1. Vật liệu bôi trơn
1.9.Những ảnh hƣởng đối với ổ đỡ thủy động
1.9.1. Tăng cƣờng ảnh hƣởng màng dầu
Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 60
Trong các phân tích trƣớc của các ngỗng trục ổ đỡ, chúng ta đều giả sử tải trọng ổn định theo thời gian. Mặc dù rất nhiều ổ đỡ hoạt động với những điều kiện tƣơng tự nhƣ vậy, cũng có các bộ phận mà các ổ này đƣợc thiết kế để chịu những lực tƣơng tác thay đổi thƣờng xuyên. Kết quả của những thay đổi này là qúa trình bôi trơn bơm dầu vào, làm cạn dầu giữa các khe hở ổ bi, điều này tạo ra động lực kết hợp với độ nhớt của dầu trong quá trình bôi trơn, dẫn đến khả năng chịu lực độc lập với bất kỳ chuyển động giữa các bề mặt. Cơ chế hoạt động này đƣợc biết đến nhƣ “tăng cƣờng ảnh hƣởng của màng dầu” và có thể coi là kết quả thực tế điển hình đáng chú ý. Để thúc đẩy tải trọng tƣơng xứng với kích cỡ, vận tốc của trục theo chiều dọc của cặp bề mặt phải đƣợc cân bằng với vận tốc của trục theo chiều ngang, hỗ trợ bởi tỷ lệ độ dài và độ dày của màng dầu. Ở trong một ổ đỡ thực sự, tỷ lệ này rất dễ tuân theo tuân theo quy tắc 1:1000, do vậy ảnh hƣởng thực sự của màng dầu có thể đƣợc tăng cƣờng bởi vận tốc giới hạn liên quan. Tuy vậy, có rất nhiều những khó khăn đƣợc thống kê liên quan đến việc dự đoán những yếu tố không ổn định, nó chỉ ảnh hƣởng một cách trức tiếp khi chúng không tách rởi khỏi sản phẩm thiết kế của ổ đỡ thủy tĩnh.
Bên cạnh sự khác biệt về mặt thời gian thay đổi tải trọng, ngỗng trục của ổ đỡ có thể chia ra thành hai mức phụ thuộc việc có hay không có tải trọng tác động lên ổ trục. Các ví dụ của chúng ta chỉ hạn chế trong các trƣờng hợp mà ở đó vector tải ổn định. Ảnh hƣởng của tải trọng xoay (giả sử độ lớn của nó là cố định) rất dễ dàng trong việc tính toán. Trong ngỗng trục chuyển động trong giới hạn tốc độ góc trong khi tải trọng xoay W ổn định ở mức và ổ bi ở trạng thải nghỉ ngơi. Trạng thái này có thể liên tƣởng đến một vector tải trọng ổn định bằng cách thay thế chuyển động của theo hƣớng ngƣợc chiều kim đồng hồ ở tất cả các bộ phận, nhƣ ở biểu đồ 1.45b. Tốc độ bề mặt của cổ trục liên quan đến những gì quan sát ở bề mặt ngoài
Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp
Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 61
hiện tại là R trong khi bề mặt của ổ bi là R. Tiếp theo đó độ lớn của vận tốc bắt đầu là U , mà giá trị của nó dùng để tính toán ảnh hƣởng các số Sommerfeld lên ổ đỡ thủy tĩnh đƣợc cho bởi công thức:
1 1
2
2 2
U R R
Rõ ràng là nếu nhƣ tải trọng xoay với vận tốc bằng tốc 1/2 tốc độ cổ trục, khi đó 2 thì U sẽ bằng 0 và khả năng chịu lực của ổ phụ thuộc vào
