KHẢO SÁT KHẢ NĂNG CHỊU TẢI VÀ độ LỆCH tâm CỦA TRỤC CHÍNH TRONG ổ đỡ THỦY ĐỘNG

BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI... MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU... CHƯƠNG IKHẢO SÁT ĐỘNG HỌC CỦA TRƯỜNG CHẤT LỎNG BÔI TRƠN 1.1 Giới thiệu và tổng quan nghiên cứu.. P

Trang 1

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Trang 2

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Phetnoy BOUNMYXAY

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG CHỊU TẢI VÀ ĐỘ LỆCH TÂM CỦA TRỤC CHÍNH TRONG Ổ ĐỠ THỦY ĐỘNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

Mã ngành: 60520103

Người hướng dẫn khoa học:

T.S Nguyễn Văn Thắng

HÀNỘI 2015

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo cô giáo trong khao Cơ khí và trung tâm đạo tạo sau đại học của Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đặc biệt tác giả xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Nguyễn Văn Thắng, người đã quan tâm tận tình hướng dẫn giúp tác giả xây dựng và hoàn thành luận văn này.

Tác giả xin chân thành cảm ơn TS Trần Thị Thanh Hải Bộ môn Máy và Ma sát học, viện Cơ Khí – Trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành nội dung thí nghiệm Đồng thời tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Mr Vũ Văn Khiêm lớp trưởng, các anh chị em và bạn bè cùng lớp cao học cơ khí K3 đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian học tập và thực hiện luận văn Vì thời gian có hạn, vấn để nghiên cứu mới mẻ nên bản luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong nhận được nhiều góp ý của các thầy giáo cô giáo, các đồng nghiệp và bạn bè.

Xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày tháng năm 2015

Trang 4

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

1 GIỚI THIỆU 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1

CHƯƠNG I: KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC CỦA TRƯỜNG CHẤT LỎNG BÔI TRƠN 2

1.1 Giới thiệu và tổng quan nghiên cứu 2

1.2 Khái quát về bôi trơn thủy động 3

1.2.1 Bài toán bôi trơn thủy động 3

1.2.2 Những tính chất vật lý cơ bản của dầu truyền lực [14] 4

1.2.2.1 Đặc trưng thứ nhất của dầu truyền lực 4

1.2.2.2 Đặc trưng thứ hai của dầu truyền lực 4

1.2.2.3 Đặc trưng thứ ba của dầu truyền lực 4

1.2.2.4 Đặc tính thứ tư của dầu truyền lực 5

1.2.2.5 Đặc trưng thứ năm của dầu truyền lực 6

1.3 Tiêu chuẩn lựa chọn dầu truyền lực 8

1.4 Phương trình chuyển động của chất lỏng 9

1.5 Lý thuyết về ổ trục và bôi trơn thủy động 15

1.5.1 Khái niệm chung về ổ trục 15

1.5.2 Ma sát và bôi trơn ổ trượt [15] 17

1.5.3 Khả năng tải của ổ 19

1.5.4 Vật liệu bôi trơn 19

1.5.5 Vật liệu lót ổ 20

1.6 Vận tốc của chất lỏng trong ổ trượt ngắn [3,4] 22

CHƯƠNG II: ÁP SUẤT CỦA LỚP MÀNG DẦU TRONG Ổ ĐỠ THỦY ĐỘNG VÀ KHẢO SÁT LỰC NÂNG TRỤC CỦA Ổ ĐỠ 24

2.1 Phương trình Reynolds của chất bôi trơn đối với dạng ổ ngắn 24

2.1.1 Thí nghiệm của Reynolds và hệ số Reynolds 24

Trang 5

2.1.2 Chiều dày màng dầu 25

2.1.3 Giải phương trình Reynolds cho ổ trục ngắn 27

2.1.4 Điều kiện biên của phương trình Reynolds 28

2.2 Khảo sát phân bố áp suất trong lớp màng dầu 29

2.3 Lưu lượng dòng dầu 29

2.4 Cơ sở lý thuyết về áp lực của ổ đỡ 30

2.5 Tính khả năng chịu tải của trục chính 31

CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT LỰC NÂNG CỦA TRỤC VÀ ÁP SUẤT CỦA LỚP MÀNG DẦU TRONG Ổ ĐỠ THỦY ĐỘNG .34 3.1 Tổng quan về thiết bị thực nghiệm 34

3.2 Mục đích thí nghiệm 35

3.3 Nội dung thí nghiệm 35

3.4 Số liệu thí nghiệm của ổ đỡ thủy động 36

3.5 Phân tích số liệu thí nghiệm và kết luận 41

KẾT LUẬN CHUNG 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

Trang 6

Bảng ký hi u và đơn vị của các thống số ệu và đơn vị của các thống số

Tải trọng tính toán cho 1 segment W N Diện tích tính toán bộ segment A p m 2

Diện tích buồng tạo áp A r m 2

Hệ số tải trọng a f

Hệ số lưu lượng q f

Hệ số công suất H f

Chiều dày màng dầu bôi trơn h m Độ nhớt tuyệt đối của dầu  N.sec/m 2

I Các kết quả tính toán chung

1 Áp suất cần tạo ra trong buồng P r N/m 2

2 Áp suất an toàn cần thiết (P r )max N/m 2

3 Lưu lượng dầu cần cấp cho gối đầu Q m 3 /sec

4 Chọn bơm theo tiêu chuẩn Q m 3 /sec

5 Tính lại chiều dày màng dầu h m

6 Công suất cần thiết đẩy dầu H b N.m/sec

7 Áp suất tách cần thiết P L N/m 2

8 Áp suất cung cấp các hệ số P s N/m 2

II Dùng tiết lưu điều chỉnh lưu

lượng

1 Hệ số đặc trưng của gối đỡ 

Trang 7

3 Hệ số k v =Q

Công suất đẩy dầu cho cả 12

segment

Kw

10 Độ cứng của gối đỡ S v N/m

Trang 8

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 hệ số nhớt của một vài chất lỏng[1] 7

Bảng 1.2 phân loại chất lỏng thuỷ lực theo ISO[1] 8

Bảng ghi giá trị áp suất và nhiệt độ của dầu tại 5 vị trí 36

Trang 9

DANH MỤC HÌNH VE, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ ổ đỡ thủy động 3

Hình 1.2 Sơ đồ biểu diễn thể tích đơn vị trong lớp màng dầu trong hệ tọa độ trụ 14

Hình 1.3 Cấu tạo của ổ trục [15] 16

Hình 1.4 Kết cấu ổ trượt đơn giản [15] 16

Hình 1.5 Phương pháp bôi trơn thủy tĩnh 18

Hình 1.6 Sơ đồ biến thiên áp suất trong khe chêm dầu 19

Hình 2.1 Sơ đồ thí nghiệm của Reynolds µ - độ nhớt động lực học lưu chất, kg/ms 25

Hình 2.2 Mặt cắt ổ đỡ 26

Hình 2.3 Miền khai triển ổ Chiều dày màng dầu khi đó được tính 27

Hình 2.4 Ổ đỡ và ổ chặn của Waukesha Bearings 30

Hình 2.5 Sơ đồ vị trí trục khi khởi động ổ thủy động 30

Hình 2.6 Sơ đồ biểu diễn phân bố áp suất 31

Hình 3.1 Thiết bị thực nghiệm máy đo nhiệt độ và áp suất màng dầu thủy động 34

Hình 3.2 Sơ đồ thí nghiệm 35

Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của áp suất vào tải trọng với vận tốc trục chính n = 200v/ph 37

Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt độ vào tải trọng với vận tốc trục chính n = 200v/ph 37

Trang 10

LỜI MỞ ĐẦU

1 GIỚI THIỆU

1.1 Lý do chọn đề tài.

Ngày nay, trục của các động cơ tua bin tốc độ cao hoặc tải lớn thườngđược hỗ trợ bởi ổ đỡ thuỷ động Khi sử dụng ổ đỡ thuỷ động, trục có thể trởnên không ổn định với tốc độ cao do hiện tượng tự dao động gây nên Đểnghiên cứu sự ổn định của trục động cơ, trước hết chúng ta phải xác định mốiquan hệ giữa vận tốc quay của trục chính với độ lệch tâm bởi vì độ lệch tâmnày xuất hiện trong biểu thức của lực phi tuyến tính tác dụng lên trục chínhtrong mô hình ổ trục có kể đến động lực học của chất bôi trơn và lực ly tâmcủa nó Ngoài ra, khả năng chịu tải của trục chính trong ổ đỡ thuỷ động, ápsuất và nhiệt độ của lớp màng dầu cũng là một vấn đề cần nghiên cứu khithiết kế, sử dụng ổ đỡ thuỷ động trong công nghiệp

