Nghiên cứu mô phỏng số ảnh hưởng của khe hở ổ thủy tĩnh đến độ cứng vững của ổ

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Nghiên cứu mô số ảnh hưởng khe hở ổ thủy tĩnh đến độ cứng vững ổ NGUYỄN MẠNH HÙNG Hung.NM211066M@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật khí Giảng viên hướng dẫn 1: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý Chữ ký GVPB Giảng viên hướng dẫn 2: TS Lê Đức Độ Chữ ký GVPB Khoa: Cơ khí chế tạo máy Trường: Cơ khí Hà Nội – 2023 Lời cảm ơn Trong trình nghiên cứu thực đề tài này, với hướng dẫn tận tình thầy PGS.TS Nguyễn Doãn Ý thầy TS.Lê Đức Độ, đến đề tài nghiên cứu em hoàn thành Dù cố gắng nghiên cứu, tìm tịi khơng tránh khỏi thiếu sót, hạn chế Vì em kính mong bảo, đóng góp phê bình thầy giáo để đề tài nghiên cứu em luận văn hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn Bộ môn Máy Ma sát học, trường ĐH Bách khoa Hà Nội lãnh đạo huy phận phòng ban, phân xưởng Nhà máy Z129, Nhà máy Z113 tạo điều kiện giúp em thực hoàn thành đề tài nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Nguyễn Doãn Ý thầy TS.Lê Đức Độ quan tâm giúp đỡ, bảo tận tình để em khắc phục thiếu sót, tìm kiếm thêm ý tưởng hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ngồi trường trang bị cho em kiến thức q trình hồn thành học phần cao học Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo hội đồng chấm luận văn thạc sĩ cho ý kiến xét duyệt Tóm tắt nội dung luận văn Với phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp chế tạo máy ngày nay, nhiều loại máy công cụ đại đời với độ xác, tin cậy tuổi thọ ngày cao Cụm ổ trục máy cơng cụ phận quan trọng có ảnh hưởng trực tiếp đến độ xác gia cơng, đặc biệt gia công tinh gia công lần cuối máy mài Độ cứng vững cụm trục làm tiêu kỹ thuật quan trọng máy công cụ Độ cứng vững lớn cấp xác máy cao, chi tiết gia cơng xác Vì việc nâng cao độ cứng vững cụm trục máy công cụ mục tiêu nhà nghiên cứu Ổ thủy tĩnh với đặc điểm kết cấu có buồng dầu áp lực cao cố định, chiều dày màng dầu ổn định, độ cứng vững cao ổ thủy động khơng phụ thuộc kết cấu Vì việc thay cụm ổ thủy động cụm ổ thủy tĩnh giải pháp phù hợp cho mục tiêu nâng cao độ cứng vững cụm ổ trục Vì vậy, ổ thủy tĩnh giải pháp phù hợp cho mục đích cải thiện độ cứng vững cụm ổ trục Có nhiều thơng số có ảnh hưởng đến độ cứng vững ổ đường kính khe hở thủy tĩnh, lưu lượng ổ thủy tĩnh, độ nhớt dầu, độ cứng vững ổ thủy tĩnh Lớn chưa làm chủ công nghệ chế tạo khe hở ổ thủy tĩnh (năng lực 3/1000 đường kính) Với đề tài tài “ Nghiên cứu mô số ảnh hưởng khe hở ổ thủy tĩnh đến độ cứng vững ổ’’ Tác giả tập trung nghiên cứu sở lý thuyết bôi trơn, khả tải ổ thủy tĩnh thông số ảnh hưởng, xác định ảnh hưởng yếu tố quan trọng khe hở ổ thủy tĩnh, áp suất dầu bôi trơn, độ nhớt, tỷ số buồng dầu áp suất bơm đến độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh trục Sử dụng kết hợp phương pháp tính tốn truyền thống trợ giúp phần mềm Matlab để mô phỏng, chọn thông số thủy tĩnh phù hợp nhất, làm sở cho việc thay cụm ổ thủy động trục máy mài trịn ngồi cụm ổ thủy tĩnh nhằm nâng cao hiệu sử dụng máy móc thiết bị chất lượng gia cơng mà đảm bảo tính kinh tế Nó thể khả làm chủ công nghệ chế tạo, lực sản xuất cho cụm trục đại phù hợp vơi xu phát triển HỌC VIÊN Nguyễn Mạnh Hùng MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Nội dung thực Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT BÔI TRƠN 1.1 Tổng quan bôi trơn 1.1.1 Bôi trơn ứng dụng công nghiệp đại 1.1.1.1 Lịch sử phát triển 1.1.1.2 Vai trò ứng dụng bôi trơn công nghiệp đại 1.2 Vật liệu bôi trơn 1.2.1 Dầu gốc từ dàu gốc khoáng 1.2.1.1 Tính chất vật lý hóa học dầu gốc 1.2.1.1 Dầu bôi trơn 1.2.1.2 Cách gọi tên phân loại gốc dầu 11 1.2.1.3 Chất phụ gia 11 1.2.2 Mỡ bôi trơn 11 1.3 Bôi trơn thủy động 11 1.4 Bôi trơn thủy tĩnh 12 1.4.