Đang tải... (xem toàn văn)
ma sát là hiện tượng tự nhiên và phổ biến trong kỹ thuật, gồm 2 loại ma sát: + ma sát có hại gây mòn chi tiết, sinh nhiệt, giảm hiệu suất máy + ma sát có lợi dùng trong truyền động đai, phanh
F Bôi trơn Bôi trơn màng chất lỏng 1.1 Mở đầu Sự trợt bề mặt chất rắn nói chung đợc đặc trng hệ số ma sát cao v mòn khốc liệt định tính chất riêng bề mặt Sự hấp thụ v hình th nh lớp m ng bề mặt không khí cho phép giảm ma sát v mòn sơ với bề mặt Tuy nhiên đảm bảo cho tồn lâu d i lớp m ng n y trình trợt nên chất bôi trơn phải đợc đa v o vùng tiếp xúc chung hai bề mặt để giảm ma sát v mòn Bôi trơn thờng đợc thực thể rắn v m ng lỏng (khí chất lỏng) Bôi trơn thể rắn l sử dụng vật liệu bôi trơn dới dạng bột lớp m ng mỏng bề mặt tiếp xúc để bảo vệ khỏi bị phá huỷ trình chuyển động tơng đối Bôi trơn thể rắn đợc sử dụng cho tiếp xúc trợt ổ l m việc với tải trọng lớn v tốc độ thấp ổ bôi trơn thuỷ động yêu cầu dừng v khởi động liên tục Một lớp m ng mỏng khoảng chiều cao nhấp nhô bề mặt đối tiếp giảm ma sát v mßn so víi tiÕp xóc trùc tiÕp Mét líp m ng d y hai bề mặt chuyển động tơng đối ngăn tiếp xúc xúc trực tiếp hai bề mặt cho hệ số ma sát thấp đến (0,001-0,003) v mòn bỏ qua Trong phần n y vùng bôi trơn m ng chất lỏng đợc đề cập mối liên hệ với liệu v phân tích toán học nh ứng dụng chúng bôi trơn ổ 1.2 Vùng bôi trơn m ng chất lỏng Có dạng bôi trơn l thuỷ tĩnh, thuỷ động, thuỷ động đ n hồi, bôi trơn hỗn hợp v bôi trơn biên hình E-1 Hình E-1: Mô hình số dạng bôi trơn - Một vùng bôi trơn lớp m ng d y đợc trì hai bề mặt thông qua phơng tiện bơm từ bên ngo i m không cần cần chút chuyển động tơng đối chúng gọi l bôi trơn thuỷ tĩnh Bôi trơn thuỷ tĩnh sử dụng chất lỏng nén đợc v chất lỏng không nén đợc Nhợc điểm kiểu bôi trơn n y l áp suất chất bôi trơn cao nên cần bơm áp suất cao v thiết bị l m dẫn đến tăng chi phí - Bôi trơn thuỷ động gọi l bôi trơn m ng chất lỏng m ng chất lỏng d y Bôi trơn thuỷ động đợc thực vận tốc cao v chÊt láng cã ®é nhít lín ®Ĩ http//www.ebook.edu.vn tạo nên khả chịu tải cao cho ổ M ng chất lỏng n y đợc tạo nên chuyển động tịnh tiến dao động theo hớng vuông góc với với biên độ thay đổi không đổi Cơ chế chịu tải dựa v o tợng hiển nhiên l chất lỏng nhớt tr o ngo i tức khắc hai bề mặt tiến lại gần Nó cần khoảng thời gian định để bề mặt n y tiÕp xóc víi nhiªn søc cản nén chất lỏng nhớt, áp suất đợc tạo nên chất lỏng v tải trọng đợc đỡ lớp m ng Khi bỏ tải hai bề mặt tách xa nhau, chất lỏng bị hút v o tạo nên lớp m ng chất lỏng cho kỳ chịu tải Hiện tợng m ng ép điều khiĨn sù h×nh th nh líp m ng n−íc d−íi bánh ô tô v máy bay đờng đờng băng ớt gần nh chuyển động trợt tơng ®èi HiƯu øng m ng Ðp ®−ỵc øng dơng ®Ĩ giảm ma sát chỗ tiếp xúc Hình E-2: Thông số lớp m ng bôi trơn v hệ số ma s¸t l h