NGHIÊN cứu THỰC NGHIỆM đặc TÍNH MA sát TRONG mô HÌNH mài mòn BA đối TƯỢNG

Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐẶC TÍNH MA SÁT TRONG MÔ HÌNH
MÀI MÒN BA ĐỐI TƯỢNG
EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF FRICTION CHARACTERISTICS IN THREEBODY ABRASION
Đoàn Yên Thế
Khoa Cơ khí, Trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội, Việt Nam

TÓM TẮT
Trong mô hình bài toán mài mòn 3 đối tượng, hệ số ma sát được xem là một thông số
quan trọng trong nghiên cứu quá trình mài mòn. Trong bài báo này, đặc tính ma sát trong mô
hình mài mòn 3 đối tượng được nghiên cứu bằng thực nghiệm dựa trên mô hình thí nghiệm
mài mòn giữa mẫu, lớp vật liệu mài mòn và đĩa quay. Sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào tải
trọng áp dụng và vận tốc trượt được xác định. Một loạt các thí nghiệm được thực hiện trên
thiết bị thí nghiệm mài mòn. Với một thiết bị đo lực 3 chiều, hệ số ma sát được xác định dựa
vào các giá trị đo lực ma sát và lực pháp tuyến. Nội dung của nghiên cứu này tập trung vào
việc xác định tính chất ma sát nhằm giúp hiểu sâu hơn về cơ chế mài mòn trong bài toán mài
mòn 3 đối tượng.
Từ khóa: mài mòn 3 đối tượng, hệ số ma sát, tính chất ma sát, lực ma sát, lực tiếp
tuyến, thiết bị thí nghiệm.
ABSTRACT
In three-body abrasion, friction coefficient is an important parameter in the study of
wear process. In this paper, friction characteristics of three-body abrasion has been
investigated experimentally, which is based on a model of abrasion in three-body contact
between a sample, abrasive particle layer and rotating disc. The dependence of friction
coefficient on applied load and velocity has been determined. A series of experiments has
been conducted by a tribometer test-rig. With a 3-axial force sensor, the friction coefficient
has been determined by measuring normal force and friction force. The research work is
thereby focused on the friction characteristic.
Keywords: three-body abrasion, friction coefficient, friction characteristics, friction
force, normal force, tribometer test-rig.

1. GIỚI THIỆU
Trong các ngành công nghiệp như ngành khai thác mỏ, chế tạo vật liệu xây dựng, công
nghệ chế tạo máy,… thường xảy ra quá trình mài mòn của các chi tiết máy hoặc các bộ phận
máy quan trọng. Sự mài mòn của các chi tiết máy thường dẫn đến giảm năng suất, tuổi thọ và
độ tin cậy của máy hoặc thiết bị do đó làm tăng giá thành chi phí sản xuất. Để nâng cao hiệu
suất và độ tin cậy của máy móc thiết bị liên quan đến các vấn đề mài mòn, đặc tính mòn cũng
như các thông số ảnh hưởng đến quá trình mòn của vật liệu đã và đang được các nhà khoa học
quan tâm từ nhiều thập kỷ qua.
Trong lĩnh vực ma sát học, khi nghiên cứu về mài mòn, hầu hết các thí nghiệm được
thực hiện trên các thiết bị thí nghiệm ma sát mài mòn được phân loại theo 2 dạng mô hình là
mài mòn 2 đối tượng và mài mòn 3 đối tượng, theo tài liệu [1,3,5,6]. Quá trình mòn thường
xảy ra khi các bề mặt tương tác giữa các chi tiết máy hoặc bộ phận máy trượt tương đối với
nhau, và phụ thuộc vào nhiều thông số ảnh hưởng như tính chất vật liệu, tải trọng áp dụng,
điều kiện thí nghiệm,…
291


