Một phương án thiết kế, hế tạo mô hình thự nghiệm nhiệt ổ trụ hính máy phay đứng quay ao tố

Để ắ kh c ph c hiụ ện tượng trên ta nhất định phải bôi trơn, làm mát cho cụm tr c chính.. ụ1.2.2 Kết cấu cụm trục chính máy phay CNC đứngTrục chính trong máy CNC là một chi tiết quan tr

Các mô hình tr c chính máy công c ụ ụ đã đượ c nghiên c u 8 ứ

a, Các lo i tr c chính máy công c ạ ụ ụ đã được nghiên c u v nhi t ứ ề ệ

Trong ngành công nghiệp chế tạo, máy công cụ được phân loại thành nhiều loại khác nhau, nhưng hầu hết các máy gia công cắt gọt đều có điểm chung là sử dụng trục chính để thực hiện quá trình gia công, như máy mài, máy tiện, máy phay ngang và máy phay đứng Tất cả các trục chính này đều có ổ bi bên trong, nơi sinh nhiệt có thể ảnh hưởng đến quá trình gia công Hiện nay, nhiều loại trục chính này đã và đang được nghiên cứu về vấn đề nhiệt, với một số báo cáo tiêu biểu được công bố.

Mô hình nhiệt được xây dựng để phân tích ổ bi của máy mài, được thực hiện bởi Xu Min, Jiang Shuyun và Cai Ying vào năm 2006 Nghiên cứu tập trung vào việc sinh nhiệt của các bi và truyền nhiệt trong một hệ thống ổ bi đơn giản, bao gồm mỡ trục chính, hai ổ bi đỡ NN3018K, hai bi chống loại tiếp xúc góc 7018 và ba ổ đỡ chi tiết Thí nghiệm được tiến hành ở tốc độ quay 1100 vòng/phút.

Mô hình sinh nhiệt của trục chính máy phay ngang đã được thực hiện bởi các tác giả Yangfang Dong, Zude Zhou và Mingyao Liu vào năm 2016 Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích sinh nhiệt và truyền nhiệt trong hệ thống trục chính của máy phay ngang, được bôi trơn bằng dầu tại các tốc độ 1000, 2000 và 3000 vòng/phút Ngoài ra, Yangfang Dong cùng các cộng sự còn nghiên cứu sự thay đổi nhiệt độ của trục chính khi hoạt động ở các tốc độ khác nhau, cụ thể trong khoảng từ 0 đến 8000 vòng/phút.

Năm 2015, tác giả Xuejun đã phân tích các tính chất nhiệt của trục chính máy phay CNC bằng phần mềm ANSYS, nhằm xác định trạng thái cân bằng nhiệt độ và truyền nhiệt Kết quả cho thấy trường nhiệt độ và biến động nhiệt của trục chính được khảo sát dưới nhiều điều kiện làm việc khác nhau, từ đó tính toán được nhiệt độ và sự biến động nhiệt của trục chính Kết hợp giữa phân tích FEM và kết quả thí nghiệm, nghiên cứu chỉ ra rằng biến động nhiệt của trục chính đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt trên máy phay CNC Ngoài ra, một số đề xuất được đưa ra để cải thiện độ chính xác trong quy trình phay của máy phay CNC.

V i s phát tri n c a máy công c ngày nay thì vi c nghiên c u nhi t c m tr c ớ ự ể ủ ụ ệ ứ ệ ụ ụ chính ngày càng tr nên quan tr ng, và c m trở ọ ụ ục chính máy phay đứng cùng là một

Trong nghiên cứu này, tác giả tập trung vào cẩm trắc chính của máy phay đứng và phân tích các nhiễu sinh ra bên trong cẩm trắc chính Mục tiêu là đánh giá mức độ ổn định và hiệu suất của cẩm trắc chính trong quá trình hoạt động Các kết quả sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về khả năng làm việc của máy phay đứng và giúp cải thiện thiết kế cũng như quy trình vận hành.

Cho đến nay, nghiên cứu về máy phay đứng vẫn còn hạn chế, với các công trình chưa đạt được độ sâu cần thiết Một trong những nghiên cứu đáng chú ý là của tác giả Xuejun Nie, với mô hình chỉ đạt 3000 vòng/phút Dưới đây là một số kết quả quan trọng từ công trình của ông.

Nhiệt độ phân bố không đồng đều trên bề mặt trục chính, với nhiệt độ cao nhất đạt 46,169 °C và nhiệt độ thấp nhất gần bằng nhiệt độ môi trường Nhiệt độ tăng cao nhất ghi nhận là 31,3 °C, trong khi độ ẩm ở phía trước của trục chính cao hơn so với các khu vực khác, dẫn đến sự phân bố nhiệt không đồng đều trên bề mặt trục chính.

Biến động nhiệt độ của trục chính có thể gây ra những sai lệch đáng kể, đặc biệt ở đầu trước của trục Khi trục chính nóng lên, sự giãn nở nhiệt tại đầu trước sẽ dẫn đến sự di chuyển không mong muốn của trục Trong khi ổ đỡ trước được thiết kế để ngăn chặn sự di chuyển này, ổ đỡ sau lại cho phép trục di chuyển tự do, dẫn đến việc biến động nhiệt độ xảy ra chủ yếu ở phía sau trục chính Kết quả là, nhiệt độ ở đầu trước có thể giảm mạnh do ảnh hưởng của sự giãn nở nhiệt không đồng đều.

Khi máy hoạt động, sự truyền nhiệt từ một trục chính với nhiệt độ cao vào vị trí bên trong với nhiệt độ thấp hơn sẽ tạo ra sự thay đổi trong trường nhiệt độ Qua thời gian xác định, sự cân bằng nhiệt của trục chính sẽ đạt được.

Hnh 1.6 Trường nhiệt độ ủ c a tr c chính qua mô ph ng trong mô hình c a Xujun ụ ỏ ủ

Hnh 1.7 Bi n d ng nhi t c a mô hình mô ph ng tr c chính trong mô hình c a ế ạ ệ ủ ỏ ụ ủ

Hnh 1.8 Trường nhiệt độ ụ tr c chính c a Xujun Nie sau quá trình mô phủ ỏng đạt tr ng thái cân b ng nhi t ạ ằ ệ

Các bài th c nghi m nhi t tr c chính ự ệ ệ ụ

Bài thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ trục chính lên độ chính xác gia công được thực hiện trên máy phay CNC Trong quá trình thí nghiệm, máy phay CNC hoạt động không tải, với nhiệt độ môi trường là 26°C Trục chính quay với các tốc độ 1000, 2000 và 3000 vòng/phút trong một khoảng thời gian nhất định Trong suốt thí nghiệm, nhiệt độ và biên độ nhiệt độ trục chính được ghi nhận và phân tích.

Hnh 1.9 Nhiệt độ ục chính thay đổ ạ tr i t i các tốc độ khác nhau trong mô hình c a ủ

Hnh 1.10 Bi n d ng nhi t tr c cế ạ ệ ụ hính thay đổ ại t i các tốc độ khác nhau trong mô hình c a Xujun Nie ủ

Nhiệt độ và biến động nhiệt của trục chính thay đổi theo tốc độ quay của nó Khi tốc độ quay của trục chính tăng lên, sự thay đổi nhiệt độ và biến động nhiệt cũng diễn ra mạnh mẽ hơn.

Here is a rewritten paragraph that captures the essence of the original content, optimized for SEO:"Phân tích trên cho thấy rằng giới hạn quay thực nghiệm của trục chính là khá cao, lên tới 3000 vòng Các tác giả nghiên cứu đã tập trung vào đề tài này với tốc độ cao hơn, cụ thể là tại vùng tốc độ quay cao nhất."

Phương pháp nghiên cứ u nhi t tr ệ ổ ục chính máy phay đứ ng

Máy công cụ có nhiều loại khác nhau với các kiểu trục chính khác nhau, nhưng điểm chung của các trục chính này là có bi bên trong để hỗ trợ việc quay của trục và nhiệt sinh ra bên trong trục chính xuất phát từ các bi này Do đó, việc khảo sát nhiệt sinh ra bên trong trục chính cũng chính là khảo sát nhiệt sinh ra bên trong các bi Một phương pháp tính nhiệt của ổ bi Harris được viết trong cuốn sách “Rolling Bearing Analysis” được sử dụng để tính nhiệt trong mô hình nghiên cứu này, và phương trình này cũng được áp dụng trong các nghiên cứu đã liệt kê ở trên.

Phương trình này sẽ được giải thích rõ trong chương sau.

Chương 1 trình bày tổng quan về máy phay đứng, bao gồm cấu tạo, chức năng và quá trình làm việc của trục chính ở tốc độ cao Ngoài ra, chương cũng đề cập đến vấn đề nhiệt phát sinh trong quá trình hoạt động và ảnh hưởng của nó đến độ chính xác trong gia công Để giải quyết vấn đề nhiệt này, cần nghiên cứu sâu hơn về nhiệt sinh ra và đưa ra biện pháp khắc phục thông qua bôi trơn và làm mát cho ổ bi Tác giả đã thiết kế một mô hình thực nghiệm nhiệt cho trục chính của máy phay đứng quay với tốc độ cao, dựa trên các kết quả nghiên cứu về nhiệt độ trục chính của máy mài, máy phay ngang và máy phay đứng ở tốc độ thấp.

TÍNH TOÁN THI T K H TH NG Ế Ế Ệ Ố

TH C NGHI M NHI T TRỰ Ệ Ệ Ổ ỤC CHÍNH MÁY PHAY ĐỨNG

Hệ thống bôi trơn cao cấp cho ổ trục chính máy phay Đức được thiết kế để tối ưu hóa quá trình nhiệt lan truyền trên toàn bộ bề mặt chính Hệ thống này hoạt động hiệu quả ở tốc độ cao nhờ vào nguyên lý tích hợp giữa các ống cơ khí, hệ thống điện điều khiển, và hệ thống bôi trơn cũng như làm mát.

Yêu c u chầ ức năng của h th ng: ệ ố

- H th ng ph ng l i quá trình hoệ ố ỏ ạ ạt động c a c m trủ ụ ục chính máy phay đứng

Kỹ thuật cơ khí cần đảm bảo cung cấp đủ không gian, an toàn và tích hợp cho hệ thống bôi trơn, làm mát và hệ thống điều khiển, đo lường.

Hệ thống ống bôi trơn và làm mát cung cấp chất bôi trơn cần thiết để đảm bảo hoạt động ổ trục diễn ra trơn tru Đồng thời, chất làm mát giúp loại bỏ nhiệt độ phát sinh trong ổ bi, giữ cho hệ thống hoạt động hiệu quả và bền bỉ.

Hệ ống điều khiển và đo lường là thiết bị quan trọng để điều khiển tốc độ của động cơ và đo nhiệt độ, từ đó xuất ra tập dữ liệu để phân tích sau khi vận hành Để cung cấp các thông số chính xác và đáp ứng yêu cầu tích hợp, trước tiên cần nắm rõ cách sinh nhiệt và truyền nhiệt trong cảm biến chính.

Phân tích cơ chế sinh nhi t và truy n nhi t trên c m tr c chính ệ ề ệ ụ ụ

Dựa trên các phân tích trong nghiên cứu ở chương 1, có thể thấy rằng nhiệt độ sinh ra trong trục chính xuất phát từ bi, sau đó truyền qua các chi tiết bên trong hệ thống và ra ngoài Nếu bi được bôi trơn bằng dầu, thì nhiệt độ sẽ được duy trì ổn định Ngược lại, nếu có luồng khí vào làm mát, một phần nhiệt độ sẽ được luồng khí mang đi Điều này dẫn đến việc nghiên cứu hệ thống bôi trơn bằng phương pháp bôi trơn khí dầu, tính toán nhiệt lượng sinh ra bên trong trục chính và dự đoán hướng lan truyền của nhiệt bên trong bi là cần thiết để tối ưu hóa việc bố trí hệ thống phun khí dầu và thiết bị đo nhiệt độ trên cụm trục chính.

