Độ tin cậy trong sửa chữa ô tô máy kéo nguyễn nông, hoàng ngọc vinh

b) u v . .

J

THƯ VIỆN
B Ạ I H Ọ C T H U Ỷ SẢN

V

Đ
629.28
Ng 527 N

>
ÔNG
ĨỌC VINH

tin
trong
sửa chữa
ÔTÔ - MÁY KÉO

THU VIEN DAI HOC TH U Y SAN

'

I II III III

1000012507

NHẢ XUẤT BÀN GIÁO DỤC

NGUYỄN NÔNG - HOÀNG NGỌC VINH

ĐỘ TIN CẬY
TRONG SỬA CHỮA
ÔTÔ - MÁY KÉO

NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC - 2000


6V2
GD-00

1 9 4 /1 1 7 -0 0

Mã số : 7B463M0


LỜI NÓI ĐẦU
Độ tin cậy và chất lượng máy là vấn đê' then chốt trong việc nâng cao
chất lượng và hiệu quả sử dụng máy. Mặc dù kỹ nghệ thiết kế, ch ế tạo máy
hiện đại có thể cho ra dời những chiếc máy cố độ tin cậy đủ cao nhưng độ tin
cậy của chúng còn tuỳ thuộc vào điều kiện sử dụng, hảo dưỡng và sửa chữa.
Điều kiện sử dụng, háo dưỡng vả sửa chữa tốt sẽ góp phần duy trì và nâng
cao độ tin cậy vốn cổ của máy.
Vein đề độ tin cậy được quan tâm cả từ hai phía: nhà thiết kế, c h ế tạo và
người sử dụng máy. Mối quan tâm này thể hiện ỏ chỗ giải quyết máu thuẫn
giữa giá thành c h ế tạo không cao nhưng phải đạt độ tin cậy đủ cao đ ể người
sử dụng có th ể chấp nhận được. Vấn đề nc)y càng có ý nghĩa trong điểu kiện

sản xuất nông nghiệp vốn mang nặng tính thời vụ.
Chính vì vậy, những kỹ sư kỹ thuật nói chung và kỹ sư cơ khí nông nghiệp
nói riêng cần phải biết giải quyết các vấn đề liên quan đến việc nâng cao độ
tin cậy và chất lượng, nắm vừng các kiến thức về lý thuyết trong lĩnh vực độ
tin cậy. Khoa học về độ tin cậy nhằm nghiên cứu các quy luật thay đổi các chỉ
tiêu về khả năng làm việc của các đối tượng theo thời gian cũng như bản chất
vật lý của các hư hỏng và trên cơ sỏ đó nghiên cứu các phương pháp kéo dài
tuổi thọ, an toàn cần thiết với chì phí thời gian và phương tiện tối thiểu.
Lý thuyết độ tin cậy cùng với nâng cao chất lượng máy gổm một số lý
thuyết, trong giáo trình này vì khuôn khổ có hạn chúng tôi sẽ không nhắc lại
một s ố khái niệm, định lý và các chứng minh mà bạn đọc có th ể tìm thấy ỏ
nhiều giáo trình khác. Giáo trình cơ sở độ tin cậy này gồm năm phần:
- Các khái niệm cơ bản, các thuật ngữ và định nghĩa.
-

Cơ sỏ vật lý của độ tin cậy.

- Phương pháp toán học đ ể xác định các chỉ tiêu của độ tin cậy.
- Đánh giá chất lượng máy.
- Độ tin cậy theo một số chỉ tiêu chính và một số biện pháp chính nhảm
nâng cao độ tin cậy.

3


Chúng tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn đến các đồng nghiệp â bộ môn Kim loại
- Sửa chữa máy và khoa Cơ-Điện, trường Đại học Nống nghiệp 1 với những ý
kiến chỉ dẫn quý báu.
N ội dung cuốn sách chắc còn thiếu sót, chúng tôi rất mong nhận được
sự phê bình góp ý của độc giả đ ể những lần xuất bản sau cuốn sách được

hoàn hảo hơn.


Chương 1

MỘT SỐ KHÁI NIỆM c ơ BẢN VÀ THUẬT NGỮ
Các máy và chi tiết máy có thể ở các tình trạng sau đây: tốt, chưa tốt, có khả năng làm
việc, không có khả năng làm việc và tình trạng giới hạn.
Tốt là trạng thái của máy có các thông số chủ yếu và thứ yếu phù hợp với các yêu cầu kỹ
thuật; ngoài ra các tổng thành và các tổ hợp máy dự trữ đều không hỏng.
Chưa tốt là tình trạng của máy chưa đạt yêu cầu kỹ thuật, như giảm công suất và
tính tiết kiệm trên giới hạn cho phép, mất độ chính xác của máy, sai lệch chiểu dày của
lớp sơn V. V ...
Khả năng làm việc là trạng thái của máy, có các thông số làm việc cơ bản nằm trong
giới hạn được quy định của tài liệu kỹ thuật.
Khái niệm vể tốt rộng hơn khái niệm về khả năng làm việc. Một máy tốt luôn luôn có khả
năng làm việc. Một máy có khả năng làm việc có thể chưa tốt. Ví dụ: hộp số vãn duy trì khả
năng làm việc nếu như bánh răng bị mòn nhưng các chỉ tiêu sử dụng chưa vượt khỏi giới hạn
cho phép.
Không có khả năng làm việc là tình trạng của máy không thể sử dụng tiếp tục, dù chỉ
của một thông số không đạt yêu cầu kỹ thuật.
Tình trạng giói hạn là tình trạng của máy không thể tiếp tục sử dụng do hư hỏng không
thể khắc phục và không an toàn.
Chuyển đổi từ trạng thái tốt sang trạng thái chưa tốt, từ trạng thái có khả năng làm việc
sang trạng thái không có khả năng làm việc được xác định bằng sự kiện hư và hỏng.
Hư là trạng thái của máy không phù hợp với các thông số cơ bản, với tiêu chuẩn trong sử
dụng, với hình dáng bên ngoài và với tính hoàn chỉnh v.v...
Hư có thể là nhẹ khi khả năng làm việc của máy được duy trì và nặng khi nó làm mất khả
năng làm việc. Hư nhẹ nếu không được khắc phục kịp thời có thể chuyển sang hư nặng làm
mất khả năng làm việc và chuyển thành trạng thái hỏng. Không phải tất cả hư là nguyên nhân

của sự hỏng. Hư mà không dẫn đến hỏng đôi khi được gọi là khuyết tật.
Hỏng là một trong những khái niệm cơ bản về độ tin cậy, là sự tổn thất toàn bộ hay một
phần khả năng làm việc do chi tiết máy gây ra (một hoặc một vài thông số làm việc của chi
tiết vượt qua giới hạn cho phép). Người ta phân biệt các loại hỏng đột biến và dần dần, hoàn
toàn và bộ phận, hiện rõ và khó thấy, phụ thuộc và độc lập. Khi hỏng phải dừng máy.
5


Xuất hiện hỏng luôn luôn liên quan tới sự phát sinh trạng thái chưa tốt. Hạ thấp công suất
của động cơ quá giới hạn quy định sẽ là hỏng. Đồng thời với trạng thái hỏng đó động cơ
chuyển sang trạng thái chưa tốt.
Tuy nhiên không phải bao giờ máy chưa tốt thì cũng xuất hiện hỏng, ví dụ chảy dầu mỡ
ở các tổng thành máy chứng tỏ chúng chưa tốt nhưng không đưa đến trạng thái hỏng.
Với quan điểm hồi phục khả năng làm việc, máy có thể chia thành máy được hồi phục,
không được hồi phục, được sửa chữa và không được sửa chữa.
Máy được hồi phục là máy khi mất khả năng làm việc sẽ được sửa chữa.
Máy không được hổi phục là máy khi mất khả năng làm việc sẽ không được hồi phục.
Máy được sửa chữa là máy khi không còn trạng thái tốt và mất khả năng làm việc sẽ
được hồi phục.
Máy không được sửa chữa là máy khi phát sinh hỏng hay hư hỏng sẽ không được hồi
phục.
Đa số máy móc nông nghiệp được hồi phục và được sửa chữa.
Chi tiết máy không được sửa chữa (không được hồi phục) như vòng 'lăng, các tấm ma sát,
các loại đệm, các vòng làm khít...
Một chi tiết bị mòn và hư hỏng có thể không được sửa chữa và có thể đuợc sửa chữa ; ví
dụ như trục khuỷu.
Độ tin cậy là một trong những đánh giá chính chất lượng và đặc điểm sử dụng của các
máy móc nông nghiệp.
Độ tin cậy là tính chất của máy đảm bảo thực hiện các chức năng và duy trì chỉ tiêu sử
dụng trong hạn định trong khoảng thời gian hoặc thời hạn làm việc cần thiết. Các chỉ tiêu của

