Thiết kế và chế tạo gối đỡ mềm sử dụng trong cân bằng động rotor

Mất cân bằng ở các máy quay ngày càng trở thành một yếu tố quan trọng trong việc phát triển các thiết bị hiện đại đặc biệt với các thiết bị đòi hỏi tốc độ hoặc độ tin cậy cao.. Về vấn đề

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GỐI ĐỠ MỀM

SỬ DỤNG TRONG CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR

Người hướng dẫn: TS BÙI MINH HIỂN Sinh viên thực hiện: LÊ CẢNH TÀI

Số thẻ sinh viên: 101130053

Lớp: 13C1A

DUT.LRCC

Thiết kế và chế tạo gối đỡ mềm sử dụng trong cân bằng động rotor

2 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

- Cân bằng được chi tiết quay có:

Công suất truyền động đến 375W, số vòng quay tối đa 2300 vòng/phút

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Chương 1: Tổng quan về cân bằng động

1.1 Cân bằng máy

1.2 Phân loại cân bằng máy

Chương 2: Thiết bị cân bằng và nguyên lý xác định lượng mất cân bằng động

2.1 Thiết bị cân bằng

2.2 Nguyên lý xác định lượng mất cân bằng và quy trình cân bằng động

Chương 3: Phân tích và lựa chọn kết cấu

3.1 Thông số kỹ thuật của thiết bị hỗ trợ

3.2 Lựa chọn phương án truyền động

3.3 Lựa chọn động cơ

3.4 Lựa chọn phương án gối đỡ

3.5 Thiết bị cân bằng di động hiện có

Chương 4: Tính toán, thiết kế

4.1 Tính, chọn kết cấu

4.2 Thiết kế gối đỡ mềm

Chương 5: Chế tạo và thực nghiệm

5.1 Chế tạo các chi tiết gối đỡ

5.2 Thiết bị sau khi đã được chế tạo

DUT.LRCC

4 Các bản vẽ

- Bản vẽ lắp toàn máy, A0

- Bản vẽ lắp gối đỡ, A0

- Bản vẽ lựa chọn phương án truyền động, A0

- Bản vẽ lựa chọn phương án gối đỡ, A0

- Bản vẽ chế tạo chi tiết, A0

6 Họ tên người hướng dẫn: TS Bùi Minh Hiển

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 29/01/2018

8 Ngày hoàn thành đồ án: 20/5/2018

DUT.LRCC

Đồ án tốt nghiệp là những gì đúc kết lại sau quá trình học tập của sinh viên dưới

sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn Sau hơn ba tháng làm việc, em đã hoàn thành

đề tài Thành quả đạt được hôm nay là sự cố gắng và nỗ lực của em dưới sự hướng dẫn tận tình của Thầy, sự quan quan tâm động viên của gia đình và bạn bè Nội dung đồ án tốt nghiệp là một phần trong đề tài nghiên cứu khoa học của TS Bùi Minh Hiển được tài trợ bởi Quỹ khoa học và Công nghệ Đại học Đà Nẵng

Em xin chân thành cảm ơn các giáo viên giảng dạy trong trường đã giảng dạy, truyền đạt kiến thức cơ bản trong những năm học đại cương đầu tiên Xin chân thành cảm ơn các giáo viên giảng dạy trong khoa Cơ khí đã truyền đạt những kiến thức về chuyên ngành và đồng hành cùng em trong suốt thời gian qua đã Trên hết xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn thầy giáo TS Bùi Minh Hiển đã tận tình hướng dẫn

và luôn động viên, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp này Tuy đã rất cố gắng hoàn thành đồ án, những sẽ không tránh khỏi những sai sót còn mắc phải, rất mong được sự lượng thứ, chỉ dạy và góp ý tận tình của các Thầy Cô trong quá trình bảo vệ đồ án!

Cuối cùng, xin gửi lời chúc sức khỏe đến Thầy Bùi Minh Hiển, các Thầy Cô trong khoa Cơ khí cũng như trong Trường Đại học Bách khoa và các bạn bè đã đồng hành cùng em trong suốt thời gian qua!

Đà Nẵng, ngày 20 tháng 05 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Lê Cảnh Tài DUT.LRCC

Ngành chế tạo máy đóng một vai trò quan trọng trong công cuộc công nghiệp hoá

và hiện đại hoá đất nước hiện nay, với nhiệm vụ chính là thiết kế, chế tạo những các thiết bị, phương tiện máy móc phục vụ cho sản xuất và trong sinh hoạt Để làm được điều này người kỹ sư cần có kiến thức đủ sâu và rộng để có thể phân tích, đề xuất những phương án nhằm giải quyết tốt những vấn đề trong thiết kế cũng như chế tạo Với những yêu cầu trên, trong chương trình đào tạo kỹ sư Cơ khí tại Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, sinh viên được trang bị những kiến thức cơ sở của ngành Công nghệ Chế tạo máy qua các giáo trình: Công nghệ Chế tạo máy, Chi tiết máy, Nguyên lý máy, Đồ gá, Dao và các giáo trình khác có liên quan đến ngành Công nghệ Chế tạo máy Cụ thể, nhằm mục đích cụ thể hoá, thực tế hoá, và tổng hợp những kiến thức mà sinh viên đã được trang bị, Đồ án Tốt nghiệp chính là nền tảng để đạt được mục đích ấy Đồ án Tốt nghiệp là cơ hội để sinh viên phải nghiêm túc phát huy tối đa tính độc lập sáng tạo đồng thời làm quen với cách sử dụng tài liệu, sổ tay, tiêu chuẩn trên cơ sở tổng hợp các kiến thức đã học để so sánh cân nhắc để giải quyết một vấn đề

cụ thể

Đề tài Thiết kế và chế tạo gối đỡ mềm sử dụng trong cân bằng động rotor

Đây là một để tài đòi hỏi phải nắm vững nhiều kiến thức từ khâu thiết kế, gia công, lắp ráp Trong quá trình làm đồ án dù đã làm việc một cách nghiêm túc cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của Thầy giáo TS Bùi Minh Hiển Tuy nhiên vẫn còn nhiều thiếu sót do thiếu kinh nghiệm thiết kế, cũng như kinh nghiệm thực tế Vì vậy em rất mong được

sự chỉ bảo của các thầy cô giáo và sự đóng góp ý kiến bạn bè để hoàn thiện hơn đồ án cũng như vốn kiến thức của mình

DUT.LRCC

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÂN BẰNG ĐỘNG 1

1.1 Cân bằng máy 1

1.2 Phân loại mất cân bằng 4

1.2.1 Mất cân bằng tĩnh 4

1.2.2 Mất cân bằng ngẫu lực 5

1.2.3 Mất cân bằng động 6

Chương 2: THIẾT BỊ CÂN BẰNG VÀ NGUYÊN LÝ XÁC ĐỊNH LƯỢNG MẤT CÂN BẰNG ĐỘNG 8

2.1 Thiết bị cân bằng 8

2.1.1 Thiết bị cân bằng di động 8

2.1.2 Thiết bị cân bằng cố định 10

2.1.3 Kết luận 13

2.2 Nguyên lý xác định lượng mất cân bằng động và quy trình cân bằng động 13

2.2.1 Nguyên lý xác định lượng mất cân bằng động 13

2.2.2 Quy trình chung cân bằng động 14

Chương 3: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN KẾT CẤU 19

3.1 Thông số kỹ thuật của thiết bị hỗ trợ 19

3.2 Lựa chọn phương án truyền động 20

3.2.1 Truyền động bằng ma sát 20

3.2.3 Truyền động bằng trục mềm 22

3.2.4 Kết luận phương án truyền động 23

3.3 Lựa chọn động cơ 23

3.3.1 Động cơ điện một chiều 23

3.3.2 Động cơ điện xoay chiều 24

3.3.3 Động cơ xoay chiều có sử dụng bộ biến tần 25

3.3.4 Kết luận lựa chọn động cơ 26

3.4 Lựa chọn phương án gối đỡ 26

3.4.1 Gối đỡ cứng 26

3.4.2 Gối đỡ mềm 27

3.4.3 Chọn gối đỡ 27

3.5 Thiết bị cân bằng di động hiện có 27

DUT.LRCC

Chương 4: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ 30

4.1 Tính chọn kết cấu 30

4.1.1 Tính chọn động cơ 30

4.1.2 Tính chọn ổ lăn 31

4.1.3 Tính chọn dây đai 32

4.2 Thiết kế gối đỡ mềm 33

4.2.1 Lựa chọn vật liệu 33

4.2.2 Bản vẽ lắp gối đỡ mềm và toàn bộ thiết bị hỗ trợ cân bằng 33

4.2.3 Bản vẽ 3D của gối đỡ và toàn bộ thiết bị hỗ trợ 35

4.2.4 Kiểm bền cho toàn bộ thiết bị 36

Chương 5: CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM 39

5.1 Chế tạo các chi tiết của gối đỡ 39

5.1.1 Quy trình công nghệ gia công chi tiết thanh đỡ 39

5.1.2 Chi tiết thân gối đỡ 43

5.1.3 Chi tiết bạc trượt 43

5.2 Thiết bị sau khi được chế tạo 44

5.3 Các bước thực hiện quy trình cân bằng trên một mặt phẳng 45

5.4 Các bước thực hiện quy trình cân bằng trên 2 mặt phẳng 51

Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 54

6.1 Kết luận 59

6.2 Hướng phát triển 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

DUT.LRCC

Bảng 2.1 Cấp độ mất cân bằng theo tiêu chuẩn ISO 1940 16

Bảng 5.1 Báo cáo số liệu cân bằng 1 mặt phẳng 50

Bảng 5.2 Báo cáo số liệu cân bằng 2 mặt phẳng 53

Bảng 5.3 Kết quả cân bằng chi tiết trên gối cứng 55

Bảng 5.4 Áp dụng kết quả của gối cứng cho gối mềm 55

Bảng 5.5 Cân bằng lại chi tiết trên gối mềm 57

Hình 1.1 Tổng quan về cân bằng 1

Hình 1.2 Mất cân bằng do lỗ hổng bọt khí của pulley 2

Hình 1.3 Mất cân bằng do dung sai lắp ráp chế tạo 2

Hình 1.4 Mất cân bằng do ăn mòn, bong tróc 3

Hình 1.5 Mất cân bằng do tích tụ bám bẩn 3

Hình 1.6 Mất cân bằng tĩnh 5

Hình 1.7 Mất cân bằng ngẫu lực 6

Hình 1.8 Mất cân bằng hỗn hợp (mất cân bằng động) 6

Hình 1.9 Giản đồ miền cân bằng 7

Hình 2.1 Thiết bị cân bằng di động của hãng SKF 8

