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

Tổng quan về bôi trơn. Nêu các thông số thủy động cơ bản của cụm ổ trục chính máy mài tròn ngoài. Mô phỏng tính toán các thông số cơ bản ổ đỡ thủy tĩnh trên máy công cụ Tổng quan về bôi trơn. Nêu các thông số thủy động cơ bản của cụm ổ trục chính máy mài tròn ngoài. Mô phỏng tính toán các thông số cơ bản ổ đỡ thủy tĩnh trên máy công cụ

MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN Ổ ĐỠ

THỦY TĨNH TRÊN MÁY CÔNG CỤ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

TRẦN VĂN VANG

MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN Ổ ĐỠ THỦY TĨNH

TRÊN MÁY CÔNG CỤ

Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ KHÍ

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 3

HỆ THỐNG DANH MỤC BẢNG BIỂU 4

MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÔI TRƠN 9

1.1.Lịch sử phát triển của bôi trơn 9

1.1.1.Kỹ thuật ma sát, bôi trơn trước thế kỷ 20 [2] 9

1.1.2 Kỹ thuật ma sát, bôi trơn từ thế 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 của 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 cơ bản 25

1.4.2 Phân loại và 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 TRÒN NGOÀI 31

2.1 Sơ lược về máy mài tròn ngoài 31

2.2 Cụm trục chính máy mài tròn ngoài 35

2.2.1 Nhiệm vụ của cụm trục chính 35

2.2.2 Các dạng cụm trục chính máy mài 35

2.2.2.1 Cụm trục chính máy mài sử dụng ổ lăn 36

2.2.2.2 Cụm ổ trục chính máy mài sử dụng ổ trượt thủy động 37

2.2.2.3 Cụm ổ trục chính máy mài sử dụng ổ thủy tĩnh 39

2.3 Các thông số thủy động cơ bản của cụm ổ trục chính máy mài tròn ngoài 42 2.4 Kết Luận 55

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN Ổ ĐỠ THỦY TĨNH TRÊN MÁY CÔNG CỤ 56

3.1 Các thông số cơ bản của ổ thủy tĩnh 56

3.2 Độ cứng vững của màng dầu trong ổ thủy tĩnh 62

3.3 Mô phỏng số sự thay đổi độ cứng màng dầu vào các tham số chính 66

3.4 Kết luận 83

KẾT LUẬN 87

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là Trần Văn Vang học viên cao học lớp 17ACTM.KT khóa 2017A

Chuyên ngành: Chế tạo máy

HỆ THỐNG DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1 Độ nhớt động lực của một số loại dầu [5] 15

Bảng 1 2 Một sô vật liệu bôi trơn thường dùng[3] 17

Bảng 1 3.Tính chất của các nhóm dầu khoáng cơ bản[3] 18

Bảng 2 1 Chiều dày màng dầu nhỏ nhất theo U[8] 50

Bảng 2 2 Tổng hợp kết quả lực ma sát trên các mưởng 55

HỆ THỐNG DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 1 Khảo sát lớp chất lỏng chảy gần tường chắn[1] 14

Hình 1 2 Phân loại vật liệu bôi trơn và phương pháp sử dụng[1] 16

Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo ổ 19

Hình 1.4 Mặt cắt ổ đỡ khi làm việc 21

Hình 1 5 Bôi trơn thủy động giữa hai bề mặt[1] 21

Hình 1 6 Nêm thủy động do bề mặt làm việc không phẳng tạo nên 22

hmin- Khe hở nhỏ nhất; a- Chiều dài nêm dầu [1] 22

Hình 1 7 Các trường hợp sử dụng phương pháp bôi trơn thủy động[1] 23

Hình 1 8 a-Ổ thủy động một nêm dầu; b-Ổ thủy động nhiều nêm dầu 24

Hình 1 9 Mặt cắt của một trục thủy lực tự cân bằng trên một máy mài 24

hình trụ bên ngoài máy [19] 24

Hình1.10 26

Hình 1 11 Ổ thủy tĩnh [1] 26

Hình 1 12 Khả năng tải của ổ theo số lượng buồng dầu [8] 27

Hình 1 13 Ảnh hưởng của chiều sâu rãnh dầu và góc  đến tổn hao công suất [1] 28

Hình 1 14 Các phương pháp cấp chất bôi trơn [1] 28

Hình 1 15 Sơ đồ hệ thống bôi trơn ổ thủy tĩnh[1] 30

Hình 2 1.Các bộ phận chung của máy mài tròn ngoài [7]: 31

Hình 2 2 Tính năng làm việc của máy mài tròn ngài 32

Hình 2 3.Sơ đồ các chuyển động của máy mài tròn ngoài [7] 34

Hình 2 4 Cụm trục chính máy mài dùng ổ lăn 35

Hình 2 5 Cụm trục chính máy mài dùng ổ lăn 36

Hình 2 6 Cụm trục chính máy mài 351 dùng ổ thủy động 37

Hình 2.7 Cụm trục chính máy mài 3r71 38

Hình 2 9 Sáng chế ổ thủy tĩnh trục chính 3659911 năm 1972 [11] 40

Hình 2 10 Sơ đồ nguyên lý làm việc của cụm ổ thủy tĩnh [1] 41

Hình 2 11 Cụm ổ thủy tĩnh trục chính máy mài 3c 42

Hình 2 12 Chiều dày màng dầu thay đổi theo tốc độ quay của trục [8] 43

Hình 2 13 Hình dáng máy mài tròn ngoài 3K12 44

Hình 2 14 Sơ đồ mặt cắt ngang cụm ổ thủy động máy mài tròn ngoài 3K12 47

Hình 2 15 Sơ đồ mặt cắt dọc cụm ổ thủy động máy mài tròn ngoài 3K12 48

Hình 2 16 Các thông số cơ bản của một mưởng trong ổ thủy động [8] 50

Hình 2 17 sự phụ thuộc các thông số đặc trưng của ổ thủy động [8] 51

Hình 2 18 Góc của lực F theo ,ε φ [8] 521 Hình 2 19 Sự phụ thuộc các thông số đặc trưng của ổ thủy động [8] 53

Hình 2 20 Lực ma sát với  = 0,7 1 và 1 = 1300[8] 54

Hình 3 1 Phân bố áp suất trong ổ thủy tĩnh 56

Hình 3 2 Phân bố áp suất theo chu vi và chiều trục ổ 58

Hình 3 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 không thoát dầu; (b) Sơ đồ tải của ổ đỡ thủy tĩnh với 4 buồng dầu 62

Hình 3.5 Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào ps và  68

Hình 3.6 Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào ps và D 70

Hình 3.7 Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào ps và h 71

Hình 3.8 Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào  và D 73

Hình 3.9 Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào  và h 74

Hình 3.10 Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào D và h 76

Hình 3.11 Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào  và a L 77

Hình 3.12 Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào a L và ps 79

Hình 3.13 Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào a/L và D 80

Hình 3.14 Độ cứng màng dầu phụ thuộc vào a/L và h 82

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT D: Đường kính danh nghĩa của ổ trục