nhiều tính chất đặc trưng cho chất lượng sản phẩm đều bị biến đổi theo thời gian. Độ tin cậy
là tính chất phức hợp, tùy theo công dụng và điều kiện sản phẩm có thể bao gồm tính không
hỏng, tuổi thọ, độ bảo quản và tính thích ứng với sửa chữa. Độ tin cậy bảo đảm khả năng kỹ
thuật để sử dụng sản phẩm theo công dụng trong thời gian cần thiết. Trong tài liệu kỹ thuật,
đệ tin cậy thường được hiểu với nghĩa hẹp hơn là tính không hỏng. Độ tin cậy được đánh giá
bằng những chỉ tiêu sau: khối lượng công việc giữa hai lần hỏng, hệ số sẵn sàng, hệ số sử
dụng kỹ thuật, xác suất làm việc không hỏng v.v...
Trong lý thuyết người ta sử dụng khái niệm độ tin cậy vật lý và độ tin cậy hệ thống.
Độ tin cậy vật lý của máy hay của chi tiết đặc trưng khả năng làm việc tin cậy của nó
với các điều kiện nhất định trong khoảng thời gian đã cho. Sự ổn định các đặc điểm của vật
liệu và các quá trình sản xuất, chế tạo hay sửa chữa ảnh hưởng đến mức độ của độ tin cậy
vật lý.
Độ tin cậy hệ thống của đối tượng hay của hệ thống đặc trưng bằng khả năng thực hiện
nhiệm vụ trong điều kiện nhất định và trong khoảng thời gian quy định khi có hư hỏng của
các phần tử cá biệt của tổng thành hay của đơn vị lắp. Độ tin cậy hệ thống phụ thuộc vào độ
tin cậy vật lý của các phần tử riêng rẽ và của tổng thành bằng sơ đồ liên kết và mối liên hệ
qua lại của chúng trong sơ đổ nhiệm vụ chung. Mức độ tin cậy thực tế của đối tượng phức tạp
6


phụ thuộc vào độ tin cậy vật lý của các phần tử và sự liên kết hợp lý của chúng trong sơ đồ
cấu trúc của các đơn vị lắp và của hệ thống.
Phục vụ kỹ thuật là các nguyên công hay tổ hợp các nguyên công để duy trì khả năng
làm việc hay trạng thái tốt của đối tượng khi sử dụng theo nhiệm vụ, khi chờ đợi, khi bảo
quản và khi vận chuyển.
Sửa chữa là tổ hợp các nguyên công dùng để hồi phục trạng thái tốt hay khả năng làm
việc của máy và hồi phục lượng dự trữ của máy hay của các phần tử của chúng.
Độ tin cậy phụ thuộc vào công dụng của đối tượng, vào điều kiện sử dụng và gồm các
tính chất riêng rẽ hay trong tổ hợp các tính chất như: tính an toàn, tính bền lâu (độ bền lâu),
tính thích ứng với sửa chữa, tính bảo quản.

Tính an toàn là tính chất của đối tượng duy trì liên tục khả năng làm việc trong một
khoảng thời gian hay trong một khối lượng công việc nào đó. Từ định nghĩa đó, trạng thái
hỏng không được xảy ra trong khoảng thời gian đã cho hay trong khối lượng công việc
quy định.
Độ bền lâu là độ bền của máy duy trì khả năng làm việc đến khi xuất hiện tình trạng giới
hạn với một hệ thống phục vụ kỹ thuật và sửa chữa nhất định.
Tính thích ứng sửa chữa là tính chất của đối tượng bao gồm khả năng thích ứng để ngăn
ngừa và phát hiện các nưuyên nhãn phát sinh hỏng và khắc phục chúng bằng tiến hành sửa
chữa và bảo dưỡng.
Tính thích ứng sửa chữa ảnh hưởng đến tổn thất phát sinh do máy không có khả năng làm
việc. Nó là tính chất sử dụng kỹ thuật quan trọng, bởi vì thời gian hồi phục khả năng làm việc
phụ thuộc nhiều vào tính thích ứng với sửa chữa.

7


Chương 2

Cơ SỞ VẬT LÝ CỦA Đ ộ TIN CẬY

2.1. PHÂN LOẠI CÁC Hư HỎNG CỦA MÁY TRONG NÔNG NGHIỆP
Các hư hỏng của máy trong quá trình sử dụng xảy ra do ba nguyên nhân: mỏi vật liệu,
phá hỏng do ăn mòn, mài mòn bề mặt ma sát của chi tiết. Phân loại các hư hỏng của máy
nông nghiệp có thể dựa theo :
Bản chất phát sinh hư hỏng : chia ra hư hỏng tự nhiên và hư hỏng nhân tạo.
Vị trí phát sinh hư hỏng : ta nhận được các phần tử hay hỏng của máy cần được tăng
cường hay thay đổi cấu trúc của chúng.
Thời gian phát sinh hỏng •• hỏng trong giai đoạn rà máy và hỏng trong giai đoạn máy
làm việc bình thường. Bản chất vật lý của hỏng khi rà máy bao gồm công nghệ chế tạo các
chi tiết chưa hoàn thiện (chọn vật liệu và phương pháp làm bền không đúng) và chất lượng lắp

ráp máy thấp.
Đặc điểm phát sinh hỏng : có thể chia ra hỏng đột ngột và hỏng từ từ. Bản chất vật lý
của hỏng đột ngột trong thời kỳ sử dụng bình thuờng bao gồm mỏi vật liệu của chi tiết và phá
hỏng do phát sinh tải đột ngột trong điều kiện sử dụng.
Bản chất vật lý của hỏng từ từ có nghĩa là hao mòn (bao gồm cả ăn mòn). Sự tích tụ các
thay đổi không thuận nghịch trên lớp bề mặt của kim loại đưa đến làm thay đổi kích thước và
tính chất vật lý-cơ học của chi tiết và cặp ma sát.
Mức độ tác dụng của hư hỏng : có thể rút ra kết luận về khả năng tiếp tục sử dụng máy
hay các chi tiết của nó.
Nguyên nhân phát sinh hỏng : có thể chia ra các dạng sau đây:
a) Phát sinh do sai sót khi chọn các số liệu ban đầu không đúng để thiết kế.
b) Hư hỏng do tính toán sai khi chọn kết cấu và tính toán độ bền, tính toán hao mòn và
điều kiện kỹ thuật để chế tạo các chi tiết.
c) Các hư hỏng do công nghệ sản xuất, phát sinh do chất lượng vật liệu chi tiết không tốt,
các phương pháp công nghệ và phương pháp gia công không hoàn chỉnh, sử dụng các dụng cụ
đo và các trang thiết bị không đủ độ chính xác.
8


d)
Các hu hỏng trong sử dụng do không tuân thủ các quy tắc trong sử dụng (quá tải
không cho phép, không tuân theo quy tắc phục vụ kỹ thuật, vận chuyển, bảo quản) cũng như
chất lượng sửa chữa thấp.
Hậu quả hay là chi phí có thể chia ra hỏng nặng, trung bình hay không đáng kể (theo
mức độ chi phí thời gian và phương tiện để khắc phục hậu quả).