Hình 2.2 Thiết bị cân bằng di động VIBXpert II của hãng PROFTECHNIK 9

Hình 2.3 Thiết bị cân bằng di động Model N600 của hãng CEMB 9

Hình 2.4 Gối đỡ cứng được sử dụng trong máy cân bằng cố định 11

Hình 2.5 Gối đỡ mềm sử dụng trong máy cân bằng cố định 11

Hình 2.6 Thiết bị cân bằng cố định Model Z5000-G-GV của hãng CEMB 12

Hình 2.7 Thiết bị cân bằng cố định của hãng SCHENCK 12

Hình 2.8 Thiết bị cân bằng cố định của hãng HOFMANN 12

Hình 2.9 Nguyên lý xác định sự mất cân bằng 13

Hình 2.10 Dải tần số đo được trước khi cân bằng 14

Hình 2.11 Dải tần số đo được sau khi cân bằng 15

Hình 2.12 Kiểu tín hiệu 15

Hình 2.13 Cấp độ mất cân bằng theo tiêu chuẩn ISO 1940 17

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý dẫn động bằng bánh ma sát 20

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý dẫn động chi tiết bằng dây đai 21

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý dẫn động chi tiết bằng trục các - đăng 22

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý dẫn động chi tiết bằng trục mềm 22

Hình 3.5 Động cơ điện một chiều 24

Hình 3.6 Động cơ điện xoay chiều 25

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ biến tần 25

Hình 3.8 Bộ biến tần SV110IG5A-2LS 26

DUT.LRCC

Hình 4.1 Sơ đồ tính lực từ các số liệu sơ bộ 30

Hình 4.2 Các thông số ổ bi đỡ 31

Hình 4.3 Sơ đồ tính phản lực gối đỡ 31

Hình 4.4 Thành phần hóa học của hợp kim nhôm 6061 33

Hình 4.5 Hình chiếu đứng của gối đỡ 33

Hình 4.6 Mặt cắt B-B của gối đỡ 34

Hình 4.7 Mặt cắt A-A của gối đỡ 34

Hình 4.8 Hình chiếu trục đo của gối đỡ 35

Hình 4.9 Bản vẽ 3D gối đỡ mềm 35

Hình 4.10 Bản vẽ 3D toàn máy 36

Hình 4.11 Biểu đồ ứng suất trên toàn bộ thiết bị 37

Hình 4.12 Biểu đồ chuyển vị của toàn bộ thiết bị 37

Hình 5.1 Bản vẽ chế tạo chi tiết thanh đỡ 39

Hình 5.2 Bản vẽ lồng phôi chi tiết thanh đỡ 40

Hình 5.3 Bản vẽ chi tiết thân gối đỡ 43

Hình 5.4 Bản vẽ chi tiết bạc trượt 44

Hình 5.5 Thiết bị sau khi được chế tạo 45

Hình 5.6 Thông số khi thực hiện bước chạy tham khảo 45

Hình 5.7 Cân vật nặng thử và nhập số liệu của vật nặng thử 46

Hình 5.8 Gắn vật nặng thử lên rotor 46

Hình 5.9 Thông số khi thực hiện bước chạy thử 47

Hình 5.10 Khối lượng và vị trí của vật nặng sửa 47

Hình 5.11 Khối lượng và vị trí của 2 vật nặng chia 48

Hình 5.12 Khối lượng 2 vật nặng sửa 48

Hình 5.13 Gắn vật nặng sửa 49

Hình 5.14 Thông số khi thực hiện bước chạy sửa 49

Hình 5.15 Bảng tóm tắt các giá trị đo trong quy trình cân bằng động 50

Hình 5.16 Kết quả bước chạy tham khảo 51

Hình 5.17 Kết quả khi gắn vật thử vào mặt 1 52

Hình 5.18 Kết quả khi gắn vật thử vào mặt 2 52

Hình 5.19 Gắn vật nặng sửa vào 2 mặt 53

Hình 5.20 Chạy sửa trên mặt 1 và 2 53

Hình 5.21 Cân bằng chi tiết trên gối cứng 55

Hình 5.22 Áp dụng kết quả cân bằng trên gối cứng cho gối mềm 56

Hình 5.23 Cân bằng lại chi tiết trên gối mềm 56

DUT.LRCC

1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÂN BẰNG ĐỘNG

1.1 Cân bằng máy

Mất cân bằng không chỉ là nguồn gây rung động thường gặp nhất trong các máy

có chuyển động quay mà còn gây nhiều hư hại cho máy Nó được xem là khuyết tật cần khắc phục trước tất cả các vấn đề khác Mất cân bằng ở các máy quay ngày càng trở thành một yếu tố quan trọng trong việc phát triển các thiết bị hiện đại đặc biệt với các thiết bị đòi hỏi tốc độ hoặc độ tin cậy cao Sự mất cân bằng máy nói chung là một hiện tượng có hại do đó cần phải xác định và khi cần thiết phải giảm thiểu hoặc khử hoàn toàn Việc làm này gọi là cân bằng máy

