Tài liệu Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đo áp suất của ổ đỡ thuỷ động có kết nối máy tính

Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ VIỆT NAM BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO Độc lập - Tự do - Hạnh phúc TRƢỜNG Đ.H.B.K HÀ NỘI NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên: Nguyễn Tiến Long - CĐT3- K51 Vũ Hoàng Thanh- CĐT3- K51 Nguyễn Tiến Thành - CĐT3- K51 Hệ: Chính quy Nghành: Cơ điện tử Khoa: Cơ khí. I. Đầu đề thiết kế. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đo áp suất của ổ đỡ thuỷ động có kết nối máy tính. II. Các số liệu ban đầu. Máy thử nghiệm đo áp suất ổ đỡ thuỷ động BKM- 10 Công suất : 0,7 kW Tốc độ : 900v/ph, 1350 v/ph, 2000 v/ph Khối lượng : 70 kg III. Nội dung thuyết minh MỞ ĐẦU : LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MA SÁT HỌC CHƢƠNG I : LÝ THUYẾT BÔI TRƠN. CHƢƠNG II : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ MÁY ĐO ÁP SUẤT Ổ ĐỠ THỦY ĐỘNG BKM-10 CHƢƠNG III : THIẾT KẾ PHẦN CỨNG MÁY ĐO ÁP SUẤT Ổ ĐỠ THỦY ĐỘNG CHƢƠNG IV : THIẾT KẾ PHẦN MỀM MÁY ĐO ÁP SUẤT Ổ ĐỠ THỦY ĐỘNG CHƢƠNG V : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÁY ĐO ÁP SUẤT THỦY ĐỘNG Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 1 Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG VI : KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC KẾT LUẬN IV. Các bản vẽ. 01: Bản vẽ 3D toàn máy BKM-10. 02: Hình chiếu toàn máy BKM-10. 03: Bản vẽ sơ đồ động máy BKM-10. 04: Bản vẽ sơ đồ đặt tải lên ổ. 05: Bản vẽ lắp máy BKM-10. 06: Bản vẽ bạc ổ đỡ thủy động. 07: Bản vẽ trục vít bánh vít. 08:Bản vẽ 3D các chi tiết chính trong máy 09:Lưu đồ thuật toán của chương trình. V. Cán bộ hƣớng dẫn: PGS.TS : Phạm Văn Hùng Giảng viên : Trần Văn Thực VI. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày ……Tháng……Năm 2011 VII. Ngày hoàn thành thiết kế: Ngày……Tháng……Năm 2011 Cán bộ hƣớng dẫn Chủ nghiệm khoa Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 2 Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp Nhận xét của giáo viên hướng dẫn ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 3 Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp Nhận xét của giáo viên duyệt ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 4 Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 8 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MA SÁT HỌC ........................................... 10 1. Lịch sử phát triển trƣớc thế kỷ 20 ........................................................... 10 2. Lịch sử phát triển từ thế kỷ 20 ................................................................ 11 3. Phân loại các dạng bôi trơn ..................................................................... 13 4. Ý nghĩa nghiên cứu của nghành ma sát học lĩnh vực bôi trơn ................. 15 CHƢƠNG I: LÝ THUYẾT BÔI TRƠN ..................................................... 16 1. Vật liệu bôi trơn ...................................................................................... 16 1.1. Dầu gốc từ dầu gốc khoáng .......................................................... 16 1.2. Phụ gia ......................................................................................... 17 1.3. Đánh giá thông số chất bôi trơn .................................................... 17 1.4. Bôi trơn thủy động ....................................................................... 21 1.4.1. Giới thiệu chung........................................................................ 21 1.4.2. Phƣơng trình Reynold một chiều ............................................... 