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

Header Page of 258 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tất nội dung luận án “Nghiên cứu tuổi thọ độ tin cậy vít me – đai ốc bi máy CNC điều kiện môi trường Việt Nam” công trình nghiên cứu riêng tôi, thực hướng dẫn tập thể cán hướng dẫn: PGS.TS Phạm Văn Hùng PGS.TS Nguyễn Doãn Ý Các số liệu, kết luận án trung thực, trích dẫn đầy đủ chưa công bố công trình khác Hà Nội, ngày Tập thể hƣớng dẫn PGS.TS Phạm Văn Hùng Footer Page of 258 tháng năm 2015 Tác giả luận án PGS.TS Nguyễn Doãn Ý I Trần Đức Toàn Header Page of 258 LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận án, nhận nhiều giúp đỡ, góp ý, động viên chia sẻ người Lời đầu tiên, xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Viện Đào tạo sau Đại học, Viện Cơ khí, Bộ môn Máy ma sát học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội cho phép, hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho học tập nghiên cứu khoa học Tôi đặc biệt trân trọng biết ơn PGS.TS Phạm Văn Hùng, PGS.TS Nguyễn Doãn Ý hướng dẫn, bảo cho ý kiến vô bổ ích tạo điều kiện thuận lợi cho mặt chuyên môn suốt trình học tập thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Máy ma sát học – Đại học Bách Khoa Hà Nội đóng góp cho ý kiến quý báu tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian hoàn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Lãnh đạo khoa toàn giảng viên khoa Công nghệ Cơ khí – Trường Đại học Điện lực nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi cho học hoàn thành nhiệm vụ học tập Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, người chia sẻ, động viên, giúp đỡ tôi, nguồn động lực to lớn giúp học tập, nghiên cứu hoàn thành luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả luận án Trần Đức Toàn Footer Page of 258 II Header Page of 258 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 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VÍT ME – ĐAI ỐC BI 1.1 Đặc điểm, vai trò vít me – đai ốc bi 1.2 Phân loại vít me – đai ốc bi 1.2.1 Theo hình dáng kết cấu 1.2.2 Theo cấp xác 13 1.2.3 Theo công dụng 18 1.3 Các dạng hỏng vít me – đai ốc bi 18 1.4 Các đặc trƣng, tính toán 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 trƣờng làm việc máy công cụ CNC 24 1.6.1 Môi trường làm việc máy CNC giới 24 1.6.2 Môi trường làm việc máy CNC Việt Nam 25 1.7 Tổng quan nghiên cứu vít me – đai ốc bi 28 1.7.1 Một số nghiên cứu vít me – đai ốc bi giới: 28 1.7.2 Một số nghiên cứu Việt Nam 36 KẾT LUẬN CHƢƠNG 37 CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT TUỔI THỌ VÀ ĐỘ TIN CẬY VÍT ME – ĐAI ỐC BI TRÊN CƠ SỞ MÒN 38 2.1 Tổng quan mòn vật liệu: 38 2.1.1 Mòn theo thời gian 38 2.1.2 Ảnh hưởng yếu tố đến mòn 39 Footer Page of 258 III Header Page of 258 2.1.3 Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7699-2-30 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 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 tiêu xác định độ tin cậy 54 2.3.3 Hàm phân phối sử dụng tính toán độ tin cậy: 56 2.3.4 Xác định độ tin cậy sở mòn [7] 57 2.4 Tuổi thọ độ tin cậy VMĐB 59 KẾT LUẬN CHƢƠNG 61 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP, HỆ THỐNG THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU MÒN 62 3.1 Mục đích yêu cầu thực nghiệm: 62 3.2 Thiết kế máy thí nghiệm 62 3.2.1 Đối tượng nghiên cứu thí nghiệm 62 3.2.2 Thiết kế máy thí nghiệm 62 3.3 Tổ hợp máy thí nghiệm 74 3.4 Quy hoạch tổ chức thực nghiệm 77 3.4.1 Xác định thông số thực nghiệm 77 3.4.2 Các thông số thực nghiệm 80 3.4.3 Tổ chức thực nghiệm đo mòn 81 KẾT LUẬN CHƢƠNG 83 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 84 4.1 Kết 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 VMĐB làm việc môi trƣờng Việt Nam 103 KẾT LUẬN CHƢƠNG 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 Footer Page of 258 IV Header Page of 258 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ISO: International Organization for Standardization – Tổ chức tiêu chuẩn 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 Footer Page of 258 V Header Page of 258 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHÍNH Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị  Góc tiếp xúc bi Độ (0)  Góc rãnh dẫn hướng bi Độ (0) l Sai lệch dọc trục biến dạng đàn hồi m Ph Bước vít me danh nghĩa mm DW Đường kính bi truyền vít me – đai ốc bi mm Dpw Đường kính đường tròn tạo tâm bi truyền vít me – đai ốc bi mm d1 Đường kính danh nghĩa trục vít me mm d2 Đường kính chân trục vít me mm D1 Đường kính bích đai ốc mm D2 Đường kính chân đai ốc bi mm D3 Đường kính đỉnh đai ốc bi mm L Tuổi thọ (theo ISO) Vòng Lh Tuổi thọ (theo ISO) Giờ Lr Tuổi thọ vít me – đai ốc bi làm việc hai chiều (theo ISO) Vòng Lhr Tuổi thọ vít me – đai ốc bi làm việc hai chiều (theo ISO) Giờ Lar Tuổi thọ theo hệ số độ tin cậy (theo ISO) Vòng Lhar Tuổi thọ theo hệ số độ tin cậy (theo ISO) Giờ n Tốc độ quay trục vít me Vòng/phút nm Tốc độ tương đương trục vít me – đai ốc bi Vòng/phút F Tải dọc trục Fm Fma N Tải dọc trục tương đương truyền vít me – đai ốc bi làm việc chiều Tải dọc trục tương đương truyền vít me – đai ốc bi làm việc hai chiều p Áp suất pháp tuyến điểm tiếp xúc v Vận tốc trượt tương đối cặp ma sát Footer Page of 258 VI N N N/m2 (m/phút) Header Page of 258 Ca Tải động dọc trục danh nghĩa N Coa Tải tĩnh dọc trục danh nghĩa N (t) Tốc độ mòn theo thời gian b k m m/giờ Tốc độ mòn VMĐB làm việc môi trường TCVN 7699-2-30 có bôi trơn Tốc độ mòn VMĐB làm việc môi trường TCVN 7699-2-30 không bôi trơn m/giờ m/giờ Hệ số tuổi thọ bổ sung vít me – đai ốc bi làm việc môi trường TCVN 7699-2-30 có bôi trơn Hệ số tuổi thọ bổ sung vít me – đai ốc bi làm việc môi trường TCVN 7699-2-30 không bôi trơn C Sai số tích lũy vị trí đai ốc m ep Chấp nhận sai số hành trình quy định m V300p Vup Độ rộng miền phân bố giá trị vị trí đai ốc dịch chuyển đoạn 300 mm Độ rộng miền phân bố giá trị vị trí đai ốc trục vít me quay vòng đoạn m m Uc Lượng mòn dọc trục m [U] Lượng mòn dọc trục giới hạn m Sai lệch vị trí dọc trục đai ốc m Sai lệch vị trí dọc trục giới hạn m  [] Tuổi thọ VMĐB làm việc môi trường TCVN 7699-230 không bôi trơn Tuổi thọ VMĐB làm việc môi trường TCVN 7699-230 có bôi trơn  Footer Page of 258 Hệ số tuổi thọ bôi trơn không bôi trơn VII Giờ Giờ Header Page of 258 DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Bảng 1.1 Bảng 1.2 Nội dung ep cho phép với truyền cần độ xác định vị cao ep cho phép với truyền không yêu cầu độ xác định vị cao Trang 14 15 Bảng 1.3 Vup cho phép theo cấp xác 15 Bảng 1.4 V300p cho phép theo cấp xác 16 Bảng 1.5 V2p cho phép theo cấp xác 16 Bảng 1.6 Cấp xác cần thiết cho trục máy NSK 16 Bảng 1.7 Cấp xác cần thiết cho trục máy HIWIN 17 Bảng 1.8 Hệ số phụ thuộc độ xác 22 Bảng 1.9 Hệ số phụ thuộc xử lý khí nhiệt luyện thép 22 Bảng 1.10 Vật liệu phương pháp nâng cao chất lượng bề mặt 23 Bảng 1.11 Tiếp xúc hai vật rắn có biến dạng đàn hồi 29 Bảng 1.12 Hệ số ma sát vít me – đai ốc bi theo mô ước tính, so sánh 30 Bảng 2.1 Hệ số độ tin cậy 48 Bảng 2.2 Mô tả sai lệch vị trí đai ốc biến dạng đàn hồi 51 Bảng 2.3 Các tiêu độ tin cậy lý thuyết thực nghiệm 56 Bảng 2.4 Hệ số tuổi thọ thực nghiệm 60 Bảng 2.5 Hệ số tuổi thọ làm việc môi trường TCVN 7699-2-30 ứng với độ tin cậy 60 Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật vít me – đai ốc bi 63 Bảng 3.2 Các biến ma trận thí nghiệm 79 Bảng 4.1 Bảng tổng hợp lượng mòn dọc trục đo thí nghiệm 92 Bảng 4.2 Bảng tính thông số Lh iso; ; Lh tn; m điểm đo (điểm đích) thí nghiệm 93 Bảng 4.3 Bảng ma trận biến thí nghiệm 96 Bảng 4.4 Các giá trị hệ số tuổi thọ theo môi trường tâm quy hoạch 96 Footer Page of 258 VIII Header Page of 258 Bảng 4.5 Các giá trị hàm hồi quy thực nghiệm 97 Bảng 4.6 Bảng số liệu thí nghiệm mòn với hàm hồi quy tốc độ mòn 100 Bảng 4.7 Giá trị biến vào, hàm hồi quy 100 Bảng 4.8 Bảng kê biến chuẩn hóa 101 Bảng 4.9 Các