m sè cđa ηN/P chØ c¸c vùng bôi trơn chất lỏng khác trợ giúp bơm ngo i Bôi trơn thuỷ động l biện pháp bôi trơn lý tởng lớp m ng bôi trơn thờng d y (5 500 àm) chiều cao nhấp nhô bề mặt ổ loại trừ tiếp xúc trực tiếp ỏ đỉnh nhấp nhô bề mặt Hệ số ma sát hai bề mặt giảm đến 0,001 Ma sát tăng nhẹ tăng vận tốc trợt sức cản nhớt tăng http//www.ebook.edu.vn Trong bôi trơn thuỷ động, mòn dính không xảy trình khởi động v tắt máy Tuy nhiên mòn hoá học xảy tơng tác bề mặt với chất bôi trơn Để giảm mòn hoá học ngời ta tạo bề mặt tiếp xúc lớp m ng trơ với chất bôi trơn - Bôi trơn đ n hồi thuỷ động l dạng bôi trơn thuỷ động biến dạng đ n hồi chỗ tiếp xúc hai bề mặt đóng vai trò quan trọng trình bôi trơn Lớp m ng bôi trơn có chiều d y mỏng (khoảng 0,5-5 àm) v tải trọng chủ yếu đợc đỡ lớp m ng bôi trơn n y Trên số vùng biệt lập nhấp nhô bề mặt chạm v o - Vùng chuyển tiếp bôi trơn thuỷ động ® n håi thủ ®éng v biªn (boundary) gäi l vùng bôi trơn hỗn hợp hai chế bôi trơn xảy Tần xuất tiếp xúc trực tiếp đỉnh nhấp nhô nhiều nhng phần tải trọng tác dụng lên ổ đợc đỡ m ng bôi trơn thuỷ ®éng C¸c tiÕp xóc trùc tiÕp ë ®Ønh c¸c nhÊp nhô không đợc bảo vệ dẫn đến chu kú dÝnh, chun vËt liƯu, sù h×nh th nh hạt mòn v cuối l kẹt Tuy nhiên sử dụng m ng bôi trơn hoạt tính hoá, lý ngăn đợc dính xảy phần lớn tiếp xúc nhấp nhô - Khi tăng tải, giảm vận tốc độ nhớt chất bôi trơn Hệ số ma sát tăng mạnh v đạt tới mức cao (khoảng 0,1 cao hơn) Bôi trơn boundary l dạng bôi trơn m bề mặt rắn tiếp xúc gần tới mức m tơng tác lớp m ng đơn đa phân tử chất bôi trơn v đỉnh nhấp nhô rắn định tiếp xúc Sự phá huỷ bề mặt bôi trơn boundary l dính hoá học Chất bôi trơn boundary hình th nh líp m ng cã søc bỊn c¾t thÊp (dƠ c¾t) bề mặt ổ dẫn đến l m giảm đến tới thiểu mòn dính v mòn hoá 1.3 Dòng chảy nhớt v phơng trình Râynôn 1.3.1 Độ nhớt v chất lỏng Niu tơn 1.3.1.1 Định nghĩa Độ nhớt l lực cần thiết để gây trợt mét líp m ng chÊt láng Lùc n y l đại lợng đo lực ma sát lòng chất lỏng sức cản trợt Giả sử có hai mặt phân c¸ch b»ng mét líp chÊt láng cã chiỊu d y h v có chuyển động tơng vận tốc ua nh hình E-2 Lực tác dụng đơn vị diện tích trợt hay ứng suất cắt tû lƯ víi gradient vËn tèc (du/dh) hay tèc ®é biến dạng trợt & lớp chất lỏng F du τ = = ηγ& = η (E-1) A dh Trong ®ã η l ®é nhít ®éng lùc tut ®èi γ = η gäi l ®é nhít ®éng häc ρ NÕu vËn tèc l mét h m sè liªn tơc theo chiỊu d y líp chÊt láng v kh«ng cã sù trợt chỗ tiếp xúc chất lỏng v bề mặt rắn du/dh = ua/h = & nên: u F τ = = ηγ& = η a (E-2) A h 1.3.1.2 ảnh hởng nhiệt độ, áp suất v tốc độ trợt đến độ nhớt Độ nhớt chất lỏng tỷ lệ nghịch với nhiệt độ, nhiệt độ tăng độ nhớt chất lỏng giảm 1 (E-3) η = η exp β − T T http//www.ebook.edu.vn Trong ®ã: β l hƯ sè ®é nhít phơthc v o nhiƯt ®é, η v η0 l ®é nhít cđa chÊt láng ë