Xem mẫu
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BÀI GIẢNG
HỌC PHẦN: NHIÊN LIỆU DẦU MỠ
SỐ TÍN CHỈ: 02
LOẠI HÌNH ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
Hưng Yên - 2015
Tài liệu học tập môn: Nhiên liệu dầu mỡ
Chương 3
DẦU, MỠ BÔI TRƠN - DUNG DỊCH LÀM MÁT
3.1. Dầu bôi trơn.
3.1.1. Khái niệm về ma sát và bôi trơn:
a. Ma sát:
Ma sát là kết quả của nhiều dạng tương tác phức tạp khác nhau, khi có sự tiếp
xúc và dịch chuyển hoặc có xu hướng dịch chuyển giữa hai vật thể, trong đó diễn ra
các quá trình cơ, lý, hoá, điện... quan hệ của các quá trình đó rất phức tạp phụ
thuộc vào đặc tính tải, vận tốc trượt, vật liệu và môi trường.
- hệ số ma sát, = f(p,v,C)
N-tải trọng pháp tuyến
C-điều kiện ma sát (vật liệu, độ cứng, độ bóng, chế độ gia công, môi trường).
Công ma sát A chuyển hoá thành nhiệt năng Q và năng lượng hấp phụ giữa 2 bề mặt
E.
Các yếu tố ảnh hưởng tới hệ số ma sát:
+ Tải trọng
+ Vận tốc
+ Vật liệu và các yếu tố khác: nhiệt độ, độ nhám bề mặt...
Phân loại ma sát:
+ Dựa vào động học và chuyển động
Ma sát trượt
Ma sát lăn
Ma sát xoay
Các dạng ma sát
+ Dựa vào sự tham gia của chất bôi trơn
Ma sát ướt
Ma sát khô
Ma sát tới hạn
Ma sát khô
Khái niệm: Là ma sát mà giữa hai vật rắn tiếp xúc trực tiếp với nhau mà không
có bất kỳ loại vật liệu bôi trơn nào trên bề mặt tiếp xúc.
Bộ môn: Công nghệ kỹ thuật Ôtô.
Trang 39
Tài liệu học tập môn: Nhiên liệu dầu mỡ
Khi gia công các chi tiết dù đạt độ chính xác cao thì trên bề mặt vẫn có độ mấp
mô quá trình chuyển động tương đối giữa hai chi tiết lắp ghép với nhau các chỗ mấp
mô nào sẽ khớp vào nhau và tạo thành lực cản chuyển động giữa tại vị trí tiếp xúc sẽ
xảy ra sự tiếp xúc đàn hồi xuất hiện các biến dạng dẻo và có sự cắt gọt lẫn nhau làm
cho các chi tiết bị mài mòn.
Ta có công thức xác định lực ma sát khô
Fmskhô = ftrượt.Ph
Trong đó:
ftrượt - Hệ số ma sát khô phụ thuộc và vật liệu chế tạo và trạng thái bề mặt
tiếp xúc đó là khô ráp hay nhẵn bóng.
Ph - Tải trọng tác dụng theo phương vuông góc với phương chuyển động.
Tác hại của ma sát khô:
Ma sát khô có tác hại làm tổn thất năng lượng, tăng nhiệt độ làm việc tại bề mặt
của các chi tiết dẫn tới sự ôxy hoá phá huỷ bề mặt làm việc giảm công suất hữu ích
dẫn đến giảm tuổi thọ máy.
Biện pháp hạn chế:
Để hạn chế tác hại của ma sát khô người ta áp dụng một số biện pháp sau:
Lắp vào giữa hai bề mặt mặt ma sát chi tiết có hình dạng phù hợp được gia công có độ
chính xác cao để chuyển ma sát trượt thành ma sát lăn.
Ví dụ như từ sử dụng bạc sang dùng vòng bi.
Hình thành và duy trì giữa các bề mặt làm việc một lớp vật liệu bôi trơn ở dạng lỏng
hoặc dạng dẻo đó là dầu bôi trơn hoặc mỡ...
Công thức xác định lực ma sát lăn
Fmslăn = flăn. Ph/r
Trong đó: r - bán kính con lăn
c. Ma sát ướt:
Khái niệm: Là dạng ma sát mà giữa hai bề mặt làm việc của các chi tiết được
ngăn cách với nhau bởi một lớp dầu có chiều dầy lớn hơn tổng chiều cao của các lớp
mấp mô (chi tiết được bôi trơn theo dạng này gọi là bôi trơn thuỷ động học).
d. Ma sát giới hạn:
Khái niệm: Là giữa các bề mặt của các chi tiết có một lớp dầu rất mỏng tồn tại
dưới tác dụng tương hỗ của các lực phân tử giữa hai bề mặt kim loại, lớp dầu này gắn
chặt vào kim loại mà không chuyển động tự do được, ma sát ở dạng này gọi là ma sát
giới hạn.
Bộ môn: Công nghệ kỹ thuật Ôtô.
Trang 40
Tài liệu học tập môn: Nhiên liệu dầu mỡ
Dầu bôi trơn có thành phần làm giảm ma sát, giảm mài mòn, tăng tuổi thọ của
chi tiết do đó chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đó là công nghiệp,
giao thông.
3.1.2. Phân loại công dụng và yêu cầu đối với chất lượng của dầu bôi trơn:
3.1.2.1. Phân loại:
Theo ngành sử dụng thì dầu bôi trơn được chia ra làm 4 nhóm:
Nhóm 1: Dầu dùng cho động cơ đốt trong, trong nhóm này lại phân ra: dầu
dùng cho động cơ máy bay, động cơ tàu thủy, dầu dùng cho động cơ ô tô máy kéo
(động cơ xăng, động cơ diesel).
Nhóm 2: Dầu bôi trơn dùng cho các hệ thống truyền động: hộp số, cầu...
Nhóm 3: Dầu dùng cho các thiết bị công nghiệp: Máy gia công cắt gọt, và các
thiết bị khác.
Nhóm 4: Dầu chuyên dùng: dầu biến thế, dầu tuốc bin...
3.1.2.2. Công dụng:
Dầu bôi trơn làm giảm ma sát giữa các chi tiết có chuyển động tương đối với
nhau do đó làm giảm tổn hao năng lượng do ma sát sinh ra bằng cách chuyển ma sát
khô thành ma sát ướt.
Giảm độ mài mòn của các chi tiết do có sự ngăn cách bởi lớp dầu.
Làm mát các chi tiết bằng cách nhận nhiệt lượng toả ra từ các bề mặt làm việc
và trao đổi nhiệt qua hệ thống làm mát trong quá trình chuyển động.
Làm kín các khe hở các chi tiết lắp ghép.
Bảo vệ bề mặt các chi tiết tránh sự tiếp xúc trực tiếp với các chất gây ôxy hoá
với nước, với môi trường.
Làm sạch các bề mặt bôi trơn nhờ rửa trôi các cặn bẩn mạt kim loại.
Làm chất lỏng công tác trong các bộ truyền động thuỷ lực.
Ngoài ra còn là môi trường cách điện trong một số thiết bị, linh kiện.
3.1.2.3. Yêu cầu:
Dầu phải có nhiệt độ đông đặc thấp, có độ nhớt nhất định, có sự ổn định về lý
hóa, tác dụng ăn mòn kim loại nhỏ nhất, không lẫn tạp chất cơ học và nước.
3.1.3. Tính chất của dầu bôi trơn:
3.1.3.1. Nhiệt độ đông dặc và phương pháp giảm nhiệt độ đông đặc:
Xác định nhiệt độ đông đặc của dầu giống như với nhiên liệu diesel.
Khi làm lạnh tới một nhiệt độ nào đó thì dầu mất tính lưu động. Khi dầu mất
tính lưu động sẽ tăng tổn thất năng lượng của động cơ, và dầu không còn giữ được vai
trò của nó. Do đó, yêu cầu nhiệt độ đông đặc của dầu phải thấp.
Bộ môn: Công nghệ kỹ thuật Ôtô.
Trang 41
Tài liệu học tập môn: Nhiên liệu dầu mỡ
Trong sản xuất, người ta thực hiện nhiều biện pháp nhằm giảm nhiệt độ đông
đặc của dầu như:
+ Pha thêm vào dầu các chất phụ gia.
+ Tách các hydrocacbon có nhiệt độ sôi cao bằng dụng cụ chuyên dùng.
Trong hai phương án này thì phương án một có hiệu quả rất cao và được ứng dụng phổ
biến ngày nay.
3.1.3.2. Độ nhớt của dầu bôi trơn:
1. Độ nhớt của dầu ở nhiệt độ làm việc:
Dầu bôi trơn có độ nhớt xác định ở nhiệt độ làm việc. Khi nhiệt độ thay đổi,
yêu cầu độ nhớt của dầu bôi trơn chỉ được thay đổi trong phạm vi hẹp.
Dầu có độ nhớt quá thấp sẽ dễ dàng bị ép ra khỏi khe hở giữa các chi tiết dẫn
đến các bề mặt làm việc tiếp xúc trực tiếp với nhau làm tăng nhanh sự mài mòn.
