Luận án tiến sĩ nghiên cứu tuổi thọ và độ tin cậy của vít me – đai ốc bi máy CNC trong điều kiện môi trường việt nam

I LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây tất cả những nội dung trong luận án “Nghiên cứu tuổi thọ và độ tin cậy của vít me – đai ốc bi máy CNC trong điều kiện môi trường Việt Nam” là công tr

I

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây tất cả những nội dung trong luận án “Nghiên cứu tuổi thọ và độ tin cậy của vít me – đai ốc bi máy CNC trong điều kiện môi trường Việt Nam” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, thực hiện dưới sự hướng dẫn của tập thể cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Phạm Văn Hùng và PGS.TS Nguyễn Doãn Ý Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực, trích dẫn đầy đủ và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

PGS.TS Phạm Văn Hùng PGS.TS Nguyễn Doãn Ý Trần Đức Toàn

II

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án, tôi đã nhận được rất nhiều

sự giúp đỡ, góp ý, động viên và chia sẻ của mọi người Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Viện Đào tạo sau Đại học, Viện Cơ khí, Bộ môn Máy và ma sát học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã cho phép, hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được học tập và nghiên cứu khoa học

Tôi đặc biệt trân trọng và biết ơn PGS.TS Phạm Văn Hùng, PGS.TS Nguyễn Doãn Ý

đã hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi những ý kiến vô cùng bổ ích và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi về mặt chuyên môn trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Máy và ma sát học – Đại học Bách Khoa Hà Nội đã đóng góp cho tôi những ý kiến quý báu cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian hoàn thành luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Lãnh đạo khoa cùng toàn bộ giảng viên khoa Công nghệ Cơ khí – Trường Đại học Điện lực đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được đi học và hoàn thành nhiệm vụ học tập của mình

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, những người đã chia

sẻ, động viên, giúp đỡ tôi, là nguồn động lực to lớn giúp tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án này

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

III

MỤC LỤC MỤC LỤC III DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT V DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHÍNH VI DANH MỤC CÁC BẢNG VIII DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ X

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VÍT ME – ĐAI ỐC BI 5

1.1 Đặc điểm, vai trò của vít me – đai ốc bi 5

1.2 Phân loại vít me – đai ốc bi 8

1.2.1 Theo hình dáng và kết cấu 8

1.2.2 Theo cấp chính xác 13

1.2.3 Theo công dụng 18

1.3 Các dạng hỏng vít me – đai ốc bi 18

1.4 Các đặc trưng, tính toán cơ bản của vít me – đai ốc bi 20

1.4.1 Độ cứng chống biến dạng đàn hồi [38] 21

1.4.2 Tải tĩnh dọc trục danh nghĩa Coa [39] 21

1.4.3 Tải động dọc trục danh nghĩa Ca [39] 21

1.4.4 Tải dọc trục sửa đổi [39] 22

1.4.5 Tuổi thọ vít me – đai ốc bi [39] 22

1.5 Vật liệu làm vit me – đai ốc bi 23

1.6 Môi trường làm việc của máy công cụ CNC 24

1.6.1 Môi trường làm việc của máy CNC trên thế giới 24

1.6.2 Môi trường làm việc máy CNC tại Việt Nam 25

1.7 Tổng quan các nghiên cứu vít me – đai ốc bi 28

1.7.1 Một số nghiên cứu về vít me – đai ốc bi trên thế giới: 28

1.7.2 Một số nghiên cứu tại Việt Nam 36

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 37

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TUỔI THỌ VÀ ĐỘ TIN CẬY VÍT ME – ĐAI ỐC BI TRÊN CƠ SỞ MÒN 38

2.1 Tổng quan về mòn vật liệu: 38

2.1.1 Mòn theo thời gian 38

2.1.2 Ảnh hưởng các yếu tố cơ bản đến mòn 39

IV

2.1.3 Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7699-2-30 về thử nghiệm môi trường 43

2.2 Tuổi thọ vít me – đai ốc bi 46

2.2.1 Tuổi thọ vít me – đai ốc bi theo lý thuyết 46

2.2.2 Tuổi thọ vít me – đai ốc bi trên cơ sở mòn 48

2.3 Lý thuyết độ tin cậy [6, 7, 11, 12] 53

2.3.1 Đặc trưng độ tin cậy 54

2.3.2 Các chỉ tiêu xác định độ tin cậy 54

2.3.3 Hàm phân phối sử dụng trong tính toán độ tin cậy: 56

2.3.4 Xác định độ tin cậy trên cơ sở mòn [7] 57

2.4 Tuổi thọ và độ tin cậy của VMĐB 59

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 61

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP, HỆ THỐNG THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU MÒN 62

3.1 Mục đích và yêu cầu thực nghiệm: 62

3.2 Thiết kế máy thí nghiệm 62

3.2.1 Đối tượng nghiên cứu của thí nghiệm 62

3.2.2 Thiết kế máy thí nghiệm 62

3.3 Tổ hợp máy thí nghiệm 74

3.4 Quy hoạch và tổ chức thực nghiệm 77

3.4.1 Xác định các thông số thực nghiệm 77

3.4.2 Các thông số cơ bản của thực nghiệm 80

3.4.3 Tổ chức thực nghiệm và đo mòn 81

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 83

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 84

4.1 Kết quả thực nghiệm, xây dựng hàm hồi quy 84

4.1.1 Thực nghiệm tạo mòn 84

4.1.2 Xây dựng hàm hồi quy 92

4.2 Tuổi thọ, độ tin cậy của VMĐB khi làm việc trong môi trường Việt Nam 103

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 106

KẾT LUẬN CỦA LUẬN ÁN 107

KHUYẾN NGHỊ 107

TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 114

V

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ISO: International Organization for Standardization – Tổ chức tiêu chuẩn thế giới RE: Rotary Encoder – thước quang đo quay

LS: Liner Scale – thước quang đo thẳng

VMĐB: Ball screw – “Vít me – đai ốc bi”

vg/ph: Vòng/phút

QHTN: Quy hoạch thực nghiệm

Đường kính đường tròn tạo bởi tâm các bi trong bộ truyền vít

Lr Tuổi thọ khi vít me – đai ốc bi làm việc hai chiều (theo ISO) Vòng

Lhr Tuổi thọ khi vít me – đai ốc bi làm việc hai chiều (theo ISO) Giờ

Tải dọc trục tương đương khi bộ truyền vít me – đai ốc bi làm

VII

b Tốc độ mòn VMĐB khi làm việc trong môi trường TCVN

k

Tốc độ mòn VMĐB khi làm việc trong môi trường TCVN

m Hệ số tuổi thọ bổ sung khi vít me – đai ốc bi làm việc trong môi

trường TCVN 7699-2-30 và có bôi trơn

Hệ số tuổi thọ bổ sung khi vít me – đai ốc bi làm việc trong môi

trường TCVN 7699-2-30 và không bôi trơn

Tuổi thọ VMĐB khi làm việc trong môi trường TCVN

Tuổi thọ VMĐB khi làm việc trong môi trường TCVN

 Hệ số tuổi thọ giữa bôi trơn và không bôi trơn

VIII

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 ep cho phép với bộ truyền cần độ chính xác định vị cao 14

Bảng 1.2 ep cho phép với bộ truyền không yêu cầu độ chính xác định vị

Bảng 1.12 Hệ số ma sát trong vít me – đai ốc bi theo mô phỏng và ước tính,

Bảng 2.5 Hệ số tuổi thọ khi làm việc ở môi trường TCVN 7699-2-30 ứng

Bảng 4.1 Bảng tổng hợp lượng mòn dọc trục đo được trong các thí nghiệm 92

Bảng 4.2 Bảng tính các thông số Lh iso; ; Lh tn; m tại mỗi điểm đo (điểm

Bảng 4.4 Các giá trị hệ số tuổi thọ theo môi trường tại tâm quy hoạch 96

IX

Bảng 4.6 Bảng số liệu thí nghiệm mòn với hàm hồi quy tốc độ mòn 100

Bảng 4.11 Khoảng giá trị mk ứng với các độ tin cậy thực tế 105 Bảng 4.12 Khoảng giá trị m ứng với các độ tin cậy thực tế 105

X

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Hình ảnh về cấu tạo một số bộ truyền vít me – đai ốc 5

Hình 1.3 Hình ảnh vị trí vít me – đai ốc bi trong máy CNC 6

Hình 1.5 Vít me – đai ốc bi loại có ren trái và loại có ren phải 8

Hình 1.9 Vít me – đai ốc bi loại có rãnh hồi bi theo lỗ trên đai ốc 10 Hình 1.10 Vít me – đai ốc bi loại có rãnh hồi bi kiểu ống 10 Hình 1.11 Vít me – đai ốc bi loại có rãnh hồi bi giữa hai vòng ren kế tiếp 10 Hình 1.12 Vít me – đai ốc bi loại có kết cấu khử khe hở nhờ tấm đệm 11

Hình 1.13 Loại có hai rãnh bi, khoảng cách tăng (giảm) so với bước vít

Hình 1.24 Máy CNC làm việc trong một công ty cơ khí tại Việt Nam 27

Hình 1.25 Máy CNC trong sản xuất thường được làm việc trong nhà xưởng

XI

Hình 1.27 Lượng mòn, tải đặt trước phụ thuộc vận tốc và số hành trình 31 Hình 1.28 Ảnh hưởng tốc độ quay trục vít đến tải đặt trước 31 Hình 1.29 Mô hình hóa hệ Bi chặn – vít me – đai ốc và bi 32 Hình 1.30 Tải tác động lên bi trong bộ truyền vít me – đai ốc bi 33 Hình 1.31 Quan hệ tần số các bi vào tải, tốc độ quay n và đường kính bi DW 33 Hình 1.32 Thay đổi nhiệt độ trong bộ truyền vít me – đai ốc bi 34 Hình 1.33 Biến đổi nhiệt độ dẫn đến sai lệch vị trí đai ốc 34 Hình 1.34 Quan hệ tuổi thọ tương đối với mật độ nước trong chất bôi trơn 34 Hình 1.35 Phân phối tải trên các bi và khi một viên bi có lỗi kích thước 35

Hình 2.1 Sự phụ thuộc mòn vào thời gian t hay quãng đường ma sát L 38 Hình 2.2 Đồ thị nguyên tắc sự phụ thuộc lượng mòn vào vận tốc 39

Hình 2.9 Mô hình hóa hệ vít me – đai ốc – bi trước và sau mòn 52

Hình 2.12 Các thể hiện mòn tuyến tính và các mật độ f(U), f(t) 58

Hình 3.2 Một số kích thước cơ bản của bộ truyền vít me – đai ốc bi 64

Hình 3.6 Phương án II – Tạo tải nhờ hệ thống thủy lực có pittong-xilanh

Hình 3.12 Hình ảnh hệ thống đo gá lắp với máy thí nghiệm, đặt bên ngoài

Hình 3.16 Hình ảnh mô phỏng tổng thể hệ thống thiết bị thí nghiệm 75 Hình 3.17 Hình ảnh tổng thể hệ thống thiết bị thí nghiệm – nhìn đằng trước 76 Hình 3.18 Hình ảnh tổng thể hệ thống thiết bị thí nghiệm – nhìn bên phải 76 Hình 3.19 Hình ảnh thiết bị đo thẳng LS có độ phân giải 1 xung/m 77 Hình 3.20 Hình ảnh thiết bị đo quay RE có độ phân giải 5000 xung/vòng 77

Hình 4.2

Đồ thị sai lệch vị trí tại các điểm và mòn dọc trục khi Fa =

3500(N) và n = 100(vg/ph), môi trường theo TCVN 7699-2-30,

không bôi trơn

85

Hình 4.3

Đồ thị sai lệch vị trí tại các điểm và mòn dọc trục khi Fa =

3500(N) và n = 100(vg/ph), môi trường theo TCVN 7699-2-30,

không bôi trơn

86

Hình 4.4

Đồ thị sai lệch vị trí tại các điểm và mòn dọc trục khi Fa =

3500(N) và n = 100(vg/ph), môi trường theo TCVN 7699-2-30,

không bôi trơn

87

Hình 4.5

Đồ thị sai lệch vị trí tại các điểm và mòn dọc trục khi Fa =

3500(N) và n = 100(vg/ph), môi trường theo TCVN 7699-2-30,

không bôi trơn

88

XIII

Hình 4.6

Đồ thị sai lệch vị trí tại các điểm và mòn dọc trục khi Fa = 3500(N) và n = 100(vg/ph), môi trường theo TCVN 7699-2-30, không bôi trơn

89

Hình 4.7

Đồ thị sai lệch vị trí tại các điểm và mòn dọc trục khi Fa = 3500(N) và n = 100(vg/ph), môi trường theo TCVN 7699-2-30, không bôi trơn

90

Hình 4.8

Đồ thị sai lệch vị trí tại các điểm và mòn dọc trục khi Fa = 3500(N) và n = 100(vg/ph), môi trường theo TCVN 7699-2-30, không bôi trơn

Hình 4.11 Đồ thị tốc độ mòn khi VMĐB làm việc trong môi trường TCVN

Hình 4.12 Đồ thị tốc độ mòn khi VMĐB làm việc trong môi trường TCVN

Mới đây, ngày 11 tháng 4 năm 2014, phát biểu tại Hội nghị tổng kết 10 năm thực hiện chiến lược phát triển ngành Cơ khí Thủ Tướng chính phủ nhấn mạnh: “Cơ khí là ngành công nghiệp nền tảng, có vị trí quan trọng trong tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Chính phủ rất quan tâm tới phát triển ngành Cơ khí, đặc biệt là Cơ khí chế tạo” Trong lĩnh vực chế tạo và gia công cơ khí chính xác, máy công cụ CNC là lựa chọn ưu tiên hàng đầu hiện nay Không chỉ có ưu thế về độ chính xác do máy CNC được trang bị hệ thống đo kiểm, phản hồi và điều chỉnh tác động ngay trong quá trình gia công sản phẩm,

mà gia công CNC còn đem lại hiệu quả kinh tế rõ rệt do giảm thiểu thời gian gia công nhờ

tự động hóa cao các chuyển động phụ (cấp phôi, thay dao, bù dao, ), hoặc thực hiện đồng thời nhiều nguyên công khác nhau

