Nghiên cứu, thiết kế cụm trục chính cho máy khoan sử dụng ổ khí tĩnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CỤM TRỤC CHÍNH CHO MÁY KHOAN SỬ DỤNG Ổ KHÍ TĨNH GVHD: ThS.TRẦN VĂN TRỌN SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN MSSV: 11144112 SKL 0 4 Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY  BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CỤM TRỤC CHÍNH CHO MÁY KHOAN SỬ DỤNG Ổ KHÍ TĨNH” Giảng viên hướng dẫn: ThS.TRẦN VĂN TRỌN Sinh viên thực hiện: NGUYỄN ANH TUẤN Lớp: 111441B Khóa: 2011-2015 Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2016 MSSV: 11144112 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Anh Tuấn MSSV: 11144112 Lớp: 111441 Khố: 2011 - 2015 Cơng nghệ kỹ thuật khí Hệ: Ngành đào tạo: A Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế cụm trục cho máy khoan sử dụng ổ khí tĩnh Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Máy khoan đứng Tiến Đạt sẳn có; - Cụm trục hoạt động tốc độ 10.000 v/ph; - Độ xác lỗ khoan không lớn 0,1 mm (khi gia công đồng, nhơm) Nội dung đồ án: - Tìm hiểu loại ổ khí tĩnh, nguyên lý hoạt động ổ khí tĩnh; - Tìm hiểu, đánh giá loại cụm trục sử dụng ổ khí tĩnh có thị trường; - Đề xuất phương án thiết kế cụm trục máy khoan sử dụng ổ khí tĩnh; - Tính tốn, thiết kế cụm trục cho máy khoan sử dụng ổ khí tĩnh; - Đề xuất phương án cải tạo máy khoan đứng Tiến Đạt để lắp đặt cụm trục thiết kế; - Nếu điều kiện cho phép, thi cơng cụm trục thiết kế; - Tập vẽ thiết kế chi tiết, vẽ lắp; - Tập thuyết minh Ngày giao đồ án: 10/09/2015 Ngày nộp đồ án: 10/01/2016 TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) ThS Trần Văn Trọn  Được phép bảo vệ ………………………………………… i LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CỤM TRỤC CHÍNH CHO MÁY KHOAN SỬ DỤNG Ổ KHÍ TĨNH” - GVHD: ThS Trần Văn Trọn - Họ tên sinh viên: NGUYỄN ANH TUẤN MSSV: 11144112 Lớp: 111441B - Địa sinh viên: Tp.Quy Nhơn, Tỉnh Bình Định Số điện thoại liên lạc: 0905059397 - Email: mrbin93qn@gmail.com Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): - Lời cam kết: “Chúng xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình chúng tơi nghiên cứu thực Chúng không chép từ viết cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có viphạm nào, xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2015 Ký tên Nguyễn Anh Tuấn ii LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp nhằm củng cố bổ sung lại kiến thức chun nghành Cơng nghệ Kỹ thuật khí mơn học khác có liên quan mà chúng em học khoảng thời gian ngồi giảng đường đại học Đồ án tốt nghiệp giúp chúng em biết vận dụng, khai thác sâu vào lý thuyết Qua giúp cho chúng em biết khả xử lý tình thiết kế, củng cố vững kiến thức chuyên ngành kỹ làm việc nhóm cho đạt hiệu cao, kỹ cần thiết cho kỹ sư sau trường Để hoàn thành đồ án này, chúng em nhận nhiều giúp đỡ, hỗ trợ từ thầy cơ, gia đình, người thân bạn bè Mặc dù chúng em cố gắng mình, khoảng thời gian cho phép, hạn chế mặc kiến