư thế của vật thể bằng việc kết hợp cảm biến từ trường với hệ
thống tích hợp INS/GPS 75
Trần Đức Tân, Nguyễn Tiến Anh, Nguyễn Phú Thuỳ
Về khả năng áp dụng của một cảm biến gia tốc áp điện trở ba bậc tự do 84

iv
Nguyễn Hồng Thái
Thuật toán sinh đường dụng cụ gia công tinh các bề mặt phức tạp bằng dao phay ngón
đầu cầu trên máy phay CNC 5 trục 91
Nguyễn Hồng Thái, Phan Văn Đồng, Nguyễn Xuân Hạ, Nguyễn Thùy Dương
Tính toán mô phỏng động học máy phay CNC 5 trục trong gia công tinh các bề mặt
phức tạp bằng dao phay ngón đầu cầu 99

Hà Thành Trung, Đinh Bá Trụ
Mô phỏng tính toán dòng chảy khi đúc áp lực cao 107
Nguyễn Đắc Trung, Nguyễn Trung Kiên
Nghiên cứu sự truyền nhiệ
t trong quá trình dập nóng 117
Nguyễn Anh Tuấn, Triệu Quốc Lộc, Nguyễn Văn Khang
Phương pháp thực nghiệm đo đạc đánh giá găng tay chống rung và một số kết quả
nghiên cứu bước đầu 125
Nguyễn Minh Tuấn, Phan Văn Chương, Nguyễn Xuân Đồng
Nghiên cứu tính toán các hệ số khí động của tên lửa đẩy đưa vệ tinh lên quỹ đạo 132
Nguyễn Minh Tuấn, Phan Tương Lai, Phan Văn Chương
Nghiên cứu tính toán quỹ
đạo chuyển động của tên lửa đẩy đưa vệ tinh lên quỹ đạo
mong muốn 141
Phạm Vũ Uy, Thái Doãn Tường
Xây dựng phần mềm mô phỏng chuyển động của cánh quay trực thăng, có xét đến ảnh
hưởng của mặt đất 149
ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ĐIỀU KHIỂN 159
Nguyễn Đông Anh, Nguyễn Xuân Anh, Đỗ Văn Điệp
Khảo sát trạng thái dao động của xe bánh lốp có hệ thống treo thụ động và bán tích
cực chịu lực phát bắn trên mô hình một nửa xe 161
Nguyễn Đông Anh, Nguyễn Bá Nghị, Nguyễn Tuấn Ngọc
Tính toán giảm dao động cho tháp cầu dây văng bằng thiết bị TLD 170
Nguyễn Đông Anh, Lã Đức Việt
Tính toán sóng ngẫu nhiên trên mô hình phần tử hữu hạn bằng phương pháp Monte
Carlo 178
Trần Văn Bình
Phân tích động lực học hệ chống rung tham số tự động 186
Phạm Thượng Cát
Điều khiển rô bốt n bậc tự do có nhiều tham số bất định trong không gian Đề các 195

Mục lục

v
Nguyễn Văn Chình , Đỗ Anh Cường
Ảnh hưởng của TMD đối với ổn định động của một số cơ hệ chịu kích động tuần hoàn. 205
Phạm Huy Chương, Nguyễn Hồng Lanh, Nguyễn Quang Vĩnh
Ổn định của thiết bị xung nhiệt khi kể tới ảnh hưởng va chạm không đối xứng và có
khe hở động giữa khâu cơ sở và thân hộp 213
Đỗ Anh Cường , Phan Thanh Tuấn , Tạ
Hữu Vinh
Dao động của dầm chịu tác dụng đồng thời của tải trọng di động và lực khí động 222
Đỗ Anh Cường , Trần Ngọc Sơn , Tạ Hữu Vinh
Dao động của dầm có liên kết phi tuyến chịu tác dụng của tải trọng di động 233
Nguyễn Ngọc Du, Phan Văn Chương
Khảo sát ảnh hưởng của một số tham số kết cấu đến đặc trưng
động lực học của hệ
thống động cơ phản lực kéo chuỗi khối lượng mềm. 240
Khổng Doãn Điền, Nguyễn Duy Chinh
Nghiên cứu tìm các thông số tối ưu của hệ thống giảm dao động TMD đối với hệ
con lắc ngược và áp dụng kết quả nghiên cứu giảm dao động cho tháp khớp nối đại
dương 249
Khổng Doãn Điền, Nguyễn Duy Chinh
Tính toán xác đị
nh các thông số tối ưu của bộ hấp thụ dao động TMD-D đối với hệ
con lắc ngược và áp dụng kết quả nghiên cứu giảm dao động cho cầu giao thông 262
Nguyễn Quang Hoàng
Thiết kế điều khiển trượt cho rôbốt di động kiểu con lắc ngược tự cân bằng 272
Nguyễn Quang Hoàng, Nguyễn Văn Khang, Trần Hoàng Nam
Bài toán động học ngược robot dư dẫn động có chú ý đến sự cố kẹ
t khớp 282

Nguyễn Văn Khang, Trần Ngọc An
Tính toán các tần số dao động riêng của thân tầu thủy bằng phương pháp sai phân hữu
hạn 291
Nguyễn Văn Khang, Hoàng Mạnh Cường
Dao động tuần hoàn của hệ móng máy- động cơ 298
Đỗ Đăng Khoa, Đỗ Sanh
Khảo sát động lực học các chuyển động lăn có trượt 308
Phan Bùi Khôi
Bài toán động học trong điều khiển chuyển động chương trình của robot tác hợ
p 317
Phan Bùi Khôi
Tính toán động lực học ngược robot di động thao tác dưới cống ngầm 324


vi
Phan Bùi Khôi , Đỗ Anh Tuấn, Nguyễn Quang Hưng
Điều khiển robot hàn điểm chuyển động thao tác công nghệ theo chương trình 331
Nguyễn Cao Mệnh và Trần Dương Trí
Về trạng thái kĩ thuật đối với hệ rôto-ổ đỡ, trong đó đĩa không nằm giữa trục 339
Lê Kỹ Nam, Nguyễn Xuân Dũng, Nguyễn Hoàng Thanh
Xây dựng mô hình mô phỏng động lực học chuyển động của xe nhiều cầu 349
Đinh Văn Phong, Đỗ
Trần Thắng
Vấn đề tương tác lực của Robot với môi trường trong không gian làm việc 357
Đỗ Kiến Quốc , Nguyễn Văn Nam
Hiệu quả giảm chấn của thiết bị gối cô lập móng trượt ma sát FPS 365
Đỗ Sanh, Đinh Văn Phong, Triệu Quốc Lộc, Đỗ Đăng Khoa, Trần Đức
Khảo sát điều khiển động học chuyển động chương trình của rôbôt theo hướng tái cấu
trúc 373
Đỗ

