Tóm tắt 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

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Cơ khí là ngành công nghiệp nền tảng, sản phẩm của cơ khí được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các các ngành kinh tế xã hội, được sử dụng với từng mức độ khác nhau. 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 do ưu điểm nổi trội về độ chính xác và hiệu quả kinh tế do rút ngắn thời gian gia công. Các chuyển động tịnh tiến yêu cầu độ chính xác và hiệu suất truyền động cao trong máy công cụ CNC và các máy, thiết bị công nghệ cao đều được thực hiện nhờ cơ cấu vít me – đai ốc bi (VMĐB). Do ảnh hưởng rất lớn của độ chính xác VMĐB tới độ chính xác chi tiết được gia công nên trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu, khảo sát các vấn đề liên quan tới cụm chi tiết VMĐB. Tuy nhiên, các nghiên cứu về VMĐB vẫn chưa đầy đủ. Khảo sát tuổi thọ và độ tin cậy VMĐB của máy công cụ CNC trên cơ sở mòn trong điều kiện khí hậu Việt Nam là lĩnh vực mới, chưa được công bố trên thế giới. Đồng thời, xu hướng thiết kế, sử dụng VMĐB thay thế các bộ truyền thông thường đang ngày càng tăng, bộ truyền VMĐB hiện nay trong nước chưa sản xuất được. Kết quả nghiên cứu về mòn của VMĐB sẽ là cơ sở cho việc tính toán xác định tuổi thọ, độ tin cậy và bảo dưỡng, sửa chữa, thay thế 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 bôi trơn và không 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: Bộ truyền VMĐB có mã hiệu: ISO3408 –16 x 05 x 222 – T7R4. Phạm vi nghiên cứu: 1 - Môi trường thực hiện các thực nghiệm theo TCVN 7699-2-30 - Tải, tốc độ quay của vít me – đai ốc bi được xác định theo Cỡ máy CNC và điều kiện sử dụng, cụ thể: Tải “F”: Từ 2500  3500 N Tốc độ quay trục vít me “n”: Từ 78  100 vg/ph - Các nghiên cứu được thực hiện trong điều kiện không chất bôi trơn, có kiểm chứng với điều kiện bôi trơn tiêu chuẩn. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học Đưa ra phương pháp xác định mòn dọc trục của VMĐB. Đưa ra được “hệ số tuổi thọ” bổ sung cho công thức tính tuổi thọ của 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 đẻ 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 CNC sử dụng VMĐB tại Việt Nam được nhập khẩu từ nhiều nguồn, có chất lượng khác nhau nên việc nghiên cứu giúp người sử dụng có lựa chọn các thiết bị có tích hợp VMĐB phù hợp với điều kiện nhiệt ẩm ở Việt Nam. 5. Phƣơng 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. 2 Tổ chức thực hiện quá trình tạo mòn cho vít me – đai ốc bi 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 công cụ và phần mềm chuyên dụng cho tính toán, mô phỏng. 6. Nội dung luận án Nội dung chính luận án bao gồm CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VÍT ME – ĐAI ỐC BI 1.1. Đặc điểm, vai trò của vít me – đai ốc bi Các đặc điểm, vị trí, vai trò và phạm vi sử dụng VMĐB trong máy CNC 1.2. Phân loại vít me – đai ốc bi Các loại VMĐB thông dụng, phân loại theo: Hình dáng, kết cấu; Cấp chính xác và theo công dụng 1.3. Các dạng hỏng vít me – đai ốc bi Các dạng hỏng có thể xảy ra với VMĐB, dạng hỏng thường gặp và nguyên nhân hỏng 1.4. Các đặc trƣng, tính toán cơ bản của vít me – đai ốc bi Những đặc trưng cơ bản của VMĐB, một số công thức tính cho VMĐB 1.5. Vật liệu làm vit me – đai ốc bi Một số vật liệu được chọn sử dụng cho chế tạo VMĐB do một số hãng chế tạo lớn trên thế giới công bố 1.6. Môi trƣờng làm việc của máy công cụ CNC Môi trường làm việc của máy CNC trên thế giới và Việt Nam có sự khác