Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số bôi trơn thủy tĩnh đến độ cứng vững của cụm trục chính thủy tĩnh máy mài tròn ngoài 3K12

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:149

Thêm vào BST

Báo xấu

28
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số bôi trơn đến chất lượng cụm ổ trục chính thủy tĩnh nói chung và độ cứng vững nói riêng trên máy 3K12; thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng, độ nhớt và áp suất dầu bôi trơn tới độ cứng vững của cụm ổ trục chính bôi trơn thủy tĩnh của máy 3K12.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số bôi trơn thủy tĩnh đến độ cứng vững của cụm trục chính thủy tĩnh máy mài tròn ngoài 3K12

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN MẠNH TOÀN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ BÔI TRƠN THỦY TĨNH ĐẾN ĐỘ CỨNG VỮNG CỦA CỤM TRỤC CHÍNH THỦY TĨNH MÁY MÀI TRÒN NGOÀI 3K12 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội - 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -------- o0o -------- NGUYỄN MẠNH TOÀN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ BÔI TRƠN THỦY TĨNH ĐẾN ĐỘ CỨNG VỮNG CỦA CỤM TRỤC CHÍNH THỦY TĨNH MÁY MÀI TRÒN NGOÀI 3K12 Ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS. PHẠM VĂN HÙNG 2. TS. BÙI TUẤN ANH Hà Nội - 2020
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được tác giả nào công bố. Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2020 TM. TẬP THỂ HƯỚNG DẪN NGƯỜI CAM ĐOAN PGS.TS. Phạm Văn Hùng Nguyễn Mạnh Toàn I
LỜI CẢM ƠN Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Phòng đào tạo đại học, Viện Cơ khí, Bộ môn Máy và Ma sát học đã tạo điều kiện thuận lợi, động viên, khích lệ tác giả trong quá trình học tập, nghiên cứu thực hiện đề tài nghiên cứu này Nghiên cứu sinh cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Phạm Văn Hùng và TS. Bùi Tuấn Anh đã tận tình hướng dẫn và đóng góp ý kiến quý báu trong quá trình nghiên cứu sinh thực hiện luận án Trong quá trình thực hiện luận án, nghiên cứu sinh đã nhận được sự định hướng, giúp đỡ, dìu dắt, cũng như các ý kiến chỉ bảo, đóng góp quý báu của các nhà khoa học, các thầy cô giáo, đồng nghiệp và gia đình Cuối cùng, nghiên cứu sinh xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới những người thân trong gia đình luôn luôn sát cánh và là hậu phương vững chắc, ủng hộ nghiên cứu sinh trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu thực hiện luận án này. Hà Nội ngày tháng 11 năm 2020 Tác giả luận án Nguyễn Mạnh Toàn II
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... I LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... II MỤC LỤC ...............................................................................................................III DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ......................................... VII DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................... IX DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................XIII MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CỤM TRỤC CHÍNH MÁY CÔNG CỤ .......... 5 1.1 Cụm trục chính máy công cụ .................................................................... 5 Cụm trục chính sử dụng ổ lăn ........................................................ 6 Cụm trục chính sử dụng ổ đỡ bôi trơn thủy động ........................ 11 Cụm trục chính sử dụng ổ bôi trơn thủy tĩnh ............................... 16 1.2 Tình hình nghiên cứu về ổ trục chính bôi trơn thủy tĩnh ........................ 22 Tình hình nghiên cứu ngoài nước ................................................ 22 Tình hình nghiên cứu trong nước ................................................. 30 Kết luận chương 1 ............................................................................................ 31 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT BÔI TRƠN THỦY TĨNH TRỤC CHÍNH MÁY CÔNG CỤ ..................................................................................................... 33 2.1 Dầu mỡ bôi trơn ...................................................................................... 33 Các loại dầu mỡ bôi trơn cơ bản .................................................. 33 Độ nhớt động lực và độ nhớt động học của chất bôi trơn ............ 34 Quan hệ giữa độ nhớt với nhiệt độ và áp suất dầu [24] ............... 36 2.2 Một số phương trình cơ bản của bôi trơn thủy tĩnh ................................ 40 Phương trình dòng chảy liên tục navier-stokes ............................ 40 III
