Xác định chiều dày nhỏ nhất của lớp bôi trơn trong ổ trượt đỡ thủy động

Bài viết này trình bày phương pháp xác định chiều dày nhỏ nhất của lớp bôi trơn trong ổ trượt đỡ thủy động, đồng thời xây dựng chương trình tự động hóa việc tính toán này bằng ngôn ngữ lập trình Delphi.

CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2015 XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀY NHỎ NHẤT CỦA LỚP BÔI TRƠN TRONG Ổ TRƯỢT ĐỠ THỦY ĐỘNG DETERMINING THE MINIMUM THICKNESS OF LUBRICATED FILM OF HYDRODYNAMIC JOURNAL BEARINGS PGS TS ĐÀO NGỌC BIÊN Viện Cơ khí, Trường ĐHHH Việt Nam Tóm tắt Bài báo trình bày phương pháp xác định chiều dày nhỏ lớp bôi trơn ổ trượt đỡ thủy động, đồng thời xây dựng chương trình tự động hóa việc tính tốn ngơn ngữ lập trình Delphi Abstract This article presents a method to determine the minimum thickness of lubricated film in hydrodynamic journal bearings To automatically analyze, a computer program is created using Delphi programming language Đặt vấn đề Xác định chiều dày nhỏ lớp bôi trơn ổ trượt đỡ thủy động nhằm kiểm nghiệm điều kiện bôi trơn ma sát ướt ổ Đây phần quan trọng nội dung tính tốn ổ trượt đỡ thủy động nói chung Khi xác định chiều dày nhỏ chất bơi trơn, ngồi việc phải thực khối lượng tính tốn tương đối lớn, phải nhiều lần tra bảng số liệu cần thiết (tra áp suất cho phép lót ổ theo vật liệu, tra lắp ghép tiêu chuẩn ngõng trục lót ổ theo độ hở trung bình, tra độ lệch tâm tương đối ngõng trục lót ổ theo hệ số khả tải…) Đây công việc nhiều thời gian, cơng sức, đơi gây sai sót, nhầm lẫn bất tiện ln phải mang theo tài liệu để tra cứu Vấn đề tính tốn chiều dày nhỏ lớp bôi trơn đề cập đến nhiều cơng trình ([7], [8], [9]), nhiên việc tính tốn mang tính thủ cơng truyền thống hiệu tính tốn chưa cao Bài báo trình bày phương pháp tính tốn xác định chiều dày nhỏ lớp bôi trơn ổ trượt đỡ thủy động xây dựng chương trình tự động hóa việc tính tốn này, thay cho phương pháp thủ công truyền thống, tạo sở cho việc tự động hóa tính tốn ổ trượt đỡ thủy động nói chung Phương pháp xác định chiều dày nhỏ lớp bơi trơn Hình 2.1 Xác định chiều dày nhỏ lớp bôi trơn Giả sử ngõng trục chịu tác dụng tải trọng hướng tâm Fr Khi chưa quay, ngõng trục tiếp xúc trực tiếp với lót ổ Vì đường kính d ngõng trục nhỏ đường kính D lót ổ nên ngõng trục lót ổ có khe hở hướng tâm tâm ngõng trục lệch với tâm lót ổ khoảng e, gọi độ lệch tâm tuyệt đối Khi quay, ngõng trục dầu vào khe hở ngõng trục lót ổ, dầu bị nén lại có áp suất lớn Khi trục quay với vận tốc đủ lớn, ngõng trục nâng hẳn lên, tải trọng Fr cân với áp lực sinh lớp dầu (hình 2.1) Ổ trượt lúc làm việc với chế độ bôi trơn ma sát ướt [7], [8], [9] Chiều dày nhỏ lớp bôi trơn ổ trượt đỡ bơi trơn thủy động tính tốn với giả thiết sau: - Các bề mặt ma sát không biến dạng; - Độ nhớt chất bôi trơn không đổi; Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 44 – 11/2015 60 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2015 - Khơng có chảy chất bơi trơn cạnh ổ từ vùng ma sát Để tính tốn ta dùng kí hiệu sau đây:   Dd - độ hở đường kính;   Dd   - độ hở đường kính tương đối, d d Vị trí ngõng trục lót ổ đặc trưng độ lệch tâm tuyệt đối e độ lệch tâm tương đối χ:  e 2e   /2  (2.1) Chiều dày lớp dầu tiết diện ứng với góc φ: h    e cos    (1   cos  ) (2.2) Chiều dày lớp dầu tiết diện ứng với góc φm, có áp suất p = pmax: hm   (1   cos  m ) (2.3) Chiều dày nhỏ lớp dầu: hmin   e   (1   )   d (1   ) (2.4) Viết lại phương trình Râynol hệ toạ độ độc cực, với quan hệ dx  0,5d.d; v  0,5d ; h   (1   cos ); hm   m (1   cosm ), ta được:  (1   cos )  (1   cosm )   (cos  cosm ) d  6 d ,  (1   cos )  (1   cos )3 dp  6 ω, v – vận tốc góc vận tốc vòng ngõng trục Áp suất tiết diện ứng với góc φ:  p( )   dp (2.5) 1 Khả tải lớp dầu ổ, nghĩa tải trọng hướng tâm Fr mà lớp dầu chịu được, xác định tích phân hình chiếu áp suất p(φ) lên phương tải trọng ngồi (miền tích phân miền có áp suất thủy động chốn cung từ φ1 đến φ2 có chiều dài chiều dài ổ): ld Fr  ld  2  p( ) cos(180      a )d  2     dp cos(   a )d   dl F , (2.6) φa – góc chất tải (hình 2.1); ΦF - Hàm số vị trí ngõng trục ổ, gọi hệ số khả tải ổ Hệ số ΦF đại lượng khơng thứ ngun, xác định phương pháp tích phân đồ thị, F  pm  , pm – Áp suất trung bình dầu, pm  Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải (2.7) Fr N/m2; μ – Độ nhớt động lực dầu, Ns/m dl Số 44 – 11/2015 61 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2015 Hệ số khả tải ΦF hàm số biến độ lệch tâm tương đối χ (các tọa độ φ1 φ2 xác định từ điều kiện biên), nên tính trước lập thành bảng [1] Ổ trượt làm việc chế độ bôi trơn ma sát ướt chiều dày ngăn cách ngõng trục lót ổ lớn tổng độ cao trung bình mấp mơ bề mặt ngõng trục lót ổ Do đó, để đảm bảo ổ làm việc chế độ bôi trơn ma sát ướt, phải tính tốn cho chiều dày nhỏ lớp dầu ổ hmin thỏa mãn điều kiện [1]: hmin  k ( Rz1  Rz ), (2.8) k – hệ số an toàn xét đến ảnh hưởng chế tạo lắp ghép không xác, biến dạng đàn hồi trục thường lấy k ≈ 2; Rz1 Rz2 – độ cao trung bình theo mười điểm mấp mơ bề mặt ngõng trục lót ổ Với trị số tải trọng Fr, đường kính d tần số quay n trục biết trước, sau chọn chiều dài l, độ hở tương đối ψ ổ, độ nhớt μ dầu bôi trơn độ nhẵn bề mặt ngõng trục lót ổ, cần tính hmin, sau kiểm nghiệm điều kiện (2.8) Để xác định hmin, trước hết phải tính hệ số khả tải F  pm  (cơng thức (2.7)), sau dựa vào ΦF, tra bảng 16.1 [1] tìm độ lệch tâm tương đối χ Từ trị số χ ta tìm hmin theo cơng thức (2.4) Tự động hóa tính tốn chiều dày nhỏ lớp bôi trơn 3.1 Xây dựng chương trình Chương trình tính tốn tự động chiều dày lớp bôi trơn nhỏ ổ trượt đỡ thủy động xây dựng ngơn ngữ lập trình Delphi ngơn ngữ lập trình hướng đối tượng đại, có cấu trúc lơgic, chặt chẽ, dựa tảng ngơn ngữ lập trình Pascal, phù hợp để giải toán kỹ thuật [2], [5] Giao diện chương trình trình bày hình 3.1, tương ứng với trình tự tính tốn mục báo Chương trình hoạt động theo tương tác người dùng với đối tượng giao diện nó, theo trình tự tính tốn Hình 3.1 Giao diện chương trình tính tốn kiểm nghiệm chiều dày nhỏ lớp bôi trơn ổ trượt đỡ thủy động Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 44 – 11/2015 62 