Nhiều bánh răng có thể bị ảnh hưởng bởi một hiện tượng được gọi là rỗ vi mô. Tình trạng này được nhìn thấy khi các vết nứt cực nhỏ hình thành trên bánh răng và theo thời gian và ứng suất dẫn đến các vết rỗ cực nhỏ. Các vết rỗ này lớn dần và cuối cùng vỡ ra. Đây thậm chí có thể là chế độ hỏng hóc chính đối với bánh răng.
Rỗ vi mô thường xảy ra dưới sự bôi trơn đàn hồi thủy động (EHL). Khi độ dày màng dầu dưới EHL trở nên quá mỏng tại đường răng, các điểm gồ ghề trên bề mặt sẽ bắt đầu tiếp xúc. Khi các điểm gồ ghề này tiếp xúc với nhau trên các bề mặt đối diện và dưới tải trọng cao, chúng gây ra biến dạng đàn hồi hoặc dẻo, dẫn đến rỗ vi mô.
Mệt mỏi bề mặt cũng rất giống như vậy. Trong quá trình bôi trơn đàn hồi thủy động, mỏi bề mặt thường là kết quả của vết lõm trên bề mặt do các hạt cứng hoặc mềm. Các vết lõm trên bề mặt tạo ra cái gọi là gờ. Theo thời gian và với tải trọng cao lặp đi lặp lại, các hố phát triển ở nơi bề mặt bị vỡ ra. Với tải trọng cao liên tục, các hố trở nên lớn hơn.
Các hiệu ứng
Mỏi bề mặt và rỗ vi mô bị ảnh hưởng bởi chất bôi trơn cụ thể được sử dụng, bao gồm dầu gốc, phụ gia, lựa chọn độ nhớt và tạp chất hạt. Trong khi rỗ vi mô hoặc mỏi bề mặt có thể xảy ra với chất bôi trơn tổng hợp hoặc dầu khoáng, chất tổng hợp có thể bảo vệ tốt hơn ở nhiệt độ cao hơn so với dầu khoáng có cùng cấp độ nhớt và gói phụ gia. Điều này là do chất tổng hợp có thể có chỉ số độ nhớt cao hơn. Nói cách khác, độ nhớt của chất tổng hợp có thể thay đổi ít hơn khi nhiệt độ tăng.
Mặc dù phụ gia áp suất cực đại (EP) thường là cần thiết, nhưng trong một số trường hợp, chúng có thể rất hung hăng về mặt hóa học với bề mặt và gây ra hiện tượng rỗ vi mô. Các loại phụ gia này cũng trở nên hoạt động mạnh hơn ở nhiệt độ cao hơn. Một số nhà nghiên cứu cho rằng các loại dầu không có phụ gia EP sẽ có khả năng chống rỗ vi mô tối đa. Khả năng bảo vệ chống lại hiện tượng rỗ vi mô của dầu có thể được xác định bằng cách sử dụng thử nghiệm FZG FVA 54.
Dầu có độ nhớt cao cũng có khả năng chống rỗ vi mô tốt hơn do màng EHL dày hơn. Tuy nhiên, việc tăng độ nhớt không phải lúc nào cũng là lựa chọn tốt nhất vì nó có thể gây ra nhiệt độ vận hành cao hơn, mất năng lượng và/hoặc tốc độ oxy hóa dầu tăng lên.
Tiếp xúc có nguy cơ cao
Bất kỳ nơi nào có tiếp xúc lăn trong máy móc đều có khả năng xảy ra hiện tượng rỗ nhỏ và mỏi bề mặt. Điều này bao gồm ổ trục của phần tử lăn (dọc theo đáy của rãnh lăn). Bánh răng cũng có tiếp xúc lăn, thường xảy ra xung quanh đường pitch. Cam và con lăn là những ví dụ khác về nơi bạn có thể thấy tiếp xúc lăn và do đó có thể xảy ra hiện tượng mỏi bề mặt và rỗ nhỏ.
Các hạt lớn hơn nhiều so với độ dày của màng EHL có thể bị cuốn vào giữa các bề mặt do tác động lăn. Khi các hạt này ở trong vùng tiếp xúc, chúng phải chịu một lượng áp suất tiếp xúc lớn. Các hạt có cường độ nén thấp hơn dưới áp suất tiếp xúc này có thể vỡ thành các mảnh nhỏ hơn, một số nhúng vào bề mặt và một số khác đi qua vùng tiếp xúc. Các hạt cứng hơn lớn hơn độ dày của màng EHL có thể đi qua vùng tiếp xúc bằng cách làm lõm bề mặt mềm hơn. Như đã đề cập trước đó, các vết lõm này tạo thành các gờ (vai) và theo thời gian với áp suất tiếp xúc lớn hơn, có thể bong ra khỏi bề mặt.
Kiểm soát hiện tượng rỗ vi mô và mỏi bề mặt
Chọn đúng độ nhớt là chìa khóa để giảm hiện tượng rỗ vi mô và mỏi bề mặt. Tải trọng cao hơn sẽ yêu cầu độ nhớt cao hơn, trong khi tải trọng thấp hơn cho phép độ nhớt thấp hơn.
Tốc độ cũng có thể ảnh hưởng đến hiện tượng rỗ vi mô và mỏi bề mặt. Ở tốc độ thấp hơn, độ dày màng sẽ giảm. Tương tự như vậy, ở tốc độ cao hơn, độ dày màng có thể tăng. Đây là một yếu tố khác cần xem xét khi lựa chọn độ nhớt phù hợp cho ứng dụng của bạn.
Nhiệt độ vận hành cũng đóng vai trò trong hiện tượng rỗ vi mô và mỏi bề mặt. Khi nhiệt độ tăng lên tại vùng tiếp xúc, độ nhớt của dầu trở nên thấp hơn và độ dày màng giảm xuống. Khi nhiệt độ tăng, chất bôi trơn có độ nhớt quá thấp sẽ trở nên loãng hơn và không cung cấp đủ khả năng bảo vệ, dẫn đến tỷ lệ rỗ vi mô và mỏi bề mặt tăng lên. Nếu sử dụng dầu EP, các chất phụ gia EP sẽ phản ứng mạnh hơn ở nhiệt độ cao hơn và có thể bảo vệ khỏi sự mài mòn của chất kết dính.
Tất nhiên, độ nhớt quá cao cũng có thể tạo ra nhiệt quá mức. Nhiệt này do độ nhớt quá cao gây ra sẽ dẫn đến quá trình oxy hóa nhanh hơn. Nếu không sử dụng phân tích dầu để xác định tuổi thọ hữu ích còn lại và kích hoạt nhu cầu thay dầu, dầu sẽ bị hỏng và không cung cấp đủ khả năng bảo vệ.