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 16 1.4.1.1 Các cơng trình ngn cứu nước 18 1.4.1.2 Các cơng trình ngn cứu ngồi nước 17 1.4.1.3 Các cơng trình ngn cứu ngoai nước 17 1.5 Độ nhớt 18 1.5.1 Độ nhớt động lực độ nhớt động học 18 1.5.2 Quan hệ độ nhớt với nhiệt độ 20 1.5.3 Quan hệ độ nhớt với áp suất 23 Kết luận 24 CHƯƠNG 2: KHẢ NĂNG TẢI CỦA Ổ THỦY TĨNH VÀ CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG 25 2.1 Ổ đỡ thủy động 25 2.1.1 Đặc điểm chung 25 2.1.2 Vật liệu 30 2.1.3 Bôi trơn cho ổ đỡ thủy động 30 2.1.4 Độ cứng vững ổ thủy động 31 2.2 Ổ đỡ thủy tĩnh 33 2.3 Các thông số ảnh hưởng 40 Kết luận 49 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỘ CỨNG VỮNG TRỤC CHÍNH MÁY MÀI 50 3.1 Đối tượng nghiên cứu: Cụm ổ trục máy mài 3K12……………….50 3.2 Xây dựng phương pháp mô hệ thống đánh giá độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh trục máy mài trịn ngồi ………………………………53 3.3 Các thơng số đầu vào đầu mô 54 3.4 Kết mô phỏng……………………………………………………… 55 Kết luận………………………………….……………………………….60 KẾT LUẬN 61 Kết đạt 61 Hướng phát triển đề tài 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………… ……………62 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Ổ trục bơi trơn thủy động 12 Hình 1.2 Q trình hình thành màng dầu bơi trơn thuỷ tĩnh 13 Hình 1.3 Ổ đỡ thủy tĩnh buồng dầu đơn 14 Hình 1.4 Kích thước tổng thể ổ thủy tĩnh theo tải áp suất 15 Hình 1.5 Ổ trục bơi trơn thủy tĩnh 16 Hình 1,6 Chuyển động phẳng lớp chất lỏng 18 Hình 1.7 Sự thay đổi độ nhớt dầu bôi trơn tăng nhiệt độ 21 Hình 1.8 Đồ thị xác định số nhớt VI dầu bơi trơn 22 Hình 2.1 Ổ đỡ thủy động nêm nhiều nêm 25 Hình 2.2 Ổ đỡ thủy động tự điều chỉnh góc nêm dầu 26 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý làm việc phân bố áp suất dầu ổ thủy động 26 Hình 2.4 Thể sơ đồ kết cấu ổ thủy động ba mảnh tự lựa 27 Hình 2.5 Sơ đồ cấu tạo cụm ổ trục cao tốc bơi trơn thủy động nước 29 Hình 2.6 Kết cấu trục ổ thủy động máy 29 Hình 2.7 Kết cấu ổ thủy động cụm trục máy mài 30 Hình 2.8 Áp lực thủy động trục van 32 Hình 2.9 Cụm trục máy mài 3K12 sử dụng ổ thủy động mảnh tự lựa 33 Hình 2.10 Kết cấu cụm ổ thủy tĩnh máy mài 34 Hình 2.11 Kết cấu ổ thủy tĩnh [15], a, Biểu đồ phân bố áp lực ổ thủy tĩnh; b, bố trí buồng dầu ổ thủy tĩnh 34 Hình 2.12 Kết cấu ổ thủy tĩnh 35 Hình 2.13 Kết cấu chung ổ thủy tĩnh 35 Hình 2.14 Kết cấu phân bố áp suất ổ chặn thủy tĩnh 35 Hình 2.15 Bơi trơn thủy tĩnh với màng dầu áp lực cao 36 Hình 2.16 Áp lực ổ đỡ thủy tĩnh 36 Hình 2.17 Hệ thống bơi trơn ổ thủy tĩnh cho trục 37 Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo cụm ổ côn đỡ - chặn thủy tĩnh 38 Hình 2.19 Sơ đồ nguyên lý cụm ổ thủy tĩnh máy mài trịn ngồi 39 Hình 2.20 Sơ đồ kết cấu ổ thủy tĩnh cung cấp dầu có áp suất khơng đổi máy công cụ 39 Hình 2.21 Kết cấu cụm trục máy phay cao tốc sử dụng ổ thủy tĩnh 41 Hình 2.22 Kết cấu cụm ổ trục thủy tĩnh dẫn động nước máy cơng cụ có độ xác siêu cao 42 Hình 2.23 Ổ đỡ-chặn thủy tĩnh sử dụng máy tiện V-25 42 Hình 2.24 Máy mài trục khuỷu CNC Landis LT1 cụm ổ trục bơi trơn thủy tĩnh 43 Hình 2.25 Một số kết cấu ổ thủy tĩnh nhóm nghiên cứu đề xuất 45 Hình 2.26 Ổ thủy tĩnh buồng dầu 46 Hình 3.1 Kết cấu cụm ổ thủy tĩnh máy mài trịn ngồi K12 50 