Thiết kế,chế tạo mô hình thí nghiệm sử dụng thiết bị đo rung để phân tích tình trạng làm việc của ổ lăn

1 MỞ ĐẦU 1. Giới thiệu Ổ lăn là một trong những chi tiết máy được sử dụng phổ biết trong các truyền động. Độ tin cậy và độ chính xác của Ổ có ý nghĩa quan trọng với hoạt động tổng thể của các thiết bị, máy móc. Việc phát hiện lỗi và chẩn đoán tình trạng của Ổ lăn trong giai đoạn đầu là cần thiết để tránh những hỏng hóc bất chợt trong quá trình làm việc. Khi làm việc Ổ lăn thường phát sinh rung động, nhiệt, tiếng ồn Vậy nên, việc giám sát tình trạng Ổ thông qua các yếu tố này là cần thiết. Trong các yếu tố nêu trên thì rung động được xem là thông số hiệu quả nhất để đánh giá tình trạng hoạt động của máy móc, thiết bị, đặc biệt là các máy móc có chuyển động quay. Việc giám sát, phân tích tình trạng thiết bị bằng rung động đã được nhiều nhà khoa học các nước quan tâm nghiên cứu và ứng dụng từ trước đến nay [4,5,7,8,9] nhưng ở Việt Nam có rất ít các công trình nghiên cứu về lĩnh vực này được công bố. Từ cơ sở những phân tích trên, tác giả chọn đề tài: "Thiết kế,chế tạo mô hình thí nghiệm sử dụng thiết bị đo rung để phân tích tình trạng làm việc của ổ lăn ". 2. Mục tiêu nghiên cứu Dự kiến mục tiêu chung của đề tài là: Dự báo được các sai hỏng của ổ lăn để đảm bảo hiệu suất vận hành tối đa của các thiết bị, giảm các sự cố ngưng máy bất chợt. Việc này được thực hiện bằng cách giám sát phân tích tình trạng ổ lăn với thông số chính là dao động. Mục tiêu cụ thể là: 2 1. Thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm khảo sát đánh giá ổ bằng bức xạ rung động. 2. Tiến hành thí nghiệm để phân tích, đánh giá thông số rung động của ổ lăn. Chẩn đoán các nguyên nhân gây ra sai hỏng ổ lăn nhằm đưa ra lời khuyên hợp lý. 3. Kết quả dự kiến - Mô hình thí nghiệm phân tích đánh giá tình trạng làm việc của Ổ lăn có sử dụng thiết bị đo rung (sử dụng thiết bị đo lực của Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái nguyên rồi chuyển đổi ra kết quả đo rung). - Dữ liệu xác định tình trạng Ổ (thử nghiệm). 4. Phương pháp và phương pháp luận - Phương pháp nghiên cứu: + Nghiên cứu thực nghiệm. + Nghiên cứu cơ sở. - Phương pháp luận: + Tìm hiểu lý thuyết cơ bản của ổ lăn. Từ đó mô hình hóa thành mô hình thực nghiệm. 3 CHƯƠNG 1: Ổ LĂN VÀ ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC CỦA Ổ LĂN 1.1 Ổ lăn thường dùng 1.1.1 Giới thiệu chung Cấu tạo ổ lăn bao gồm: Vòng trong, vòng ngoài, vòng cách và con lăn. Vòng trong và vòng ngoài thường có rãnh để dẫn hướng cho con lăn và để giảm ứng suất. Vòng trong lắp với ngõng trục, vòng ngoài lắp với gối trục (vỏ máy, thân máy). Thường vòng trong quay cùng với trục, còn vòng ngoài thì đứng yên, nhưng cũng có khi vòng ngoài quay cùng với gối trục còn vòng trong đứng yên cùng với trục Hình 1. 1. Cấu tạo ổ lăn 1.1.2 Các thông số vận hành của vòng bi Theo [1] các thông số vận hành chính của vòng bi là: Tiếng ồn, nhiệt độ, rung động và tình trạng chất bôi trơn. 1.2 Các tình trạng hỏng và nguyên nhân gây hỏng ổ lăn 1.2.1 Các hoạt động bất thường, nguyên nhân và biện pháp khắc phục 1.2.2 Các dạng hỏng thường gặp của ổ lăn Trong quá trình làm việc, thông thường trên các bề mặt làm việc của ổ lăn xuất hiện một số dạng hư hỏng chính [3] sau: • Tróc, rỗ vì mỏi bề mặt làm việc 4 Hình 1. 2. Rỗ và tróc ở ổ lăn [3] a. Rỗ vòng trong Ổ bi chặn rãnh sâu b. Rỗ vòng trong Ổ bi đũa trụ c. Rỗ vòng ngoài Ổ bi đũa trụ 2 dãy d. Rỗ vòng trong Ổ bi đũa côn e. Rỗ vòng trong Ổ bi cầu tự lựa 2 dãy Hình 1. 3. Một số hình ảnh rỗ vòng bi [3] • Mòn vòng ổ và con lăn a. Mòn giữa con lăn và bề mặt Ổ bi đũa trụ b. Mòn mặt lăn của vòng ngoài Ổ bi đũa trụ 2 dãy 5 c. Mòn do ma sát với lỗ vòng trong Ổ bi đũa côn d. Mòn do ma sát với trục vòng ngoài Ổ bi chặn rãnh sâu e. Mòn do ma sát với tải nhẹ tại mặt lăn vòng trong Ổ bi chặn rãnh sâu Hình 1. 4. Một số hình ảnh mòn ổ bi [3] • Nứt và gẫy các chi tiết a. Nứt và vỡ trên Ổ bi cầu tự lựa 2 dãy b. Nứt vòng ngoài của Ổ bi đũa trụ 2 dãy c. Nứt trên vòng ngoài ổ bi tiếp xúc 4 điểm 6 d. Vỡ gờ vòng ngoài Ổ bi đũa trụ e. Vỡ gờ thuộc vòng ngoài Ổ bi đũa trụ Hình 1. 5. Một số hình ảnh nứt gẫy vòng bi [3] Tần suất hư hỏng các chi tiết của ổ lăn được cho trong bảng 1.1. Bảng 1. 1. Tần suất hư hỏng các chi tiết của ổ lăn Dạng hỏng Tần suất (%) - Mài mòn - Tróc rỗ - Nứt và gẫy 25% 26% 49% • Biến dạng dư bề mặt làm việc: a. Biến dạng dư trên vòng ngoài mặt lăn của Ổ bi chặn rãnh sâu b. Biến dạng dư trên mặt lăn vòng trong của ổ bi đũa côn Hình 1. 6. Hình ảnh bề mặt vòng bi bị biến dạng dư [3] • Gỉ sét và ăn mòn: a. Gỉ vòng ngoài mặt lăn ổ đỡ chặn b. Gỉ trên Vòng ngoài Mặt lăn Ổ bi đũa trụ 2 dãy 7 Hình 1. 7. Gỉ sét bám trên vòng bi [3] 1.3 Một số giải pháp đánh giá tình trạng hỏng ổ 1.3.1 Theo dõi tình trạng làm việc của ổ lăn dựa trên yếu tố nhiệt độ 1.3.2 Theo dõi và phân tích rung động Tất cả các máy và cụm các chi tiết máy khi chuyển động đều gây ra các dao động có tính chất lặp đi lặp lại tại một dải tần số nào đó. Các tần số dao động này có thể xác định từ đặc tính hình học của các chi tiết máy và được vẽ thành đồ thị mô tả độ lớn của dao động tại từng giá trị tần số cụ thể. Các đồ thị này được gọi là phổ tần số của dao động. Phổ tần số của dao động cho phép ta phân biệt được các dao động gây ra do độ không chính xác của các khớp nối, ăn khớp bánh răng, lỗi ổ lăn và từ nhiều hiện tượng khác [4,5,7,8,9]. Hình 1. 8. Đo và phân tích rung động bằng phương pháp phân tích phổ FFT [7] 1.3.3 Theo dõi và phân tích dầu bôi trơn 1.3.4 Kỹ thuật NDT 1.3.5 Kỹ thuật siêu âm 1.4 Kết luận chương Chương này trình bày về các vấn đề sau: - Ổ lăn là chi tiết máy có vai trò quan trọng trong hệ thống cơ khí, đặc biệt là trong các hệ thống chuyển động quay. 8 - Một số phương pháp theo dõi (giám sát) tình trạng làm việc để chuẩn đoán hư hỏng của Ổ lăn đã được liệt kê và phân tích. - Ta có thể xác định chính xác tình trạng máy bằng các giá trị dao động đo được thông qua việc giám sát sự thay đổi của các phổ tần số dao động. Khi đã giám sát được các dao động xuất hiện trên máy ta có thể xác định chính xác các hư hỏng trước khi sửa chữa thiết bị và dựa theo độ lớn của các dao đông gây ra do các hư hỏng cụ thể nên dự báo được chính xác khoảng thời gian hư hỏng sẽ xảy ra. Từ đó chủ động hoàn toàn trong việc xây dựng lịch sửa chữa bảo dưỡng cần thiết. Tuy nhiên hiện nay ở nước ta vấn đề này vẫn chưa được quan tâm đúng mức . 