giá trị yi; ̅; ̂ hàm hồi quy 102 Bảng 4.10 Các giá trị xác định độ lệch chuẩn mk 104 Bảng 4.11 Khoảng giá trị mk ứng với độ tin cậy thực tế 105 Bảng 4.12 Khoảng giá trị m ứng với độ tin cậy thực tế 105 Footer Page of 258 IX Header Page 10 of 258 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Tên hình Nội dung Trang Hình 1.1 Hình ảnh cấu tạo số truyền vít me – đai ốc Hình 1.2 Hình ảnh số truyền vít me – đai ốc bi Hình 1.3 Hình ảnh vị trí vít me – đai ốc bi máy CNC Hình 1.4 Vị trí vít me – đai ốc bi bàn dao Hình 1.5 Vít me – đai ốc bi loại có ren trái loại có ren phải Hình 1.6 Vít me – đai ốc bi loại có ren đầu mối Hình 1.7 Vít me – đai ốc bi loại có ren nhiều đầu mối Hình 1.8 Đai ốc cho ren nhiều đầu mối Hình 1.9 Vít me – đai ốc bi loại có rãnh hồi bi theo lỗ 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 hai vòng ren 10 Hình 1.12 Vít me – đai ốc bi loại có kết cấu khử khe hở nhờ đệm 11 Hình 1.13 Loại có hai rãnh bi, khoảng cách tăng (giảm) so với bước vít 11 khoảng  Hình 1.14 Khử khe hở tăng kích thước bi 12 Hình 1.15 Kết cấu khử khe hở đặt tải lò xo 12 Hình 1.16 Thông số độ xác bước vít me 13 Hình 1.17 Rỉ sét bề mặt vít me – đai ốc bi 19 Hình 1.18 Tróc rỗ bề mặt làm việc vít me – đai ốc bi 19 Hình 1.19 Vít me – đai ốc bi bị cong trục vít me 19 Hình 1.20 Mòn đai ốc, mòn trục vít VMĐB 20 Hình 1.21 Máy CNC làm việc môi trường có điều hòa không khí 24 Hình 1.22 Máy CNC làm việc điều kiện thông thường 25 Hình 1.23 Sự phân chia vùng khí hậu Việt Nam 26 Hình 1.24 Máy CNC làm việc công ty khí Việt Nam 27 Hình 1.25 Footer Page 10 of 258 Máy CNC sản xuất thường làm việc nhà xưởng thông thoáng với môi trường tự nhiên X 28 Header Page 113 of 258 4.1.2.2 Tốc độ mòn vít me – đai ốc bi làm việc môi trường TCVN 7699-2-30 Theo công thức (2.3), biểu diễn tổng quát mối quan hệ tốc độ mòn vào tải tốc độ quay trục vít me sau: (4.4) Sử dụng số liệu thí nghiệm bảng 4.1 với đầu vào “F”, “n”, hàm hồi quy tốc độ mòn ( môi trường TCVN7699-2-30 “ ”, có bảng số liệu 4.6: Bảng 4.6 Bảng số liệu thí nghiệm mòn với hàm hồi quy tốc độ mòn Biến đầu vào Lượng mòn dọc trục Uc (m) Tốc độ mòn  (m/h) 100 6,95 0,290 3500 78 4,70 0,196 3000 89 3,45 0,144 2500 100 2,40 0,100 2500 78 1,89 0,079 STN Tải F (N) Tốc độ n (vg/ph) 3500 Logarit hai vế (4.4), được: ln() = ln(a0) + a1 ln(F) + a2 ln(n) Đặt: Y = ln(); A = ln(a0); Z1 = ln(F); Z2 = ln(n) Hàm hồi quy tốc độ mòn trở thành: Y = A + a1 Z1 + a2 Z2 (4.5) Bảng 4.7 thể giá trị biến vào, hàm hồi quy sau đổi biến Bảng 4.7 Giá trị biến vào hàm hồi quy Biến đầu vào STN Biến đầu Z1 Z2 Y 8,1605 4,6052 -1,2393 8,1605 4,3567 -1,6305 8,0064 4,4886 -1,9397 7,8240 4,6052 -2,3026 7,8240 4,3567 -2,5415 Theo [10], đặt ̅ Trong đó: ̅ ; i = 1, 2, , ; J = 1, ̅: Giá trị trung bình biến đầu Y ̅̅̅ ̅̅̅: Giá trị trung bình biến đầu vào Z1; Z2 Footer Page 113 of 258 100 Header Page 114 of 258 ̅ √∑ √∑ ; ( ̅) Để chuyển từ quy mô tự nhiên sang quy mô chuẩn (chuẩn hóa tất đại lượng ngẫu nhiên Z) Bảng 4.8 bảng kê biến chuẩn hóa Bảng 4.8 Bảng kê biến chuẩn hóa Biến đầu vào STN Biến đầu Z Z Y0 0,9825 0,987 1,331 0,9825 -1,012 0,578 0,067 0,05 -0,017 -1,016 0,987 -0,716 -1,016 -1,012 -1,176 Từ công thức tính hệ số tương quan thực nghiệm [10] ∑ ∑ (l > m; Tính được: ; ; { Nhận hệ phương trình chuẩn Giải được: A1 = 0,949; A2 = 0,303 Tính hệ số phương trình 4.5: ̅ ∑ ̅ ̅ ̅̅̅ ̅̅̅ Thay vào 4.5, phương trình: Y = -30,99 + 2,93 Z1 + 1,26 Z2 Theo [8], hệ số đánh giá chất lượng phương trình hồi quy ∑ ∑ ̂ Lập bảng 4.9 để tính hệ số R2 Footer Page 114 of 258 101 ̅ ̅ l, m, j = 1,2) Header Page 115 of 258 Bảng 4.9 Các giá trị yi; ̅; ̂ hàm hồi quy STN Z1 Z2 yi ̂ 8,1605 4,6052 -1,2393 -1,2916 0,2366 0,2902 8,1605 4,3567 -1,6305 -1,6051 0,0299 0,0218 8,0064 4,4886 -1,9397 -1,8900 0,0125 0,0261 7,8240 4,6052 -2,3026 -2,2767 0,2487 0,2752 7,8240 4,3567 -2,5415 -2,5902 0,6596 0,5829 1,1872 1,1961 ̅ -1,778 ∑ Tính được: ∑ ̂ ̅ ̂ ̅ ̅ ̅ Với a0 = eA = 3,475 10-14, thay vào phương trình 4.4 hàm hồi quy tốc độ mòn Như vậy, tốc độ mòn VMĐB làm việc môi trường TCVN 7699-2-30 không bôi trơn: (m/h) (4.6) Đồ thị thể phụ thuộc tốc độ mòn vào thông số tải “F” tốc độ quay “n” VMĐB làm việc môi trường TCVN 7699-2-30 không bôi trơn thể Tốc độ mòn k (m/h) hình 4.3 Hình 4.11 Đồ thị tốc độ mòn VMĐB làm việc môi trường TCVN 7699-2-30 không bôi trơn Quan sát đồ thị tốc độ mòn VMĐB làm việc môi trường TCVN 7699-2-30 không bôi trơn, thấy: - Tốc độ mòn đồng biến phụ thuộc vào hai thông số chế độ làm việc: Tải, tốc độ - Sự phụ thuộc tốc độ mòn vào tải lớn so với phụ thuộc mòn vào tốc độ - Khi tải lớn ảnh hưởng tốc độ quay đến tốc độ mòn cao - Khi tốc độ lớn ảnh hưởng tải đến tốc độ mòn cao Footer Page 115 of 258 102 Header Page 116 of 258 Sử dụng hệ số  - hệ số tuổi thọ có bôi trơn không bôi trơn làm việc môi trường TCVN7699-2-30, tốc độ mòn VMĐB làm việc môi trường TCVN 7699-2-30 có bôi trơn:  (m/h)  (4.7) Đồ thị thể phụ thuộc tốc độ mòn vào thông số tải “F” tốc độ quay “n” VMĐB làm việc môi trường TCVN 7699-2-30 có bôi trơn thể Tốc độ mòn b (m/h) hình 4.3 Hình 4.12 Đồ thị tốc độ mòn VMĐB làm việc môi trường TCVN 7699-2-30, có bôi trơn Giống hệ số tuổi thọ, tỷ lệ tốc độ mòn không bôi trơn bôi trơn 1,68 Do đặc điểm mối quan hệ phụ thuộc tốc độ mòn vào tải tốc độ VMĐB làm việc môi trường TCVN 7699-2-30 có bôi trơn giống không bôi trơn 4.2 Tuổi thọ, độ tin cậy VMĐB làm việc môi trƣờng Việt Nam Tuổi thọ độ tin cậy hai khái niệm tách rời Một số máy, thiết bị đòi hỏi cao độ xác khả làm việc, không cho phép cố thời gian hoạt động quy định ý nghĩa độ tin cậy tuổi thọ khẳng định Khi cần phải tính toán tuổi thọ chi tiết, cụm chi tiết máy với mức tin cậy lớn hơn, nay, công thức tài liệu kỹ thuật công bố xác định mức độ tin cậy 90%, Công thức tính tuổi thọ cho ISO 3408 – cập nhật có tính tới hệ số độ tin cậy mức 90%; 95%; ; 99% Tuy nhiên, làm việc điều kiện môi trường khác nhau, mức độ ảnh hưởng yếu tố đến tuổi thọ khác Tuổi thọ VMĐB làm việc Footer Page 116 of 258 103 Header Page 117 of 258 điều kiện môi trường khác cần bổ sung hệ số đặc trưng cho điều kiện làm việc đặc biệt với mức độ tin cậy khác Như vậy, độ tin cậy tuổi thọ VMĐB giải Với hệ số tuổi thọ QHTN để tìm hàm hồi quy, tuổi thọ VMĐB làm việc môi trường TCVN 7699-2-30 tính theo công thức: - không bôi trơn (4.8) - có bôi trơn (4.9) Hoặc Theo số liệu thực nghiệm tổng hợp thể bảng 4.9, xác định hàm hồi quy hệ số tuổi thọ theo môi trường TCVN 7699-2-30, không bôi trơn mk Để xác định độ tin cậy mk cần tính độ lệch chuẩn hệ số tuổi thọ VMĐB theo môi trường theo TCVN7699-2-30 không sử dụng chất bôi trơn Bảng 4.10 thống kê hệ số tuổi thọ thực nghiệm để xác định độ lệch chuẩn Bảng 4.10 Các giá trị xác định độ lệch chuẩn ̅̅̅̅)2 STN Tên thí nghiệm mk TN1 0,1312 0,0001039 TN2 0,1514 0,0001002 TN3 0,1481 4,548E-05 TN4 0,1385 8,351E-06 TN5 0,1372 1,793E-05 ( ̅̅̅̅ = 0,000275822 Độ lệch chuẩn hệ số tuổi thọ mk: ∑ * ̅̅̅̅ + = 0,0083 (4.10) Do độ tin cậy thực nghiệm mức 95% (đáp ứng tiêu chuẩn Fisher với mức ý nghĩa 0,05), độ tin cậy thực tế hệ số tuổi thọ “mk” kể tích độ tin cậy thực nghiệm (95%) độ tin cậy tuổi thọ theo ISO Tra bảng Laplace để xác định hệ số zb ứng với mức độ tin cậy [7] Với độ tin cậy 95% hàm hồi quy,  zb=1,96 Khoảng giá trị mk ứng với độ tin cậy 95%, cho công thức: ̂ ̂ ̂ Footer Page 117 of 258 (4.11) 104 Header Page 118 of 258 Bảng 4.11 Khoảng giá trị ứng với độ tin cậy thực tế Theo ISO STT Thực nghiệm Thực tế Độ tin cậy Hệ số độ tin cậy Độ tin cậy Hê số tuổi thọ bổ sung Độ tin cậy Hệ số tuổi thọ theo độ tin cậy 5=1*3 6=2*4 90% far = 1,00 85,50 1,00.( ̂ ) 95% far = 0,62 90,25 0,62.( ̂ ) 96% far = 0,53 91,20 0,53.( ̂ ) 92,15 0,44.( ̂ ) 95% 97% far = 0,44 98% far = 0,33 93,10 0,33.( ̂ ) 99% far = 0,21 94,05 0,21.