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Với một mô hình mài mòn gồm có một mẫu dưới tác dụng tải trọng pháp tuyến bị ép
trực tiếp vào bề mặt một đĩa quay chuyển động gây ra quá trình mài mòn của cả mẫu và đĩa,
và mô hình này được gọi là mô hình mài mòn 2 đối tượng (two-body abrasion) được minh
họa như trong Hình 1 a). Trong khi đó, mô hình mài mòn 3 đối tượng (three-body abrasion)
được xét đến điều kiện trong vùng tiếp xúc giữa mẫu và đĩa quay luôn có các hạt mài mòn, do
đó các lớp hạt mài mòn đóng vai trò là lớp trung gian tương tác với đồng thời với bề mặt mẫu
và bề mặt đĩa. Phân biệt sự khác nhau giữa mô hình mài mòn 2 đối tượng và mô hình mài
mòn 3 đối tượng chính là lớp hạt mài trung gian. Nên trong mô hình mài mòn 3 đối tượng
gồm có một mẫu, lớp hạt mài mòn và một đĩa quay, trong trường hợp này mẫu không tiếp xúc
trực tiếp với đĩa quay như trong Hình 1 b).
Fn

Fn

Mẫu

Mẫu
hmẫu

hmẫu

Fr
Đĩa quay

Hạt mài mòn

Fr
Đĩa quay
w

w

a)

b)

Hình 1: Mô hình mài mòn 2 đối tượng a) và mô hình mài mòn 3 đối tượng b)
Quá trình mài mòn của mẫu và đĩa quay trong mô hình mòn 3 đối tượng xảy ra do sự
tương tác giữa lớp hạt mài và bề mặt tiếp xúc của mẫu và đĩa quay. Khi quá trình mài mòn
xảy ra dẫn đến quá trình bào mòn vật liệu và sự thay đổi biên dạng bề mặt tiếp xúc gây ra sự
thay đổi kích thước hình học ảnh hưởng tới đặc tính làm việc của máy móc. Quá trình này rất
phức tạp phụ thuộc vào các dạng chuyển động khác nhau của các hạt mài và phụ thuộc vào cơ

chế tiếp xúc giữa các lớp hạt với nhau và giữa các lớp hạt với bề mặt tương tác với mẫu và đĩa
quay. Dạng chuyển động của các hạt mài mòn trong vùng tiếp xúc có thể xảy ra những dạng
như trượt, quay tròn và xoay, hoặc thậm chí kết hợp giữa các dạng chuyển động trên, và các
dạng chuyển động này thay đổi theo thời gian.
Tính chất ma sát được đặc trưng là một thông số quan trọng ảnh hưởng tới hành vi mài
mòn của vật liệu, nó ảnh hưởng đến quá trình mòn và gây ra các cơ chế mòn khác nhau. Đặc
tính ma sát trong mô hình mài mòn 3 đối tượng đã được nghiên cứu nhiều bởi các nhà khoa
học trong và ngoài nước [2,3,4,5,6,7]. Các kết quả đã được công bố phần lớn tập trung vào
nghiên cứu thực nghiệm xác định quan hệ giữa hệ số ma sát vào các thông số của quá trình
như lực pháp tuyến Fn, vận tốc của đĩa v và tính chất vật liệu. Tuy nhiên, các kết quả nghiên
cứu này được đưa ra phần lớn phù hợp với các mô hình và điều kiện thí nghiệm cụ thể được
tiến hành trên các máy thí nghiệm mài mòn khác nhau.
Fn

Đầu đo lực

Cảm biến lực
Hạt mài mòn
Hộp lắp mẫu

Đĩa quay

Hạt mài
Đĩa quay

Mẫu

v

Mẫu mòn

Bề mặt mòn

a)

b)

Hình 2: Các chi tiết chính của Tribometer a) và mô hình mài mòn 3 đối tượng b)
Để hiểu rõ hơn về những ảnh hưởng của tính chất ma sát tới hành vi mài mòn trong mô
hình tiếp xúc 3 đối tượng và hơn thế nữa để mô tả những tính chất này trong những công thức
292


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
tính mòn, một nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện để xác định tính chất ma sát. Do đó
trong bài báo này sẽ trình bày kết quả thực nghiệm về sự phụ thuộc hệ số ma sát vào tải trọng
danh nghĩa tác dụng vào mẫu, vận tốc đĩa quay đối với 1 loại vật liệu mẫu là thép C45.
Để nghiên cứu đặc tính ma sát trong mô hình mài mòn 3 đối tượng, các thí nghiệm được
thực hiện trên máy thí nghiệm mài mòn Tribometer với sự thay đổi lực pháp tuyến Fn = 50200 N và sự thay đổi vận tốc của đĩa quay v = 20-400 mm/s như trong Hình 2.
2. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
2.1. Thiết bị thí nghiệm (tribometer test-rig)
Các thí nghiệm dùng để nghiên cứu đặc tính ma sát của hệ ma sát mài mòn 3 đối tượng
được thực hiện trên máy thí nghiệm ma sát Tribometer dựa trên nguyên lý một mẫu được ép
trực tiếp với một đĩa quay do lực pháp tuyến tác dụng lên mẫu, và trong vùng tiếp xúc các hạt
mài được cung cấp. Những bộ phận chính của máy thí nghiệm này gồm có cơ cấu dẫn động
đĩa quay, khung máy, hộp cấp liệu, các thiết bị đo và cơ cấu gia tải, được mô tả như Hình 3.
Thiết bị đo chuyển vị

Điểm đo

Cơ cấu gia tải

Đầu đo lực 3 chiều
Hộp chứa hạt mài

Mẫu

Đĩa quay
Khung máy

b)

a)

Hình 3: Máy thí nghiệm Tribometer a) và phác họa các bộ phận chính của máy b)
Với máy thí nghiệm Tribometer được thiết chế tạo tại Viện Chi tiết máy và Công nghệ
chế tạo (TU Freiberg, CHLB Đức), các thông số thực nghiệm có thể thay đổi như lực pháp
tuyến Fn từ 10N đến 200N và vận tốc đĩa quay v từ 5 m/s đến 1000 m/s. Hơn nữa, trên thiết bị
này dễ dàng thay đổi mẫu và đĩa quay với các loại vật liệu và kích thước khác nhau.
Đặc tính ma sát được nghiên cứu dựa trên việc xác định hệ số ma sát được tính toán trên
các giá trị đo tức thời lực pháp tuyến Fn và lực ma sát Fr trong khoảng thời gian được xác định
trước. Các lực Fr và Fr được đo bởi cảm biến lực 3 chiều (triaxial force sensor), Kistler
9047C. Các bộ phận chính của cơ cấu gia tải được thiết kế, xem Hình 4. Với kết cấu này có
thể điều chỉnh khe hở ban đầu giữa mẫu và đĩa quay nhờ cơ cấu điều chỉnh và nhờ 8 bánh xe
cơ cấu gia tải dễ dàng chuyển động theo hướng vuông góc với hướng chuyển động của đĩa
quay, Hình 4 a).
2.2. Điều kiện thí nghiệm
Để nghiên cứu đặc tính ma sát của mô hình mài mòn 3 đối tượng cho loại vật liệu là
thép thông dụng, một loạt các thí nghiệm được thực hiện trên 1 mẫu là thép C45. Các thông số
kích thước hình học ban đầu của mẫu và đĩa là như nhau và được thiết lập ở cùng điều kiện thí
293

Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
nghiệm. Cụ thể mẫu thép C45 được cắt ra từ tấm L với bề mặt tiếp xúc danh nghĩa 45 x 25
mm và có chiều dày của mẫu là 5 mm. Bề mặt tiếp xúc của mẫu được mài bóng trước khi thực
hiện thí nghiệm. Một đĩa thép với đường kính 
ều dày là 10 mm được lắp chặt với
đĩa quay nhờ các bu lông, Hình 4b).

Hộp chứa hạt mài
Tấm chịu tải
Bánh xe di chuyển

Khối nặng

Cơ cấu gia tải
Thiết bị đo lực
Cơ cấu điều chỉnh
Hộp chứa mẫu
Mẫu
Tấm tròn

Đĩa quay

a)

b)

Hình 4: Sơ đồ kết cấu của cơ cấu gia tải a) và ảnh của cơ cấu gia tải b)
Trong nghiên cứu này, các hạt mài được chọn là vật liệu rời cát khô thành phần chính là
Silica với sự phân bố kích thước hạt trong dải từ 125- 355 µm. Các thí nghiệm được thực hiện

trên máy Tribometer với vận tốc được thay đổi từ 20 đến 400 mm/s và tải trọng danh nghĩa từ
50 đến 200 N. Đối với mỗi thí nghiệm, thời gian mài mòn của mẫu được điều khiển từ 2-3
phút. Các thông tin chi tiết về các thông số thực nghiệm được mô tả trong Bảng 1.
Bảng 1: Các thông số thực nghiệm của các thí nghiệm mài mòn
Mô tả các thông số