U sẽ mất đi. Tình huống này rất gần với chuyển động ở tốc độ chỉ bằng 1/2. Một số lỗi của những ổ bi chính của quá trình đốt cháy bên trong động cơ có thể có tác động đên ảnh hƣởng này. Trong một vài giai đoạn của quá trình đốt cháy tải trọng sẽ biến động ở mức chính xác băng 1/2 tốc độ trục khuỷu; nếu tình trạng này kéo dài hơn góc 200
của trục thì các ổ bi có thể bị phá hủy. Nếu nhƣ cả trục lẫn ổ bi đều chuyển động nhƣng một tải trọng đột ngột đƣợc tác động lên trục này thì sau đó hai bề mặt tƣơng ứng sẽ chuyển động cùng nhau khi mà quá trình bôi trơn mở rộng giữa các khoảng trống của chúng. Tải trọng bây giờ chịu tác động của ảnh hƣởng mở rộng màng dầu nhƣ đã đề cập trên đây, nó có thể đƣợc mô tả bằng việc thiết lập các thành phần vận tốc hƣớng tâm bằng 0 ở công thức tổng quát của phƣơng trình Reynold 1.115, do vậy: 3 3 2 1 12 W p p h h W x x y y
Để chuyển đổi phƣơng trình sang dạng tọa độ trụ truận lợi hơn cho ổ bi dài hơn chúng ta có thể viết x R và đặt dp 0
dy . Thêm vào đó, nếu nhƣ ổ bi cố định trong khi trục chuyển động quay nhanh, khi đó ta có thể đặt W=0 và W2 c cos , do đó phƣơng trình trở thành:
Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 62 2 3 2 1 cos p 12 R cos c
Phƣơng trình có thể tích phân trực tiếp ta đƣợc:
2 3 2 6 1 os R p C c c
Trong đó C là hằng số. Do vậy, mặc dù áp suất p sẽ tiến tới 0, vuông góc trực tiếp với phƣơng đặt tải trọng, do đó tại
2 và 3
2 lệch đi một chút và tích phân sẽ trở nên đơn giản hơn nếu p tiến đến 0 ở mức = 0. Trong trƣờng hợp này 2 2 2 2 1 1 6 1 os 1 R p c c
Và W/L tải trọng trên mỗi đơn vị chiều dài, có mối quan hệ:
2 3 2 2 / 12 1 W L c R R
Trong trƣờng hợp các ổ có chiều dài hạn chế, tức là L
D , nơi mà các ảnh hƣởng cuối cùng cũng biến mất, phƣơng trình cân bằng tƣơng ứng là:
2
/ 1
1 b
W L c
R R a (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong đó a và b là các hằng số liên quan đến tỷ số D/L theo công thức:
0, 6L 0, 4
a
D và b 1, 5 0, 3 D
L giả sử 0, 75 D 5
L
Theo quy tắc chúng ta hy vọng sẽ dự đoán đƣợc tỷ lệ mà tại đó các bề mặt rắn tƣơng tác với nhau sau khi đã đặt tải trọng. Quay trở lại trƣờng hợp ổ bi dài, nếu chúng ta giả sử tại điểm t = 0 ngỗng trục đồng tâm với ổ bi mà
Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp
Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 63
0, sau đó tỷ lệ lệch tâm sau khoảng thời gian t có thể xác định bằng cách lấy tích phân phƣơng trình:
2 3 2 0 2 0 1 / 6 1 t W LD c d dt R Đó là: 1 2 1 2 2 6 / 1 R t W LD c
Mối quan hệ đƣợc biểu diễn bằng đƣờng cong A trong hình 1.49 và có thể đƣợc sử dụng để dự đoán khoảng thời gian các bề mặt quay đƣợc 3600
, các ổ bi tiếp xúc lẫn nhau sau khi đã đặt tải trọng. Một lập luận tƣơng tự nhƣ vậy đƣợc ứng dụng trong trƣờng hợp quay đƣợc nửa vòng, nó chỉ ra theo đƣờng cong B.