Tính toán nhi t sinh ra trong tr c chính 13 ệ ụ

a, Nhi t sinh ra trên tr c chính và bi ệ ụ ổ

Giới thiệu về nhiệt độ trong máy phay đứng, nhiệt độ chủ yếu phát sinh từ sự ma sát giữa các bộ phận chuyển động và dung dịch trơn nguội Nhiệt sinh ra trong cụm trục chính chủ yếu do ma sát ở ổ bi, là nguyên nhân chính gây ra sự thay đổi nhiệt độ trong cụm trục chính của máy phay Các công nghệ kiểm soát nhiệt độ được trình bày như sau:

H f – Năng lượ ng nhi t sinh ra (W) ệ n T c quay c a bi hay c a tr c chính (vòng/phút) – ố độ ủ ổ ủ ụ

M Mô men ma sát t ng c a bi (Nmm)– ổ ủ ổ

Mô men ma sát trong ổ bi bao gồm ba thành phần chính: Thứ nhất, mô men Mổ ủ ổ ồ ầ ộ l, là mô men xoắn do tác động của lực kẹp lên ổ bi, ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của ổ bi Thứ hai, mô men Mv, là mô men ma sát nhờ vào sự tác động của độ nhớt và bôi trơn, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của ổ bi.

Mr mô men ma sát t i mạ ặt đầu bi đũa Từ đó:

Trong trục chính này ta không có ổ đũa nên công thức tính M được viết l i:ạ

Mô men do tải trọng tác dụng

Mô men này được gây ra ch y u b i t i tr ng tác d ng lên tr c: ủ ế ở ả ọ ụ ụ

Ml = fl.Pl.dm [3]PT 2.4

Trong đó: dm – đường kính danh nghĩa của ổ bi, dm = (D+d)/2 (mm) fl h s ph – ệ ố ụthuộc vào quan h cệ ủa kiể ổu và tải trọng

Với ổ bi fl = z(Fs/Cs) y , PT 2.5

V ới: z,y h s ph – ệ ố ụthuộc vào ki u và góc c a bi, ể ổ ủ

Fs t– ải trọng tĩnh tương đương tác dụng lên ổ(N)

Cs h s – ệ ố đặc trưng tải trọng tĩnh cơ bản (N)

Pl t i tr ng tác d ng lên (N) và F– ả ọ ụ ổ f3 ph ụthuộc vào độ ớn và hướ l ng c a tủ ải trọng tác dụng Các yếu tố này được biểu diễn bằng các phương trình cụ thể liên quan đến ổ bi đỡ.

 - là góc tiếp xúc c a bi so v i trủ ớ ục của ổ

Pl = Fr PT 2.7 bi rãnh sâu: Ổ

Pl = 3Fa-0,1Fr PT 2.8 ng: Ổ đũa thẳ

Bảng 2.1 Bảng tra thông số y, z của ổ bi [7]

Kiể ổu bi Góc tiếp xúc danh nghĩa z y Ổ bi đỡ rãnh sâu 0  0,006-0,004  0,55 Ổ bi ti p xúc góc ế 30-40  0,001 0,33 Ổ bi ch n ặ 90  0,0008 0,33 Ổ bi 2 dãy, x p th ng ế ẳ 10  0,0003 0,40

Giá tr ịthấp hơn dành cho các loại ổ nh ; giá tr ẹ ị cao hơn dành cho các dãy ổ bi n ng ặ hơn.

Mô men ma sát c n nh t ả ớ

V i mô men c n nhớ ả ớt ta có 2 trường hợp như sau:

Trong đó fo h s ph thu c vào ki u – ệ ố ụ ộ ể ổ bi và phương pháp bôi trơn,

 0 nh– độ ớt động h c cọ ủa dầu (mm 2 /s) n t– ốc độ quay c a trủ ục chính

Bảng 2.2 Giá trị của f0 với kiểu ổ bi và phương pháp bôi trơn

Kiể ổu bi Kiểu bôi trơn

M ỡ Sương d u ầ Ngâm d u ầ Nhỏ d u ầ Ổ bi rãnh sâu 0,7-0,2 1 2 4 Ổ bi t s p x p ự ắ ế 1,5-2 0,7-1 1,5-2 3-4 Ổ bi ch n ặ 5,5 0,8 1,5 3 Ổ bi ti p xúc góc ế 2 1,7 3,3 6,6 Ổđũa đỡ có vòng cách 0,6-1 1,5-

2,8 2,2-4 2,2-4 Ổ đũa đỡ không có vòng cách 5-10 _ 5-10 _ Ổ đũa côn 6 3 6 8-10 Ổ đũa chặn 9 _ 3,5 8 b,H s truyệ ố ền nhiệt

H s truy n nhiệ ố ề ệt đối lưu được tính toán như sau:

fluid h s truy n d n nhi– ệ ố ề ẫ ệt của không khí xung quanh hgap kho ng cách t i m t thoáng – ả ớ ặ

Trong đó: hgap kho ng cách t i m t thoáng – ả ớ ặ u v n t c trung bình c– ậ ố ủa lưu chất

fluid – độ nhớ ột đ ng h c cọ ủa lưu chất

Trong nghiên cứu về lưu chất, độ nhớt động học và đặc tính của chất lỏng là rất quan trọng Đối với không khí tĩnh, các bề mặt như vỏ ụ trục có khả năng truyền nhiệt đối lưu tự do Ngược lại, khi không khí chuyển động xung quanh các bề mặt như đầu trục chính, nhiệt độ truyền nhiệt có thể được xác định bằng phương trình tương tự, trong đó các biến số được thay thế bằng các thông số của bề mặt quay quanh trục chính.

Trong nghiên cứu này, các hằng số c0, c1 và c2 được xác định thông qua thí nghiệm Để xác định giá trị phù hợp của các hằng số này, cần so sánh nhiệt độ ở trạng thái ổn định của các tủ ổ đỡ với các mức độ của dòng không khí khác nhau và tại các độ cao khác nhau của trục chính.

Hình dưới đây thể hiện sự truyền nhiệt tại đầu côn trục chính của máy phay đứng, liên quan đến hàm của tủ ốc độ trục chính cho các thông số của thử nghiệm

Nhiệt trở ế ti p xúc R có th ể được xác định như sau [5]:

Trong đó: di n tích ti p xúc th t

A – ệ ế ực của liên kế hc h s truy n d n t– ệ ố ề ẫ ại liên kết

B qua s truy n nhi t do b c x , h s truyỏ ự ề ệ ứ ạ ệ ố ền dẫ ạn t i liên kết được xác định như sau:

Lg –chiều dày c kho ng ng giủa ả trố ữa 2 bề ặ m t liên kết

Ac di n tích ti p xúc th– ệ ế ực của liên kết

Av di n tích tr ng c– ệ ố ủa liên kết kA, kB, kf h s truy n d n nhi t c a 2 ph n v– ệ ố ề ẫ ệ ủ ầ ật liệu với lớ ở ữp gi a

N u Lế g, Ac, Av đã biết trước, tiếp xúc nhi t s ởtiế ệ ẽ được xác định Tuy nhiên, chủ yếu là lưu chất điền đầy vùng không gian tr ng và kố f nh ỏ hơn rất nhiều so với kề ớ A và kB Nếu vùng tiếp xúc nhế ế ỏ, điện tr chở ủ yếu do vùng không gian tr ng t o nên, dẫn đến khó xác định các giá trị của Lg, Ac và Av của bề ặ m t tiếp xúc.

2.1.2Truyền nhiệt trên bi và c m tr c chính ổ ụ ụ

Trao đổi nhiệt là quá trình chuyển giao năng lượng nhiệt giữa các vật thể khi có sự chênh lệch nhiệt độ Lượng nhiệt năng trong quá trình này được gọi là nhiệt lượng và là một quá trình biến thiên Quá trình trao đổi nhiệt diễn ra theo hướng chuyển nhiệt năng từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp.

Có 3 hình thức trao đổi nhi t: ệ

Dẫn nhiệt là quá trình truyền động năng giữa các nguyên tử hoặc phân tử mà không kèm theo sự trao đổi vật chất Hình thức trao đổi nhiệt luôn diễn ra từ vùng có mức năng lượng cao hơn (nhiệt độ cao) đến vùng có mức năng lượng thấp hơn (nhiệt độ thấp).

Đối lưu nhiệt là quá trình trao đổi nhiệt diễn ra thông qua sự chuyển động của chất lỏng hoặc khí giữa các vùng có nhiệt độ khác nhau Quá trình này cho phép truyền nhiệt từ một hệ thống nóng sang một hệ thống lạnh và ngược lại, tạo ra sự cân bằng nhiệt trong môi trường.

-B ứ c x ạ nhi ệ t:là sự trao đổi nhiệt thông qua sóng điệ ừn t

Trong quá trình vận hành, máy phay đứng thường gặp nhiều hình thức trao đổi nhiệt khác nhau Đối với mô hình này, chúng ta chỉ xem xét hai hình thức dẫn nhiệt và đối lưu nhiệt Dòng nhiệt sinh ra trên bề mặt ổ trục chính theo hai hướng chính: đối lưu nhiệt từ bề mặt ổ trục sang không khí xung quanh và truyền nhiệt giữa các thành phần bề mặt và vỏ ổ trục Đối lưu nhiệt từ ổ trục đến không khí xung quanh là rất quan trọng Thông thường, dòng khí dùng để bôi trơn chứa một lượng dầu nhất định (0,15ml mỗi phút), giúp giảm thiểu nhiệt độ và cải thiện hiệu suất hoạt động của máy.

Nhiệt truy n gi a các thành ph n bi và v c m trề ữ ầ ổ ỏ ụ ục chính bao gồm:

- Truy n nhiề ệt giữa bi và các ca vòng bi

- Truy n nhi t gi a vòng bi ngoài và v c m tr c chính ề ệ ữ ỏ ụ ụ

- Truy n nhi t gi a vòng bi trong và tr c chính ề ệ ữ ụ

- Ngoài ra còn có s truy n nhi t gi a bi v i các chi ti t b c lót, tr c chính, ự ề ệ ữ ổ ớ ế ạ ụ c a các chi ti t b c lót v i nhau và các chi ti t b c lót v i v c a c m tr c ủ ế ạ ớ ế ạ ớ ỏ ủ ụ ụ chính

Trong đó, mô hình trên được áp d ng cho toàn b bi c a bi V i các gi nh: ụ ộ ủ ổ ớ ả đị

- Các bi c a ủ ổ bi đều có chung nhiệt độ ở, b i vì khi tr c chíụ nh quay đồng th i ờ các bi quay theo r t nhanh, nhi t sinh ra s ấ ệ ẽ tương tự nhau

Nhiệt độ tại các vùng tiếp xúc giữa rãnh vòng bi và bi là tương tự nhau Từ vùng tiếp xúc, nhiệt độ sẽ thay đổi dần về phía trong của trục chính hoặc về phía ổ trục chính.

Here is the rewritten paragraph:Khi xét về mô hình cắt chính của máy phay đứng, chúng ta cần chú ý đến tác động của trục chính vẫn đảm bảo cân bằng tốc độ, tức là khoảng cách giữa vòng ngoài và trục chính là không đổi xét trên toàn bộ chu vi.

- B qua nhi t tr ti p xúc c a màng dỏ ệ ở ế ủ ầu bôi trơn giữa bi và rãnh

Hnh 2.1 Mô hình truy n nhi t trên bi ề ệ ổ

Mô phỏng truyền nhiệt trong cơ trễ bôi trơn khí dầu tại tốc độ 8400 vòng/phút là bước đầu tiên để xác định các thông số quan trọng cho thiết bị Việc này giúp đánh giá nhiệt độ sinh ra và thực hiện cân bằng nhiệt, từ đó đưa ra phương án lựa chọn hợp lý cho thiết bị.

