Từ vật lý bôi trơn đến hoạt động của vòng bi

Hơn bao giờ hết, các nhà thiết kế các cơ chế bôi trơn hiệu quả và lâu dài cần xem xét các hạn chế như giảm độ dày màng bôi trơn liên tục trong các hệ thống bôi trơn, xuất hiện các vật liệu mới và công bố các yêu cầu mới không ngừng về các vấn đề môi trường như giảm tổn thất năng lượng và bảo tồn tài nguyên thiên nhiên. Bối cảnh phát triển cao này dẫn đến sự hiểu biết ngày càng tăng về các cơ chế của cả sự hình thành màng bôi trơn và sự phân tán ma sát và cuối cùng giúp phát triển các công cụ dự đoán đáng tin cậy.

Chất bôi trơn và tính chất vật lý nhiệt của chúng đóng vai trò trung tâm trong nghiên cứu giải quyết các vấn đề mới liên quan đến cả điều kiện hoạt động phát triển của vòng bi và phản ứng của chất bôi trơn áp dụng cho chúng. Những khía cạnh này đang được nghiên cứu tại LaMCoS – INSA Lyon hợp tác với SKF.

Vào giữa những năm 1990, Trung tâm Nghiên cứu Châu Âu SKF (SKF ERC, nay là Nghiên cứu & Phát triển Công nghệ, SKF-RTD) và Phòng thí nghiệm Liên hệ (LMC, nay là Labouratoire de Mécanique des Contact et des Structures, LaMCoS) tại INSA Lyon đã bắt đầu một sự hợp tác về việc bôi trơn các tiếp điểm mặt bích / đầu con lăn, chẳng hạn như những tiếp xúc được tìm thấy trong vòng bi lăn cỡ lớn. Mục tiêu chính là phát triển một băng ghế thử nghiệm mới, Tribogyr, dành riêng cho các loại tiếp xúc bôi trơn mà hầu như không được xem xét trong tài liệu khoa học tại thời điểm đó. Các thông số kỹ thuật độc đáo được tạo bởi SKF bao gồm :

– Mô phỏng, trên tỷ lệ 1: 1, một tiếp xúc thực như các tiếp xúc trong vòng bi có đường kính ngoài từ 600 đến 1.000 mm (24 đến 39 inch),

– Tái tạo các động học cụ thể có thể được tìm thấy trong các tiếp điểm này, với tốc độ đi kèm và cũng với các thành phần quay và nghiêng,

– Tôn trọng bán kính cong của các vật thể lăn trong vùng tiếp xúc và

– Đo ba lực và mô-men xoắn tác dụng lên từng mẫu.

Khi Tribogyr được xác nhận và đưa vào sử dụng, các hạn chế nhanh chóng xuất hiện khi so sánh kết quả thử nghiệm với các mô phỏng cho phép phạm vi điều tra được mở rộng và chất bôi trơn được thay đổi một cách giả tạo. Các cách tiếp cận khác dần dần được giới thiệu trong các dự án nghiên cứu về tiếp xúc bôi trơn kích thước lớn bằng kéo sợi bằng Tribogyr. Nghiên cứu này, chủ yếu được thúc đẩy bởi SKF, đã trở thành một phần của khung nghiên cứu tổng quát hơn đã được thành lập trước đây tại LaMCoS và được đặt tên là Một phương pháp đa vật lý, đa quy mô và đa phương pháp để bôi trơn và bôi trơn.

Khung chung này lần đầu tiên được trình bày ở đây với một số hình ảnh minh họa đề cập đến các tiếp điểm mặt bích / con lăn. Các khía cạnh cụ thể hơn được chi tiết sau đó, vẫn liên quan đến việc bôi trơn các tiếp điểm được tải nặng hoặc bôi trơn elastohydrodynamic (EHL).

