= 12 ̅ ̅
Trong các tính toán trước, x được xác định quanh chu vi ổ trục. Để chuyển phương trình này sang một dạng đơn giản hơn với hệ tọa độ hình trụ, thay x bằng
R và ̅ bằng Rω/2. Cũng tương tự cho phương trình 1.25 thay thế khoảng cách h với vị trí góc , phương trình Raynold có thể được viết thành một dạng bình thường là: = ( ) ( ( ̅)) (1.26) Trong đó xác định vị trí lớn nhất va P*
là áp suất không thứ nguyên được xác định bởi:
p*=
(1.27)
Có thể giải phương trình 1.26 trực tiếp bằng nhiều cách. Ví dụ bằng cách thay Sommerfeld:
26 cos ( )
( )
và sử dụng điều kiện biên là P*= 0 khi lấy giá trị 0 và 2 dẫn tới phương trình: p*= ( )( ( )) (1.28)
Có thể tính được tải trọng ổ trục rất dài này theo cách gần giống với cách ở các ổ trụ rất ngắn. Lấy các điều kiện Sommerfeld đầy đủ và cho phép khả năng có áp lực âm trong dòng chảy. Biểu thức cho các thành phần của tải theo hướng Ox và Oy ở hình 1.4 trở thành:
Wx= 0
Wz=
( ) ( ) (1.29) Theo cách đó có thể định nghĩa số Sommerfeld như sau:
( ) ( )
(1.30)
Thêm vào đó, ta có thể lưu ý rằng khi Wx luôn bằng 0, thì góc phải luôn là 900, nói cách khác, góc giữa đường nối tâm của trục đỡ và ổ trục là đường vuông góc với đường tải. Dự đoán rằng quỹ tích của tâm trục là một đường thẳng vuông góc với phương của tải không có khả năng xảy ra; nhưng lại là kết quả tất yếu của các màng dầu phải không được tạo ra bọt có nghĩa là áp lực tâm trên vùng < < 2 phải nhỏ, dưới một át. Trên thực tế, trong những trường hợp này có các kết quả thực nghiệm là quỹ tích trục gần với những gì dự đoán.
Những điều kiện phân tích ở trên có thể đáp ứng dễ dàng, bằng cách thay đổi các giới hạn tích phân, nhờ các điều kiện Sommerfeld. Cách này làm giảm áp lực âm nhưng lại có nhược điểm là đưa vào một vùng gián đoạn tại vị trí = hay 1800
. Một cách tốt hơn nữa là chấp nhận các điều kiện Raynold đó là tìm một vùng phân bố áp suất liên tục với điểm đầu ra tại đó cả p và đạo hàm pd/d bằng 0. Trong trường hợp này màng dầu được kéo dài trượt ra ngoài điểm có khe hở nhỏ nhất bởi góc
Trên thực tế, người thiết kế ổ trục phải lựa chọn một sự kết hợp, hợp lý giữa những giá trị của số Sommerfeld (là một phép đo chính xác của công suất ổ trục) và
27
độ lệch tâm tương đối nhằm có khe hở nhỏ nhất đủ lớn, vừa để tạo ra sự liên kết cứng vững giữa những các nhấp nhô trên các bề mặt của trục đỡ và ổ trục không như nhau, đồng thời làm giảm sự hư hỏng do việc cuốn theo những vật gây cào xước và tạp chất có trong dầu. Để có độ chính xác cao hơn, giá trị thiết kế của Ɛ có thể vào khoảng 0,6, và sự phân bố áp suất theo chu vi (không thứ nguyên ký hiệu là p*) theo cả hai điều kiện biên của Sommerfeld (đường cong A) và Reynod (đường cong B) với độ lệch tâm tương đối. Hình vẽ đã cho thấy sự khác biệt với đường cong Sommerfeld có giá trị Ɛ= 0,4 (đường cong C)
Cũng giống như ảnh hưởng của giá trị Sommerfeld đến độ lệc tâm tương đối (dẫn tới độ dày màng dầu tối thiểu), cũng có thể xác định vị trí của điểm nơi nó tồn tại, có liên quan tới đường đặt tải. Thông tin này có được góc chất tải , và thay đổi của nó trong trường hợp này theo giá trị Ɛ cho một ổ trục dài và kín (có nghĩa là 3600) cũng được thể hiện và mô tả bằng đường cong B; đường cong A là thông tin tương ứng cho một ổ trục ngắn vô hạn.
Thực nghiệm cho thấy một số ổ trục hoạt động rất tốt trong những điều kiện tại đó độ lệch tâm tương đối của chúng rất cao, có thể vượt qua 0,9; do đó bề mặt của chúng được phân tách bởi những màng bôi trơn rất mỏng. Độ dày của màng bôi trơn được dự đoán trong những điều kiện này có thể nhỏ hơn nhiều so với độ nhám trên trục đỡ và ổ trục. Như vậy những bề mặt rắn có thự sự cứng và không thể biến dạng trong vùng tiếp xúc thực giữa chúng và do đó cần dự đoán trước những nguy hiểm và mòn sẽ xảy ra mà thực tế thường không quan sát được. Nguyên nhân sự hoạt động hiệu quả của những tiếp xúc này chủ yếu là do mòn đàn hồi cục bộ của những bề mặt nhám xảy ra trong vùng giới hạn của vùng tiếp xúc (thủy động đàn hồi)
1.1.5. Vật liệu b i tr n
1.1.5.1. Dầu gốc: Các phân đoạn dầu thô thích hợp cho sản xuất dầu gốc sẽ cho ra
các sản phẩm có khoảng nhiệt độ sôi khác nhau nhờ quá trình chưng cất chân không. chúng chứa các hydrocacbon sau:
28
- các cấu trúc vòng xyclohexan gắn với mạch nhánh paraffin
- Các h drocacbon th m n v ng v a v ng ch yếu chứa các mạch nhánh
ankyl
- Các hợp chất chứa vòng napten, vòng thơm và mạch nhánh trong cùng một phân tử
- Các hợp chất hữu cơ có chứa các di nguyên tử, chủ yếu là các hợp chứa lưu huỳnh, nitơ và nhôm.
*Phân loại dầu gốc:
Nói chung dầu gốc đƣợc phân loại thành:
- Dầu có chỉ số độ nhớt cao (HVI)
- Dầu có chỉ số độ nhớt trung bình(MVI) - Dầu có chỉ số độ nhớt thấp(LVI)
Hiện nay không có quy định và ranh giới chính xác để quy định dầu về từng loại trên. tuy nhiên dầu có chỉ số độ nhớt (VI)>85 thường được gọi là dàu HVI, còn nếu (VI)<30 thì gọi là dầu LVI, dầu MVI nằm giữa hai khoảng đó, tuy vậy kỹ nghệ cracking có thể tạo ra dầu gốc có chỉ số độ nhớt rất cao(VHVI) hoặc siêu cao, dầu LVI được sản xuất từ phân đoạn dầu nhờn neptan.nó được dung khi ma chỉ số độ nhớt và độ ổn định oxyhoa không chú trọng lắm.
1.1.5.2. Phụ gia
1.1.5.2.1. ặc tính chung của phụ gia
Phụ gia là những hợp chất hữu cơ, cơ kim và vô cơ, thâm chí là các nguyên tố được thêm vào các chất bôi trơn. thường mỗi phụ gia được dùng ở nồng độ từ 0,01-5%. tuy nhiên, trong một vài trường hợp cụ thể một phụ gia có thể đă vào ở một khoảng nồng độ dao động từ vài phần triệu (ppm) đến 10%.
Phần lớn các loại dầu nhờn cần nhiều phụ gia để thỏa mãn tấ cả các yêu cầu tính năng. một số phụ gia nâng cao những phẩm chất đã có sẵn trong dầu, một số khác tạo cho dầu những tính chất mới cần thiết, các loại phụ gia khác nhau có thể hỗ trợ lẫn nhau, gây ra hiệu ứng tương hỗ, hoặc chúng có thể dẫn đến phản ứng đối kháng.
29
Vì có khả năng cải thiện tính năng của dầu bôi trơn và các chất lỏng bôi trơn nên phụ gia tạo điều kiện rất tốt cho việc cải tiến các loại xe và máy móc công nghiệp
1.1.5.2.2 Một số phụ gia đặc trƣng a, Phụ gia cải thi n chỉ số độ nhớt a, Phụ gia cải thi n chỉ số độ nhớt
Thường sử dụng các polime không tập trung, nó cho phép tăng độ nhớt, ngay cả ở nhiệt độ thấp và như vậy làm tăng chỉ số độ nhớt của dầu. Các sản phẩm sử dụng là các polymemethacrylates, polyacrylates và các polyme gốc olefins. Tuy nhiên các hợp chất này có liên kết phân tử yếu,vì vậy dưới tác động lớn về cơ học hay nhiệt độ cao có thể bị bẻ gãy mạch và gây ra hiệu ứng phi newton của dầu.
b, Phụ gia giảm nhi t độ đông đặc
Nhiều loại dầu có nhiệt độ đông đặc từ -25oC đên 3oC, khi đó mất khả năng bôi trơn vì vậy trong môi trường nhiệt độ thấp cần phải giảm nhiệt độ trên, các phụ gia ở đây nhằm mục đích giảm kích thước tinh thể paraffin hay biến đổi hình dạng của nó, các sản phẩm sư dụng là các ankin thơm các polyeste, polyamit và polyolefin.
