Luận án Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn

Luận án Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn trang 1

Trang 1

Luận án Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn trang 2

Trang 2

Luận án Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn trang 3

Trang 3

Luận án Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn trang 4

Trang 4

Luận án Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn trang 5

Trang 5

Luận án Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn trang 6

Trang 6

Luận án Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn trang 7

Trang 7

Luận án Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn trang 8

Trang 8

Luận án Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn trang 9

Trang 9

Luận án Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn trang 10

Trang 10

Tải về để xem bản đầy đủ

pdf 144 trang nguyenduy 25/02/2024 400
Bạn đang xem 10 trang mẫu của tài liệu "Luận án Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.

Tóm tắt nội dung tài liệu: Luận án Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn

Luận án Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn
ăng nâng một tải trọng cho trước. 
Tiếp tục xét đạo hàm P0 theo z, từ biểu thức (2.20) ta có: 
Q.
)rr.(
z.
d
8
.L
2
dz
dP
)z(f
0n
2
2
10,
(2.22) 
Khảo sát với các thông số kết cấu của đệm khí như trên ta có đồ thị như hình 2.16 
Hình 2.16: Tốc độ thay đổi của khe hở z khi thay đổi áp suất nguồn P0 
Từ đồ thị hình (2.16) cho thấy với d1=0,3 mm đường đặc tính dốc nhất và độ dốc 
giảm dần từ 3.8 bar cho đến 0. Như vậy, nếu d1 càng nhỏ, áp suất nguồn P0 thay đổi càng 
nhiều sẽ gây mất ổn định cho đệm khí làm việc, mặt khác, d1 càng nhỏ càng khó gia công. 
Với d1=0,7 mm áp suất nguồn là thấp nhất, tuy nhiên nếu chọn d1 lớn thì độ cứng của đệm 
khí sẽ giảm. Do vậy chọn đường kính tiết lưu d1= 0,5 mm, áp suất nguồn 4 bar, điều này 
phù hợp với điều kiện gia công. 
Bên cạnh áp suất nguồn yêu cầu đủ lớn còn cần có sự ổn định vì nếu áp suất nguồn 
cấp thay đổi thì độ cứng của các đệm khí thay đổi và làm trục quay mất ổn định (dịch 
chuyển lên xuống) phép đo sẽ kém chính xác. Do đó khi ổ khí làm việc nên dùng một bộ 
điều áp chính xác để duy trì áp suất ổn định. 
z(mm) 
f(bar/µm) 
d1=0,7 
d1=0,3 
d1=0,5 
60 
2.2.4. Kích thƣớc và kết cấu đệm khí thiết kế 
Áp dụng lý thuyết xây dựng ở trên kết hợp mô phỏng bằng phần mềm Ansys, thiết kế 
đệm khí rãnh cho ổ chịu tải trọng 500 N, các thông số đệm khí được thiết kế như sau: 
- Đệm khí phẳng có kích thước rn = 38 mm, chiều dày đệm 12 mm, bán kính rãnh làm 
việc r0 = 9.5 mm, chiều sâu rãnh s = 0,3 mm, chiều rộng rãnh r =0,5 mm, đường kính lỗ 
tiết lưu d =0,5 mm. Đệm khí phẳng bố trí ở mặt đầu có tác dụng hạn chế chuyển động dọc 
trục tạo lực nâng đảm bảo khả năng tải và độ cứng theo phương dọc trục. 
- Đệm khí cong mặt trụ có bán kính R = 57 mm, chiều dài = 92 mm, hai rãnh phân 
phối khí chữ H có chiều dài 28 mm, chiều rộng rãnh H là 12 mm, chiều sâu rãnh s = 0,3 
mm, chiều rộng rãnh r =0,5 mm, đường kính lỗ tiết lưu d =0,5 mm. Đệm khí cong được bố 
trí xung quay trục quay để tăng độ cứng, đảm bảo định tâm ổ theo phương hướng kính. 
Hình 2.17. Kết cấu đệm khí thiết kế 
2.2.5. Kết cấu ổ khí quay 
Kết cấu ổ khí được thiết kế như hình 2.18, gồm 2 phần chính là đệm khí và trục quay. 
Đệm khí được định vị trên chi tiết trục quay khống chế các chuyển động theo trục x, y, z 
