Lựa chọn dầu có hệ số độ nhớt-áp suất cao

Lựa chọn dầu có hệ số độ nhớt-áp suất cao làm tăng tuổi thọ vòng bi lên hơn bốn lần

Robert Errichello , Geartech

Backup 200403 lubeselect gearDầu tổng hợp (PAO – Polyalpha olefin và PAG – Polyalkylene glycol) có phải chất bôi trơn bánh răng và ổ trục tốt hơn dầu gốc khoáng không?

Trọng tâm của vấn đề là một đặc tính mà chúng tôi gọi là hệ số áp suất-độ nhớt của các loại dầu gốc bôi trơn khác nhau .

Hệ số áp suất-độ nhớt đề cập đến mối quan hệ giữa tải trọng đặt lên màng dầu (áp suất) tại vùng tải động và độ dày của màng dầu (độ nhớt) tại tải trọng đó, khi tất cả các yếu tố khác (vật liệu, nhiệt độ, hình học, tốc độ, tải) không đổi.

Hệ số áp suất-độ nhớt cung cấp cho chúng tôi các giá trị cố định cho độ dày màng bôi trơn trong một tập hợp các điều kiện nhất định (chế độ elastohydrodynamic, còn được gọi là chế độ EHL hoặc EHD) dựa trên ước tính toán học như được lưu ý trong Bảng thông tin của Hiệp hội các nhà sản xuất bánh răng Hoa Kỳ (AGMA) AGMA 925-A03 (xem Chú thích).

Đơn vị đo thực tế (mm 2 / N) ít hữu ích hơn so với tỷ lệ phần trăm cải thiện của chất tổng hợp so với dầu khoáng tại các điểm nhiệt độ nhất định như đã nêu trong bảng thông tin.

Phân tích cho thấy rằng trên thực tế có những điều kiện mà dầu khoáng thực hiện được các chất tổng hợp PAO / PAG. Đặc biệt lưu ý so sánh mức hiệu suất đối với nhiệt độ dưới 80 ° C.

Tuy nhiên, khi nhiệt độ thay đổi, mối quan hệ thay đổi, để lại cho chúng ta định hướng rõ ràng về thời điểm chúng ta có thể mong đợi xem chất tổng hợp nào thể hiện khả năng tạo màng vượt trội trong một phạm vi nhiệt độ.

Phần lớn được tạo ra từ lợi ích tiềm năng của chất tổng hợp cho các mục đích tiết kiệm năng lượng. Hy vọng rằng, dữ liệu này cung cấp thông tin chi tiết về thời điểm và lý do tại sao chúng ta thực sự mong đợi việc giảm các điều kiện ma sát dẫn đến cải thiện độ tin cậy và tiết kiệm năng lượng do thay đổi sang chất bôi trơn gốc tổng hợp.

Rõ ràng, không phải lúc nào sử dụng chất bôi trơn tổng hợp cũng là tốt nhất.

Ghi chú của biên tập viên kỹ thuật

Một nghiên cứu so sánh độ dày màng EHL với nhiệt độ đối với chất bôi trơn khoáng, PAO và PAG được trình bày ở đây. Mục tiêu là để xác định xem chất bôi trơn ch48ce có thể ảnh hưởng như thế nào đến tính toán tuổi thọ vòng bi.

Phương pháp đo để xác định hệ số độ nhớt-áp suất

Độ dày màng EHL được tính toán bằng các phương trình từ AGMA 925. 1 Hệ số áp suất-độ nhớt định lượng khả năng tạo màng EHL của chất bôi trơn.

Hệ số độ nhớt áp suất được đo trực tiếp bằng cách đánh giá độ nhớt như một hàm của áp suất sử dụng thiết bị áp suất cao hoặc gián tiếp bằng cách đo độ dày màng trong giao thoa kế quang học. Trong trường hợp thứ hai, hệ số độ nhớt áp suất được tính toán từ độ dày màng đo được bằng cách sử dụng phương trình độ dày màng EHL.

 

Mặc dù các phép đo trực tiếp có thể chính xác hơn, nhưng chúng không có sẵn. AGMA 925-A03 cung cấp hệ số độ nhớt áp suất thu được từ phép đo giao thoa quang học cho nhiều chất bôi trơn trong một phạm vi nhiệt độ rộng.

Phương trình độ dày màng là phương trình Dowson và Toyoda cho độ dày màng trung tâm. Nó áp dụng cho các thành phần tiếp xúc với đường dây như bánh răng và ổ lăn.

Dầu nhờn hệ số độ nhớt-áp suất cao

Bảng 1 cho thấy các giá trị về độ nhớt tuyệt đối và hệ số độ nhớt áp suất thu được từ AGMA 925. 1

Độ nhớt tuyệt đối và hệ số độ nhớt-áp suất so với nhiệt độ
Bảng 1. Độ nhớt tuyệt đối và
hệ số độ nhớt-áp suất so với nhiệt độ

Nhiệt độ hệ số độ nhớt-áp suất cao

Độ dày màng EHL được thiết lập bởi nhiệt độ hoạt động của các thành phần. Đối với bánh răng, nhiệt độ của răng bánh răng có liên quan. Đối với vòng bi, nhiệt độ của vòng trong và các con lăn có liên quan. Nhiệt độ vận hành điển hình cho sườn bánh răng, vòng bi và trục lăn là 80 ° C. Các yếu tố môi trường có thể ảnh hưởng đến nhiệt độ vận hành thực tế.