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2015 3.2 Ví dụ sử dụng chương trình Để minh họa cho tính khả dụng Chương trình, ta dùng để tính tốn cho ví dụ cụ thể Ví dụ: Tính chiều dày nhỏ lớp bôi trơn kiểm tra điều kiện bôi trơn ma sát ướt ổ trượt đỡ với số liệu sau: Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ Fr = 20000 N; Đường kính ngõng trục d = 100 mm, tỷ số chiều dài ổ ngõng trục λ = l/d = 0,8; Tần số quay ngõng trục n = 1200 vg/ph; Vật liệu lót ổ đồng nhơm sắt БрAЖ9-4; Chất bơi trơn dầu cơng nghiệp 30, có nhiệt độ làm việc 50 0C; Coi chêm dầu choán nửa cung tròn; Ngõng trục lót ổ gia công với thông số nhám bề mặt Rz1 = 3,2 μm Rz2 = 3,2 μm Sử dụng Chương trình xây dựng để tính tốn, kết sau (Kết lấy từ File kết Chương trình tự động ghi lại Kết đọc trực tiếp Memo giao diện Chương trình): Vận tốc vòng ngõng trục: v = 6.283, m/s; Các thông số ổ chọn là: Lực hướng tâm tác dụng lên ổ: Fr = 20000, N; Số vòng quay ổ: n = 1200, vg/ph; Đường kính ngõng trục: d = 100, mm; Tỷ số chiều dài đường kính ngõng trục là: l/d = 0,8; Chiều dài ngõng trục: l = 80, mm; Vật liệu lót ổ: Đồng nhơm sắt 9-4; Áp suất cho phép lót ổ: [p] = 15 MPa; Trị số cho phép tích pv: [pv] = 20 MPa; Loại dầu chọn: Dầu công nghiệp 30; Khối lượng riêng dầu: ρ = 0,89 g/cm3; Nhiệt độ làm việc dầu 50 0C; Độ nhớt động lực dầu: μ = 26 cP; Độ hở tương đối sơ bộ: ψsb = 0,001267; Độ hở đường kính trung bình sơ để chọn lắp ghép: δtb = 126,7 μm; Lắp ghép chọn: H8/e8; Độ hở trung bình lắp ghép (độ hở đường kính): δ = 126 μm; Độ hở tương đối tính xác lại: ψ = 0,00126; Áp suất trung bình: p = 2,5 Mpa; Thỏa mãn điều kiện p; Tích số pv = 15,708 MPa.m/s; Thỏa mãn điều kiện tích số pv; Hệ số khả tải lớp dầu: ΦF = 1,487; Độ lệch tâm tương đối tra bảng là: χ = 0,692; Chiều dày nhỏ lớp bôi trơn: hmin = 19,404 μm; Chiều cao mấp mô bề mặt ngõng trục: Rz1 = 3,2 μm; Chiều cao mấp mơ bề mặt lót ổ: Rz2 = 3,2 μm; Hệ số an toàn cho phép chiều dày nhỏ lớp bôi trơn: [Sh] = 2; Hệ số an toàn chiều dày nhỏ lớp bơi trơn tính được: Sh = 3,032; Thỏa mãn điều kiện an toàn chiều dày nhỏ lớp bơi trơn Kết thu hồn tồn trùng khớp với kết tính tốn thủ cơng Điều minh chứng cho tính xác tính khả dụng Chương trình Kết thu phù hợp với kết tính tốn thủ cơng Các nhược điểm phương pháp tính tốn thủ cơng khắc phục, đặc biệt việc tra bảng tìm số liệu phục vụ cho tính tốn thực tự động q trình tính tốn Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 44 – 11/2015 63 ... theo cơng thức (2.4) Tự động hóa tính tốn chiều dày nhỏ lớp bơi trơn 3.1 Xây dựng chương trình Chương trình tính tốn tự động chiều dày lớp bơi trơn nhỏ ổ trượt đỡ thủy động xây dựng ngơn ngữ lập... 0,692; Chiều dày nhỏ lớp bôi trơn: hmin = 19,404 μm; Chiều cao mấp mô bề mặt ngõng trục: Rz1 = 3,2 μm; Chiều cao mấp mô bề mặt lót ổ: Rz2 = 3,2 μm; Hệ số an toàn cho phép chiều dày nhỏ lớp bơi trơn: ... Tính chiều dày nhỏ lớp bôi trơn kiểm tra điều kiện bôi trơn ma sát ướt ổ trượt đỡ với số liệu sau: Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ Fr = 20000 N; Đường kính ngõng trục d = 100 mm, tỷ số chiều