Mô phỏng tính toán các thông số cơ bản ổ đỡ thủy tĩnh trên máy công cụ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Văn Vang TRẦN VĂN VANG Kỹ thuật khí MƠ PHỎNG TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN Ổ ĐỠ THỦY TĨNH TRÊN MÁY CÔNG CỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ Khóa 2017A Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN VĂN VANG MƠ PHỎNG TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN Ổ ĐỠ THỦY TĨNH TRÊN MÁY CÔNG CỤ Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ KHÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Bùi Tuấn Anh Hà Nội – 2019 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: TS Bùi Tuấn Anh MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN HỆ THỐNG DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÔI TRƠN 1.1.Lịch sử phát triển bôi trơn 1.1.1.Kỹ thuật ma sát, bôi trơn trước kỷ 20 [2] 1.1.2 Kỹ thuật ma sát, bôi trơn từ kỷ 20 [2] 10 1.2 Cơ sở lý thuyết bôi trơn 11 1.2.1 Phân loại bôi trơn 11 1.2.2 Vật liệu bôi trơn 13 1.2.2.1 Độ nhớt 13 1.2.2.2 Sự phát triển vật liệu bôi trơn 15 1.3 Bôi trơn thủy động 19 1.3.1 Sơ đồ cấu tạo 19 1.3.2 Nguyên lý làm việc 20 1.3.3 Phương pháp bôi trơn thủy động 21 1.3.4 Kết cấu ổ thủy động 23 1.4 Bôi trơn thủy tĩnh 25 1.4.1 Đặc điểm 25 1.4.2 Phân loại kết cấu ổ thủy tĩnh 25 1.4.3 Phương pháp bôi trơn thủy tĩnh 28 1.5 Kết Luận 30 CHƯƠNG 2: CÁC THÔNG SỐ THỦY ĐỘNG CƠ BẢN CỦA CỤM Ổ TRỤC CHÍNH MÁY MÀI TRỊN NGOÀI 31 2.1 Sơ lược máy mài trịn ngồi 31 2.2 Cụm trục máy mài trịn ngồi 35 2.2.1 Nhiệm vụ cụm trục 35 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: TS Bùi Tuấn Anh 2.2.2 Các dạng cụm trục máy mài 35 2.2.2.1 Cụm trục máy mài sử dụng ổ lăn 36 2.2.2.2 Cụm ổ trục máy mài sử dụng ổ trượt thủy động 37 2.2.2.3 Cụm ổ trục máy mài sử dụng ổ thủy tĩnh 39 2.3 Các thông số thủy động cụm ổ trục máy mài trịn ngồi 42 2.4 Kết Luận 55 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN Ổ ĐỠ THỦY TĨNH TRÊN MÁY CÔNG CỤ 56 3.1 Các thông số ổ thủy tĩnh 56 3.2 Độ cứng vững màng dầu ổ thủy tĩnh 62 3.3 Mô số thay đổi độ cứng màng dầu vào tham số 66 3.4 Kết luận 83 KẾT LUẬN 87 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: TS Bùi Tuấn Anh LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Trần Văn Vang học viên cao học lớp 17ACTM.KT khóa 2017A Chuyên ngành: Chế tạo máy Đề tài: Mơ tính tốn thơng số ổ đỡ thủy tĩnh máy công cụ Giáo viên hướng dẫn: TS Bùi Tuấn Anh Tôi xin cam đoan nghiên cứu luận văn tác giả thực Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: TS Bùi Tuấn Anh HỆ THỐNG DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Độ nhớt động lực số loại dầu [5] 15 Bảng Một sô vật liệu bôi trơn thường dùng[3] 17 Bảng 3.Tính chất nhóm dầu khoáng bản[3] 18 Bảng Chiều dày màng dầu nhỏ theo U[8] 50 Bảng 2 Tổng hợp kết lực ma sát mưởng 55 HỆ THỐNG DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Khảo sát lớp chất lỏng chảy gần tường chắn[1] 14 Hình Phân loại vật liệu bơi trơn phương pháp sử dụng[1] 16 Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo ổ 19 Hình 1.4 Mặt cắt ổ đỡ làm việc 21 Hình Bôi trơn thủy động hai bề mặt[1] 21 Hình Nêm thủy động bề mặt làm việc không phẳng tạo nên 22 hmin- Khe hở nhỏ nhất; a- Chiều dài nêm dầu [1] 22 Hình Các trường hợp sử dụng phương pháp bôi trơn thủy động[1] 23 Hình a-Ổ thủy động nêm dầu; b-Ổ thủy động nhiều nêm dầu 24 Hình Mặt cắt trục thủy lực tự cân máy mài 24 hình trụ bên ngồi máy [19] 24 Hình1.10 26 Hình 11 Ổ thủy tĩnh [1] 26 Hình 12 Khả tải ổ theo số lượng buồng dầu [8] 