Độ dày màng EHL

Độ dày màng EHL được tính bằng phương trình 65 từ AGMA 925 1 :

Backup 200403 lubselect form1

Ở đâu

  • Hc là độ dày màng trung tâm không thứ nguyên
  • G là tham số vật liệu
  • U là thông số tốc độ
  • W là tham số tải

Nếu hình học, đặc tính đàn hồi, tốc độ và tải trọng là cố định, thì độ dày màng EHL thay đổi theo hệ số độ nhớt áp suất (Backup 200403 coefficient) và độ nhớt tuyệt đối (Backup 200403 absvisc) như thể hiện trong phương trình số 2:

Backup 200403 lubselect form2

Độ dày màng EHL chuẩn hóa

Độ dày màng EHL được chuẩn hóa bằng cách chia phương trình số 2 cho các đặc tính của dầu khoáng ở 80 ° C như thể hiện trong phương trình số 3: Nhiệt độ 80 ° C là đặc trưng cho nhiệt độ hoạt động của răng bánh răng, vòng trong và trục lăn của vòng bi phần tử lăn .

Phương trình số 3 chuẩn hóa độ dày màng của dầu khoáng ở 80 ° C để cho phép so sánh trực tiếp độ dày màng đạt được bởi chất bôi trơn tổng hợp PAO và PAG với độ dày màng đạt được của dầu khoáng.

Backup 200403 lubselect form3

Bảng 2 và Hình 3 tóm tắt độ dày màng chuẩn hóa được tính toán bằng phương trình số 3 (xem Chú thích).

Thảo luận

Hình 1 cho thấy độ nhớt tuyệt đối so với nhiệt độ đối với chất bôi trơn khoáng, PAO và PAG.

Hình 2 cho thấy đường cong cho hệ số độ nhớt áp suất đối với dầu khoáng, cao hơn và dốc hơn so với đường cong đối với dầu nhờn PAO và PAG trong phạm vi nhiệt độ.

Hình 3 cho thấy chất bôi trơn tổng hợp PAO và PAG có xu hướng tương tự đối với sự thay đổi độ dày màng EHL với sự thay đổi nhiệt độ. Chất bôi trơn PAG cho màng dày hơn chất bôi trơn PAO ở mọi nhiệt độ. Dầu khoáng có độ dày màng EHL so với nhiệt độ dốc hơn so với dầu bôi trơn PAO và PAG.

Ở T <80 ° C, dầu khoáng tạo màng dày hơn dầu nhờn PAO, và ở T <57 ° C dầu khoáng tạo màng dày hơn dầu nhờn PAG. Trong phạm vi 70 ° C<90 ° C, chỉ có 5% sự khác biệt giữa độ dày màng EHL của chất bôi trơn khoáng và PAO. Trong cùng phạm vi nhiệt độ này, chất bôi trơn PAG cho màng dày hơn dầu khoáng từ 16% đến 37%.

Độ dày màng EHL được chuẩn hóa thành Độ dày màng dầu khoáng
Bảng 2. Độ dày màng EHL được chuẩn hóa thành Độ dày màng
dầu khoáng ở 80 ° C

Như một ví dụ về tầm quan trọng của độ dày màng, hãy xem xét ảnh hưởng của nó đến tuổi thọ của phần tử lăn. Nếu vòng trong của ổ trục hoạt động ở 70 ° C và được bôi trơn bằng dầu khoáng ISO 320, Bảng 2 hoặc Hình 3 cho kết quả tăng 1,35868 / 1,00000 = 1,36 (36%) so với dầu khoáng ở 80 ° C. Dầu tổng hợp PAG có độ dày màng 1,57558 / 1,00000 = 1,58 (58 phần trăm) tăng so với dầu khoáng ở 80 ° C.

Lợi thế của việc sử dụng chất bôi trơn PAG so với dầu khoáng được thể hiện qua độ dày màng tăng 1,58 / 1,36 = 1,16 (16 phần trăm).

Đối với ví dụ này, DIN ISO 281 cho thấy độ dày màng tăng 16% làm tăng tuổi thọ ổ trục hơn bốn lần (129.000 giờ với PAG so với 31.500 giờ với dầu khoáng).

Đối với bộ bánh răng được bôi trơn bằng dầu ISO 320 và hoạt động ở nhiệt độ răng 80 ° C, độ dày màng bằng dầu tổng hợp PAG dày hơn 27% so với dầu khoáng. AGMA 925-A03 cho thấy xác suất mòn với dầu PAG là dưới 5%, trong khi với dầu khoáng, xác suất mòn là 25%.

Hướng dẫn thực hành để chọn chất bôi trơn

(như minh họa trong Hình 3):

 

  • Dầu PAG có màng dày hơn đáng kể so với dầu PAO và dầu khoáng trong toàn bộ phạm vi nhiệt độ thực tế.
  • Có rất ít sự khác biệt giữa PAO và dầu khoáng đối với dải nhiệt độ từ 70 ° C đến 90 ° C. Trong cùng phạm vi nhiệt độ này, chất bôi trơn PAG cho màng dày hơn dầu khoáng từ 16% đến 37%.
  • Đối với nhiệt độ dưới 70 ° C, dầu khoáng và dầu PAG có độ dày màng lớn hơn đáng kể so với dầu PAO .
  • Đối với nhiệt độ lớn hơn 90 ° C, dầu PAO và PAG có độ dày màng lớn hơn đáng kể so với dầu khoáng.

Backup 200403 lubselect references

Thông tin liên hệ:

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *