Nghiên cứu thiết kế ổ đệm khí ứng dụng cho máy đo tọa độ ba chiều

Ưu điểm của ổ đệm khí là ma sát bằng không, độ mài mòn hầu như không tồn tại, không phát sinh nhiệt trong quá trình làm việc, không có dầu bôi trơn trong quá trình hoạt động , đồng thời

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

LÊ BỬU KHƯƠNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ Ổ ĐỆM KHÍ ỨNG DỤNG CHO

MÁY ĐO TỌA ĐỘ BA CHIỀU

Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học :

………

Cán bộ chấm nhận xét 1 : ………

Cán bộ chấm nhận xét 2 : ………

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 07 tháng 01 năm 2009 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1 ………

2 ………

3 ………

4 ………

5 ………

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên

ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

Tp HCM, ngày tháng năm

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: LÊ BỬU KHƯƠNG Phái nam: Nam Ngày, tháng, năm sinh : 11/01/1979 Nơi sinh : Tỉnh Thừa Thiên Huế Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy MSHV : 00406733

I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ Ổ ĐỆM KHÍ ỨNG DỤNG CHO MÁY ĐO TẠO ĐỘ BA CHIỀU II- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

– Trình bày tổng quan về ổ đệm khí

– Nghiên cứu cơ sở lý thuyết giải quyết bài toán động cho ổ đệm khí

– Tính toán và thiết kế ổ đệm khí cho máy đo ba chiều CMM

– Xây dựng mô hình và tiến hành thực nghiệm

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : ngày 21 tháng 01 năm 2008 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :

V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS.THÁI THỊ THU HÀ

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày tháng năm 2008 TRƯỞNG PHÒNG ĐT-SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH

Xin chân thành cám ơn bố mẹ, anh chị em trong gia đình và bạn bè, đồng nghiệp, cám ơn Công ty Nhựa Duy Tân đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, hổ trợ, động viên giúp đỡ em hoàn thành tốt luận văn

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Ngày nay hệ thống dẫn động sử dụng ổ đệm khí thay cho các hệ thống trượt trong các máy yêu cầu có độ chính xác cao Ưu điểm của ổ đệm khí là ma sát bằng không, độ mài mòn hầu như không tồn tại, không phát sinh nhiệt trong quá trình làm việc, không có dầu bôi trơn trong quá trình hoạt động , đồng thời ổ đệm khí lại không gây ô nhiễm môi trường nên đây là một thuận lợi rất lớn cho người thiết kế máy

Công việc nghiên cứu xuất phát từ yêu cầu ngày càng cao đối với các máy gia công chính xác, từ yêu cầu thực tiển Tham khảo một số tài liệu từ trong nước và nước ngoài về ổ đệm khí, từ đó luận văn có nội dung như sau

Chương 1 :Tìm hiểu về vai trò của ổ đệm khí đối với các máy gia công chính xác, máy chuyển động với tốc độ cao, đồng thời tìm hiểu thêm về ưu nhược điểm của ổ đệm khí

Chương 2 :Nghiên cứu cơ sở lý thuyết giải quyết bài toán động cho ổ đệm khí, tìm hiểu một số loại ổ đệm khí, vật liệu và các thông số ảnh hưởng tới độ ổn định của ổ đệm khí trong quá trình hoạt động

Chương 3 : Tính toán ,thiết kế ổ đệm khí cho máy đo ba chiều CMM, tìm hiểu nguyên lý hoạt động máy CMM để tính toán, lựa chọn và bố trí ổ đệm khí thích hợp

Chương 4 : Xây dựng mô hình, chế tạo và tiến hành thực nghiệm, kiểm nghiệm thực tế ổ đệm khí bằng mô hình để từ đó đánh giá chính xác hơn các thông

số lý thuyết và thông số đo được trên mô hình

Kết quả luận văn nghiên cứu ổ đệm khí là thiết kế mô hình thực nghiệm, tạo tiền đề cho việc ứng dụng vào thực tế sau này

SUMMARY

Nowaday, drive mechanism is used air bearing to replace for slide mechanism in high precision machine The main advantage of air bearing are zero friction, zero wear, don’t generate temperature in the motion and air bearing don’t cause pollution so this is big advantages for machine designers

The study derives from needs more and more precision machine high required, from practical required Reference from foreign and Viet Nam documents about air bearing, following contents has been carried in the thesis

Chapter 1: Researching the role of air bearing in high precision machines, and researchs advantages ,disadvantages of air bearing

Chapter 2: Researching theory fundamental to solve dynamic problems, research some type of air bearing, materials and some parameters effects to stable of air bearing in the motion

Chapter 3 : To calculate, to design air bearing for Coordinate Machine Measuring(CMM), research CMM operation principles Hence, to calculate, choose and arrange air bearing

Chapter 4 Setting model and to carry out experimental, practical test air bearing by the model Hence, to evaluate more exactly theory parameter and measuring parameter in the model

The result of research in the thesis is: design the experimantal model, to create the major predicate for practical application in future

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ Ổ ĐỆM KHÍ ỨNG DỤNG CHO MÁY ĐO

TỌA ĐỘ BA CHIỀU

Nội dung T rang

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ Ổ ĐỆM KHÍ ……….8

CHƯỜNG 2 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIẢI QUYẾT BÀI

TOÁN ĐỘNG CHO Ổ ĐỆM KHÍ ……… 18

2.1 Khái niệm và phân loại ổ đệm khí ……… 18

2.2 Các loại ổ đệm khí ……….19

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của ổ đệm khí ………… 30

2.4 Thiết kế ổ đệm khí nhiều lỗ khí bố trí hình tròn ……….60

2.5 Thiết kế ổ đệm khí một lỗ khí ……… 63

2.6 Thiết kế ổ đệm khí dạng hình chữ nhật ……… 66

2.7 Thông số thiết kế ổ đệm khí dạng chữ nhật ……… 67

2.8 Ổ đệm khí đối xứng ……… 70

2.9 Ổ trượt lỗ khí cân bằng ………72

2.10 Chọn lựa vật liệu và thiết kế hệ thống hơi……… 79

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ Ổ ĐỆM KHÍ CHO MÁY ĐO BA CHIỀU CMM ……… 87

3.1 Mô hình hóa việc dẫn hướng tuyến tính của ổ đệm khí ………87

3.2 Tính các ổ đệm khí cho máy đo ba chiều CMM ……… 95

CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM

4.1 Xây dựng mô hình thực nghiệm………120

4.1.1 Tính toán thiết kế ổ đệm khí tròn dạng một lỗ khí……… 122

4.1.2 Tính toán thiết kế ổ đệm khí với nhiều lỗ khí bố trí hình tròn 126

4.2 Tiến hành thực nghiệm ………133

4.2.1 Thiết lập mô hình thực nghiệm thực tế ………133

4.2.2 Các bước tiến hành thực nghiệm ……….133

4.2.3 Áp suất không đổi, tải trọng thay đổi ……… 134

4.2.4 Áp suất thay đổi, tải trọng không đổi ……… 134

4.2.5 Biểu đồ thể hiện hiện mối liên hệ giữa khả năng tải trọng(W) và khe hở (h0) ……….135

4.2.6 Biểu đồ thể hiện hiện mối liên hệ độ cứng vửng (K) và khe hở(h0) khi áp suất 5 bar và 6 bar ……… 136

4.2.7 Kết luận………137

KẾT LUẬN 1 Những vấn đề đạt được ……… 138

2 Hướng phát triển trong tương lai ……….139

PHỤ LỤC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LUẬN VĂN

Để thích ứng với yêu cầu ngày càng cao của thị trường đối với các loại máy gia công chính xác, các loại máy CNC gia công tốc độ cao, máy đo ba chiều…, xu thế tự động hóa sản xuất ngày nay đòi hỏi máy móc gia công phải ổn định, chính xác… Vì vậy các bộ phận của máy gia công đòi hỏi có độ chính xác cao, trong đó không thể không kể đến ổ đệm khí (Air Bearing)