Ngược lại, độ nhớt quá cao sẽ làm tăng tổn hao năng lượng.
Nhiệt độ làm việc của cac cơ cấu tổng thành khác nhau, thì yêu cầu độ nhớt
khác nhau, ví dụ:
+ Trong đa số các thiết bị công nghiệp nhiệt độ làm việc khoảng 500C, do đó
trong tiêu chuẩn của dầu công nghiệp nhất thiết phải cho độ nhớt 500C.
+ Trong động cơ ô tô máy kéo, nhiệt độ làm việc thấp nhất ở cácte, trục khuỷu
là 1000C.
+ Trong các bộ phận truyền động: hộp số, cầu...nhiệt độ làm việc cũng khoảng
1000C. Do đó độ nhớt cơ bản của dầu truyền động là độ nhớt ở 1000C.
Độ nhớt của dầu bôi trơn phù hợp với kêt cấu và điều kiện làm việc của động cơ ô tô
máy kéo hiện nay là 5~15 cst ở 1000C.
2. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ nhớt của dầu bôi trơn:
Trong điều kiện sử dụng khác nhau, độ nhớt của dầu cũng khác nhau. Khi điều
kiện làm việc của động cơ chuyển từ mùa đông sang mùa hè hoặc chuyển từ chế độ tải
nặng sang chế độ tải nhẹ đều làm cho độ nhớt của dầu thay đổi. Vì vậy, độ nhớt của
dầu cần phải quy định sao cho nhiệt độ thay đổi thì độ nhớt của dầu không được thay
đổi quá lớn so với quy định. Nói chung ta thấy nhiệt độ tăng thì độ nhớt giảm.
Tính chất độ nhớt thay đổi theo nhiệt độ biểu thị bằng chỉ tiêu: Đặc tính độ nhớt
theo nhiệt độ.
Người ta dùng tỷ số độ nhớt của dầu ở các nhiệt độ khác nhau để đánh giá đặc
tính độ nhớt nhiệt độ của dầu. Đối với dầu dùng cho động cơ cho phép dùng tỷ số: độ
nhớt ở 500C với độ nhớt ở 1000C. Tỷ số này càng nhỏ thì dầu càng tốt (đối với dầu lý
tưởng tỷ số này bằng 1).
Bộ môn: Công nghệ kỹ thuật Ôtô.
Trang 42
nguon tai.lieu . vn
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BÀI GIẢNG
HỌC PHẦN: NHIÊN LIỆU DẦU MỠ
SỐ TÍN CHỈ: 02
LOẠI HÌNH ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
Hưng Yên - 2015
Tài liệu học tập môn: Nhiên liệu dầu mỡ
Chương 3
DẦU, MỠ BÔI TRƠN - DUNG DỊCH LÀM MÁT
3.1. Dầu bôi trơn.
3.1.1. Khái niệm về ma sát và bôi trơn:
a. Ma sát:
Ma sát là kết quả của nhiều dạng tương tác phức tạp khác nhau, khi có sự tiếp
xúc và dịch chuyển hoặc có xu hướng dịch chuyển giữa hai vật thể, trong đó diễn ra
các quá trình cơ, lý, hoá, điện... quan hệ của các quá trình đó rất phức tạp phụ
thuộc vào đặc tính tải, vận tốc trượt, vật liệu và môi trường.
- hệ số ma sát, = f(p,v,C)
N-tải trọng pháp tuyến
C-điều kiện ma sát (vật liệu, độ cứng, độ bóng, chế độ gia công, môi trường).
Công ma sát A chuyển hoá thành nhiệt năng Q và năng lượng hấp phụ giữa 2 bề mặt
E.
Các yếu tố ảnh hưởng tới hệ số ma sát:
+ Tải trọng
+ Vận tốc
+ Vật liệu và các yếu tố khác: nhiệt độ, độ nhám bề mặt...
Phân loại ma sát:
+ Dựa vào động học và chuyển động
Ma sát trượt
Ma sát lăn
Ma sát xoay
Các dạng ma sát
+ Dựa vào sự tham gia của chất bôi trơn
Ma sát ướt
Ma sát khô
Ma sát tới hạn
Ma sát khô
Khái niệm: Là ma sát mà giữa hai vật rắn tiếp xúc trực tiếp với nhau mà không
có bất kỳ loại vật liệu bôi trơn nào trên bề mặt tiếp xúc.
Bộ môn: Công nghệ kỹ thuật Ôtô.