Phương trình Reynolds................................................................. 42 2.3 Cơ cấu điều khiển chiều dày màng dầu ổ thủy tĩnh ................................ 43 Khái niệm về cơ cấu điều khiển chiều dày màng dầu .................. 43 Điều khiển chiều dày màng dầu bằng ống mao dẫn .................... 44 Điều khiển chiều dày màng dầu bằng van tiết lưu ....................... 45 Điều khiển chiều dày màng dầu bằng cơ cấu miệng phun........... 46 2.4 Các thông số đặc trưng của ổ đỡ thủy tĩnh.............................................. 47 Số buồng dầu và kích thước buồng dầu ....................................... 47 Đường kính và khe hở của ổ thủy tĩnh ......................................... 48 Áp suất buồng dầu ........................................................................ 49 Lưu lượng dầu của ổ thủy tĩnh ..................................................... 53 Khả năng tải của ổ thủy tĩnh ........................................................ 54 Độ cứng vững của ổ thủy tĩnh ...................................................... 55 Công suất tiêu hao trong ổ thủy tĩnh ............................................ 55 Giới hạn dưới của áp suất bơm theo độ cứng vững màng dầu .... 56 Độ nhớt của dầu ........................................................................... 57 Độ nhám bề mặt ngõng trục và bạc của ổ .................................... 57 Kết luận chương 2:........................................................................................... 57 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM .................................................................................................................................. 59 3.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm.......................................................... 59 3.2 Phương pháp nghiên cứu và thiết bị thực nghiệm .................................. 59 Phương pháp nghiên cứu.............................................................. 59 Thiết bị thực nghiệm .................................................................... 59 Yêu cầu của cụm ổ trục chính thủy tĩnh máy mài 3K12. ............. 59 IV
Nghiên cứu xác định các thông số của cụm trục chính thủy động phục vụ tính toán thiết kế cụm ổ thủy tĩnh. .................................. 60 Các giải pháp và kết quả tính toán cụm ổ trục chính thủy tĩnh máy mài tròn ngoài 3K12 trên cơ sở độ cứng vững tương đương. ...... 65 Hệ thống cấp dầu cho cụm ổ trục chính thủy tĩnh ....................... 70 3.3 Xây dựng thiết bị thực nghiệm khảo sát độ cứng vững cụm ổ trục chính bôi trơn thủy tĩnh máy mài tròn ngoài 3K12 .......................................... 75 Phương pháp thực nghiệm xác định độ cứng vững cụm ổ trục chính bôi trơn thủy tĩnh máy mài tròn ngoài 3K12 ............................... 75 Xây dựng thiết bị thực nghiệm khảo sát độ cứng vững cụm ổ trục chính bôi trơn thủy tĩnh máy mài tròn ngoài 3K12...................... 77 Kết luận chương 3 ............................................................................................ 79 CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CÁC THÔNG SỐ BÔI TRƠN ĐẾN ĐỘ CỨNG VỮNG CỤM TRỤC CHÍNH THỦY TĨNH ...... 81 4.1 Quy hoạch và tổ chức thực nghiệm......................................................... 81 Thiết kế thí nghiệm: ..................................................................... 81 Tổ chức thực nghiệm ................................................................... 85 4.2 Xây dựng hàm hồi quy thực nghiệm mối quan hệ giữa độ nhớt, áp suất dầu bôi trơn và tải trọng hướng kính tới độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ trục chính bôi trơn thủy tĩnh.................................................................... 86 4.3 Ảnh hưởng của áp suất và tải trọng đặt lên ổ tới độ cứng vững cụm ổ trục chính bôi trơn thủy tĩnh ........................................................................... 88 Dầu có độ nhớt 1,67 mPa.s .......................................................... 88 Dầu có độ nhớt 5,19 mPa.s .......................................................... 92 Dầu có độ nhớt 8,72 mPa.s .......................................................... 95 4.4 Ảnh hưởng của áp suất và độ nhớt dầu bôi trơn tới độ cứng vững cụm ổ trục chính thủy tĩnh. ................................................................................ 98 V
