Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số ổ khí tĩnh đến độ cứng vững của ổ trong gia công lỗ nhỏ TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trương Minh Đức NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THƠNG SỐ Ổ KHÍ TĨNH ĐẾN ĐỘ CỨNG VỮNG CỦA Ổ TRONG GIA CÔNG LỖ NHỎ Ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 9520103 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2022 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Vũ Toàn Thắng Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam GIỚI THIỆU LUẬN ÁN Lý lựa chọn đề tài luận án Ổ khí (tĩnh, động) ổ thủy (tĩnh, động) giải pháp hiệu thường áp dụng cho truyền động xác Khi sử dụng ổ khí khắc phục nhược điểm hầu hết khớp động truyền thống xuất khe hở động gây sai số ngẫu nhiên Trong ổ khí, khe hở động ln ln kiểm sốt khơng xuất ngẫu nhiên trình làm việc ổ lớp màng khí nén áp suất cao hình thành bạc trục quay Đặc biệt, ma sát nhỏ (gần 0) dẫn đến giảm thiểu mài mòn, giảm thiểu sinh nhiệt ma sát Vì ổ khí đảm bảo chuyển động tương độ xác cao Nhờ ưu điểm bật mà ổ khí ngày sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực gia cơng khí, đo lường, hàng khơng… Đặc biệt, lĩnh vực gia cơng khí, việc ứng dụng ổ khí cao tốc máy cơng cụ để gia cơng lỗ nhỏ phù hợp Vì trường hợp này, kích thước dụng cụ cắt, mơmen cắt nhỏ nên địi hỏi tốc độ quay trục máy lớn, cỡ vài chục nghìn vịng/phút [1] Cơ sở đặt vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng số thơng số ổ khí tĩnh đến độ cứng vững ổ gia công lỗ nhỏ bao gồm: + Ổ khí tĩnh nghiên cứu hoạt động ngun tắc bơm khí nén có áp suất từ máy nén nhằm tạo lớp khí nén trục bạc, tách rời bạc đệm khí trục quay khơng tiếp xúc khí với nhau, hoạt động hồn tồn dựa ma sát khí Độ cứng lớp khí nén yếu tố quan trọng đảm bảo ổ khí có hoạt động ổn định hay khơng, có giữ cho tâm trục quay ổn định hay khơng? Độ cứng vững phụ thuộc hoàn toàn vào kết cấu hình học ổ khí, cách dẫn khí cấp khí Do việc nghiên cứu kết cấu ổ khí để đảm bảo áp suất phân bố hợp lý bề mặt đệm, tăng độ cứng vững lớp khí nén trục bạc ổ khí q trình hoạt động điểm trọng tâm luận án + Ổ khí ứng dụng gia cơng lỗ nhỏ có tốc độ cao yếu tố khe hở đơi trục bạc, áp suất khí cấp, độ nhám bề mặt, sai lệch hình học vị trí trục bạc nhiều ảnh hưởng tới độ xác ổ khí, nghiên cứu tác giả khảo sát yếu tố ảnh hưởng nói Chính vậy, nghiên cứu luận án tác giả lựa chọn ổ khí quay sử dụng máy khoan lỗ nhỏ CNC dạng rãnh với phương thức dẫn khí từ lỗ đột thắt trung tâm qua rãnh dẫn hình chữ nhật để tạo vùng áp suất ổn định phạm vi rãnh dẫn hình chữ nhật Việc chọn dạng dẫn khí phù hợp với lực khả công nghệ chế tạo khí Việt Nam Với đề tài, “Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số ổ khí tĩnh đến độ cứng vững ổ gia công lỗ nhỏ” bước làm chủ thiết kế, cơng nghệ chế tạo ổ khí quay dạng rãnh