1. Vật liệu bôi trơn
1.10. Sự mất ổn định trong những lớp thủy động lực
Khi những ổ trục đƣợc hoạt động với những tốc độ cao thích hợp hay tại những khe hở lớn (hoặc có thể với loại dầu bôi trơn có độ nhớt rất) thì trạng thải của dòng chảy có thể ngƣng lại thành từng lớp mỏng. Sự chuyển hóa sang trạng thái lớp siêu mỏng và thậm chí là mất điều hòa xẩy ra khi các lực phát sinh từ độ nhớt không đủ để thỏa mãn đƣợc những yếu liên quan đến quán tính chất lỏng. Sơ đồ chính tắc về sự chuyển động của chất lỏng bắt đầu phân chia đi vào các vòng tròn và vòng xoáy bên trong, điều đó thể hiện sự gia tăng ma sát ổ trục và do đó làm tăng sự hao hụt đó có thể xảy ra trong những điều kiện nào, và thứ hai là khi lớp dòng chảy thì cần tính toán một số đại lƣợng ở mức bình quân, nhƣ: tốc độ dòng chảy, trục chịu tải và ma sát.
Trong cơ học chất lỏng, việc lớp dòng chảy bị phá hủy thƣờng liên quan tới một giá trị tới hạn của số Reynold, viết tắt là Reynold; dòng chảy
Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp
Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 67
thông thƣờng có độ mỏng (Re) nhỏ hơn 2000. Trong một số ổ trƣợt thì
Re Uh, còn trong một ổ trục thì Re Rc.
Công việc khởi đầu của G.I.Taylor cho thấy trong trƣờng hợp một xi- lanh dài có bán kính R1 quay đồng tâm với vận tốc tƣơng ứng với một vỏ hình trụ có bán kính R2, thì lớp dòng chảy sẽ tiếp tục đƣợc tính nhƣ sau:
1 2 1 1 2 1 2 2 3 1 2 1 2 41,1 1690 e R R R R R R R R R R
Nếu chúng ta coi đây là một ổ đỡ có bán kính R, quay quanh ổ trục tĩnh với khe hở xuyên tâm c, thì điều kiện để lớp dòng hoạt động hiệu là:
2 3
1690
Rc
Nhƣ vậy, để duy trì hoạt động ở chế độ này thì chất lỏng cần có độ nhớt cao, đƣờng kính và khe hở phải thấp. Khi vƣợt quá mức này sẽ tạo ra những đặc trƣng khác, đƣợc gọi là những vòng xoáy Taylor, và chế độ dòng chảy là siêu mỏng, chỉ khi các điều kiện trên bắt đầu bị phá vỡ dẫn đến một cấu trúc lộn xộn hoặc ngẫu nhiên biểu kiến thì sẽ dẫn đến một khu vực mất điều hòa hoàn toàn. Vế trái của bất đẳng thức 1.189 đôi khi đƣợc gọi là số Taylor, viết tắt là Ta. Tất nhiên, trong một ổ trục, và ta thấy rằng: khi độ lệch tâm tăng lên thì giá trị tới hạn của số Ta cũng tăng, khi đó dòng chảy ngƣng thành lớp mỏng. Sự chuyển hóa sang lớp siêu mỏng dƣờng nhƣ chỉ là vấn đề liên quan đến các chất bôi trơn đã quy ƣớc trong những ổ trục có đƣờng kính lớn quay với vận tốc cao. Tại vận tốc quay 10000 v/p, sử dụng dầu bôi trơn có độ nhớt bằng 0,07 pas và khối lƣợng bằng 0,95 trong một ổ trục có hệ số khe hở bằng 0,001 thì sự mất điều hòa không thể xảy ra trừ phi đƣờng kính ổ trục lớn hơn 400 mm. Tuy nhiên rất dễ bất ngờ xảy ra tình
Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 68
trạng mất điều hòa đối với trục nhỏ hơn rất nhiều lần, hoạt động với tốc độ vừa phải nhƣng lại sử dụng dầu bôi trơn có độ nhớt thấp. Ví dụ Frecon có độ
nhớt 3
0, 46.10 Pas và tỷ khối 1440 kg/m3; nhƣ vậy với c/R = 0,001 và R = 25 mm thì vận tốc tới hạn theo phƣơng trình 1.18 chỉ đạt hơn 3000 v/p. Theo quan điểm của nhà thiết kế, khía cạnh quan trọng nhất của việc bất ngờ xảy ra tình trạng mất điều hòa đó làm cho ma sát tăng lên hoặc năng lƣợng bị hao hụt. Minh họa cho một ổ trục vuông, tức là ổ trục có chiều dài bằng đƣờng kính, hình vẽ mô tả ảnh hƣởng của những tham biến thiết kế và những tham biến hoạt độngcủa ổ trục. Phần trên của hình vẽ thể hiện mối quan hệ giữa độ lệch tâm với số Reynold trong hai trƣờng hợp tải; tải đƣợc hợp nhất lại thành nhóm không thứ nguyên 2
/
W c R/ 3 . Trong phần hình đƣợc biểu diễn ngƣợc lại vơi Re ở cả ba giá trị . Đƣờng tiệm cận của trạng thái lớp mỏng lại là đƣờng Petrov:
Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp
Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 69
Hình 1.18 Độ lệch tâm ổ trục và yếu tố ma sát với các hàm số Reynold cho dòng chảy siêu mỏng hoặc không điều hòa
Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 70
CHƢƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ MÁY ĐO ÁP SUẤT Ổ THỦY ĐỘNG BKM-10