9 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 2.1. Mô hình thí nghiệm thu nhận tín hiệu dao động 2.1.1.Sơ đồ chung của mô hình thí nghiệm Hình 2. 1. Mô hình thí nghiệm để đo rung động Ổ lăn trong quá trình làm việc Hình 2. 2. Sơ đồ khối mô hình thực nghiệm thu nhận tín hiệu rung động Vị trí gắn cảm biến đo lực Gối ổ và ổ bi Trục Bộ truyền đai Bộ phận tạo tải Động cơ Giá đỡ 10 Mô hình thí nghiệm gồm có: Động cơ điện, bộ truyền đai, trục, gối ổ và ổ bi, bộ phận tạo tải, giá đỡ, thiết bị đo lực ( ở đây tác giả sử dụng thiết bị đo lực KISTLER của Trung tâm Thí nhiệm – Trường ĐHKT Công nghiệp Thái Nguyên để chuyển đổi từ giá trị lực sang miền thời gian rồi quy đổi ra miền tần số). 2.1.2. Thiết bị đo lực 2.1.2.1. Bộ cảm biến đo lực Kistler Type 9257 BA - Lực kế 3 thành phần đo lực cắt (Px, Py, Pz). - Bộ khuyếch đại 5233 A1 - Bộ chuyển đổi A/D - Modul phần mềm thu thập, xử lý tín hiệu. - Máy tính. Hình 2.3. Bộ cảm biến đo lực Kistler Type 9257 BA 2.1.3. Thiết kế, chế tạo các chi tiết của mô hình thí nghiệm - Trục: Gồm có 3 bậc trục với các kích thước cụ thể như sau: Đầu trục d1 = 12 mm; Ngõng trục d2 = 17 mm; Thân trục d3 = 30 mm. Hình 2. 4. Bản vẽ chi tiết trục - Ổ lăn 6203: Có tác dụng đỡ trục với các thông số: [...]... máy Hình 2 5 Hình ảnh ổ bi 6203 - Bộ phận tạo tải; Giá đỡ; Bộ truyền đai; Động cơ Lắp ghép các chi tiết để tạo thành mô hình hoàn chỉnh Hình 2 6 Bản vẽ lắp mô hình thí nghiệm Hình 2 7 Mô hình thí nghiệm sau khi lắp ráp hoàn chỉnh 12 2.3 Kết luận chương Chương này đã trình bày thiết kế mô hình thí nghiệm sử dụng thiết bị đo lực rồi biến đổi ra tần số của rung động để phân tích tình trạng làm việc của ổ. .. ổ lăn Sau khi thiết kế, mô hình này đã được lắp ráp hoàn chỉnh Tại các gối ổ đã được lót đệm cao su để tránh truyền rung từ khung giá đỡ sang ổ lăn làm cho kết quả kém chính xác 13 CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 3.1 Thiết lập thí nghiệm 3.1.1 Các trang thiết bị thí nghiệm Để đánh giá rung động của ổ lăn khi làm việc, ta tiến hành đo rung động của từng loại ổ: Ổ mới, ổ cũ và ổ. .. gá để gá lắp đầu cảm biến đo lực: Giá đỡ đầu cảm biến được làm bằng gỗ chắc chắn, đảm bảo cho đầu cảm biến không bị xê dịch trong quá trình thí nghiệm 3.1.2 Lắp đặt các thiết bị thí nghiệm Sau khi hoàn thành quá trình lắp ráp mô hình thí nghiệm để đo rung động Ổ lăn trong quá trình làm việc, điều chỉnh thiết bị đo lực, mô hình vào vị trí thí nghiệm Sau đó cho mô hình chạy và tiến hành đo lực cho ổ bi... tần số Việc thí nghiệm được tiến hành tại Trung tâm Thí nghiệm – Trường ĐHKT Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên Các thiết bị cho quá trình thí nghiệm cụ thể như sau: 1 Thiết bị đo lực Kistler 2 Mô hình thí nghiệm để đo rung động Ổ lăn trong quá trình làm việc Mô hình này đã được thiết kế, chế tạo với độ cứng vững được đảm bảo chạy êm và có đệm lót cao su tránh sự truyền rung ở khung