Luận văn thạc sĩ Lê Ngọc Hùng: Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến ổ đầu to thanh truyền

Luận văn thạc sĩ phân tích ảnh hưởng nhiệt độ đến đặc tính ổ đầu to thanh truyền, xác định áp suất, chiều dày màng dầu và vị trí nhiệt độ tối đa.

• Tác giả: Lê Ngọc Hùng
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Nhiệt Độ Tới Đặc Tính Của Ổ Dầu To Thanh Truyền
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ

Tóm tắt

I. Tổng quan về ổ đầu to thanh truyền trong động cơ nhiệt

Ổ đầu to thanh truyền là một trong những bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống truyền động của động cơ đốt trong. Chức năng chính của nó là chịu lực từ quá trình đốt cháy và truyền chuyển động quay. Hiệu suất hoạt động của ổ đầu to thanh truyền phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng bôi trơn hệ biên - một lớp dầu mỏng bảo vệ bề mặt tiếp xúc giữa các bộ phận. Với sự phát triển của công nghệ động cơ hiện đại, tốc độ quay ngày càng cao, yêu cầu về hiệu suất bôi trơn cũng tăng đáng kể. Việc hiểu rõ ảnh hưởng của nhiệt độ đến đặc tính ổ đầu to thanh truyền là nền tảng quan trọng để thiết kế các động cơ hoạt động ổn định, an toàn và tiết kiệm nhiên liệu.

1.1. Lịch sử phát triển của bôi trơn ổ đầu to thanh truyền

Từ những ngày đầu của động cơ đốt trong, bôi trơn đã được xem là yếu tố then chốt. Ban đầu, những loại dầu đơn giản được sử dụng mà không có sự hiểu biết sâu sắc về cơ chế. Qua các thập kỷ, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các nhà nghiên cứu đã phát triển lý thuyết bôi trơn thủy động học để giải thích cách thức dầu bảo vệ các bề mặt tiếp xúc. Những nghiên cứu này đã dẫn đến việc cải thiện công thức dầu nhờn và thiết kế tối ưu hơn cho ổ đầu to thanh truyền.

1.2. Vai trò của bôi trơn hệ biên trong công nghệ hiện đại

Trong các động cơ tốc độ cao hiện nay, bôi trơn hệ biên đóng vai trò nhất định trong việc giảm ma sát và mài mòn. Chiều dày màng dầu tối thiểu phải được duy trì để tránh sự tiếp xúc kim loại trực tiếp. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ lên độ nhớt của dầu, do đó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng bôi trơn của ổ mạo, làm cho việc nghiên cứu này trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết.

II. Cơ sở lý thuyết tính toán bôi trơn ổ đầu to thanh truyền

Để hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của nhiệt độ đến ổ đầu to thanh truyền, cần phải nắm vững các phương trình cơ bản của bôi trơn. Phương trình Reynolds tổng quát là nền tảng để tính toán phân bố áp suất trong màng dầu. Bên cạnh đó, phương trình chiều dày màng dầu xác định khoảng cách tối thiểu giữa các bề mặt tiếp xúc. Phương trình nhiệt trong cả màng dầu và vật rắn cho phép xác định trường nhiệt độ chính xác. Các mô hình tính toán bôi trơn hiện đại kết hợp cả ba phương trình này để cung cấp dự đoán chính xác về hiệu suất ổ đầu to thanh truyền dưới các điều kiện hoạt động khác nhau.

2.1. Phương trình Reynolds và phân bố áp suất

Phương trình Reynolds tổng quát mô tả cách dầu chảy qua khoảng hở giữa các bề mặt, tạo ra áp suất hỗ trợ. Công thức này cho phép tính toán áp suất không thứ nguyên tại các điểm khác nhau. Hiểu rõ phân bố áp suất giúp dự đoán được khu vực nào dễ xảy ra mài mòn, từ đó tối ưu hóa thiết kế ổ đầu to thanh truyền.

2.2. Vai trò của phương trình nhiệt trong mô hình bôi trơn

Phương trình nhiệt biến dạng cho trục và bạc, kết hợp với phương trình nhiệt trong màng dầu, tạo ra hình ảnh hoàn chỉnh về trường nhiệt độ. Sự tăng nhiệt độ trong màng dầu ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhớt, từ đó thay đổi khả năng chịu tải và hiệu suất bôi trơn của ổ đầu to thanh truyền.

