III.1 Khái niệm và phân loại
Ma sát ướt tồn tại giữa hai mặt tiếp xúc khi hai bề mặt của vật rắn (các chi tiết máy) được phân cách bởi một lớp bôi trơn, ma sát giữa hai bề mặt từ ma sát ngoài chuyển thành ma sát nội tại của chất lỏng bôi trơn. Nội ma sát của chất lỏng làm giảm cản trở ma sát và cường độ hao mòn cũng như tăng cường hấp thụ dao động trong máy móc. Chất bôi trơn khi chảy qua bề mặt bôi trơn còn tải đi một phần nhiệt lượng làm giảm nhiệt độ của vùng tiếp xúc.
Độ dày và đặc tính của lớp bôi trơn xác định loại hình bôi trơn. Để phân loại các kiểu bôi trơn, người ta đưa ra đại lượng gọi là độ dày tương đối của lớp bôi trơn và được định nghĩa qua công thức.
Bề dày lớp dầu bôi trơn h Tổng độ lệch trung bình của 2 mấp mô bề mặt Ra1 +Ra2
Loại hình bôi trơn các chi tiết máy được phân loại theo giá trị của R và được trình bày trên (hình 2-3)
Thủy động lực đàn hồi Thủy tĩnh Thủy động Khí động Bôi trơn hỗn hợp Bôi trơn giới hạn 1≤ R≤1 5≤ R ≤ 100 R≤5 R≤1 0 1 5 10
Hình 2-9: Các loại bôi trơn chi tiết máy.
III.2 Bôi trơn trong điều kiện ma sát giới hạn R≤1
Cản trở ma sát cũng như cường độ hao mòn các bề mặt ma sát trong điều kiện ma sát giới hạn phụ thuộc vào tính chất bề mặt và hoạt tính bề mặt của chất bôi trơn. Độ nhớt của chất bôi trơn trong trương hợp này có ảnh hưởng rất nhiều đến điều kiện ma sát giới hạn. (hình vẽ)
Hình 2-10 : Mô hình hình thành lớp bôi trơn giới hạn. 1. Lõi chi tiết; 2. Lõi thứ cấp; 3. Bôi trơn giới hạn
Tải trọng nhỏ Tải trọng lớn
a) b) 4
3 2
1
III.3 Bôi trơn ướt hoàn toàn 5≤ R ≤ 100
Có thể loại bỏ được hao mòn do ma sát khi ta sử dụng được bôi trơn ướt hoàn toàn. Lớp chất lỏng hoặc khí được hình thành giữa hai bề mặt có khả năng phân cách hoàn toàn hai bề mặt và loại trừ tác dụng giữa các mấp mô. Áp dụng trong lớp chất lỏng được hình thành do hiệu quả của sự chuyển động tương đối của hai bề mặt hoặc là nguồn năng lượng cung cấp từ bên ngoài. Bề dày của lớp bôi trơn dày hơn nhiều lần bề dày lớp giới hạn và tổng các mấp mô của hai bề mặt. Độ nhớt của chất bôi trơn là đặc trưng quan trọng nhất cho ma sát ướt. (hình vẽ
Hình 2-11: Mô hình lớp chất lỏng trong trường hợp bôi trơn ướt a. Mô hình đơn giản của lớp dầu bôi trơn khi bôi trơn ướt.
b. So sánh lớp chất lỏng được hình thành trong trường hợp bôi trơn ướt và bôi trơn thủy động đàn hồi:
1. Lớp bảo vệ hay thứ cấp. 2. Chất bôi trơn.
3. Vật đàn hồi 4. Vật cứng.
III.4 Bôi trơn trong trường hợp ma sát thủy động đàn hồi 1≤ R≤10
Các lý thuyết bôi trơn cổ điển đã không phân tích đến sự biến dạng của bề mặt được bôi trơn khi chúng chịu áp lực cao. Biến dạng này phụ thuộc vào điều kiện khi lực tác dụng tập trung và có trị số lớn như ăn khớp bánh răng, ổ lăn … Lớp dầu bôi trơn xuất hiện giữa các bề mặt như vậy được gọi là lớp dầu bôi trơn thủy động lực đàn hồi. Do tác dụng của tải trọng lớn lại khu vực tiếp xúc, độ nhớt của dầu tăng lên và tạo thành lớp thủy động lực đàn hồi
(p+dp)dy (pdy d)dx dx . Pmax v 1 2
Giả thiết có một tấm phẳng nghiêng với tấm 2 một góc nào đó và chuyển động theo phương X với vận tốc V. Kích thước các tấm theo phương vuông với X lớn vô cùng. Chất lỏng bôi trơn nằm trong khe có độ nhớt động lực học là
khi 1 chuyển động tương đối so với 2, với vận tốc V, nó kéo theo chất lỏng vào khe và tạo áp suất dư.