2.2. ĐÁNH GIÁ TÌNH TRANG KỸ THUẬT CỦA MÁY
Độ tốt (mức độ còn tốt) của máy, cụm máy, chi tiết nói theo nghĩa rộng là đặc trưng của
các tính chất phục vụ, hẹp hơn là khả năng làm việc và tính thích ứng sửa chữa. Nếu như tình
trạng kỹ thuật của máy thường cho chúng ta biết về trạng thái của nó ở thời điểm đã cho, thì

độ tốt chỉ mức độ già cỗi thực tế của máy, khả năng thực thi nhiệm vụ đã cho cho đến khi
thanh lý.
Theo phương pháp của giáo sư A. A. Xêlivanốp để xác định độ tốt của máy người ta xây
dựng đổ thị độ tốt của các chi tiết riêng rẽ, của cụm máy và của tổng thành của nó sau khi
chia quy ước máy thành các phần tử có kết cấu và các phần tử không có kết cấu.
Các phần tử có kết cấu là tất cả các chi tiết được chế tạo riêng rẽ không phụ thuộc vào vật
liệu, kích thước và hình dáng. Các phần tử có kết cấu của máy kéo, ô tô và máy nông nghiệp
có thể là khung, thân máy, trục và các chi tiết khác.
Các phần tử không có kết cấu là các yếu tố bảo đảm sự liên kết tích cực cần thiết của tất
cả các phần tử kết cấu trong thời gian làm việc của máy. Các phần tử không có kết cấu như
lắp, điều chỉnh, sơn, bôi trơn máy...
Độ tốt của máy thể hiện dưói dạng tổng:
s

z
( 2 . 1)

E m = Z ei + Z g j
i=i
j=i

trong đó : i - số thứ tự của các phần tử có kết cấu thay đổi từ 1 đến s; j - số thứ tự của các
phần tử không có kết cấu thay đổi từ 1 đến z; e - độ tốt của phần tử có kết cấu; g - độ tốt của
phần tử không có kết cấu.
Đánh giá độ bền đồng đều của các phần tử có kết cấu và độ ổn định của các phần tử
không có kết cấu của máy là một trong những đặc điểm quan trọng.
Hệ số độ bền đồng đều Fđđ được xác định bằng tỷ số giá trị tổng của độ tốt Zej, hay là
giá thành ZQi của các phần tử có kết cấu ban đầu của máy với độ tốt tổng E n ^ , hay là giá
thành SnịQi của các phần tử đó bị hao mòn khi máy làm việc trong toàn bộ thời gian phục vụ:
p

_

Z

ei

„

Z Q .

(2 .2 )

trong đó: nj - số phần tử có kết cấu được thay thế tương ứng trong thời hạn phục vụ của máy;
Qi - giá thành của phần tử có kết cấu tương ứng.


Khi tính toán hệ số bền đồng đều của một máy bất kỳ, cđn phải có các số liệu về hao
mòn và thời hạn phục vụ của các phần tử có kết cấu. Tuy nhiên, khả năng để xác định như
vậy rất hạn chể vì hao mòn của nhiều phần tử có kết cấu của máy nói chung chưa được
nghiên cứu. Vì vậy để xác định độ bền đồng đều của các phần tử có kết cấu của máy tốt hơn
cả là sử dụng mức chi phí trung bình các phụ tùng thay thế. Các định mức đó được tính ở điều
kiện sử dụng máy trung bình vứi cấu .trúc chưa hoàn thiện, nghiệp vụ trung bình của công
nhân phục vụ...
Nhờ các định mức đó, đầu tiên người ta xác định các hệ số độ bền đồng đều riêng cho tất
cả các phần tử có kết cấu được thay thế, sau đó là độ bền đồng đểu của toàn máy.
Hệ số độ bển đồng đểu riêng fđđj được xác định theo công thức:
f ..

‘đđi

b
, a irrr-T
a¡b + TNtbj

(2.3)

trong đó: a¡ - số lượng các phần tử có kết cấu cùng tên trong máy; b - số lượng máy trên đó
tính định mức (thường lấy 100 máy); T - thời hạn phục vụ của máy (năm, km đường chạy...);
Ntbi- định mức thay thế trung bình của các phần tử có kết cấu trong thòi gian một năm với
khối lượng công việc trung bình hàng năm nhất định.
Hệ số độ bền đổng đều chung Fđđ của máy với điều kiện có hệ số độ bền đồng đều riêng
của tất cả các phần tử có kết cấu được thay thế theo định mức đã chỉ :
Fđđ=

Z Q i

^

L

(2.4)

trong đó: SQi - giá thành tổng của các phần tử có kết cấu của máy; Qi - giá thành của phần tử
có kết cấu được thay thế tương ứng; fcấu tương ứng.
Máy hoàn chỉnh nhất theo độ bền đồng đều của các phần tử kết cấu Fđđ = 1,0. Hệ số độ
bền đồng đều có trên máy kéo hiện nay là 0,35 4- 0,40; đối với cày là 0,40 H- 0,45.
Hệ số ổn định của tháo lắp, điều chỉnh, bôi trơn của các phần tử không có kết cấu của
máy là một đánh giá khách quan khác của sự hoàn thiện cấu trúc và công nghệ của máy cũng

rất quan trọng đối với người tiêu dùng. Hệ số ổn định các điều chỉnh của máy Fođ đặc trưng
cho khối lượng công việc yêu cầu khi phục vụ kỹ thuật và sửa chữa và tính lặp lại trong thời
hạn phục vụ. Hệ số ổn định được xác định bằng tỷ số của độ có lợi ban đầu Zgj hay là giá
thành ZQj của các phần tử không có kết cấu của máy vói độ tốt tổng Zmjgj hay là giá thành
tổng ZtnjQj của tất cả các phần tử không có kết cấu cần thiết để bảo đảm khả năng làm việc
của máy trong suốt thời hạn phục vụ:
Fođ -

£êj

£Q j

5 > j gj

I n ij Q j

(2.5)

trong đó: gj và Qj - độ tốt và giá thành ban đầu của các phần tử không có kết cấu và được
phục hồi lại khi phục vụ kỹ thuật và sửa chữa tương ứng; mj - số lần phục vụ kỹ thuật và sửa
chữa máy tương ứng trong suốt thời hạn phục vụ.
10


Hệ số ổn định điều chỉnh của máy hiện đại rất bé, đối với máy kéo nhỏ hơn 0,01 măc dù
yêu cầu đến 0,1.

2.3. CÁC HỌC THUYẾT CHÍNH VỀ MA SÁT CỦA CHI TIẾT MÁY
Hao mòn của các chi tiết máy phụ thuộc vào điều kiện sử dụng, dạng và đặc điểm
của ma sát. Hao mòn của các chi tiết được tạo bởi các cặp lắp ghép cố định phụ thuộc vào

giá trị của lực ma sát tĩnh. Đối với các chi tiết nằm trong cặp lắp ghép, xác định hao mòn phụ
thuộc vào đặc điểm chuyển động của các bề mặt làm việc. Sự làm việc của nhiều cụm máy có
liên quan đến sự dịch chuyển tương đối của các bề mặt lắp ghép của chi tiết và gây nên ma
sát. Trong nhiều trường hợp ma sát chi phí một năng lượng vô ích và kéo theo làm hao mòn
các chi tiết máy.
2.3.1. Các dạng ma sát
Người ta phân biệt các dạng ma sát sau: tĩnh, động, trượt, lăn và ma sát lăn có trượt.
Ma sát trượt xảy ra khi vận tốc của các chi tiết tiếp xúc ở các điểm tiếp xúc khác nhau về
giá trị và về hướng hoặc chỉ khác về giá trị hoặc chỉ khác về hướng.
Ma sát lăn xảy ra khi vận tốc của các chi tiết tiếp xúc ở các điểm tiếp xúc giống nhau về
giá trị và về hướng.
Để xác định ma sát lăn, Culông đã đưa ra công thức:

Fl =

N

(2.6)

trong đó: F| - lực cản do ma sát lăn, N; N - lực pháp tuyến, N; R - bán kính của con lăn.
Lực cản do ma sát lăn phụ thuộc vào lực pháp tuyến N, bán kính con lãn và vào hệ số ma
sát lăn k.
Các thông số đặc trưng cho cường độ của quá trình ma sát: cực đại khi ma sát trượt còn
cực tiểu khi ma sát lăn. Đặc điểm và cường độ ma sát phụ thuộc vào tình trạng của các bề mặt
làm việc và thay đổi một cách đột ngột trong trường hợp nếu eiữa bể mặt của chúng có chất
lỏng, chất khí hay chất bôi trơn rắn.
Phụ thuộc vào điều kiện bôi trơn ta có các dạng ma sát sau: ma sát thuần tuý, ma sát khô,
ma sát giới hạn, ma sát nửa khô, ma sát nửa ướt và ma sát ướt.
1) Ma sát thuần túy phát sinh khi trên bề mặt làm việc hoàn toàn không có chất lỏng,
chất khí và chất rắn. Dạng ma sát như vậy chí có trong điều kiện của phòng thí nghiệm ở các

công trình nghiên cứu, không có trong máy thực tế.
2) Ma sát khô xuất hiện khi các bề mặt làm V iệ c không c ó lớp bôi trơn ngăn cách và tiếp
xúc trực tiếp với nhau. Hao mòn của chi tiết máy khi ma sát khô là cực đại. Ma sát khô
thường gặp ở nhiều bộ phận làm việc của máy nông nghiệp (lưỡi cày, đĩa xới, các dao cắt,
xích v.v...).
11


3) Ma sát giới hạn phát sinh khi các bề mặt làm việc được ngăn cách bằng màng rất
mỏng (chiều dày nhỏ hơn 0,1 p.m), màng mỏng có thể bị đứt đoạn và tạo điều kiện để chuyển
sang dạng ma sát nửa khô.
•
4) Ma sát nửa khô được đặc trưng bằng đứt đoạn một phần của màng chất lỏng, do đó
một phần bề mặt ma sát tiếp xúc không bôi trơn. Dạng ma sát này có ở thời điểm bắt đầu
chuyển động và khi dừng máy.
5) Ma sát nửa ướt: bề mặt ma sát được phân cách bằng một lớp dầu bôi trơn không hoàn
toàn, một phần nhỏ bé mặt ma sát tiếp xúc trực tiếp trong trường hợp này. Dạng ma sát này
gặp khi làm việc ở những trục hay chi tiết chịu tải lớn và chuyển động quay không hoàn toàn
(đòn gánh của xupáp) cũng như ở điều kiện nhiệt độ cao. Hao mòn của chi tiết ở ma sát nửa
ướt nhỏ hơn khi ma sát nửa khô.
6) Ma sát ướt phát sinh khi bể mặt làm việc hoàn toàn được phân cách bằng một lớp dầu
bôi trơn và các bể mặt làm việc không tiếp xúc trực tiếp. Do đó chi tiết bị hao mòn nhỏ nhất.
Trong quá trình làm việc có thể xảy ra hoặc là các bề mặt làm việc tiếp xúc trực tiếp với
nhau hoặc là phân cách chúng bằng một lớp chất lỏng bôi trơn.
Trong quá trình việc của cặp lắp ghép, lực ma sát sẽ là tổng của các lực phát sinh do sự
làm việc của các phần khác nhau của bề mặt trong các chế độ ma sát khác nhau. Từ đó tổng
diện tích tham gia vào ma sát là:

s = S0 + sgh + snk+ Slur +sư
trong đó: S0 - diện tích bề mặt làm việc ở chế độ ma sát khô; Sgh - diện tích bề mặt làm

việc ở chế độ ma sát giới hạn; Snk - diện tích bề mặt làm việc ở chế độ ma sát nửa khô;
Snư - diện tích bề mặt làm việc 'ở chế độ ma sát nửa ướt; Sư - diện tích bề mặt làm việc ở chế
độ ma sát ướt.
Hệ số ma sát thay đổi phụ thuộc tỷ lệ giữa các diện tích đó.
2.3.2. Các học thuyết ma sát
Lý thuyết ma sát cơ học. Quy luật ma sát đầu tiên được hình thành do nhà vật lý người
Pháp Amôntôn đưa ra vào năm 1699. Lực ma sát tỷ lệ thuận với lực pháp tuyến N và không
phụ thuộc vào kích thước bề mặt tiếp xúc:
F = fN

(2.7)

trong đó: f - hệ số ma sát.
Năm 1748, Culông - nhà vật lý Pháp - đã đặt cơ sở cho quy luật của lý thuyết ma sát cơ học:
1) Lực ma sát tỷ lệ thuận với lực pháp tuyến;
2) Lực ma sát không phụ thuộc vào kích thước bề mặt tiếp xúc tương hỗ của các vật thể
làm việc;
3) Lực ma sát không phụ thuộc vào vận tốc chuyển động tương đối của vật thể làm việc;
4) Lực ma sát phụ thuộc vào tính chất của vật liệu làm việc và vào tình trạng của các bể
mặt tiếp xúc tương hỗ.
12


Để xác định lực ma sát, Culông đã đưa ra công thức có tính đến sự kết dính của các
bề mặt:
F = A + fN

(2.8)

trong đó: A - đại lượng không đổi, tính đến lực cản của sự ăn khớp của các mấp mô bề

mặt; N - lực pháp tuyến; f - hệ số ma sát.
Muộn hơn, nhà vật lý người Anh Baođen đã đưa ra công thức xác định lực ma sát:
F = Fc + Fce = 9Stt + tS

(2.9)

trong đó: Fc - lực cắt liên kết kim loại, N; Fce - lực chèn ép gây biến dạng dẻo của vật liệu
cứng hơn so với vật liệu mềm hơn, N; 0 - ứng cắt tiếp tuyến, N/m2; Stt - diện tích tiếp
xúc thực tế, m2; s - tiết diện ngang của đường ma sát, m2; T - lực cản cắt riêng của kim
loại, N/m2.
Diện tích tiếp xúc thực tế có thể xác định gần đúng theo công thức sau:
N
3Gg

( 2 . 10)

trong đó: N - tải trọng bên ngoài ép vào bề mặt làm việc, N; Gg - giới hạn chảy của các phần
không phẳng, N/m2.
Lý thuyết ma sát cơ học giải thích
nguyên nhân phát sinh ma sát do ăn
khớp của các mấp mô trên các bề mặt
làm việc của các vật thể (hình 1) nhưng
không thể giải thích vì sao đối với một
số trường hợp, khi độ bóng bề mặt khá
cao thì ma sát lại tăng rất mạnh. Trong
khi đó, sự tăng áp suất không gây ra sự
gia tăng lực ma sát một cách tương ứng.
Vấn đề này đã được giải thích trong lý
thuyết ma sát phân tử.

HÌNH 1. Sơ dồ tác dụng tương hỗ
của hề mặt làm việc,
a - tác dạng tương hỗ cơ học;
h - tác dạng tương hồ phàn tử.

Lý thuyết ma sát phân tử xuất
hiện từ thế kỷ 18 và được phát triển
trong các công trình của nhà vật lý người Anh Tômxơn (1929). Tômxơn đã giải thích hiện
tượng ma sát từ lực tác dụng tương hỗ của các phân tử phát sinh giữa các bề mặt. Nhà vật lý
người Nga Bêriagin (1935-1941) đã phát triển lý thuyết ma sát phân tử và đặt nền móng
cho quy luật ma sát dưới dạng:
F = fstt (p0 + p)

(2.11)

trong đó: F - lực ma sát, N; S(( - diện tích tiếp xúc thực tế, m2; p0 - lực tác dụng phân tử riêng,
N/m2; p = N/Stt - áp suất, N/m2.
Tuy nhiên, lý thuyết ma sát phân tử không thể giải thích một số trường hợp thực tế, ví dụ
các hư hỏng cơ học các bề mặt ma sát và sự ăn khớp của các chỗ mấp mô v.v...
13


Lý thuyết ma sát phân tử cơ học do nhà vật lý người Nga (1946) đặt nển tảng. Ma sát tạo
ra bởi các phần mấp mô của bề mặt và lực hút phân tử của hai vật thể (hình lb).
Khi độ mấp mô bể mặt là đáng kể, yếu tố cơ học trội hơn và khi các mấp mô không đáng
kể hay đối với bề mặt được gia công nhẵn hơn thì yếu tố phân tử xuất hiện trội hơn.
Để xác định lực ma sát, I. B. Cơraghen đã đưa ra công thức:
F = Fc + Fpt = a.stt + ßp