dẫn hình chữ nhật với lỗ đột thắt trung tâm Việt Nam phạm vi quan tâm đề tài luận án Mục đích, đối tượng, phương pháp phạm vi nghiên cứu Mục đích Mục đích luận án xác định ảnh hưởng số thơng số khí tĩnh đến độ cứng vững ổ kết cấu hình học, cách dẫn khí, áp suất cấp Các yếu tố tạo áp suất phân bố ổ trục khả tải ảnh hưởng đến độ xác ổ khí quay ứng dụng gia công lỗ nhỏ chế tạo điều kiện cơng nghệ Việt Nam Mục đích cụ thể bao gồm: - Nghiên cứu thiết kế chế tạo ổ khí quay có kết cấu dạng rãnh chữ nhật với lỗ đột thắt trung tâm đảm bảo ổ hoạt động ổn định, khơng có tiếp xúc khí khả chịu tải dọc trục độ cứng vững hướng tâm đạt khoảng ÷ 10N/μm Bước đầu làm chủ công nghệ thiết kế gia cơng chế tạo ổ khí quay gia công lỗ nhỏ phù hợp với điều kiện kinh tế Việt Nam Đối tượng nghiên cứu Ổ đệm khí dạng rãnh chữ nhật với lỗ đột thắt trung tâm Đây ổ đệm khí tĩnh, dạng ổ chặn, dùng làm đầu trục máy phay cỡ nhỏ, chịu lực dọc trục q trình gia cơng Các đại lượng, yếu tố khí tĩnh ảnh hưởng đến độ cứng vững ổ khí quay ứng dụng gia cơng lỗ nhỏ Đánh giá đại lượng ảnh hưởng chính, định độ xác ổ khí quay Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm kiểm chứng Trên sở nghiên cứu lý thuyết, tài liệu, cơng trình nghiên cứu nước ngồi nước ổ khí quay ứng dụng trục máy gia cơng lỗ nhỏ Từ tính tốn lý thuyết khe hở ổ trục bơi trơn ổ khí, tìm hiểu lý thuyết tính tốn ổ khí tĩnh Nghiên cứu tính tốn độ cứng vững áp suất phân bố ổ khí tĩnh Nghiên cứu xây dựng mơ hình mơ thực nghiệm để phân tích, đánh giá yếu tố ảnh hưởng đến độ xác ổ khí tĩnh Phạm vi nghiên cứu Giới hạn ổ khí quay tạo nghiên cứu ổ khí kết cấu dạng rãnh dẫn chữ nhật với lỗ đột thắt trung tâm, phân vùng rãnh, có kích thước giới hạn chiều rộng rãnh 0,5mm chiều sâu rãnh 0,3mm Ổ đệm khí chịu tải dọc trục cung cấp nguồn khí có áp suất từ 2bar 4bar, khả chịu tải dọc trục ổ đệm khí 50N÷100N; độ cứng vững dọc trục lực hướng tâm là 3N÷10N/μm Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu Ý nghĩa khoa học: Thiết lập mơ hình thực nghiệm sở mơ tính tốn ổ khí quay để phục vụ cho ngun cơng khoan lỗ nhỏ trục máy CNC với tốc độ quay đến 20.000 vịng/phút Mơ ổ khí quay với kết cấu thiết kế ổ đệm khí dạng rãnh hình chữ nhật phân phối khí lỗ đột thắt trung tâm So sánh với kết thực nghiệm thông số: Áp suất cấp phân bố bề mặt đệm khí theo tốc độ quay khác nhau, kết cấu đệm khí áp suất hình thành tải trọng tác động dọc trục Ý nghĩa thực tiễn: Mô thực nghiệm giúp xác định mức độ ảnh hưởng áp suất khí, ảnh hưởng số vịng quay trục đến phân bố áp suất bề mặt tiếp xúc trục bạc Từ tiếp cận khả chế tạo ổ khí quay ứng dụng gia công lỗ nhỏ Việt Nam Những đóng góp Những kết luận án đạt sau: Nghiên cứu đưa kết cấu ổ khí tĩnh có nguồn khí cấp vào dạng rãnh hình chữ nhật với lỗ đột thắt trung tâm phân vùng cấp khí ổ, tăng hiệu độ cứng đệm khí Ứng dụng mô xác định