Tách bề mặt và toàn vẹn tiếp xúc

Như đã đề cập ở trên, phương pháp mô hình hóa thí nghiệm kép cho phép dự đoán độ tin cậy của độ dày màng bôi trơn ngay khi đặc tính lưu biến của chất bôi trơn được kết hợp với các mô hình đa vật lý ở quy mô tiếp xúc, liên quan đến các hiệu ứng nhiệt và phi Newton. Thách thức bây giờ là dự đoán sự hình thành độ dày màng trong khuôn khổ của các ứng dụng thực tế liên quan đến điều kiện bôi trơn kém, với động học có khả năng quay / xiên và trong một số trường hợp không có vận tốc của chất bôi trơn vào tiếp xúc. Đây là trường hợp cho vòng bi bổ sung đầy đủ trong đó tiếp xúc giữa hai phần tử lăn liên tiếp liên quan đến hai bề mặt chuyển động ngược chiều nhau. Trong trường hợp đó, cả hai hiệu ứng ép và nhiệt.

Từ quan điểm thực nghiệm, những tiến bộ chính đã được thực hiện để đo lường các trường áp suất và nhiệt độ tại chỗ trong tiếp xúc và để có thể xác nhận dự đoán mô hình. Một kỹ thuật mới dựa trên độ nhạy phát xạ huỳnh quang của máy phát điện nano đối với các biến đổi nhiệt độ và áp suất đã được phát triển. Các chất nano này được phân tán trong chất bôi trơn, và sự phụ thuộc năng lượng phát xạ của chúng vào nhiệt độ và áp suất được hiệu chỉnh trong điều kiện tĩnh trong các tế bào đe kim cương. Tiềm năng của các máy nano này đã được chứng minh bằng cách áp dụng tại chỗ kỹ thuật màng mỏng bôi trơn gặp trong tiếp xúc EHD. Như một minh họa, áp lực đo được trong các điều kiện hoạt động khác nhau được so sánh với các dự đoán số trong hình. 4. Việc áp dụng kỹ thuật này có thể được mở rộng để định lượng và so sánh sự sinh nhiệt trong tất cả các tiếp xúc thép và lai, như một ví dụ trong số nhiều phương pháp khác.

Sự phân tách bề mặt không lý tưởng cũng xảy ra khi các hạt rắn bị vướng vào các tiếp xúc bôi trơn. Để dự đoán các rủi ro thiệt hại bề mặt, dòng chảy của các hạt này ở lối vào của tiếp xúc bôi trơn đã được nghiên cứu theo cách tiếp cận đa phương thức. Tổ hợp-PIV (phép đo tốc độ hình ảnh hạt) được kết hợp với các dự đoán bằng số và được so sánh với việc quan sát các vết lõm trên bề mặt con lăn từ các thí nghiệm hai đĩa. Hiện tượng học của bẫy hạt đã được khám phá với kỹ thuật Pha-PIV được cài đặt trên một máy đo bóng trên đĩa. Nó cho phép đánh giá các cấu hình vận tốc trong đầu vào tiếp xúc và theo dõi các hạt trong các tiếp điểm EHD. Một mô hình số của dòng chảy đầu vào trong các tiếp điểm EHD, bao gồm cả theo dõi hạt, đã được phát triển. Cuối cùng, các thử nghiệm được thực hiện trên máy hai đĩa với mức độ ô nhiễm hạt được kiểm soát đã được tiến hành để xác nhận các kết luận trước đó. Kết quả cho thấy độ bám của hạt phụ thuộc vào cấu hình vận tốc dầu nhờn, hình học tiếp xúc và bản chất của các bề mặt tiếp xúc, giới thiệu silicon nitride thay vì thép chịu lực.

Ma sát trong danh bạ EHL

Dự đoán ma sát chính xác của các tiếp xúc bôi trơn được tải nặng vẫn là một thách thức đối với bộ lạc trong thế kỷ 21. Nhiều khía cạnh vật lý được đan xen trong phản ứng ma sát, như vậy sự khuếch tán nhớt của chất bôi trơn (Newton hoặc không Newton do hiệu ứng cắt mỏng) cũng bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng nhiệt khi cắt cao và thậm chí có thể được thay thế bằng phản ứng giống như nhựa (đặc trưng bởi ứng suất cắt giới hạn) dưới áp suất cao. Chủ tịch nghiên cứu chung đã đóng góp cho chủ đề rất quan trọng này theo nhiều cách.