Trang 39
Tài liệu học tập môn: Nhiên liệu dầu mỡ
Khi gia công các chi tiết dù đạt độ chính xác cao thì trên bề mặt vẫn có độ mấp
mô quá trình chuyển động tương đối giữa hai chi tiết lắp ghép với nhau các chỗ mấp
mô nào sẽ khớp vào nhau và tạo thành lực cản chuyển động giữa tại vị trí tiếp xúc sẽ
xảy ra sự tiếp xúc đàn hồi xuất hiện các biến dạng dẻo và có sự cắt gọt lẫn nhau làm
cho các chi tiết bị mài mòn.
Ta có công thức xác định lực ma sát khô
Fmskhô = ftrượt.Ph
Trong đó:
ftrượt - Hệ số ma sát khô phụ thuộc và vật liệu chế tạo và trạng thái bề mặt
tiếp xúc đó là khô ráp hay nhẵn bóng.
Ph - Tải trọng tác dụng theo phương vuông góc với phương chuyển động.
Tác hại của ma sát khô:
Ma sát khô có tác hại làm tổn thất năng lượng, tăng nhiệt độ làm việc tại bề mặt
của các chi tiết dẫn tới sự ôxy hoá phá huỷ bề mặt làm việc giảm công suất hữu ích
dẫn đến giảm tuổi thọ máy.
Biện pháp hạn chế:
Để hạn chế tác hại của ma sát khô người ta áp dụng một số biện pháp sau:
Lắp vào giữa hai bề mặt mặt ma sát chi tiết có hình dạng phù hợp được gia công có độ
chính xác cao để chuyển ma sát trượt thành ma sát lăn.
Ví dụ như từ sử dụng bạc sang dùng vòng bi.
Hình thành và duy trì giữa các bề mặt làm việc một lớp vật liệu bôi trơn ở dạng lỏng
hoặc dạng dẻo đó là dầu bôi trơn hoặc mỡ...
Công thức xác định lực ma sát lăn
Fmslăn = flăn. Ph/r
Trong đó: r - bán kính con lăn
c. Ma sát ướt:
Khái niệm: Là dạng ma sát mà giữa hai bề mặt làm việc của các chi tiết được
ngăn cách với nhau bởi một lớp dầu có chiều dầy lớn hơn tổng chiều cao của các lớp
mấp mô (chi tiết được bôi trơn theo dạng này gọi là bôi trơn thuỷ động học).
d. Ma sát giới hạn:
Khái niệm: Là giữa các bề mặt của các chi tiết có một lớp dầu rất mỏng tồn tại
dưới tác dụng tương hỗ của các lực phân tử giữa hai bề mặt kim loại, lớp dầu này gắn
chặt vào kim loại mà không chuyển động tự do được, ma sát ở dạng này gọi là ma sát
giới hạn.
Bộ môn: Công nghệ kỹ thuật Ôtô.
Trang 40
Tài liệu học tập môn: Nhiên liệu dầu mỡ
Dầu bôi trơn có thành phần làm giảm ma sát, giảm mài mòn, tăng tuổi thọ của
chi tiết do đó chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đó là công nghiệp,
giao thông.
3.1.2. Phân loại công dụng và yêu cầu đối với chất lượng của dầu bôi trơn:
3.1.2.1. Phân loại:
Theo ngành sử dụng thì dầu bôi trơn được chia ra làm 4 nhóm:
Nhóm 1: Dầu dùng cho động cơ đốt trong, trong nhóm này lại phân ra: dầu
dùng cho động cơ máy bay, động cơ tàu thủy, dầu dùng cho động cơ ô tô máy kéo
(động cơ xăng, động cơ diesel).
Nhóm 2: Dầu bôi trơn dùng cho các hệ thống truyền động: hộp số, cầu...
Nhóm 3: Dầu dùng cho các thiết bị công nghiệp: Máy gia công cắt gọt, và các
thiết bị khác.
Nhóm 4: Dầu chuyên dùng: dầu biến thế, dầu tuốc bin...
3.1.2.2. Công dụng:
Dầu bôi trơn làm giảm ma sát giữa các chi tiết có chuyển động tương đối với
nhau do đó làm giảm tổn hao năng lượng do ma sát sinh ra bằng cách chuyển ma sát
khô thành ma sát ướt.
Giảm độ mài mòn của các chi tiết do có sự ngăn cách bởi lớp dầu.
Làm mát các chi tiết bằng cách nhận nhiệt lượng toả ra từ các bề mặt làm việc
và trao đổi nhiệt qua hệ thống làm mát trong quá trình chuyển động.
Làm kín các khe hở các chi tiết lắp ghép.
Bảo vệ bề mặt các chi tiết tránh sự tiếp xúc trực tiếp với các chất gây ôxy hoá
với nước, với môi trường.
