Nguyên lý của sự bôi trơn

Nguyên lý của sự bôi trơn

Sự bôi trơn công nghiệp có nhiều dạng nhưng chung qui lại có hai nguyên tác bôi trơn: bôi trơn ranh giới, bôi trơn màng thủy động.

Bôi trơn biên

Là sự bôi trơn giữa các bề mặt được tạo ra do màn dầu hình nêm tích tụ giữ các bề mặt. Màng dầu hình nêm được nguồn của bôi trơn biên, màng dầy ở mép trước và mỏng ở mép sau. Khi màng này trở nên mỏng để điểm trên bề mặt chạm vào nhau gọi là bôi trơn ranh giới. Với sự tăng của lực ma sát, lực cần tạo ra lớn hơn để di chuyển các bộ phận.

Bôi trơn biên là trạng thái trung gian giữa ma sát khô và bôi trơn thủy động chất lỏng. Về cơ bản, nó là trạng thái mà chất bôi trơn lấp đầy các khoang, chúng tồn tại giữa tất cả các bề mặt ma sát. Ma sát xảy ra do sự cắt của chính màng bôi trơn và do sự tiếp xúc kim loại với kim loại của các điểm cao của bề mặt trượt.

Hệ số ma sát tăng trong quá trình bôi trơn biên hoặc khi dầu quá đặc. Độ dày của dầu bôi trơn có tác động lớn đến việc cản trở sự bôi trơn biên và cung cấp hệ số ma sát thấp. Độ dày của dầu được gọi là độ nhớt của nó. Độ nhớt được định nghĩa là xu hướng chống chảy của dầu.

Mô phổng bôi trơn biên, màng nhớt hình nêm

Hình trên thể hiện những đặc trưng của chất bôi trơn, trong đó Z là độ nhớt hoặc độ dày, N là tốc độ bề mặt và P là áp suất gây ra bởi trọng lượng. Hệ số ma sát thấp nhất đối với một giá trị của ZN / P. Nếu tăng tải trọng P, giá trị ZN / P giảm và lực dịch chuyển sang trái trên đồ thị theo điều kiện biên. Tốc độ tăng bất kỳ sẽ làm tăng ZN / P và chuyển biểu thức sang bên phải trên đồ thị. Cần nhiều lực hơn để tăng tốc độ trong khi sử dụng cùng độ nhớt và tải trọng. Đối với bất kỳ tốc độ và tải trọng không đổi nào, màng dầu phụ thuộc vào độ nhớt của dầu.

Ví dụ điển hình nhất của bôi trơn màng là sự di chuyển của pitos trong xi long động cơ có dầu nhớt bôi trơn giữa hai bộ phận này.

Bôi trơn thủy động

Nguyên tắc bôi trơn thủy động tìm thấy phổ biến trong các các bề mặt ổ trục cong trong động cơ như ổ trục chính, thanh truyền và ổ trục cam. Bôi trơn ổ trục chính trục khuỷu được thể hiện trong hình dưới.

Bôi trơn thủy động trong ổ trục

Dầu bôi trơn từ hệ thống dầu động cơ được cung cấp qua lỗ ở nửa trên của vỏ ổ trục. Một rãnh trên vỏ ổ trục giữ lại một số dầu trong ổ trục khi động cơ dừng. Rãnh này cũng giúp truyền một lớp màng dầu trên bề mặt ổ trục khi động cơ đang chạy. Khi trục khuỷu đứng yên, tải truyền thẳng xuống và dầu được ép ra từ giữa trục và ổ trục . Khi trục khuỷu quay, bôi trơn thủy động hoạt động và một màng dầu thủy động hình nêm được thiết lập xung quanh ổ trục. Khi dầu có độ nhớt phù hợp, lực quay cần tác động sẽ giảm.

Một số dầu rò rỉ từ các mặt của ổ trục, làm trôi các chất bẩn ra ngoài và giúp làm mát ổ trục. Điều này đòi hỏi phải cung cấp liên tục dầu mới, được bơm dầu cung cấp cho nhật ký ổ trục. Sự mài mòn ổ trục chủ yếu xảy ra trong quá trình khởi động, ban đầu và tiếp tục cho đến khi màng thủy động được thiết lập. 

Sự hình thành của sự bôi trơn thủy động học diễn ra trong bốn giai đoạn:

(1) Ma sát tĩnh hoặc tĩnh: Khi trục đứng yên hoặc quay rất chậm, có sự tiếp xúc mật thiết giữa trục và ổ trục ở đế.

(2) Bôi trơn ranh giới: Khi trục bắt đầu quay, nó leo lên mặt phẳng chịu lực theo hướng ngược với hướng quay cho đến khi đạt được lực ma sát giới hạn.

(3) Bôi trơn bán thủy động: Khi tốc độ trục tăng lên, nó kéo theo một lớp dầu bám vào và một lớp dầu biên khác bám vào bề mặt ổ trục tĩnh. Giữa hai lớp này, dầu chuyển động cùng chiều với chuyển động của bề mặt. Do đó, dầu bị kéo vào phần cuối mỏng của khoảng trống tạo thành một hình nêm hội tụ của màng dầu.

(4) Bôi trơn thủy động lực học: Chiều dày của màng dầu tạo thành giữa hai mặt tăng lên theo tốc độ tăng và đẩy trục trục quay theo chiều quay, sang chiều ngược lại. Trong thực tế, một vị trí trung bình ổn định được thiết lập và trục trục "nhảy" về điểm này với tải trọng dao động.

Quá trình bôi trơn bằng thủy động chỉ diễn ra vì hầu hết các chất bôi trơn có sự bám chặt vào bề mặt kim loại, và chuyển động tương đối đạt được do sự cắt bên trong của các lớp phân tử trong chính màng dầu hình nêm. Ngoài bôi trơn trục khuỷu và trục cam điển hình, bôi trơn thủy động thường xuất hiện ở khu vực giữa của thành xi lanh, nơi tốc độ piston cao nhất.