(2.12)

trong đó: Fc - lực ma sát thành phần có xuất xứ cơ học, N; Fpị- lực ma sát thành phần có xuất
xứ phân tử, N; p - áp suất, N/m2; a và ß - các hệ số được xác định bằng thực nghiêm.
Lý thuyết ma sát năng lượng do nhà bác học Nga Đubinin đề xuất (1952). Ông ta nhận
thấy lịch sử phát triển học thuyết về ma sát có liên quan với tiền đề phát sinh ma sát do tác
dụng lên bể mặt làm việc các lực cơ học và phân tử. Bản chất của ma sát đã được phát hiện
trên cơ sở các quy luật tác dụng của lực, mặc dù biết rằng ma sát không phải là lực mà là quá
trình. Vì vậy, bản chất của ma sát và quá trình diễn ra trong đó cần tuân thù không phải bằng
quy luật của lực mà bằng quy luật của năng lượng và sự chuyểii hóa của chúng.
Lý thuyết ma sát hao mòn năng lượng dựa trên các hiện tượng vật lý - hóa học. Khi một
vật thể chuyển động tương đối với một vật thể khác (rắn lỏng và khí) trong môi trường bị ảnh
hưởng đáng kể của chuyển hóa năng lượng từ chuyển động tịnh tiến thành năng lượng của
chuyển động sóng và dao động của các phần tử của hệ vật liệu. Do đó làm phát sinh các hiện
tượng íon, nhiệt, nhiệt âm và các hiện tượng khác.
/ Như vậy, quá trình ma sát về mặt chất được đặc trưng bằng các hiện tượng lý hóa đã nêu
còn về mặt lượng bằng hiệu ứng cơ học (hệ số và lực ma sát cũng như hao mòn bề mặt).
Do ma sát phụ thuộc nhiều yếu tố, trạng thái khá phức tạp, lý thuyết ma sát năng lượng
hiện nay chưa cho phép trả lời một cách hoàn toàn đầy đủ trèn nhiều vấn đề do thực tiễn và
không cho các số liệu chính xác để tính toán hao. mòn của máy.
Lý thuyết ma sát thủy động lực học do các nhà bác học Pêtrôp,Giucôp, Saplưgin nghiên
cứu. Để xác định lực ma sát N. p. Pêtrôp đã đưa ra công thức sau:

trong đó: F - lực dịch chuyển trong phần mang tải của ổ trượt, N; P - độ nhớt tuyệt đối của
chất lỏng bôi trơn, N.s/m2; V - vận tốc dịch chuyển tương đối của các b ề mặt làm việc,
m/s; s - diện tích của mặt trượt này trượt tương đối lên mặt kia, m2; h - chiều dày của lớp
chất lỏng bôi trơn, m.

2.4. QUY LUẬT HAO MÒN VÀ CÁC DẠNG HAO MÒN
CỦA CHI TIẾT MÁY
2.4.1. Quy luật hao mòn của các chi tiết máy

Hao mòn là quá trình thay đổi từ từ kích thưức của vật thể khi ma sát.
14


Hao mòn được đánh giá bằng vận tốc thay đổi kích thước của chi tiết trên một dơn vị thời
gian, ví dụ mm/h, cũng có thể đánh giá bằng các đơn vị đo khác như mm/km, mm/kg nhiên
liệu chi phí, mm/h-máy v.v... Nếu như kích thước của chi tiết do biến dạng dẻo làm thay đổi
không đáng kể, hao mòn có thể thể hiện bcằng đơn vị của khối lượng (mg, g, v.v...). Hao mòn
có thể xác định theo công thức sau:
T

£ = JfhdT
0
trong đó: fh - hàm đặc trưng cho quá trình hao mòn; T - thời gian.

(2.14)

Các chi tiết mòn không đều. Đối với
đa số cặp lắp ghép và chi tiết, quá trình
hao mòn có thể đặc trưng bằng đường cong
hao mòn (hình 2).
Giai đoạn A tương ứng thời kỳ rà chi
tiết hay cặp lắp ghép. Giai đoạn B tương
ứng thời kv làm việc bình thường. Giai
đoạn c tương ứng thời kỳ hao mòn
nhanh đưa đến hỏng.
Theo phân loại của giáo sư B. I.
IIÌN II 2. Đường cong hao mòn.
Kazaxep, giai đoạn A, B là giai đoạn hao
mòn tự nhiên, còn giai doạn c là thời kỳ

hao mòn hư hỏng bằng thời gian từ lúc bắt đầu thời kỳ hao mòn nhanh đến thời điểm kết thúc
(ngừng) làm việc của cặp lắp ghép.
Sự chuyển giai đoạn từ B sang c phản ánh giá trị hao mòn giới hạn, lúc đó chi tiết hay
cặp lắp ghép cần thiết phải được hồi phục.
ở giai đoạn A, mài mòn có thể đặc trưng bằng phương trình:
fh. = k ,T ^ xl

(2.15)

0 giai đoạn B, mài mòn thường diễn ra theo quy luật tuyến tính:
fh2 = k 1T1n + k 2(TT1_T2- T I)

(2.16)

Ở giai đoạn c , hao mòn có thể được đặc trưng bằng công thức:
fh3 = k , T,n + k 2(T2 - T ,) + k 3 (Tt2_T3 - T2)m

(2.17)

Hao mòn tổng của chi tiết hay cặp lắp ghép trong thời gian làm việc đến thay thế hay sửa
chữa sẽ là:
£ = kịTị" + k2(T2 - Tj) + k3(T3- T2)m

(2.18)

trong đó: kị , k2 , k3 - các hệ số tỷ lệ.
Tốc độ hao mòn trong thời kỳ:
rà:

v hi =

dfhi
- k,nTo_Ti
dT

(2.19)

15


làm việc bình thường:

V

-

v h2 -

hao mòn nhanh :

d fh 2

-

( 2 .20)

k

- k2

v h3 -

k 3 m (T T 2 -T 3 ) m

(2.21)

Vận tốc hao mòn trung bình:
ở

giai đoạn rà máy:
Ti

hltb

(2 .22 )

r JfvhidT
10

ở giai đoạn bình thường :
(2.23)

v h2tb = ^ 2

ở giai đoạn hao mòn nhanh:
h3tb

T?
1
vh3 dT

Tì - T2 T2

í<

(2.24)

Đặc điểm mài mòn và tính chịu mòn
của chi tiết phụ thuộc vào hệ số k2 được
xác định bằng tang của góc nghiêng tạo
HÌNH 3. Đường cong hao mòn khi thay đổi
ch ế độ rà. I -hố - các c h ế độ rà.
bởi tiếp tuyến cùa đường hao mòn tương
ứng giai đoạn làm việc bình thường với
trục hoành. Để giải thích luận điểm đó chúng ta nghiên cứu ví dụ sau: khi thí nghiệm trong
thời gian 50 giờ ba cặp ổ trượt khác nhau ta nhận thấy, cặp thứ nhất bị mòn nhiều hơn cả
(hình 4), cặp thứ hai nhỏ hơn và cặp thứ ba còn nhỏ hơn nữa. Nếu chỉ căn cứ vào hao mòn b
giai đoạn đó, có thể rút ra kết luận không đúng: cặp thứ ba bị mòn ít hơn cả và nó có thể bị
mài mòn nhanh hơn ở giai đoạn làm việc bình thường do tg a lớn hơn cả (hình 5).

HỈNH 4. Hao mòn của cặp Ổ trượt
sau 50 giờ làm việc.

HINH 5. Đường cong hao mòn cùa các
cặp ổ trượt sau 50 giờ làm việc.

Nhờ đường cong hao mòn có thể xây dựng đường đặc trưng độ tốt của chi tiết.
16


2.4.2. Các dạng hao mòn của chi tiết máy

Hao mòn chi tiết máy là kết quả của mài mòn được xác định bằng các đơn vị đo (đơn vị
chiểu dài, đơn vị khối lượng v.v...). Hao mòn chi tiết có thể được chia làm ba dạng chính: cơ
học, cơ học ăn mòn, bột mài. Theo thứ tự ba dạng chính lại chia thành 10 dạng nhỏ:
1)
Hao mòn do bột mài là dạng hao mòn cơ học diễn ra do tác dụng cào xước, cắt lén
trên bề mặt do các vật thể cứng ở trạng thái tự do hay bị bắt chặt. Khi hao mòn do bột mài
xảy ra hai dạng cơ và cơ hóa với sự biến đổi ở dạng này hay dạng khác phụ thuộc vào tính
chất của vật liệu (hình 6). Lưỡi cày, lưỡi xới cũng như nhiều chi tiết của ô tô, máy kéo hao
mòn thuộc dạng này. Hao mòn do bột mài tuân theo các quy luật sau:

HÌNH 6. Sơ dồ phú hoại hề mặt
a - khi mài mòn do hột mài ; h - dụng nỉ a lưỡi cày :
1- vùng hiên dạng đàn hối; 2- vùng bị kéo; 3- vùng hị nén.