Hình 3.2 a) Sơ đồ kết cấu ổ thủy tĩnh rãnh dầu b)Sơ đồ chịu tải ổ thủy tĩnh buồng dầu 51 Hình 3.3: Độ cứng vững màng thủy tĩnh J với β = 0,4 - 0,7; h o = 15 µm 55 Hình 3.4: Độ cứng vững màng thủy tĩnh J với β = 0,4 - 0,7; h o = 16 µm 56 Hình 3.5: Độ cứng vững màng thủy tĩnh J với β = 0,4 - 0,7; h o = 17 µm 56 Hình 3.6: Độ cứng vững màng thủy tĩnh J với β = 0,4 - 0,7; h o = 18 µm 57 Hình 3.7: Độ cứng vững màng thủy tĩnh J với β = 0,4 - 0,7; h o = 19 µm 57 Hình 3.8: Độ cứng vững màng thủy tĩnh J với β = 0,4 - 0,7; h o = 20 µm 58 Hình 3.9: Độ cứng vững màng thủy tĩnh J với β = 0,4 - 0,7; h o = 21 µm 58 Hình 3.10: Độ cứng vững màng thủy tĩnh J với β = 0,4 - 0,7; h o = 22,5 µm 59 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Đặc tính vật lý hóa học loại dầu khống Bảng 1.2 Thành phần dầu động SAE30 SAE40 10 Bảng 1.3 Chuyển đổi đơn vị đo theo Cs 22 Bảng 1.4 Phương trình quan hệ độ nhớt – nhiệt độ 22 Bảng 1.5 Độ nhớt động lực học hệ số  số dầu bôi trơn thông dụng 23 Bảng 3.1 Thông số thiết kế ổ bôi trơn thủy tĩnh 50 Bảng 3.2 Bảng giá trị độ cứng vững màng thủy tĩnh J đạt phần mô 59 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Với phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp chế tạo máy ngày nay, nhiều loại máy công cụ đại đời với độ xác, tin cậy tuổi thọ ngày cao Cụm ổ trục máy cơng cụ phận quan trọng có ảnh hưởng trực tiếp đến độ xác gia cơng, đặc biệt gia cơng tinh gia công lần cuối máy mài Độ cứng vững cụm trục làm tiêu kỹ thuật quan trọng máy cơng cụ, xác định tỷ số lực tác động gây chuyển vị giá trị chuyển vị trục Độ cứng vững lớn cấp xác máy cao, chi tiết gia cơng xác Vì việc nâng cao độ cứng vững cụm trục máy công cụ mục tiêu nhà nghiên cứu Với cụm ổ trục thủy động tự lựa máy công cụ nay, việc tiếp tục nâng cao độ cứng vững có khó khăn định Độ cứng vững màng dầu bôi trơn phụ thuộc vào chiều dày màng dầu, thay đổi theo điều kiện gia cơng cịn phụ thuộc vào kết cấu khí khớp bán cầu tự lựa mưởng Các khớp bị mòn theo thời gian làm việc Ổ thủy tĩnh với đặc điểm kết cấu có buồng dầu áp lực cao cố định, chiều dày màng dầu ổn định, độ cứng vững cao ổ thủy động không phụ thuộc kết cấu Vì việc thay cụm ổ thủy động cụm ổ thủy tĩnh giải pháp phù hợp cho mục tiêu nâng cao độ cứng vững cụm ổ trục Hiện nay, có nhiều cơng trình nghiên cứu ứng dụng ổ thủy tĩnh cho trục máy cơng cụ cắt gọt, phổ biến việc nghiên cứu nâng cấp chuyển đổi cụm ổ trục sử dụng vịng bi thành cụm ổ trục thủy tĩnh, kết nghiên cứu cho thấy có đáp ứng động lực học tốt mơ thực nghiệm Vì vậy, ổ thủy tĩnh giải pháp phù hợp cho mục đích cải thiện độ cứng vững cụm ổ trục Có nhiều thơng số có ảnh hưởng đến độ cứng vững ổ đường kính khe hở thủy tĩnh, lưu lượng ổ thủy tĩnh, độ nhớt dầu, độ cứng vững ổ thủy tĩnh Lớn chưa làm chủ công nghệ chế tạo khe hở ổ thủy tĩnh (năng lực 3/1000 đường kính), e chọn đề tài “ Nghiên cứu mô số ảnh hưởng khe hở ổ thủy tĩnh đến độ cứng vững ổ” Nó thể khả làm chủ công nghệ chế tạo, lực sản xuất cho cụm trục đại phù hợp với xu phát triện nhằm nâng cao hiệu sử dụng máy móc thiết bị chất lượng gia cơng mà đảm bảo tính kinh tế Mục đích nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu số ảnh hưởng khe hở ổ thủy tĩnh đến độ cứng vững ổ, xác định ảnh hưởng yếu tố quan trọng khe hở ổ thủy tĩnh, áp suất dầu bôi trơn, độ nhớt, tỷ số buồng dầu áp suất bơm đến độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh trục máy mài tính tốn theo phương pháp truyền thống kết hợp mô phần mềm để chọn thông số thủy tĩnh tối ưu làm