Giải thích về các chế độ bôi trơn

Bôi trơn ranh giới

Giải thích về các chế độ bôi trơn biên liên quan đến sự tiếp xúc kim loại với kim loại giữa hai mặt trượt của máy. Trong quá trình khởi động hoặc tắt ban đầu của một số thiết bị (ví dụ, ổ trục) hoặc trong điều kiện chịu tải nặng (chốt và ống lót của thiết bị xây dựng), các bề mặt kim loại trong hệ thống bôi trơn thực sự có thể tiếp xúc nghiêm trọng với nhau. Nếu màng dầu không đủ dày để khắc phục độ nhám bề mặt của kim loại, giá trị lambda sẽ nhỏ hơn một.

Chúng tôi thường muốn tránh bôi trơn ranh giới nếu có thể. Các chuyên gia bôi trơn đồng ý rằng ma sát có thể ở mức cao nhất trong chế độ bôi trơn biên. Điều này xảy ra ở các điều kiện khởi động, tắt máy, tốc độ thấp hoặc tải cao.

Chế độ bôi trơn ranh giới xảy ra trong bất kỳ điều kiện nào mà ở đó hai bề mặt được bôi trơn trong chuyển động tương đối có thể tiếp xúc vật lý và có khả năng xảy ra mài mòn và / hoặc bám dính. Các kỹ sư bôi trơn và các nhà khảo sát học đã gợi ý rằng có tới 70% hao mòn xảy ra trong giai đoạn khởi động và tắt máy của máy móc.

Một phương pháp chính để giảm bôi trơn biên là cung cấp độ nhớt bôi trơn chính xác. Chất bôi trơn có độ nhớt quá thấp không thể giữ các bề mặt kim loại tách biệt và xảy ra tiếp xúc kim loại với kim loại. Chất bôi trơn có độ nhớt quá cao sẽ làm tăng ma sát phân tử của dầu. Hành động cắt dầu bên trong này làm cho các lớp dầu trượt qua nhau và do đó sẽ làm tăng nhiệt độ hoạt động và tổn thất năng lượng.

Phương pháp dự phòng hoặc phụ để giảm hiện tượng này của chế độ bôi trơn biên là sử dụng chất bôi trơn có công thức hoàn chỉnh bao gồm các chất phụ gia chống mài mòn hoặc cực áp . Các chất phụ gia này phản ứng với các chất kim loại đã tiếp xúc bằng cách phản ứng với áp suất cao và nhiệt độ cao của tiếp xúc và ngay lập tức tạo thành một lớp màng dễ uốn (dẻo) thay đổi trên bề mặt kim loại (sắt).

Bộ phim mới này sau đó hoạt động hy sinh khi các bề mặt trượt hoặc lăn lên nhau. Màng hóa chất được tạo thành bởi chất phụ gia bị mài mòn thay vào đó là bề mặt kim loại.

Bôi trơn hỗn hợp

Nói chung, sự bôi trơn đường biên bị giảm đáng kể khi tốc độ trượt tăng lên, tạo ra một lớp màng bôi trơn giữa các bề mặt khi chuyển động. Khi khả năng tiếp xúc không bền giảm và độ dày màng tăng lên, hệ số ma sát giảm đột ngột đến điều kiện được gọi là bôi trơn hỗn hợp.

Một số quá trình tải không kim loại sang kim loại vẫn đang xảy ra kết hợp với tải (nâng) trên chất bôi trơn. Đây là điều kiện trung gian giữa chế độ bôi trơn ranh giới và thủy động lực / đàn hồi, vùng xám giữa chúng. Khi độ dày màng dầu tăng hơn nữa, hệ thống bây giờ chuyển sang bôi trơn toàn màng, bôi trơn elastohydrodynamic hoặc hydrodynamic.

Bôi trơn thủy động lực học (HD)

Chế độ bôi trơn này xảy ra giữa các bề mặt trượt khi một màng dầu đầy đủ hỗ trợ và tạo ra khe hở làm việc (ví dụ, giữa trục quay và ổ lăn). Để bôi trơn thủy động được áp dụng thành công và hoàn toàn, phải có mức độ phù hợp hình học cao giữa các bộ phận của máy (ví dụ: đường cong của trục và đường cong của vỏ trong ổ lăn rất giống nhau) và kết quả áp suất tiếp xúc thấp (100 đến 300 psi trong vòng bi công nghiệp) giữa các bề mặt trong chuyển động tương đối.

