Chương 1: Lý do chọn đề tài, tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học – thực tiễn, đối tượng, phạm vi và mục tiêu nghiên cứu. - Chương 2: Trình bày tổng quan về ổ trục và ứng dụng của các loại ổ trục. Các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến ổ khí tĩnh, đến đề tài và các định hướng nghiên cứu. - Chương 3: Cơ sở lý thuyết về máy khoan cao tốc; cơ sở lý thuyết về ổ khí tĩnh, hệ thống công thức để tính toán, thiết kế ổ khí tĩnh.
- Chương 4: Nêu các ý tưởng và giải pháp thiết kế máy máy khoan cao tốc, kết cấu ổ khí tĩnh dùng cho máy máy khoan cao tốc. - Chương 5: Thiết kế các thông số của ổ khí, các mối quan hệ, những sự ảnh hưởng giữa các thông số, giữa các thông số đến khả năng hoạt động của ổ khí - Chương 6: Đề cập đến các kết quả chế tạo thử nghiệm ổ khí tĩnh, các thực nghiệm trên thực tế và kết quả phân tích đánh giá. 3 Chương 2 Chương 2: TỔNG QUAN Ổ trục là một chi tiết máy được dùng phổ biến trong nhiều loại máy móc, thiết bị, hệ thống sản xuất,… Các ổ trục giúp cho các trục có thể thực hiện chuyển động quay hoặc tịnh tiến một cách dễ dàng nhờ giảm thiểu được ma sát, qua đó nâng cao hiệu suất sử dụng của máy móc, thiết bị. Ổ trục có nhiều loại như ổ cơ, ổ từ, ổ thuỷ, ổ khí và các loại ổ kết hợp….1 Ổ cơ - Ổ cơ là một chi tiết khá phổ biến trong các kết cấu máy với nhiệm vụ chính để đỡ các trục, tiếp nhận tải trọng từ nhiều phía và giữ cho trục quay.
Trong quá trình làm việc tùy thuộc vào dạng tải trọng hoặc môi trường làm việc thì có các dạng ổ cơ khác nhau: - Ổ lăn: dạng bi, dạng đũa. - Ổ trượt: bạc trượt, ổ thủy động và thủy tĩnh, ổ khí động và khí tĩnh 2.1 Định nghĩa - Ổ lăn là một dạng của ổ cơ, đây là cơ cấu cơ khí giúp giảm thiểu lực ma sát bằng cách chuyển ma sát trượt của hai bộ phận tiếp xúc nhau khi chuyển động thành ma sát lăn giữa các con lăn hoặc viên bi được đặt cố định trong một khung hình vành khuyên (Hình 2.2 Nhiệm vụ - Có nhiệm vụ tiếp nhận các tải trọng từ nhiều hướng tác động tới và giữ cho trục quay.3 Kết cấu - Trong ổ lăn, giữa vòng trong và ngoài của ổ có các con lăn dưới dạng viên bi hoặc dạng đũa, tùy theo dạng tải trọng hoặc điều kiện hoạt động thì vòng ngoài của ổ hay vòng trong của ổ quay. Vòng trong lắp trên trục, vòng ngoài lắp với gối trục (vỏ máy, thân máy…) - Ổ lăn gồm 4 bộ phận: vòng ngoài, vòng trong, con lăn, vòng cách (Hình 2.2) QUYET 4 Chương 2 a) Ổ dạng bi b) Ổ dạng đũa Hình 2.4 Nguyên lý hoạt động Trong ổ lăn, tải trọng từ trục trước khi truyền đến gối trục phải qua các con lăn, nhờ các con lăn nên ma sát sinh ra trong ổ là ma sát lăn. Con lăn trong ổ thực hiện chuyển động hành tinh giữa vòng trong và vòng ngoài của ổ (Hình 2.3: Nguyên lý hoạt động ổ lăn.5 Phân loại - Theo dạng con lăn, ổ lăn được phân chia thành ổ bi và ổ đũa (Hình 2.4: Phân loại theo dạng con lăn.