Chính vì vậy tôi chọn đề tài “ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG CHỊU TẢI VÀ

ĐỘ LỆCH TÂM CỦA TRỤC CHÍNH TRONG Ổ ĐỠ THUỶ ĐỘNG” để

làm luận văn nghiên cứu

1.2 Tính cấp thiết của đề tài.

Hiện nay, ổ đỡ thuỷ động được sử dụng nhiều trong động cơ công xuấtlớn như động cơ tua bin (turbomachines), động cơ đốt trong (trong xe máy,ôtô 6.000-10.000 v/phút), động cơ tải trọng lớn (hơn 10.000v/phút) Mộttrong những nguyên nhân chính gây nên những sự cố, tai nạn khi vận hànhmáy móc, thiết bị sử dụng ổ đỡ thuỷ động là hiện tượng tự dao động của trụcchính khi vận tốc vượt qua giới hạn cho phép Hiện tượng tự dao động củatrục chính sẽ gây ra mòn thậm chí vỡ ổ trục của động cơ Vấn đề này đã đượcnghiên cứu, xem xét trong lý thuyết bôi trơn thuỷ động, ma sát học Tuy nhiênchưa được xem xét một cách triệt để, ví dụ như còn bỏ qua sự tác động củalực ly tâm chất bôi trơn Đối với những động cơ tua bin công suất lớn thànhphần lực này rất đáng kể

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU.

Đề tài sẽ tập trung khảo sát hai mục tiêu cơ bản đó là: Khả năng chịu tảicủa ổ trục thuỷ động; Mối quan hệ giữa độ lệch tâm, áp suất và vận tốc quaycủa trục chính trong ổ đỡ thuỷ động Để hoàn thành hai mục tiêu này, tác giảsẽ tìm hiểu lần lượt các vấn đề: Động học, động lực học của chất bôi trơntrong ổ đỡ thuỷ động; trường áp suất của chất lỏng; lực nâng trục động cơ củalờp màng dầu

Trang 11

CHƯƠNG I

KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC CỦA TRƯỜNG CHẤT LỎNG BÔI TRƠN

1.1 Giới thiệu và tổng quan nghiên cứu.

Công nghiệp cơ khí là một ngành kinh tế có vị trí đặc biệt quan trọngđối với sự phát triển của nền kinh tế bởi vì đây là một ngành công nghiệp sảnxuất ra máy móc, thiết bị cung cấp cho toàn bộ các ngành kinh tế khác Thựctế cho thấy, trên thế giới không có bất kỳ quốc gia nào thực hiện thành côngsự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa mà lại không có nền công nghiệp cơkhí mạnh, sự phát triển của ngành cơ khí vừa là nền tảng vừa là động lực chosự phát triển của tất cả các ngành nghề khác nhau trong xã hội

Ngày nay, trong ngành kỹ thuật Cơ khí và công nghệ gia công đặc biệtở những nước có công nghiệp và công nghệ cơ khí phát triển cao thì máy mócđược ứng dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực thiết bị Do đó nó có khả năng tạo

ra được những sản phẩm có độ chính xác cao giá thành hạ và năng suất rấtlớn

Trong công nghiệp phát triển với tốc độ ngày càng cao đã kéo theo việcđẩy nhanh tốc độ nghiên cứu và ứng dụng ma sát và bôi trơn Trong thời kỳnày vấn đề được đặt ra trong công trình của Charles Augustin Couloub (1736-1806): ở đây ma sát học đã kể đến tính chất vật liệu và hiệu ứng bôi trơn, mốiquan hệ của tải trọng với đặc tính tĩnh và động của các cặp ma sát Từ đó masát học ngày càng được nghiên cứu sâu rộng hơn, có thể kể đến các công trìnhN.P.Petrov (1826-1920) B.Tower (1845-1904), Trong lĩnh vực bôi trơn và

cơ học ở giai đoạn này nổi bật là các công trình về mô hình hóa các dòngchảy chất lỏng đơn giản của Stokes, hình thành phương trình tổng quátchuyển động chất lỏng của L.H Navier (1785-1836), đặc biệt là phương trìnhtổng quát bôi trơn thủy động của Osborne Reynolds (1842-1912) công bố vàonăm 1886 Phương trình Reynold đánh dấu bước phát triển nhảy vọt, nó đãđặt nền móng cho mọi nghiên cứu về bôi trơn

