Nghiên cứu ảnh hưởng của tải đặt trước tới đặc tính cản lăn của cụm ổ trục chính máy công cụ

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 : Nguyễn Trí Đức Đề tài luận văn: Nghiên cứu ảnh hưởng tải đặt trước đến đặc tính cản lăn cụm ổ trục máy cơng cụ Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Mã số SV: CB190069 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 29/4/2021 với nội dung sau: - Chỉnh sửa lỗi tả, lỗi soạn thảo, định dạng - Thêm danh mục hình ảnh, bảng biểu, viết tắt, ký hiệu - Việt hóa hình ảnh, trích dẫn hình ảnh, tài liệu tham khảo - Đánh số công thức, giải thích đại lượng cơng thức - Bổ sung luận giải kết quả, cô đọng kết luận chương Ngày 15 tháng 05 năm 2021 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG LỜI CẢM ƠN Sau thời gian tiến hành triển khai nghiên cứu, em hoàn thành nội dung luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng tải đặt trước đến đặc tính cản lăn cụm ổ trục máy cơng cụ” Luận văn hồn thành khơng cơng sức thân em mà cịn có giúp đỡ, hỗ trợ tích cực nhiều cá nhân tập thể Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến TS Nguyễn Thùy Dương, người trực tiếp hướng dẫn cho luận văn em Cô dành cho em nhiều thời gian, tâm sức, cho em nhiều ý kiến, nhận xét quý báu, chỉnh sửa cho em chi tiết nhỏ luận văn, giúp luận văn em hoàn thiện mặt nội dung hình thức Cơ ln quan tâm, động viên, nhắc nhở kịp thời để em hồn thành luận văn tiến độ Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô Bộ mơn Máy ma sát, Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi, nhiệt tình giúp đỡ em trình hồn thiện luận văn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, anh/chị lớp cao học Cơ khí CB2019B Vì động viên, quan tâm giúp đỡ em q trình học tập TĨM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI Đặt vấn đề Tải đặt trước cụm ổ trục máy cơng cụ ảnh hưởng tới độ cứng vững trục độ xác gia công máy công cụ Việc xác định giá trị tải đặt trước tối ưu cụm ổ trục nâng cao độ xác gia công máy công cụ Việc xác định giá trị tải đặt trước tới đặc tính cản lăn độ cứng vững cụm ổ trục máy cơng cụ cần thiết chế tạo, lắp đặt điều chỉnh cụm ổ trục máy cơng cụ Mặt khác, theo thời gian làm việc tải đặt trước bị suy giảm tượng mòn cụm ổ trục chính, điều kiện Việt Nam trình mòn phức tạp ảnh hưởng điều kiện vận hành, bảo dưỡng khí hậu Điều ảnh hưởng đến chất lượng làm việc trục nói riêng máy cơng cụ nói chung Vì việc nghiên cứu ảnh hưởng tải đặt trước đến đặc tính cản lăn độ cững vững ổ trục quan trọng cần thiết nhằm đưa vùng giá trị tải đặt trước phù hợp điều chỉnh bảo dưỡng máy Nội dung nghiên cứu 2.1 Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng tải đặt trước đến đặc tính cản lăn cụm ổ trục máy cơng cụ CNC 2.2 Nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu tổng quan cụm ổ trục máy cơng cụ CNC - Cơ sở lý thuyết tải đặt trước cụm ổ trục - Thực nghiệm khảo sát đánh giá ảnh hưởng tải đặt trước đến đặc tính cản lăn cụm ổ trục 2.3 Phương pháp nghiên cứu (lý thuyết, mô phỏng, thực nghiệm …): Kết hợp nghiên cứu lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm - Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu trục chính, cụm ổ trục máy cơng cụ; Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng chất lượng làm việc trục tập trung vào yếu tố tải đặt trước - Nghiên cứu thực nghiệm: Xây dựng phương pháp, tiến hành thực ngiệm khảo sát tải đạt trước thay đổi tới đặc tính cản lăn độ cứng cụm trục 2.