Làm sạch các bề mặt bôi trơn nhờ rửa trôi các cặn bẩn mạt kim loại.
Làm chất lỏng công tác trong các bộ truyền động thuỷ lực.
Ngoài ra còn là môi trường cách điện trong một số thiết bị, linh kiện.
3.1.2.3. Yêu cầu:
Dầu phải có nhiệt độ đông đặc thấp, có độ nhớt nhất định, có sự ổn định về lý
hóa, tác dụng ăn mòn kim loại nhỏ nhất, không lẫn tạp chất cơ học và nước.
3.1.3. Tính chất của dầu bôi trơn:
3.1.3.1. Nhiệt độ đông dặc và phương pháp giảm nhiệt độ đông đặc:
Xác định nhiệt độ đông đặc của dầu giống như với nhiên liệu diesel.
Khi làm lạnh tới một nhiệt độ nào đó thì dầu mất tính lưu động. Khi dầu mất
tính lưu động sẽ tăng tổn thất năng lượng của động cơ, và dầu không còn giữ được vai
trò của nó. Do đó, yêu cầu nhiệt độ đông đặc của dầu phải thấp.
Bộ môn: Công nghệ kỹ thuật Ôtô.
Trang 41
Tài liệu học tập môn: Nhiên liệu dầu mỡ
Trong sản xuất, người ta thực hiện nhiều biện pháp nhằm giảm nhiệt độ đông
đặc của dầu như:
+ Pha thêm vào dầu các chất phụ gia.
+ Tách các hydrocacbon có nhiệt độ sôi cao bằng dụng cụ chuyên dùng.
Trong hai phương án này thì phương án một có hiệu quả rất cao và được ứng dụng phổ
biến ngày nay.
3.1.3.2. Độ nhớt của dầu bôi trơn:
1. Độ nhớt của dầu ở nhiệt độ làm việc:
Dầu bôi trơn có độ nhớt xác định ở nhiệt độ làm việc. Khi nhiệt độ thay đổi,
yêu cầu độ nhớt của dầu bôi trơn chỉ được thay đổi trong phạm vi hẹp.
Dầu có độ nhớt quá thấp sẽ dễ dàng bị ép ra khỏi khe hở giữa các chi tiết dẫn
đến các bề mặt làm việc tiếp xúc trực tiếp với nhau làm tăng nhanh sự mài mòn.
Ngược lại, độ nhớt quá cao sẽ làm tăng tổn hao năng lượng.
Nhiệt độ làm việc của cac cơ cấu tổng thành khác nhau, thì yêu cầu độ nhớt
khác nhau, ví dụ:
+ Trong đa số các thiết bị công nghiệp nhiệt độ làm việc khoảng 500C, do đó
trong tiêu chuẩn của dầu công nghiệp nhất thiết phải cho độ nhớt 500C.
+ Trong động cơ ô tô máy kéo, nhiệt độ làm việc thấp nhất ở cácte, trục khuỷu
là 1000C.
+ Trong các bộ phận truyền động: hộp số, cầu...nhiệt độ làm việc cũng khoảng
1000C. Do đó độ nhớt cơ bản của dầu truyền động là độ nhớt ở 1000C.
Độ nhớt của dầu bôi trơn phù hợp với kêt cấu và điều kiện làm việc của động cơ ô tô
máy kéo hiện nay là 5~15 cst ở 1000C.
2. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ nhớt của dầu bôi trơn:
Trong điều kiện sử dụng khác nhau, độ nhớt của dầu cũng khác nhau. Khi điều
kiện làm việc của động cơ chuyển từ mùa đông sang mùa hè hoặc chuyển từ chế độ tải
nặng sang chế độ tải nhẹ đều làm cho độ nhớt của dầu thay đổi. Vì vậy, độ nhớt của
dầu cần phải quy định sao cho nhiệt độ thay đổi thì độ nhớt của dầu không được thay
đổi quá lớn so với quy định. Nói chung ta thấy nhiệt độ tăng thì độ nhớt giảm.
Tính chất độ nhớt thay đổi theo nhiệt độ biểu thị bằng chỉ tiêu: Đặc tính độ nhớt
theo nhiệt độ.
Người ta dùng tỷ số độ nhớt của dầu ở các nhiệt độ khác nhau để đánh giá đặc
tính độ nhớt nhiệt độ của dầu. Đối với dầu dùng cho động cơ cho phép dùng tỷ số: độ
nhớt ở 500C với độ nhớt ở 1000C. Tỷ số này càng nhỏ thì dầu càng tốt (đối với dầu lý
tưởng tỷ số này bằng 1).
Bộ môn: Công nghệ kỹ thuật Ôtô.
Trang 42