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 lăn 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.

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 (xem http://evolution.skf.com/the-beast-of-lyon-pocking-large-bear-contacts-to -các bài kiểm tra / ). 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).

Một mô tả chung về một phương pháp đa vật lý định lượng, đa quy mô và đa phương pháp để bôi trơn và bôi trơn
Các biểu đồ trong hình. 1 tóm tắt đa phương pháp này. Sinh học và do đó bôi trơn là do các lĩnh vực đa ngành tự nhiên. Điều này tự nhiên có nghĩa là cần phải xem xét rằng một số ngành học có thể tương tác, nhưng có lẽ điểm quan trọng nhất là có thể tiến hành nghiên cứu thử nghiệm đồng thời và mô hình hóa và mô phỏng số.

Trước khi bất kỳ nỗ lực nào được thực hiện để sử dụng các mô hình (hoặc thiết bị Tribogyr), điều cần thiết là tiến hành xác thực định lượng các công cụ được phát triển trong nhóm của chúng tôi tại LaMCoS. Điều này đạt được bằng cách tiến hành cả thí nghiệm và mô phỏng số trên các tiếp điểm mặt bích / đầu lăn được bôi trơn, chẳng hạn như các tiếp xúc trong vòng bi lăn cỡ lớn. Hình 2 minh họa các bước xác nhận này cho hai tiếp điểm bôi trơn lăn, trượt và quay và cho hai cấu hình: ở bên trái, tiếp xúc hình cầu trên mặt phẳng và ở bên phải, tiếp xúc trên mặt phẳng  tiếp xúc mảnh như hình elip). Các điều kiện hoạt động được chỉ định trong chú thích trong đó U 0là vận tốc cuốn vào trung tâm tiếp xúc; lưu ý rằng để có thể thực hiện giao thoa ánh sáng trắng, cả hai mặt phẳng trong các thí nghiệm đều được làm bằng thủy tinh. Các đặc tính vật liệu phẳng đã được sửa đổi cho phù hợp trong các mô phỏng và kết quả được tô màu bằng các đường cong hiệu chuẩn giao thoa kế.

Một số điểm nổi bật từ các công trình được thực hiện tại LaMCoS-INSA Lyon trong chủ tịch nghiên cứu mang tên Giao diện bôi trơn cho tương lai được tóm tắt sau đây. Tiêu đề được chọn cho sự hợp tác này với SKF chỉ rõ rằng chủ đề chính là bôi trơn, với mục tiêu chính là:

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 (hình.

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, do đó 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.

Tóm tắt và kết luận

– 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.
– 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.
– 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.