Nghiên cứu ảnh hưởng của độ nhớt và áp suất dầu bôi trơn đến độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh trục chính máy mài

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu ảnh hưởng độ nhớt áp suất dầu bôi trơn đến độ cứng vững cụm ổ thuỷ tĩnh trục máy mài LÝ HẢI LY hailyktcn@gmail.com Ngành Kỹ thuật Cơ khí Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Phạm Văn Hùng Viện: Cơ Khí Chữ ký GVHD HÀ NỘI, 4/2021 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : LÝ HẢI LY Đề tài luận văn: “Nghiên cứu ảnh hưởng độ nhớt áp suất dầu bôi trơn đến độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh trục máy mài trịn ngồi” Chun ngành: Kỹ thuật khí Mã số SV: CB190062 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày… với nội dung sau: Chuyển bảng biểu 1.4 trang 33, bảng 3.1 trang 64 từ định dạng PDF sang Word Việt hóa nội dung hình 1.8, 1.9, 2.8, 2.9 trang 26, 27, 46, 50 Làm rõ khác biệt, điểm nghiên cứu với nghiên cứu có ngồi nước trang 58, 59 Làm rõ ảnh hưởng độ nhớt tới độ cứng vững qua công thức trang 73 Thống số liệu mô trang 74, 77, 78, 87 Làm rõ kết luận kiến nghị mục “ Kết luận kiến nghị” trang 88 Giáo viên hướng dẫn Ngày tháng năm Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Mẫu 1c ĐỀ TÀI LUẬN VĂN “NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ NHỚT VÀ ÁP SUẤT DẦU BÔI TRƠN ĐẾN ĐỘ CỨNG VỮNG CỦA CỤM Ổ THỦY TĨNH TRỤC CHÍNH MÁY MÀI” GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Ký ghi rõ họ tên PGS.TS Phạm Văn Hùng Lời cảm ơn “Trong suốt trình học tập Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, với chuyên ngành Kỹ Thuật Cơ Khí hệ Thạc sỹ khoa học, em hướng dẫn, bảo tận tình Thầy, Cơ viện Cơ Khí môn Máy ma sát học Sau thời gian học tập nghiêm túc em hồn thành mơn học đạt yêu cầu giao đề tài luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng độ nhớt áp suất dầu bôi trơn đến độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh trục máy mài” Sau thời gian tập trung nghiên cứu, đến em hoàn thành luận văn mình, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Quý Thầy Cô, đặc biệt thầy PGS.TS Phạm Văn Hùng tận tình hướng dẫn, truyền đạt nhiều kiến thức quý báu để em hồn thành luận văn Dù cố gắng tránh khỏi thiếu sót, em kính mong nhận góp ý Thầy, Cô để luận văn em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! HỌC VIÊN Lý Hải Ly TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng độ nhớt áp suất dầu bôi trơn đến độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh trục máy mài Tác giả luận văn: Lý Hải Ly Khóa: 2019B Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Văn Hùng Từ khóa (Keyword): Nội dung tóm tắt: Lý chọn đề tài Trong gia công khí, ngun cơng mài ngun cơng gia cơng tinh quan trọng, nguyên công cuối giúp đạt độ xác nhẵn bóng u cầu Trong hình thức mài, phổ biến mài trịn ngồi tính vạn suất mà phương pháp mang lại Độ xác máy mài trịn định độ cứng vững cụm trục chính, việc nghiên cứu để cải thiện, nâng cao độ cứng vững cụm trục máy mài trịn ngồi đề tài nhiều nhà nghiên cứu quan tâm Giúp nâng cao độ xác máy, từ cải thiện chất lượng gia cơng Trên máy mài trịn ngồi sử dụng ổ thủy động mưởng tự lựa cho cụm ổ trục đáp ứng yêu cầu độ xác gia công Tuy nhiên với đặc điểm bôi trơn thủy động quỹ đạo tâm trục thay đổi tải thay đổi, điều có ảnh hưởng định đến việc ổn định tâm trục nâng cao độ xác chi tiết gia cơng Do sử dụng cụm ổ thủy tĩnh thay cho ổ thủy động với nhiều ưu điểm độ ổn định độ tin cậy cao biện pháp phù hợp cho mục đích cải thiện độ cứng vững cụm trục máy mài trịn ngồi, nâng độ xác gia công máy Trong nhiều yếu tố có ảnh hưởng đến độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh, độ nhớt áp suất dầu bơi trơn hai yếu tố có ảnh hưởng rõ rệt Do em chọn đề tài “ Nghiên cứu ảnh hưởng độ nhớt áp suất dầu bôi trơn đến độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh trục máy mài” a) Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu độ cứng vững cụm trục máy mài xác định ảnh hưởng độ nhớt áp suất dầu bôi trơn đến độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh trục máy mài tính tốn theo phương pháp truyền thống kết hợp mô phần mềm để chọn thông số thủy tĩnh tối ưu làm sở cho việc thay cụm ổ thủy động trục máy mài trịn b) ngồi cụm ổ thủy tĩnh nhằm nâng cao chất lượng gia công mà đảm bảo tính kinh tế Đối tượng nghiên cứu: Cụm ổ thủy tĩnh trục dịng máy mài trịn Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết cụm ổ trượt thủy động ổ trượt thủy tĩnh, ứng dụng lý thuyết vào tính tốn, mơ ảnh hưởng thông số độ nhớt áp suất dầu bơi trơn đến độ cứng vững cụm trục máy mài trịn ngồi Tóm tắt đọng nội dung đóng góp tác giả Tác giả tập trung nghiên cứu sở lý thuyết bôi trơn, bôi trơn thủy động, bôi trơn thủy tĩnh từ phân tích dạng bơi trơn loại ổ phù hợp cho cụm ổ trục máy mài trịn ngồi ổ thủy tĩnh Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến độ cứng vững loại ổ này, sử dụng phương pháp mô với trợ giúp phần mềm MATLAB tính tốn mơ độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh máy mài trịn ngồi thay đổi phụ thuộc vào độ nhớt áp suất dầu bôi trơn với bốn trường hợp β (β = 0,4; β = 0,5; β = 0,6; β = 0,7) tương ứng với khe hở giới hạn hoL, hoU Từ lựa chọn hệ số β thông số thủy tĩnh phù hợp với điều kiện gia công thực tế c) Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu sở lý thuyết, kế thừa nghiên cứu nước nước ngồi trước thực hiện, tiến hành nghiên cứu mở rộng hơn, thực mô số ảnh hưởng độ nhớt áp suất dầu bôi trơn tới độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh trục máy mài với bốn trường hợp giá trị β (β = 0,4; β = 0,5; β = 0,6; β = 0,7) phần mềm Matlab d) e) Kết luận Qua kết mô cho thấy để phù hợp với điều kiện thực tế thiết bị nguồn dầu gia công chế tạo nên chọn β = 0,5 Từ lựa chọn giá trị áp suất Ps độ nhớt η cho phù hợp với đường kính trục sử dụng Khi lựa chọn loại dầu áp suất bơm dầu đem lại hiệu cao gia công HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên Lý Hải Ly MỤC LỤC Lời cảm ơn Tóm tắt nội dung luận văn MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BÔI TRƠN 10 1.1 Tổng quan bôi trơn 10 1.2 Bôi trơn thủy động 24 1.3 Bôi trơn thủy tĩnh 25 1.4 Độ nhớt 28 1.5 Kết luận chương 34 CHƯƠNG 2: CỤM Ổ THỦY TĨNH TRỤC CHÍNH MÁY MÀI TRỊN NGỒI VÀ CÁC THƠNG SỐ ẢNH HƯỞNG 2.1 Tổng quan mài trịn ngồi 35 2.2 Máy mài trịn ngồi 38 2.3 Các loại ổ dành cho cụm trục máy mài 40 2.4 Ổ thủy tĩnh trục máy mài trịn ngồi ts ảnh hưởng 55 2.5 Kết luận 61 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU MƠ PHỎNG ĐỘ CỨNG VỮNG TRỤC CHÍNH MÁY MÀI 3.1 Mục tiêu đối tượng nghiên cứu 62 3.2 Kết cấu cụm ổ thủy tĩnh máy mài trịn ngồi 3K12 62 3.3 Thông số ổ thủy tĩnh máy mài trịn ngồi 3K12 64 3.4 Phương pháp mô độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh trục máy mài trịn ngồi phụ thuộc vào độ nhớt áp suất 68 3.5 Mô độ cứng vững màng dầu thủy tĩnh phụ thuộc vào độ nhớt áp suất dầu bôi trơn 75 3.6 Kết luận chương 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Tranh mơ tả số công cụ người Trung Hoa cổ đại Hình 1.2 Các chiến xa ngựa kéo, có cổ trục bơi trơn dầu thực vật, mỡ động vật, năm 1400 BC 10 Hình 1.3 Các dạng ma sát ướt, nửa ướt giới hạn hai bề mặt tiếp xúc 13 Hình 1.4 Sơ đồ phân loại vật liệu bôi trơn kỹ thuật bôi trơn 14 Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý chưng cất dầu thô 17 Hình 1.6 Các dạng chuỗi hydrocacbon dầu khống [1] 17 Hình 1.7 Ổ trục bôi trơn thủy động [6] 22 Hình 1.8 Quá trình hình thành màng dầu bôi trơn thuỷ tĩnh [1] 23 Hình 1.9 Ổ đỡ thủy tĩnh buồng dầu đơn [7] 24 Hình 1.10 Kích thước tổng thể ổ thuỷ tĩnh theo tải áp suât [1] 25 Hình 1.11 Ổ trục bơi trơn thủy tĩnh [1] 26 Hình 1.12 Chuyển động phẳng lớp chất lỏng [1] 26 Hình 1.13 Sự thay đổi độ nhớt dầu bôi trơn tăng nhiệt độ[5] 29 Hình 2.1 Các sơ đồ mài trịn ngồi có tâm [8] 33 Hình 2.2 Các sơ đồ mài trịn ngồi khơng tâm [8] 34 Hình 2.3 Cấu tạo chung máy mài trịn ngồi 36 Hình 2.4: Cụm trục máy mài sử dụng ổ lăn [9] 41 Hình 2.5: Độ cứng vững ổ lăn [1] 43 Hình 2.6 ổ đỡ thủy động nêm (a) nhiều nêm (b) [1] 44 Hình 2.7 Ổ đỡ thủy động tự điều chỉnh góc nêm dầu [10] 44 Hình 2.8 Khả chịu tải tổn hao ma sát ổ đỡ thủy động [1] 42 Hình 2.9 Áp lực thủy động trục van [1] 50 Hình 2.10 Biểu đồ áp suất ổ tự lựa ba mưởng [16] 51 Hình 2.11 Sáng chế ổ thủy tĩnh trục [11] 51 Hình 2.12 Bơi trơn thủy tĩnh với màng dầu áp lực cao[16] 52 Hình 2.13 Áp lực ổ đỡ thủy tĩnh[1] 53 Hình 2.14 Hệ thống bơi trơn ổ thủy tĩnh cho trục [1] 54 Hình 2.15- Sơ đồ nguyên lý cụm ổ thủy tĩnh máy mài trịn ngồi [12] 56 Hình 2.16- Sơ đồ kết cấu ổ thủy tĩnh cung cấp dầu có áp suất khơng đổi máy cơng cụ [3] 57 Hình 3.1 Cơ cấu phận trục máy mài 3K12 [17] 63 Hình 3.2 Kết cấu cụm ổ thủy tĩnh máy mài trịn ngồi K12[18] 64 Hình 3.3 Bạc cụm ổ thủy tĩnh sau chế tạo [18] 64 Hình 3.4 Sơ đồ kết cấu ổ thủy tĩnh khơng có rãnh dầu [19] 65 Hình 3.5 Sơ đồ kết cấu ổ thủy tĩnh khơng có rãnh dầu [1] 68 Hình 3.6 Phầm mềm MATLAB 71 Hình 3.7 Giao diện làm việc phần mềm MATLAB 74 Hình 3.8: Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc áp suất Ps với β = 0,4 76 Hình 3.9: Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc áp suất Ps với β = 0,5 77 Hình 3.10: Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc áp suất Ps với β = 0,6 78 Hình 3.11: Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc áp suất Ps với β = 0,7 79 Hình 3.12: Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc độ nhớt η với β = 0,4 80 Hình 3.13: Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc độ nhớt η với β = 0,5 81 Hình 3.14: Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc độ nhớt η với β = 0,6 82 Hình 3.15: Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc độ nhớt η với β = 0,7 83 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1- Một số vật liệu bôi trơn thường dùng 15 Bảng 1.2- Đặc tính lý hóa ba nhóm dầu gốc tinh chế [5] 18 Bảng 1.3 -Chuyển đổi đơn vị đo theo cS [1] 28 Bảng 1.4 -Phương trình quan hệ độ nhớt – nhiệt độ [4] 29 Bảng 2.1 -Cấp xác ổ bi lắp trục máy mài[1] 37 Bảng 3.1- Thông số thiết kế ổ bôi trơn thủy tĩnh[17] 62 MỞ ĐẦU Với phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp chế tạo máy ngày nay, nhiều loại máy công cụ đại đời với độ xác, tin cậy tuổi thọ ngày cao Một yếu tố có ý nghĩa vơ quan trọng, định đến độ xác máy cơng cụ vấn đề ma sát bôi trơn Việc nghiên cứu giảm thiểu ma sát truyền động khí, điển hình đảm bảo bơi trơn ướt cho cặp ma sát góp phần tạo cấu, cụm chi tiết có độ xác tin cậy cao thiết bị công nghiệp, giảm ô nhiễm môi trường đảm bảo phát triển xanh bền vững Việc nghiên cứu ứng dụng bôi trơn ướt nói chung bơi trơn thủy tĩnh nói riêng vào thiết bị đem lại hiệu to lớn Một dịng máy gia cơng tinh địi hỏi độ xác cao máy mài trịn ngồi Trục chi tiết quan trọng máy mài, dùng để truyền chuyển động cho dụng cụ cắt đá mài, nằm hệ thống chịu tải có ý nghĩa to lớn việc xác định độ cứng vững chống rung máy, đặc biệt độ xác gia cơng Việc sử dụng phương pháp bôi trơn thủy động cho cụm trục máy mài trịn ngồi đảm bảo u cầu độ xác kích thước hình học chi tiết gia cơng Tuy nhiên với đặc điểm bôi trơn thủy động quỹ đạo tâm trục thay đổi phụ thuộc vào tốc độ tải trọng, điều có ảnh hưởng định đến việc ổn định tâm trục nâng cao độ xác chi tiết gia cơng Vì vậy, ổ trục thủy tĩnh với độ ổn định tin cậy cao giải pháp phù hợp cho mục đích cải thiện độ xác gia cơng máy Ổ thủy tĩnh cứng vững, chất lượng gia công máy nâng cao Trong nhiều yếu tố có ảnh hưởng đến độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh, độ nhớt áp suất dầu bơi trơn hai yếu tố có ảnh hưởng rõ rệt Do em chọn đề tài “ Nghiên cứu ảnh hưởng độ nhớt áp suất dầu bôi trơn đến độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh trục máy mài” Mục đích nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu độ cứng vững cụm trục máy mài xác định ảnh hưởng độ nhớt áp suất dầu bôi trơn đến độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh trục máy mài tính tốn theo phương pháp truyền thống kết hợp mô phần mềm để chọn thông số thủy tĩnh tối ưu làm sở cho việc thay cụm ổ thủy động trục máy mài trịn 10 MATLAB hỗ trợ lập trình hướng đối tượng bao gồm lớp, kế thừa, công văn ảo, gói, ngữ nghĩa học theo giá trị ngữ nghĩa học theo tham chiếu Tuy nhiên, cú pháp quy ước gọi khác đáng kể so với ngơn ngữ khác MATLAB có lớp giá trị lớp tham chiếu, tùy thuộc vào việc lớp có xử lý lớp trội (đối với lớp tham chiếu) hay không (đối với lớp giá trị) Hành vi gọi phương thức khác giá trị lớp tham chiếu Ví dụ, cách gọi đến phương pháp object.method(); thay đổi thành viên đối tượng đối tượng thể lớp tham chiếu Lập trình đồ họa giao diện người dùng đồ họa: MATLAB hỗ trợ phát triển ứng dụng với tính giao diện người dùng đồ họa (GUI) MATLAB bao gồm Một chương trình MATLAB xuất đồ họa ba chiều cách sử dụng chức functions surf, plot3 mesh Trong MATLAB, giao diện người dùng đồ họa lập trình cơng cụ mơi trường thiết kế GUI (GUIDE) MATLAB tạo điều kiện thuận lợi cho khóa học toán học, kỹ sư, nhà nghiên cứu khoa học nghiên cứu, tạo sản phẩm tốt sản xuất Hình 3.7 Giao diện làm việc phần mềm MATLAB b, Thông số đầu vào đầu mô 79 Phần mềm hô trợ thiết lập chương trình mơ ảnh hưởng thông số liên quan đến đối tượng nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng việc lựa chọn thông số đặc trưng phù hợp việc thay đổi điều kiện làm việc phạm vi cho phép thiết bị Chương trình thiết lập để mô độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh máy mài trịn ngồi 3K12 độ nhớt áp suất dầu bôi trơn thay đổi điều kiện phù hợp với đặc điểm thiết bị, thông số đầu vào xác định dựa sở làm việc điển hình máy Khi cho kết thay đổi độ cứng vững màng dầu thủy tĩnh cụm ổ thủy tĩnh Học viên chọn tiến hành mô MATLAB GUIDE với ưu điểm có giao diện trực quan, thân thiện, giúp người sử dụng nhanh chóng đưa đồ thị thể mối tương quan nhiều yếu tố tới độ cứng vững màng dầu thủy tĩnh * Thông số đầu vào mô Số lượng hốc dầu: N = Đường kính trục D = 70 mm h o (L) - Giới hạn khe hở (h min) : 15 mm h o (U) - Giới hạn khe hở : 22,5 mm Chiều rộng mép ổ a = 14 mm, Góc chắn cung buồng dầu θ = 30o Chiều dài bạc L = 56 mm, Áp suất bơm Ps = 0-9 MN/m2 , Tỷ số áp suất buồng dầu áp suất bơm β: = 0,4 - 0,7; Độ nhớt η = 0,5x10-3 - 3x10 -3 Pa.s qo = 14,148.10 -6 – 37,211.10 -6 m3/s 𝐽𝐽𝑛𝑛 = 5,74 𝛽𝛽(1 − 𝛽𝛽) − 𝛽𝛽 + 1,52(1 − 𝛽𝛽) * Thống số đầu mô (2.37) Thông số đầu mô độ cứng cững màng dầu thủy tĩnh tính theo cơng thức: 80 J= Ps L.D Jn h0 (N/μm) (2.38) 3.5 Mô độ cứng vững màng dầu thủy tĩnh phụ thuộc vào độ nhớt áp suất dầu bôi trơn 3.5.1 Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc áp suất trường hợp 1: β = 0,4, hoL = 15 µm h oU = 22,5 µm Với thơng số thay đổi phạm vi nói trên, thay đổi độ cứng vững ổ thủy tĩnh tương ứng với β thay đổi khoảng từ 0,4 – 0,7 mô tả Hình 3.8, mơ tả ảnh hưởng áp suất bơm đường kính trục tới độ cứng vững trục trường hợp β = 0,4 Có thể thấy rằng, độ cứng vững cụm ổ có xu hướng tăng áp suất bơm tăng lên tương ứng với giá trị đường kính trục Xu hướng thể rõ đường đồng mức hai trường hợp ổ trạng thái khe hở giới hạn Mặt khác, độ cứng vững cụm ổ trục máy cơng cụ thơng thường nằm phạm vi 250 – 500 N/µm, trục máy mài cần đạt giá trị khoảng 300 – 500 N/µm Như vậy, sở đường đồng mức độ cứng vững, ta thấy giới hạn áp suất bơm MPa, đường kính ổ phải đạt từ 70 mm trở lên trường hợp khe hở giới hạn nhỏ Trong đó, mức khe hở giới hạn trên, áp suất bơm cần thiết phải đạt từ 2,5 MPa tương ứng với đường kính ổ 90 mm cần áp suất cao đường kính ổ nhỏ Thực vậy, đường kính ổ 70 mm áp suất bơm tối thiểu 3,2 MPa, độ cứng vững ổ đạt giá trị yêu cầu a, 81 b, Hình 3.8: Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc Ps với β = 0,4, h oL = 15 µm, h oU = 22,5 µmµm 3.5.2 Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc áp suất trường hợp 1: β = 0,5, h oL = 15 µm h oU = 22,5 µm[12] a, 82 b, Hình 3.9: Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc Ps với β = 0,5, h oL = 15 µm [12], h oU = 22,5 µm [12] Hình 3.9 xét ảnh hưởng thơng số với trường hợp β = 0,5, giá trị khe hở giới hạn dưới, áp suất bơm thay đổi từ – MPa, đường kính trục cần thiết phải từ 65 mm trở lên đáp ứng yêu cầu độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh Với trường hợp khe hở giới hạn trên, áp suất tối thiểu để đảm bảo giá trị độ cứng vững 2,5 MPa với đường kính trục 90 mm, cần đạt giá trị cao tương ứng với đường kính trục nhỏ Với đường kính trục khoảng 70 mm, áp suất bơm cần thiết phải đạt giá trị khoảng 2,7 Mpa, ổ trục đạt giá trị cứng vững cần thiết 3.5.3 Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc áp suất trường hợp 3: β = 0,6, h oL = 15 µm h oU = 22,5 µm 83 a, b, Hình 3.10: Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc Ps với β = 0,6; h oL = 15 µm; h oU = 22,5 µmµm Hình 3.10 mơ tả ảnh hưởng thơng số áp suất đường kính trục tới độ cứng vững cụm ổ trục β = 0,6 Ta thấy, giá trị giới hạn áp suất bơm (2 MPa), độ cứng vững đạt yêu cầu đường kính ổ cỡ 90 mm với trường hợp khe hở giới hạn Với trường hợp ổ có đường kính 70 mm, áp suất bơm đảm bảo độ cứng vững cụm ổ cần thiết 2,5 MPa đạt giá trị 600 N/µm áp suất giới hạn MPa (Hình 3.9 b) Trong đó, khe hở giới hạn dưới, độ cứng vững đạt giá trị yêu cầu đường kính trục từ 60 mm trở lên áp suất giới hạn MPa, đạt giá trị khoảng 350 N/µm đường kính trục 70 mm Ở giá trị áp suất giới hạn trên, độ cứng vững đạt giá trị 900 N/µm với giá trị đường kính 84 3.5.4 Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc áp suất trường hợp 4: β = 0,7, h oL = 15 µm h oU = 22,5 µm a, b, Hình 3.11: Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc Ps với β = 0,7, h oL = 15 µm, h oU = 22,5 µm Trường hợp β = 0,7 mơ tả Hình 3.11, giá trị độ cứng vững đạt khoảng 350 N/µmvà 900 N/µm tương ứng với áp suất bơm MPa cho trường hợp khe hở giới hạn với đường kính trục 70 mm (Hình 3.11 a) Giá trị độ cứng tăng lên tương ứng với đường kính trục Tuy nhiên, giới hạn thông số làm việc ổ, nên đường kính trục tốt chọn xung quanh giá trị 70 mm Với trường hợp khe hở 85 giới hạn trên, áp suất cần thiết 2,5 MPa để ổ đạt giá trị cứng vững cần thiết đạt giá trị 600 N/µm áp suất bơm giới hạn MPa 3.5.4 Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc độ nhớt trường hợp: β = 0,4, h oL = 15 µm h oU = 22,5 µm a, b, Hình 3.12: Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc độ nhớt η với β = 0,4; h oL = 15 µm; h oU = 22,5 µmµm Hình 3.12, mơ tả ảnh hưởng độ nhớt đường kính trục tới độ cứng vững trục trường hợp β = 0,4 Có thể thấy rằng, độ cứng vững cụm ổ có xu hướng tăng độ nhớt tăng lên tương ứng với giá trị đường kính trục Xu hướng thể rõ đường đồng mức hai trường hợp ổ trạng thái khe hở giới hạn Với độ cứng vững cụm ổ trục máy cơng cụ thơng thường nằm phạm vi 250 – 500 N/µm, trục máy mài cần đạt giá trị khoảng 300 – 500 N/µm trình bày 86 Trên sở đường đồng mức độ cứng vững, ta thấy giới hạn độ nhớt tối thiểu 0,9.10-3 Pa.s, tương ứng đường kính ổ phải đạt từ 70 mm trở lên trường hợp khe hở giới hạn nhỏ Trong đó, mức khe hở giới hạn trên, độ nhớt cần thiết phải đạt từ 2,3.10-3 Pa.s tương ứng với đường kính ổ 75 mm cần độ nhớt cao đường kính ổ nhỏ Thực vậy, đường kính ổ 70 mm độ nhớt tối thiểu 2,8.10-3 Pa.s, độ cứng vững ổ đạt giá trị yêu cầu 3.5.5 Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc độ nhớt trường hợp: β = 0,5, h oL = 15 µm h oU = 22,5 µm a, b, Hình 3.13: Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc độ nhớt η với β = 0,5; h oL = 15 µm; h oU = 22,5 µmµm Tương tự, xét ảnh hưởng thông số với trường hợp β = 0,5 (như mơ tả hình 3.13, giá trị khe hở giới hạn dưới, độ nhớt thay đổi từ 0,7.10-3 Pa.s – 3.10-3 Pa.s, đường kính trục cần thiết phải từ 75 mm trở lên đáp ứng yêu cầu độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh Với đường kính trục 70mm, độ nhớt tối thiểu cần đạt trường hợp 0,8.10-3 Pa.s Với trường hợp 87 khe hở giới hạn trên, độ nhớt tối thiểu để đảm bảo giá trị độ cứng vững 10-3 Pa.s với đường kính trục 75 mm, cần đạt giá trị cao tương ứng với đường kính trục nhỏ Với đường kính trục khoảng 70 mm, độ nhớt cần thiết phải đạt giá trị khoảng 2,4.10-3 Pa.s, ổ trục đạt giá trị cứng vững cần thiết 3.5.6 Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc độ nhớt trường hợp: β = 0,6, h oL = 15 µm h oU = 22,5 µm a, b, Hình 3.14: Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc độ nhớt η với β = 0,6; h oL = 15 µm; h oU = 22,5 µmµm Hình 3.14 mơ tả ảnh hưởng thơng số độ nhớt đường kính trục tới độ cứng vững cụm ổ trục β = 0,6 Ta thấy, giá trị giới hạn độ nhớt cần đạt 0,7.10-3 Pa.sđộ cứng vững đạt yêu cầu đường kính ổ cỡ 70 mm với trường hợp khe hở giới hạn dưới, đạt giá trị 600 N/µm độ nhớt đạt 1,4.10-3 Pa.s tương ứng với đường kính trục 70 mm(Hình 3.14 a) 88 Trong đó, khe hở giới hạn trên, độ cứng vững đạt giá trị yêu cầu đường kính trục từ 75 mm trở lên độ nhớt giới hạn 1.8.10-3 Pa.s, với đường kính trục 70 mm độ nhớt cần đạt 2,310-3 Pa.s Ở giá trị độ nhớt giới hạn 3.10-3 Pa.s, độ cứng vững đạt giá trị khoảng 400 N/µm với giá trị đường kính 3.5.7 Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc độ nhớt trường hợp: β = 0,7, h oL = 15 µm h oU = 22,5 µm a, b, Hình 3.15: Độ cứng màng thủy tĩnh J phụ thuộc độ nhớt η với β = 0,7; h oL = 15 µm; h oU = 22,5 µmµm Trường hợp β = 0,7 mơ tả Hình 3.15, giá trị độ cứng vững đạt khoảng 330 N/µmvà 700 N/µm tương ứng với độ nhớt 0,5.10-3 Pa.s 1,5.10-3 Pa.s cho trường hợp khe hở giới hạn với đường kính trục 70 mm (Hình 3.15 a) Giá trị độ cứng tăng lên tương ứng với đường kính trục Tuy nhiên, giới hạn thông số làm việc ổ, nên đường kính trục tốt chọn xung quanh giá trị 70 mm 89 Với trường hợp khe hở giới hạn trên, độ nhớt cần thiết 2,2.10-3 Pa.s để ổ đạt giá trị cứng vững cần thiết đạt giá trị 400 N/µm độ nhớt giới hạn 310-3 Pa.s Nhận xét chung kết mô phỏng: Trong phạm vi mô với độ nhớt η thay đổi từ 0.5x10-3 - 3x10 -3 Pa.s, áp suất bơm Ps = 0÷ MNm2 β=0,4÷0,7 độ cứng cụm ổ thủy tĩnh trục máy mài thay đổi phạm vi rộng Để đảm bảo yêu cầu gia công tinh cần độ cứng vững J phạm vi khoảng 400 N/µm Nếu độ cứng cao yêu cầu áp suất, khe hở ho, độ nhớt khơng đảm bảo tính kinh tế Kết luận chương Đã xác định thơng số bơi trơn thủy tĩnh có ảnh hưởng trực tiếp đến cụm ổ thủy tĩnh trục máy mài trịn ngồi 3K12 Trên sở dung sai chế tạo hiệu suất nguồn cấp tiến hành mơ số độ cứng vững trục máy mài 3K12 phụ thuộc độ nhớt áp suất Qua mô phỏng, điều kiện thực tế lựa chọn độ nhớt dầu bôi trơn từ 0,8.10-3 ÷2,4.10-3 Pa.s, áp suất bơm Ps = 2,85 ÷ MNm2 β=0,5 cho độ cứng J phù hợp hiệu ứng với đường kính ổ 70mm 90 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn nghiên cứu lý thuyết bôi trơn thủy tĩnh ứng dụng tính tốn mơ số cho cụm ổ trục máy mài 3K12, rút kết luận sau: Bôi trơn thủy tĩnh với ưu điểm áp dụng vào ổ trục máy cơng cụ góp phần nâng cao độ cứng vững chất lượng chi tiết gia cơng Độ cứng vững cụm ổ trục máy công cụ chi tiêu để đánh giá chất lượng cụm ổ trục Căn vào độ cứng vững điều kiện, thiết bị công nghệ gia công cụm ổ, cho phép lựa chọn thông số ổ để đạt hiệu kinh tế tốt Qua mô với bốn trường hợp β (β = 0,4; β = 0,5; β = 0,6; β = 0,7) tương ứng với khe hở hoL, hoU cho thấy để phù hợp với điều kiện gia công chế tạo thực tế nguồn dầu tính tốn thiết kế gia công chế tạo nên chọn β = 0,5 Phù hợp với thực tế β = 0,5 với khe h ho t 15 àm ữ22,5 àm thỡ cứng vững thay đổi tùy thuộc vào Ps , η, Ps , η tăng độ cứng vững tăng Căn vào kết mơ phỏng, chọn giá trị Ps độ nhớt η phù hợp với giá trị mong muốn trường hợp đường kính ổ cụ thể điều kiện nguồn lực thiết bị cung cấp áp suất dầu có Kiến nghị: Tiếp tục tiến hành tốn mơ độ cứng vững ổ thủy tĩnh trường hợp ổ làm việc điều kiện thực tế với số vòng quay n tải trọng P thay đổi, làm sở lựa chọn thông số để đạt độ cứng vững yêu cầu 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Văn Hùng, Bùi Tuấn Anh, Nguyễn Thùy Dương, Trần Đức Toàn, Nguyễn Thị Ngọc Huyền, Bôi trơn thủy tĩnh thủy động, NXB Bách Khoa Hà Nội, 2019 [2] Nguyễn Xuân Tồn, Cơng nghệ bơi trơn, NXB KHKT, 2009 [3] Nguyễn Anh Tuấn, Bùi Văn Gôn, Lý thuyết bôi trơn ướt, NXBXD,2005 [4] Gwidon W Stachowiak, Andrew W.Batchelor, Engineering Tribology, Buterworth – Heinemann, 3rd edition, Elsevirerine, 2005 [5] Nguyễn Doãn Ý, Giáo trình Ma sát, mịn, bơi trơn – TRIBOLOGY, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2008 [6] Phạm Văn Hùng đồng nghiệp, Báo cáo tổng kết đề tài B2017-BKA47, Bộ Giáo dục Đào tạo, 2019 [7] J A William, Engineering Tribology, Publisher in United State by Oxford University, Press Inc NewYork, 1996 [8] B ϶ пуш контруирование машиностроение, 1977 металлорежущих станков москва [9] Jones & Shipman Machine Tools/Manuals are available for most Jones & Shipman Grinders [10] Ϲтанок униbepcaльньiй круг лoшлифobaльньiй 3К12, моква, 1975 [11] Unites state patent 3659911, 1972 [12] He Qiang et al., Numerical simulation and Experimental study of the Hydrostatic Spindle with Orifice restrictors The Open Mechanical Engineering Journal, 2016, vol.10, pp79-92 [13] W Chen cộng sự, Hệ thống thiết kế động lực trục thủy tĩnh xác minh nó, Proc, Inst, Mech Anh, BJ Anh Manuf , tập 228, không 1, trang 149-155, 2014 [14] Srinivasan, V., Analysis of Static and Dynamic Load on Hydrostatic Bearing with Variable Viscosity and Pressure Indian Journal of Science and Technology, 2013 (6S) 92 [15] Wasson, K A Comparison of rolling element and hydrostatic bearing spindles for precision machine tool applications in Proceedings of ASPE Conference Precision Bearings and Spindles June 2007 [16] Doshi, N and M Bambhania, Optimization of Film Thickness for Hydrostatic Circular Pad Bearing Used in V-25 vertical Turning Machine International Journal on Mechanical Engineering and Robotics (IJMER), 2013 1(1) [17] Van-Hung Pham, Tuan – Anh Bui, Thuy-Duong Nguyen, 2018 Study on identifying several geometric parameters of hydrostatic spindle bearing on external cylindrical grinding machine based on ability of manufacturing technology International Conference of fluid Machinery and Automation Systems – ICFMAS 2018, PP289-295 [18] 3K12, C.Y.K.O., CTAHOK YHИBEPCAЛЬHЬIЙ KPYΓΓ OШЛИFOBAЛЬHЬIЙ 3K12 [19] Push, V E., 1977 Design of machine tools Mashinostroenie Publishers, Moscow [20]Van-Hung Pham , Tuan-Anh Bui , and Thuy-Duong Nguyen Study to improve the spindle bearing stiffness of medium external cylindrical grinding machines based on numerical simulation of hydrostatic lubrication Tạp chí khoa học công nghệ 93 ... “ Nghiên cứu ảnh hưởng độ nhớt áp suất dầu bôi trơn đến độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh trục máy mài? ?? Mục đích nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu độ cứng vững cụm trục máy mài xác định ảnh hưởng độ nhớt. .. nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu độ cứng vững cụm trục máy mài xác định ảnh hưởng độ nhớt áp suất dầu bôi trơn đến độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh trục máy mài tính tốn theo phương pháp truyền thống kết... “ Nghiên cứu ảnh hưởng độ nhớt áp suất dầu bôi trơn đến độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh trục máy mài? ?? a) Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu đề tài: Nghiên