
Hệ thống bôi trơn và làm mát
Môn: Cơ sở thiết kế máy
Nhóm 9
2

Chương 13
Nội dung
13.1. Vai trò của bôi trơn đối với ma sát hao mòn trong máy
13.2. Các cơ chế chung của tác dụng bôi trơn
13.3. Vật liệu và phương pháp chọn dầu bôi trơn
13.4. Hệ thống bôi trơn
13.5. Hệ thống làm mát
13.6. Tính toán hệ thống bôi trơn và làm mát
13.7. Một số ví dụ
3

Chương 13
Nội dung
13.1. Vai trò của bôi trơn đối với ma sát hao mòn trong máy
13.2. Các cơ chế chung của tác dụng bôi trơn
13.3. Vật liệu và phương pháp chọn dầu bôi trơn
13.4. Hệ thống bôi trơn
13.5. Hệ thống làm mát
13.6. Tính toán hệ thống bôi trơn và làm mát
13.7. Một số ví dụ
13.1. Vai trò của bôi trơn đối với ma sát hao mòn trong máy
4

Chương 13
13.1. Vai trò của bôi trơn đối với …


Chức năng:
-
Giảm lực ma sát làm tăng hiệu suất làm việc của máy và chi tiết máy.
-
Giảm độ hao mòn của các chi tiết máy.
-
Làm mát các chi tiết máy.
-
Bảo vệ chi tiết khỏi bị han rỉ.
-
Bảo đảm tính kín thít của bộ phận ma sát.
-
Liên tục làm sạch chi tiết.
⇒
Cần phải có bôi trơn để hệ thống hoạt động được trơn tru và liên tục.
⇒
Là phương pháp nhanh và rẻ nhất để tăng tuổi thọ làm việc của hệ thống máy và chi tiết máy.
5

Chương 13
13.1. Vai trò của bôi trơn đối với …

Yêu cầu:
-
Bảo đảm khả năng làm việc trong các điều kiện phức tạp.
-
Lấp đầy các lõm nhấp nhô trên bề mặt chi tiết.
-
Tạo sức cản lớn theo phương vuông góc với bề mặt ma sát và nhỏ nhất theo phương tiếp tuyến.

-
An toàn khi sử dụng.
-
Không gây ảnh hưởng có hại đến vật liệu chi tiết.
-
Bảo đảm bôi trơn và lượng dầu ít nhất.
-
Không thay đổi tính chất khi vận chuyển, bảo quản, cung cấp.
-
Không tạo cặn nguy hiểm và có hại.
-
Không sinh bọt.
-
Không tạo nhũ.
6

Chương 13
13.1. Vai trò của bôi trơn đối với …

Chỉ tiêu đánh giá dầu bôi trơn:
-
Các đặc tính hóa lý:

Độ nhớt

Nhiệt độ bốc cháy, đông đặc

Hàm lượng lưu huỳnh

Độ cốc, độ tro, độ axit, …

-
Các tính chất sử dụng:

Tính chịu tải trọng

Tính chống ma sát

Tính chống mài mòn

Tính chống dính
7

Chương 13
13.1. Vai trò của bôi trơn đối với …
8

Chương 13
13.1. Vai trò của bôi trơn đối với …
9

Chương 13
13.1. Vai trò của bôi trơn đối với …
10

Chương 13
Nội dung
13.1. Vai trò của bôi trơn đối với ma sát hao mòn trong máy
13.2. Các cơ chế chung của tác dụng bôi trơn
13.3. Vật liệu và phương pháp chọn dầu bôi trơn
13.4. Hệ thống bôi trơn

13.5. Hệ thống làm mát
13.6. Tính toán hệ thống bôi trơn và làm mát
13.7. Một số ví dụ
13.2. Các cơ chế chung của tác dụng bôi trơn
11

Chương 13
13.2. Các cơ chế chung của tác dụng bôi trơn
13.2.1. Mặt thích hợp và không thích hợp
-
Mặt thích hợp khít vào mặt trong lẫn nhau với mức độ cao của thích hợp hình học.
-
Bề mặt chịu tải không thay đổi khi tăng tải trọng.
Hình 1. Mặt thích hợp (tiếp xúc trong)
12

Chương 13
13.2. Các cơ chế chung của tác dụng bôi trơn
13.2.1. Mặt thích hợp và không thích hợp
-
Vùng có diện tích nhỏ trên bề mặt tiếp xúc chịu tác dụng tác dụng toàn bộ tải trọng, nhưng diện tích không
đáng kể so với bề mặt thích hợp.
-
Một số chi tiết bôi trơn màng chất lỏng có các mặt tiếp xúc không thích hợp.
Hình 2. Mặt không thích hợp
13