- Theo hướng tiếp nhận tải trọng, ổ lăn được phân chia thành ổ đỡ, ổ chặn và ổ đỡ chặn (Hình 2. 5 Chương 2 a) Ổ đỡ b) Ổ chặn c) Ổ đỡ chặn Hình 2.5: Phân loại theo hướng tiếp nhận tải trọng. - Theo dạng con lăn và bề mặt làm việc của các vòng ổ lăn có thể phân chia thành: Ổ bi đỡ một dãy, ổ bi đỡ hai dãy, ổ bi đỡ chặn, ổ bi chặn, ổ đũa chặn, ổ đũa đỡ trụ ngắn, ổ đũa côn, ổ bi tự lựa, ổ đũa trụ đỡ tự lựa, ổ kim (Hình 2.6) a) Ổ bi đỡ một dãy b) Ổ bi đỡ hai dãy c) Ổ bi đỡ chặn d) Ổ bi chặn e) Ổ đũa chặn f) Ổ đũa đỡ trụ ngắn 6 Chương 2 g) Ổ đũa côn h) Ổ bi tự lựa k) Ổ đũa trụ đỡ tự lựa l) Ổ kim Hình 2.6: Phân loại theo bề mặt làm việc. - Theo số lượng các dãy con lăn, ổ lăn có thể phân chia thành ổ lăn một dãy, ổ lăn hai dãy, ổ lăn nhiều dãy (Hình 2.
a) Ổ lăn một dãy b) Ổ lăn hai dãy c) Ổ lăn nhiều dãy Hình 2.7: Phân loại theo dãy con lăn. - Ngoài ra tuỳ theo độ chính xác, ổ lăn có thể phân chia thành nhiều loại, từ loại bình thường đến loại siêu chính xác.6 Ưu nhược điểm của ổ lăn Ưu điểm - Ma sát nhỏ (ổ bi: f=0,00012~0,0015, ổ đũa: f=0,002~0,006) - Chăm sóc và bôi trơn đơn giản - Kích thước chiều rộng nhỏ - Mức độ tiêu chuẩn hóa cao, giá thành rẻ. Nhược điểm - Kích thước hướng kính lớn - Lắp ghép tương đối khó khăn - Làm việc có nhiều tiếng ồn, khả năng giảm chấn kém 7 Chương 2 2.1 Định nghĩa - Ổ trượt là một dạng ổ đỡ hoạt động trên nguyên lý ma sát trượt. Giữa ngõng trục và thành ổ là dầu ngăn cách tránh cho thành ổ tiếp xúc trực tiếp với ngõng trục trong quá trình làm việc.
Vì vậy, ổ trượt rất đa dạng về kết cấu: bạc trượt, ổ thủy động, ổ thủy tĩnh, ổ khí động, ổ khí tĩnh.8: Hình dạng ổ trượt.2 Kết cấu Kết cấu chủ yếu của ổ trượt gồm có thân ổ và ống lót: - Thân ổ: Là phần chịu lực, có thể chế tạo liền với khung máy hoặc chế tạo riêng (Hình 2.9: Kết cấu ổ trượt. - Ống lót: Là phần tiếp xúc với ngõng trục, thường làm bằng kim loại màu đắt tiền và hiếm. Sau thời gian sử dụng ổ bị mòn, lót ổ được thay thế mới tránh ảnh hưởng đến thân ổ (Hình 2.10) QUYET 8 Chương 2 Hình 2.10: Hình dạng ống lót ổ trượt.3 Nguyên lý hoạt động - Ổ trượt tương tự như ổ lăn, là ổ trục dùng để đỡ các chi tiết quay. Thông thường trục quay còn ổ đứng yên nên khi làm việc bề mặt ngõng trục trượt trên bề mặt ổ trượt.