sở cho việc thay cụm ổ thủy động trục máy mài trịn ngồi cụm ổ thủy tĩnh nhằm nâng cao chất lượng gia cơng mà đảm bảo tính kinh tế Đối tượng nghiên cứu: Khe hở ổ thủy tĩnh đến độ cứng vững ổ cụm ổ trục dịng máy mài trịn ngồi Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết cụm ổ trượt thủy động ổ trượt thủy tĩnh, ứng dụng lý thuyết vào tính tốn, mơ thơng số liên quan khe hở ổ thủy tĩnh, áp suất dầu bôi trơn, độ nhớt, tỷ số buồng dầu áp suất bơm máy mài trịn ngồi Nội dung thực hiện: Ngồi nội dung trình bày phần mở đầu kết luận, luận văn tập trung thực công việc sau: Chương 1: Tổng quan lý thuyết bôi trơn Chương 2: Khả tải ổ thủy tĩnh thông số ảnh hưởng Chương 3: Nghiên cứu mô độ cứng vững trục máy mài Phương pháp nghiên cứu: Lý thuyết + Mô Lý thuyết: Kế thừa lý thuyết bôi trơn ướt, áp dụng giá trị nghiên cứu khoa học vào cải tiến, nâng cao hiệu sử dụng máy móc thiết bị Mơ phỏng: Các thông số liên quan khe hở ổ thủy tĩnh, áp suất dầu bôi trơn, độ nhớt, tỷ số buồng dầu áp suất bơm máy mài trịn ngồi Giải vấn đề kỹ thuật chất lượng chi tiết gia công theo yêu cầu thực tiễn nay, giải vấn đề kinh tế đầu tư thiết bị Kết luận Ổ thủy tĩnh giải pháp phù hợp cho mục đích cải thiện độ cứng vững ổ Khả tải độ cứng vững ổ thủy tĩnh khơng phụ thuộc vào thơng số hình học ổ: số buồng dầu, khe hở hướng kính, chiều dài chiều rộng ổ… mà phụ thuộc vào thông số bôi trơn thủy tĩnh: độ nhớt, lưu lượng, áp suất nhiệt độ dầu bơi trơn (nó thể công thức số 2.12 - 2.23) 49 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỘ CỨNG VỮNG TRỤC CHÍNH MÁY MÀI 3.1 Đối tượng nghiên cứu: Cụm ổ trục máy mài 3K12 3.1.1 Kết cấu cụm ổ thủy tĩnh máy mài trịn ngồi 3K12 Để nhằm cải thiện độ cứng vững cho cum trục máy mài trịn ngồi 1K12, tác giả [8] đưa thông số thiết kế ổ bôi trơn thủy tĩnh phù hợp với kết cấu cụm trục máy mài trịn ngồi 3K12 trình bày bảng 3.1 Bảng 3.1 Thông số thiết kế ổ bôi trơn thủy tĩnh [8] Thông số thủy động Thông số thủy động Tốc độ quay trục chính: ~ 3000vg/ph; Cơng suất động trục chính: 5,5 kW; Đường kính trục ổ D=70 mm; Tỷ lệ chiều dài/đường kính ổ: b/d=0,8; Khoảng cách ổ tự lựa; L=327 mm; Số mưởng tự lựa: 3; Độ nhớt dầu bôi trơn: η = 3,8 mPa.s; Nhiệt độ làm việc tối đa dầu 60ºC Đường kính bạc: Ф70+0,03 ; Đường kính trục: Ф70−0,01 −0,029 ; Ghới hạn khe hở h o = 12µm; Chiều rộng mép ổ a = 14 mm; Góc chắn cung buồng dầu θ = 30º; Chiều dài buồng dầu b = 28 mm; Chiều dài bạc L= 56 mm; Số buồng dầu theo chu vi ổ N = 4; Độ nhớt dầu bôi trơn: η = 1,67 mPa.s Kết cấu cụm trục thủy tĩnh máy mài 3K12 trình bày hình vẽ, kết cấu máy trì như: Đường kính trục, đường kính chắn dầu, kết cấu chặn, tự lựa hướng trục Hình 3.1 Kết cấu cụm ổ thủy tĩnh máy mài trịn ngồi K12 [8] 01- Trục; 02-Bệ máy; 03, 07- Bạc thủy tĩnh; 04- Đệm; 05-Bạc; 06- Bạc lòng cầu 50 3.1.2 Thông số ổ thủy tĩnh trụ máy mài cỡ trung có D=70mm, n= 3000 v/ph Lựa chọn kết cấu ổ thủy tĩnh khơng có rãnh dầu hình, số lượng buồng dầu 04 Hình 3.2, a) Sơ đờ kết cấu ổ thủy tĩnh khơng có rãnh dầu b) Sơ đờ chịu tải ổ thủy tĩnh buồng dầu [8] Căn vào kích thước hình học cụm ổ thủy động trục máy mài trịn ngồi, kích thước chiều dài khoảng cách hai buồng dầu kề b, chọn sau: L = 0,8 D; b = a = 0,25 L B Để đảm bảo khả chịu tải cổ trục nâng cấp sử dụng ổ thủy tĩnh; khả công nghệ đá mài phù hợp với kết cấu máy sử dụng; chọn đường kính cổ trục đường kính lắp đá khơng thay đổi so với cụm ổ thủy động Trục máy mài có D = 70 mm, n = 3000 (v/ph), tổng chiều dài trục LT = 535 mm, đảm bảo bơi trơn ướt hồn tồn a= 14 mm, b = 14 mm Hình dạng, kích thước buồng dầu có ảnh hưởng định tần số quay ổ lớn, dầu khỏi buồng dầu tạo hiệu ứng chảy rối hiệu ứng thủy động dẫn tới tổn thất lớn buồng dầu, khắc phục điều cách tăng chiều sâu buồng dầu t ≥ 20.Δ Bố trí buồng cho đường lệch tâm (e), lưu lượng thuỷ động thực [10] không Đối với ổ thủy tĩnh dùng cho trục máy mài trịn ngồi chiều dầy màng dầunhỏ để đảm bảo điều kiện bơi trơn ướt hồn tồn: homin= RzT + RzB + γb≤ Δmin Trong đó: R zT - độ nhám bề mặt ổ lăn; R zB - độ nhám bề mặt ổ trục; 51 (3.1) γb = 2-3 µm - Khoảng cách dự trữ để màng dầu không bị gián đoạn Bề mặt ổ trục ổ trục gia công tinh với cấp độ nhám bề mặt -10, theo TCVN 2511 Do độ nhám bề mặt khoảng 3,2 - 0,8 µm Như vậy, độ dày màng dầu tối thiểu khoảng µm Do đó, Δ chọn 27 µm Độ lệch tâm tương đối giới hạn ɛ ổ trục thủy tĩnh thường 0,4 Độ lệch tâm tương đối trục máy mài thủy tĩnh chọn Ɛ = 2e Δ = 0,3 Vì vậy, độ lệch tâm e trục quay thủy tĩnh máy mài tính 4.5 µm Và viết: h o (L) = Δ = 15 µm (3.2) h o (U) = 1,5 h o (L) = 22 µm (3.3) Trong đó: h o (L) - Giới hạn khe hở (h ) tương ứng với β = 0,4 h o (U) - Giới hạn khe hở tương ứng với β = 0,7 [8] β= pr ps - Tỷ số buồng dầu áp suất bơm Ngồi ra, tỷ lệ cơng suất viết K= Hf Hp , H f = H p (1 + K), (3.4) K = với máy cơng cụ trục Trong đó: Ht - tổng cơng suất, H f = η A f U /h - công suất ma sát, H p = p s q - công suất bơm thủy tĩnh, A f = A - A r – ma sát ổ trục lõm, A r - diện tích phần lõm, A = πDL - tổng diện tích phần tiếp xúc trượt Áp suất bơm hệ thống thủy tĩnh ước tính sau: Ps = 𝑤 (3.5) 𝐿𝐷𝑊𝑛 Trong đó: W n - hệ số tải, 52 Theo kinh nghiệm áp suất buồng dầu phù hợp với khả công nghệ chế tạo nằm khoảng: Pr = – M N/m2 Tốt khoảng: Pr = – M N/m2 [12] Như vậy, cho trục máy mài trịn ngồi, ta chọn Pr =2 M N/m2 Với giới hạn khe hở ho(L) = 15 µm, β = 0,4 xác định áp suất bơm sau: Ps = Pr β = M N/m2 Tương tự, với giới hạn khe hở ho(U) = 22,5 µm, β = 0,7 → Ps = 2,85 M N/m2 Độ nhớt chất bơi trơn η xác định theo phương trình η = So / (n/Ps (D/2ho)2) = 0,105 / [(50/Ps MN/m2) (70/2ho)2] (3.6) Do đó, độ nhớt thay đổi khoảng 1,25 x10 -3 - 1,60 Pa.S Dòng đồng tâm q oL ước lượng theo phương trình sau: q oL = p s h o β.B n / η (3.7) = 5.106 153 10-18 0,4 2,62 / 1,25.10-3= 14,148.10-6.m3/s Đối với ổ trục có bốn hốc, lưu lượng chất bôi trơn hạn chế q res biểu thị sau: q res = 𝑞𝑜𝐿 (3.8) →qres = 3,537 10-6 m3/s Trong trường hợp giới hạn khe hở, lưu lượng 𝐵𝑛 qoU = Ps.ho3 β (3.9) η = 2,85.106 22,53 10-18.0,7 2,62 /1,6.10-3= 37,211 10-6 m3/s Vì vậy, dòng chảy restrictor là: qres = 𝑞𝑜𝑈 → qres= 9,302 10-6 m3/s Ngồi ra, cơng suất bơm thủy tĩnh Hp tính là: Hp = Ps.q = 70,75 W, với K=3 → Ht = Hp(1+K) = 0,3 kW Đối với dầu máy nhẹ, mức tăng nhiệt độ tối đa tăng theo tỷ lệ công suất, cho ΔT = x 10 -6 x p s = 11 oC (3.10) 3.2 Xây dựng phương pháp mô hệ thống đánh giá độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh trục máy mài trịn ngồi 53 Phương trình tổng qt độ cứng vững màng thủy tĩnh Rowe (1980) [4] với số lượng hốc nào: 𝐽0 = Hay J= 𝑃𝑠 𝐿.𝐷 3𝑁2 ℎ0 𝑃𝑠 𝐿.𝐷 ℎ0 2𝜋 𝑎 𝜋 𝛽(1−𝐿 ).𝑠𝑖𝑛2 (𝑁) 𝜋 𝑧+1+2𝛾.𝑠𝑖𝑛2 (𝑁) (3.11) Jn Trong đó: N - Số lượng hốc Hệ số hình dạng ổ: γ= 𝑁.𝑎(𝐿−𝑎) 𝜋.𝐷.𝑏 = 4.14 (56-14)/(3,14.70.14) = 0,74 Để kiểm soát lỗ thoát nước z = z=[ 𝛽 [ 𝛽 (1−𝛽) (3.12) ] ] - để kiểm soát mao mạch (1−𝛽) Các độ cứng theo tỷ lệ độ lệch tâm 0.3 với kiểm sốt lỗ thơng số khác cho mô nghiên cứu bao gồm N = 4, D = 70 mm, a = 14 mm, θ = 300 , L = 56 mm, h o = 15-22,5 µm, P s = 2,85-5 MN/m 2, β = 0,4 0,7, η = 1.25x10 -3 - 1.60x10 -3 Pa.S, q o = 14,148 x10 -6 - 37.211x10 -6 m3/ s Với bốn hốc kiểm soát lỗ: Jn = 7.65𝐾𝑏𝑠 𝛽(1−𝛽) 2−𝛽+2𝛾(1−𝛽) (3.13) Trong Kbs = (1-a/L)= 0,75 → Jn = 5.74 𝛽(1−𝛽) 2−𝛽+1.52(1−𝛽) Các mô số thực phần mềm MATLAB để xác định mối quan hệ độ cứng vững ổ trục thơng số máy 3.3 Các thông số đầu vào đầu mô 3.3.1 Thông số đầu vào Số lượng hốc dầu: N = Đường kính trục D = 70 mm h o (L) - Giới hạn khe hở (h ) h o (U) - Giới hạn khe hở h o = 15-22,5 µm a = 14 mm, 54 θ = 30 L = 56 mm, Áp suất bơm P s = 2,85-5 MN / m 2, Tỷ số buồng dầu áp suất bơm β: = 0,4 - 0,7; Độ nhớt η = 1.25x10 -3 - 1.60x10 -3 Pa.s, qo = 14,148 x10 -6 - 37.211x10 -6 m3/s Jn = 5.74 𝛽(1−𝛽) 2−𝛽+1.52(1−𝛽) => Xây dựng toán : Tỷ số buồng dầu áp suất bơm β: = 0,4 - 0,7 Độ nhớt η = 1.25x10-3 - 1.60x10-3 Pa.s Áp suất bơm P s = 2,85-5 MN/m2 Yếu tố thay đổi: khe hở từ h o = 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22.5 µm 3.3.2 Thơng số đầu mô Thông số đầu mô độ cứng vững màng thủy tĩnh: J= 𝑃𝑠 𝐿.𝐷 ℎ0 Jn (3.14) 3.4 Kết mô 3.4.1 Độ cứng vững màng thủy tĩnh J trường hợp 1: β = 0,4-0,7, h o = 15 µm Hình 3.3: Độ cứng vững màng thủy tĩnh J với β = 0,4 - 0,7; h o = 15 µm Trường hợp thứ nhất, mơ tiến hành với tỷ số buồng dầu áp suất bơm β = 0,4 - 0,7; khe hở h o = 15 Kết mô cho ta thấy β 55 thay đổi từ 0,4 - 0,7 độ cứng vững màng thủy tĩnh đạt giá trị lớn 1600 N/µm 3.4.2 Độ cứng vững màng thủy tĩnh J trường hợp 2: β = 0,4-0,7, h o = 16 µm Hình 3.4: Độ cứng vững màng thủy tĩnh J với β = 0,4 - 0,7; h o = 16 µm Trường hợp thứ hai, mơ tiến hành với tỷ số buồng dầu áp suất bơm β = 0,4 - 0,7; khe hở h o = 16 Kết mô cho ta thấy β thay đổi từ 0,4 - 0,7 độ cứng vững màng thủy tĩnh đạt giá trị lớn 1500 N/µm 3.4.3 Độ cứng vững màng thủy tĩnh J trường hợp 3: β = 0,4-0,7, h o = 17 µm Hình 3.5: Độ cứng vững màng thủy tĩnh J với β = 0,4 - 0,7; h o = 17 µm 56 Trường hợp thứ ba, mơ tiến hành với tỷ số buồng dầu áp suất bơm β = 0,4 - 0,7; khe hở h o = 17 Kết mô cho ta thấy β thay đổi từ 0,4 - 0,7 độ cứng vững màng thủy tĩnh đạt giá trị lớn 1400 N/µm 3.4.4 Độ cứng vững màng thủy tĩnh J trường hợp 4: β = 0,4-0,7, h o = 18 µm Hình 3.6: Độ cứng vững màng thủy tĩnh J với β = 0,4 - 0,7; h o = 18 µm Trường hợp thứ tư, mơ tiến hành với tỷ số buồng dầu áp suất bơm β = 0,4 - 0,7; khe hở h o = 18 Kết mô cho ta thấy β thay đổi từ 0,4 - 0,7 độ cứng vững màng thủy tĩnh đạt giá trị lớn 1200 N/µm 3.4.5 Độ cứng vững màng thủy tĩnh J trường hợp 5: β = 0,4-0,7, h o = 19 µm Hình 3.7: Độ cứng vững màng thủy tĩnh J với β = 0,4 - 0,7; h o = 19 µm Trường hợp thứ năm, mơ tiến hành với tỷ số buồng dầu áp suất bơm β = 0,4 - 0,7; khe hở h o = 19 Kết mô cho ta thấy β 57 thay đổi từ 0,4 - 0,7 độ cứng vững màng thủy tĩnh đạt giá trị lớn 1200 N/µm 3.4.6 Độ cứng vững màng thủy tĩnh J trường hợp 6: β = 0,4-0,7, h o = 20 µm Hình 3.8: Độ cứng vững màng thủy tĩnh J với β = 0,4 - 0,7; h o = 20 µm Trường hợp thứ sáu, mơ tiến hành với tỷ số buồng dầu áp suất bơm β = 0,4 - 0,7; khe hở h o = 20 Kết mô cho ta thấy β thay đổi từ 0,4 - 0,7 độ cứng vững màng thủy tĩnh đạt giá trị lớn 1200 N/µm 3.4.7 Độ cứng vững màng thủy tĩnh J trường hợp 7: β = 0,4-0,7, h o = 21 µm Hình 3.9: Độ cứng vững màng thủy tĩnh J với β = 0,4 - 0,7; h o = 21 µm Trường hợp thứ bảy, mơ tiến hành với tỷ số buồng dầu áp suất bơm β = 0,4 - 0,7; khe hở h o = 21 Kết mô cho ta thấy β 58 thay đổi từ 0,4 – 0,7 độ cứng vững màng thủy tĩnh đạt giá trị lớn 1000 N/µm 3.4.8 Độ cứng vững màng thủy tĩnh J trường hợp 8: β = 0,4-0,7, h o = 22,5 µm Hình 3.10: Độ cứng vững màng thủy tĩnh J với β = 0,4 - 0,7; h o = 22,5 µm Trường hợp thứ tám, mô tiến hành với tỷ số buồng dầu áp suất bơm β = 0,4 - 0,7; khe hở h o = 22,5 Kết mô cho ta thấy β thay đổi từ 0,4 - 0,7 độ cứng vững ổ thủy tĩnh đạt giá trị lớn 1000 N/µm Bảng 3.2 Bảng giá trị độ cứng vững màng thủy tĩnh J đạt phần mô phỏng TH Khe hở h o Độ cứng vững màng thuỷ tĩnh lớn 15 µm 1600 N/µm 16 µm 1500 N/µm 17 µm 1400 N/µm 18 µm 1200 N/µm 19 µm 1200 N/µm 20 µm 1200 N/µm 21 µm 1000 N/µm 22,5 µm 1000 N/µm => Từ kết mơ thể Hình 3.3 đến Hình 3.10, giá trị cực đại cụ thể Bảng 3.2, ta thấy thay đổi khe hở từ h o = 15 µm đến h o = 22,5 µm, tỷ số buồng dầu áp suất bơm β = 0,4 - 0,7, với điều kiện tương tự khác độ cứng vững ổ trục thủy tĩnh phụ thuộc nhiều vào 59 khe hở hướng tâm Độ cứng vững ổ thủy tĩnh lớn trường hợp khe hở hướng tâm nhỏ Từ kết phân tích cho thấy độ cứng vững lớn màng thủy tĩnh tăng 1,5 lần khảo sát khe hở 22,5 µm so với 15 µm Như thấy vai trị khe hở buồng dầu ổ thủy tĩnh có ảnh hưởng quan trọng đến khả tải ổ Do công nghệ chế tạo trước đây, độ xác hữu hạn nên chưa phát huy, cải thiện khả tải ổ Nhưng với tiến khoa học kỹ thuật chế tạo khí, cơng nghệ gia cơng tạo kích thước gia cơng xác Nhờ đó, khe hở thực mơ chế tạo thực tế để kiểm nghiệm khả tải ổ Kết luận Với mô nhằm đánh mức độ ảnh hưởng khe hở ổ thủy tĩnh, kết cho thấy với β = 0,4 - 0,7, thay đổi độ hở từ giới hạn lên giới hạn tương ứng với 15 µm 22,5 µm, kết với đường kính trục chính, độ cứng vững ổ thủy tĩnh giảm dần khe hở ổ tăng dần Khe hở thủy tĩnh yếu tố có ảnh hưởng lớn đến độ cứng vững ổ trục Kết phân tích cho thấy độ cứng vững lớn màng thủy tĩnh tăng 1,5 lần giới hạn khảo sát 60 KẾT LUẬN Kết đạt Với đề tài tài “ Nghiên cứu mô số ảnh hưởng khe hở ổ thủy tĩnh đến độ cứng vững ổ’’ Tác giả tập trung nghiên cứu sở lý thuyết bôi trơn, khả tải ổ thủy tĩnh thông số ảnh hưởng, xác định ảnh hưởng yếu tố quan trọng khe hở ổ thủy tĩnh, áp suất dầu bôi trơn, độ nhớt, tỷ số buồng dầu áp suất bơm đến độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh trục Sử dụng kết hợp phương pháp tính tốn truyền thống trợ giúp phần mềm Matlab để mô phỏng, chọn thông số thủy tĩnh phù hợp nhất, làm sở cho việc thay cụm ổ thủy động trục máy mài trịn ngồi cụm ổ thủy tĩnh Kết mô cho thấy với khe hở khoảng khảo sát từ 15 µm đến 22,5 µm, β = 0,4 - 0,7, với đường kính trục chính, độ cứng vững ổ thủy tĩnh giảm dần khe hở ổ tăng dần Khe hở thủy tĩnh yếu tố có ảnh hưởng lớn đến độ cứng vững ổ trục Việc gia công, chế tạo ổ thủy tĩnh nhờ cơng nghệ CNC đại thực mơi trường cơng nghiệp Nó thể khả làm chủ công nghệ chế tạo, lực sản xuất cho cụm trục đại phù hợp với xu phát triện nhằm nâng cao hiệu sử dụng máy móc thiết bị chất lượng gia cơng mà đảm bảo tính kinh tế Luận văn kế thừa lý thuyết bôi trơn ướt, áp dụng giá trị nghiên cứu khoa học vào cải tiến, nâng cao hiệu sử dụng máy móc thiết bị Giúp giải vấn đề kỹ thuật chất lượng chi tiết gia công theo yêu cầu thực tiễn nay, giải vấn đề kinh tế, đầu tư thiết bị Hướng phát triển đề tài Trên sở kết đạt tiếp tục tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để so sánh với lý thuyết nhằm đánh giá khả tải ổ thực tế, đánh giá sai khác, xác định nguyên nhân tìm cách nâng cao khả tải ổ Bên cạnh đó, cần tiếp tục tiến hành mơ trường hợp độ nhớt dầu thay đổi để tìm loại dầu bơi trơn phù hợp đặc tính bơi trơn giá thành, việc lựa chọn loại dầu áp suất có hiệu cao 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu nước [1] Ma sát học, Nguyễn Anh Tuấn, Phạm Văn Hùng - NXB