L: Chiều rộng ổ trục

Q: Lưu lượng

qoL: Lưu lượng giới hạn dưới

qoU: Lưu lượng giới hạn trên

qres: Lưu lượng vào mỗi buồng

µ: Độ nhớt động lực chất lỏng

ho: Khe hở

β: Tỉ số áp suất bơm và áp suất buồng dầu

ps: Áp suất bơm

Pr: Áp suất buồng dầu

 : Độ lệch tâm tương đối

: Độ hở hướng kính

Vấn đề ma sát khi bôi trơn ướt hiện rất được quan tâm, vì chế độ ma sát ướt đang góp phần quan trọng nâng cao tuổi thọ và độ tin cậy cho các thiết bị cơ khí Các cụm trục chính của các máy gia công cơ khí ngày nay đã dần được ứng dụng các phương pháp bôi trơn ướt: Bôi trơn thủy động, bôi trơn thủy tĩnh Trong đó phương pháp bôi trơn thủy tĩnh đang được ưu tiên sử dụng cho cụm trục chính của các máy gia công đòi hỏi độ chính xác cao, với ưu điểm hệ số ma sát rất nhỏ (10-5 - 6.10-5) Chiều dày lớp dầu cho phép lớn, giảm chấn tốt; Không xảy ra ma sát nửa ướt hoặc ma sát giật cục bộ; Không sinh lực nâng khi các bề mặt dịch chuyển tương đối với nhau; Giảm nhẹ ảnh hưởng do sự thiếu chính xác của bề mặt ma sát; Tuổi thọ và độ tin cậy của hệ thống cao, thích hợp với tự động hóa Một trong các dòng máy gia công tinh đòi hỏi

độ chính xác cao đó là máy mài tròn ngoài Ở nước ta, dòng máy mài tròn ngoài do Liên Xô sản suất những năm 1980 vẫn đang được sử dụng nhiều trong các phân xưởng

cơ khí gia công truyền thống Với đặc điểm là sử dụng phương pháp bôi trơn thủy động cho cụm trục chính Việc sử dụng phương pháp bôi trơn thủy động cho cụm trục chính máy này sẽ đảm bảo được yêu cầu cơ bản về độ chính xác kích thước và hình học của chi tiết gia công tinh Tuy nhiên với đặc điểm của bôi trơn thủy động là quỹ đạo tâm trục thay đổi phụ thuộc vào tốc độ và tải trọng tác dụng, điều này gây khó khăn cho việc ổn định và nâng cao chất lượng chi tiết gia công tinh theo yêu cầu của công nghiệp hiện nay

Mặt khác, theo thời gian sử dụng nên khả năng tải cũng như độ ổn định tâm trục, rung động trục chính máy mài tròn ngoài không duy trì được như chất lượng ban đầu

do đó em đã chọn đề tài “Mô phỏng tính toán các thông số cơ bản ổ đỡ thủy tĩnh trên máy công cụ”

Mục đích nghiên cứu của đề tài: Chọn ra bộ thông số thủy tĩnh làm cơ sở cho việc thay thế cụm ổ thủy động trên trục chính máy mài tròn ngoài bằng cụm ổ thủy tĩnh nhằm nâng cao chất lượng gia công nhưng vẫn tiết kiệm được chi phí cho việc đầu tư cơ sở vật chất mới

Đối tượng nghiên cứu: Cụm ổ trục chính trên dòng máy mài tròn ngoài

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết về ổ trượt thủy động và ổ trượt thủy tĩnh ứng dụng lý thuyết vào tính toán các thông số cụ thể trên máy mài tròn ngoài

Ý nghĩa khoa học: Kế thừa những lý thuyết về bôi trơn ướt, mang những giá trị nghiên cứu khoa học vào cải tiến, nâng cao hiệu quả sử dụng của máy móc thiết bị

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Giải quyết vấn đề kỹ thuật, chất lượng chi tiết gia công theo yêu cầu công nghiệp hiện nay cũng như giải quyết vấn đề kinh tế, đầu tư thiết bị

Sau quá trình học tập, nghiên cứu nghiêm túc của bản thân, học viên đã hoàn thành đề tài này Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Bùi Tuấn Anh cùng các Thầy, Cô trong bộ môn Máy và Ma sát học đã tận tình hướng dẫn

Em xin gửi lời cảm ơn thầy PGS.TS Phạm Văn Hùng đã hỗ trợ nghiên cứu trong việc sử dụng một số thông số và kết quả nghiên cứu trong đề tài số B2017-BKA-47, 2017-2019: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cụm ổ trục chính thủy tĩnh máy mài tròn ngoài cỡ trung” do thầy làm chủ nhiệm đề tài

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÔI TRƠN 1.1.Lịch sử phát triển của bôi trơn

1.1.1.Kỹ thuật ma sát, bôi trơn trước thế kỷ 20 [2]

Kiến thức về ma sát, bôi trơn đã được con người biết đến và sử dụng từ rất lâu đời Vào khoảng năm 3500 trước công nguyên là các thanh lăn và xe đẩy dùng chuyên trở các vật nặng Trải qua nhiều thiên niên kỷ người ta đã cải tiến và bổ sung để các công cụ đó tuy càng thô sơ nhưng càng tiện dụng và giảm nhẹ sức lao động cho con người Trong đó, các ổ trục bằng kim loại đã xuất hiện ở Trung Quốc lần đầu vào khoảng năm 900 và được bôi trơn bằng dầu động vật hoặc thực vật Về mặt lý thuyết, phát minh đầu tiên thuộc về Leonard de Vinci (1452-1519) trên các hiệu ứng ma sát và đưa ra các khái niệm về hệ số ma sát Những sơ đồ về nguyên lý nhằm giảm hệ số ma sát của ông vẫn mang tính thực tiễn cho đến ngày nay Cuộc cách mạng khoa học lần thứ nhất (1500-1750) ghi nhận những bước phát triển quan trọng của ngành ma sát học trong cơ khí, đáp ứng yêu cầu chế tạo trang thiết bị ngày càng phức tạp Tiêu biểu trong thời kỳ này là các công trình của Bernard de Berlidor (1697-1761) về kỹ thuật dẫn hướng và nâng, của Euler (1707-1783) về tính toán hệ số góc ma sát, về hiệu ứng

độ nhấp nhô bề mặt Công nghiệp phát triển với tốc độ ngày càng một cao đã đẩy nhanh tốc độ nghiên cứu và ứng dụng về ma sát và bôi trơn Vấn đề được đặt ra đầy đủ hơn trong công trình của Charles Agustin Coulomb (1736-1806): Ma sát học đã kể đến tính chất vật liệu và hiệu ứng bôi trơn, mối liên quan tải trọng và đặc tính tĩnh và động các cặp ma sát Từ đó ma sát học ngày càng được nghiên cứu rộng và sâu hơn Có thể

kể đến các công trình của G.A.Hirn (1815-1890), N.P.Petrov (1826-1920), B.Tower (1845-1904),…Trong lĩnh vực bôi trơn và cơ học ở giai đoạn này, nổi bật là các công trình về việc mô hình hoá các dòng chảy chất lỏng đơn giản của Stokes, hình thành phương trình tổng quát chuyển động của chất lỏng của L.H.Navier (1785-1836), luật chảy của J.M.Poiseuille (1799-1869) Và đặc biệt là phương trình tổng quát nổi tiếng trong bôi trơn thuỷ động được công bố năm 1886 bởi Osborne Reynolds (1842-1912)

1.1.2 Kỹ thuật ma sát, bôi trơn từ thế kỷ 20 [2]

Trước hết là các công trình xoay quanh phương pháp giải phương trình Reynold Năm 1905 A.G.Michell (1870-1959) đã chỉ ra được sự giảm áp suất ở phần biên của màng dầu bôi trơn giữa hai tấm phẳng kích thước giới hạn Vào năm 1904 người ta có phương pháp giải bằng giải tích cho ổ dài với điều kiện biên mang tên gọi tác giả Cho đến nay của J.W.Sommerfield (1868-1951) Tuy nhiên do chưa có tính đến sự gián đoạn của màng dầu nên áp suất ở vùng ra của màng dầu không thực tế (áp suất âm) Đến năm 1941 L.F.Gumbel (1874-1923) đã đề nghị bỏ qua miền áp suất âm ở trên khi tính ổ Sau đó năm 1923 H.B.Swift (1894-1960) đã xác định có vùng áp suất bão hòa của màng dầu và định ra điều kiện biên của Reynold tính đến sự bảo toàn lưu lượng của màng dầu Đó chính là cơ sở cho thuật toán giải số của Christopherson năm 1941 Bằng phương pháp tương tự đến năm 1931 A.Kingsbury (1863-1943) đã trình bày phương pháp giải gần đúng phương trình Reynold Đối với ổ có chiều dài nhỏ so với đường kính, giải pháp bỏ qua gradient áp suất theo chu vi năm 1953 của F.W.Ocvirk (1913-1967) Cuối cùng giải tổng quát và trọn vẹn phương trình Reynold dạng vi phân đạo hàm riêng, người ta sử dụng phương pháp số Các phương pháp đầu tiên đã được trình bày bởi Cameron và Wood năm 1949 rồi qua Pincus, Raimondi và Boyd năm

1958 Đến nay nhờ vào sự phát triển phi thuờng các công cụ tính toán nên các lời giải cho các kết cất bôi trơn đã được giải quyết nhanh chóng và cho ứng dụng rộng rãi đáng tin cậy Việc sử dụng chất bôi trơn có độ nhớt thấp hay tăng tốc độ trượt trong bôi trơn thủy động sinh ra hiệu ứng làm thay đổi chế độ chảy của màng dầu Các phân tích đầu tiên về bôi trơn với dòng chảy xoắn và rối thuộc về nghiên cứu của G.I.Taylor năm 1923 Công thức tính đến lực quán tính của màng dầu ở đây được trình bày bởi Slezkin và Tazg năm 1946 và của D.Wilcock năm 1950

Trong bôi trơn biến động tính chất chảy của loại vật liệu này đã được đặc trưng bởi định luật của Bingham từ đầu thế kỷ những ứng dụng trong bôi trơn đã được ghi nhận trong các công trình của R.Powell và H.Eyring năm 1944 và A.Sisko năm 1958

bôi trơn Nhưng do phương trình mô tả dạng phi tuyến, nên việc xem xét cơ hệ bôi trơn ở đây vẫn luôn là vấn đề thời sự

Một dạng bôi trơn với các tính năng đặc biệt là bôi trơn thủy tĩnh và khí tĩnh, các

bề mặt ma sát hoàn toàn bị tách rời, ngay cả ở trạng thái tĩnh bởi màng dầu có áp suất cao Nó cho phép sự chính xác và tin cậy của thiết bị Phương pháp bôi trơn thủy tĩnh được đề cập đầu tiên trong từ điển tổng hợp Larousse năm 1865 "Một ổ thủy tĩnh bôi trơn bằng nước do Gerarct thiết kế” Tuy nhiên, sáng chế này không được áp dụng vì những bất tiện khi tìm cách đưa nước vào cơ cấu gây trở ngại đáng kể cho khả năng kỹ thuật đương thời Vào những năm 1930 - 1960 đã phát triển một hướng nghiên cứu mới về phương pháp tạo áp suất trong lớp dầu bôi trơn bằng một bộ phận cung cấp riêng và hình thành lý thuyết bôi trơn thủy tĩnh Từ năm 1949 các dạng ổ thủy tĩnh của Gerard đã được sử dụng cho trục chính của máy doa, máy mài, trục đỡ kính thiên văn, trục động cơ bơm cấp lò phản ứng hạt nhân,… và đạt được độ chính xác cao

Ngày nay, các kết cấu ổ vận hành trên nguyên lý thủy tĩnh - thủy động được sử dụng khá rộng rãi cho trường hợp ổ có vận tốc U lớn (ổ thủy tĩnh - thủy động) Năm

1971 L.Rayleigh đã giới thiệu các tính toán đầu tiên về khả năng tải và Moment ma sát của một ổ trục bôi trơn thủy tĩnh Tuy dạng bôi trơn này yêu cầu một phức hợp thủy lực kèm theo, nhưng nó ngày càng được ứng dụng phổ biến, đặc biệt là các ổ chịu tải lớn đòi hỏi độ chính xác cao

1.2 Cơ sở lý thuyết bôi trơn

1.2.1 Phân loại bôi trơn

Tùy theo điều kiện bôi trơn ổ, ma sát được chia ra các dạng:

+ Theo trạng thái bôi trơn: Bôi trơn ma sát khô, bôi trơn ma sát ướt và bôi trơn

ma sát nửa ướt

+ Theo vật liệu bôi trơn: Bôi trơn chất rắn (graphit, bisunfune, modyphene) bôi trơn chất lỏng (nước, dầu, mỡ) và bôi trơn chất khí

- Ma sát khô là ma sát trong đó hai bề mặt ma sát tiếp xúc nhau tuyệt đối sạch

và không được bôi trơn bằng bất cứ chất bôi trơn nào, trong ma sát khô hệ số ma sát cao hơn nhiều so với các dạng ma sát khác

- Ma sát nửa ướt phụ thuộc vào chất lượng dầu bôi trơn và tính chất vật liệu bề mặt ma sát

- Ma sát ướt là ma sát trong đó hai bề mặt ma sát được ngăn cách nhau bởi một chất bôi trơn có chiều dày lớn hơn tổng chiều số độ nhấp nhô của bề mặt ma sát, chuyển động tương đối giữa hai bề mặt đó bị cản bởi nội ma sát của chất bôi trơn nói chung là rất nhỏ

      1    2

Trong thực tế, không có ma sát khô bởi vì dù thế nào hai bề mặt ma sát cũng không thể là sạch tuyệt đối, môi trường xung quanh ít nhất cũng có hơi nước bao phủ Bôi trơn ma sát ướt là bôi trơn có lợi nhất và được nghiên cứu ứng dụng nhiều nhất Bôi trơn ma sát ướt bao gồm:

 Bôi trơn thủy động là dạng bôi trơn trong đó tính chất động học được lợi dụng

để tạo điều kiện cho dầu bôi trơn chảy vào khe hở giữa trục và ổ với áp suất cân bằng tải trọng bên ngoài Dạng bôi trơn này rất thuận lợi vì vậy nó được dùng phổ biến hơn, tùy theo hệ số Reynold: Vh, R mà có các dạng bôi trơn tuyến tính, bôi trơn lưu động phi tuyến (thường đối với chất bôi trơn mỡ có R nhỏ, hay độ nhớt cao) và bôi trơn rối (đối với chất bôi trơn là khí hay nước) Bôi trơn dưới áp lực cao có biến dạng các bề mặt ma sát gọi là bôi trơn thủy động đàn hồi, thường thấy ở ổ lăn, ổ chịu tải lớn hay cặp bánh răng ăn khớp Tuy nhiên phương pháp này không hoàn toàn đảm bảo được chế độ bôi trơn ướt (khi U = 0, giai đoạn khởi động và dừng máy) nên hệ số ma sát lớn