Các chuyển động tịnh tiến dao hoặc phôi trong máy công cụ cần có các cơ cấu truyền động từ động cơ đến cơ cấu chấp hành như: Vít me – đai ốc, bánh răng – thanh răng hoặc tay quay – thanh truyền Do vít me – đai ốc bi (VMĐB) có kết cấu khử khe hở, ma sát nhỏ nên độ chinh xác truyền động và hiệu suất cao hơn Vì vậy, VMĐB ngày càng được sử dụng rộng rãi trong máy công cụ, đặc biệt là máy công cụ CNC và đem lại hiệu quả kinh tế

rõ rệt

Do độ chính xác VMĐB quyết định độ chính xác chi tiết được gia công nên trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu, khảo sát các vấn đề liên quan tới cụm chi tiết VMĐB Hiện nay, tuổi thọ của bộ truyền này được ước lượng qua thời gian làm việc hoặc quãng đường

ma sát với độ tin cậy 90% Tuổi thọ và độ tin cậy của VMĐB phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Tải, tốc độ, môi trường, trong đó yếu tố môi trường nhiệt ẩm chưa được quan tâm nghiên cứu nhiều Đánh giá tuổi thọ và độ tin cậy VMĐB của máy công cụ CNC trên cơ sở mòn trong điều kiện khí hậu Việt Nam có ý nghĩa khoa học và thực tế rất cao, do xu hướng thiết

kế, sử dụng VMĐB trong các bộ truyền động tịnh tiến chính xác ngày càng tăng và môi trường làm việc của VMĐB tại Việt Nam là môi trường nhiệt đới ẩm Mặt khác, bộ truyền VMĐB hiện nay trong nước chưa sản xuất được và nhập khẩu từ nhiều nguồn khác nhau,

2

vì vậy tuổi thọ và độ tin cậy phân tán trong khoảng rộng Kết quả nghiên cứu về mòn của VMĐB là cơ sở cho việc tính toán xác định tuổi thọ, độ tin cậy và kế hoạch bảo dưỡng, sửa chữa, thay thế VMĐB trong điều kiện Việt Nam

2 Mục đích nghiên cứu của luận án

- Xác định ảnh hưởng của môi trường theo TCVN 7699-2-30 của Việt Nam đến tốc độ mòn của VMĐB trong điều kiện có bổ sung chất bôi trơn và không bổ sung chất bôi trơn

- Xác định hệ số tuổi thọ trong công thức tính tuổi thọ VMĐB theo tiêu chuẩn ISO khi làm việc trong môi trường TCVN7699-2-30 cùng các mức tin cậy đặt ra

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu là VMĐB có mã hiệu: ISO 3408 – 16 x 05 x 222 – T7R4, thường được sử dụng trong máy CNC cỡ nhỏ và trong các thiết bị cơ điện tử công nghiệp Phạm vi nghiên cứu:

- Môi trường thực hiện các nghiên cứu thực nghiệm theo TCVN 7699-2-30

- Tải và tốc độ quay của VMĐB được xác định theo cỡ máy CNC và điều kiện sử dụng,

- Đưa ra phương pháp xác định mòn dọc trục của VMĐB

- Đưa ra được “hệ số tuổi thọ” bổ sung vào công thức tính tuổi thọ VMĐB theo ISO

3408 khi làm việc trong môi trường TCVN 7699-2-30

- Xác định được sự biến thiên hệ số tuổi thọ m theo độ tin cậy thực tế

Ý nghĩa thực tiễn

- Kết quả nghiên cứu có thể dùng để tham khảo và làm cơ sở khoa học cho việc xác định tuổi thọ theo độ tin cậy của cụm VMĐB khi làm việc trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm Việt Nam, từ đó có kế hoạch điều chỉnh, bảo dưỡng, thay thế phù hợp cho từng đối tượng sử dụng có yêu cầu độ tin cậy khác nhau

- Phần lớn các máy công cụ CNC sử dụng VMĐB tại Việt Nam được nhập khẩu từ nhiều nguồn khác nhau, có chất lượng khác nhau nên việc nghiên cứu ảnh hưởng khí hậu

3

nhiệt đới ẩm giúp người sử dụng có lựa chọn các thiết bị có tích hợp cụm VMĐB cho phù hợp với điều kiện nhiệt ẩm ở Việt Nam

5 Phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

Nghiên cứu lý thuyết:

Nghiên cứu lý thuyết mòn, các yếu tố ảnh hưởng đến mòn, mối quan hệ giữa mòn và

độ chính xác, tuổi thọ của VMĐB

Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo, phương pháp đo, thiết kế hệ thống tạo tải, thiết kế nguyên lý làm việc cho hệ thống thiết bị thí nghiệm

Thực nghiệm:

Xây dựng Quy hoạch thực nghiệm, thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm

Tổ chức thực nghiệm mòn cho VMĐB khi làm việc ở các điều kiện tải, tốc độ trong điều kiện môi trường TCVN 7699 – 2 – 30

Xử lý số liệu thực nghiệm, xây dựng và đánh giá hàm hồi quy với các công cụ, phần mềm chuyên dụng cho tính toán, mô phỏng

6 Nội dung luận án

Nội dung chính luận án bao gồm

Chương 1: Tổng quan về vít me – đai ốc bi

Phân tích tổng quan về các dạng VMĐB thông dụng, vai trò của VMĐB trong máy công cụ CNC và một số vấn đề liên quan tới VMĐB Đánh giá các kết quả nghiên cứu đã

có của các tác giả trong và ngoài nước có liên quan, đưa ra những vấn đề mà luận án sẽ tập trung giải quyết

Chương 2: Lý thuyết tuổi thọ và độ tin cậy vít me – đai ốc bi trên cơ sở mòn

Trình bày các công trình nghiên cứu, tính toán của các nhà khoa học; Tiêu chuẩn có liên quan và phục vụ cho hướng nghiên cứu của đề tài

Chương 3: Phương pháp, hệ thống thiết bị thực nghiệm và đo mòn

Sử dụng phương pháp thiết kế dạng modul để thiết kế nguyên lý và kết cấu máy thí nghiệm; Quy hoạch thực nghiệm xác định phương pháp đo, sơ đồ đo sai lệch do mòn

Chương 4: Kết quả thực nghiệm và đánh giá

Tổ chức thực nghiệm; Xử lý số liệu thực nghiệm; Xác định độ tin cậy, tuổi thọ VMĐB trong điều kiện nhiệt ẩm Việt Nam; Xác định hệ số tuổi thọ khi làm việc trong điều kiện TCVN 7699 – 2 – 30

4

7 Các điểm mới của luận án

Luận án đã đưa ra được phương pháp xác định mòn dọc trục VMĐB trên thiết bị thử nghiệm với điều kiện tải và tốc độ quay thay đổi, chịu tác động của môi trường theo TCVN 7699-2-30 Luận án đã đưa ra hệ số tuổi thọ bổ sung vào công thức tính tuổi thọ VMĐB theo ISO 3408 khi làm việc trong môi trường TCVN 7699-2-30 và đồng thời xác định được sự biến thiên hệ số tuổi thọ m theo độ tin cậy trong điều kiện nhiệt ẩm Việt Nam

5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VÍT ME – ĐAI ỐC BI

1.1 Đặc điểm, vai trò của vít me – đai ốc bi

Bộ truyền VMĐB là một trong các loại của bộ truyền vít me – đai ốc, có tác dụng biến chuyển động quay của trục vít thành chuyển động tịnh tiến của đai ốc và ngược lại, hiện được sử dụng khá phổ biến trong các máy móc, thiết bị Hình 1.1 thể hiện hình ảnh một số vít me – đai ốc:

a) Vít me - đai ốc thông thường (ma sát trượt) b) Vít me – đai ốc bi

Hình 1.1 Hình ảnh về cấu tạo một số bộ truyền vít me – đai ốc [63]

Đặc điểm bộ truyền vít me – đai ốc bi:

Trong các loại vít me – đai ốc, VMĐB có đặc điểm khác biệt bởi ma sát trong các bộ truyền vít me – đai ốc thông thường là ma sát trượt, còn ma sát trong VMĐB là ma sát tổng hợp cả lăn và trượt [26] Đặc điểm này làm cho hiệu suất bộ truyền cao hơn, mất mát do

ma sát ít hơn, đáp ứng rất tốt với yêu cầu khởi động nhanh và dừng chính xác

Trong VMĐB có rãnh hồi bi, tạo điều kiện để các bi chuyển động tuần hoàn trong đai

ốc bi Đặc điểm này làm cho tải trung bình đặt lên từng bi là tương đối đều nhau, không có hiện tượng mòn cục bộ một hoặc một vài viên bi trong bộ truyền

Bằng các biện pháp khử khe hở trong bộ truyền, đồng thời có kết cấu dạng modul, bao gồm các chi tiết tiêu chuẩn, thuận lợi cho việc gia công, chế tạo và lắp ráp chính xác VMĐB Nhờ đó, VMĐB có độ chính xác truyền động cao hơn, được ứng dụng trong thiết

kế chế tạo máy CNC và mở rộng ra ngày càng nhiều lĩnh vực khác Hình 1.2 thể hiện hình ảnh một số VMĐB thông dụng

Hình 1.2 Hình ảnh một số bộ truyền vít me – đai ốc bi [80]

Trục vít Đai ốc

6

Sử dụng VMĐB có các ưu điểm sau [1, 15]

- Mất mát công suất do ma sát nhỏ, hiệu suất của bộ truyền  0,9;

- Hệ số ma sát lăn phụ thuộc rất nhỏ vào vận tốc lăn của bi trong vùng làm việc Điều

đó nâng cao khả năng chuyển động ổn định;

- Khử khe hở và tạo sức căng ban đầu sẽ đảm bảo độ chính xác truyền dẫn cao hơn, nhất là khi đảo chiều chuyển động

Tuy nhiên, do đặc điểm cấu tạo mà VMĐB có những nhược điểm cơ bản:

- Độ cứng chống biến dạng thấp hơn so với bộ truyền vít me – đai ốc khác cùng kích

cỡ

- Kích thước đai ốc lớn hơn so với bộ truyền vít me – đai ốc cùng thông số truyền động

- Khả năng chống quá tải thấp hơn so với các bộ truyền vít me – đai ốc khác

Vai trò của vít me – đai ốc bi trong máy công cụ CNC

Các chuyển động phục vụ quá trình gia công cắt gọt trong máy công cụ nói chung, máy CNC nói riêng đều bắt nguồn từ các động cơ điện quay Khi cần truyền, biến đổi từ chuyển động quay của động cơ sang tịnh tiến của bàn máy hoặc đầu trục chính, để thực hiện các chuyển động chạy dao (hoặc phôi), các cơ cấu vít me – đai ốc thường được lựa chọn Tuy nhiên, trong máy công cụ CNC – thiết bị điển hình về cơ điện tử hiện đại – yêu cầu chuyển động tịnh tiến chính xác cao hơn, gia công linh hoạt và độ khó cao hơn, Do các ưu điểm nổi trội về đặc điểm cấu tạo của VMĐB, hoàn toàn thỏa mãn các yêu cầu trên nên ngày càng được sử dụng rộng rãi, thay thế cho các loại vít me – đai ốc thông thường Hình 1.3 thể hiện vị trí và kết cấu VMĐB trong máy CNC, với chức năng thực hiện chuyển động chạy dao

Hình 1.3 Hình ảnh vị trí vít me – đai ốc bi trong máy CNC [64, 76]

7

Trong máy công cụ CNC, trục vít me thường được gá lắp cố định dọc trục với thân máy, đai ốc được lắp cố định với bàn máy Khi vít me thực hiện chuyển động quay nhờ hệ thống truyền dẫn, làm cho đai ốc chuyển động tịnh tiến dọc trục vít me và đưa bàn máy chuyển động theo Lượng dịch chuyển của đai ốc (cũng như bàn máy) được tính theo góc quay của trục vít me và có thể thay đổi nhờ động cơ Servo Độ chính xác dịch chuyển bàn máy phụ thuộc vào độ chính xác vị trí đai ốc trong VMĐB và độ chính xác của hệ thống điều khiển, phản hồi

Để thực hiện các chuyển động phức tạp, có thể lắp trên bàn máy một bàn máy khác, bàn máy trên có chuyển động tịnh tiến tương đối so với bàn máy dưới nhờ VMĐB và thường là chuyển động vuông góc Hình 1.4 thể hiện vị trí và kết cấu VMĐB trong bàn máy của một máy phay CNC

Hình 1.4 Vị trí vít me – đai ốc bi trong bàn dao [52]

Trên hình:

(1): VMĐB trục Y; (2): Sống trượt bàn Y; (3): VMĐV trục X (4): Sống trượt bàn X (5): Bàn trục Y; (6): Thân máy

Nhìn vào hình 1.4 cho thấy: Bàn trục Y (5) có thể chuyển động tương đối với thân máy (6) theo phương của sống trượt bàn Y (2) Nếu gá lắp bàn máy trục (bàn gá phôi, bàn

gá đài dao, hay bàn trục X, ) với đai ốc của vít me – đai ốc bi trục X (3), lượng dịch chuyển và độ chính xác dịch chuyển của bàn máy đó hoàn toàn được điều khiển và xác định bởi (3) và (4)

Bàn máy trong máy công cụ CNC có tác dụng thực hiện những chuyển động chạy dao (hoặc phôi) trong quá trình gia công Chất lượng chuyển động của nó liên quan trực tiếp đến chất lượng và độ chính xác gia công Do đó, VMĐB chính là cụm chi tiết có ảnh

1.2 Phân loại vít me – đai ốc bi

1.2.1 Theo hình dáng và kết cấu

Trên thế giới hiện nay có rất nhiều hãng nổi tiếng cung cấp các loại VMĐB tiêu chuẩn như: Thomson; Carry; Steinmeyer; Kurim; NSK; KSK; HIWIN; GTEN; TBI; NIKO, SKF,… Mỗi hãng có những ký hiệu riêng, có sản phẩm theo tiêu chuẩn riêng, có sản phẩm theo tiêu chuẩn chung Tuy nhiên, có thể phân loại VMĐB như sau:

Phân loại theo chiều của ren vít

Theo cách phân loại này, có hai loại ren vít là ren trái và ren phải Bộ truyền có ren trái tuy được đề cập đến [33, 35, 60, 69, 70, 71], nhưng ít được sản xuất sẵn, đại trà Có thể mặc định VMĐB có ren phải Hình 1.5 mô tả hai loại VMĐB có ren trái và phải

Ren trái

Ren phải

Hình 1.5 Vít me – đai ốc bi loại có ren trái và loại có ren phải

Phân loại theo số đầu mối ren:

- Loại có ren một đầu mối: Là loại phổ thông và hiện được sử dụng khá rộng rãi Ren

một đầu mối là loại truyền chuyển động với độ chính xác cao hơn so với ren nhiều đầu mối bởi chế tạo đơn giản hơn và bước vít thường nhỏ hơn Hình 1.6 mô tả ren một đầu mối

Hình 1.6 Vít me – đai ốc bi loại có ren một đầu mối [60]

9

Với lợi thế về khả năng thay đổi tốc độ nhờ động cơ servo và hệ số ma sát nhỏ hơn rất nhiều so với các bộ truyền vít me - đai ốc ma sát trượt thông thường nên khi cần truyền chuyển động với vận tốc lớn thì vẫn có thể dùng loại có ren một đầu mối và thay đổi tốc độ nhờ động cơ servo mà không bắt buộc cần đến bộ truyền VMĐB loại có ren nhiều đầu mối

- Loại có ren nhiều đầu mối: Là loại được chế tạo phức tạp hơn so với loại ren một đầu

mối Do các mối ren khi được chế tạo đều có sai số bước và sai số tích lũy, nên cần sự chính xác rất cao giữa khoảng cách các mối ren trên đai ốc và khoảng cách giữa các mối ren trên trục vít me tại các tiết diện khác nhau Hình 1.7 thể hiện hình ảnh VMĐB có ren

nhiều đầu mối

Hình 1.7 Vít me – đai ốc bi loại có ren nhiều đầu mối [60]

Loại VMĐB có ren nhiều đầu mối thường có góc xoắn vít lớn nên lực dọc trục tác động lên các bi trong bộ truyền VMĐB có ren nhiều đầu mối nhỏ hơn so với loại một đầu mối [25, 77], ưu điểm của bộ VMĐB có ren nhiều đầu mối là tỷ số truyền lớn hơn so với loại một đầu mối

Việc chế tạo phức tạp hơn so với đai ốc có ren một đầu mối có cùng độ chính xác Loại có ren nhiều đầu mối, cụm đai ốc có hai rãnh bi độc lập với nhau, không thay đổi tải đặt trước Bộ truyền kiểu này không được sử dụng rộng rãi Hình 1.8 mô tả đai ốc cho ren nhiều đầu mối

Đai ốc Rãnh hồi bi Nắp chuyển hướng bi Nắp chuyển hướng bi

Trục vít me

Hình 1.8 Đai ốc có ren nhiều đầu mối [60]

Phân loại theo kiểu hồi bi trên đai ốc:

- Loại có rãnh hồi bi theo lỗ trên đai ốc: Rãnh hồi bi song song với đường tâm đai ốc

Đường dẫn bi đến rãnh hồi bi được bố trí trên nắp của đai ốc Kết cấu VMĐB loại có rãnh

10

hồi bi theo lỗ trên đai ốc được chỉ ra trên hình 1.9 Ưu điểm của loại này là rãnh hồi bi nằm bên trong đai ốc nên gọn và tính công nghệ cao, phân phối tải đều hơn Tuy nhiên, kích thước đai ốc to hơn, hạn chế hành trình hơn so với VMĐB cùng cỡ

Hình 1.9 Vít me – đai ốc bi loại có rãnh hồi bi theo lỗ trên đai ốc [60]

- Loại có rãnh hồi bi kiểu ống: Là loại có phương án hồi bi phổ biến nhất hiện nay do

ưu điểm dễ chế tạo, sửa chữa và căn chỉnh, kích thước đai ốc không lớn Ống hồi bi được lắp vào đai ốc nằm trong giới hạn kích thước đường kính ngoài của đai ốc Nhược điểm của phương án này là phân phối lực trên đai ốc không đều, độ bền mòn của đầu ống thấp, kẹp chặt ống có độ tin cậy không cao Hình 1.10 thể hiện vít me – đai ốc bi loại có rãnh hồi

bi kiểu ống

Rãnh hồi bi Trục vít me

Hình 1.10 Vít me – đai ốc bi loại có rãnh hồi bi kiểu ống [60]

- Loại có rãnh hồi bi giữa hai vòng ren kế tiếp: Rãnh hồi bi được bố trí trên một máng

lót đặc biệt Để đặt máng lót rãnh hồi bi, trên đai ốc có phân bố các hốc cách đều theo chu

vi và được thể hiện như hình 1.11 Kết cấu này khác với các kết cấu khác ở chỗ đường hồi

bi là đường nối hai rãnh kế tiếp nhau và có ưu điểm: Kích thước đường kính đai ốc nhỏ hơn kích thước của bộ truyền vít me khác có cùng đường kính, không bị mòn nhanh, có độ tin cậy cao, chiều dài rãnh hồi bi nhỏ

Đai ốc

Rãnh hồi bi

Trục vít me

11

Tuy nhiên, nhược điểm của kết cấu hồi bi giữa hai vòng ren kế tiếp là chế tạo phức tạp, độ khó cao, nhất là khi gia công rãnh hồi bi trên chi tiết đai ốc Đồng thời, mỗi viên bi chỉ chuyển động tương đối với đai ốc trên một vòng ren nên tải phân bố trên đai ốc và vít

me sẽ khó đều và phụ thuộc độ chính xác phân bố các hốc bi trên chu vi đai ốc

Phân loại theo cách đặt tải trước và khử khe hở:

- Loại khử khe hở và đặt tải trước bằng tấm đệm: Loại này được đặt tải để khử khe hở

bằng cách ghép nối một tấm đệm vào giữa hai đai ốc Khi muốn tải đặt trước là kéo, chiều dày tấm đệm là dương; Khi muốn tải đặt trước là nén, chiều dày tấm đệm là âm

Với chiều dày tấm đệm khác nhau cho phép thay đổi tải đặt trước làm thay đổi độ cứng của bộ truyền VMĐB Phương pháp này có kết cấu đơn giản hơn nhưng có nhược điểm là điều chỉnh khó khăn Hình 1.12 mô tả vít me – đai ốc bi loại có kết cấu khử khe hở

và đặt tải trước bằng tấm đệm

Hình 1.12 Vít me – đai ốc bi loại có kết cấu khử khe hở nhờ tấm đệm [60]

- Loại khử khe hở bằng cách dùng đai ốc có hai hệ thống rãnh bi, với khoảng cách rãnh lớn (hoặc nhỏ) hơn so với bước vít là α: Kết cấu này đòi hỏi chế tạo phức tạp và chính xác

hơn loại có hai đai ốc Trong thân đai ốc chế tạo hai hệ thống rãnh bi cách nhau một khoảng Ph ± α, trong đó α đặc trưng cho tải đặt trước ứng với từng loại VMĐB Loại này

có nhược điểm là khoảng cách giữa hai hệ thống rãnh bi là cố định nên việc chỉnh sửa, khử khe hở hoặc thay đổi tải đặt trước là không thực hiện được Kết cấu loại khử khe hở kiểu này được thể hiện ở hình 1.13 (Ph là ký hiệu bước vít me)

12

- Loại khử khe hở bằng cách tăng kích thước bi: Là loại cần độ chính xác chế tạo cao

hơn và yêu cầu lắp ráp khắt khe hơn Kích thước không gian rãnh bi tạo bởi ren trên trục vít và đai ốc được chế tạo nhỏ hơn hoặc bằng kích thước bi chịu tải làm cho viên bi tiếp xúc cả hai má của rãnh trên trục vít và cả hai má của rãnh trên đai ốc Đai ốc của VMĐB loại này có kích thước nhỏ nhất so với các loại khác nhưng cũng là loại có độ cứng chống biến dạng đàn hồi nhỏ nhất, thường được dùng trong các máy CNC đòi hỏi độ chính xác,

độ cứng không quá cao hoặc trong các tay máy, robot Hình 1.14 thể hiện kết cấu khử khe hở bằng cách tăng kích thước bi

Hình 1.14 Khử khe hở bằng tăng kích thước bi [60]

- Loại khử khe hở và đặt tải bằng lò xo: Là loại dùng lò xo có tải đặt trước khá ổn định,

khả năng thay đổi tải đặt trước dễ dàng Tuy nhiên độ đàn hồi của cụm đai ốc cao, sẽ có chuyển vị lớn hơn khi tải tác động lớn Bộ truyền này thường được sử dụng trong các máy

có tốc độ cao, tải nhỏ Hình 1.15 thể hiện kết cấu VMĐB khử khe hở và đặt tải bằng lò xo

Hình 1.15 Kết cấu khử khe hở và đặt tải bằng lò xo [60]

Đai ốc Trục vít

Trục vít Đai ốc

Trục vít

13

1.2.2 Theo cấp chính xác

Theo cấp chính xác làm việc yêu cầu của máy, thiết bị cơ khí, cùng với tải làm việc và tuổi thọ dự kiến, bộ truyền VMĐB được lựa chọn sử dụng phải phù hợp ISO 3408 – 3 quy định phân loại VMĐB theo cấp chính xác dựa vào lượng sai lệch vị trí đai ốc bi Trong đó, VMĐB được phân theo các cấp chính xác khác nhau: C0; C1; C10 Chữ số đằng sau càng lớn thể hiện độ chính xác thấp dần [33, 35, 37, 60, 69-71]

Hình 1.16 thể hiện ý nghĩa các thông số hình học theo cấp chính xác của VMĐB cho trong bộ tiêu chuẩn ISO 3408

Hình 1.16 Thông số độ chính xác của bước vít me [35]

Trên hình

lu: Chiều dài đoạn ren vít me có ích; l: Chiều dài trục vít me;

C: Giá trị sai số tích lũy bước vít; Vup: Miền giá trị đo thực của mỗi phép đo; e: Sai lệch vị trí của đai ốc; V2πp: Độ lệch khi đai ốc quay một vòng ren;

V300p: Độ rộng miền phân bố giá trị vị trí khi đai ốc di chuyển trên đoạn 300 mm bất kỳ;

ep: Chấp nhận sai số trong hành trình quy định

Xét một VMĐB, khi cho vít me quay, đai ốc tịnh tiến từ điểm bắt đầu (điểm O) đến vị trí A mong muốn, cách O một khoảng OA Theo danh nghĩa chỉ cần cho vít me quay số vòng là với Ph là bước vít danh nghĩa Do sai số chế tạo, giá trị thực của bước thường không bằng giá trị bước danh nghĩa (Ph) mà là (Ph ± p) Lúc đó đai ốc sẽ đi đến vị trí cách A một khoảng OA ± p * n Giá trị p * n = C là giá trị sai số tích lũy do bước vít, cũng là lượng dịch chuyển cần bù cho bộ truyền VMĐB

14

Khi thực hiện phép dịch chuyển, không chỉ có sai số tích lũy do bước vít mới ảnh hưởng đến sai lệch vị trí của đai ốc Trong quá trình làm việc, do vít me còn chịu tải, ma sát, gây bến dạng đàn hồi, làm cho giá trị sai lệch vị trí đai ốc không đúng bằng C mà là

C ± ep Giá trị ep chủ yếu là phụ thuộc vào biến dạng đàn hồi và khe hở dọc trục, dấu “+” hay “-” tùy theo chiều chuyển động của đai ốc

ISO 3408 - 3 thể hiện các thông số đo và quy định cho giá trị của các thông số liên quan tới độ chính xác VMĐB tùy theo cấp chính xác Trong đó có quy định thống nhất về điều kiện không tải khi đo Trên hình 1.16 thể hiện ý nghĩa các thông số hình học theo cấp chính xác quy định trong bộ tiêu chuẩn ISO 3408

Các thiết bị đo và máy đo dù chính xác cỡ nào thì khi làm việc, bộ phận chuyển động cũng chịu các lực gây rung động và ảnh hưởng đến tải tác động lên bộ truyền Thực tế vị trí thực của đai ốc sẽ không đúng bằng C + ep hay C– ep, giá trị vị trí thực của đai ốc sẽ khác nhau giữa các lần đo và nằm trong khoảng “ đến

” khi đai ốc đi theo chiều thuận hoặc “

đến

” khi đai ốc đi theo chiều ngược Giá trị Vup là do sai số phép đo, do rung động và các yếu tố ngẫu nhiên

Khi chiều dài đoạn ren làm việc Lu càng lớn, đồng nghĩa với bộ truyền VMĐB sẽ có

độ cứng vững kém hơn, mất ổn định hơn, các biến dạng kéo – nén và uốn sẽ lớn hơn làm cho sai lệch vị trí đai ốc nhiều hơn Do đó khi chiều dài đoạn ren chịu tải khác nhau, giá trị của C và ep cho phép ứng với cùng mức cấp chính xác cũng khác đi Bảng 1.1 quy định giá trị ep cho phép theo cấp chính xác của VMĐB và chiều dài đoạn vít me làm việc

Chiều dài đoạn ren

Mức tối đa sai lệch cho phép e p (  m) Tiêu chuẩn cho từng cấp chính xác

Trong mỗi phép đo, lượng sai lệch giữa các kết quả đo do rung động và các yếu tố ngẫu nhiên chỉ cho phép trong giới hạn nhất định Nếu quá giới hạn này cần xem lại máy

và thiết bị đo Bảng 1.3 cho biết lượng sai lệch do rung động và các yếu tố ngẫu nhiên giữa các kết quả đo trong cùng một phép đo

