Đồ án Nghiên cứu, thiết kế cụm trục chính cho máy khoan sử dụng ổ khí tĩnh (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu, thiết kế cụm trục chính cho máy khoan sử dụng ổ khí tĩnh (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CỤM TRỤC CHÍNH CHO MÁY KHOAN SỬ DỤNG Ổ KHÍ TĨNH GVHD: ThS.TRẦN VĂN TRỌN SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN MSSV: 11144112 S K L 0 0 4 2 4 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY  BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CỤM TRỤC CHÍNH CHO MÁY KHOAN SỬ DỤNG Ổ KHÍ TĨNH” Giảng viên hướng dẫn: ThS.TRẦN VĂN TRỌN Sinh viên thực hiện: NGUYỄN ANH TUẤN MSSV: 11144112 Lớp: 111441B Khóa: 2011-2015 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2016
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Anh Tuấn MSSV: 11144112 Lớp: 111441 Khoá: 2011 - 2015 Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật cơ khí Hệ: A 1. Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế cụm trục chính cho máy khoan sử dụng ổ khí tĩnh 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Máy khoan đứng Tiến Đạt sẳn có; - Cụm trục chính có thể hoạt động ở tốc độ 10.000 v/ph; - Độ chính xác lỗ khoan không lớn hơn 0,1 mm (khi gia công đồng, nhôm) 3. Nội dung chính của đồ án: - Tìm hiểu về các loại ổ khí tĩnh, nguyên lý hoạt động của ổ khí tĩnh; - Tìm hiểu, đánh giá các loại cụm trục chính sử dụng ổ khí tĩnh có trên thị trường; - Đề xuất phương án thiết kế cụm trục chính máy khoan sử dụng ổ khí tĩnh; - Tính toán, thiết kế cụm trục chính cho máy khoan sử dụng ổ khí tĩnh; - Đề xuất phương án cải tạo máy khoan đứng Tiến Đạt để lắp đặt cụm trục chính đã thiết kế; - Nếu điều kiện cho phép, thi công cụm trục chính đã thiết kế; - Tập bản vẽ thiết kế các chi tiết, bản vẽ lắp; - Tập thuyết minh. 4. Ngày giao đồ án: 10/09/2015 5. Ngày nộp đồ án: 10/01/2016 TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) ThS. Trần Văn Trọn  Được phép bảo vệ i
4. LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CỤM TRỤC CHÍNH CHO MÁY KHOAN SỬ DỤNG Ổ KHÍ TĨNH” - GVHD: ThS Trần Văn Trọn - Họ tên sinh viên: NGUYỄN ANH TUẤN - MSSV: 11144112 Lớp: 111441B - Địa chỉ sinh viên: Tp.Quy Nhơn, Tỉnh Bình Định - Số điện thoại liên lạc: 0905059397 - Email: mrbin93qn@gmail.com - Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): - Lời cam kết: “Chúng tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính chúng tôi nghiên cứu và thực hiện. Chúng tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự viphạm nào, xin chịu hoàn toàn trách nhiệm” Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2015 Ký tên Nguyễn Anh Tuấn ii
5. LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp nhằm củng cố và bổ sung lại những kiến thức về chuyên nghành Công nghệ Kỹ thuật cơ khí và các môn học khác có liên quan mà chúng em đã được học trong khoảng thời gian ngồi trên giảng đường đại học. Đồ án tốt nghiệp này đã giúp chúng em biết vận dụng, khai thác sâu hơn vào lý thuyết. Qua đó giúp cho chúng em biết được khả năng xử lý tình huống trong thiết kế, đã củng cố vững hơn về kiến thức chuyên ngành và kỹ năng làm việc nhóm sao cho đạt hiệu quả cao, là một kỹ năng rất cần thiết cho một kỹ sư sau khi ra trường. Để hoàn thành đồ án này, chúng em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, hỗ trợ từ thầy cô, gia đình, người thân và bạn bè. Mặc dù chúng em đã cố gắng hết sức mình, nhưng trong khoảng một thời gian cho phép, cũng như hạn chế về mặc kiến thức của bản thân, nên đồ án không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót. Chính vì vậy, nhóm thực hiện rất mong nhận được sự chú ý của quý thầy, cô cũng như của bạn bè để có thể củng cố kiến thức của mình trước khi ra trường. Trước tiên chúng em chân thành gửi đến toàn thể quý thầy cô trong bộ môn Công nghệ tự động lời cảm ơn chân thành nhất. Những năm tháng trên giảng đường Đại học Thầy, Cô đã truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu, đó là hành trang vô giá mà chúng em luôn mang bên mình trên con đường lập nghiệp. Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến ThS.Trần Văn Trọn, người Thầy đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành tốt Đồ án. Chúng em xin cảm ơn gia đình, bạn bè những người luôn ủng hộ, động viên, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em trong học tập cũng như trong cuộc sống. Ngoài ra chúng em xin cảm ơn tới tất cả những người bạn đã cùng chúng em gắn bó, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, tháng 12 năm 2015 Nguyễn Anh Tuấn iii
6. TÓM TẮT ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CỤM TRỤC CHÍNH CHO MÁY KHOAN SỬ DỤNG Ổ KHÍ TĨNH Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày nay, khí nén được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực, kết cấu nhỏ gọn, vận hành trơn chu là những ưu điểm của khí nén Dựa trên máy khoan có sẵn tiến hành thiết kế lại đầu trục chính sử dụng khí tĩnh để tiến hành khoang vật liệu ở tốc độ cao với các tính toán và đề xuất các phương án cho ổ khí tĩnh. Quá trình thực hiện đồ án gồm: - Tìm hiểu về các loại ổ khí tĩnh, nguyên lý hoạt động của ổ khí tĩnh; - Tìm hiểu, đánh giá các loại cụm trục chính sử dụng ổ khí tĩnh có trên thị trường; - Đề xuất phương án thiết kế cụm trục chính máy khoan sử dụng ổ khí tĩnh; - Tính toán, thiết kế cụm trục chính cho máy khoan sử dụng ổ khí tĩnh; - Đề xuất phương án cải tạo máy khoan đứng Tiến Đạt để lắp đặt cụm trục chính đã thiết kế; - Nếu điều kiện cho phép, thi công cụm trục chính đã thiết kế; - Tập bản vẽ thiết kế các chi tiết, bản vẽ lắp; - Tập thuyết minh. ABSTRACT With the development of science and technology today, the compressed air is used a lot in the field, compact structure, smooth operation are the advantages of compressed air Based on available drill redesigned conducting head spindle used to conduct the static gas chamber at high speed material to calculate and propose the plans for static gas drive. The process of implementation of the scheme include: - Learn about the types of drives static gas, operating principle of the static gas drive; - Learn and evaluate spindle type cluster using static gas drive available on the market; - Proposal designed spindle drilling machine cluster using static gas drive; - Calculation, design cluster drill spindle drive using static gas; - Proposal renovation Vertical drilling machine to install cluster Tien Dat designed spindle; - If conditions permit, construction cluster was designed spindle; - Tap design drawing details and assembly drawings; - Class notes. iv
7. MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv Chương 1: MỞ ĐẦU 1 1.1 Khái quát chung 1 1.2 Tính cấp thiết của đề tài 1 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2 1.3.1 Ý nghĩa thực tiễn 2 1.3.2 Ý nghĩa khoa học 2 1.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2 1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 1.5.1 Đối tượng nghiên cứu 2 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu 2 1.6. Phương pháp nghiên cứu 3 1.6.1 Cơ sở phương pháp luận 3 1.6.2 Phương pháp nghiên cứu 3 1.7 Bố cục của đề tài 3 Chương 2: TỔNG QUAN 4 2.1 Ổ cơ 4 2.1.1 Ổ lăn (Rolling Bearing) 4 2.1.1.1 Định nghĩa 4 2.1.1.2 Nhiệm vụ 4 2.1.1.3 Kết cấu 4 2.1.1.4 Nguyên lý hoạt động 5 2.1.1.5 Phân loại 5 2.1.1.6 Ưu nhược điểm của ổ lăn 7 2.1.2 Ổ trượt (Plain Bearing) 8 2.1.2.1 Định nghĩa 8
8. 2.1.2.2 Kết cấu 8 2.1.2.3 Nguyên lý hoạt động 9 2.1.2.4 Phân loại ổ trượt theo hình dạng 9 2.1.2.5 Phân loại ổ trượt theo phương pháp bôi trơn 10 2.1.1.6 Ưu nhược điểm 10 2.1.2.7 Phạm vi ứng dụng 11 2.2 Ổ từ (Magnetic Bearing) 11 2.2.1 Định nghĩa 11 2.2.2 Kết cấu 11 2.2.3 Nguyên lý hoạt động 12 2.2.4 Phân loại 12 2.2.5 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng 12 2.3 Ổ thủy (Fluid Bearing) 13 2.3.1 Ổ thủy động (Hydro-Dynamic Bearing) 13 2.3.1.1 Định nghĩa 13 2.3.1.2 Nhiệm vụ 13 2.3.1.4 Kết cấu 14 2.3.1.5 Nguyên lý hoạt động 14 2.3.1.6 Phân loại 14 2.3.2 Ổ thủy tĩnh (Hydrostatic bearing) 15 2.3.2.1 Định nghĩa 15 2.3.2.2 Nhiệm vụ 15 2.3.2.3 Kết cấu 15 2.3.2.4 Nguyên lý hoạt động 16 2.3.2.4 Phân loại 16 2.4 Ổ khí (Air Bearing) 17 2.4.1 Ổ khí động (Aerodynamic) 19 2.4.1.1 Định nghĩa 19 2.4.1.2 Nhiệm vụ 19 2.4.1.3 Kết cấu 19
9. 2.4.1.4 Nguyên lý hoạt động 19 2.4.2 Ổ khí tĩnh (Aerostatic) 20 2.4.2.1 Định nghĩa 20 2.4.2.2 Nhiệm vụ 21 2.4.2.3 Kết cấu 22 2.4.2.4 Nguyên lý hoạt động 22 2.4.2.5 Phân loại 23 2.4.2.6 Ưu nhược điểm ổ khí tĩnh 24 2.5 Ổ khí chuyển động tuyến tính 24 2.5.1 Đặc tính 24 2.5.2 Thông số 25 2.5.3 Phân loại 25 2.6 Ổ khí chuyển động quay 25 2.6.1 Đặc tính 25 2.6.2 Thông số 26 2.6.3 Phân loại 26 2.7 Ổ bạc trục chính 26 2.7.1 Đặc tính 26 2.7.2 Thông số 27 2.7.3 Các dạng 27 2.8 Ổ khí dạng cầu 27 2.8.1 Đặc tính 27 2.8.2 Thông số 27 2.8.3 Các dạng 28 2.9 Ổ khí dạng kết hợp 28 2.9.1 Đặc tính 28 2.9.2 Thông số 28 2.9.3 Các dạng 28 2.10 Ổ khí dạng tròn chuyển động phẳng 29 2.10.1 Đặc tính 29
10. 2.10.2 Thông số 29 2.10.3 Các dạng 30 2.11 Lĩnh vực ứng dụng 30 2.12 Các nghiên cứu liên quan tới đề tài 31 2.12.1 Các nghiên cứu ngoài nước 31 2.12.2 Các nghiên cứu trong nước 33 2.13 Định hướng nghiên cứu 33 Chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 35 3.1 Máy khoan cao tốc 35 3.1.1 Máy khoan 35 3.1.2 Các dạng đầu trục chính máy khoan sử dụng ổ khí 35 3.1.3 Định hướng nghiên cứu 35 3.1.4 Thông số thiết kế máy khoan 35 3.2 Cơ sở lý thuyết về dòng chảy của chất khí 36 3.2.1 Dòng chảy qua các tấm phẳng song song 36 3.2.2 Dòng chảy trong ổ chặn khí tĩnh 38 3.2.3 Dòng chảy của chất khí xuyên qua các lỗ nhỏ 40 3.3 Cơ sở tính toán thiết kế ổ khí tĩnh 42 3.4 Các vật liệu dùng để chế tạo ổ khí 45 3.4.1 Kim loại 46 3.4.2 Gốm sứ và sản phẩm của luyện kim bột 46 3.4.3 Vật liệu dẻo 47 Chương 4: Ý TƯỞNG VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 48 4.1 Đề xuất kết cấu ổ đỡ khí tĩnh 48 4.2 Đề xuất kết cấu ổ đỡ khí tĩnh 48 4.2.1 Phương án 1 48 4.2.2 Phương án 2 49 4.2.3 Phương án 3 49 Chương 5: THIẾT KẾ Ổ KHÍ TĨNH 52 5.1 Thiết kế ổ đỡ 52
11. 5.1.1 Đường kính lỗ cấp khí 53 5.1.2 Chiều dài ổ khí 54 5.1.3 Vị trí đặt lỗ cấp khí 55 5.1.4 Số lượng lỗ cấp khí 56 5.1.5 Ảnh hưởng của chiều dài ổ đến khả năng tải 57 5.1.5 Ảnh hưởng của áp suất cung cấp đến khả năng tải và độ cứng của ổ 58 5.1.6 Ảnh hưởng của khe hở giữa trục và ổ đỡ 60 5.1.7 Xác định các thông số của lỗ cấp khí 60 5.1.7 Lưu lượng dòng khí 61 5.1.8 Áp suất cung cấp 62 5.2 Tính toán ổ chặn 63 5.3 Mô phỏng, Thực nghiệm, Đánh giá 66 Chương 6: CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 67 6.1 Chế tạo và lắp ráp ổ khí 67 6.1.1 Quá trình chế tạo 67 6.1.1.1 Ổ đỡ khí tĩnh: 67 6.1.1.2 Ổ đỡ- chặn khí tĩnh 68 6.1.1.3 Trục chính 69 6.1.1.4 Đầu cấp khí 69 6.1.1.5 Các chi tiết khác 70 6.1.1.5.1 Ổ cấp khí trên 70 6.1.1.5.2 Ổ cấp khí dưới 70 6.1.1.5.1 Bích cấp khí cho ổ đỡ - chặn khí tĩnh 71 6.1.1.5.1Bệ đỡ 1 71 6.1.1.5.1 Bệ đỡ 2 71 6.1.1.5.1Mô hình máy khoan tổng thể 71 Chương 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 74 (Dành cho giảng viên hướng dẫn) 74
12. NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Error! Bookmark not defined. (Dành cho giảng viên phản biện) Error! Bookmark not defined. PHIẾU CHO ĐIỂM Error! Bookmark not defined.
13. Danh Mục Bảng Biểu Bảng 1: So sánh các đặc tính WESTWIND. 30 Bảng 3.1:Giá trị Kgo tối ưu tại các giá trị khác nhau của  . 44 Bảng 5.1: Ảnh hưởng của chiều dài lỗ cấp khí 61
14. Danh Mục Sơ Đồ, Hình Vẽ Hình 2.1: Các dạng ổ lăn. 4 Hình 2.2: Kết cấu ổ lăn. 5 Hình 2.3: Nguyên lý hoạt động ổ lăn. 5 Hình 2.4: Phân loại theo dạng con lăn. 5 Hình 2.5: Phân loại theo hướng tiếp nhận tải trọng. 6 Hình 2.6: Phân loại theo bề mặt làm việc. 7 Hình 2.7: Phân loại theo dãy con lăn. 7 Hình 2.8: Hình dạng ổ trượt. 8 Hình 2.9: Kết cấu ổ trượt 8 Hình 2.10: Hình dạng ống lót ổ trượt. 9 Hình 2.11 : Hình dạng bề mặt làm việc. 9 Hình 2.12: Hình dạng theo khả năng chịu tải. 9 Hình 2.13: Hình dạng theo kết cấu. 10 Hình 2.14 : Các dạng ổ trượt. 10 Hình 2.15 : Hình dạng của ổ từ trong thực tế. 11 Hình 2.16: Kết cấu của ổ từ[1]. 11 Hình 2.17: Ổ đỡ từ. 12 Hình 2.18: Ổ thủy động. 13 Hình 2.19: Kết cấu ổ thủy động. 14 Hình 2.20: Nguyên lý hoạt động ổ thủy động. 14 Hình 2.21: Hình dạng ổ thủy động. 15 Hình 2.22: Hình dạng của ổ thủy tĩnh. 15 Hình 2.23: Hình dạng bề mặt làm việc. 15 Hình 2.24: Kết cấu ổ thủy tĩnh. 16 Hình 2.25: Nguyên lý hoạt động ổ thủy tĩnh. 16 Hình 2.26: Ổ thủy tĩnh dạng hai nữa. 17 Hình 2.27 Kết cấu của ổ khí. 18 Hình 2.28 Hình dạng ổ khí động. 19 Hình 2.29 Kết cấu ổ khí động. 19 Hình 2.30: Nguyên lý hoạt động ổ khí động. 20 Hình 2.31: Hình dạng các loại ổ khí tĩnh. 20 Hình 2.34: Kết cấu ổ khí tĩnh. 22 Hình 2.35: Dòng khí trong ổ khí tĩnh 22 Hình 2.36: Khí tĩnh cung cấp áp suất từ bên ngoàiOAVCO. 22 Hình 2.37: Nguyên lý hoạt động ổ khí tĩnh POWELL. 23 Hình 2.38: Hình dạng bề mặt làm việc ổ khí tĩnh. 24 Hình 2.39: Ổ khí tĩnh tuyến tính. 25
15. Hình 2.40: Các dạng ổ khí tĩnh tuyến tính. 25 Hình 2.41: Ổ khí tĩnh quay. 26 Hình 2.42: Hình dạng ổ khí tĩnh quay. 26 Hình 2.43: Ổ khí tĩnh dạng bạc. 26 Hình 2.44: Hình dạng ổ khí tĩnh dạng bạc. 27 Hình 2.45 Ổ khí tĩnh dạng cầu 27 Hình 2.46 Hình dạng ổ dạng cầu. 28 Hình 2.47: Ổ khí tĩnh kết hợp. 28 Hình 2.48: Hình dạng ổ khí tĩnh kết hợp. 29 Hình 2.49: Ổ khí tĩnh dạng phẳng. 29 Hình 2.50: Hình dạng bề mặt làm việc ổ dạng phẳng. 30 Hình 2.51: Hình dạng ổ khí tĩnh hình cầu. 31 Hình 2.52: Độ chính xác đạt được tại 600 vòng/phút. 32 Hình 2.53: Sơ đồ thí nghiệm. 32 Hình 2.54: Ổ chặn khí tĩnh. 33 Hình 2.55: Mô hình thực nghiệm. 33 Hình 3.1: Máy khoan bo mạch in. 35 Hình 3.2: Trục chính máy khoan. 35 Hình 3.3: Dòng chảy của chất khí giữa các tấm song song. 36 Hình 3.4: Ổ chặn có một lỗ cấp khí ở tâm. 38 Hình 3.5: Ổ chặn hình khuyên có nhiều lỗ cấp khí. 40 Hình 3.6:Mối quan hệ giữa cD và K. 42 Hình 3.7: Phân bố áp suất trong ổ khí. 43 Hình 3.8:Mối quan hệ giữa khả năng chịu tải và tỉ số lệch tâm. 44 Hình 3.9:Mối quan hệ giữa Kgo và khả năng chịu tải. 44 Hình 3.10: Các loại lỗ cấp khí. 45 Hình 4.1: Các loại lỗ cấp khí. 48 Hình 4.2: Kết cấu ổ đỡ khí tĩnh phương án 1. 49 Hình 4.3: Kết cấu ổ đỡ khí tĩnh phương án 2. 49 Hình 4.4: Kết cấu ổ đỡ khí tĩnh Phương án 3. 50 Hình 4.5: Hai loại ổ chặn điển hình . 51 Hình 4.6: Ổ chặn có trục xuyên qua 51 Hình 5.1:Các yếu tố tương tác trong thiết kế ổ khí [10] 52 Hình 5.2: Mối quan hệ giữa đường kính lỗ cấp khí và tỉ lệ L/D. 53 Hình 5.3: Mối quan hệ giữa đường kính lỗ cấp khí tối ưu và khe hở. 54 Hình 5.4:Vị trí đặt lỗ cấp khí 55 Hình 5.5: Mối quan hệ giữa CL và vị trí đặt lỗ cấp khí[10] 56 Hình 5.6:Ảnh hưởng của số lỗ cấp khí mỗi hàng tới khả năng tải. 57 Hình 5.7: Ảnh hưởng của đường kính lỗ cấp khí tới số lượng lỗ. 57
16. Hình 5.8: Ảnh hưởng của chiều dài ổ tới khả năng tải. 58 Hình 5.9: Ảnh hưởng của khe hở đến khả năng tải 58 Hình 5.10:Mối quan hệ giữa áp suất cấp, đường kính lỗ cấp khí tới độ cứng. 59 Hình 5.12: Mối quan hệ giữa khe hở và độ cứng của ổ 60 Hình 5.13:Các thông số lỗ cấp khí 60 Hình 5.14: Mối quan hệ giữa L, D và lưu lượng dòng khí. 62 Hình 5.15:Mối quan hệ giữa đường kính lỗ cấp khí và tỉ lệ áp suất 62 Hình 5.16: Mối quan hệ giữa tỉ lệ b/a và CL. 64 Hình 5.17: Mối quan hệ giữa đường kính lỗ cấp khí và khe hở và tỉ lệ b/a. 64 Hình 5.18:Mối quan hệ giữa đường kính lỗ cấp khí và số lỗ. 65 Hình 5.19: Bố trí lỗ cấp khí. 65 Hình 5.20: Lưu lượng dòng khí cấp. 66 Hình 6.1: Mô hình máy khoan dự kiến. 67 Hình 6.2: Chế tạo ổ đỡ khí tĩnh 68 Hình 6.3: Chế tạo ổ chặn 68 Hình 6.4: Trục chính thử nghiệm 69 Hình 6.5: Lỗ cấp khí. 69 Hình 6.6: Đầu nối khí 70 Hình 6.7: Ổ cấp khí trên. 70 Hình 6.8: Ổ cấp khí trên. 70 Hình 6.9: Ổ cấp khí trên. 71 Hình 6.10: Bệ đỡ 1 71 Hình 6.11: Bệ đỡ 2 71 Hình 6.7: Biểu đồ. 73
17. Chương 1 Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Khái quát chung Trong các máy móc có chuyển động tương đối, ổ trục là một bộ phận rất quan trọng giúp cho các trục có thể thực hiện các chuyển động quay hoặc tịnh tiến một cách dễ dàng nhờ giảm thiểu được ma sát. Trong thực tiễn, ổ trục có rất nhiều loại nhưng có thể chia làm hai loại là có tiếp xúc và không có tiếp xúc. Loại có tiếp xúc phổ biến là các loại ổ lăn cơ khí, ổ trượt cơ khí, .với chức năng đỡ trục khi chuyển động quay hoặc tịnh tiến hoặcchức năng chặn chuyển động theo chiều dọc trục. Các loại ổ cơ khí này đang được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp cũng như được ứng dụng trong các sản phẩm gia dụng. Loại ổ trục không có tiếp xúc là các loại ổ khí, ổ thuỷ lực, ổ từ, ổ hỗn hợp Khác với các loại ổ trục cơ khí, ổ khí sử dụng áp lực của khí nén áp suất cao để nâng hoặc chặn trục khi thực hiện chuyển động quay hay tịnh tiến mà không có sự tiếp xúc giữa phần tĩnh và phần động. Do vậy, ổ khí ứng dụng trong các thiết bị, máy móc yêu cầu độ chính xác cao được xem là một công nghệ tiên tiến và thân thiện với môi trường. Các loại ổ khí có một vai trò lớn trong việc nâng cao tốc độ quay cho các trục và có thể hoạt động được trong những môi trường đặc biệt mà các hệ truyền động sử dụng ổ trục cơ khí không thể làm việc hoặc làm việc với chi phí bảo dưỡng cao. Những nghiên cứu về ổ khí thường tập trung chủ yếu tại các nước phát triển như Nhật, Mỹ, Pháp, Đức, Ngày nay, ổ khí cũng đang là vấn đề được nhiều quốc gia quan tâm như Trung Quốc, Hàn Quốc, Đài Loan, cộng hòa Séc, Do tính phực tạp cũng như yêu cầu cao trong việc chế tạo nên các loại ổ này chưa được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.Hiện nay, ổ khí được sử dụng chủ yếu trong các máy đo hoặc các máy yêu cầu độ chính xác rất cao (như các máy CNC chính xác cao, máy mài siêu tinh xác, ) và đang được nghiên cứu để hoàn thiện. 1.2 Tính cấp thiết của đề tài - Cùng với xu hướng phát triển của nền công nghiệp hóa hiện nay, các thiết bị máy móc hiện đại cần thực hiện được tốc độ vòng quay lớn, ổn định, độ chính xác truyền động cao; hoặc có thể làm việc trong các môi trường khắc nghiệt như: nhiệt độ rất cao hoặc rất thấp, áp suất làm việc cao, giảm thiểu tiêu hao công suất do ma sát; hoặc yêu cầu không được rò rỉ dầu bôi trơn vào sản phẩm như trong lĩnh vực lương thực thực phẩm - Với sự định hướng đó, đề tài “Nghiên cứu và đề xuất kết cấu ổ khí tĩnh cho máy khoan cao tốc” đã được triển khai với mục đích tăng hiệu suất trong máy khoan cao tốc thông qua biện pháp làm giảm ma sát lăn của trục quay khi sử dụng ổ khí tĩnh. Từ đó, giúp máy phát điện gió có thể hoạt động với vận tốc gió nhỏ đưa đến khả năng ứng dụng trong thực tiễn cao. 1
18. Chương 1 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1.3.1 Ý nghĩa thực tiễn - Ổ khí đang là vấn đề nghiên cứu mới ở Việt Nam. Có rất ít các công trình nghiên cứu liên quan đến ổ khí trong những năm gần đây ở Việt Nam. Ổ khí giúp nâng cao hiệu suất cho các hệ truyền động nhờ giảm thiểu được ma sát trong ổ nên giảm thiểu khả năng gây ra rung động do ma sát giữa phần quay (ngõng trục), phần tĩnh (phần đỡ), cho phép nâng cao độ chính xác truyền động của các thiết bị máy móc, đáp ứng được yêu cầu của những máy móc vận hành với số vòng quay lớn. - Nghiên cứu về ổ khí tĩnh giúp chúng ta tự chủ được công nghệ, giảm sự phụ thuộc vào nước khác và tiết kiệm chi phí một cách đáng kể. 1.3.2 Ý nghĩa khoa học - Phân tích, tổng hợp, xây dựng được cơ sở lý thuyết về tính toán, thiết kế ổ khí. - Đề xuất được kết cấu ổ khí có khả năng ứng dụng trong công nghiệp. - Tính toán, mô phỏng, xác định kết cấu ổ khí tĩnh thử nghiệm trong máy khoan cao tốc Đề xuất phương pháp tính toán, thiết kế một ổ khí công nghiệp. - Từ kết quả của đề tài này sẽ làm cơ sở nền tảng cho những đề tài tiếp theo nhằm phát triển và hoàn thiện hơn về ổ khí. 1.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Nghiên cứu, xây dựng cơ sở lý thuyết tính toán, thiết kế ổ khí. - Nghiên cứu ứng dụng ổ khí tĩnh để thay thế cho các ổ lăn truyền thống sử dụng trong máy khoan cao tốc. - Thử nghiệm khả năng sử dụng ổ khí tĩnh vào công nghiệp trên diện rộng. 1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.5.1 Đối tượng nghiên cứu - Các loại ổ trục thường sử dụng trong công nghiệp như ổ lăn, ổ chặn; - Ổ khí tĩnh và các loại ổ có liên quan; trong máy máy khoan cao tốc. 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu về: - Ổ khí tĩnh (có nguồn áp bên ngoài cung cấp) - Tính toán và đề xuất kết cấu ổ khí tĩnh cho máy khoan cao tốc. 2
19. Chương 1 1.6. Phương pháp nghiên cứu 1.6.1 Cơ sở phương pháp luận - Dựa vào các định luật, phương trình của chất khí để tìm hiểu dòng chảy của chất khí và các yếu tố tác động đến dòng chảy của chất khí. - Tìm hiểu các phương pháp sinh áp cao, truyền dẫn cấp khí và hệ thống lỗ cấp 1.6.2 Phương pháp nghiên cứu - Xác định các thông số hình học, vật liệu Của ổ khí tĩnh và ảnh hưởng của các yếu tố đó đến sự hoạt động của ổ khí tĩnh. - Thiết kế, chế tạo thử nghiệm ổ khí tĩnh. - Nghiên cứu bằng thực nghiệm. 1.7 Bố cục của đề tài Đề tài được chia làm 6 chương với các nội dung như: - Chương 1: Lý do chọn đề tài, tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học – thực tiễn, đối tượng, phạm vi và mục tiêu nghiên cứu. - Chương 2: Trình bày tổng quan về ổ trục và ứng dụng của các loại ổ trục. Các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến ổ khí tĩnh, đến đề tài và các định hướng nghiên cứu. - Chương 3: Cơ sở lý thuyết về máy khoan cao tốc; cơ sở lý thuyết về ổ khí tĩnh, hệ thống công thức để tính toán, thiết kế ổ khí tĩnh. - Chương 4: Nêu các ý tưởng và giải pháp thiết kế máy máy khoan cao tốc, kết cấu ổ khí tĩnh dùng cho máy máy khoan cao tốc. - Chương 5: Thiết kế các thông số của ổ khí, các mối quan hệ, những sự ảnh hưởng giữa các thông số, giữa các thông số đến khả năng hoạt động của ổ khí - Chương 6: Đề cập đến các kết quả chế tạo thử nghiệm ổ khí tĩnh, các thực nghiệm trên thực tế và kết quả phân tích đánh giá. 3
20. Chương 2 Chương 2: TỔNG QUAN Ổ trục là một chi tiết máy được dùng phổ biến trong nhiều loại máy móc, thiết bị, hệ thống sản xuất, Các ổ trục giúp cho các trục có thể thực hiện chuyển động quay hoặc tịnh tiến một cách dễ dàng nhờ giảm thiểu được ma sát, qua đó nâng cao hiệu suất sử dụng của máy móc, thiết bị. Ổ trục có nhiều loại như ổ cơ, ổ từ, ổ thuỷ, ổ khí và các loại ổ kết hợp . 2.1 Ổ cơ - Ổ cơ là một chi tiết khá phổ biến trong các kết cấu máy với nhiệm vụ chính để đỡ các trục, tiếp nhận tải trọng từ nhiều phía và giữ cho trục quay. Trong quá trình làm việc tùy thuộc vào dạng tải trọng hoặc môi trường làm việc thì có các dạng ổ cơ khác nhau: - Ổ lăn: dạng bi, dạng đũa - Ổ trượt: bạc trượt, ổ thủy động và thủy tĩnh, ổ khí động và khí tĩnh 2.1.1 Ổ lăn (Rolling Bearing) 2.1.1.1 Định nghĩa - Ổ lăn là một dạng của ổ cơ, đây là cơ cấu cơ khí giúp giảm thiểu lực ma sát bằng cách chuyển ma sát trượt của hai bộ phận tiếp xúc nhau khi chuyển động thành ma sát lăn giữa các con lăn hoặc viên bi được đặt cố định trong một khung hình vành khuyên (Hình 2.1) QUYET Hình 2.1: Các dạng ổ lăn. 2.1.1.2 Nhiệm vụ - Có nhiệm vụ tiếp nhận các tải trọng từ nhiều hướng tác động tới và giữ cho trục quay. 2.1.1.3 Kết cấu - Trong ổ lăn, giữa vòng trong và ngoài của ổ có các con lăn dưới dạng viên bi hoặc dạng đũa, tùy theo dạng tải trọng hoặc điều kiện hoạt động thì vòng ngoài của ổ hay vòng trong của ổ quay. Vòng trong lắp trên trục, vòng ngoài lắp với gối trục (vỏ máy, thân máy ) - Ổ lăn gồm 4 bộ phận: vòng ngoài, vòng trong, con lăn, vòng cách (Hình 2.2) QUYET 4
21. Chương 2 a) Ổ dạng bi b) Ổ dạng đũa Hình 2.2: Kết cấu ổ lăn. 2.1.1.4 Nguyên lý hoạt động Trong ổ lăn, tải trọng từ trục trước khi truyền đến gối trục phải qua các con lăn, nhờ các con lăn nên ma sát sinh ra trong ổ là ma sát lăn. Con lăn trong ổ thực hiện chuyển động hành tinh giữa vòng trong và vòng ngoài của ổ (Hình 2.3) QUYET Hình 2.3: Nguyên lý hoạt động ổ lăn. 2.1.1.5 Phân loại - Theo dạng con lăn, ổ lăn được phân chia thành ổ bi và ổ đũa (Hình 2.4) a) Ổ bi b) Ổ đũa Hình 2.4: Phân loại theo dạng con lăn. - Theo hướng tiếp nhận tải trọng, ổ lăn được phân chia thành ổ đỡ, ổ chặn và ổ đỡ chặn (Hình 2.5). 5