Kỹ thuật bạc đạn đại diện cho thời kỳ đầu ngành cơ khí, bạc đạn phát triển trong thế kỷ trước làm cuộc cách mạng cải tiến ổ trượt đã có từ lâu và ổ trượt có những giới hạn trong việc ứng dụng như là môtơ điện hay bánh xe hơi Tương tự như vậy bạc đạn ngày nay có những giới hạn về kỹ thuật trong việc ứng dụng như sản xuất bán dẫn, scan có độ phân giải cao, máy gia công tốc độ cao…

Từ những yêu cấu kỹ thuật đặt ra, sự ra đời ổ đệm khí là điều tất yếu, ổ đệm khí đại diện cho thế hệ tiếp theo trong việc thiết kế bạc đạn Ổ đệm khí có những chứng minh kết quả tối ưu trong việc ứng dụng vào máy đo ba chiều CMM trong 20 năm qua Một số tiến bộ của ổ đệm khí như là ma sát bằng không, độ mài mòn, chuyển động tốc độ cao và khả năng có độ chính xác cao, đồng thời không có dầu bôi trơn trong quá trình hoạt động(không giống như ổ bi hay ổ lăn phải có dầu bôi trơn) là một thuận lợi rất lớn cho người thiết kế máy Tuy nhiên những lợi ích đó ngày nay đã không được ứng dụng nhiều bởi vì ổ đệm khí rất khó gia công và không được thương mại hoá cho tới gần đây

1.1 Sơ lược về quá trình hình thành và phát triển ổ đệm khí

Một ổ đệm khí là một trong những loại ổ đệm khí mà ở đó khí như là một chất bôi trơn Cũng như các chất bôi trơn của các ổ đệm, nó phục vụ cho hai mục đích: một là hổ trợ tải trọng ngoài, hai là bôi trơn cho hai bề mặt Trong nguyên tắc này, khả năng chịu lực của ổ đệm khí có thể cung cấp bởi nhiều hiện tượng vật lý như là bởi áp lực bên ngoài, liên hệ đến chuyển động trượt, chuyển động nén, hiệu

nhiệt Ổ đệm khí nén ngoài thường hay sử dụng trong lĩnh vực cơ khí chính xác Trong phần này với sự bôi trơn bằng khí, sự liên quan đến chuyển động qua những khe hở được bù bởi hiệu ứng nén trong lớp màng, bởi hiệu ứng giới hạn trong khe

hở ổ đệm và các bộ phận điều tiết vào Nghiên cứu đầu tiên về ổ đệm khí là quá trình thực nghiệm về dòng khí giữa hai bề mặt song song[ Willis, 1828], Hai mươi sáu năm trước, Him[Him, 1854] đã trình bày rõ hơn đó là khí có thể được sử dụng như là chất bôi trơn, nhưng kỹ thuật về ổ đệm khí bị giới hạn bởi trình độ kỹ thuật

cơ bản lúc bấy giờ Điều quan trọng là sự đột phá về lý thuyết là sự bắt nguồn của phương trình áp suất cho màng không khí mỏng [Reynolds, 1886] Hơn thế, với sự tiến bộ vượt bậc của công nghiệp, ổ đệm màng khí bắt đầu xuất hiện trong máy móc Thực tế sử dụng ổ đệm khí không xuất hiện cho tới khi W.H.Wood [Wood, 1890] phát minh ra hệ thống cân bằng đối trọng sử dụng khí Ứng dụng sớm nhất cho hệ thống đo lường đã thực hiện tại NPL(National Physics Laboratory, UK) trong những năm 1930 Tuy nhiên ổ đệm khí (cách nói tổng quát cho tất cả các lọai

ổ đệm khí) đã không được nêu lên hêt các nguy cơ có thể xảy ra cho tới năm 1959 Hội nghị khoa học về ổ đệm khí đầu tiên của thế giới được khai mạc [Fuller, 1959]

Vì thế ổ đệm khí đã được ứng dụng trong các lĩnh vực cơ khí

Trong lĩnh vực cơ khí chính xác, ổ đệm khí đã được phổ biến bởi vì nó cung cấp các giải pháp tối ưu hơn các ổ đệm kiểu khác

Hình 1.1 Một dạng ổ đệm khí

1.2 Các ứng dụng :

Các ứng dụng ổ đệm khí cĩ thể tìm thấy trong các lĩnh vực cơ khí, đặc biệt

là trong lĩnh vực cơ khí chính xác, ổ đệm khí hay nĩi chính xác hơn khí đã bơi trơn các phần tử, là vấn đề chính sử dụng cho bốn mục đích, những hổ trợ về chuyển động(bao gồm ổ đỡ và bạc đạn dọc trục, trục vít, rãnh dẫn và vít me), các bộ dẫn động, phốt, vịng liên kết, được mơ tả như sau :

Hình 1.2 Dạng ổ đệm khí của trục khoan PCB Một số ví dụ thực tế cĩ thể ứng dụng một số máy như sau :

• Trong hệ thống đo lường :

- Máy đo ba chiều (CMM)

- Máy đo độ nhám và máy đo độ trịn

- Hệ thống đo moment xoắn

Ổ đệm khí chặn

Ổ đệm khí trượt

Nguồn cung cấp khí nén

• Các hệ thống khắc

- Các thiết bị chiếu sáng quang học

- Các thiết bị chép mẫu và thiết bị điều tra

- Các máy móc đánh bóng và cắt gọn sóng cho Silicon

• Cho các mục đích thiên văn học

- Giao thoa kế

- Hồi chuyển kế

• Các động cơ máy móc

- Động cơ khí nén

- Máy thổi bôi trơn hơi nước

1.2.1 Máy móc cho công nghệ in ấn:

Nó bao gồm máy cho việc tính tóan trong CTP vào máy scan có độ phân giải cao trong trong công nghiệp in ấn Những máy này dùng đầu quang học quay với tốc độ cao di chuyển xuống trọng tâm ống mực Đầu chiếu laser thì phản chiếu ngược lại đầu quang học và đi thẳng tới đường kính bên trong của ống mực Ổ đệm khí là phần quang trọng của trục quay và dịch chuyển vừa quay xuống trọng tâm của dẫn hướng Ăn khớp và sai lệch được phóng đại bởi khỏang cách từ đầu quang học tới bề mặt bên trong của ống mực Theo nguyên tắc Abbe ổ đệm khí được sử dụng trong việc ăn khớp và sai lệch là nhỏ nhất mà kết quả là có những dải màu không như thực tế trong hình ảnh

