Mỡ bôi trơn đã là một phần không thể thiếu trong cuộc sống của chúng ta trong nhiều thế kỷ, đóng một vai trò quan trọng trong hoạt động trơn tru của máy móc và thiết bị. Những chất bán rắn này, bao gồm dầu gốc và chất làm đặc, có những đặc tính độc đáo khiến chúng không thể thiếu trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ vòng bi lăn đến linh kiện ô tô.
(Dựa trên bài viết “Mô hình động lực học phân tử dạng hạt thô để mô phỏng mỡ bôi trơn”)

Lịch sử về mỡ bôi trơn

Lịch sử của mỡ bôi trơn có từ hơn 3.000 năm trước, khi các nền văn minh cổ đại sử dụng các vật liệu như thịt cừu và mỡ bò làm mỡ trục nguyên thủy. Kỷ nguyên phát triển dầu mỡ hiện đại bắt đầu từ việc phát hiện ra dầu ở Hoa Kỳ, dẫn đến việc tạo ra các loại mỡ bôi trơn đa năng vào những năm 1930 và 1940. Ngày nay, mỡ làm đặc bằng lithium hydroxystearate, được phát minh vào năm 1942, chiếm hơn 50% thị trường, với ứng dụng đòi hỏi khắt khe nhất là trong vòng bi lăn. Có thể thấy hình ảnh phóng to của loại mỡ lithium điển hình trong hình. 1.

Các nghiên cứu về mỡ bôi trơn

Hiệu suất vượt trội của mỡ bôi trơn phần lớn là do đặc tính lưu biến của chúng, xác định cách chúng chảy và hoạt động trong các điều kiện khác nhau. Mỡ thể hiện sự kết hợp độc đáo giữa các đặc tính giống chất rắn và chất lỏng, khiến chúng vừa có khả năng chống rò rỉ vừa có tính cơ động cao khi chịu lực cắt.

Hãy tưởng tượng một ổ lăn chứa đầy dầu mỡ đang đứng yên. Ở trạng thái này, mỡ hoạt động giống như chất rắn, ngăn không cho mỡ dễ dàng rò rỉ ra khỏi ổ trục. Đây là một lợi thế quan trọng so với việc chỉ sử dụng dầu vì nó đảm bảo chất bôi trơn được giữ nguyên tại chỗ, ngay cả ở những khu vực không có lực cắt tác động, chẳng hạn như trên vai ổ trục, vòng đệm và vỏ.

Tuy nhiên, khi ổ trục bắt đầu quay, mỡ sẽ trải qua một sự biến đổi đáng chú ý. Khi chịu lực cắt, độ nhớt biểu kiến ​​của mỡ giảm, cho phép nó chảy dễ dàng hơn. Hành vi cắt mỏng này là kết quả của cấu trúc vi mô của mỡ, bao gồm một mạng lưới các sợi được hình thành bởi các phân tử chất làm đặc.

Trong giai đoạn “quấy” ban đầu trong hoạt động của ổ trục, mỡ phải chịu năng lượng cắt đáng kể, khiến các sợi thẳng hàng và mạng lưới tạm thời bị gián đoạn. Điều này dẫn đến độ nhớt của mỡ giảm đáng kể, khiến nó có tính linh động cao và có thể chảy vào các khu vực quan trọng của ổ trục.

Khi ổ trục tiếp tục hoạt động, dầu mỡ sẽ chuyển sang giai đoạn “chảy máu”, tại đó chỉ xảy ra dòng chảy chậm và bò. Trong giai đoạn này, các bể chứa bán tĩnh của mỡ, được hình thành ở các khu vực không được quét của ổ trục, từ từ giải phóng dầu gốc, bổ sung các lớp bôi trơn mỏng trong đường chạy. Việc bổ sung này rất quan trọng để kéo dài tuổi thọ của ổ trục vì nó đảm bảo cung cấp dầu bôi trơn liên tục.