Tải trọng đặt lên trục 500N .......................................................... 98 Tải trọng đặt lên trục 1000N ...................................................... 101 Tải trọng đặt lên trục 1500N ...................................................... 103 4.5 Ảnh hưởng của độ nhớt và tải trọng hướng kính tới độ cứng vững cụm ổ trục chính thủy tĩnh. .............................................................................. 106 Áp suất dầu bơm 3 MPa ............................................................. 106 Áp suất dầu bơm 4 MPa ............................................................. 107 Áp suất dầu bơm 5 MPa ............................................................. 109 Kết luận chương 4 .......................................................................................... 110 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 113 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ............. 118 PHỤ LỤC .............................................................................................................. 120 PHỤ LỤC 1: THIẾT KẾ TRỤC VÀ BẠC Ổ THỦY TĨNH ......................... 120 PHỤ LỤC 2: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ................................................... 123 VI
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị đo  Độ nhớt động lực của dầu bôi trơn mPa.s  Độ nhớt động học của dầu bôi trơn cs h0R Chiều dầy màng dầu μm h0 Khe hở giới hạn μm n Số buồng dầu s Khe hở hướng kính μm e Độ lệch tâm μm ε Độ lệch tâm tương đối D Đường kính danh nghĩa của ổ mm t Chiều sâu của buồng dầu mm a Chiều rộng mép ổ theo phương dọc trục mm b Chiều rộng mép ổ theo phương chu vi mm B Chiều dài buồng dầu mm o θ Góc chắn cung buồng dầu l Chiều dài ổ mm Jổ Độ cứng vững màng dầu N/μm Jtr Độ cứng vững trục N/μm J Độ cứng vững tổng cộng N/μm  Khe hở hướng kính của ổ μm ps Áp suất bơm dầu MPa pr Áp suất buồng dầu MPa β Tỷ số giữa áp lực buồng dầu với áp lực bơm Q Lưu lượng bơm lít/ phút E Mô đun đàn hồi vật liệu N/mm2 VII
K Hệ số phụ thuộc vật liệu theo định luật Hall-Petch I Mô men quán tính chính của ổ mm4 l Khoảng cách giữa 2 ổ mm F Lực (thủy tĩnh, thủy động) N N Công suất tiêu hao kW P Khả năng tải của ổ N Rz Độ nhám bề mặt μm b Khe hở bổ sung màng dầu không bị đánh thủng μm n Tốc độ quay của bơm (động cơ) vòng/phút  Hệ số hình dạng ổ Z Hệ số phụ thuộc vào dạng điều khiển lưu lượng dầu dc đường kính ống mao dẫn mm lc chiều dài ống mao dẫn mm qout Lưu lượng dầu ra khỏi ống mao dẫn lít/ phút Q Lưu lượng dầu chảy qua miệng phun lít/ phút  Khối lượng riêng của dầu kg/m3 do đường kính miệng phun mm Cd Hệ số kể đến hình dạng miệng phun p1 , p2 , Áp suất trong các buồng dầu; MPa p4, p3 Np Công suất tiêu hao do bơm cấp kW Công suất tiêu hao do ma sát của dầu tại vùng tiếp NC1 kW giáp cầu nối giữa các buồng dầu theo chiều trục Công suất tiêu hao do ma sát của dầu tại vùng tiếp NC2 kW giáp mép ổ NC3 Công suất tiêu hao do ma sát trong buồng dầu kW NC Công suất tiêu hao do ma sát trong ổ kW VIII
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Kết cấu đặc trưng của ổ lăn [3] ................................................................... 7 Hình 1.2 Một số loại ổ lăn thông dụng trong chế tạo máy [3] ................................... 7 Hình 1.3 Cấu trúc cụm ổ trục chính máy phay sử dụng ổ bi đỡ [4] ........................... 9 Hình 1.4 Cụm trục chính máy phay sử dụng ổ bi được phát triển bởi GMN[5] ........ 9 Hình 1.5 Mô hình truyền nhiệt trên ổ lăn đỡ trục chính máy phay cao tốc [6] ........ 10 Hình 1.6 Phương án bố trí ổ lăn cho trục chính máy phay CNC cao tốc được phát triển bởi SKF [20]..................................................................................................... 10 Hình 1.7 Kết cấu ổ trục chính máy mài sử dụng ổ lăn được làm mát bằng nước .... 11 Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý làm việc và phân bố áp suất dầu của ổ thủy động [22] .. 