c, Phụ gia tăng độ inh động
Phụ gia loại này nhằm tăng khả năng linh động và thẩm thấu của dầu trên các bề mặt ma sát các sản phẩm thường dùng là các muối như sunfonates, các thiophophates và các penates.
d,Phụ gia chống mòn và chịu áp
Phụ gia thuộc loại này nhằm bảo vệ màng dầu ngăn cách các bề mặt tiếp xúc từ nhiệt độ môi trường đến nhiệt độ trung bình khi làm việc
Người ta thường dùng các este photphoric, các dithriophotphat kim loại,các dẫn xuất este béo và axít béo.
c, Phụ gia chống oxyhoa dầu bôi trơn
Phụ gia chống oxyhoa hoạt động theo 3 cơ chế sau:
- Tạo huyền phù cho các chuỗi phân tử tự do,thường sư dụng các hợp chất phenol và các amin.
30
dithiophotphat và các dithriocarbarnat. ức chế hoạt động và hạn chế các xúc tác ion kim loại, thường sử dụng các phenol và phenat.
1.2. BẠC TRƯỢT VÀ KHẢO SÁT CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO HỢP KIM NHIỀU LỚP LÀM BẠC TRƯỢT
1.2.1.Các dạng bạc trượt ống lót
Bạc liền khối hay ống lót, Bạc ghép, Bạc chặn, bạc tự chỉnh thẳng
1.2.2.Các vật liệu làm bạc trượt
Bạc được chế tạo bằng nhiều loại vật liệu. Trong số này có: Gỗ, platic, gang, gang tôi, thép mềm, thép tôi, đồng, đồng thau, đồng thiếc, đồng pha chì, nhôm, ba bit, kim loại thiêu kết, sắt, graphic, vật liệu phê nôl và ni lông.
Vật liệu được dung trong bạc còn tùy thuộc không gian rộng rãi, tốc độ trục quay, tải trọng, loại dầu bôi trơn sử dụng, và trong nhiều trường hợp chỉ là chi phí lắp ráp.
1.2.3.Công nghệ làm bạc trượt 1.2.3.1.Công nghệ úc tru ền thống
Trước năm 1950 ở các nước công nghiệp phát triển để chế tạo đa số các loại bạc trượt người ta dùng phương pháp đúc hợp kim chịu mòn mà chủ yếu là hợp kim đồng – chì trong khuôn phi kim loại hoặc khuôn áo thép ở dạng sản phẩm đơn kim (mônôlit). Thông thường chiều dày ban đầu của phôi hợp kim chịu mòn phải đúc lớn hơn từ 3-5 lần kích thước của bạc trượt sau khi gia công cơ khí mới đảm bảo được chất lượng yêu cầu. Do vậy, các sản phẩm chế tạo theo công nghệ cổ điển này, đặc biệt là một số vật liệu chịu mòn không qua gia công biến dạng dẻo được thì không đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cao của chi tiết máy dung trong máy móc thiết bị hiện đại, vì chúng có kích thước hình học tương đối lớn, khả năng chịu tải trọng và tốc độ trượt trong bộ đôi ma sát chưa cao, hệ số sử dụng nguyên vật liệu thấp. Bằng phương pháp công nghệ đúc hợp kim chịu mòn cổ điển này có từ 80-90% các kim loại màu quý hiếm bị loại bỏ ở dạng phoi tiện khi gia công tinh bạc. Để đáp ứng nhu cầu phát triển của kỹ nghệ chế tạo máy và tiết kiệm kim loại màu quý hiếm, sau năm 1950 các nhà công nghệ thế giới đã chuyển hướng sang sử dụng bạc trượt 2 lớp
31
thép + kim loại đồng, thép + hợp kim nhôm. Bạc trượt 2 lớp có thể chế tạo bằng công nghệ truyền thống đúc hợp kim chịu mòn, chủ yếu là hợp kim đồng – chì, đồng – chì – thiếc, đồng – thiếc – kẽm… ở trạng thái tĩnh hoặc động. Phôi ống thép phải được làm sạch bề mặt tiếp xúc với lớp hợp kim chịu mòn, nung nóng đến nhiệt độ từ 800-850oC, được nhúng vào dung dịch hàn the nóng chảy, sau đó mới rót hợp kim chịu mòn vào khe hở giữa ống thép và lõi khuôn (đúc ở trạng thái tĩnh) hoặc vào phía trong ống thép được quay trên đồ gá chuyên dùng (đúc ly tâm). Khi quan sát thấy bề mặt hợp kim chịu mòn đã đông đặc, phải làm nguội thật nhanh để tránh hiện tượng chì và các hợp kim hóa khác bị thất thoát trên bề mặt của phôi (hiện tượng thiên tích chì thiếc…). Từ đó có thể nhận xét rằng công nghệ đúc bạc đơn kim (monometal) cổ điển nhưng rất phức tạp, năng suất thấp, tiêu hao nguyên vật liệu cao, tính ổn định công nghệ thấp do nhiều yếu tố trong quy trình sản suất khó tự động hóa được.
