Nghiên cứu ảnh hưởng của tải ngoài và tốc độ quay đến tuổi thọ, độ tin cậy của cụm ổ trục chính máy tiện CNC.Nghiên cứu ảnh hưởng của tải ngoài và tốc độ quay đến tuổi thọ, độ tin cậy của cụm ổ trục chính máy tiện CNC.Nghiên cứu ảnh hưởng của tải ngoài và tốc độ quay đến tuổi thọ, độ tin cậy của cụm ổ trục chính máy tiện CNC.Nghiên cứu ảnh hưởng của tải ngoài và tốc độ quay đến tuổi thọ, độ tin cậy của cụm ổ trục chính máy tiện CNC.Nghiên cứu ảnh hưởng của tải ngoài và tốc độ quay đến tuổi thọ, độ tin cậy của cụm ổ trục chính máy tiện CNC.Nghiên cứu ảnh hưởng của tải ngoài và tốc độ quay đến tuổi thọ, độ tin cậy của cụm ổ trục chính máy tiện CNC.Nghiên cứu ảnh hưởng của tải ngoài và tốc độ quay đến tuổi thọ, độ tin cậy của cụm ổ trục chính máy tiện CNC.Nghiên cứu ảnh hưởng của tải ngoài và tốc độ quay đến tuổi thọ, độ tin cậy của cụm ổ trục chính máy tiện CNC.Nghiên cứu ảnh hưởng của tải ngoài và tốc độ quay đến tuổi thọ, độ tin cậy của cụm ổ trục chính máy tiện CNC.Nghiên cứu ảnh hưởng của tải ngoài và tốc độ quay đến tuổi thọ, độ tin cậy của cụm ổ trục chính máy tiện CNC.Nghiên cứu ảnh hưởng của tải ngoài và tốc độ quay đến tuổi thọ, độ tin cậy của cụm ổ trục chính máy tiện CNC.Nghiên cứu ảnh hưởng của tải ngoài và tốc độ quay đến tuổi thọ, độ tin cậy của cụm ổ trục chính máy tiện CNC.Nghiên cứu ảnh hưởng của tải ngoài và tốc độ quay đến tuổi thọ, độ tin cậy của cụm ổ trục chính máy tiện CNC.Nghiên cứu ảnh hưởng của tải ngoài và tốc độ quay đến tuổi thọ, độ tin cậy của cụm ổ trục chính máy tiện CNC.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Phạm Minh Tâm NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI NGOÀI VÀ TỐC ĐỘ QUAY ĐẾN TUỔI THỌ, ĐỘ TIN CẬY CỦA CỤM Ổ TRỤC CHÍNH MÁY TIỆN CNC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Phạm Minh Tâm NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI NGOÀI VÀ TỐC ĐỘ QUAY ĐẾN TUỔI THỌ, ĐỘ TIN CẬY CỦA CỤM Ổ TRỤC CHÍNH MÁY TIỆN CNC Ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS PHẠM VĂN HÙNG PGS.TS NGUYỄN THÙY DƯƠNG Hà Nội – 2023 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tất nội dung luận án “Nghiên cứu ảnh hưởng tải tốc độ quay đến tuổi thọ, độ tin cậy cụm ổ trục máy tiện CNC” cơng trình nghiên cứu riêng tơi, thực hướng dẫn tập thể cán hướng dẫn: PGS TS Phạm Văn Hùng PGS TS Nguyễn Thùy Dương Các số liệu, kết luận án trung thực, trích dẫn đầy đủ chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 27 tháng năm 2023 Tập thể hướng dẫn PGS TS Phạm Văn Hùng PGS TS Nguyễn Thùy Dương Tác giả luận án Phạm Minh Tâm i LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới tập thể hướng dẫn gồm PGS.TS Phạm Văn Hùng PGS.TS Nguyễn Thùy Dương tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức vô quý báu mặt chuyên môn suốt trình thực luận án Với ý kiến đóng góp đầy trách nhiệm, tập thể thầy nhóm chun mơn Máy Ma sát học, Khoa Cơ khí chế tạo máy, Trường Cơ khí, Đại học Bách Khoa Hà Nội giúp tác giả hoàn thiện luận án này, xin tỏ lòng biết ơn tới Thầy, Cơ Để hồn thành luận án này, xin cảm ơn tập thể lãnh đạo cán bộ, giảng viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vinh tạo điều kiện thời gian, công việc cho tác giả, xin ghi nhận hứa nỗ lực thời gian cơng tác trường thân yêu Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè bên cạnh, chia sẻ động viên lúc khó khăn Hà Nội, ngày 27 tháng năm 2023 Tác giả luận án Phạm Minh Tâm ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ xii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xv MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu luận án Đối tượng phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Phương pháp nghiên cứu Nội dung luận án Các kết CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CỤM TRỤC CHÍNH MÁY TIỆN CNC 1.1 Cụm trục máy tiện CNC 1.1.1 Máy tiện CNC ứng dụng công nghiệp 1.1.2 Các yêu cầu kỹ thuật cụm trục máy tiện CNC 1.1.3 Kết cấu cụm trục máy tiện CNC 1.2 Cụm ổ trục máy tiện CNC 10 1.2.1 Các kết cấu cụm ổ trục 11 1.2.2 Tải đặt trước cụm ổ trục máy công cụ 13 1.2.3 Một số dạng hỏng cụm ổ trục 16 1.3 Tổng quan tuổi thọ độ tin cậy cụm ổ trục máy cơng cụ CNC 18 1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 18 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước 29 1.4 Xác định vấn đề cần nghiên cứu 31 KẾT LUẬN CHƯƠNG 33 iii CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN TUỔI THỌ VÀ ĐỘ TIN CẬY CỤM Ổ TRỤC CHÍNH MÁY CƠNG CỤ CNC 34 2.1 Tính toán tuổi thọ độ tin cậy cụm ổ trục theo tiêu bền mỏi34 2.1.1 Tuổi thọ cụm ổ trục 34 2.1.2 Độ tin cậy cụm ổ trục 43 2.2 Tính tốn tuổi thọ độ tin cậy cụm ổ trục theo tiêu mịn .47 2.2.1 Các giai đoạn q trình mịn cụm ổ trục 47 2.2.2 Tính tốn tuổi thọ độ tin cậy cụm ổ trục theo tiêu mịn 49 2.3 Tính tốn tuổi thọ độ tin cậy cụm ổ trục theo tiêu cứng vững 52 2.3.1 Các giai đoạn suy giảm độ cứng vững 52 2.3.2 Tính tốn tuổi thọ độ tin cậy cụm ổ trục theo tiêu cứng vững 53 2.4 Đánh giá chất lượng cụm ổ trục sở rung động 55 2.4.1 Rung động phân tích rung động 55 2.4.2 Cấu trúc tín hiệu rung động cụm ổ trục .56 2.4.3 Phân tích xử lý tín hiệu rung động 56 2.4.4 Rung động cụm ổ trục máy tiện CNC 59 KẾT LUẬN CHƯƠNG 61 CHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH LƯỢNG MÒN, ĐỘ CỨNG VỮNG VÀ RUNG ĐỘNG CỤM Ổ TRỤC CHÍNH MÁY TIỆN CNC 62 3.1 Mục đích yêu cầu thực nghiệm 62 3.2 Xây dựng, tích hợp hệ thống thiết bị thực nghiệm 62 3.2.1 Đối tượng nghiên cứu 62 3.2.2 Xây dựng thiết bị thực nghiệm 64 3.2.3 Tổ hợp máy thực nghiệm 76 3.3 Quy hoạch xử lý số liệu thực nghiệm 78 3.4 Trình tự tiến hành thực nghiệm 80 KẾT LUẬN CHƯƠNG 82 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ TÍNH TỐN TUỔI THỌ, ĐỘ TIN CẬY CỤM Ổ TRỤC CHÍNH MÁY TIỆN CNC 83 iv 4.1 Quan hệ thời gian điều chỉnh giá trị đại lượng đặc trưng rung động với tải ngồi tốc độ quay theo tiêu mịn 83 4.1.1.Kết thực nghiệm mối quan hệ lượng mòn U giá trị đại lượng đặc trưng rung động RMS theo thời gian t 83 4.1.2.Xác định hàm hồi quy giá trị giới hạn đại lượng đặc trưng rung động [RMS]U thời gian điều chỉnh TdcU theo lượng mòn giới hạn [U] .87 4.1.3.Sự phụ thuộc thời gian điều chỉnh TdcU, giá trị giới hạn đại lượng đặc trưng rung động [RMS]U theo tải P tốc độ quay n 88 4.2 Quan hệ thời gian điều chỉnh giá trị đại lượng đặc trưng rung động với tải tốc độ quay theo tiêu cứng vững 91 4.2.1.Kết thực nghiệm mối quan hệ độ cứng vững J giá trị đại lượng đặc trưng rung động RMS theo thời gian t 91 4.2.2.Xác định hàm hồi quy thời gian điều chỉnh T dcJ giá trị giới hạn đại lượng đặc trưng rung động [RMS]J theo độ cứng vững giới hạn [J] 96 4.2.3.Sự phụ thuộc thời gian điều chỉnh TdcJ, giá trị giới hạn đại lượng đặc trưng rung động [RMS]J theo tải P tốc độ quay n 97 4.3 Tính tốn tuổi thọ theo độ tin cậy cụm ổ trục 99 4.3.1 Kết thực nghiệm tâm quy hoạch điều kiện bôi trơn tiêu chuẩn 99 4.3.2 Tuổi thọ trung bình cụm ổ trục máy tiện CNC Eclipse 300 101 KẾT LUẬN CHƯƠNG 106 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 107 KẾT LUẬN 107 KIẾN NGHỊ 108 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO 110 PHỤ LỤC Phụ lục Các giá trị