Bảng 1.6 Cấp chính xác cần thiết cho các trục máy của NSK [60]

18

1.2.3 Theo công dụng

Vít me – đai ốc bi dùng trong các máy cần chuyển động chính xác vị trí cao [37]

Loại này thường dùng trong các máy gia công CNC, máy và thiết bị đo Do yêu cầu

độ chính xác cao nên ngoài việc đòi hỏi độ chính xác cao của từng chi tiết trong VMĐB, kích thước bộ truyền cũng thường phải lớn, để giảm lượng biến dạng đàn hồi làm sai lệch

vị trí hoặc kết quả đo

Vít me – đai ốc bi dùng trong các máy không yêu cầu độ chính xác vị trí cao [37]

Loại này thường dùng cho các tay máy, rô bốt, thiết bị công nghiệp không quá đòi hỏi

độ chính xác quá cao về vị trí mà công việc chủ yếu là mang tải và truyền chuyển động Trường hợp đặc biệt, có thể dùng VMĐB với cấp chính xác 7 cho trục Z máy khoan CNC [60]

1.3 Các dạng hỏng vít me – đai ốc bi

Truyền động VMĐB khi làm việc, theo lý thuyết có thể gặp một số dạng hỏng sau [6]: Hỏng do quá tải:

Khi tải trọng tĩnh lớn hơn giá tri tải trọng tĩnh cho phép, VMĐB sẽ bị hỏng dạng: vỡ

bi, biến dạng dẻo bề mặt làm việc, gãy, đứt trục; nứt, vỡ đai ốc,

Hỏng do mỏi:

Khi chịu tải theo chu kỳ, mặc dù tải nhỏ hơn giá trị cho phép, nhưng do các vết nứt tế

vi xuất hiện kết hợp với sự đổi dấu ứng suất khi làm việc sẽ phát triển dần đến nứt, gãy hoặc vỡ

Thực tế, máy công cụ CNC là thiết bị gồm các chi tiết, cụm chi tiết có độ chính xác rất cao, được trang bị các thiết bị tự động hóa hiện đại, tuổi thọ theo thiết kế hằng chục nghìn giờ, nên máy CNC thường được trang bị các cơ cấu cảnh báo và phòng quá tải ở nhiều cấp

độ, do đó rất hiếm gặp VMĐB trong máy CNC bị hỏng theo trường hợp hỏng do quá tải làm đứt, gãy, vỡ bi, hoặc do vít me mất ổn định Dạng hỏng do vít me bị mất ổn định, chỉ

Bộ truyền VMĐB khi chịu ảnh hưởng quá trình mòn sẽ giảm dần kích thước, dẫn đến

độ chính xác bị suy giảm, sai lệch vị trí tương đối của cặp ma sát tăng lên làm tăng va đập, rung động Khi áp suất tại điểm va đập lớn gây biến dạng dẻo bề mặt, chất lượng bề mặt xấu đi dẫn đến ma sát và mòn tăng lên Quá trình mòn chịu ảnh hưởng rất nhiều của môi trường bảo quản và sử dụng Đó cũng chính là cơ sở để triển khai nghiên cứu luận án

1.4 Các đặc trƣng, tính toán cơ bản của vít me – đai ốc bi

VMĐB là cụm chi tiết truyền động chính xác được thiết kế chế tạo có tiêu chuẩn hóa cao, vì vậy dù có rất nhiều chủng loại vít me – đai ốc bi với các ký hiệu và nguồn gốc khác nhau nhưng vẫn cơ bản giống nhau về các thông số hình học và các đặc trưng Một số đặc trưng cơ bản của bộ truyền VMĐB [1, 15]:

RS: Độ cứng vững của trục VMĐB đoạn chịu tải;

Rnu,ar: Độ cứng vững của đai ốc bi

Các giá trị RS; Rnu,ar phụ thuộc vào đặc điểm bộ truyền và được nêu trong [38]

1.4.2 Tải tĩnh dọc trục danh nghĩa Coa [39]

(1.2) Trong đó:

: Số bi chịu tải trên một vòng (

Cs: Tải động tối đa cho một vòng bi chịu tải trên trục (N);

Cn: Tải động tối đa cho một vòng bi chịu tải trên đai ốc (N);

CS = fC (cos )0,86 zl2/3 DW1,8 tan  (cos )1.3 ;

22

: hệ số về hình học, (

)

1.4.4 Tải dọc trục sửa đổi [39]

Tải tĩnh sửa đổi C0am

C0am = C0a fh0 fac (1.4) Trong đó:

: hệ số phụ thuộc độ cứng cho tải tĩnh, ( ) ;

hệ số phụ thuộc độ cứng cho tải động, ( ) ;

fm: hệ số phụ thuộc vào xử lý khí khi luyện thép

Bảng 1.9 Hệ số phụ thuộc xử ký khí khi nhiệt luyện thép

Khi vít me – đai ốc bi làm việc một chiều:

Tuổi thọ tính theo số vòng quay:

Tuổi thọ tính theo giờ:

23

Trong đó:

Fm: tải dọc trục tương đương

nm: tốc độ quay tương đương

Khi vít me – đai ốc bi làm việc hai chiều:

Tuổi thọ được tính tương tự công thức 1.6 và 1.7 cho từng chiều (tải tương đương tính riêng cho từng chiều) và tuổi thọ tổng hợp được tính theo công thức:

( ) (vòng) (1.8) Trong đó:

L1; L2: Tuổi thọ tính cho từng chiều, lần lượt là chiều 1 và chiều 2 (ngược lại)

1.5 Vật liệu làm vit me – đai ốc bi

Vật liệu làm vít me, bi, đai ốc đòi hỏi chịu được tải trọng tĩnh và va đập tương đối cao,

bề mặt chịu mòn cao, độ cứng HRC = 58 – 62 Để đạt được cơ tính tổng hợp cao nhất, vật liệu làm VMĐB phải được nhiệt luyện tốt kết hợp với các biện pháp nâng cao chất lượng

bề mặt

Mỗi hãng chế tạo sử dụng vật liệu và công nghệ luyện kim khác nhau, đặc biệt là những sản phẩm đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật và độ chính xác cao bởi những sản phẩm này làm nên thương hiệu và mang bản sắc riêng của hãng

Độ cứng và một số vật liệu làm VMĐB được các hãng công bố [33, 60, 69, 70]:

Bảng 1.10 Vật liệu và phương pháp nâng cao chất lượng bề mặt

xử lý bề mặt

Độ cứng (HRC) TBI

1.6 Môi trường làm việc của máy công cụ CNC

1.6.1 Môi trường làm việc của máy CNC trên thế giới

- Một số đặc điểm môi trường tại các nước có nền Công nghiệp phát triển:

Các nước có nền công nghiệp Cơ khí phát triển hầu hết ở Bắc Mỹ và Châu Âu và một phần ở Châu Á (Nhật Bản, Đài Loan) Bắc Mỹ có khí hậu trải dài từ bắc đến nam: Hàn đới,