22 1.5. Ổ bạc trƣợt bề mặt với chiều rộng vô hạn..................................... 26 1.6. Nghiên cứu thiết kế ổ bạc đỡ trong thực tế ................................... 26 1.7. Các ổ trục đỡ phẳng ..................................................................... 34 1.8. Tác động của nhiệt đối với sự bôi trơn ổ trục ............................... 54 1.9. Những ảnh hƣởng đối với ổ đỡ thủy động .................................... 59 1.10. Sự mất ổn định trong những lớp thủy động lực .......................... 66 CHƢƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ MÁY ĐO ÁP SUẤT Ổ THỦY ĐỘNG BKM-10 ............................................................................. 70 1. Tính toán ổ đỡ bôi trơn thủy động tải trọng tĩnh...................................... 70 2. Tính toán và thiết kế các chi tiết bộ phạn của máy BKM-10 ................... 73 2.1. Chọn động cơ ............................................................................... 73 2.2. Tính toán bộ truyền đai ................................................................ 75 2.3. Chi tiết trục .................................................................................. 80 2.4. Ổ lắp trục công tác ....................................................................... 88 2.5. Tính toán truyền động trục vít ...................................................... 92 2.6. Các chi tiết khác ........................................................................... 97 Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 5 Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG MÁY ĐO ÁP SUẤT Ổ ĐỠ THỦY ĐỘNG .......................................................................................... 100 3.1. Cơ sở lý thuyết ................................................................................... 100 3.2. Nguyên lý đo và lấy áp suất ............................................................... 101 3.3. Thiết kế mạch lấy tín hiệu cho máy .................................................... 102 3.3.1. Tìm hiểu các thành phần cơ bản của mạch lấy tín hiệu ............ 102 3.2.2. Chọn các thành phần cơ bản của mạch lấy tín hiệu.................. 121 3.3.Mạch điều khiển động cơ 1 chiều........................................................ 123 3.3.1 Mục đích .................................................................................. 123 3.3.2.Cơ sở lý luận ............................................................................ 123 3.4. Mạch xử lý giao tiếp với máy tính ..................................................... 136 CHƢƠNG IV: THIẾT KẾ PHẦN MỀM MÁY ĐO ÁP SUẤT Ổ ĐỠ THỦY ĐỘNG ...................................................................................................... 158 4.1. Giới thiệu các chƣơng trình viết giao diện ......................................... 158 4.1.1. Giới thiệu về Visual Basic ....................................................... 158 4.1.2. Giới thiệu về LabVIEW .......................................................... 159 4.2. Chọn chƣơng trình viết giao diện của máy đo áp suất thủy động........ 161 CHƢƠNG V: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÁY ĐO ÁP SUẤT Ổ ĐỠ THỦY ĐỘNG BKM-10 ........................................................................... 177 5.1. Sơ đồ độngvà nguyên lý hoạt động của máy BKM-10 ....................... 177 5.1.1. Sơ đồ động của máy ................................................................ 177 5.1.2. Nguyên lý hoạt động của máy. ................................................ 178 5.2. Kết cấu ổ thực nghiệm ....................................................................... 