MỞ ĐẦU Một trong các bộ phận thƣờng gặp trong máy là các chi tiết quay (thƣờng gọi là rô to, theo định nghĩa của ISO, rô to là vật quay có các cổ trục tựa trên ổ đỡ [5]). Nguồn gây ra dao động phổ biến nhất là mất cân bằng của rô to. Mất cân bằng xẩy ra trong trƣờng hợp chung nhất là khi trục quán tính chính của rô to không trùng với trục quay hình học, một trong các thể hiện của nó là trọng tâm của rô to không nằm trên trục quay. Khi rô to quay sẽ sinh ra lực ly tâm mà tổng hợp các lực này tạo thành hợp lực và ngẫu lực.
Các lực này gây ra dao động và tiếng ồn khi máy chạy, truyền lực xuống ổ đỡ và móng, làm giảm tuổi thọ của máy do mòn ổ đỡ, cổ trục và đồng thời làm ảnh hƣởng đến sức khỏe của công nhân do làm việc trong môi trƣờng rung và ồn quá mức cho phép. Lực ly tâm do mất cân bằng còn gây ra những hiện tƣợng khác nhƣ hiện tƣợng đảo dầu ở các ổ trƣợt dẫn đến hiện tƣợng mất ổn định của máy [3]. Việc cân bằng động tức là căn chỉnh lại khối lƣợng để làm giảm các hiện tƣợng trên xuống dƣới mức cho phép. Hầu nhƣ đối với tất cả rô to, việc cân bằng ngày nay đƣợc xem nhƣ một công việc tối quan trọng vì xu thế hiện nay là để tăng công suất máy, ngƣời ta tăng tốc độ quay tới vài chục nghìn vòng/phút.
Lực ly tâm tỷ lệ với bình phƣơng tốc độ quay, nên dù khối lƣợng mất cân bằng (lệch tâm) rất nhỏ nhƣng cũng tạo ra lực ly tâm lớn [6]. Đối với các máy quay hiện đại nhƣ động cơ điện, máy phát điện, máy tuốc bin, máy nén khí, quạt thông gió v,v. với việc tăng tốc độ quay thì việc cân bằng động coi nhƣ một mệnh lệnh và mức dao động cho phép phải chấp nhận một cách nghiêm ngặt [3,6]. Đối với cân bằng động rô to, có thể phân ra thành 2 loại: Cân bằng động trên máy chuyên dụng và cân bằng động tại hiện trƣờng.
Cân bằng động trên máy chuyên dụng tức là sau khi chế tạo rô to ngƣời ta cân bằng hàng loạt ngay tại xƣởng trên máy cân bằng chuyên dụng cho vài loại sản phẩm. Còn cân bằng tại chỗ tức là 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com khi hệ thống máy đã đƣợc lắp ráp hoàn chỉnh, ta tiến hành cân bằng rô to tại nơi làm việc, hoặc cũng có thể máy đã đƣa vào sản xuất một thời gian, khi phát hiện vấn đề về rung, ồn mạnh do mất cân bằng gây ra thì ta phải tiến hành cân bằng tại chỗ. Cân bằng động tại chỗ có các ƣu điểm là: Không cần phải tháo máy làm mất thời gian dừng máy lâu và không phải tốn kém cho việc tháo lắp và chuyên chở; các bộ phận của máy đƣợc cân bằng đồng thời và kết quả cuối cùng là dao động tổng thể của máy giảm xuống dƣới mức cho phép, vì trong thực tế có khi từng bộ phận cân bằng tốt, nhƣng khi lắp tổng thể vẫn bị dao động mạnh; đƣợc tiến hành trong điều kiện vận hành bình thƣờng gần nhƣ khi sản xuất nên kết quả cuối cùng là tình trạng chấp nhận đƣợc trong sản xuất. Ngƣời ta thấy rằng những hƣ hỏng cơ học giảm đi nhiều nếu rô to không những chỉ đƣợc cân bằng tại xƣởng mà còn đƣợc kiểm tra sau lắp ráp và cân bằng động tại hiện trƣờng khi cần.
Tuy nhiên, nhiều loại rô to sản xuất hàng loạt thì việc cân bằng động tại xƣởng trên máy cân bằng động chuyên dụng là rất cần thiết và quan trọng. Trong sản xuất có cả cân bằng tĩnh và cân bằng động. Về nguyên lý, đối với rô to ngắn (còn gọi là chi tiết quay phẳng) thì chỉ cần cân bằng tĩnh là đủ, nhƣng trong thực tế do ảnh hƣởng của ma sát và nhiều nguyên nhân khác nữa nên đối với các loại rô to việc cân bằng động sẽ giải quyết tổng thể hơn. Tóm lại, cân bằng động là một khâu rất quan trọng đối với rô to, làm giảm dao động và ồn của máy, tăng tuổi thọ cho máy, giảm ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng làm việc của công nhân và giảm thời gian sửa chữa, dừng máy và gián đoạn sản xuất.
6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ CÂN BẰNG ĐỘNG RÔ TO 1. Một số khái niệm về cân bằng rô to Để có thể làm quen với những thuật ngữ dùng sau này, ở đây xin giới thiệu một số khái niệm mang tính chất nhƣ định nghĩa về rô to và cân bằng rô to. Rô to cứng Một rô to dài đƣợc gọi là rô to cứng khi mất cân bằng của nó có thể căn chỉnh trong hai mặt phẳng bất kỳ (chọn tùy ý) và sau khi đƣợc căn chỉnh thì mất cân bằng không thay đổi đáng kể ở bất kỳ tốc độ nào nhỏ hơn tốc độ làm việc cực đại.
Rô to mềm Là rô to không thỏa mãn định nghĩa của rô to cứng. Trong luận văn này giới hạn khảo sát chủ yếu các loại rô to cứng. Mất cân bằng của rô to cứng Để hiểu thế nào là khái niệm mất cân bằng ta cần biết thêm một số định nghĩa sau: - Đường trục là đƣờng thẳng nối tâm của cổ trục. Đƣờng trục cố định cùng với rô to trong cả quá trình chuyển động.
- Đại lượng mất cân bằng của rô to: Khi có một khối lƣợng u ở cách đƣờng trục một khoảng r thì đại lượng đo mất cân bằng của rô to là: U ur (1.1) r - véc tơ có gốc là đƣờng trục và đỉnh là tâm khối lƣợng u trong mặt phẳng vuông góc với đƣờng trục. - Lực ly tâm quán tính: Khi trục quay với vân tốc góc thì khối lƣợng u ở cách trục quay một khoảng r sẽ sinh ra lực ly tâm quán tính cho bởi công thức: 7 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.2) - Căn chỉnh mất cân bằng là quá trình thay đổi lại phân bố khối lƣợng của rô to bằng cách thêm hoặc bớt khối lƣợng để cho mất cân bằng bằng không: U ua ra 0 (1.3) trong đó ua là khối lƣợng cần thêm vào (hoặc bớt đi) còn ra là bán kính tính từ tâm khối lƣợng ua đến đƣờng trục trong mặt phẳng vuông góc với đƣờng trục. Mất cân bằng U đƣợc căn chỉnh bởi thêm khối lƣợng vào phía đối diện với u hoặc lấy bớt đi khối lƣợng ở cùng phía với u. Do cấu tạo của rô to, khối lƣợng thêm vào hoặc bớt đi có thể lấy ở nhiều vị trí, sao cho tổng hợp lại thỏa mãn điều kiện (1.
Để cân bằng rô to cứng, từ thực nghiêm trong thực tế ngƣời ta phân chia thành hai loại, một loại là rô to ngắn (còn gọi là rô to dạng đĩa) đƣợc tiến hành cân bằng trên 1 mặt phẳng, một loại là rô to dài (còn gọi là rô to dạng ru-lô) đƣợc cân bằng trên hai mặt phẳng. Có thể tham khảo tiêu chuẩn lựa chọn số mặt phẳng cân bằng trên hình 1.1, L/D là tỷ số chiều dài và đƣờng kính của rô ro, hoành độ chỉ tốc độ quay của rô to theo vòng/phút. Vùng gạch-gạch chỉ loại rô to có thể cân bằng động trong một mặt phẳng (ta sẽ gọi là rô to ngắn hay rô to dạng đĩa), còn vùng để trắng chỉ loại rô to cần cân bằng động trên hai mặt phẳng (ta sẽ gọi là rô to dài). 1 2 mặt phẳng 0,5 1 mặt phẳng L/D 0 900 1800 v/ph Hình 1.
Tiêu chuẩn lựa chọn số mặt phẳng cân bằng. 8 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Mất cân bằng của rô to dạng đĩa Trong thực tế, trƣờng hợp đơn giản nhất là đĩa gắn trên trục và trục quay với tốc độ góc . Khi đó giả sử các khối lƣợng lệch tâm là mi với bán kính tính từ tâm khối lƣợng mi đến đƣờng trục là ri sẽ sinh ra lực ly tâm: Fi mi ri 2 , i 1, 2,.
Các lực ly tâm này đồng quy nên có hợp lƣc: F Fi 2 mi ri mc rc 2 (1.4) i i trong đó mc là tổng các khối lƣợng mi, đặt tại trọng tâm chung C và với bán kính quay là rc. Nếu F = 0 thì rô to không mất cân bằng, nếu F 0 thì rô to mất cân bằng, Trong trƣờng hợp mất cân bằng công thức (1.4) có thể viết: F mc rc 2 2 ur 2U (1.5) Nhƣ vậy, đối với rô to cứng dạng đĩa, có thể mô tả bởi 1 véc tơ mất cân bằng và có thể thực hiện căn chỉnh trong một mặt phẳng. Những chi tiết nhƣ bánh đà, cánh quạt, đĩa máy mài v. Có bề dầy nhỏ so với đƣờng kính ta có thể coi là các chi tiết quay phẳng.Về nguyên tắc, mất cân bằng này có thể khử đƣợc bằng cách cân bằng tĩnh.
Cân bằng tĩnh có thể thực hiện đƣợc bằng cách đặt chi tiết quay trên 2 gối, đƣợc tạo lập sao cho ma sát không đáng kể thì bao giờ khối lƣợng mất cân bằng cũng nằm ở vị trí thấp nhất nên có thể lấy bớt khối lƣợng ở phía dƣới hoặc thêm vào khối lƣợng ở phía trên. Tuy nhiên khi máy đã đặt tại vị trí để sản xuất, chi tiết quay bao giờ cũng chịu ma sát không nhỏ, nên việc cân bằng tĩnh thực hiện không chính xác. Vì vậy ngƣời ta phải tiến hành cân bằng động tại chỗ mà không cần tháo rời chi tiết quay ra, không làm ảnh hƣởng nhiều đến thời gian sản xuất. 9 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.
Mất cân bằng của rô to dài Rô to cứng và dài dạng ru-lô (con lăn) khác với dạng đĩa, nhƣng có thể sử dụng khái niệm cơ bản của dạng đĩa. Rô to dạng ru-lô có thể chia ra thành nhiều đĩa mỏng vuông góc với đƣờng trục. Đối với mỗi đĩa mất cân bằng đƣợc xác định bằng một véc tơ U i nhƣ trong trƣờng hợp 1. Các lực ly tâm, hay nói khác đi là các véc tơ U i , có thể phân tích thành 2 véc tơ trên 2 mặt phẳng tùy ý, I và II, vuông góc với đƣờng trục (các mặt phẳng I và II thƣờng đƣợc chọn là các mặt phẳng ở 2 đầu mút của của rô to dài).