Sanh, Phan Đăng Phong, Đỗ Đăng Khoa
Khảo sát động lực học của máy nghiền 381
Đào Duy Trung, Lê Xuân Quý
Tính toán dao động riêng hệ trục chính hoàn chỉnh đặt trên gối đỡ đàn hồi của máy
tiện có kể đến một số thông số kết cấu thay đổi bằng phần tử hữu hạn 390
Trần Đức Trung, Bùi Hải Lê
Thiết kế tối ưu trục chịu dao động xoắn 396
Tạ Hữu Vinh, Lê Ng
ọc Lý
Tương tác của hệ dao động di động với tấm mỏng 405
Chỉ dẫn tác giả 413

1









CƠ HỌC MÁY

2

3

Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc
Kỷ niệm 30 năm Viện Cơ học và 30 năm Tạp chí Cơ học

Hà Nội, ngày 8-9 /4/2009
Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử dụng ly hợp đến
mômen xoắn cực đại tác động lên hệ thống truyền lực trên ôtô
Trịnh Minh Hoàng, Trần Thanh Tùng
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội (HUT),
Lê Hồng Quân
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội (HAUI),
Tóm tắt: Bài báo trình bày cơ sở lý thuyết và phương pháp xây dựng mô hình tính toán mô men xoắn cực
đại tác động lên hệ thống truyền lực trên ôtô. Các tác giả đã sử dụng các phần mềm Catia để thiết kế 3D
các chi tiết trong cụm ly hợp và Matlab Simulink để mô phỏng cũng như khảo sát ảnh hưởng của một số
thông số sử dụng và kết cấu ly hợp đến mô men xoắn cực đại tác động lên hệ thố
ng truyền lực.
1. Đặt vấn đề
Nền công nghiệp ôtô Việt Nam đang dần hình thành và ngày càng phát triển. Trong quá
trình hội nhập với thế giới, việc thiết kế cũng như đánh giá chất lượng của các hệ thống, các
cụm chi tiết trên ôtô cần phải được quan tâm một cách đúng đắn nhằm nâng cao chất lượng của
sản phẩm sao cho phù hợp với điều kiện sản xuất cũng như sử dụng ở Việ
t Nam.
Hệ thống truyền lực (HTTL) trên ôtô tà tổng hợp của nhiều cụm phức tạp như ly hợp, hộp
số, các đăng, bán trục có tác dụng truyền và biến đổi mômen xoắn từ động cơ đến bánh xe. Ly
hợp có nhiệm vụ chính là truyền mômen xoắn từ động cơ đến hộp số và là bộ phận an toàn bảo
vệ cho các chi tiết trong HTTL khỏi bị quá tải. Ly hợp là một trong những c
ụm chi tiết quan
trọng và có khả năng nội địa hóa sản xuất trong tương lai gần. Chính vì vậy việc thiết kế, tính
toán khảo sát đối với ly hợp đang được quan tâm nghiên cứu trong thời gian qua.
Ngày nay, sự phát triển của công nghệ tin học đã cho ra đời nhiều phần mềm ứng dụng rất
hiệu quả cho các công đoạn thiết kế, tính toán, gia công cơ khí nói chung và áp dụng trong lĩnh
vực ôtô nói riêng. Nó cho phép có được các sản ph
ẩm trực quan, chính xác được các thông số
thiết kế, thực hiện được các bài toán phức tạp mà trước kia rất khó hoặc chưa thể thực hiện

được.
Xuất phát từ những nhu cầu đó, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn mục tiêu thiết kế 3D các chi
tiết trong cụm ly hợp và khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử dụng của ly hợp
đến mômen xoắn c
ực đại tác động lên hệ thống truyền lực. Sản phẩm là các chi tiết 3D được
thiết kế bằng phần mềm Catia và mô hình xác định mômen xoắn cực đại được tính toán mô
phỏng bằng phần mềm Matlab Simulink.
2. Xây dựng mô hình tính toán mô men cực đại tác dụng lên HTTL ôtô
Để mô phỏng HTTL trên ôtô theo mô hình dao động xoắn chúng ta cần thực hiện các bước
sau: Xây dựng mô hình cơ học, xây dựng mô hình động lực học, xây dựng sơ đồ tính toán bằng
Trịnh Minh Hoàng, Trần Thanh Tùng, Lê Hồng Quân

4
cách đơn giản hóa mô hình động lực học, xây dựng hệ phương trình mô tả hệ thống và giải hệ
phương trình trong điều kiện cụ thể