178 5.3. Sơ đồ đặt tải ....................................................................................... 179 5.4. Kết nối máy tính và đƣa kết quả đo ra màn hình ................................ 179 5.4.1. Sơ đồ mạch kêt nối với máy tính ............................................. 179 5.4.2. Sơ đồ khối mạch điều khiển .................................................... 180 5.4.3. Lƣu đồ thuật toán .................................................................... 181 CHƢƠNG VI: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC ................................................... 182 6.1. Mô hình hoàn thiện máy say khi lắp ráp............................................. 182 6.2. Mạch điều khiển máy ......................................................................... 183 6.3. Giao diện thực hiện của máy .............................................................. 184 Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 6 Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp 6.3.1. Nhiệm vụ của giao diện ........................................................... 184 6.3.2. Giao diện chƣơng trình............................................................ 184 6.4. Kết quả đo đƣợc từ máy BKM-10 ...................................................... 185 KẾT LUẬN ............................................................................................. 192 Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 7 Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp MỞ ĐẦU Lịch sử phát triển đã chứng minh loại ổ thủy động mang lại lợi ích lớn. Bạc nhỏ hơn, rẻ hơn, yêu cầu bảo trì ít, tuổi thọ kéo dài hơn và hiệu quả hơn. Màng dầu cũng tạo ra nhiều lợi ích trong khả năng hấp thụ sốc và cho phép giảm chấn động nhƣ một thông số thiết kế để kiểm soát rung động. Với những lại ích lớn cho phép thiết kế để sử dụng rộng rãi cho nhiều ứng dụng khác nhau. Quả thực, với phát minh này đã tạo ra khả năng phát triển các máy công nghệ cao nhƣ ngày hôm nay. Trong 30 năm gần đây, kỹ thuật ma sát bôi trơn đã tiếp nhận nhƣ một thành tựu mới trong lĩnh vực tìm hiểu cơ chế mòn, ma sát tƣơng tác của các vật rắn, cơ chế bơi trơn và kể cả nguyên lý phân tử. Trong thực tiễn đã xuất hiện nhiều loại vật liệu mới có tính chống mài mòn và ma sát rất cao, vật liệu bôi trơn tổng hợp có hiệu suất cao, xuất hiện các phƣơng pháp thiết kế công nghệ đảm bảo tuổi thọ và độ tin cậy của các cụm máy và chi tiết máy trên cơ sở mòn và ma sát. Hiện nay tại nƣớc ta có rất ít máy có khả năng cung cấp đầy đủ và chính xác thông tin cần thiết, phục vụ cho xu hƣớng tính toán thiết kế ổ đỡ thủy động. Do đó nhóm em đã chọn đề tai: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đo áp suất của ổ đỡ thủy động” để cung cấp số liệu một cách chính xác, cụ thể và tự động cho việc thiết kế ổ thủy động. Sau một thời gian nỗ lực làm việc và nghiên cứu của nhóm, cùng với sự hƣớng dẫn tận tình của các thầy cô, các bạn, nhóm đã hoàn thành xong bản đồ án này. Chúng em xin gủi lời cảm ơn tới các thầy cô bộ môn máy và ma sát học, đặc biệt là thầy giáo PGS.TS Phạm Văn Hùng và thầy giáo Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 8 Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Thực đã tận tình trực tiếp hƣớng dẫn, giúp đỡ nhóm trong suốt quá trình làm đồ án. Do điều kiện thời gian và cũng do trình độ, kinh nghiệm có hạn nên chắc chắn bản đồ án này không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót, hạn chế. Chúng em rất mong nhận đƣợc những ý kiến phản hồi, đóng góp của thầy cô và các bạn