ảnh hưởng yếu tố áp suất cấp, kết cấu đệm khí đến phân bố áp suất bề mặt điều kiện ổ khí quay với vận tốc khác Đây hướng nghiên cứu khác biệt so với cơng trình cơng bố trước giới Đã nghiên cứu chế tạo mơ hình thực nghiệm ổ khí tĩnh với kết cấu định vị bậc tự dọc trục vai trục định vị bậc tự do, lắp trục máy CNC để thực nguyên công khoan lỗ ≤ 1mm Độ cứng hướng tâm 5N/μm, độ cứng dọc trục 4N/μm, hoạt động ổn định dải tốc độ từ 1000020000vịng/phút hồn tồn khơng có tiếp xúc khí với kết cấu nhỏ gọn Bố cục luận án Luận án bố cục chương, bao gồm Chương 1: Tổng quan ổ khí ứng dụng gia công lỗ nhỏ Chương 2: Cơ sở lý thuyết thiết kế ổ khí quay ứng dụng gia cơng lỗ nhỏ Chương 3: Nghiên cứu đánh giá thông số ảnh hưởng đến độ xác ổ khí quay Chương 4: Thực nghiệm đánh giá đặc tính kỹ thuật ổ khí quay ứng dụng gia công lỗ nhỏ Kết luận hướng phát triển Chương 1: Tổng quan ổ khí ứng dụng gia cơng lỗ nhỏ Hiện việc ứng dụng ổ khí quay giới có thành tựu bật gia cơng chế tạo, Việt Nam chưa có Doanh nghiệp gia công sản xuất được, giá thành cho ổ khí cao Đây lý mà tác giả lựa chọn đề tài lĩnh vực ổ khí quay để nghiên cứu + Ưu điểm ổ bơi trơn khí tĩnh: Khả làm việc khoảng nhiệt độ rộng Ma sát ổ nhỏ Khả làm việc với tốc độ cao Ổ khí có rung động nhỏ Kết cấu hệ thống phụ đơn giản Kích thước trọng lượng nhỏ gọn Độ tin cậy hiệu suất máy cao + Tình hình nghiên cứu giới: Hiện nay, giới có nhiều cơng trình nghiên cứu ổ khí quay ứng dụng gia cơng lỗ nhỏ có nhiều thành tựu định Hầu hết nghiên cứu tập trung vào giải vấn đề phân bố áp suất, lực tải ổn định ổ khí + Tình hình nghiên cứu Việt Nam: Mới dừng lại nghiên cứu mà chưa ứng dụng thực tế Kết luận Với đề tài luận án “Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số ổ khí tĩnh đến độ cứng vững ổ gia công lỗ nhỏ” với nội dung nghiên cứu: Qua nghiên cứu tổng quan cơng trình ổ khí quay ứng dụng gia cơng giới, nghiên cứu Việt Nam thấy kết cấu ổ khí có dạng cấp khí: Cấp khí dạng lỗ hình khun lỗ đơn giản, cấp khí dạng khe hẹp, cấp khí dạng rãnh, cấp khí dạng xốp Tác giả kế thừa nghiên cứu trước đưa dạng cấp khí với lỗ cấp khí trung tâm liên kết hình chữ nhật tạo vùng đồng áp Nghiên cứu lý thuyết hoạt động ổ khí tác giả nhận định: Áp suất cấp vào ổ khí ảnh hưởng đến phân bố áp suất bề mặt đệm khí độ cứng đệm khí, từ ảnh hưởng đến khả tải khả định tâm ổ, ảnh hưởng đến chất lượng độ xác gia cơng chi tiết ổ khí tĩnh Nghiên cứu ưu nhược điểm ổ khí khó khăn gia cơng chế tạo ổ khí Trong chương luận án nghiên cứu sở lý thuyết với phương án: + Phân tích kết cấu ổ khí với bạc đệm khí dạng rãnh lỗ đột đột thắt trung tâm với vùng cấp áp suất riêng biệt + Nghiên cứu tính tốn đưa phương trình động lực học phương trình phương trình dịng khí, phân bố áp suất, độ cứng vững ổ khả tải ảnh hưởng đến chất lượng độ xác gia cơng Chương 2: Cơ sở lý thuyết thiết kế ổ khí quay ứng dụng gia công lỗ nhỏ Hiện giới có nhiều thành tựu nghiên cứu ổ khí quay cao tốc trở thành thương phẩm số hãng sản xuất Westwind, Excellon, Tuy nhiên, việc tính tốn thiết kế đặc biệt cơng nghệ chế tạo ổ khí cao tốc bí mật hãng sản xuất Do việc nghiên cứu sở lý thuyết thiết kế chế tạo ổ khí quay cao tốc Việt Nam góp phần nâng cao mặt học thuật tiến tới làm chủ thiết kế, làm chủ công nghệ chế tạo, tăng khả nội địa hóa sản phẩm Vì vậy, luận án xuất phát từ yêu cầu kỹ thuật đặt thơng số khí tĩnh gia cơng lỗ nhỏ, tác giả thực nghiên cứu, tính tốn thiết kế kết cấu ổ khí quay cao tốc để ứng dụng lắp trục máy khoan Trong chương phân tích đặc tính kỹ thuật ổ khí quay, sau đưa số phương trình tính tốn bơi trơn khí sau: Đưa phương trình liên tục dịng bơi trơn khí đẳng nhiệt có dạng đơn giản: (1) Phương trình bơi trơn cho chi tiết bạc Dựa giả định tốn, phương trình Reynolds theo tọa độ trụ góc θ theo trục z suy dựa phương trình Navier – Stokes phương trình liên tục chất lỏng:   p    p   ( ph) ( ph) (2)  12 h   h   24 R     z  z  t  Đặc tính tĩnh học động học xác định việc lấy tích phân áp suất vùng khí trục phần bạc  FxJ0   po cos   J     Fy    po sin  Rd dz  M xJ0  , z   zpo sin    J     M y   zpo cos   k xxJ  J  k yx J k  J  k x x  J  k y x k xyJ k xJ x k yyJ k yJ x kJx y kJx x kJy y kJy x Trong đó: (3) k xJ y   cos     sin   k yJ y    px p y p p  Rd dz     J x y  k x y   , z   z sin        z cos   kJy y  FxJ0 , FyJ0 , M xJ0 , M yJ0 (4) lực mômen trục theo phương x, y p0: Áp suất cấp, px, py, pφx, pφy áp suất theo phương Phương trình đệm khí Dựa vào phương trình tính tốn trục, phương trình Reynolds theo tọa độ đệm khí với góc θ hệ tọa độ cực r thu được:   p    p   ( ph)  ( ph) (5) r h r  h  12r  24 r  r    r        t Các đặc tính tĩnh động xác định cách tích phân áp suất khu vực màng khí bề mặt đệm khí  FzT0  po    T     M x      po r sin  rdrd  M Ty  r ,  po r sin      k zzT  k T   kTx z  T  k y z k zTx kTxx kTy x k zT y     kTx y     r sin    pz p x p y  rdrd  r ,  kTy y   r cos    (6) (7) Chương 3: Nghiên cứu đánh giá thơng số ảnh hưởng đến độ xác ổ khí quay Để giải phương trình nghiên cứu chương dùng phương pháp số để giải phương pháp phần tử hữu hạn, sai phân hữu hạn, phần tử thể tích… Việc giải theo phương pháp nhiều thời gian nhầm q trình biến đổi tính tốn Vì chương phân tích mơ hình thiết kế ứng dụng phần mềm mô số ANSYS giải khó khăn việc thiết lập mơ hình tính tốn, đưa điều kiện biên theo liệu lý thuyết đưa từ tính tốn lực tác dụng (độ cứng vững) ổ phân bố áp suất bề mặt ổ khí đệm khí Hình 3.1 Mơ hình khảo sát ổ khí tĩnh Để làm rõ ảnh hưởng việc phân tách đệm khí độc lập đến độ cứng vững ổ khí quay, việc mơ thực mơ hình: mơ hình 1: Mơ hình đệm khí rãnh dẫn liên kết với nhau, mơ hình 2: Mơ hình đệm khí rãnh chữ nhật liên kết, mơ hình 3: Mơ hình đệm khí dạng rãnh dẫn chữ nhật phân lập Kết mơ phỏng: 11 (1) (2) (3) Hình 3.2 Sự phân bố áp suất mơ hình Từ hình 3.2 ta nhận thấy: Với áp suất chi tiết, áp suất trung bình mơ hình (1) 330400 Pa, mơ hình (2) 215947 Pa áp suất mơ hình (3) 127210 Pa Hình 3.3 Sự phân bố bề mặt Trên hình 3.3 áp suất bề mặt mơ hình (3) nhìn chung thấp nhiều so với mơ hình (1) (2) Lực đẩy bề bặt thiết kế (3) đạt giá trị thiết kế (1), cụ thể: bề mặt lực đẩy đạt 62,78N lực đẩy bề mặt đạt 64,72N Tùy thuộc vào chênh lệch lực hai vị trí nói trục lệch theo trục Z đạt điểm cân Dễ dàng nhận thấy rằng, trường hợp khảo sát, kích thước khe hở hai vị trí (12 µm) gần điểm cân bằng, điều đảm bảo trục quay lơ lửng với trạng thái 12 tối ưu hóa Hơn nữa, áp lực lớn, lực đẩy tạo hai vị trí thiết kế (1) lớn thiết kế (3), chi tiết thiết kế (1) bị lệch khỏi vị trí cân là: 314,26 N cao so với mơ hình (3) 179,84N Do phân bố áp suất không cân bằng, trục thiết kế có xu hướng di chuyển xa từ vị trí cân điều dẫn đến chuyển động trục quay phía bề mặt, nơi có lực tạo áp suất bề mặt Trong trường hợp này, trục tịnh tiến theo hướng chuyển động trục Y gần với bề mặt bạc nhiều Hình 3.4 Sự phân bố vận tốc khơng khí bề mặt Tương tự hình 3.4, kết mơ dịng chảy ổ khí quay mơ hình (3) có rãnh khí tách biệt có rãnh cao mơ hình (1) (hình 3.4) Vì có rãnh phân phối có kích thước lớn (chiều rộng rãnh khí 3mm chiều sâu rãnh là1mm), vận tốc dòng chảy mơ hình (3) có giá trị trung bình cao mơ hình (1) khoảng 100m /s Hình 3.5 Mơ hình phân bố áp suất xung quanh bề mặt ngõng trục trục quay đặt lệch tâm 13 Từ kết mơ (hình 3.5), phân bố áp suất thiết kế (1) nhìn chung cao so với thiết kế (3) (2), áp suất phân bổ nên chúng có xu hướng triệt tiêu lẫn nhau, điều dẫn đến lực tập trung thấp Mặt khác, áp suất khác nên tổng lực xuất có hướng ngược lại với độ lệch tâm, kết thiết kế mơ hình (3) tốt trường hợp thiết kế (1), phân bố áp suất thấp Hình 3.6 thể chi tiết độ lệch tâm tăng Hình 3.6 Đồ thị khảo sát hiệu việc tự cân trục Khảo sát ảnh hưởng khe hở đến lực đẩy đệm khí mặt đầu Khảo sát ảnh hưởng khe hở z đến lực đẩy đệm khí mặt đầu phía hình 3.7 Trong thiết kế ổ khí quay này, lực đẩy mặt đầu phía cao lực đẩy mặt đầu phía dưới, đường cong dốc hơn, tức độ cứng cao Hình 3.7 Quan hệ lực đẩy mặt đầu khe hở 14 Theo tính lực dọc trục chương sử dụng mũi khoan đường kính D = 0,5mm, bước tiến S = 0,09mm/vòng, lực chiều trục khoan P0 ≃ 63 N Như ta có phương trình cân lực hướng trục : Pmặt = Pmặt + P0 Từ đồ thị chênh lệch lực đẩy mặt khoan : Pmặt Pmặt ≃ 63 N Khe hở mặt khoảng 12μm, Khe hở mặt khoảng 7μm Khảo sát ảnh hưởng tốc độ quay đến áp suất trung bình bề mặt bạc Khảo sát ảnh hưởng áp suất trung bình bề mặt bạc phục thuộc tốc độ quay hình 3.8 Khi tăng tốc độ quay từ 5000 đến 20000 vịng/phút, áp suất trung bình bề mặt giảm từ 380kPa xuống 337kPa, điều có nghĩa tăng tốc độ quay độ cứng hướng kính có xu hướng giảm Hình Quan hệ vận tốc quay áp suất trung bình bề mặt bạc Trong trình khảo sát ổ khí quay sử dụng mơ phỏng, trích áp suất điểm bề mặt ổ, điều cho phép phân tích phân bố áp suất bề mặt ổ khí Như hình 3.9, áp suất điểm A 397014[Pa] điểm B 399794[Pa] 15 Hình Trích áp suất bề mặt ổ điểm A B KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này, ba mơ hình mơ ổ khí quay với đệm khí thơng nhau, đệm khí hình chữ nhật lỗ thắt trung tâm thí bạc đệm khí riêng biệt thiết lập để so sánh độ cứng Khi trục bị đẩy khỏi tâm, xuất lực ngược chiều với chiều đẩy thay đổi áp suất khí phân phối khe hở trục nắp ổ trục khơng khí Đối với mơ hình (1) mơ hình (2), lực thay đổi không đáng kể vùng áp suất kết nối Áp suất khơng khí điểm khe hở không thay đổi Đối với mơ hình (3), khí nén cấp riêng cho vùng mang khí rãnh, lực thay đổi nhiều so với thay đổi khe hở khơng khí Áp suất khơng khí điểm khe hở khơng khí bị thay đổi đáng kể vùng mang khơng khí tách biệt trục khơng khí Với thơng số thiết kế trục danh nghĩa đường kính 20mm, rãnh chữ nhật rộng 0,5mm sâu 0,3mm, độ nhám bề mặt 0,32 μm, áp suất đầu vào bar, tốc độ quay 20000 vòng / phút, khe hở đệm khí 12 μm, chênh lệch lực đẩy mơ hình (1) mơ hình (3) 13 lần trục bị đẩy lệch tâm xa 11 μm Điều cần tạo ổ khí riêng biệt xung quanh chu vi trục để tăng độ cứng trục khơng khí 16 Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ổ khí quay Trên sở tính tốn lý thuyết mơ xác định đặc tính kỹ thuật ổ khí quay để nâng cao độ xác phép đo sai lệch độ trịn, chương trình bày số kết thực nghiệm để kiểm chứng lý thuyết Với kết cấu ổ khí quay có bạc đệm khí dạng trụ khơng xẻ ăn khớp đơi với trục quay, kết hợp với đệm khí mặt chặn khơng điều chỉnh giảm bớt khó khăn công nghệ chế tạo, yêu cầu kỹ thuật trục quay gia công lần gá để đảm bảo độ đồng tâm bậc trục độ vng góc vai trục có đệm khí phẳng tạo lực dọc trục, góp phần nâng cao độ xác ổ khí quay, phù hợp với trình độ gia cơng khí Việt Nam 4.1 Đánh giá thơng số kích thước, sai số hình dáng hình học sai số vị trí bề mặt kích thước Hình 4.1 Kiểm tra độ nhám chi tiết ổ khí 17 Hình 4.2 Kiểm tra kích thước máy đo CMM - Phân tích kết quả: Kích thước đường kính đường kính ngồi đơi bạc trục đáp ứng yêu cầu khe hở đệm khí khoảng từ ÷ 12 μm Độ vng góc độ song song lớn so với yêu cầu thiết kế Tuy nhiên phạm vi khe hở đơi theo phương hướng kính dọc trục từ ÷ 12 μm với sai lệch vị trí chi tiết bạc trục chế tạo được, đôi trục bạc hoạt động mà khơng có tiếp xúc khí Sau gia công chi tiết bạc trục, nguyên công nghiền đôi thực để trục bạc khớp với toàn bề mặt lắp ráp: Khử độ nhám bề mặt đồng sai lệch hình dáng đơi, sai lệch độ trụ độ phẳng chấp nhận phạm vi cho phép Độ nhám bạc trục sau nghiền cho thấy giá trị độ nhám trung bình phạm vi Ra = 0.32 ÷ 0.35μm, Rz = 2.26 ÷ 2.46μm Đối với đơi đệm khí tiêu Rz ưu tiên nhiều liên quan đến tiếp xúc trục bạc đỉnh 18 nhám Do sau nghiền xong đơi việc cấp khí vào để chạy rà không tải cần thiết để tất tiếp xúc đỉnh nhám loại bỏ giai đoạn 4.2 Thực nghiệm đánh giá khả tiếp xúc khí ổ khí Hình 4.3 Hình ảnh đo tiếp xúc Nhận xét thực nghiệm: Khi tiến hành cấp khí cho ổ khí hoạt động, lấy đồng hồ đo tiếp xúc trục bạc tốc độ quay đến 18000 vòng khả tải trọng tác dụng đến 5kg ta nhận thấy kim đồng hồ vị trí vơ cực Kết luận trục bạc ổ khí khơng tiếp xúc trình thử nghiệm hoạt động ổn định 4.3 Thực nghiệm đánh giá khả tải độ cứng vững ổ khí Mơ hình 19 Hình 4.4 Kết đo tải dọc trục Hình 4.5 Đồ thị quan hệ tải trọng F khe hở Z mặt đầu Nhận xét thực nghiệm: Từ đồ thị ta thấy tải lớn khe hở vai trục phía bạc lớn ngược lại khe hở vai đệm nhỏ, giá trị độ cứng vững trung bình phạm vi khe hở từ (1÷11) μm tính sau: K F   0.4kg /  m  N /  m z 10 20 Như thơng qua khảo sát thấy độ cứng dọc trục thực nghiệm ổ khí đạt 4N/μm 4.4 Thực nghiệm xác định tải trọng tác dụng lên trục theo phương ngang Hình 4.6 Kiểm tra tải theo phương ngang Hình 4.7 Đồ thị độ dịch chuyển đầu trục 21 Độ cứng hướng tâm trung bình ổ khí kJ = k = = 0,5kg/ μm = 5N/μm 4.5 Thực nghiệm xác định áp suất số vị trí ổ khí Hình 4.8 Kết đo áp suất Nhận xét thực nghiệm: Khi cung cấp khí vào ổ khí, thay đổi số vòng quay khác theo dõi kết đo ta nhận thấy áp suất đo vị trí trụ nhận đc 0.34Mpa So với kết mô hình 4.8 áp suất thực nghiệm bị giảm điều kiện mô lý tưởng kích thước hình dáng hình học vị trí bề mặt 4.6 Đánh giá độ ổn định tâm quay ổ khí thơng qua gia cơng lỗ Để đánh giá độ ổn định ổ khí quay với tốc độ quay khác tác giả đánh giá độ định tâm trục mũi khoan gián tiếp thông qua lỗ gia công Trong chương phần 1.3 tính tốn lực dọc trục mơmen cắt mũi 22 khoan hợp kim đường kính 1mm Do bỏ qua ảnh hưởng độ mịn dao, độ cong vênh mũi khoan yếu tố ảnh hưởng khác q trình gia cơng, thấy rằng, khoan lỗ sử dụng mũi khoan có đường kính 1,01mm, với tốc độ quay ổ giảm dần khoảng từ 20000 vòng/phút xuống 10000vòng/phút kích thước trung bình lỗ đo lớn Điều có nghĩa với tốc độ quay ổ lớn độ ổn định tâm ổ quay tốt Kết luận Kiểm tra ổ khí hoạt động tốc độ đến 20.000 vịng/phút, áp cấp từ 3÷4 bar mà khơng có tiếp xúc khí; Có độ cứng vững dọc trục 4N/μm độ cứng vững hướng tâm N/μm đảm bảo cho ổ có khả định tâm tốt q trình gia cơng Áp suất trích bề mặt ổ cho thấy trình quay với tốc độ khác biến động áp suất không đáng kể giúp cho trục quay ổn định Kết gia cơng lỗ đường kính mũi khoan 1.01 cho thấy tốc độ trục quay cao độ trịn lỗ gia cơng cao KẾT LUẬN Tìm hiểu tổng quan ổ khí quay ứng dụng gia cơng khí, tổng kết cơng trình nghiên cứu ngồi nước liên quan đến ổ khí quay ứng dụng gia cơng, sở đưa định hướng nghiên cứu cho luận án tập trung vào dạng ổ khí quay đặt đứng, phân phối khí dạng rãnh lỗ đột thắt trung tâm, ứng dụng làm đầu trục máy phay CNC để gia công lỗ nhỏ Luận án nghiên cứu kết cấu ổ khí quay dạng rãnh hình chữ nhật với lỗ đột thắt trung tâm phân vùng cấp khí để tạo hiệu độ cứng đệm khí Dùng phương pháp đệm khí tương đương để tính tốn sơ quan hệ thơng số kế cấu đệm khí, áp suất cấp với áp suất bề mặt đệm khí, 23 lực nâng Ứng dụng mô xác định ảnh hưởng yếu tố áp suất cấp, kết cấu đệm khí đến phân bố áp suất bề mặt điều kiện ổ khí quay với vận tốc khác Đây điểm luận án mà chưa thể công bố khoa học khác Luận án xây dựng thành cơng thiết bị thực nghiệm ổ khí quay dạng rãnh với độ cứng hướng tâm 5N/μm, độ cứng dọc trục 4N/μm hoạt động ổn định vùng tốc độ từ 10000 vịng/phút đến 20000 vịng/phút hồn tồn khơng tiếp xúc khí Với kết cấu nhỏ gọn Mơ hình thực nghiệm ổ khí quay lắp máy phay CNC với định vị mặt trụ bậc tự do, mặt đầu bậc tự để gia công lỗ nhỏ 1mm HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Nghiên cứu nâng cao tốc độ quay ổ khí quay dạng rãnh với lỗ đột thắt trung tâm 20.000 vịng/phút, phân tích động lực học yếu tố ảnh hưởng vùng tốc độ cao Nghiên cứu khả định tâm ổ khí, tượng khí động học xảy tốc thay đổi tốc độ từ 20.000 vòng/phút đến 100.000 vòng phút Nghiên cứu nâng cao chất lượng bề mặt, sai lệch hình dáng vị trí bề mặt chi tiết phận ổ khí quay chất lượng lắp ghép đơi nhằm nâng cao độ xác ổ khí 24 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Trương Minh Đức, Vũ Tồn Thắng, Lê Cơng Du, Nguyễn Anh Tuấn, (2017) “Giải pháp khắc phục rung động đệm khí phẳng ứng dụng ổ khí quay cao tốc” Tạp chí Cơ khí Việt nam số 11 năm 2017 Trương Minh Đức, Vũ Tồn Thắng, Nguyễn Anh Tuấn, (2017) “Tính tốn mơ phân bố áp suất đệm khí trụ ứng dụng ổ khí quay cao tốc”, Tạp chí Cơ khí Việt nam số 11 năm 2017 Truong Minh Duc, Vu Van Quang, Vu Toan Thang, Le Cong Du, (2017) “A research of stabilization for high speed air bearing spindles” Journal of Engineering and Science Research (2), e-ISSN: 2289-7127, (228-233) Vu Toan Thang*, Truong Minh Duc, Nguyen Trong Dat, Nguyen Thanh Trung and Vu Thanh Tung, (2020) “Simulation in design air spindle with orifice and distribution grooves” ISI Q4, 8/2020, International Journal of Modern Physics B, ISSN 0217-9792 ... vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng số thơng số ổ khí tĩnh đến độ cứng vững ổ gia công lỗ nhỏ bao gồm: + Ổ khí tĩnh nghiên cứu hoạt động ngun tắc bơm khí nén có áp suất từ máy nén nhằm tạo lớp khí nén... lại nghiên cứu mà chưa ứng dụng thực tế Kết luận Với đề tài luận án ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số ổ khí tĩnh đến độ cứng vững ổ gia công lỗ nhỏ? ?? với nội dung nghiên cứu: Qua nghiên cứu tổng... đệm khí độ cứng đệm khí, từ ảnh hưởng đến khả tải khả định tâm ổ, ảnh hưởng đến chất lượng độ xác gia cơng chi tiết ổ khí tĩnh Nghiên cứu ưu nhược điểm ổ khí khó khăn gia cơng chế tạo ổ khí Trong