Nghiên cứu đặc tính bôi trơn nhiệt thủy động của ổ có dạng đầu to thanh truyền

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Phạm Trung Thiên

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH BÔI TRƠN NHIỆT THỦY ĐỘNG
CỦA Ổ CÓ DẠNG ĐẦU TO THANH TRUYỀN

Ngành :

Kỹ thuật cơ khí

Mã số :

9520103

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. TS. TRẦN THỊ THANH HẢI
2. TS. PHẠM MINH HẢI

Hà Nội – 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Công trình
đƣợc thực hiện tại Bộ môn Máy và Ma sát học - Viện Cơ khí, Trƣờng Đại học
Bách khoa Hà Nội dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Trần Thị Thanh Hải và TS. Phạm
Minh Hải. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chƣa

từng đƣợc ai công bố trong bất kì công trình nào khác.
Hà Nội, ngày

THAY MẶT TẬP THỂ HƢỚNG DẪN

TS. Trần Thị Thanh Hải

tháng

năm

Ngƣời cam đoan

Phạm Trung Thiên

i


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thiện Luận án Tiến sĩ này, bên cạnh sự cố gắng của bản thân, Tôi đã
nhận đƣợc sự động viên và giúp đỡ của rất nhiều Thầy Cô giáo, các nhà Khoa học,
các đồng nghiệp và bạn bè.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Trần Thị Thanh Hải và TS. Phạm
Minh Hải và Th.S Lƣu Trọng Thuận là những ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, định
hƣớng, đào tạo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận
án.
Xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo ở Bộ môn Máy và Ma sát học
Trƣờng ĐHBKHN đã giảng dạy, chỉ bảo và tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian
làm nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Xin cảm ơn các đồng nghiệp trong Khoa Cơ khí, lãnh đạo trƣờng Đại học

Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ về thời gian và ủng hộ
để tôi hoàn thành luận án này.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ sự kính trọng, biết ơn và lòng yêu thƣơng tới
đại gia đình, bạn bè đã thực sự động viên, giúp đỡ trong suốt thời gian tôi học
tập tại Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội.

Hà Nội, ngày

tháng

năm

Nghiên cứu sinh

Phạm Trung Thiên

ii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
TT

Ký hiệu, viết
tắt

Ý nghĩa

1

C

Khe hở bán kính

2

DAQ

Bộ xử lý tín hiệu

3

ĐCT

Điểm chết trên

4

ĐCD

Điểm chết dƣới

5

d2

đƣờng kính ngoài đầu nhỏ

6

d1

đƣờng kính trong đầu nhỏ

7

e

Độ lệch tâm

8

n

Số khoảng chia theo chiều dài.

9

⃗

Vector pháp tuyến của bề mặt ổ

10

m

Số khoảng chia theo chu vi

11

lđt

Chiều dài đầu to thanh truyền

12

p

Áp suất thủy động

13

PLC

Bộ lập trình khả dĩ (Program logic control)

14

Rb

Bán kính bạc

15

Rt

Bán kính trục

16

R

Bán kính vòng quay trục khuỷu

17

S

Tỉ số nén

18

s

chiều dài hành trình pít-tông

19

W

20

x, z

Tọa độ theo phƣơng chu vi và chiểu dài

21



Góc chất tải

22



Toạ độ trụ trong hệ Oxyz

23

t , b

Tải trọng

Vận tốc góc của trục và bạc

iii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...............................................................................................................I
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... II
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ...............................................III
MỤC LỤC ......................................................................................................................... IV
DANH MỤC B ẢNG BIỂU .......................................................................................... VII
DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ......................................................................... VIII
PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1.

TÍNH CẤP THI ẾT CỦA ĐỀ TÀI .................................................................................. 1

2.

ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ....................................................................................... 1

3.

P HẠM VI NGHIÊN CỨU ............................................................................................ 1

4.
5.

M ỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .......................................................................................... 2
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .......................................................................................... 2

6.

P HƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................................... 2

7.

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ...................................................................... 2

8.

N HỮNG ĐIỂM MỚI CỦA ĐỀ TÀI ............................................................................... 3

9.

C ẤU TRÚC LUẬN ÁN ................................................................................................ 3

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÔI TRƠN THỦY ĐỘNG CỦA Ổ CÓ DẠNG
ĐẦU TO THANH TRUYỀN .......................................................................................... 4
1.1. Ổ ĐẦU TO THANH TRUYỀN ...................................................................................... 4
1.1.1. Khái niệm.......................................................................................................... 4
1.1.2. Các Hiện tƣợng, nguyên nhân hƣ hỏng ........................................................ 4
1.2. ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG .............................................................................................. 5
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƢỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI................................... 7
1.3.1.Tình hình nghiên cứu trên thế giới. ................................................................ 7
1.3.1.1. Nghiên cứu lý thuyết bôi trơn ổ đầu to thanh truyền. .......................... 8
1.3.1.2. Nghiên cứu thực nghiệm bôi trơn ổ đầu to thanh truyền. .................14
1.3.2.Tình hình nghiên cứu trong nƣớc .................................................................18
KẾT LUẬN CHƢƠNG 1. ...................................................................................................20
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT BÔI TRƠN THỦY ĐỘNG Ổ ĐẦU TO
THANH TRUYỀN VÀ MÔ PHỎNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÀNG DẦU Ổ ĐẦU TO
THANH TRUYỀN TRONG THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM ...................................22

iv


2.1. LÝ THUYẾT BÔI TRƠN THỦY ĐỘNG .......................................................................22
2.1.1. Phƣơng trình Reynolds .................................................................................22
2.1.2. Phƣơng trình chiều dày màng dầu ...............................................................23
2.1.3. Phƣơng trình Reynolds cho ổ đỡ thủy động ...............................................24
2.1.4. Phƣơng trình cân bằng tải .............................................................................26
2.1.5. Phƣơng trình năng lƣợng ..............................................................................27
2.2. MÔ P HỎNG NHIỆT ĐỘ MÀNG DẦU TRONG Ổ ĐẦU TO THANH TRUYỀN ..............28
2.2.1. Điều kiện biên. ...............................................................................................28
2.2.2. Mô hình phần tử hữu hạn cho nhiệt độ màng dầu .....................................30
2.2.3. Mô phỏng trƣờng nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to thanh truyền .....32
2.2.4. Kết quả mô phỏng trƣờng nhiệt độ của ổ ...................................................35

KẾT LUẬN CHƢƠNG 2. ...................................................................................................39
CHƢƠNG 3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ HỆ THỐNG THIẾT BỊ
THỰC NGHIỆM .............................................................................................................40
3.1. P HƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. ................................................................................40
3.2. THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM ........................................................................................41
3.2.1. Nguyên lý hoạt động. ....................................................................................41
3.2.2. Các cụm chi tiết điển hình. ...........................................................................44
3.2.2.1. Thanh truyền ...........................................................................................44
3.2.2.2 Cụm pít-tông và thanh truyền dẫn.........................................................46
3.2.2.3. Cơ c ấu tạo tải. .........................................................................................48
3.2.2.4. Hệ thống thủy lực. ..................................................................................50
3.3. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ HỆ THỐNG ĐO. ..........................................................51
3.3.1. Hệ thống điều khiển.......................................................................................51
3.3.1.1. Biến Tần ..................................................................................................51
3.3.1.2. Động cơ ...................................................................................................53
3.3.1.3. Tủ điều khiển ..........................................................................................53
3.3.2. Hệ thống đo ....................................................................................................55
3.3.2.1. Hệ thống đo lực. .....................................................................................55
3.3.2.2. Hệ thống đo áp suất................................................................................58
3.3.2.3. Hệ thống đo nhiệt độ màng dầu............................................................64
KẾT LUẬN CHƢƠNG 3. ...................................................................................................69
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ...................................................................70
4.1. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM. .......................................................................................70
4.1.1. Xử lý số liệu thực nghiệm.............................................................................70
v


4.1.2. Kết quả đo tải tác dụng lên thanh truyền ....................................................72
4.1.3. Kết quả đo áp suất màng dầu ổ đầu to thanh truyền..................................75
4.1.4. Kết quả đo nhiệt độ màng dầu ổ đầu to thanh truyền...............................78

4.2. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÀNG DẦU Ổ ĐẦU TO THANH TRUYỀN .....84
4.2.1. Kết quả mô phỏng độ chênh nhiệt độ trong ổ với dầu Besil F100. .........84
4.2.2. Kết quả mô phỏng độ chênh nhiệt độ màng dầu trong ổ với dầu Atox
320 ..............................................................................................................................86
4.3. SO SÁNH NHIỆT ĐỘ MÀNG DẦU MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM ..........................89
4.3.1. So sánh kết quả thực nghiệm với kết quả mô phỏng nhiệt độ màng dầu
với dầu Besil F100....................................................................................................89
4.3.2. So sánh kết quả thực nghiệm với kết quả mô phỏng dầu Atox 320 ........91
KẾT LUẬN CHƢƠNG 4. ...................................................................................................93
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................................95
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ............................97
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................98
PHỤ LỤC ....................................................................................................................... 105
Phụ lục 1: Quy trình đo tải tác dụng lên thanh truyền ...................................... 105
Phụ lục 2: Quy trình đo áp suất màng dầu ổ đầu to thanh truyền.................... 107
Phụ lục 3: Quy trình đo nhiệt độ màng dầu ổ đầu to thanh truyền.................. 109

vi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1: Thống kê phƣơng pháp thực hiện trên thế giới trong khoảng 20 năm gần
đây ......................................................................................................................................... 7
Bảng 2. 1: Thông số ổ đỡ .................................................................................................32
Bảng 2. 2: Thông số dầu...................................................................................................33
Bảng 3. 1: Các thông số kỹ thuật yêu cầu của thiết bị thực nghiệm ......................43
Bảng 3. 2: Thông số kỹ thuật cảm biếp áp suất XCQ-062.......................................60

vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Các bộ phận của thanh truyền .......................................................................... 4
Hình 1.2: Một số hƣ hỏng thƣờng gặp của ổ đầu to thanh truyền................................. 5
Hình 1.3: Cấu tạo động cơ đốt trong[1]............................................................................ 6
Hình 1.4: Mô hình rời rạc ổ đầu to thanh truyền [34] ..................................................11
Hình 1.5: Ứng suất trong thanh truyền chịu tác dụng của lực siết bu-lông [35] .......11
Hình 1.6: Biến dạng của ổ đầu to thanh truyền chịu tác dụng của lực siết bu-lông
[36] ......................................................................................................................................11
Hình 1.7: Hình dạng ban đầu của các bạc lót do lực xiết bu lông [37] ......................12
Hình 1.8: Hình dạng của bạc lót trong một chu kỳ của hoạt động [35] .....................12
Hình 1.9: Mô hình ổ đầu to thanh truyền 2D [41] ........................................................13
Hình 1.10: Sự dịch chuyển của bạc lót trong ổ đầu to thanh truyền [43]...................13
Hình 1.11: (a) Tiếp xúc tròn xoay và (b) Mô hình ổ đầu to thanh truyền [44]..........14
Hình 1.12: ổ đầu to thanh truyền của Pierre-Eugene[49].............................................15
Hình 1.13: Thiết bị nghiên cứu bôi trơn[50]..................................................................16
Hình 1.14: Thanh truyền và hệ thống đo đặc tính bôi trơn ô đầu to [59]...................17
Hình 1.15: Băng thử để khảo sát bôi trơn ổ đầu đo thanh truyền[40] ........................17
Hình 1.16: Sơ đồ lực tác dụng lên ổ đầu to thanh truyền [62].....................................18
Hình 1.17: Ứng suất trong thanh truyền [63].................................................................18
Hình 1.18: Trƣợt tƣơng đối của bạc lót trong ổ [63] ....................................................18

Hình 2.1: Hệ trục tọa độ ...................................................................................................22
Hình 2.2: Mặt cắt ổ đỡ ......................................................................................................24
Hình 2.3: Miền khai triển ổ ..............................................................................................25
Hình 2.4: Sơ đồ cân bằng lực tác dụng lên thanh truyền .............................................26
Hình 2.5: Hệ trục toạ độ ...................................................................................................27
Hình 2.6: Điều kiện biên ..................................................................................................29
Hình 2.7: Miền tích phân của màng dầu.........................................................................30
Hình 2.8: Phép chuyển hệ toạ độ.....................................................................................30

Hình 2.9: Mô hình ổ miền khai triển màng dầu ............................................................32
Hình 2.10: Sơ đồ thuật toán tính áp suất theo phƣơng trình Reynolds .......................33

viii


Hình 2.11: Sơ đồ thuật toán tính nhiệt độ ......................................................................34
Hình 2.12:Trƣờng nhiệt độ màng dầu (Độ chênh nhiệt độ trong ổ) tại tốc độ 100
vg/ph, góc 360 0 của thanh truyền. ...................................................................................35

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý thiết bị thực nghiệm bôi trơn ổ đầu to thanh truyền.......42
Hình 3.2: Thiết bị thực nghiệm .......................................................................................44
Hình 3.3: Thanh truyền trên thiết bị thực nghiệm .....................................................45
Hình 3.4: Đầu to thanh truyền chế tạo phục vụ thực nghiệm ..................................45
Hình 3.5: Mô hình 3D cụm pít-tông dẫn. .......................................................................46
Hình 3.6: Mô hình lắp cụm pít-tông dẫn lắp với cơ cấu tạo tải...................................47
Hình 3.7: Mô hình lắp thanh truyền dẫn với các cụm kết cấu khác............................47
Hình 3.8: Đồ thị lực khí thể và lực quán tính [35] ........................................................48
Hình 3.9: Sơ đồ cơ cấu tạo tải ........................................................................................48
Hình 3.10: Nguyên lý tạo tải ..........................................................................................49
Hình 3.11: Cơ cấu tạo tải..................................................................................................50
Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp dầu...............................................................50
Hình 3.13: Hệ thống thuỷ lực cấp dầu..........................................................................51
Hình 3.14: Biến tần ..........................................................................................................51
Hình 3.15: Nguyên lý điều khiển ....................................................................................52
Hình 3.16: Mạch điều khiển cho biến tần ......................................................................52
Hình 3.17: Tủ điện điều khiển .........................................................................................53
Hình 3.18: Phần tử điều khiển trong tủ điện ..................................................................54
Hình 3.19: Ảnh chụp encoder và PLC ............................................................................54
Hình 3.20: Vị trí đặt cảm biến đo biến dạng để đo lực kéo/nén và lực uốn. .............55

Hình 3.21: Sơ đồ nguyên lý mạch cầu đo lực kéo/nén và lực uốn.............................55
Hình 3.22: Mạch cầu đo lực uốn và lực kéo/néntrên NI9219.....................................56
Hình 3.23: Sơ đồ thuật toán đo lực ...............................................................................57
Hình 3.24: Hiệu chuẩn thiết bị đo lực uốn .....................................................................57
Hình 3.25: Hiệu chuẩn thiết bị đo lực kéo .....................................................................58
Hình 3.26 Trục của ổ (chi tiết bạc) .................................................................................59
Hình 3.27: Cấu tạo cảm biến áp suất XCQ-06 ..............................................................59
Hình 3.28: Đĩa lỗ ...............................................................................................................60

ix


Hình 3.29: Sơ đồ khối hệ thống nhận tín hiệu cảm biến áp suất .................................61
Hình 3.30: Bộ phát và bộ thu tín hiệu bằng sóng RF của cảm biến áp suất ..............61
Hình 3.31: Màn hình hiển thị khi lập trình đo áp suất màng dầu ................................62
Hình 3.32: Giao diện xử lý tín hiệu thu nhận. ...............................................................62
Hình 3.33: Giao diện đồ thị tín hiệu thu nhận trên Labview. ......................................63
Hình 3.34: Sơ đồ thuật toán đo áp suất...........................................................................63
Hình 3.35: Cấu tạo của cảm biến nhiệt cặp nhiệt điện .................................................64
Hình 3.36: Vị trí lắp cảm biến nhiệt độ ..........................................................................65
Hình 3.37: Sơ đồ nguyên lý dây module Ni9213 ..........................................................66
Hình 3.38: Module 9213 (a) và ảnh chụp thanh truyền gắn cảm biến nhiệt độ (b) ..66
Hình 3.39: Xử lý tín hiệu..................................................................................................67
Hình 3. 40: Thiết kế giao diện hiển thị kết quả đo ........................................................67
Hình 3.41: Sơ đồ thuật toán đo nhiệt độ.........................................................................68
Hình 3.42: Ảnh chụp tổng thể thiết bị thực nghiệm kết nối các hệ thống đo ............69

Hình 4.1:Kết quả ƣớc lƣợng và kiểm định một giá trị trung bình...............................71
Hình 4.2:Kết quả so sánh hai giá trị trung bình của hai biến chuẩn khi lấy mẫu độc
lập ........................................................................................................................................71

Hình 4. 3Kết quả so sánh nhiều giá trị trung bình bằng phân tích phƣơng sai
ANOVA..............................................................................................................................72
Hình 4.4: Lực kéo/nén tác dụng lên thanh truyền ở tốc độ quay 100 vg/ph ..............73
Hình 4.5: Lực uốn tác dụng lên thanh truyền ở tốc độ quay 100 vg/ph .....................73
Hình 4.6: Lực kéo/nén tác dụng lên thanh truyền theo góc quay của trục khuyu ở
các tốc độ quay khác nhau................................................................................................74
Hình 4.7: Lực uốn tác dụng lên thanh truyền ở các tốc độ quay khác nhau ..............74
Hình 4.8: Đồ thị lực kéo/nén và uốn ở tốc độ 100 vg/ph .............................................75
Hình 4.9: Sơ đồ tải ở tốc độ 100 vg/ph...........................................................................75
Hình 4.10: Áp suất màng dầu theo góc quay của trục khuỷu tại góc 0 0 của thanh
truyền, tốc độ quay 100 vg/ph .........................................................................................76
Hình 4.11: Áp suất màng dầu theo góc quay của trục khuỷu tại góc 180 0 của thanh
truyền, tốc độ quay 100 vg/ph .........................................................................................76

x


Hình 4.12: Áp suất màng dầu theo góc quay của trục khuỷu tại góc 90 0 của thanh
truyền khi tốc độ quay 100 vg/ph ....................................................................................77
Hình 4.13: Áp suất màng dầu theo góc quay của trục khuỷu tại góc 270 0 của thanh
truyền khi tốc độ quay 100 vg/ph ....................................................................................77
Hình 4.14: Áp suất màng dầu theo góc quay của trục khuỷu tại góc 0 0 của thanh
truyền ở các tốc độ quay khác nhau ................................................................................78
Hình 4.15: So sánh áp suất màng dầu tại góc 180 0 của thanh truyền ở các tốc độ
quay khác nhau ..................................................................................................................78
Hình 4.16: Nhiệt độ màng dầu hiển thị trên phần mềm Labview. ..............................79
Hình 4.17: Nhiệt độ 6 cảm biến ở chu kỳ thứ 1000 ở tốc độ 100 vg/ph tại góc 360 0
của trục khuỷu....................................................................................................................79
Hình 4.18: Nhiệt độ của màng dầu theo góc quay của trục khuỷu tại chu kỳ thứ
1000 ở tốc độ 100 vg/ph ...................................................................................................80

Hình 4.19: Nhiệt độ của màng dầu theo góc quay của trục khuỷu ở các chu kỳ khác
nhau ở tốc độ 150 vg/ph. ..................................................................................................81
Hình 4.20: Nhiệt độ của màng dầu theo các chu kỳ ở tốc độ 100 vg/ph....................81
Hình 4.21: Nhiệt độ của màng dầu theo các chu kỳ ở tốc độ 150 vg/ph....................82
Hình 4.22: Nhiệt độ của màng dầu theo các chu kỳ ở tốc độ 200 vg/ph....................82
Hình 4.23: Nhiệt độ của màng dầu ở góc 0 o của thanh truyền tại góc 360 0trục khuỷu
với các tốc độ quay khác nhau tại chu kỳ thứ 3000. .....................................................83
Hình 4.24: So sánh nhiệt độ của màng dầu với dầu F-100 và dầu Atox 320 theo
chu kỳ hoạt động ở tốc độ 100 vg/ph..............................................................................83
Hình 4. 25: Trƣờng nhiệt độ màng dầu Besil F100 (Độ chênh nhiệt độ trong ổ) tại
tiết diện giữa ổ theo phƣơng chiều dài ở tốc độ 100 vg/ph, góc 360 0 của trục khuỷu.
.............................................................................................................................................84
Hình 4.26: Trƣờng nhiệt độ màng dầu Besil F100 (Độ chênh nhiệt độ trong ổ) tại
các vị trí trên ổ theo phƣơng chiều dài ở tốc độ 100 vg/ph, góc 360 0 của trục khuỷu.
.............................................................................................................................................85
Hình 4.27: Trƣờng nhiệt độ màng dầu Besil F100 (Độ chênh nhiệt độ) của ổ theo
phƣơng chiều dài ở góc 0 0 của thanh truyền với tốc độ 100 vg/ph, góc 360 0 của trục
khuỷu. .................................................................................................................................85
Hình 4. 28: Trƣờng nhiệt độ màng dầu Besil F100 (Độ chênh nhiệt độ) của các tốc
độ tại tiết diện giữa ổ, góc 360 0 của trục khuỷu. ...........................................................86

xi


Hình 4. 29: Trƣờng nhiệt độ màng dầu Atox 320 (Độ chênh nhiệt độ trong ổ) tại tiết
diện giữa ổ ở tốc độ 100 vg/ph, góc 360 0 của trục khuỷu. ...........................................87
Hình 4. 30: So sánh độ chênh lệch nhiệt độ tại tiết diện giữa ổ với tốc độ 100 vg/ph
của dầu Besil F100 và Atox 320, góc 360 0 của trục khuỷu. ........................................87
Hình 4. 31: So sánh trƣờng nhiệt độ màng dầu (Độ chênh nhiệt độ trong ổ) tại các
tiết diện trên ổ theo phƣơng chiều dài ở tốc độ 100 vg/ph của hai loại dầu, góc 360 0

của trục khuỷu....................................................................................................................88
Hình 4. 32: So sánh độ chênh nhiệt độ tại tiết diện giữa ổ của hai loại dầu ở các tốc
độ, góc 360 0 của trục khuỷu.............................................................................................89
Hình 4.33: So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm nhiệt độ màng dầu ở tốc độ
100 vg/ph, góc 360 0 của trục khuỷu, dầu bôi trơn Besil F100.....................................89
Hình 4.34: So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm nhiệt độ màng dầu ở tốc độ
150 vg/ph, góc 360 0 của trục khuỷu, dầu bôi trơn Besil F100.....................................90
Hình 4.35: So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm nhiệt độ màng dầu ở tốc độ
200 vg/ph, góc 360 0 của trục khuỷu, dầu bôi trơn Besil F100.....................................91
Hình 4.36: So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm nhiệt độ màng dầu ở các tốc
độ khác nhau, góc 360 0 của trục khuỷu, dầu bôi Atox 320 khi ổ đạt trạng thái ổn
định......................................................................................................................................91
Hình 4.37: So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm trƣờng nhiệt độ màng dầu tại
góc 360 0 trục khuỷu ở tốc độ 100 vg/ph với dầu Besil F100 và dầu Atox 320.........92
Hình 4.38: So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm trƣờng nhiệt độ màng dầu tại
góc 360 0 trục khuỷu ở tốc độ 200 vg/ph với dầu Besil F100 và dầu Atox 320.........92

xii


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Từ khi nhà phát minh vĩ đại James Watt phát minh ra đầu máy hơi nƣớc đã thay đổi
nền công nghiệp thế giới cho thấy hiệu suất làm việc của động cơ quyết định lớn thế
nào đến năng suất làm việc cũng nhƣ sự phát triển nền công nghiệp. Chính vì tầm quan
trọng của việc nâng cao hiệu suất và tuổi thọ của động cơ mà các nhà khoa học luôn đề
cao chú trọng nghiên cứu bôi trơn. Đặc biệt, bôi trơn ổ đầu to thanh truyền có vai trò
đặc biệt quan trọng vì quyết định hiệu suất làm việc và tuổi thọ của ổ. Tuổi thọ của ổ
đầu to thanh truyền phụ thuộc vào rất nhiều thông số, nhƣ các thông số hình học (kích
thƣớc và hình dạng của ổ), động học và động lực học (tốc độ quay và tải tác dụng), các

đặc tính bôi trơn (độ nhớt, khối lƣợng riêng) và vật liệu của ổ. Nghiên cứu điều kiện
làm việc khắc nghiệt cho ổ là rất quan trọng. vì vậy vấn đề này luôn đƣợc các nhà khoa
học học quan tâm, cả tính toán lý thuyết và thực nghiệm. Các nghiên cứu tính toán theo
hƣớng nghiên cứu bôi trơn thủy động có thêm hiệu ứng đàn hồi (EHD-Elasto Hydro
Dynamic), thủy động đàn hồi (THD-Thermal Hydro Dynamic), nhiệt thủy động đàn hồi
(TEHD-Thermo Elasto Hydro Dynamic) hoặc thêm hiệu ứng quán tính. Các nghiên cứu
thực nghiệm gồm nghiên cứu với thiết bị sử dụng thanh truyền thật hoặc thanh truyền
mô hình. Ở Việt Nam, chƣa có nhiều nghiên cứu về bôi trơn ổ đầu to thanh truyền cả về
mô phỏng số và thực nghiệm. Hơn nữa, các nghiên cứu đều chƣa tính tới hiệu ứng nhiệt
của ổ. Vì vậy mà em lựa chọn đề tài ‘‘Nghiên cứu đặc tính bôi trơn nhiệt thủy động
của ổ có dạng đầu to thanh truyền’’.

2. Đối tƣợng nghiên cứu
-

Nghiên cứu đặc tính nhiệt thủy động ổ đầu to thanh truyền với thanh truyền bằng
vật liệu quang đàn hồi trong thiết bị thực nghiệm bôi trơn ổ đầu to thanh truyền
B2016-BKA-20 chịu tải tác dụng theo chu kỳ làm việc của động cơ. Tốc độ quay
của ổ đến 200 vg/ph, sử dụng hai loại dầu bôi trơn Besil F100 và Atox 320.

3. Phạm vi nghiên cứu
-

Nghiên cứu lý thuyết bôi trơn ổ đầu to thanh truyền.

-

Nghiên cứu hiệu ứng nhiệt của màng dầu bôi trơn ổ đầu to thanh truyền.

- Nghiên cứu thực nghiệm nhiệt trong ổ đầu to thanh truyền khi thay đổi tốc độ

quay và dầu bôi trơn.
-

Nghiên cứu mô phỏng nhiệt trong ổ đầu to thanh truyền với điều kiện biên thích

hợp

1


4. Mục tiêu nghiên cứu
-

Xây dựng chƣơng trình mô phỏng nhiệt độ màng dầu bôi trơn trong ổ đầu to

thanh truyền với điều kiện thích hợp.
-

Thực nghiệm đo nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to thanh truyền ở các chế độ

vận tốc quay 100 vg/ph, 150 vg/ph, 200 vg/ph và dầu bôi trơn Besil F100, Atox320.
-

So sánh nhiệt độ thực nghiệm với kết quả tính toán mô phỏng nhiệt trong ổ đầu

to thanh truyền với điều kiện biên thích hợp.

5. Nội dung nghiên cứu
-

Nghiên cứu tổng quan về bôi trơn thủy động ổ đầu to thanh truyền.

-

Nghiên cứu lý thuyết bôi trơn thủy động có tính đến hiệu ứng nhiệt.

-

Tham gia xây dựng hệ thống xác định tải tác dụng lên thanh truyền và hệ thống

giám sát áp suất, nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to thanh truyền trong thiết bị thực
nghiệm khảo sát điều kiện bôi trơn ổ đầu to thanh truyền.
-

Xây dựng chƣơng trình tính nhiệt độ màng dầu bôi trơn trong ổ đầu to thanh

truyền với điều kiện thích hợp.
-

Thực nghiệm đo nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to thanh truyền ở các chế độ

tải trọng và vận tốc khác nhau.
-

So sánh kết quả chƣơng trình tính nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to thanh

truyền với kết quả thực nghiệm.

6. Phƣơng pháp nghiên cứu
-

Nghiên cứu mô phỏng: Sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu mô phỏng số xây

dựng chƣơng trình mô phỏng trƣờng nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to thanh truyền
bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn trên cơ sở giải phƣơng trình Reynolds, phƣơng
trình chiều dày màng dầu, phƣơng trình cân bằng tải, phƣơng trình năng lƣợng ... xác
định chênh lệch nhiệt độ của màng dầu khi thay đổi tốc độ và dầu bôi trơn.
-

Nghiên cứu thực nghiệm: Sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm trên

thanh truyền mô hình mô hình. Thực nghiệm đo tải tác dụng, áp suất, nhiệt độ màng
dầu với các tốc độ quay khác nhau đƣợc bôi trơn bởi hai loại dầu Besil F100, Atox 320
để đánh giá ảnh hƣởng của tải trọng, áp suất, nhiệt độ màng dầu bôi trơn tới hiệu suất
làm việc của động cơ.

7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
a. Ý nghĩa khoa học
1. Chƣơng trình mô phỏng số nhiệt thủy động của ổ đầu to thanh truyền với hai loại
dầu bôi trơn Besil F100 và Atox 320 góp phần giải quyết bài toán bôi trơn ổ đầu to
thanh truyền chịu tải trọng theo chu kỳ.

2


2. Bằng thực nghiệm đã xây dựng đƣợc đặc tính bôi trơn nhiệt thủy động ổ đầu to
thanh truyền với hai loại dầu bôi trơn Besil F100 và Atox 320 với góc quay, vận tốc
quay và chu kỳ quay khác nhau. Xác định đƣợc ảnh hƣởng của hiệu ứng bôi trơn thủy
động lên ổ đầu to thanh truyền cũng nhƣ chỉ ra đƣợc đặc tính bôi trơn ảnh hƣởng tới
hiệu suất làm việc của ổ thủy động.

3. Nghiên cứu mô phỏng số và thực nghiệm của luận án đóng góp thêm vào các
công trình nghiên cứu bôi trơn ổ đầu to thanh truyền và là cơ sở khoa học cho các
nghiên cứu tiếp theo về bôi trơn ổ đầu to thanh truyền tại Việt Nam.
b. Ý nghĩa thực tiễn
1. Chƣơng trình mô phỏng số nhiệt độ màng dầu có thể đƣợc ứng dụng để mô phỏng
nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to thanh truyền của động cơ đốt trong với các loại dầu
bôi trơn có độ nhớt khác nhau.
2. Bộ số liệu thực nghiệm của luận án là cơ sở để đƣa ra khuyến cáo lựa chọn dầu
bôi trơn cho động cơ, có giá trị tham khảo tốt, đƣa ra khuyến cáo vận hành, sử dụng và
bôi trơn sao cho đạt hiệu quả tối ƣu, giúp nâng cao tuổi thọ của ổ đầu to thanh truyền,
nâng cao năng suất làm việc của động cơ, giảm chi phí bảo hành bảo trì, thay thế thiết
bị.

8. Những điểm mới của đề tài
1. Xây dựng đƣợc chƣơng trình tính toán số nhiệt độ màng dầu bôi trơn cho ổ đầu
to thanh truyền với điều kiện biên thích hợp. Góp phần bổ sung thêm các nghiên cứu về
bôi trơn ổ đầu to thanh truyền của Việt Nam.
2. Xây dựng đƣợc hệ thống giám sát đặc tính bôi trơn (tải tác dụng lên thanh
truyền, áp suất và nhiệt độ màng dầu) của ổ đầu to thanh truyền.
3. Xây dựng đƣợc đặc tính nhiệt của ổ đầu to thanh truyền bằng thực nghiệm với hai
loại dầu bôi trơn Besil F100 và Atox 320 theo chu kỳ làm việc và các tốc độ quay khác
nhau. Là cơ sở để đƣa ra khuyến cáo vận hành, sử dụng để nâng cao tuổi thọ của ổ đầu
to thanh truyền cũng nhƣ nâng cao năng suất làm việc của động cơ.

9. Cấu trúc luận án
Luận án gồm 4 chƣơng:
Chƣơng 1: Tổng quan về bôi trơn ổ đầu to thanh truyền
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết bôi trơn thuỷ động ổ đầu to thanh truyền và mô phỏng số
nhiệt độ màng dầu ổ dạng đầu to thanh truyền trong thiết bị thực nghiệm.
Chƣơng 3: Phƣơng pháp nghiên cứu và hệ thống thiết bị thực nghiệm

Chƣơng 4: Kết quả nghiên cứu

3


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÔI TRƠN THỦY ĐỘNG CỦA
Ổ CÓ DẠNG ĐẦU TO THANH TRUYỀN
1.1. Ổ đầu to thanh truyền
1.1.1. Khái niệm
Ổ đầu to thanh truyền là liên kết giữa đầu to thanh truyền và trục khuỷu. Thanh
truyền là chi tiết nối liền giữa pít-tông và trục khuỷu. Nhờ thanh truyền và tay quay mà
sự chuyển động thẳng của pít-tông tạo nên sự chuyển động xoay tròn của trục khuỷu.
Thanh truyền là chi tiết trung gian làm nhiệm vụ dẫn truyền lực từ chi tiết này tới chi
tiết khác và ngƣợc lại. Ổ đầu to thanh truyền có vai trò đặc biệt quan trọng vì ổ phải đáp
ứng đƣợc điều kiện làm việc khắc nghiệt nhƣ tải trọng thay đổi, hiệu ứng nhiệt thủy
động đàn hồi, hiệu ứng quán tính …Việc đảm bảo bôi trơn cho ổ đầu to thanh truyền có
ảnh hƣởng rất lớn đến độ tin cậy và tuổi thọ của động cơ.
Thanh truyền đƣợc cấu tạo bởi sáu chi tiết nhƣ: Đầu nhỏ (1), Bạc lót (2, 5), Thân
thanh truyền (3), Đầu to thanh truyền (4, 6).

Hình 1.1: Các bộ phận của thanh truyền

Các bạc lót thanh truyền đƣợc làm bằng thép mỏng và hợp kim chống mòn là ba
bít thiếc hay hợp kim của đồng, thiếc, chì, ăngtimon. Mặt trong của bạc lót có phay rãnh
để chứa dầu bôi trơn.Vỏ thép của bạc lót có các gờ (ắc gô) để định vị khi lắp ráp nhằm
giữ cho bạc không quay, trong đầu to thanh truyền.
1.1.2. Các Hiện tƣợng, nguyên nhân hƣ hỏng
Các hiện tƣợng phổ biến khi ổ đầu to thanh truyền làm việc trong điều kiện khắc
nghiệt:

4


- Bạc lót bị mòn rộng, mòn ô van: Do lực tác dụng không đều nhau, điều kiện bôi trơn
kém làm tăng khe hở lắp ghép, giảm áp suất dầu bôi trơn, gây ra va chạm khi động cơ
làm việc (Hình 1.2a).
- Lớp hợp kim chống ma sát bị cháy, bong tróc, biến dạng dẻo do thiếu dầu bôi trơn,
sửa chữa không đúng yêu cầu kỹ thuật (Hình 1.2b).
- Bề mặt trục tiếp xúc với bạc lót có nhiều vết xƣớc, lõm, rỗ do tạp chất cơ học, hóa
học, hiện tƣợng mỏi gây ra (Hình 1.2c, d).
Hình 1.2 là một số dạng hƣ hỏng thƣờng gặp ở ổ đầu to thanh truyền sau một thời gian
sử dụng

a

b

c

d

Hình 1.2: Một số hư hỏng thường gặp của ổ đầu to thanh truyền.

1.2. Động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong là động cơ nhiệt tạo ra công cơ học dƣới dạng mô men
quay hay còn gọi là mô men xoắn bằng cách đốt nhiên liệu bên trong động cơ. Hỗn hợp
không khí và nhiên liệu thƣờng đƣợc gọi là hoà khí đƣợc đốt trong xy lanh của động cơ
đốt trong. Khi đốt cháy nhiệt độ tăng làm cho khí đốt giãn nở tạo nên áp suất tác dụng
lên một pít-tông đẩy, pít-tông này di chuyển đi. Có nhiều loại động cơ đốt trong khác
nhau, một phần sử dụng các chu kì tuần hoàn khác nhau. Động cơ đốt trong 4 kỳ có chu

trình tuần hoàn 4 bƣớc: nạp, nén, nổ (đốt) và xả. Xả và nạp là hai bƣớc dùng để thay khí
5


thải bằng nhiên liệu mới. Nén và nổ dùng để biến đổi năng lƣợng hoá học đốt hỗn hợp
không khí và nhiên liệu thông qua nhiệt năng và thế năng thành cơ năng.
Các kì trong một động cơ pít-tông đẩy 4 kì.

Hình 1.3: Cấu tạo động cơ đốt trong[1]

1.

Trong kì thứ nhất (nạp – van nạp mở, van xả đóng), hỗn hợp không khí và nhiên

liệu đƣợc "nạp" vào cylinder trong lúc pít-tông chuyển động từ điểm chết trên (ĐCT)
xuống điểm chết dƣới (ĐCD).
2.

Trong kì thứ hai (nén – hai van đều đóng), pít-tông nén hỗn hợp khí và nhiên liệu

trong cylinder khi chuyển động từ ĐCD lên ĐCT. Ở cuối kì thứ hai (Pít-tông ở tại
ĐCT), hỗn hợp khí và nhiên liệu đƣợc đốt trong động cơ xăng bằng bộ phận đánh
lửa gọi là bougie (bugi) hoặc tự bốc cháy trong động cơ diesel.
3.

Trong kì thứ ba (sinh công – các van vẫn tiếp tục đƣợc đóng), hỗn hợp khí và

nhiên liệu đƣợc đốt cháy. Vì nhiệt độ tăng dẫn đến áp suất của hỗn hợp khí tăng và làm
cho pít-tông chuyển động từ ĐCT xuống ĐCD. Chuyển động tịnh tiến của pít-tông
đƣợc chuyển bằng thanh truyền (còn gọi là tay biên hay tay dên) đến trục khuỷu (còn

gọi là cốt máy) và đƣợc biến đổi thành chuyển động quay.
4.

Trong thì thứ tƣ (xả - van nạp đóng, van xả mở) pít-tông chuyển động từ ĐCD

lên ĐCT đẩy khí qua ống xả (thƣờng gọi là ống bô) thải ra môi trƣờng.

6


1.3. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc và trên thế giới
1.3.1.Tình hình nghiên cứu trên thế giới.
Từ đầu những năm 1969 đến nay đã có rất nhiều nghiên cứu lý thuyết và thực
nghiệm về nghiên cứu bôi trơn cho ổ đầu to thanh truyền. Các nghiên cứu bôi trơn ổ
đầu to thanh truyền theo hai hƣớng chính là nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực
nghiệm. Nghiên cứu lý thuyết chia ra làm hai hƣớng chính là nghiên cứu mô phỏng tải
trọng tĩnh và nghiên cứu mô phỏng tải trọng động. Nghiên cứu thực nghiệm chia ra làm
hai hƣớng chính là nghiên cứu thanh truyền thật và nghiên cứu thanh truyền mô hình có
dạng tƣơng đồng với thanh truyền thật. Bảng 1.1 là bảng thống kê các nghiên cứu trên
thế giới trong 20 năm gần đây.
Bảng 1. 1: Thống kê phương pháp thực hiện trên thế giới trong khoảng 20 năm gần đây

STT

Phƣơng pháp

Số lƣợng

Năm

1

Mô phỏng
tải trọng tĩnh

04

1968, 1973, 1979, [2], [3], [4], [5] , [6], [7]
1983, 2015, 2018

2

Mô phỏng
tải trọng động

47

1972, 1981, 1983,
1984, 1985, 1986,
1988, 1991, 1995,
1997, 1999, 2000,
2001, 2003, 2004,
2005, 2006, 2007,
2008, 2012, 2013,
2016, 2017

[8], [9], [10], [11],
[13], [14], [15], [16],
[18], [19], [20], [21],
[23], [24], [25], [26],

[28], [29], [30], [31],
[33] , [34], [35], [36],
[38], [39], [40], [41],
[43], [44] [45], [46],
[48],

3

Thực nghiệm
Thanh truyền
mô hình

05

1983, 2000, 2002,
2006, 2016

[42], [49], [50], [51], [52],
[53],

4

Thực nghiệm
Thanh truyền
thật

12

1965, 1973, 1975,
1985, 1987, 1988,

2001, 2005, 2010,
2011

[54], [55], [56], [37], [38],
[57], [58], [59], [60], [61],
[62], [63],

5

Nghiên cứu
trong nƣớc

09

1990, 1999, 2001,
2002, 2005, 2014,
2015, 2018

[64], [65], [66], [67], [68],
[69], [70], [71], [72]

7

Tài liệu tham khảo

[12],
[17],
[22],
[27],
[32],

[37],
[42],
[47],


1.3.1.1. Nghiên cứu lý thuyết bôi trơn ổ đầu to thanh truyền.
Các nghiên cứu mô phỏng số bôi trơn thủy động hoặc bôi trơn thủy động đàn hồi
sử dụng các phƣơng pháp số nhƣ phƣơng pháp phần tử hữu hạn hay phƣơng pháp sai
phân hữu hạn để tính toán mô phỏng.
a) Nghiên cứu mô phỏng số bôi trơn ổ chịu tải trọng tĩnh
Từ những năm 1969 các nhà khoa học trên thế giới đã bắt đầu sử dụng phƣơng
pháp số để giải các bài toán bôi trơn với ổ chịu tải trọng tĩnh. Năm 1969, Reddy và các
cộng sự [2] là những ngƣời đầu tiên giới thiệu phƣơng pháp phần tử hữu hạn trong các
nghiên cứu về bôi trơn thủy động.
Năm 1973, OH và Huebrer [3] nghiên cứu tính toán biến dạng của cấu trúc của ổ
thủy động. Nghiên cứu sử dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn để giải phƣơng trình
Reynolds với các phƣơng trình đàn hồi, chất lỏng với giả thiết là đẳng nhớt. Các tác giả
đã biểu diễn lực nút {F} nhƣ hàm {} bởi ma trận độ cứng [K]. Các lực nút đƣợc xác
định bằng cách tích phân trƣờng áp suất bỏ qua áp suất âm. Nghiên cứu sử dụng
phƣơng pháp Newton-Rapson để xác định và sau đó nghịch đảo ma trận Jacobin [J].
Tuy nhiên phƣơng pháp này có hạn chế là thời gian tính toán lâu. Hơn nữa sơ đồ lặp
cho bài toán phân kỳ nhanh khi biến dạng của bề mặt lớn so với khe hở bán kính.
Năm 1979, Fantino, Frêne [4] nghiên cứu ảnh hƣởng của độ nhớt dầu bôi trơn
đến ổ đỡ thanh truyền bằng vật liệu đàn hồi dƣới tác dụng của tải trọng. Nghiên cứu sử
dụng phƣơng pháp sai phân hữu hạn với phƣơng pháp lặp Gauss-Seiden để giải phƣơng
trình Reynolds và phƣơng trình đàn hồi.
Năm 1983, Pierre-Eugene và các cộng sự [5] nghiên cứu so sánh các kết quả tính
toán lý thuyết và các kết quả thực nghiệm trong điều kiện tải tĩnh lên tới 10KN. Các kết
quả tính toán của các tác giả rất tƣơng thích với thực nghiệm của Pi cho thanh truyền
bằng vật liệu nhựa.

Năm 2015 H.Shahmohamadi và các cộng sự [6] nghiên cứu hiệu ứng nhiêt trong
dòng chất lỏng bôi trơn ổ đầu to và giải pháp mô phỏng dòng chảy chất lỏng. Nghiên
cứu phân tích dòng chảy với hiệu ứng nhiệt thủy động kết hợp giải pháp Navier-Stokes
cho phƣơng trình dòng chảy và phƣơng trình năng lƣợng.
Năm 2018, N.Morris và các cộng sự [7] nghiên cứu ảnh hƣởng hƣ hỏng giữa
trục và bạc trong ổ đầu to thanh truyền đến hiệu suất làm việc.Nghiên cứu chỉ ra khi
trục và bạc không có màng dầu thủy động sẽ sinh ra hƣ hỏng và làm giảm hiệu suất làm
việc cho tới khi bị phá hủy.

8


b) Nghiên cứu mô phỏng số bôi trơn ổ chịu tải trọng động
Năm 1972, Nicolas [8] nghiên cứu ảnh hƣởng của tải trọng tới áp suất màng dầu
của ổ chịu tải trọng bất kỳ. Các tác giả sử dụng phƣơng pháp phần tử hữu đƣa ra so
sánh kết quả lý thuyết với các kết quả thực nghiệm. Nghiên cứu chỉ ra với tải trọng bất
kỳ thay đổi thì áp suất màng dầu thay đổi theo tải trọng.
Năm 1981, Fantino [9] nghiên cứu ổ của thanh truyền dƣới tác dụng của tải trọng
động. Tác giả giải phƣơng trình Reynols đƣợc với điều kiện biên của Gumbel. Năm
1983, Fantino và cộng sự [10] nghiên cứu quỹ đạo tâm trục trong ổ thanh truyền ở
trƣờng hợp chịu tải trọng động. Ổ đầu to thanh truyền đƣợc xem là ổ ngắn đàn hồi. Tác
giả đã so sánh chiều dày màng dầu và mômen ma sát giữa thanh truyền tuyệt đối cứng
và thanh truyền đàn hồi.
Năm 1984, Booker và Shu [11] nghiên cứu tính toán bôi trơn thủy động đàn hồi
cho tất cả hình dạng màng dầu với tải trọng động. Các tác giả sử dụng phƣơng pháp
phần tử hữu hạn. Cùng năm, Goenka [12] nghiên cứu công thức phần tử hữu hạn để
phân tích chế độ bôi trơn làm giảm đáng kể thời gian tính toán và thu gọn vòng lặp.
Năm 1985, Fantino và Frêne [13] nghiên cứu so sánh tính toán bôi trơn cho
thanh truyền của động cơ xăng và diezel. Labouff và cộng sự [14] nghiên cứu về ổ cứng
và ổ đàn hồi chịu tải trọng động. Nghiên cứu chỉ ra so với ổ cứng ổ đàn hồi có xét đến

hiệu ứng đàn hồi, tại vị trí đỉnh đồ thị sẽ có góc rộng hơn và giá trị lớn nhất sẽ nhỏ hơn
so với ổ cứng.
Năm 1986, Goenka và Oh [15] dựa trên mô hình của Rohde và Li [16] nghiên
cứu giải phƣơng trình Reynolds cho ổ bôi trơn thủy động đàn hồi. Các tác giả kết hợp
với phƣơng pháp Newton-Raphson và hai phƣơng pháp số (phần tử hữu hạn và sai phân
hữu hạn). Nghiên cứu giúp giải quyết bài toán bôi trơn thủy động đàn hồi trong mọi
trƣờng hợp với kết quả gần đúng.
Năm 1988, Mcivor và Fenner [17] nghiên cứu so sánh tối ƣu số điểm nút trong
phần tử hữu hạn. Nghiên cứu cho thấy việc sử dụng loại phần tử 8 nút giúp giảm đáng
kể thời gian tính toán và giảm số vòng lặp cho kết quả nhanh hơn phần tử tam giác 3
nút. Năm 1992 Fenner ] nghiên cứu chiều dày màng dầu của ổ chịu tải trọng nặng. Các
tác giả sử dụng đa giác lƣới 8 nút để phân tích màng dầu [18]. Sự biến dạng đàn hồi làm
tăng đáng kể phạm vi và chiều dày của màng dầu và dẫn đến giảm đáng kể áp lực lớn
nhất trong tiếp xúc.
Năm 1991, Aitken và McCallion [19] [20] [21] nghiên cứu ổ đầu to thanh truyền
chịu tải trọng động có xét đến hiệu ứng quán tính và hiệu ứng đàn hồi. Nghiên cứu chỉ
ra sự biến dạng đàn hồi của bề mặt ổ và lực quán tính đầu to thanh truyền chịu tải trọng

9


động ảnh hƣởng lớn đến chiều dày màng dầu. Các tác giả đã thực hiện so sánh kết quả
chiều dày màng dầu thực nghiệm và kết quả chiều dày màng dầu mô phỏng số trong
trƣờng hợp có và không có biến dạng đàn hồi của ổ.
Năm 1995, Guines [22] và Bonneau cùng các cộng sự [23] nghiên cứu bôi trơn
thủy động đàn hồi có xét đến hiệu ứng quán tính trong ổ đầu to thanh truyền chịu tải
trọng động. Các tác giả sử dụng phƣơng pháp Newton-Raphson và các phần tử 8 nút để
phân tích màng dầu bôi trơn, phần tử 20 nút để phân tích các cấu trúc 3D đàn hồi. Biến
dạng của ổ đƣợc chia thành hai phần là do áp lực thủy động và do lực quán tính. Để xác
định các vùng liên tục và gián đoạn của màng dầu, các tác giả sử dụng thuật toán Murty

phù hợp với mô hình thanh truyền đàn hồi trong động cơ tốc độ cao, và rút ngắn đƣợc
thời gian tính toán.
Năm 1997, Ozasa [24] [26] và Susuki [25] nghiên cứu so sánh kết quả tính toán
lý thuyết với thực nghiệm trên thanh truyền động cơ diesel. Nghiên cứu này trình bày
một mô hình bôi trơn thủy động đàn hồi của ổ đầu to thanh truyền có đề cập tới những
ảnh hƣởng của lực quán tính và lỗ cấp dầu. Các tác giả đã đƣa ra các kết quả của chiều
dày màng dầu ở tốc độ khác nhau với áp lực tối đa và phân bố nhiệt độ trong ổ.
Năm 1999, Okamoto cùng cộng sự [27] [28] nghiên cứu ảnh hƣởng của chiều
rộng ổ đầu to và chiều rộng bạc lót đến hoạt động của ổ đầu to thanh truyền động cơ
diesel. Qua đó áp lực thủy động lực, chiều dày màng dầu phụ thuộc vào chiều rộng của
bạc lót. Cho M.R. cùng cộng sự [29] nghiên cứu về ảnh hƣởng của nhiệt độ đến chiều
dày tối thiểu của màng dầu trong ổ đầu to thanh truyền. Các tác giả đã so sánh các kết
quả lý thuyết và thực nghiệm. Các phƣơng trình năng lƣợng đƣợc giải quyết. Chiều dày
nhỏ nhất của màng dầu trong mỗi chu kỳ đƣợc xác định có tính đến hiệu ứng nhiệt.
Năm 2000, Piffeteau [30][31] và Souchet Piffeteau [32] nghiên cứu ổ đầu to
thanh truyền chịu tải trọng động bỏ qua hiện tƣợng gián đoạn màng dầu. Các tác giả
dựa trên mô tả một chiều của dòng chảy hai chiều và biến dạng nhiệt kết hợp sử dụng
phƣơng pháp phần tử hữu hạn để giải quyết các phƣơng trình năng lƣợng với độ biến
dạng đàn hồi, phƣơng trình năng lƣợng trong màng dầu và phƣơng trình nhiệt trong
chất rắn.
Năm 2001, Bonneau và Hajjam [33] nghiên cứu phƣơng pháp phần tử hữu hạn
giải thuật toán dựa trên mô hình của JFO (Jakobson-Floberg và Olsson). Thuật toán này
cho phép xác định vùng gián đoạn và tái tạo của màng dầu trong chế độ bôi trơn EHD
cho cả vùng liên tục và vùng gián đoạn của màng dầu. Các kết quả tính toán ổ đầu to
thanh truyền của động cơ F1 vận hành trong điều kiện khắc nghiệt đƣợc đƣa ra. Rebora
và Stefani [34] nghiên cứu ảnh hƣởng của lực siết bu-lông lắp ráp giữa 2 nửa thân và

10

nắp của thanh truyền động cơ ở chế độ thủy động đàn hồi. Nghiên cứu so sánh các giả
thiết khác nhau về ổ cứng tuyệt đối và ổ đàn hồi có tính tới lực siết bu-lông. Các phần
tử hữu hạn rời rạc của thanh truyền nghiên cứu đƣợc thể hiện trong hình 1.4. Nghiên
cứu chỉ ra nếu sự biến dạng của ổ tăng lên thì chiều dày nhỏ nhất của màng dầu sẽ giảm
xuống.

Hình 1.4: Mô hình rời rạc ổ đầu to thanh truyền [34]

Năm 2003, Stefani [35] nghiên cứu về tác dụng của tải trọng và lực quán tính lên
ổ đầu to thanh truyền. Nghiên cứu chỉ ra ứng suất trong thanh truyền chịu tác dụng của
lực siết bu-lông (Hình. 1.5).

Hình 1.5: Ứng suất trong thanh truyền chịu tác dụng của lực siết bu-lông [35]

Hình 1.6: Biến dạng của ổ đầu to thanh truyền chịu tác dụng của lực siết bu-lông [36]

Năm 2004, Stefani và Rebora [36] nghiên cứu thuật toán tính toán trên mô hình
mở và trƣợt giữa nắp và thân thanh truyền. Thuật toán này đƣợc sử dụng để phân tích
các mô hình 2 hay 3 chiều của ổ đỡ động cơ. Nắp và thân thanh truyền đƣợc chia lƣới
riêng biệt. Tại bề mặt tiếp xúc giữa 2 nửa các phần tử bề mặt tiếp xúc điểm – điểm.
Wang và cộng sự [37] nghiên cứu ổ đầu to thanh truyền bao gồm thân, bạc lót, nắp và
bu lông. Việc tính toán sẽ dựa trên biến dạng ban đầu do lực siết bu-lông (Hình 1.7).
11


Nghiên cứu đã xét tới ảnh hƣởng của lực quán tính và biến dạng của thanh truyền đến
các thông số bôi trơn. Tất cả các thông số này có ảnh hƣởng đáng kể tới hiệu quả hoạt
động của ổ. Các tác giả sử dụng phần mềm Abaqus để tính toán biến dạng đàn hồi và
ứng suất của các bề mặt tiếp xúc. Trong toàn chu kỳ, hình dạng của hai bạc lót là khác
nhau (Hình 1.7).

Hình 1.7: Hình dạng ban đầu của các bạc lót do lực xiết bu lông [37]

Hình 1.8: Hình dạng của bạc lót trong một chu kỳ của hoạt động [35]

Trong một nghiên cứu khác Wang và cộng sự [38], đã xác định hiệu suất của ổ
đầu to thanh truyền với biên dạng không tròn. Các tác giả sử dụng phƣơng pháp sai
phân hữu hạn để giải phƣơng trình Reynolds. Quỹ đạo trọng tâm thanh truyền, chiều
dày màng dầu và áp lực màng dầu trong chu kỳ đƣợc tính toán và kết quả đƣợc so sánh
với mô hình ổ đầu to thanh truyền đàn hồi nguyên khối. Michaud [39] đã nghiên cứu
mở rộng nhiệt thủy động đàn hồi hai chiều bằng một mô hình ba chiều trong trƣờng hợp
ổ chịu tải trọng động. Mô hình này đƣợc xây dựng bằng cách viết các phƣơng trình
Reynolds ba chiều trong vùng liên tục và vùng gián đoạn của màng dầu, các phƣơng
trình năng lƣợng ba chiều và nhiệt ba chiều đƣợc đƣa ra để tính toán áp suất và nhiệt độ
màng dầu và nhiệt độ của ổ.
Năm 2005, Fatu [40] đã nghiên cứu mô phỏng số và thực nghiệm bôi trơn ổ
động cơ trong các điều kiện làm việc khắc nghiệt. Mục đích của nghiên cứu này nhằm
giúp các nhà thiết kế ổ trục có các công cụ tính toán nhanh và hiệu quả. Sự thay đổi của
độ nhớt, ảnh hƣởng của hiệu ứng nhớt và chất lỏng phi Newton đƣợc nghiên cứu trong

12