Nghiên cứu ổ khí quay và ứng dụng trong máy đo sai lệch độ tròn

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ổ khí quay và ứng dụng trong máy đo độ tròn. Phân tích yếu tố ảnh hưởng và kết quả thực nghiệm chi tiết.

• Tác giả: Nguyễn Văn Khoản
• Người hướng dẫn: TS. Vũ Toàn Thắng
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Ổ Khí Quay Và Máy Đo Độ Tròn
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2010-2012

Tóm tắt

I. Tổng quan về ổ khí quay và ứng dụng trong đo sai lệch độ tròn

Ổ khí quay là một thiết bị công nghệ cao được ứng dụng rộng rãi trong các máy đo chính xác hiện đại. Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của ổ khí quay. Thiết bị này được sử dụng chủ yếu trong máy đo độ tròn để đảm bảo độ chính xác cao nhất. Công trình nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của TS. Vũ Toàn Thắng bao gồm phân tích lý thuyết, thiết kế mẫu thử nghiệm và thực hiện các bài kiểm chứng thực tế. Kết quả cho thấy ổ khí quay có khả năng hoạt động ổn định với độ chính xác định tâm xuất sắc, là giải pháp tối ưu cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao trong công nghiệp sản xuất hiện đại.

1.1. Khái niệm và cấu tạo ổ khí quay

Ổ khí quay là một loại vòng bi không tiếp xúc cơ, hoạt động dựa trên nguyên lý áp suất khí nén. Cấu tạo chủ yếu bao gồm trục quay, các đệm khí được bố trí chiều xuyên tâm và trục, vòng cố định và hệ thống cấp khí. Đệm khí trong ổ khí quay có thể là loại mặt trụ hoặc mặt phẳng, tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật. Thiết bị này không sử dụng dầu mỡ bôi trơn, do đó giảm thiểu nhiễm bụi và kéo dài tuổi thọ của máy móc.

1.2. Các loại và ứng dụng thực tế

Ổ khí quay được chia thành nhiều loại dựa trên hình dáng đệm khí và cách định vị: ổ quay định vị hai bậc mặt trụ ba bậc mặt đầu, hoặc bốn bậc trục một bi mặt đầu. Ứng dụng chính là trong máy đo sai lệch độ tròn, máy khoan chính xác cao, và các thiết bị gia công có yêu cầu khắt khe. Lợi ích nổi bật là loại bỏ ma sát, giảm phát sinh nhiệt, và tăng tuổi thọ thiết bị.

II. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của ổ khí quay

Độ chính xác của ổ khí quay phụ thuộc vào nhiều yếu tố kỹ thuật phức tạp. Nghiên cứu chương này tập trung phân tích ảnh hưởng của độ chính xác hình dạng hình học và vị trí của trục quay đến khả năng làm việc. Khe hở đệm khí và góc ôm cũng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì độ định tâm ổ khí quay. Ngoài ra, áp suất nguồn khí và kết cấu định vị tác động trực tiếp đến độ cứng và khả năng chịu tải của thiết bị. Các thí nghiệm được thiết kế nhằm xác định mối quan hệ giữa các thông số này, từ đó tối ưu hóa đặc tính chịu tải và độ ổn định định tâm quay của ổ khí quay.

2.1. Ảnh hưởng của độ chính xác hình học

Sai lệch hình dáng của trục quay như độ côn, độ lôi, độ cong trực tiếp làm giảm độ chính xác của ổ khí quay. Sai lệch vuông góc và sai lệch song song giữa các mặt đĩa dưới và sống trục cũng ảnh hưởng lớn. Yêu cầu độ phẳng cao của đệm khí dạng rãnh là điều kiện tiên quyết để đạt độ định tâm tốt.

2.2. Tác động của khe hở và áp suất nguồn

Khe hở đệm khí mặt trụ và mặt đầu quyết định lực nâng và độ cứng của ổ. Nghiên cứu cho thấy khe hở tối ưu phụ thuộc vào bán kính cấp khí và áp suất nguồn khí. Tăng áp suất tăng khả năng tải nhưng giảm độ ổn định nếu không được điều chỉnh hợp lý.