ôn đới, núi cao, hoang mạc và nửa hoang mạc, cận nhiệt đới và nhiệt đới; Khí hậu Châu âu

và Nhật Bản chủ yếu là ôn đới và khí hậu Đài loan là cận nhiệt đới [74] Đặc điểm chung của đa số khí hậu môi trường tại các nước này là sự biến động nhiệt độ trong ngày không lớn

- Một số hình ảnh về môi trường làm việc của các công cụ CNC

Hình 1.21 Máy CNC làm việc trong môi trường có điều hòa không khí [54]

Hình1.21 là hình ảnh các máy CNC đang làm việc trong một nhà xưởng gia công cơ khí Có thể dễ dàng nhận thấy nhà xưởng này được trang bị điều hòa không khí để giữ ổn định nhiệt độ và quạt trần để lưu thông không khí

25

Hình 1.22 Máy CNC làm việc trong điều kiện thông thường [56]

Hình 1.22 cho thấy các máy CNC làm việc trong môi trường nhà xưởng công nghiệp với nhiệt độ không có sự biến động lớn

Rõ ràng VMĐB khi được sử dụng trong các máy, thiết bị hiện đại, có yêu cầu độ chính xác cao, ở các nước công nghiệp phát triển đều được quan tâm và nghiêm túc chấp hành các quy định bảo quản, sử dụng và luôn đặt trong môi trường có đối lưu, có điều hòa không khí hoặc trong môi trường có nhiệt độ, độ ẩm ổn định, biến động thấp

1.6.2 Môi trường làm việc máy CNC tại Việt Nam

- Một số đặc điểm khí hậu Việt Nam [11, 73, 74]

Lãnh thổ Việt Nam kéo dài theo phương kinh tuyến, giới hạn trong những vĩ độ từ

8030’ đến 230

22’ và kinh độ từ 1020 10’ đến 1090 21’ nằm hoàn toàn trong vùng khí hậu nhiệt đới Do đặc điểm vị trí địa lý mà khí hậu ở Việt Nam phân thành ba vùng khí hậu riêng biệt, miền Bắc mang khí hậu cận nhiệt đới ẩm, Bắc Trung Bộ mang khí hậu nhiệt đới gió mùa, miền Nam và Nam Trung Bộ mang đặc điểm khí hậu nhiệt đới Xavan Đồng thời,

do lãnh thổ Việt Nam lại nằm ở phía đông nam của lục địa Châu Á, giáp với biển Đông nên khí hậu Việt Nam chịu ảnh hưởng trực tiếp của gió mùa mậu dịch thường thổi ở các vùng có vĩ độ thấp

26

Hình 1.23 Sự phân chia vùng khí hậu tại Việt Nam [59]

Miền khí hậu phía Bắc:

Miền Bắc Việt Nam là phần lãnh thổ phía Bắc dãy Hoành Sơn với khí hậu cận nhiệt đới ẩm với bốn mùa Xuân, Hạ, Thu, Đông rõ rệt Tuy nhiên miền này có khí hậu mang đặc điểm nổi bật là rất mất ổn định về thời gian bắt đầu - kết thúc của các mùa và cũng mất ổn định về nhiệt độ

Miền khí hậu Bắc Trung Bộ:

Miền Bắc Trung Bộ là lãnh thổ phía đông dãy Trường Sơn, kéo dài từ phía Nam dãy Hoành Sơn tới Phan Thiết Đây là miền có khí hậu nhiệt đới gió mùa, đồng thời là vùng khí hậu chuyển tiếp giữa hai miền bắc và miền Nam với Nam Trung Bộ

Miền khí hậu phía Nam:

Miền Nam là phần lãnh thổ phía Nam Bộ và Tây nguyên, có khí hậu nhiệt đới Xavan với hai mùa là mùa mưa và mùa khô Quanh năm, nhiệt độ của miền này cao nhưng khí hậu ít biến động

Do địa hình nên nhiệt độ và biến đổi nhiệt độ của các vùng trong lãnh thổ Việt Nam được phân hóa rõ rệt và có những đặc điểm rất riêng Miền Bắc có bốn mùa Xuân, Hạ, Thu, Đông do thường xuyên có sự thay đổi nhiệt độ giữa các mùa trong năm, giữa các tháng, các ngày trong tháng và đặc biệt là biến đổi nhiệt độ trong ngày của miền Bắc là khá

27

lớn Mức biến đổi nhiệt lớn nhất thông thường từ 8-100C, cá biệt có những ngày chênh lệch nhiệt độ lên tới 150C Độ ẩm tương đối của miền Bắc cũng biến động lớn (50% đến 100%), trong đó khoảng tháng 3, 4 là thời điểm độ ẩm không khí cao nhất, có nhiều ngày độ ẩm tương đối lên đến 100% Miền Nam có khí hậu nhiệt đới Xavan nên nhiệt độ tuy cao nhưng duy trì khá ổn định trong ngày, giữa các ngày trong tháng và giữa các tháng trong năm Miền Bắc Trung Bộ là vùng có khí hậu chuyển tiếp giữa hai vùng trên nên sự biến đổi nhiệt độ chủ yếu diễn ra giữa các tháng trong năm, sự biến đổi nhiệt trong ngày khá nhỏ (từ 30C50C)

Nhiệt độ trung bình tại các tỉnh ở Việt Nam cũng tăng dần theo vị trí địa lý, càng về phía gần đường xích đạo, nhiệt độ trung bình càng tăng lên Vị trí thường có nhiệt độ trung bình thấp nhất ở Việt Nam là SaPa (khoảng 80C) đến Cà Mau, Cần Thơ (khoảng 260

C) Nhiệt độ trung bình ở Hà Nội – miền bắc Việt Nam khoảng (17-20)0C

- Các tiêu chuẩn thử nghiệm môi trường tại Việt Nam

Với địa hình phân bố phức tạp, khí hậu Việt Nam phân hóa rất rõ rệt từ bắc tới Nam

và từ Đông sang Tây, được thể hiện qua sự đa dạng về môi trường thử nghiệm cho bởi bộ tiêu chuẩn quốc gia TCVN – Tuyển tập tiêu chuẩn quốc gia về thử nghiệm môi trường TCVN 7699 – công bố năm 2007 Ví dụ: TCVN 7699-2-1: 2007 Thử nghiệm A: Lạnh; TCVN 7699-2-11: 2007 Thử nghiệm Ka: Sương muối; TCVN 7699-2-13: 2007 Thử nghiệm M: Áp suất không khí thấp; TCVN 7699-2-14: 2007 Thử nghiệm N: Thay đổi nhiệt độ; TCVN 7699-2-18: 2007 Thử nghiệm R và hướng dẫn: Nước; TCVN 7699-2-30:

2007 Thử nghiệm Db: Nóng ẩm, chu kỳ (chu kỳ 12h + 12h); TCVN 7699-2-33: 2007 Hướng dẫn thử nghiệm thay đổi nhiệt độ,

Hình 1.24 và 1.25 thể hiện điều kiện môi trường làm việc của máy móc, thiết bị công nghệ cao, các máy CNC tại Việt Nam

Hình 1.24 Máy CNC làm việc trong một Công ty cơ khí tại Việt Nam