Kỹ thuật bôi trơn được kể đến như một ngành đầu tiên đã được nghiêncứu rất mạnh trong khoa học về ma sát học Trước hết là các công trình xoayquanh phương pháp giải phương trình Reynolds Năm 1905, A.G Michell(1870-1959) đã chỉ ra được sự giảm áp suất ở phần biên của màng dầu bôitrơn giữa hai tấm phẳng kích thước giới hạn Vào năm 1904 người ta cóphương pháp giải bằng giải tích cho ổ dài với điều kiện biên của J.W.Sommmerfield (1868-1951) Cuối cùng giải gần đúng phương trình Reynoldsbằng phương pháp số được Cameron, Wood đưa ra vào giữa thế kỷ 20 Tuy

Trang 12

nhiên lời giải bằng giải tích và chế độ chảy của lớp màng dầu trong ổ thủyđộng cho tới ngày nay vẫn là một vấn đề mang tính thời sự, chưa rõ ràng [1]

Lý thuyết của Reynolds đã được sử dụng rộng rãi bắt đầu từ thế kỳ 20trong việc nghiên cứu các cơ hệ bôi trơn, hệ thống ổ thủy động, bôi trơn thủyđộng đàn hồi với các chế độ dòng chảy và vật liệu khác nhau Hơn nữa nó cònthúc đẩy sự phát triển các lĩnh vực khoa học khác có liên quan đến kỹ thuậtbôi trơn như hóa học, gia công cơ khí và phương pháp tính

1.2 Khái quát về bôi trơn thủy động

1.2.1 Bài toán bôi trơn thủy động

Trong lý thuyết về bôi trơn thủy động đối với ổ đỡ dạng ổ ngắn, người

ta xét cơ cấu như sau: Trục chính (rotor) quay tự do trong bạc được gắn cứngvới giá đỡ Khe hẹp giữa trục và bạc được lấp đầy bởi lớp màng dầu (chất bôitrơn) – là chất lỏng Newton (chất lỏng không chịu nén) [4]

Hình 1.1 Sơ đồ ổ đỡ thủy động

1 – trục chính quay tự do; 2 – bạc đỡ; 3 – dầu bôi trơn không biến dạng khi

chịu nén; 1 - vận tốc góc của trục chính 1  2 0

3

Trang 13

1.2.2 Những tính chất vật lý cơ bản của dầu truyền lực [14].

1.2.2.1 Đặc trưng thứ nhất của dầu truyền lực.

Cũng như một vật thể là có khối lượng, được biểu thị bằng khối lượngđơn vị (khối lượng riêng)  , đối với chất lỏng đồng khối lượng đơn vị bằng tỉ số khối lượng M với thể tích W Tức là:

W

M



Thứ nguyên của khối lượng đơn vị là: [P]=[[W M]] = M/L3

Đơn vị  là kg/m3 hoặc Ns2/m theo hệ MKS, đơn vị là kG2s/m4

Đối với nước đơn vị khối lượng của nước lấy bằng khối lượng của đơnvị thể tích nước cất ở nhiệt độ  4 C,  = 1000 kg/m3.

1.2.2.2 Đặc trưng thứ hai của dầu truyền lực.

Có trọng lượng, biểu thị bằng khối lượng đơn vị hoặc trọng lượngriêng Đối với chất lỏng đồng chất, trọng lượng đơn vị bằng tích số của khốilượng đơn vị với gia tốc rơi tự do g (g = 9,81 m/s2 )

1.2.2.3 Đặc trưng thứ ba của dầu truyền lực.

Là tính thay đổi thể tích vì thay đổi áp lực hoặc nhiệt độ

Trong trường hợp thay đổi áp lực, ta dùng hệ số có thể tích w để biểuthị sự giảm tương đối của thể tích chất lỏng W ứng với tăng áp suất P lên mộtđơn vị áp suất, hệ số w biểu thị bằng công thức sau:

dp

dW W

Trang 14

dp W K

dt

dW W

1



Thí nghiệm chứng tỏ trong điều kiện áp suất không khí ứng với t =

4-10C ta có t=0,00014 (1/t0) và ứng với t = 10-20C ta có t=0,00015(1/t0) Như vậy trong thuỷ lực chất lỏng coi như không co dãn dưới tác dụngcủa nhiệt độ

Tính chất này còn được thể hiện bằng đặc tính: mật độ giữ không đổitức là  const.