đảm bảo chỉ còn một bậc tự do quay quanh trục z. 6 đệm khí trụ lắp trên trục quay chia làm 
2 tầng có tác dụng định vị hướng kính, hạn chế 4 bậc tự do, hai tầng đệm khí được bố trí 
trên một đoạn trụ dài (l ≥ 1,5d) nên đường tâm của trục quay được định vị ổn định. 3 đệm 
khí phẳng định vị ở mặt đầu chống di chuyển dọc trục và đảm bảo lực nâng của ổ, chỉ còn 
M
5
Ø
4
.3
5
Ø4.3
4
2
±
0
.1
91
5
90°
B
TL 10 : 1
0
.3
±
0
.0
1
3
R
58
±0
.0
1
R4
3
0.5±0.01
M5
R
4
41
2
5
±
1
0
.3
±
0
.0
1
Ø0.5 ±0.01
Ø38
0.001
 1
2
±
0
.1
28±1
0.
5±
0.
01
0.5±0.01
Ø24±0.1
Ra 0.32
Rz 0.32
13
Rz 0.32
28±0.1
0
.5
±
0
.0
1
1
7
±
0
.1
1
2
±
0
.1
45°
B
Ø0.
5±0
.01
ĐỆM KHÍ MẶT ĐẦU ĐỆM KHÍ MẶT TRỤ 
61 
lại 1 bậc tự do quay quanh trục z. Đây là kết cấu 
đơn giản, đảm bảo khả năng tải yêu cầu và phù 
hợp với điều kiện công nghệ chế tạo tại Việt Nam. 
Đặc tính làm việc của ổ khí phụ thuộc phần lớn 
vào kết cấu đệm khí và cách bố trí đệm trên trục, 
vì vậy kích thước trục quay thường được chọn sao 
cho có diện tích đủ lớn để định vị đệm khí, đảm 
bảo khả năng tải và định tâm của ổ. Bên cạnh đó 
chọn kích thước trục còn phụ thuộc kích thước 
của máy, lựa chọn kích thước trục quay có đường 
kính D =114 mm, L=190 mm. 
2.3. Phân tích các yếu tố ảnh hƣởng tới chất lƣợng của ổ khí 
quay và định hƣớng công nghệ gia công các chi tiết của ổ khí 
2.3.1. Xét ảnh hƣởng của việc bố trí đệm khí mặt trụ đến khả năng định tâm 
của ổ khí. 
Theo [11] để đảm bảo độ ổn định tâm quay nên bố trí các đệm khí đối xứng quanh 
trục, trường hợp có ba đệm xung quanh có khả năng khử các méo 3 cạnh (hình 2.19a), bốn 
đệm khử méo 4 cạnh (hình 2.19a), và sáu đệm xung quanh để khử cả hai loại méo cạnh 
chẵn và lẻ là bội số của 6 (hình 2.19c). 
Thực tế có thể có những trường hợp trục quay méo lẻ khác như 5 cạnh, 7 cạnh, 11 
cạnh, điều này sẽ ảnh hưởng lớn đến độ định tâm chi tiết. Do vậy sẽ chọn phương án bố trí 
3 đệm khí quanh trục, xét ảnh hưởng cụ thể của méo tới định tâm ổ từ đó đưa ra định 
hướng công nghệ gia công các chi tiết của ổ. 
Hình 2.18: Kết cấu ổ khí quay 
Hình 2.19. Bố trí đệm khí cho ổ quay [11] 
a c 
b 
Trục quay 
62 
Xét sơ đồ định vị 3 đệm khí đặt cách nhau 1 góc θ = 1200 với trục có số cạnh méo 5 
(hình 2.20). Theo khai triển Fourier biên độ méo 5 cạnh sẽ là: 
x5 = a5sin(5) (2.23) 
Hình 2.20: Bố trí ba đệm khí với trục bị méo 5 cạnh 
Xét vị trí thứ nhất của đệm khí so với trục quay: 
Tâm của đệm khí số 1 tại vị trí góc  = 00, thay vào công thức (2.23) ta được x51 = 0; 
Tâm của đệm khí số 2 tại vị trí góc  = 1200 x52 = -0,886a5; 
Tâm của đệm khí số 3 tại vị trí  = 2400 x53 = 0,886a5; 
Như vậy theo tính toán bằng lượng giác để khe hở tại vị trí tâm của các đệm khí đồng 
đều thì tâm trụ quay sẽ bị đẩy sang phía đệm khí thứ 2 một lượng x52cos(30
0
) = 0,75a5. 
Tương tự: 
Xét một vị trí thứ hai, xoay cả 3 đệm khí một góc θ với trục quay, 
Tâm của đệm khí 1 tại vị trí thấp nhất  = 540, khi đó x51 = -a5; 
Tâm của đệm khí 2 tại vị trí  = 540+1200 = 1740 x52 = 0,5a5 
Tâm của đệm khí 3 tại vị trí  = 540+2400 = 2940 x53 = 0,5a5 
Để khe hở tại vị trí tâm của các đệm khí đồng đều thì tâm trụ quay sẽ bị đẩy về phía 
đệm khí 1 một lượng x51-(x51+x52.sin30
0
)/2=0,635a5. 
Do vậy muốn giảm độ dao động tâm do bố trí đệm khí không phù hợp với số cạnh 
méo của trục ta phải có giải pháp công nghệ để giảm thiểu ảnh hưởng này. 
Tiếp tục xét bài toán tổng quát ảnh hưởng của độ méo của trục đến độ định tâm quay 
của ổ khí: 
Hình 2.21: Sơ đồ bố trí đệm khí quanh trục quay bị méo 
 
2π 
1 
2 3 
a5 
120
0 120
0 
63 
Trên hình (2.21) thể hiện ba đệm khí có độ cứng và lực nâng như nhau nằm cách đều 
nhau trong hệ tọa độ gốc (Oxy), tương ứng với 3 tia tạo với nhau các góc 1200, trong đó có 
1 tia là Oy. Xét trụ quay có dạng méo bất kỳ, với hệ tọa độ riêng (Cuv) nằm bên trong hệ 
đệm khí, bị xoay một góc θ (θ chạy từ 0 đến 2π radian). 
Điều kiện cân bằng của hệ: ba khoảng cách từ ba đệm khí đến trụ quay là bằng nhau, 
tức là khe hở ở tâm của các đệm khí luôn duy trì một khoảng bằng nhau. Giả thiết ba 
khoảng cách đó tỷ lệ thuận với các đoạn thẳng A1B1, A2B2, A3B3, khi đó điều kiện nói trên 
được viết: A1B1 = A2B2 = A3B3. Để thỏa mãn điều kiện ổn định, tâm C của trụ quay phải là 
một điểm cố định. Thực tế tâm C của trụ quay luôn thay đổi so với gốc tọa độ O là giao 
điểm của 3 đệm khí, khoảng lệch tâm C so với gốc tọa độ O tương đương vector [tx ty]'. 
Xây dựng bài toán xác định lượng lệch tâm này: 
Cho biết: 
- Phương trình tọa độ cực của trụ quay đối với tâm C trong hệ tọa độ (Cuv): R= R(ϕ). 
Cụ thể bài toán tập trung vào các hình dạng méo R(ϕ)=R0+a0 sin(nϕ); với R0 - bán 
kính trung bình của trụ quay (hằng số dương), a0 - biên độ méo (hằng số dương), n - số 
chu kỳ méo (hằng số nguyên dương). 
- Góc xoay θ. 
Yêu cầu: 
- Xác định vector lệch tâm [tx ty]' với góc xoay θ bất kỳ. 
Giả sử Ak (k=1,2,3) nằm ở góc ϕk trong hệ tọa độ cực tâm C của trụ quay, Ak trong hệ 
tọa độ (Cuv) có tọa độ 
ksin)k(R
kcos)k(R
)uvC(k
A 
(2.24) 
Trụ quay quanh tâm C một góc θ, nhận được ma trận quay: 

 
 
cossin
sincos
)uvC(
RM 
(2.25) 
Vector dịch chuyển của hệ (Cuv): 
yt
xt
OCT 
(2.26) 
Tọa độ của điểm Ak trong hệ tọa độ (Oxy): 
  
  
  
yt)ksin()k(R
xtkcos)k(R
OCT)Cuv(kA)Cuv(RM)Oxy(kA
ky
kx
(2.27) 
Mặt khác các điểm Ak nằm trên 3 tia đặc biệt (hình 2.21): 
64 
;03y;3y33x
;02y;2y32x
;01y;01x
(2.28) 
Để thỏa mãn điều kiện ổn định: 
3y2y
;2y21y
(2.29) 
Từ (2.27), (2.28), (2.29), thu được hệ phương trình: 
   
