Nghiên cứu đánh giá khả năng tải của một số loại dầu công nghiệp theo tiêu chuẩn astm

Đại học Bách khoa Hà Nội

GVHD: PGS.TS Bùi Tuấn Anh

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG
TẢI CỦA MỘT SỐ LOẠI DẦU CÔNG
NGHIỆP THEO TIÊU CHUẨN ASTM
ĐÀO TIẾN CƯỜNG

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

Giảng viên hướng dẫn:

PGS. TS. Bùi Tuấn Anh

Khoa:
Trường:

Chế tạo máy
Cơ khí

Chữ ký của GVHD

HÀ NỘI, 4/2023
1


Đại học Bách khoa Hà Nội

GVHD: PGS.TS Bùi Tuấn Anh

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Nghiên cứu đánh giá khả năng tải của một
số loại dầu công nghiệp theo tiêu chuẩn ASTM
ĐÀO TIẾN CƯỜNG

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

Giảng viên hướng dẫn:

PGS. TS. Bùi Tuấn Anh

Khoa:
Trường:

Chế tạo máy
Cơ khí

Chữ ký của GVHD

HÀ NỘI, 4/2023

2


Đại học Bách khoa Hà Nội

GVHD: PGS.TS Bùi Tuấn Anh

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: …………………………………........……………..
Đề tài luận văn: ………………………………………….....……………...............….

Chuyên ngành:……………………………...…………………........................…..........

Mã số SV:………………………………….. …………………....................................…...
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận
tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng
ngày….........................………… với các nội dung sau:
……………………………………………………………………………………………………..………
……………………………………………………………………………………………..……………………
………………………………………………………………………………..…………………………………
…………………………………………………………………..………………………………………………
……………………………………………………..……………………………………………………………
………………………………………..…………………………………………………………………………
…………..

Ngày
Giáo viên hướng dẫn

tháng

năm

Tác giả luận văn

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

3


Đại học Bách khoa Hà Nội

GVHD: PGS.TS Bùi Tuấn Anh

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Bùi Tuấn Anh - Trường Cơ
khí, Đại học Bách Khoa Hà Nội, người đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng
đề tài đến quá trình viết và hồn chỉnh Luận văn.
Tác giả bày tỏ lịng biết ơn đối với Ban lãnh đạo và Viện đào tạo Sau đại học,
Trường Cơ khí, Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành
bản Luận văn này.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn khơng tránh khỏi sai sót,
tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa
học và các bạn đồng nghiệp.
Tác giả

Đào Tiến Cường

4


Đại học Bách khoa Hà Nội

GVHD: PGS.TS Bùi Tuấn Anh

TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
Vấn đề cần thực hiện: Nghiên cứu đánh giá khả năng tải của một số loại dầu công
nghiệp theo tiêu chuẩn ASTM.
Nội dung nghiên cứu của luận văn được chia thành bốn phần chính :
1- TỔNG QUAN VỀ DẦU MỠ BÔI TRƠN VÀ CÔNG NGHIỆ P DẦU KHÍ
VIỆT NAM
2- CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MA SÁT, MỊN VÀ BƠI TRƠN
3- THIẾT BỊ VÀ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM
4- KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
✓ Phương pháp thực hiện: Thực hiện khảo sát khả năng tải của các loại dầu bôi
trơn trên thiết bị ma sát bốn bi, áp dụng tiêu chuẩn ASTM D4172 để đánh giá
khả năng tải của dầu.
Công cụ sử dụng: Sử dụng thiết bị ma sát bốn bi để thực hiện các thí nghiệm, sử
dụng phần mềm để phân tích dữ liệu thu được từ thiết bị.
✓ Kết quả: Luận văn cho thấy rằng khả năng tải của dầu phụ thuộc nhiều vào độ
nhớt động học của dầu, dầu có độ nhớt cao thì khả năng tải càng cao và ngược
lại. Các kết quả này có thể được sử dụng làm cơ sở để lựa chọn loại dầu bôi trơn
phù hợp đảm bảo khả năng tải, khả năng chống mòn nhằm nâng cao tuổi thọ của
các thiết bị.
✓ Tính khoa học thực tiễn: Luận văn có tính khoa học thực tiễn, vì nó giúp các nhà
nghiên cứu và các chuyên gia trong lĩnh vực ma sát có được thơng tin mức độ
ảnh hưởng độ nhớt động học đến khả năng tải cũng như khả năng chống mịn
của dầu. Nghiên cứu này cũng có thể cung cấp thơng tin hữu ích cho các nhà sản
xuất dầu bôi trơn để phát triển các sản phẩm mới hoặc cải tiến sản phẩm hiện có.
✓ Định hướng phát triển mở rộng của luận văn: Có thể nghiên cứu về tác động của
các loại vật liệu, phụ gia khác nhau đến khả năng tải của dầu bôi trơn.
Tác giả