Hình 1. Mô hình cơ học và sơ đồ động lực hệ thống truyền lực
2.1. Mô hình cơ học
Trên ôtô, HTTL là dạng hệ thống với các thông số phân bố, nhưng để đơn giản khi phân
tích người ta thường quy chúng v
ề dạng thông số tập trung bằng cách bỏ qua những tính chất ít
quan trọng của các phần tử. Khi lập sơ đồ HTTL người ta phân chúng làm hai lọai: loại chỉ có
quán tính (khối lượng tập trung), loại chỉ có tính đàn hồi (các phần tử nối). Các phần tử được
coi là chỉ có tính quán tính trong HTTL trên ôtô là: bánh răng, các đĩa của ly hợp, các chi tiết
vỏ, các mặt bích, ổ bi, bánh đà. Các phần tử được coi là chỉ có tính đàn hồi là: các tr
ục và một
số chi tiết đàn hồi thông dụng trong HTTL. Bên cạnh đó, trong HTTL còn có các khối lượng
liên kết phản lực, đó là các phần tử vỏ nối với khung xe và tham gia vào quá trình dao động của
hệ thống truyền lực, chúng thường được thể hiện trên sơ đồ dưới dạng lò xo xoắn. Như vậy,
HTTL trên ôtô được sơ đồ hóa thành một hệ dao động bao gồm tập hợp các khối lượng tậ
p
trung được nối với nhau bằng các khâu đàn hồi không quán tính. Những thông số cơ bản của mô
hình cơ học là mômen quán tính của các khối lượng quán tính I
i
tính theo trục quay và độ đàn
hồi e
i
, ngoài ra trên sơ đồ còn thể hiện các lực và mômen tác dụng lên các phần tử của hệ thống,
trong đó có lực ma sát là thành phần tiêu thụ năng lượng dao động.
2.2. Xây dựng sơ đồ động lực học
Để chuyển từ sơ đồ cơ học sang sơ đồ động lực học người ta quy các thông số của sơ đồ cơ
học về một hoặc vài trục và thể hiệ
n hệ thống đó theo các quy ước và các công thức quy dẫn.
Hình 2 là một ví dụ việc chuyển đổi từ sơ đồ cơ học về sơ đồ động lực học của HTTL trên
ôtô. Các công thức chuyển đổi:
I'

0
I'
1
I'
2
I'
5
I'
6
I'
4
I'
3
I'
7
I'
9
I'
8
I'
p
I'
10
e
12
e'
34
e'
46
e'

37
e'
45
e'
810
e'
p
e'
89
e'
78
Φ
a) Mô hình cơ học HTTL
I0
I1
I2
I3
I4
I5
I6
I7
I8
I9
I10
Ip
e12
e23
e35
e46
e57

e78
ep
e810
e89
b) Sơ đồ động lực HTTL
Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử dụng ly hợp
đến mômen xoắn cực đại tác động lên hệ thống truyền lực trên ôtô

5
2
2
112
2
'
2
2
'
11
;; eiee
i
I
III +=== (1)

Hình 2. Chuyển đổi từ mô hình cơ học sang sơ đồ động lực học
Với hệ thống truyền lực có một số cụm có khả năng phân chia dòng công suất như hộp
phân phối, bộ vi sai mômen quán tính và độ đàn hồi của các chi tiết được xác định theo công
thức:
(
)
222'

;/
iiiii
eieiII == (2)
Trong đó: e
i
, - Độ đàn hồi của trục nối với khối lượng thứ i; i
i
- Tỉ số truyền của cơ cấu tính
từ khối lượng quay quy dẫn tới khối lượng thứ i.
2.3. Phương pháp đơn giản hóa sơ đồ động lực

a) Hệ thống động lực ban đầu; b) Hệ thống động lực đã được đơn giản hóa.
Hình 3. Đơn giản hóa hệ thống động lực
Sơ đồ quy dẫn của HTTL trên ôtô (hình 3a) thường có nhiều khối l
ượng và nhiều khâu đàn
hồi, vì vậy việc xác định đặc tính động lực của hệ thống rất phức tạp. Do vậy trong thực tế
thường ghép các khối lượng quán tính và các khâu đàn hồi để đơn giản hóa sơ đồ tính toán với
những sai số có thể chấp nhận được. Với HTTL trên ôtô, nếu coi tải trọng phân bố đều trên các
bánh xe, hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường là như
nhau và ma sát trong bộ vi sai là không
đáng kể thì hệ thống động lực của cầu chủ động được coi là đối xứng. Vì vậy việc đơn giản hóa
ở đây được thực hiện bằng cách ghép các nhánh song song và kết quả ta được sơ đồ động lực
học của HTTL với các mômen quán tính và độ cứng của trục bằng tổng các thông số tương ứng
của hệ thống (hình 3b).
a) Mô hình cơ học b) S
ơ đồ động lực học
i
I'
1
I'

2
e
2
I
1
I
2
I1
e12
I2
I3
I4
I5
I6
e23
e34 e45
e56
e60
a)
21
II +

4534
45
43
ee
e
II
+
+

5660
60
6
4534
34
43
ee
e
I
ee
e
II
+
+
+
+
21
1
1223
II
I
ee
+
+
e
34
+ e
45
e

60
+ e
56
b)
Trịnh Minh Hoàng, Trần Thanh Tùng, Lê Hồng Quân

6
2.4. Tính toán mômen xoắn cực đại tác dụng lên hệ thống truyền lực
Trong HTTL của ôtô, giá trị mômen xoắn cực đại M
max
ở các trục thay đổi tùy theo tay số
và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Mômen ma sát của ly hợp, mômen trượt tại các bánh xe chủ
động, tỷ số truyền của HTTL, mômen quán tính của các chi tiết quay trong HTTL, khối lượng
ôtô và độ đàn hồi của các trục trong HTTL.
Các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã chỉ ra rằng, việc xác định tải động cực
đại trong HTTL các loại ôtô 4x2 và 6x4 có thể được thực hiệ
n theo sơ đồ 3 khâu đàn hồi như
thể hiện trên hình 4.
I
1
I
2
I
3
I
4
I
5
e
23

e
34
e
45
Mϕ
M
f
M
e
M
c

Hình 4. Sơ đồ tính toán M
max
trong hệ thống truyền lực theo 3 khâu đàn hồi
Các mômen quán tính đã quy về trục sơ cấp của hộp số thể hiện trên hình 4 ứng với các
khối lượng: I
1
- Động cơ và bánh đà; I
2
- Đĩa bị động ly hợp; I
3
- Các chi tiết của HTTL; I
4
- Các
bánh xe chủ động; I
5
- Bánh đà tương đương thay cho khối lượng chuyển động tịnh tiến của ôtô.
Các độ đàn hồi quy dẫn tương ứng với các chi tiết: e
23

- Các chi tiết của hộp số và trục các đăng;
e
34
- Các bán trục; e
45
- Độ đàn hồi tiếp tuyến của lốp xe.
Áp dụng nguyên lý D'Alambe để thiết lập hệ phương trình mô tả chuyển động với các tọa
độ suy rộng là các góc quay φ
1
, φ
2
, φ
3
, φ
4
, φ
5
của các khối lượng, ta có:
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
−=
−−−+−=
−−−+=

−−=
−=
455455
4554344344
3443233233
233222
11
/)(
/)(/)(
/)(/)(
/)(
eI
eeMI
eeMI
eMI
MMI
f
c
c
ce
ϕϕϕ
ϕϕϕϕϕ
ϕϕϕϕϕ
ϕϕϕ
ϕ
&&
&&
&&
&&
&&

(3)
Mômen tác dụng lên các khâu đàn hồi được xác định theo công thức:
ijjiij
eM /)(
ϕ
ϕ
−= (4)
Sau khi thực hiện biến đổi ta được:
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+−=
++
⎟
⎟

⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+−=
+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+−=
fc
f
c
M
Ie
M
IIe
M
Ie
M
M
Ie
M

Ie
M
IIe
M
Ie
M
M
Ie
M
IIe
M
Ie
M
445
45
5445445
45
434
45
434
34
4334
23
334
34
34
223
23
3223223
23

11111
111111
11111
&&
&&
&&
(5)
Mômen quy dẫn của lực cản lăn M
f
được xác định:
Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử dụng ly hợp
đến mômen xoắn cực đại tác động lên hệ thống truyền lực trên ôtô

7
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
≥
<
=
f
T
a
f
f
MMkhi
i
rmgf

MMkhi
M
45
0
45

0
(6)
Trong đó: f-Hệ số cản lăn tương ứng với điều kiện chuyển động đang xét; m
a
-Khối lượng
ôtô; r
0
-Bán kính lăn của bánh xe trong điều kiện không trượt; i
T
-Tỷ số truyền của HTTL;
Trong quá trình tính toán các chế độ tải động trong HTTL trên ôtô, mômen ma sát của ly
hợp được lấy như sau:
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−=
− t
t
ec

c
eMM
3
max
1
β
(7)
trong đó: M
emax
- Mômen xoắn cực đại của động cơ; β-Hệ số dự trữ của ly hợp; t
c
-Thời gian
đóng ly hợp.
Khi tính toán mômen xoắn cực đại trong HTTL ôtô, người ta chọn chế độ làm việc sau: ôtô
khởi động tại chỗ ở tay số thấp nhất với tốc độ quay lớn nhất của trục khuỷu động cơ, người lái
xe nhả bàn đạp ly hợp đột ngột. Trong trường hợp này, nếu ly hợp không trợ lực dẫn động thì
mômen của nó tăng trong khoảng thời gian t
c
=0,01 ÷ 0,04 giây. Nếu dẫn động ly hợp có trợ lực
thì thời gian t
c
tăng lên.
3. Ứng dụng Matlab Simulink mô phỏng xác định mômen xoắn cực đại và khảo sát
ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử dụng ly hợp đến mômen xoắn cực đại
trong HTTL
3.1. Xác định thông số đầu vào của mô hình
Nhóm tác giả đã lựa chọn đối tượng khảo sát là xe tải 8 tấn, đây là một trong những chủng
loại xe được sử dụng rộng rãi và có định hướng phát triển trong tương lai gần ở Việt Nam. Các
chi tiết của cụm ly hợp được thiết kế 3D bằng phần mềm Catia, cho phép lấy được một cách
chính xác các thuộc tính của vật thể như khối l

ượng, mômen quán tính.

Hình 5. Mô hình 3D các chi tiết trong cụm ly hợp
Trịnh Minh Hoàng, Trần Thanh Tùng, Lê Hồng Quân

8
Ngoài ra các thông số khác tham khảo của dòng xe tương tự (MAZ 500), trong trường hợp
ôtô khởi động tại chỗ ở tay số 1, đây chính là trường hợp thường xuất hiện tải trọng động cực
đại gây nguy hiểm cho HTTL.
3.2. Ứng dụng Matlab Simulink mô phỏng xác định mômen xoắn cực đại và khảo sát ảnh
hưởng của một số thông số kết cấu và sử dụng ly hợp đến mômen xoắn cực đại trong
HTTL
Matlab Simulink là phần mềm tính toán mô phỏng hiện đang được sử dụng rộng rãi và hiệu
quả để giải các hệ phương trình vi phân phức tạp. Chính vì vậy nhóm nghiên cứu đã áp dụng
phần mềm này để giải bài toán xác định mômen xoắn cực đại tác dụng lên HTTL như đã mô tả
ở hệ phương trình (5). với các thông số đầu vào như trong bảng 1.
Bảng 1. Thông số đầu vào của mô hình
TT Thông số Kí hiệu Đơ
n vị Giá trị
1 Mômen quán tính động cơ và bánh đà I
1
N.m
2
397
2 Mômen quán tính đĩa bị động ly hợp I
2
N.m
2
0.0897
3

Mômen quán tính các chi tiết của hệ thống truyền
lực
I
3
N.m
2
1.26
4 Mômen quán tính các bánh xe chủ động I
4
N.m
2
7.6
5
Mômen quán tính bánh đà tương đương thay cho
khối lượng chuyển động tịnh tiến ôtô
I
5
N.m
2
278
6 Độ đàn hồi các trục hộp số và trục các đăng e
23
(N.m)
-1
48,7.10
-6

7 Độ đàn hồi bán trục e
34
(N.m)

-1
370. 10
-6

8 Độ đàn hồi tiếp tuyến lốp xe e
45
(N.m)
-1
171. 10
-6

3.3. Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số sử dụng và kết cấu ly hợp đến tải trọng cực
đại tác dụng lên hệ thống truyền lực
Trong thực tế yếu tố sử dụng tác động chủ yếu đến giá trị tải trọng động trong HTTL là tốc
độ đóng ly hợp và hệ số cản mặt đường, còn yếu tố kết cấu là độ
cứng, mômen quán tính và ma
sát trong các khâu khớp của hệ thống. Trong khuôn khổ nghiên cứu này, đề tài tập trung nghiên
cứu ảnh hưởng của một số thông số như tốc độ đóng ly hợp, mômen phần bị động, độ cứng lo
xo giảm chấn của ly hợp.
3.3.1. Ảnh hưởng của tốc độ đóng ly hợp
Khi giảm thời gian đóng ly hợp sẽ tạo thêm một lực quán tính tác dụng lên đĩa bị
động, như
vậy tổng lực ép tăng lên làm tăng mômen ma sát của ly hợp, đồng thời sẽ làm tăng mômen cực
đại trong hệ thống truyền lực.
Đề tài khảo sát thời gian đóng ly hợp trong khoảng thời gian t
c
= [0.01÷0.1] mỗi bước thay
đổi 0.01 hệ số cản lăn của đường f = 0.02, các kết quả thể hiện trên hình 9 và hình 10.
Qua đồ thị ta thấy khi thời gian đóng ly hợp giảm từ 0.1÷0.01s (tốc độ đóng ly hợp tăng)
thì mômen cực đại trên trục các đăng tăng rất nhanh. Trong một số trường hợp khi đóng ly hợp

Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử dụng ly hợp
đến mômen xoắn cực đại tác động lên hệ thống truyền lực trên ôtô

9
quá đột ngột có thể làm mômen cực đại trong HTTL tăng lên hơn rất nhiều so với mômen tính
toán dẫn đến sự phá vỡ các chi tiết trong HTTL.

Hình 6. Mômen ma sát của ly hợp M
c


Hình 7. Mômen xoắn tại trục các đăng Hình 8. Mômen xoắn tại bán trục

Hình 9. Mômen cực đại trên trục các đăng khi
thay đổi tốc độ đóng ly hợp
Hình 10. Mômen cực đại trên bán trục khi thay
đổi tốc độ đóng ly hợp

Trịnh Minh Hoàng, Trần Thanh Tùng, Lê Hồng Quân

10
3.3.2. Ảnh hưởng của độ cứng lò xo giảm chấn
Lò xo giảm chấn là chi tiết trong ly hợp có nhiệm vụ làm cho ly hợp đóng êm dịu để giảm
tải trọng động tác dụng trong HTTL. Độ đàn hồi trên khâu (2-3) phụ thuộc nhiều vào độ cứng
của lò xo giảm chấn. Trong nghiên cứu này thực hiện sự khảo sát với độ cứng thay đổi từ 50%
đến 200%. Kết quả các mômen xoắn cực
đại trên các khâu thể hiện trong hình 11 và hình 12.

Hình 11. Mômen cực đại trên trục các đăng
khi thay đổi độ cứng của lò xo giảm chấn

Hình 12. Mômen cực đại trên bán trục khi thay
đổi độ cứng của lò xo giảm chấn
Trên hình 11 là kết quả sự biến thiên mômen trên trục các đăng khi thời gian đóng ly hợp
thay đổi từ 0.04÷0.01, kết quả cho thấy khi tăng độ cứng đến 200% thì giá trị mômen xoắn cực
đại sẽ tăng mạnh (16%). Như vậy, cho thấy chỉ
nên tăng giảm độ cứng trong khoảng 50% đến
120% thì không ảnh hưởng nhiều đến tải trọng cực đại tác động lên trục các đăng của HTTL:
3.3.3. Ảnh hưởng của khối lượng phần bị động ly hợp
Phần bị động của ly hợp là đĩa ma sát, như đã nói ở trên khi đóng ly hợp đột ngột sẽ sinh ra
một lực quán tính lên đĩa ma sát. Khối lượng đĩa ma sát ảnh h
ưởng trực tiếp đến lực quán tính
này, do đó khối lượng đĩa bị động có ảnh hưởng rất lớn đến tải trọng cực đại trong hệ thống
truyền lực.

Hình 12. Mômen cực đại trên trục các đăng khi
thay đổi khối lượng phần bị động của ly hợp
Hình 13. Mômen cực đại trên bán trục khi
thay đổi khối lượng phần bị động của ly hợp
Xét ở tốc độ đóng ly hợp thông thường t
c
= 0.04s, kết quả trên đồ các hình 12, 13 cho thấy
khi tăng khối lượng đĩa bị động lên 2 lần thì mômen cực đại trên các trục các đăng tăng 126%,
còn mômen xoắn cực đại trên bán trục tăng đến 56%. Như vậy khối lượng phần bị động ly hợp
Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử dụng ly hợp
đến mômen xoắn cực đại tác động lên hệ thống truyền lực trên ôtô

11
ảnh hưởng rất lớn đến giá trị cực đại của mômen trên các trục, sự gia tăng mômen cực đại là rất
nhanh khi tăng khối lượng phần bị động. Trong thiết kế ly hợp nên giảm tối đa khối lượng phần
bị động để tránh sự gia tăng mômen xoắn cực đại quá lớn trong HTTL, đồng thời giảm được

mômen quán tính phần bị động nhằm giảm lự
c va đập lên bánh răng khi sang số.
Kết luận
Việc xác định mômen xoắn cực đại tác động lên hệ thống truyền lực có ý nghĩa rất quan
trọng trong quá trình thiết kế và đánh giá chất lượng của ôtô. Những kết quả trình bày ở trên của
nhóm nghiên cứu mặc dù mới chỉ dừng lại phần nhiều ở mức định tính, tuy nhiên cũng cho thấy
ý nghĩa của phương pháp xác lập mô hình, cũng như gắn kết được giữa các khâu thiết kế
và tính
toán. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng cho bài toán khảo sát độ bền các chi tiết và mở rộng
hoàn chỉnh nội dung thiết kế hệ thống truyền lực trên ôtô, cũng như giảm thời gian và chi phí
cho thí nghiệm kiểm chứng thiết kế và sử dụng thực tế. Đây là kết quả có ý nghĩa trong quá
trình xây dựng và hội nhập của nền công nghiệp ôtô Việt Nam.
Tài liệu tham khảo
[1] Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng. (1996). Lý
thuyết ôtô máy kéo, NXB KH&KT.
[2] Nguyễn Trọng Hoan (2003), “Mô phỏng và tính toán tải trọng cực đại tác dụng lên hệ thống truyền
lực ôtô”, Tạp chí Công nghiệp, số 6, 1-15/4.
[3] Nguyễn Phùng Quang. (2006). “Matlab & Simulink dành kỹ sư điều khiển tự động”, NXB KH&KT.
12
Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc
Kỷ niệm 30 năm Viện Cơ học và 30 năm Tạp chí Cơ học
Hà Nội, ngày 8
÷
9/4/2009
Xác định cường độ mòn vật liệu Composite kim loại nền đồng cốt hạt
sắt trong điều kiện ma sát khô bằng thực nghiệm
Hà Minh Hùng
Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công Thương;
Lê Đức Bảo, Đinh Tiến Dũng, Đào Hồng Thái
Viện Nghiên cứu Cơ khí,