để bản đồ án của nhóm đƣợc hoàn thiện hơn. Một lần nữa chúng em xinh chân thành cảm ơn!!!!!!!! Hà Nội, ngày 1 tháng 6 năm 2011 Nhóm sinh viên: Nguyễn Tiến Long Vũ Hoàng Thanh Nguyễn Tiến Thành Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 9 Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MA SÁT HỌC 1. Lịch sử phát triển trƣớc thế kỷ 20 Về mặt lý thuyết phát minh đầu tiên thuộc về Leonard de vinci (14521519) trên các hiệu ứng ma sát và đƣa ra các khái niệm về hệ số ma sát. Những sơ đồ về nguyên lý nhằm giảm hệ số ma sát của Ông cho đến nay vẫn mang tính thực tiễn cao. Cuộc cách mạng khoa học lần thứ I (1500-1783) đã ghi nhận những bƣớc phát triển quan trọng của nghành ma sát học trong cơ khí, đáp ứng nhu cầu chế tạo trang thiết bị ngày càng phức tạp hơn. Tiêu biểu trong thời kỳ này là các công trình của Benard de Berlidor (1697-1761) về kỹ thuật dẫn hƣớng và nâng, ngoài ra còn có công trình của Euler (17071783) về tính toán hệ số góc ma sát, về hiệu ứng nhấp nhô bề mặt. Công nghiệp phát triển với tốc độ ngày càng cao đã kéo theo việc đẩy nhanh tốc độ nghiên cứu và ứng dụng về ma sát và bôi trơn. Trong thời kỳ này vấn đề đƣợc 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, mối quan hệ của tải trọng với đặc tính tĩnh và động của các cặp ma sát. Từ đó ma sát học ngày càng đƣợc nghiên cứu sâu rộng hơn. Có thể kể đến các công trình G.A.Hirn (1851-1890), N.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 chất lỏng đơn giản của Stock, hình thành phƣơng trình tổng quát chuyển động cả chất lỏng của L.H.Navier (17851836), luật chảy của J.M.Poiseuille(1799-1869). Đặc biệt là phƣơng trình tổng quát bôi trơn thủy động đƣợc Osborne Reynold(1842-1912) công bố vào năm 1886 phƣơng trình Reynold đánh dấu bƣớc phát triển nhảy vọt, nó đã đặt nền móng cho mọi nghiên cứu về bôi trơn cho đến nay. Xuất phát từ Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 10 Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp phƣơng trình Navier Stockes và với các giả thiết về dòng chảy của màng dầu bôi trơn, dạng cơ bản của nó là: x h3 p x z h3 p z 6 U 0 U1 h 2V1 x Lý thuyết của Reynold đã đƣợc sử dụng rộng rãi bắt đầu từ thế kỷ 20 trong việc nghiên cứu các cơ hệ bôi trơn: hệ thống Ổ thủy động, bôi trơn thủy động đàn hồi với các chế độ dòng chảy và vật liệu khác nhau. Hơn nữa nó còn thúc đẩy các lĩnh vực khác có liên quan đến kỹ thuật bôi trơn nhƣ hóa học, gia công cơ khí, phƣơng pháp tính. 2. Lịch sử phát triển từ thế kỷ 20 Kỹ thuật bôi trơn đƣợc kể đến nhƣ là một nghành đầu tiên đƣợc nghiên cứu rất mạnh trong khoa học về ma sát học. Trƣớc hết là các công trình xoay quanh phƣơng pháp giải phƣơng trình Reynold. Năm 1905 A.G.Michell (1870-1959) đã chỉ ra đƣợc sự giảm áp suất ở phần biên của màng dầu bôi trơn giữa hai tấm phẳng kích thƣớc giới hạn. Vào năm 1904 ngƣời ta có phƣơng pháp giải bằng giải tích cho ổ dài với điều kiện biên mang tên gọi tác giả. Cho đến nay của J.W.Sommerfield (1868-1951). Tuy nhiên do chƣa có tính đến sự gián đoạn của màng dầu nên áp suất ở vùng ra của màng dầu không thực tế (áp suất âm). Đến năm 1941 L.F.Gumbel (18741923) đã đề nghị bỏ qua miền áp suất âm ở trên khi tính ổ. Sau đó năm 1923 H.B.Swift ( 1894-1960 ) đã xác định có vùng áp suất bão hòa của màng dầu và định ra điều kiện biên của Reynold tính đến sự bảo toàn lƣu lƣợng của màng dầu. Đó chính là cơ sở cho thuật toán giải số của Chrstopherson năm 1941. Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 11 Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp Bằng phƣơng pháp tƣơng tự đến năm 1931 A.Kingsbury (1863-1943) đã trình bày phƣơng pháp giải gần đúng phƣơng trình Reynold. Đối với Ổ có chiều dài nhỏ so với đƣờng kính, giải pháp bỏ qua gradient áp suất theo chu vi năm 1953 của F.W.Ocvirk (1913-1967). Cuối cùng giải tổng quát và trọn vẹn phƣơng trình Reynold dạng vi phân đạo hàm riêng, ngƣời ta sử dụng phƣơng pháp số. Các phƣơng pháp đầu tiên đã đƣợc trình bày bởi Cameron và Wood năm 1949 rồi qua Pincus, Raimondi và Boyd năm 1958. Đến nay nhờ vào sự phát triển phi thƣờng các công cụ tính toán nên các lời giải cho các kết cất bôi trơn đã đƣợc giải quyết nhanh chóng và cho ứng dụng rộng rãi đáng tin cậy. Việc sử dụng chất bôi trơn có độ nhớt thấp hay tăng tốc độ trƣợt trong bôi trơn thủy động sinh ra hiệu ứng làm thay đổi chế độ chảy của màng dầu. Các phân tích đầu tiên về bôi trơn với dòng chảy xoắn và rối thuộc về nghiên cứu của G.I.Taylor năm 1923. Công thức tính đến lực quán tính của màng dầu ở đây đƣợc trình bày bởi Slezkin và Tazg năm 1946 và của D.Wilcock năm 1950. Trong bôi trơn biến động tính chất chảy của loại vật liệu này đã đƣợc đặc trƣng bởi định luật của Bingham từ đầu thế kỷ những ứng dụng trong bôi trơn đã đƣợc ghi nhận trong các công trình của R.Powell và H.Eyring năm 1944 và A.Sisko năm 1958. Có rất nhiều công trình nghiên cứu về hiệu ứng trên chế độ chảy của màng dầu trong bôi trơn. Nhƣng do phƣơng trình mô tả dạng phi tuyến, nên việc xem xét cơ hệ bôi trơn ở đây vẫn luôn là vấn đề thời sự. Một dạng bôi trơn với các tính năng đặc biệt là bôi trơn thủy tĩnh và khí tĩnh, các bề mặt ma sát hoàn toàn bị tách rời, ngay cả ở trạng thái tĩnh bởi màng dầu có áp suất cao. Nó cho phép sự chính xác và tin cậy của thiết bị. Năm 1971 L.Rayleigh đã giới thiệu các tính toán đầu tiên và khả năng tải và Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 12 Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp mômen ma sát của một ổ trục bôi trơn thủy tĩnh. Tuy dạng bôi trơn này yêu cầu một phức hợp thủy lực kèm theo, nhƣng nó ngày càng đƣợc ứng dụng phổ biến, đặc biệt là các ổ chịu tải lớn đòi hỏi độ chính xác cao. Trong trƣờng hợp màng dầu bôi trơn có áp suất đủ lớn để gây ra sự biến dạng bề mặt ma sát, ngƣời ta có dạng bôi trơn thủy động đàn hồi. Ví dụ trong bôi trơn và các mô hình hóa dòng chảy trong tiếp xúc hẹp của Martin năm 1946. Cũng nhờ vào phƣơng tiện tính toán số, song đây là dạng bôi trơn phức tạp nên hiện nay còn tồn tại sự sai khác giữa lý thuyết và thực tế. Và cơ sở của dạng bôi trơn này vẫn là mục đích của hàng loạt nghiên cứu. Nhằm tổng quát hóa các nội dung nghiên cứu về bôi trơn, mới đây năm 1970 các kết quả nghiên cứu của M.Godel và cộng sự tại ISNA Lyon với mô hình ba vật thể ( trios cop ) đặc trƣng cho hai bề mặt ma sát. Việc xác định các đặc tính tĩnh của lớp vật liệu đó cho phép xác định đầy đủ hơn các thông số của toàn bộ vùng tiếp xúc. 3. Phân loại các dạng bôi trơn Tùy theo điều kiện bôi trơn ổ, ma sát đƣợc chia ra các dạng: + Theo trạng thái bôi trơn có ma sát khô, ma sát ƣớt và ma sát nửa ƣớt. + Theo vật liệu bôi trơn có bôi trơn chất rắn (graphit, bisunfune, modyphene) bôi trơn chất lỏng (nƣớc, dầu, mỡ) và bôi trơn chất khí. - Ma sát khô là ma sát trong đó hai bề mặt ma sát tiếp xúc nhau tuyệt đối sạch và không đƣợc bôi trơn bằng bất cứ chất bôi trơn nào, trong ma sát khô hệ số ma sát cao hơn nhiều so với các dạng ma sát khác. - Ma sát ƣớt là ma sát trong đó hai bề mặt ma sát đƣợc ngăn cách nhau bởi một chất bôi trơn có chiều dày lớn hơn tổng chiều số độ nhấp nhô của hai Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 13 Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp bề mặt ma sát, chuyển động tƣơng đối