( ̂ ) ̂ Tương tự, với  = = 1,68 tìm từ (4.2), độ lệch chuẩn hệ số tuổi thọ có bôi trơn: * ∑ ̅ + * ∑ ̅̅̅̅ + = 0,014 (4.12) Khoảng giá trị m ứng với với độ tin cậy thực tế thể bảng 4.12 Bảng 4.12 Khoảng giá trị m ứng với độ tin cậy thực tế Footer Page 118 of 258 STT Độ tin cậy thực tế 85,50 1,00 ( ̂ ) 90,25 0,62 ( ̂ ) 91,20 0,53 ( ̂ ) 92,15 0,44 ( ̂ ) 93,10 0,33 ( ̂ ) 94,05 0,21 ( ̂ ) 105 Hệ số tuổi thọ “m” Header Page 119 of 258 KẾT LUẬN CHƢƠNG Qua thực nghiệm xử lý số liệu, kết thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng tải dọc trục, tốc độ quay đến mòn tuổi thọ VMĐB làm việc môi trường theo TCVN7699-2-30 dẫn đến kết luận sau: - Khi VMĐB làm việc môi trường TCVN 7699-2-30, công thức tuổi thọ theo ISO cần bổ sung thêm hệ số tuổi thọ môi trường m: “Lh mt= m.Lh iso” Trong hệ số tuổi thọ môi trường có bổ sung bôi trơn ̂ tính theo (4.3) Khi không bổ sung bôi trơn, hệ số tuổi thọ môi trường ̂ k tính theo (4.1) - Công thức tính tuổi thọ ISO có mức tin cậy 90%, yêu cầu mức độ tin cậy cao phải nhân với hệ số độ tin cậy far [39] Mức tin cậy thực nghiệm 95% (tiêu chuẩn Fisher): Độ tin cậy thực tế m 86% tương ứng với mức tin cậy 90% ISO; Độ tin cậy thực tế m 94% tương ứng với mức tin cậy 99% ISO - Tốc độ mòn VMĐB làm việc môi trường TCVN 7699-2-30, không bổ sung bôi trơn tính theo (4.6), có bổ sung bôi trơn tính theo (4.7) Trong đó, hệ số tuổi  thọ có bổ sung bôi trơn không bổ sung bôi trơn  =  = 1,68 - Với mức tin cậy từ 86% đến 94%, không bổ sung bôi trơn, hệ số tuổi thọ theo môi trường VMĐB “mk” tương ứng từ 1,00.( ̂ ) đến 0,21.( ̂ ); Khi có bổ sung bôi trơn, hệ số tuổi thọ theo môi trường VMĐB “m” tương ứng 1,00.( ̂ - ) đến 0,21.( ̂ ) So với VMĐB làm việc môi trường bôi trơn theo quy định ISO, VMĐB làm việc môi trường TCVN 7699-2-30: Khi có bổ sung bôi trơn, lượng mòn tăng lên khoảng 1/0,2374  4,21 lần; Khi không bổ sung bôi trơn, lượng mòn tăng lên khoảng 1/0,1413  7,08 lần Tương ứng tuổi thọ VMĐB giảm 4,21 7,08 lần Footer Page 119 of 258 106 Header Page 120 of 258 KẾT LUẬN CỦA LUẬN ÁN Luận án thực đầy đủ nội dung nghiên cứu đạt mục đích đề Những kết đạt đóng góp đề tài cụ thể là: - Môi trường nhiệt đới ẩm Việt Nam đặc trưng TCVN 7699-2-30 có ảnh hưởng rõ rệt tới tuổi thọ độ tin cậy VMĐB Quy hoạch thực nghiệm với ước lượng chu kỳ lấy mẫu 24h phù hợp Thiết bị thí nghiệm, hệ thống đo có độ xác độ tin cậy đáp ứng yêu cầu quy hoạch thực nghiệm đo mòn VMĐB - Khi VMĐB làm việc môi trường TCVN 7699-2-30, công thức tuổi thọ theo ISO cần bổ sung thêm hệ số tuổi thọ môi trường m: “Lh mt= m.Lh iso” Trong hệ số tuổi thọ môi trường có bổ sung bôi trơn “ ̂ ”, tính theo (4.3) Khi không bổ sung bôi trơn ̂ k, tính theo (4.1) - Công thức tính tuổi thọ ISO có mức tin cậy 90%, yêu cầu mức độ tin cậy cao cần bổ sung hệ số độ tin cậy far [39] Với mức tin cậy thực nghiệm 95%: Độ tin cậy thực tế m 86% tương ứng với mức tin cậy 90% ISO; Độ tin cậy thực tế m 94% tương ứng với mức tin cậy 99% ISO - Trong môi trường theo TCVN 7699-2-30, tốc độ mòn VMĐB không bổ sung bôi trơn tính theo công thức (4.6), có bổ sung bôi trơn tính theo công thức (4.7) Trong đó, hệ số tuổi thọ bổ sung bôi trơn không bổ sung bôi trơn  = 1,68 - Với mức tin cậy từ 86% đến 94%: Khi không bổ sung bôi trơn, hệ số tuổi thọ theo môi trường VMĐB “mk” thay đổi tương ứng từ 1,00.( ̂ ) đến 0,21.( ̂ ); Khi bổ sung bôi trơn, hệ số tuổi thọ theo môi trường VMĐB “m” thay đổi tương ứng từ 1,00.( ̂ - ) đến 0,21.( ̂ ) So với VMĐB làm việc môi trường theo quy định ISO, VMĐB làm việc môi trường theo TCVN 7699-2-30: Khi có bổ sung bôi trơn, lượng mòn tăng lên khoảng 4,21 lần; Khi không bổ sung bôi trơn, lượng mòn tăng lên khoảng 7,08 lần Tương ứng tuổi thọ VMĐB giảm 4,21 7,08 lần KHUYẾN NGHỊ Kết nghiên cứu cho thấy môi trường nhiệt ẩm biến đổi với biên độ tốc độ lớn, (TCVN 7699-2-30 - môi trường đặc trưng khí hậu Việt Nam, đặc biệt miền Bắc Việt Nam) có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ độ tin cậy Cần phải quan tâm đến ảnh hưởng môi trường: Footer Page 120 of 258 107 Header Page 121 of 258 - Trong trường hợp chung, tuổi thọ độ tin cậy tính toán theo tiêu chuẩn ISO VMĐB làm việc môi trường có tác động nhiệt ẩm theo TCVN 7699-2-30 bị suy giảm rõ rệt Cần phải điều chỉnh hệ số m để xác định xác - Có kế hoạch vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa thay phù hợp với điều kiện sử dụng – điều kiện môi trường nhiệt ẩm - Lắp đặt vận hành máy điều kiện môi trường sản xuất đảm bảo không phạm vi TCVN 7699-2-30 Footer Page 121 of 258 108 Header Page 122 of 258 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Bùi Quý Lực (2006) Hệ thống điều khiển số công nghiệp Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [2] Lê Văn Uyển, Vũ Lê Huy (2006) Tính toán ứng suất tuổi thọ truyền đông VMĐB Tuyển tập báo khoa học Hội nghị khoa học lần thứ 20 – Đại học Bách khoa Hà Nội [3] Lê Văn Uyển, Vũ Lê Huy (2007) Phương pháp tính toán, thiết kế lựa chọn truyền động VMĐB Tuyển tập công trình hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ VIII [4] Lê Văn Uyển, Vũ Lê Huy, Trịnh Đồng Tính (2007) Xây dựng sở tính toán truyền động vít me ma sát lăn chế tạo thử truyền động vít me ma sát lăn Đê tài cấp Bộ B2007-01-30 [5] Nguyễn Anh Tuấn, Phạm Văn Hùng (2005) Ma sát học Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [6] Nguyễn Doãn Ý (2004) Độ tin cậy thiết kế chế tạo máy hệ khí Nhà xuất Xây dựng [7] Nguyễn Doãn Ý (2008) Giáo trình ma sát, mòn bôi trơn Tribology Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [8] Nguyễn Doãn Ý (2009) Xử lý số liệu thực nghiệm kỹ thuật Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [9] Nguyễn Đắc Lộc, Ninh Đức Tốn, Lê Văn Tiến, Trần Xuân Việt (1999) Sổ tay Công nghệ chế tạo máy – tập 1,2 Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [10] Nguyễn Minh Tuyển (2005) Quy hoạch thực nghiệm Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [11] Nguyễn Thị Ngọc Huyền (2012) Nghiên cứu tuổi thọ độ tin cậy đường dẫn hướng ma sát lăn máy công cụ CNC sở mòn điều kiện khí hậu Việt Nam Luận án tiến sĩ kỹ thuật khí [12] Nguyễn Trọng Hiệp (2007) Chi tiết máy – Tập 1,2 Nhà xuất Giáo dục [13] Phạm Đắp, Nguyễn Anh Tuấn (1983) Thiết kế máy công cụ - Tập 1,2 Nhà Xuất Khoa học kỹ thuật [14] Phạm Văn Hùng, Nguyễn Phương (2007) Cơ sở máy công cụ Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Footer Page 122 of 258 109 Header Page 123 of 258 [15] Tạ Duy Liêm (1997) Máy công cụ CNC Robot Công nghiệp Nhà xuất Đại học Bách Khoa [16] TCVN 7011 – (2007) Quy tắc kiểm máy công cụ - Phần – Độ xác hình học máy [17] TCVN 7011 – (2007) Quy tắc kiểm máy công cụ - Phần – Xác định độ xác khả lặp lại định vị trục điều khiển số [18] TCVN 7699 – – 30 (2007) Thử nghiệm môi trường – Phần 2-30: Các thử nghiệm – Thử nghiệm Db: Nóng ẩm, chu kỳ (chu kỳ 12h+12h) Tiếng Anh [19] A Kamalzadeh, K Erkorkmaz (2007) Compensation of axial vibrations in ball screw drives Ann, CIRP 56 (1) pp.373 – 378 [20] A Verl, S Frey (2010) Correlation between feed velocity and preloading in ball screw drives CIRP Annals – Manufacturing Technology [21] Adolf Frank, Fritz Ruech Thermal errors in CNC machine tools Forcus: Ballscrew expansion [22] Amin Kamalzadeh, Daniel J.Gordon, Kaan Erkorkmaz (2010) Robust compensation of elastic derformations in ball screw drives International Journal of Machine Tools & Manufacture [23] C C Wei, J F Lin, J.H Horng (2009) Analysis of ball screw with a preload and lubrication Tribology International 42 pp.1816-1831 [24] C L Chen, M J Jang, K.C Lin (2004) Modeling and high-precision control of a ball-screw-driven stage Precision Engineering 28 pp.483-495 [25] C W Wei, J F Lin (2003) Kinematic ananlysis of the ball screw mechanism considering variable contact angles and elastic deformations ASME J.Mech.Des 125 (4) 717-733 [26] Canudas de Wit, Olsson H, Astrom KJ, Lischinsky P (1995) A new model for control of systems with friction IEEE Trans Auto control 40(3) pp 419-425 [27] Chin-Chung Wei, Ruei–Syuan Lai (2011) Kinematical analyses and transmission efficiency of a preload ball screw operating at high rotational speeds Mechanism and Machine Theory 46 pp.880-898 [28] Chin-Chung Wei, Wei–Lun Liou, Ruei–Syuan Lai (2012) Wear analysis of the offset type preloaded ball-screw operating at high speed Wear 292-293 pp.111-123 Footer Page 123 of 258 110 Header Page 124 of 258 [29] Cnczone.com [30] D Mundo, H.S Yan (2007) Kinematic optimization of ball screw transmission mechanisms Mechanism and machine theory 42 pp.34-47 [31] FESTIGKEITSBERECHNUNG [32] H Weule, H U Golz (1991) Preload-Control in ball screw – A New Approach for Machine Tool Building [33] Hiwin Technologies Company (2000) Ballscrews technical information [34] Huang, H.-T.T and Ravani, B (1995) Contact stress Analysis in Ball Screw mechanism Using he Tubular medial Axis Representation of Contacting Surfaces Azarm, S et al., eds., Advances in Design Automation, Vol.1 Proc ASME Design Engineering Technical Conferences, Sep 17-20, Boston, 749-756 [35] ISO 3408-1-2006(E/F) Ball screw – Part1: Vocabulary and designation [36] ISO 3408-2-1991(E) Ball screw – Part2: Nominal diameters and nominal – Metric series [37] ISO 3408-3-2006(E) Ball screw – Part3: Acceptance conditions and acceptance tests [38] ISO 3408-4-2006(E) Ball screw – Part4: Static axial rigidity [39] ISO 3408-5-2006(E) Ball screw – Part5: Static and dynami axial load ratings and operational life [40] J F Cuttino, T A Dow, B.F Knight (1997) Analytical and experimental identification of nonlinerities in a single –nut preloads ball screw ASME J.Mech Des 119 (1) 15-19 [41] J.K Lancaster Areview of the influence of envirionmental humidity and water on friction, lubrication and wear [42] J Neubrand, H Weiss (1995) Dry rolling wear of different materials induced by a non-uniform hertzian pressure ditribution Surface and coatings technology 76-77 pp.462-468 [43] Jerzy Z.Sobolewski Vibration of the ball screw drive (2012) Engineering Failure Analysis 241-8 [44] Josef Mayr, Jerzy Jedrzejewsky, Eckart Uhlmanm, M Alkan Donmez, Wolfgang Knapp, Frank Hartig, Klaus Wendt, Toshimichi Moriwaki, Paulshore, Robert Schmitt, Chirstian Brecher, Timo Wurz, Konrad Wegener (2012) Thermal issues in machine tools CIRP Annals – Manufacturing Technology Footer Page 124 of 258 111 Header Page 125 of 258 [45] Jui-Pin Hung, James Shih-Shyn Wu, Jerry Y Chiu (2004) Impact failure analysis of re-circulating mechanism in ball screw Engineering Failure Analysis 11 pp.561573 [46] K Erkorkmaz, A kamalzadeh (2006) Hand bandwidth control of ball screw drives, Ann, CIRP 55 (1) pp.393 – 398 [47] K.K Varanasi, S.A Nayfey (2004) Dynamics of lead-screw drives: low-order modeling and experiments ASME J.Dyn Syst Meas Control 126 (2) pp.388 – 396 [48] Ks-kurim.cz [49] Levit GA (1963) Recirculating ball screw and nut units Machines and tooling XXXIV (4) pp.3-8 [50] Lin, M.C., Ravani, B., and Velinsky, S.A (1994) Kinematics of the ball screw mechanism Journal of Mechanical Design, Transaction of the ASME, 116/3:849-855 [51] M F Zaeh, T Oertli, j Milberg (2004) Finite element modeling of ball screw feed drive systems Ann CIRP 53 (1) pp.289 – 292 [52] Machineryselection.com [53] Markho PH (1988) Highly accurate formulas for rapid caculation of the key geomatrical parameters of elliptic Hertzian contacts ASME Journal of Tribology 109 pp.640-647 [54] Milwaukeemachining.com [55] Min-Seok Kim, Sung-Chong Chung (2006) Friction identification of ball-screw driven servomechanisms through the limit cycle analysis Mechatronics 16 pp 131140 [56] Mmsonline.com [57] Mohammad Asaduzzaman Chowdhury, Md Maksud Helali (2006) The effect of frequency of vibration and humidity on the coefficient of friction Tribology International 39 pp 958-962 [58] Nakashima K, Tamaru Y, Takaguji K (2001) Ultraprecision positioning by preload changes of lead screw JSME International Journal Series C;44(3) pp.808-815 [59] Nchmf.gov.vn [60] NSK Motion and Control ( 2008) Precision Machine