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: - Ý nghĩa khoa học: Bước đầu đưa quy luật ảnh hưởng tải đặt trước đến đặc tính ma sát cụm ổ trục chính, xác định quy luật biến thiên đặc tính ma sát dự kiến thời gian hiệu chỉnh, số lần hiểu chỉnh cụm ổ trục - Ý nghĩa thực tiễn: Dự kiến thời gian điều chỉnh cụm ổ trục số lần điều chỉnh tối đa nhằm đảm bảo độ tin cậy tuổi thọ máy công cụ 2.5 Nội dung luận văn Chương 1: Nghiên cứu tổng quan cụm ổ trục máy cơng cụ Nghiên cứu cấu tạo, đặc tính kỹ thuật cụm trục máy cơng cụ CNC Phân tích, đánh giá cơng trình nghiên cứu nước liên quan để đánh giá chất lượng ổ trục máy tiện CNC Trên sở đó xác định vấn đề mà luận văn cần giải Chương 2: Cơ sở lý thuyết tải đặt trước cụm ổ trục Nghiên cứu sở lý thuyết tải đặt trước, phương pháp đặt trước, ảnh hưởng tải đặt trước đến độ cứng vững, tốc độ, tuổi thọ, … Nghiên cứu phương pháp xác định tải trước Trên sở phân tích phương pháp xây dựng phương án khảo sát đặc tính cản lăn – mơ men khởi động cụm ổ trục Chương 3: Khảo sát đánh giá ảnh hưởng tải đặt trước đến đặc tính cản lăn cụm ổ trục Trên sở kết thực nghiệm khảo sát, đưa quy luật ảnh hưởng tải đặt trước đến đặc tính cản lăn cụm ổ trục máy cơng cụ Đưa khuyến nghị thay thế, điều chỉnh vòng bi điều kiện vận hành MỤC LỤC CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CỤM Ổ TRỤC CHÍNH MÁY CƠNG CỤ 1.1 Đặc điểm, vai trị cụm trục máy cơng cụ CNC 1.2 Cấu tạo cụm trục máy CNC 1.2.1 Vỏ trục 1.2.2 Động 1.2.3 Trục 1.2.4 Ổ trục 1.3 Dẫn động trục 1.3.1 Trục dẫn động bằng đai: 1.3.2 Trục dẫn động bánh răng: 10 1.3.3 Trục dẫn động trực tiếp 11 1.3.4 Trục dẫn động tích hợp 12 1.4 Các yêu cầu kĩ thuật trục máy công cụ 12 1.4.1 Vật liệu trục máy cơng cụ 14 1.4.2 Kết cấu trục 14 1.5 Ổ lăn trục máy cơng cụ 16 1.5.1 Cấp xác ổ lăn cụm trục máy cơng cụ 16 1.5.2 Khe hở ổ lăn 18 1.5.3 Lựa chọn lắp ghép 18 1.5.4 Độ cứng vững ổ lăn 19 1.5.5 Tải đặt trước 19 1.6 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 20 1.6.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 21 1.6.2 Tình hình nghiên cứu nước 26 KẾT LUẬN CHƯƠNG 30 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TẢI ĐẶT TRƯỚC CỦA CỤM Ổ TRỤC CHÍNH 31 2.1 Tải trước vòng bi trục 31 2.2 Mục đích tải đặt trước 31 2.3 Phương pháp tải trước 31 2.3.1 Đặt tải trước theo dịch chuyển dọc trục 33 2.3.2 Đặt tải trước với lực không đổi 33 2.3.3 So sánh hai phương pháp tải đặt trước 34 2.4 Tải trọng dịch chuyển vị trí ổ trục tải trước 35 2.5 Tải đặt trước vòng bi tiếp xúc góc 40 2.5.1 Khe hở dọc trục 41 2.5.2 Ảnh hưởng tải trước đến