biệt: Máy CNC trên thế giới được đặt trong môi trường có điều hòa nhiệt độ hoặc trong môi trường có nhiệt độ, độ ẩm ổn định, máy CNC ở Việt Nam đa phần được đặt trong nhà xưởng khá thông thoáng, không được điều hòa không khí, trong khi môi trường tại Việt Nam (chủ yếu là miền Bắc) có sự biến thiên nhiệt độ lớn, tốc độ cao ở mức độ ẩm tương đối cao làm xuất hiện hiện tượng đọng sương lên bề mặt ma sat. 1.7. Tổng quan các nghiên cứu vít me – đai ốc bi Một số kết quả các nghiên cứu về các vấn đề liên quan đến đối tượng nghiên cứu của đề tài của luận án trên thế giới: Bản chất tiếp xúc trong vít me – đai ốc bi là tiếp xúc Hertz [24, 26, 55, 62, 66, 68]; Ma sát trong bộ truyền VMĐB như những chiếc lông đàn hồi trong bàn chải, độ lệch của lông gây ra bởi hai mặt có 3 chuyển động tương đối làm tăng lên lực ma sát [24, 26, 66]; Lượng mòn phụ thuộc số hành trình [28]; Ảnh hưởng của tốc độ đến tải đặt trước là tuyến tính [20]; Mô hình hóa hệ bi chặn – trục vít – đai ốc bi như hệ đàn hồi gồm các lò xo mắc nối tiếp [22]; Góc tiếp xúc ảnh hưởng tới tải tác dụng lên bi [25, 77]; Sai lệch vị trí đai ốc có thể lên đến hằng trăm micromét do sự thay đổi nhiệt độ trong VMĐB , phụ thuộc thời gian, chế độ làm việc và chất làm mát [44, 79]; Mòn VMĐB chủ yếu phụ thuộc vào tải và tốc độ quay [23]. Hình 1.26 Mô tả kiểu ma sát trong vít me – đai ốc bi [24, 66] Hình 1.27 Lượng mòn, tải đặt trước phụ thuộc vào số hành trình [28] Lực ma sát tạo ra từ việc “uốn-đàn hồi” của lông bàn chải [66]: F = 0.z + 1.dz/dt + 2. Hình 1.28 Ảnh hưởng tốc độ quay trục vít đến tăng (giảm) tải đăt trước [20] Hình 1.29 Mô hình hóa hệ Bi chặn – trục vít – đai ốc bi [22] Các nghiên cứu liên quan tới lĩnh vực nghiên cứu của luận án: Tuổi thọ của vòng bi khi xuất hiện thành phần nước trong chất bôi trơn [41]; Nghiên cứu vít me – đai ốc bi khi được đặt tải trước và có chú ý tới bôi trơn [23] Hình 1.34 Quan hệ tuổi thọ tương đối của vòng bi với mật độ nước trong chất bôi trơn [41] 4 Hình 1.36 Mòn vít me – đai ốc bi [23] Các nghiên cứu tại Việt Nam về VMĐB chủ yếu là tính toán lý thuyết, còn lại là nghiên cứu chế tạo. Liên quan tới lĩnh vực nhiệt ẩm của môi trường, hiện nay đã được nhiều nhà khoa học quan tâm nhưng chưa có ai công bố kết quả nghiên cứu về VMĐB. Trong các nghiên cứu trên, môi trường được thực nghiệm ở mức nhiệt độ, độ ẩm tương đối ổn định và đa phần độ ẩm tương đối ở mức thấp (RH[...]... Tương ứng là tuổi thọ VMĐB lần lượt giảm đi 4,21 và 7,08 lần KHUYẾN NGHỊ Kết quả nghiên cứu cho thấy môi trường nhiệt ẩm bi n đổi với bi n độ và tốc độ lớn (TCVN 7699-2-30 - môi trường đặc trưng của khí hậu Việt Nam, đặc bi t là miền Bắc Việt Nam) có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ và độ tin cậy Cần phải quan tâm đến ảnh hưởng của môi trường: - Trong trường hợp chung, tuổi thọ và độ tin cậy tính toán theo tiêu... thuộc tốc độ mòn vào tải lớn hơn so với sự phụ thuộc mòn vào tốc độ - Khi tải càng lớn thì ảnh hưởng của tốc độ quay trục vít me tới tốc độ mòn càng cao - Khi tốc độ quay trục vít me càng lớn thì ảnh hưởng của tải vào tốc độ mòn càng cao 4.2 Tuổi thọ, độ tin cậy của VMĐB khi làm việc trong môi trƣờng Việt Nam Với hệ số tuổi thọ đã được QHTN để tìm hàm hồi quy, tuổi thọ VMĐB khi làm việc trong môi trường. .. số tuổi thọ môi trường khi có bổ sung bôi trơn là ̂ và được tính theo (4.3) Khi không bổ sung bôi trơn, hệ số tuổi thọ môi trường là ̂ và được tính theo (4.1) Công thức tính tuổi thọ của ISO có mức tin cậy 90%, khi yêu cầu mức tin