1.2.2 Máy đo ba chiều CMM

Hầu hết máy đo ba chiều CMM được thiết kế dùng ổ đệm khí bởi vì nó cho phép có độ chính xác rất lớn bởi vì ổ đệm khí phần đệm thực trên màng áp suất mỏng là không khí thì không có tiếp xúc vật lý Nó có ý nghĩa là chỉ các dịch chuyển của các phần tử gây ra ma sát Các hệ số động học và tĩnh học của ma sát tại điểm khởi động là đồng nhất và không có ảnh hường sự gián đọan Đây là giảm

vì ổ đệm khí là được lặp đi lặp lại nhiều lần và nhẹ nhàng hơn nhiều so với việc khắc phục lỗi ổ bi Trong cơ học, cho phép độ chính xác là vô cùng

1.2.3 Các thiết bị kiển tra

Các máy kiểm tra lực căng và ma sát có thể bị ảnh hưởng ma sát trong ổ bi Lớp phủ ổ bi có thể cũng là kết quả không phù hợp với quá trình kiểm tra Với lý do khác, một số máy kiểm tra ma sát chính xác sử dụng ổ đệm khí để lọai tiếp xúc ma sát cơ học Một số máy kiểm tra yêu cầu kiểm sóat lực chính xác Sự lọai trừ ma sát tăng độ chính xác cho thiết bị Kiểm tra độ bền mõi thường hay gây ra ăn mòn

ma sát trong ổ bi Với chuyển động không tiếp xúc, ổ đệm khí là không nhạy với ứng dụng tần số cao trong dịch chuyển ngắn

1.2.4 Các thiết bị chuyển động tốc độ cao

Một số máy được thiết kế ngày nay có các chi tiết mà chu kỳ chuyển động lập đi lập lại rất nhiều lần, cả tỷ lần trên một năm Vấn đề ở đây không phải là lý do

để kiểm tra tuổi thọ của máy, mà phần thay thế khác là chuyển kiểu ăn mòn bằng cách thay ổ bi bằng ổ đệm khí Trong ổ đệm khí tốc độ và khoảng cách dịch chuyển

ổ đệm không ảnh hưởng độ mài mòn Cách mài mòn trong ổ đệm khí là ăn mòn, vì vậy lưu lượng không khí riêng đi vào là nhân tố xác định thời gian ổ đệm dùng trong bao lâu Hay giả dụ rằng không khí bẩn được sử dụng thì việc tính tóan chu

kỳ sử dụng ổ đệm khí là được đo không kể thời gian của chuyển động tại một tỷ chu kỳ một năm hay phần dư cố định

1.2.5 Máy dụng cụ có độ chính xác cao

Một số máy có độ chính xác cao trên thế sử dụng ổ đệm khí Hệ số ma sát tĩnh bằng không cho phép chuyển động không đối xứng trong suốt giai đọan ngược trong ứng dụng chạy biên dạng Điều kiện vận tốc chính xác và giới hạn sự nhiễu trong giai đọan chuyển động cho phép tiện những bề mặt chất lượng cao mà được

1.3 Những thuận lợi và giới hạn:

Bởi vì bạc dẫn được sử dụng như là chất bôi trơn, ổ đệm khí có những phân biệt các đặc tính sau :

Ma sát thấp và gần như không đổi, bởi vì bạc dẫn có giá trị độ nhớt thấp và cảm nhận về thay đổi nhiệt độ và áp suất là rất ít Hệ số ma sát của ổ đệm khí là thấp và gần như không đổi, giảm môment ma sát dư từ 6Æ10 của bạc đạn bi thông thường được thực hiện trong động lực kế đã sử dụng giá đỡ phụ trợ của hồi chuyển dẫn hướng cho các phương tiện phóng tên lửa

¾ Không có tiếp xúc kim lọai trong quá trình họat động Có được điều này bởi vì lớp không khí mỏng chia đều đến hai bề mặt ổ đệm mà những điều này làm cho ổ đệm có mức độ mài mòn nhỏ và tiếng ồn động học nhỏ nhất

¾ Có độ chính xác cao và tuổi thọ độ chính xác dài Sự phân phối áp suất khí ảnh hưởng trung bình cho các sai sót bề mặt ổ đệm ví dụ như độ nhám trục Vì thế xác định trục có độ chính xác cao dễ thực hiện

¾ Phạm vi nhiệt độ làm việc rộng :Các ứng dụng bôi trơn nhiệt độ cao, nhiệt

độ làm việc của ổ đệm khí được giới hạn bởi các chi tiết máy Tuy nhiên ,nhiệt độ thấp ở đọan cuối, tỷ lệ nhiệt độ của ổ đệm khí có thể trở thành

hạn phân tán tại giai đọan cuối phía trên trong phạm vi nhiệt độ sử dụng

¾ Thân thiện với môi trường: Các bạc dẫn sử dụng khí nén thì tương tự như ở giữa môi trường ví dụ như không khí trong các nhà xưởng, trong phòng đo kiểm , vì thế nó không gây ô nhiễm môi trường

¾ Nét nổi bậc của vi dịch chuyển : Mặc dù nó không tách biệt, nó được sử dụng khá nhiều trong các ứng dụng chính xác Sự khác nhau của áp suất cung cấp trong hai hướng đối ngược nhau được sử dụng để điều chỉnh một

vị trí quay Chẳng hạn như nó được sử dụng như một bộ dẫn động cho vị trí cơ học có độ chính xác cao [Kanai và Miyashita, 1983] và cho hệ thống kiểm tra lỗi chuyển động [Shimokobe et al ,1986]

¾ Có một số điều kiện làm việc theo yêu cầu đặc tính ổ đệm khí, những đặc tính của các điều kiện phụ thuộc yêu cầu máy móc Tổng quát hơn , những điều kiện kèm theo là cốt yêu:

ƒ Cung cấp liên tục khí nén với áp sụất ổn định, lọc bụi bẩn, dầu, nước

và các lọai nguy hiểm khác

ƒ Bề mặt ổ đệm phải chuẩn bị cẩn thận với độ nhấp nhô và độ nhám chấp nhận được

ƒ Sự lựa chọn thích hợp của hệ số giản nở nhiệt vật liệu ổ đệm khí trong một số trường hợp như chuyển động tốc độ cao hay những thay đổi lớn của nhiệt độ môi trường

ƒ Thiết kế các chuyển động cơ học phải đúng với tính ổn định đồng bộ

và khả năng tự hiệu chỉnh

ƒ Quan tâm đến nhiệt độ khí và thay đổi nhiệt qua quy trình giới hạn

Hình 1.3 Biểu đồ so sánh hiệu suất và chi phí khi chế tạo ổ đệm khí

(New Way Precision[5])

Hình 1.4 Biểu đồ so sánh hệ số ma sát các loại ổ(Ồ trượt, Ổ bi, ổ đệm khí)

(New Way Precision[5])

1.4 Phạm vi nghiên cứu hiện tại

Sự phát triển của ổ đệm khí theo xu hướng tiến bộ kỹ thuật Với sự phát triển vượt bậc của máy móc chính xác Ổ đệm khí đã cung cấp các giải pháp tốt hơn ,nhưng còn một số giới hạn như sau:

• Độ chính xác và mô hình hóa chính xác việc giới hạn lưu lượng

• Nghiên cứu chi tiết trong việc giới hạn điều khiển điện tử

• Sự diễn biến nhất thời

• Rất nhiều chủ đề khác nhau liên quan tới việc ứng dụng kỹ thuật chính xác Khi thiết kế hệ thống ổ đệm khí ứng dụng cho máy chính xác ta cần quan tâm tới những vấn đề sau:

9 Ảnh hưởng của biên dạng khe hở tới hiệu quả ổ đệm khí

9 Những ảnh hưởng của độ nghiêng của vỏ ổ đệm đến hiệu quả làm việc của ổ đệm

9 Ảnh hưởng của những hư hỏng bề mặt đến hiệu quả ổ đệm khí

9 Sự tụt nhiệt độ trong ổ đệm khí ở điều kiện chuẩn dừng

9 Tối ưu nhiều ổ đệm khí trong hệ thống cơ học

9 Sử dụng đặc tính giảm chấn ổ đệm khí trong thiết kế

9 Ảnh hưởng của vận tốc chuyển động

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN

ĐỘNG CHO Ổ ĐỆM KHÍ

2.1- Khái niệm và phân loại ổ đệm khí:

Ổ đệm khí là ổ bi không tiếp xúc, ổ đệm khí dùng một lớp mỏng áp suất không khí để cung cấp cho bề mặt tiếp xúc có khả năng chịu tải với 'masát bằng không' giữa các bề mặt với nhau Việc không tiếp xúc này hổ trợ cho ổ đệm khí tránh những vấn

đề gặp phải của ổ đệm truyền thống như không có ma sát, độ mài mòn, chất bôi trơn,

và có những thuận lợi trong việc ứng dụng các vị trí chính xác, chuyển động với tốc

có giới hạn thì chiều cao nâng sẽ rất cao, lượng khí tiêu thụ sẽ cao và độ ổn định sẽ thấp hơn khi thực hiện có giới hạn Việc giới hạn này được tìm kiếm như là độ bù ổ đệm khí Nó được sử dụng để tối ưu hóa ổ đệm với mong muốn về độ nâng, tải trọng,

độ cứng vững cho những ứng dụng quan trọng

Bulong hiệu Giá đỡ phần

động lực học thường hay được biết như ổ đệm lá hay ổ đệm tự động Ví dụ các loại ổ đệm bao gồm đĩa ghi, các trục khủy, cam, ổ chặn trong turbine máy phát điện

2.2.2 Ổ đệm khí tĩnh học:

Ổ đệm khí tĩnh học yêu cầu nguồn áp suất khơng khí bên ngồi Đây lá áp

suất được đưa vào giữa các bề mặt ổ đệm khí bởi các lỗ chính xác, rãnh, các bước

hay lỗ khí dạng xốp Bởi vì ổ dệm khí tĩnh học cĩ một nguồn áp suất khơng khí mà

nĩ cĩ thể duy trì khe hở trong việc thiếu mối liên hệ chuyển động giữa các bề mặt ổ

đệm

ƒ Kỹ thuật lỗ khí và màng lỗ khơng khí (dạng xốp)

Ổ đệm khí được phân loại như lỗ khí hay màng lỗ khơng khí (dạng xốp) Trong loại lỗ khí thì áp suất khơng khí được cung cấp cho bề mặt ổ đệm qua một số lượng lỗ nhỏ chính xác Khái niệm này tương tự như trị chơi bàn

lỗ hơi hockey nhưng với những lỗ trong mặt cĩ nhiều nếp nhăn hơn bàn hockey Ổ đệm màng lỗ khơng khí cĩ một ít khác biệt là nguồn khơng khí được cung cấp qua hồn tồn bề mặt ổ đệm khí (Hình 2.2) Lớp vật liệu màng

lỗ khơng khí cũng như dạng lỗ khí nếu nĩ cĩ hàng triệu lỗ nhỏ qua bề mặt

Sự hiệu chỉnh lỗ khí với những kích thước chính xác được đặt tại vị trí quan trọng trong ổ đệm và thường hay kết hợp với rãnh để phân bố áp suất khơng khí cân bằng khi qua bề mặt ổ đệm Tuy nhiên, nếu bề mặt ổ đệm trở nên bị sướt qua rãnh gần lỗ hơi thì thể tích khơng khí thốt ra ngồi nhiều hơn

lỗ khí cung cấp, lý do để ổ đệm bị hư với áp suất cung cấp vuơng gĩc, hơn thế với số lượng nhỏ lỗ hơi của ổ đệm khí chuẩn Ổ đệm màng lỗ khơng khí (dạng xốp) điều khiển lưu lượng qua tồn bộ bề mặt hàng triệu lỗ trong tấm vật liệu dạng xốp, bởi vì khá khĩ khăn khi bị bịt kín và sẽ tiếp tục nâng ngay sau khi bị sướt nặng Với những họat động bình thường, khơng khí trong lỗ khí giảm áp suất và tạo ra độ chênh lệch áp suất trong khe hở khơng khí ngay

khi nĩ được mở rộng từ lỗ hơi hay rãnh Nĩ khơng được cung cấp màng lỗ khơng khí (dạng xốp) nơi mà áp suất khơng khí giữ lại hầu hết qua tịan bộ bề mặt màng lỗ khơng khí (dạng xốp) Carbon đã được tìm ra là một trong những loại vật liệu tốt nhất, là ý tưởng cung cấp áp suất đồng bộ qua bề mặt ổ đệm khí trong khi tự động giới hạn và giảm chấn dịng chảy khơng khí tại cùng thời điểm Bề mặt carbon cũng cung cấp bảo vệ bề mặt tốt hơn nếu khơng khí cung cấp là khơng đúng và cho phép ổ đệm di chuyển trong quá trình khơng khí cung cấp liên tục khơng cĩ giảm chấn hổ trợ bề mặt

Hình 2.2 Ổ đệm màng khí(dạng xốp )

Hình 2.3 Các biên dạng áp suất của Ổ đệm khí

ƒ Nâng lên(Lift-off) và hạ xuống(collapse)