Đào Tiến Cường

5


Đại học Bách khoa Hà Nội

GVHD: PGS.TS Bùi Tuấn Anh
MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ........................................................................................................................................... 11
1. Lý do chọn đề tài .......................................................................................................................... 11
2. Tính cấp thiết và tính thời sự của đề tài .................................................................................... 11
3. Mục tiêu c ủa đề tài ....................................................................................................................... 12
4. Đối tượng nghiên cứu................................................................................................................... 12
5. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................................ 12
6. Cấu trúc luận văn ......................................................................................................................... 12
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN DẦU MỠ BƠI TRƠN VÀ CƠNG NGHIỆP DẦU KHÍ VIỆT
NAM .................................................................................................................................................. 13
1. Tổng quan về dầu mỡ bôi trơn.................................................................................................... 13
1.1. Dầu mỡ bơi trơn..................................................................................................................................... 13
1.2. Vai trị và phân loại bôi trơn .................................................................................................................. 14
1.3. Vật liệu bôi trơn..................................................................................................................................... 16
1.1.4. Sự phát triển của công ngh ệ bôi trơn .................................................................................................. 19

1.2. Cơng nghiệp dầu khí Việt Nam................................................................................................ 22
1.2.1. Tổng quan v ề cơng nghiệp dầu khí..................................................................................................... 22
1.2.2. Liên doanh dầu khí Việt - Nga “Vietsovpetro”................................................................................... 25
1.2.3. Khu Kinh tế Dung Qu ất và Công ty TNHH Một Thành Viên Lọ c Hóa Dầu Nghi Sơn...................... 27

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MA SÁT, MỊN VÀ BƠI TRƠN ...................................... 30
2.1. Đặc trưng cơ bản của ma sát .................................................................................................... 30
2.1.1. Định nghĩa, các thuật ng ữ chính ......................................................................................................... 30
2.1.2. Các đặc trưng cơ bản của ma sát ......................................................................................................... 30
2.1.3. Phân lo ại ma sát .................................................................................................................................. 32

2.2. Lý thuyết mòn............................................................................................................................ 34
2.2.1. Định nghĩa và phương pháp tính mịn................................................................................................. 34
2.2.2. Tổ ng quan về mịn .............................................................................................................................. 35

2.3. Một số tính chất cơ lý hóa điển hình của dầu bơi trơn theo ASTM...................................... 37
2.3.1. Khái niệm độ nhớt .............................................................................................................................. 37
2.3.2. Độ nhớt theo ASTM D445 .................................................................................................................38
2.3.3. Chỉ số độ nhớt theo ASTM D2270 ..................................................................................................... 39
2.3.4. Điểm chớp lửa theo ASTM D92 ......................................................................................................... 40
2.3.5. Điểm đông đặc theo ASTM D97 ........................................................................................................ 41
2.3.6. Hàm lượng tro sunfat theo ASTM D874 ............................................................................................ 41
2.3.7. Tỷ trọng theo ASTM D1298 ............................................................................................................... 42
2.3.8. Hàm lượng nước theo ASTM D95 .....................................................................................................42
2.3.9. Tr ị số kiềm tổng TBN theo ASTM D2896 ......................................................................................... 42
2.3.10. Cặn không tan theo ASTM D893 .....................................................................................................43
2.3.11. Hàm lượng kim loạ i theo ASTM D4628 .......................................................................................... 44
2.4. Giới thiệu về tiêu chuẩn ASTM D4172 ................................................................................................. 45

CHƯƠNG 3: THIẾT BỊ VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ................................................ 48

6

Đại học Bách khoa Hà Nội

GVHD: PGS.TS Bùi Tuấn Anh

3.1. Giới thiệu máy đo độ nhớt kiểu trụ quay VR2 Rheotest ....................................................... 48
3.2 Giới thiệu về máy ma sát 4 bi .................................................................................................... 49
3.3. Quy trình thực nghiệm ............................................................................................................. 50
3.3.1. Chu ẩn bị.............................................................................................................................................. 51
3.3.2 Trình tự đo ........................................................................................................................................... 51

3.4. Kết quả thực nghiệm ................................................................................................................. 55
3.4.1. Kết quả đo độ nhớt và thực nghiệm .................................................................................................... 55
3.4.2. Đánh giá khả năng tải của dầu ............................................................................................................ 60
3.4.3. Đánh giá khả năng chống mòn của dầu .............................................................................................. 61

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................................................... 67
1. Kết luận ......................................................................................................................................... 67
2. Kiến nghị ....................................................................................................................................... 67

7


Đại học Bách khoa Hà Nội

GVHD: PGS.TS Bùi Tuấn Anh
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Đặc tính vật lý và hóa học của các lo ại dầu khống ................................................................ 16
Bảng 1.2. Thành phần dầu động cơ SAE30 hoặc SAE40 ........................................................................ 19
Bảng 1.3. Cơ cấu sản phẩm nhà máy lọc dầu Dung Quất....................................................................... 28

Bảng 2.1.B ảng đơn vị đo độ nhớt ............................................................................................................ 38
Bảng 2.2. Những thay đổi độ nhớt có khả năng xảy ra đố i với dầu động cơ trong q trình hoạt động.. 39
Bảng 3.1. Các thơng số kỹ thuật của thiết bị đo ......................................................................................49
Bảng 3.2. Các cấp tốc độ của thiết bị đo..................................................................................................49
Bảng 3.3. Thông số kỹ thu ật các loại dầu thử nghiệm ............................................................................. 51
Bảng 3.4. Thông số tốc độ trượt và ứng suất trượt dầu Petrolimex ......................................................... 55
Bảng 3.5. Thông số tốc độ trượt và ứng suất trượt dầu Havoline ............................................................ 55
Bảng 3.5. Thông số tốc độ trượt và ứng suất trượt dầu Havoline ............................................................ 56
Bảng 3.6. Thông số tốc độ trượt và ứng suất trượt dầu Castrol ............................................................... 56
Bảng 3.7 . Kết quả đo đường kính trung bình vết mịn viên bi dưới ........................................................ 61
Bảng 3.8 . Kết quả đo chiều rộng trung bình vết mòn viên bi trên ........................................................... 63

8


Đại học Bách khoa Hà Nội

GVHD: PGS.TS Bùi Tuấn Anh
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1. 1: Chủ tịch Hồ Chí Minh trong chuyến thăm Liên Xơ 23/07/1959 ............................................ 22
Hình 1. 2: Khai thác dầu khí tại m ỏ Đại Hùng ........................................................................................ 23
Hình 1. 3: Khai thác d ầu khí của Vietsovpetro ........................................................................................ 26
Hình 1. 4: Hình ảnh Khu kinh tế Dung Quất ........................................................................................... 27
Hình 1. 5: Thủ tướng Nguyễ n Xuân Phúc tham d ự lễ vận hành thương mại dự án ................................ 29
Hình 2.1: Mơ hình chuyển động tịnh tiến của vật rắn ............................................................................. 31
Hình 2.2: Mộ t số dạng ma sát có trong thực tế [1] .................................................................................. 32
Hình 2.3: Các dạng chuyển động trượt [1] .............................................................................................. 32
Hình 2.4: Các dạng chuyển động lăn [1] ................................................................................................. 33
Hình 2.5: Các dạng chuyển động xoay [1] .............................................................................................. 33

Hình 2.6: Mơ hình dạng ma sát hỗ n hợp [1] ............................................................................................ 33
Hình 2.7: D ạng ma sát hỗn h ợp điển hình trong thực tế [1] .................................................................... 34
Hình 2.8: Đường cong mịn [1] ............................................................................................................... 36
Hình 2.9: S ự thay đổi độ nhớt của dầu bơi trơn theo nhiệt độ ................................................................. 39
Hình 3.1: Hình ảnh máy đo độ nhớt kiểu trụ quay ..................................................................................48
Hình 3.2: Kết cấu máy đo độ nhớt kiể u trụ quay Rheotest ...................................................................... 48
Hình 3.3: Hình ảnh máy ma sát 4 bi ........................................................................................................ 50
Hình 3.4 : Sơ đồ nguyên lý ho ạt động máy ma sát 4 bi ............................................................................ 50
Hình 3.5: Hình ảnh các viên bi dùng cho thử nghiệm ............................................................................. 51
Hình 3.6: Hình ảnh đường kính v ết mịn viên bi dưới với dầu Petrolimex .............................................. 62
Hình 3.7: Hình ảnh đường kính v ết mịn viên bi dưới với dầu Havoline ................................................ 62
Hình 3.8: Hình ảnh đường kính v ết mịn viên bi dưới với dầu Castrol .................................................... 63
Hình 3.9: Hình ảnh chiều rộng vết mịn viên bi trên với dầu Petrolimex ................................................ 64
Hình 3.10 Hình ảnh chiều rộng vết mịn viên bi trên với dầu Havoline .................................................. 64
Hình 3.11 Hình ảnh chiều rộng v ết mịn viên bi trên với dầu Castrol ..................................................... 64

