Luận văn: Ảnh hưởng tải đặt trước đến đặc tính cản lăn ổ trục chính máy công cụ

Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng tải đặt trước đến cản lăn ổ trục chính máy công cụ, đề xuất giải pháp tối ưu nhằm nâng cao độ chính xác gia công.

• Tác giả: Nguyễn Trí Đức
• Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Thùy Dương
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Ảnh hưởng tải đặt trước đến cản lăn ổ trục chính máy công cụ
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái Niệm Về Tải Đặt Trước Trong Cụm Ổ Trục Chính

Tải đặt trước là một yếu tố quan trọng trong hệ thống ổ trục chính của máy công cụ CNC. Tải đặt trước được định nghĩa là lực tác động lên các quả cầu trong ổ, nhằm loại bỏ độ hở và tăng độ cứng vững của trục chính. Việc áp dụng tải đặt trước tối ưu giúp cải thiện độ chính xác gia công và kéo dài tuổi thọ của máy. Trong quá trình vận hành, tải đặt trước ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính cần lăn của ổ trục chính, quyết định hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Nghiên cứu ảnh hưởng của tải đặt trước là nền tảng để xác định giá trị phù hợp cho các điều kiện gia công khác nhau.

1.1. Định Nghĩa và Chức Năng Của Tải Đặt Trước

Tải đặt trước là lực được áp dụng trước để khử độ hở trong ổ trục. Chức năng chính bao gồm: loại bỏ độ hở giữa các quả cầu và vòng ổ, tăng độ cứng vững của hệ thống, cải thiện độ chính xác của trục chính. Giá trị tải đặt trước phải được tính toán cẩn thận để đạt được cân bằng tối ưu giữa độ cứng và tuổi thọ của ổ.

1.2. Tầm Quan Trọng Trong Máy Công Cụ CNC

Trong máy tiện CNC, tải đặt trước phù hợp đảm bảo độ chính xác gia công cao, giảm rung động và giảm độ hở của trục chính. Tải đặt trước không đủ gây ra độ hở, ảnh hưởng độ chính xác; tải quá lớn gây mòn nhanh và phát sinh nhiệt. Do đó, xác định giá trị tối ưu là cần thiết.

II. Ảnh Hưởng Của Tải Đặt Trước Đến Đặc Tính Cần Lăn

Đặc tính cần lăn của ổ trục chính được xác định bởi lực ma sát, nhiệt độ, và cảm ứng chuyển động của các quả cầu. Tải đặt trước có ảnh hưởng trực tiếp và đáng kể đến các đặc tính này. Khi tải đặt trước tăng, lực tiếp xúc giữa quả cầu và vòng ổ tăng, dẫn đến tăng lực ma sát và nhiệt độ phát sinh. Điều này ảnh hưởng đến cản lăn - một chỉ số quan trọng thể hiện sức cản của ổ khi quay. Nghiên cứu cho thấy mối quan hệ phi tuyến giữa tải đặt trước và cản lăn, yêu cầu tìm giá trị tối ưu để vận hành hiệu quả nhất.

2.1. Mối Liên Hệ Giữa Tải Đặt Trước và Cản Lăn

Cản lăn tăng theo hàm bậc nhất của tải đặt trước trong điều kiện bình thường. Khi tải tăng, tiếp xúc giữa quả cầu và vòng ổ mạnh hơn, dẫn đến cản lăn cao hơn. Tuy nhiên, ở các mức tải quá cao, hiệu ứng phụ như biến dạng và trượt có thể làm thay đổi mối quan hệ này.

2.2. Ảnh Hưởng Đến Hiệu Suất Vận Hành

Tải đặt trước ảnh hưởng đến hiệu suất vận hành bằng cách thay đổi mức tiêu thụ năng lượng và sinh nhiệt. Tải đặt trước tối ưu giữ cân bằng giữa độ cứng vững và hiệu suất, đảm bảo máy công cụ hoạt động ổn định với mức tiêu thụ điện năng hợp lý.

III. Phương Pháp Xác Định Tải Đặt Trước Tối Ưu

Xác định tải đặt trước tối ưu là quá trình phức tạp yêu cầu kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. Các phương pháp chính bao gồm: phương pháp tính toán lý thuyết dựa trên công thức Hertz, phương pháp thử nghiệm trên máy, và phương pháp mô phỏng số. Nghiên cứu thực nghiệm trên cụm ổ trục chính máy tiện CNC cho thấy giá trị tải đặt trước tối ưu phụ thuộc vào tốc độ quay, tài liệu ổ, và điều kiện vận hành cụ thể. Việc khảo sát chi tiết mối quan hệ giữa tải đặt trước, cản lăn, và độ cứng vững giúp xác định vùng giá trị phù hợp cho các ứng dụng khác nhau.

3.1. Phương Pháp Lý Thuyết và Tính Toán

Phương pháp lý thuyết dựa trên công thức Hertz tính toán áp lực tiếp xúc giữa quả cầu và vòng ổ, từ đó xác định tải đặt trước cần thiết. Công thức này tính đến kích thước ổ, vật liệu, và điều kiện tiếp xúc để đưa ra giá trị dự tính.

3.2. Phương Pháp Thử Nghiệm và Đánh Giá

Thử nghiệm thực tế trên máy tiện CNC cho phép đo trực tiếp cản lăn và đặc tính vận hành tại các mức tải khác nhau. Dữ liệu thử nghiệm được so sánh với dự đoán lý thuyết để hiệu chỉnh mô hình và xác định vùng tải đặt trước tối ưu cho ứng dụng cụ thể.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Và Khuyến Nghị

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tải đặt trước đến cản lăn ổ trục chính có ứng dụng thực tiễn quan trọng trong chế tạo, lắp đặt và bảo dưỡng máy công cụ. Các khuyến nghị bao gồm: xác định giá trị tải đặt trước phù hợp dựa trên điều kiện gia công cụ thể, thiết lập lịch kiểm tra và điều chỉnh định kỳ, và theo dõi sự suy giảm tải do mòn trong quá trình vận hành. Ở điều kiện Việt Nam, với biến động khí hậu và độ ẩm cao, việc bảo dưỡng định kỳ và điều chỉnh tải đặt trước trở nên đặc biệt quan trọng. Nhân viên vận hành cần được đào tạo để nhận biết các dấu hiệu cản lăn tăng cao hoặc rung động bất thường.

4.1. Hướng Dẫn Điều Chỉnh Tải Đặt Trước

Điều chỉnh tải đặt trước trên máy tiện CNC yêu cầu: dừng máy hoàn toàn, xoay ổ tay để kiểm tra cản lăn, điều chỉnh theo từng bước nhỏ, và kiểm tra lại sau mỗi điều chỉnh. Giá trị tối ưu thường nằm trong khoảng được xác định từ nghiên cứu thực nghiệm, tùy vào loại công việc gia công.

4.2. Bảo Dưỡng và Giám Sát Định Kỳ

Bảo dưỡng định kỳ bao gồm kiểm tra cản lăn của ổ trục chính mỗi tháng, điều chỉnh tải đặt trước nếu cần, và thay thế chất bôi trơn. Giám sát nhiệt độ phát sinh và mức độ rung động giúp phát hiện sớm các vấn đề, kéo dài tuổi thọ máy công cụ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về cụm ổ trục chỉnh máy công cụ Nghiên cứu cầu tạo, đặc tỉnh kỹ thuật của cụm trục chính máy công cụ ƠNG. Phân tích, đánh giá các công trình nghiên cứu trong vả ngoài nước liên quan để đánh giá chất lượng ô trục chính máy tiện CNC. lrên cơ sở đó xác định vẫn đề mà luận văn cần giải quyết. Chương 2: Cơ sở lý thuyết về tải đặt trước của cụm ổ trục chính Nghiên cứu cơ sỡ lý thuyết về tái dặt trước, các phương pháp dặt trước, ảnh hướng của tải đặt trước đến dộ cứng vững, tốc dộ, tuổi thọ,.

Nghiễn cứu các phương pháp xác định tải trước. Trên cơ sở phân tích các phương pháp xây dựng được phương ản khảo sát đặc tính cản lấn mê men khởi động của cụm. ổ trục chính. Chương 3: Khảo sát đánh giá ảnh hưởng của tải đặt trước đến đặc tính căn lăn của cụm Õ trục chính.

Trên cơ sở kết quả thực nghiệm kháo sát, đưa ra quy luật ảnh hưởng của tải đặt tước đến đặc tính cản lần của cum ỗ trục chính máy công cụ. Đưa ra các khuyến nghị về thay thế, điều chỉnh vòng bị trong điều kiện vận hành. -_ Nghiên cứu thực nghiệm: Xây đựng phương pháp, tiến hành thực ngiệm khảo sát của tải đạt trước thay đổi tới đặc tính cân lăn và độ cứng của cụm trục chính 24Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của để tài: - _ Ý nghĩa khoa học: Bước đầu đưa ra quy luật ảnh hưởng của tải đặt trước đến đặc tính ma sát của cum ỗ trục chỉnh, xác định quy luật biển thiên của đặc tính ma sát và dự kiến thời gian hiệu chỉnh, số lần hiểu chỉnh của cụm. 4 ue chính - _ Ý nghĩa thực tiễn: Dự kiến thời gian điều chỉnh cum 6 truc chinh và số lần diều chính tối da nhằm dâm bảo độ tin cậy và tuổi thọ của máy công, cụ.5 Nội dưng luận văn Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về cụm ổ trục chỉnh máy công cụ Nghiên cứu cầu tạo, đặc tỉnh kỹ thuật của cụm trục chính máy công cụ ƠNG.

Phân tích, đánh giá các công trình nghiên cứu trong vả ngoài nước liên quan để đánh giá chất lượng ô trục chính máy tiện CNC. lrên cơ sở đó xác định vẫn đề mà luận văn cần giải quyết. Chương 2: Cơ sở lý thuyết về tải đặt trước của cụm ổ trục chính Nghiên cứu cơ sỡ lý thuyết về tái dặt trước, các phương pháp dặt trước, ảnh hướng của tải đặt trước đến dộ cứng vững, tốc dộ, tuổi thọ,. Nghiễn cứu các phương pháp xác định tải trước.

Trên cơ sở phân tích các phương pháp xây dựng được phương ản khảo sát đặc tính cản lấn mê men khởi động của cụm. ổ trục chính. Chương 3: Khảo sát đánh giá ảnh hưởng của tải đặt trước đến đặc tính căn lăn của cụm Õ trục chính. Trên cơ sở kết quả thực nghiệm kháo sát, đưa ra quy luật ảnh hưởng của tải đặt tước đến đặc tính cản lần của cum ỗ trục chính máy công cụ.

Đưa ra các khuyến nghị về thay thế, điều chỉnh vòng bị trong điều kiện vận hành. -_ Nghiên cứu thực nghiệm: Xây đựng phương pháp, tiến hành thực ngiệm khảo sát của tải đạt trước thay đổi tới đặc tính cân lăn và độ cứng của cụm trục chính 24Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của để tài: - _ Ý nghĩa khoa học: Bước đầu đưa ra quy luật ảnh hưởng của tải đặt trước đến đặc tính ma sát của cum ỗ trục chỉnh, xác định quy luật biển thiên của đặc tính ma sát và dự kiến thời gian hiệu chỉnh, số lần hiểu chỉnh của cụm. 4 ue chính - _ Ý nghĩa thực tiễn: Dự kiến thời gian điều chỉnh cum 6 truc chinh và số lần diều chính tối da nhằm dâm bảo độ tin cậy và tuổi thọ của máy công, cụ.5 Nội dưng luận văn Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về cụm ổ trục chỉnh máy công cụ Nghiên cứu cầu tạo, đặc tỉnh kỹ thuật của cụm trục chính máy công cụ ƠNG. Phân tích, đánh giá các công trình nghiên cứu trong vả ngoài nước liên quan để đánh giá chất lượng ô trục chính máy tiện CNC.

lrên cơ sở đó xác định vẫn đề mà luận văn cần giải quyết. Chương 2: Cơ sở lý thuyết về tải đặt trước của cụm ổ trục chính Nghiên cứu cơ sỡ lý thuyết về tái dặt trước, các phương pháp dặt trước, ảnh hướng của tải đặt trước đến dộ cứng vững, tốc dộ, tuổi thọ,. Nghiễn cứu các phương pháp xác định tải trước. Trên cơ sở phân tích các phương pháp xây dựng được phương ản khảo sát đặc tính cản lấn mê men khởi động của cụm.

ổ trục chính. Chương 3: Khảo sát đánh giá ảnh hưởng của tải đặt trước đến đặc tính căn lăn của cụm Õ trục chính. Trên cơ sở kết quả thực nghiệm kháo sát, đưa ra quy luật ảnh hưởng của tải đặt tước đến đặc tính cản lần của cum ỗ trục chính máy công cụ. Đưa ra các khuyến nghị về thay thế, điều chỉnh vòng bị trong điều kiện vận hành.

Hình 1 2§ Ánh hưởng của khoảng cách ổ lăn tới độ cứng vả tản số sông hưởng thứ xhất [8] - - - - 23 Hình 1.29 Sơ đỏ vẻ giám sát rung động của một đơn vị trục chính |9|.30 De độ rung của trục chỉnh raáy phay đa nguyên cống mới ở các tốc độ khác nhau [9] - - - 24 Hình 1.31 Ảnh hưởng của hệ số tua sát đến mid men ma sai của ô lắn côn với tât trước dịch chuyển đọc trục [11] - - 26 Hình 1.32 Ảnh hưởng của hệ số ma sát đến mồ men ma sat của ỗ lăn côn với tái trước lực dọc trục [11].33 Phương yap kiếm tra độ đảo mặt đâu và độ đảo hướng kinh va dich chuyển đọc trục của trục chính máy cổng cụ [12] 27 Hình 1.34 Thiết bị đánh giá độ chất lượng làm việc máy công cụ CNC thong qua kiểm tra hình học của cụ trục chính Spindlc Error Analyzer. ve BT Hình 1.35 Sơ đỏ hệ thông thiết bị thực nghiệm đo rung động [12] 28 Hình 1.36 Đồ thị biểu diễn lượng môn lông hợp đọc trục của cụm 6 Bin va gia trì R.MS của rang động cựm trục chính theo thời gian [12] - - 28 Hinh 2.1 Phuong phap dit tii truce [13] - 32 llinh 2.2 Tải đặt trước của cặp ổ lắp theo kiểu lưng đến lưng [13] - 33 Hình 2.3 Dịch chuyển dọc tục với tải đất trước cô định [13].4 Dịch chuyển đọc truc với tải dặt trước bằng lực có định [13].5 So sánh độ cửng vững và phương pháp đặt tái trước [13].6 Bố trí vòng bị hai đấy |13.7 Sắp xếp vòng bị ba dấy [13].8 Bigu đồ tài trước của vỏng bị lắp DI hai đấy [13].9 Đẻ thị tâi rước của bộ á trục DEBD ba dãy (Tải trọng đọc trục được áp dụng từ phí: AA) [13] - 38 Hình 2.10 Để thị tải trade cuia b6 6 true DBD ba day (Tải trọng đọc trục dược áp. dụng từ phia A) [L3].11 Môi quan hệ của tải đặt trước và chuyến vị đọc trục 39 khi bố i ap DB [13] - - - - - 39 Hình 2.12 Mỗi quan hệ của tải đặt trước và chuyên vị dọc trục khi bỏ trí lắp DBD theo phía tái trọng đọc trục từ AA [13]. L3 Mối quan hệ của tải đặt trước và chuyển vị đọc trục khi bê trí lắp DBD theo phía rải trọng đọc trục từ A [13].2 Mục đích của tải đặt trước - 31 2.3 Phương pháp tai tude .1 Đặt tải trước theo dịch chuyển dọc trục.2 Dặt tải trước với lực không đổi 33 2.

