BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TÔN THẤT NGUYÊN THY

HIỆU QUẢ VỀ MA SÁT VÀ MÀI MÒN TRONG BÔI TRƠN RẮN
VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC NGHIỆM ĐỂ XÁC ĐỊNH
HỆ SỐ MA SÁT

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204

S K C0 0 0 3 4 4

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09/2004


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TÔN THẤT NGUYÊN THY

HIỆU QUẢ VỀ MA SÁT VÀ MÀI MÒN TRONG BÔI TRƠN
RẮN VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC NGHIỆM ĐỂ XÁC
ĐỊNH
HỆ SỐ MA SÁT

Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
Mã số ngành
: 60 52 04

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2004


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HIỆU QUẢ VỀ MA SÁT VÀ MÀI MÒN TRONG BÔI TRƠN
RẮN VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC NGHIỆM ĐỂ XÁC
ĐỊNH
HỆ SỐ MA SÁT

Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
Mã số ngành
: 60 52 04

Họ và Tên học viên : TÔN THẤT NGUYÊN THY
Người hướng dẫn
: PGS. TS. Nguyễn Văn Thêm

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2004


TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Họ và tên
Ngày tháng năm sinh
Nơi sinh
Đòa chỉ liên lạc
Quá trình học tập
Kỹ
Quá trình công tác

:
:
:
:
:

TÔN THẤT NGUYÊN THY
23 – 01 - 1974
Tp.Hồ Chí Minh
935 Trần Hưng Đạo; Phòng 511
Từ 1994 – 1999 học tại trường ĐH Sư Phạm

Thuật Tp.HCM, Khoa Chế Tạo Máy.
: Từ 2000 – 2004 công tác tại trường
Kỹ Thuật Cao Thắng


Chân thành cảm ơn :
1. PGS .TS NGUYỄN VĂN THÊM.
2. TS. ĐẶNG VĂN NGHÌN.
3. Các GS của Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
TP. Hồ Chí Minh đã tham gia giảng dạy lớp Cao

Học Chế Tạo Máy Khóa : 2002 – 2004.
4. KS. NGUYỄN TRẦN PHÚC.
5. Phân xưởng sx nhà máy nhôm Kim Hằng
6. Các thầy cô giáo trường Kỹ Thuật Cao Thắng đã
nhiệt tình động viên và giúp đỡ Tôi hoàn thành
luận văn này.

TÔN THẤT NGUYÊN THY
LỚP CAO HỌC CHẾ TẠO MÁY 20022004


Vấn đề ma sát và mài mòn trong máy móc thiết bò đã được các nhà khoa học
trên thế giới và trong nước nghiên cứu từ nhiều năm qua xuất phát từ nhu cầu cấp
bách của nền công nghiệp hiện đại là làm thế nào để hạn chế những tác hại không
thể tránh khỏi khi máy móc làm việc.
Phát huy những mặt tích cực đồng thời hạn chế mặt tiêu cực của hiện tượng ma
sát và mài mòn đó là một lónh vực hấp dẫn mà các nhà khoa học đã, đang và sẽ
hướng tới. Dùng những chất bôi trơn thích hợp để đưa vào bề mặt ma sát làm giảm
bớt sự ma sát và mài mòn là một trong những thành công đáng kể của các nhà
khoa học thuộc lónh vực này.
Tuy nhiên, những thiết bò máy móc làm việc ở những nơi đặc biệt như: các
robot thám hiểm hành tinh; các vệ tinh làm việc lâu dài trên không gian; các chi
tiết máy làm việc trong môi trường nhiệt độ cao hay trong môi trường đòi hỏi có
độ tinh khiết cao thì việc dùng chất lỏng dầu, mỡ để bôi trơn không khả thi.
Vì vậy, việc nghiên cứu nhằm tìm ra các loại vật liệu bôi trơn rắn và các chế
độ bôi trơn trở thành một vấn đề khoa học hết sức thực tiễn cần thiết và quan
trọng.
Trong những năm gần đây, bôi trơn bằng chất rắn là một lónh vực đang được
thế giới quan tâm và trong nước đã có một số công trình nghiên cứu về đề tài này
nhưng còn một số vấn đề tồn tại cần phải được khắc phục và nghiên cứu sâu hơn

như:
- Nâng cao độ chính xác của thiết bò thí nghiệm.
- Tiếp tục nghiên cứu thực nghiệm nhằm đề xuất các công thức thực
nghiệm mới.
- Giãm giá thành trong nghiên cứu ma sát bằng cách tự nghiên cứu chế
tạo các thiết bò thí nghiệm.
- Thí nghiệm các chất bôi trơn rắn mới.
- Nghiên cứu đề xuất các ứng dụng vào thực tiễn nhằm kiểm tra lại các
kết quả nghiên cứu từ đó phát triển các hướng nghiên cứu sâu hơn.
Chính vì vậy, đề tài:” HIỆU QUẢ VỀ MA SÁT VÀ MÀI MÒN TRONG BÔI
TRƠN RẮN VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC NGHIỆM ĐỂ XÁC ĐỊNH HỆ SỐ MA
SÁT “ ra đời nhằm kế thừa và tiếp bước các nghiên cứu trước đó.
Trong quá trình làm luận văn này, tôi được sự giúp đỡ tận tình của thầy hướng dẫn
PGS. TS NGUYỄN VĂN THÊM. Thầy giáo dạy tối ưu hóa TS. NGUYỄN VĂN NGHÌN.
Nhân đây tôi xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn PGS. TS NGUYỄN VĂN
THÊM. TS. NGUYỄN VĂN NGHÌN. Một số bạn bè thân hữu và gia đình đã động viên,
giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận văn này.
Tp. HỒ CHÍ MINH ngày 29 tháng 8 năm 2004