nhiƯt ®é T v T0 Trong trờng hợp chất khí nhiệt độ tăng vận tốc phân tử tăng l m tăng mô men transfer dẫn đến tăng độ nhớt Khi áp suất chất lỏng khí tăng phân tử bị đẩy gần l m tăng lực tơng tác phân tử dẫn đến tăng độ nhớt Sự phụ thuộc độ nhớt v o áp suất đợc thể theo quan hệ sau đây: = η0exp(αp) (E-4) Trong ®ã η v η0 l ®é nhớt tơng ứng với áp suất p (trên áp suất môi trờng) v p0 (áp suất môi trờng) l hệ số độ nhớt theo áp suất Kết hợp phơng tr×nh (E-3) v (E-4) ta cã: 1 (E-5) η = η exp αp + β − T T Khoa học nghiên cứu tính chất độ nhớt l h m số tốc độ biến dạng gọi l fluid rheology Chất lỏng thoả mÃn phơng trình (E-2) gọi l chất lỏng Niu tơn không gọi l chất lỏng phi Niu tơn Các chất lỏng với cấu trúc phân tử lỏng nh nớc v hạt huyền phù rắn với mật độ cao thể kiểu chất lỏng Niu tơn Trong chất lỏng pseudo-plastic fluids, tợng mỏng xảy tăng tốc độ biến dạng gọi l mỏng trợt Các chất lỏng n y th−êng cã cÊu tróc ph©n tư d i, cã h−íng ngẫu nhiên v cấu trúc liên kết Tác dơng cđa øng st tiÕp cã xu h−íng l m thẳng mạch phân tử v giảm độ nhớt danh nghĩa Trong chất lỏng nở đợc, tợng mỏng xảy tăng ứng suất trợt gọi l d y trợt Một số chất lỏng dẻo (plastic fluids) hay Bingham fluids, để chất lỏng n y chảy đợc cần phải tồn ứng suất cắt n o lòng chất lỏng Hình E-3: Các đờng cong thể phụ thuộc tốc độ biến dạng v o ứng suất trợt v độ nhớt tuyệt đối chÊt láng kh¸c NhiỊu chÊt láng thĨ hiƯn tÝnh phi Niu tơn tốc độ biến dạng cao Độ nhớt bắt đầu giảm từ tốc độ biến dạng định v chất lỏng thể tính phi Niu tơn Trong số trờng hợp, tốc độ biến dạng cao, chất bôi trơn trở th nh dẻo v chịu đợc ứng suất số gọi l sức bền cắt giới hạn L Giới hạn n y phụ thuộc v o nhiệt độ v áp suất Giới hạn n y tăng áp suất tăng v nhiệt độ giảm 1.3.2 Dòng chất lỏng 1.3.3 Các phơng trình http//www.ebook.edu.vn bôi trơn màng chất lỏng 2.1 Bôi trơn thuỷ tĩnh Bôi trơn thuỷ tĩnh gọi l bôi trơn nhờ áp suất bên ngo i Các bề mặt ổ đợc tách rời cách cung cấp dung dịch (chất lỏng khí) dới áp suất n o bề mặt tiếp xúc chung từ bên ngo i tạo nên độ cứng v giảm chấn ổ cao Kể trình khởi động v tắt máy không tồn tiếp xúc trực tiếp hai bề mặt rắn Bôi trơn thuỷ tĩnh ứng dụng rộng rÃi ổ l m viƯc víi t¶i lín v vËn tèc thÊp kính thiên văn, đa vvổ bôi trơn thuỷ tĩnh cho độ cứng v giảm chấn cao tạo nên độ xác vị trí cao tải nhẹ vận tốc cao nh ổ máy công cụ, khoan tốc độ cao, máy li tâm siêu cao tốc Tuy nhiên bôi trơn thuỷ tĩnh phức tạp thuỷ động, yêu cầu bơm áp suất cao v lọc chất lỏng cẩn thận Hình E-4: Sơ đồ (a) bôi trơn thuỷ tĩnh ổ trợt chặn khoét lỗ mặt đầu (b) Hệ thông cung cấp chất bôi trơn Bằng cách cung cấp dung dịch áp suất cao v o vùng khoét lỗ mặt đầu (hình E4(a)), tiếp xúc hai bề mặt mặt đầu bị tách v lực ma sát giảm tới giá trị nhỏ phụ thuộc v o ®é nhít ViƯc lùa