So sánh hai nhương pháp tải đặt trước - - 34 2. Tải trọng và sự dịch chuyểnvị trí của các ô trục được lãi trước. 35 25 Tải đất trước đối với vòng bị tiếp xúc góc.1 Khe hd doc true.2 Ảnh hưởng của tải trước đến hiệu suất vòng bị.3 Ảnh hưởng của bá trí ố lăn tới độ cứng và tếc độ.4 Khả năng tải tĩnh và tải động - 43 255 Giiin la đặt trước trung bình cho vòng bị kép liếp xúc góc 44 M6 men can lan.6 Phương pháp xác định tải đặt rước - 52 2. Phương pháp xác định ma sát khởi động 33 3.2 - Phương pháp xác dịnh dộ thay đổi của lục đọc trục 2.3 Phương pháp xác dịnh rung dộng tự nhiễn.7 Phương pháp khảo sát đặc tính căn lăn — momen khới động của cụm.

ở trục chính. HH HH ng re nước "—.- KẾT LUẬN CHƯƠNG 2. - - 58 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỚNG CỬA TẢI ĐẶT TRƯỚC BEN PAC TINH CAN LAN CUA CUM Ó TRỤC CHÍNH 59 3. Muetiêuvà dối tượng thí nghiệm.

Mục tiêu thínghiệm. Đối Lượng nghiên cửu. Xây dựng tết bị thực nghiêm khảo sắt ảnh hướng lỗi đặt trước tới đặc tính cân lần — ra sát khởi dng. So dé thi nghi6ma.essesssssccescsessseeesseeee ae ise seo.

Kết cầu cơ bản của mô hình thí nghuiệm. Seo Ô 343 Trình tr thí nghiệm - 64 3.2 Mục đích của tải đặt trước - 31 2.3 Phương pháp tai tude .1 Đặt tải trước theo dịch chuyển dọc trục.2 Dặt tải trước với lực không đổi 33 2. So sánh hai nhương pháp tải đặt trước - - 34 2. Tải trọng và sự dịch chuyểnvị trí của các ô trục được lãi trước.

35 25 Tải đất trước đối với vòng bị tiếp xúc góc.1 Khe hd doc true.2 Ảnh hưởng của tải trước đến hiệu suất vòng bị.3 Ảnh hưởng của bá trí ố lăn tới độ cứng và tếc độ.4 Khả năng tải tĩnh và tải động - 43 255 Giiin la đặt trước trung bình cho vòng bị kép liếp xúc góc 44 M6 men can lan.6 Phương pháp xác định tải đặt rước - 52 2. Phương pháp xác định ma sát khởi động 33 3.2 - Phương pháp xác dịnh dộ thay đổi của lục đọc trục 2.3 Phương pháp xác dịnh rung dộng tự nhiễn.7 Phương pháp khảo sát đặc tính căn lăn — momen khới động của cụm. ở trục chính. HH HH ng re nước "—.- KẾT LUẬN CHƯƠNG 2.

- - 58 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỚNG CỬA TẢI ĐẶT TRƯỚC BEN PAC TINH CAN LAN CUA CUM Ó TRỤC CHÍNH 59 3. Muetiêuvà dối tượng thí nghiệm. Mục tiêu thínghiệm. Đối Lượng nghiên cửu.

Xây dựng tết bị thực nghiêm khảo sắt ảnh hướng lỗi đặt trước tới đặc tính cân lần — ra sát khởi dng. So dé thi nghi6ma.essesssssccescsessseeesseeee ae ise seo. Kết cầu cơ bản của mô hình thí nghuiệm. Seo Ô 343 Trình tr thí nghiệm - 64 Hình 1 2§ Ánh hưởng của khoảng cách ổ lăn tới độ cứng vả tản số sông hưởng thứ xhất [8] - - - - 23 Hình 1.29 Sơ đỏ vẻ giám sát rung động của một đơn vị trục chính |9|.