TÔN THẤT NGUYÊN THY


Nghiên cứu lý thuyết bôi trơn rắn nhằm đánh giá về hiệu quả ma sát
và cường độ mài mòn. Từ đó xây dựng bài toán quy hoạch thực nghiệm để
xác đònh hệ số ma sát và cường độ mài mòn của cặp ma sát Kim loại – Kim
loại với các chất bôi trơn rắn: C ; Sn ; PTFE.
LUẬN VĂN GỒM HAI PHẦN CHÍNH :
Phần 1: Trình bày cơ sở lý thuyết của vấn đề bôi trơn rắn.
Đó chính là sự chuyển dời vật liệu giữa hai bề mặt kim loại khi
tiếp xúc với nhau. Tạo nên lớp màng mỏng làm giảm hệ số ma sát

trượt, giảm cường độ mài mòn và tăng tuổi thọ của các chi tiết máy.
Phần 2: Nghiên cứu thực nghiệm.
 Cùng hợp tác với KS Nguyễn Văn Thuận, chúng tôi đã chế
tạo thành công máy dùng để nghiên cứu ma sát và mài mòn sử dụng
cảm biến lực điện trở điều khiển bằng khí nén với tên gọi là EK – 04
.
 Trên cơ sở máy đã chế tạo, tôi đã tiến hành lấy số liệu thực
nghiệm và sử dụng phần mềm quy hoạch thực nghiệm để tìm ra ba
công thức thực nghiệm xác đònh hệ số ma sát giữa thép C45 – Gang
với các chất bôi trơn : Graphit, thiếc và PTFE.
 Tiến hành đo và lấy số liệu thực ngiệm và sử dụng phần
mềm quy hoạch thực nghiệm để tìm ra công thức tính cường độ mài
mòn với chất bôi trơn rắn graphit.
 Tối ưu hóa các thông số thực nghiệm nhằm đề xuất các ứng
dụng bôi trơn rắn vào thực tế sản xuất.


Searching theory solid lubrication aims to evaluate the effective of
friction and intensity of tribology. From then building problem of statistic
experimental design to define the friction coefficient and the intensity of
tribology in the contacts “Metal – Metal” with the solid lubrication : C; Sn;
PTFE.
THE PROJECT OF STUDY INCLUDES TWO MAIN PARTS:
Part 1: Presenting theorical basic of solid lubrication problem.
It is the material movement between two mental surfaces when
they contact each other, creating thin membrane, reducing the sliding
friction coefficient, reducing intensity of tribology and increasing the
durability of machine’s sections
Part 2: Experimental searching
 Cooperating with Nguyeãn Vaên Thuaän engineer, we

successfully manufacture a machine using to search the friction
coefficient and intensity of tribology with load sell controlled by
pneumatics called EK – 04.
 With manufacturing the machine, I carried on getting
experimental numbers and used the statistics and experimental design
software to find out three practical fomulas used to define the friction
coefficient between steel C45 – cast iron and lubrications : Graphit,
Sn and PTFE.
 Carry on measuring and getting experimental numbers,
using the statistics and experimental design software to find out the
formula for the tribologycal behaviour with the solid lubrication
graphit.
 Optimum design of the experimental parameters aim to
propose the applications of the solid lubrication into practical
production.


MỤC LỤC
Trang
PHẦN 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.......................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 : Ý NGHĨA CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU .................................................................................. 2
CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU VỀ NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN VĂN ................................................... 3
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ BÔI TRƠN RẮN .................................... 3
2..2 NHỮNG BƯỚC PHÁT TRIỂN MỚI CỦA LUẬN VĂN VỀ BÔI TRƠN RẮN ............................ 5
PHẦN 2 : LÝ THUYẾT BÔI TRƠN RẮN ................................................................................................. 7
CHƯƠNG 3 : .CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA SỰ MÀI MÒN........................................................................... 8
3.1 CÁC DẠNG HAO MÒN HƯ HỎNG ............................................................................................. 8
3.1.1 MÀI MÒN ................................................................................................................................... 9
3.1.2. HAO MÒN DO BÁM DÍNH ......................................................................................................10
3.2. NĂNG LƯNG Ở MẶT TIẾP XÚC VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN MA SÁT

VÀ MÀI MÒN CỦA POLYME ................................................................................................... 11
3.3 MÒN DO MÔI TRƯỜNG XUNG QUANH ................................................................................... 12
3.3.1. HAO MÒN TRONG MÔI TRƯỜNG CHẤT LỎNG ...................................................................12
3.3.2. HAO MÒN TRONG MÔI TRƯỜNG TRUNG HÒA VÀ CHÂN KHÔNG....................................13
CHƯƠNG 4 : CÁC QUAN HỆ GIẢI TÍCH CỦA SỰ MÀI MÒN ............................................................. 15
4.1. CÁC QUAN NIỆM VỀ HAO MÒN.............................................................................................. 15
4.2. MỘT SỐ KẾT QUẢ QUAN TRỌNG ĐÃ ĐƯC CHỨNG MINH ............................................. 15
4.3. MÔ TẢ VỀ LƯNG HAO MÒN BÌNH THƯỜNG...................................................................... 17
CHƯƠNG 5 : CƠ CHẾ HÌNH THÀNH LỚP MÀN MỎNG CHUYỂN DỊCH DO TÁC
DỤNG CƠ HỌC ....................................................................................................................... 18
5.1. CƠ CHẾ HÌNH THÀNH LỚP MÀNG MỎNG DỊCH CHUYỂN DO TÁC DỤNG CƠ HỌC ...... 18
5.2. HÌNH THỂ HỌC CỦA LỚP MỎNG CHUYỂN DỜI ................................................................... 20
5. 3. THÀNH PHẦN CỦA LỚP MỎNG ............................................................................................. 21
5. 4. HOẠT ĐỘNG CỦA LỚP MỎNG CHUYỂN DỊCH ................................................................... 21
5.5. TIẾP XÚC Ở BA VẬT THỂ ....................................................................................................... 23
5.5.1 THỂ TÍCH CÁC CHỖ LÕM : <THỂ TÍCH ABBOT> ................................................................23
5.5.2. SỰ TIẾP XÚC HOÀN TOÀN HOẶC TỪNG PHẦN ..................................................................24
5.6. CÁC CHẤT BÔI TRƠN RẮN ...................................................................................................... 25
5. 6.1 CÁC HP CHẤT VÔ CƠ CÓ CẤU TRÚC LỚP MỎNG VÀ KHÔNG CÓ LỚP MỎNG ..........25
5.6.1.1. Than chì (graphit) .......................................................................................................... 25
5.6.1.2. Chất bisulfua – môlipđen ( MoS2) ................................................................................ 26
5. 6.2. CHẤT POLYME .....................................................................................................................26
5.6.2.1.Chất polytetra fluo ethylène (P.T.F.E) ........................................................................... 26
5.6.2.2. Chất polyamides (PA) ................................................................................................... 27


5.6.3. VẬT LIỆU COMPOSIT .............................................................................................................27
5.6.3.1. Các loại chất độn .......................................................................................................... 27
5.6.3.2. nh hưởng của tỉ lệ phần trăm chất phụ gia ................................................................. 28
5.6.4 ĐỀ XUẤT MỘT SỐ CHẤT BÔI TRƠN RẮN KHÁC .................................................................. 28

PHẦN 3 : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH HỆ SỐ MA SÁT F
VÀ CƯỜNG ĐỘ MÀI MÒN I CỦA CẶP BÔI TRƠN RẮN ................................................. 32
CHƯƠNG 6 : SƠ LƯC VỀ THIẾT BỊ ĐO .............................................................................................. 33
6.1. NGUYÊN LÝ CỦA THIẾT BỊ ĐO HỆ SỐ MA SÁT KE – 04..................................................... 33
6.2. CẤU TẠO ..................................................................................................................................... 34
6.2.1 TRỤC CHÍNH ..........................................................................................................................34
6.2.2 BỘ PHẬN ĐỞ MẨU 2 ...............................................................................................................35
6.2.3. BỘ PHẬN KẸP TẠO LỰC ÉP CHẤT BÔI TRƠN RẮN ............................................................36
6.3. CƠ SỞ TÍNH TOÁN HỆ SỐ MA SÁT f ..................................................................................... 38
CHƯƠNG 7 : CƠ SỞ THIẾT LẬP CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM ...................................................... 41
7.1 MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM .............................................................................................................. 41
7.2 ĐIỀU KIỆN THÍ NGHIỆM............................................................................................................ 41
7.3 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ................................................................................................... 41
7.4 XỬ LÝ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ............................................................................................. 45
7.4.1 XỬ LÝ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐO HỆ SỐ MA SÁT (f ) .....................................................45
7.4.1.1. Chất bôi trơn graphit ...................................................................................................... 46
7.4.1.2 . Chất bôi trơn thiếc ........................................................................................................ 49
7.4.1.3. Chất bôi trơn PTFE ....................................................................................................... 52
7.4.2 XỬ LÝ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐO CƯỜNG ĐỘ MÀI MÒN (I ) ........................................55
CHƯƠNG 8 : TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ THỰC NGHIỆM............................................................ 61
8.1. ĐẶT VẤN ĐỀ............................................................................................................................... 61
8.2. HÀM MỤC TIÊU ( f ) VỚI CHẤT BÔI TRƠN GRAPHIT ......................................................... 62
8.3. HÀM MỤC TIÊU ( f ) VỚI CHẤT BÔI TRƠN THIẾC .............................................................. 64
8.4. HÀM MỤC TIÊU ( f ) VỚI CHẤT BÔI TRƠN ( PTFE) ........................................................... 66
8.5. HÀM MỤC TIÊU ( I ) VỚI CHẤT BÔI TRƠN GRAPHIT ........................................................ 68
CHƯƠNG 9 : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ................................................................................................... 70


LUẬN VĂN CAO HỌC


GVHD : PGS. TS NGUYỄN VĂN THÊM

PHẦN 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.

HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY

TRANG 1


LUẬN VĂN CAO HỌC

GVHD : PGS. TS NGUYỄN VĂN THÊM

CHƯƠNG 1.
Ý NGHĨA CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU.
Máy móc sau khi làm việc một thời gian sẽ không tiếp tục làm việc được
nữa do nguyên nhân hao mòn các chi tiết. Chi phí cho việc sửa nó là một con số rất
lớn. Cụ thể theo thống kê ở thập niên 70 tại Mỹ chi phí hàng năm cho việc sửa
chữa máy móc do mòn lên đến 46,8 tỷ USD mỗi năm. Con số này lại tiếp tục tăng
lên mỗi năm theo sự phát triển của công nghiệp.
Hội nghò về giảm độ mòn trong kỹ thuật tổ chức tại Mỹ năm 1976 đã kết
luận rằng việc ứng dụng ma sát sẽ tiết kiệm cho nước Mỹ mỗi năm từ 12 đến 16 tỷ
USD.
Báo cáo hội nghò ma sát học nước Anh năm 1966 thừa nhận lợi ích kinh tế do
ứng dụng các thành tựu của kỹ thuật ma sát học đem lại khoảng 500 triệu Bảng
Anh chiếm tỷ trọng khá lớn trong thu nhập của nền kinh tế quốc dân.
Nền công nghiệp Đức cũng phải chòu những tổn thất lớn do ma sát và mài
mòn trong máy. Tổn thất trong năm 1974 lên đến hơn 100 tỷ DEM, chiếm 1% ngân
sách. Nói như vậy để thấy rằng lợi ích hết sức lớn khi giảm được ma sát và mài

mòn. Nhất là đối với nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa
đất nước.
Trong các hệ thống máy luôn luôn có chứa các bộ truyền, và các bộ truyền
này luôn chòu ảnh hưởng rất lớn của ma sát. Ma sát không những làm mất mát công
suất máy mà còn làm mài mòn rất nhanh các chi tiết tiếp xúc trực tiếp với nhau gây
ra những hỏng hóc nghiêm trọng, nếu máy móc không được chú ý đến việc bôi
trơn.
điều kiện làm việc bình thường với dầu mỡ thì ta có thể bôi trơn tốt. Tuy
nhiên, có những hệ thống truyền động làm việc ở những điều kiện rất khắc nghiệt:
nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp; trong môi trường bức xạ cao hay vò trí làm việc rất
đặc biệt không thể bôi trơn ướt được như các robot tự hành thám hiểm…v..v Ta phải
chọn một cách bôi trơn phù hợp hơn cả là bôi trơn bằng chất rắn.
Nghiên cứu bôi trơn bằng chất rắn được thế giới quan tâm nhiều nhưng ở
Việt Nam vấn đề nghiên cứu này còn rất mới mẻ. Hứa hẹn nhiều những khám phá,
tìm tòi sâu hơn về khả năng ứng dụng to lớn đa dạng của công nghệ bôi trơn rắn.
Những thách thức hiện nay cho việc nghiên cứu bôi trơn rắn là ngành công
nghệ vật liệu ở Việt Nam chưa phát triển. Đa số là còn phải nhập khẩu cho nên
việc sưu tầm mẩu chất bôi trơn rắn phục vụ cho thí nghiệm là rất khó khăn. Cộng
với việc thiếu thốn các thiết bò thí nghiệm có độ chính xác cao do giá thành rất cao
nên đã ảnh hưởng rất lớn đến công việc nghiên cứu trong những năm qua.
Vì vậy, vượt qua được những khó khăn, thách thức chủ quan cũng như khách
quan để hoàn thành đề tài đúng thời hạn là một nổ lực rất lớn củ a chúng tôi. Tuy
nhiên, bên cạnh đó chúng tôi có được thêm một số kiến thức quý báu về bôi trơn
rắn làm hành trang cho công tác nghiên cứu khoa học sau này.
HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY

TRANG 2


LUẬN VĂN CAO HỌC


GVHD : PGS. TS NGUYỄN VĂN THÊM

CHƯƠNG 2.
GIỚI THIỆU VỀ NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN VĂN
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ BÔI TRƠN RẮN.
Nhiều công trình nghiên cứu đã khẳng đònh sự tồn tại lớp vật liệu chuyển
dòch trên bề mặt đối ứng với độ dày của lớp này rất nhỏ và hình thể của lớp này có
thể thay đổi theo thời gian. các hiện tượng này không ngừng tiếp diễn trong vùng
tiếp xúc với sự có mặt của vật thể thứ ba ( T. C ).
Khi sự chuyển dòch xảy ra ở vùng tiếp xúc, sự bám dính của vật liệu chuyển
dời và lớp nền phía dưới là cần thiết. Ứng suất phá hủy và ứng suất trượt trong giai
đoạn trung chuyển đều liên quan đến hiện tượng bám dính trên. Các công trình
nghiên cứu về ma sát củng được tiến hành theo hai hướng: bám dính và biến dạng.
- TOMLISON vào năm 1929 đã xem các lực pháp tuyến và lực tiếp tuyến đều
có quan hệ tuyến tính với số nguyên tử tác động qua lại giưa4 hai bề mặt tiếp
xúc. Các nguyên tử của vật thể này có thể tiếp cận với các nguyên tử của vật
thể kia để xâm nhập vào trường hấp dẫn, trong lúc đó các nguyên tử khác lại
tách ra xa. Ma sát trong trường hợp này được đo bằng sự phân tán năng lượng.
- HOLM năm 1938 chứng minh rằng các lồi lõm của mặt tiếp xúc ( nhấp nhô tế
vi ) sẽ bò biến dạng dẻo và dính vào nhau. Ông đã kết luận rằng : lực ma sát
liên hệ trực tiếp đến tổng số cọ mòn ở các điểm nối được hình thành.
- BOWDEN và TAYBOR năm 1939 đã đònh nghóa hệ số ma sát f là tỷ số của
các lực tiếp tuyến và pháp tuyến. Các tác giả trên đã đưa ra công thức :
f=T / H
Trong đó T : Độ bền cắt của một điểm nối.
H : độ cứng của vật liệu mềm hơn.
Công thức tính chưa chính xác trong một số trường hợp ma sát trong thực tế vì chỉ
dựa vào tính chất cơ học của lớp mỏng trên bề mặt mà thôi.
- RABINOWICH năm 1965 đề nghò sửa đổi công thức của BOWDEN và

TAYBOR bằng cách dựa vào hiện tượng bám dính.

f 

T
P0  2Wab . Cotg

Trong đó :

e
r

Po : Ứng suất chảy của vật thể mềm nhất.
Wab : Năng lượng bám dính trên một đơn vò diện tích
phải sử dụng để tách hai vật thể a, b
khi tiếp xúc với nhau.
e : Một nửa góc Profin của nhấp nhô.
r : Bán kính của các điểm nối.

HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY

TRANG 3


LUẬN VĂN CAO HỌC

GVHD : PGS. TS NGUYỄN VĂN THÊM

Độ mòn gắn liền với ma sát. Độ mòn có thể phân ra các loại : mài mòn do
bám dính, mài mòn hạt mài, do mỏi và hao mòn dần dần.

- RABINOWICH và TAYBOR vào năm 1951 đã rất quan tâm đến sự chuyển
dời vật liệu khi ma sát. Phần vật liệu lấy ra từ bề mặt này sẽ dính vào bề mặt
phân giới, còn sự phát sinh các mảnh vỡ là tương ứng với sự tách rời của các
hạt chuyển dòch.
- ARCHARD, năm 1953 đã đề nghò công thức mòn bám dính:

V  K1

W .L
3. P0

Trong đó :

-

-

V
: Thể tích bò mài mòn.
W và L : Tải trọng và khoảng cách di chuyển.
Po
: Ứng suất chảy của vật liệu mềm nhất.
K1
: Hệ số hao mòn.
KERRIDGE và LANCASTER vào năm 1956 chứng minh ảnh hưởng của các
lớp vật liệu chuyển dời đến độ mòn và đã bắt đầu chú ý đến sự hình thành và
mất đi của lớp mỏng dòch chuyển.
RABINOWICH, năm 1965 đưa ra công thức tính lượng mài mòn:

V  K2

-

W .L
P0

Trong đó K2 là hệ số mòn được xác đònh bằng thực nghiệm
PHÙNG CHÂN THÀNH, năm 1996 đã tiếp tục khẳng đònh sự tạo thành lớp
mỏng chuyển dòch có ảnh hưởng trực tiếp đến hệ số ma sát và cường độ mài
mòn. Ông đề nghò công thức tính hệ số ma sát f cho hai chất bôi trơn rắn
graphit và thiếc thí nghiệm trên máy TM:

P301, 2006 . P201, 2016
f  1,25
V 1,3327
Trong đó :

HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY

Bôi trơn GRAPHIT.

P2-1 : p lực của mẫu 2 lên mẫu 1 ( Kg )
P3-1 : p lực của vật bôi trơn lên mẫu 1 ( Kg )
V :Vận tốc trượt tương đối giữa 2 mẫu ( m /p )
nh hưởng của vật liệu mẫu, môi trường,
nhiệt độ, độ ẩm v.v… thể hiện qua hệ số K = 1,25

TRANG 4


LUẬN VĂN CAO HỌC


GVHD : PGS. TS NGUYỄN VĂN THÊM

P301, 2079 . P201,1852
f  2,89
V 1,5401

Bôi trơn THIẾC.

Trong đó :

P2-1 : p lực của mẫu 2 lên mẫu 1 ( Kg ).
P3-1 : p lực của vật bôi trơn lên mẫu 1 ( Kg ).
V :Vận tốc trượt tương đối giữa 2 mẫu ( m /p ).
nh hưởng của vật liệu mẫu, môi trường,
nhiệt độ, độ ẩm v.v… thể hiện qua hệ số K = 2,89
Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu trên chưa được kiểm chứng trên các
thiết bò thí nghiệm khác. Mặt khác, phương trình hồi quy ước lượng tìm được
có hệ số xác đònh R2 = 0,35 ( bôi trơn bằng Graphit ) và R2 = 0,37 ( Bôi trơn
bằng Sn ) là khá thấp. Chưa giải thích hết các biến động của các thông số đến
hệ số ma sát. Đồng thời chưa đưa ra phép tính cường độ mài mòn trong các
trường hợp cụ thể.
Tiếp tục những nghiên cứu thực nghiệm, đề tài đề xuất một số vật liệu
bôi trơn mới, đưa ra các công thức thực nghiệm xác đònh hệ số ma sát và
cường độ mài mòn cho một số vật liệu đã được nghiên cứu và vật liệu polyme
PTFE. Nội dung tóm tắc được trình bày cụ thể trong mục 2.2.
2..2 NHỮNG BƯỚC PHÁT TRIỂN MỚI CỦA LUẬN VĂN
VỀ BÔI TRƠN RẮN.
Tiếp tục tìm hiểu chứng minh sự hình thành của lớp màng mỏng làm nhiệm
vụ bôi trơn trong lý thuyết mài mòn ba vật thể.

Tìm hiểu một số chất bôi trơn rắn mới nhằm đònh hướng cho việc phát triển
các nghiên cứu đa dạng hơn về vật liệu bôi trơn rắn.
Nghiên cứu thực nghiệm khảo sát các thông số như: vật liệu, tải trọng, vận
tốc cắt, nhiệt độ… nh hưởng đến hệ số ma sát ( f ) và cường độ mài mòn ( I )
trên máy đo ma sát sử dụng cảm biến lực điện trở (máy EK – 04 ).
Tối ưu hóa các thông số sao cho f và I đạt giá trò cực tiểu trong một số ràng
buộc cụ thể.
Trên cơ sở những nội dung này, luận văn sẽ được tiến hành theo đề cương
sau đây:
Phần 1 : Tổng quan về đề tài.
Chương 1 : Ý nghóa của việc nghiên cứu.
Chương 2 : Giới thiệu về nội dung chính của luận văn
Phần 2 : Lý thuyết bôi trơn rắn.
Chương 3 : Cơ sở lý thuyết của sự mài mòn
Chương 4 : Các quan hệ giải tích của sự mài mòn
Chương 5 : Cơ chế hình thành lớp màn mỏng chuyển dòch do tác dụng cơ học
Phần 3 : Nghiên cứu thực nghiệm xác đònh hệ số ma sát và cường độ
mài mòn của các cặp bôi trơn rắn.
HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY

TRANG 5


LUẬN VĂN CAO HỌC

GVHD : PGS. TS NGUYỄN VĂN THÊM

Chương 6 : Sơ lược về thiết bò đo
Chương 7 : Cơ sở thiết lập công thức thực nghiệm
Chương 8 : Tối ưu hóa các thông số thực nghiệm.

Chương 9 : Kết luận và đề xuất

HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY

TRANG 6


LUẬN VĂN CAO HỌC

GVHD : PGS. TS NGUYỄN VĂN THÊM

PHẦN 2 .
LÝ THUYẾT BÔI TRƠN RẮN.

HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY

TRANG 7


LUẬN VĂN CAO HỌC

GVHD : PGS. TS NGUYỄN VĂN THÊM

CHƯƠNG 3 .
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA SỰ MÀI MÒN
Trong quá trình làm việc của máy móc, bề mặt ma sát của các chi tiết máy
bò thay đổi một cách rõ rệt. Thay đổi về kích thước đặc tính hình học, cấu trúc và
trạng thái ứng suất của các lớp bề mặt. Sự thay đổi này có thể mang tính đơn điệu
hoặc có những đột biến rõ rệt. chúng có thể bao gồm những thể tích vó mô, vi mô
hoặc siêu vi mô. Những thay đổi đáng kể ấy phụ thuộc vào động học chuyển động