giữa hai bề mặt đó bị cản bởi nội ma sát của chất bôi trơn nói chung là rất nhỏ. h > Rz1 + Rz2 - Ma sát nửa ƣớt phụ thuộc vào chất lƣợng dầu bôi trơn và tính chất vật liệu bề mặt ma sát. - Trong thực tế, không có ma sát khô bởi vì dù thế nào hai bề mặt ma sát cũng không thể là sạch tuyệt đối, môi trƣờng xung quanh ít nhất cũng có hơi nƣớc bao phủ. Bôi trơn ma sát ƣớt là bôi trơn có lợi nhất và đƣợc nghiên cứu ứng dụng nhiều nhất. Bôi trơn thủy tĩnh. - Bôi trơn thủy tĩnh là dạng bôi trơn có bơm dầu vào ổ với áp suất cao đủ để nâng trục tách khỏi ổ và bổi trong màng dầu. Phƣơng pháp này đòi hỏi có trang thiết bị khá phức tạp và đắt tiền, nó chỉ đƣợc dùng với những ổ trục đặc biệt quan trọng trong các máy đặc chủng. - Bôi trơn thủy động là dạng bôi trơn trong đó tính chất động học đƣợc lợi dụng để tạo điều kiện cho dầu bôi trơn chảy vào khe hở giữa trục và ổ với áp suất cân bằng tải trọng bên ngoài. Dạng bôi trơn này rất thuận lợi vì vậy nó đƣợc dụng phổ biến hơn, tùy theo hệ số Reynold: R Vh Mà có các dạng bôi trơn tuyến tính, bôi trơn lƣu động phi tuyến (thƣờng đối với chất bôi trơn mỡ có R nhỏ, hay độ nhớt cao) và bôi trơn rối (đối với chất bôi trơn là khí hay nƣớc). Bôi trơn dƣới áp lực cao có biến dạng các bề mặt ma sát gọi là bôi trơn thủy động đàn hồi, thƣờng thấy ở ổ lăn, ổ chịu tải lớn hay cặp bánh răng ăn khớp. Tuy nhiên, một kết cấu bôi trơn bao giờ cũng là tổng hợp của các dạng bôi trơn khác nhau, vì thế khi tính toán một kết cấu bôi trơn thƣờng phải giải Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 14 Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp quyết đồng thời nhiều bài toán mới có thể đáp ứng tƣơng đối đầy đủ các khía cạnh kỹ thuật khác nhau. 4. Ý nghĩa nghiên cứu của nghành ma sát học lĩnh vực bôi trơn Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp hiện đại, sự ra đời của các loại máy móc hiện đại làm việc ở tốc độ rất cao cộng với môi trƣờng khắc nghiệt. Ngoài các yếu tố khách quan nhƣ: Vật liệu có độ chĩnh xác, chế tạo các chi tiết cơ khí…. Thì vấn đề về ma sát cũng có ý nghĩa vô cùng quan trọng, và nghành ma sát học đã đảm nhận nhiệm vụ nghiên cứu về các vấn đề về bôi trơn ma sát và mài mòn. Từ đó sẽ tạo ra môi trƣờng làm việc tối ƣu cho các cơ cấu. Với những thành tựu của nghành khoa học này thì hiện nay các máy cơ khí, các cơ cấu khí … Đã có thể hoạt động ở tốc độ ngày càng cao và tăng tuổi thọ các chi tiêt. Nhƣ vậy thông qua việc nâng cao năng suất lao động, thúc đẩy sản xuất phát triển mạnh mẽ nền kinh tế, hiện đại hóa công nghiệp ở mức độ cao. Đông đảo các nhà thiết kế, các nhà công nghệ và các nhà khoa học đang cố gắng đƣa ra những biện pháp nhặm nâng cao hiệu quả ứng dụng các tính chất của ma sát trong kỹ thuật và cuộc sống. Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 15 Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG I: LÝ THUYẾT BÔI TRƠN 1. Vật liệu bôi trơn 1.1. Dầu gốc từ dầu gốc khoáng 1.1.1. Tính chất vật lý và hóa học của dầu gốc Các phân đoạn dầu thô thích hợp cho sản xuất dầu gốc cho các sản phẩm có khoảng nhiệt độ sôi khác nhau nhờ quá trình chƣng cất chân không, chúng chứa các hydrocacbon sau: Prafin mạch thẳng và mạch nhánh.. Hydrocacbon no đơn và đa vòng (napten) có các cấu trúc vòng xyclohenxan gắn với mạch nhánh parafin . Các hydrocacbon thơm đơn vòng và đa vòng chủ yếu chứa các mạch nhánh ankyl . Các hợp chất hữu cơ có chứa vọng napten. Vòng thơm và mạch nhánh trong cùng một phân tử . Các hợp chất hữu cơ có chứa các dị nguyên tử, chủ yếu là các hợp chất chứa lƣu huỳnh, nitơ và nhôm . Các parafin mạch thẳng dài là loại sáp rắn nên hàm lƣợng của