Luận án: Ảnh hưởng thông số bôi trơn thủy tĩnh đến độ cứng vững cụm trục chính 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. 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. 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. 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. 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. TỔNG QUAN VỀ CỤM TRỤC CHÍNH MÁY CÔNG CỤ.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.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. CƠ SỞ LÝ THUYẾT BÔI TRƠN THỦY TĨNH TRỤC CHÍNH MÁY CÔNG CỤ.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].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.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.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:. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM 59 3.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm.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.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.

THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CÁC THÔNG SỐ BÔI TRƠN ĐẾN ĐỘ CỨNG VỮNG CỤM TRỤC CHÍNH THỦY TĨNH.1 Quy hoạch và tổ chức thực nghiệm. 81 Thiết kế thí nghiệm:. 81 Tổ chức thực nghiệm.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.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.

88 Dầu có độ nhớt 5,19 mPa. 92 Dầu có độ nhớt 8,72 mPa.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.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.

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 θ Góc chắn cung buồng dầu o 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 2 N/mm VII K Hệ số phụ thuộc vật liệu theo định luật Hall-Petch I Mô men quán tính chính của ổ 4 mm 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/m 3 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 NC1 Công suất tiêu hao do ma sát của dầu tại vùng tiếp kW giáp cầu nối giữa các buồng dầu theo chiều trục NC2 Công suất tiêu hao do ma sát của dầu tại vùng tiếp 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].2 Một số loại ổ lăn thông dụng trong chế tạo máy [3].3 Cấu trúc cụm ổ trục chính máy phay sử dụng ổ bi đỡ [4].4 Cụm trục chính máy phay sử dụng ổ bi được phát triển bởi GMN[5].5 Mô hình truyền nhiệt trên ổ lăn đỡ trục chính máy phay cao tốc [6].6 Phương án bố trí ổ lăn cho trục chính máy phay CNC cao tốc được phát triển bởi SKF [20].7 Kết cấu ổ trục chính máy mài sử dụng ổ lăn được làm mát bằng nước.8 Sơ đồ nguyên lý làm việc và phân bố áp suất dầu của ổ thủy động [22] .9 Ổ đỡ thủy động tự lựa 3 mảnh [22].10 Sơ đồ cấu tạo cụm ổ trục chính cao tốc bôi trơn thủy động bằng nước .11 Kết cấu trục chính ổ thủy động máy mài [1].12 Kết cấu của ổ thủy động cụm trục chính máy mài [24].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.15 Kết cấu của cụm ổ thủy tĩnh máy mài.16 Kết cấu ổ thủy tĩnh [26].17 Kết cấu ổ thủy tĩnh hướng kính [27].18 Kết cấu và phân bố áp suất trong ổ chặn thủy tĩnh [28].19 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo cụm ổ côn đỡ - chặn thủy tĩnh [29].20 Sơ đồ nguyên lý làm việc của cụm ổ trục chính thủy tĩnh.21 Kết cấu cụm ổ thủy tĩnh máy công cụ [31].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 Ổ đỡ-chặn thủy tĩnh sử dụng trên máy tiện V-25 [38].25 Sơ đồ thực nghiệm đo độ cứng vững cụm trục chính [43]. Kết cấu cụm ổ trục chính thủy tĩnh dẫn động bằng nước của máy công cụ có độ chính xác siêu cao [41]. Một số kết cấu ổ thủy tĩnh được các nhóm nghiên cứu đề xuất.1 Sơ đồ phân loại vật liệu bôi trơn và kỹ thuật bôi trơn [24].