Cân bằng máy nhằm tránh được tải trọng động tác dụng lên các bộ phận khác trong máy như ổ trục, khớp nối… đồng thời cũng kéo dài được tuổi thọ của máy nhờ giảm được dạng hỏng do tải trọng động gây ra (phá hủy do mỏi)

Hình 1.1 Tổng quan về cân bằng Nguyên nhân gây mất cân bằng:

Yếu tố hoặc sự kết hợp của nhiều yếu tố, có thể giải thích sự hiện diện của mất cân bằng động trong các roto của máy có chuyển động quay Các nguyên nhân phổ biến nhất là sự không đồng nhất của vật liệu, dung sai chế tạo và lắp ráp cũng như sự thay đổi lý hóa của rotor khi hoạt động

 Vật liệu không đồng nhất

Đôi khi có những lỗ hổng trong các rotor bằng gang như máy bơm, pulley cỡ lớn như hình bên dưới Những lỗ hổng hay bọt khí được hình thành trong quá trình đúc Khiếm khuyết này không thể phát hiện bằng mắt thường Tuy nhiên nó là một yếu tố có thể

DUT.LRCC

Hình 1.2 Mất cân bằng do lỗ hổng bọt khí của pulley

 Dung sai chế tạo và lắp ráp

Một trong các nguồn gây mất cân bằng thường gặp là sự tích lũy độ rơ cho phép khi lắp đặt máy Ở hình bên dưới là một ví dụ điển hình về việc dung sai các chi tiết khác nhau tích lũy tạo ra mất cân bằng

Hình 1.3 Mất cân bằng do dung sai lắp ráp chế tạo

 Sự thay đổi rotor khi hoạt động

Nếu một chi tiết đã được cân bằng tốt ngay khi sản xuất thì vấn đề biến dạng nhiệt, sự

ăn mòn, xuống cấp hoặc sự bám bẩn của rotor vẫn có thể làm thay đổi cân bằng ban đầu của nó

DUT.LRCC

và sự tăng nhiệt không đồng đều nên rotor sẽ giãn nỡ không đều Điều này dẫn đến sự phân bố khối lượng của rotor không đồng đều gây mất cân bằng Hiện tượng này thường xảy ra đối với motor điện, máy nén và các loại máy hoạt động ở nhiệt độ cao

Về vấn đề biến dạng nhiệt đòi hỏi rotor phải được cân bằng ở nhiệt độ làm việc của nó,

dù nó đã được cân bằng tốt ở nhiệt độ thường

- Sự ăn mòn và xuống cấp:

Các loại rotor sử dụng trong vận chuyển sản phẩm (con lăn, ru-lô băng tải…) thường

bị ăn mòn, bong tróc Sự mất cân bằng diễn ra khi sự ăn mòn, bong tróc không đều trên toàn bộ bề mặt rotor

Hình 1.4 Mất cân bằng do ăn mòn, bong tróc

- Sự bám bẩn:

Các rotor có thể dần mất cân bằng do sự bám bẩn không đồng đều trên cánh của chúng (quạt công nghiệp, cánh bơm nước) Sự tích tụ dần dần của các lớp bẩn làm tăng sự mất cân bằng và độ rung Đôi khi sự bám bẩn trên roto là khá đồng nhất, nhưng khi một phần các lớp bám bẩn này bong tróc ra gây rung động và mất cân bằng

Hình 1.5 Mất cân bằng do tích tụ bám bẩn DUT.LRCC

1.2 Phân loại mất cân bằng

Có 2 trạng thái mất cân bằng của vật quay

- Mất cân bằng tĩnh

- Mất cân momen ngẫu lực

- Mất cân bằng hỗn hợp ( mất cân bằng động)

1.2.1 Mất cân bằng tĩnh

Mất cân bằng tĩnh: là hiện tượng mất cân bằng đối với các vật quay mỏng (có kích

thước theo chiều trục nhỏ hơn nhiều so với đường kính, ví dụ: bánh đà, bánh đai, tua bin, đĩa…) Đối với các vật quay dạng này chỉ cần thêm hoặc bớt một đối trọng trên một mặt phẳng cân bằng nhằm mục đích cân bằng lực quán tính do khối mất cân bằng gây ra

Đây là trường hợp đơn giản nhất của mất cân bằng Áp dụng cho một đĩa mỏng có

độ dày đồng nhất và có khối lượng M (kg) hoàn toàn cân bằng trên đó ta gắn một khối lượng nhỏ m (g) ở một khoảng cách r (mm) từ trục quay để tạo ra một lượng mất cân bằng

Khi đĩa quay ở tốc độ ω, lực ly tâm F (N) được tạo ra bởi sự quay của khối lượng mất cân bằng m

2 .

Hình 1.6 Mất cân bằng tĩnh Nhiều roto có bề dày mỏng như bánh đà, cánh bơm, quạt hướng trục… thường có đường kính lớn 7-10 lần bề dày của chúng nên chỉ cần xem xét cân bằng dạng tĩnh Tuy nhiên, hầu hết các rotor có bề dày đáng kể so với đường kính trục thì cần phải tiến hành cân bằng ngẫu lực, cân bằng dạng hỗn hợp gọi chung là cân bằng động

Ta có thể loại bỏ được kiểu mất cân bằng này bằng cách cân bằng động và xử lý mất cân bằng tại cả hai mặt

Mất cân bằng ngẫu lực chỉ được phát hiện khi cho rotor quay và phải xử lý bằng máy cân bằng động

DUT.LRCC

Hình 1.7 Mất cân bằng ngẫu lực

1.2.3 Mất cân bằng động

Mất cân bằng động: là hiện tượng mất cân bằng xảy ra đối với các vật quay dày (có kích thước theo chiều trục lớn hơn so với đường kính, ví dụ: trục khuỷu, rotor…) Mất cân bằng động là khi rotor có trục quán tính chính không song song mà cũng không giao nhau với trục quay rotor

Mất cân bằng động là sự kết hợp giữa mất cân bằng tĩnh và mất cân bằng ngẫu lực Đây là dạng mất cân bằng phổ biến nhất của rotor

Đối với các vật quay dạng này ngoài cân bằng lực quán tính còn phải cân bằng momen quán tính do khối mất cân bằng gây ra, việc thêm hoặc bớt đối trọng cân bằng thường được thực hiện trên hai mặt phẳng của vật quay

DUT.LRCC

Ngoài ra ranh giới giữa cân bằng động và cân bằng tĩnh còn đƣợc xác định theo giản

2 Chương 2: THIẾT BỊ CÂN BẰNG VÀ NGUYÊN LÝ XÁC ĐỊNH

- Cho phép cân bằng rotor có khối lượng từ nhỏ đến lớn, có thể cân bằng chi tiết đến 20000kg

 Một số thiết bị cân bằng di động phổ biến

Hình 2.1 Thiết bị cân bằng di động của hãng SKF

DUT.LRCC

Hình 2.2 Thiết bị cân bằng di động VIBXpert II của hãng PROFTECHNIK

Hình 2.3 Thiết bị cân bằng di động Model N600 của hãng CEMB

Các thiết bị cân bằng di động ngoài chức năng cân bằng chi tiết còn có các module khác nhƣ thu nhận và xử lý tín hiệu dao động dùng để chuẩn đoán hƣ hỏng các bộ phận khác trong máy nhƣ: ổ bi, bánh răng, trục…

DUT.LRCC

- Khó khăn trong việc cân bằng động những loại rotor có tốc độ cao và yêu cầu kiểm soát độ rung nghiêm ngặt

- Không thuận tiện đối với các rotor không được phép tháo ra, chẳng hạn như cánh quạt bơm nước…

 Phạm vi ứng dụng:

- Chủ yếu đặt tại các xưởng cân bằng động chuyên dụng

- Có khả năng cân bằng động các chi tiết lớn đến rất lớn, đường kính đạt 2000mm chiều dài đạt 6000mm

 Phân loại thiết bị cân bằng cố định:

- Gối đỡ cứng: Gối đỡ của loại này được cố định cứng trên thiết bị cân bằng động,

sử dụng liên kết hàn hoặc bulong Phần khung và đế được cố định trên nền xưởng bằng bulong nền

DUT.LRCC

Hình 2.4 Gối đỡ cứng được sử dụng trong máy cân bằng cố định

Khi sử dụng gối đỡ cứng chi tiết cần cân bằng thường được thực hiện với số vòng quay thấp hơn so với số vòng quay làm việc thực tế (nhằm giảm rung động tác dụng lên thiết bị) Các cảm biến đo dao động/gia tốc được gắn trên các gối để lấy tín hiệu đến bộ xử lý tín hiệu cũng như phần mềm xử lý mất cân bằng

- Gối đỡ mềm: Chi tiết cân bằng được thiết lập trên gối đỡ mà gối đỡ có thể dao

động (lắc theo phương vuông góc với trục quay) nhờ giá đỡ sử dụng các khớp quay hay khâu mềm (lò xo lá) Nhờ vậy các dao động/rung động của chi tiết trong quá trình cân bằng không truyền lên phần khung/đế của thiết bị Đối với các thiết bị sử dụng gối đỡ mềm thông thường không cần phải cố định đế thiết bị trên nền xưởng

Hình 2.5 Gối đỡ mềm sử dụng trong máy cân bằng cố định Khi cân bằng các chi tiết sử dụng gối đỡ mềm có thể cân bằng ở tốc độ thực tế làm việc của chi tiết Các cảm biến đo dao động/gia tốc được gắn trên các gối để lấy tín hiệu đến bộ xử lý tín hiệu cũng như phần mềm xử lý mất cân bằng

Một số thiết bị cân bằng cố định trên thị trường hiện nay

DUT.LRCC

Hình 2.6 Thiết bị cân bằng cố định Model Z5000-G-GV của hãng CEMB

Hình 2.7 Thiết bị cân bằng cố định của hãng SCHENCK

DUT.LRCC

2.1.3 Kết luận

Qua phân tích ưu và nhược điểm của hai loại thiết bị cân bằng động đang sử dụng hiện nay là thiết bị cân bằng cầm tay và thiết bị cân bằng cố định Phương án kết hợp thiết bị cân bằng cầm tay có sẵn và thiết bị hỗ trợ cân bằng cố định là phương án nhằm giảm chi phí đầu tư trang thiết bị từ đó giảm được giá thành cân bằng, khắc phục được một số nhược điểm của hai loại thiết bị cân bằng đang sử dụng hiện nay