Ma sát sinh ra trên bề mặt làm việc là ma sát trượt.4 Phân loại ổ trượt theo hình dạng - Theo hình dạng bề mặt làm việc: mặt trụ, mặt nón, mặt cầu, mặt phẳng (Hình 2.11 : Hình dạng bề mặt làm việc. - Theo khả năng chịu tải trọng: Ổ đỡ, ổ chặn, ổ đỡ chặn (Hình 2.12: Hình dạng theo khả năng chịu tải. - Kiểu bạc đỡ hai nữa, kiểu bạc tổ hợp đỡ chặn (Hình 2.13) HIEU 9 Chương 2 Hình 2.13: Hình dạng theo kết cấu.5 Phân loại ổ trượt theo phương pháp bôi trơn Theo phương pháp bôi trơn hai bề mặt làm việc (Hình 2.14) - Ổ bôi trơn thủy: thủy động hoặc thủy tĩnh - Ổ bôi trơn khí: tạo áp suất trên bề mặt làm việc bằng khí nén - Ổ bôi trơn từ: bề mặt làm việc không trực tiếp tiếp xúc với nhau nhờ từ tính a) Ổ bôi trơn thủy b) Ổ bôi trơn khí c) Ổ bôi trơn từ Hình 2.14 : Các dạng ổ trượt.6 Ưu nhược điểm Ưu điểm - Làm việc có độ tin cậy cao khi vận tốc lớn mà khi đó ổ lăn có tuổi thọ thấp - Chịu được tải trọng động và va đập nhờ vào khả năng giảm chấn của màng dầu bôi trơn - Kích thước hướng kính tương đối nhỏ - Làm việc êm Nhược điểm - Yêu cầu chăm sóc bảo dưỡng thường xuyên, chi phí lớn về dầu bôi trơn - Tổn thất về ma sát khi mở máy, dừng máy - Kích thước dọc trục tương đối lớn 10 Chương 2 2.7 Phạm vi ứng dụng - Khi kết cấu làm việc với vận tốc tương đối lớn (v = 30m/s) - Các máy móc thiết bị chịu tải trọng va đập - Trong các máy chính xác đòi hỏi độ chính xác hướng trục và khả năng điều chỉnh khe hở - Ổ có thể làm việc trong nước, môi trường ăn mòn - Ổ quay chậm, không quan trọng, rẻ tiền - Đường kính ngõng trục quá lớn 2.1 Định nghĩa Ổ từ (hình 2.15) là một loại ổ trục có khả năng nâng không tiếp xúc, các trục chuyển động nhờ vào lực từ trường [1].15 : Hình dạng của ổ từ trong thực tế.2 Kết cấu Ổ từ có cấu tạo tương tự như một động cơ điện, tuy nhiên thay vì tạo ra mômen xoắn để quay rotor nó lại tạo ra một lực để nâng rotor [1]. Cảm biến khoảng cách Stator Rotor Hệ thống điều khiển Nguồn dòng Hình 2.16: Kết cấu của ổ từ[1].
11 Chương 2 Ổ từ có kết cấu gồm 3 bộ phận chính: - Vòng ngoài và các cuộn dây (stator); - Hệ thống các cảm biến; - Hệ thống điều khiển.3 Nguyên lý hoạt động Khi cấp điện vào các cuộn dây của stator, thì các cuộn dây sẽ sinh ra một lực điện từ, và chính lực điện từ này nâng ngõng trục (rotor) quay không tiếp xúc với stator. Khe hở tạo thành khi nâng rotor cách stator một khoảng thông thường là 0,5 – 2 mm. Các cảm biến không tiếp xúc sẽ đo độ sai lệch giữa vị trí ta mong muốn với vị trí thực của rotor và cung cấp tín hiệu tới bộ điều khiền để hiệu chỉnh khe hở theo mong muốn bằng cách điều chỉnh điện áp vào từng cuộn dây [1].4 Phân loại Phân loại ổ đỡ từ theo chức năng a) Ổ đỡ từ trục ngang b) Ổ đỡ từ trục dọc Hình 2.5 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng Do giữa trục quay và phần tĩnh không tiếp xúc với nhau nên ổ từ có nhiều ưu điểm mà ổ cơ không có được như: 12 Chương 2 - Không có hao mòn khi vận hành do phần quay không tiếp xúc với bất kỳ bộ phận nào. - Tăng hiệu suất của truyền động nhờ chuyển động không có ma sát.
- Thân thiện với môi trường do không có bộ phận bôi trơn. - Khả năng làm việc với tốc độ cao. - Khả năng loại bỏ các rung động khi chuyển động. - Khả năng làm việc trong các môi trường khắc nghiệt.
Tuy nhiên ổ từ cũng có nhược điểm là bộ điều khiển phức tạp, giá thành cao. Ổ từ thường được dùng trong các hệ thống truyền động và máy phát điện,…Yêu cầu bảo dưỡng ổ trục thường xuyên. Trong các dây chuyền chế biến thực phẩm và dược phẩm, các thiết bị làm việc trong các điều kiện môi trường đặc biệt như là nhiệt độ rất cao và rất thấp cũng như là trong điều kiện chân không, bôi trơn ổ cơ luôn là vấn đề khó khăn[1].