Đầu tiên, các nghiên cứu ma sát thực nghiệm về chất lỏng mô hình được dẫn song song với đặc tính vật lý của chất bôi trơn ở các điều kiện áp suất khác nhau. Các phép đo tán xạ ánh sáng Brillouin (BLS) đã được thực hiện trên các chất bôi trơn mô hình ở trạng thái nghỉ trong các tế bào áp suất cao dưới một phạm vi áp suất và nhiệt độ rộng như ở các tiếp xúc EHD. Họ nhấn mạnh một sự chuyển đổi hành vi liên quan đến quá trình chuyển đổi thủy tinh bôi trơn [8]. Hơn nữa, quá trình chuyển đổi này có tương quan với các phép đo ma sát được thực hiện trong một tiếp xúc trượt (hình 6) [9]. Trong cùng một hình, độ rộng của phổ BLS (toàn bộ chiều rộng tối đa một nửa, FWHM, màu xanh lam) và độ nhớt biểu kiến ​​của chất bôi trơn trong tiếp xúc (màu cam) cho thấy sự chuyển đổi tương tự của hành vi ở áp suất tiếp xúc trung bình theo thứ tự sự chuyển tiếp thủy tinh bôi trơn. Theo hiểu biết của chúng tôi, đây là lần đầu tiên một mối tương quan như vậy được hỗ trợ bởi các kết quả thử nghiệm. Cuối cùng, cao nguyên ma sát đã được chứng minh là gây ra ứng suất cắt giới hạn ngay khi áp suất tối đa trong tiếp xúc (áp suất Hertzian) đạt đến áp suất chuyển thủy tinh bôi trơn.

Thứ hai, mô phỏng động lực phân tử (MD) của các phân tử chất bôi trơn khác nhau ở trạng thái cân bằng hoặc dưới áp suất và cắt [10] cho phép các bản chất khác nhau của dòng chảy – trượt tường, cắt dải và định vị trung tâm là những hậu quả của độ nhám và độ ẩm của bề mặt – được phân biệt với ma sát, liên kết với trạng thái nhiệt động của một chất bôi trơn nhất định dưới nhiệt độ và áp suất.

Tóm tắt và kết luận

  1. SKF đã phát triển sự hợp tác với LaMCoS tại INSA Lyon về chủ đề bôi trơn các tiếp điểm kéo sợi cỡ lớn bắt đầu từ giữa những năm 1990, và sau đó trên các lĩnh vực rộng hơn bao gồm bôi trơn nói chung từ những năm 2000.
  2. Vào tháng 5 năm 2013, một chủ tịch nghiên cứu do SKF tài trợ và mang tên Giao diện bôi trơn cho tương lai đã được ra mắt tại LaMCoS – INSA Lyon với sự hỗ trợ của INSA Lyon Foundation và Insavalor, một công ty con của INSA Lyon cho R & D, chuyển giao công nghệ và đào tạo chuyên nghiệp . Chủ tịch được thành lập để tìm sự cân bằng giữa nghiên cứu ứng dụng, chủ yếu liên quan đến SKF và nghiên cứu cơ bản hơn cho phép các nhà nghiên cứu ở trường đại học phát triển các khái niệm hoặc công cụ mới và nâng cao kiến ​​thức của họ, từ đó sẽ được chia sẻ với các kỹ sư phát triển của công ty và Các nhà nghiên cứu.
  3. Ví dụ về các dự án được thực hiện từ năm 2013 đến 2019 trong khuôn khổ của chủ tịch nghiên cứu này được mô tả ở đây, cho thấy một bảng đại diện của nghiên cứu được thực hiện trong khuôn khổ cụ thể này. Chúng đều là một phần của phương pháp đa vật lý định lượng, đa quy mô và đa phương pháp để bôi trơn và bôi trơn.
  4. Chiếc ghế, ban đầu được ra mắt vào tháng 5 năm 2013 trong thời gian sáu năm, đã được gia hạn vào tháng 3 năm 2019 với cùng thời gian.

Trả lời

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

error: Content is protected !!