Tốc độ quay l n nh t c a tr c chính d a vào ch c t thép C45 ta có n = 8400 ớ ấ ủ ụ ự ế độ ắ (vòng/phút) Độ nh t c a d u t i 40 C: 68mmớ ủ ầ ạ  2 /s (d u Tonna 68) ầ

Hnh 2.2 B trí bi trong c m tr c chính ố ổ ụ ụ

T các thông s ừ ố tính được nhiệt lượng sinh ra t i các ạ ổ như sau:

Bảng 2.3 Nhiệt lượng sinh ra tại các ổ bi Nhiệt độ Ổ bi 1,2 Ổ bi3,4

H s ệ ố đối lưu nhiệ ới không khí tĩnh: t v = 9.7 W/m 2 K

H s ệ ố đối lưu nhiệ ớt v i không khí làm mát và không khí chuyển động: = 260.01  W/m 2 K

Mô hình truy n nhi t trong c m tr c chính có ph n t ề ệ ụ ụ ầ ử được thi t l p v i ki u ph n ế ậ ớ ể ầ t SOLID 87 v i 287299 ph n t cùng v i 3 kích c chính c a ph n t là 12mm, ử ớ ầ ử ớ ỡ ủ ầ ử 8mm, 2mm

Hnh 2.3 Kích thước ph n t ầ ử lưới mô hình

Sau quá trình mô phỏng, chúng ta nhận được kết quả với nhiệt độ bên ngoài là 26,3 °C và nhiệt độ bên trong là 52,9 °C Những thông số này cho thấy sự chênh lệch nhiệt độ đáng kể giữa hai khu vực, ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của máy phay đứng.

Hnh 2.4 S truy n nhi t trên toàn b c m trự ề ệ ộ ụ ục chính bôi trơn khí dầu sau 6000s

Hnh 2.5 S lan truy n nhi t trong trự ề ệ ục chính bôi trơn khí dầu th hi n trên m t ể ệ ặ c t sau 6000s ắ

Hnh 2.6 S lan truy n nhi t trong trự ề ệ ục chính bôi trơn khí dầu th hi n trên m t ể ệ ặ c t sau 6000s ắ

Hnh 2.7 Đồ ị ể ệ th th hi n s ự thay đôi nhiệt độ theo th i gian t i ca ngoài c a 4 ờ ạ ủ ổ bi

Nh n xét: ậ T mô hình mô ph ng ta th y bi có th làm vi c t i từ ỏ ấ ổ ể ệ ạ ốc độ vòng quay

Mô ph ng truy n nhi t trong c m tr ỏ ề ệ ụ ục chính bôi trơn khí dầ ạ ố u t i t c độ 8400 vòng/ phút

Để chọn lựa thiết bị phù hợp với tốc độ 8400 vòng/phút, trước tiên cần mô phỏng truyền động liên quan đến nhiệt độ tại tốc độ này cùng với chế độ bôi trơn khí dầu Việc này giúp xác định giới hạn nhiệt độ sinh ra và sau khi cân bằng, từ đó đưa ra phương án lựa chọn hợp lý cho thiết bị.

Tốc độ quay l n nh t c a tr c chính d a vào ch c t thép C45 ta có n = 8400 ớ ấ ủ ụ ự ế độ ắ (vòng/phút) Độ nh t c a d u t i 40 C: 68mmớ ủ ầ ạ  2 /s (d u Tonna 68) ầ

Hnh 2.2 B trí bi trong c m tr c chính ố ổ ụ ụ

T các thông s ừ ố tính được nhiệt lượng sinh ra t i các ạ ổ như sau:

Bảng 2.3 Nhiệt lượng sinh ra tại các ổ bi Nhiệt độ Ổ bi 1,2 Ổ bi3,4

H s ệ ố đối lưu nhiệ ới không khí tĩnh: t v = 9.7 W/m 2 K

H s ệ ố đối lưu nhiệ ớt v i không khí làm mát và không khí chuyển động: = 260.01  W/m 2 K

Mô hình truy n nhi t trong c m tr c chính có ph n t ề ệ ụ ụ ầ ử được thi t l p v i ki u ph n ế ậ ớ ể ầ t SOLID 87 v i 287299 ph n t cùng v i 3 kích c chính c a ph n t là 12mm, ử ớ ầ ử ớ ỡ ủ ầ ử 8mm, 2mm

Hnh 2.3 Kích thước ph n t ầ ử lưới mô hình

Sau quá trình mô phỏng, chúng tôi thu được kết quả về nhiệt độ với nhiệt độ bên ngoài là 26,3 °C và nhiệt độ bên trong là 52,9 °C Kết quả này cho thấy sự chênh lệch nhiệt độ đáng kể giữa hai khu vực, điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của máy phay đứng.

Hnh 2.4 S truy n nhi t trên toàn b c m trự ề ệ ộ ụ ục chính bôi trơn khí dầu sau 6000s

Hnh 2.5 S lan truy n nhi t trong trự ề ệ ục chính bôi trơn khí dầu th hi n trên m t ể ệ ặ c t sau 6000s ắ

Hnh 2.6 S lan truy n nhi t trong trự ề ệ ục chính bôi trơn khí dầu th hi n trên m t ể ệ ặ c t sau 6000s ắ

Hnh 2.7 Đồ ị ể ệ th th hi n s ự thay đôi nhiệt độ theo th i gian t i ca ngoài c a 4 ờ ạ ủ ổ bi

Nh n xét: ậ T mô hình mô ph ng ta th y bi có th làm vi c t i từ ỏ ấ ổ ể ệ ạ ốc độ vòng quay

Với tốc độ 8400 vòng/phút và hệ thống bôi trơn bằng khí dầu, sau khoảng 3000 giây, nhiệt độ sẽ đạt trạng thái cân bằng ổn định Nhiệt độ cao nhất của các bi chặn ổ trục có thể lên tới dưới 45 độ C, điều này là yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn và thiết kế vị trí lắp đặt đầu đo nhiệt độ cho các bi sau này.

Thi t k h thế ế ệ ống bôi trơn và làm mát

Thi t k kênh d n khí d u 21 ế ế ẫ ầ

Nguồn nhiệt sinh ra bởi các bi là nguồn nhiệt chính bên trong trục ở ổ trục chính Nhiệt này do ma sát sinh ra trong bi, vì vậy bi là khu vực cần được bôi trơn và làm mát Để đảm bảo hiệu suất, cần bố trí đầy đủ cơ cấu phun khí dầu và đường dẫn khí dầu đạt các tiêu chí cần thiết.

- Các bi phổ ải được bôi trơn đều nhau

-Hướng phun vào bi phổ ải đúng hướng so với quy định c a nhà s n xu t ủ ả ấ

- D u và khí phầ ải đảm bảo được phun vào vùng ma sát gi a bi và ữ ổ

- Dầu, khí đi vào cũng phải có đường thoát ra ngoài

Theo các tiêu chí đã nêu, tác giả đã bố trí các đầu phun dầu như Hình 2.9 và Hình 2.10 Đầu phun 1 và 3 được hướng lên trên để phun vào bi s 1 và s ổ ố ố 3, trong khi đầu phun 2 và 4 được hướng xuống dưới để phun vào bi s 2 và s 4 Với cách bố trí này, tất cả các ổ bi đều có các đầu phun khí dầu riêng biệt, đảm bảo cung cấp đủ lượng khí và dầu cần thiết cho việc bôi trơn và làm mát.

Hnh 2.8 B trí bi trong tr c chính ố ổ ụ

Hnh 2.9 B ố trí hướng đầu phun vào bi ổ

Hnh 2.10 B ố trí đầu phun khí d u nhìn t bên ngoài ầ ừ

Quy trình l a ch n thi t b ự ọ ế ị bôi trơn

Để xây dựng hệ thống ống bôi trơn cho mô hình thực nghiệm bôi trơn khí dầu, trước hết cần thiết lập một quy trình lựa chọn thiết bị phù hợp Quy trình lựa chọn thiết bị bôi trơn bao gồm các bước xác định yêu cầu kỹ thuật, đánh giá các loại thiết bị hiện có và lựa chọn thiết bị tối ưu cho ứng dụng.

Bước 1: Xác định chức năng của h thệ ống: Bôi trơn ổ bi và làm mát c m tr c ụ ụ chính máy phay đứng

Bước 2: Xác định ph m vi s d ng c a h thạ ử ụ ủ ệ ống: lưu lượng khí và d u ầ

Bước 3: Xác định thông số và yêu cầu kỹ thuật cho các tiêu chí bôi trơn Bước 4: Lựa chọn đối tượng, thiết bị phù hợp với các thông số đã đưa ra Bước 5: Kiểm tra lại các thiết bị để đảm bảo chúng đáp ứng được nhu cầu sử dụng.

Quy trình này sẽ được sơ đồ hóa thành một biểu đồ cụ thể, như thể hiện trong Hình 2.11 Biểu đồ này được trích từ sơ đồ tích hợp hệ thống của mô hình thực nghiệm được thực hiện trong phần cụ thể.

Hnh 2.11 Sơ đồ ể ệ th hi n chức năng và yêu cầu k thu t c a h thỹ ậ ủ ệ ống bôi trơn

Sau khi hoàn thiện sơ đồ, cần xác định rõ chức năng và yêu cầu thu thập của hệ thống Tác giả sẽ lựa chọn các thành phần cho hệ thống dựa trên các tiêu chí đã đề ra.

Tính toán, l a ch n các ph n t trong h th ự ọ ầ ử ệ ống bôi trơn

Cách chất bôi trơn cho bi d ã và kiểu ổ trượt được thiết kế và bố trí cẩn thận để đảm bảo hiệu suất tối ưu Bài viết này sẽ hướng dẫn cách bố trí hệ thống ống bôi trơn cho ổ 7010 Theo tài liệu của hãng SKF, chất bôi trơn làm mát sẽ được bố trí để chất bôi trơn phun vào phía mặt trước của ổ, như minh họa trong hình.

Hnh 2.12 Hướng b ố trí đầu phun khí dầu bôi trơn cho ổ bi 7010

Hệ thống phun khí dầu của máy phay đứng hoạt động ở tốc độ 8400 vòng/phút cần được tối ưu hóa để giảm thiểu nhiệt sinh ra do ma sát tại ổ bi Với thiết kế có 4 ổ bi, hệ thống này sử dụng 4 đầu phun khí dầu để đảm bảo bôi trơn và làm mát đồng thời cho cả 4 ổ, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động Hình 2.13 minh họa thiết bị phun khí dầu của hãng SKF mã 169-000-101, với các thông số kích thước hình học được lựa chọn cho hệ thống thử nghiệm này.

Hnh 2.13 Hình chi u th hiế ể ện kích thước đầu phun khí d u SKF - 169-000-10 ầ

Hnh 2.14 Đầu phun khí d u SKF - 169-000-101 ầ b, Van hòa tr n ộ

Hnh 2.15 Van hòa tr n khi d u ộ ầ

D a trên các nghiên c u c a hãng SKF [7] cùng vi c tham chi u các thông s trong ự ứ ủ ệ ế ố bài báo [8] có được các thông s u vào cho van hòa trố đầ ộn được th hi n ể ệ ở Bảng 2.4

Bảng 2.4 Thông số đầu vào của an hoàn trộnv Á ấ

Lưu lượng khí dao động từ 1000 đến 1500 lít mỗi giờ với độ chính xác ± 20% (± 5% ở tốc độ cao) Áp suất đầu vào yêu cầu tối thiểu là 20 psi (15 bar) và tối đa là 500 psi (34 bar) Lưu lượng dầu cần thiết nằm trong khoảng 120 đến 180 mm³ mỗi giờ, với độ nhớt của dầu đạt tiêu chuẩn ISO VG 32 và ISO VG 100.

2 Vít điều chỉnh lưu lượng khí

4 C ng lổ ắp đồng h ồ đo áp suất

7 Vít điều chỉnh lưu lượng d u ầ

Hnh 2.17 C u t o c a van hòa tr n khí d u ấ ạ ủ ộ ầ

Nguyên lý hoạt động c a van hòa tr n ủ ộ

Dầu sau khi được bơm từ bộ bơm sẽ đi đến đường dầu vào, theo các đường ống trong van hòa trộn để đến vùng hòa trộn Đồng thời, máy nén khí cung cấp khí nén cho đường khí vào, dòng khí này sẽ đi qua bộ van hòa trộn và các đường dẫn trong van để đến vùng hòa trộn.