Email: ;
Tóm tắt: Vật liệu compozit kim loại nói chung và vật liệu compozit nền đồng cốt hạt sắt ngày càng được
sử dụng rộng rãi các máy móc thiết bị hiện đại có công suất lớn thuộc nhiều ngành kinh tế do chúng có
những ưu điểm vượt trội so với các đơn kim loại thành phần và có tính năng chịu tải trọng cao trong điều
kiện ngay cả khi không có bôi trơn hoặc bôi trơn hạn chế. Chúng thường
được chế tạo bằng công nghệ
luyện kim bột. Hiện nay, trong công nghiệp chế tạo máy, vật liệu compozit nền đồng cốt hạt sắt được sử
dụng để chế tạo bạc trượt trong các bộ đôi ma sát làm việc ở tải trọng lớn, bôi trơn hạn chế, vì do có các
hạt sắt phân bố đều trong vật liệu đã nâng cao khả năng chịu tải, còn một số ch
ất bôi trơn rắn có thể
được pha trộn trong nguyên liệu đầu vào sẽ đóng vai trò chịu mòn cao. Báo cáo này giới thiệu một số kết
quả thực nghiệm ứng dụng công nghệ luyện kim bột trong điều kiện Việt Nam để chế tạo vật liệu chịu
mòn ở dạng compozit nền đồng cốt hạt sắt, đánh giá cường độ mòn và đo hệ số ma sát khi thử mẫu nhanh
trong quy mô phòng thí nghi
ệm ở điều kiện ma sát khô. Ngoài ra, tác giả còn giới thiệu một vài kết quả
nghiên cứu khảo sát chụp ảnh tổ chức tế vi vật liệu bằng kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử
quét. Đây là kết quả nghiên cứu khoa học mới của nhóm tác giả hiện đang là người hướng dẫn khoa học
và các nghiên cứu sinh tại Viện Nghiên cứu Cơ khí trong lĩnh vực Công nghệ t
ạo hình vật liệu và Kỹ
thuật máy công cụ.
1. Vật liệu, thiết bị thí nghiệm, mục đích nghiên cứu:
Trong bài báo khoa học "Tính chất chịu mòn vật liệu xốp luyện kim bột có thấm chất bôi trơn"
[1] tác giả đã giới thiệu tóm tắt các kết quả nghiên cứu và ứng dụng vật liệu compozit luyện kim bột
chịu mòn trên cơ sở nền đồng – cốt hạt kim loại như: sắt, titan, măngan, coban, niken, borit…, các
chất thấm ướt như chì, thiếc và chất bôi trơn như kẽm, grafit ở ngoài nước.
Trong công trình "Vật liệu compozit luyện kim bột trên nền đồng, nền sắt làm tiếp xúc
truyền dẫn điện và phương pháp chế tạo" [2], nhóm nghiên cứu đã hệ thống hóa một số kết quả
điển hình ở ngoài nước về vật liệu compozit với hàm lượng sắt 15 ÷ 85 %, đồng 10 ÷ 76 % trong
hỗn hợp với tỷ lệ theo khối lượng khác nhau của các kim loại khác như chì, grafit, nit
ơrit bo, thiếc

được sử dụng để chế tạo các đầu nối và tấm tiếp xúc dẫn điện trong ngành điện lực, có tổng kết so
sánh đối chiếu tính chất các vật liệu đó với đồng đúc và bimetal tùy thuộc vào thành phần phối liệu
và công nghệ sử dụng sản xuất chúng. Cũng trong công trình [2] tác giả giới thiệu tóm tắt một vài
kết quả ứng d
ụng công nghệ luyện kim bột trong điều kiện Việt Nam để chế tạo vật liệu bimetal thép
các bon thấp + hợp kim Cu4Pb4Sn2Zn1C(grafit) sử dụng chủ yếu cho sản xuất bạc trượt và thanh
cái tiếp xúc điện trong máy móc thiếu bị cơ – điện ngành mỏ. Có thể coi nó là vật liệu compozit
dạng lớp, được chế tạo theo phương pháp rải bột lên nền thép và thiêu kết trong môi trường có khí
Xác định cường độ mòn vật liệu Composite kim loại nền đồng cốt hạt sắt
trong điều kiện ma sát khô bằng thực nghiệm

13
bảo vệ. Chúng tôi đã sử dụng vật liệu này để chế tạo một số loại bạc trượt và thử nghiệm trên máy
mỏ đạt yêu cầu kỹ thuật so với bạc trượt nhập ngoại [3].
Gần đây vật liệu compozit trên cơ sở nền hợp kim đồng 5-5-5 – hạt sắt chế tạo bằng công nghệ
đúc thẩm thấu và công nghệ luyện kim b
ột truyền thống (ép tạo hình bột kim loại và sau đó thiêu
kết) đã được nhóm nghiên cứu một đề tài cấp Nhà nước thuộc Chương trình KC.02 do Viện Công
nghệ (Tổng công ty Máy động lực và Máy nông nghiệp – Bộ Công nghiệp) thực hiện trong giai
đoạn 2000 ÷ 2005 có kết quả khả quan, đã chế thử một số loại bạc trượt, đạt yêu cầu trong quy mô
sản xuất thử nghiệm loạt nhỏ, nh
ưng chưa đi sâu nghiên cứu tính chất ma sát và cường độ mòn của
nó [4].

Trong công trình nghiên cứu này, nhóm tác giả xuất phát từ ý tưởng nghiên cứu ảnh hưởng của
một số yếu tố như: tốc độ trượt, tải trọng, thời gian thử nghiệm đối với vật liệu compozit luyện kim
bột nền đồng cốt hạt sắt trong điều kiện ma sát khô và môi trường nhiệt ẩm Việt Nam tới cường độ
mòn, đồng thời xác định hệ số ma sát tươ
ng ứng trong cặp đôi với thép 40Cr tôi đạt độ cứng 42 ÷ 44
HRC có độ bóng bề mặt ban đầu Ra = 0,63 μm (trong quy mô phòng thí nghiệm ma sát học).