chúng trong dầu bôi trơn phải giảm tới mức nhỏ nhất. Mặt khác izoparafin (Parafin mạch nhánh) là thành phần rất tốt trong dầu bôi trơn vì chúng có độ ổn định nhiệt và tính nhiệt tốt. Trong thực tế dầu gốc khoáng là hỗn hợp của các phân tử đa vòng có đính mạch nhánh parafin. Việc phân loại dầu gốc khoáng thành dầu gốc parafin, neptan hoặc tùy thuộc vào loại dầu hydrocacbon nào chiếm ƣu thế. 1.1.2. Cách gọi tên và phân loại dầu gốc Nói chung dầu gốc đƣợc phân loại thành: - Dầu có chỉ số độ nhớt cao (HVI) Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 16 Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp - 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) thƣờng coi là dầu HVI, nếu VI < 30 thì coi là dầu LVI. 30 < VI <85 dầu MVI, tuy vậy kỹ nghệ hydrocrackinh có thể tạo ra dầu gốc có chỉ số độ nhớt rất cao (VHVI) hoặc siêu cao (VHVI). Dầu LVI đƣợc sản xuất từ phân đoạn dầu nhớt neptan, nó đƣợc dùng khi mà chỉ số độ nhớt và độ ổn định oxy hóa không chú trọng lắm. 1.2. Phụ gia Phụ gia là những chất hữu cơ, cơ kim và vô cơ, thậm chí là các nguyên tố đƣợc thêm vào các chất bôi trơn thƣờng mỗi loại phụ gia đƣợc dùng ở nồng độ từ 0,01%-5% tuy nhiên nhiều trƣờng hợp một số phụ gia có thể đƣợc đƣa vào ở một khoảng nồng độ dao động từ vài phần triệu đến10%. Phần lớn các loại dầu nhờn cần nhiều loại phụ gia để thỏa mãn tất cả các yêu cầu tính năng. Một số phụ gia nâng cao những phẩm chất sẵn có của dầu, một số khác tạo cho dầu những tính chất cần thiết mới. Các loại phụ gia khác nhau có thể hỗ trợ lẫn nhau, gây ra hiệu ứng tƣơng hỗ, hoặc chúng có thể dẫn đến phản ứng đối kháng. 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. 1.3. Đánh giá thông số chất bôi trơn 1.3.1. Định nghĩa độ nhớt Ngƣời ta đánh giá tính năng của dầu chủ yếu thông qua độ nhớt loại dầu. Độ nhớt của chất lỏng là lực tiếp tuyến trên một đơn vị diện tích dùng trong Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 17 Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp quá trình chuyển động tƣơng đối với vận tốc một đơn vị giữa hai mặt phẳng nằm ngang ngăn cách bởi một lớp dầu một đơn vị. 1.3.2. Đơn vị độ nhớt Từ quan hệ xy dv dx Chúng ta rút phƣơng trình thứ nguyên của độ nhớt động học ML 1T 1 Trong cơ học chất lỏng ngƣời ta đƣa vào tính toán tỉ số v tỷ số giữa độ nhớt động lực học và khối lƣợng riêng chất lỏng, v đƣợc gọi là độ nhớt động học, thứ nguyên của nó là v L2T 1 Đơn vị độ nhớt động lực học trong hệ tiêu chuẩn (SI) là Pa.s tƣơng ứng là poisuelle (PI). Đó chỉ là hệ số tỷ lệ của chất lỏng mà trong đó có ứng suất trƣợtlà 1N/m2 ứng với gradien vận tốc 1/s Trong C.G.S đơn vị đo độ nhớt động lực học là Poise (Po), thực tế ngƣời ta thƣờng dùng là cPo (centipoise) hoặc mPa.s (mili pascal.giây) nó tƣơng ứng với độ nhớt đơn vị của nƣớc ở 20oC. Trong hệ CGS đơn vị đo độ nhớt động học là Stokes (St) trong thực tế cần dùng centiStockes (cSt). Không tồn tại đơn vị độ nhớt động học trong tiêu chuẩn SI. Bảng 1.3 đƣa ra các đơn vị đo độ nhớt. Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 18 Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp Bảng 1.1 Bảng đơn vị độ nhớt Độ nhớt Đơn vị thứ nguyên -1 -1 ML T L2T-1 CGS SI Poise Pascal.second (g/cm.s) Pa.s Stokes 2 (Cm /s) m2/s Chuyển đổi 1cPo=1mPa.s 1cSt=1mm2/s 1.3.3. Đo độ nhớt Để đo độ nhớt của chất lỏng ngƣời ta sử dụng các nhớt kế, chúng đƣợc chia thành các loại: + Nhớt kế tuyệt đối. Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 19 Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp + Nhớt kế mao dẫn. + Nhớt kế Couette Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 20