(loại ma sát lăn hay trượt), điều kiện tải trọng, điều kiện bôi trơn, tính chất vật liệu
và phương pháp gia công …
Những thay đổi ấy có thể là có ích vì nó làm bình thường các bề mặt ma sát
và giảm hao mòn đến mức thấp nhất. hiện tượng này xảy ra rõ nhất khi chi tiết
hoàn toàn mới được đưa vào sử dụng.
Những thay đổi ấy có thể là rất xấu vì nó gây ra những hư hỏng đán g kể cho
chi tiết máy. Tuy nhiên, chi tiết sau một thời gian làm việc thì sẽ có những hiện
tượng hỏng xảy ra và tất nhiên đến một lúc nào đó sẽ không làm việc bình thường
được nữa.
Xây dựng được một lý thuyết đúng đắn tìm hiểu khả năng chống hao mòn và
hư hỏng của các chi tiết máy khi ma sát. Ta cần phải phân loại và có những mô
hình phù hợp với những quá trình tiến triển, cần phân đònh rõ ràng về hao mòn lý
thuyết, hao mòn thực tế và các hiện tượng không bình thường, hư hỏng.
3.1 CÁC DẠNG HAO MÒN HƯ HỎNG :
Việc nghiên cứu bản chất của các hiện tượng trong những điều kiện thí
nghiệm cho phép hệ thống hóa và tiến hành phân loại các dạng hao mòn và hư
hỏng một cách có cơ sở. Mục đích là điều khiển có hiệu quả các quá trình và khắc
phục sự hư hỏng đáng kể trong máy móc.
Phân chia sự hao mòn và hư hỏng dựa trên các dấu hiệu biểu lộ bên ngoài.
Còn các cơ chế của sự phát triển nội tại của chúng là đặc thù.
Nguyên tắc sau đây là cơ sở để phân loại :
- Nghiên cứu bản chất của các quá trình phá hoại quan sát thấy khi các chi
tiết máy làm việc.
- Lập lại và nghiên cứu các quá trình ấy trong điều kiện thí nghiệm .
- Nghiên cứu sự hao mòn và sự hư hỏng trong quá trình phát triển của chúng
với sự chuyển tới hạn từ dạng này sang một dạng khác phụ thuộc vào các yếu tố
bên ngoài như tác dụng cơ học, thời gian, tính chất tác dụng của tải trọng.
Các dạng phá hoại khi ma sát gồm có :
 Hao mòn cho phép gồm :
- Hao mòn cơ hóa bình thường do ôxy hóa.


HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY

TRANG 8


LUẬN VĂN CAO HỌC

GVHD : PGS. TS NGUYỄN VĂN THÊM

- Hao mòn cơ hóa bình thường do bong dần các lớp màn mỏng có nguồn gốc
khác ôxít.
- Dạng cơ hóa của mài mòn.
 Hao mòn không cho phép :
- Tróc loại 1.
- Tróc loại 2.
- Quá trình Fretting (tróc ôxy hóa động).
- Cắt, cào xước.
- Mỏi khi ma sát lăn.
- Các dạng hư hỏng khác (ăn mòn, xói mòn, bào mòn, dập ...)
 Hao mòn do bò ôxy hóa :
Là quá trình phá hoại dần dần các bề mặt chi tiết khi ma sát lăn, do tương
tác giữa các lớp kim loại. Bề mặt hoạt tính bò biến dạng dẻo với ôxy của không khí
hay của dầu bôi trơn bò hấp thụ trên bề mặt gây ra. Thể hiện sự hao mòn này ở sự
hình thành các lớp màng hấp thụ hoá học, màng của các dung dòch rắn, của các hợp
chất hóa học giữa kim loại và ôxy và sự bong tách các lớp màng ấy ra khỏi ma sát.
- Đặc tính và cường độ của các quá trình này thay đổi phụ thuộc vào dạng
ma sát, tốc độ dòch chuyển tương đối, áp suất, mức độ áp dụng của tải, thành phần
môi trường và tính chất vật liệu,
- Quá trình ôxy hóa và biến dạng diễn ra trong lớp bề mặt rất mỏng khoảng

từ 100 đến 1000 Ao
- Hao mòn ôxy hóa bình thường xảy ra trong quá trình ma sát trượt và lăn
khô có giới hạn, tốc độ trượt đối với ma sát khô không lớn lắm (thép ủ 1-4m/s),
thép tôi tốc độ nhỏ nhất 7m/s (bôi trơn giới hạn).
- Hao mòn ôxy hóa có thể xảy ra trong quá trình ma sát của các kim loại và
hợp kim có tính chất khác nhau.
Hao mòn ôxy hóa là hao mòn quan trọng nhất của hao mòn cơ hóa. trong tất
cả mọi trường hợp, loại hao mòn này đều đặc trưng bởi quá trình biến dạng cơ học
của các lớp bề mặt mỏng cùng với sự tương tác đồng thời của các lớp hợp tính đã
biến dạng và những thành phần hóa học của môi trường.
3.1.1 MÀI MÒN : do sự phối hợp của tác động cơ học và nhiệt năng. Sự biến dạng
sinh ra khi nhấp nhô của vật thể cứng xuyên sâu vào bề mặt của vật thể mềm hơn
khi hai vật thể ma sát, hoặc khi bào mòn ba vật thể (có thêm các phần tử cứng
ngoại lai xâm nhập vào bề mặt ma sát).
Các thông số áp dụng cho mài mòn là :
- Đặc tính cơ học của vật liệu P (tích số Ge năng lượng thích hợp).
- Độ nhấp nhô tế vi của bề mặt tiếp xúc, tính theo Ra hoặc bán kính nhấp
nhô
- Điều kiện thí nghiệm và tải trọng, tốc độ, nhiệt độ.

HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY

TRANG 9


LUẬN VĂN CAO HỌC

GVHD : PGS. TS NGUYỄN VĂN THÊM

Để hạn chế mài mòn loại này cần phải :

a. Giới hạn tải trọng tác dụng để giảm sự phân tán năng lượng ở vùng
tiếp xúc ( không vượt quá 1/3 ứng suất cho phép nén của vật liệu).
b. n đònh sự phân bố đồng đều các nhấp nhô tế vi (quyết đònh bởi chất
lượng của khuôn mẫu hoặc độ láng bóng của bề mặt khi chế tạo
chúng).
c. Giới hạn nhiệt độ làm việc tức là phối hợp giữa giới hạn tải trọng và
vận tốc trượt.
d. Hạn chế tối đa sự xâm nhập của các phần tử ngoại lai ở vùng tiếp xúc.
3.1.2. HAO MÒN DO BÁM DÍNH:
Lý thuyết này đã được BOWDEN và TAYBOR đưa ra. Theo lý thuyết này
biểu hiện phối hợp giữa tác động cơ học và nhiệt năng. Hao mòn do bám dính có
đặc điểm là kèm theo sự gãy vỡ các điểm nối trên diện tích tiếp xúc thực (St).
Chính hao mòn bám dính này tạo ra sự chuyển dòch vật liệu từ mặt này sang mặt
kia. Sự chuyển dòch vật liệu sẽ phụ thuộc vào các yếu tố sau :
- Vật liệu của các vật thể tham gia và tính hòa tan của chúng.
- Hình dạng hình học của bề mặt ma sát.
- Điều kiện làm việc hay thử nghiệm.
Ở giai đoạn đầu vật liệu chuyển dòch từ bộ phận này sang bộ phận khác.
Ở giai đoạn hai vật liệu chuyển dòch được tách ra để tạo ra các mảnh vụn
nhỏ của sự hao mòn. Khi nào lớp mỏng dòch chuyển đã hình thành trên bề mặt đối
kháng thì phân suất mòn sẽ giảm đi đáng kể tương ứng với khoảng cách di chuyển
gia tăng.
Riêng với kim loại, giới hạn của mòn bám dính được thực hiện bằng các
cách sau :
e. Kiểm soát sự hoà tan tương đối của các vật liệu.
f. Xác đònh một Gradien các tính chất cơ học cụ thể để có một mặt cắt gần
với mặt phân giới ban đầu.
g. n đònh về mặt tế vi hình học bề mặt ma sát với sự phân bố hợp lý các
nhấp nhô tế vi và giớn hạn tải trọng tác dụng để giảm sự phân tán năng lượng trung
bình ở điểm tiếp xúc.

h. Kiểm soát nhiệt độ làm việc.
2. Hao mòn do mỏi :
Mòn do mỏi thể hiện qua sự tiếp xúc bằng mạch động kín và tạo thành
trường giam hãm chu kỳ trong lớp vật liệu ở ngay dưới bề mặt tiếp xúc. Sự phát
sinh đã tích tụ của các đường nứt sẽ phát triển dần dần dẫn đến sự phá hủy cục bộ
vật liệu do mỏi. Hao mòn này có cả vật liệu P, CP và kim loại
3. Hao mòn do ma sát - hóa học
Hao mòn loại này do hai tác động :
a. Phản ứng hóa học của môi trường lên bề mặt ma sát.
b. Tác động cơ học lấy dần vật liệu đi.
HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY

TRANG 10


LUẬN VĂN CAO HỌC

GVHD : PGS. TS NGUYỄN VĂN THÊM

3.2. NĂNG LƯNG Ở MẶT TIẾP XÚC VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN
MA SÁT VÀ MÀI MÒN CỦA POLYME :
Khi chưa có tải trọng các bề mặt tiếp xúc nhau đều bò bám dính sự hình
thành các phần tử mòn của chất P và sự mòn kéo dài của nó phụ thuộc vào năng
lượng bám dính tác động tương hổ trên bề mặt ma sát.
Ea = Wpa . Aa
Với : Aa : diện tích tiếp xúc
Wpa : năng lượng đặc thù bám dính

Wpa   p   a   pa  2 a . p 


1
2

P : chất polyme
a : chất thép
γ : năng lượng ở bề mặt
Năng lượng đặc thì bám dính sẽ càng nhỏ khi tổng các năng lượng bề mặt
của hai vật tiếp xúc càng nhỏ. Năng lượng bề mặt thường được thể hiện dưới dạng
sức căng bề mặt γc và dễ dàng tìm được bằng thực nghiệm.
hình dưới đây cho thấy ảnh hưởng của năng lượng bề mặt đến độ mòn và lực
ma sát của chất polyme.

Sức căng giới hạn bề mặt γc.10 -3 J/m ( 20 o C ).
hình 1-1 Tác động của sức căng giới hạn bề mặt đến
hệ số ma sát giữa P và thép.
HVTH : TÔN THẤT NGUYÊN THY

TRANG 11


S

K

L

0

0


2

1

5

4