Giá trị

Mẫu
- Kích thước mẫu
- Số lượng mẫu thép C45

45 x 25 x 5 mm
1

Đĩa quay thép C45

300 x 10 mm

Hạt mài
- Kích thước hạt

Cát khô (silica sand)
125 - 355 µm

Thông số thí nghiệm
- Tải trọng danh nghĩa
- Vận tốc quay của đĩa quay
- Thời gian thí nghiệm

50; 100; 150; 200 N
20; 50; 100; 200; 300; 400 mm/s
2 - 3 phút

Để thiết lập điều kiện thí nghiệm là như nhau cho mỗi thí nghiệm, các bước thí nghiệm
được thực hiện như sau:
(1) Xác định tải trọng danh nghĩa bằng các khối trọng lượng đặt lên thiết bị đo lực.
(2) Điều chỉnh khe hở ban đầu giữa mẫu và đĩa quay sao cho diện tích tiếp xúc là lớn nhất.
(3) Điều chỉnh lượng cấp hạt mài được giữ ổn định trong thời gian thí nghiệm.
(4) Đĩa quay được điều khiển đạt tới vận tốc yêu cầu.
(5) Thiết lập thời gian thí nghiệm 3 phút.
294


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
3.1. Phân tích kết dữ liệu đo
Trong báo cáo này, ảnh hưởng của các thông số quá trình như tải trọng danh nghĩa và
vận tốc của đĩa đối với tính chất ma sát sẽ được nghiên cứu. Tổng cộng có 72 thí nghiệm được
thực hiện để phân tích đặc tính ma sát. Các giá trị thực nghiệm như lực pháp tuyến Fn, lực tiếp
tuyến Fr được đo đồng thời nhờ cảm biến lực, và giá trị của chuyển vị của mẫu hdis cũng được
xác định nhờ thiết bị đo laser. Hình 5 a) trình bày kết quả của các giá trị đo Fn, Fr và chuyển
vị của mẫu hdis trong toàn bộ thời gian cho một thí nghiệm như là một ví dụ điển hình với
thông số ban đầu Fn = 100 N và v = 50 mm/s.
Sự phân tích kết quả các giá trị đo được thực hiện cho toàn bộ 72 thí nghiệm như sau:
(1) Tính toán giá trị hệ số ma sát µ=Fr /Fn dựa vào dữ liệu đo Fn và Fr với cùng thời gian
thí nghiệm tương ứng với 5 vòng quay, Hình 5 b).
(2) Xác định giá trị trung bình hệ số ma sát cho tất cả các thí nghiệm với cùng thời gian
mài mòn.

hdis

5 vòng

ho

Hệ số ma sát µ [-]

Chuyển vị h dis (mm)

Fn & Fr (N)

Fn

Fn & Fr (N)

Fn

5 vòng

µ

Fr

Fr
Thời gian (s)

Thời gian (s)

a)

b)

Hình 5: Giá trị đo của Fn và Fr cho trường hợp tải trọng danh nghĩa Fn = 100 N và vận
tốc v = 50 mm/s a) và giá trị của Fn và Fr tương ứng 5 vòng quay của đĩa b)
Từ kết quả thực nghiệm cho thấy giá trị trung bình của Fn và Fr là khá ổn định, trong khi
đó các giá trị tức thời của các lực này thay đổi theo chu kỳ sau mỗi vòng quay do độ không
phẳng đều bề mặt đĩa quay. Giá trị trung bình hệ số ma sát là không đổi trong thời gian thực
nghiệm. Do đó, hệ số ma sát phụ thuộc vào thông số quá trình như tải trọng danh nghĩa Fn và
v được xác định, các giá trị này dùng để phân tích đặc tính ma sát của mô hình mài mòn 3 vật
thể.
200

120

180
Fn=100 N; v=400 mm/s

80

F n & F r (N)

F n & F r (N)

100

Fn=100 N; v=50 mm/s
Fr; v=50 mm/s
Fn=100 N; v=400 mm/s

60

Fr; v=400 mm/s
40

160

Fr ; v=400 mm/s

140

Fn=200; v=400 mm/s

120

Fr ; v=400 mm/s

100
80
60
40

20
20
0
80

90

100

110

120

130

140

150

160

Thời gian (s)

0
80

90

100

110

120

130

140

150

160

Thời gian (s)

a)

Hình 6: Giá trị đo của Fn và Fr với cùng tải trọng danh nghĩa Fn = 100 N a)
và giá trị của Fn và Fr với cùng vận tốc của đĩa v = 400 mm/s b)
295

b)


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Để nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng danh nghĩa Fn và v đến tính chất ma sát của hệ
mài mòn 3 đối tượng, kết quả so sánh các giá trị đo Fn và Fr cho trường hợp cùng tải trọng
danh nghĩa Fn = 100 N, nhưng khác nhau về vận tốc được thể hiện trong Hình 6 a). Tương tự
như vậy cho trường hợp cùng vận tốc v = 400 mm/s, nhưng khác nhau về tải trọng danh nghĩa
Fn được thể hiện trong Hình 6 b).
Từ kết quả trên Hình 6 a) cho thấy, giá trị biên độ lực pháp tuyến của trường hợp v =
400 mm/s lớn hơn trường hợp v = 50 mm/s, trong khi đó giá trị trung bình của Fn trong 2
trường hợp này gần như bằng nhau. Do đó ảnh hưởng của vận tốc là khá rõ ràng đến giá trị
biên độ lực pháp tuyến. Nếu v tăng thì tần số dao động của cơ cấu gia tải cũng tăng. Cũng trên
hình này, kết quả cho thấy biên độ của Fr là khá nhỏ và gần như không phụ thuộc vào vận tốc.
Do đó cơ cấu gia tải có dao động rất nhỏ theo phương vuông góc với tải trọng danh nghĩa.
Trong Hình 6 b) kết quả so sánh cho thấy với cùng vận tốc v = 400 mm/s giá trị biên độ
của Fn của trường hợp Fn = 200 N gần như bằng trường hợp Fn = 100 N. Điều đó chứng tỏ tần
số dao động của cơ cấu tải không phụ thuộc nhiều vào tải trọng danh nghĩa. Tuy nhiên ảnh

hưởng của tải trọng danh nghĩa đến lực ma sát là khá rõ ràng là nếu tăng tải trọng danh nghĩa
thì lực ma sát tăng.
3.2. Phân tích kết quả đặc tính ma sát
Để xác định sự phụ thuộc của hệ số ma sát µ vào vận tốc v và tải trọng danh nghĩa Fn,
các kết quả phân tích hệ số ma sát được thực hiện nhờ phần mềm Matlab sử dụng công cụ
đường cong xấp xỉ (curve fitting) dựa vào thuật toán bình phương tối thiểu nhỏ nhất
(weighted least-squares). Các kết quả tính toán µ phụ thuộc Fn và v được vẽ thành các điểm
rời rạc trong không gian 3 chiều. Từ tập các dữ liệu điểm rời rạc 3 chiều, một hàm xấp xỉ
được xác định và được mô tả bởi một bề mặt xấp xỉ (surface fitting) trên tất cả các kết quả thí
nghiệm.
Sự phụ thuộc µ vào v và Fn được hiển thị một cách trực quan trên đồ thị 3 chiều, Hình
7. Các điểm rời rạc tương ứng với kết quả của tất cả 72 thí nghiệm và mặt xấp xỉ được vẽ
cùng trên một đồ thị 3 chiều.
Kết quả thực nghiệm

Đường cong xấp xỉ

Mặt xấp xỉ

200 N

Hệ số ma sát µ [-]

Hệ số ma sát µ [-]

150 N
0.28
0.27
0.26
0.25

0.24
0.23
0.22
0.21
0.2
0.19
0.18
0.17
0.16
0.15
0

100 N
50 N

50

100

150

Vậ n 200 250
tốc v
300
( mm 350 400
/s )

50

75

100

125

F n (N

150

175

200

Vận

)

tốc v

(mm
/s )

F n (N

a)

)

b)

