2. MỘT SỐ KIỂU BÔI TRƠN TRONG KỸ THUẬT
2.1. Bôi trơn thuỷ tĩnh
Bôi trơn thuỷ tĩnh còn gọi là bôi trơn nhờ áp suất bên ngoài. Một lớp màng bôi trơn (chất lỏng hoặc khí) dưới áp suất nào đó được đưa vào bề mặt tiếp xúc chung từ bên ngoài tạo nên độ cứng và giảm chấn cao. Kể cả trong quá trình khởi động và tắt máy lớp màng bôi trơn ngăn cản sự tiếp xúc trực tiếp giữa hai bề mặt rắn. Bôi trơn thuỷ tĩnh ứng dụng rộng rãi trong các ổ làm việc với tải lớn và vận tốc thấp như trong kính thiên văn, ra đa v.v...
Ổ bôi trơn thuỷ tĩnh có độ cứng và giảm chấn cao tạo nên độ chính xác vị trí tốt ứng dụng cho trường hợp chịu tải nhẹ vận tốc cao như ổ của máy công cụ, khoan răng tốc độ cao, máy li tâm siêu cao tốc. Tuy nhiên, bôi trơn thuỷ tĩnh phức tạp hơn thuỷ động, yêu cầu bơm áp suất cao và lọc chất lỏng cẩn thận.
Hình 4-9 : Sơ đồ (a) bôi trơn thuỷ tĩnh ổ trượt chặn khoét lỗ mặt đầu (b) Hệ thống cung cấp chất bôi trơn.
Bằng cách cung cấp dung dịch áp suất cao vào vùng khoét lỗ mặt đầu (Hình 4- 9(a)), tiếp xúc giữa hai bề mặt ở mặt đầu có thể bị tách ra và mức độ giảm lực ma sát giữa hai bề mặt phụ thuộc vào độ nhớt. Việc lựa chọn tỷ lệ diện tích vùng khoang áp suất và mặt đầu thích hợp quyết định khả năng tải tương ứng của ổ. Hình 4-9(b) mô tả sơ đồ hệ thống bơm cao áp cung cấp chất bôi trơn cho ổ.
Hình 4-9(a) và 4-10(a) chỉ ra đặc điểm chính của một ổ trượt chặn khoét lỗ mặt đầu thiết kế chịu tải theo chiều trục. Chất bôi trơn được bơm vào ổ qua bộ lọc, áp suất chất lỏng ps khi đi qua chi tiết bù hay không chế sẽ giảm xuống giá trị pτ trước khi vào khoang áp suất. Chất lỏng sau đó tràn qua ổ với chiều dày là h nhỏ hơn rất nhiều so với chiều sâu của khoang áp suất. Mục đích của bộ bù là để rút chất lỏng có áp suất cao từ bể về khoang áp suất. Chi tiết bù cho phép áp suất trong khoang áp suất pτ khác với áp suất từ bơm ps. Sự khác nhau này phụ thuộc vào tải trọng pháp tuyến. Có ba kiểu chi tiết bù cho ổ bôi trơn thuỷ tĩnh là ống mạch, lỗ cạnh sắc và van dòng chảy không đổi.
Khảo sát ổ trên Hình 4-10. Trên hình vành khăn bán kính r và dr, giả thiết chiều dày lớp bôi trơn h = const và áp suất không phụ thuộc vào góc θ định vị vị trí của phân tố, chất bôi trơn là không nén được. Áp dụng phương trình Raynolds đơn giản dưới dạng toạ độ cực trong vùng ri < r <
ro ta có:
Hình 4-10: (a) Mô hình ổ trượt chặn (b) Phân bố ứng suất trong ổ trượt chặn bôi trơn thuỷ tĩnh khoét lỗ mặt đầu.
Tích phân hai lần ta được: p = C1lnr + C2 (4-35) Thay các giá trị biên: r = ri, p = pτ và r = ro, p = 0 ta có:
Tốc độ dòng chảy thể tích hướng kính trên một đơn vị chu vi trong toạ độ cực xác định như sau:
Và tốc độ dòng chảy thể tích tổng sẽ là:
Q = 2πrQ (4-38)
Kết hợp các phương trình (4-36, 37, 38) ta có biểu thức của p theo Q.
Hình 4-10(b) mô tả sơ đồ biến thiên áp suất trong ổ, áp suất giả
thuyết phân bố đều trong khoang áp suất vì chiều sâu của khoang lớn hơn chiều dày lớp chất bôi trơn mặt đầu hàng trăm lần.
Khả năng tải của ổ được xác định như sau:
Với một dạng hình học của ổ nhất định, khả năng tải của ổ tăng tuyến tính với áp suất và không phụ thuộc vào độ nhớt. Vì thế, bất kỳ chất bôi trơn nào không gây hại đối với vật liệu ổ đều có thể sử dụng. Độ cứng của lớp màng bôi trơn, mô men ma sát cũng như năng lượng mất mát có thể xác định theo các công thức trong tài liệu tham khảo.
Từ phương trình (4-1) có thể tính được lực cắt trên tích da của phân tố chất lỏng với giả thiết vận tốc trong lớp chất lỏng biến đổi tuyến tính và bỏ qua ma sát nhất trong khoang áp suất Pr.
Mô men ma sát được xác định bằng cách lấy tích phân trên toàn mặt tiếp xúc ngoài khoang áp suất Pr.
Các ổ bôi trơn thuỷ tĩnh có thể sử dụng một hoặc nhiều khoang áp suất hình vành khăn, phần vành khăn hoặc hình chữ nhật.