1.2.2.4 Đặc tính thứ tư của dầu truyền lực.

Là có sức căng mặt ngoài, tức là khả năng chịu được ứng suất kéokhông lớn lắm tác dụng lên mặt tự do phân chia chất lỏng với chất khí hoặctrên mặt tiếp xúc chất lỏng với chất rắn

Do sức căng mặt ngoài mà giọt nước có dạng hình cầu Trong ống cóđường kính nhỏ cắm vào chậu nước có hiện tượng mức nước trong ống dângcao hơn mặt nước tự do ngoài chậu, nếu chất lỏng là thuỷ ngân thì lại có hiệntượng mặt tự do trong ống hạ thấp hơn mặt thuỷ ngân ngoài chậu, đó là hiệntượng mao dẫn, do tác dụng sức căng mặt ngoài gây nên Mặt tự do của chấtlỏng trong trường hợp đầu là lõm, trong trường hợp sau mặt là lồi

Sức căng mặt ngoài đặt trưng bởi hệ số sức căng mặt ngoài  , biểu thịsức kéo tính trên một đơn vị dài của đường tiếp xúc Hệ số  phụ thuộc vàoloại chất lỏng và nhiệt độ Trong trường hợp nước tiếp xúc với không khí ổ

20C ta thấy  = 0,0726 N/m = 0.0074kg/m Nhiệt độ tăng lên,  giảm đi.Đối với thuỷ ngân cũng trong những điều kiện trên, ta có  = 0,0540 N/m,tức là gần bằng 7,5 lần đối với nước

1.2.2.5 Đặc trưng thứ năm của dầu truyền lực.

Là có tính nhớt Trong thuỷ lực tính nhớt rất quan trọng vì nó là nguyênnhân sinh ra tổn thất năng lượng khi chất lỏng chuyển động

Trang 15

Khi có lớp chất lỏng chuyển động, giữa chúng này sinh ra sức ma sáttạo nén sự chuyển biến một bộ phận cơ năng thành nhiệt năng mất đi khônglấy lại được Sức ma sát này gọi là sức ma sát trong Tính chất này sinh ra sức

ma sát hoặc nói một cách khác, tính chất này sinh ra ứng suất tiếp giữa cáclớp chất lỏng chuyển động gọi tính nhớt của chất lỏng

Năm 1686, Niutơn đã nêu lên giả thiết về quy luật ma sát trong, tức là

ma sát chất lỏng “ sức ma sát giữa các lớp chất lỏng chyuển động tỷ lệ vớidiện tích tiếp xúc của các lớp ấy, không phụ thuộc áp lực, phụ thuộc gradienvận tốc theo chiều thẳng góc với phương chuyển động, phụ thuộc loại chấtlỏng ” Định luật ma sát của Niutơn viết giữa biểu thức:

dn

du S

Trong đó: - F là sức ma sát giữa hai lớp chất lỏng

- S là diện tích tiếp xúc

- u là vận tốc, u = f(n) – quy luật phân bố vận tốc theo phương n

- là hằng số tỷ lệ, phụ thuộc loại chất lỏng được gọi hệ sốnhớt hoặc hệ số động lực nhớt

Gọi  là ứng suất tiếp, có công thức:

FT



 2

Đơn vị ứng với 1/10 Ns/m2 gọi là Poazơ ( P )

Tính nhớt còn được đặc trưng bởi hệ số:

Trang 16





- là khối lượng đơn vị

-v là hệ số động học nhớt

Thứ nguyên của v là    

L v or v

- Đơn vị cm2/s được gọi là stốc

Bảng 1.1 hệ số nhớt của một vài chất lỏng[1].

Bảng 1.2 phân loại chất lỏng thuỷ lực theo ISO[1]

HF Chất lỏng chống cháy, có chữ thêm vào sau chữ HF sẽ đặc trưng

cho từng loại riêng nhưng vẫn thuộc nhóm HF này

HG HM có tính chất chống kẹt dính khi trượt

HH Dầu khoáng tính chế không có phụ gia

HL Dầu khoáng tính chế có phụ gia ức chế oxy hoá và ức chế gỉ

Trang 17

HM HL thêm phụ gia chống mài mòn

HR HL thêm phụ gia cải thiện chỉ số v độ nhớt

HS Chất tổng hợp có tính chất chống cháy đặc trưng

HV HM thêm phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt

HFA Gồm hai loại

HFB Nhũ tương nước trong dầu chứa tối đa 25% khối lượng chất có

khả năng cháyHFC Dung tích chứa tối thiếu là: 35% nước và các phụ gia Polyme

tăng độ nhớtHFD Những chất lỏng chống cháy không phải gốc nước và được chia

thànhHFAE Nhũ tương dầu trong nước hoặc dung tích chứa tối đa 20% khối

lượng dầuHFAS Dung tích chứa tối thiếu 80% nước

HFDR HFD có thành phần chủ yếu là este của Axitphosphoric

HFDS HFD có thành phần chủ yếu là các hợp chất chứa Halogen

HFDT Hỗn hợp của HFDR và HFDS

HFDU Chất lỏng chống cháy khác

1.3 Tiêu chuẩn lựa chọn dầu truyền lực.

Lựa chọn phân loại dầu truyền lực tùy thuộc vào điều kiện làm việc:khoảng nhiệt độ làm việc, đặc điểm thiết kế của hệ thống thuỷ lực, kiểu bơm,sử dụng, khả năng tương hợp với môi trường, vật liệu, các yếu tố kinh tế vàmôi trường Từ quan điểm lưu biến học cho thấy: độ nhớt của hệ chất lỏngcàng thấp thì càng tốt vì đảm bảo cho sự tác dụng nhanh của hệ thuỷ lực Tuynhiên, độ nhớt chỉ được thấp đến một giá trị nào đó để đảm bảo làm giảmthiếu sự thất thoát rò rỉ và cung cấp sự bôi trơn thích hợp cho bơm và cácphần chuyển động của hệ thống Sự thay đổi độ nhớt của chất lỏng thuỷ lực

do sự thay đổi của nhiệt độ trong vùng làm việc của hệ thống phải càng ítcàng tốt Vì thế có một số yêu cầu khắt khe hơn đối với các dầu truyền lựcdùng ở ngoài trời so với các chất lỏng dùng trong không gian kín Tuy nhiêncũng có điểm chưa phù hợp là: sự mất độ nhớt do độ nhớt tăng chỉ được đền

bù phần này khi tăng áp suất Dầu truyền lực phải thực sự không bị nén đểđảm bảo các chức năng của hệ thống truyền lực một cách nhanh chóng vàchính xác Tuy nhiên, có một khả năng nén nào đó đôi khi cũng thuận tiện vìnó làm dập tắt sự tăng khí áp và làm việc được trơn tru hơn Các hệ truyền lựcđược lắp đặt trong công nghiệp thực phẩm thì các dầu truyền lực trong đóphải tuân theo các quy tắc chế biến thực phẩm vì sự nhiễm bẩn có thể sẽ gâynguy hiểm cho sức khoẻ của con người Theo đó, các dầu truyền lực phải

Trang 18

không độc, với các hệ thống có sự rò rỉ lớn thì cần phải lựa chọn chất có khảnăng phân huỷ sinh học thích hợp để tránh ổ nhiễm môi trường.

1.4 Phương trình chuyển động của chất lỏng.

Việc phân tích chuyển động của chất lỏng, khí trong phương trìnhNavier-Stokes được Prandlt tiếp tục nghiên cứu vào năm 1904 – đã chỉ rarằng trong trường hợp chất lỏng có độ nhớt nhỏ (chất khí, nước, ….) với điềukiện số Reynolds đủ lớn thì sự ảnh hưởng của (độ) nhớt chỉ được tính đến ởlớp mỏng, hẹp tiếp giáp với bề mặt vật rắn, nơi mà dòng khí chảy qua – lớphẹp này được gọi là lớp bề mặt Ở phía ngoài lớp bề mặt này thì lực nhớttương đối nhỏ

Phương trình chuyển động của chất bôi trơn trong ổ thủy động được xácđịnh bởi phương trình cân bằng [4]:

ρ 0,

  τv v  (1-10)Trong đó τv - tenso ứng suất và ρ - khối lượng riêng của chất bôi trơn.

Vận tốc của các phần tử chất bôi trơn v và toán tử Hamilton  trong hệtọa độ trụ có dạng sau:

Trong trường hợp nếu như chất lỏng là lý tưởng và không nén được

(ρ - const) thì việc khảo sát hệ phương trình (1-10) được đơn giản đi khá

nhiều Việc này được thực hiện đầu tiên bởi Euler Phương pháp phân tích đểtìm lời giải cho hệ phương trình chuyển động Euler có vai trò quan trọngtrong việc xem xét bài toán dòng khí bao quanh một vật thể (cánh, lưới củacánh, vật thể có hình dạng đối xứng, kênh,…) Kết hợp với lý thuyết về lớp bềmặt, thủy động lực học chất lỏng lý tưởng đã trở thành công cụ mạnh mẽ giảiquyết những bài toán khí động lực học máy bay, thủy động lực học tàu bè, cơhọc chuyển động của chất lỏng trong ống và nhiều trường hợp khác Ví dụ,khi chất lỏng bao quanh một vật thể có hình dạng nhẵn mịn, trong điều kiện

Trang 19

số Reynolds lớn, vì lớp bề mặt rất mỏng nên sự phân bố áp suất theo bề mặtvật thể được xác định từ phương trình chuyển động chất lỏng lý tưởng theophương pháp gần đúng bậc 1.

Trang 20

Từ công thức (1-12), (1-14) thu được biểu thức cho deviator s trong hệtọa độ trụ:

Từ phương trình liên tục với bài toán dòng dừng ta có:

Trang 21

1 2

Trang 22

- Môi trường liên tục

- Chất bôi trơn là chất lỏng Newton

- Dòng chất lỏng chảy trong ổ trục là dòng chảy tầng

- Bỏ qua lực khối

- Không có sự trượt chất lỏng và bề mặt tiếp xúc với nó

- Chiều dày màng chất lỏng rất nhỏ so với kích thước của mặt tiếp xúc

Trang 23

Ta thu được hệ phương trình tương đối đơn giản như sau [4]:

Phương trình liên tục cho dòng chất lỏng bôi trơn:

Trang 24

1.5 Lý thuyết về ổ trục và bôi trơn thủy động.

1.5.1 Khái niệm chung về ổ trục.

- Cấu tạo

+ Bề mặt làm việc của ổ trượt cũng như của ngõng trục có thể là mặttrụ (hình 1.3, a), mặt phẳng (hình 1.3, b), mặt côn (hình 1.3, c), hoặc mặt cấu(hình 1.3, d)

+ Ổ trượt chặn thường làm việc phối hợp với ổ trượt đỡ (hình 1.3, b), làổ trượt chịu được lực hướng tâm Phần lớn các ổ trượt đỡ (hình 1.3, a) có thểchịu được tải trọng dọc trục nhỏ nhờ có vai trục và góc lượn tỳ vào mép ổđược vát tròn

+ Ổ trượt có bề mặt côn (hình 1.3, c) ít dùng, chỉ trong những trườnghợp cần điều chỉnh khe hở do mòn ổ Ổ cầu cũng ít gặp Dùng loại ổ này cóthể nghiêng tự do

Trang 25

+ Khi trục quay, giữa ngõng trục và ổ có trượt tương đối, do đó sinh ra

ma sát trượt trên bề mặt làm việc của ngõng trục và ổ

+ Hình 1.4 trình bày kết cấu của một ổ trượt đơn giản, gồm thân ổ, lót ổcó rãnh dầu Lót ổ là bộ phận chủ yếu của ổ Lót ổ được làm bằng vật liệu cóhệ số ma sát thấp

Hình 1.3 Cấu tạo của ổ trục [15]

Hình 1.4 Kết cấu ổ trượt đơn giản [15]

- Phạm vi sử dụng ổ trượt:

Hiện nay trong các ngành chế tạo máy ổ trượt dùng i ́t hơn ổ lăn Tuynhiên trong một số trường hợp dưới đây, dùng ổ trượt có nhiều ưu việt hơn:

+ Khi trục quay với vận tốc cao, nếu dùng ổ lăn, tuổi thọ của ổ (số giờlàm việc cho tới khi hỏng) sẽ thấp

Trang 26

+ Yêu cầu phương của trục phải rất chính xác (trong các máy chínhxác) Ổ trượt gồm ít chi tiết nên dễ chế tạo, độ chính xác cao và có thể điềuchỉnh được khe hở.

+ Trục có đường kính khá lớn (đường kính ≥1m), trong trường hợp nàynếu dùng ổ lăn, phải tự chế tạo lấy rất khó khăn

+ Khi cần phải dùng ổ ghép để dễ lắp, tháo (ví dụ đối với trục khuỷu).+ Khi ổ phải làm việc trong những điều kiện đặc biệt (trong nước, trongcác môi trường ăn mòn, ), vì vậy có thể chế tạo ổ trượt bằng những vật liệunhư cao su, gỗ, chất dẻo, thích hợp với môi trường

+ Khi có tải trọng va đập và dao động, ổ trượt làm việc tốt nhờ khảnăng giảm chấn của màng dầu

1.5.2 Ma sát và bôi trơn ổ trượt [15].

- Các dạng ma sát trong ổ trượt:

Tùy theo điều kiện bôi trơn ổ, có các dạng ma sát: ướt, nửa ướt, nửakhô và khô

+ Ma sát ướt: Ma sát ướt sinh ra khi bề mặt ngõng trục và ổ được ngăncách bởi lớp bôi trơn, có chiều dày lớn hơn tổng số độ mấp mô bề mặt:

h>Rz1+Rz2Nhờ có lớp dầu ngăn cách, ngõng trục và lót ổ không trực tiếp tiếp xúcvới nhau, do đó không bị mài mòn

+ Ma sát nửa ướt: Khi điều kiện trên không được thỏa mãn, nghĩa làlớp bôi trơn không đủ ngập các mấp mô bề mặt, thí có ma sát nửa ướt

Khi làm việc trong chế độ bôi trơn ma sát nửa ướt, ngõng trục và lót ổbị mài mòn

+ Ma sát khô: Là ma sát giữa các bề mặt tuyệt đối sạch trực tiếp tiếpxúc với nhau Hệ số ma sát khô cao hơn các hệ số ma sát khác, thường bằng0,4 ÷ 1

+ Ma sát nửa khô: Trong thực tế, dù được làm sạch rất cần thần, trêncác bề mặt làm việc bao giờ cũng có những màng mỏng khí, hơi ẩm hoặc mỡ,hấp phụ từ môi trường xung quanh Tuy bề dày của màng hấp thụ chỉ bằngvài phần mười nanômét, nhưng có tác dùng làm giảm hệ số ma sát khá nhiều

Định dạng
Số trang	52
Dung lượng	2,8 MB

Tài liệu tham khảo	Loại	Chi tiết
[1] Công nghệ bôi trơn. Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội, 2009	Khác
[2] Nguyễn Văn Khang, Dao động kỹ thuật. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2005	Khác
[3] Nguyen Van Thang, D.G. Arseniev and A.K. Belyaev. Distribution of the equilibrium of a shalf and define the angular speed of the ring in a floating ring bearing. 40 th International Summer School - Conference APM’ 2012.Repino, Saint Petersburg, Russia	Khác
[4] Нгуен Ван Тханг. Силы и моменты, действующие на ротор в упорном подшипнике скольжения, с учетом гидродинамики смазки и центробежных сил. Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико- математические науки.– 2011.– № 1(116).– С. 116–122	Khác
[5] A. Boyaci. H. Hetzer. W. Seemann. C. Proppe. J. Wauer. Analytical bifurcation analysis of a rotor supported by floating ring bearings. Nonlinear Dynamics, Springer, 2009	Khác
[6] Li,C.H. On the steady state and Dynamic performance charactoristics of floating ring bearings. Trans. ASME Journal of lubrication technology. 1981	Khác
[7] Li,C.H. Dynamics of Rotor Bearing System Supported by Floating Ring Bearings. Trans. ASME Journal of lubrication technology. 1982	Khác
[8] Myers,C.J. Bifurcation thoery applied to oil whirl in plain cylindrical journal bearing. ASME J. Appl.Mech. 1984	Khác
[9] Nakagawa,J.L. The effect of Variable Viscosity on the stability of plain journal bearings and Floating Ring Journal Bearings. ASME. 1973	Khác
[10] Troger, H. Steindl. A. Nonlinear Stability and Bifurcation Thoery. Springer. New York. 1991	Khác
[11] Rodhe, S.M and H.A. Ezzet. Analysis of Dynamically Loaded Floating Ring Bearings for Automotive Application. Trans. ASME Journal of lubrication technology. 1980	Khác
[12] Ngô Văn Quyết. Bộ môn kỹ thuật cơ sở, khoa cơ khí. Chi tiết máy	Khác
[13] Nguyễn Trọng Hiệp. Chi tiết máy. Nhà xuất bản giáo dục 2003	Khác
[15] Nguyễn Tuấn Linh. Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam. Giáo trình chi tiết máy – Trường đại học Công nghiệp Hà Nội	Khác