   
   
   
  
0)3sin()(R)sin()(R
0)t)sin()(R(2t)sin()(R
0)t)sin()(R(3t)cos()(R
0)t)sin()(R(3t)cos()(R
0t)cos()(R
322
y22y11
y33x33
y22x22
x11
(2.30) 
 (2.30) là hệ phương trình gồm 5 phương trình và 5 ẩn: 1, 2, ,tx, ty. 
Hệ phương trình(2.30) là hệ phương trình phi tuyến, có thể sử dụng phương pháp hồi quy 
Newton để giải với các trường hợp méo 2, 4, 5,7 cạnh. 
a)Trục méo 7 cạnh biên độ méo 3µm b) Trục méo 2 cạnh biên độ méo 1µm 
Hình 2.22: Độ dao động tâm quay khi trục quay méo 
Kết quả thu được độ dao động tâm quay của ổ gần như chạy trên đường tròn với biên 
độ bằng biên độ méo của trục, điều này có nghĩa độ tròn của chi tiết trục quay ảnh hưởng 
lớn đến độ định tâm ổ, độ tròn càng nhỏ ảnh hưởng tới dao động tâm quay càng nhỏ. Trong 
thực tế khi các sóng méo của trục quay có chu kỳ nhỏ hơn chiều dài của đệm khí thì đệm 
khí sẽ có sự trung bình hóa khe hở dưới bề mặt đệm, độ dao động tâm quay sẽ giảm đi. 
Muốn đệm khí và trục quay trung bình hóa được khe hở làm việc thì khi gia công 2 chi tiết 
này phải đồng dạng về kích thước và sai lệch hình dáng. Sau khi gia công tiện và mài, phải 
tiến hành mài nghiền bộ đôi giữa chi tiết trục và bạc đệm khí. Theo [4] đã chứng minh khi 
-0.004
-0.003
-0.002
-0.001
0
0.001
0.002
0.003
0.004
-0.004 -0.002 0 0.002 0.004
-0.0015
-0.001
-0.0005
0
0.0005
0.001
0.0015
-0.002 -0.001 0 0.001 0.002
65 
mài nghiền bộ đôi giữa trục và bạc sẽ cải thiện độ tròn của các chi tiết đồng thời sửa các 
sóng méo của trục và bạc tương đồng nhau, sau đó cắt thành từng miếng đệm khí, như vậy 
sẽ hạn chế tốt nhất được độ dao động tâm quay. 
Với phương án bố trí 3 đệm khí quanh trục kết hợp với công nghệ gia công nguyên 
công cuối bằng mài nghiền sẽ hạn chế độ dao động tâm. 
2.3.2. Xét ảnh hƣởng bố trí đệm khí tới độ cứng làm việc của ổ khí quay 
Bên cạnh việc bố trí số lượng đệm khí trụ để giảm thiểu ảnh hưởng về sai lệch hình 
dáng chi tiết trục quay tới độ chính xác định tâm ổ, một yếu tố quan trọng không kém là 
việc bố trí đệm khí còn quyết định đến độ cứng của ổ, điều này giúp cho cho ổ khí quay có 
độ ổn định tâm cao. 
Xét định vị của 01 đệm khí trụ trên trục quay (hình 2.23). 
Khi ổ làm việc đệm khí và trụ quay được ngăn cách bởi khe hở z có chứa lớp màng 
khí. Dưới sự tác động tải trọng Q, biến thiên Q đẩy trục ra xa khỏi đệm khí một lượng z, 
khi đó lực nâng F của đệm khí tác dụng lên trục giảm một lượng F, độ cứng K của đệm 
khí được xác định như sau: K = F/ z 
Theo kết quả mô phỏng hình PL 1.15 (phần phụ lục), quan hệ giữa lực F và z theo 
công thức: 
F=1,4375z
2
 - 33,325z + 687,55 
Khi đó độ cứng K sẽ là: 
325,33875,2 z
dz
dF
K 
Trong phạm vi z=10µm, độ cứng K= -4,57 
N/µm 
Lựa chọn bố trí đệm khí như hình 2.24, ban 
đầu 3 đệm khí ở một vị trí cân bằng. Khi có một 