Trong vùng hòa trộn, dòng khí và dòng dầu tương tác với nhau, với khí đi vuông góc và được cấp liên tục, trong khi dầu được cấp theo chu kỳ Điều này dẫn đến việc dòng dầu bị xé nhỏ thành các giọt và vận chuyển chúng đến đầu ra của hệ thống khí - dầu Trên đường ra của hệ thống khí - dầu, có thể lắp đồng hồ đo áp suất để kiểm tra áp suất của dòng khí.

Hnh 2.16 C u t o c a van hòa tr n khí d u ấ ạ ủ ộ ầ

Hnh 2.18 Van hòa tr n khí d u ộ ầ Điều chỉnh lưu lượng khí Đề điề u chỉnh lưu lượng khí ta điều chỉnh vít điều ch nh theo các nguyên t c trong ỉ ắ b ng sau: ả

Bảng 2.5 Bảng hướng dẫn điều chỉnh lưu lượng khí Áp su t ấ khí vào Xoay 1/6 vòng Xoay 1/2 vòng Xoay 1 vòng Xoay 2 vòng Xoay 4 vòng

0.61 lít/phút 3.8 lít/phút 11.8 lít/phút 27.3 lít/phút 51.7 lít/phút

0.8 lít/phút 4.7 lít/phút 14.1 lít/phút 32.7 lít/phút 58.8 lít/phút

Để điều chỉnh lượng dầu trong dòng dầu, ta có thể điều chỉnh lưu lượng ở các mức 1.3 lít/phút, 6.6 lít/phút, 18.8 lít/phút, 42.3 lít/phút, 75.2 lít/phút Để đạt được các lưu lượng này, cần thay vít điều chỉnh (s7) bằng một vít điều chỉnh khác tương ứng với mức lưu lượng mong muốn Các mức lưu lượng cụ thể là 10mm³, 20mm³, 30mm³, 60mm³, 100mm³ và 160mm³.

B vít này được thiết kế giống như một van định áp với áp suất tối đa là 30 bar, giúp đảm bảo áp suất yêu cầu của dòng dầu trong hệ thống Điều này rất quan trọng cho hiệu suất hoạt động của bơm dầu và bơm dầu.

Theo catalog c a hãng SKF l ng d u c n thi t cho ủ ượ ầ ầ ế ổđỡ c m tr c chính máy phay ụ ụ đứng máy công c ụ CNC được tính theo công th c: ứ

Q - ng d u c n thi t, lượ ầ ầ ế mm 3 /gi ờ w - h s (l y b ng 0,01 ệ ố ấ ằ mm/gi ) ờ

, mm d–đường kính vòng trong c a biủ ổ

Tuy nhiên, trong th c t , các giá tr ự ế ị thu được v i công th c này phớ ứ ải được tăng lên

Việc xác định lượng chất bôi trơn thực tế cần thiết cho mỗi ứng dụng cụ thể là rất quan trọng Các thí nghiệm cho thấy lưu lượng chất bôi trơn trong khoảng từ 120 đến 180 mm³/h là hợp lý và hiệu quả.

Công suất bơm tính theo công thức :

Trong đó: N: công suất bơm (kW)

Q: lưu lượng bơm (l/ph), Q = 180 mm 3 /h = 3.10 -6 (l/ph) p: áp suất bơm (atm), p = 30,191

Hiệu su t ấ η= 0,85; hệ ố s an toàn s = 1,5

V y công suậ ấ ộng cơ làt đ :

T ừtính toán, ta chọn bơm có thông số:

-Lưu lượng của bơm: 0,2 lít/ph

- Áp suất lớn nh t: 32 bar ấ

- Công suất động cơ: 1,1 kW.

Phương pháp bôi trơn tối thiểu yêu cầu lượng dầu cho van hòa trộn không phải liên tục mà được cấp theo chu kỳ Thời gian bơm và tắt bơm được xác định dựa trên catalog của hãng SKF.

S ố chu kì bơm trong một giờ được tính toán theo công th c sau: ứ

Để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho bi, lượng dầu bôi trơn cần thiết là 180 mm³/h Trong mỗi chu kỳ quay một giờ, bơm sẽ cung cấp 10 mm³ dầu cho mỗi vòng quay.

Thời gian bơm trong 1 chu kì:

Mà th i gian chu kì T bao g m thờ ồ ời gian bơm gồm có c th i gian ch m cả ờ ậ ủa bơm và th i gian tờ ạm ngưng.

T t ng th i gian trong m– ổ ờ ột chu kì bơm, phút

Tbơm th– ời gian bơm chạy, phút

Tt ạm ngưng th– ời gian bơm nghỉ không bơm, phút.

Theo catalogue c a hãng SKF [9] ta có: ủ

Ttạm ngưng = T - T bơm = 3,33 0,67 = 2,66 (phút) = 2 phút 40 giây –

Chế độ bôi trơn bằng phương pháp phun dầu giúp đảm bảo rằng dầu được phân phối đều trên bề mặt trục chính mà không bị rò rỉ Điều này rất quan trọng để duy trì hiệu suất của hệ thống và giảm thiểu ma sát Công thức tính tích bầu có thể được áp dụng để xác định lượng dầu cần thiết cho quá trình bôi trơn hiệu quả.

Q – lưu lượng dầu được bơm, Q = 1,8.10 -4 [l/h] t th i gian s d ng h th– ờ ử ụ ệ ống bơm dầu

Theo chọn bơm dầu, th tích b d u là 3l ể ể ầ

V y thậ ời gian để bơm bơm hết lượng dầu đó: t = V/Q = 16666,7 (giờ) = 1,9 (năm) v y v i b d u có dung tích V = 3 lít, h th ng này có th s d ng

Như ậ ớ ể ầ ệ ố ể ử ụ được trong vòng gần 2 năm hoạt động liên t c m i phụ ớ ải đổ ầ d u m t l n ộ ầ

Hnh 2.19 Bơm dầu MKU2 12BC11000+428 –

Hệ thống ống bôi trơn và làm mát bằng hỗn hợp khí dầu sử dụng hai nguồn chất lỏng để hòa trộn với nhau: một là dầu thủy lực và nguồn còn lại là khí nén Do đó, cần tính toán các thiết bị của hệ thống cung cấp áp suất khí nén để đảm bảo cho hệ thống làm việc với hiệu quả cao nhất và chi phí hợp lý nhất.

Trước khi khí nén được đưa vào van hòa trộn, nó phải đi qua bộ điều áp và lọc nước Để đảm bảo dòng khí nén cung cấp cho hệ thống luôn ổn định và không có hơi nước lẫn vào dầu bôi trơn, cần lắp đặt bộ lọc hơi nước trước van hòa trộn.

Theo yêu cầu của van hòa trộn, áp suất của dòng khí nén cần đạt từ 4 đến 6 bar Do đó, nhóm sản phẩm van giảm áp đặt trước van hòa trộn là rất quan trọng để đảm bảo áp suất chất lượng dòng khí trước khi vào van hòa trộn.

Như vậy, t hai yêu cừ ầu trên mà van định áp và lọc hơi nướ được c ch n ọ có mã như sau:

- Áp suất đầu vào: 0 16 bar –

- Áp su t có th u ch nh: 0,5 ÷ 10 bar ấ ể điề ỉ

- T n hao áp su t trên van: 0,5 bar ổ ấ

- Nhiệt độ làm vi c c a van: 50 ệ ủ – 80 độC

Công th c tính ứ đường kính đường ng d n khí c n thi t t i thi u cho h th ng khí ố ẫ ầ ế ố ể ệ ố nén: d 4.Q

Trong đó: – đườ d ng kính ng, (mm) ố

Q –lưu lượng khí nén, Q = 1000 - 1500 (l/gi ) = 4,17.10ờ -4 (m 3 /s)

V v n t c dòng khí trong – ậ ố ống, được tra theo b ng 3.17 ả

Bảng 2.6 Vận tốc khí nén Lưu chất Áp suất V n t c (m/s) ậ ố Ghi chú

Hơi bão hòa ≤ 3.5 bar 20.4-30.5 Gia nhiệt

Hơi bão hòa 3,5bar -13.8bar 30.5-50.9

Hơi quá nhiệt ≥ 13.8bar 50.9-70.6 Hơi từ tuabin và nồi hơi

V i áp su t c a khí nén t 4 ớ ấ ủ ừ – 6 bar nên theo Bảng 2.6, v n t c dòng khí trong ng ậ ố ố t 30,5 50,9 m/s L y V = 40 m/s ừ – ấ

V dậy ựa theo catalog của hãng [7] ta chọ ốn ng dẫn khí nén có đường kính trong d

= 2,3 mm, đường kính ngoài D = 4 mm

Quy trình l a ch n thi t b ự ọ ế ị đo lường và điề u khi n 35 ể

Để thiết lập hệ thống ống đo lường và điều khiển cho mô hình thực nghiệm bôi trơn khí dầu, trước tiên cần xây dựng quy trình lựa chọn thiết bị phù hợp Quy trình này bao gồm việc xác định các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chí lựa chọn thiết bị đo lường và điều khiển.

Bước 1: Xác định chức năng của h th nệ ố g: để đo và thu thập d li u nhiữ ệ ệt độ t i ca ngoài tr c chính ạ ụ

Bước 2: Xác định ph m vi s d ng c a h th ng (nhiạ ử ụ ủ ệ ố ệt độ ố t i thi u và tể ối đa có th ể đo)

Bước 3: Xác định thông s và yêu c u k thu t cho thi t b ố ầ ỹ ậ ế ị đo.

Bước 4: L a chự ọn đầu đo, thiế ịt b chuyển đổi tín hi u s sang nhiệ ố ệt độ để có th theo dõi ể

Bước 5: Ki m th l i các thi t b ể ử ạ ế ị có đáp ứng được nhu c u s d ng không ầ ử ụ

Quy trình này bao gồm hai bước chính, được thể hiện rõ trong sơ đồ Hình 2.24 Sơ đồ này được trích xuất từ mô hình tích hợp hệ thống của mô hình thực nghiệm được thực hiện trong phòng thí nghiệm.

Hnh 2.25 Sơ đồ ể ệ th hi n chức năng và yêu cầu k thu t c a h thỹ ậ ủ ệ ống đo lường và điều khi n ể

B trí và ch n c m bi ố ọ ả ến đo nhiệt độ

Hnh 2.26 Mô hình c m trụ ục chính máy phay đứng ban đầ – góc nhn phía trướu c

Hnh 2.27 Mô hình c m tr c chính máy phay ụ ụ đứng ban đầ –u góc nhìn phía sau

Hình 2.28 mô tả cách nhiệt độ được đo tại các vị trí ổ bi của máy phay đứng, với việc chú trọng vào việc khảo sát nhiệt độ tại nơi sinh nhiệt Do vị trí tiếp xúc giữa các ổ bi không thể đo trực tiếp, tác giả đã chọn vị trí bên ngoài để theo dõi sự gia tăng nhiệt độ Hình 2.26 và Hình 2.27 cho thấy rằng bệ máy phay đứng có thiết kế phức tạp, gây khó khăn trong việc lắp đặt thiết bị đo Bệ lắp ráp sau này sẽ được sử dụng để gắn cụm trục chính máy phay đứng lên khung, đồng thời giữ lại bệ 1, 2 và 3 Tác giả đã chọn bệ 1 làm cơ sở cho việc bố trí cảm biến Để đạt được kết quả tương đồng, việc khảo sát và đo đạc cần được thực hiện một cách chính xác.

Here is a rewritten paragraph that complies with SEO rules:Để bố trí các cảm biến nhiệt độ sao cho các điểm tiếp xúc của cảm biến nằm trên một đường thẳng song song với đường trục của bi, chính là xác định các vị trí trên hình 2.28 được đánh dấu X Trước tiên, cần xác định phạm vi đo nhiệt độ và để xác định được phạm vi nhiệt độ cần đo dự vào các yếu tố sau.

Từ phân tích ở phần 2.1, hình 2.8 cho thấy nhiệt độ ngoài của ổ bi cần được đo trong khoảng từ 25-45 độ C Do đó, để đáp ứng yêu cầu này, cần thiết phải sử dụng thiết bị đo nhiệt độ có dải nhiệt độ từ dưới 25 độ C đến trên 45 độ C.

- Dầu bôi trơn sử d ng cho h th ng là d u Tonna 68 mà ph m vi hoụ ệ ố ầ ạ ạt động c a ủ d u Tonna 68 là -24ầ o C - 225 o C

- Phạm vi hoạt động của bi 7010A t 0 -120ổ ừ o C

 Nhiệt độ hoạt động tối đa tại khu v c bi ch có th lên t i 120ự ổ ỉ ể ớ o C => Đầu đo nhiệt độ ầ c n có phạm vi hoạt động t ừ dưới 0 tới trên 120 o C

- Ngoài ph m vi nhiạ ệt độ thì đầu đo nhiệt độ ầ c n s nh gự ỏ ọn để ễ ắp đặ d l t và vi c x lý tín hiệ ử ệu khi đo cũng phả ễi d dàng

Đầu đo nhiệt độ DS18B20 được lựa chọn làm thiết bị đo nhiệt cho mô hình này, với bốn đầu đo nhiệt độ được bố trí tại bốn vị trí xung quanh ổ bi của trụ chính máy phay đứng.

Hnh 2.29 M t c t d c c m tr c chính máy phay ng th hi n v trí lặ ắ ọ ụ ụ đứ ể ệ ị ắp đầu đo nhiệt độ

DS18B20 là IC c m bi n nhiả ế ệt độ, ch bao g m 3 chân, ỉ ồ

Hnh 2.30 C m bi n DS18B20 d ng chân c m ả ế ạ ắ

Hnh 2.31 C m bi n DS18B20 d ng dây ả ế ạ

Hnh 2.32 Sơ đồ chân c m bi n DS18B20 ả ế Đặc tính k thu t DS18B20 ỹ ậ

- L y nhiấ ệt độ theo giao th c 1 dây ứ

- Cung c p nhiấ ệt độ ới độ v phân gi i config 9,10,11,12 bit, tùy theo s d ng ả ử ụ Trong trường h p không config thì nó t ng ch 12 bit ợ ự độ ở ế độ

- Có th ể đo nhiệt độ trong kho ng -55 -> +125°C ả

- V i kho ng nhiớ ả ệt độ là -10°C to +85°C thì độ chính xác ±0.5°C,±0.25°C, ±0.125°C,±0.0625°C, tùy theo s bít config ố

- Có chức năng cảnh báo nhi t khi nhiệ ệt độ vượt ngưỡng cho phép

Here is the rewritten paragraph:DS18B20 sở hữu mã nhận diện lên đến 64-bit, cho phép kiểm tra nhiệt độ của nhiều IC DS18B20 chỉ bằng một dây duy nhất, giúp giao tiếp với các IC này một cách hiệu quả.

- Dòng tiêu th t i ch ngh r t nh ụ ạ ế độ ỉ ấ ỏ

Hnh 2.33 Sơ đồ kh i bên trong c m bi n DS18B20 ố ả ế

Hnh 2.34 Sơ đồ ế ố k t n i giữa vi điều khi n và DS18B20 ể

Ứ ng d ng arduino trong x lý tín hi u 40 ụ ử ệ

Here is the rewritten paragraph:Arduino là một board mạch vi xử lý được sử dụng để lập trình tương tác với các thiết bị ngoại vi như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác Đặc điểm nổi bật của Arduino là ổ môi trường phát triển dễ dàng, với ngôn ngữ lập trình có thể học cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về lập trình Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rẻ và tính ứng dụng rộng rãi của nó Chỉ với khoảng $30, người dùng đã có thể sở hữu một board Arduino có 20 ngõ I/O có thể tương tác và điều khiển thiết bị ngoại vi.

Trong đề tài này, mạch Arduino Uno R3 được s dử ụng để ử x lý tín hi u v i các ệ ớ thông s k thu t sau: ố ỹ ậ

- Vi điều khi n: ATmega328 h 8bit ể ọ

-Điện áp đầu vào khuyên dùng : 7V - 12V DC

-Điện áp vào gi i h n : 6-20V DC ớ ạ

- S chân Digital I/O : 14 (6 chân phát xung PWM) ố

- B nh flash 32 KB (ATmega328) v i 0.5KB dùng b i bootloader ộ ớ ớ ở

Màn hình LCD

Hnh 2.36 LCD 20x4 th c t và chân k t n i ự ế ế ố

Bảng 2.7 Chân kết nối màn hình LCD

Màn hình LCD 20x4 được điều khiển bởi chip HD44780, là loại màn hình tinh thể lỏng nhỏ gọn, chuyên dùng để hiển thị các ký tự trong bảng mã ASCII Màn hình này thường được chia thành các ô riêng biệt, mỗi ô có khả năng hiển thị một ký tự bất kỳ.

C u t o c a 1 ô gấ ạ ủ ồm 5x8 dot Điều khi n " n", "hi n" các dot này s t o ra 1 ký t ể ẩ ệ ẽ ạ ự

42 mong mu n ố Đặc tính k thu t ỹ ậ

- nh d ng ký t : 5 x 8 Dots Đị ạ ự

- nh d ng hi n th : 20 x 4 (4 hàng và 20 ký t trên 1 hàng) Đị ạ ể ị ự

- Ch giao ti p: Song song, 8-Bit ế độ ế

-Kích thước: 97,00mm x 60,00mm x 14,00mm

Hnh 2.37 Trình t giao ti p v i LCD ự ế ớ

Module giao ti p I2C ế được thi t k riêng cho LCD nh m giúp LCD giao ti p v i ế ế ằ ế ớ vi x lý d dàng, nên vi c k t nử ễ ệ ế ối cũng hế ức đơn giảt s n

Hnh 2.38 LCD sau khi hàn module I2C

Xây dựng chương trình xử lý tín hi u t c m bi n và hi n th trên LCD và màn ệ ừ ả ế ể ị hình máy tính

Sơ đồ khối chương trình xử lý tín hi u t c m bi n và hi n th lên LCD máy ệ ừ ả ế ể ị tính

Hnh 2.39 Sơ đồ nguyên lý

- C m biả ến DS18B20: đo nhiệt độ trên bi c m tr c chính ổ ụ ụ máy phay đứng và g i giá tr ử ị đo được cho Arduino

- Giao di n HMI: thu th p tín hi u t c m bi n nhi t v th v i th i gian ệ ậ ệ ừ ả ế ệ ẽ đồ ị ớ ờ thực và lưu dữ ệ li u vào excel

- Arduino nano: M ch x lý trung tâm, x lý tín hi u t ạ ử ử ệ ừ ds18b20 đồng th i ờ hi n th d li u lên lcd và máy tính ể ị ự ệ

- Hi n th giá tr nhiể ị ị ệt và lượng đo được

Bảng 2.8 Các chân đấu nối Arduino - LCD - DS18B20

Arduino v i LCD (thông qua modul giao ti p I2C) ớ ế

LCD pin (I2C) VCC GND SDA SCL

DS18B20 pin VCC GND DQ

Sơ đồ điệ n và t u khi n 44 ủ điề ể

Hnh 2.40 Sơ đồ điện c a h th ng ủ ệ ố

Sau khi chọn lựa thiết bị đo lường và biện pháp xử lý để chuyển đổi tín hiệu, hệ thống ống điện và đo lường sẽ được kết nối mô phỏng theo sơ đồ đã cung cấp.

2.3.6 Giao di n thu th p d li u c m bi n b ng Visual Studio 2010ệ ậ ữ ệ ả ế ằ

Visual Studio 2010 Ultimate là công cụ phát triển mạnh mẽ, cho phép lập trình viên quản lý và phát triển phần mềm cho doanh nghiệp Nó hỗ trợ xây dựng các ứng dụng cho máy tính để bàn và các dịch vụ web, giúp tối ưu hóa quy trình phát triển phần mềm.

Trong nghiên cứu này, Visual Studio 2010 Ultimate được sử dụng để hiển thị và thu thập kết quả nhiệt độ thông qua bốn cảm biến nhiệt độ bên trong cụm chính của máy phay đứng.

Hnh 2.41 Giao di n thu th p d li u c a h th ng th c nghi m ệ ậ ữ ệ ủ ệ ố ự ệ

Thi t k k t cế ế ế ấu cơ khí của h th ng ệ ố

Chế độ làm việc của máy bao gồm chế độ bôi trơn, làm mát và an toàn khi vận hành Một máy móc mới cần được thiết kế và kiểm tra theo các quy định rõ ràng về chế độ làm việc trước khi đưa vào sản xuất Cơ sở tính toán động lực học của máy cắt kim loại phụ thuộc vào chất lượng gia công Hiện nay, có nhiều phương pháp xác định chất lượng gia công, bao gồm chế độ làm việc cụ thể.

- Ch c t gế độ ắ ọt để ử th máy

- Ch c t g t cế độ ắ ọ ực đại

Hnh 2.42 Ch cế độ ắt được xác định b i hãng Sandvik Coromant ở

Bảng 2.9 Thông số chế độ cắt

Tiêu chu n qu c gia ẩ ố JIS Nh t b n ậ ả

V t li u phôi ậ ệ S45C Thép C45 Độ ứ c ng 220 HB

Lượ ng c t phôi trên m i ắ ỗ lưỡ ắ i c t: f z 0,1 mm Đườ ng kính dao: D c 12 mm

2.4.2 Tính ch n tr c chính và nguọ ụ ồn động l c ự

Thông số cắt được chọn và tính toán dựa theo công thức tính công suất cắt và mô-men cắt đã được đề cập trong cuốn "Sổ tay công nghệ chế tạo máy; trang 27, 28" Qua đó, đã rút ra các thông số yêu cầu đầu đối với nguồn động lực và trục chính.

Bảng 2.10 Thông số yêu cầu đối với nguồn động lực và trục chính

Tốc độ ụ tr c chính n (vòng/phút) 8400 Công su t c t ấ ắ Pc (kW) 0,63 Momen c t ắ M c (Nm) 0,6

T b ng thông s yêu cừ ả ố ầu, đối tượng nghiên cứu được xác định như sau:

Bảng 2.11 Thông số trục chính nghiên cứu

Mã Hãng Hình nh ả Thông s ố

Ch ế độ bôi trơn: ỗh n h p ợ khí-d u ầ

Tốc độ ối đa t yêu c u: 8400 ầ ≥ vòng/phút

Cơ cấu thay dao Khí nén

Công suất động cơ được xác định theo công th c[12]: ứ

NP– công su t tiêu hao theo hi u su t và do nh ng nguyên nhân ng u ấ ệ ấ ữ ẫ nhiên ảnh hưởng t i s làm vi c c a máy ớ ự ệ ủ

Thường NC chi n 70÷80% Nế đc, cho nên có th tính gể ần đúng công suất động cơ điện theo công su t c t ấ ắ

T công su t c t cừ ấ ắ ủa động cơ, chọn động cơ có thông số như sau:

Bảng 2.12 Thông số nguồn động lực tượĐối ng Mã Hãng s n xu t ả ấ Công su t ấ (kW)

Tốc độ (vòng/phút) Momen m máy ở (N.m)

Hình nh ả Động servo cơ

2.4.3 Sơ đồ độ ng và k t cế ấu cơ khí

Theo Catalog c a hãng FANUC cung c p [12], ta có: ủ ấ

Hnh 2.43 Đường đặc tính động cơ

Tốc độ tối đa của động cơ được xác định qua đường đặc tính động cơ, đạt 8000 vòng/phút Tốc độ này là yếu tố quan trọng trong việc xác định hiệu suất hoạt động của máy phay đứng.

8400 vòng/phút Do đó cần b trí thêm b truyố ộ ền để đạt đượ ốc độc t yêu c u ầ Phương án bố trí:

- Thêm tr c trung gian phân ph i t s truy n t ụ ố ỷ ố ề ừ động cơ sang trục chính để đạt đượ ốc độc t yêu c u ầ

- S d ng b truyử ụ ộ ền pulley đai răng với các ưu điểm:

+ Không có hiện tượng trượt giữa đai và bánh đai.