12 Hình 1.9 Ổ đỡ thủy động tự lựa 3 mảnh [22] ........................................................... 13 Hình 1.10 Sơ đồ cấu tạo cụm ổ trục chính cao tốc bôi trơn thủy động bằng nước .. 15 Hình 1.11 Kết cấu trục chính ổ thủy động máy mài [1] ........................................... 15 Hình 1.12 Kết cấu của ổ thủy động cụm trục chính máy mài [24] .......................... 16 Hình 1.13 Cụm trục chính máy mài 3K12 sử dụng ổ thủy động 3 mảnh tự lựa [25] .................................................................................................................................. 17 Hình 1.14 Cụm chính dùng ổ thủy tĩnh của máy mài ren ........................................ 18 Hình 1.15 Kết cấu của cụm ổ thủy tĩnh máy mài ..................................................... 18 Hình 1.16 Kết cấu ổ thủy tĩnh [26] ........................................................................... 19 Hình 1.17 Kết cấu ổ thủy tĩnh hướng kính [27] ....................................................... 19 Hình 1.18 Kết cấu và phân bố áp suất trong ổ chặn thủy tĩnh [28] .......................... 20 Hình 1.19 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo cụm ổ côn đỡ - chặn thủy tĩnh [29].................. 20 Hình 1.20 Sơ đồ nguyên lý làm việc của cụm ổ trục chính thủy tĩnh ...................... 21 Hình 1.21 Kết cấu cụm ổ thủy tĩnh máy công cụ [31] ............................................. 22 Hình 1.22 Kết cấu cụm ổ trục chính thủy tĩnh tích hợp động cơ không chổi than [32] IX
.................................................................................................................................. 23 Hình 1.23 Máy mài trục khuỷu CNC Landis LT1 và cụm ổ trục chính bôi trơn thủy tĩnh [34] .................................................................................................................... 24 Hình 1.24 Ổ đỡ-chặn thủy tĩnh sử dụng trên máy tiện V-25 [38] ............................ 25 Hình 1.25 Sơ đồ thực nghiệm đo độ cứng vững cụm trục chính [43] ...................... 26 Hình 1.26. Kết cấu cụm ổ trục chính thủy tĩnh dẫn động bằng nước của máy công cụ có độ chính xác siêu cao [41] ................................................................................... 27 Hình 1.27. Một số kết cấu ổ thủy tĩnh được các nhóm nghiên cứu đề xuất ............. 29 Hình 2.1 Sơ đồ phân loại vật liệu bôi trơn và kỹ thuật bôi trơn [24] ....................... 33 Hình 2.2 Phân bố vận tốc của dòng chảy tầng của dầu bôi trơn [24] ....................... 34 Hình 2.3 Sự thay đổi của độ nhớt dầu bôi trơn khi tăng nhiệt độ[24] ...................... 37 Hình 2.4 Đồ thị xác định chỉ số nhớt VI của dầu bôi trơn [24] ................................ 38 Hình 2.5 Cân bằng của phần tử chất lỏng theo phương X [63] ................................ 41 Hình 2.6 Ổ chặn thủy tĩnh có chiều dày vô hạn [64]................................................ 43 Hình 2.7 Ảnh hưởng của cơ cấu điều khiển lưu lượng tới áp suất buồng dầu [65] . 44 Hình 2.8 Thông số hình học ống mao dẫn [66] ........................................................ 45 Hình 2.9 Hệ thống điều khiển màng dầu bằng lưu lượng cấp không đổi [65] ......... 45 Hình 2.10 Van Royle điều khiển màng dầu trong ổ thủy tĩnh [66] .......................... 46 Hình 2.11 Cơ cấu điều khiển màng dầu ổ thủy tĩnh bằng miệng phun [66] ............ 46 Hình 2.12 Khả năng tải của ổ thủy tĩnh phụ thuộc vào số buồng dầu [24] .............. 47 Hình 2.13 Thông số hình học đặc trưng của ổ (a) và sự phụ thuộc của tổn thất công suất vào các thông số hình học đặc trưng của ổ (b).................................................. 48 Hình 2.14 Ổ thủy tĩnh 4 buồng dầu .......................................................................... 49 Hình 2.15 Phân bố áp suất trong ổ đỡ thủy tĩnh 4 buồng dầu .................................. 50 Hình 2.16 Sự phụ thuộc của ps/ptb vào ε................................................................... 52 X