hiệu suất vòng bi 42 2.5.3 Ảnh hưởng bố trí ổ lăn tới độ cứng tốc độ 43 2.5.4 Khả tải tĩnh tải động 43 2.5.5 Giá trị tải đặt trước trung bình cho vịng bi kép tiếp xúc góc 44 2.5.6 Mô men cản lăn 48 2.6 Phương pháp xác định tải đặt trước 52 2.6.1 Phương pháp xác định ma sát khởi động 53 2.6.2 Phương pháp xác định độ thay đổi lực dọc trục 54 2.6.3 Phương pháp xác định rung động tự nhiên 55 2.7 Phương pháp khảo sát đặc tính lăn – momen khởi động cụm ổ trục 56 KẾT LUẬN CHƯƠNG 58 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI ĐẶT TRƯỚC ĐẾN ĐẶC TÍNH CẢN LĂN CỦA CỤM Ổ TRỤC CHÍNH 59 3.1 Mục tiêu đối tượng thí nghiệm 59 3.1.1 Mục tiêu thí nghiệm 59 3.1.2 Đối tượng nghiên cứu 59 3.2 Xây dựng thiết bị thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng tải đặt trước tới đặc tính cản lăn – ma sát khởi động 60 3.2.1 Sơ đồ thí nghiệm 60 3.2.2 Kết cấu mô hình thí nghiệm 61 3.3 Trình tự thí nghiệm 64 3.4 Ảnh hưởng tải đặt trước đến mô men khởi động cụm ổ trục chính…… 65 3.4.1 Tính tốn momen khởi động cụm ổ 65 3.4.2 Thực nghiệm ảnh hưởng tải đặt trước tới đặc tính cản lăn momen khởi động cụm ổ trục 66 Nhận xét 68 KẾT LUẬN CHƯƠNG 70 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sản phẩm gia cơng máy cơng cụ có mặt lĩnh vực [1] Hình 1.2 Sơ đồ kết cấu động học máy tiện CNC [1] Hình 1.3 Cơng suất tốc độ trục máy công cụ thị trường [1] Hình 1.4 Cụm trục máy tiện CNC [1] Hình 1.5 Cấu tạo cụm trục máy CNC [1] Hình 1.6 Hình dạng vỏ trục máy cơng cụ [1] Hình 1.7 Tích hợp động trục [1] Hình 1.8 Hệ thống làm mát cho động trục vịng bi [1] Hình 1.9 Cấu tạo điển hình trục máy công cụ CNC truyền động bằng đai [1] Hình 1.10 Các phận ổ lăn [4] Hình 1.11 Ảnh hưởng góc tiếp xúc khả chịu tải [4] Hình 1.12 Các kiểu bố trí vịng bi khác [4] Hình 1.13 Trục điều khiển bằng đai máy tiện CNC [1] Hình 1.14 Sơ đồ hệ thống bơi trơn trục [1] Hình 1.15 Trục dẫn động bằng đai 10 Hình 1.16 Trục dẫn động bằng bánh 11 Hình 1.17 Trục dẫn động trực tiếp 11 Hình 1.18 Trục tích hợp 12 Hình 1.19 Kết cấu cấu kẹp chặt khớp côn [6] 16 Hình1.20 Sai số ổ đỡ trục [6] 17 Hình 1.21 Khe hở hướng kính dọc trục ổ lăn [4] 18 Hình 1.22 Độ cứng vững ổ lăn: a) Hướng kính b) Dọc trục 19 Hình 1.23 Tải đặt trước trục máy cơng cụ [4] 20 Hình 1.24 Mơ hình thí nghiệm thực nghiệm đo độ cứng [8] 22 Hình 1.25 Ảnh hưởng tải đặt trước tới độ cứng tần số cộng hưởng thứ [8] 22 Hình 1.26 Ảnh hưởng khoảng cách chịu lực tới độ cứng tần số cộng hưởng thứ [8] 23 Hình 1.27 Khoảng cách ổ lăn trục máy cơng cụ [8] 23 Hình 1.28 Ảnh hưởng khoảng cách ổ lăn tới độ cứng tần số cộng hưởng thứ [8] 23 Hình 1.29 Sơ đồ giám sát rung động đơn vị trục [9] 24 Hình 1.30 Đo độ rung trục máy phay đa ngun cơng tốc độ khác [9] 24 Hình 1.31 Ảnh hưởng hệ số ma sát đến mô men ma sat ổ lăn côn với tải trước dịch chuyển dọc trục [11] 26 Hình 1.32 Ảnh hưởng hệ số ma sát đến mô men ma sat ổ lăn côn với tải trước lực dọc trục [11] 26 Hình 1.33 Phương pháp kiểm tra độ đảo mặt đầu độ đảo hướng kính dịch chuyển dọc trục trục máy cơng cụ [12] 27 Hình 1.34 Thiết bị đánh giá độ chất lượng làm việc máy công cụ CNC thơng qua kiểm tra hình học cụm trục Spindle Error Analyzer 27 Hình 1.35 Sơ đồ hệ thống thiết bị thực nghiệm đo rung động [12] 28 Hình 1.36 Đồ thị biểu diễn lượng mòn tổng hợp dọc trục cụm ổ lăn giá trị RMS rung động cụm trục theo thời gian [12] 28 Hình 2.1 Phương pháp đặt tải trước [13] 32 Hình 2.2 Tải đặt trước cặp ổ lắp theo kiểu lưng đối lưng [13] 33 Hình 2.3 Dịch chuyển dọc trục với tải đặt trước cố định [13] 33 Hình 2.4 Dịch chuyển dọc trục với tải đặt trước bằng lực cố định [13] 34 Hình 2.5 So sánh độ cứng vững phương pháp đặt tải trước [13] 34 Hình 2.6 Bố trí vịng bi hai dãy [13] 35 Hình 2.7 Sắp xếp vòng bi ba dãy [13] 36 Hình 2.8 Biểu đồ tải trước vòng bi lắp DB hai dãy [13] 37 Hình 2.9 Đồ thị tải trước ổ trục DBD ba dãy (Tải trọng dọc trục áp dụng từ phía AA) [13] 38 Hình 2.10 Đồ thị tải trước ổ trục DBD ba dãy (Tải trọng dọc trục áp dụng từ phía A) [13] 38 Hình 2.11 Mối quan hệ tải đặt trước chuyển vị dọc trục 39 bố trí lắp DB [13] 39 Hình 2.12 Mối quan hệ tải đặt trước chuyển vị dọc trục bố trí lắp DBD theo phía tải trọng dọc trục từ AA [13] 39 Hình 2.13 Mối quan hệ tải đặt trước chuyển vị dọc trục bố trí lắp DBD theo phía tải trọng dọc trục từ A [13] 40 Hình 2.14 Các cách xếp vịng bi tiếp xúc góc tiêu chuẩn [14] 40 Hình 2.15 Ảnh hưởng tải trước lên độ cứng tốc độ [14] 42 Hình 2.16 Ảnh hưởng tải trước lên nhiệt độ tuổi thọ [14] 42 Hình2.17 Ảnh hưởng cách bố trí ổ lăn đến độ cứng tốc độ [14] 43 Hình 2.18 Mơ men ma sát ổ lăn hàm tốc độ độ nhớt [4] 49 Hình 2.19 Sơ đồ tính tải đặt trước [13] 50 Hình 2.20 Mối liên hệ tải đặt trước tải trọng phần tử lăn 50 Hình 2.21 Phương pháp mơ men khởi động [14] 53 Hình 2.22 Mối quan hệ chuyển vị dọc trục tải trước [14] 54 Hình 2.23 Phương pháp đo độ thay đổi lực dọc trục [14] 54 Hình 2.24 Phương pháp đo rung động tự nhiên [14] 55 Hình 2.25 Phương pháp khảo sát đặc tính cản lăn - mơ men khởi động cụm trục máy công cụ 57 Hình 3.1 Vịng bi NSK 7210C 60 Hình 3.2 Phương pháp đo mơ-men khởi động cho cặp ổ trục tiếp xúc góc 7210C lắp theo kiểu DB 60 Hình 3.3 Cụm trục mơ hình thí nghiệm 61 Hình 3.4 Thiết bị treo tải trọng 61 Hình 3.5 Bộ phận đế mơ hình thí nghiệm 62 Hình 3.6 Bộ đồng hồ so 62 Hình 3.7 Bộ cân 2g-200g 63 Hình 3.8 Bản vẽ lắp hệ thống thiết bị thí nghiệm 63 Hình 3.9 Thiết bị thí nghiệm sau chế tạo xong 64 Hình 3.10 Đồ thị mối quan hệ tải đặt trước mơ men khởi động vịng bi tiếp xúc góc 15° 66 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI ĐẶT TRƯỚC ĐẾN ĐẶC TÍNH CẢN LĂN CỦA CỤM Ổ TRỤC CHÍNH 3.1 Mục tiêu đối tượng thí nghiệm 3.1.1 Mục tiêu thí nghiệm Xác định đặc tính cản lăn cụm ổ thông qua mô men khởi động ứng với giá trị tải trọng dọc trục Từ kết đo thí nghiệm xây dựng đồ thị ảnh hưởng tải đặt đặt trước tới mô men khởi động Dựa vào kết đồ thị đưa khuyến nghị cách sử dụng thay vòng bi 3.1.2 Đối tượng nghiên cứu Cụm ổ lăn dùng cụm trục máy tiện.Trên thực tế máy tiện CNC cỡ nhỏ thường dùng cặp ổ 7210C lắp kiểu lưng đối lưng (DB) Trong đề tài nghiên cứu lựa chọn ổ lăn 7210C làm đối tượng nghiên cứu, với thơng số sau: 59 Hình 3.1 Vịng bi NSK 7210C 3.2 Xây dựng thiết bị thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng tải đặt trước tới đặc tính cản lăn – ma sát khởi động 3.2.1 Sơ đồ thí nghiệm Dựa phương pháp khảo sát đặc tính cản lăn – mô men khởi động cụm ổ trục xây dựng hình 2.25, luận văn xây dựng sơ đồ thiết bị khảo sát momen ma sát khởi động cho ổ trục máy tiện CNC mini, thể hình 3.2 Hình 3.2 Phương pháp đo mô-men khởi động cho cặp ổ trục tiếp xúc góc 7210C lắp theo kiểu DB Thiết bị thí nghiệm sử dụng cặp ổ lăn tiếp xúc góc 7210C, lắp lưng giống trục máy tiện CNC mini Sự dịch chuyển dọc trục để thiết lập tải đặt trước thực bằng đai ốc xiết vào ca giá trị dịch chuyển xác định đồng hồ so 0,001μm Lực tiếp tuyến khởi động cụm vòng bi xác định bằng trọng lượng 60 cân tay đòn Giá trị tải đặt trước 590N theo phương dọc trục tương ứng với lượng dịch chuyển dọc trục ổ lăn δa = 31μm [13] 3.2.2 Kết cấu mơ hình thí nghiệm 3.2.2.1 Cụm ổ trục Cụm ổ trục sử dụng vòng bi 7210C lắp theo kiểu lưng đối lưng với Ca ổ lăn lắp lỏng với trục để đảm bảo dịch chuyển dọc trục tạo tải dặt trước Hai đai ốc siết sử dụng để điều chỉnh ổ lăn Hình 3.3 thể kết cấu cụm trục Hình 3.3 Cụm trục của mơ hình thí nghiệm 3.2.2.2 Bộ treo thiết bị tạo tải Công dụng: Treo nặng để tạo lực tiếp tuyến Từ đó có thể đo mô men khởi động cụm trục thể hình 3.4 Hình 3.4 Thiết bị treo tải trọng 61 3.2.2.3 Bộ phận đế Công dụng: Là nơi đỡ cho cụm trục Bộ phận đế phải đủ cứng vững q trình thực thí nghiệm thể hình 3.5 Hình 3.5 Bợ phận đế của mơ hình thí nghiệm 3.2.2.4 Đồng hồ so Công dụng: Đồng hồ so sử dụng để đo lượng dịch chuyển dọc trục trình tạo tải đặt trước Đầu đo đặt vào ca cụm ổ để đảm bảo kết đo xác Thơng số kỹ thuật cua đồng hồ thể hình 3.6 Đồng hồ so Mitutoyo 2019S-10 Dải đo : 1mm(0.2mm) Độ phân giải : 0.001mm Độ xác : ± 0.001mm Đường kính trục : Ø8mm Kiểu : nắp lưng có tai cài Hệ đơn vị : mét Hình 3.6 Bợ đờng hờ so 3.2.2.5 Bộ cân Công dụng: Để tạo lực tiếp tuyến Sử dụng cân có khối lượng từ 2g-200g hình 3.7 62 Hình 3.7 Bộ cân 2g-200g Bản vẽ lắp hệ thống thiết bị thí nghiệm thể hình 3.8 Hình 3.8 Bản vẽ lắp hệ thống thiết bị thí nghiệm Hệ thống khảo sát ảnh hưởng tải đặt trước đến đặc tính cản lăn – momen khởi động cụm trục sử dụng vịng bi tiếp xúc góc 7210C sau chế tạo xong thể hình 3.9 63 Hình 3.9 Thiết bị thí nghiệm sau chế tạo xong Các thông số kỹ thuật thí nghiệm thể bảng 3.1: Bảng 3.1: Các thông số kỹ thuật của thí nghiệm STT Thơng số Giá trị Một cặp vịng bi tiếp xúc góc lắp lưng đối lưng (DB) 7210C NSK D = 90mm, d = 50mm Tải trọng tương đương, P Cr = 43000mm, 𝛼 = 15° Bôi trơn Bôi trơn Bước dịch chuyển dọc trục Môi trường ~8𝜇𝑚 300C 3.3 Trình tự thí nghiệm Bước 1: Xác định chuẩn Lắp ổ bi lên trục Gá đồng hồ so vào thành vòng bi Bắt đầu xiết bu lơng đồng hồ so nhảy dừng lại Ta xác định vị trí chuẩn 64 Bước 2: Tiến hành treo nặng cụm ổ rời khỏi vị trí cân bằng ghi lại kết Bước 3: Tiến hành đặt tải trước theo dịch chuyển dọc trục: Dùng cờ lê lực xiết bu lơng vào vịng vòng bi Dùng đồng hồ so để xác định lượng dịch chuyển dọc trục Khi vịng dịch chuyển 8𝜇𝑚 dừng lại Tiếp tục treo nặng cụm ổ rời khỏi vị trí cân bằng ghi lại kết Thực liên tục vòng dịch chuyển tổng cộng 40𝜇𝑚 Mỗi thí nghiệm lặp lại lần để đảm bảo độ xác phép đo 3.4 Ảnh hưởng tải đặt trước đến mô men khởi động cụm ổ trục 3.4.1 Tính tốn momen khởi động cụm ổ Mơ men khởi động theo tính tốn Theo NSK momen ma sát tính bằng cơng thức: 𝑀 = 𝑀𝑠 𝑍𝑠𝑖𝑛𝛼(𝑚𝑁 𝑚), {𝑘𝑔𝑓 𝑚𝑚} (3.1) Trong đó: 𝑀𝑠 :Ma sát quay góc tiếp xúc có tâm trục 𝑀𝑠 = 𝜇𝑠 𝑄 𝑎 𝐸(𝑘) (𝑚𝑁 𝑚), {𝑘𝑔𝑓 𝑚𝑚} (3.2) 𝜇𝑠 : Hệ số ma sát trượt bề mặt tiếp xúc 𝑄 : Tải phần tử lăn (N), {kgf} 𝑎: (1/2) trục dài elip tiếp xúc (mm) 𝑏 𝐸(𝑘): Với 𝑘 = √1 − ( ) 𝑎 Là tham số 𝑏: (1/2) trục ngắn elip tiếp xúc (mm) 𝑍: Số lượng bi 𝛼: Góc tiếp xúc (°) 65 Hình 3.10 Đờ thị mối quan hệ tải đặt trước mô men khởi đợng của vịng bi tiếp xúc góc 15° Dựa vào đồ thị ta nhận thấy Mô men khởi động cụm ổ 7210C đặt tải trước 590N khoảng 40mN.m 3.4.2 Thực nghiệm ảnh hưởng tải đặt trước tới đặc tính cản lăn momen khởi động cụm ổ trục Thực nghiệm ảnh hưởng tải trước tới đặc tính cản lăn - mơ men khởi động Kết đo mô men khởi động cụm trục máy tiện CNC mini theo tải đặt trước theo dịch chuyển dọc trục liệt kê bảng 3.2 Bảng 3.2 Giá trị tải trọng thay đổi tải trước Vị trí tải trước(𝜇𝑚) Lần P(g) 15 Lần P(g) 10 Lần P(g) 20 40 50 35 16 90 100 110 24 200 190 220 32 340 350 370 40 540 530 580 Căn vào kết thực nghiệm bảng 3.2 ta xác định mô men khởi động cụm trục dùng ổ 7210C thể bảng 3.3 66 Từ kết tải trọng tác dụng Ta tính tốn mơ men khởi động vịng bi 7210C bằng công thức: (3.3) M = P.L (mN.m) Trong đó: M: Mơ men khởi động vịng bi 7210C(mN.m) L: Là cánh tay đòn từ tâm đến vị trí đặt lực P(mm), L =140mm P: tải trọng tác dụng thu lần đo (g) Bảng 3.3 Mơ men cản lăn của cụm ổ Vị trí Tải trước(𝜇𝑚) P(g) 𝑀𝑆𝑇 15 2.1 10 40 5.6 16 90 24 Lần Lần P(g) 𝑀𝑆𝑇 Lần Trung bình 𝑀𝑆𝑇 P(g) 𝑀𝑆𝑇 𝑀𝑇𝐵 1.4 20 2.8 2.1 50 35 4.9 5.8 12.6 100 14 110 15.4 14 200 28 190 26.6 220 30.8 28.5 32 340 47.6 350 49 370 51.8 49.5 40 540 75.6 530 74.2 580 81.2 77 Căn vào số liệu bảng 3.3 xây dựng đồ thị biến thiên mô men khởi động chuyển vị dọc trục ổ lăn trục máy tiện CNC mini Hình 3.11 Momen khởi đợng của vịng bi trục theo dịch chuyển dọc trục 67 Nhận xét Việc tạo tải đặt trước nhờ dịch chuyển tương đối vòng ổ lăn phù hợp với kết cấu cụm trục máy CNC Tuy nhiên, khó điều chỉnh xác lượng dịch chuyển đến vài 𝜇𝑚, xảy bước nhảy điều chỉnh vượt yêu cầu Nếu tải trước lớn mức cần thiết, gây tượng tăng mô men ma sát, giảm tuổi thọ,v.v Việc gắn tải trước cần xác định cẩn thận xem xét điều kiện hoạt động mục đích tải trước Hình 3.11 cho thấy mơ men ma sát ổ trục ln tăng khơng tuyến tính với tải đặt trước dịch chuyển dọc trục So sánh kết thực nghiệm với tính tốn cho thấy rằng giá trị mơ men ma sát khởi động tính tốn bằng xấp xỉ 80% mô men ma sát thực nghiệm Máy tiện CNC mini dùng 7210C, dịch chuyển dọc trục max σc = 31μm Trong trình làm việc cụm ổ trục bị mịn, làm giảm lượng dịch chuyển dọc trục Trong lượng dịch chuyển giảm khoảng 15 μm = σB , cần phải điều chỉnh lại vị trí tải trước để khơi phục cấp C Như mô men khởi động thay đổi tới 75% Trong trường hợp phổ biến, điều chỉnh cụm ổ lần sau chu kỳ chạy máy mòn dọc trục đến 16 μm Do đó tổn hao ma sát cụm ổ trục đáng kể biến động lớn suốt chu kì vận hành máy cấp tải trước điều chỉnh Hình 3.11 minh họa ảnh hưởng chuyển vị dọc trục lên mô men khởi động cụm trục Ta nhận thấy rằng giảm ma sát khởi động cụm ổ trục biến động nó đảm bảo độ cứng vững phạm vi cấp C Chia vị trí tải trước cấp C thành hai khoảng giá trị: 𝜎𝐷𝐶 = [𝜎𝐶 ] − [𝜎𝐵 ] = 8𝜇𝑚, Trong đó: [𝜎𝐶 ]:Dịch chuyển dọc trục ổ cấp C [𝜎𝐵 ]:Dịch chuyển dọc trục ổ cấp B Trong chu kì làm việc vịng bi trục điều chỉnh tải trước hai lần Lần đầu điều chỉnh dịch chuyển 𝜎𝐷𝐶 = 8𝜇𝑚 + 𝜎𝐵 , lần hai 8𝜇𝑚 Như 68 vậy, vào đồ thị hình 3.11 mơ men ma sát khởi động cụm trục máy tiện miniCNC Eclipse 300 giảm 40% biến động khoảng 30% Khi đó thời gian đáp ứng điều khiển giảm trục có tốc độ ổn định Trường hợp phân nhóm máy gia cơng thơ tinh: Máy gia công tinh, điều chỉnh tạo tải trước khoảng phù hợp với lượng dư gia công, công suất cắt nhỏ, yêu cầu cứng vững cao máy gia công thơ, điều chỉnh vị trí tải trước khoảng phù hợp lượng dư lớn, công suất cắt lớn không yêu cầu độ cứng vững cao Khi đó, hiệu suất sử dụng máy tốt 69 KẾT LUẬN CHƯƠNG Đã xây dựng hệ thống thực nghiệm xác định mơ men khởi động cụm vịng bi trục sở đặt tải trước theo dịch chuyển dọc trục Trên thực tế, hệ thống tạo tải đặt trước theo dịch chuyển dọc trục dễ dàng thực so với đặt tải trước bằng lực cố định Khảo sát ảnh hưởng tải đặt trước đến đặc tính cản lăn cụm ổ 7210C Kết cho thấy rằng mơ men khởi động cụm vịng bi trục phụ thuộc phi tuyến vào tải đặt trước theo hướng dọc trục Qua nghiên cứu thực nghiệm cho thấy phân đoạn tải đặt trước bằng dịch chuyển dọc trục thành hai phần sở cấp B cấp C để giảm tổn hao ma sát nói chung ma sát khởi động nói riêng Có thể điều chỉnh tải đặt trước theo phương dọc trục theo nhóm gia cơng thơ tinh, thảo mãn độ xác gia công suất đồng thời làm tăng hiệu suất máy 70 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận: Cụm trục phận quan trọng, định đến chất lượng gia công máy công cụ CNC Việc xác định giá trị tải đặt trước tối ưu cụm ổ trục nâng cao độ xác gia cơng máy cơng cụ cần thiết chế tạo, lắp đặt điều chỉnh cụm ổ trục máy cơng cụ Mơ men khởi động cụm vịng bi trục phụ thuộc phi tuyến vào tải đặt trước theo hướng dọc trục Với ổ bi tiếp xúc góc cấp C dùng cụm trục máy tiện CNC có mơ men khởi động đáng kể, đó cần phải điều chỉnh tải đặt trước phù hợp với điều kiện vận hành theo chu kỳ lâu dài Đề xuất giải pháp giảm thiểu tổn hao cơng suất ma sát nói chung ma sát khởi động nói riêng cụm trục máy tiện CNC mini bằng việc phân đoạn tải đặt trước bằng dịch chuyển dọc trục thành hai phần sở cấp B C Hướng phát triển: Hướng phát triển tích hợp hệ thống thiết bị khảo sát ảnh hưởng tải đặt trước tới ma sát ổn định vùng làm việc độ cững vững cụm trục 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Quách Trường Giang; Nghiên cứu rung động cụm ổ trục máy tiện CNC sở mòn; Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội-2018 [2] Groschopp, How To: Differentiate Synchronous and Asynchronous Motors., 2012, Available at: http://www.groschopp.com/synchronous-vsasynchronous/ [3] M & Koch, A Weck, Spindle-Bearing systems for high speed apcations in machine tools., 1993 [4] SKF rolling bearings catalogue - SKF Maintenance, Lubrication [5] G, de Ciurana, J & Campa, F Quintana, "Machine tools for High Performance Machining," in Machine tool Spindles., 2009, p Chapter [6] Phạm Văn Hùng, Bùi Tuấn Anh, Nguyễn Thùy Dương, Trần Đức Tồn, Nguyễn Thị Ngọc Huyền; Bơi trơn thủy tĩnh thủy động; Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội-2019 [7] Momir Šarenac, Stiffness of machine tool spindle as a main factor for treatment accuracy, The scientific journal Facta Universitatis Vol.1, No 6, (1999), pp 656 [8] Tri Prakosa and Rizky Ilhamsyah Agung Wibowo, Optimizing Static and Dynamic Stiffness of Machine Tools Spindle Shaft, for Improving Machining Product Quality, Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol 20, No 4,(2013), pp 363-370 [9] Rastegari A and Mobin M Archenti A, Condition Based Maintenance of Machine Tools: Vibration Monitoring of Spindle Units, IEEE 63nd Annual Reliability and Maintainability Symposium, (2017) [10] Van – Canh Tong etal The effect of regular misalignment on the running torques of tapered roller bearings; Tribology International, volume 95, March 2016, 76 -85 [11] Chi ZHANG, Le GU*, Yuze MAO, Liqin Wang; Modeling the frictional toque of a dry -lubricated tapered roller bearing considering the roller skewing, Friction 7(6):551 – 563(2019) 72 [12] Phạm Minh Tâm, Phạm Văn Hùng, Nguyễn Thùy Dương; Nghiên cứu, thiết kế hệ thống thiết bị đánh giá chất lượng làm việc cụm ổ trục máy cơng cụ CNC sở khảo sát rung động theo tiêu chí mịn tổng cộng; Hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí lần thứ V-VCME2018 [13] Rolling bearings for industrial machinery; NSK, 2016 [14] Machine tool spindle bearing selection & mounting guide; NSK [15] Trịnh Chất; Cơ sở thiết kế máy chi tiết máy; Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội-2009 73 ... dưỡng máy Nội dung nghiên cứu 2.1 Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng tải đặt trước đến đặc tính cản lăn cụm ổ trục máy cơng cụ CNC 2.2 Nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu tổng quan cụm ổ trục máy. .. TÀI Đặt vấn đề Tải đặt trước cụm ổ trục máy cơng cụ ảnh hưởng tới độ cứng vững trục độ xác gia cơng máy cơng cụ Việc xác định giá trị tải đặt trước tối ưu cụm ổ trục nâng cao độ xác gia công máy. .. thuyết tải đặt trước cụm ổ trục Nghiên cứu sở lý thuyết tải đặt trước, phương pháp đặt trước, ảnh hưởng tải đặt trước đến độ cứng vững, tốc độ, tuổi thọ, … Nghiên cứu phương pháp xác định tải trước