chän tû lƯ diƯn tÝch vùng hốc áp suất v mặt đầu thich hợp định khả tải tơng ứng ổ Hình E-4(b) mô tả sơ đồ hệ thống bơm cao áp Hình E-5: (a) Mô hình ổ trợt chặn (b) Phân bố ứng suất ổ trợt chặn bôi trơn thuỷ tĩnh khoét lỗ mặt đầu http//www.ebook.edu.vn Hình E-4(a) v E-5(a) đặc điểm ổ trợt chặn khoét lỗ mặt đầu thiết kế chịu tải theo chiều trục Chất bôi trơn đợc bơm v o ổ qua lọc áp suất chất lỏng ps qua chi tiết bù hay không chế giảm xuống giá trị p trớc v o hốc áp suất Chất láng sau ®ã tr n qua ỉ víi chiỊu d y l h nhá h¬n rÊt nhiỊu so víi chiỊu sâu hốc áp suất Mục đích bù l rót chÊt láng cã ¸p st cao tõ bĨ vỊ hèc ¸p st Chi tiÕt bï cho phÐp ¸p st hèc ¸p st pτ kh¸c víi ¸p st từ bơm ps, khác n y phụ thuộc v o tải trọng pháp tuyến Có ba kiểu chi tiết bù cho ổ bôi trơn thuỷ tĩnh l ống mạch, lỗ cạnh sắc v van dòng chảy không đổi Khảo sát ổ hình E-5 Trên hinh v nh khăn bán kính r v dr, giả thiết chiều d y lớp bôi trơn h = const v áp suất không phụ thuộc v o góc định vị vị trí phân tố, chất bôi trơn l không nén đợc áp dụng phơng trình Raynolds đơn giản dới dạng toạ độ cực vùng ri < r < r0 ta cã: ∂ ∂p (E-6) r = r r Tích phân hai lần ta đợc: p = C1lnr + C2 (E-7) Thay giá trị biên: r = ri, p = p v r = r0, p = ta cã: pτ dp =− dr r ln(r0 / ri ) (E-8) Tốc độ dòng chảy thể tích hớng kính đơn vị chu vi toạ độ cực xác định nh sau: h pτ h dp q= − = (E-9) 12η dr 12η r ln(r0 / ri ) V tốc độ dòng chảy thể tÝch tæng sÏ l : Q = 2πrQ (E-10) KÕt hợp phơng trình (E-8, 9, 10) ta đợc biểu thøc cña p theo Q 6η Q r p = ln (E-11) πh r Sơ đồ biến thiên áp suất hình E-5(b) áp suất giả thuyết phân bố hốc áp suất chiều sâu hốc lớn chiều d y lớp chất bôi trơn mặt đầu h ng trăm lần Khả tải ổ đợc xác định nh− sau: r0 ln (r0 / r ) πp r − ri W z = πri pτ + ∫ pτ 2πrdr = τ (E-12) ln (r0 / ri ) ln (r0 / ri ) ri ( ) Với dạng hình học ổ định, khả tải ổ tăng tuyến tính với áp suất v không phụ thuộc v o độ nhớt Vì chất bôi trơn n o tác hại với vật liệu ổ sử dụng Độ cứng lớp m ng bôi trơn, mô men ma sát nh lợng mát xác định theo công thức t i liệu tham khảo Các ổ bôi trơn thuỷ tĩnh sử dụng nhiều hốc áp suất hình v nh khăn, phần v nh khăn hình chữ nhật 2.2 Bôi trơn thuỷ động Sự hình th nh lớp m ng chất lỏng chi tiết máy có chuyển động tơng giải nhiều vấn đề bôi trơn kỹ thuật Khác với bôi trơn thuỷ tĩnh, độ nhớt chất lỏng, hình dáng hình học v chuyển động tơng đối http//www.ebook.edu.vn bề mặt kết hợp với tạo nên áp suất đủ để ngăn tiếp xúc trực tiếp đỉnh nhấp nhô m không cần thiết bị bơm ngo i n o Nếu ổ có không gian tạo th nh khe chêm theo hớng chuyển động, chất lỏng dính v o phần chuyển động v kéo v o khe chêm n y tạo th nh áp suất đủ để đỡ tải Đây l nguyên tắc bôi trơn thuỷ động Ngo i u điểm, lớp m ng bôi trơn thuỷ động hình th nh trờng hợp không mong