Khi ở trên mặt phẳng, ổ đệm khí dạng lỗ khí phẳng chỉ có phần diện tích lỗ khí (và việc phấn phối khí qua rãnh) có sẵn để thiết lập lực nâng ban đầu Giới hạn này khả năng của ổ đệm dự tải Ổ đệm màng khí(dạng xốp) cung cấp áp suất qua toàn bề mặt , đều trên mặt phẳng

có rãnh dẫn phân phối

Ổ đệm khí một lỗ khí không giới hạn đơn Lỗ vào không khí

với chiều sâu và chiều rộng của sự giới hạn cung cấp rãnh dẫn

Ổ đệm khí dạng xốp với hạng triệu lỗ khí

và khe hở khác nhỏ hơn thì tình huống này không ổn định được tạo ra nơi mà dòng giảm áp nhanh chóng theo dòng chảy(khe hở lớn ) và vùng còn lại không còn áp suất (khe hở nhỏ) Đối với ổ đệm màng khí(dạng xốp) thì trái lại tiếp tục có áp suất phân bố vùng khe hở nhỏ Do vậy độ cứng vững và khả năng độ nghiêng moment rất cao

Khi ở trên mặt phẳng, chỉ vùng diện tích của lỗ khí và rãnh dẫn phân bố không khí để tạo lực nâng Một khe hở là cần thiết để tạo ra dòng chảy

để phân bố áp sụất

Khi ở trên mặt phẳng, hàng triệu khe hở qua

bề mặt làm cho tòan

bộ bề mặt đóng góp cho việc tạo ra lực nâng không có khe hở hay dòng chảy,

™ Bạc lót hơi (Air Bushing):

Là phương pháp ít tốn kém nhất trong tất cả các kỹ thuật ổ đệm khi, nó được thiết kế đúng tiêu chuẩn kích thước trục và có thể thay thế trực tiếp bạc

thường

™ Ổ đệm chịu tải chân không(Vacuum preload Bearing-VPLs)

VPLs tương tự như ổ đệm phẳng nhưng thường hay sử dụng chân không để cung cấp tải trọng trước của ổ đệm chống lại mặt dẫn hướng

™ Ổ đệm khí trượt (Air Bearing slide)

Ổ đệm khí trượt là hoàn thiện lắp ráp phần trượt mà sử dụng tấm bạc mỏng ổ đệm kỹ thuật khí tích hợp với phần trượt ổ đệm khí

™ Ổ đệm hướng kính(Radial Bearing)

Ứng dụng cho ổ đệm quay lớn và cho thấy những thuận lợi như : Không ma sát, không mài mòn, không bôi trơn, và không ồn…

bearing(pucks))

Bạc lót hơi (Air Bushing)

Ổ đệm chịu tải chân không(Vacuum preload Bearing-VPLs)

Nhiều ổ đệm khí kết hợp với nhau(air stages)

Chi phí

Đây là loại ổ đệm khí thường dùng, chi phí ổ đệm thấp, kết cấu không quá cao

và phần dẫn hướng thường

là đắt nhất trong các bộ phận Số lượng ổ đệm khí có thể thêm vào tùy thuộc vào các ứng dụng khác nhau

Đây là hệ thống ổ đệm khí

ít tốn kém nhất, Trục tròn là có sẵn, chỉ có ba chi tiết bạc là yêu cầu cố định

bộ phận trục đơn của chuyển động

Sử dụng VPLs trên một mặt phẳng đơn

có thể cung cấp chuyển động X

và Y, tiết kiệm chi phí Tuy nhiên, VPLs đắt hơn ổ đệm phẳng khi nó phức tạp và lớn hơn VPLs có thể linh động trong việc lắp ráp, phần có

Đối với dạng này có chi phí khá đắt

thể tăng thêm chi phí VPLs

có thể liên kết vào vị trí với việc tăng lên nhiều lần ổ đệm như vậy để giảm chi phí lắp ghép

Lắp ghép

Lắp ráp đơn giản, chi phí lắp ráp thấp

Linh họat trong việc lắp bằng đai ốc

Lắp ráp đơn giản, Vòng"O" tự định tâm

Hệ thống VPLs yêu cầu lắp ráp cẩn thận Các thiết

kế ở vị thí uốn cong là dễ gãy

Việc lắp ráp không yêu cầu

Độ chính

xác

Chiều dài chuyển động là phụ thuộc vào

độ chính xác của phần dẫn hướng Khi chịu tải bởi một

ổ đệm đối xứng thì đảm bảo tính

ổn định Trong

Với phần chuyển động tròn có thể thực hiện độ chính xác cao, đặc biệt khi hành trình được giới hạn nhỏ hơn 6"

Hầu hết bạc lót hơi sử dụng nơi

Bởi vì VPLs có thể được sắp xếp

độ chính xác động học Độ chính xác cao nhất là có thể, tất nhiên là các nguyên tắc cơ khí cũng cần

Bởi vì ổ đệm khí kết hợp với nhau có thể

có nhiều dịên tích bề mặt ổ đệm và khoảng cách ngắn hơn giữa tải có ích

và phần dẫn hướng Nó có

một số trường hợp, lỗi trong phần dẫn hướng

có thể được tiêu chuẩn

mà yêu cầu độ láng, tốc độ cao hay ma sát thấp

thiết tuân thủ theo việc thực hiện độ chính xác cao này

độ cứng vững cao hơn và ít gây ra sai số góc nghiêng bởi khối lượng trục dẫn hướng mất

Trong hầu hết các trường hợp ảnh hưởng

độ uốn cong hay màng mỏng của kết cấu ảnh hưởng đến độ cứng vững

Ngay khi đọan cuối bạc dẫn hướng trên trục, độ uốn cong của trục là thường giới hạn

độ cứng vững

hệ thống Ghép vòng"O" cũng giới hạn độ cứng vững Một phương pháp bao bọc bên ngoài đơn giản

có thể lắp ghép phù hợp Trạng thái cứng vững

có thể xây dựng lại với hành

VPLs có

sự biến đổi độ cứng vững Độ cứng vững hệ thống thường gới hạn bởi lắp ghép cong vênh Tiêu chuẩn VPLs là

sử dụng gia tốc chậm, độ chính xác cao nơi mà

sự ràng buộc được dùng để

có những thuận lợi Nhiều hệ thống tự động với khả năng tải trọng cao và độ

Nhiều loại ổ đệm khí kết hợp với nhau(air stages)

có thể có độ ổn định cao cao hơn

trình ngắn cứng vững có

thể được chế tạo bằng cách

sử dụng VPLs

Khả năng

tải trọng

Ổ đệm khí có khả năng tải trọng cao nhất

Bạc lót hơi có giới hạn

về khả năng tải trọng, Ghép vòng"O" có thể sắp xếp thành từng bộ với nhau để tăng độ cứng vững

Các bộ phận lắp ghép cong vênh VPLs có giới hạn về tải trọng, lớn hơn, kết hợp VPLs có thể có độ cứng vững cao hơn

Nhiều loại ổ đệm khí kết hợp với nhau(air stages)

có thể có khả năng tải trọng cao hơn

Hệ thống

ống dẫn

hơi

Hệ thống đường hơi khá đơn giản, một đường hơi tới một hệ thống phân phôi một trục, các ổ đệm

sẽ nhân khí từ

đó

Bạc lót hơi có thể kết hợp nhiều ổ đệm với nhau nên hệ thống hơi cũng đơn giản hơn

Ống thứ hai dùng cho chân không, ống chân không nên có đường kính ống lớn hơn để dẫn tốt hơn

Nhiều loại ổ đệm khí kết hợp với nhau(air

stages)có hệ thống ống hơi đơn giản nhất

Nó chỉ yêu cầu một đường hơi

Bảng 2.2 Ảnh hưởng của môi trường lên đặc tính ổ đệm khí

Môi trường Ảnh hưởng lên đặc tính ổ đệm khí

Bụi Giới hạn bụi khô, lau sạch bụi bẩn trên phần dẫn hướng Quan

tâm tới việc vệ sinh, không nên để bụi bám cuối hành trình trên thanh dẫn Xem xét góc nghiêng để giảm bớt ảnh hưởng

Dầu Để dầu dính trên thanh dẫn hướng nên tránh, dầu sẽ bịt kín khe

hở, không lắp ráp được, lau chùi và có khả năng thay mới ổ đệm khí

Nước Để nước dính trên thanh dẫn hướng nên tránh, nước sẽ bịt kín khe

hở, lau khô và làm sạch phần dẫn hướng Không khí khô đến ổ đệm khí

sẽ được đưa trở lại đặc tính ban đầu, sự ăn mòn hay mài mòn trên phần dẫn hướng một phần xuất phát từ nước

Nhiệt độ Ổ đệm khí được thiết kế để họat động tại nhiệt độ phòng Nhiệt

độ dao động từ +/- là chấp nhận cho các loại ổ đệm Đối với ổ đệm loại lớn thì thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng rất nhiều, chú ý ảnh hưởng biến dạng dẽo tới cấu trúc

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của ổ đệm khí:

Ngày nay nhiều loại máy móc sử dụng ổ đệm khí Các bộ phận sử dụng trong máy CMM được chế tạo với dạng dữ liệu đơn giản, được bắt vào vị trí cần thiết bởi đai ốc loại mà dùng để gắn ổ đệm khí vào vị trí song song với mặt chuẩn, khớp cầu gắn vào có thể xoay theo ba chiều mà đảm bảo lắp ghép chính xác Khe hở giữa các bề mặt

là khoảng 6 đến 10μ để đảm bảo rằng dòng không khí qua đó vừa đủ Ổ đệm ở vị trí m

trung tâm đã được phát triển gần đây trong việc cải thiện độ chính xác Một số ứng

dụng khác trong các thiết bị mẫu dự án là ứng dụng ổ đệm khí dạng trượt, bàn đo quay

và dụng cụ máy móc đầu thiết bị đo Một số phát triển hiện đại hơn trong cả gia công

và đo lường đó là đòi hỏi ngày càng chính xác và chất lượng hơn, đặc thiệt trong kỹ thuật nano Vì thế chắc chắn rằng sẽ có những yêu cầu lớn hơn trong vịêc sử dụng liên kết ổ đệm trục quay, đó là dự đoán trong tương lai Như yêu cầu về tốc độ trục quay và

sự trượt thì tăng lên, việc sử dụng nhiều hơn ổ đệm khí trong các loại máy móc chính xác là có thể tiên đoán được

Các giới hạn về tốc độ và gia tốc

Ổ đệm tĩnh học cũng có ma sát nhớt liên hệ tới lớp màng không khí dịch trượt trong quá trình chuyển động Khi sử dụng trục quay với tốc độ cao(tốc độ bề mặt lớn hơn 10m/s), khe hở ổ đệm nên đủ lớn để năng lượng ma sát nhỏ hơn năng lượng nảy lên Như khi gặp tình huống nhiệt độ tăng lên thì ma sát trong ổ đệm được nhận ra bởi ảnh hưởng chất lạnh của lớp không khí ngay khi nó giãn nỡ trong khe hở sau khi

nó thoát khỏi lỗ khí

Phạm vi chuyển động

Chuyển động tuyến tính ổ đệm tĩnh có một phạm vi chuyển động lớn trong thiết bị máy móc, có thể tới mười mét Góc chuyển động của ổ đệm tĩnh là không chuyển động quay

Tải trọng cung cấp

Bởi vì ổ đệm tĩnh phân bố tải trọng trên một vùng diện tích lớn, các tải trọng lớn được hổ trợ Một ổ đệm thũy tĩnh(họat động tại 3.5 Mpa) với diện tích như nhau có thể hổ trợ hơn năm lần tải trọng ổ đệm tĩnh Một ổ đệm thũy tĩnh họat động ở áp suất cao(họat động tại 20Mpa) có thể hổ trở tải trọng lớn hơn nhiều lần nhưng có thể mất đi đáng kể từ năng lượng sinh ra Hình bên dưới mô tả khả năng tải trọng ổ đệm khí có thể được dựa trên nhiều vùng diện tích bởi áp suất của khí khi vào ổ đệm Vùng diện tích bị ảnh hưởng có thể xấp xỉ vùng diện tích giữa lỗ khí cọng thêm một nữa vùng

diện tích bên ngoài mặt phẳng của lỗ khí cạnh phía trước của ổ đệm Áp suất là một nữa áp suất cung cấp Ước tính độ cứng vững ổ đệm khí có thể có được chia giá trị phía trên bởi một nữa khe hở không tải trọng Khả năng tải trọng của ổ trượt (journal bearing)được ước tính tương tự ổ đệm phẳng(flat pad bearing) Vùng diện tích bị ảnh hưởng của đệm trượt xấp xỉ 0.3(L-a)D, nơi mà L chiều dài ổ đệm, D là đường kính ổ đệm , và a là khoảng cách từ hàng của lỗ khí tới cạnh bên ngoài ổ đệm

Hình 2.6 Công thức ước tính khả năng tải trọng(F) và độ cứng vững (K) của ổ đệm khí

(theo Alexander H Slocum [1] )

Độ chính xác

Tất cả các độ chính xác(đối với chuyển động thẳng)của ổ đệm tĩnh phụ thuộc vào độ chính xác các chi tiết, trung bình một ổ đệm tĩnh đầu ra không đều đặn làm nó chuyển động không được ổn định Độ nhám bề mặt từ đỉnh tới đáy lớn nhất của ổ đệm khí Tuy nhiên, không nên lớn hơn ¼ khe hở ổ đệm Không có chuổi độ hao mòn liên quan tới ổ đệm tĩnh và độ chính xác vì thế phụ thuộc vào việc ổn định giới hạn dòng lưu chất và áp suất tự do từ dao động

Tính lặp lại

Tính lặp lại phụ thuộc vào độ ổn định của hệ thống cung cấp lưu chất bao gồm: bơm, các thiết bị để cung cấp thường xuyên lưu lượng không khí vào ổ đệm( bộ điều tiết lưu lượng) Nếu nguồn hơi không ổn định, áp suất tăng đột biến và nhiệt độ thay đổi có thể tránh, ổ đệm tĩnh có thể thực hiện tính lặp lại dưới micro(có thể nanomater)

Giải pháp

Khi không có ma sát tĩnh đối với ổ đệm, độ chính xác chuyển động của ổ đệm được hổ trợ bởi đó là vô hạn ảo Tuy nhiên, thiết kế của bộ truyền động và hệ thống điều khiển là không bình thường khi ổ đệm khí giảm chấn không tốt

Chịu tải

Ổ đệm khí cần có một chịu tải để có thể cứng vững theo hai hướng Nếu một ổ đệm khí đơn được dùng cho một tải nào đó thì ngay khi có gia tốc hay lực tác động thì tăng khe hở ổ đệm Khi đó ổ đệm có rất ít độ cứng vững, do đó hai ổ đối xứng nhau là một loại thông dụng dùng trong máy công cụ Nó cũng có thể sử dụng dự tải một ổ đệm khí tĩnh đơn và một ổ chân không loại có áp suất xung quang vùng ổ đệm khí

Độ cứng vững

Độ cứng vững của ổ đệm khí có thể dễ dàng trong phạm vi ước lượng độ cứng vững có thể đạt được bởi chia khả năng tải trọng ước lượng bởi một nữa khe hở danh nghĩa Độ cứng vững ổ đệm khí cũng không khó để tính chính xác và cũng không có vấn đề mất đi sự tiếp xúc trong quá trình trượt hay quay có thể thực nghiệm Thêm vào

đó là trong thiết kế ổ đệm khí là thường thường nhiều tiền định hơn là thiết kế ổ đệm tiếp xúc

nhau để tắt máy, ngưng khi máy bơm bị hư Đây là phương pháp ngừng máy an toàn và tránh được một hư hỏng lớn Thêm vào đó ổ đệm khí không được thiết kế đúng, ổ đệm khí tự nó có thể cọng hưởng ngay khi nén lần lượt màng không khí và dãn nở Điều kiện này được biết như 'búa hơi’(pneumatic hammer), phương pháp này nên tránh sử dụng

Khả năng giảm chấn

Lớp màng không khí mỏng, độ nhớt thấp của khe hở không khí làm cho ổ đệm khí điều tiết khả năng giảm chấn thấp trong điều kiện tiếp tuyến và vuông góc tương ứng

Ma sát

Ổ đệm khí có độ ma sát bằng không Lực ma sát động học là không đáng kể tại vận tốc thấp hơn 2m/s, lực ma sát động học trên ổ đệm khí độc lập tải trọng tác động và hơn thế khe hở không khí không thay đổi

Naêng suaát nhieät

Độ nhớt không khí là rất thấp, vì vậy ổ đệm khí trục quay có thay đổi rất ít về dung sai trong khe hở ổ đệm gây ra bởi nhiệt độ nhớt Hấu hết ổ đệm thủy tĩnh học, nói cách khác, ý nghĩa dung sai mất đi, hay cường điệu hóa vấn đề là phải tối ưu hóa ổ đệm quay thủy tĩnh trong một phần năng lượng ma sát và năng lượng bơm cho tốc độ bề mặt lớn hơn 2m/s, Vấn đề quan trọng là làm lạnh không khí ngay khi nó giãn nỡ Độ chính xác của máy rất quan trọng để dòng chảy nhỏ nhất và ảnh hưởng kết quả làm lạnh

Nhạy cảm với môi trường

Bởi vì không khí luôn thoát ra ngoài ổ đệm khí, nên ổ đệm tự làm sạch Không khí thoát ra thì không phải việc chọn lựa chung, vì thế nó không cần thiết để giữ những phần nhỏ và phân dòng ra ngoài qua vùng diện tích ổ đệm Mặc dù vẫn thích dùng hộp

che hay dẫn trượt để giữ cho ổ đệm không bị bụi và tránh tác động gây nguy hiểm từ bên ngoài Hơn nữa không giống như ổ đệm thông thường dùng dầu đễ bôi trơn, không

có một thứ gì dính vào ổ đệm khí

Khả năng liên kết với nhau

Nhìn chung ổ đệm tuyến tính trượt trên sóng trượt hình vuông hay các đọan nối lại với nhau, vì thế rất khó liên kết lại với nhau Các ổ đệm chuyển động quay thường ít dùng dạng này

Kích thước và cấu hình

Ổ đệm khí khi nâng lên thì với khe hở rất nhỏ, nhưng hệ thống đường hơi có thể đáng quan tâm Điều mong muốn chung là chỉ có một cổng hơi tới ổ đệm khí, vì vậy nó trông giống như một miếng pho mát sau khi khoan các lỗ hơi cho các ổ đệm khí khác nhau Sắp sếp các ổ đệm theo dạng động học là không cần thiết vì hoạt động ổ đệm như như lực lò xo không đổi và điền đầy tất cả khe hở tồn tại Ngay khi thay đổi cân bằng khe hở, thay đổi độ ổn định nhưng độ ổn định luôn luôn được xác định, vì thế

ổ đệm khí bỏ qua sai lệch về rãnh trượt, nếu nó không gây ra thay đổi khe hở quá nhiều, loại mà nó có thể gây ra mất dự tải với ổ đệm quay và trượt

Thiết bị hổ trợ

Nhược điểm lớn nhất của ổ đệm khí là nó yêu cầu máy bơm và các bộ phận kết nối hệ thống cung cấp khí Hệ thống này phải giữ thật sạch sẽ để ngăn chặn sự nhiễn bẩn làm nghẽn thiết bị cung cấp hơi, loại có lỗ hơi rất nhỏ Điểm nổi bật của không khí là được lọc đến 1μm và làm khô với chất hút ẩm để ngưng tụ nhỏ nhất trong

ổ đệm ngay khi không khí giãn nở và lạnh

Các yêu cầu về bảo trì

Độ sạch không khí phải được giám sát và lọc thường xuyên theo lịch bảo trì

Hệ thống cung cấp không khí nên được kiểm tra thường xuyên để phát hiện dấu hiệu nhiễm bụi và dấu hiệu bề mặt rãnh trượt mà kết quả là nếu bộ phận lọc dòng khí ổ đệm khí bị nghẽn và ổ đệm thiếu hơi Vấn đề bảo trì có hiệu quả và chăm sóc tốt một ổ đệm

là không bao giờ để bị mái mòn Nếu bảo quản không cho bị mài mòn thì ổ đệm chạy mười năm vẫn tốt

Khả năng tương thích vật liệu

Ổ đệm khí có khả năng tương thích với tất cả các loại vật liệu, và với đặc trung của khe hở nhỏ của ổ đệm khí thường thường di chuyển lớn với những sự giãn nở nhiệt khác nhau giữa các chi tiết Tuy nhiên, nó cần xác định theo sự thay đổi khe hở

và chắc chắn một điều rằng nó không thay đổi hiệu quả ổ đệm quá nhiều Nếu khe hở

mở ra quá lớn thì ổ đệm sẽ thiếu không khí và độ cứng vững mất đi sẽ xảy ra Nếu khe

hở giảm xuống, sự thay đổi ít về độ cứng vững sẽ được trông thấy, nhưng cuối cùng giảm khe hở nhiều hơn sẽ gây ra độ cứng vững bị thay đổi bởi vì bộ lọc đầu vào sẽ được thay đổi kích thước không phù hợp cho khe hở tối ưu

Tuổi thọ yêu cầu

Các ổ đệm khí với hệ thống cung cấp khí được bảo trì đúng đắn thì có thể có vòng đời vô hạn

Tính khả thi, tính thiết kế và tính chế tạo

9 Ổ đệm khí trục quay và ổ đệm khí trượt tuyến tính là những chi tiết có sẵn Nó không khó để thiết kế và thiết kế ổ đệm cho khách hàng nếu những quy luật thiết kế cơ bản theo đó và có một số kinh nghiệm riêng Những thông số tiêu chuẩn ổ đệm khí là duy trì đặc tính lỗ khí và kích thước đúng Đối với lỗ khí , nó

có thể sử dụng ổ đỡ của người chế tạo đồng hồ chiều dài lỗ khí không nên lớn hơn bốn lần đường kính lỗ khí, và cạnh lỗ khí nên bén ngay khi có thể

9 Có bốn loại ổ đệm khí : Ổ khí dạng động lực học, màng nén, tĩnh học và hỗn hợp Các loại này thường dùng trong trục quay, mặc dù thiết kế ổ đệm tuyến tính là tốt Ổ khí dạng động lực học thường gọi là tự chuyển động bởi vì nó sinh

ra áp suất trong màng khí bởi tính cơ học dịch trượt độ nhớt cảm ứng vận tốc trong một mành hội tụ, một quá trình như vậy cũng tìm thấy trong ổ đệm động lực học Nhưng thật ra, màng áp suất sinh ra có mối liên quan rất thấp Những thuận lợi của loại ổ đệm này là nó tự cung cấp hoàn toàn và độc lập với nguồn cung cấp khí, Ổ khí dạng động lực học sử dụng như vậy, Ví dụ: Hổ trợ việc đọc, viết của ổ đĩa cứng máy vi tính Ổ đệm khí dạng màng nén thì nó cũng độc lập với nguồn cung cấp bên ngoài, nhưng loại này thì tính chất nén lớp khí kém, đã không tìm ra giải pháp tốt mặc dù đã có nhiều thí nghiệm về vấn đề này Ổ đệm khí tĩnh hay ổ đệm khí có áp suất bên ngoài cung cấp sinh ra áp suất ở màng khí trong khe hở từ nguồn cung cấp bên ngoài(máy nén khí) Ổ đệm khí hỗn hợp kết hợp cả khí động lực học và tĩnh học phân phối đến tải trọng Trong thực hành thì việc kết hợp cả hai không tăng khả năng so với thuần tuý sử dụng ổ đệm tĩnh dùng hầu hết trong các ứng dụng

9 Việc ứng dụng rộng rãi trong ổ trượt cho trục quay và ổ chặn , một số khác thì dùng ổ vuông hay tròn, thường dùng trong các bộ phận dịch trượt máy công cụ, hay loại nhiều lỗ khí thì dùng trong các trục quay chính xác Ổ trượt đòi hỏi trong cả dọc trục và hướng trục Những yêu cầu này có thể được biết bởi phân ra ổ trượt và ổ chặn, ổ hình nón hay hình cầu Ổ hình nón có những thuận lợi chia bề mặt ổ chặn là không cần thiết, mặc dù vấn đề này có thể xảy ra bởi vì tải trọng trong một hướng có thể ảnh hưởng tới sự dịch chuyển và khả năng tải trọng theo hướng vuông góc Đặc tính ổ hình cầu có sử dụng tính chất sai lệch giới hạn cho phép, nhưng thật ra tỉ số giữa bán kính đến trục khả năng tải trọng là thấp

Chi phí

Chi phí cơ bản có liên quan đến ổ đệm khí là những loại máy móc khí nén

và máy dẫn hướng chuyển động hay máy khoan tròn với độ chính xác cao, chi phí bảo trì máy nén khí cũng cần phải quan tâm Như hình bên dưới, không khí tại áp suất cung cấp P0 được đưa vào ổ đệm khí qua bộ phận điều tiết(thường là

lỗ khí) nó làm giảm áp suất khí từ áp suất từ áp suất cung cấp P0 đến áp suất qua

lỗ khí P d , dòng khí qua lỗ khí, dòng khí qua ổ đệm , nơi mà áp suất giảm hơn nữa đến điểm ra của áp suất Pa Những thay đổi trong việc hiệu chỉnh khe hở qua bề mặt ổ đệm khí và tác động tới qua lỗ khí với áp suất P d mà nó có tác động tới khả năng tải trọng Khe hở nhỏ dẫn tới áp suất P d cao hơn khi qua lỗ khí và kết quả là khả năng tải trọng tăng lên Tăng khe hở thì có tác dụng ngược lại Vì thế tồn tại điều kiện tối ưu tại vị trí ổn định xảy ra nơi mà tỉ lệ thay đổi tải trọng được phân chia bởi tỉ lệ khe hở là lớn nhất Một trong những vấn đề chính khi thiết kế ổ đệm khí là chọn kích thước lỗ khí liên quan tới khe hở để đạt được điều kiện tối ưu cho việc ổn định Khi kích thước sai sẽ là kết quả yếu kém về độ cứng vững của ổ đệm khí và hoạt động với hiệu quả kém mặc dù tăng khả năng tải trọng có thể thực hiện được khi ổ đệm nghiêng về phía điều kiện tối ưu độ cứng vững Hơn thế, thiết kế loại ổ đệm mà có độ cứng vững cao có thể yêu cầu một số khả năng tải trọng phải loại bỏ

Hình 2.7 Các nguyên tắc hoạt động của ổ đệm khí(theo Alexander H Slocum [1] )

Dòng khí cung cấp qua lỗ khí

Theo hình vẽ bên dưới thì mô tả thiết kết cơ bản lỗ khí và ổ đệm nhiều lỗ khí, bao gồm cả dòng chảy rối Giảm áp suất mà có thể xảy ra là giải quyết vấn đề gia tốc của không khí ngay khi nó giãn nỡ Khi thiết kế lỗ khí có thể gia công bởi việc sử dụng ghép insert mà có thể lắp ghép vừa khít Còn ổ đệm khí nhiều lỗ khí thì khoan đơn giãn qua thành ổ đệm khí với kích thước thích hợp

Hình 2.8 Thiết kế loại ổ đệm khí đặc trưng Hình 2.9 Ổ đệm khí dạng bạc trượt nhiều

lỗ khí (theo Alexander H Slocum [1] )

Dòng khí cung cấp qua rãnh khí

Theo hình vẽ thì rãnh khí có thể hình thành bởi một vòng mỏng nó được gắn giữa hai phần sát nhau của ổ đệm khí Đây là kiểu lỗ khí cung cấp một thiết bị dòng chảy tầng, và có ảnh hưởng của độ cứng vững tăng lên biên ngoài tại độ lệch tâm hoạt động cao hơn Gia công vòng đệm và đảm bảo an toàn việc gắn kết

có thể rất khó khăn Các kết cấu khác để việc chảy tầng có thể thực hiện bởi gia công một hay nhiều tấm mỏng gắn xung quanh lộ khoét

Dòng khí chạy dọc theo rãnh hướng trục

Các dụng cụ chuyên nghiệp phát triển một phương pháp mà tại đó không khí điền đầy giữa hai bề mặt ổ đệm khí bằng cách hình thành các rãnh đặc biệt nằm