Điều kiện chế độ bôi trơn này xảy ra sau khi máy bắt đầu quay và tốc độ và tải sao cho hình thành một nêm dầu giữa trục và bề mặt ổ trục. Nêm dầu này nâng trục ra khỏi bề mặt ổ trục do đó có rất ít nguy cơ tiếp xúc bất thường. Đây là điều kiện mong muốn để tránh ma sát và mài mòn.

Bất kỳ ma sát nào còn lại đều được tìm thấy trong chính chất bôi trơn, khi các cấu trúc phân tử của dầu trượt qua nhau trong quá trình hoạt động. Màng dầu thường dày từ 2 đến 100 micron (0,00008 đến 0,004 inch). Chúng có thể lớn hơn (300 micron hoặc 0,012 inch) trong các ổ trục có đường kính rất lớn. Giá trị lambda (tỷ lệ độ dày màng dầu trên bề mặt nhám) thường lớn hơn 2.

Để bôi trơn thủy động có hiệu quả, độ nhớt của dầu phải đảm bảo duy trì điều kiện thủy động trong mọi điều kiện vận hành, chẳng hạn như tốc độ cao và tải cao, tốc độ thấp và tải cao, tốc độ thấp và tải thấp, v.v. Nếu vận hành các điều kiện làm cho khe hở làm việc bị giảm đi quá nhiều, có thể xảy ra tiếp xúc kim loại với kim loại giữa các điểm cao hoặc bề mặt kim loại.

Nếu độ nhớt của dầu quá cao (đặc), lực cản bên trong (lực cản) của các phân tử dầu sẽ làm giảm hiệu suất vận hành và nhiệt độ sẽ tăng lên. Có thể hữu ích khi nghĩ rằng bôi trơn thủy động giống như thủy động lực khi lốp xe ô tô mất tiếp xúc với đường. Xe nặng có thể được hỗ trợ trên chất lỏng có độ nhớt thấp (nước) và mất tiếp xúc với đường do tốc độ của xe. Nhiều yếu tố tương tự đang diễn ra trong quá trình bôi trơn thủy động lực học.

Bôi trơn Elastohydrodynamic (EHL)

Điều kiện bôi trơn Elastohydrodynamic xảy ra khi có chuyển động lăn giữa các phần tử chuyển động và vùng tiếp xúc có mức độ phù hợp thấp. Ví dụ, lưu ý rằng đường cong của con lăn và đường đua trong ổ trục phần tử lăn rất khác nhau.

Trên thực tế, con lăn và rãnh bên trong cong ngược chiều nhau và do đó có diện tích tiếp xúc nhỏ (gần như là một điểm tiếp xúc duy nhất). Điều này tạo ra áp suất tiếp xúc cao (hàng trăm nghìn psi).

Khi dầu đi vào vùng tiếp xúc giữa một quả bóng và rãnh (bằng cách lăn), áp suất của dầu sẽ tăng mạnh. Đến lượt mình, áp suất cao này làm tăng đáng kể độ nhớt và khả năng chịu tải của dầu. Tải trọng tập trung này sẽ làm biến dạng nhẹ (làm phẳng) kim loại của các phần tử cán và chạy đua trong vùng tiếp xúc. Sự biến dạng chỉ xảy ra ở vùng tiếp xúc, và kim loại đàn hồi trở lại dạng bình thường khi tiếp tục quay.

Rõ ràng, quá trình luyện kim và nhiệt luyện kim loại là rất quan trọng đối với chế độ bôi trơn này. Bởi vì độ nhớt của dầu bị ảnh hưởng trực tiếp bởi nhiệt độ, rõ ràng là nhiệt độ vận hành không chính xác hoặc bất thường sẽ cản trở sự hình thành của màng bôi trơn đàn hồi (EHL).

Ví dụ về các ứng dụng máy móc hoạt động theo EHL là ổ trục phần tử lăn, răng bánh răng và các tiếp điểm cam (lăn) nơi có tải tiếp xúc lăn cao. Nếu các điều kiện vận hành như tốc độ, tải trọng và nhiệt độ không bị vượt quá, tiếp xúc bất động có thể không bao giờ xảy ra do đặc tính đáng chú ý này của chất bôi trơn và kim loại.

Độ dày màng dầu thường theo thứ tự 1 micron (rất, rất mỏng). Tuy nhiên, EHL được coi là hoạt động trên màng chất lỏng (dầu) đầy đủ (chiều cao độ dày bề mặt theo thứ tự từ 0,4 đến 0,8 micron).