thức thân, nên đồ án tránh khỏi nhiều thiếu sót Chính vậy, nhóm thực mong nhận ý quý thầy, cô bạn bè để củng cố kiến thức trước trường Trước tiên chúng em chân thành gửi đến toàn thể quý thầy cô môn Công nghệ tự động lời cảm ơn chân thành Những năm tháng giảng đường Đại học Thầy, Cô truyền đạt kiến thức kinh nghiệm q báu, hành trang vơ chúng em ln mang bên đường lập nghiệp Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến ThS.Trần Văn Trọn, người Thầy hướng dẫn, bảo tận tình tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành tốt Đồ án Chúng em xin cảm ơn gia đình, bạn bè người ủng hộ, động viên, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em học tập sống Ngoài chúng em xin cảm ơn tới tất người bạn chúng em gắn bó, giúp đỡ suốt q trình học tập Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, tháng 12 năm 2015 Nguyễn Anh Tuấn iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CỤM TRỤC CHÍNH CHO MÁY KHOAN SỬ DỤNG Ổ KHÍ TĨNH Với phát triển khoa học kỹ thuật ngày nay, khí nén ứng dụng nhiều lĩnh vực, kết cấu nhỏ gọn, vận hành trơn chu ưu điểm khí nén Dựa máy khoan có sẵn tiến hành thiết kế lại đầu trục sử dụng khí tĩnh để tiến hành khoang vật liệu tốc độ cao với tính tốn đề xuất phương án cho ổ khí tĩnh Q trình thực đồ án gồm: - Tìm hiểu loại ổ khí tĩnh, ngun lý hoạt động ổ khí tĩnh; - Tìm hiểu, đánh giá loại cụm trục sử dụng ổ khí tĩnh có thị trường; - Đề xuất phương án thiết kế cụm trục máy khoan sử dụng ổ khí tĩnh; - Tính tốn, thiết kế cụm trục cho máy khoan sử dụng ổ khí tĩnh; - Đề xuất phương án cải tạo máy khoan đứng Tiến Đạt để lắp đặt cụm trục thiết kế; - Nếu điều kiện cho phép, thi công cụm trục thiết kế; - Tập vẽ thiết kế chi tiết, vẽ lắp; - Tập thuyết minh ABSTRACT With the development of science and technology today, the compressed air is used a lot in the field, compact structure, smooth operation are the advantages of compressed air Based on available drill redesigned conducting head spindle used to conduct the static gas chamber at high speed material to calculate and propose the plans for static gas drive The process of implementation of the scheme include: - Learn about the types of drives static gas, operating principle of the static gas drive; - Learn and evaluate spindle type cluster using static gas drive available on the market; - Proposal designed spindle drilling machine cluster using static gas drive; - Calculation, design cluster drill spindle drive using static gas; - Proposal renovation Vertical drilling machine to install cluster Tien Dat designed spindle; - If conditions permit, construction cluster was designed spindle; - Tap design drawing details and assembly drawings; - Class notes iv MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Khái quát chung .1 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài .2 1.3.1 Ý nghĩa thực tiễn 1.3.2 Ý nghĩa khoa học 1.4 Mục tiêu nghiên cứu đề tài .2 1.5 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.5.1 