Để hiểu hoạt động phức tạp của mỡ bôi trơn, chúng tôi đã phát triển nhiều mô hình và mô phỏng khác nhau. Một cách tiếp cận như vậy là sử dụng động lực phân tử hạt thô, cho phép nghiên cứu sự tương tác giữa các thành phần của dầu mỡ ở cấp độ trung bình. Xem hình. 2 để biết ví dụ về loại hệ thống mà chúng tôi mô phỏng. Lưu ý rằng mặc dù chỉ hiển thị hình ảnh hai chiều nhưng mô phỏng là ba chiều.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tạo ra một mô hình tính toán mô phỏng huyền phù của các sợi tương tác, bán linh hoạt đại diện cho chất làm đặc của mỡ. Những sợi này được ngâm trong một dung môi ngầm, đại diện cho dầu gốc. Bằng cách điều chỉnh độ dài, độ cứng và nồng độ của sợi, chúng tôi có thể nghiên cứu xem các thông số này ảnh hưởng như thế nào đến đặc tính lưu biến của dầu mỡ. Biểu diễn trực quan về sự tương tác giữa các sợi được sử dụng trong khung mô hình hóa của chúng tôi được hiển thị trong hình. 3.

Các mô phỏng đã tiết lộ một số hiểu biết thú vị. Thứ nhất, chúng tôi nhận thấy rằng các sợi dài hơn và cứng hơn, cũng như nồng độ sợi cao hơn, có xu hướng sắp xếp chặt chẽ hơn với hướng cắt được áp dụng. Sự liên kết này là kết quả của khả năng chống biến dạng của sợi, vì các sợi cứng hơn và dài hơn ít có khả năng bị xẹp xuống hoặc thay đổi hướng của chúng dưới lực cắt.

Các mô phỏng cũng cho thấy độ nhớt của mỡ tăng theo chiều dài, độ cứng và nồng độ của sợi. Điều này phù hợp với các mô hình lý thuyết hiện có dự đoán rằng sự hiện diện của các hạt không hình cầu, chẳng hạn như sợi của mỡ bôi trơn, sẽ tăng thêm lực cản dòng chảy, dẫn đến độ nhớt cao hơn (hình 4).

Điều thú vị là chúng tôi có thể nghiên cứu sâu hơn về hoạt động riêng lẻ của từng sợi. Chúng tôi nhận thấy rằng biến dạng cắt tác dụng lên mỡ sẽ làm kéo dài các sợi và làm tăng ứng suất kéo bên trong chúng. Trong khi năng lượng trên mỗi liên kết không đổi ở trạng thái cân bằng, nó tăng lên cùng với chiều dài sợi bị cắt, làm cho các sợi dài hơn dễ bị đứt hơn do ứng suất cao hơn.

Chúng tôi cũng đã khám phá hoạt động của mỡ dưới lực cắt dao động, mô phỏng các điều kiện tải động từng gặp trong nhiều ứng dụng. Các mô phỏng cho thấy cả mô đun lưu trữ (đại diện cho thành phần đàn hồi) và mô đun tổn thất (đại diện cho thành phần nhớt) đều tăng theo chiều dài, độ cứng và nồng độ của sợi, như trong hình. 5. Điều này phù hợp với các quan sát thử nghiệm và cung cấp những hiểu biết có giá trị về đặc tính nhớt đàn hồi của dầu mỡ.

Khung mô hình toàn diện được phát triển trong nghiên cứu này cung cấp một công cụ mạnh mẽ để khám phá hành vi của dầu mỡ ở các thang đo thời gian và chiều dài mà không thể dễ dàng tiếp cận được thông qua các thí nghiệm. Mặc dù những phát hiện hiện tại chủ yếu mang tính chất định tính, chúng tôi dự đoán rằng phương pháp này sẽ đóng vai trò là nền tảng có giá trị để phát triển các công thức dầu mỡ tiên tiến hơn và tối ưu hóa hiệu suất của chúng trong các ứng dụng khác nhau.

Kết luận

Tóm lại, mỡ bôi trơn là vật liệu đáng chú ý đã phát triển qua nhiều thế kỷ và hoạt động phức tạp của chúng tiếp tục mê hoặc các nhà nghiên cứu cũng như kỹ sư. Bằng cách làm sáng tỏ những bí ẩn về lưu biến dầu mỡ thông qua mô hình tính toán tiên tiến, chúng ta có thể hiểu sâu hơn về các chất bôi trơn đa năng này và mở đường cho sự phát triển các giải pháp hiệu quả và đáng tin cậy hơn nữa cho nhiều ngành công nghiệp.

Liên hệ

Công Ty Cổ Phần Công Nghiệp LDT Việt Nam
Số 121-123 Đường Tô Hiệu, Nguyễn Trãi, Hà Đông, Hà Nội.
Hotline: 081 685 6669 – 024 66880598
Email: [email protected]
Fanpage: LDT-Hệ Thống Bôi Trơn SKF