Trong trƣờng hợp vòng bi đủ 3600, trƣờng hợp lƣu ý thứ hai là tải trọng đổi chiều W0 với tần số góc ', đó là:
' 0cos
W W t
Nếu dao động tổng hợp của trục tập trung vào tâm hình học của vòng bi thì phƣơng trình tƣơng ứng với 1.62 là:
2 ' 0 1 ' 2 2 / sin 6 1 W LD c t R
Do đó nếu trong định nghĩa sô Sommerfeld S chúng ta thế vận tốc quay bằng tần số dao động '
thi giá trị lớn nhất của độ lệch tâm max sẽ là: ax 1 2 2 ax 1 6 1 m m S
Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 64
Điều này cho thấy đƣờng cong A trong hình 1.31 cũng có thể đƣợc sử dụng đế xác định max với một sự thay đổi giá trị của trục tung.
1.9.2. Phƣơng pháp động: tải trọng động
Nhiều ổ trục, ví dụ nhƣ ổ trục trong những đông cơ và máy nén kiểu pittông, phải chịu những tải mà cả độ lớn và hƣớng của chúng đều thay đổi theo thời gian. Kết quả la tâm ổ đỡ trong ổ trục này không đến đƣợc một số vị trí cân bằng ổn định, nhƣng cứ nhƣ vậy còn hơn là phải vạch ra một quỹ tích để các điều kiện khác nhau phải tƣơng thích với nó, do vậy kích cỡ và vị trí của những lớp màng tối thiểu là rất khác nhau. Với việc tăng áp lực kinh tế làm giảm hao hụt năng lƣợng bằng việc sử dụng những chất bôi trơn có độ nhớt thấp thì việc dự tính về những lớp màng mỏng tối thiểu nhƣ vậy trở thành một khía cạnh ngày càng quan trọng hơn khi thiết kế trục.
Hình 1.32 mô tả trạng thái thông thƣờng. Ổ đỡ quay với vận tốc góc , trong khi ổ trục quay với vận tốc góc '. Tải có độ lớn W, quay với vận tốc . Với những ký hiệu thông thƣờng, phƣơng trình Reynold trong trƣờng hợp này trở thành: 2 3 2 3 ' 2 1 12 os + + - + sin 2 p p R h R h c y y c
Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp
Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 65
Hình 1.17 Ổ trục trượt với vận tốc quay của ổ đỡ là , của ổ trục là ', của tải là
Chúng ta cần chú ý rằng: việc điều chỉnh để cả , , ' bằng 0 sẽ làm phát sinh nhƣ trƣờng hợp tải quay đều, nhƣ trong phƣơng trình, khi cho ,
, ' bằng 0 nhƣng 1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2 thì sẽ dẫn đến tình trạng vòng quay còn ½ tốc độ. Nếu tất cả các vận tốc góc đều bằng 0 thì màng ép nén sẽ bị tách ra, dẫn tới phƣơng trình hệ quả.
Khi có sự phân bố về áp lực thì có thể tìm đƣợc các yếu tố kết cấu của tải W trong những tình huống thông thƣờng qua phƣơng trình. Tất nhiên khi không có sự phân bố đó thì cũng thƣờng giải đƣợc. Những tải tác dụng lên ổ trục khi ổ trục quay đƣợc xác định, trong đó các chỉ số hình học của màng là
Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 66
ẩn số. Những ẩn số mà chúng ta cần xác định đó là độ lệch tâm ổ trục , góc trạng thái và tỷ lệ thay đổi của chúng theo thời gian, đó là các giá trị.
Phƣơng trình có thể viết lại thành:
2 1 2 / , , / , , x W c R M L D LD Và 2 ' 2 1 2 / 1 , , / , , 2 W c R M L D LD Trong đó Mx
và Mz là hàm của các biến đƣợc liệt kê. 1 và 2 là những giá trị tọa độ vị trí góc lần lƣợt tƣơng ứng là với điểm bắt đầu và kết thúc của lớp màng bôi trơn. Trong một ổ trục có màng đầy thì 0
1 0 và
0
2 0 . Khi Mx và Mz đƣợc xem là những yếu tố động học và có thể đƣợc coi nhƣ các thành phần của vector “động”.