Lựa chọn các loại dầu có hệ số độ nhớt cao áp

Trong bài viết sau đây, tác giả khám phá câu hỏi vô tận: Dầu tổng hợp (PAO - Polyalpha olefin và PAG - Polyalkylene glycol) có chất bôi trơn và bánh răng tốt hơn dầu khoáng không?

Tại trung tâm của vấn đề là một tài sản mà chúng tôi gọi là hệ số độ nhớt áp suất của các loại dầu gốc bôi trơn khác nhau.

Hệ số áp suất nhớt đề cập đến mối quan hệ giữa tải đặt trên màng dầu (áp suất) tại vùng tải động và độ dày của màng dầu (độ nhớt) tại tải trọng đó, khi tất cả các yếu tố khác (vật liệu, nhiệt độ, hình học, tốc độ, tải) là hằng số.

Hệ số áp suất nhớt cho chúng ta giá trị cố định cho độ dày màng bôi trơn trong một bộ điều kiện nhất định (chế độ elastohydrodynamic, còn được gọi là chế độ EHL hoặc EHD) dựa trên ước lượng toán học như đã nêu trong Bảng thông tin của Hiệp hội các nhà sản xuất bánh răng Mỹ (AGMA) AGMA 925-A03 (xem Chú thích).

Đơn vị đo thực tế (mm 2 / N) ít hữu ích hơn so với cải thiện tỷ lệ phần trăm tổng hợp trên dầu khoáng tại các điểm nhiệt độ đã cho như được ghi trong bảng thông tin.

Các phân tích cho thấy rằng có trong điều kiện thực tế, nơi dầu khoáng ra thực hiện tổng hợp PAO / PAG. Lưu ý đặc biệt so sánh mức hiệu suất cho nhiệt độ dưới 80 ° C.

Tuy nhiên, khi nhiệt độ thay đổi, mối quan hệ thay đổi, để lại cho chúng ta hướng đi rõ ràng khi chúng ta có thể mong đợi xem chất tổng hợp nào chứng minh khả năng tạo màng vượt trội trong một phạm vi nhiệt độ.

Phần lớn được tạo ra từ lợi ích tiềm năng của chất tổng hợp cho mục đích bảo tồn năng lượng. Hy vọng rằng, dữ liệu này cung cấp thông tin chi tiết về thời điểm và lý do chúng tôi kỳ vọng sẽ thấy giảm các điều kiện ma sát dẫn đến cải thiện độ tin cậy và tiết kiệm năng lượng do thay đổi chất bôi trơn tổng hợp.

Rõ ràng, nó không phải là luôn luôn tốt nhất để sử dụng một chất bôi trơn tổng hợp.

Ghi chú của biên tập viên kỹ thuật

Một nghiên cứu so sánh độ dày màng EHL so với nhiệt độ cho các chất bôi trơn khoáng sản, PAO và PAG được trình bày ở đây. Mục tiêu là để xác định làm thế nào ch48ce bôi trơn có thể ảnh hưởng đến tính toán vòng đời.

Phương pháp đo lường để xác định hệ số độ nhớt áp suất

Độ dày màng EHL được tính toán bằng phương trình từ AGMA 925. 1 Hệ số áp suất độ nhớt định lượng khả năng tạo màng EHL của chất bôi trơn.

Hệ số áp suất độ nhớt được đo trực tiếp bằng cách đánh giá độ nhớt như một hàm của áp suất sử dụng thiết bị áp suất cao, hoặc gián tiếp bằng cách đo độ dày màng trong một giao thoa kế quang học. Trong trường hợp thứ hai, hệ số áp suất độ nhớt được tính toán từ độ dày màng đo được bằng phương trình độ dày màng EHL.

Mặc dù các phép đo trực tiếp có thể chính xác hơn, nhưng chúng không có sẵn. AGMA 925-A03 cung cấp các hệ số độ nhớt áp suất bắt nguồn từ giao thoa kế quang học cho nhiều chất bôi trơn trên một phạm vi nhiệt độ rộng.

Phương trình độ dày màng là phương trình Dowson và Toyoda cho độ dày màng trung tâm. Nó áp dụng cho các bộ phận có tiếp xúc với đường như bánh răng và vòng bi lăn.

Dầu nhớt

Bảng 1 cho thấy các giá trị cho độ nhớt tuyệt đối và hệ số độ nhớt áp suất thu được từ AGMA 925. 1

Bảng 1. 
Hệ số nhớt và áp suất nhớt tuyệt đối so với nhiệt độ

Nhiệt độ

Độ dày màng EHL được thiết lập bởi nhiệt độ hoạt động của các bộ phận. Đối với bánh răng, nhiệt độ của răng bánh răng có liên quan. Đối với vòng bi, nhiệt độ của vòng trong và trục lăn có liên quan. Nhiệt độ vận hành điển hình cho bánh răng và vòng bi và con lăn là 80 ° C. Các yếu tố môi trường có thể ảnh hưởng đến nhiệt độ vận hành thực tế.

Độ dày màng EHL

Độ dày màng EHL được tính toán bằng phương trình 65 từ AGMA 925 1 :

Ở đâu

• Hc là chiều dày trung tâm không giới hạn
• G là tham số vật liệu
• U là tham số tốc độ
• W là thông số tải

Nếu hình học, tính chất đàn hồi, tốc độ và tải được cố định, độ dày màng EHL thay đổi theo hệ số áp suất nhớt () và độ nhớt tuyệt đối () như được biểu diễn trong phương trình 2:

Độ dày màng EHL được chuẩn hóa

Độ dày màng EHL được chuẩn hóa bằng cách chia phương trình số 2 cho các thuộc tính cho dầu khoáng ở 80 ° C như trong phương trình số 3: Nhiệt độ 80 ° C là điển hình của nhiệt độ hoạt động của răng bánh răng và vòng trong và trục lăn vòng bi lăn.

Phương trình số 3 bình thường hóa độ dày màng của dầu khoáng ở 80 ° C để cho phép so sánh trực tiếp độ dày màng đạt được bằng chất bôi trơn tổng hợp PAO và PAG với độ dày màng đạt được bằng dầu khoáng.

Bảng 2 và Hình 3 tóm tắt độ dày màng chuẩn hóa được tính toán bằng phương trình số 3 (xem Chú thích).

Thảo luận

Hình 1 cho thấy độ nhớt tuyệt đối so với nhiệt độ cho các chất bôi trơn khoáng sản, PAO và PAG.

Hình 2 cho thấy đường cong cho hệ số áp suất nhớt đối với dầu khoáng, cao hơn và dốc hơn so với các đường cong cho dầu bôi trơn PAO và PAG trong phạm vi nhiệt độ.

Hình 3 cho thấy các chất bôi trơn tổng hợp PAO và PAG có xu hướng tương tự về sự thay đổi độ dày màng EHL với sự thay đổi nhiệt độ. Chất bôi trơn PAG cho màng dày hơn chất bôi trơn PAO ở mọi nhiệt độ. Dầu khoáng có đường cong độ dày màng EHL cao hơn so với nhiệt độ so với chất bôi trơn PAO và PAG.

Ở nhiệt độ T <80 ° C, dầu khoáng cung cấp màng dày hơn dầu bôi trơn PAO, và ở dầu khoáng T <57 ° C cho màng dày hơn chất bôi trơn PAG. Trong khoảng 70 ° C<90 ° C, chỉ có sự khác biệt 5% giữa độ dày màng EHL của chất bôi trơn khoáng sản và PAO. Trong phạm vi nhiệt độ tương tự, chất bôi trơn PAG cho màng dày hơn từ 16% đến 37% dày hơn dầu khoáng.

Bảng 2. Độ dày màng EHL được chuẩn hóa thành độ dày màng 
dầu khoáng ở 80 ° C

Như một ví dụ về tầm quan trọng của độ dày màng, hãy xem xét các hiệu ứng của nó trên vòng đời lăn. Nếu vòng đệm bên trong hoạt động ở 70 ° C và được bôi trơn bằng dầu khoáng ISO 320, Bảng 2 hoặc Hình 3 cho 1.35868 / 1.00000 = 1.36 (36 phần trăm) tăng lên trên một dầu khoáng ở 80 ° C. Dầu tổng hợp PAG có độ dày màng 1.57558 / 1.00000 = 1.58 (58%) tăng trên dầu khoáng ở 80 ° C.

Lợi thế của việc sử dụng chất bôi trơn PAG trên dầu khoáng được thể hiện ở độ dày màng là 1,58 / 1,36 = 1,16 (16%).

Trong ví dụ này, DIN ISO 281 cho thấy sự gia tăng 16 phần trăm của độ dày màng làm tăng tuổi thọ vòng bi hơn bốn lần (129.000 giờ với PAG so với 31.500 giờ với dầu khoáng).

Đối với một bộ bánh răng được bôi trơn bằng dầu ISO 320 và hoạt động với nhiệt độ 80 ° C, độ dày màng với dầu tổng hợp PAG là 27% dày hơn so với dầu khoáng. AGMA 925-A03 cho thấy xác suất hao mòn với dầu PAG nhỏ hơn 5%, trong khi đó với dầu khoáng thì xác suất hao mòn là 25%.

Hướng dẫn thực hành để lựa chọn chất bôi trơn

(như được minh họa trong Hình 3):

• Dầu PAG có màng dày hơn đáng kể so với PAO và dầu khoáng trong toàn bộ phạm vi nhiệt độ thực tế.

• Có rất ít sự khác biệt giữa PAO và dầu khoáng cho nhiệt độ từ 70 ° C đến 90 ° C. Trong phạm vi nhiệt độ tương tự, chất bôi trơn PAG cung cấp 16 phần trăm đến 37 phần trăm phim dày hơn so với dầu khoáng.

• Đối với nhiệt độ dưới 70 ° C, dầu khoáng và dầu PAG có độ dày màng lớn hơn đáng kể so với dầu PAO.

• Đối với nhiệt độ lớn hơn 90 ° C, dầu PAO và PAG có độ dày màng lớn hơn đáng kể so với dầu khoáng.