Đối tượng nghiên cứu 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu 1.6 Phương pháp nghiên cứu 1.6.1 Cơ sở phương pháp luận 1.6.2 Phương pháp nghiên cứu 1.7 Bố cục đề tài Chương 2: TỔNG QUAN 2.1 Ổ 2.1.1 Ổ lăn (Rolling Bearing) 2.1.1.1 Định nghĩa 2.1.1.2 Nhiệm vụ 2.1.1.3 Kết cấu 2.1.1.4 Nguyên lý hoạt động 2.1.1.5 Phân loại 2.1.1.6 Ưu nhược điểm ổ lăn 2.1.2 Ổ trượt (Plain Bearing) 2.1.2.1 Định nghĩa 2.1.2.2 Kết cấu 2.1.2.3 Nguyên lý hoạt động 2.1.2.4 Phân loại ổ trượt theo hình dạng 2.1.2.5 Phân loại ổ trượt theo phương pháp bôi trơn 10 2.1.1.6 Ưu nhược điểm 10 2.1.2.7 Phạm vi ứng dụng 11 2.2 Ổ từ (Magnetic Bearing) 11 2.2.1 Định nghĩa 11 2.2.2 Kết cấu 11 2.2.3 Nguyên lý hoạt động 12 2.2.4 Phân loại 12 2.2.5 Ưu nhược điểm phạm vi ứng dụng 12 2.3 Ổ thủy (Fluid Bearing) 13 2.3.1 Ổ thủy động (Hydro-Dynamic Bearing) 13 2.3.1.1 Định nghĩa 13 2.3.1.2 Nhiệm vụ 13 2.3.1.4 Kết cấu 14 2.3.1.5 Nguyên lý hoạt động 14 2.3.1.6 Phân loại 14 2.3.2 Ổ thủy tĩnh (Hydrostatic bearing) 15 2.3.2.1 Định nghĩa 15 2.3.2.2 Nhiệm vụ 15 2.3.2.3 Kết cấu 15 2.3.2.4 Nguyên lý hoạt động 16 2.3.2.4 Phân loại 16 2.4 Ổ khí (Air Bearing) 17 2.4.1 Ổ khí động (Aerodynamic) 19 2.4.1.1 Định nghĩa 19 2.4.1.2 Nhiệm vụ 19 2.4.1.3 Kết cấu 19 2.4.1.4 Nguyên lý hoạt động 19 2.4.2 Ổ khí tĩnh (Aerostatic) 20 2.4.2.1 Định nghĩa 20 2.4.2.2 Nhiệm vụ 21 2.4.2.3 Kết cấu 22 2.4.2.4 Nguyên lý hoạt động 22 2.4.2.5 Phân loại 23 2.4.2.6 Ưu nhược điểm ổ khí tĩnh 24 2.5 Ổ khí chuyển động tuyến tính 24 2.5.1 Đặc tính 24 2.5.2 Thông số 25 2.5.3 Phân loại 25 2.6 Ổ khí chuyển động quay 25 2.6.1 Đặc tính 25 2.6.2 Thông số 26 2.6.3 Phân loại 26 2.7 Ổ bạc trục 26 2.7.1 Đặc tính 26 2.7.2 Thông số 27 2.7.3 Các dạng 27 2.8 Ổ khí dạng cầu 27 2.8.1 Đặc tính 27 2.8.2 Thông số 27 2.8.3 Các dạng 28 2.9 Ổ khí dạng kết hợp 28 2.9.1 Đặc tính 28 2.9.2 Thông số 28 2.9.3 Các dạng 28 2.10 Ổ khí dạng trịn chuyển động phẳng 29 2.10.1 Đặc tính 29 2.10.2 Thông số 29 2.10.3 Các dạng 30 2.11 Lĩnh vực ứng dụng 30 2.12 Các nghiên cứu liên quan tới đề tài 31 2.12.1 Các nghiên cứu nước 31 2.12.2 Các nghiên cứu nước 33 2.13 Định hướng nghiên cứu 33 Chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 35 3.1 Máy khoan cao tốc 35 3.1.1 Máy khoan 35 3.1.2 Các dạng đầu trục máy khoan sử dụng ổ khí 35 3.1.3 Định hướng nghiên cứu 35 3.1.4 Thông số thiết kế máy khoan 35 3.2 Cơ sở lý thuyết dịng chảy chất khí 36 3.2.1 Dòng chảy qua phẳng song song 36 3.2.2 Dòng chảy ổ chặn khí tĩnh 38 3.2.3 Dòng chảy chất khí xuyên qua lỗ nhỏ 40 3.3 Cơ sở tính tốn thiết kế ổ khí tĩnh 42 3.4 Các vật liệu dùng để chế tạo ổ khí 45 3.4.1 Kim loại 46 3.4.2 Gốm sứ sản phẩm luyện kim bột 46 3.4.3 Vật liệu dẻo 47 Chương 4: Ý TƯỞNG VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 48 4.1 Đề xuất kết cấu ổ đỡ khí tĩnh 48 4.2 Đề xuất kết cấu ổ đỡ khí tĩnh 48 4.2.1 Phương án 48 4.2.2 Phương án 49 4.2.3 Phương án 49 Chương 5: THIẾT KẾ Ổ KHÍ TĨNH 52 5.1 Thiết kế ổ đỡ 52