muốn v trí nguy hiểm ví dụ nh lớp m ng nớc cần tiếp điện v dây dẫn t u hoả điện hay bánh xe v mặt đờng trời ma 2.2.1 Lý thuyết bôi trơn Để nghiên cứu trình tạo th nh áp suất bôi trơn thuỷ động ta phải sử dụng phơng trình Raynolds Việc tìm nghiệm phơng trình n y gặp nhiều khó khăn nên ta phải đa giả thiết đơn giản hoá trình n y - Chất lỏng l không nén đợc; - Chất lỏng thuộc loại chất lỏng Niu tơn (ứng suất cắt tỷ lệ thuận với tốc độ biến dạng); - Các tính chất chất lỏng không thay đổi theo nhiệt độ v áp suất; - Quán tÝnh v hiƯu øng rèi cã thĨ bá qua; - Các vật thể rắn không thay đổi độ cứng; - ChiỊu d y líp m ng chÊt láng ®đ nhá ®Ĩ ¸p st cã thĨ coi l h»ng sè theo chiỊu d y (nh−ng kh«ng theo chiỊu d i); - ổ có chiều rộng vô hạn 2.2.1.1 Chuyển động dọc (trợt) Trong trờng hợp bề mặt trợt bề mặt khác có chất bôi trơn (theo phơng x) v không tồn chuyển động pháp tuyến, thoả mÃn giả thiết áp dụng phơng trình Raynolds ta cã: dp U + U h − h * = 12η (E-13) dx h H×nh E-6: Các mô hình lý thuyết bôi trơn thuỷ động Trong ®ã h* l chiỊu d y líp m ng vị trí áp suất cực đại dp/dx = 0, U1 v U2 l vËn tèc theo h−íng x bề mặt v dới với giả thiết chiều d y lớp bôi http//www.ebook.edu.vn trơn h không thay đổi theo thời gian Khảo sát hai có vận tốc l Ua v Ub hình E-6(a) Nếu hệ thống phân tích theo th nh phÇn cđa nã l A v B, ta cã thĨ thấy A đơn giản l chuyển động hai bề mặt vật rắn v chất lỏng với vận tốc Ub v B đại diện cho hệ thống với h không thay đổi theo thời gian áp dụng phơng trình (E-13) với U1 = Ua – Ub v U2 = ta cã: dp U − U b h − h * = 12η a (E-14) dx h Trong trờng hợp hai đĩa vừa lăn vừa trợt lên với vận tốc tuyệt đối Ua v Ub nh hình E-6(b) ta có phơng tr×nh Raynolds nh− sau: dp U − U b h − h * = 12η a (E-15) dx h Trong trờng hợp n y h rõ r ng không thay đổi theo thời gian 2.2.1.2 Chuyển động pháp tuyến (ép) Trong trờng hợp không tồn chuyển động tơng đối dọc hai bề mặt nhng tồn chuyển động theo phơng pháp tuyến V1 v V2 nh hình E-6(c) Nếu V1 - V2 > 0, áp suất chất lỏng tăng v chất lỏng chảy từ điểm áp suất cực đại Nếu giả thiết thoả mÃn, ta viết lại phơng trình Raynolds nh− sau: dp V − V1 x − x * (E-16) = 12η dx h Trong ®ã: x* l toạ độ điểm có áp suất cực đại 2.2.1.3 Kết hợp chuyển động pháp tuyến v tiếp tun ¸p st sinh ỉ n y tổng áp suất gây hai chuyển động độc lập th nh phần ta có phơng trình Raynolds nh− sau: dp U + U h − h * x − x* (E-17) = 12η + 12η (V2 − V1 ) 3 dx h h Để xác định quy luật phân bố áp suất cần phải tích phân phơng trình (E-17) Dựa v o kết hợp điều kiện biên xác định đợc số tích phân v x* Phơng trình (E-17) áp dụng cho cặp bề mặt n o cách phân tích theo cặp bề mặt nêu 2.2.2 áp dụng phơng trình Raynolds cho ổ trợt Hình E-7: Các dạng ổ trợt thờng gặp kỹ thuật http//www.ebook.edu.vn Hình E-7 mô tả số dạng ổ trợt thoả mÃn điều kiện cho bôi trơn thuỷ động Tất dạng n y v số dạng khác ®−ỵc sư dơng réng r·i thùc tiƠn cã thĨ chế tạo trình biến dạng, mòn sau n y tạo nên Tuy nhiên số nhiều dạng ổ trợt, có số dạng có chiều d y m ng bôi trơn v o v nh ổ trợt hình E-7(c) thờng gọi l ổ Rayleigh bớc tạo đỉnh ¸p st cao nhÊt c¸c lo¹i ỉ 2.2.2.1 TÊm trợt nghiêng Cho đến dạng thông thờng ổ trợt bôi trơn thuỷ động l phẳng nghiêng hình E-8 áp dụng phơng trình Raynolds cho mô hình n y xác định đợc quy luật phân bố áp suất v khả tải ổ Hình E-8: Mô hình trợt nghiêng Do không tồn chuyển động pháp tuyến nên áp dụng phơng trình (E13) v o mô hình trợt nghiêng víi U1 = -U v U2 = dp h − h* (E-18) = −6ηU dx h hi nx Tích phân phơng tr×nh (E-18) theo x víi h = ho 1 + v n = ta đợc quy h0 L luật phân bố áp suất nh sau: 6ηU L / n h* L/n p=− − + + C (E-19) nx 2h0 nx h0 1+ L 1 + L §Ĩ xác định giá trị h* v số tích phân C, sử dụng điều kiện biên: p=0 x=0 v x=L ta đợc: 1+ n L h* = 2h0 v C= (E-20) 2+n n(2 + n ) Thay (E-20) v o (E-19) ta đợc quy luật phân bố ¸p suÊt: http//www.ebook.edu.vn x x n 1 − 6ηUL L L p= 2 h0 nx (2 + n )1 + L (E-21) Để xác định khả tải tích phân phơng trình (E-21) ta đợc: 6UL2 ln (1 + n ) W= K ®ã: K = − (E-22) 2 n(1 + n ) h0 n Cã thể thấy khả tải phụthuộc v o giá trị cđa K hay tû sè chiỊu d y m ng chất lỏng đầu v o v đầu nhng không nhiều Khi n giảm từ 1,2 xuống 0,6 K chØ gi¶m tõ 0,0267 xuèng 0,0235 K = Kmax = 0,0267 ứng với n = 1,2 Với dạng ổ trợt khác tính đợc giá trị tối u tơng tự Tuy nhiên thực tế yêu cầu chiều d y m ng bôi trơn tối thiểu khoảng 0,02 đến mm Để đạt đợc yêu cầu n y kÕt cÊu ỉ vỊ gãc ®é, cung cong, bËc vv thờng nhỏ Vì mô hình tuỳ động nh hình E-9 đợc sử dụng tơng đối rộng rÃi Hình E-9: Một số dạng ổ trợt tuỳ động (a) (b) Hình E-10: Quy luật phân bố áp st trªn tÊm nghiªng (a) v ỉ bËc (b) Quy luật phân bố áp suất nghiêng vẽ hình E-10(a) vị trí áp suất cực đại n»m ë nưa sau cđa tÊm http//www.ebook.edu.vn 10 2.2.2.2 ỉ tr−ỵt bËc Reyleigh ỉ tr−ỵt bËc Reyleigh l ỉ cã khả tải lớn dạng ổ trợt Có thể áp dụng phơng trình (E-18) cho nửa cđa ỉ víi U1 = -U v U2 =0 h − h* (E-23) p = −6ηU x + C h h − h* Bëi v× = const nửa Sơ đồ phân bố áp suất ổ vẽ hình Eh3 10(b) v áp suất cực đại đạt vị trí bậc L Khả tải ổ đợc xác định nh sau: W = p s Thay điều kiện biên v o biểu thức p để tìm ps Khả tải W đợc xác định nh sau: 3ULL2 (L − L2 )(a − 1) W= (E-24) L2 a + L − L2 h02 ( ) Trong ®ã: a = hi/h0 ë chÕ ®é tèi −u a=1,866 v L1/L2 =2,549, sử dụng thông số tối u n y ta đợc: 6UL2 W= = 0,0342 (E-25) h02 2.2.3 áp dụng phơng trình Raynolds cho tiếp xúc cặp đĩa trụ ngo i Nhiều tiếp xúc kỹ thuật mô tả tiếp xúc hai hình trụ hình trụ v mặt phẳng với độ xác n o Trong hoạt động th nh phần tiếp xúc l kết kết hợp lăn v trợt nh th nh phần ổ lăn, nghiêng tuỳ động, tiếp xúc đôi vv Hình E-11:Mô hình hình trụ tơng đơng Có thể sử dụng phơng trình (E-15) để xác định áp suất m ng bôi trơn cặp hình trụ lăn v /hoặc trợt nh hình E-11 Tuy nhiªn sù tiÕp xóc n y cã thĨ thay thÕ tiếp xúc hình trụ với mặt phẳng sử dụng bán kính cong tơng RR đơng R = Vận tốc vòng hai bề mặt v thay đổi chiều d y m ng bôi R1 + R2 trơn trờng hợp (a) v (b) l nh Cả hai trờng hợp n y xem xÐt l nh− ®èi víi mơc ®Ých tÝnh toán, trừ th nh phần ứng suất theo phơng ngang 2.2.3.1 Hiện tợng cavitation http//www.ebook.edu.vn 11 áp dụng phơng trình (E-13) để khảo sát khả l m việc ổ cách thay giá trị U1, U2 v chiều d y lớp m ng bôi trơn theo khe hở hình trụ v mặt phẳng h với: (E-26) h = h0 + R(1 - cosθ) Cã thÓ thÊy sau phần hội tụ l phần phân kỳ ổ Điều kiện biên p = = 2 áp suất phân bố phản đối xứng qua phơng ngang biểu thị khả tải b»ng Cã nghÜa l chÊt láng ë bªn phải đà tồn áp suất âm trị số với áp suất dơng nửa trái (hình 10-9) Trong phần lớn trờng hợp trì áp suất âm chất lỏng m ng bôi trơn bị đứt quÃng v không khí dầu tạo th nh bong bóng Hiện tợng n y gọi l rỗ (cavitation) Nếu áp suất giảm tới áp suất chất bôi trơn, bong bóng khí áp Hình E-12: Mô hình tiếp xúc suất thấp hình th nh chất lỏng bị sôi, sau trụ ngo i v phân bố áp suất vỡ bề mặt vật rắn với áp suất cục lớn v tạo nên rỗ bề mặt Tuy nhiên điều kiện biên đơn giản p=0 = /2 không tồn đầu m ng bôi trơn Thực nghiệm chứng tỏ áp suất dòng chất lỏng tuân theo dạng hình E-12(b) giảm đến áp suất bÃo ho (p=0) điểm A n o vùng cửa 2.2.3.2 Khả tải Do điều kiện biên phức tạp tai đầu có tợng cavitation, phơng trình Raynolds đơn giản để tính th nh phần lực tác dụng lên hình trụ áp dụng đợc Martin v Purday đà ®−a quy lt cho tiÕp xóc trơ d¹ng parabol với chiều d y m ng bôi trơn xác định nh− sau: x2 (E-27) h = ho + 2R D¹ng m ng bôi trơn cho tiếp xúc trụ nh khác với dạng tròn vùng chiều d y m ng bôi trơn lớn (vùng có ý nghĩa với khả l m việc ổ) Khả tải trụ tròn xác định nh sau: R W = α (U + U ) (E-28) ho Trong đó: W l tải trọng pháp tuyến Sự khác kết n y so víi h×nh trơ parabol víi cïng ho v R l không đáng kể Giá trị phụ thuộc v o tỷ số R/ho, vị trí biên cavitation cho sổ tay 2.2.3 áp dụng phơng trình Raynolds cho ổ đỡ Khảo sát ổ đỡ trợt hình - tác dụng tải trọng v mô men quay tạo nên khoảng lệch tâm đờng tâm ngõng trục v lót ổ hình th nh khe hở bôi trơn Khi áp suất lớp m ng bôi trơn đợc hình th nh ngõng trục dịch chuyển tới vị trí cân n o nh hình Đờng nối tâm cđa ngâng trơc v lãt ỉ lƯch víi ph−¬ng cđa tải trọng pháp tuyến góc Độ lệch tâm e chia cho khe hë h−íng kÝnh cđa ỉ (C) gọi l tỷ số lệch tâm Khi đờng tâm cđa ngâng trơc v lãt ỉ trïng ε=0 Khi ngâng trơc tiÕp xóc víi lãt ỉ th× ε=1 ChiỊu d y lớp m ng bôi trơn ngõng trục v lót ổ khai triển nh hình Víi C/R