giá đỡ sang Ổ lăn 3... (ổ mới): Đảm bảo chất lượng Mẫu 02 (ổ cũ): Ổ có độ dơ, khe hở đo được là 0.1 mm Các bề mặt làm việc trong, ngoài ổ bi và bi xuất hiện mòn đều Mẫu 03 (ổ hỏng): Ổ có độ dơ, khe hở đo được là 0.4 mm Các bề mặt làm việc trong, ngoài ổ bi và bi xuất hiện mòn không đều - Chọn mẫu 1 (ổ lăn mới) để lắp vào mô hình thí nghiệm - Đặt mô hình thí nghiệm, thiết bị đo lực vào vị trí thí nghiệm - Hiệu chỉnh mô hình, ... trình làm việc với các chế độ tải trọng khác nhau, từ đó phân tích đánh giá tình trạng làm việc của Ổ lăn thông qua rung động của ổ qua dữ liệu mà ta thu thập được Để tiến hành thí nghiệm với trang thiết bị sẵn có của Trung tâm Thí nghiệm – Trường ĐHKT Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên, tác giả đã sử dụng thiết bị đo lực để rồi từ kết quả là các giá trị lực ta chuyển về miền thời gian và quy đổi ra... ổ bi 14 Hình 3 1 Mô hình hoàn chỉnh được đặt vào vị trí chuẩn bị thí nghiệm 3.1.3 Trình tự thực hiện thí nghiệm Để thực hiện thí nghiệm, tiến hành các bước sau: 3.1.3.1 Trình tự thực hiện thí nghiệm với mô hình đã thiết kế - Lắp đặt thiết bị đo lực, gắn chặt đầu cảm biến vào giá đỡ - Đánh dấu mẫu vòng bi mới, cũ, vòng bi hỏng lần lượt lên các mẫu thí nghiệm: Hình 3 2 Hình ảnh các mẫu thí nghiệm vòng... lực rung động hướng kính bình phương trung bình của ổ bi là một trong các thông số chẩn đo n để đánh giá tình trạng kỹ thuật của ổ bi Tuy nhiên các thống số chẩn đo n này không biểu hiện rõ được các dạng hư hỏng của ổ bi mà chỉ cho biết được tình trạng kỹ thuật như tốt, bình thường, hỏng Chính vì vậy, để chẩn đo n được các dạng hư hỏng của ổ bi, sẽ được tác giả tiến hành phân tích các kết quả thí nghiệm. .. kỹ thuật chuẩn đo n các hư hỏng của ổ bi, và có giá trị quan trọng trong công tác đào tạo, tuy nhiên luận văn còn một số hạn chế sẽ cần phải tiến hành nghiên cứu tiếp theo như: - Thiết kế mới mô hình thí nghiệm rung động có thể thay đổi được tốc độ dẫn động ổ bi, điều chỉnh tải vô cấp, ít bị nhiễu; - Sử dụng các thiết bị phân tích kết quả đo tiên tiến để đánh giá các dạng hư hỏng của ổ bi được chính... tra hoạt động của hệ thống - Tiến hành thí nghiệm với các ổ mới, ổ cũ và ổ hỏng với các lần thay đổi tải trọng tương ứng là 5kg, 10kg, 15kg 15 Ở đây ta chọn lò xo có độ dài ban đầu là: L = 200 m; Độ cứng lò xo là: k = 200 N/m • Tiến hành thí nghiệm Hình 3 3 Đo lực ổ bi B6203 Thí nghiệm 1: Đo lực rung động ổ mới với lần lượt P = 5Kg; P = 10Kg; P = 15kg Thí nghiệm 2: Đo lực rung động ổ cũ với lần lượt . công bố. Từ cơ sở những phân tích trên, tác giả chọn đề tài: " ;Thiết kế,chế tạo mô hình thí nghiệm sử dụng thiết bị đo rung để phân tích tình trạng làm việc của ổ lăn ". 2. Mục tiêu. THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 3.1 Thiết lập thí nghiệm 3.1.1 Các trang thiết bị thí nghiệm Để đánh giá rung động của ổ lăn khi làm việc, ta tiến hành đo rung động của từng loại ổ: . thí nghiệm thu nhận tín hiệu dao động 2.1.1.Sơ đồ chung của mô hình thí nghiệm Hình 2. 1. Mô hình thí nghiệm để đo rung động Ổ lăn trong quá trình làm việc Hình 2. 2. Sơ đồ khối mô hình thực nghiệm