Ma sát là gì?
Khi một vật dịch chuyển trên bề mặt của một vật khác thì sẽ xuất hiện một lực cản lại chuyển động của chính vật thể đó, lực ma sát.
Trong một số trường hợp, lực ma sát cũng có ích như lực ma sát dùng trong các cỗ phanh, các truyền động dây đai...
Trong nhiều trường hợp khác thì lực ma sát lại rất có hại, ví dụ khi chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng khác, nhiệt năng biến thành cơ năng... để khắc phục phải tốn hao nhiều năng lượng.
Các loại ma sát thường gặp:
Ma sát trượt: khi một vật rắn trượt trên vật khác, bề mặt tiếp xúc sinh ra lực ma sát gọi là ma sát trượt;
Ma sát lăn: khi một vật hình tròn/cầu lăn trên bề mặt của vật khác, tại điểm/đường tiếp xúc sinh ra lực ma sát gọi là ma sát lăn.
Nguyên nhân của ma sát:
Do sự liên kết cơ học của các chỗ lồi trên bề mặt một vật rắn (chỉ thấy rõ qua kính hiển vi);
Do tác dụng tương hỗ giữa các phân tử bề mặt làm việc tại các điểm tiếp xúc.
Ma sát trượt thường lớn hơn gấp 10-100 lần ma sát lăn.
Hiện tượng ma sát luôn làm toả nhiệt, gây mài mòn các chi tiết làm việc, và kéo theo sự hao phí công suất nhằm khắc phục ma sát.
Trong quá trình nghiên cứu tìm biện pháp làm giảm các hao tổn do ma sát gây ra, người ta phát hiện ra rằng khi các bề mặt được bôi trơn bằng dầu thì ma sát giảm xuống rất nhiều.
Trong một số điều kiện nhất định, ma sát trượt ở các bề mặt được bôi trơn đôi khi còn nhỏ hơn cả ma sát lăn.
Khi hai bề mặt chuyển động lên nhau được ngăn cách bởi một lớp dầu thì sẽ xuất hiện ma sát lỏng, nghĩa là một lực ma sát trong bản thân lớp dầu giữa các phân tử dầu. Tuy nhiên, mức độ tổn thất năng lượng trong ma sát lỏng thì vẫn nhỏ hơn rất nhiều so với ma sát khô.
Ma sát lỏng có nhiều ưu điểm hơn ma sát khô, điển hình như:
Độ mài mòn các chi tiết giảm đi rất rõ; Tổn thất công suất chống ma sát giảm đi; Các chi tiết ít bị nóng hơn;
Các vật ma sát có thể chịu được tải trọng lớn hơn; Nâng cao độ bền và kéo dài thời gian hoạt động của các chi tiết làm việc.
Nguyên lý bôi trơn
Yêu cầu hàng đầu của chất lỏng dùng để bôi trơn là phải có khả năng chảy loang trên bề mặt kim loại. Chất lỏng có tính chất này dễ chảy loang, len vào các khe nhỏ và bám chắc trên bề mặt kim loại. Ngược lại, sẽ không thể chảy loang và len vào các khe nhỏ.
Lực liên kết giữa các phân tử chất lỏng với nhau cũng là một tính chất quan trọng của các chất bôi trơn. Lực liên kết này càng lớn thì lực ma sát giữa các phân tử chuyển động của chất lỏng càng lớn.
Lực ma sát trong của chất lỏng, nghĩa là ma sát sinh ra giữa các phân tử chuyển động của chất lỏng được gọi là độ nhớt.
Nhà bác học Nga N.P. Petrov đã chứng minh được rằng khi trục quay trong vòng bi thì lớp dầu hoàn toàn ngăn cách các bề mặt làm việc với nhau, và như vậy nó ngăn cản không cho các bề mặt tiếp xúc trực tiếp với nhau.
N.P. Petrov đã hình thành nên môn khoa học nghiên cứu chuyển động của chất lỏng gọi là Lý thuyết Bôi trơn Thủy động học.
Các nguyên lý bôi trơn lỏng đều được biểu diễn bằng những công thức toán học. Các nhà thiết kế và chế tạo máy có thể dựa vào những công thức đó để tính toán bề dày của lớp dầu giữa các chi tiết làm việc và tác dụng làm mát của dầu.
Các phép toán trong lý thuyết bôi trơn chủ yếu dùng để tính toán các điều kiện nhằm duy trì sự bôi trơn lỏng và các điều kiện mà tại đó gây ra sự phá hủy lớp dầu, xuất hiện ma sát khô, đe doạ máy móc và thiết bị.
Trong thực tế, nếu không đề cập đến các tính toán, vẫn có thể ứng dụng những nguyên lý cơ bản rút ra từ Lý thuyết Bôi trơn Thủy động học như sau:
Trong trường hợp ma sát lỏng, nếu độ nhớt của dầu cùng tốc độ trượt của các chi tiết làm việc và bề mặt tiếp xúc của chúng tăng, thì lượng tổn thất do ma sát sẽ tăng lên;
Độ nhớt của dầu tăng lên, tải trọng của các chi tiết làm việc giảm thì độ bền bôi trơn lỏng sẽ tăng lên;
Đối với các chi tiết làm việc có chuyển động nhanh cần dùng dầu có độ nhớt thấp, và ngược lại;
Khe hở giữa các chi tiết làm việc càng lớn, thì dầu bôi trơn càng cần phải có độ nhớt cao;
Tải trọng trên các chi tiết làm việc càng lớn, thì dầu bôi trơn càng cần phải có độ nhớt cao.