Giải thích chi tiết: Ổ trượt bôi trơn thủy động

Bài toán dùng để làm gì

Ổ trượt bôi trơn thủy động (bạc lót có dầu) dùng ở máy quay nhanh, tải lớn, cần êm: máy nén, bơm lớn, trục chính máy công cụ, tua-bin. Bài toán kiểm tra áp suất trên bạc, tính chiều dày màng dầu nhỏ nhất h0 khi trục quay (phải dày hơn độ nhám bề mặt để kim loại không chạm nhau), hệ số ma sát và công suất mất thành nhiệt.

Hình dung đơn giản

Kiến thức nền cần có

Đọc lại các mục sau ở Chương 0 nếu chưa nắm chắc: 0.5 áp suất · 0.10 ma sát · 0.11 chuyển động quay · 0.12 công suất · 0.15 áp suất/lưu lượng

Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu

Ký hiệu	Ý nghĩa	Đơn vị	Lấy số liệu ở đâu
F	Tải hướng kính lên ổ	N	Phản lực gối từ CT14
D, B	Đường kính trục, chiều rộng ổ	mm	Bản vẽ; thường B/D = 0,3–1
ψ	Khe hở tương đối = (đường kính lỗ − đường kính trục)/D	‰	Thường 0,5–3 ‰; tốc độ cao lấy lớn
η	Độ nhớt động lực học của dầu ở nhiệt độ làm việc	Pa·s	Bảng dầu: ISO VG 46 ở 60 °C ≈ 0,02; VG 68 ≈ 0,03
n	Tốc độ quay	v/ph	Máy
pl, hl	Áp suất cho phép của vật liệu bạc; màng dầu nhỏ nhất cho phép	MPa, µm	Babbit 5–15, đồng thiếc 7–20 MPa; hl ≈ tổng Rz trục + bạc + độ võng, thường 3–10 µm

Xây dựng công thức từng bước

Công thức tổng quát không "từ trên trời rơi xuống": nó được ghép từ những công thức con đơn giản. Đi lần lượt từng bước:

Bước 1. Áp suất trung bình

Tải chia diện tích hình chiếu của bạc:

p = F / (B·D) ≤ pl

Bước 2. Số Sommerfeld

Một con số gộp tải, khe hở, độ nhớt và tốc độ. So lớn nghĩa là tải nặng so với khả năng tạo màng dầu:

ω = 2π·n/60 ; So = p·ψ² / (η·ω)

Bước 3. Độ lệch tâm tương đối

Theo lý thuyết ổ ngắn, mỗi giá trị So/(B/D)² ứng với một độ lệch tâm ε (0 = trục nằm giữa, 1 = chạm bạc). Sheet nội suy từ bảng trong Du_lieu:

So/(B/D)² = ε·√(π²(1−ε²) + 16ε²) / [2(1−ε²)²]

Bước 4. Màng dầu nhỏ nhất

Khe hở bán kính R·ψ bị trục lệch tâm ăn mất phần ε:

h0 = R·ψ·(1 − ε) ≥ hl

Bước 5. Ma sát và công suất tổn thất

Ma sát do cắt màng dầu; công suất mất biến thành nhiệt làm nóng dầu:

μ ≈ ψ·π / (So·√(1 − ε²)) ; Pf = μ·F·ω·R

Hình CT16.2 – Sơ đồ hình thành công thức: số liệu → từng công thức con → kết luận

Lời giải mẫu từng bước (số liệu mẫu của công cụ tính ở đầu trang)

Bước A – Số liệu đầu vào (ô vàng của công cụ tính). Đây là bộ số ví dụ có sẵn; khi làm thật bạn thay bằng số của mình:

TT	Đại lượng	Ký hiệu	Giá trị	Đơn vị	Ghi chú / nguồn
1	Tải hướng kính	F	5 000	N
2	Đường kính trục	D	50	mm
3	Chiều rộng ổ	B	40	mm
4	Khe hở tương đối ψ	ψ	1,2	‰	ψ = (D lỗ − D trục)/D; thường 0,5–3 ‰
5	Độ nhớt động lực học ở nhiệt độ làm việc	η	0,02	Pa·s	ISO VG 46 ở 60 °C ≈ 0,02; VG 68 ở 60 °C ≈ 0,03
6	Tốc độ	n	1 500	v/ph
7	Áp suất cho phép	pl	5	MPa	Hợp kim babbit 5–15; đồng thiếc 7–20
8	Màng dầu nhỏ nhất cho phép	hl	6	µm	≈ tổng Rz trục + bạc + độ võng; thường 3–10 µm

Bước B – Tính lần lượt (web tự tính, bạn có thể bấm tay để kiểm tra lại). Dòng xanh lá là kết quả chính:

TT	Đại lượng	Ký hiệu	Kết quả	Đơn vị	Công thức / cách tính
9	Áp suất trung bình	p	2,5	MPa	p = F/(B·D)
10	p ≤ p cho phép	Kiểm tra	ĐẠT
11	Vận tốc góc	ω	157,1	rad/s
12	Số Sommerfeld	So	1,15		So = p·ψ²/(η·ω)
13	So/(B/D)²	X	1,79		Đại lượng tra bảng ổ ngắn
14	Vị trí trong bảng	k	26
15	Độ lệch tâm tương đối ε	ε	0,535		Nội suy: So/(B/D)² = ε·√(π²(1−ε²) + 16ε²) / [2(1−ε²)²]
16	Màng dầu nhỏ nhất	h0	13,96	µm	h0 = R·ψ·(1 − ε)
17	h0 ≥ h0 cho phép	Kiểm tra	ĐẠT
18	Hệ số ma sát (gần đúng)	μ	0,00389		μ ≈ ψ·π/(So·√(1−ε²)) (thành phần cắt màng dầu)
19	Công suất tổn thất	Pf	76,45	W	Pf = μ·F·ω·R

Áp dụng thực tế và lưu ý

Nếu h0 quá mỏng: tăng độ nhớt dầu, tăng chiều rộng B, giảm độ nhám (mài, đánh bóng ngõng trục), hoặc giảm khe hở ψ.
Lý thuyết ổ ngắn chính xác khi B/D ≤ 0,5; với ổ rộng hơn kết quả h0 thiên về an toàn. Thiết kế cuối cùng theo DIN 31652.
Khi khởi động và dừng máy, trục chưa đủ tốc độ để nổi lên nên kim loại cọ trực tiếp: vật liệu bạc phải chịu được điều kiện này (babbit, đồng thiếc).
Độ nhớt giảm mạnh khi dầu nóng lên: dùng η ở nhiệt độ làm việc thực, không dùng ở 40 °C.

Nhóm: Truyền động

Gồm: CT17 chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền hệ dẫn động · CT18 cặp bánh răng trụ răng thẳng / nghiêng · CT19 bánh răng – thanh răng · CT20 hộp số hành tinh 1 cấp (vành răng cố định) · CT21 hệ 3–4 bánh răng nối tiếp · CT22 bánh răng côn thẳng / xoắn (σ = 90°) · CT23 bánh răng hypoid – ước lượng sơ bộ · CT24 bộ truyền trục vít – bánh vít · CT25 bộ truyền đai răng 2 puly · CT26 bộ truyền đai thang · CT27 bộ truyền xích con lăn · CT28 vít ren thang – kích nâng