Luận văn: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đo áp suất của ổ đỡ thuỷ động có kết nối máy tính. pptx

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

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

Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 2

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




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 4

Nhận xét của giáo viên duyệt

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

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

Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 6

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
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 8

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

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

kỹ thuật dẫn hƣớng và nâng, ngoài ra còn có công trình của Euler (1707-
1783) 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 (1785-
1836), 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
Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp

Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 11

phƣơng trình Navier Stockes và với các giả thiết về dòng chảy của màng dầu
bôi trơn, dạng cơ bản của nó là:
33
0 1 1
62
p p h
h h U U V
x x z z 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 (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

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

Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 13

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, 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

- 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:
Vh
R

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

Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 15

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.







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

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 xyclohen-
xan 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)
Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp

Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 17

- 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
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.

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
11
ML T
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
21
v L T

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/m
2
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 20
o
C.
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.
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

2
/s)
m
2
/s
1cSt=1mm
2
/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.

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

Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 20

+ Nhớt kế mao dẫn.

+ Nhớt kế Couette

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

Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 21

+ Nhớt kế đĩa phẳng-côn
+ Nhớt kế bi rơi

Trong thực tế sử dụng dầu hiện nay ngƣời ta còn sử dụng độ nhớt

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.

Tất cả sự tác động của ổ thủy động phụ thuộc vào sự chuyển động của
chúng trên sự có mặt hội tụ, khe hở hình chêm đƣợc tạo thành do sự chuyển
động của trục. Áp suất đƣợc tạo ra hƣớng tới đẩy các bề mặt phân cách chêm
và nó là sự kết hợp. Vấn đề phức tạp của ổ thủy động là mối quan hệ giữa
vận tốc trƣợt, đặc điểm hình học bề mặt, đặc tính chất bôi trơn và độ lớn của
tải trọng mà ổ có thể đỡ.
1.4.2. Phƣơng trình Reynold một chiều
Sự phân tích ổ thủy động đƣợc biểu diễn (trục đƣợc nâng đỡ bằng
ngỗng trục) lần đầu tiên đƣợc thử nghiệm vào năm 1986 do nhà khoa học
Reynold thực hiện và ông đã đặt tên cho phƣơng trình này tên ông: phƣơng
trình Reynold. Dƣới đây là phƣơng trình Reynold thu gọn, mặc dù phƣơng
trình này khá đơn giản nhƣng nó là một ứng dụng quan trọng trong kỹ thuật.
Chúng ta bắt đầu bằng việc xét sự cân bằng của phần tử chất lỏng trong khe
hẹp với chiều dày màng dầu, đƣợc biểu diễn hình. Độ lớn chiều dày màng
Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp

Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 23

dầu h biến đổi từ độ lớn h
i
trên đầu vào đến giá trị h
0
tại đầu ra. Oxy là tập
hợp các trục không chuyển động trong đó chúng ta xem xét sự chuyển động
của bề mặt và màng dầu.

Hình 1.1 Biểu đồ thể hiện sự không ổn định của chất lỏng
Lấy đơn vị chiều sâu theo phƣơng pháp tuyến với tờ giấy chúng ta có
phƣơng trình cân bằng lực trên chi tiết:
p

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:

2
2
dp u
dx z

Tích phân hai lần phƣơng trình độc lập với x ta có:
2
2
dp z
u az
dx

Trong đó:
và là hằng số
Bây giờ ta cung cấp điều kiện biên tại bề mặt các khối mà vận tốc tại
đó bằng vận tốc tại nơi tiếp xúc giữa các khối. Chọn u = U tại z = 0 và u = 0
tại z = h ta có thể tìm thấy đƣợc các hằng số và vì vậy phƣơng trình trở
thành:
1
1
2
dp z
U z z h U
dx h

Sự phân bố vận tốc trong màng chất lỏng la sự tổ hợp của phân tố pa-
rabol. Sự biến đổi tuyến tính của vận tốc trƣợt đặc trƣng bởi điều kiện sau: