Nghiên Cứu Mô Phỏng Ảnh Hưởng Của Khe Hở Ổ Thủy Tĩnh Đến Độ Cứng Vững Của Ổ Trục Chính

• Tác giả: Nguyễn Mạnh Hùng
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Doãn Ý
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Khe Hở Ổ Thủy Tĩnh Đến Độ Cứng Vững Của Ổ Trục Chính
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

• MỞ ĐẦU
• Tính cấp thiết của đề tài
• Mục đích nghiên cứu của đề tài
• Đối tượng nghiên cứu
• Phạm vi nghiên cứu
• Nội dung thực hiện
• Phương pháp nghiên cứu
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT BÔI TRƠN
• 1.1. Tổng quan về bôi trơn
• 1.1.1. Bôi trơn và ứng dụng trong nền công nghiệp hiện đại
• 1.1.1.1. Lịch sử phát triển
• 1.1.1.2. Vai trò và ứng dụng của bôi trơn trong nền công nghiệp hiện đại
• 1.1.2. Vật liệu bôi trơn
• 1.1.2.1. Dầu gốc từ dầu gốc khoáng
• 1.1.2.1.1. Tính chất vật lý và hóa học của dầu gốc
• 1.1.2.1.2. Dầu bôi trơn
• 1.1.2.1.3. Cách gọi tên và phân loại gốc dầu
• 1.1.2.1.4. Chất phụ gia
• 1.1.2.2. Mỡ bôi trơn
• 1.1.3. Bôi trơn thủy động
• 1.1.4. Bôi trơn thủy tĩnh
• 1.1.4.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.1.4.1.1. Các công trình nghiên cứu ngoài nước
• 1.1.4.1.2. Các công trình nghiên cứu ngoài nước
• 1.1.4.1.3. Các công trình nghiên cứu ngoài nước
• 1.1.4.2. Độ nhớt động lực và độ nhớt động học
• 1.1.4.3. Quan hệ giữa độ nhớt với nhiệt độ
• 1.1.4.4. Quan hệ độ nhớt với áp suất
• 2. CHƯƠNG 2: KHẢ NĂNG TẢI CỦA Ổ THỦY TĨNH VÀ CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG
• 2.1. Đặc điểm chung
• 2.2. Bôi trơn cho ổ đỡ thủy động
• 2.3. Độ cứng vững của ổ thủy động
• 2.4. Các thông số ảnh hưởng
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỘ CỨNG VỮNG TRỤC CHÍNH MÁY MÀI
• 3.1. Đối tượng nghiên cứu: Cụm ổ trục chính máy mài 3K12
• 3.2. Xây dựng phương pháp mô phỏng và hệ thống đánh giá độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh trục chính máy mài tròn ngoài
• 3.3. Các thông số đầu vào và đầu ra của mô phỏng
• 3.4. Kết quả mô phỏng
• 3.5. Kết quả đạt được
• 3.6. Hướng phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan về Ổ Thủy Tĩnh Độ Cứng Vững Ổ Trục Chính

Trong ngành công nghiệp chế tạo máy hiện đại, cụm ổ trục chính đóng vai trò then chốt, ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công. Độ cứng vững của cụm trục chính là một chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng, quyết định đến cấp chính xác của máy công cụ. Việc nâng cao độ cứng vững của ổ trục luôn là mục tiêu hàng đầu của các nhà nghiên cứu. Ổ thủy tĩnh, với kết cấu đặc biệt gồm các buồng dầu áp lực cao cố định, mang lại chiều dày màng dầu ổn định và độ cứng vững vượt trội so với ổ thủy động. Thay thế ổ thủy động bằng ổ thủy tĩnh là một giải pháp hiệu quả để nâng cao độ cứng vững của ổ trục chính. Theo nghiên cứu của Đại học Bách Khoa Hà Nội, việc làm chủ công nghệ chế tạo khe hở ổ thủy tĩnh là yếu tố then chốt để ứng dụng thành công giải pháp này. Từ đó, việc nghiên cứu, tối ưu khe hở ổ thủy tĩnh là điều vô cùng cần thiết.

1.1. Ứng Dụng Bôi Trơn Thủy Tĩnh Trong Máy Công Cụ

Bôi trơn thủy tĩnh là một phương pháp bôi trơn, trong đó một lớp chất lỏng chịu áp suất được đưa vào giữa các bề mặt chuyển động tương đối. Lớp chất lỏng này tách các bề mặt ra, làm giảm ma sát và mài mòn. Trong máy công cụ, bôi trơn thủy tĩnh thường được sử dụng trong các ổ trục chính và các hệ thống dẫn hướng. Điều này giúp cải thiện độ chính xác và tuổi thọ của máy. Ưu điểm vượt trội của bôi trơn thủy tĩnh là khả năng chịu tải lớn, hoạt động êm ái và độ cứng vững cao. Ngoài ra, bôi trơn thủy tĩnh còn giúp giảm rung động và tiếng ồn, cải thiện hiệu suất làm việc của máy công cụ.

1.2. Lịch Sử Phát Triển Của Bôi Trơn Thủy Tĩnh

Bôi trơn thủy tĩnh không phải là một phát minh mới. Nguyên lý cơ bản đã được biết đến từ lâu, nhưng ứng dụng thực tế chỉ trở nên phổ biến trong thế kỷ 20. Các nghiên cứu ban đầu tập trung vào việc phát triển các hệ thống bơm và kiểm soát áp suất phù hợp. Sự ra đời của các vật liệu và công nghệ chế tạo mới cũng đóng vai trò quan trọng. Ngày nay, bôi trơn thủy tĩnh được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, từ hàng không vũ trụ đến sản xuất ô tô. Theo thời gian, những cải tiến liên tục giúp tăng cường tính ổn định, hiệu quả và độ tin cậy của phương pháp bôi trơn này.

II. Phân Tích Ảnh Hưởng Khe Hở Ổ Thủy Tĩnh Đến Độ Cứng Vững

Khe hở ổ thủy tĩnh là một thông số quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến độ cứng vững và khả năng chịu tải của ổ. Khe hở quá nhỏ có thể gây ra hiện tượng quá nhiệt và tăng ma sát, trong khi khe hở quá lớn làm giảm độ cứng vững và độ chính xác. Do đó, việc tối ưu hóa khe hở ổ thủy tĩnh là rất quan trọng để đạt được hiệu suất tối ưu. Nghiên cứu cho thấy mối quan hệ giữa khe hở ổ thủy tĩnh và độ cứng vững là phi tuyến tính, cần được phân tích kỹ lưỡng bằng các phương pháp mô phỏng số và thực nghiệm. Việc lựa chọn khe hở phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm tải trọng, tốc độ quay và độ nhớt của dầu bôi trơn.

2.1. Phương Pháp Phân Tích Ảnh Hưởng Khe Hở

Có nhiều phương pháp để phân tích ảnh hưởng của khe hở ổ thủy tĩnh đến độ cứng vững. Các phương pháp phổ biến bao gồm: (1) Phương pháp tính toán truyền thống dựa trên lý thuyết bôi trơn thủy tĩnh; (2) Phương pháp mô phỏng phần tử hữu hạn (FEM analysis) sử dụng phần mềm chuyên dụng; (3) Phương pháp thực nghiệm bằng cách đo đạc độ cứng vững của ổ với các giá trị khe hở khác nhau. Phương pháp mô phỏng cho phép đánh giá ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau, như áp suất dầu, độ nhớt và hình dạng buồng dầu. Phương pháp thực nghiệm cung cấp kết quả chính xác nhất, nhưng đòi hỏi chi phí và thời gian lớn.

2.2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Khe Hở Tối Ưu

Việc xác định khe hở tối ưu cho ổ thủy tĩnh phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Tải trọng tác dụng lên ổ là một yếu tố quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến áp suất dầu cần thiết để duy trì màng dầu. Tốc độ quay của trục cũng ảnh hưởng đến khe hở tối ưu, vì tốc độ cao có thể gây ra hiện tượng rung động và mất ổn định. Độ nhớt của dầu bôi trơn cũng cần được xem xét, vì độ nhớt cao có thể làm tăng ma sát và nhiệt độ. Ngoài ra, hình dạng và kích thước của buồng dầu cũng ảnh hưởng đến phân bố áp suất và độ cứng vững của ổ.

III. Mô Phỏng Độ Cứng Vững Ổ Trục Chính FEM Analysis

Mô phỏng số, đặc biệt là phương pháp phần tử hữu hạn (FEM analysis), là một công cụ mạnh mẽ để nghiên cứu độ cứng vững của ổ trục chính có ổ thủy tĩnh. Mô phỏng cho phép đánh giá ảnh hưởng của các thông số thiết kế khác nhau, bao gồm khe hở ổ thủy tĩnh, áp suất dầu, độ nhớt và hình dạng buồng dầu. Kết quả mô phỏng có thể được sử dụng để tối ưu hóa thiết kế ổ trục chính, nâng cao độ cứng vững và độ chính xác. Theo luận văn của Nguyễn Mạnh Hùng, việc kết hợp phương pháp tính toán truyền thống với mô phỏng bằng phần mềm Matlab giúp chọn ra bộ thông số thủy tĩnh phù hợp nhất.

3.1. Xây Dựng Mô Hình Mô Phỏng Ổ Thủy Tĩnh

Để thực hiện mô phỏng độ cứng vững ổ thủy tĩnh, cần xây dựng một mô hình số chính xác. Mô hình này bao gồm hình học của ổ, vật liệu, và các điều kiện biên. Hình học của ổ cần được mô tả chi tiết, bao gồm kích thước và hình dạng của các buồng dầu và khe hở. Vật liệu cần được xác định chính xác, bao gồm modulus đàn hồi và hệ số Poisson. Các điều kiện biên bao gồm tải trọng, áp suất dầu và nhiệt độ. Việc xây dựng mô hình chính xác là rất quan trọng để đảm bảo kết quả mô phỏng đáng tin cậy.

3.2. Sử Dụng Phần Mềm Mô Phỏng FEM Để Tính Toán

Sau khi xây dựng mô hình số, cần sử dụng phần mềm mô phỏng FEM để tính toán độ cứng vững của ổ thủy tĩnh. Phần mềm mô phỏng sẽ chia mô hình thành các phần tử nhỏ và giải các phương trình cân bằng cho từng phần tử. Kết quả tính toán sẽ cho biết phân bố ứng suất, biến dạng và độ cứng vững của ổ. Các phần mềm mô phỏng FEM phổ biến bao gồm ANSYS, ABAQUS và COMSOL. Việc lựa chọn phần mềm phù hợp phụ thuộc vào độ phức tạp của mô hình và yêu cầu về độ chính xác.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Tối Ưu Khe Hở Nâng Cao Độ Cứng Vững

Nghiên cứu về ảnh hưởng của khe hở ổ thủy tĩnh đến độ cứng vững không chỉ mang tính lý thuyết mà còn có giá trị ứng dụng thực tiễn cao. Việc tối ưu hóa khe hở có thể giúp nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của ổ trục chính, từ đó cải thiện chất lượng gia công và kéo dài tuổi thọ của máy công cụ. Ứng dụng thành công công nghệ ổ thủy tĩnh đòi hỏi sự kết hợp giữa kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm thực tế. Các nhà sản xuất máy công cụ cần chú trọng đến việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp bôi trơn thủy tĩnh tiên tiến.

4.1. Thay Thế Ổ Thủy Động Bằng Ổ Thủy Tĩnh

Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của nghiên cứu này là thay thế ổ thủy động bằng ổ thủy tĩnh trong các ổ trục chính của máy công cụ. Ổ thủy tĩnh có độ cứng vững cao hơn và ít phụ thuộc vào tốc độ quay so với ổ thủy động. Điều này giúp cải thiện độ chính xác gia công và giảm rung động. Việc thay thế ổ thủy động bằng ổ thủy tĩnh có thể được thực hiện trên các máy công cụ hiện có hoặc trên các máy mới được thiết kế.

4.2. Nâng Cao Độ Chính Xác Tuổi Thọ Máy Mài

Việc ứng dụng ổ thủy tĩnh trong máy mài, đặc biệt là máy mài tròn ngoài, có thể giúp nâng cao đáng kể độ chính xác và tuổi thọ của máy. Máy mài đòi hỏi độ chính xác cao và khả năng chịu tải lớn. Ổ thủy tĩnh đáp ứng được cả hai yêu cầu này. Theo nghiên cứu của Đại học Bách Khoa Hà Nội, việc thay thế ổ thủy động bằng ổ thủy tĩnh trên máy mài tròn ngoài giúp nâng cao hiệu quả sử dụng máy móc thiết bị cũng như chất lượng gia công.

V. Kết Luận Hướng Nghiên Cứu Phát Triển Ổ Thủy Tĩnh Tương Lai

Nghiên cứu về ảnh hưởng của khe hở ổ thủy tĩnh đến độ cứng vững đã mang lại những kết quả quan trọng, góp phần vào việc nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của ổ trục chính. Việc tối ưu hóa khe hở là một yếu tố then chốt để đạt được hiệu quả tối ưu. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu về các yếu tố khác ảnh hưởng đến độ cứng vững, như hình dạng buồng dầu, vật liệu và hệ thống điều khiển. Sự phát triển của công nghệ ổ thủy tĩnh sẽ đóng góp quan trọng vào sự tiến bộ của ngành công nghiệp chế tạo máy.

5.1. Tổng Kết Các Kết Quả Nghiên Cứu Đạt Được

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khe hở ổ thủy tĩnh có ảnh hưởng đáng kể đến độ cứng vững của ổ trục chính. Việc tối ưu hóa khe hở có thể giúp nâng cao độ cứng vững và độ chính xác gia công. Phương pháp mô phỏng số, đặc biệt là FEM analysis, là một công cụ hiệu quả để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số thiết kế khác nhau. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu này là thay thế ổ thủy động bằng ổ thủy tĩnh trong các máy công cụ, giúp cải thiện hiệu suất và tuổi thọ.

5.2. Đề Xuất Các Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu về các yếu tố khác ảnh hưởng đến độ cứng vững của ổ thủy tĩnh, như hình dạng buồng dầu, vật liệu và hệ thống điều khiển. Nghiên cứu về bôi trơn bằng các chất lỏng mới, như dầu sinh học và chất lỏng nano, cũng có tiềm năng lớn. Ngoài ra, cần phát triển các phương pháp điều khiển thông minh để tự động điều chỉnh khe hở và áp suất dầu theo điều kiện làm việc, giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy của ổ thủy tĩnh. Nghiên cứu sâu hơn về ứng suất ổ trục cũng rất quan trọng.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh ngành công nghiệp chế tạo máy phát triển mạnh mẽ, việc nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của máy công cụ ngày càng trở nên cấp thiết. Cụm ổ trục chính của máy công cụ, đặc biệt là máy mài tròn ngoài, đóng vai trò then chốt ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng gia công tinh và lần cuối. Độ cứng vững của cụm trục chính được xem là chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng, tỷ lệ thuận với độ chính xác và chất lượng chi tiết gia công. Theo ước tính, độ cứng vững càng lớn thì cấp chính xác máy càng cao, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu sai số gia công.

Hiện nay, ổ thủy động tự lựa được sử dụng phổ biến trong cụm ổ trục chính, tuy nhiên tồn tại hạn chế về độ cứng vững do màng dầu bôi trơn thay đổi theo điều kiện làm việc và kết cấu cơ khí bị mòn theo thời gian. Ổ thủy tĩnh với đặc điểm có các buồng dầu áp lực cao cố định, chiều dày màng dầu ổn định và độ cứng vững cao hơn nhiều so với ổ thủy động, không phụ thuộc vào kết cấu cơ khí, được xem là giải pháp thay thế phù hợp nhằm nâng cao độ cứng vững cụm ổ trục chính.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là mô phỏng số ảnh hưởng của khe hở ổ thủy tĩnh đến độ cứng vững của ổ, đồng thời xác định tác động của các yếu tố như áp suất dầu bôi trơn, độ nhớt, tỷ số giữa buồng dầu và áp suất bơm đến độ cứng vững cụm ổ thủy tĩnh trục chính máy mài tròn ngoài. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào cụm ổ trục chính máy mài tròn ngoài 3K12, sử dụng phương pháp tính toán truyền thống kết hợp mô phỏng bằng phần mềm Matlab để lựa chọn bộ thông số thủy tĩnh tối ưu. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng máy móc, cải thiện chất lượng gia công và đảm bảo tính kinh tế trong sản xuất máy công cụ hiện đại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về bôi trơn thủy tĩnh và thủy động, trong đó nổi bật là:

• Phương trình Reynolds: Là nền tảng trong nghiên cứu bôi trơn, mô tả sự phân bố áp suất trong màng dầu bôi trơn, được sử dụng để tính toán áp suất và độ dày màng dầu trong ổ thủy tĩnh. Phương trình này được phát triển từ các phương trình Navier-Stokes với các giả thiết về dòng chảy trong khe hở ổ trục.

• Lý thuyết bôi trơn thủy tĩnh: Màng dầu bôi trơn có áp suất cao được bơm vào ổ trục, tạo thành lớp màng dầu ổn định, tách rời bề mặt ma sát ngay cả khi trục đứng yên. Đặc điểm này giúp ổ thủy tĩnh có độ cứng vững cao và độ chính xác lớn.

• Khái niệm độ cứng vững của ổ: Được xác định bằng tỷ số giữa lực tác động gây chuyển vị và giá trị chuyển vị của trục chính. Độ cứng vững của lớp màng dầu và hệ thống đàn hồi trong ổ là các thành phần chính cấu thành độ cứng tổng thể.

• Các khái niệm chính: Khe hở ổ thủy tĩnh, áp suất dầu bôi trơn, độ nhớt động lực học và động học của dầu, tỷ số giữa buồng dầu và áp suất bơm, khả năng tải của ổ thủy tĩnh, và ảnh hưởng của các thông số này đến độ cứng vững và hiệu suất làm việc của cụm ổ trục chính.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng kết hợp phương pháp lý thuyết và mô phỏng số:

• Nguồn dữ liệu: Thu thập từ các tài liệu chuyên ngành về bôi trơn thủy tĩnh, các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước, số liệu thực nghiệm tại các nhà máy chế tạo máy công cụ, đặc biệt là Nhà máy Z129 và Z113.

• Phương pháp phân tích: Áp dụng phương trình Reynolds và các công thức tính toán truyền thống để mô hình hóa màng dầu bôi trơn. Sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng ảnh hưởng của các thông số như khe hở ổ thủy tĩnh, áp suất dầu, độ nhớt và tỷ số buồng dầu/áp suất bơm đến độ cứng vững của ổ.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô phỏng tập trung trên cụm ổ trục chính máy mài tròn ngoài 3K12, đại diện cho các máy công cụ có yêu cầu độ chính xác cao và tải trọng lớn. Việc lựa chọn mẫu dựa trên tính đại diện và khả năng ứng dụng thực tế trong công nghiệp.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài trong năm 2023, bao gồm giai đoạn tổng hợp lý thuyết, thu thập số liệu, xây dựng mô hình mô phỏng, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp ứng dụng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của khe hở ổ thủy tĩnh đến độ cứng vững: Kết quả mô phỏng cho thấy khi khe hở ổ thủy tĩnh thay đổi trong khoảng từ 15 µm đến 22,5 µm, độ cứng vững màng dầu thay đổi rõ rệt. Ví dụ, với khe hở 15 µm, độ cứng vững đạt giá trị cao nhất, trong khi khe hở lớn hơn 22 µm làm giảm độ cứng vững khoảng 20%. Điều này khẳng định tầm quan trọng của việc kiểm soát khe hở trong quá trình chế tạo ổ.

2. Tác động của áp suất dầu bôi trơn: Áp suất dầu bôi trơn tăng từ 1 MPa lên 10 MPa làm tăng đáng kể độ cứng vững của ổ thủy tĩnh, với mức tăng khoảng 30-40%. Áp suất cao giúp duy trì màng dầu ổn định, giảm ma sát và tăng khả năng chịu tải của ổ.

3. Ảnh hưởng của độ nhớt dầu: Độ nhớt động lực học của dầu bôi trơn có sự thay đổi theo nhiệt độ và áp suất, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng tạo áp suất và độ cứng vững của màng dầu. Dầu có độ nhớt phù hợp (khoảng 4 cP ở 50°C) được xác định là tối ưu cho ổ thủy tĩnh trong máy mài tròn ngoài, giúp cân bằng giữa khả năng chịu tải và tổn thất ma sát.

4. Tỷ số giữa buồng dầu và áp suất bơm: Tỷ số này ảnh hưởng đến phân bố áp suất trong các buồng dầu và độ ổn định của màng dầu. Mô phỏng cho thấy tỷ số hợp lý giúp duy trì áp suất đồng đều, tăng độ cứng vững và giảm rung động trục chính.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân các phát hiện trên xuất phát từ đặc tính vật lý của màng dầu bôi trơn thủy tĩnh, trong đó khe hở ổ là yếu tố quyết định chiều dày màng dầu và áp suất phân bố. Khe hở quá lớn làm giảm áp suất dầu, gây mất ổn định màng dầu và giảm độ cứng vững. Ngược lại, khe hở quá nhỏ có thể gây ma sát tăng và nguy cơ tiếp xúc bề mặt.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả mô phỏng phù hợp với báo cáo của các nhà nghiên cứu trong và ngoài nước, như nghiên cứu của V. Srinivasan (2013) về ảnh hưởng độ nhớt và áp suất đến tuổi thọ ổ trục thủy tĩnh, hay nghiên cứu của Nirav Doshi & Mehul Bambhania về tối ưu hóa chiều dày màng dầu trên ổ thủy tĩnh máy tiện V-25.

Việc sử dụng phần mềm Matlab giúp mô phỏng nhanh chóng và chính xác các thông số kỹ thuật, hỗ trợ việc lựa chọn bộ thông số thủy tĩnh tối ưu cho cụm ổ trục chính máy mài tròn ngoài. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ độ cứng vững theo khe hở và áp suất dầu, bảng so sánh độ nhớt dầu và hiệu quả chịu tải, giúp minh họa rõ ràng các ảnh hưởng và hỗ trợ quyết định kỹ thuật.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Kiểm soát khe hở ổ thủy tĩnh trong phạm vi 15-18 µm: Để đảm bảo độ cứng vững tối ưu, cần áp dụng công nghệ gia công chính xác CNC với dung sai khe hở không vượt quá 3/1000 đường kính trục. Chủ thể thực hiện là các nhà máy chế tạo ổ trục, thời gian áp dụng trong vòng 6 tháng.

2. Sử dụng dầu bôi trơn có độ nhớt động lực học khoảng 4 cP ở 50°C: Lựa chọn dầu có chỉ số nhớt cao và ổn định nhiệt để duy trì màng dầu bền vững, giảm ma sát và tăng tuổi thọ ổ. Nhà máy vận hành và bảo trì cần phối hợp lựa chọn dầu phù hợp, áp dụng ngay trong chu kỳ bảo dưỡng tiếp theo.

3. Thiết kế hệ thống bơm dầu áp suất cao ổn định trong khoảng 5-10 MPa: Đảm bảo cung cấp dầu liên tục với áp suất đủ lớn để duy trì màng dầu ổn định, giảm rung động và tăng độ chính xác gia công. Chủ thể thực hiện là bộ phận thiết kế và bảo trì hệ thống thủy lực, thời gian triển khai trong 3 tháng.

4. Tối ưu tỷ số giữa buồng dầu và áp suất bơm: Thiết kế buồng dầu phù hợp với áp suất bơm để phân bố áp suất đồng đều, nâng cao độ cứng vững và giảm rung động trục chính. Các kỹ sư thiết kế và nghiên cứu cần phối hợp thực hiện trong giai đoạn cải tiến thiết kế cụm ổ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế máy công cụ: Nắm bắt các thông số kỹ thuật và mô hình mô phỏng để thiết kế cụm ổ trục chính thủy tĩnh tối ưu, nâng cao độ chính xác và tuổi thọ máy.

2. Nhà sản xuất ổ trục và linh kiện máy công cụ: Áp dụng công nghệ gia công chính xác và kiểm soát khe hở ổ thủy tĩnh, cải tiến quy trình sản xuất nhằm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cao.

3. Chuyên gia bảo trì và vận hành máy công cụ: Hiểu rõ ảnh hưởng của dầu bôi trơn, áp suất và khe hở đến hiệu suất làm việc, từ đó lựa chọn và duy trì hệ thống bôi trơn phù hợp.

4. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí: Tham khảo phương pháp mô phỏng số, lý thuyết bôi trơn thủy tĩnh và ứng dụng thực tiễn trong công nghiệp chế tạo máy.

Câu hỏi thường gặp

1. Khe hở ổ thủy tĩnh ảnh hưởng thế nào đến độ cứng vững?
   Khe hở ổ thủy tĩnh quyết định chiều dày màng dầu, ảnh hưởng trực tiếp đến áp suất và độ cứng vững. Khe hở quá lớn làm giảm áp suất màng dầu, gây mất ổn định và giảm độ cứng vững. Ví dụ, khe hở tăng từ 15 µm lên 22 µm có thể giảm độ cứng vững khoảng 20%.

2. Tại sao cần sử dụng dầu có độ nhớt phù hợp trong ổ thủy tĩnh?
   Độ nhớt ảnh hưởng đến khả năng tạo áp suất và duy trì màng dầu bôi trơn. Dầu có độ nhớt quá thấp không tạo đủ áp suất, dầu quá cao gây tổn thất ma sát lớn. Dầu có độ nhớt khoảng 4 cP ở 50°C được đánh giá tối ưu cho ổ thủy tĩnh máy mài.

3. Ổ thủy tĩnh có ưu điểm gì so với ổ thủy động?
   Ổ thủy tĩnh có màng dầu áp suất cao cố định, độ cứng vững cao hơn, không phụ thuộc vào kết cấu cơ khí, giảm rung động và tăng độ chính xác gia công. Tuy nhiên, yêu cầu gia công chính xác và hệ thống bơm dầu phức tạp hơn.

4. Phần mềm Matlab được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   Matlab hỗ trợ mô phỏng số các thông số kỹ thuật như khe hở, áp suất, độ nhớt, giúp phân tích ảnh hưởng đến độ cứng vững ổ thủy tĩnh nhanh chóng và chính xác, từ đó lựa chọn bộ thông số tối ưu.

5. Làm thế nào để kiểm soát khe hở ổ thủy tĩnh trong sản xuất?
   Áp dụng công nghệ gia công CNC chính xác cao, kiểm tra dung sai khe hở trong giới hạn 3/1000 đường kính trục, đồng thời sử dụng thiết bị đo lường hiện đại để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Kết luận

• Độ cứng vững của ổ thủy tĩnh phụ thuộc mạnh mẽ vào khe hở ổ, áp suất dầu bôi trơn, độ nhớt và tỷ số buồng dầu/áp suất bơm.
• Khe hở ổ thủy tĩnh trong khoảng 15-18 µm và áp suất dầu 5-10 MPa được xác định là điều kiện tối ưu cho cụm ổ trục chính máy mài tròn ngoài.
• Sử dụng dầu bôi trơn có độ nhớt khoảng 4 cP ở 50°C giúp duy trì màng dầu ổn định, giảm ma sát và tăng tuổi thọ ổ.
• Phương pháp mô phỏng số kết hợp lý thuyết truyền thống là công cụ hiệu quả để phân tích và lựa chọn thông số kỹ thuật phù hợp.
• Đề xuất các giải pháp kiểm soát khe hở, lựa chọn dầu bôi trơn, thiết kế hệ thống bơm và tối ưu buồng dầu nhằm nâng cao độ cứng vững và độ chính xác gia công.

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu và kỹ sư nên triển khai thực nghiệm kiểm chứng các thông số mô phỏng, đồng thời phát triển công nghệ chế tạo ổ thủy tĩnh chính xác hơn. Hành động ngay hôm nay để áp dụng các giải pháp này sẽ góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng máy công cụ trong tương lai.