Do đó đề tài được đề xuất là: Thiết kế và chế tạo gối đỡ mềm sử dụng trong cân

bằng động

2.2 Nguyên lý xác định lượng mất cân bằng động và quy trình cân bằng động

2.2.1 Nguyên lý xác định lượng mất cân bằng động

Rotor được cân bằng khi đối trọng được gắn lên rotor với khối lượng và vị trí mà

có thể cân bằng với lượng mất cân bằng trên rotor đó Do vậy, vị trí và khối lượng của đối trọng cần phải được xác định

Nguyên lý của việc thực hiện cân bằng động là làm thay đổi sự phân bố khối lượng của rotor bằng cách gắn thêm đối trọng thử và đo pha và cường độ rung động thông qua gối đỡ Sự ảnh hưởng của đối trọng thử cho phép xác định được đối trọng sửa cần gắn lên rotor để cân bằng

Thực nghiệm cho thấy nếu lực quán tính do mất cân bằng gây ra thì nó sẽ tác động lên bất kỳ điểm nào trên gối đỡ một lần trên một vòng quay Vì vậy trong dải tần số của tín hiệu rung động, sự mất cân bằng được xem là sự gia tăng rung động ở tần số quay

5 Đầu đo tốc độ

1 Cảm biến gia tốc

2 Bộ lọc

3 Đo rung động

4 Đo pha

DUT.LRCC

Rung động do mất cân bằng gây nên được đo bằng cảm biến gia tốc (1) gắn trên gối đỡ Tín hiệu rung động được đi qua bộ lọc (2) điều chỉnh tần số quay của rôto, vì vậy chỉ có thành phần của rung động ở tần số quay được đo Tín hiệu sau khi đã lọc đi qua bộ đo rung động và được hiển thị dưới dạng độ lớn Mức độ rung động tỉ lệ thuận với lực sinh ra do sự mất cân bằng

Đồng hồ đo pha (4) và hiển thị pha giữa tín hiệu từ đầu đo tốc độ (5) (tín hiệu tham chiếu) và tín hiệu rung động đã được lọc

2.2.2 Quy trình chung cân bằng động

1) Phân tích tần số

Trước khi cân bằng động cần tiến hành phân tích tần số dao động để xác định xem hiện tượng rung động có phải do mất cân bằng gây ra hay do các nguyên nhân khác như: không đồng trục, cong trục… Đối với hiện tượng rung động do mất cân bằng thì trong dải tần số quay có đỉnh cao nhất và ảnh hưởng đến dải tần số Trong hình bên dưới thể hiện tần số rung động trước và sau khi cân bằng

Hình 2.10 Dải tần số đo được trước khi cân bằng DUT.LRCC

Hình 2.11 Dải tần số đo được sau khi cân bằng

2) Chọn kiểu tín hiệu cho việc phân tích mất cân bằng

Việc phân tích tần số trước khi cân bằng cũng cho phép lựa kiểu thu nhận tín hiệu phù hợp cho việc cân bằng Rung động có thể do dưới các kiểu tín hiệu như: gia tốc, vận tốc hay chuyển vị (hình bên dưới) DUT.LRCC

3) Xác định chất lượng (tiêu chuẩn) cân bằng

Mỗi một máy khi hoạt động sẽ có mức độ rung động cho phép do vậy chúng ta cần chọn tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng rung động trước và sau khi cân bằng Tiêu chuẩn ISO 1940 quy định về các cấp độ mất cân bằng đối với mỗi loại rotor khác nhau

Bảng 2.1 Cấp độ mất cân bằng theo tiêu chuẩn ISO 1940

G

Độ lớn (mm/s)

Trục khuỷu trong động cơ cỡ lớn diesel tàu thủy (vận tốc

Trục khuỷu trong động cơ cỡ lớn diesel tàu thủy (vận tốc

Xe ô tô : bánh đà, trục dẫn động, trục khuỷu trên gối đỡ mềm,

Con quay hồi chuyển, trục chính và động cơ máy có độ chính

DUT.LRCC

Hình 2.13 Cấp độ mất cân bằng theo tiêu chuẩn ISO 1940

4) Chọn đối trọng thử

Việc lựa chọn đối trọng thử rất quan trọng vì nó cho phép xác định đƣợc quan

hệ giữa khối mất cân bằng và mức độ rung động đo đƣợc trên gối đỡ Để xác định khối lƣợng của đối trọng thử chúng ta có thể xác định theo công thức sau:

SU (Specific Unbalance) lượng mất cân bằng (g.mm/kg) được xác định theo đồ thị của tiêu chuẩn ISO 1940

Mặc dù đã tính toán khối lượng thử nhưng có thể kết quả sẽ không phù hợp, do vậy cần phải kiểm tra xem kết quả sau khi đặt đối trọng thử đối với hai thông số: pha

và độ lớn rung động, các trường hợp có thể xảy ra như sau:

V<25% V>25%

<25% Tăng thêm khối lượng

của đối trọng thử Tháo đối trọng thử

>25% Tiến hành Tiến hành

Trong đó,

 là sự khác nhau của pha trước và sau khi gắn đối trọng thử

V là sự khác nhau của mức độ rung động trước và sau khi gắn đối trọng thử Nếu  nhỏ hơn 25% thì cần tăng khối lượng của đối trọng thử,  lớn hơn 25% thì có thể tiến hành các bước tiếp theo

5) Cân bằng tĩnh (trên một mặt phẳng) hoặc cân bằng động (trên hai mặt phẳng)

Sau khi xác định được đối trọng thử ta tiến hành cân bằng, đối với chi tiết có đường kính lớn hơn nhiều so với bề dày ta tiến hành cân bằng trên một mặt phẳng, đối với chi tiết có bề dày khá lớn ta tiến hành cân bằng trên hai mặt phẳng

Ví dụ: các bước tiến hành cân bằng trên một mặt phẳng và trên hai mặt phẳng của MICROLOG GX SKF

 Các bước cân bằng trên một mặt phẳng:

Bước 1: Thiết lập các thông số cho công tác cân bằng

Bước 2: Thực hiện bước chạy tham khảo

Bước 3: Gắn đối trọng thử và thực hiện bước chạy thử

Bước 4: Gắn đối trọng sửa theo tính toán của thiết bị ( vị trí và khối lượng), thực hiện bước chạy sửa

Bước 5: Nếu cân thiết có thể tiến hành các bước chạy tinh

 Các bước cân bằng trên hai mặt phẳng:

DUT.LRCC

Bước 4: Gắn đối trọng thử cho mặt 2 và tiến hành chạy thử cho mặt 1 và 2

Bước 5: Gắn đối trọng sửa theo tính toán của thiết bị, thực hiện bước chạy sửa Bước 6: Nếu cần thiết có thể tiến hành các bước chạy tinh

6) Báo cáo kết quả cân bằng động

Sau khi tiến hành cân bằng động cho chi tiết, ta tiến hành lập bảng báo cáo kết quả

để thuận lợi cho công tác kiểm tra sau này Bảng báo cáo bao gồm: các giá trị rung động của chi tiết trước cân bằng, góc lệch pha trước cân bằng, giá trị rung động sau cân bằng, góc lệch pha sau cân bằng…

3 Chương 3: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN KẾT CẤU 3.1 Thông số kỹ thuật của thiết bị hỗ trợ

Từ yêu cầu thực tế đối với việc cân bằng động các chi tiết có khối lượng vừa và nhỏ, nghiên cứu đề xuất sẽ thiết kế thiết bị hỗ trợ với các thông số như sau :

- Cân bằng được chi tiết quay có:

DUT.LRCC

+ Chiều dài theo hướng trục đến 400mm;

+ Tốc độ cân bằng đến 1500 vòng/phút

- Truyền động:

Công suất truyền động đến 375W, số vòng quay tối đa 2300 vòng/phút

3.2 Lựa chọn phương án truyền động

Từ đề xuất thiết kế thiết bị cân bằng động dựa trên sự kết hợp của thiết bị cân bằng

di động và thiết bị hỗ trợ cân bằng Trong chương 3, ta sẽ phân tích các đặc điểm của các bộ phận, những yêu cầu cần thiết của những bộ phận đó để đưa ra được những phương án, lựa chọn tốt nhất cho yêu cầu thiết kế, đảm bảo được các yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế

3.2.1 Truyền động bằng ma sát

Sử dụng ma sát để làm quay các chi tiết cần cân bằng động được sử dụng phổ biến Với kết cấu đơn giản, chi phí rẻ, hiệu quả kinh tế nên nó được sử dụng nhiều từ phân xưởng hay trong các nhà máy chuyên dụng Có nhiều loại dẫn động ma sát nhưng phổ biến nhất trên thị trường là: truyền động bằng bánh ma sát và truyền động bằng dây đai ma sát

3.2.1.1 Truyền động bằng bánh ma sát

Hệ thống sử dụng bánh ma sát có kết cấu tương đối đơn giản, có thể sử dụng các loại vật liệu có hệ số ma sát cao dùng trong việc chế tạo các bánh ma sát, vật liệu được

sử dụng nhiều có thể kể đến: cao su, vải, kim loại có độ nhám cao…

Nguyên lý làm việc của loại máy này như sau: Động cơ truyền momen và tốc độ quay thông qua hộp tốc độ đến bánh ma sát Bánh ma sát quay sẽ làm quay chi tiết nhờ lực ma sát xuất hiện trên vị trí, tiết diện tiếp xúc giữa bánh ma sát và rotor

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý dẫn động bằng bánh ma sát

DUT.LRCC

Dẫn động bằng bánh ma sát đạt được một số yêu cầu về tính hiệu quả và đơn giản của kết cấu, sử dụng hộp tốc độ để mở rộng khả năng công nghệ, tăng phạm vi cân bằng các chi tiết có tốc độ quay lúc làm việc lớn, các bánh ma sát dễ dàng được thay thế sau thời gian sử dụng dài hoặc có sự cố trong quá trình làm việc, do có kết cấu đơn giản nên chi phí chế tạo thấp, độ cứng vững hệ thông khá tốt Tuy nhiên, việc sử dụng lực ma sát là nhân tố trong truyền động dẫn đến hiệu suất truyền từ động từ động cơ đến chi tiết không cao, do trọng lượng của rotor phân bố không đều và không tập trung nhiều tại bánh ma sát nên lực ma sát sinh ra tại đây không được lớn nhất, bánh ma sát thường nhanh mòn do có hiện tượng trượt tương đối giữa bánh và chi tiết cân bằng

3.2.1.2 Truyền động bằng dây đai ma sát

Dẫn động bằng dây đai là phương thức dẫn động được xem là phổ biến nhất trên thị trường đối với các thiết bị cân bằng động cố định, đây là loại thiết bị sử dụng lực

ma sát để làm quay chi tiết thông qua dây đai

Nguyên lý làm việc của máy như sau: động cơ truyền momen xoắn và tốc độ quay đến hộp tốc độ, làm quay bánh đai có dây đai, dây đai sẽ làm quay chi tiết dựa trên lực

ma sát xuất hiện giữa mặt tiếp xúc giữa dây đai và chi tiết

Các dòng thiết bị cân bằng động sử dụng nguyên lý trên thường có các đặc điểm sau:

 Ưu điểm: Rất đơn giản, chi phí thấp, không cần các bộ truyền phụ, có thể dẫn động vô cấp tùy vào động cơ được sử dụng

 Nhược điểm: không điều chỉnh được tỉ số truyền, truyền được tải rất nhỏ, bị trượt đai mạnh, nhanh mòn đai

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý dẫn động chi tiết bằng dây đai

DUT.LRCC

2 - Dây đai ma sát truyền động

3.2.4 Kết luận phương án truyền động

Từ yêu cầu dẫn động cho chi tiết rotor, tải không yêu cầu momen lớn, yêu cầu điều chỉnh tốc độ theo nhiều tốc độ khác nhau, không yêu cầu chính xác về tỉ số truyền

Từ các yêu cầu trên, ta chọn phương án dẫn động làm quay rotor bằng dây đai ma sát

3.3 Lựa chọn động cơ

Trong tất cả các loại máy móc và thiết bị hiện đại, động cơ là phần cốt lõi không thể thiếu, không có nó máy móc gần như không thể hoạt động Hiện nay có rất nhiều loại động cơ khác nhau như: động cơ nhiệt, động cơ điện, động cơ thủy lực, động cơ khí nén… Nhưng động cơ điện được sử dụng nhiều và phổ biến nhất vì những ưu điểm của nó

3.3.1 Động cơ điện một chiều

Là loại máy điện biến đổi năng lượng của dòng điện một chiều thành năng lượng

cơ năng Tùy thuộc vào cách kích từ có thể phân chia thành các loại như: loại kích từ độc lập, loại kích từ song song, loại kích từ nối tiếp, loại kích từ hỗn hơp Có thể phân chia theo loại động cơ có chổi than và loại không có chổi than

Loại động cơ này có các đặc tính như sau:

 Ưu điểm: có thể điều chỉnh êm tốc độ trong một phạm vi rộng từ 3:1 đến 4:1

Khi dùng hệ thống máy phát – động cơ thì phạm vi điều chỉnh có thể lên tới 100:1 Ngoài ra động cơ 1 chiều đảm bảo khởi động êm, hãm và đổi chiều dễ dàng

 Nhược điểm: Động cơ điện một chiều đắt, khối lượng sửa chữa lớn, mau hỏng hơn động cơ điện xoay chiều và phải tăng thêm vốn đầu tư để đặt các thiết bị chỉnh lưu

DUT.LRCC

Hình 3.5 Động cơ điện một chiều Ứng dụng: đƣợc sử dụng rộng rãi trong các thiết bị vận chuyển bằng điện, thang máy, máy trục…

3.3.2 Động cơ điện xoay chiều

Là loại máy điện biến đổi năng lƣợng điện thành năng lƣợng cơ, nó là loại động cơ phổ biến nhất do kết cấu đơn giản, sử dụng dòng điện xoay chiều phổ biến có nhiều loại động cơ điện xoay chiều khác nhau tùy thuộc vào cách phân chia, theo cách mắc

có loai động cơ 1 pha và loại 3 pha, theo tốc độ thì có loại đồng bộ và loại không đồng

bộ

Đặc điểm của các động cơ xoay chiều đƣợc liệt kê nhƣ sau:

 Ƣu điểm:

- Ít phải bảo dƣỡng do không có chổi góp

- Kết cấu bền vững, đơn giản

- Khả năng chịu tải tốt nhờ cơ cấu bảo vệ

- Giá thấp hơn sơ với truyền động bằng động cơ 1 chiều

- Khả năng điều chỉnh tốc độ đa dạng

 Nhƣợc điểm:

- Luôn vận hành gắn với mạch xoay chiều có sẵn

- Cấu trúc điều khiển phức tạp

- Điều chỉnh tốc độ khó đạt độ mịn

DUT.LRCC

Hình 3.6 Động cơ điện xoay chiều

3.3.3 Động cơ xoay chiều có sử dụng bộ biến tần

Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động

cơ và thông qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp, không cần dùng đến các hộp số cơ khí Biến tần thường dùng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần

tự các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay làm quay rotor

Nguyên lý làm việc của biến tần: đầu tiên nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Điện áp 1 chiều được biến đổi nghịch lưu thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng Công đoạn này được thực hiện thông qua hệ IGBT (Transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM)

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ biến tần

DUT.LRCC