Hình 7: Kết quả tính toán µ = f(v, F n) đối với mẫu thép;
hàm xấp xỉ phi tuyến µ = f(v) a) và mặt xấp xỉ phi tuyến µ = f(v, Fn) b)
Trên cơ sở bộ dữ liệu rời rạc µ = f(v, Fn), các mô hình đường cong được lựa chọn và
chạy thử. Kết quả cho thấy đường cong xấp xỉ phi tuyến µ = f(v) là phù hợp nhất được hiển
thị trong Hình 7 a). Nếu so sánh giữa 2 hàm xấp xỉ phi tuyến và hàm tuyến tính trên cơ sở các
hệ số phù hợp và khuynh hướng phụ thuộc của µ vào v và Fn thì mặt xấp xỉ phi tuyến µ = f(v,
Fn) được lựa chọn và phù hợp hơn, được hiển thị kết quả ở Hình 7 b).

296


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Từ kết quả trên Hình 7 cho thấy rằng, kết quả sự phụ thuộc của hệ số ma sát µ vào vận
tốc v và lực pháp tuyến Fn là nếu tăng vận tốc v thì µ giảm, trong khi đó µ tăng nếu lực pháp
tuyến Fn tăng. Kết quả này phù hợp với kết quả của một số nghiên cứu trước đó [3,5].
Sự phụ thuộc của µ vào v và Fn đối với mẫu thí nghiệm làm bằng thép được biểu diễn
bằng phương trình xấp xỉ. Phương trình này được viết dưới dạng:
µ (v, Fn) = p00 + p10·v + p01·Fn + p20·v2 + p11·v·Fn
Trong đó p00, p10, p01, p20 and p11 là các hệ số được liệt kê trong Bảng 2.
Bảng 2: Các hệ số của phương trình xấp xỉ
Hệ số
Vật liệu

p00
[-]

p10
[s·mm-1]

p01

[N-1]

p20
[s2·mm-2]

p11
[s·mm-1·N-1]

Thép C45

0,179

-9,352·10-5

31,19·10-5

1,678·10-7

-4,329·10-7

3.3. Thảo luận đặc tính ma sát của mô hình mài mòn 3 đối tượng
Tính chất ma sát của mô hình mài mòn 3 đối tượng phụ thuộc chủ yếu vào cơ chế tiếp
xúc và ma sát giữa các hạt mài, các bề mặt tiếp xúc của mẫu và đĩa. Do đó, giải thích sự phụ
thuộc của hệ số ma sát vào vận tốc và tải trọng danh nghĩa dựa trên hành vi tương tác của lớp
hạt mài và đối tượng bị mài mòn như là mẫu và đĩa.
Từ kết quả thực nghiệm cho thấy quan hệ giữa µ và v là khá rõ ràng, nếu tăng v thì µ sẽ
giảm. Để giải thích cho mối quan hệ này, ta dựa trên một số suy luận sau:
(1) Nếu vận tốc tăng thì giá trị biên độ dao động Fn cũng tăng, được giải thích Hình 6a),
dẫn đến tăng khe hở giữa đĩa và mẫu. Do đó sẽ có nhiều hạt mài vào trong vùng tiếp xúc dẫn
đến tăng chiều dày lớp hạt. Nếu chiều dày lớp hạt tăng làm tăng sự sắp xếp lại các hạt và kết

quả hệ số ma sát giảm.
(2) Nếu tăng vận tốc đồng nghĩa với việc tăng tốc độ cấp vật liệu hạt mài. Điều này dẫn
đến tăng chiều dày lớp hạt trong vùng tiếp xúc và do đó giảm lực ma sát.
(3) Với giả thiết các hạt mài mòn được sắp thành lớp, xem xét như là một lớp trung gian
trong vùng tiếp xúc giữa mẫu và đĩa quay. Khi tăng vận tốc thì động năng của các hạt cũng
tăng gây tăng chuyển động khác nhau của hạt như chuyển từ chuyển động trượt sang quay.
Do lực ma sát lăn nhỏ hơn ma sát trượt nên hệ số ma sát giảm.
Mối quan hệ phụ thuộc giữa hệ số ma sát và tải trọng danh nghĩa là nếu tăng Fn thì µ sẽ
tăng sẽ được giải thích như sau:
(1) Nếu Fn tăng thì chiều dày lớp hạt giảm do các lớp hạt mài bị nén chặt hơn dẫn đến
giảm sự sắp lại các lớp hạt và kết quả làm tăng lực ma sát, do vậy hệ số ma sát sẽ tăng.
(2) Sự vỡ của các hạt mài phụ thuộc vào áp lực nén liên quan đến mức tăng của tải trọng
danh nghĩa. Số lượng hạt bị vỡ tăng nếu áp lực nén tăng, có nghĩa là tăng tải trọng nén danh
nghĩa. Điều đó có nghĩa là giảm chiều dày lớp hạt và tăng lực ma sát, do đó làm tăng hệ số ma
sát.
4. KẾT LUẬN
Trong nghiên cứu này, đặc tính ma sát của mô hình mài mòn 3 đối tượng được nghiên
cứu thực nghiệm với các thông số thực nghiệm được thay đổi trong phạm vi rộng như tải
trọng danh nghĩa Fn từ 50 đến 200N và vận tốc của đĩa v từ 20 đến 400 mm/s trong thời gian
thí nghiệm 3 phút. Các kết quả được đưa ra và thảo luận trên cơ sở các kết quả thực nghiệm