III. Kết quả tính toán và thực nghiệm ảnh hưởng nhiệt độ

Các kết quả tính toán và thực nghiệm cho thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa nhiệt độ và các đặc tính của ổ đầu to thanh truyền. Khi nhiệt độ tăng, độ nhớt của dầu giảm, dẫn đến chiều dày màng dầu tối thiểu giảm và rò rỉ tăng. Áp suất tối đa trong bạc cũng thay đổi theo nhiệt độ và tốc độ quay động cơ. Các phương pháp đo nhiệt độ hiện đại sử dụng cảm biến nhiệt độ gắn trực tiếp vào vùng tiếp xúc để lấy dữ liệu chính xác. Những dữ liệu này là cơ sở để xác định điều kiện hoạt động tối ưu cho ổ đầu to thanh truyền trong các động cơ tốc độ cao.

3.1. Phương pháp đo nhiệt độ và phương pháp tính toán số

Phương pháp đo nhiệt độ sử dụng cảm biến được gắn vào vị trí tiếp xúc mảng dầu với trục và thanh truyền. Lưới tính toán cho trục, thanh truyền và mảng dầu được xây dựng chi tiết để đạt độ chính xác cao. Dữ liệu từ thực nghiệm được so sánh với kết quả mô phỏng để xác nhận tính chính xác của mô hình.

3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên bạc động và hiệu suất bôi trơn

Nghiên cứu cho thấy nhiệt độ tối đa xuất hiện tại các góc quay khuỷu khác nhau trong chu kỳ động cơ. Chiều dày mảng dầu tối thiểu và phân bố áp suất thay đổi theo trường nhiệt độ, ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền của ổ đầu to thanh truyền. Điều này chứng tỏ tính cấp thiết của việc quản lý nhiệt độ trong thiết kế ổ đầu to thanh truyền hiện đại.

IV. Ý nghĩa khoa học và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới ổ đầu to thanh truyền có ý nghĩa khoa học sâu sắc và ứng dụng thực tiễn rõ rệt. Trên phương diện khoa học, công trình này góp phần làm sáng tỏ cơ chế tương tác giữa trường nhiệt độ, phân bố áp suất và chiều dày màng dầu trong các động cơ tốc độ cao. Kiến thức này mở ra hướng nghiên cứu mới về bôi trơn hệ biên trong các ứng dụng cực khắc. Trên phương diện thực tiễn, các kết quả của luận văn cung cấp nền tảng để thiết kế, chế tạo và tối ưu hóa ổ đầu to thanh truyền với hiệu suất bôi trơn tối ưu nhất. Điều này hỗ trợ ngành công nghiệp ô tô trong việc phát triển những động cơ tốc độ cao, bền bỉ và tiết kiệm nhiên liệu hơn.

4.1. Đóng góp vào lĩnh vực bôi trơn động cơ và thiết kế cơ khí

Những phát hiện từ luận văn này cung cấp dữ liệu quý báu cho các nhà thiết kế ổ đầu to thanh truyền. Hiểu rõ ảnh hưởng của nhiệt độ cho phép tối ưu hóa hình dạng bạc, chất liệu và tính năng bôi trơn. Các kỹ sư có thể sử dụng những kết quả này để phát triển những giải pháp bôi trơn mới, như các chất phụ gia dầu đặc biệt hoặc thiết kế bạc cải tiến.

4.2. Hướng phát triển trong công nghệ động cơ tương lai

Với nhu cầu ngày càng tăng về hiệu suất nhiên liệu và giảm phát thải, những động cơ tốc độ cao là xu hướng tất yếu. Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến ổ đầu to thanh truyền là bước khởi đầu quan trọng cho việc phát triển những hệ thống bôi trơn thế hệ mới, có thể hoạt động ổn định dưới các điều kiện nhiệt độ cao và tải trọng lớn của động cơ hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở đầu MO DAU 1. Ly do chon dé tai Van dé nhiét thay dong THD (ThermoHydrodynamic) da co nhiều công, trinh nghiên cứu và công bỏ, tuy nhiên TEHD (ThermoElastoHydroDynamie) vẫn con la dé tai mới mẻ, đặc biệt trong ngảnh cơ khí chế tạo ở nước ta. Trong nghiên cứu nảy, tác giả muốn phát triển nghiên thêm biển dạng đản hỏi (tức TEHD) Bản thân tác giả hiện đang đảm trách công tác duy tu, bảo dưỡng, khảo sát và lắp đặt sửa chữa thiết bị khai thác dầu khí tại Giàn công nghệ trung tâm số 2 thuộc mỏ Bạch hỗ; thuộc Liên doanh dầu khí Việt Nga - Vietsovpetro, vậy nên tác giả chọn đề tài “Nghiên cửu ảnh hưởng của nhiệt độ tới đặc tính của ô đầu to thanh truyền” 2. Tính cấp thiết của đề tài Một trong những vấn đề đặt ra trong hoạt động sản xuất của liên doanh dầu khí Việt Nga Vietsovpetro là làm thể nào để vận hành và bảo dưỡng các thiết bị một cách tối ưu nhất.

Từ yêu cầu đó tác giả muốn đi sâu nghiên cứu các ảnh hưởng trong quá trình bôi trơn; sự ma sát, mỏn và các ảnh hưởng khác tác động lên hệ thống máy móc làm giảm tuổi thọ nhằm nâng cao năng suất làm việc của máy. Một trong các yếu tổ ảnh hưởng đó, ảnh hưởng của nhiệt độ lên màng dầu bôi trơn trong hệ thống bôi trơn nói chung và cho hệ biên khuỷu nói riêng rất đáng kể. Để ứng dụng có hiệu quả kiến thức về bôi trơn, ảnh hưởng nhiệt độ đối với việc thiết kế các cặp đôi ma sát, đỏi hỏi chủng ta phải có thông số kỹ thuật chính xác, những hiểu biết sâu rông trong lĩnh vực nay. 'Tác giả mong muốn những kết quả nghiên cứu của mình trong dé tai luận văn này sẽ được vân dụng vào thực tế sản xuất, nhằm nâng cao hiệu suất làm việc của thiết bị, hạn chế tối đa các sai sót trong chế tạo cũng như trong công tác bảo dưỡng hay các ảnh hưởng khác không tốt từ môi trường tới thiết bị trong quá trình vận hành.

Danh muc so đô và hình vẽ DANH MỤC SƠ ĐỎ VÀ HÌNH VẼ Hình Tên hình vẽ và do thi Trang Thông số lớp màng bôi trơn và hệ số ma sát là hàm số của Ll TỊN/P chỉ ra các vùng bôi trơn chất lỏng khác nhau khi 18 không có trợ giúp của bơm ngoài 1.2 | Sơ đồ biểu diễn chêm dâu 19 1.3 __ | Sơ đô hệ thông bôi trơn cưỡng bức 20 1.4 | Sơ đô khôi hệ thông bôi trơn hệ biên khuỷu. 22 L5 | Kết cấu trục khuỷu và các lỗ dẫn dầu.6 | Đôi trơn nhóm pittông -thanh truyền 24 1,7 | Sơ đỗ nguyên lý bôi trơn băng phương pháp vung té dâu 26 18 Sơ đô hệ thông bôi trơn cưỡng bức cácte ướt 28 2-1 | Hệ tọa độ trục khai triển bạc 35 22 Mặt cắt ô đỡ 38 23 | Mién khai triên ô 38 2.4 Miền khai triển bạc cô định 42 2.5 _ | Sơ đô cân băng lực tác dụng lên thanh truyền 43 2.6 Khai triên miên màng dâu dứt gãy + 2.7 | Sơ đỗ của một xilanh động cơ nhiệt 52 2.8 | Sơ đô công suât của một động cơ xăng chạy 6500v/ph 53 2.9 (a) [So dé thuat toan Murty 56 2.9 (b) | Sơ đô thuật toan Murty 56 2.9(c) | So dé thuat toan Murty 56 3.} Sơ đồ bản thử dùng trong thực nghiệm 61 32 "Thiết bị đo sức kéo/nén thanh truyền và vị trí lễ khoan. 62 33 Hỉnh ảnh một sô máy móc phụ trợ 62 Danh muc so đô và hình vẽ DANH MỤC SƠ ĐỎ VÀ HÌNH VẼ Hình Tên hình vẽ và do thi Trang Thông số lớp màng bôi trơn và hệ số ma sát là hàm số của Ll TỊN/P chỉ ra các vùng bôi trơn chất lỏng khác nhau khi 18 không có trợ giúp của bơm ngoài 1.2 | Sơ đồ biểu diễn chêm dâu 19 1.3 __ | Sơ đô hệ thông bôi trơn cưỡng bức 20 1.4 | Sơ đô khôi hệ thông bôi trơn hệ biên khuỷu. 22 L5 | Kết cấu trục khuỷu và các lỗ dẫn dầu.6 | Đôi trơn nhóm pittông -thanh truyền 24 1,7 | Sơ đỗ nguyên lý bôi trơn băng phương pháp vung té dâu 26 18 Sơ đô hệ thông bôi trơn cưỡng bức cácte ướt 28 2-1 | Hệ tọa độ trục khai triển bạc 35 22 Mặt cắt ô đỡ 38 23 | Mién khai triên ô 38 2.4 Miền khai triển bạc cô định 42 2.5 _ | Sơ đô cân băng lực tác dụng lên thanh truyền 43 2.6 Khai triên miên màng dâu dứt gãy + 2.7 | Sơ đỗ của một xilanh động cơ nhiệt 52 2.8 | Sơ đô công suât của một động cơ xăng chạy 6500v/ph 53 2.9 (a) [So dé thuat toan Murty 56 2.9 (b) | Sơ đô thuật toan Murty 56 2.9(c) | So dé thuat toan Murty 56 3.} Sơ đồ bản thử dùng trong thực nghiệm 61 32 "Thiết bị đo sức kéo/nén thanh truyền và vị trí lễ khoan.

62 33 Hỉnh ảnh một sô máy móc phụ trợ 62 Danh muc so đô và hình vẽ DANH MỤC SƠ ĐỎ VÀ HÌNH VẼ Hình Tên hình vẽ và do thi Trang Thông số lớp màng bôi trơn và hệ số ma sát là hàm số của Ll TỊN/P chỉ ra các vùng bôi trơn chất lỏng khác nhau khi 18 không có trợ giúp của bơm ngoài 1.2 | Sơ đồ biểu diễn chêm dâu 19 1.3 __ | Sơ đô hệ thông bôi trơn cưỡng bức 20 1.4 | Sơ đô khôi hệ thông bôi trơn hệ biên khuỷu. 22 L5 | Kết cấu trục khuỷu và các lỗ dẫn dầu.6 | Đôi trơn nhóm pittông -thanh truyền 24 1,7 | Sơ đỗ nguyên lý bôi trơn băng phương pháp vung té dâu 26 18 Sơ đô hệ thông bôi trơn cưỡng bức cácte ướt 28 2-1 | Hệ tọa độ trục khai triển bạc 35 22 Mặt cắt ô đỡ 38 23 | Mién khai triên ô 38 2.4 Miền khai triển bạc cô định 42 2.5 _ | Sơ đô cân băng lực tác dụng lên thanh truyền 43 2.6 Khai triên miên màng dâu dứt gãy + 2.7 | Sơ đỗ của một xilanh động cơ nhiệt 52 2.8 | Sơ đô công suât của một động cơ xăng chạy 6500v/ph 53 2.9 (a) [So dé thuat toan Murty 56 2.9 (b) | Sơ đô thuật toan Murty 56 2.9(c) | So dé thuat toan Murty 56 3.} Sơ đồ bản thử dùng trong thực nghiệm 61 32 "Thiết bị đo sức kéo/nén thanh truyền và vị trí lễ khoan. 62 33 Hỉnh ảnh một sô máy móc phụ trợ 62 Mở đầu 3. Doi tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài a.

Đối tượng nghiên cứu. Cụm ô đầu to thanh truyền trong động cơ nhiệt, b. Phạm vi của đề tài - Tác động của chất lỏng trong tiếp xúc (phương trinh Reynolds) - Cân bằng giữa các lực bên ngoài và tích hợp của các trường áp lực trong màng dầu. Phương trình chiều dày màng, dầu Phương trình nhiệt biển dạng cho trục vả bạc - _ Trường nhiệt độ trong mảng dầu và chất rắn 4.

Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu và phân tích các ảnh hưởng của áp suất, nhiệt độ và phân bố chiều dây màng dầu bôi trơn trong ổ đầu to thanh truyền. “Trên cơ đó xác định các yếu tố ảnh hưởng đến màng dâu bôi trơn, xác định chính xác vị trí nhiệt độ tối đa, chiều dày mảng dầu tối thiểu phân bố trong bạc. Từ đó làm bước khởi đầu cho việc đi sâu nghiên cứu tiếp theo, nhằm thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh tối ưu nhất một cum 6 đầu to thanh truyền trong động cơ nhiệt có tốc độ cao. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - _ Ý nghĩa khoa học: đóng góp vào việc nghiên cứu các ảnh hưởng của các trường nhiệt độ và phân bế chiều day mang dau béi tron 6 dau to thanh truyền trong động cơ nhiệt tốc có độ cao.

- Ý nghĩa thực tiễn: kết quả nghiên cứu sẽ là tiền đề cho việc nghiên cứu tiếp theo, để có thể hoàn thiện thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh cụm ổ đầu to thanh truyền làm việc trong động cơ nhiệt có tốc độ cao với tính năng bôi trơn tối ưu nhất, Đối với công việc hiện tại của tác giả: cần nắm vững những tác động của các trường nhiệt độ, trường áp. suất trong chế độ bôi trơn Danh muc so đô và hình vẽ DANH MỤC SƠ ĐỎ VÀ HÌNH VẼ Hình Tên hình vẽ và do thi Trang Thông số lớp màng bôi trơn và hệ số ma sát là hàm số của Ll TỊN/P chỉ ra các vùng bôi trơn chất lỏng khác nhau khi 18 không có trợ giúp của bơm ngoài 1.2 | Sơ đồ biểu diễn chêm dâu 19 1.3 __ | Sơ đô hệ thông bôi trơn cưỡng bức 20 1.4 | Sơ đô khôi hệ thông bôi trơn hệ biên khuỷu. 22 L5 | Kết cấu trục khuỷu và các lỗ dẫn dầu.6 | Đôi trơn nhóm pittông -thanh truyền 24 1,7 | Sơ đỗ nguyên lý bôi trơn băng phương pháp vung té dâu 26 18 Sơ đô hệ thông bôi trơn cưỡng bức cácte ướt 28 2-1 | Hệ tọa độ trục khai triển bạc 35 22 Mặt cắt ô đỡ 38 23 | Mién khai triên ô 38 2.4 Miền khai triển bạc cô định 42 2.5 _ | Sơ đô cân băng lực tác dụng lên thanh truyền 43 2.6 Khai triên miên màng dâu dứt gãy + 2.7 | Sơ đỗ của một xilanh động cơ nhiệt 52 2.8 | Sơ đô công suât của một động cơ xăng chạy 6500v/ph 53 2.9 (a) [So dé thuat toan Murty 56 2.9 (b) | Sơ đô thuật toan Murty 56 2.9(c) | So dé thuat toan Murty 56 3.} Sơ đồ bản thử dùng trong thực nghiệm 61 32 "Thiết bị đo sức kéo/nén thanh truyền và vị trí lễ khoan. 62 33 Hỉnh ảnh một sô máy móc phụ trợ 62 Danh muc so đô và hình vẽ 3.19 _ | Phân bố nhiệt độ trong màng dầu của góc quay trục khuỷu T5 3.20 |720” (trường hợp A,B,C) 75 Phân bô nhiệt độ trong màng dầu của góc quay trục khuỷu.22 | Phân bồ nhiệt độ trong trục ở góc quay trục khuỷu 720° HF 3.24 tr 5 79 3 Phân bô nhiệt độ trong thanh truyền ở góc quay trục khuỷu 3.26 80 Phân bồ nhiệt độ trong màng ở góc quay trục khuỷu 80° 3.27 _ | trường hợp C) s8 Phân bồ nhiệt độ trong màng ở góc quay trục khuyu 180° 3.28 | trường hợp C) s Phân bỗ nhiệt độ trong màng ở góc quay trục khuyu 260° 3.29 81 (trường hợp C) Phan bỗ nhiệt độ trong mang ở góc quay trục khuyu 360” 3.30 81 (trường hợp C) Phin bo nhiệt độ trong màng cho góc trục khuyu 440° 3.31 82 (Truong hop C) Phân bỗ nhiệt độ trong mảng ở góc quay truc khuyu 540° 3.