Mục tiêu nghiên cứu của tác giả là phỏng đoán khả năng làm việc của vật liệu compozit luyện
kim bột nền đồng với tỷ lệ cốt hạt sắt 20 % Fe; 30 % Fe; 40 % Fe, sử dụng làm bạc trượt làm việc ở
chế độ bôi trơn hạn chế trong máy móc thi
ết bị công nghiệp, đồng thời có thể làm cổ góp tiếp xúc
điện trong động cơ máy công cụ. Bột nguyên liệu đầu vào lựa chọn để ép thiêu kết mẫu thí nghiệm
có thành phần hoá học (theo khối lượng): [55 ÷ 75 % Cu; 20 ÷ 40 % Fe; 1 % Pb; 2 % Zn; còn lại: %
C (grafit)]. Độ hạt trung bình bột đồng: θ
Cu
≤ 100 μm, còn các hạt sắt là 0,5 ÷ 1,0 mm [5].
2. Thiết bị thí nghiệm và phương pháp đo
a. Thiết bị thí nghiệm:
Công đoạn chuẩn bị hỗn hợp vật liệu compozit nền đồng cốt hạt sắt với thành phần đã chọn
được tiến hành trên máy trộn năng suất cao (hình 1). Mẫu thí nghiệm được ép tạo hình ở trạng
thái nguội trên máy ép thủy lực (hình 2), sau đó thiêu kết trong lò
điện trở ống than có khí bảo
vệ H
2
(hình 3). Sơ đồ nguyên lý và thiết bị thí nghiệm thử mòn nhanh trong phòng thí nghiệm
ma sát học (Đại học Bách khoa Hà Nội) được cho trên hình 4. Mẫu sau thiêu kết có dạng hình
hộp (hình 5a), mẫu trụ có lỗ tâm (hình 5b) và mẫu trụ đặc (hình 5c). Chế độ ép tạo hình và thiêu
kết các mẫu thí nghiệm nói trên có thể tham khảo trong công trình [4, 5]. Mẫu thí nghiệm sau
thiêu kết có độ xốp và mật độ trung bình tương ứng trong khoảng: γ
TB
= 12,059 ÷ 9,124 %; ρ
TB

= 7,73 ÷ 8,02 g/cm
3
. Cơ tính và ảnh chụp tổ chức tế vi vật liệu compozit hệ [Cu – Fe – Pb – Zn –
C (Grafit)] trên các mẫu thí nghiệm được xác định tại các Phòng thí nghiệm chuyên ngành thuộc

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội và Viện vật liệu (Viện Khoa học Việt Nam) trong khuôn
khổ hợp tác nghiên cứu khoa học với Trung tâm CTA-NARIME, Viện Nghiên cứu Cơ khí, kết
quả cho trong bảng 1 và trên các hình 6 ÷ 7.
b. Phương pháp đo:
Phương pháp tính toán nghiên cứu cường độ mòn bằng th
ực nghiệm đối với vật liệu
compozit hệ [Cu – Fe – Pb – Zn – C (Grafit)] khi làm việc trong cặp đôi trực tiếp với chi tiết thép tôi
40Cr đạt độ cứng 42 ÷ 44 HRC, gia công đạt độ bóng bề mặt Ra = 0,63 μm và kích thước hình
học bằng 15 x 5 x 5 mm ở các chế độ tải trọng p, số vòng quay n, thời gian thử t trong môi trường
nhiệt ẩm Việt Nam theo tác giả công trình [7]. Thí nghiệm được thực hiệ
n trong điều kiện nhiệt độ
phòng thí nghiệm, không có chất bôi trơn (ma sát khô). Kết quả đo đạc mẫu thí nghiệm và tính
toán cường độ mòn tại các điểm nút quy hoạch thực nghiệm được cho trong bảng 2.
Hà Minh Hùng, Lê Đức Bảo, Đinh Tiến Dũng, Đào Hồng Thái

14

Hình 1. Máy trộn bột kim loại thí nghiệm
(Viện Công nghệ, Bộ QP)
Hình 2. Máy ép tạo phôi mẫu thí nghiệm
(Viện Công nghệ, Bộ QP)

Hình 3. Lò thiêu kết mẫu ép từ bột kim
loại (Viện Công nghệ, Bộ QP)
Hình 4. Thiết bị thử mòn nhanh vật liệu
compozít hệ [Cu – Fe – Pb – Zn – C (Grafit)]
a) b)

c)
Hình 5. Mẫu thí nghiệm nghiên cứu mòn trong điều kiện ma sát khô từ vật liệu compozit

luyện kim bột nền đồng - cốt hạt sắt [5].
Cơ sở tính mòn dựa trên l ý thuyết cơ phân tử Kragelsky. Lý thuyết ma sát cơ phân tử (bám
dính-biến dạng) đưa ra bản chất đối ngẫu của lực ma sát, khi lực ma sát vượt quá tương tác phân
tử tại điểm tiếp xúc thực của bề mặt, các nhấp nhô có độ cao khác nhau của bề mặt vật rắn sẽ
gây ra các quá trình cào xước bề mặt vật mềm hơn. Trong quá trình ma sát thể tích vật liệu lớp
b
ề mặt chịu tác động của ứng suất biến thiên theo chu kỳ và làm tích lũy các hư hỏng, cuối cùng
xảy ra phá hủy vật liệu lớp bề mặt ma sát. Đối với tiếp xúc đàn hồi, giá trị ứng suất có biên độ
không vượt quá giới hạn đàn hồi của vật liệu. Công thức tính mòn như sau:
Xác định cường độ mòn vật liệu Composite kim loại nền đồng cốt hạt sắt
trong điều kiện ma sát khô bằng thực nghiệm

15
f
f
f
t
b
T
t
tv
t
h
fk
EPKKI
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜

⎜
⎝
⎛
⋅⋅=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
σ
α
τα
.1
15.
2
1
2
1
0
1
2
5
2
2
(1)
trong đó:
1
2

