http//www.ebook.edu.vn
1
F. Bôi trơn
1. Bôi trơn màng chất lỏng
1.1. Mở đầu
Sự trợt giữa các bề mặt chất rắn nói chung đợc đặc trng bởi hệ số ma sát cao
và mòn khốc liệt quyết định bởi các tính chất riêng của bề mặt. Sự hấp thụ và hình
thành các lớp màng bề mặt trong không khí cho phép giảm ma sát và mòn sơ với bề
mặt sạch. Tuy nhiên không có gì đảm bảo cho sự tồn tại lâu dài của các lớp màng
này trong quá trình trợt nên các chất bôi trơn phải đợc đa vào vùng tiếp xúc
chung giữa hai bề mặt để giảm ma sát và mòn. Bôi trơn thờng đợc thực hiện ở cả
thể rắn và màng lỏng (khí hoặc chất lỏng).
Bôi trơn thể rắn là sử dụng vật liệu bôi trơn dới dạng bột hoặc lớp màng mỏng
trên bề mặt tiếp xúc để bảo vệ nó khỏi bị phá huỷ trong quá trình chuyển động tơng
đối. Bôi trơn thể rắn đợc sử dụng cho những tiếp xúc trợt hoặc ổ làm việc với tải
trọng lớn và tốc độ thấp hoặc các ổ bôi trơn thuỷ động yêu cầu dừng và khởi động
liên tục.
Một lớp màng mỏng khoảng chiều cao nhấp nhô của các bề mặt đối tiếp sẽ giảm
ma sát và mòn so với tiếp xúc trực tiếp. Một lớp màng dày giữa hai bề mặt trong
chuyển động tơng đối ngăn tiếp xúc xúc trực tiếp giữa hai bề mặt có thể cho hệ số
ma sát rất thấp đến (0,001-0,003) và mòn có thể bỏ qua. Trong phần này các vùng
bôi trơn màng chất lỏng sẽ đợc đề cập trong mối liên hệ với các dữ liệu và phân tích
toán học cũng nh ứng dụng của chúng trong bôi trơn ổ.
1.2. Vùng bôi trơn màng chất lỏng
Có 5 dạng bôi trơn cơ bản là thuỷ tĩnh, thuỷ động, thuỷ động đàn hồi, bôi trơn
hỗn hợp và bôi trơn biên chỉ ra trên hình E-1.
không có chuyển động trợt tơng đối. Hiệu ứng màng ép đợc ứng dụng để giảm
ma sát tại chỗ tiếp xúc.


bôi trơn mà các bề mặt rắn tiếp xúc gần nhau tới mức mà tơng tác giữa các lớp
màng đơn hoặc đa phân tử của chất bôi trơn và đỉnh các nhấp nhô rắn quyết định sự
tiếp xúc. Sự phá huỷ bề mặt bôi trơn boundary có thể là dính hoặc hoá học. Chất bôi
trơn boundary hình thành một lớp màng có sức bền cắt thấp (dễ cắt) trên các bề mặt
ổ dẫn đến làm giảm đến tới thiểu mòn do dính và mòn hoá.

1.3. Dòng chảy nhớt và phơng trình Râynôn
1.3.1. Độ nhớt và chất lỏng Niu tơn
1.3.1.1. Định nghĩa
Độ nhớt là lực cần thiết để gây ra sự trợt của một lớp màng chất lỏng. Lực này
là đại lợng đo lực ma sát trong lòng chất lỏng hoặc sức cản trợt. Giả sử có hai mặt
phân cách nhau bằng một lớp chất lỏng có chiều dày h và có chuyển động tơng đối
với vận tốc u
a
nh hình E-2. Lực tác dụng trên một đơn vị diện tích trợt hay ứng suất
cắt tỷ lệ với gradient vận tốc (du/dh) hay tốc độ biến dạng trợt

&
trong lớp chất
lỏng.