III. Thực nghiệm xác định đặc tính của ổ khí quay

Phần thực nghiệm luận văn thực hiện một loạt các bài kiểm chứng để xác định các đặc tính vận hành của ổ khí quay. Bao gồm thí nghiệm về độ ổn định định tâm quay, xác định khe hở đệm khí mặt đầu, kiểm tra sự tiếp xúc cơ giữa đệm khí và sông quay. Ngoài ra, các thí nghiệm đo độ nhám bề mặt trục quay và bề mặt đệm khí được tiến hành nhằm tối ưu hóa độ chính xác. Thí nghiệm xác định khả năng tải của ổ được thực hiện dưới các điều kiện áp suất nguồn khác nhau. Tất cả dữ liệu được ghi chép chi tiết trong các bảng biểu và đồ thị, từ đó rút ra những kết luận định lượng về hiệu suất và độ tin cậy của ổ khí quay.

3.1. Kiểm tra độ ổn định định tâm và khe hở

Mô hình thực nghiệm được xây dựng để đo độ định tâm quay của ổ khí tại các vị trí khác nhau. Kết quả cho thấy độ ổn định định tâm ổn định trong phạm vi công suất hoạt động. Thí nghiệm xác định khe hở đệm khí bằng cách đo áp suất tại các điểm khác nhau, từ đó tính toán lực nâng và độ cứng của ổ.

3.2. Đo độ nhám và xác định đặc tính chịu tải

Độ nhám bề mặt của trục quay được đo tại ba vị trí: đầu, giữa, cuối. Kết quả cho thấy độ nhám phù hợp các yêu cầu kỹ thuật. Thí nghiệm xác định quan hệ tải-khe hở dưới các áp suất nguồn khác nhau, giúp xác lập đặc tính chịu tải chính xác của ổ khí quay.

IV. Kết luận và hướng phát triển nghiên cứu ổ khí quay

Luận văn thạc sĩ này đã thực hiện thành công nghiên cứu toàn diện về ổ khí quay từ lý thuyết đến thực nghiệm. Các kết quả chủ yếu chứng minh rằng ổ khí quay với độ chính xác hình học cao và áp suất nguồn tối ưu có thể đạt độ định tâm ổn định và khả năng chịu tải phù hợp cho các máy đo độ tròn hiện đại. Thiết kế bồ trí đệm khí theo phương án hai bậc mặt trụ, ba bậc mặt đầu tỏ ra hiệu quả nhất. Hướng phát triển tiếp theo bao gồm nghiên cứu ổn định động của ổ khí quay ở tốc độ quay cao, tối ưu hóa hình dáng đệm khí để giảm tiêu hao khí nén, và phát triển các vật liệu mới cho đệm khí nhằm nâng cao độ bền và hiệu suất.

4.1. Những phát hiện chính của nghiên cứu

Nghiên cứu xác định rằng khe hở đệm khí phù hợp, độ nhám bề mặt được kiểm soát, và áp suất nguồn khí tối ưu là những yếu tố then chốt. Ổn định định tâm quay đạt được ở mức cao khi tất cả các yếu tố ảnh hưởng được điều chỉnh đúng cách, phù hợp cho ứng dụng trong máy đo chính xác và gia công cao cấp.

4.2. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu ổn định động ở tốc độ quay cao, phân tích ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất ổ khí, và phát triển công nghệ cấp khí mới hiệu quả hơn. Ngoài ra, nghiên cứu ứng dụng ổ khí quay trong các lĩnh vực công nghiệp khác như gia công quang học và chế tạo vi điện tử cũng rất cần thiết.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan vẻ ô khí quay và khả năng ứng dụng trong đo sai lệch độ tròn. ~_ Một số hiểu biết cơ bản vẻ ở khí quay. - Lido ékhi quay duge str dung chủ yếu trong các máy đo sai lệch độ tròn. ~_ Một số kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước.

Nguyên Lăn 8 Khóa học: 2010- 2012 Luận văn cao học. Sơ đồ định vị ô khí qua) Hình 2. Cầu tạo đệm khí mặt phẳng. hướng của nhám bê mặtR¿ Hình 2.

Biên dạng của nhám bê mặt Hình 3.1 Mô hình thực nghiệm xác định độ ôn định tâm quay. Hình ảnh về độ định tâm quay của 6 khi quay. Mô hình xác định xe hở đệm khi mặt đâu. Hình ảnh thực nghiệm xác định khe hở đệm khí mặt đầu.5 Mô hình xác định sự tiếp xúc cơ giữa đệm khí và sông quay: Hình 3.

Mô hình xác định khả năng tải của ô khi qu Hình 3. Hình ảnh xác định khả năng tải của ô khí qua Hình 3. Mô hình đo độ nhám của trục quay ở vị trí đầu. Mô hình ảo độ nhám của trục quay ở vị trí giữa Hình 3.

Đồ thị đo độ nhám của trục quay ở vị trí giữa. Mô hình đo độ nhám của trục quay ở vị trí ci Hình 3. Đồ thị đo độ nhám của trục quay ở vị tri cud Tình 3. Mô hình đo độ nhám của đệm khí ở vị trí 1 Hình 3.

Đồ thị đo độ nhám của đệm khi ở vị tr Hình 3. Mô hình đo độ nhám của đệm khí ở vị trí 2 Hình 3. Đồ thị đo độ nhám của đệm khí ở vị trí 2 Hinh 3. Cầu tạo của đệm khí phẳng mat dau.

Sơ đồ đo khe hở phụ thuộc tải và áp ngư Hình 3. Thực nghiệm xác định quan hệ giữa tải và khe hở Hình 3. Các đường thực nghiệm quan hệ tải và khe hở. Xác định mô men ma sát dựa vào độ cứng và độ giãn dài của lò x: Hình 3.

Xác định độ cứng của lò xo. Hình ảnh xác định mô men ma sái Hình : 3. Đồ thị quan hệ giữa khối lượng và độ giãn dài của lò xo. Mô hình xác định độ cứng của ô khí quay.

Hình ảnh xác định độ cứng tải của ô khi quay. Nguyên Lăn 7 Khóa học: 2010- 2012 Luận văn cao học. Sơ đồ định vị ô khí qua) Hình 2. Cầu tạo đệm khí mặt phẳng.

hướng của nhám bê mặtR¿ Hình 2. Biên dạng của nhám bê mặt Hình 3.1 Mô hình thực nghiệm xác định độ ôn định tâm quay. Hình ảnh về độ định tâm quay của 6 khi quay. Mô hình xác định xe hở đệm khi mặt đâu.

Hình ảnh thực nghiệm xác định khe hở đệm khí mặt đầu.5 Mô hình xác định sự tiếp xúc cơ giữa đệm khí và sông quay: Hình 3. Mô hình xác định khả năng tải của ô khi qu Hình 3. Hình ảnh xác định khả năng tải của ô khí qua Hình 3. Mô hình đo độ nhám của trục quay ở vị trí đầu.

Mô hình ảo độ nhám của trục quay ở vị trí giữa Hình 3. Đồ thị đo độ nhám của trục quay ở vị trí giữa. Mô hình đo độ nhám của trục quay ở vị trí ci Hình 3. Đồ thị đo độ nhám của trục quay ở vị tri cud Tình 3.

Mô hình đo độ nhám của đệm khí ở vị trí 1 Hình 3. Đồ thị đo độ nhám của đệm khi ở vị tr Hình 3. Mô hình đo độ nhám của đệm khí ở vị trí 2 Hình 3. Đồ thị đo độ nhám của đệm khí ở vị trí 2 Hinh 3.

Cầu tạo của đệm khí phẳng mat dau. Sơ đồ đo khe hở phụ thuộc tải và áp ngư Hình 3. Thực nghiệm xác định quan hệ giữa tải và khe hở Hình 3. Các đường thực nghiệm quan hệ tải và khe hở.

Xác định mô men ma sát dựa vào độ cứng và độ giãn dài của lò x: Hình 3. Xác định độ cứng của lò xo. Hình ảnh xác định mô men ma sái Hình : 3. Đồ thị quan hệ giữa khối lượng và độ giãn dài của lò xo.

Mô hình xác định độ cứng của ô khí quay. Hình ảnh xác định độ cứng tải của ô khi quay. Nguyên Lăn 7 Khóa học: 2010- 2012 Luận văn cao học. CHUONG 1: TONG QUAN VE 0 KHi QUAY VA KHA NANG UNG DUNG TRONG ĐO SAI LECH DO TRON Ô khi quay được sử dụng phô biển trong các thiết bị yêu cầu độ chính xác đình tâm cao như trong máy đo sai lệch độ tròn, máy đo lường góc, sử dụng trong.

các thiết bị có tốc độ quay cao như đầu mải cao tốc, dau doa, đầu phay cao tốc, ỏ trục chỉnh máy tiện với khả năng cân bằng, chồng rung động tốt và độ dao động tam quay nhỏ. Hiện nay có rất nhiều hãng chế tạo ỏ khí quay như Jtekt, Colibri, Westwind voi các ô khi tĩnh ding trong đo lường, các 6 khi đông luc hoc ding trong các máy công cụ. Vậy ö khi quay là gì? Ưu nhược điểm thẻ nào? Các nghiên cứu trong và ngoài nước đã giải quyết được những van đẻ gì? Trong chương nảy sẽ giới thiệu tổng quan về ở khí quay, ưu nhược điểm, sơ đỏ định vị, các kết quả nghiên cửu ö khí trong và ngoải nước. Một số hiểu biết cơ bản về ổ khí quay.

Khái niệm ổ khí quay Ô khí quay được hiểu là một cơ câu chuyên động không có sự tiếp xúc cơ giữa hai bê mặt của trục quay và đêm khí do được ngăn cách bằng một lớp mang khí nén với áp suất cao từ 1Š bar. Cấu tạo chung của 6 khi quay. O khi quay được cau tạo khác nhau theo từng loại máy, từng hãng sản xuất nhưng đều bao gồm hai bộ phận chính là các đệm khi và trục quay. Đệm khi có thẻ bổ trí xung quanh trục quay hoặc trong lòng trục quay Ở hình 1.1a, trục quay là lớp vỏ bọc bên ngoài, còn trụ đứng yên mang các đệm khi ở phía trong, hình 1.1b, trục quay ở phía trong, các đệm khí bọc xung quanh ở phia ngoài.

Ở hai hình trên các đệm khí mặt trụ định vị 4 bậc tự do, đệm khí mặt phẳng (mặt đầu) định vị 2 bậc tự do, còn 1 bậc tự do duy nhất đó là chuyên động quay quanh trục đứng. Nguyên Lăn 10 Khoa học: 2010 - 2012 Luận văn cao học. ~_ Phân tích sơ đỏ định vị của ô khi quay, ưu nhược điểm, lựa chọn sơ đỏ định vị cho thiết kế ỗ khí quay. Chương 2: Một số yếu tô ảnh hưởng đến độ chính xác của ô khi quay.