Chương 13
13.2. Các cơ chế chung của tác dụng bôi trơn
13.2.2. Bôi trơn thủy động

-
Xảy ra khi tải trọng nhỏ và vận tốc lớn.
-
Dầu được rút vào giữa hai bề mặt và chảy thành lớp, bề dầy lớp dầu lớn hơn độ lồi lõm của các bề mặt.
-
Hiệu quả nhất vì giảm tối đa ma sát giữa hai bề mặt kim loại, chỉ còn ma sát nhớt của các lớp dầu.
-
Máy móc trong các điều kiện làm việc bình thường được tính toán để bôi trơn ở chế độ này.
Hình 3. Chế độ bôi trơn thủy động
14

Chương 13
13.2. Các cơ chế chung của tác dụng bôi trơn
-
Là đặc trưng chủ yếu khi bôi trơn các bề mặt thích hợp.
-
Áp suất tăng lên trong ổ bôi trơn thủy động tách các bề mặt tiếp xúc là do:
•
Khe hở giữa các bề mặt tiếp xúc
•
Chuyển động tương đối
•
Độ nhớt dầu bôi trơn.
•
…
-
Độ lớn của ứng suất không đủ để tạo các biến dạng đàn hồi trên các bề mặt tiếp xúc.
-
Chiều dày lớp dầu nhỏ nhất phụ thuộc vào tải trọng F
r

, vận tốc v, độ nhớt động lực μ và độ nhấp nhô bề
mặt R
z1
, R
z2
.
13.2.2. Bôi trơn thủy động
15

Chương 13
13.2. Các cơ chế chung của tác dụng bôi trơn
-
Với bôi trơn thủy động thì lớp dầu tương đối dày, đủ để cho các bề mặt không trực tiếp tiếp
xúc nhau, khi đó hệ số ma sát thấp và lực cản ma sát cao.
-
Bôi trơn các bề mặt rắn phụ thuộc vào tính chất vật lý của dầu bôi trơn, đáng chú ý nhất là độ
nhớt, và các đặc tính ma sát tăng lên chủ yếu từ việc cắt lớp dầu bôi trơn.
13.2.2. Bôi trơn thủy động
Hình 4. Các đặc tính của bôi trơn thủy động
Mặt thích hợp:


Không có hiện tượng biến dạng đàn hồi.


min 1 2
( , , , ) 1
r z z
h f F v R R m
µ

= >
16

Chương 13
13.2. Các cơ chế chung của tác dụng bôi trơn
-
Với bôi trơn thủy động thì lớp dầu tương đối dày, đủ để cho các bề mặt không trực tiếp tiếp
xúc nhau, khi đó hệ số ma sát thấp và lực cản ma sát cao.
-
Bôi trơn các bề mặt rắn phụ thuộc vào tính chất vật lý của dầu bôi trơn, đáng chú ý nhất là độ
nhớt, và các đặc tính ma sát tăng lên chủ yếu từ việc cắt lớp dầu bôi trơn.
13.2.2. Bôi trơn thủy động
17

Chương 13
13.2. Các cơ chế chung của tác dụng bôi trơn
-
Là một dạng bôi trơn thủy động mà khi đó các bề mặt bôi trơn bị biến dạng đàn hồi.
-
Áp suất giữa hai bề mặt rất lớn.
Vd: các tiếp xúc bánh răng, mấu cam, …
-
Thường liên quan đến các bề mặt không thích hợp.
13.2.3. Bôi trơn thủy động đàn hồi
Hình 5. Chế độ bôi trơn thủy động đàn hồi
18

Chương 13
13.2. Các cơ chế chung của tác dụng bôi trơn
-

Liên quan đến vật liệu có module đàn hồi cao như kim loại.
-
Biến dạng đàn hồi và hệ số nhớt – áp suất có ảnh hưởng như nhau.
-
Các đặc tính của bôi trơn đàn hồi cứng:

Các bề mặt không thích hợp, vật liệu có module đàn hồi cao.

Áp suất lớn nhất: 0,5÷4 GPa.

Chiều dày lớp dầu nhỏ nhất: 0,1μm
13.2.3. Bôi trơn thủy động đàn hồi
13.2.3.1. Bôi trơn thủy động đàn hồi cứng
Trong đó E là module đàn hồi tương đương, ξ là hệ số nhớt - áp suất.