+ L c tác d ng lên tr c và nh ự ụ ụ ổ ỏ

Theo kết cấu của cặp trục chính máy phay đứng và động cơ, cả hai đều nằm thẳng đứng Tốc độ trục chính cần nghiên cứu đạt 8400 vòng/phút, và thực tế cho thấy tốc độ tối đa có thể đạt được là trên 8400 vòng/phút, điều này là đủ Tuy nhiên, để nghiên cứu tốc độ cao hơn, tác giả sẽ xem xét tỉ số truyền từ nguồn động lực sang trục trung gian và từ trục trung gian sang trục chính, với tỉ số lần lượt là 1:2 và 1:2.

Tình yêu cừu đầu và phương án bố trí cho phần khung hệ thống và cảm gia tải, ẩn chứa các ký hiệu tiêu chuẩn ẩn trong sơ đồ động theo TCVN 15, tác giả đã tiến hành thiết kế sơ đồ động cơ khí một cách chi tiết.

Hnh 2.44 Sơ đồ độ ng k t cế ấu cơ khí

Để lựa chọn phần thiết kế cơ khí cho hệ thống ống, trước tiên cần xây dựng một quy trình lựa chọn thiết bị phù hợp Quy trình này bao gồm các bước xác định yêu cầu kỹ thuật, đánh giá các tùy chọn thiết bị, và kiểm tra tính khả thi của từng lựa chọn Việc thực hiện quy trình này giúp đảm bảo rằng thiết bị được chọn sẽ đáp ứng đầy đủ các tiêu chí về hiệu suất và độ bền cho hệ thống ống.

Bước 1: Xác định chức năng của các thành ph n h thầ ệ ống cơ khí (trục truy n ề d n v i t s truy n bao nhiêu, l c c t c n t o) ẫ ớ ỉ ố ề ự ắ ầ ạ

Bước 2: Xác định ph m vi s d ng c a h th ng ạ ử ụ ủ ệ ố

Bước 3: Xác định thông s và yêu c u k thu t cho các thành ph n h th ng ố ầ ỹ ậ ầ ệ ố

Bước 4: Lựa chọn thiết bị phù hợp với các thông số đã đưa ra Các thiết bị tiêu chuẩn sẽ được chọn theo catalog của hãng, trong khi các thiết bị phi tiêu chuẩn sẽ được chế tạo và gia công riêng.

Bước 5: Ki m th l i các thi t b ể ử ạ ế ị có đáp ứng được nhu c u s d ng không ầ ử ụ

Quy trình này sẽ được sơ đồ hóa thành một biểu đồ như trong Hình 2.44 Biểu đồ này được trích từ sơ đồ tích hợp hệ thống của mô hình thực nghiệm được thực hiện trong phần này.

Hnh 2.45 Sơ đồ ể ệ th hi n chức năng và yêu cầu k thu t c a h th nỹ ậ ủ ệ ố g đo lường và điều khi n ể

2.4.5 Tính ch n các ph n t ọ ầ ử cơ khí hệ th ng ố

Khi động cơ hoạt động ổn định, công suất của động cơ trên trục đạt 1.1 kW và tốc độ động cơ lúc này là khoảng 8000 vòng/phút.

Các bước tính toán sau đây được tham kh o theo cu n Tính toán thi t k h d n ả ố “ ế ế ệ ẫ động cơ khí, Trịnh Chất và Lê Văn Uyển, 2006” a, Phân ph i t s truy n ố ỷ ố ề

- T s truy n t ỷ ố ề ừ động cơ sang trục trung gian: u 1 = 1/2

- T s truy n t tr c trung gian sang tr c chính: uỷ ố ề ừ ụ ụ 2 = 1/2

- T s truy n t tr c chính sang tr c gia t i: uỷ ố ề ừ ụ ụ ả 3=1

T s truy n kh o sát c a h th ng: ỷ ố ề ả ủ ệ ố

- V n t c trên trậ ố ục động cơ: vđc = 8000 (vòng/phút)

- V n t c c m tr c chính ậ ố ụ ụ máy phay đứng khi động cơ quay v i tớ ốc độ 8000 (vòng/ph) ntc=nđc/uc00.4 2000 (vòng/ph) PT 2.33

- V n t c tậ ố ối đa trên tr c trung gian: ụ vtg =   

 = 16000 (vòng/phút) PT 2.34 b,Công suất trên các tr c ụ

- Công suất trên động cơ: P dc = 1,1 (kW)

- Công suất trên tr c trung gian: ụ

- Công suất trên tr c chính: ụ

               󰇛  󰇜 PT 2.36 c, Tính mô men xo n trên ắ các c trụ

- Moment xo n trên trắ ục động cơ:

- Moment xo n trên tr c trung gian: ắ ụ

- Moment xo n trên tr c chính: ắ ụ

- Thông số trên các tr c : ụ

Bảng 2.13 Thông số trên các trục Thông s ố

V n t c ậ ố (vòng/phút) Công su(kW) ấ t Momen xoắn

Trục chính 32000 0,98 292.5 d,Tính chọn bộ truy n ề puli đai răng

Khi tính toán b pulley và li đai răng, việc kết hợp giữa tính toán sơ bộ và sử dụng công cụ tính toán trực tuyến của các nhà cung cấp như SKF và Misumi giúp đơn giản hóa và nâng cao hiệu quả trong quá trình lựa chọn Công cụ tính toán online của hãng Misumi được lựa chọn để xác định puli và đai phù hợp.

Dựa vào yêu cầu về công suất trục và tự động điều chỉnh độ quay, chúng ta chọn trong catalog của hãng Misumi loại Puly đai răng Loại Puly này có các thông số phù hợp, được sử dụng chung cho các cơ cấu truyền động từ động cơ sang trục trung gian và từ trục trung gian sang cơ cấu chính của máy phay đứng.

Sau quá trình l a ch n, ự ọ chọn được đai loại HTBN625S5M-250, puli l n loớ ại

HPTA60S5M250-A-C12, Puli nh lo i HPTA30S5M250-A-C10 ỏ ạ

S d ng catalog cử ụ ủa hãng Misumi tra đươc thông số ủa đai và puli: c

Hnh 2.46 Biên dạng răng của puli

Ki u ể Bước Ra Lr H h i PLD Khối lượng t nh ị g/m (r ng 10mm) ộ

Bảng 2.14 Thông số đai HTBN62S5M-250

47.75 46.79 33 52 36 Bảng 2.15 Thông số Pu-li HPTA60S5M250

95.49 94.53 75 99 80 e, Tính ch n và ki m nghi m tr c ọ ể ệ ụ

Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 có σC [ b] = 600MPa, ứng suất cho phép

Tính ch n tr c trung gian: ọ ụ

-Sơ đồ phân ph i l c chung: ố ự

Hnh 2.48 Sơ đồ đặ ự t l c trung gian

Qua quá trình tính toán ki m nghi m b n tr c và l a chể ệ ề ụ ự ọn đường kính ta được tr c trung gian c a mô hình có các thông s ụ ủ ố như sau:

Bảng 2.16 Đường kính và độ dài các đoạc trục

Ti t di n ế ệ Đường kính tr c ụ

(mm) Chiều dài các đoạn tr c ụ

Hnh 2.50 Sơ đồ tính toán ch n bi ọ ổ

H th ng có ệ ố sơ đồ ắ ổ l p bi cho các trục như trên Hình 2.51 Ổ bi đỡ ch n: ặ

Hnh 2.52 Ch n ọ ổ bi đỡ ch n cho tr c trung gian ặ ụ

Hnh 2.53 Ch n b cho tr c trung gian ọ ổ ị đỡ ụ

Sau khi tính toán, l a chự ọn đượ ấ ảc t t c các thi t b , ti n hành thi t k các chi ti t ế ị ế ế ế ế phi tiêu chuẩn sau đó kế ợ ại đượt h p l c b n v l p toàn h thả ẽ ắ ệ ống như sau:

Tính ch n tr c chính và ngu ọ ụ ồn độ ng l c 46 ự

Thông số cừ ả ố ắt được chọn và tính toán dựa theo công thức tính công suất cắt, momen cắt được đề cập trong cuốn "Sổ tay công nghệ chế tạo máy; trang 27,28" Các thông số yêu cầu đầu vào đối với nguồn động lực và trục chính đã được rút ra từ nghiên cứu này.

Bảng 2.10 Thông số yêu cầu đối với nguồn động lực và trục chính

Tốc độ ụ tr c chính n (vòng/phút) 8400 Công su t c t ấ ắ Pc (kW) 0,63 Momen c t ắ M c (Nm) 0,6

T b ng thông s yêu cừ ả ố ầu, đối tượng nghiên cứu được xác định như sau:

Bảng 2.11 Thông số trục chính nghiên cứu

Mã Hãng Hình nh ả Thông s ố

Ch ế độ bôi trơn: ỗh n h p ợ khí-d u ầ

Tốc độ ối đa t yêu c u: 8400 ầ ≥ vòng/phút

Cơ cấu thay dao Khí nén

Công suất động cơ được xác định theo công th c[12]: ứ

NP– công su t tiêu hao theo hi u su t và do nh ng nguyên nhân ng u ấ ệ ấ ữ ẫ nhiên ảnh hưởng t i s làm vi c c a máy ớ ự ệ ủ

Thường NC chi n 70÷80% Nế đc, cho nên có th tính gể ần đúng công suất động cơ điện theo công su t c t ấ ắ

T công su t c t cừ ấ ắ ủa động cơ, chọn động cơ có thông số như sau:

Bảng 2.12 Thông số nguồn động lực tượĐối ng Mã Hãng s n xu t ả ấ Công su t ấ (kW)

Tốc độ (vòng/phút) Momen m máy ở (N.m)

Hình nh ả Động servo cơ

Sơ đồ độ ng và k t c ế ấu cơ khí

Theo Catalog c a hãng FANUC cung c p [12], ta có: ủ ấ

Hnh 2.43 Đường đặc tính động cơ

Tốc độ tối đa của động cơ được xác định qua đường đặc tính động cơ, với giá trị là 8000 vòng/phút Tốc độ này đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh hiệu suất của máy phay đứng, đặc biệt là khi nghiên cứu theo bảng 3.2.

8400 vòng/phút Do đó cần b trí thêm b truyố ộ ền để đạt đượ ốc độc t yêu c u ầ Phương án bố trí:

- Thêm tr c trung gian phân ph i t s truy n t ụ ố ỷ ố ề ừ động cơ sang trục chính để đạt đượ ốc độc t yêu c u ầ

- S d ng b truyử ụ ộ ền pulley đai răng với các ưu điểm:

+ Không có hiện tượng trượt giữa đai và bánh đai.

+ L c tác d ng lên tr c và nh ự ụ ụ ổ ỏ

Theo kết cấu của các cụm trục chính máy phay đứng và động cơ, cả trục chính máy phay đứng và động cơ đều nằm thẳng đứng Tốc độ trục chính cần nghiên cứu là 8400 vòng/phút, vì vậy thực tế tốc độ tối đa trên 8400 vòng/phút là đủ Tuy nhiên, để có thể nghiên cứu ở tốc độ cao hơn, tác giả sẽ chọn tỉ số truyền từ nguồn động lực sang trục trung gian và từ trục trung gian sang trục chính lần lượt là 1:2 và 1:2.

Tình hình yêu cầu và phương án bố trí cho phần khung hệ thống và cảm gia tải, ẩn chứa các ký hiệu tiêu chuẩn ẩn trong sơ đồ động theo TCVN 15, tác giả đã tiến hành thiết kế sơ đồ động cơ khí một cách chi tiết và hợp lý.

Hnh 2.44 Sơ đồ độ ng k t cế ấu cơ khí

Quy trình l a ch n ph n t k t c ự ọ ầ ử ế ấu cơ khí hệ ố th ng

Để lựa chọn thiết bị phù hợp cho hệ thống ống, trước tiên cần xây dựng một quy trình rõ ràng Quy trình này bao gồm các bước xác định yêu cầu kỹ thuật, đánh giá các tùy chọn thiết bị, và kiểm tra tính tương thích với hệ thống hiện tại Việc thực hiện đúng quy trình sẽ giúp đảm bảo hiệu suất tối ưu cho hệ thống ống.

