Đồ án nghiên cứu về quá trình chế tạo một số bộ phận của máy chuẩn mô men

Trong phòng KCS tại các nhà máy, giá trị chỉ thị mô men xiết của đồng hồ đo được hiệu chuẩn bằng các thiết bị kiểm tra mô men định kì, và các thiết bị này phải được hiệu chuẩn tại Viện đ

LỜI NÓI ĐẦU

Việc giới hạn mô men xiết chặt trong các dây chuyền vặn bu lông, ốc vít tự động là một vấn đề hết sức quan trọng Mô men này phải đạt giá trị nào đó để đảm bảo các chi tiết liên kết với nhau ở một lực ép nhất định, ổn định trong khi kết cấu hoạt động và chịu tải Đồng thời, mô men này cũng phải nhỏ hơn giới hạn cho phép để bu lông, ốc vít không bị trờn ren, thậm chí quá căng dẫn đến kết cấu bị phá hủy Chính vì lý do này, các clê lực hay các thiết bị xiết bu lông,

ốc vít ở đây cần được trang bị ngưỡng hạn chế mô men hoặc đồng hồ hiển thị

mô men Trong phòng KCS tại các nhà máy, giá trị chỉ thị mô men xiết của đồng hồ đo được hiệu chuẩn bằng các thiết bị kiểm tra mô men định kì, và các thiết bị này phải được hiệu chuẩn tại Viện đo lường thông qua máy chuẩn mô men ở cấp cao hơn Với nhu cầu thực tiễn đặt ra, Bộ môn Cơ khí chính xác và Quang học Trường Đại học Bách Khoa và Viện Đo lường Việt Nam đã kết hợp nghiên cứu với mong muốn chế tạo một máy chuẩn mô men phục vụ việc hiệu chuẩn, kiểm định các thiết bị đo

Trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp, các thành viên trong nhóm đã được các thầy hướng dẫn để tìm hiểu, nghiên cứu về quá trình chế tạo một số bộphận của máy chuẩn mô men; tiến hành một số thí nghiệm và giải quyết những bài toán công nghệ đặt ra khi chế tạo Tiếp cận và tham gia vào một đề tài nghiên cứu khoa học, chúng em có cơ hội thu nhận thêm không ít kiến thức thực tiễn quý báu mà trong quá trình học tập chưa có được

Nhóm sinh viên thực hiện đồ án tốt nghiệp xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trong Bộ môn Cơ khí chính xác và Quang học Trường Đại học Bách Khoa, thầy hướng dẫn trực tiếp là PSG.TS Vũ Toàn Thắng và Th.S Vũ Văn Duy đã hỗ trợ và giúp đỡ rất nhiều để chúng em có thể hoàn thành

đồ án này

Hà Nội, ngày 6 tháng 1 năm 2015

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

DANH MỤC HÌNH VẼ 4

PHẦN I: MỘT SỐ YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA MÁY CHUẨN MÔ MEN 5

1.1 Nguyên tắc tạo ra mô men chuẩn 5

1.2 Giới thiệu về máy chuẩn mô men 8

1.3 Yêu cầu khi thiết kế máy chuẩn mô men 10

1.3.1 Sai số cánh tay đòn 11

1.3.2 Sai số quả tải 14

1.3.3 Gia tốc trọng trường 14

1.3.4 Tỷ trọng của quả tải 14

1.3.5 Một số yếu tố khác tác động đến độ không đảm bảo đo 15

PHẦN II: THIẾT KẾ MÁY CHUẨN MÔMEN 21

2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 21

2.2 Thiết kế ổ khí quay 22

2.2.1 Khái niệm về đệm khí 22

2.2.2 Yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế ổ khí quay cho máy chuẩn mô men 23

2.2.3 Chọn kết cấu định vị của trục 24

2.2.4 Tính toán sơ bộ đệm khí 25

2.2.5 Phương trình tính lực nâng của đệm khí 27

2.2.6 Xây dựng công thức tính toán cho mô hình đệm khí mẫu 28

2.3 Thiết kế đai bao trục ổ khí quay 33

2.4 Cánh tay đòn 35

2.4.1 Yêu cầu đặt ra cho cánh tay đòn 35

2.4.2 Thiết kế cánh tay đòn 36

2.5 Thước lấy cân bằng 40

PHẦN III: BÀI TOÁN TÌM CHIỀU DÀI THỰC CỦA CÁNH TAY ĐÒN VÀ HIỆN TƯỢNG CÂN BẰNG TẠM THỜI 41

3.1 Xác định độ dài thực của cánh tay đòn 41

3.2 Hiện tượng cân bằng tạm thời 42

PHẦN IV: QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM 44

4.1 Xác định khả năng tải của ổ khí quay 44

4.1.1 Sơ đồ nguyên lý và các bước tiến hành thí nghiệm 44

4.1.2 Chế độ không tải 45

4.1.3 Gia tải 46

4.2 Xác định mô men ma sát của ổ khí quay 46

4.3 Xác định tiếp xúc cơ khí 47

4.3.1 Nội dung thí nghiệm : 47

4.3.2 Trang thiết bị thí nghiệm: 47

4.3.3 Tiến hành thí nghiệm: 47

PHẦN V: TỔNG KẾT 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

PHỤ LỤC BẢN VẼ THIẾT KẾ CÁNH TAY ĐÒN 50

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Nguyên lý tạo mô men 5

Hình 1.2: Giới thiệu về sơ đồ dẫn xuất chuẩn đơn vị đo mô men của Viện đo lường quốc gia Thái Lan 7

Hình 1.3: Máy chuẩn mô men trong phòng đo lường quốc gia Nam Phi 8

Hình 1.4: Máy chuẩn mô men tại viện đo lường quốc gia Nhật 9

Hình 1.5: Máy chuẩn mô men nhỏ tại viện đo lường quốc gia Đức 10

Hình 1.6: Biến thiên bán kính do lệch tâm 12

Hình 1.7: Mô hình biến dạng của trục khi chịu lực tải 13

Hình 1.8: Độ lệch trục do không cân bằng máy……….15

Hình 1.9: Dao động của quả tải 15

Hình 2.1: Đệm khí 22

Hình 2.2: Sơ đồ định vị đệm khí trên ổ trục 24

Hình 2.3: Sơ đồ bồ trí đệm khí trên mặt trụ 25

Hình 2.4: Khi đặt tải Q trục bị giảm xuống lượng ∆z 26

Hình 2.5: Đệm khí rãnh hình chữ nhật 28

Hình 2.6: Quan hệ lực nâng và áp suất khí vào 31

Hình 2.7: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỷ số f với tỷ số Ro/Rn 32

Hình 2.8: Mô phỏng 3D đai bao trục 35

Hình 3.1: Xác định chiều dài thực của cánh tay đòn 42

Hình 4.1: Sơ đồ thực nghiệm khả năng tải 44

Hình 4.2: Mối liên hệ giữa độ dày đệm khí và áp suất cấp vào tại chế độ không tải 45

Hình 4.3: Đồ thị biểu hiện mối liên hệ giữa tải trọng áp suất và đọ lớn khe hở giữa đệm khí và trục quay 46

PHẦN I:

MỘT SỐ YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA MÁY

CHUẨN MÔ MEN

1.1 Nguyên tắc tạo ra mô men chuẩn

Quả tải có khối lượng m được treo vào một sợi dây vòng qua đĩa bán kính Rgây ra một momen quay T

Mô men T này sẽ cân bằng với mô men kháng của thiết bị đo mô men cầnhiệu chuẩn

Hình 1 1 1: Nguyên lý tạo mô men : Nguyên lý tạo mô men Nguyên lý tạo mô men ý tạo mô men ạo mô men mô men mn l t o en

P=m.1: Nguyên lý tạo mô meng

O M ME ĐẦU ĐO MÔMEN Đ ÔMEN N

TH T B H IẾT BỊ HIỆU CHUẨN MÔMEN Ị HIỆU CHUẨN MÔMEN IỆU ĐO MÔMEN CH U ĐO MÔMENẨN M ME ÔMEN N

CH A ÌA VẶN, CLÊ LỰC VẶN, CLÊ LỰC LÊ LỰC LỰC C C

M ÁY CHUẨN MÔMEN CH U ĐO MÔMENẨN M ME ÔMEN N

Sơ đồ dẫn xuất chuẩn đơn vị đo mômen

Dụng cụ vặn vít như tuốc lô vít, chìa vặn, clê lực có bộ phận đo mô men đượcdẫn xuất từ thiết bị hiệu chuẩn mômen chuyên dụng cho dụng cụ vặn vít Thiết

bị chuẩn mômen này lại được dẫn xuất từ đầu đo mô men Và cuối cùng thì đầu

đo mô men lại được dẫn xuất từ máy chuẩn đầu mô men

Máy chuẩn đầu mô men này được dẫn xuất từ 3 đại lượng cơ bản là khối lượng,chiều dài và thời gian

Hình 1.2 Giới thiệu về sơ đồ dẫn xuất chuẩn đơn vị đo mô men của Viện đo

lường quốc gia Thái Lan.

R nh lãnh lắp thiết bị cần chuẩn giá trị mômen ắp thiết bị cần chuẩn giá trị mômen th t c n chiết bị cần chuẩn giá trị mômen bị cần chuẩn giá trị mômen ần chuẩn giá trị mômen uẩn giá trị mômen giá trị mômen ị cần chuẩn giá trị mômen mô menmn tr en

1.2 Giới thiệu về máy chuẩn mô men

Hình 1.3 giới thiệu máy chuẩn mô men tại phòng đo lường quốc gia Nam phi:máy gồm 2 cánh tay đòn mang theo bán kính cong bố trí đối xứng ở hai phía, sựcân bằng của cánh tay đòn có thể được điều chỉnh bằng những khối lượng nhỏtrượt dọc theo đường dẫn trên cánh tay đòn Mô men được tạo bằng cách chấtcác quả tải lên đĩa Thiết bị cần chuẩn mô men được đặt trong rãnh, một đầuđược giữ cố định, một đầu nối với trục quay gắn với cánh tay đòn

Hình 1.3 Máy chuẩn mô men trong phòng đo lường quốc gia Nam Phi

Khối lượng điều chỉnh thăng bằng

Bán kính cong

Đĩa đặt quả tải

Khi đặt tải thì sẽ tạo ra chuyển vị xoay giữa 2 đầu của thiết bị cần chuẩn

mômen và giá trị hiển thị của mô men sẽ được chuẩn tương ứng với từng trọng lượng quả tải thông qua cánh tay đòn

Hình 1.4 Máy chuẩn mô men tại viện đo lường quốc gia Nhật

Hình 1.5: Máy chuẩn mô men nhỏ tại viện đo lường quốc gia Đức

Hình 1.4 là sơ đồ máy chuẩn mô men tại viện đo lường quốc gia của Nhật (Bản) Với phạm vi đo nhỏ từ 10 N.m đến 100 N.m, ổ khí đã được sử dụng để tách hoàn toàn ma sát tại khớp quay

Giá trị mô men được tạo ra:

1.3 Yêu cầu khi thiết kế máy chuẩn mô men

Tham khảo nguyên tắc làm việc và kết cấu của các máy chuẩn mô men tạicác quốc gia khác nhau, phân tích các sai số tác động đến kết quả đo với yêucầu độ không đảm bảo đo 1.10-4, giá trị này được tổng hợp từ các độ không đảmbảo thành phần

Cánh tay đòn

Thiết bị cần chuẩn mô men

Giá đặt

quả tải

Nếu tính đến lực đẩy Acximet của không khí lên quả tải thì công thức tính mô men được biểu diễn như sau:

(1.2)Trong đó: m: Khối lượng của quả tải kg

g: Gia tốc trọng trường m/s2

L0: chiều dài cánh tay đòn m

air: tỷ trọng của không khí kg/m3

m: tỷ trọng của vật liệu làm quả tải kg/m3

Sai số của mô men phụ thuộc vào các sai số của từng yếu tố tham gia vào công thức tính:

L: chiều dài của cánh tay đòn

L: sai số gây ra do giãn nở nhiệt

: Hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu làm cánh tay đònVật liệu làm cánh tay đòn là hợp kim nhôm =2,4.10-5 (1/K), L = 200 mm,

) 1 (

0 0

0 0

m

air m

air

F mgL T

m m

T T

L L

T g g

T m m

o m

m

air m

air m

air o

m

air o

mgL mgL

L mg

g mL

m gL

Hình 1 B n th n 1: Nguyên lý tạo mô men6 Biến thiên bán kính do lệch tâm iết bị cần chuẩn giá trị mômen iên lý tạo mô men bá trị mômen kính do lệch tâmn nh do l ch tệch tâm âm

2O

O

x

Lt=200.1.2,4.10-5=0,0048mm=4,8mNếu vật liệu là thép Cacbon =1,2.10-5 (1/K) thì:

Lt=200.1.1,2 10-5=0,0024mm=2,4m

- Dung sai chế tạo bán kính quay

+ Sai lệch kích thước tay đòn:

Sai số kích thước do chế tạo cánh tay đòn ảnh hưởng trực tiếp đến giá trị mômen tạo ra Khi chế tạo tay đòn với cấp chính xác kích thước đường kính là 6,miền dung sai h, đường kính 400mm thì trị số dung sai là 40m

+ Sai số hình dáng:

Giá trị dung sai độ tròn và độ đồng trục tương ứng với giá trị sai lệch kíchthước, với 400h6 thì dung sai độ tròn tương ứng là 16m và độ đồng trụctương ứng với bề mặt quay 100h6 là 25m Sai lệch này ảnh hưởng trực tiếptới giá trị bán kính tại điểm treo tải, do đó ảnh hưởng tới giá trị mô men tạo ra.Giả thiết trục treo tải là hoàn toàn tròn có tâm O được đặt lệch khỏi tâm quay O1

của hệ đo 1 khoảng e tại góc lệch so với phương ngang  (hình 1.6) Hàm biếnthiên của độ lệch tâm:

(1.8)



o o

o td td

R

e R

R R

o td R

e

R 



Ngoài ra khi chọn kết cấu trục như hình 1.7 thì dưới tác dụng của trọng lượngquả tải, trục bị cong đi một lượng:

(1.9)Với hợp kim nhôm TC Mỹ ký hiệu 1060, modul đàn hồi 6,9.1010 N/m2, đườngkính tay đòn 400, đường kính trục quay 100, chiều dài trục 190 thì độ võngkhi chịu tải 50kg là 0,007m (phân tích mô hình trên phần mềm CosmosWork)

Hình 1.7: Mô hình biến dạng của trục khi chịu lực tải

EI

Pl cong

48

3





1.3.2 Sai số quả tải

Giá trị của quả tải có mặt trong công thức tính mô men, do đó sai số của nó sẽảnh hưởng trực tiếp tới sai số đo Khả năng khống chế khối lượng quả tải cókhả năng đạt tới giá trị 10-4 gam

Phạm vi đo từ 1 N  50 N thì loạt các quả tải chuẩn có giá trị sai số như bảngsau:

m: sai số của quả tải

Um: độ không đảm bảo đo quả tải

1.3.3 Gia tốc trọng trường

Thành phần gia tốc trọng trường cũng có mặt trong công thức tính mô men Ởtừng độ cao khác nhau so với mặt nước biển thì trọng trường có giá trị khácnhau, độ không đảm bảo của gia tốc trọng trường là ug=2,3.10-9

1.3.4 Tỷ trọng của quả tải

Như vậy, tỷ trọng quả tải tham gia trực tiếp vào công thức tính mô men, độkhông đảm bảo của tỷ trọng quả tải cho phép là u=6.10-7

R

Hình 1.1: Nguyên lý tạo mô men9: Nguyên lý tạo mô men Dao động của quả tải ao động của quả tải g ủa quả tải quả tải ả tải in c a t

1.3.5 Một số yếu tố khác tác động đến độ không đảm bảo đo

- Yếu tố không nằm ngang của trục quay

Khi trục quay không nằm ngang, phương truyền mô men sẽ phụ thuộc góc lệch

 của trục (hình 1.8), như vậy sẽ có một sai lệch về lực, ký hiệu P1

- Yếu tố dao động của quả tải khi đang treo:

Khi đã được treo lên dây, quả tải không hoàn

toàn đứng yên mà nó dao động quanh trục thẳng đứng Coi dao động đó tương

2 sin 2 ) cos 1

2

2 2

tự chuyển động của con lắc Tại điểm thấp nhất của dao động, lực quán tính sẽ

là lớn nhất, xác định theo công thức:

Trong đó:

m: là khối lượng của toàn bộ quả tải

a: là gia tốc chuyển động tại điểm dao động thấp nhất

Sai số do yếu tố dao động của quả cân P2 được xác định như sau:

(1.14)Theo định luật bảo toàn năng lượng thì:

(1.15)Với gia tốc dao động:

(1.16)Theo quan hệ hình học (hình 1.9) ta có:

(1.17)Như vậy :

(1.18)Sai số:

(1.19)Kết luận: Các sai số tác động đến giá trị mô men chuẩn được phân tích chưabao gồm sai số do ma sát tại ổ trục, vì trong phạm vi đo nhỏ 10 N.m  100 N.mthì phải tách hoàn toàn ma sát tại ổ, nhưng khi trình độ công nghệ chế tạo còn ở

g

a mg

ma P

P P

P2  2   



h g v

h g m v m

2

2

cos 1 ( 2

a



mức thấp thì hiện tượng tiếp xúc giữa bề mặt đệm khí và trục quay chưa khửhết được, vẫn bị chạm ở một số đỉnh Nếu kể đến cả sai số do mô men ma sátthì giá trị mômen chuẩn sẽ cân bằng với tổng mô men ma sát và mômen khángcủa thiết bị cần lấy chuẩn:

(1.20)Trong đó:

Tms: Mô men gây ra do ma sát tại ổ trục

(1.21)Trong đó:

k: hệ số ma sát tại ổ quay

P: Tổng tải trọng tác dụng lên ổ và trọng lượng trục quay, khi chưa có tải

P là trọng lượng của trục quay

R: bán kính ổ trục

Theo phân tích như trên thì sai số do cánh tay đòn ảnh hưởng nhiều nhất đến giátrị mô men chuẩn được tạo ra Với yêu cầu độ không đảm bảo đo là 10-4-, tức là

T/T=3.10-4

Sai số tuyết đối của giá trị chuẩn mômen do từng thành phần gây ra:

Sai số tương đối của giá trị chuẩn mô men do từng thành phần gây ra:

(1.22)

Yêu cầu

Các sai số thành phần có thể đạt được:

ms m

air T mgL

0

R P k

T ms 

air m

o m

m

air m

air m

air o

m

air o

mgL mgL

L mg

g mL

m gL

m

L

L g

g m

m T

; Sai do mô men do ma sát 10-4

Thay vào phương trình 1.22 sai số chế tạo cánh tay đòn phải thỏa mãn:

Như vậy với bán kính cánh tay đòn là 200mm thì sai số cho phép là36,7m=0,0367mm Sai số này sẽ được phân phối cho các sai số ảnh hưởng đếncánh tay đòn như sai số do nhiệt độ, sai số kích thước chế tạo, độ không đồngtrục, độ cong trục, sai số do biến dạng dưới tác dụng của quả tải

Ước lượng độ không đảm bảo đo của máy chuẩn mômen

Các giá trị đầu vào:

Độ không đảm bảo của gia tốc Ug 4,50E-08 m/s2

Độ không đảm bảo đo do nhiệt độ uLt 1,27E-05

Độ không đảm bảo của phép đo đòn uLs 1,25E-05

07 07

08

05 ; 4 , 50 ; 6 , 00 ; 0 , 50 56

m

g

g m

8 5

4 1 , 56 4 , 5 10 6 , 0 10 0 , 5 10 10

4 4

4 4

4 0 , 156 10 0 , 00045 10 0 , 006 10 0 , 0005 10 10 1 , 838 10 10

Độ không đảm bảo do đòn bị cong uLy 7,22E-06

Độ không đảm bảo đo do lệch trục uLc 1,00E-04

Thành phần độ không đảm bảo ở mức 10 uf 4,33E-05

Thành phần độ không đảm bảo ở mức 100 uf 4,22E-06

Độ không đảm bảo đo 10 N.m 100 N.m

u 1,78E-04 1,82E-04

U 3,74E-04 3,64E-04

PHẦN II:

THIẾT KẾ MÁY CHUẨN MÔMEN

2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước.

- Tại Viện Đo lường - Cục Tiêu chuẩn – Đo lường – Chất lượng - BộKhoa học Công nghệ hiện có thiết bị hiệu chuẩn Mômen, clê mômen.Mômen dung để hiệu chỉnh được tạo ra bằng cách dùng quả cân để tạo lựcvới cánh tay đòn đã biết Phương pháp này gặp vấn đề về kích thước chínhxác của cánh tay đòn và tổn thất do truyền momen

- Trung tâm Đo lường quân đội đã nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểmđịnh clê momen lực kiểu TCM -500 trên cơ sở mẫu thiết bị kiểm định clêmomen của Nga, bộ phận gia tải là trục ren vuông dẫn động con trượt qua hệthống tay đòn truyền momen đến clê momen lực cần kiểm định Thiết bịkiểm định clê momen lực kiểu TCM – 500 sử dụng điện áp 220 ± 22 V, tần

số 50 ±5 Hz, phạm vi đo từ 0 đến 500 N.m (với chiều thuận); từ 0 đến 200N.m (với chiều ngược); sai số của thiết bị không vượt quá 0,2 % Sản phẩmđược trao giải Ba tại Hội nghị Khoa học ngành Tiêu chuẩn – Đo lường –Chất lượng, Bộ Quốc phòng năm 2011

- Năm 2013, tại quyết định 1361/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ vềPhê duyệt quy hoạch phát triển chuẩn Đo lường Quốc gia đến năm 2020.Trong đó có chuẩn Đo lường Quốc gia về đại lượng dẫn xuất: Momen lực:

SDao động của quả tải

Hình 1 2.1: Nguyên lý tạo mô men Đệch tâmm k ính do lệch tâm h

Guèc khÝ

T

T

Đại lượng Tên chuẩn Độ chính xác/

Độ không đảm bảo đo

Ghi chú

ma sát giảm xuống tối thiểu Nếu gọi diện tích của mặt guốc là S, áp suất trungbình dưới mặt guốc là p thì sẽ tạo ra một lực nâng F có giá trị:

F = S.p

Lực nâng này sẽ cân bằng với trọng lực Q:

F = Q = S.p

Lúc này chiều dày lớp không khí dưới guốc là z, khi có biến thiên tải trọng

một lượng ∆Q làm khe hở không khí biến thiên một lượng ∆z Đại lượng

ΔQQ ΔQz

= K được gọi là độ cứng của đệm khí Chuyển động dẫn hướng sẽ đạt chính xáccao khi độ cứng K lớn

Vậy lực nâng F và độ cứng K là hai thông số quan trọng của đệm khí

2.2.2 Yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế ổ khí quay cho máy chuẩn mô men

- Để đảm bảo được độ chính xác đo lường với sự ảnh hưởng của Mô men masát nhỏ nhất, ổ khí quay phải không có tiếp xúc cơ khí

- Khác với ổ khí quay cho máy đo sai lệch độ tròn chịu tải hướng trục, ổ khíquay cho máy chuẩn mô men phải chịu được tải hướng kính, với mô men cầnchuẩn 200Nm, tức là khi cánh tay đòn dài 0,5m thì ổ khí quay phải chịu đượclực tải xấp xỉ 40kg

- Ổ được định vị 5 bậc tự do và chỉ còn 1 bậc tự do quay quanh trục

- Ổ khí quay phải có độ cứng tốt để khi thay đổi tải trọng thì khe hở đệm khí ítbiến động, sai số cánh tay đòn vẫn phải được đảm bảo

- Ổ khí quay được chế tạo trong điều kiện công nghệ tại Việt nam nên việc chọnvật liệu chế tạo, các ống trụ với đường kính thiết kế phải có sẵn trên thị trườngViệt Nam để hạ giá thành chế tạo

2.2.3 Chọn kết cấu định vị của trục

Hình 2.2: Sơ đồ định vị đệm khí trên ổ trục

Chọn kết cấu ổ khí như sau:

- Các đệm khí trên mặt trụ "đệm khí trụ" mỗi bên định vị 2 bậc tự do: dịch chuyển theo x, z, quay quanh x, z

- Hai đệm khí trên mặt đầu "đệm khí phẳng" đặt đối diện nhau chống di chuyển dọc trục, mỗi đệm định vị 1 bậc tự do dịch chuyển theo y, tuy nhiên bậc tự do của đệm khí mặt đầu trùng nhau, do đó phải chế tạo hai mặt đầu đạt độ song song nhất định thì trục ổ khí mới có thể quy được

Như vậy tổng số bậc tự do đệm khí định vị trên trục quay là 5 bậc tự do, còn một bậc tự do quay quanh y

Các đệm khí trên 1 bên của mặt trụ ít nhất phải bố trí 3 đệm, ở đây chọn

phương án bố trí 5 đệm nhằm làm tăng độ cứng của hệ

z

yx

FF

FF

F2F2

F1F1

2.2.4 Tính toán sơ bộ đệm khí

Hình 2.3: Sơ đồ bồ trí đệm khí trên mặt trụ

Theo sơ đồ bố trí các đệm khí trên trục như hình 2.2, giả sử các đệm khí trụ đềugiống nhau và ở cùng một khe hở z, với cùng 1 áp nguồn cấp, như vậy các đệmkhí tác dụng vào trục theo phương hướng kính 1 lực F, tổng các lực tác dụng theo phương thẳng đứng là:

F +2.F1 - 2.F2 = 0 (2.1)

F + 2.F.cos(360/5) - 2.F.cos(360/10) = 0 (2.2)

Như vậy, ở trường hợp không tải - giả thiết ổ không có trọng lượng, tổng lực tácdụng theo phương thẳng đứng bằng không Tuy nhiên một đặc điểm rất ưu việt của ổ khí là khả năng tự cân bằng, khi có tải trọng Q tác dụng lên ổ thì đệm khí mặt dưới sẽ giảm khe hở xuống Nếu giả thiết độ cứng của đệm khí là hằng số, tức là khe hở thay đổi tuyến tính theo lực nâng, như vậy để cần bằng với tải trọng Q thì khe hở đệm khí giữa đáy sẽ giảm xuống một lượng ∆z, khe hở các

F