9


Đại học Bách khoa Hà Nội

GVHD: PGS.TS Bùi Tuấn Anh

DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ
Đồ thị 3. 1: Ứng suất trượt vớ i dầu Petrolimex ....................................................................................................... 57
Đồ thị 3. 2: Ứng suất trượt vớ i dầu Havoline .......................................................................................................... 57
Đồ thị 3. 3: Ứng suất trượt vớ i dầu Castrol ............................................................................................................. 58
Đồ thị 3. 4: Biểu đồ thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ dầu Petrolimex ....................................................................... 59
Đồ thị 3. 5: Biểu đồ thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ dầu Havoline .......................................................................... 59
Đồ thị 3. 6: Biểu đồ thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ dầu Castrol ............................................................................. 59

Đồ thị 3. 7: Biểu đồ so sánh độ nhớt của 3 loại dầu ................................................................................................ 60
Đồ thị 3. 8: Đường kính trung bình v ết mòn viên bi dưới các loại dầu th ử nghiệm................................................ 62
Đồ thị 3. 9: Chiều rộ ng trung bình vết mịn viên bi trên các loại d ầu thử nghiệm .................................................. 63

10


Đại học Bách khoa Hà Nội

GVHD: PGS.TS Bùi Tuấn Anh
MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Trong ngành cơ khí việc nghiên cứu để nâng cao độ bền, độ tin cậy hoạt động
của máy móc, thiết bị chi tiết máy được các nhà khoa học quan tâm hàng đầu. Trên
thực tế phần lớn các máy móc bị hư hỏng khơng phải là do gãy, biến dạng mà là do
mòn và hỏng bề mặt ma sát trong các mối liên kết động. Biện pháp hữu hiệu để nâng
cao hiệu quả sử dụng và độ bền của máy móc, thiết bị là sử dụng dầu bôi trơn trong các
cặp ma sát tiếp xúc. Trên thị trường Việt Nam hiện nay có nhiều loại dầu bôi trơn
thông dụng dùng bôi trơn cho động cơ, máy móc cơ khí để giảm ma sát, mài mịn trong
quá trình hoạt động. Tuy nhiên để đánh giá chi tiết khả năng tải cũng như khả năng
chống mài mòn chi tiết của mỗi loại dầu cần có thực nghiệm so sánh, đánh giá trong
cùng điều kiện thí nghiệm từ đó lựa chọn được loại dầu phù hợp khi sử dụng để bơi
trơn.
Vì vậy, việc nghiên cứu cơng nghệ bơi trơn để giảm ma sát, giảm cường độ mài
mòn, ăn mòn của các bề mặt là một vấn đề rất quan trọng và cấp thiết. Trong dầu bơi
trơn có rất nhiều chỉ tiêu để đánh giá chất lượng, nhưng chỉ tiêu đánh giá khả năng tải
hay khả năng chống mòn chi tiết của dầu được các nhà sản xuất và người sử dụng quan
tâm hơn cả. Kiểm tra khả năng tải của dầu bôi trơn theo tiêu chuẩn ASTM (Tiêu chuẩn
Mỹ) thì có một phương pháp kiểm tra rất hữu hiệu là khả năng tải của dầu bôi trơn

trên máy ma sát bốn bi.
Nhằm tìm hiểu thêm về khả năng tải của dầu bôi trơn, với sự giúp đỡ của PGS.
TS Bùi Tuấn Anh, Bộ môn Máy và Ma sát học - Trường cơ khí, ĐHBK Hà Nội thì tác
giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu đánh giá khả năng tải của một số loại dầu công
nghiệp theo tiêu chuẩn ASTM”.
2. Tính cấp thiết và tính thời sự của đề tài
Trên thị trường nước ta hiện nay chưa có loại dầu n à o cung cấp một tính
năng cơ bản của dầu quyết định tính chống mịn của cặp ma sát hay khả năng tải theo
tiêu chuẩn ASTM. Do đó việc nghiên cứu khả năng tải của dầu theo phương pháp Mỹ
tại Việt Nam là cấp thiết, phục vụ cho kỹ thuật và thương mại. Hiện nay nhà máy Lọc
Dầu Bình Sơn (Khu kinh tế Dung Quất) và Nhà máy lọc dầu Nghi Sơn có khả năng
sản suất xăng và các loại dầu với số lượng lớn đủ đáp ứng (70÷80)% nhu cầu của cả
nước, để thương mại hóa các loại xăng cũng như dầu nhớt sản xuất ở Việt Nam, ta
phải áp dụng các tiêu chuẩn của Mỹ để cung cấp cho thị trường thông tin khả năng tải
của dầu sản xuất ở Việt Nam theo tiêu chuẩn ASTM.
11


Đại học Bách khoa Hà Nội

GVHD: PGS.TS Bùi Tuấn Anh

3. Mục tiêu của đề tài
Dựa trên tiêu chuẩn ASTM cụ thể là tiêu chuẩn ASTM D4172 của Mỹ về đánh
giá khả năng tải của dầu bôi trơn trong điều kiện chuẩn, để khảo sát khả năng tải 3
loại dầu bôi trơn thương mại đang sử dụng ở Việt Nam trên máy ma sát 4 bi được
Phịng thí nghiệm Ma sát bơi trơn - Trường Cơ Khí Đại học Bách Khoa Hà Nội chế
tạo.
4. Đối tượng nghiên cứu
Thử nghiệm với 03 loại dầu bôi trơn thương mại đang được sử dụng rộng rãi tại

thị trường Việt Nam đó là:
Havoline
Petrolimex
Cartrol
Phạm vi nghiên cứu.
Phạm vi nghiên cứu trong đề tài này là khả năng tải của dầu bôi trơn ở tốc độ,
tải trọng và nhiệt độ chuẩn thể hiện qua Momen quá tải của tiếp xúc 4 bi.
5. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa Lý thuyết và Thực nghiệm.
Lý thuyết: Nghiên cứu phương pháp xác định khả năng tải của dầu bơi trơn theo
ASTM từ đó ta xác định được các thơng số của thí nghiệm theo ASTM D4172.
Thực nghiệm: Tổ chức kháo sát khả năng tải của 0 3 loại dầu trên máy ma sát
4 bi (Phịng thí nghiệm Ma sát bơi trơn Trường Cơ Khí, Đại học Bách Khoa Hà Nội
chế tạo). Xác định khả năng tải của từng loại dầu thương mại thông qua độ nhớt dầu và
vết mòn của 4 viên bi.
6. Cấu trúc luận văn
Nội dung luận văn được chia thành 3 chương, cuối luận văn là kết luận chung
và kiến nghị cho hướng nghiên cứu tiếp theo, cụ thể gồm:
Phần mở đầu
Chương 1: Tổng quan Dầu mỡ bôi trơn và công nghiệp Dầu khí Việt Nam.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết về ma sát, mịn và bơi trơn.
Chương 3: Khảo sát khả năng tải của dầu bôi trơn trên máy 4 bi theo tiêu chuẩn
ASTM D4172.
Kết luận và kiến nghị.
Tài liệu tham khảo

12


Đại học Bách khoa Hà Nội

GVHD: PGS.TS Bùi Tuấn Anh

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN DẦU MỠ BÔI TRƠN VÀ CÔNG NGHIỆP
DẦU KHÍ VIỆT NAM
1. Tổng quan về dầu mỡ bơi trơn
1.1. Dầu mỡ bôi trơn.
Dầu mỡ bôi trơn là vật liệu quan trọng trong nền kinh tế của mỗi quốc gia. Tất
cả các máy móc, thiết bị ở các dạng và các kích cỡ khác nhau sẽ khơng thể thực hiện
được chức năng của mình hiệu quả nếu khơng có các loại dầu bơi trơn thích hợp.
Do đó có rất nhiều chủng loại từ dầu bơi trơn có cấp chất lượng thấp đến rất cao
được dùng nhằm đáp ứng các nhu cầu sử dụng từ đặc biệt đến các loại dầu đa dụng,
dùng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.
Các nước trên thế giới sản xuất dầu bôi trơn theo các tiêu chuẩn, quy định riêng
phù hợp với điều kiện sử dụng máy móc ở nước đó. Thơng thường việc bơi trơn máy
móc phải sử dụng dầu do nhà chế tạo ra quy định.
Trong thực tế, việc tuân thủ các quy định về dầu bôi trơn mà nhà chế tạo đề ra
là rất khó khăn. Vì vậy để bơi trơn các loại máy móc, thiết bị do các hãng của nước
khác nhau chế tạo, chúng ta có thể thay thế bằng các loại dầu bơi trơn có các tính năng
tương đương với dầu mỡ do các hãng quy định.
Vì vậy, việc sử dụng vật liệu bơi trơn nói chung, dầu mỡ bơi trơn nói riêng
và quy trình bơi trơn phù hợp với quy định của nhà chế tạo thiết bị, sẽ góp phần rất lớn
đảm bảo cho máy móc, thiết bị hoạt động ổn định, giảm chi phí bảo dưỡng, nâng
cao tuổi thọ sử dụng và độ tin cậy của chúng trong nền kinh tế.
Bôi trơn là biện pháp làm giảm ma sát đến mức thấp nhất, bằng cách tạo ra giữa
bề mặt ma sát một lớp chất (chất bôi trơn). Chất bơi trơn có thể ở dạng lỏng (dầu nhờn
hay cịn gọi là dầu nhớt), dạng đặc (mỡ bôi trơn) hay ở dạng rắn...... Trong số đó
chiếm đa phần là chất bôi trơn dạng lỏng, tiếp đến là chất bôi trơn dạng đặc, sau cùng
là dạng rắn. Chất bôi trơn dạng này thường chiếm rất ít và chỉ áp dụng trong một
vài trường hợp riêng biệt như bôi trơn các ổ trục có nhiệt độ rất cao hoặc trong chân

khơng, những nơi này không thể dùng dầu hay mỡ bôi trơn được.

13


Đại học Bách khoa Hà Nội

GVHD: PGS.TS Bùi Tuấn Anh

Để đảm bảo cho dầu bơi trơn có thể thực hiện tốt các chức năng nêu trên, dầu
bơi trơn phải có phẩm chất tốt. Cụ thể là dầu bôi trơn phải có tính bám dính tốt, phải có
độ nhớt thích hợp, phải có độ bền hố học, cơ học, sinh học..., phải có độ dẫn nhiệt tốt,
khơng gây ăn mịn hố học, tẩy rửa phân tán tốt các cặn, muội... sinh ra trong quá trình
sử động cơ thiết bị.
Việc lựa chọn, sử dụng dầu bơi trơn thích hợp đóng vai trị hết sức quan
trọng trong việc đảm bảo cho dầu bôi trơn thực hiện được các chức năng của mình một
cách tốt nhất. Cơ sở quan trọng để lựa chọn dầu bơi trơn thích hợp là dựa vào ngun
lý bơi trơn:
+ Đối với các chi tiết làm việc có chuyển động nhanh cần dùng dầu có độ nhớt
thấp và ngược lại.
+ Khe hở giữa các mặt chi tiết làm việc càng lớn thì dầu bơi trơn càng cần có độ
nhớt cao.
+ Nhiệt độ làm việc cao thì dùng dầu có độ nhớt cao.
+ Số vòng quay lớn, áp suất trên trục nhỏ thì dùng dầu có độ nhớt thấp.
+ Áp suất trên trục lớn, số vịng quay nhỏ thì dùng dầu có độ nhớt cao.
+ Phạm vi thay đổi nhiệt độ lớn thì dùng dầu có tính nhiệt nhớt tốt (chỉ số độ
nhớt cao)
+ Môi trường làm việc tiếp xúc với khơng khí, khí cháy ở nhiệt độ cao thì
dùng dầu có tính chống oxy hố và chống ăn mịn.
+ Mơi trường làm việc tiếp xúc với nước và hơi nước thì chọn dầu có tính

chống tạo nhũ và chống tạo bọt.
+ Thời gian sử dụng dầu lâu, chọn dầu có tính chống oxy hố tốt, tính ổn định cao.
1.2. Vai trị và phân loại bơi trơn
Trong các nội dung nghiên cứu cơ khí nói chung và về máy móc và trang bị nói
riêng có thể thấy rõ các vấn đề ma sát, bơi trơn và mịn có một vị trí rất quan trọng. Các
vấn đề trên có tác dụng quyết định đến khả năng làm việc của các cặp ma sát, độ tin
cậy và tuổi thọ của nó và của cả thiết bị.
14


Đại học Bách khoa Hà Nội

GVHD: PGS.TS Bùi Tuấn Anh

Sử dụng phương thức bôi trơn các bề mặt tiếp xúc trong máy nói chung và
các ổ trục trong máy là vấn đề thường gặp trong cơ khí. Vì vậy việc nghiên cứu có
được cơ chế bơi trơn tốt nhất vừa đảm bảo tính kỹ thuật và vừa mang lại hiệu quả kinh
tế cao. Nghiên cứu về kỹ thuật bôi trơn thực sự là một lĩnh vực rộng lớn, ở đây ta điểm
qua các dạng bôi trơn cơ bản trong cơ khí.
Tùy theo điều kiện bơi trơn ổ, ma sát được chia ra các dạng: Theo trạng thái bơi
trơn có ma sát khô, ma sát ướt và ma sát nửa ướt.
- Ma sát khơ là ma sát trong đó hai bề mặt ma sát tiếp xúc nhau tuyệt đối
sạch và không được 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 ướt là ma sát trong đó hai bề mặt ma sát được ngăn cách nhau bởi
một chất bơi trơn có chiều dày lớn hơn tổng chiều cao nhấp nhô của hai bề mặt ma sát,
chuyển động tương đối giữa hai bề mặt đó bị cản bởi nội ma sát của chất bơi trơn
nói chung là rất nhỏ.

h > R z1 + Rz2 (1.1)

- Ma sát nửa ướt phụ thuộc vào chất lượng dầu bơi trơn và tính chất vật liệu bề
mặt ma sát.
Trong thực tế, khơng có ma sát khơ bởi vì dù thế nào hai bề mặt ma sát cũng
khơng thể là sạch tuyệt đối, mơi trường xung quanh ít nhất cũng có hơi nước bao phủ.
Bơi trơn ma sát ướt là bơi trơn có lợi nhất và được nghiên cứu ứng dụng nhiều nhất.
Với bôi trơn ma sát ướt được nghiên cứu nhiều nhất có hai dạng chủ yếu là bôi
trơn thủy động và bôi trơn thủy tĩnh.
Bôi trơn thủy tĩnh là dạng bơi trơn có bơm dầu vào ổ với áp suất cao đủ để nâng
trục tách khỏi ổ và nổi trong màng dầu. Phương pháp này đòi hỏi có trang thiết bị khá
phức tạp và đắt tiền, nó chỉ được dùng với những ổ trục đặc biệt quan trọng trong các
máy đặc chủng.
Bôi trơn thủy động là dạng bơi trơn trong đó tính chất động học được 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 ngồi. Dạng bơi trơn này rất thuận lợi vì vậy nó được dụng
phổ biến hơn.
Tuy nhiên, một kết cấu bôi trơn bao giờ cũng là tổng hợp của các dạng bơi trơn
khác nhau, vì thế khi tính tốn một kết cấu bơi trơn thường phải giải quyết đồng
thời nhiều bài tốn mới có thể đáp ứng tương đối đầy đủ các khía cạnh kỹ thuật
khác nhau.
15


Đại học Bách khoa Hà Nội

GVHD: PGS.TS Bùi Tuấn Anh

Theo vật liệu bơi trơn có: Bơi trơn chất rắn (graphit, bisunfune, modyphene);
Bôi trơn chất lỏng (nước, dầu, mỡ ); Và bơi trơn chất khí.
1.3. Vật liệu bơi trơn

Ngun liệu chủ yếu để sản xuất ra dầu bôi trơn là các hydrocacbon tự nhiên và
tổng hợp khác nhau. Dầu gốc từ dầu khoáng được sản xuất từ dầu mỏ bằng quá trình
tinh chế chọn lọc. Bản chất của dầu thơ và q trình lọc dầu sẽ quyết định tính chất vật
lý và hóa học của dầu gốc tạo thành
1.3.1. Dầu gốc từ dầu gốc khống
a. Tính chất vật lý và hóa học của dầu gốc
Các phân đoạn dầu thơ thích hợp cho sản xuất dầu gốc các sản phẩm có khoảng
nhiệt độ sơi khác nhau nhờ q trình chưng cất chân không, chúng chứa các
hydrocacbon sau:
- Prafin mạch thẳng và mạch nhánh.
- Hydrocacbon no đơn và đa vịng (napten) có các cấu trúc vòng xyclohexan 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 vịng 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 lưu huỳnh, nitơ và nhơm.
Bảng 1.1. Đặc tính vật lý và hóa học của các loại dầu khống
Tính chất/ thành phần hóa học

Dầu Parafin Dầu Neptan Dầu Aromat

Độ nhớt ở 400C, mm2/s
Độ nhớt ở 1000C, mm2/s

40
6,2

40
5,0

36

4,0

Chỉ số độ nhớt

100

0

-1,85

Tỷ trọng, g/cm3

0,8628

0,9194

0,8926

Nhiệt độ chớp cháy, 0C

229

174

160

Điểm aniline, 0 C

107

73

17

Nhiệt độ đông đặc, 0C

-15

-30

-24

440
1,4755

330
1,5068

246
1,5503

2
32

19
37

41
36

66

44

24

Phân tử lượng
Chỉ số khúc xạ
Loại nguyên tử carbon
(phân tích cấu trúc nhóm)
%CA
%CN
%CP

16


Đại học Bách khoa Hà Nội

GVHD: PGS.TS Bùi Tuấn Anh

Các parafin mạch thẳng dài là loại sáp rắn nên hàm lượng của chúng trong dầu
bôi trơn phải giảm tới mức nhỏ nhất. Mặt khác izoparafin (Parafin nhánh) là thành phần
rất tốt trong dầu bơi trơn vì chúng có độ ổn định nhiệt và tính nhiệt tốt.
Trong thực tế dầu gốc khống là hỗn hợp của các phân tử đa vịng có đính mạch
nhánh parafin. Việc phân loại dầu gốc khống thành dầu gốc parafin, neptan hoặc tùy
thuộc vào loại dầu hydrocacbon nào chiếm ưu thế.
b. Cách gọi tên và phân loại dầu gốc
Nói chung dầu gốc được phân loại thành:
- Dầu có chỉ số độ nhớt cao (HVI)

- Dầu có chỉ số độ nhớt trung bình (MVI)
- Dầu có chỉ số độ nhớt thấp (LVI)
Hiện nay khơng 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) thường coi là dầu HVI, nếu VI <
30 thì coi là dầu LVI. 30 < VI <85 dầu MVI, tuy vậy cơng nghệ hydrocrackinh có
thể tạo ra dầu gốc có chỉ số độ nhớt rất cao hoặc siêu cao. Dầu LVI được sản xuất từ
phân đoạn dầu nhớt neptan, nó được dùng khi mà chỉ số độ nhớt và độ ổn định oxy hóa
khơng chú trọng lắm.
1.1.3.2. Phụ gia
Phụ gia là những chất hữu cơ, cơ kim và vô cơ, thậm chí là các nguyên tố được
thêm vào các chất bôi trơn thường mỗi loại phụ gia được dùng ở nồng độ từ 0,01%-5%
tuy nhiên nhiều trường hợp một số phụ gia có thể được đưa vào ở một khoảng nồng độ
dao động từ vài phần triệu (ppm) đến 10%.
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 tương hỗ, hoặc chúng có thể dẫn đến phản ứng đối
kháng.
Vì có khả năng cải thiện tính năng của dầu bơi 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 cơng nghiệp.
17


Đại học Bách khoa Hà Nội

GVHD: PGS.TS Bùi Tuấn Anh

Một số phụ gia đặc trưng
a. Phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt
Thường sử dụng các polyme không tập trung. Nó cho phép tăng độ nhớt ngay cả

ở nhiệt độ thấp như vậy là làm tăng độ nhớt của dầu. Các sản phẩm sử dụng là các
polymethacrylates, polyacrylates, và các polyme gốc olefins. Tuy nhiên các hợp chất
Nhiều loại dầu có nhiệt độ đơng đặc từ - 250C đến 30C, khi đó mất khả năng bơi
trơn. Các phụ gia ở đây nhằm giảm kích thước tinh thể hay biến đổi hình dạng của
nó. Các sản phẩm sử dụng là các ankil thơm, các polyeste, polyamit, polyolefin.
b. Phụ gia tăng độ linh động
Phụ gia thuộc loại này nhằm tăng khả năng linh động và thẩm thấu của dầu trên
các bề mặt ma sát. Các sản phẩm thường dùng là các muối như sulfonates, các
thiosphotphates và các phenates
c. Phụ gia chống mòn và chịu áp
Phụ gia này nhằm bảo vệ màng dầu ngăn cách các bề mặt tiếp xúc từ nhiệt độ mơi
trường đến nhiệt độ trung bình khi làm việc. Người ta thường dùng các este photphoric,
các dithiophotphat kim loại (như ZnDDP), các dẫn xuất este béo và axit béo.
d. Phụ gia chống oxy hóa dầu bơi trơn
Phụ gia chống oxy hóa hoạt động theo 3 cơ chế sau: Tạo huyền phù ch