Hình 3.1 Sự phụ thuộc các thông số đặc trưng của ổ thủy động  = 1300, zul = 0,7...1.[22]................................................................................................................. 62 Hình 3.2 Các thông số hình học cơ bản của một mảnh bạc trong ổ thủy động [22] 62 Hình 3.3 Xác định φF theo Ɛ và φ1 [22] .................................................................... 63 Hình 3.4 Xác đinh lực ma sát theo Ɛ và b/d [22] ...................................................... 63 Hình 3.5 Xác định φF theo Ɛ và φ1 [22] .................................................................... 63 Hình 3.6 Hai kiểu ổ thủy tĩnh theo cấu hình buồng dầu ........................................... 66 Hình 3.7 Sơ đồ chịu tải của ổ thủy tĩnh 4 buồng dầu ............................................... 66 Hình 3.8 Bạc đồng của cụm ổ thủy tĩnh sau khi gia công ........................................ 70 Hình 3.9 Kết cấu cụm ổ trục chính thủy tĩnh máy mài tròn ngoài 3K12 ................. 71 Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý hệ thống bôi trơn trong ổ thủy tĩnh cho trục chính [24]72 Hình 3.11 Kết cấu bính tích áp có vách ngăn [79] ................................................... 74 Hình 3.12 Bình tích áp piston sử dụng trong nguồn dầu của hệ thống bôi trơn thủy tĩnh [80] .................................................................................................................... 74 Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý xác định độ cứng vững của cụm trục chính máy mài tròn ngoài ......................................................................................................................... 76 Hình 3.14 Hệ thống thiết bị khảo sát độ cứng vững ................................................. 78 Hình 4.1 Sơ đồ 8 điểm xác định chuyển vị tâm trục trên chu vi trục thủy tĩnh ....... 85 Hình 4.2 Chuyển vị trung bình tâm trục khi dầu bôi trơn có độ nhớt 1,67 mPa.s ... 90 Hình 4.3 Mối liên hệ giữa độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ với áp suất dầu bôi trơn và tải trọng đặt lên trục khi dùng dầu có độ nhớt 1,67 mPa.s........................... 90 Hình 4.4 Chuyển vị trung bình của tâm trục khi dầu bôi trơn có độ nhớt 5,19 mPa.s .................................................................................................................................. 93 Hình 4.5 Mối liên hệ giữa độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ với áp suất dầu bôi trơn và tải trọng đặt lên trục khi dùng dầu có độ nhớt 5,19 mPa.s........................... 94 Hình 4.6 Chuyển vị trung bình của tâm trục khi dầu bôi trơn có độ nhớt 8,72 mPa.s XI
.................................................................................................................................. 96 Hình 4.7 Mối liên hệ giữa độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ với áp suất dầu bôi trơn và tải trọng đặt lên trục khi dầu có độ nhớt 8,72 mPa.s .................................... 97 Hình 4.8 Mối liên hệ giữa độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ với độ nhớt và áp suất dầu bôi trơn khi tải trọng đặt lên trục 500N ........................................................... 100 Hình 4.9 Mối quan hệ giữa độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ với độ nhớt và áp suất dầu bôi trơn khi tải trọng đặt lên trục 1000N ......................................................... 103 Hình 4.10 Mối liên hệ giữa độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ thủy tĩnh với áp suất và độ nhớt dầu bôi trơn khi trục chịu tải 1500 N ................................................... 105 Hình 4.11 Mối liên hệ giữa độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ với độ nhớt và tải trọng hướng kính khi áp suất dầu bơm 3 MPa ....................................................... 107 Hình 4.12 Mối liên hệ giữa độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ với độ nhớt và tải trọng hướng kính khi áp suất dầu bơm 4 MPa ....................................................... 108 Hình 4.13 Mối liên hệ giữa độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ với độ nhớt và tải trọng hướng kính khi áp suất dầu bơm 3 MPa ....................................................... 110 Hình PL1.1. Thiết kế chi tiết trục của cụm ổ bôi trơn thủy tĩnh trục chính máy mài tròn ngoài 3K12 ...................................................................................................... 120 Hình PL1.2. Thiết kế chi tiết bạc bên trái (bạc phía lắp đá mài) của cụm ổ trục chính thủy tĩnh máy mài tròn ngoài 3K12 ........................................................................ 121 Hình PL1.3 Thiết kế bạc phải (bạc phía lắp puly) của cụm ổ trục chính thủy tĩnh 122 XII
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Chuyển đổi đơn vị đo căn cứ theo cS [24] ................................................ 36 Bảng 2.2 Phương trình quan hệ độ nhớt – nhiệt độ [62] .......................................... 36 Bảng 2.3 Độ nhớt động lực học và hệ số  của một số dầu bôi trơn thông dụng [62] .................................................................................................................................. 39 Bảng 2.4 Giá trị của hàm số A và B theo ε [22] ....................................................... 53 Bảng 3.1 Chiều dầy màng dầu tối thiểu theo U [22] ................................................ 61 Bảng 4.1 Ma trận thực nghiệm ................................................................................. 84 Bảng 4.2 Tổng hợp kết quả thực nghiệm theo quy hoạch 2k+1 ............................... 87 Bảng 4.3 Trung bình chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ khi độ nhớt 1,67 mPa.s và áp suất 3 MPa................................................................. 88 Bảng 4.4 Trung bình chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ khi độ nhớt của dầu 1,67 mPa.s và áp suất 4 MPa ................................................... 89 Bảng 4.5 Trung bình chuyển vị tâm trục của cụm ổ trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ khi độ nhớt 1,67 mPa.s và áp suất 5 MPa ............................................... 89 Bảng 4.6 Chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ theo tải trọng và áp suất dầu khi độ nhớt 1,67 mPa.s ..................................................................... 90 Bảng 4.7 Trung bình chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ khi độ nhớt 5,19 mPa.s và áp suất 3 MPa................................................................. 92 Bảng 4.8 Trung bình chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ khi độ nhớt 5,19 mPa.s và áp suất 4 MPa................................................................. 92 Bảng 4.9 Trung bình chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ khi độ nhớt 5,19 mPa.s và áp suất 5 MPa................................................................. 92 Bảng 4.10 Chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ theo tải trọng và áp suất dầu khi độ nhớt 5,19 mPa.s ............................................................ 93 Bảng 4.11 Trung bình chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ khi độ nhớt 8,72 mPa.s và áp suất 3 MPa................................................................. 95 XIII
Bảng 4.12 Trung bình chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ khi độ nhớt 8,72 mPa.s và áp suất 4 MPa................................................................. 95 Bảng 4.13 Trung bình chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ khi độ nhớt 8,72 mPa.s và áp suất 5 MPa................................................................. 95 Bảng 4.14 Trung bình chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ theo tải trọng và áp suất dầu khi độ nhớt 8,72 mPa.s ............................................... 96 Bảng 4.15 Trung bình chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ tương ứng với tải trọng 500N và áp suất dầu 3 MPa................................................ 98 Bảng 4.16 Trung bình chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ tương ứng với tải trọng 500N và áp suất dầu 4 MPa................................................ 99 Bảng 4.17 Trung bình chuyển vị của trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ khi tải trọng tác dụng 500N và áp suất dầu 5 MPa ......................................................... 99 Bảng 4.18 Trung bình chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ theo áp suất và độ nhớt dầu bôi trơn khi tải trọng hướng kính 500N....................... 99 Bảng 4.19 Trung bình chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ theo độ nhớt khi tải trọng hướng kính 1000N, áp suất dầu 3MPa ......................... 101 Bảng 4.20 Trung bình chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ theo độ nhớt khi tải trọng hướng kính 1000N, áp suất dầu 4 MPa ........................ 