Sự thay đổi áp suất trong lớp chất lỏng theo hướng chuyển động X được xác định theo phương trình O.Reynolds.
3 . . 6 h h h v dx dp m (2-1)
Đồ thị biến thiên áp suất dư trên hình cho thấy áp suất dư cực đại tương ứng với h=hm. Lúc này dp/dx=0
từ (2-1) ta thấy: Áp suất dư trong chất lỏng tăng nhanh khi độ nhớt và vận tốc tăng.
Khi áp lực này gây bởi chất lỏng lên tấm 1 lớn hơn áp lực (tải) P ép lên nó, thì tấm này được nâng lên.
Nếu giá trị:
hmR1+R2 (2-2)
Pd xpmax Ua Ub Pt Pt x hmin h O x x
Hình 2-12: Hình thành bôi trơn thuỷ động giữa hai mặt tiếp xúc có chuyển động tương đối với nhau.
Rõ ràng tác dụng thuỷ động của chất lỏng do chính chuyển động tương đối với nhau trong liên kết ma sát và cấu trúc của chúng (khe hình chêm) đã tạo ra khả năng biến ma sát trực tiếp thành ma sát gián tiếp- ma sát ướt với hệ số ma sát thấp hơn nhiều.
III.5 Bôi trơn thuỷ động tiếp xúc.
Ma sát không chỉ tồn tại khi các vật trượt tương đối với nhau mà còn có ở giữa 2 bề mặt vật lăn lên nhau (hình 2-13).
Dầu sẽ chuyển vào vùng tiếp xúc theo phương chuyển động của các bề mặt tiếp xúc và sẽ tạo áp lực Fd lên các bề mặt đó. Khi áp lực của dầu lớn hơn áp lực tiếp xúc Pt- tải ngoài, thì 2 vật tiếp xúc được tách ra. Nếu bề dày nhỏ nhất của màng dầu tạo được giữa hai vật tiếp xúc hmin lớn hơn tổng chiều cao lớn nhất của các mấp mô hai bề mặt tiếp xúc, thì sự tiếp xúc sẽ là tiếp xúc gián tiếp qua màng dầu, ma sát ở đây trở thành ma sát ướt.
Pt III II I hma 3 2 1
Áp suất lớn nhất Pmax của lớp dầu có giá trị:
pmax=1,521. min min 2 0 . 2 . . h R h U (2-3)
tại điểm có toạ độ xpmax là: xpmax=0,475. 2R.hmin (2-4) Khả năng tải trên đơn vị chiều dài đường tiếp xúc là:
P=4,896. min 0. . h R U (2-5).
Trong các công thức trên:
- Độ nhớt động lực học của chất bôi trơn- Xem là không đổi (Pa.s). U0- Tốc độ trung bình 2 0 b a U U U (2-6).
Ua, Ub- Vận tốc của các bề mặt trụ a, b tại vùng tiếp xúc (m/s). R- bán kính cong tương đương của các mặt cong.
b a R R R 1 1 (m) (2-7)
hmin- giá trị nhỏ nhất của khe hở giữa hai vật, tiếp xúc- bề dày nhỏ nhất của màng dầu. (hình 2-14).
Trên hình vẽ:
Vùng I: Bôi trơn thuỷ động. Vùng II: Bôi trơn tiếp xúc. Vùng III: Bôi trơn giới hạn.
III.6 Bôi trơn trong điều kiện ma sát hỗn hợp R≤5
Trong nhiều trường hợp trong bôi trơn các cặp chi tiết máy có thể gặp đồng thời các dạng ma sát giới hạn, thủy động, thủy động lực đàn hồi. Trong trường hợp này thường xuất hiện các chêm dầu nhỏ có tác dụng làm tăng khả năng chịu tải của cặp ma sát.
Những phân tích để làm sáng tỏ bản chất của chế độ bôi trơn hỗn hợp. Chúng ta phải đề cập đến các tính chất vật lý của chất lỏng (như độ nhớt, mật độ, tính chịu cắt…) cũng như tính chất lý hoá (khả năng hấp thụ, hấp phụ…của các phụ gia trên bề mặt) và tính chất lý- hóa của chi tiết máy. Độ dày của lớp dầu này thường từ 2÷5R
Loại ma sát này còn phụ thuộc vào chất lượng của chất bôi trơn, tải trọng và tốc độ của hai bề mặt.
CHƯƠNG III:
XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ VÀ THỰC NGHIỆM