cậy cao hơn thì phải nhân với hệ số độ tin cậy far Với mức tin cậy của thí nghiệm (95%): Độ tin cậy thực tế m là 86% tương ứng với mức tin cậy của 90% của ISO; Độ tin cậy. .. định mòn dọc trục của 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 của VMĐB theo ISO3408 khi làm việc trong môi trường theo TCVN 7699-2-30 và đồng thời xác định được sự bi n thiên hệ số tuổi thọ m theo độ tin cậy trong điều kiện nhiệt ẩm Việt Nam 24 ... khi vít me – Hình 4.12 Đồ thị tốc độ mòn khi vít me đai ốc bi làm việc trong môi trường TCVN đai ốc bi làm việc trong môi trường TCVN 7699-2-30 và không chất bôi trơn 7699-2-30, có bôi trơn Quan sát đồ thị tốc độ mòn khi VMĐB làm việc trong môi trường TCVN 7699-2-30 (hình 4.11 và hình 4.12) cho thấy: 20 - Tốc độ mòn là đồng bi n và phụ thuộc chính vào hai thông số chế độ làm việc: Tải, tốc độ - Sự phụ... LUẬN CỦA LUẬN ÁN Luận án đã thực hiện đầy đủ nội dung nghiên cứu và đạt được mục đích đề ra Những kết quả đạt được và đóng góp mới của đề tài cụ thể là: Môi trường nhiệt đới ẩm của Việt Nam đặc trưng bởi TCVN 7699-2-30 có ảnh hưởng rõ rệt tới tuổi thọ và độ tin cậy của VMĐB Quy hoạch thực nghiệm với ước lượng chu kỳ lấy mẫu 24h là phù hợp Thiết bị thí nghiệm, hệ thống đo có độ chính xác và độ tin cậy. .. của hệ số tuổi thọ “mk” kể trên sẽ là tích độ tin cậy của thực nghiệm (95%) và độ tin cậy của tuổi thọ theo ISO Tra bảng Laplace để xác định hệ số zb ứng với các mức độ tin cậy [6] Với độ tin cậy 95% của hàm hồi quy,  zb=1,96 Khoảng giá trị của mk ứng với độ tin cậy 95%, được cho bởi công thức: 21 ̂ Bảng 4.11 Khoảng giá trị Theo ISO Độ tin Hệ số cậy độ tin cậy 1 2 90% far = 1,00 95% far = 0,62 96%... đai ốc bi khi làm việc trong môi trường TCVN7699-2-30 và có bôi trơn 19 Quan sát đồ thị hệ số tuổi thọ khi VMĐB làm việc trong môi trường TCVN 7699-2-30 (hình 4.9 và hình 4.10) cho thấy: - Hệ số tuổi thọ tuyến tính với từng thông số tải, tốc độ - Tải càng lớn thì ảnh hưởng của sự thay đổi tốc độ tới hệ số tuổi thọ càng lớn - Hệ số tuổi thọ có thể đồng bi n hoặc nghịch bi n với tải, tùy thuộc vào tốc độ. .. thẳng (LS) của hãng “SINPO”, mã hiệu “JOXE-O”, độ chính xác 0,001mm để đo chuyển động tịnh tiến của đai ốc Đầu đọc cố định Thân thước chuyển động Thân thước cố định Đầu đọc chuyển động Hình 3.10 Phương án II.1 – Thân Hình 3.11 Phương án II.2 – Đầu đọc thước ghép nối với đai ốc bi di chuyển ghép nối với đai ốc bi di chuyển 13 Trong phương án II, có 2 phương án gá lắp LS với đai ốc bi và thân máy: Một... bổ sung hệ số độ tin cậy far [39] Với mức tin cậy của thực nghiệm là 95%: Độ tin cậy thực tế m là 86% tương ứng với mức tin cậy của 90% của ISO; Độ tin cậy thực tế m là 94% tương ứng với mức tin cậy 99% của ISO Trong môi trường theo TCVN 7699-2-30, tốc độ mòn VMĐB: khi không bổ sung bôi trơn tính theo công thức (4.6), khi có bổ sung bôi trơn tính theo công thức (4.7) Trong đó, hệ số tuổi thọ giữa bổ ... Việt Nam chưa quan tâm nghiên cứu nhiều Từ vấn đề nêu trên, luận án lựa chọn đề tài Nghiên cứu tuổi thọ độ tin cậy vít me – đai ốc bi máy CNC điều kiện môi trường Việt Nam Đây vấn đề cần thiết,... làm việc máy công cụ CNC Môi trường làm việc máy CNC giới Việt Nam có khác bi t: Máy CNC giới đặt môi trường có điều hòa nhiệt độ môi trường có nhiệt độ, độ ẩm ổn định, máy CNC Việt Nam đa phần... độ tin cậy Mức tin cậy hệ số tuổi thọ thực nghiệm – tiêu chuẩn Fisher – m(95%) I 95 Độ tin cậy công thức xác định tuổi thọ (Lh theo ISO) Độ tin cậy thực tế (%) Hệ số tuổi thọ “m” ứng với độ tin