 Bôi trơn thủy tĩnh là dạng bôi trơn có bơm dầu vào ổ với áp suất cao đủ để nâng trục tách khỏi ổ bằng màng dầu Với ưu điểm hệ số ma sát rất nhỏ (10-5 - 6.10-5) chiều dày lớp dầu cho phép lớn, giảm chấn tốt; không xảy ra ma sát nửa ướt hoặc ma

Giảm nhẹ ảnh hưởng do sự thiếu chính xác của bề mặt ma sát; Tuổi thọ và độ tin cậy của hệ thống cao, thích hợp với tự động hóa Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi có trang thiết bị khá phức tạp và đắt tiền

1.2.2 Vật liệu bôi trơn

Trong thời gian dài, người ta coi vật liệu bôi trơn như là loại vật liệu phụ Ngày nay, các nhà chuyên môn đã đánh giá chúng là một yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến ma sát mà buộc phải quan tâm trong thiết kế, chế tạo, bảo hành máy

Theo trạng thái vật lý, có thể chia các vật liệu bôi trơn ra làm 3 loại: Dầu bôi trơn, mỡ bôi trơn và chất rắn bôi trơn

Dầu bôi trơn là vật liệu bôi trơn chủ yếu và gồm các loại:

- Dầu thực vật (dầu gai, dầu thầu dầu );

- Dầu động vật (dầu xương, dầu cá );

Dầu bôi trơn có hai tính chất quan trọng đáng lưu ý là độ nhớt và tính năng bôi trơn

1.2.2.1 Độ nhớt

Độ nhớt là khả năng cản trượt của các lớp chất bôi trơn đối với nhau trong quá trình có sự chuyển động tương đối giữa các lớp ấy Độ nhớt có ý nghĩa quan trọng đối với khả năng tải của lớp dầu

Khảo sát lớp chất lỏng gần tường rắn, ngay trên mặt tường các phần tử chất lỏng

sẽ bám chặt vào tường và có vận tốc bằng 0 còn ở vị trí cách tường một đoạn y sẽ có vận tốc U (hình 1.1)

Như vậy, giữa các lớp mỏng của chất lỏng ở sát tường có sự cản trở chuvển động làm cho vận tốc giữa hai lớp chất lỏng cách nhau một đoạn dy có sự sai khác vận tốc

du Nguyên nhân của hiện tượng cản trở chuyển động là sự xuất hiện ứng suất tiếp giữa các lớp chất lỏng

Hình 1 1 Khảo sát lớp chất lỏng chảy gần tường chắn[1]

Theo giả thuyết Newton năm 1686 (được Petrov kiểm tra năm 1883) thì: "Ứng suất tiếp gây ra do sự ma sát bên trong các lớp chất lỏng tỷ lệ với gradien vận tốc”:

Trong đó:

µ-Hệ số phụ thuộc loại chất lỏng gọi là độ nhớt động lực của chất lỏng;

-Ứng suất tiếp giữa các lớp chất lỏng;

du

Fms -Lực ma sát trượt;

A -Diện tích tiếp xúc giữa các lớp chất lỏng

Đơn vị của độ nhớt động lực là Pa.s gọi là Poise; thường dùng đơn vị centi Poiz (cP) [3]:

1cP = 10-2 P = 10-3Ns/m2 = 10-3pa.s = 1 mpa.s (1.2) Ngoài ra, còn dùng độ nhớt động học:



Trong đó:

- Khối lượng riêng của dầu (kg/m3);

- Có đơn vị là m2/s, thực tế thường dùng đơn vị nhỏ nhất là Stốc và cetistôc,

ký hiệu là St và cSt:

Các loại dầu tuân theo công thức (1.1) được gọi là dầu Newton (chất lỏng Newton) Phần lớn dầu bôi trơn tổng hợp hiện nay có cấu trúc không đồng nhất nên có ảnh hưởng phi tuyến đến độ nhớt (được gọi là chất lỏng phi Newton)

Khi nhiệt độ thay đổi, độ nhớt cũng thay đổi theo Đối với các chất lỏng: độ nhớt thường giảm khi nhiệt độ tăng còn đối với chất khí thì ngược lại

Bảng 1 1.Độ nhớt động lực của một số loại dầu [5]

Tên dầu

Khối lượng riêng  của đầu ở 20°c (g/cm3)

1.2.2.2 Sự phát triển của vật liệu bôi trơn

Từ thời kỳ đồ đồng đến 1870, người ta mới chỉ sử dụng nước, dầu thực vật, mỡ động vật;

Từ 1870 đến 1900, sản phẩm dầu mỡ, dầu khoáng đã được sử dụng để bôi trơn,

người đầu tiên sử dụng là Bác học Mendeleep;

Từ 1900 đến 1930, dầu khoáng chính thức thay cho dầu động thực vật;

Từ 1930 đến 1950, người ta đã sử dụng hoàn toàn dầu khoáng để bôi trơn;

Từ 1950 đến 1970, người ta đã nâng cao hiệu quả sử dụng dầu khoáng, bằng cách thêm phụ gia (nâng cao hoạt tính bằng các phụ gia);

thiết bị người ta còn sử dụng bôi trơn khí, và bôi trơn rắn

Hình 1 2 Phân loại vật liệu bôi trơn và phương pháp sử dụng[1]

Kỹ thuật bôi trơn có vị trí rất quan trọng trong công nghiệp, ngày càng phát triển mạnh

mẽ, do đó việc chọn đúng vật liệu bôi trơn là rất quan trọng, vật liệu bôi trơn được đưa vào vị trí ma sát, chúng có những nhiệm vụ chính sau:

+ Giảm mất mát năng lượng cơ học;

+ Giảm sinh nhiệt (làm nguội);

1.2.2.3 Dầu khoáng

Đặc tính của dầu khoáng là được sản xuất từ dầu mỏ, được phân chia theo liên kết của hyđrô các bon, hyđrô cácbon bão hoà liên kết chuỗi, liên kết vòng, nhóm Napton (băng phiến) Nhóm chất thơm hyđrô cácbon không bão hoà liên kết vòng, thành phần dầu khoáng phụ thuộc vào gốc dầu mỏ, tính chất cơ bản của nhóm vật liệu này được trình bày ở bảng (1.3)

Phân loại dầu khoáng: Nói chung dầu khoáng (dầu gốc) được phân loại thành:

- Dầu có chỉ số độ nhớt cao (HVI);

- Dầu có chỉ số độ nhớt trung bình (MVI);

- Dầu có chỉ số độ nhớt thấp (LVI)

Hiện nay không có quy định và ranh giới chính xác để quy định dầu về từng loại

Bảng 1 2 Một sô vật liệu bôi trơn thường dùng[3]

Mỡ khoáng chất

Mỡ tổng hợp

Grafit Đisulfítmolipđen Kim loại (Cu, Pb, Au) Hợp chất vô cơ CaF2, ZnO, ZnS, Zn2P207

trên Tuy nhiên, dầu có chỉ số độ nhớt (VI>85) thường coi là dầu HVI, nếu VI < 30 thì coi là dầu LVI 30 < VI <85 dầu MVI, tuy vậy kỹ nghệ hydrocracking có thể tạo ra dầu gốc có chỉ số độ nhớt rất cao (VHVI) hoặc siêu cao (VHVI) Dầu LVI được sản xuất từ phân đoạn dầu nhớt neptan, nó được dùng khi mà chỉ số độ nhớt và độ ổn định oxy hóa không chú trọng lắm

Bảng 1 3 Tính chất của các nhóm dầu khoáng cơ bản[3]

là liên kết cùa axít bay

hơi, chống mòn, sau đó

là mối liên kết sệt nhớt

Ôxy hoá không chậm, liên kết của vật liệu không bay hơi, chống mòn kém, sau đó

ở trạng thái bùn

Ôxy hoá mạnh, không bay hơi lớn, số lượng chất thơm giảm tương ứng là sự hạn chế ôxy hoá

1.2.2.4 Phụ gia

Phụ gia là những chất hữu cơ, cơ kim và vô cơ, thậm chí là các nguyên tố được thêm vào các chất bôi trơn thường mỗi loại phụ gia được dùng ở nồng độ từ 0,01%-5% tuy nhiên nhiều trường hợp một số phụ gia có thể được đưa vào ở một khoảng nồng độ dao động từ vài phần triệu đến 10% Phần lớn các loại dầu nhờn cần nhiều loại phụ gia để thỏa mãn tất cả các yêu cầu tính năng Một số phụ gia nâng cao những phẩm chất sẵn có của dầu, một số khác tạo cho dầu những tính chất cần thiết mới Các loại phụ gia khác nhau có thể hỗ trợ lẫn nhau, gây ra hiệu ứng tương hỗ, hoặc chúng

có thể dẫn đến phản ứng đối kháng Vì có khả năng cải thiện tính năng của dầu bôi trơn và các chất lỏng bôi trơn nên phụ gia tạo điều kiện rất tốt cho việc cải tiến các loại xe và máy móc công nghiệp

Ví dụ: phụ gia tăng chỉ số độ nhớt: polymetacrylat, polyacrylat ; Phụ gia phân tán: Dùng để ngăn ngừa, làm chậm quá trình tạo cặn và lắng đọng trong điều kiện hoạt động ở nhiệt độ thấp: Ankenyl-poly-amin-suxinimit, Ankyl-hydrobenzyl-polyamin

1.3 Bôi trơn thủy động

1.3.1 Sơ đồ cấu tạo

Ổ đỡ thủy động được dùng phổ biến cho các trục có vận tốc quay cao, chịu tải lớn như dùng cho các mô tơ nhiệt, dùng trong tàu thủy, tàu hoả v.v… bởi tính ưu việt của nó là cấu tạo đơn giản và rẻ tiền

Ổ trục thủy động là loại ổ làm việc ở chế độ bôi trơn ma sát ướt, trong quá trình làm việc không có sự tiếp xúc trực tiếp giữa các bề mặt kim loại, hệ số ma sát giảm một cách dáng kể vì lực ma sát không phụ thuộc vào tính chất bên trong của dầu bôi trơn Áp suất thủy động phụ thuộc vào vận tốc của chuyển động Với ổ thủy động bôi trơn ma sát ướt có các ưu điểm sau:

Một ổ đỡ được cấu tạo từ hai bộ phận chính: đó là thân ổ (thân máy) và lót ổ

Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo ổ Thân ổ (thường là thân máy), có thể được chế tạo dưới dạng ổ nguyên hoặc ổ ghép (nắp ổ và thân được ghép bằng bulong)

Lót ổ (bạc) có thể là lót ổ nguyên (một mảnh) hoặc lót ổ được ghép từ nhiều mảnh (

Lót ổ được phân thành hai phần là phần nền lót ỏ và lớp tráng bề mặt

Vật liệu lót ổ phải là vật liêu có hệ số ma sát với thép, gang thấp, thường là các loại Babit thiếc, chì: Б83, Б91, hợp kim nhôm, các loại brông thiếc, brông chì hoặc có thể

là gang xám, gang cầu gang dẻo với tổ chức graphit là phần mềm cũng được dùng làm vật liệu lót cho ổ đỡ không quan trọng lắm Ngoài ra, vật liệu lót ổ có thể được làm từ gốm (sứ), kim loại và vật liệu phi kim loại ( chất dẻo, gỗ…)

Trong lót ổ được tạo ra các rãnh dầu để bôi trơn cho ổ, vị trí của rãnh dầu phải nằm ngoài vùng áp suất thủy động, rãnh dầu có thể dạng rãnh thẳng hoặc dạng rãnh xoắn 1.3.2 Nguyên lý làm việc

Với ổ thủy động, lót ổ và ngõng trục được lắp lỏng với nhau, do đó tạo nên khe hở hướng tâm:  = D – d

Với D và d lần lượt là đường kính của lót ổ và ngõng trục

khe hở

Khi ngõng trục quay, dầu bị cuốn vào khe hẹp giữa ngõng trục và lót ổ, tạo nên màng dầu có dạng hình chêm Do vậy, theo kết quả thí nghiệm Reynolds thì bên trong màng dầu hình chêm tạo nên áp suất thủy động và đẩy ngõng trục lên quay không tiếp xúc trực tiếp với lót ổ

Sau đây ta xét một số trường hợp tiếp xúc đơn giản

Hình 1.4 Mặt cắt ổ đỡ khi làm việc 1.3.3 Phương pháp bôi trơn thủy động

Phương pháp bôi trơn này có hiệu quả tốt khi lực tác dụng đủ lớn để tạo ra khe

hở hình chêm Hình 1.5 minh họa trường hợp bôi trơn thủy động: Khi có hai tấm phẳng A và B ngâm trong dầu và chịu một lực P Tấm A chuyển động với vận tốc U Nếu U nhỏ, hai tấm vẫn tiếp xúc với nhau - chế độ ma sát giữa chúng là nửa ướt Khi vận tốc U tăng lên đủ lớn tấm A sẽ được nâng lên trong dầu tạo nên khe hở hình chêm Các lớp dầu sẽ liên tục chuyển động cùng với tấm A và dồn vào khe hẹp, bị nén lại, do

đó tạo nên áp suất đủ cân bằng với tải trọng P Khi đó chuyển động được thực hiện trong chế độ ma sát ướt và áp suất p được hình thành trong khe hở hình chêm thay đổi theo phương trình Raynol

Hình 1 5 Bôi trơn thủy động giữa hai bề mặt[1]

Nếu độ nhấp nhô tự nhiên giữa các khu vực tiếp xúc tạo ra những chỗ nhấp nhô

Ob

Ot

?D

d

theo chiều cao và hướng chuyển động tương đối và lượng dầu đủ lớn thì sự thu hẹp sẽ đóng vai trò những nêm vi mô thủy động, có tác dụng tạo lực nâng ngay cả khi vận tốc

U khá nhỏ (hình 1.6) Tuy nhiên trong trường hợp này lực nâng thường không đủ tiếp nhận toàn bộ tải trọng P nên giữa hai bề mặt chỉ tồn tại ma sát nửa ướt

Như vậy điều kiện để hình thành chế độ ma sát ướt bằng phương pháp bôi trơn thủy động là:

+ Giữa hai bề mặt phải tạo được khe hở hình chêm;

+ Dầu có độ nhớt nhất định và liên tục chảy vào khe hở đó;

+ Vận tốc tương đối giữa hai bề mặt phải có phương chiều thích hợp và trị số đủ lớn

Hình 1 6 Nêm thủy động do bề mặt làm việc không phẳng tạo nên

hmin- Khe hở nhỏ nhất; a- Chiều dài nêm dầu [1]

Phương pháp bôi trơn thủy động có những ưu - nhược điểm sau:

Ưu điểm:

+ Không cần bộ phận cung cấp dầu riêng;

+ Không đòi hỏi độ chính xác chế tạo quá cao;

+ Giá thành thấp

+ Đối với hầu hết các hệ thống trục lớn đều sử dụng ổ thủy động, điều này thấy

rõ là do sử dụng ổ lăn không thích hợp vì ổ thủy động cho khả năng tải rất lớn tính chống rung cao, thích hợp với trục có số vòng quay cao

Hình 1 7 Các trường hợp sử dụng phương pháp bôi trơn thủy động[1]

Khi ổ quay một chiều, khe hở hình chêm được tạo ra bằng các mặt nghiêng vát theo một hướng (hình 1.7c) còn khi ổ quay hai chiều có thể dùng kết cấu đệm lắc tự lựa vị trí (hình 1.7d)

1.3.4 Kết cấu ổ thủy động

Về kết cấu, có hai dạng ổ thủy động: Ổ thủy động một nêm dầu và ổ nhiều nêm dầu

Ổ thủy động một nêm dầu ít dùng cho trục chính máy gia công vì không đảm bảo

đủ độ cứng vững, thay vào đó người ta sử dụng ổ thủy động nhiều nêm dầu, tải trọng được phân bố đồng đều theo vòng tròn mặt nghiêng nêm (hình 1.8 b), tạo ra hình dạng không trong của lỗ, biên dạng không đều ban đầu của miếng đệm hoặc khi sử dụng ổ với nhiều con trượt trong miếng đệm

Hình 1 8 a-Ổ thủy động một nêm dầu; b-Ổ thủy động nhiều nêm dầu

Ổ nhiều nêm với con trượt tự định vị tính toán được sự thay đổi góc không gian nêm phụ thuộc vào đại lượng tải trọng có ích, tối ưu điều kiện làm việc của ổ

bi Tự định vị con trượt thực hiện nhờ sự quay trong ổ đỡ cầu giống như ổ bi thủy động

Vật liệu chế tạo ổ thủy động lực phải đảm bảo độ chống mòn cao Con trượt trong ổ nhiều nêm thường được làm bằng bimetal Đối với thép sử dụng phương pháp

ly tâm cùng hồ quang điện lớp đồng (Epoo 10-0,5, EpOC 10-10), để đảm bảo sự bền chặt và đồng nhất cấu trúc

Hình 1 9 Mặt cắt của một trục thủy lực tự cân bằng trên một máy mài

hình trụ bên ngoài máy

Thông số cấu tạo ổ thủy động lực được lựa chọn từ đường kính D cổ trục chính tính toán sơ bộ độ cứng Chiều rộng ổ bi L và chiều dài cung ôm B

3

4     2

DLDB

1.4.2 Phân loại và kết cấu ổ thủy tĩnh

Kết cấu Ổ thủy tĩnh khác hẳn các loại ổ trượt, ổ lăn Trên ổ được khoét những buồng chứa dầu, có áp lực cao, hình dạng các buồng quyết định chế độ làm việc của ổ, chia làm hai loại chính: ổ đỡ thuỷ tĩnh và ổ chặn thủy tĩnh Dựa vào kết cấu ổ thủy tĩnh còn chia ra: ổ thủy tĩnh hướng kính kín là loại ổ bao kín ngõng trục (hình 1.10.a) và ổ thuỷ tĩnh hướng kính hở (hình 1.10.b)

Ổ thuỷ tĩnh hướng kính còn chia ra: loại có rãnh dọc trục và loại không có rãnh dọc trục

Ổ thủy tĩnh đã được ứng dụng rộng rãi trong ngành chế tạo máy, trong máy cắt kim loại nó đáp ứng được yêu cầu vận tốc cao, tải trọng lớn Ổ thuỷ tĩnh đã được ứng dụng vào ụ trục chính máy mài, máy tiện, mâm cặp, băng trượt, bàn dao, trục vít me Hai kiểu ổ trượt đỡ thủy tĩnh là ổ có rãnh và ổ không có rãnh (Hình 1.11), bề mặt

ma sát hình trụ, đường kính danh nghĩa D, chiều dài làm việc L (bề rộng ổ) Bề mặt ổ

cố định, trên đó tạo các hốc chứa dầu (túi dầu) phân bố đều xung quanh [1]

Hình 1 11 Ổ thủy tĩnh [1]

a) Ổ có rãnh dọc trục; b)Ổ không có rãnh

Số lượng buồng dầu (z), hình dạng và kích thước (chiều sâu t, dài l, góc chắn cung chiều rộng 2, các kích thước tương quan a, b, c) được lựa chọn từ thực nghiệm

hoặc kinh nghiệm vận hành các ổ thủy tĩnh trong các cụm máy Thường chọn z ≥ 4 (số

z chẵn) Nếu số túi nhỏ thì độ ổn định của nêm dầu và khả năng tải không đều Sơ đồ khả năng tải(Hình 1.12)

Cơ chế bôi trơn ổ thủy tĩnh: Dầu cao áp được bơm vào các túi dầu trong ổ và hình thành màng dầu bôi trơn giữa các bề mặt ma sát, sau đó dòng dấu sẽ thoát về bể

Hình 1 12 Khả năng tải của ổ theo số lượng buồng dầu [8]

Đoạn ( 1 ): Khi tải trọng tác dụng vào giữa buồng;

Đoạn ( 2 ) : Khi tải trọng tác dụng vào giữa vùng tiếp giáp

Tùy theo kết cấu ổ có hai cách bố trí đường dầu về:

+ Dầu theo lỗ trên rãnh qua bơm hút về bể (Hình 1.11a)

+ Dầu tràn qua mép ổ, theo đường dẫn về bể - giữa các buồng không cần xẻ rãnh (Hình 1.11 b)

Để tránh việc dầu có thể bị cuốn ra khỏi buồng gây chảy rối hoặc hiệu ứng thủy động dẫn đến tổn thất lớn trong buồng dầu khi tần số quay của ổ lớn người ta có thể

cho thấy với chiều sâu t và góc  càng lớn, thì tổn thất trong công suất giảm nhiều Giữa ngõng trục và ổ có các kích thước tương quan như sau:

+ Độ lệch tâm giữa ngõng trục và ổ: e



+ Đường kính danh nghĩa của ổ (D) được chọn theo điều kiện về độ cứng

1) Khi thay đổi chiều sâu rãnh t; 2) Khi thay đổi góc mang rãnh 

1.4.3 Phương pháp bôi trơn thủy tĩnh

Hai bề mặt cần bôi trơn: Một mặt nhẵn, mặt kia được tạo một hoặc nhiều hốc chứa dầu và trong hốc có lỗ dẫn dầu (kiểu trực tiếp không tạo hốc mà chỉ gồm các lỗ

và rãnh thoát)

Hình 1 14 Các phương pháp cấp chất bôi trơn [1]

Bơm dầu có áp suất cao vào hốc (lỗ) sẽ hình thành màng dầu bôi trơn giữa hai bề mặt với chiều dày h không đổi ngay cả khi u = 0 (Hình 1.14 a, b)

Có hai phương pháp cấp chất lỏng vào bề mặt bôi trơn:

và hốc (Hình 1.14c) Nếu trên bề mặt gồm nhiều hốc cần có thêm một bộ van phân phối để chia dầu từ một bơm đến các hốc (cũng có thể dùng riêng mỗi hốc một bơm) Phương pháp này phức tạp nên ít dùng

- Cấp với áp suất không đổi:

+ Trường hợp tạo hốc chứa dầu (Hình 1.14 d): Trên đường dầu ngay trước hốc lắp một trở thủy lực (thường có dạng ống mao dẫn - kiểu mao dẫn) Trong điều kiện phòng thí nghiệm có thể lắp các trở tự điều chỉnh

+ Trường hợp không tạo hốc (kiểu trực tiếp): Dầu được bơm qua lỗ không có trở thủy lực (Hình 1.14b)

Phương pháp cấp bằng áp suất không đổi (áp suất trong hốc hoặc lỗ luôn không đổi) cho độ cứng nêm dầu thấp hơn phương pháp cấp bằng lưu lượng không đổi Tuy nhiên, hệ thống ít phức tạp, làm việc ổn định hơn nên được sử dụng rộng rãi

Phương pháp bôi trơn thủy tĩnh có những ưu điểm đặc biệt:

- Hệ số ma sát rất nhỏ (1 10-5 - 6.10-5);

- Không xảy ra ma sát nửa ướt hoặc ma sát giật cục bộ;

Tuy nhiên Ổ thủy tĩnh có những nhược điểm sau :

- Kết cấu phức tạp;

- Giá thành cao;

- Yêu cầu chế tạo chính xác cao

1.4.4 Nguyên lý cấp dầu cho cụm ổ thủy tĩnh

Nguyên lý cấp dầu cho cụm ổ thủy tĩnh được minh họa trên hình 1.15:

Dầu từ bể được bơm 1 hút qua bộ lọc thô 2 rồi đẩy qua bộ phận lọc tinh 3 Dầu

tiếp tục qua van một chiều 4, bộ lọc đặc biệt 5, qua trở thủy lực 6 vào buồng dầu trong

ổ Van tràn 12 giữ cho dầu luôn có áp suất cần thiết Trên đường dầu có bố trí rơle áp suất 9 để phòng ngừa sự cố - nếu rơle áp suất 9 chưa hoạt động, bộ phận truyền dẫn chưa ngắt thì van một chiều 4 và bộ tích áp 8 lập tức tác động ngay để trợ giúp Dầu vào ổ làm nhiệm vụ nâng ngõng trục rồi tràn qua mép (hoặc theo rãnh) qua bơm hút

10, bộ trao dổi nhiệt 11 về bể

Hình 1 15 Sơ đồ hệ thống bôi trơn ổ thủy tĩnh[1]

1-Bơm cấp; 2-Lọc thô; 3-Lọc tinh; 4-Van một chiều; 5-Lọc đặc biệt; 6-Trở thủy lực; 7-Áp kế; 8-Bộ tích áp; 9- Rơ le áp suất; 10-Bơm hút; 11-Trao đổi nhiệt; 12-Van an toàn

1.5 Kết Luận Qua những phân tích từ những mục trên ta thấy rằng phương pháp bôi trơn thủy tĩnh với những ưu điểm nổi bật: Hệ số ma sát rất nhỏ (1 10-5-6.10-5); Chiều dày lớp dầu cho phép lớn, giảm chấn tốt; Không xảy ra ma sát nửa ướt hoặc ma sát giật cục bộ; Không sinh lực nâng khi các bề mặt dịch chuyển tương đối với nhau; Giảm nhẹ ảnh hưởng do sự thiếu chính xác của bé mặt ma sát; Ngoài nhược điểm là hệ thống bôi trơn khá phức tạp (giá thành cao) thì đây chính là phương án bôi trơn tối ưu phù hợp cho trục chính các máy móc hiện đại đòi hỏi độ chính xác cao hiện nay Và thực tế cho thấy bôi trơn thủy tĩnh là xu hướng trong ngành cơ khí chế tạo trên toàn thế giới, phù hợp cho nâng cấp cụm ổ trục chính máy mài Các chương sau tác giả trình bày lý thuyết và ứng dụng nâng cấp ổ trục chính máy mài tròn ngoài

CHƯƠNG 2: CÁC THÔNG SỐ THỦY ĐỘNG CƠ BẢN CỦA CỤM Ổ TRỤC

CHÍNH MÁY MÀI TRÒN NGOÀI 2.1 Sơ lược về máy mài tròn ngoài

Máy mài là máy gia công tinh được dùng rộng rãi trên mọi lĩnh vực của ngành chế tạo máy Những chi tiết máy yêu cầu có độ cứng, độ chính xác và độ bóng bề mặt cao thường phải qua các nguyên công gia công bán tinh và gia công tinh là nguyên công mài (bằng phương pháp dùng đá mài có chuyển động quay tốc độ cao để cắt đi những lớp kim loại mỏng từ bề mặt chi tiết trên máy mài) sau khi đã qua các nguyên công gia công thô hoặc nhiệt luyện

Hình 2 1.Các bộ phận chung của máy mài tròn ngoài [7]:

1-Thân máy; 2-Ụ trục chính; 3-Bàn máy; 4-Đầu đá; 5-Ụ động; 6-Bảng điều khiển thuỷ

lực;7-Cữ khống chế hành trình; 8-Tay gạt đảo chiều chuyển động

Một trong các loại máy mài được dùng phổ biến là máy mài tròn ngoài để gia công tinh các bề mặt trụ có yêu cầu kỹ thuật cao

Phương pháp, tính năng gia công:

Mài bằng các nét làm việc theo chiều dọc (hình 2.2, a) Phôi gia công mài 2, quay trên các tâm tĩnh, làm cho dịch chuyển theo chiều dọc dọc theo trục của nó với nguồn cấp dữ liệu Spr (mm / phút) Khi kết thúc vòng tròn hoặc mỗi lần truyền, bánh mài 1 được nạp theo hướng vuông góc với trục của phôi gia công 2 theo độ sâu được xác định trước hoặc tốc độ tiến dao ngang S, bằng độ sâu cắt t Phương pháp này được sử dụng thuận lợi để mài phôi gia công với bề mặt hình trụ có chiều dài lớn Chiều sâu của mài được chọn không quá 0,05 mm

Hình 2 2 Tính năng làm việc của máy mài tròn ngài Mài sâu (Hình 2.2, b) như là một loại mài với một nguồn cấp liệu theo chiều dọc của vòng tròn được sử dụng khi xử lý khoảng trống ngắn cứng nhắc với việc loại

bỏ phụ cấp 0,4 mm trong một lần Công việc cắt chính được thực hiện bởi phần hình nón của vòng tròn, và phần hình trụ của nó chỉ làm sạch bề mặt của phôi Vì vậy, tại mài sâu kết hợp mài thô và hoàn thiện mài

Đôi khi, mài được thực hiện bởi hai vòng tròn liền kề, và đầu đá mài được chọn với một hạt lớn hơn và độ cứng lớn hơn so với vòng tròn để nghiền mịn Để thuận

giữa các vòng tròn Với mài sâu, nó là cần thiết để hoàn thành vòng tròn với các phôi gia công nghiền

Mài nghiền (Hình 2.2, c) được sử dụng để gia công thô và hoàn thiện các khoảng trống hình trụ Mài được thực hiện bởi một vòng tròn rộng (có chiều cao từ 1 đến 1,5 mm lớn hơn chiều dài mặt đất) (phôi gia công không có nguồn cấp liệu theo chiều dọc) Chuyển tiếp vòng tròn đến một độ sâu nhất định liên tục hoặc định

kỳ Để thu được bề mặt có độ lệch hình dạng nhỏ hơn và thông số độ nhám, vòng tròn được thông báo về chuyển động dao động (dao động) trục bổ sung (lên đến 3 mm) sang trái và phải

Ưu điểm của gia công phôi theo cách này trước khi nghiền các đoạn dọc như sau: vật liệu mài của vòng tròn được thực hiện liên tục; Có thể mài phôi gia công hình bằng một bánh mài nghiền; Bạn có thể lắp đặt hai hoặc ba vòng tròn trên trục chính và xay đồng thời vài phần của phôi gia công

Nhược điểm của phương pháp nghiền: do năng suất cao, một lượng nhiệt lớn được giải phóng; vòng tròn và phôi gia công được làm nóng nhiều hơn so với mài thông thường, vì vậy mài phải được thực hiện với làm mát dồi dào; Có một sự biến dạng nhanh hơn của hình dạng hình học của vòng tròn, và do đó cần phải chỉnh sửa thường xuyên hơn

Mài bằng gờ (Hình 2.2, d) Phương pháp này kết hợp chà nhám với cắt ngang

và cắt theo chiều dọc Phương pháp này được sử dụng để nghiền các khoảng trống dài Đầu tiên, một phần của trục được nghiền với một phần vật liệu mài ngang của vòng tròn, sau đó là một phần lân cận, vv Các cạnh của các phần, khi nghiền, chồng lên nhau 5-10 mm, nhưng bề mặt được xử lý thu được theo một bước Vì vậy, tại mỗi lần mài một phần vật liệu mài được loại bỏ Lớp còn lại, bằng 0,02-0,08 mm, được loại bỏ bằng hai hoặc ba đoạn dọc nhanh

Các phôi gia công dần dần bắt đầu mài từ các bước có đường kính lớn hơn; ở các độ dài khác nhau của các bước, chiều cao của bánh xe mài được chọn bằng chiều dài của bước nhỏ nhất và mài được thực hiện bởi các gờ

Với mài mịn, trái ngược với tước, mục đích là để đạt được các thông số hình dạng và độ nhám theo yêu cầu của mặt đất Việc tách các hoạt động mài thành mài thô và mài hoàn thiện có thể làm tăng năng suất của máy mài và sử dụng các thiết bị

ít mài chính xác hơn Nếu gia công thô và hoàn thiện được thực hiện trên các máy chính xác, cần sử dụng các loại vật liệu mài được giảm để mài mòn để duy trì độ chính xác của máy mài

Có thể gia công tự động theo chế độ cắt chọn trước

Máy được thiết kế để hoạt động ở tốc độ mài 35 hoặc 50 m / s

kỳ của đá mài khi bàn máy thực hiện một hành trình kép hoặc hành trình đơn

Hình 2 3.Sơ đồ các chuyển động của máy mài tròn ngoài [7]

Chuyển động chính V là chuyển động quay vòng của đá mài xác định vận tốc cắt của đá (m/s) Đây chính là chuyển động ảnh hưởng trực tiếp tới độ chính xác của chi tiết gia công Do đó việc nghiên cứu, thiết kế cụm ổ trục chính là rất quan trọng

Hiện nay cụm ổ trục chính trên máy mài có độ chính xác cao thường được bôi trơn theo phương pháp thủy động và thủy tĩnh

2.2 Cụm trục chính máy mài tròn ngoài

- Cung cấp công suất cắt gọt để tách kim loại

Như vậy trục chính nằm trong hệ thống chịu tải của máy, có ảnh hưởng đến độ cứng và độ chống rung của máy ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của chi tiết gia công

Hình 2 4 Cụm trục chính máy mài dùng ổ lăn A-thân máy, B-trục chính, C- bánh đai, D,E – vòng ngoài và vòng trong của ổ lăn,

F – đai ốc cố định trục và bánh đai, G- dây đai

2.2.2 Các dạng cụm trục chính máy mài

Cụm trục chính máy mài được thiết kế và chế tạo phụ thuộc vào độ chính xác gia công của máy, sử dụng các loại ổ: Ổ lăn, ổ thủy động, ổ thủy tĩnh

2.2.2.1 Cụm trục chính máy mài sử dụng ổ lăn

Trong trường hợp yêu cầu máy mài có độ chính xác vừa phải, tải nhỏ thì có thể sử dụng ổ lăn cho trục chính Kết cấu của cụm trục chính sử dụng ổ lăn như hình 2.4 và hình 2.5

Hình 2 5 Cụm trục chính máy mài dùng ổ lăn

 Kích thước hướng kính lớn hơn so với ổ trượt;

 Lực tác dụng vào con lăn lớn khi làm việc với vận tốc cao, có thể phá hỏng vòng cách;

 Khả năng chịu va đập chấn động kém do độ cứng vững của kết cấu ổ lăn thấp, ồn khi làm việc với tốc độ cao

2.2.2.2 Cụm ổ trục chính máy mài sử dụng ổ trượt thủy động

Trong trường hợp yêu cầu trục chính máy mài có số vòng quay lớn, lực mài trung bình và chất lượng bề mặt chi tiết sau mài đạt độ bóng cao thì ổ bi cho trục

chính máy gia công chính xác sẽ không đảm bảo độ cứng vững cần thiết

Một số máy mài sử dụng ổ thủy động như máy mài 3r71;351; 3K12 ,hình 2.6, hình 2.7 và 2.8

Hình 2 6 Cụm trục chính máy mài 351 dùng ổ thủy động Trên máy mài 351 ổ trục được thiết kế như một đơn vị riêng biệt bao gồm hai vòng 2, ba mưởng cứng 1 và vòng đệm 3 Bề mặt cuối ngoài của mưởng cứng là ở hai điểm tiếp xúc với các bề mặt hình nón của vòng đệm, do đó các mưởng cứng có khả năng được cài đặt dọc theo trục trục chính và theo hướng quay của nó Vòng nhô ra với các nhô ra của nó ngăn các mưởng di chuyển dọc theo chu vi Bằng cách thay đổi

độ dày của vòng đệm, có thể điều chỉnh chế độ làm việc trong ổ đỡ Tải trọng trục

được cảm nhận bởi một ổ đỡ lực đẩy hai mặt được hình thành bởi đĩa 2 và 4, trục chính 3 tiếp xúc với chúng Vật liệu bôi trơn trong ổ đỡ này được cấp thông qua các

lỗ B và 5 Rò rỉ dầu từ đầu trục chính được ngăn chặn bởi các vòng phớt kiểu khe

Ổ trượt thủy động thường dùng là loại tự lựa (Hình 2.7, hình 2.8) nhằm đảm bảo các yêu cầu về độ chính xác kích thước và hình học chi tiết gia công tinh

Hình 2.7 Cụm trục chính máy mài 3r71

Sử dụng ổ thủy động 3 mưởng đỡ, tự lựa đảm bảo sự đồng tâm cao giũa trục và ổ Trên máy gia công sử dụng trục chính quay với chế độ cố định hoặc chế độ thay đổi nhỏ sử dụng ổ bi thủy động lực nhiều nêm dầu, tải trọng được phân bố đồng đều theo vòng tròn mặt nghiêng nêm Ô thủy động nhiều nêm dầu với con trượt tự định vị tính toán được sự thay đổi góc không gian nêm phụ thuộc vào đại lượng tải trọng có ích, tối ưu điều kiện làm việc của ổ, do đó đảm bảo được yêu cầu cơ bản về độ chính xác kích thước và hình học của chi tiết gia công tinh