Components [61] Nskeurope.com [62] Olaru D, Puiu GC, Balan LC, Puiu V (2006) A New Model to Estimate Friction Torque in a ball Screw System Product Engineering pp.333-346 [63] Olympus-controls.com Footer Page 125 of 258 112 Header Page 126 of 258 [64] Pixgood.com [65] Rbrsi.com [66] Ro PI, Shim W, Jeong S (2000) Robust friction compensation for submicrom-eter positioning and tracking for a ball screw driven slide system Prec Eng; 24 pp.16073 [67] Rotomek.com [68] Spath D, Rosum J, Haberkern a (1995) Kinematics, Frictional Characteristics and Wear Reduction by PVD Coating on Ball Screw Drives Annals of the CIRP 44/1:349-352 [69] Steimeyer Catalog Introduction [70] TBI Motion Technology Co.,LTD (2012) Ball screw catalog [71] Thomson (2014) Precision screw [72] U Heisel, G Koscák, T Stehle (2006) Thermography – based investigation into thermarlly inducerd positioning errors of feed drives by example of a ball screw Ann, CIRP 55 (1) 423 – 426 [73] Vi.wikipedia.org/wiki [74] Voer.edu.vn [75] W.Y.H Liew (2006) Effect of relative humidity on the unlubricated wear of metals Wear 260 720-727 [76] Weiku.com [77] Xuesong Mei, Maosaomi Tsutsumi, Tao Tao, Nuogang Sun (2003) Study on the Load Distribution of the Ball Screw with Errors, Mechanism and Machine Theory, Volume 38, Issue 11 pp.1257-1269 [78] Y Altintas, A.Verl, C.Brecher, L.Uriarte, G.Pritschow (2011) Machine tool feed drives CRIP Annals – Manufacturing Technology 60 pp 779-796 [79] Z.Z Xu, X.J Liu, H.K Kim, J.H.Shin, S.K.Lyu (2011) Thermal errors forecast and performance evaluation for an air-cooling ball screw system International Jounal of Mechine tools and Manufacture 51 pp.605-611 [80] Zjhaochen.com Footer Page 126 of 258 113 Header Page 127 of 258 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Phạm Văn Hùng, Trần Đức Toàn (2011) Nghiên cứu thiết kế thiết bị khảo sát mòn vít me – đai ốc bi máy CNC tác dụng lực cắt Kỷ yếu Hội nghị khoa học toàn quốc khí 55 năm thành lập trường Đại học Bách Khoa Hà Nội ISBN 978-604913-125-7 Trang 596-606 Nhà xuất Khoa học tự nhiên công nghệ Phạm Văn Hùng, Trần Đức Toàn (2013) Nghiên cứu xây dựng hệ thống đo mòn điều kiện nhiệt ẩm vít me – đai ốc bi Kỷ yếu Hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc Cơ khí ISBN: 978-604-67-0061-6 Trang 488-496 Nhà xuất khoa học kỹ thuật Tran Duc Toan, Pham Van Hung (2014) Experimental instrument and estimation method of axial wear of ball screw PROCESSDINGS the 7th AUN/SEED – Net Regional Conference on Mechanical and Manufacturing Engineering 2014 (RCMME-2014) ISBN 978-604-911-942-2 pp 181-184 Bach khoa Publishing House Tran Duc Toan, Pham Van Hung (2014) Effects of temperature and humidity on wear of ball screw PROCESSDINGS the 7th AUN/SEED – Net Regional Conference on Mechanical and Manufacturing Engineering 2014 (RCMME-2014) ISBN 978-604-911942-2 pp 176-180 Bach khoa Publishing House Trần Đức Toàn, Nguyễn Thị Thu Hà, Phạm Văn Hùng (2015) Nghiên cứu đánh giá hệ thống thiết bị thử nghiệm đo mòn vít me – đai ốc bi điều kiện môi trường TCVN 7699-2-30 Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số + năm 2015, ISSN 0866 – 7056 Trang 200205 Trần Đức Toàn, Phạm Văn Hùng (2015) Nghiên cứu ảnh hưởng môi trường nhiệt ẩm đến tuổi thọ độ tin cậy vít me – đai ốc bi Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 1+ năm 2015, ISSN 0866 – 7056 Trang 226-232 Footer Page 127 of 258 114 ... đến mòn, mối quan hệ mòn độ xác, tuổi thọ 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: ... đồ đo mòn B – mòn má phải ren 72 Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý máy thí nghiệm 74 Hình 3.16 Hình ảnh mô tổng thể hệ thống thiết bị thí nghiệm 75 Hình 3.17 Hình ảnh tổng thể hệ thống thiết bị thí nghiệm. .. pháp thiết kế dạng modul để thiết kế nguyên lý kết cấu máy thí nghiệm; Quy hoạch thực nghiệm xác định phương pháp đo, sơ đồ đo sai lệch mòn Chƣơng 4: Kết thực nghiệm đánh giá Tổ chức thực nghiệm;