27 Hình 13 Ảnh hưởng chiều sâu rãnh dầu góc  đến tổn hao cơng suất [1] 28 Hình 14 Các phương pháp cấp chất bôi trơn [1] 28 Hình 15 Sơ đồ hệ thống bôi trơn ổ thủy tĩnh[1] 30 Hình 1.Các phận chung máy mài trịn ngồi [7]: 31 Hình 2 Tính làm việc máy mài tròn ngài 32 Hình 3.Sơ đồ chuyển động máy mài trịn ngồi [7] 34 Hình Cụm trục máy mài dùng ổ lăn 35 Hình Cụm trục máy mài dùng ổ lăn 36 Hình Cụm trục máy mài 351 dùng ổ thủy động 37 Hình 2.7 Cụm trục máy mài 3r71 38 Hình 8.Cụm trục máy mài 3K12 39 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: TS Bùi Tuấn Anh Hình Sáng chế ổ thủy tĩnh trục 3659911 năm 1972 [11] 40 Hình 10 Sơ đồ nguyên lý làm việc cụm ổ thủy tĩnh [1] 41 Hình 11 Cụm ổ thủy tĩnh trục máy mài 3c  42 Hình 12 Chiều dày màng dầu thay đổi theo tốc độ quay trục [8] 43 Hình 13 Hình dáng máy mài trịn ngồi 3K12 44 Hình 14 Sơ đồ mặt cắt ngang cụm ổ thủy động máy mài trịn ngồi 3K12 47 Hình 15 Sơ đồ mặt cắt dọc cụm ổ thủy động máy mài trịn ngồi 3K12 48 Hình 16 Các thơng số mưởng ổ thủy động [8] 50 Hình 17 phụ thuộc thơng số đặc trưng ổ thủy động [8] 51 Hình 18 Góc lực F theo ε, φ1 [8] 52 Hình 19 Sự phụ thuộc thơng số đặc trưng ổ thủy động [8] 53 Hình 20 Lực ma sát với  = 0,7 1 = 1300[8] 54 Hình Phân bố áp suất ổ thủy tĩnh 56 Hình Phân bố áp suất theo chu vi chiều trục ổ 58 Hình 3 Sơ đồ xác định áp suất pi theo phương pháp số 60 Hình 3.4 (a)Sơ đồ kết cấu chịu lực thủy tĩnh khơng dầu; (b) Sơ đồ tải ổ đỡ thủy tĩnh với buồng dầu 62 Hình 3.5 Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào ps  68 Hình 3.6 Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào ps D 70 Hình 3.7 Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào ps h 71 Hình 3.8 Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào  D 73 Hình 3.9 Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào  h 74 Hình 3.10 Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào D h 76 Hình 3.11 Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào  a 77 L a ps 79 L Hình 3.13 Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào a/L D 80 Hình 3.14 Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào a/L h 82 Hình 3.12 Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: TS Bùi Tuấn Anh DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT D: Đường kính danh nghĩa ổ trục L: Chiều rộng ổ trục Q: Lưu lượng qoL: Lưu lượng giới hạn qoU: Lưu lượng giới hạn qres: Lưu lượng vào buồng µ: Độ nhớt động lực chất lỏng ho: Khe hở β: Tỉ số áp suất bơm áp suất buồng dầu ps: Áp suất bơm Pr: Áp suất buồng dầu  : Độ lệch tâm tương đối  : Độ hở hướng kính Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: TS Bùi Tuấn Anh MỞ ĐẦU Từ năm cuối kỷ XX, kỹ thuật ma sát bôi trơn tiếp nhận thành tựu lĩnh vực tìm hiểu chế mịn, ma sát tương tác vật rắn, chế bôi trơn Trong thực tiễn xuất nhiều loại vật liệu có tính chống mài mòn ma sát cao, vật liệu bơi trơn tổng hợp có hiệu suất cao, xuất phương pháp thiết kế công nghệ đảm bảo tuổi thọ độ tin cậy cụm máy chi tiết máy sở mòn ma sát Vấn đề ma sát bôi trơn ướt quan tâm, chế độ ma sát ướt góp phần quan trọng nâng cao tuổi thọ độ tin cậy cho thiết bị khí Các cụm trục máy gia cơng khí ngày dần ứng dụng phương pháp bôi trơn ướt: Bôi trơn thủy động, bôi trơn thủy tĩnh Trong phương pháp bơi trơn thủy tĩnh ưu tiên sử dụng cho cụm trục máy gia cơng địi hỏi độ xác cao, với ưu điểm hệ số ma sát nhỏ (10-5 - 6.10-5) Chiều dày lớp dầu cho phép lớn, giảm chấn tốt; Không xảy ma sát nửa ướt ma sát giật cục bộ; Không sinh lực nâng bề mặt dịch chuyển tương nhau; Giảm nhẹ ảnh hưởng thiếu xác bề mặt ma sát; Tuổi thọ độ tin cậy hệ thống cao, thích hợp với tự động hóa Một dịng máy gia cơng tinh địi hỏi độ xác cao máy mài trịn ngồi Ở nước ta, dịng máy mài trịn ngồi Liên Xơ sản suất năm 1980 sử dụng nhiều phân xưởng khí gia cơng truyền thống Với đặc điểm sử dụng phương pháp bôi trơn thủy động cho cụm trục Việc sử dụng phương pháp bơi trơn thủy động cho cụm trục máy đảm bảo yêu cầu độ xác kích thước hình học chi tiết gia công tinh Tuy nhiên với đặc điểm bôi trơn thủy động quỹ đạo tâm trục thay đổi phụ thuộc vào tốc độ tải trọng tác dụng, điều gây khó khăn cho việc ổn định nâng cao chất lượng chi tiết gia công tinh theo yêu cầu công nghiệp Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: TS Bùi Tuấn Anh Mặt khác, theo thời gian sử dụng nên khả tải độ ổn định tâm trục, rung động trục máy mài trịn ngồi khơng trì chất lượng ban đầu em chọn đề tài “Mơ tính tốn thơng số ổ đỡ thủy tĩnh máy công cụ” Mục đích nghiên cứu đề tài: Chọn thơng số thủy tĩnh làm sở cho việc thay cụm ổ thủy động trục máy mài trịn cụm ổ thủy tĩnh nhằm nâng cao chất lượng gia cơng tiết kiệm chi phí cho việc đầu tư sở vật chất Đối tượng nghiên cứu: Cụm ổ trục dịng máy mài trịn ngồi Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết ổ trượt thủy động ổ trượt thủy tĩnh ứng dụng lý thuyết vào tính tốn thơng số cụ thể máy mài trịn ngồi Ý nghĩa khoa học: Kế thừa lý thuyết bôi trơn ướt, mang giá trị nghiên cứu khoa học vào cải tiến, nâng cao hiệu sử dụng máy móc thiết bị Ý nghĩa thực tiễn đề tài: Giải vấn đề kỹ thuật, chất lượng chi tiết gia công theo yêu cầu công nghiệp giải vấn đề kinh tế, đầu tư thiết bị Sau trình học tập, nghiên cứu nghiêm túc thân, học viên hoàn thành đề tài Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Bùi Tuấn Anh Thầy, Cô mơn Máy Ma sát học tận tình hướng dẫn Em xin gửi lời cảm ơn thầy PGS.TS Phạm Văn Hùng hỗ trợ nghiên cứu việc sử dụng số thông số kết nghiên cứu đề tài số B2017-BKA-47, 2017-2019: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo cụm ổ trục thủy tĩnh máy mài trịn ngồi cỡ trung” thầy làm chủ nhiệm đề tài Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: TS Bùi Tuấn Anh Hình 3.9 (a) 60 70 Hình 3.9 (b) Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào  h 74 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: TS Bùi Tuấn Anh Trong hình 3.9(b) đường cong đồng mức với tỉ số áp suất   0,  0, , khe hở h0= 15  22,5µm để đạt độ cứng màng dầu J ≥ 900 N/µm   0, 42 Do độ cứng vững JΣ cụm trục thủy tĩnh đạt yêu cầu Tại  = 0,45 lúc khe hở cần đạt h0 = 15,5µm Tại  = 0,55 lúc khe hở cần đạt h0 = 17,5µm Tại  = 0,7 lúc khe hở cần đạt h0 = 18µm 3.3.6 Độ cứng màng dầu phụ thuộc D ho Với tham số thay i ho = 15 ữ 22,5(àm) ; D = 50 ÷ 90(mm) Các thơng số khác: a/L=0,25 ; ps = 2,85(Mpa) ; β = 0,4 ÷ 0,7 Hình 3.10 (a) 75 GVHD: TS Bùi Tuấn Anh Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 50 70 60 70 60 70 0 0 80 80 Hình 3.10 (b) Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào D h Căn vào kết mô cho thấy với phương pháp tính thơng thường vùng đường kính D lựa chọn khả công nghệ gia công c khớ vi h0= 15 ữ 22,5àm t cứng vững màng dầu D > 76mm ho < 17,8µm Tại ho = 15µm đường kính cần đạt D = 76mm Tại ho = 17,8µm đường kính cần đạt D = 90mm 3.3.7 Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào  Với tham số thay đổi β = 0,4 ÷ 0,7 ; a L a  0,1  0,25 Các thông số khác: L ps = 2,85(Mpa) ; ho = 15 ữ 22,5(àm) ; D = 70(mm) 76 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: TS Bùi Tuấn Anh Hình 3.11 (a) 85 95 90 85 80 90 10 00 a L Căn vào kết mơ cho thấy với phương pháp tính thơng thường, khả Hình 3.11 (b) Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào  làm việc thể độ cứng, đảm bảo độ xác gia cơng Trong hình 3.11(b) đường cong đồng mức với tỉ số áp suất   0,  0, , tỉ số 77 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: TS Bùi Tuấn Anh a  0,1  0, 25 để đạt độ cứng màng dầu J ≥ 900 N/µm tỉ số áp suất  > L 0,42 độ cứng vững JΣ cụm trục thủy tĩnh đạt yêu cầu Tại  = 0,42 lúc tỉ số a  0, 25 L Tại 0, 45      0, 46 lúc tỉ số 0,2  a  0, 21 L Tại 0, 49      0, lúc tỉ số 0,16  a  0,17 L 3.3.8 Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào a ps L a  0,1  0, 25 Các thông số khác: L ho = 15 ữ 22,5(àm) ; D = 70(mm); 0,  0, Với tham số thay đổi p s   (MPa) ; Hình 3.12 (a) 78 130 120 1100 1000 1200 1100 800 900 1000 800 900 700 600 700 600 500 400 50 GVHD: TS Bùi Tuấn Anh 400 300 300 200 200 100 100 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật a ps L Căn vào kết mơ cho thấy với phương pháp tính thơng thường, khả Hình 3.12 (b) Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào làm việc thể độ cứng, đảm bảo độ xác gia cơng Trong hình 3.12(b) đường cong đồng mức với tỉ số a  0,1  0,25 , áp suất bơm p s   L MN/m2 để đạt độ cứng màng dầu J ≥ 900 N/µm áp suất 5,2 6,8MN/m2 JΣ cụm trục đạt yêu cầu  TH3: Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào ps h Căn vào kết mơ cho thấy hình 3.7(b) đường cong đồng mức với áp suất bơm ps=1  MN/m2, khe hở ho= 15  22,5µm để đạt độ cứng màng dầu J ≥ 900 N/µm áp suất bơm ps > 5MN/m2 độ cứng vững JΣ cụm trục thủy tĩnh đạt yêu cầu  TH4: Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào  D Căn vào kết mơ cho thấy hình 3.8(b) đường cong đồng mức với tỉ số áp suất   0,  0, , đường kính D= 50  90mm để đạt độ cứng màng dầu J ≥ 900 N/µm đường kính D=70  88mm độ cứng vững JΣ cụm trục thủy tĩnh đạt yêu cầu 83 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: TS Bùi Tuấn Anh Tại  = 0,4 lúc đường kính cần đạt D = 88mm Tại  = 0,5 lúc đường kính cần đạt D > 75mm Tại  = 0,7 lúc đường kính cần đạt D = 70mm  TH5: Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào  h Trong hình 3.9(b) đường cong đồng mức với tỉ số áp suất   0,  0, , khe hở h0= 15  22,5µm để đạt độ cứng màng dầu J ≥ 900 N/µm   0, 42 Do độ cứng vững JΣ cụm trục thủy tĩnh đạt yêu cầu Tại  = 0,45 lúc khe hở cần đạt h0 = 15,5µm Tại  = 0,55 lúc khe hở cần đạt h0 = 17,5µm Tại  = 0,7 lúc khe hở cần đạt h0 = 18µm  TH6: Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào h D Căn vào kết mô cho thấy với phương pháp tính thơng thường vùng đường kính D lựa chọn khả cơng nghệ gia cơng khí với h o = 15  22,5µm để đạt độ cứng vững màng dầu D > 76mm ho < 17,8µm Tại ho = 15µm đường kính cần đạt D = 76mm Tại ho = 17,8µm đường kính cần đạt D = 90mm  TH7: Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào  a L Căn vào kết mơ cho thấy hình 3.11(b) đường cong đồng mức với tỉ số áp suất   0,  0, , tỉ số 84 a  0,1  0,25 để đạt độ L Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: TS Bùi Tuấn Anh cứng màng dầu J ≥ 900 N/µm tỉ số áp suất  > 0,42 độ cứng vững JΣ cụm trục thủy tĩnh đạt yêu cầu Tại  = 0,42 lúc tỉ số a  0, 25 L Tại 0, 45      0, 46 lúc tỉ số 0,  a  0, 21 L Tại 0, 49      0, lúc tỉ số 0,16  a  0,17 L  TH8: Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào ps a L Căn vào kết mơ cho thấy hình 3.12(b) đường cong đồng mức với tỉ số a  0,1  0,25 , áp suất bơm p s   MN/m2 để đạt L độ cứng màng dầu J ≥ 900 N/µm áp suất 5,2