101 Bảng 4.21 Trung bình chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của ổ theo độ nhớt khi tải trọng hướng kính 1000N, áp suất dầu 5 MPa ................................ 101 Bảng 4.22 Trung bình chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ theo áp suất và độ nhớt dầu bôi trơn khi tải trọng đặt lên trục 1000N ................... 102 Bảng 4.23 Trung bình chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ theo độ nhớt khi tải trọng 1500N, áp suất dầu 3 MPa ............................................ 103 Bảng 4.24 Trung bình chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ theo độ nhớt khi tải trọng 1500N, áp suất dầu 4 MPa ............................................ 104 Bảng 4.25 Trung bình chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ theo độ nhớt khi tải trọng 1500N, áp suất dầu 5 MPa ............................................ 104 XIV
Bảng 4.26 Trung bình chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ theo áp suất và độ nhớt dầu bôi trơn khi tải trọng đặt lên trục 1500N ................... 104 Bảng 4.27 Trung bình chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ theo độ nhớt và tải trọng hướng kính khi áp suất dầu bơm 3 MPa ........................ 107 Bảng 4.28 Trung bình chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ theo độ nhớt và tải trọng hướng kính khi áp suất dầu bơm 4 MPa ........................ 108 Bảng 4.29 Trung bình chuyển vị của tâm trục và độ cứng vững tổng cộng của cụm ổ theo độ nhớt và tải trọng hướng kính khi áp suất dầu bơm 5 MPa ........................ 109 Bảng PL2.1 Chuyển vị của tâm trục chính khi tải trọng thay đổi và độ nhớt dầu bôi trơn  = 1,67mPa.s, áp suất 3 MPa (μm) ............................................................... 123 Bảng PL2.2 Chuyển vị của tâm trục chính khi tải trọng thay đổi và độ nhớt dầu bôi trơn  = 1,67mPa.s, áp suất 4 MPa (μm) ............................................................... 124 Bảng PL2.3 Chuyển vị của tâm trục chính khi tải trọng thay đổi và độ nhớt dầu bôi trơn  = 1,67mPa.s, áp suất 5 MPa (μm) ............................................................... 125 Bảng PL2.4 Chuyển vị của tâm trục chính khi tải trọng thay đổi và độ nhớt dầu bôi trơn  = 5,19 mPa.s, áp suất 3 MPa (μm) .............................................................. 126 Bảng PL2.5 Chuyển vị của tâm trục chính khi tải trọng thay đổi và độ nhớt dầu bôi trơn = 5,19 mPa.s, áp suất 4 MPa (μm)................................................................ 127 Bảng PL2.6 Chuyển vị của tâm trục chính khi tải trọng thay đổi và độ nhớt dầu bôi trơn = 5,19 mPa.s, áp suất 5 MPa (μm)................................................................ 128 Bảng PL2.7 Chuyển vị của tâm trục chính khi tải trọng thay đổi và độ nhớt dầu bôi trơn = 8,72mPa.s, áp suất 3 MPa (μm)................................................................. 129 Bảng PL2.8 Chuyển vị của tâm trục chính khi tải trọng thay đổi và độ nhớt dầu bôi trơn  = 8,72 mPa.s, áp suất 4 MPa (μm)............................................................... 130 Bảng PL2.9 Chuyển vị của tâm trục chính khi tải trọng thay đổi và độ nhớt dầu bôi trơn  = 8,72 mPa.s, áp suất 5 MPa (μm) ............................................................. 131 XV
MỞ ĐẦU 1. Lý do lựa chọn đề tài Cụm ổ trục chính là cụm chi tiết quan trọng của máy công cụ nói chung, máy mài nói riêng có ảnh hưởng quyết định đến độ chính xác, chất lượng bề mặt của chi tiết gia công. Độ cứng vững theo phương hướng kính (sau đây gọi tắt là độ cứng vững) của cụm ổ trục chính có liên quan trực tiếp tới dịch chuyển tâm trục khi chịu tải theo phương hướng kính. Để đảm bảo chất lượng bề mặt và độ chính xác của chi tiết gia công, đặc biệt là chi tiết gia công sau nhiệt luyện, cần phải quan tâm đến độ cứng vững của cụm trục chính máy công cụ nói chung, máy mài nói riêng. Cụm ổ trục chính máy mài sử dụng công nghệ bôi trơn thủy động đã được áp dụng trong nhiều năm qua. Tuy nhiên nhược điểm cơ bản của bôi trơn thủy động là quỹ đạo tâm trục phụ thuộc vào nhiệt độ dầu bôi trơn, tốc độ và tải trọng đặt lên trục chính, do đó ảnh hưởng tới chất lượng chi tiết gia công. Cụm ổ trục chính thủy tĩnh đã được nghiên cứu ứng dụng trong máy công cụ nhằm nâng cao khả năng tải, tăng độ cứng vững, ổn định tâm trục chính, dập tắt dao động, nâng cao tuổi thọ và độ tin cậy. Đặc biệt hiệu quả khi ứng dụng cho máy gia công tinh như máy mài, máy CNC các loại…. Các vấn đề về ảnh hưởng của các thông số bôi trơn thủy tĩnh đến độ cứng vững cụm ổ trục chính thủy tĩnh máy mài tròn ngoài cỡ trung và độ chính xác của chi tiết gia công đã được quan tâm nghiên cứu, tuy nhiên mới dừng lại ở các ảnh hưởng của các thông số đơn lẻ. Các kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy khả năng tải và độ cứng vững của ổ trục chính bôi trơn thủy tĩnh phụ thuộc vào chế độ bôi trơn với các thông số cơ bản như độ nhớt động lực (sau đây gọi tắt là độ nhớt dầu), chiều dày màng dầu, áp suất v.v.. Từ những vấn đề nêu trên cho thấy việc “nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số bôi trơn thủy tĩnh đến độ cứng vững của cụm ổ trục chính thủy tĩnh máy mài tròn ngoài 3K12” là cần thiết, tạo cơ sở khoa học cho việc tính toán, thiết kế, chế tạo và đánh giá độ cứng vững cụm ổ trục chính thủy tĩnh của máy công cụ và thiết bị công nghiệp trong đó có máy mài tròn ngoài. Đó chính là lý do nghiên cứu sinh lựa 1
chọn đề tài nghiên cứu của luận án. 2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án a. Mục đích nghiên cứu: Mục đích chung: Nâng cao độ cứng vững của cụm trục chính máy mài trên cơ sở lựa chọn bộ thông số bôi trơn thủy tĩnh phù hợp với bộ thông số hình học đạt được khi chế tạo. Mục tiêu cụ thể:  Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số bôi trơn đến chất lượng cụm ổ trục chính thủy tĩnh nói chung và độ cứng vững nói riêng trên máy 3K12.  Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng, độ nhớt và áp suất dầu bôi trơn tới độ cứng vững của cụm ổ trục chính bôi trơn thủy tĩnh của máy 3K12. b. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu: Cụm ổ trục chính bôi trơn thủy tĩnh máy mài tròn ngoài 3K12. Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm:  Cụm ổ trục chính máy mài tròn ngoài bôi trơn thủy tĩnh có kích thước cơ bản: Trục dài 535 mm, đường kính ổ 70mm, chiều rộng ổ 56 mm, chiều dày mép ổ 14 mm, khe hở hướng kính của ổ: 21 μm.  Bộ thông số bôi trơn thủy tĩnh thay đổi trong phạm vi: áp suất bơm dầu 3 – 5 MPa, độ nhớt động lực của dầu: 1,67 – 8,72 mPa.s.  Đánh giá độ cứng vững của cụm ổ trục chính với các chế độ bôi trơn thủy tĩnh ở trạng thái tĩnh. Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm: Lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết bôi trơn thủy tĩnh và tính toán các thông số bôi trơn thủy tĩnh cho cụm ổ trục chính máy mài tròn ngoài 3K12. 2
Thực nghiệm: Xác định quy luật biến thiên của độ cứng vững cụm ổ trục chính bôi trơn thủy tĩnh máy mài tròn ngoài 3K12 được chế tạo với tải trọng, độ nhớt và áp suất dầu thay đổi trong vùng lựa chọn nhằm xác thực độ tin cậy của kết quả nghiên cứu lý thuyết. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: Ý nghĩa khoa học: Xác định được vùng thông số thủy tĩnh phù hợp với các thông số hình học đạt được khi chế tạo cho độ cứng vững hợp lý. Xây dựng được mối quan hệ giữa độ nhớt, áp suất dầu bôi trơn và tải trọng hướng kính với độ cứng vững của cụm trục chính, là nguyên nhân chính ảnh hưởng đến độ chính xác và chất lượng bề mặt chi tiết gia công trên máy mài tròn ngoài nói chung và máy mài tròn ngoài 3K12 nói riêng. Xây dựng được hàm hồi quy thực nghiệm mô tả mối quan hệ giữa độ cứng vững cụm ổ trục chính thủy tĩnh với độ nhớt, áp suất dầu bôi trơn và tải trọng hướng kính đặt lên trục. Kết quả nghiên cứu làm phong phú thêm lý thuyết bôi trơn thủy tĩnh; làm tài liệu tham khảo trong nghiên cứu, tính toán thiết kế, chế tạo cụm ổ trục chính bôi trơn thủy tĩnh máy công cụ; trong hoạt động giảng dạy và đào tạo chuyên ngành. Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu đã xác định được giá trị các thông số bôi trơn hợp lý để cụm ổ trục chính thủy tĩnh làm việc ổn định dựa trên tiêu chí độ cứng vững của ổ. Đặc biệt, cho phép lựa chọn chế độ bôi trơn hợp lý căn cứ vào dung sai chế tạo cụ thể của cụm ổ dựa trên cơ sở độ cứng vững. 4. Điểm mới của luận án - Xác định được bộ thông số bôi trơn thủy tĩnh phù hợp cho từng cụm ổ trục chính thủy tĩnh có bộ thông số kích thước hình học cụ thể sau gia công trên cơ sở dung sai chế tạo. - Đã chế tạo được được cụm ổ trục chính thủy tĩnh đầu tiên ở Việt Nam, phù hợp với điều kiện công nghệ chế tạo trong nước hiện có, phục vụ cho nghiên cứu thực 3