Luận văn
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

Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 1

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ VIỆT NAM
TRƢỜNG Đ.H.B.K HÀ NỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc 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

Ngày ……Tháng……Năm 2011
VII. Ngày hoàn thành thiết kế:
Ngày……Tháng……Năm 2011

Cán bộ hƣớng dẫn Chủ nghiệm khoa

Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp

Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 3

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn



Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp

Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 5

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

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
Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp

Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 7

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

Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp

Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 9

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

Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp

Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 10

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 (1452-
1519) 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

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 (1874-
1923) 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.
Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp

Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 12

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

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, mod-
yphene) 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
Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp

Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 14

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 > R
z1
+ R
z2


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.

Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp

Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 16

CHƢƠNG I: LÝ THUYẾT BÔI TRƠN
1. Vật liệu bôi trơn
1.1. Dầu gốc từ dầu gốc khoáng

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
Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp

Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 18

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.

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.
Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp

Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 19

Bảng 1.1 Bảng đơn vị độ nhớt
Độ nhớt
Đơn vị thứ
nguyên
CGS
SI
Chuyển đổi

ML
-1
T
-1
Poise
(g/cm.s)
Pascal.second
Pa.s
1cPo=1mPa.s

L
2
T
-1
Stokes
(Cm

Saybolt (Mỹ), Reywood (Anh) và Engler (Châu Âu). Các loại độ nhớt này
đƣợc đo và biểu diễn bằng thời gian chảy của một thể tích chất lỏng xác định
qua một ống chuẩn. Các loại độ nhớt trên gọi là độ nhớt kinh nghiệm.

1.4. Bôi trơn thủy động
1.4.1. Giới thiệu chung
Với một số trƣờng hợp quan trọng, cơ cấu kỹ thuật máy móc phải giải
quyết tải trọng tiếp xúc, sự trƣợt bề mặt sẽ hoạt động theo ý của ngƣời thiết
kế, đó là không thể tăng đến mức bề mặt bị phá hủy và mài mòn, khi chúng
đƣợc cung cấp đủ chất bôi trơn. Chất bôi trơn có thể tác động trong hai
trƣờng hợp riêng biệt nhƣng không nhất thiết phải loại trừ lẫn nhau. Chức
năng đầu tiên của nó có thể tách ly vật lý bề mặt bằng cách đặt giữa chúng
một chất có tính dính kết, màng nhớt là tƣơng đối dày (lớn hơn độ nhám bề
Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp

Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 22

mặt). Trong ổ thủy tĩnh màng này tạo thành do sự cung cấp của bơm từ bên
ngoài và vì vậy sự tạo thành màng phụ thuộc vào sự hoạt động liên tục của
nguồn năng lƣợng bên ngoài. Trong ổ thủy động sự tạo thành màng dựa vào
đặc điểm hình học, chuyển động của bề mặt (đúng nhƣ từ thủy động) với độ
nhớt sẵn có của chất lỏng. Vai trò thứ hai của chất bôi trơn tạo thêm màng
mỏng bảo vệ bề mặt chi tiết, hay cả chi tiết, ngăn cản tối thiểu việc tạo ra bề
mặt cứng và sự phá hủy ở chỗ tiếp xúc. Nếu lớp bảo vệ này có độ bền cắt
tƣơng đối thấp thì lực ma sát có thể giảm: cơ chế cản ma sát giới hạn đƣợc
biết nhƣ ranh giới chất bôi trơn. Ranh giới của màng nói chung là rất mỏng,
có thể một vài phần tử đặc và sự tạo thành và tồn tại phụ thuộc rất nhiều vào
sự tƣơng tác vật lý và hóa học giữa các thành phần chất bôi trơn và bề mặt
chi tiết. Ở chƣơng này chúng ta sẽ nghiên cứu sự hình thành màng bôi trơn
thủy động: ranh giới sự bôi trơn đƣợc xem xét.

x z z x
xz

Trong đó:
p: Là áp suất chất bôi trơn, là ứng suất cắt trên mặt chi tiết
máy, rút gọn hai vế ta có:
p
xz

Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp

Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 24

Trên cơ sở chất lỏng chảy qua ống là chất lỏng Newton với độ nhớt ,
chúng ta có thể liên hệ giá trị của ứng suất cắt với gradient vận tốc theo
phƣơng z, vì vậy ta có:
u
z

Trong đó u là vận tốc trƣợt theo phƣơng x, thay thế vào ta có phƣơng
trình:
2
2
pu
xz

Bây giờ ta giả sử chiều dày h nhỏ hơn nhiều so với kích thƣớc ổ theo
phƣơng Ox và Oy, chúng ta có thể tạo áp suất không đổi qua chiều dày màng
chất bôi trơn, p có thể là hàm số đối với biến x giá trị của P không phụ thuộc
vào y và z và trở thành phƣơng trình sau: