Tư vấn
Cơ chế bôi trơn dầu mỡ trong hệ thống vòng bi
Th6
Bôi trơn dầu mỡ có những ưu điểm rõ ràng so với bôi trơn dầu: Mỡ không dễ rò rỉ, nó có đặc tính làm kín và bảo vệ bề mặt vòng bi khỏi bị ăn mòn. Nhược điểm của nó là hạn chế tuổi thọ dầu mỡ và khả năng làm mát hạn chế. Hơn nữa, trong một số ứng dụng có nguy cơ đói dầu mỡ, dẫn đến giảm màng bôi trơn. Tuy nhiên, nếu chọn đúng loại dầu mỡ, hệ thống làm kín và / hoặc hệ thống bôi trơn, thì việc bôi trơn bằng mỡ mang lại lợi ích rõ ràng. Bài viết này, dựa trên một cuốn sách mới được viết bởi các kỹ sư SKF, tóm tắt các khía cạnh của cơ chế bôi trơn dầu mỡ trong vòng bi.
Các pha trong bôi trơn dầu mỡ Bôi trơn : mỡ là một quá trình động có thể được chia thành ba giai đoạn, như thể hiện.
Sau khi đổ đầy ban đầu hoặc trong quá trình tái cấu trúc, mỡ sẽ nằm giữa các phần tử lăn, dẫn đến tổn thất cao trong quá trình khởi động hoặc chạy. Trong giai đoạn này, còn được gọi là giai đoạn khuấy, mỡ sẽ được đẩy vào thể tích không chịu lực của vòng bi (trên vòng đệm hoặc trên vai vòng mang) hoặc cuối cùng sẽ được gắn vào lồng. Từ những vị trí này, mỡ sẽ từ từ cung cấp chất bôi trơn cho mương bằng cách chảy máu hoặc cắt. Trong giai đoạn thứ hai này, giai đoạn chảy máu, màng bôi trơn sẽ bị chi phối bởi cơ chế nạp và mất trong đó mương được nuôi bằng mỡ từ các hồ chứa nhưng cũng mất chất bôi trơn do dòng chảy bên và quá trình oxy hóa. Điều này có thể dẫn đến chết đói, đặc biệt là trong vòng bi kín nơi các bể chứa dầu mỡ nhỏ hơn.
Tại một số điểm, các hồ chứa có thể trống rỗng hoặc xuống cấp đến mức mà việc bổ sung có thể không còn xảy ra. Nếu quá trình tái cấu trúc không xảy ra, sự cố màng nghiêm trọng sẽ xảy ra, được gọi là sự kết thúc của tuổi thọ dầu mỡ, sau đó dẫn đến hư hỏng và hỏng hóc.
Sự hình thành hồ chứa dầu mỡ. Tốc độ hình thành hồ chứa sẽ bị chi phối bởi tính chất dòng chảy của dầu mỡ, còn được gọi là tính chất lưu biến của nó. Điều này cũng sẽ xác định sự xuống cấp vật lý của dầu mỡ.
Mỡ bôi trơn cho thấy hành vi đàn hồi nhớt, có nghĩa là độ nhớt của mỡ là một chức năng của cả tốc độ cắt và cắt. Cho thấy độ nhớt như là một hàm của tốc độ cắt theo các mô hình khác nhau thường được sử dụng. Nó cho thấy độ nhớt rất cao ở tốc độ cắt thấp. Điều này có nghĩa là khả năng chống chảy sẽ rất cao nếu mỡ không được chạm vào – tức là khi nó nằm trong khối lượng tăng. Tài sản này cũng được gọi là tính nhất quán. Trong giai đoạn khuấy, mỡ có thể mất một số tính nhất quán. Tính chất này được gọi là ổn định cơ học.
Độ nhớt của dầu mỡ bôi trơn rất cao với tốc độ cắt rất thấp sẽ chỉ xảy ra dòng chảy từ cây leo và mỡ có hành vi rõ ràng. Như thể hiện, mỡ cho thấy sự cắt mỏng, đó là khi độ nhớt của mỡ giảm đáng kể khi tăng độ cắt.
Ở tốc độ cắt rất cao, độ nhớt của dầu mỡ có thể đạt tới độ nhớt của dầu gốc. Tốc độ cắt cao như vậy xảy ra trong các màng bôi trơn giữa các phần tử lăn và mương. Cùng với chảy máu dầu, đây là lý do tại sao độ dày màng trong vòng bi , bạc đạn bôi trơn bằng mỡ thường được tính bằng cách sử dụng độ nhớt của dầu gốc, η dầu .
Độ dày màng
Cả dầu gốc và chất làm đặc được biết là đi vào vòng bi. Độ dày màng bôi trơn trong vòng bi bôi trơn bằng mỡ được xác định bởi các lớp ranh giới được hình thành bởi vật liệu làm đặc h R và bởi tác động thủy động lực của dầu gốc h EHL (bôi trơn elastohydrodynamic, EHL) [4]). Về sau, dầu gốc cũng có thể được tính đến vì những lý do nêu trên. Do đó, độ dày màng, h T , là:
h T = h R + h EHL (1)
Vòng bi bôi trơn bằng mỡ thường chạy trong điều kiện được gọi là bôi trơn bị bỏ đói, nơi chỉ có các lớp dầu rất mỏng và độ dày màng chủ yếu là chức năng của độ dày của các lớp này (hình 3). Sự thay đổi độ dày của các lớp này được đưa ra bởi sự khác biệt giữa thức ăn và tốc độ dòng chảy của chất bôi trơn vào hoặc ra khỏi mương. Dầu trong đường đua bị mất do dòng chảy ngang gây ra bởi áp suất cao bên trong các tiếp điểm của phần tử lăn. Một số bổ sung có thể diễn ra. Tuy nhiên, ngoại trừ tốc độ rất thấp và dầu gốc có độ nhớt thấp, đây sẽ là một quá trình rất chậm]. Cắt và kéo do bóng xoáy có thể sẽ có tác dụng lớn hơn. Cả hai vòng bi và kích thước tiếp xúc hẹp hơn làm cho việc bổ sung vòng bi dễ dàng hơn so với vòng bi lăn. Đây là một trong những lý do tại sao vòng bi lăn yêu cầu dầu mỡ chảy máu nhiều hơn vòng bi. Ở nhiệt độ cao hơn quá trình oxy hóa và bay hơi sẽ có tác động đến độ dày màng. Vật liệu sẽ bị mất do quá trình oxy hóa và bay hơi. Tuy nhiên, điều này cũng sẽ thay đổi độ nhớt và độ bôi trơn.
Hành vi động
Bôi trơn bị bỏ đói sẽ làm giảm độ dày màng sẽ tiếp tục cho đến khi ổ trục không còn được bôi trơn tốt. Tiếp xúc kim loại với kim loại sẽ gây ra hư hỏng ổ trục hoặc có thể gây ra sự phát triển nhiệt đủ để làm giảm độ nhớt của chất bôi trơn gần tiếp xúc để bổ sung, dẫn đến một sự kiện. Trong trường hợp sau, độ dày màng sẽ tăng trở lại, dẫn đến bôi trơn đủ cho đến khi sự kiện tiếp theo diễn ra. Điều này có thể xảy ra một số lần, tùy thuộc vào khả năng chữa bệnh của mỡ, đó là chức năng của khả năng duy trì tính lưu động của mỡ. Hình. 4 cho thấy một ví dụ về cấu hình nhiệt độ của ổ trục hình trụ chạy dưới nhiệt độ tự cảm ứng.
Tuổi thọ dầu mỡ và độ tương đối Độ tuổi
mỡ được xác định theo thời điểm mà mỡ không còn có thể bôi trơn ổ trục. Thời gian này có thể rất dài và do đó khó đo trong thiết bị thử nghiệm ổ trục. Để tăng tốc thử nghiệm như vậy, vòng ngoài của ổ trục thử nghiệm được làm nóng, giúp tăng tốc quá trình lão hóa và giảm độ nhớt của dầu mỡ. Một ví dụ về thiết bị kiểm tra như vậy là máy kiểm tra tuổi thọ dầu mỡ R0F.
Hoạt động an toàn
Mỡ bôi trơn được phát triển để hoạt động trong cửa sổ nhiệt độ hạn chế. Nhiệt độ tối đa, được gọi là giới hạn nhiệt độ cao (HTL), được xác định từ điểm rơi khi mỡ mất cấu trúc không thể đảo ngược. Nhiệt độ này có thể không được vượt quá bất cứ lúc nào. Nhiệt độ tối đa an toàn thấp hơn, được gọi là giới hạn hiệu suất nhiệt độ cao (HTPL).
Giới hạn nhiệt độ thấp (LTL) được xác định bởi nhiệt độ mà mỡ sẽ cho phép ổ trục khởi động mà không gặp khó khăn. Nó thường được đo bằng một bài kiểm tra mô-men xoắn khởi động. Do đó, nhiệt độ tối thiểu an toàn cao hơn, được gọi là giới hạn hiệu suất nhiệt độ thấp (LTPL). Ở vùng giữa các nhiệt độ an toàn này, tuổi thọ của mỡ là một hàm của nhiệt độ, theo quy luật ngón tay cái, tuổi thọ của dầu mỡ giảm một nửa với mỗi lần tăng nhiệt độ 15 ° C.
Các mô hình tuổi thọ mỡ Các mô hình khác nhau tồn tại có thể được sử dụng để dự đoán tuổi thọ dầu mỡ (hoặc khoảng thời gian tương đối). Tất cả các mô hình là theo kinh nghiệm, dựa trên các bài kiểm tra tuổi thọ dầu mỡ. Tuổi thọ mỡ được định nghĩa là tuổi thọ L 10 : thời gian mà 10% dân số vòng bi lớn đã thất bại. Sự tương quan nên được thực hiện trước khi hết tuổi thọ dầu mỡ để không xảy ra hư hỏng cho ổ trục. Mô hình tái cấu trúc SKF dựa trên L 01 , giả sử L 10 = 2,7 L 01, đó là thời gian mà chỉ có 1% thất bại sẽ diễn ra. Quan hệ không đơn giản. Quá nhiều dầu mỡ sẽ giữ cho vòng bi trong giai đoạn khuấy, với tổn thất ma sát cao và nhiệt độ cao. Tuổi thọ của mỡ đối với vòng bi, bạc đạn SKF có rãnh sâu được nạp nhẹ dưới dạng hàm của tốc độ quay, đường kính vòng bi trung bình, nhiệt độ vận hành và loại mỡ (hệ số hiệu suất của mỡ). Các yếu tố khắc phục có thể được áp dụng cho tác động của tải. Các mô hình cho các loại ổ trục khác được dựa trên mô hình này, nơi các yếu tố hiệu chỉnh khác được áp dụng. Chúng có thể được tìm thấy trong danh mục vòng bi SKF.
Lão hóa
Cả hai tính chất cơ học và hóa học của mỡ sẽ thay đổi trong khi mỡ tiếp xúc với quá trình phay và oxy hóa trong ổ trục. Loại oxy hóa phụ thuộc vào điều kiện hoạt động: lão hóa vật lý chiếm ưu thế ở nhiệt độ thấp hơn và tốc độ cao hơn, trong khi lão hóa hóa chiếm ưu thế ở nhiệt độ cao. Sự lão hóa vật lý dẫn đến sự thay đổi tính chất lưu biến của dầu mỡ, dẫn đến rò rỉ, giảm đặc tính chảy máu và giảm khả năng bổ sung các tiếp xúc. Sự lão hóa hóa học chủ yếu là do quá trình oxy hóa. Chất chống oxy hóa làm chậm quá trình này, nhưng khi chúng được tiêu thụ, quá trình oxy hóa dẫn đến mất chất bôi trơn do phản ứng với các sản phẩm dễ bay hơi và hình thành sơn mài, không còn bôi trơn vòng bi.
Các cơ chế bôi trơn dầu mỡ trong phớt
Sự khác biệt chính giữa dầu mỡ và dầu để bôi trơn con dấu có liên quan đến sự đói (bổ sung môi niêm phong) và hình thành màng ranh giới bằng vật liệu làm dày. Bổ sung tiếp xúc được gây ra bởi cắt và chảy máu dầu từ mỡ. Hoạt động niêm phong của mỡ được quy định cho độ cứng của mỡ, có nghĩa là mỡ sẽ không dễ dàng chảy ra khỏi tiếp điểm niêm phong. Ngoài ra, mỡ sẽ hình thành các túi trong vòng đệm nhiều môi, nơi dòng chảy của các hạt ô nhiễm sẽ rất chậm. Trong trường hợp chênh lệch áp suất trên con dấu, nó sẽ chỉ là một phần mỡ sẽ chảy và gây ra sự di chuyển của các hạt gây ô nhiễm.
Hệ thống bôi trơn
Trong các tình huống trong đó mỡ không thể cung cấp vòng bi với tuổi thọ đủ hoặc trong trường hợp bị nhiễm bẩn bởi các hạt hoặc nước, có thể áp dụng tính tương tự bằng hệ thống bôi trơn. Các hệ thống này bao gồm máy bơm, đường ống, van, nhà phân phối và bộ điều khiển. Thường có thể có các đặc tính cạnh tranh của dầu mỡ như những gì tốt cho hệ thống bôi trơn để bơm và những gì tốt cho ổ trục. Hệ thống bôi trơn nên được thiết kế để xử lý dầu mỡ phù hợp nhất với ổ trục.
Thiết kế được đưa ra bởi các đặc tính dòng chảy của dầu mỡ, còn được gọi là khả năng bơm. SKF đã phát triển một chương trình kiểm tra khả năng bơm mỡ, xem xét các khía cạnh khác nhau, được liệt kê dưới đây với phương pháp kiểm tra SKF trong ngoặc đơn:
1. Phân phối
(a) Kháng dòng chảy (FTG5 và Lincoln ventmeter)
(b) Khả năng nén (FTG1)
(c) Thông hơi áp suất (FTG3 và Lincoln ventmeter)
2. Khả năng lưu lượng
(a) Áp suất dòng chảy
(b) Độ xuyên không hoạt động
(c) Cung cấp chỉ số cho bộ phận bơm (FTG4)
(d) Chức năng của bộ phận bơm
3. Tách dầu (và làm cứng): Mỡ cứng dưới áp suất (FTG2).
Giám sát tình trạng
Để đo tình trạng vòng bi (bôi trơn) trực tuyến, thường đo mức độ rung. Tuy nhiên, kỹ thuật phát xạ âm ngày càng tăng [16] được sử dụng. Các kỹ thuật ngoại tuyến để đo tình trạng dầu mỡ là chảy máu dầu, hàm lượng dầu, tính nhất quán, ô nhiễm hạt và oxy hóa (quang phổ FTIR). Các phương pháp có sẵn để xác định tuổi thọ dầu mỡ còn lại với kết quả của các phương pháp này.
Kết luận
Trong vài thập kỷ qua, kiến thức của SKF về dầu mỡ đã được cải thiện đáng kể. Ngày nay, có thể dự đoán ở mức độ tốt tuổi thọ bôi trơn của dầu mỡ và theo dõi tuổi thọ còn lại của nó. Niêm phong kéo dài tuổi thọ của ổ trục trong môi trường bị ô nhiễm nơi mỡ mang lại hiệu quả bịt kín bổ sung. Hệ thống bôi trơn có thể được sử dụng để cung cấp vòng bi đôi khi với mỡ tươi.