dh
du
A
F

===
&
(E-1)
Trong đó













=
0
0
11
exp
TT

(E-3)
http//www.ebook.edu.vn
4
Trong đó:

là hệ số độ nhớt phụthuộc vào nhiệt độ,

và

0
là độ nhớt của chất














+=
0
0
11
exp
TT
p

(E-5)
Khoa học nghiên cứu các tính chất của độ nhớt là một hàm số của tốc độ biến
dạng gọi là fluid rheology. Chất lỏng thoả mãn phơng trình (E-2) gọi là chất lỏng Niu
tơn nếu không gọi là chất lỏng phi Niu tơn. Các chất lỏng với cấu trúc phân tử lỏng
nh nớc và các hạt huyền phù rắn với mật độ cao thể hiện kiểu chất lỏng Niu tơn.
Trong các chất lỏng pseudo-plastic fluids, hiện tợng mỏng xảy ra khi tăng tốc độ
biến dạng gọi là mỏng trợt. Các chất lỏng này thờng có cấu trúc phân tử dài, có
hớng ngẫu nhiên và không có cấu trúc liên kết. Tác dụng của ứng suất tiếp có xu
hớng làm thẳng mạch các phân tử và giảm độ nhớt danh nghĩa. Trong chất lỏng nở

http//www.ebook.edu.vn
5
2. bôi trơn màng chất lỏng
2.1. Bôi trơn thuỷ tĩnh
Bôi trơn thuỷ tĩnh còn gọi là bôi trơn nhờ áp suất bên ngoài. Các bề mặt của ổ
đợc tách rời bằng cách cung cấp một dung dịch (chất lỏng hoặc khí) dới áp suất
nào đó tại bề mặt tiếp xúc chung từ bên ngoài tạo nên độ cứng và giảm chấn của ổ
cao. Kể cả trong quá trình khởi động và tắt máy không tồn tại sự tiếp xúc trực tiếp
giữa hai bề mặt rắn. Bôi trơn thuỷ tĩnh ứng dụng rộng rãi trong các ổ làm việc với tải
lớn và vận tốc thấp trong kính thiên văn, ra đa vvổ bôi trơn thuỷ tĩnh cho độ cứng
và giảm chấn cao tạo nên độ chính xác vị trí cao tải nhẹ vận tốc cao nh ổ của máy
công cụ, khoan răng tốc độ cao, máy li tâm siêu cao tốc. Tuy nhiên bôi trơn thuỷ tĩnh
phức tạp hơn thuỷ động, yêu cầu bơm áp suất cao và lọc chất lỏng cẩn thận.
Hình E-4: Sơ đồ (a) bôi trơn thuỷ tĩnh ổ trợt chặn khoét lỗ mặt đầu (b) Hệ thông
cung cấp chất bôi trơn.

Bằng cách cung cấp dung dịch áp suất cao vào vùng khoét lỗ mặt đầu (hình E-
4(a)), tiếp xúc giữa hai bề mặt ở mặt đầu có thể bị tách ra và lực ma sát sẽ giảm tới
giá trị nhỏ phụ thuộc vào độ nhớt. Việc lựa chọn tỷ lệ diện tích vùng hốc áp suất và
mặt đầu thich hợp quyết định khả năng tải tơng ứng của ổ. Hình E-4(b) mô tả sơ đồ
hệ thống bơm cao áp.

định vị vị trí của
phân tố, chất bôi trơn là không nén đợc. áp dụng phơng trình Raynolds đơn giản
dới dạng toạ độ cực trong vùng r
i
< r < r
0
ta có:

0=










r
p
r
r
(E-6)
Tích phân hai lần ta đợc: p = C
1
lnr + C
2
(E-7)


dph
q


=






=
(E-9)
Và tốc độ dòng chảy thể tích tổng sẽ là: Q = 2

rQ (E-10)
Kết hợp các phơng trình (E-8, 9, 10) ta đợc biểu thức của p theo Q.







=
r
r
h
Q
p

/ln2
2
/ln
/ln
0
22
0
0
0
2
0

=+=





(E-12)
Với một dạng hình học của ổ nhất định, khả năng tải của ổ tăng tuyến tính với áp
suất và không phụ thuộc vào độ nhớt. Vì thế bất kỳ chất bôi trơn nào không có tác hại
với vật liệu ổ đều có thể sử dụng. Độ cứng của lớp màng bôi trơn, mô men ma sát
cũng nh năng lợng mất mát có thể xác định theo các công thức trong tài liệu tham
khảo.
Các ổ bôi trơn thuỷ tĩnh có thể sử dụng một hoặc nhiều hốc áp suất hình vành
khăn, phần vành khăn hoặc hình chữ nhật.

2.2. Bôi trơn thuỷ động
Sự hình thành một lớp màng chất lỏng giữa các chi tiết máy có chuyển động
tơng đối với nhau giải quyết rất nhiều vấn đề về bôi trơn trong kỹ thuật. Khác với bôi