Bước 1: Xác định chức năng của các thành ph n h thầ ệ ống cơ khí (trục truy n ề d n v i t s truy n bao nhiêu, l c c t c n t o) ẫ ớ ỉ ố ề ự ắ ầ ạ

Bước 2: Xác định ph m vi s d ng c a h th ng ạ ử ụ ủ ệ ố

Bước 3: Xác định thông s và yêu c u k thu t cho các thành ph n h th ng ố ầ ỹ ậ ầ ệ ố

Bước 4: Lựa chọn thiết bị phù hợp với các thông số đã đưa ra Các thiết bị tiêu chuẩn sẽ được chọn theo catalog của hãng, trong khi các thiết bị phi tiêu chuẩn sẽ được chế tạo và gia công riêng.

Bước 5: Ki m th l i các thi t b ể ử ạ ế ị có đáp ứng được nhu c u s d ng không ầ ử ụ

Quy trình này sẽ được sơ đồ hóa thành một biểu đồ cụ thể, như thể hiện trong Hình 2.44 Biểu đồ này được trích từ sơ đồ tích hợp hệ thống của mô hình thực nghiệm được thực hiện trong phần trước.

Hnh 2.45 Sơ đồ ể ệ th hi n chức năng và yêu cầu k thu t c a h th nỹ ậ ủ ệ ố g đo lường và điều khi n ể

Tính ch n các ph n t ọ ầ ử cơ khí hệ ố th ng

Khi động cơ hoạt động ổn định, công suất của động cơ trên trục đạt 1.1 kW và tốc độ quay của động cơ là 8000 vòng/phút.

Các bước tính toán sau đây được tham kh o theo cu n Tính toán thi t k h d n ả ố “ ế ế ệ ẫ động cơ khí, Trịnh Chất và Lê Văn Uyển, 2006” a, Phân ph i t s truy n ố ỷ ố ề

- T s truy n t ỷ ố ề ừ động cơ sang trục trung gian: u 1 = 1/2

- T s truy n t tr c trung gian sang tr c chính: uỷ ố ề ừ ụ ụ 2 = 1/2

- T s truy n t tr c chính sang tr c gia t i: uỷ ố ề ừ ụ ụ ả 3=1

T s truy n kh o sát c a h th ng: ỷ ố ề ả ủ ệ ố

- V n t c trên trậ ố ục động cơ: vđc = 8000 (vòng/phút)

- V n t c c m tr c chính ậ ố ụ ụ máy phay đứng khi động cơ quay v i tớ ốc độ 8000 (vòng/ph) ntc=nđc/uc00.4 2000 (vòng/ph) PT 2.33

- V n t c tậ ố ối đa trên tr c trung gian: ụ vtg =   

 = 16000 (vòng/phút) PT 2.34 b,Công suất trên các tr c ụ

- Công suất trên động cơ: P dc = 1,1 (kW)

- Công suất trên tr c trung gian: ụ

- Công suất trên tr c chính: ụ

               󰇛  󰇜 PT 2.36 c, Tính mô men xo n trên ắ các c trụ

- Moment xo n trên trắ ục động cơ:

- Moment xo n trên tr c trung gian: ắ ụ

- Moment xo n trên tr c chính: ắ ụ

- Thông số trên các tr c : ụ

Bảng 2.13 Thông số trên các trục Thông s ố

V n t c ậ ố (vòng/phút) Công su(kW) ấ t Momen xoắn

Trục chính 32000 0,98 292.5 d,Tính chọn bộ truy n ề puli đai răng

Khi tính toán bành răng cho puli, việc kết hợp giữa tính toán sơ bộ và sử dụng công cụ tính toán trực tuyến của các nhà cung cấp như SKF và Misumi giúp đơn giản hóa và nâng cao hiệu quả trong quá trình chọn lựa Công cụ tính toán online của Misumi được lựa chọn để xác định puli và đai phù hợp.

Dựa vào yêu cầu về công suất trục và tự ầm ề ấ ụ ốc độ quay, ta chọn trong catalog của hãng Misumi loại Puly đai răng với các thông số phù hợp Loại P

Sau quá trình l a ch n, ự ọ chọn được đai loại HTBN625S5M-250, puli l n loớ ại

HPTA60S5M250-A-C12, Puli nh lo i HPTA30S5M250-A-C10 ỏ ạ

S d ng catalog cử ụ ủa hãng Misumi tra đươc thông số ủa đai và puli: c

Hnh 2.46 Biên dạng răng của puli

Ki u ể Bước Ra Lr H h i PLD Khối lượng t nh ị g/m (r ng 10mm) ộ

Bảng 2.14 Thông số đai HTBN62S5M-250

47.75 46.79 33 52 36 Bảng 2.15 Thông số Pu-li HPTA60S5M250

95.49 94.53 75 99 80 e, Tính ch n và ki m nghi m tr c ọ ể ệ ụ

Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 có σC [ b] = 600MPa, ứng suất cho phép

Tính ch n tr c trung gian: ọ ụ

-Sơ đồ phân ph i l c chung: ố ự

Hnh 2.48 Sơ đồ đặ ự t l c trung gian

Qua quá trình tính toán ki m nghi m b n tr c và l a chể ệ ề ụ ự ọn đường kính ta được tr c trung gian c a mô hình có các thông s ụ ủ ố như sau:

Bảng 2.16 Đường kính và độ dài các đoạc trục

Ti t di n ế ệ Đường kính tr c ụ

(mm) Chiều dài các đoạn tr c ụ

Hnh 2.50 Sơ đồ tính toán ch n bi ọ ổ

H th ng có ệ ố sơ đồ ắ ổ l p bi cho các trục như trên Hình 2.51 Ổ bi đỡ ch n: ặ

Hnh 2.52 Ch n ọ ổ bi đỡ ch n cho tr c trung gian ặ ụ

Hnh 2.53 Ch n b cho tr c trung gian ọ ổ ị đỡ ụ

B n v l p toàn h th ng 55 ả ẽ ắ ệ ố

Sau khi tính toán, l a chự ọn đượ ấ ảc t t c các thi t b , ti n hành thi t k các chi ti t ế ị ế ế ế ế phi tiêu chuẩn sau đó kế ợ ại đượt h p l c b n v l p toàn h thả ẽ ắ ệ ống như sau:

Chương 2 trình bày quá trình tính toán thiết kế hệ thống thực nghiệm bôi trơn ổ trục chính của máy phay đứng quay cao tốc Quá trình này sẽ được thực hiện đồng thời, mặc dù có thể phân tách thành các quá trình nhỏ riêng biệt.

Hệ thống bôi trơn và làm mát sử dụng phương pháp bôi trơn khí dầu, với lượng dầu tiêu thụ khoảng 120-180 mm³/h Đồng thời, khí nén được sử dụng dưới áp suất 5 atm với lưu lượng 25 lít/phút để đưa dầu vào trong, vừa đảm bảo bôi trơn hiệu quả vừa thực hiện chức năng làm mát.

Here is a rewritten paragraph that complies with SEO rules:"Để đáp ứng các yêu cầu về giải nhiệt độ hoạt động biên, giải nhiệt độ và nhiệt độ mô phỏng được, chúng ta lựa chọn đầu đo phù hợp cho mô hình DS18B20 Loại thiết bị đo này được xây dựng phần mềm để đọc, giao tiếp, chuyển đổi từ tín hiệu sang số liệu và lưu lại, giúp hệ thống đo lường và điều khiển đạt hiệu suất cao."

Thiết kế hệ thống cơ khí cho động cơ có công suất 1.1kW yêu cầu tính toán để đạt được tốc độ 84000 vòng/phút Để đáp ứng yêu cầu này, cần lựa chọn các bộ truyền phù hợp Cuối cùng, thiết kế phần khung cho hệ thống ống nhằm phục vụ quá trình gia công kim loại là bước quan trọng.

Sau khi thi t k , các chi tiế ế ết được đưa vào gia công và l p ráp ắ Hình 3.1 là k t qu ế ả c a mô hình sau khi l p ráp hoàn thi n ủ ắ ệ

Hnh 3.1 Mô hình th c th c nghi m sau khi l p ráp hoàn thi n ự ự ệ ắ ệ

Mô hình được chia thành 3 cấu phần chính bao gồm: Cấu trúc mô hình và bộ truyền động, cấu phần tủ điện bao gồm phồ phần điều khiển và đo lường được tích hợp vào trong tủ để đảm bảo an toàn và dễ dàng di chuyển Ngoài ra, hệ thống bôi trơn làm mát được gắn lên tủ ấm, giúp thuận tiện trong việc thay dầu.

Trình tự lắp ráp sẽđược thể hiện trong bản vẽ quy trình lắp ráp đính kèm trong phụ l c ụ

L p ráp k t c ắ ế ấu cơ khí

Sau khi tiến hành gia công, chúng tôi chú trọng đến các chi tiết phi tiêu chuẩn trong kết cấu cơ khí, đảm bảo chuẩn bị đầy đủ các chi tiết phi tiêu chuẩn được cung cấp bởi các nhà phân phối uy tín như Misumi, SKF Kết cấu cơ khí của hệ thống ống được lắp ráp, kiểm tra và tiến hành sơn phủ.

Trình tự lắp ráp bao gồm các bước từ việc tự ắ ấm đế, thành bên t, cho đến ấm ngăn và các chi tiết đỡ động cơ Các mặt bích lắp ổ bi và trục trung gian cũng cần được lắp ráp cẩn thận, bao gồm ray dẫn, block ụ và ắ ụ ả ồ ẫ trượt Cuối cùng, quá trình lắp ráp hoàn thiện với việc sử dụng vít, me và đai ốc để đảm bảo tính ổn định và hiệu suất của hệ thống.

Hnh 3.2 K t c u khung sau khi lế ấ ắp ráp và sơn phủ

L p ráp h th ng c p khí d u 58 ắ ệ ố ấ ầ

Các thi t b ế ị bôi trơn đượ ắc l p ráp trên m t t m gá ộ ấ

Trình tự lắp ráp bao gồm các bước sau: cố định bơm dầu, sau đó lắp đặt van hòa trộn khí dầu, tiếp theo là cố định van lốc khí Tiếp tục nối bơm dầu với van hòa trộn thông qua ống đồng có đường kính 6 Cuối cùng, kết nối van lốc khí với van hòa trộn trên băng ng khí nén 4.

Hnh 3.3 H th ng cung c p khí d u sau khi l p ráp ệ ố ấ ầ ắ

L p ráp h th ắ ệ ống điện và điề u khi n 58 ể

Trình t lắp ráp thiết bị bao gồm việc gắn các bộ phận như biên tần, aptomat và nhánh, cùng với nguồn thức cấp và mạch điều khiển lên tấm gá Sau đó, tiến hành kết nối dây điện giữa các thiết bị và nguồn với nhau Màn hình hiển thị và nút điều khiển được lắp đặt trên bề mặt để thuận tiện cho việc sử dụng.

Hnh 3.4 T ủ điện sau khi l p ráp ắ

Quy trình v n hành h thậ ệ ống bôi trơn cao tố ổc tr c chính máy phay ụ đứng

Các hệ thống có trục chính hoạt động với tốc độ quay lớn và sử dụng nguồn điện ba pha cần tuân thủ các nguyên tắc vận hành cụ thể Việc đảm bảo an toàn và hiệu suất tối ưu trong quá trình hoạt động là rất quan trọng.

- Ki m tra các c trên ph n v ch n c a h th ng ể ố ầ ỏ ắ ủ ệ ố trước khi v n hành ậ

- Ki m tra các h thể ệ ống dây điện trước khi v n hành ậ

- Trong quá trình vận hành không được ti n quá g n và thò tay vào khu v c ế ầ ự tr c chính hoụ ạt động

- Y u cề ầu ăn mặc qu n áo g n gang và s dầ ọ ử ụng găng tay bảo v ệ

B timer trong t n có chộ ủ điệ ức năng hẹn gi t t và bờ ắ ật bơm dầu Bơm dầu được cài đặt trong 40(s) và t t ắ bơm trong 90(s) theo chu kì

Bi n t n trong t ế ầ ủ điện được dùng để cài đặ ầt t n s ố cho động cơ và cấp ngu n cho ồ động cơ.