- Giá trị hao mòn ở các điều kiện không đổi tỷ lệ thuận vói quãng đường ma sát.
- Hao mòn ở các điều kiện khác không đổi không phụ thuộc vào vận tốc ma sát, có nghĩa
là vận tốc hao mòn tỷ lệ thuận với vận tốc ma sát:
dh/dt = cPv
(2.25)
trong đó: h - giá trị của hao mòn; t - thời gian; c - hệ số tỷ lệ; p - tải trọng;

V-

vận tốc hao mòn.

- Giá trị hao mòn ở các điều kiện khác không đổi tỷ lệ thuận với giá trị tải pháp tuyến:
dh/dS = cP

(2.26)

trong đó: s - chiều dài quãng đường ma sát.
Trong trường hợp kim loại nguyên chất, thép ủ có độ cứng khác nhau thì:
dh/dS = cP/H
còn vận tốc mài mòn:

dh/dt = cPv/H

trong đó: H - độ cứng của vật liệu, N/m2.
Đối với thép qua gia công nhiệt:
dh
cP
dS ~ (l- ß )H 0 +ßH
trong đó: H0 - độ cứng của thép ủ; ß- hệ số phụ thuộc vào thành phần của thép, ß = 0 -í- 1;
H - độ cứng của thép sau gia công nhiệt.
K2-SC ôtô.M.kéo

17


Các phân tử bột mài nằm trong dầu bôi trơn, bụi, đất, cũng làm cào xước chi tiết máy.
Những phần tử đó có tác dụng khác nhau lên bề mặt chi tiết và cạp lắp ghép. Nếu một bề mặt
làm việc được chế tạo bằng kim loại mềm hơn thì khi làm việc, các hạt mài cắm cứng vào nó
và cào xước bề mặt chi tiết làm bằng vật liệu cứng hơn. Trong trường hợp cả hai bề mặt được
chế tạo bằng các hợp kim cứng như giữa bạc đồng chì và các cổ trục khuỷu thì bột mài sẽ phá
hủy nhanh chóng bề mặt của chúng.
2)
Ăn mòn hóa học gồm tất cả các dạng ăn mòn kim loại : ăn mòn do không khí, do điện
hóa, do các chất lỏng ở nhiệt độ cao, trong môi trường hoạt tính.
Các kim loại đen, kim loại màu và các hợp kim của chúng bị ăn mòn trong không khí ; ăn
mòn nhiều nhất là gang và thép không được gia công nhiệt. Bản chất của quá trình là do ảnh

hưởng của các phản ứng hóa học của vật liệu với ôxy trong môi trường ôxy hóa (hình 7). Do
ăn mòn kim loại, trên bề mặt tạo màng ôxít làm giảm tính chất lý hóa của vật liệu đưa đến
làm phá hủy nhanh chóng chi tiết.

HÌNH 7. Sơ đồ phá hỏng hề mặt chi tiết
do ăn mòn oxy hóa.
a- xơ đố phá hỏng
1- lớp hiến dạng; 2- sản phẩm hao mòn;
h- cổ trục khuỷu.

HÌNH 8. Sơ đổ hao mòn do mỏi
của vòng hi.
a - sơ đồ phá hỏng
1- vùng hị nén ; 2- vùng hị kéo

b - áo bị phá hủy

Ản mòn hóa học làm oxy hóa kim loại do tác dụng tương hỗ trực tiếp của nó với môi
trường xung quanh. Oxyhóa trong môi trường khí gọi là ăn mòn do khí. Oxy hóa trong môi
trường chất lỏng gọi là ân mòn do chất lỏng.
Ăn mòn do khí có thể diễn ra ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao. Trên bề mặt kim loại tạo
màng mỏng có chiểu dày khác nhau trên diện rộng hay cục bộ.
18


Ăn mòn điện hóa diễn ra do tiếp xúc của hai kim loại khác nhau nếu như khi đó tạo thành
một cặp tích điện (một kim loại có thế điện âm hơn dùng làm anốt, còn kim loại kia là catốt).
Kim loại có thế điện âm hơn sẽ bị ăn mòn.
Đa số các hợp kim ở dưói dạng tinh thể của hai hay nhiều kim loại khác nhau. Nếu như ở
vùng tiếp xúc xuất hiện chất điện phân có thể là nước thì ở các kim loại không đồng nhất theo

vi cấu trúc như thế trên bề mặt sẽ xuất hiện các cặp tích điện. Anốt là sắt còn catốt là graphit,
xêmăngtit. Trên anốt diễn ra ăn mòn kim loại tạo thành Fe20 3 .HoO.
3)
Hao mòn do mỏi là một dạng cùa hao mòn cơ học. Phá hủy do mỏi xảy ra khi có biến
dạng lặp lại của vi thể tích kim loại lớp bề mặt của ổ lăn và ổ trượt, của bánh răng và của các
chi tiết khác (hình 8). Chúng ta nghiên cứu quá trình phá hỏng của ổ lăn do mỏi. Xét thời
điểm ổ bi làm việc ở điểm a (hình 9) của đường chạy lực tác dụng thay đổi. Khi viên bi đi đến
điểm a, lực tác dụng đạt đến giá trị cực đại. Khi viên bi tiếp tục chuyển động, điểm a được
thoát tải dần dần. Sau một khoảng thời gian viên bi thứ hai lại chuyển dộng đến và quá trình
được lặp lại. Như vậy, điểm a chịu tác dụng của tải thay đổi. Đối với ổ bi cđu, đường chạy có
đường kính 48 mm, vận tốc dịch chuyển 1000 v/ph, nghĩa là 2,5 m/s. Khi đó, thời gian tác
dụng của lực lên diện tích bằng diện tích tiếp xúc của viên bi với đường chạy khoảng
0,0002s. Bề mặt tiếp xúc thực tế của viên bi với đường chạy bằng 0,01 + 0,00001 so với tính
toán và thậm chí khi tải trọng nhỏ, áp suất đạt đến một giá trị khá lớn. Trên một vùng nhỏ của
đường chạy chịu ứng suất tức thời cao bị đốt nóng đến 1000°c.
Trong khoảnh khắc đó, tại lớp kim loại của ổ bi diễn ra các quá trình sau: lớp kim loại ở
vùng bị đốt nóng giãn nở và lớp xung quanh nó bị biến dạng dẻo. Khi viên bi đi khỏi, vùng
đó được thoát tải và nguội dần. Kim loại của vùng phát sinh nội ứng suất đưa đến tạo vết nứt
tế vi. Dầu bôi trơn sẽ chui vào vết nứt và tạo áp suất đến 100 MPa. Điều đó đưa đến mở rộng
vết nứt làm cho kim loại bị bứt đứt khỏi bề mặt của đường chạy.

HÌNH 9. Sơ đồ truyền lực trong ổ hi cẩu.

HÌNH 10. Độ tỳ cùa hạc lót vào ổ trượt.
1 ,2 ,3 - điểm tỳ của lực.