X Y ổ đỡ Phụ lục Sơ đồ mạch điện điều khiển mạch động lực hệ thống thiết bị thí nghiệm máy tiện CNC Eclise 300 Phụ lục Một số hình ảnh trình thực nghiệm v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CNC Computer Numerical Control (Máy công cụ điều khiển số) BPFO Ball Pass Frequency Outer (Tần số tiếp xúc điểm ca với lăn) BPFI BSF Ball Pass Frequency Inner (Tần số tiếp xúc điểm ca với lăn) Ball Spin Frequency (Tần số tiếp xúc điểm lăn với ca ca trong) DB Double Back Back to Back (Lắp cặp ổ lăn kiểu lưng đối lưng) DF Double Face Face to Face (Lắp cặp ổ lăn kiểu mặt đối mặt) DT Tandem (Lắp cặp ổ lăn kiểu nối tiếp) RMS Root Mean Square (Giá trị đại lượng đặc trưng rung động tính trung bình hiệu dụng hay trung bình quân phương) ISO International Organization for Standardization (Tổ chức tiêu chuẩn giới) MEMS AE TCVN Microelectro Mechanical Systems (Thiết bị tích hợp vi điện tử) Acoustic Emission (Bức xạ âm thanh) Tiêu chuẩn Việt Nam PLC Programmable Logic Controller (Bộ điều khiển logic khả lập trình) SBN Tỷ lệ mức độ rung ban đầu mức độ rung SDM Spindle Defect Metric (Chỉ số sai lệch trục chính) AC Alternating Current (Dòng điện xoay chiều) CBM Condition Based Maintenance (Kỹ thuật giám sát tình trạng) LTSC Long Time Servicing Chanel (Kênh giám sát dài hạn) STSC Short Time Servicing Chanel (Kênh giám sát ngắn hạn) AM Ampitude Modulation (Điều chế biên độ) FM Frequency Modulation (Điều chế tần số) rpm Round per minute (Vòng/phút) vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Ý nghĩa A Diện tích tác dụng xylanh khí nén a1 Hệ số tuổi thọ sửa đổi với độ tin cậy aISO Hệ số tuổi thọ sửa đổi theo điều kiện làm việc aoU Lượng mòn ban đầu cụm ổ trục b’11, b’12 Đơn vị mm2 m Các hệ số phương trình hồi quy thực nghiệm tính J b’21,b’22,b’23 Các hệ số phương trình hồi quy thực nghiệm tính RMS theo J b11, b12 Các hệ số phương trình hồi quy thực nghiệm tính U b21,b22,b23 Các hệ số phương trình hồi quy thực nghiệm tính RMS theo U bm Hệ số danh định thép ổ lăn chất lượng cao C0 Khả tải tĩnh ổ lăn N Cr Tải trọng động hướng kính danh định ổ lăn N Cu Tải trọng mỏi giới hạn vật liệu ổ lăn N d Đường kính ổ lăn mm D Đường kính ngồi ổ lăn mm Dpw Đường kính trung bình ổ lăn qua lăn Độ phân giải phổ tần số Dịch chuyển theo phương hướng kính mm Dw Đường kính trung bình ổ lăn mm eC Hệ số nhiễm bẩn Fa Tải trọng dọc trục tác dụng lên ổ trục N Fr Tải hướng kính tác dụng lên ổ trục N Tải đặt trước ổ trục N Tần số rung động Hz FPreload f vii Ký hiệu Ý nghĩa fc Hệ số phụ thuộc vào hình dáng hình học vật liệu Đơn vị ổ lăn fmax Tần số biên giới hạn rung động Hz fmin Tần số biên giới hạn rung động Hz fNy Tần số Nyquist Hz mU Tốc độ mịn trung bình cụm ổ trục mh i Số dãy lăn J Độ cứng vững cụm ổ trục N/µm Jm Độ cứng vững trung bình cụm ổ trục N/µm J0 Độ cứng vững ban đầu cụm ổ trục N/µm [J] Độ cứng vững giới hạn cụm ổ trục N/mm KJ_W Hệ số tuổi thọ cụm ổ trục theo tiêu cứng vững tuổi thọ theo tiêu mòn tâm thực nghiệm KL_UL Hệ số tuổi thọ cụm ổ trục thử nghiệm mài mịn bơi trơn tiêu chuẩn thử nghiệm mài mòn gia tốc tâm thực nghiệm kJ k Các hệ số thực nghiệm tính tốn tuổi thọ cụm ổ trục L10 Tuổi thọ ổ lăn theo tiêu bền tính theo số vòng triệu vòng quay L10h Tuổi thọ ổ lăn theo tiêu bền tính theo Lnm Tuổi thọ sửa đổi ổ lăn h triệu vòng Độ nhớt động thực tế dầu bôi trơn cPs Độ nhớt động theo tiêu chuẩn dầu bơi trơn cPs n Tốc độ quay trục Vịng/phút nm Tốc độ quay trục trung bình vịng/phút nmax Tốc độ quay trục lớn Vịng/phút nmin Tốc độ quay trục nhỏ Vịng/phút P Tải tương đương N viii