297


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
được thực hiện trên máy thí nghiệm mài mòn Tribometer với mẫu thép có cơ tính vật liệu C45
và các hạt mài là cát Silicat.
Từ các kết quả thực nghiệm được phân tích, có thể đưa ra một số nhận xét như sau:
(1) Sự phụ thuộc của hệ số ma sát µ vào các thông số quá trình là khá rõ ràng như nếu
tăng vận tốc v thì µ giảm, trong khi đó µ tăng nếu tăng tải trọng danh nghĩa Fn.

(2) Giá trị trung bình của lực ma sát và hệ số ma sát là không đổi trong thời gian thí
nghiệm nếu thỏa mãn điều kiện thí nghiệm theo mô hình mài mòn 3 đối tượng.
(3) Quan hệ phụ thuộc giữa hệ số ma sát µ với vận tốc v và lực pháp tuyến Fn là sự phụ
thuộc phi tuyến. Phương trình xấp xỉ mô tả sự phụ thuộc này đã được xác định.
Kết quả của nghiên cứu này rất có ý nghĩa để hiểu rõ về đặc tính ma sát của hệ ma sát
mài mòn 3 đối tượng. Hơn nữa hàm xấp xỉ µ = f(v, Fn) được xác định để bổ sung đưa vào
phương trình tính mài mòn trong các mô hình mài mòn 3 đối tượng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Sách:
[1] Nguyễn Doãn Ý, Trường Đại Học Bách Khoa. Hà Nội, Nhà xuất bản Xây Dựng, 2005.
Bài báo:
[2] Chowdhury, M. A., Khalil, M. K., Nuruzzaman, D. M. & Rahaman, M. L., The effect of
sliding speed and normal load on friction and wear property of Aluminum. International
Journal of Mechanical & Mechatronics Engineering IJMME-IJENS, 2011, No. 01.
[3] Chowdhury, M. A. & Nuruzzaman, D. M., Experimental Investigation on Friction and
Wear Properties of Different Steel Materials. Tribology in Industry, 2013, No. 1, pp. 4250.
[4] Das, S., Prasad, B. K., Jha, A. K., Modi, O. P. & Yegneswaran, A. H., Three-body
abrasive wear of 0.98% carbon steel. Wear, 1993, 162–164, Part B, No. 0, pp. 802-810.
[5] Doan, Y. T., de Payrebrune, K. M. & Kröger, M. (2012), Experimental investigation of
friction characteristics on three-body abrasion with low applied loads. TribologieFachtagung 9/1–9/8, 2012, Göttingen, Germany.
[6] Misra, A. & Finnie, I., A classification of three-body abrasive wear and design of a new
tester. Wear, 1980, No. 1, pp. 111-121.
[7] Quercia, G., Grigorescu, I., Contreras, H.; Di Rauso, C. & Gutiérrez-Campos, D., Friction
and wear behavior of several hard materials. International Journal of Refractory Metals
and Hard Materials, 2001, No. 4–6, pp. 359-369.
THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ
TS. Đoàn Yên Thế
Khoa Cơ khí, Trường Đại học Thủy Lợi, 175 Tây Sơn, Đống Đa, Hà Nội.
Email:
Phone number: 093 6453990.

298