Hiện tượng tương tự phát sinh khi làm việc của răng bánh răng và ổ trượt, đó là quá trình
do*ứng suất tiếp xúc cao khi có tác dụng đồng thời của tải pháp tuyến và tải tiếp tuyến.
Khi bạc lót của ổ trượt không đủ cứng, ngoài ứng suất tiếp xúc thay đổi và lổm, còn phát
sinh ứng suất uốn, đặc biệt ở ổ trượt có bạc lót mỏng. Điều đó có thể giải thích là bạc lót tỳ

không đều lên bề mặt ổ trượt của mình. Thông thưòng kích thước ổ trượt lớn hơn một ít so với
bạc lót. Khi lắp không cần lực ấn đặc biệt, bạc lót tỳ lên bề mặt ổ trượt theo một số đường
sinh (hình 10).
19


Nếu như ấn lên phần nhô của bạc lót thì nó bị uốn cong và tỳ lên ổ trượt bằng tất cả bề
mặt. Tuy nhiên độ tỳ sát ở các điểm khác nhau không giống nhau. Ở các điểm a và b lực tỳ
không đáng kể còn ở các điểm 1, 2, 3 lực tỳ lớn hơn.
Trong thời gian làm việc bạc lót bị uốn cong ở những chỗ tỳ không sát. Tất cả những
nguyên nhân đó đưa đến làm cho lớp chống ma sát bị tróc, các vụn kim loại bị tróc, bị kẹt
giữa cổ trục và bạc làm xấu chế độ ma sát và bôi trơn. Điều đó làm đốt nóng thêm ổ trượt và
đòi khi làm phá hỏng toàn bộ lớp hợp kim chống ma sát.
4) Hao mòn khi bị dính là dạng hao mòn do dính chặt, khoét sâu vật liệu, chuyển nó từ
bề mặt ma sát này đến bề mặt ma sát khác và tác dụng của các phần không phẳng phát sinh
trên bề mặt lắp ghép (hình 11). Dạng hao mòn này có ở các chi tiết bạc của bánh xe cày, trục
cân bằng của bộ phận di động máy kéo...

HÌNH 11. Dạng chi tiết bị
mòn do dính.

HÌNH 12. Bê' mặt ống xilanh bị
phá hỏng do xâm thực.

5) Hao mòn ở quá trình phờréttin là dạng phá hỏng hay phá hủy do cơ học, ăn mòn của
các vật thể tiếp xúc khi dịch chuyển nhỏ. Loại hao mòn này có ở các lỗ lắp ổ bi của hộp số,
then hoa của trục thứ cấp hộp số.
6) Hao mòn do khí hydro là sự phá hỏng bề mặt do giãn nở (nổ) của khí H2 có trong
kim loại thoát ra trong vùng ma sát của các chi tiết. Dạng hao mòn này có ở các ống xi lanh,
trống phanh v.v...

7) Hao mòn do chất lỏng vd chất khí là sự phá hỏng bề mặt chi tiết của kim loại do tác
dụng của luồng chất lỏng (khí). Dạng hao mòn này có ở then hoa trục thứ cấp hộp số, xupáp
xả v.v...
8) Hao mòn do bột mài trong chất lỏng và chất khí là dạng hao mòn cơ học. Bột mài lơ
lửng trong chất lỏng hay khí dịch chuyển theo bề mặt ma sát của chi tiết làm mòn cặp píttông
xi lanh bơm, kim phun v.v...
9) Hao mòn do xâm thực là dạng hao mòn do khí chuyển động hoặc vật thể cứng chuyển
động tương đối với chất lỏng. Trong thời gian đó, các bọt khí giãn nở (nổ) gần bề mặt tạo sự
tăng áp suất hay nhiệt độ cục bộ làm phá hủy lớp bề mặt chi tiết (hình 12).
20


10) Hao mòn do ăn mòn vì điện. Sự phá hỏng bề mặt do tác dụng phóng điện khi có
dòng điện đi qua. Dạng hao mòn này có ở cổ góp, chổi than, các chi tiết của bộ phận ngắt
điện v.v...
2.4.3.
Các yếu tô chính của quá trình mài mòn và ảnh hưởng của chúng đến hao
mòn của chi tiết
Quá trình mài mòn các bề mặt chi tiết rất phức tạp và phụ thuộc vào một số lớn các yếu
tố theo các tổ hợp khác nhau ở điều kiện cụ thể của sử dụng máy.
Đối với các chuyên gia sử dụng và sửa chữa máy, sự hiểu biết các yếu tố chính của mài
mòn và các quy luật mài mòn có ý nghĩa lớn. Nó cho phép chọn một cách đúng đắn các
phương pháp sửa chữa chi tiết và ngăn ngừa hao mòn nhanh trong quá trình sử dụng.
Người ta phân biệt các yếu tố của quá trình mài mòn các phần tử làm việc của máy
như sau :
- áp suất trên bề mặt ma sát;
- độ cứng trên bể mặt của chi tiết;
- cấu trúc kim loại;
- chất lượng bề mặt chi tiết;
- vận tốc chuyển động của bề mặt này tương đối với bề mặt khác;

- hình dáng và kích thước khe hở giữa các bề mặt chi tiết tiếp xúc trong quá trình ma sát.
Áp suất: Với sự tăng áp suất, hao mòn sẽ tăng theo. Các nghiên cứu đã khẳng định, ở
điều kiện gần với ma sát khô, cường độ mài mòn sẽ tỷ lệ thuận với áp suất:
dh/dS = cp
trong đó: c - hệ số phụ thuộc vào tính chất của vật liệu; p - áp suất.
Khi ma sát nửa ướt, và ma sát ướt, việc tăng áp suất cũng gây tăng hao mòn nhưng
không theo quy luật tuyến tính. Điều đó có thể giải thích là các màng dầu bị vỡ từng
phần do tăng nhiệt độ của dầu bôi trơn và hạ thấp độ
nhớt của dầu v.v...
Thay đổi áp suất ảnh hưởng đến diện tích tiếp xúc
thực tế của các bề mặt làm việc, đến sự thay đổi chiều
sâu của các lớp kim loại có thể bị biến dạng dẻo... Khi sự
thay đổi đạt đến một giá trị tới hạn làm phát sinh sự thay
đổi về chất của các quá trình trên bể mặt ma sát và có thể
chuyển từ dạng mài mòn này sang dạng mài mòn khác.
Độ cứng: kim loại và hợp kim có độ cứng lớn hơn bị
mài mòn chậm hơn so với kim loại và hợp kim mềm hơn.
Tuy nhiên sự phụ thuộc giữa độ cứng và tính chống mòn
của vật liệu không tuân theo quy luật tuyến tính (hình 13).
Độ chịu mòn cao của kim loại cứng hơn có thể giải thích

HÌNH ,13. Độ chống mòn
của thép c khi ma sát trượt
phụ thuộc vào độ cứng.

21


bằng sự đề kháng lớn hơn, bằng sự xâm nhập của các sản phẩm hao mòn và các phần tử hạt
mài từ bên ngoài. Ngoài ra, kim loại cứng khi ma sát bị biến dạng và bị đốt nóng ít hơn.

Cấu trúc của vật liệu: khi các điều kiện khác như
nhau, thép có cấu trúc nhỏ hạt hơn có độ chịu mòn cao
hơn. Khi đó thép vơi cấu trúc tôi (hình 14) có hao mòn
nhỏ hơn cả. Việc nâng cao c trong thành phần của thép
làm giảm hao mòn của nó. Thép chuyên dùng với các
nguyên tố Si, Ni, Cr, Mn, Mo... có độ chịu mòn cao hơn
cả bởi vì các nguyên tố hợp kim tạo các liên kết hóa học
với c và các dung dịch cứng với Fe có độ cứng rất cao.
Tính chất chống mòn của gang được xác định bằng
cấu trúc, bằng tính chất của các liên kết hóa học của các
tạp chất và các phụ gia. Các nghiên cứu đã khẳng định
gang xám có cấu trúc peclit làm tăng tính chống mòn lên
1,5 + 2 lần so với gang ferit.

I ÍŨỈM3
70
60

SO
w
30
20

10
o; 0,2 0,3 0,f 0,50,00,70,8 0,91,0 c?/a
HÌNH 14. Ảnh hưởng của cấu trúc
và lượng c trong thép đến
độ chống mòn khi ma sát trượt.
J- cấu trúc ở trạng thái cán; 2- peclit;
3- xoochit; 4- trustit; 5- mactenxit.