1
2
1
1
2
.2.5,0 KK
f
t
ν
ν
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−−
=
(2)
Từ các công thức (1) , (2) cần xác định hệ số ma sát của cặp ma sát bằng thiết bị đo hiện có
tại Bộ môn Máy và ma sát học - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội (hình 4). Sơ đồ nguyên lý
đo lượng mòn trên mẫu thí nghiệm và hệ số ma sát tương ứng với từng chế độ đo theo quy
hoạch thực nghiệm được cho trên hình 6.
Nguyên l ý đo:
Mẫu thí nghiệm (1) được đặt trên
trục mang mẫu (2). Vậ
t mẫu khảo sát
mòn (1) giữ cho đứng yên chịu tải trọng
P, trục 2 chuyển động quay tròn với số
vòng quay n. Khi đó lực ma sát sẽ làm

cho hệ thống đo nghiêng một góc α so
với phương thẳng đứng. Phương trình
cân bằng mô men:
α
sin eGRF
ms
=



Hình 6.Sơ đồ nguyên lý thiết bị hệ số ma sát
trong đó: R - bán kính trục mẫu; e - Độ lệch tâm quay;
α
- Góc lệch tâm quay;
G - Trọng lượng vật quay.

Hệ số ma sát được xác định theo biểu thức:
RP
eG
N
F
f
ms
.
sin
α
==
(4)
Tải trọng (P) và số vòng quay trục 2 (n) thay đổi sau mỗi lần thí nghiệm tại các điểm nút
quy hoạch thực nghiệm và ta đo được các góc α tương ứng.

Áp dụng nguyên lý đo nói trên để tiến hành thực nghiệm đo hệ số ma sát đối với cặp ma
sát: vật liệu compozit nền đồng cốt hạt sắt - thép 40Cr, từ đó tính cường độ mòn thực nghiệm.
Các thông số cơ bản củ
a cặp vật liệu dùng để tính toán cường độ mòn trong trường hợp này là:
thông số độ nhám bề mặt lấy theo tài liệu đối với vật liệu cứng hơn là thép 40Cr sau tôi cứng bề
mặt: ∆ = 8,9.10
-1
μm; môđun đàn hồi = 2.10
4
kgf/mm
2
. Thông số về tương tác phân tử đối với
vật liệu mềm hơn là compozit nền đồng cốt hạt sắt: sức bền cắt của liên kết phân tử τ
0
= 1,8
kgf/mm
2
; hệ số áp điện của thành phần ma sát phân tử β = 0,08; hệ số ma sát phân tử
μ
pt
= 0,125; mô đun đàn hồi E = 296 kgf/mm
2
; hệ số ma sát do trễ khi trượt
α
Γ
= 2,5. α (α = 0,04); mô đun đàn hồi tương đương khi đó được xác định như sau:
4
12
4
12

E.E
2.10 .296
E 291,68
E E 2.10 296
== =
++
kgf/mm
2
(5)
Kết quả khảo sát và chụp ảnh tổ chức tế vi trên một mẫu điển hình được cho trên hình 7 là
ảnh chụp tổ chức tế vi vật liệu compozit hệ [Cu – Fe – Pb – Zn – C (Grafit)] trên kính hiển vi
quang học, còn trên hình 8 – trên kính hiển vi điện tử quét theo tài liệu [6] .
Hà Minh Hùng, Lê Đức Bảo, Đinh Tiến Dũng, Đào Hồng Thái

16

Hình 7. Ảnh chụp tổ chức tế vi vật liệu compozit
LKB hệ [Cu – Fe – Pb – Zn – C (Grafit)] theo [6].
Hình 8. Ảnh SEM chụp tổ chức tế vi vật
liệu compozit LKB hệ [Cu – Fe – Pb – Zn
– C (Grafit)] (Grafit), x 20.000 [6].

Kết quả tính toán xác định cơ lý tính vật liệu compozit nền đồng – cốt hạt sắt trên các thiết
bị hiện có tại Phòng thí nghiệm Vật liệu học & Xử lý bề mặt đối với các mẫu thí nghiệm cho
trong bảng 1. Tổng hợp các số liệu thực nghiệm khảo sát tính toán cường độ mòn và đo hệ số
ma sát tương ứng trong các chế độ thí nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm được cho trong bả
ng
2.
Bảng 1. Tính chất vật liệu compozit LKB hệ [Cu – Fe – Pb – Zn – C (Grafit)]
TT

Mẫu
Tỷ trọng
ρ, (g/cm
3
)
Độ xốp
γ, (%)
Độ cứng,
(HB)
Độ bền nén,
(MPa)
Hệ số ma sát trong đi
ề
u kiện:
bôi trơn hạn chế / ma sát khô
1 8,02 9,124 54 652
0,31 / 0,35 ÷ 0,412
2 7,91 10,011 57 675
0,32 / 0,35 ÷ 0,420
3 7,79 11,376 70 683
0,30 / 0,349 ÷ 0,392
4 7,73 12,059 75 672
0,32 / 0,348 ÷ 0,392
5 7,76 11,718 73 670
0,31 / 0,356 ÷ 0,410
Bảng 2. Tổng hợp kết quả tính toán cường độ mòn thực nghiệm vật liệu compozit luyện kim bột
hệ [Cu – Fe – Pb – Zn – C (Grafit)] ở chế độ ma sát khô.
Chế độ thí nghiệm
Ký
hiệu

mẫu
Ch
ế
độ
thử song
song
Tải trọng,
p, (g)
T
ố
c độ
n, (vg/ph)
Thời gian
t, (h)
Hệ số ma sát
tương ứng với
ch
ế
độ thử
(f)
Cường độ mòn vật
liệu compozit
(I
C
, x 10
−10
)
1 200
300÷1500 0,412÷0,388 6,82÷6,27
2 300

300÷1500 0,405÷0,377 6,40÷5,87
3 400
300÷1500 0,385÷0,370 5,75÷5,40

1
4 500
300÷1500

10
0,375÷0,350 5,53÷5,28
1 200
300÷1500 0,420÷0,392 7,82÷6,27
2 300
300÷1500 0,401÷0,382 6,15÷5,67
3 400
300÷1500 0,382÷0,372 5,65÷5,40

2
4 500
300÷1500

10
0,375÷0,350 5,33÷5,05