-_ Ảnh hưởng của độ chính xác hình dang hình học va vị trí đến khả năng làm việc của ô khi quay. ~_ Ảnh hưởng của kết câu định vị tới độ định tâm của ô khi quay. ~_ Ảnh hưởng của khe hở đệm khí mặt trụ vả góc ôm ~_ Ảnh hưởng của áp suất nguồn đèn khả năng làm việc của ỏ khi. ~_ Ảnh hưởng của độ nhảm bê mặt Chương 3: Thực nghiệm và đảnh giả kết quả ~_ Thực nghiệm về độ ôn định tâm quay của ô khí quay ~_ Thực nghiệm xác định khe hở của đêm khí mặt đầu ~_ Thực nghiệm xác định khả năng tải của ô khí ~_ Thực nghiệm xác mỏ men ma sát của ô khi - Thue nghiém xác đình tiếp xúc cơ của ô khí ~ _ Thực nghiệm xác định độ nhám của trục quay và đêm khi ~_ Thực nghiệm xác định đặc tính của đệm khi ~_ Thực nghiệm xác định độ cứng của ỏ khí quay.

Tôi xin chân thành cảm ơn các thây cô trong bộ môn Cơ khí Chính xác & Quang học ~ Viện Cơ khi Đại học Bách Khoa Hả Nội đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn nảy. Đặc biệt là TS. Vũ Toàn Thắng, người trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình cho tôi phương pháp nghiên cứu, xây dựng các mô hình thực nghiệm và đưa ra những đánh giá khoa học vẻ các kết quả thực nghiệm. Tuy nhiên, luận văn có the khéng trảnh khỏi những thiểu sót.

Vì vậy rất mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo của các thây cô và quỷ độc giả. Nguyên Lăn 9 Khóa học: 2010- 2012 Luận văn cao học. ~_ Phân tích sơ đỏ định vị của ô khi quay, ưu nhược điểm, lựa chọn sơ đỏ định vị cho thiết kế ỗ khí quay. Chương 2: Một số yếu tô ảnh hưởng đến độ chính xác của ô khi quay.

-_ Ảnh hưởng của độ chính xác hình dang hình học va vị trí đến khả năng làm việc của ô khi quay. ~_ Ảnh hưởng của kết câu định vị tới độ định tâm của ô khi quay. ~_ Ảnh hưởng của khe hở đệm khí mặt trụ vả góc ôm ~_ Ảnh hưởng của áp suất nguồn đèn khả năng làm việc của ỏ khi. ~_ Ảnh hưởng của độ nhảm bê mặt Chương 3: Thực nghiệm và đảnh giả kết quả ~_ Thực nghiệm về độ ôn định tâm quay của ô khí quay ~_ Thực nghiệm xác định khe hở của đêm khí mặt đầu ~_ Thực nghiệm xác định khả năng tải của ô khí ~_ Thực nghiệm xác mỏ men ma sát của ô khi - Thue nghiém xác đình tiếp xúc cơ của ô khí ~ _ Thực nghiệm xác định độ nhám của trục quay và đêm khi ~_ Thực nghiệm xác định đặc tính của đệm khi ~_ Thực nghiệm xác định độ cứng của ỏ khí quay.

Tôi xin chân thành cảm ơn các thây cô trong bộ môn Cơ khí Chính xác & Quang học ~ Viện Cơ khi Đại học Bách Khoa Hả Nội đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn nảy. Đặc biệt là TS. Vũ Toàn Thắng, người trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình cho tôi phương pháp nghiên cứu, xây dựng các mô hình thực nghiệm và đưa ra những đánh giá khoa học vẻ các kết quả thực nghiệm. Tuy nhiên, luận văn có the khéng trảnh khỏi những thiểu sót.

Vì vậy rất mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo của các thây cô và quỷ độc giả. Nguyên Lăn 9 Khóa học: 2010- 2012 Luận văn cao học. CHUONG 1: TONG QUAN VE 0 KHi QUAY VA KHA NANG UNG DUNG TRONG ĐO SAI LECH DO TRON Ô khi quay được sử dụng phô biển trong các thiết bị yêu cầu độ chính xác đình tâm cao như trong máy đo sai lệch độ tròn, máy đo lường góc, sử dụng trong. các thiết bị có tốc độ quay cao như đầu mải cao tốc, dau doa, đầu phay cao tốc, ỏ trục chỉnh máy tiện với khả năng cân bằng, chồng rung động tốt và độ dao động tam quay nhỏ.