Khoa học kỹ thuật năm 2007 [2] Kỹ thuật ma sát biện pháp nâng cao tuổi thọ thiết bị, Gs.TS Nguyễn Tuấn Anh, PGS.TS Nguyễn Văn Thêm - NXB Khoa học kỹ thuật năm 1990 [3] Giáo trình ma sát mịn bơi trơn Tribology, Nguyễn Dỗn Ý, NXB xây dựng năm 2005 [4] Công nghệ bôi trơn , TS Nguyễn Xuân Toàn - NXB Bách Khoa Hà Nội năm 2007 [5] Nguyễn Anh Tuấn, N.V.T., Kỹ thuật ma sát biện pháp nâng cao tuổi thọ thiết bị 1990: KHKT [6] Phạm Văn Hùng, N.T.D., Bùi Tuấn Anh, Nguyễn Thị Ngọc Huyền, Trần Đức Tồn, Bơi Trơn Thủy Tĩnh Thủy Động 2019, Hà Nội: Nhà Xuất Bản Bách Khoa [7] Nguyễn Anh Tuấn, Bùi Văn Gôn, Lý thuyết bôi trơn ướt, Nxb Xây dựng, 2006 [8] Phạm Văn Hùng, N.T.D Nghiên cứu xác định thông số ổ thủy tĩnh trục máy mài trịn ngồi 3K12 in Hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí – Động lực 2016 ĐHBKHN [9] Van-Hung Phama*, Tuan-Anh Buib, Manh-Toan Nguyenc, Investigation the stiffness characteristic of self-aligning hydrodynamic bearing on external cylindrical grinding machine based on numerical simulation, Proceedings of the first international Conference on Material, machines and Methods for Sustainable Development 18-19 May 2018, Danang, Vietnam,pp 444-451 [10] Van-Hung Pham, Tuan – Anh Bui, Thuy-Duong Nguyen, 2018 Study on identifying several geometric parameters of hydrostatic spindle bearing on external cylindrical grinding machine based on ability of manufacturing technology International Conference of fluid Machinery and Automation Systems – ICFMAS 20018, PP289-295 [11] Phương, N., Nghiên cứu vấn đề bôi trơn thủy tĩnh ổ chặn 1990, ĐHBKHN: ĐHBK HN 62 Tài liệu ngước [12] Srinivasan, V, Phân tích tải trọng tĩnh động ổ trục thủy tĩnh với độ nhớt áp suất thay đổi Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Ấn Độ, 2013 [13] Doshi, N M Bambhania, Tối ưu hóa độ dày màng cho bạc đạn tròn thủy tĩnh sử dụng máy tiện đứng V-25 Tạp chí Quốc tế Kỹ thuật [14] Qiang He, Ll, Ren Fengzhang, Volinsky Alex, Mô phỏng số Nghiên cứu thực nghiệm trục thủy tĩnh với hạn chế ng̀n Tập Năm 2015 1293-1303 [15] D.Chen cộng , Đặc tính động tĩnh trục quay thủy tĩnh dùng cho máy công cụ, J Manuf Syst, Với 13, trang 33, 2012 [16] AvrahamHarnoyv, 2003 Bearing Design in Machinery Engineering Tribology and Lubrication, New York [17] [16] Ctahok yhиbepcaльhьiй kpyγγ лoшлиfobaльhьiй 3K12 [20] Abele, E., Y Altintas, and C Brecher, Machine tool spindle units CIRP Annals, 2010 59(2): p 781-802 [18] Sharma, S.C., V.M Phalle, and S.C Jain, Performance analysis of a multirecess capillary compensated conical hydrostatic journal bearing Tribology International, 2011 44(5): p 617-626 [19] Wasson, K A Comparison of rolling element and hydrostatic bearing spindles for precision machine tool applications.” Proceedings of ASPE Conference Precision Bearings and Spindles in Proceedings of ASPE Conference Precision Bearings and Spindles June 2007 [20] Xu, E., et al., Investigations on the applicability of hydrostatic bearing technology in a rotary energy recovery device through CFD simulation and validating experiment Desalination, 2016 383: p 60-67 [35] Bourgin, P and J.-M Francois, A Simple Approach to Evaluate Non-Newtonian Viscosity Effects in a Lubricating System Journal of Tribology, 1987 109(1): p 177-182 [21] San Andrés, L., Approximate Analysis of Turbulent Hybrid Bearings Static and Dynamic Performance for Centered Operation Journal of Tribology[22] Hale, L., et al., Hydrostatic bearings designed for pogal (Precision optical grinder and lathe) 2007 63