Modul đàn hồi tương đương E được tính bằng công thức:

 !"#$%
&

min 1 2
( , , , , , , )
r z z
h f F v R R E
µ ξ
=
( ) ( )
1 2
2 2
1 2 2 1

2
1 1
E E
E
E E
µ µ
=
− + −
19

Chương 13
13.2. Các cơ chế chung của tác dụng bôi trơn
13.2.3. Bôi trơn thủy động đàn hồi
13.2.3.1. Bôi trơn thủy động đàn hồi cứng
Hình 6. Các đặc tính của bôi trơn đàn hồi cứng.
p
max
= 0,5÷4 GPa
h
min
= f(F
r
, v, R
z1
, R
z2
, E, ξ) > 0,1μm
Ảnh hưởng đàn hồi và độ nhớt đều quan trọng
như nhau.
20


Chương 13
13.2. Các cơ chế chung của tác dụng bôi trơn
13.2.3. Bôi trơn thủy động đàn hồi
13.2.3.1. Bôi trơn thủy động đàn hồi cứng
-
Ứng dụng của bôi trơn thủy động đàn hồi cứng:

Bôi trơn trơn thủy động trong cho các chi tiết máy tiếp xúc chế tạo từ vật liệu có module đàn hồi cao
như: bánh răng, con lăn, cam …
21

Chương 13
13.2. Các cơ chế chung của tác dụng bôi trơn
-
Liên quan đến vật liệu có modul đàn hồi thấp như cao su.
-
Ảnh hưởng đàn hồi chiếm ưu thế.
-
Các đặc tính của bôi trơn đàn hồi mềm:

Biến dạng đàn hồi lớn ngay cả khi tải trọng nhỏ.

Áp suất lớn nhất: 0,5÷4 MPa, (thường là 1MPa).

Chiều dày lớp dầu nhỏ nhất: 1μm
13.2.3. Bôi trơn thủy động đàn hồi
13.2.3.2. Bôi trơn thủy động đàn hồi mềm
-
Ứng dụng


Vòng phớt

Các chi tiết máy sử dụng vật liệu chế tạo là cao su
min 1 2
( , , , , , )
r z z
h f F v R R E
µ
=
22

Chương 13
13.2. Các cơ chế chung của tác dụng bôi trơn
13.2.3. Bôi trơn thủy động đàn hồi
13.2.3.2. Bôi trơn thủy động đàn hồi mềm
Hình 7. Các đặc tính của bôi trơn đàn hồi
mềm.
p
max
= 0,5÷4 MPa,
h
min
= f(F
r
,v,R
z1
,R
z2
,E) ≈ 1μm,

Ảnh hưởng đàn hồi chiếm ưu thế.
23

Chương 13
13.2. Các cơ chế chung của tác dụng bôi trơn
13.2.3. Bôi trơn thủy động đàn hồi
13.2.3.3. Bôi trơn màng mỏng
-
Là trường hợp ngược lại của bôi trơn thủy động.
-
Các các bề mặt bị ép sát vào nhau do tải trọng lớn mà vận tốc lại rất nhỏ (lúc máy móc khởi động, va chạm,
…).
-
Lớp dầu không đủ dầy để ngăn cách các bề mặt do đó ma sát và mài mòn rất lớn.
-
Là chế độ bôi trơn khắc nghiệt và đòi hỏi dầu nhớt phải có các phụ gia chống mài mòn hiệu quả.
Hình 8. Chế độ bôi trơn màng
mỏng.
24

Chương 13
13.2. Các cơ chế chung của tác dụng bôi trơn
13.2.3. Bôi trơn thủy động đàn hồi
13.2.3.3. Bôi trơn màng mỏng
-
Xảy ra trong các chi tiết máy có tải trọng nặng, vận tốc thấp và màng mỏng bôi trơn khó giữ
lại được. Cơ cấu như chốt cửa được bôi trơn màng mỏng.
-
Khi chiều dày màng dầu nhỏ hơn 0,1μm (khi tăng nhiệt độ, tăng tải trọng hay giảm tốc độ)
thì tính chất dầu cũng thay đổi => hệ số ma sát không phụ thuộc vào độ nhớt của dầu, mà

ảnh hưởng chủ yếu đến hệ số ma sát (tính bôi trơn).
-
Bôi trơn màng mỏng của các vật rắn không tách bởi lớp bôi trơn, nên hiệu ứng màng chất
lỏng là không đáng kể và có sự tiếp xúc bề mặt nhám đáng kể.
25

Chương 13
13.2. Các cơ chế chung của tác dụng bôi trơn
13.2.3. Bôi trơn thủy động đàn hồi
13.2.3.3. Bôi trơn màng mỏng
-
Cơ chế bôi trơn tiếp xúc được điều khiển bởi các tính chất hóa học và vật lý của màng bề mặt
mỏng của tỷ lệ phân tử.
-
Các tính chất của lớp dầu không quan trọng, hệ số ma sát độc lập với độ nhớt.
-
Đặc tính ma sát được xác định theo tính chất của các vật rắn và màng bôi trơn tại bề mặt tiếp
xúc. Lớp màng mỏng có chiều dày thay đổi trong khoảng 1÷10nm tùy thuộc vào kích thước
phân tử.