Tuy nhiên, công nghệ này cho đến nay vẫn được áp dụng trong sản xuất tại đại đa số các doanh nghiệp sản xuất phụ tùng oto máy nổ ở Việt Nam để đáp ứng nhu cầu thay thế các chủng loại bạc trượt khi chưa có các dây chuyền thiết bị hiện đại khác.
1.2.3.2. Công nghệ cán dính các lớp kim loại
Từ những nhược điểm của công nghệ đúc cổ điển và đúc truyền thống, ở nước ngoài người ta đã triển khai nghiên cứu ứng dụng công nghệ cán dính tạo băng hợp kim 2 hoặc nhiều lớp để làm bạc trượt. Ưu điểm của các hợp kim chịu mòn trong băng hợp kim áp dụng công nghệ cán dính, mà chủ yếu là hợp kim nhôm và 1 số kim loại rẻ tiền dễ khai thác, lại có khả năng chịu tải trọng tương đối cao, hệ số ma sát thấp, khả năng dẫn nhiệt tốt và có tuổi thọ làm việc gần tương đương với tuối thọ hợp kim đồng chì. Công nghệ tạo băng hợp kim nhiều lớp ở các nước công nghiệp phát triển đã được áp dụng trên các dây chuyền thiết bị cán dính đồng bộ, liên tục và hiện đại (tự động hóa điều khiển các thiết bị chính và phụ trợ) cho năng suất cũng như chất lượng sản phẩm rất cao.
Bản chất của công nghệ cán dính là ở chỗ các bề mặt tiếp xúc 2 lớp kim loại khi đưa vào cán dính phải được xử lý rất sạch và hệ số biến dạng dẻo tương đối trong
32
lượt cán đầu tiên phải đạt ɛ1 ≥ 55-60%. Nếu đảm bảo được đồng thời 2 điều kiện đó thì lớp oxit nhôm trên bề mặt tiếp xúc với lớp thép các bon thấp mới bị phá hủy, tạo điều kiện cho các nguyên tử kim loại tinh khiết tiếp xúc gần nhau theo hướng đường trượt và khuếch tán vào với nhau, tạo ra mối liên kết sơ bộ 2 lớp kim loại. Tiếp theo đó băng 2 lớp qua lần cán thứ nhất cần phải được ủ khuếch tán và tiếp tục cán đến kích thước yêu cầu. Cuối cùng, băng hợp kim 2 lớp phải được xử lý qua gia công nhiệt để đảm bảo các chỉ tiêu cơ lý tính cần thiết đối với từng chủng loại bạc trượt.
1.2.3.3.Công nghệ hàn nổ tạo băng hai lớp kim loại.
Một trong những công nghệ tiên tiến khác để tạo băng hợp kim loại nhiều lớp đã được nghiên cứu áp dụng ở nước ngoài là công nghệ hàn nổ. Hàn nổ xét theo kiểu năng lượng đưa vào, có liên quan đến nhóm quá trình cơ học liên kết các kim loại. Khi đó năng lượng hóa học chuyển hóa của lượng thuốc nổ ở dạng sản phẩm khí nổ được chuyển thành năng lượng cơ, làm cho một phần của vùng hàn trong các tấm kim loại dịch chuyển với vận tốc rất lớn. Động năng va đập của phần chuyển động với bề mặt của phần cố định, được dùng làm công biến dạng mềm hỗn hợp của các lớp tiếp xúc của các kim loại (2 kim loại cần hàn), dẫn đến việc hình thành liên kết hàn hay mối hàn.Công biến dạng mềm chuyển thành nhiệt, nhiệt này do hậu quả tính đoạn nhiệt của quá trình, do vận tốc lớn có thể đốt nóng kim loại ở vùng liên kết cho đến khi đạt nhiệt độ khá cao (cho đến khi tạo những vùng nóng chảy cục bộ).
Sơ đồ nguyên lý hàn nổ có 2 dạng: dạng song song và dạng không song song (tạo góc).Với việc kích nổ thuốc, sẽ xuất hiện một mặt trước (mặt tiền) của sóng dẫn nổ và nó lan truyền với vận tốc D, phù hợp với việc chọn thuốc nổ, tính chất, khối lượng, trạng thái…, sẽ trong khoảng 2000-8000 (m/s). Ở mặt sau (mặt hậu) tạo thành những sản phẩm nổ dạng khí trong khoảng thời gian rất ngắn theo quán tính chúng sẽ bảo toàn thể tích trước kia của thuốc nổ nằm trên đó dưới áp suất 100-200 nghìn at, sau đó với vận tốc 0,5-0,7D chúng sẽ mở rộng ra theo hướng vuông góc