Ảnh hưởng lớn đến quá trình mài mòn là số lượng,
hình dáng và đặc điểm phân bố của các tạp chất graphit. Graphit là cấu trúc thành phần
không bền của gang, có khả năng tăng nhanh quá trình mài mòn nhưng sản phẩm của hao
mòn phủ lên bề mặt có tác dụng thuận lợi cho bôi trơn. Các chỗ rỗ nhỏ và các phần không
bằng phẳng trên bề mặt làm việc chứa đầy graphit, áp suất trên bề mặt ma sát được san bằng
và làm giảm quá trình mài mòn. Tạp chất graphit dạng cầu có ảnh hưởng tốt đến tính chống
mòn của gang hơn so vứi dạng tấm.
Khi cùng một lượng graphit, độ chống mòn của gang tăng cùng với làm thô to tạp chất
graphit.
Độ chống mòn của chi tiết bằng gang có thể được nâng cao bằng nitơ hóa. Ví dụ, độ
chống mòn của ống xi lanh động cơ đốt trong được nitơ hóa tăng từ 2 + 2,5 lần so với ống xi
lanh được chế tạo từ gang crôm.
Chất lượng bề mặt ma sát: chất lượng bề mặt được hiểu là tổng hợp của các thồng số
hình học và các tính chất vật lý cùa lớp bề mặt của vật liệu chế tạo chi tiết. Các thông số hình
học được đặc trưng bằng sai lệch hình dáng vĩ mô, độ nhấp nhô, độ bóng và hưóng của vết
gia cồng.
Tính chất vật lý được xác định bằng cấu trúc, độ cứng tế vi, chiều sâu biến cứng, ứng suất
dư, độ bền nhiệt, tác dụng tương hỗ với dầu bôi trơn, tác dụng hóa học của kim loại với
oxy và các chất khí khác.
Vận tốc dịch chuyển của bề mặt ma sát: ở ma sát khô, hao mòn của chi tiết tỷ lệ thuận
với quãng đường ma sát. Trong cùng một thời gian, chi tiết với vận tốc dịch chuyển lớn hơn
sẽ đi được một quãng đường ma sát dài hơn và do đó sẽ có lượng hao mòn lớn hơn.
Ở ma sát ướt, vận tốc dịch chuyển các bề mặt ma sát càng lớn thì ma sát ướt càng tin cậy
và hao mòn của các chi tiết lắp ghép càng nhỏ.
Vận tốc dịch chuyển của các bể mặt làm việc ảnh hưởng đến tình trạng của chúng, luôn
luôn liên quan với cường độ của các quá trình tỏa nhiệt và đốt nóng chi tiết. Có vận tốc tới
22

hạn chuyển từ dạng hao mòn này sang dạng hao mòn khác. Khi định hình các bể mặt ma sát
trong quá trình sửa chữa chi tiết cần tính đến vận tốc khi chi tiết làm việc.
Điều kiện bôi trơn của các bê mặt ma sát : để nâng cao tính chống mòn của chi tiết,
chất lượng của dầu bôi trơn và cung cấp kịp thời liên tục nó vào vùng ma sát có ý nghĩa rất
lớn. Không có bôi trơn thậm chí trong thời gian ngắn sẽ làm tăng hao mòn và đôi khi đưa đến
hư hổng các chi tiết máy. Dầu bôi trơn cần có các tính chất lý hóa tin cậy và tương ứng với
các điều kiện làm việc đã cho của máy. Dầu bôi trơn chất lượng cao có pha thêm các
chất phụ gia.
Hình dáng và kích thước của khe hở giữa các bề mặt ma sát: như trên đã đề cập, điều
kiện tốt nhất có khả năng hạ thấp hao mòn của các chi tiết là làm việc ở điều kiện ma sát ưót.
ở đây chi tiết như bơi trên đệm dầu, lớp dầu nhận tải trọng, có nghĩa là ở diều kiện nhất định,
mặc dù tác dụng của tải lên chi tiết là đáng kể nhưng chi tiết vẫn có thể bơi trong chất lỏng
bôi trơn bao quanh nó. Tuy nhiên, hiện tượng này chỉ có thể xảy ra trong những điểu kiện
nhất định.
Khả năng chịu tải của lớp dầu bôi trơn đã được giáo sư Pêtrôp đề cập vào năm 1883 và
đặt cơ sở cho quy luật bơi thủy động lực học của trục trong ổ trượt. Từ lý thuyết bôi trơn thủy
động lực học ta thấy: đối với một cặp lắp ghép chuẩn xác (hình dáng hình học đúng) với một
khe hở nào đó, vị trí của trục phụ thuộc vào tải trọng, độ nhớt của dầu bôi trơn, các kích
thước kết cấu của trục - ổ trượt và số vòng quay của trục.
Bản chất hiện tượng bơi thủy động lực học của trục ở số vòng quay nhất định được giải
thích như sau: khi n = ọ, trục tựa trên ổ trượt (hình 15). Từ thời điểm bắt đầu quay và khi tiếp
tục tăng số vòng quay trục cuốn dầu bôi trơn và đẩy nó vào khe hở hình nêm. Nhờ đó, trục sẽ
được nâng lên và đồng thời dịch chuyển vẻ phía chiều quay. Khi đạt đến số vòng quay nhất
định trục sẽ bơi trong ổ trượt và các bề mặt làm việc được phân cách hoàn toàn bởi lớp dầu
bôi trơn.

HÌNH 15. Vị trí của trục ở trạng thái
tĩnh và trong thời gian quay.

HÌNH 16. Sơ đồ tác dụng của

lớp dầu khi trục và Ổ hị ô van.

Tâm của trục từ lúc bắt đầu quay sẽ vẽ thành một đường cong gần với nửa vòng tròn. Khi
số vòng quay vô cùng lớn theo lý thuyết tâm của trục và tâm của ổ trượt phải trùng nhau.
Sư biến dang của hình dáng hình học của cổ trục hay của ổ trượt dẫn tới khả năng tải của
lớp dầu bôi trơn giảm đi. Ví dụ, trên hình 16 trình bày trường hợp khi bán kính p của ổ trượt
nhỏ hơn bán kính cong của bề mặt trục. Trong trường hợp này, việc làm hẹp dần khe hở giữa
23


\

các bề mặt làm việc theo hướng quay của trục không cho hiệu ứng nêm. Hiệu ứng nêm cũng
không xuất hiện trong trường hợp khi các bề mặt làm việc có các chỗ lồi lõm hay mấp mô lớn
(hình 17).

HÌNH 17. 'Sơ đồ tác dụng của lớp dầu bôi trơn khi có lồi '
lõm ở bề mặt lắp ghép.
a-vùng áp suất nâng cao;
b-vùng giãn nở, nơi mất khả năng chịu tải.

HÌNH 18. Phân bô'áp suất hên trong
lớp dầu của Ổ trượt,
a-theo tiết diện dọc
b- theo tiết diện ngang.

Các yếu tố làm giảm khả năng tải của lớp dầu bôi trơn được trình bày ở trên là do có sai
sót trong chế tạo, sửa chữa và các thay đổi diễn ra ở cặp lắp ghép trong suốt quá trình sử dụng
máy. Ngoài các nguyên nhân đó ra, khả năng tải của lớp dầu bôi trơn bị giảm nếu chọn dung
sai và chế độ lắp ghép của các cặp lắp ghép không chính xác.

Lý thuyết và thực nghiệm đã cho thấy: ở các điểm khác nhau của cặp lắp ghép trục-ổ
trượt phát sinh áp suất khác nhau trong lớp dầu bôi trơn (hình 18). Áp suất lớn nhất ở tiết
diện cắt ngang đi qua giữa cặp lắp ghép. Ở ngoài cùng của ổ trượt, áp suất dầu bôi trơn giảm
xuống đến không. Ở mặt quay của trục vùng có áp suất cao bao lấy chưa đến nửa vòng tròn
của khe hở. Ở vùng còn lại tạo áp suất thấp (thấp hơn áp suất khí quyển). Do đó khả năng
mang tải chỉ có ở một phần của lớp dầu bôi trơn.

m m ị ^ ỉĩm í
J ______ :______ ,L
1

* ,
\

7
U iy
\
\

N,

\
,

/

H

HÌNH 19. Sự thay đổi áp suất bên trong lớp dầu theo
HÌNH 20. Sự thay đổi áp suất bên trong lớp dấu

tiết diện dọc khi có rãnh trong ổ trượt.
theo tiết diện ngang khi có rãnh dọc trong Ổ trượt.
A- phân b ố áp suất bẽn trong lớp dầu khi có
A -p h â n b ố áp suất khi có rãnh dọc;
rãnh vòng;
B- phàn b ố áp suất khi không có rãnh dọc;
B- phân b ố áp suất hên trong lớp dầu khi không có rãnh vòng.
C- rãnh dọc.

24