Luận văn Nghiên cứu và đề xuất kết cấu ổ khí tĩnh cho máy khoan cao tốc (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu và đề xuất kết cấu ổ khí tĩnh cho máy khoan cao tốc (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÔ NGỌC TUYỀN NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT KẾT CẤU Ổ KHÍ TĨNH CHO MÁY KHOAN CAO TỐC NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S K C0 0 4 9 6 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016
2. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ và tên: NGÔ NGỌC TUYỀN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 03/05/1990 Nơi sinh: Long An Quê quán: Xã Thuận Mỹ, Huyện Châu Thành, Tỉnh Long An. Địa chỉ liên lạc: 174/2, Bình Thạnh 2, Thuận Mỹ, Châu Thành, Long An Điện thoại nhà riêng: 0902.694.072 E-mail: tuyencaothang@gmail.com II. QÚA TRÌNH ĐÀO TẠO: a. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2008 đến 08/2013 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh. Ngành học: Cơ Khí Chế Tạo Máy. Môn thi tốt nghiệp: Thực hiện đồ án tốt nghiệp. Ngày và nơi thi tốt nghiệp: 19/07/2012 tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2011 - Nay Khoa Cơ Khí, Trường CĐKT Cao Thắng Giảng viên i
3. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 09 năm 2016 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Ngô Ngọc Tuyền ii
4. LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và làm hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu rất nhiều từ nhà trường, thầy cô. Để hoàn thành luận văn này, trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy hướng dẫn khoa học PGS.TS Đặng Thiện Ngôn. Thầy đã dành nhiều thời gian, tâm huyết, nhiệt tình hướng dẫn, góp ý và động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức nền tảng và chuyên môn cho tôi trong thời gian qua. Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình làm bài đến khi hoàn thành luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ và khích lệ tinh thần tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Xin chân thành cảm ơn! iii
5. TÓM TẮT Máy khoan cao tốc là một trong các loại máy công cụ được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Luận văn trình bày quá trình thiết kế một máy khoan cao tốc có sử dụng các ổ khí tĩnh thay thế các ổ trục truyền thống. Một mô hình thiết bị máy khoan cao tốc sử dụng là các ổ khí tĩnh đã được thiết kế và chế tạo. Qua mô hình này, các thông số ảnh hưởng đến quá trình hoạt động như áp suất, số vòng quay đã được nghiên cứu và xác định. Các kết quả thông số tìm được qua thực nghiệm cho phép tìm được quan hệ giữa áp suất cung cấp và khả năng hoạt động của ổ chặn khí tĩnh sử dụng trong máy khoan cao tốc với kết quả máy khoan tốc độ cao có thể hoạt động ổn định với các thông số tốc độ động cơ đạt được; n = 8000 vòng/phút; áp suất cung cấp lớn nhất 3,0 bar; khoan 0,5 - 2,0 mm. iv
6. ABSTRACT Drilling are one of the high-speed machine tools are widely used in industry. Thesis presents the design process a high-speed drill that uses static gas drives replace traditional bearings. A model of drilling machine using aerostatic bearings, was designed and manufactured. With this machine, the parameters affecting the operating process such as pressure and number of revolutions were tested and specified by experiment. The achieved parameters obtained show the relation between provided pressure and capability of the aerostatic bearings and aerostatic thurst bearings used in high - speed drill with drill results can high-speed operation stable with the following parameters engine speed achieved; n = 8000 rpm; the largest provider of pressure 3,0 bar; drilling 0,5 -2,0 mm. v
7. MỤC LỤC TRANG TỰA TRANG QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC HÌNH x DANH SÁCH CÁC BẢNG xiv Chương 1: MỞ ĐẦU 1 1.1 Khái quát chung 1 1.2 Tính cấp thiết của đề tài 2 1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2 1.3.1 Ý nghĩa khoa học 2 1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn 3 1.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 3 1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3 1.5.1 Đối tượng nghiên cứu 3 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu 3 1.6 Phương pháp nghiên cứu 4 1.6.1 Phương pháp kế thừa 4 1.6.2 Phương pháp thu thập thông tin 4 1.6.3 Phương pháp tính toán thiết kế 4 1.6.4 Phương nghiên cứu thực nghiệm 4 1.7 Bố cục của đề tài 4 Chương 2: TỔNG QUAN 6 2.1 Ổ lăn (Rolling Bearing) 6 2.1.1 Định nghĩa 6 vi
8. 2.1.2 Kết cấu 6 2.1.3 Nguyên lý hoạt động 7 2.1.4 Ưu nhược điểm của ổ lăn 7 2.2 Ổ trượt (Plain Bearing) 7 2.2.1 Định nghĩa 7 2.2.2 Kết cấu 8 2.2.3 Nguyên lý hoạt động 8 2.2.4 Ưu nhược điểm 8 2.2.5 Phạm vi ứng dụng 9 2.3 Ổ từ (Magnetic Bearing) 9 2.3.1 Định nghĩa 9 2.3.2 Kết cấu 9 2.3.3 Nguyên lý hoạt động 9 2.3.4 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng 10 2.4 Ổ thủy (Fluid Bearing) 10 2.4.1 Ổ thủy động (Hydro-Dynamic Bearing) 10 2.4.2 Ổ thủy tĩnh (Hydrostatic bearing) 12 2.5 Ổ khí (Air Bearing) 13 2.5.1 Ổ khí động (Aerodynamic) 14 2.5.2 Ổ khí tĩnh (Aerostatic) 16 2.6 Máy khoan cao tốc 19 2.6.1 Giới thiệu các loại máy khoan tốc độ cao 19 2.6.2 Các vấn đề tồn tại của máy khoan tốc độ cao 21 2.7 Các nghiên cứu liên quan tới đề tài 22 2.7.1 Các nghiên cứu ngoài nước 22 2.7.2 Các nghiên cứu trong nước 24 2.8 Định hướng nghiên cứu 25 Chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 26 3.1 Cơ sở lý thuyết về khoan 26 vii
9. 3.2 Ổ khí tĩnh 28 3.2.1 Phân loại 28 3.2.2 Lĩnh vực ứng dụng 32 3.3 Cơ sở lý thuyết về dòng chảy của chất khí 34 3.3.1 Dòng chảy qua các tấm phẳng song song 34 3.3.2 Dòng chảy trong ổ chặn khí tĩnh 36 3.3.3 Dòng chảy của chất khí xuyên qua các lỗ nhỏ 38 3.4 Cơ sở tính toán thiết kế ổ khí tĩnh 41 3.5 Các vật liệu dùng để chế tạo ổ khí 43 3.5.1 Kim loại 44 3.5.2 Gốm sứ và sản phẩm của luyện kim bột 45 3.5.3 Vật liệu dẻo 45 Chương 4: Ý TƯỞNG VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 46 4.1 Đề xuất thông số thiết kế máy khoan tốc độ cao 46 4.1.1 Khả năng hoạt động 46 4.1.2 Đề xuất thông số thiết kế 48 4.2 Đề xuất kết cấu máy khoan 48 4.2.1 Phương án thiết kế cụm bàn máy 48 4.2.2 Phương án thiết kế cụm trục chính 49 4.2.2.1 Bộ truyền động 49 4.2.2.2 Đề xuất phương án bố trí ổ khí tĩnh 51 4.3 Đề xuất kết cấu ổ đỡ khí tĩnh 51 4.3.1 Phương án lỗ cấp khí đơn giản 52 4.3.2 Phương án lỗ cấp khoang khí 52 4.3.3 Phương án lỗ cấp lắp ghép 53 4.3.4 Lựa chọn phương án 53 4.4 Đề xuất kết cấu ổ chặn khí tĩnh 53 4.5 Đề xuất phương án chế tạo ổ khí tĩnh 54 Chương 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ Ổ KHÍ TĨNH MÁY KHOAN CAO TỐC 56 viii
10. 5.1 Thông số máy khoan cao tốc 56 5.2 Ổ khí tĩnh 57 5.2.1 Ỗ đỡ khí tĩnh 57 5.2.2 Ổ chặn 67 5.3 Cụm trục chính máy khoan 72 Chương 6: CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM 78 6.1 Quá trình chế tạo 78 6.2 Thiết bị khảo nghiệm 80 6.3 Khảo nghiệm hoạt động 82 6.3.1 Mục đích khảo nghiệm 82 6.3.2 Khảo nghiệm không tải 82 6.3.3 Khảo nghiệm có tải 84 Chương 7: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 ix
11. DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Các dạng ổ lăn [20] 6 Hình 2.2: Kết cấu ổ lăn [20] 7 Hình 2.3: Nguyên lý hoạt động ổ lăn [20] 7 Hình 2.8: Hình dạng ổ trượt [20] 8 Hình 2.9: Kết cấu ổ trượt 8 Hình 2.10: Hình dạng ống lót ổ trượt 8 Hình 2.14: Hình dạng của ổ từ trong thực tế [7] 9 Hình 2.15: Kết cấu của ổ từ [7] 9 Hình 2.17: Ổ thủy động 11 Hình 2.18: Kết cấu ổ thủy động [20] 11 Hình 2.19: Nguyên lý hoạt động ổ thủy động 12 Hình 2.21: Hình dạng của ổ thủy tĩnh 12 Hình 2.22: Hình dạng bề mặt làm việc 12 Hình 2.23: Kết cấu ổ thủy tĩnh 13 Hình 2.24: Nguyên lý hoạt động ổ thủy tĩnh 13 Hình 2.26: Kết cấu của ổ khí 14 Hình 2.27: Hình dạng ổ khí động 15 Hình 2.28: Kết cấu ổ khí động 15 Hình 2.29: Nguyên lý hoạt động ổ khí động 15 Hình 2.30: Hình dạng các loại ổ khí tĩnh [10] 16 Hình 2.31: Bố trí các lỗ cấp khí 16 Hình 2.32: Đường cong phân bố áp suất 17 Hình 2.33: Kết cấu ổ khí tĩnh [11] 17 Hình 2.34: Nguyên lý hoạt động ổ khí tĩnh [9] 18 Hình 2.35: Máy khoan bo mạch điện tử 19 Hình 2.36: Máy khoan cầm tay vỏ nhôm 19 Hình 2.37: Máy khoan cầm tay vỏ nhôm 20 Hình 2.38: Máy khoan bàn cao tốc Xendoll [24] 20 Hình 2.39: Kết cấu ổ khí trục chính máy khoan sử dụng ổ khí 21 Hình 2.40: Hình dạng ổ khí tĩnh hình cầu [13] 22 Hình 2.41: Độ chính xác đạt được tại 600 vòng/phút [14] 22 Hình 2.42: Sơ đồ thí nghiệm [15] 23 Hình 2.43: Ổ chặn khí tĩnh [16] 23 Hình 2.44: Mô hình thực nghiệm [17] 24 Hình 2.45: Kết cấu ổ lăn cao tốc [25] 24 x
12. Hình 2.46: Mô hình kiểm nghiệm sự hoạt động của hệ thống 25 Hình 3.1: Lực tác dụng lên mũi khoan [2,3] 26 Hình 3.2: Hình dạng bề mặt làm việc ổ khí tĩnh [10] 28 Hình 3.3: Ổ khí tĩnh dạng tuyến tính [10] 28 Hình 3.4: Các dạng ổ khí tĩnh dạng tuyến tính [10] 29 Hình 3.5: Ổ khí tĩnh dạng xoay 29 Hình 3.6: Hình dạng ổ khí tĩnh dạng khí tĩnh quay 29 Hình 3.7: Ổ khí tĩnh dạng bạc [10] 30 Hình 3.8: Hình dạng ổ khí tĩnh dạng bạc 30 Hình 3.9: Ổ khí tĩnh dạng tĩnh kết hợp 30 Hình 3.10: Hình dạng ổ khí tĩnh dạng tĩnh kết hợp 31 Hình 3.11: Ổ khí tĩnh dạng phẳng 31 Hình 3.12: Hình dạng bề mặt làm việc ổ khí tĩnh dạng phẳng 31 Hình 3.13: Ổ khí tĩnh dạng cầu 32 Hình 3.14: Ổ khí tĩnh dạng dạng cầu 32 Hình 3.15: Dòng chảy của chất khí giữa các tấm song song 34 Hình 3.16: Ổ chặn có một lỗ cấp khí ở tâm 36 Hình 3.17: Ổ chặn hình khuyên có nhiều lỗ cấp khí 38 Hình 3.18: Mối quan hệ giữa cD và K 40 Hình 3.19: Phân bố áp suất trong ổ khí 41 Hình 3.20: Mối quan hệ giữa khả năng chịu tải và tỉ số lệch tâm 42 Hình 3.21: Mối quan hệ giữa Kgo và khả năng chịu tải 42 Hình 3.22: Các loại lỗ cấp khí 43 Hình 4.1: Máy khoan Hồng Ký HK-KT10 47 Hình 4.2: Phương án đầu khoan tiến 48 Hình 4.3: Phương án bàn máy tiến 49 Hình 4.4: Phương án bộ truyền đai 49 Hình 4.5: Phương án khớp mềm thông thường 50 Hình 4.6: Khớp mềm lồng không 50 Hình 4.7: Khớp mềm lòng không lỗ vuông 51 Hình 4.8: Bố trí ổ khí tĩnh 51 Hình 4.9: Kết cấu ổ đỡ khí tĩnh phương án 1 52 Hình 4.10: Kết cấu ổ đỡ khí tĩnh phương án 2 52 Hình 4.11: Kết cấu ổ đỡ khí tĩnh phương án 3 53 Hình 4.12: Hai loại ổ chặn điển hình 54 Hình 4.13: Phương án bố trí các ổ khí tĩnh 55 Hình 5.1: Kết cấu máy khoan cao tốc 56 Hình 5.2: Các yếu tố tương tác trong thiết kế ổ khí [9] 57 xi
13. Hình 5.3: Mối quan hệ giữa đường kính lỗ cấp khí và tỉ lệ L/D 58 Hình 5.4: Mối quan hệ giữa đường kính lỗ cấp khí tối ưu và khe hở [9] 58 Hình 5.5: Vị trí đặt lỗ cấp khí 59 Hình 5.6: Mối quan hệ giữa CL và vị trí đặt lỗ cấp khí [9] 60 Hình 5.7: Ảnh hưởng của số lỗ cấp khí mỗi hàng tới khả năng tải [9] 60 Hình 5.8: Ảnh hưởng của đường kính lỗ cấp khí tới số lượng lỗ [9] 61 Hình 5.9: Ảnh hưởng của chiều dài ổ tới khả năng tải [9] 61 Hình 5.10: Ảnh hưởng của khe hở đến khả năng tải 62 Hình 5.11: Mối quan hệ giữa áp suất cấp, đường kính lỗ cấp khí tới độ cứng 62 Hình 5.12: Mối quan hệ giữa áp suất cấp, tỉ số lệch tâm đến khả năng tải 63 Hình 5.13: Mối quan hệ giữa khe hở và độ cứng của ổ 63 Hình 5.14: Các thông số lỗ cấp khí 64 Hình 5.15: Mối quan hệ giữa L, D và lưu lượng dòng khí [9] 65 Hình 5.16: Mối quan hệ giữa đường kính lỗ cấp khí và tỉ lệ áp suất [9] 66 Hình 5.17: Ổ đỡ khí tĩnh 67 Hình 5.18: Mối quan hệ giữa tỉ lệ b/a và CL 68 Hình 5.19: Mối quan hệ giữa đường kính lỗ cấp khí và khe hở và tỉ lệ b/a 69 Hình 5.20: Mối quan hệ giữa đường kính lỗ cấp khí và số lỗ 70 Hình 5.21: Bố trí lỗ cấp khí 70 Hình 5.22: Lưu lượng dòng khí cấp 71 Hình 5.23: Kết cấu ổ chặn khí tĩnh 72 Hình 5.24: Kết cấu máy khoan cao tốc 73 Hình 5.25: Cụm đầu trục chính 73 Hình 5.26: Cụm bàn nâng 73 Hình 5.27: Trục chính máy khoan 74 Hình 5.28: Mặt bích động cơ 74 Hình 5.29: Vòng cách ổ chặn khí tĩnh 75 Hình 5.30: Bạc cấp khí ổ đỡ và chặn 75 Hình 5.31: Bạc cấp khí ổ đỡ 76 Hình 5.32: Lỗ cấp và đầu nối khí 76 Hình 5.33: Động cơ Kachi 77 Hình 6.1: Các thành phần của hệ máy khoan cao tốc sử dụng ổ khí tĩnh 78 Hình 6.2: Cụm trục chính máy khoan 79 Hình 6.3: Các thành phần của máy khoan 79 Hình 6.4: Máy khoan cao tốc sử dụng ổ khí tĩnh 80 Hình 6.5: Máy nén khí PUMA PK1090 80 Hình 6.6: Bộ xử lý khí nén 81 Hình 6.7: Đồng hồ đo áp suất 81 xii
14. Hình 6.8: Đồng hồ so Nikken 82 Hình 6.9: Thiết bị đo tốc độ vòng quay Vimet 82 Hình 6.10: Máy chạy không tải 83 Hình 6.11: Quan hệ giữa áp suất và độ dao động theo phương ngang, phương đứng của ổ đỡ, ổ chặn khí tĩnh 84 Hình 6.12: Mũi khoan thép gió 0,5 -2,0 mm 85 Hình 6.13: Mẫu vật liệu khoan 85 Hình 6.14: Khoan khảo nghiệm 86 Hình 6.15: Sản phẩm khoan trên Al, Cu với đường kính 0,5 – 2,0 mm 88 xiii
15. DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 3.1: Ký hiệu các thông số tính toán máy khoan 26 Bảng 3.2: So sánh các đặc tính [10] 33 Bảng 3.3: Giá trị Kgo tối ưu tại các giá trị khác nhau của  42 Bảng 5.1: Ảnh hưởng của chiều dài lỗ cấp khí [9] 64 Bảng 6.1: Thông số máy nén khí 81 Bảng 6.2: Thông số vận tốc cắt v (m/ph) và tốc độ n (v/ph) theo lý thuyết 86 Bảng 6.3: Thông số điều chỉnh khi khoan 87 xiv
16. Chương 1 MỞ ĐẦU 1.1 Khái quát chung Máy khoan cao tốc được sử dụng phổ biến khoan đường kính nhỏ với tốc độ cao, hành trình ngắn, cho phép sử dụng trong các ngành gia công vật liệu mỏng và nhẹ như nhôm, mica, mạch điện tử, các chi tiết linh kiện nhựa Ổ trục trong các máy khoan cao tốclà một bộ phận rất quan trọng giúp cho trục quay có thể thực hiện các chuyển động quay 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 máy công cụ. 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 phức 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 1
17. 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 Vấn đề khoan các lỗ nhỏ (đường kính nhỏ hơn 1mm) trên kim loại là một vấn đề khó thực hiện trên các máy khoan thông thường. Để thực hiện điều này các máy khoan cần có tốc độ vòng trên 5000 vòng/phút (máy khoan cao tốc). Với tốc độ này máy khoan cần phải được thiết kế riêng biệt cho phép hoạt động ở tốc độ cao và ít rung động. Tuy nhiên, việc sử dụng các ổ cơ thông thường trong máy khoan cao tốc đã làm cho giá thành tăng cao vì chi phí cao cho các ổ cơ cao tốc, độ chính xác chế tạo và lắp ráp cao, Ngoài ra, khi hoạt động ở tốc độ cao sẽ phát sinh rung động, tiếng ồn lớn do ma sát bên trong ổ cơ. Bên cạnh đó, nhu cầu các thiết bị máy móc hiện đại có thể hoạt độngở số vòng quay lớn, ổn định, truyền động chính xác cao, ít yêu cầu về bôi trơn trong các lĩnh vực chế biến thực phẩm, gia công cơ khí, ngày càng tăng. Một trong các giải pháp được đề xuất góp phần giải quyết các yêu cầu trên là ứng dụng ổ khí tĩnh. Ổ khí tĩnh cho phép trục làm việc trong khoảng nhiệt độ rộng, ma sát trong ổ rất thấp, tốc độ làm việc rất cao, kết cấu hệ thống phụ đơn giản, Từ các ưu điềm của ổ khí tĩnh và 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 ứng dụng ổ khí tĩnh vào một máy công nghiệp, cho phép chế tạo một máy khoan cao tốc có số vòng quay cao (đến 8000 vòng/phút) với công suất đủ lớn để có thể gia công các lỗ nhỏ trên các vật liệu kim loại. 1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1.3.1 Ý nghĩa khoa học - Đề xuất được cách thức tính toán, thiết kế ổ khí tĩnh. - Đề xuất được kết cấu ổ khí tĩnh có thể ứng dụng trong các máy công nghiệp. - Đánh giá khả năng ứng dụng ổ khí tĩnh trong máy khoan cao tốc khi khoan các lỗ nhỏ trên kim loại 2
18. 1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn - Đề xuất được một phương pháp tính toán, thiết kế ổ khí tĩnh cụ thể. Phương pháp này có thể được ứng dụng để tính toán, thiết kế ổ khí tĩnh ứng dụng trong các máy móc công nghiệp hoạt động ở phạm vi tốc độ cao. - Đề xuất được kết cấu ổ khí tĩnh phù hợp ứng dụng trong máy khoan cao tốc có số vòng quay đạt trên 8000 vòng/phút. - Thiết kế, chế tạo thành công máy khoan cao tốc ứng dụng ổ khí tĩnhcho phép khoan các lỗ nhỏ trên các vật liệu kim loại. - Đánh giá được khả năng làm việc cũng như chi phí khi khoan các lỗ nhỏ trên kim loại bằng thực nghiệm. - 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. 1.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Thiết kế, chế tạo và đánh giá khả năng máy khoan cao tốc ứng dụng ổ khí tĩnh khi khoan các lỗ nhỏ trên kim loại ứng dụng ổ khí tĩnh. 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 (ổ lăn, ổ chặn, ổ trượt, ), ổ khí tĩnh. - Máy khoan cao tốc các loại có trên thị trường. 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu - Đề tài tập trung nghiên cứu về ổ khí tĩnh với nguồn áp cung cấp từ bên ngoài. - Ổ khí tĩnh được tính toán, thiết kế và chế tạo cho máy khoan cao tốc có thể khoan các lỗ nhỏ từ 0,5 – 2,0 mm. 3
19. 1.6 Phương pháp nghiên cứu 1.6.1 Phương pháp kế thừa Kế thừa các công trình, kết quả nghiên cứu đã công bố của các tác giả trong và ngoài nước về lĩnh vực nghiên cứu ổ khí tĩnh nhằm tiết kiệm thời gian và đạt hiệu quả cao. 1.6.2 Phương pháp thu thập thông tin Tiếp cận các tài liệu nghiên cứu, các thông tin cần thiết có liên quan đến đề tài có trên các tạp chí khoa học, tài liệu chuyên ngành, qua các nguồn tin từ báo, đài, internet 1.6.3 Phương pháp tính toán thiết kế 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. 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. 1.6.4 Phương nghiên cứu thực nghiệm Thực hiện tiến hành thực nghiệm, để có thể tối thiểu hóa số thí nghiệm cần thiết mà vẫn đảm bảo mức độ tin cậy. 1.7 Bố cục của đề tài Đề tài được chia làm 7 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. 4
20. - 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: Chế tạo khảo nghiệm ổ khí tĩnh, các khảo nghiệm trên thực tế và kết quả phân tích đánh giá. - Chương 7: Kết luận – Kiến nghị 5
21. Chương 2 TỔNG QUAN Một trong các chi tiết quan trọng được sử dụng trong máy khoan, máy khoan cao tốc là các ổ trục. Ổ lăn giúp trục chính máy khoan chuyển động quay với tốc độ cao, chính xác, ma sát nhỏ, ít rung động giúp quá trình hoạt động khoan diễn ra đúng yêu cầu. Ngoài khảo sát về kết cấu máy khoan cao tốc, ổ lăn cũng là chi tiết cũng cần được khảo sát chi tiết để xem xét lựa chọn và ứng dụng vào máy khoan cho phù hợp. Ổ lăn có nhiều loại như ổ cơ, ổ từ, ổ thuỷ, ổ khí và các loại ổ kết hợp, Trong các phần sau, các loại ổ cũng như máy khoan cao tốc sẽ được khảo sát và trình bày. 2.1 Ổ lăn (Rolling Bearing) 2.1.1 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) [20]. Hình 2.1: Các dạng ổ lăn [20] 2.1.2 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. Ổ lăn gồm 4 bộ phận: vòng trong lắp trên trục, vòng ngoài lắp với gối trục (vỏ máy, thân máy ), con lăn và vòng cách (hình 2.2) [20]. 6
22. S K L 0 0 2 1 5 4