3 Aptomat cho b u khi n ộ điề ể và bơm dầu

“mode” đến khi th y màn ấ hình hi n th t n s nh p nháy ể ị ầ ố ấ thì ấn nút mũi tên lên (hoặc xuống) để ch nh t n s n ỉ ầ ố đế t n s mong mu n, n nút ầ ố ố ấ

“set” để cài đặ ầt t n s ố khi đó giá tr t n s s nh p nháy ị ầ ố ẽ ấ trên màn hình

Công th c tính tứ ốc độ ủa động cơ: c

Hnh 3.6 Bảng điều khi n trên bi n t n ể ế ầHnh 3.5 C u t o bên trong c a t ấ ạ ủ ủ điện

Hnh 3.7 Quy trình v n hành h ậ ệ thông bôi trơn cao tố ổ ục tr c chính máy phay đứng

Hình 3.7 th hi n quy trình v n hành h th ng th c nghiể ệ ậ ệ ố ự ệm, quy trình này được chia thành các bước như sau:

Bật máy nén khí là bước quan trọng nhất trong quá trình hoạt động của hệ thống Nếu không có khí làm mát, quá trình thí nghiệm sẽ không thể diễn ra hiệu quả.

Bước 2: C p ngu n cho t n, b t aptomat t ng trong t n, nh m m khóa ấ ồ ủ điệ ậ ổ ủ điệ ằ ở cho điện đầu vào, b t aptomat cậ ấp điện cho timer, động cơ và biế ần t n

Bước 4: Thiết đặ ầt t n s cho bi n t n ố ế ầ

Bước 5: K t n i h thế ố ệ ống đo nhiệt độ ớ v i máy tính và kh i ng ph n m m thu ở độ ầ ề th p d liậ ữ ệu trên máy tính đã kế ốt n i

Bước 6: Khởi động động cơ bằng nút b m trên thân t u khi n ấ ủ điề ể

Bước 7: Ghi l i d li u b ng cách bạ ữ ệ ằ ấm vào nút “record” trên giao diện ph n m m ầ ề

Bước 8: Ngừng chờ đợi và quan sát đồ thị, chú ý theo dõi mô hình tại khi đồ thị thể hiện sự ổn định, đặc biệt là khi nhiệt độ không tăng lên nữa.

Bước 9: Lưu lạ ếi k t qu r i t t ph n mả ồ ắ ầ ềm sau đó tắt động cơ bằng công t c trên ắ thân t n ủ điệ

Bước 10: Ng t toàn b nguắ ộ ồn điện, khí sau khi th c hành làm thí nghi m ự ệ

Hệ thống thí nghiệm bôi trơn ổ trục chính máy phay đứng đã được thực hiện với tốc độ 8400 vòng/phút Các thao tác được thực hiện theo các bước đã trình bày, trong đó phần cài đặt tần số được tính như sau: n = 8400/120 = 70Hz, do đó thiết đặt cho biến tần hoạt động tại 70Hz.

Hình 3.8 thể hiện kết quả khảo sát nhiệt độ ủ của trục chính tại 8400 vòng/phút, được đồ thị hóa để minh họa đặc tính nhiệt cục bộ tại 4 điểm trên ca ngoài của 4 ổ bi trên trục chính.

Hnh 3.8 Đồ ị ể ệ th th hi n nhiệt độ ạ t i ca ngoài các bi t i 8400 vòng/phút ổ ạ

Các đường T1, T2, T3, T4 lần lượt là các đường nhiệt độ ạ t i v trí ca ngoài c a các ị ủ ổ bi theo th t ứ ự 1, 2, 3, 4 đã được trình bày trong chương 2.

T k t qu trên ta th y t i từ ế ả ấ ạ ốc độquay 8400 vòng/phút thì đường đặc tính nhi t c a ệ ủ

Bốn ổ bi đều có đặc điểm tương tự nhau và phản ứng vi mô giống nhau Đường đặc tính nhiệt độ của bốn ổ bi tăng mạnh trong khoảng thời gian từ 0 đến 1000 giây, sau đó độ dốc của đường đặc tính bắt đầu giảm dần Đặc biệt, sau 4000 giây, đường đặc tính giảm nhiệt độ rõ rệt, cho thấy quá trình chuyển tiếp từ trạng thái tăng mạnh sang trạng thái cân bằng Cuối cùng, nhiệt độ hầu như không tăng mạnh nữa cho đến khi kết thúc quá trình thí nghiệm.

Qua các bước thiết kế được trình bày từ chương 1 đến chương 3, mô hình thực nghiệm của máy phay đứng quay cao tốc đã được xây dựng Mô hình này đáp ứng tốc độ 8400 vòng/phút và được điều khiển bằng biến tần sử dụng ổ bi đỡ chặn 7010A.

Hệ thống cung cấp chế độ bôi trơn dầu ngập với lượng dầu từ 120 đến 180 mm³/giờ và lượng khí từ 1000 đến 1500 l/giờ Mô hình sử dụng ống đo lường và đầu đo nhiệt độ DS18B20, nhiệt độ được thu thập và xử lý tín hiệu qua vi điều khiển Arduino, sau đó hiển thị trên màn hình máy tính bằng phần mềm được viết bởi VIMESLAB.

Mô hình thực nghiệm nhiễu nhiệt ổ trục chính máy phay đứng quay cao tốc đã được thiết kế, chế tạo và lắp ráp hoàn thiện nhằm phục vụ nghiên cứu về sự ảnh hưởng của nhiệt sinh ra bên trong trục chính Phương pháp thiết kế tích hợp đáp ứng được các yêu cầu ban đầu, với các thông số kỹ thuật cụ thể cho mô hình thực nghiệm này.

- Công suất động cơ 1,1 kW

- D i tả ốc độ hoạt động tr c chính 0-ụ 32000 vòng/phút đạt đượ ốc độc t 8400 vòng/phút đã đề ra ban đầu

-Lượng d u cầ ấp cho quá trình bôi trơn: 120-180 mm3/s

-Lượng khí nén làm mát: 25 lít/phút dưới áp su t 5atm ấ

Hướng phát triển đề tài

-Điều khi n h ng và thu th p d u b ng PLC ể ệthố ậ ữliệ ằ

- Thực hiện thu th p nhiậ ệt tại các tốc độ cao hơn

-Đánh giá hiệu su t cấ ủa hệ ng b ng vithố ằ ệc thay đổi lo i d u ho c áp suạ ầ ặ ất đầu phun

- Thực hiện thu th p nhiậ ệ ột đ ạ t i ca trong của ổ bi

[1] Trần Văn Địch, Công ngh ch t o máy, NXB KHKTHN, 2016 ệ ế ạ

[2] J Bryan, "International Status of Thermal Error Research," CIRP Annals - Manufacturing Technology, pp 645-656, 1990

[3] Harris, Rolling Bearing Analysis Harris, 1991

[4] Bossmanns, Bernd; Jay, F Tu;, "A thermal model for high speed motorized spindles," "International Journal of Machine Tools & Manufacture", pp 1345-1366, 1999

[5] J Holman, Heat Transfer, Mc Graw Hill, 2010

[6] Yanfang Dong, Zude Zhou and M Liu, "A general thermal model of machine tool spindle," Advances in Mechanical Engineering, vol 9, pp 1-10, 2017

[7] "Catalog hãng SKF; OLAx-1 Oil+Air Lubrication Unit"

[8] Cheng-Hsien Wu and Yu-Tai Kung, "A parametric study on oil/air lubrication of a high speed spindle," Precision Engineering, pp 162-167,,

[9] "Catalog hãng SKF; Gear pump units Product series MKx"

[10] Phạm Đắp, Nguyễn Đức L c, Ph m Th ộ ạ ếTrường and Nguy n Tiễ ến Lưỡng, Tính toán thiết kế máy c t kim lo i, Hà N i, 1971 ắ ạ ộ

[11] "Sanvik Coromant,;," [Online] Available: http://www.coroguide.com/CuttingDataModule/CDMMilling.asp

[12] Alpha Series AC Spindle Motor, I GE Fanuc Automation North American,

[13] "Misumi," [Online] Available: https://jp.misumi- ec.com/tbtp/FA_WEB/pulley_us/index.php

[14] Xuejun Nie, "Spindle Thermal Analysis of CNC Milling Machine," Trans

[15] Xu Min, Jiang Shuyun and Cai Ying, "An improved thermal model for machine tool bearings," International Journal of Machine Tools & Manufacture 47, pp 53-62, 2006

[16] M N K Tedric A Harris, Rolling Bearing Analysis, New York: John Wiley

[17] W Design Office, "Intelligent Transportation Systems - Design Manual,"

[18] "Sơ Đồ Độ ng - Kí Hiệu Quy ước theo TCVN 15," 2008

[19] T Tr nh Ch t aị ấ nd Lê Văn Uyển, Tính toán thi t k h dế ế ệ ẫn động cơ khí, 2006.

1 Sơ đồ tích h p h ợ ệthống bôi trơn khí dầu ổtrục chính máy phay đứng

2 Sơ đồ độ ng h ng ệthố

3 Sơ đồ y lthủ ực – khí nén h ng ệthố

5 Sơ đồ ắp đặ l t tủ điề u khi n ể

6 B n v quy ả ẽ trình lắp ráp h ng ệthố

Trục trung gian ới trục

Gá đặt trục chính, động cơ, encoder, trục và bộ truyền được chế tạo từ thép tấm dày theo tiêu chuẩn TCVN Các tấm được định vị chắc chắn bằng chốt và lắp ghép bằng bu lông, đảm bảo độ bền và ổn định cho hệ thống.

Thành bên với đế ng vì trục

Tấm đế Tấm gá ổ bi o 2 ổ

Thép C45 được nhiệt luyện đạt độ cứng 4050-HRC, đảm bảo độ bền và độ chính xác cao Ngõng trục ghép nối với ổ bi đạt cấp chính xác cấp 7, giúp nâng cao hiệu suất làm việc Đầu dưới trục phay được thiết kế vuông góc, tạo thuận lợi cho việc ghép nối với encoder.

Chức năng: - Phân phối tỷ số truyền từ động cơ tớ chính - Kết nối với encoder Thông số kỹ thuật: -Pulley:Chứcnăng:

Thép CT3 được sử dụng với độ chính xác lắp ghép đạt cấp 7 giữa đáy và trục chính Tấm thép có độ dày trên 30mm, đảm bảo độ cứng vững cao Đặc biệt, độ vuông góc giữa mặt ghép trục chính và đáy chỉ dao động trong khoảng 0,05, mang lại hiệu suất tối ưu cho sản phẩm.

Chức năng: - Gá đặt trục chính - Đảm bảo độ vuống góc trục chính v - đảm bảo độ cứng vững cho hệ thốn chính quay với tốc độ cao

Thông số kỹ thuật bao gồm thép CT3 với độ chính xác lắp ghép đạt cấp 7 Tấm có độ dày trên 20mm nhằm đảm bảo độ cứng vững, đồng thời bề mặt rộng giúp hệ thống ổn định trên sàn Quy trình sản xuất cũng bao gồm làm sạch bavia và làm cùn cạnh sắc.

Gá tấm thành bên là một chức năng quan trọng trong việc lắp đặt cụm gia tải, đảm bảo hỗ trợ cho toàn bộ hệ thống Sản phẩm được chế tạo từ thép CT3 với độ chính xác các mặt lắp ghép đạt cấp 7 Ngoài ra, quy trình sản xuất bao gồm việc làm sạch bavia và làm cùn các cạnh sắc để đảm bảo an toàn Độ dày của sản phẩm được thiết kế đủ lớn để lắp ổ bi vuông góc với thành bên, mang lại hiệu quả và độ bền cao cho hệ thống.

Chức năng: - Gá ổ bi - Tạo cho khung máy dạng hộp - Tạo sự song song và đồng trục cho