Hình 2.23: Sơ đồ bố trí một đệm khí trên trục quay 
Hình 2.24: Sơ đồ bố trí 3 đệm khí trên trục quay 
66 
biến thiên lực Q tác dụng lên trục quay theo phương như hình vẽ sẽ làm tăng khe hở đệm 
khí 1 một lượng z gây nên sự giảm lực đẩy của đệm khí 1 F1=K. z, chiều của F1 
hướng từ tâm ra ngoài trục quay, đồng thời làm giảm khe hở của đệm khí 2 và đệm khí 3 
một lượng z/sin300=2. z gây nên sự tăng lực đẩy của các đệm khí này một lượng 
 F2= F3=2K. z, chiều của F2= F3 hướng vào tâm trục quay. Hợp lực của hai đệm khí 2 
và 3 chính bằng F2= F3= ∆F23= 2K. z vì góc giữa 2 đệm khí là 120
0
. 
Biến thiên lực Q cân bằng với F1+ F23=3K z. 
Sự biến thiên z khi có biến thiên lực Q tác dụng lên trục quay là
K
Q
z
3
 . Tức là sự 
thay đổi z khi bố trí 3 đệm khí quanh trục khi có tác động Q sẽ giảm 3 lần so với một 
đệm khí. Như vậy có thể bố trí nhiều đệm khí ở xung quanh trục quay nhằm tăng độ cứng 
của ổ khí, áp dụng cách này để tăng độ ổn định tâm quay O của các dẫn hướng quay dùng 
cho tọa độ cực. Trong luận án này, trục quay được bố trí 2 tầng đệm khí, mỗi tầng có 3 
đệm khí xung quanh cách nhau 1200, như vậy độ cứng sẽ cải thiện tăng lên 6 lần. Với khe 
hở đệm khí z = 10µm, độ cứng của hệ là K= -4,75 x 6 = 28,5N/µm, tức là phải có lực tác 
động 28,5N thì trục quay mới dịch chuyển 1µm. 
- Cách bố trí đệm khí trên trục quay làm tăng độ cứng cho ổ, đảm bảo tâm quay ổn 
định. Cụ thể tổng số đệm khí của ổ là 9 với 6 đệm khí mặt trụ, độ cứng của hệ tăng lên 6 
lần, 3 đệm khí phẳng trên mặt đầu để hạn chế chuyển động dọc trục, tạo lực nâng. 
2.3.3. Xét ảnh hƣởng của tải trọng đặt lệch trên bàn quay đến độ nghiêng 
đƣờng tâm trụ quay 
Giả sử có tải trọng P đặt lệch tâm trên bàn quay, 
đệm khí trụ được định vị hai tầng trên mặt trục quay 
như hình 2.25, xét trường hợp các đệm khí có lực nâng 
F và độ cứng K như nhau. 
Gọi a là khoảng cách giữa 2 tầng của đệm khí. Khi 
chi tiết có trọng lượng P đặt lệch tâm trên bàn quay một 
lượng e sẽ tạo ra một mô men M, với O là tâm quay 
nằm giữa hai tầng đệm khí làm trục quay nghiêng một 
góc : 
M=P.e (2.31) 
Khi đó khe hở tại đệm khí 2 và 4 giảm một lượng 
 z, tương ứng với khe hở tại đệm khí 1 và 3 tăng một 
lượng z, tức là lực đẩy của đệm khí 2 và 4 tăng một 
lượng F=K. z; lực đẩy của đệm khí 1 và 3 giảm một 
lượng F=K. z. 
Mô men M cân bằng với mô men sinh ra bởi sự 
tăng, giảm lực đẩy của các đệm khí: 
e
P
M=P.e

1
4 3
2
a
 F F
 F F
Chi tiết mang tải P 
Hình 2.25. Sơ đồ trục quay bị nghiêng 
67 
z.a.K.2
2
a
.z.K.4e.PM 
(2.32) 
Biến thiên khe hở đệm khí z: 
a.K.2
e.P
z 
(2.33) 
Công thức (2.33) cho thấy với khối lượng của chi tiết đo và độ lệch tâm cho trước, sự 
biến thiên khe hở phụ thuộc vào khoảng cách a giữa hai tầng đệm khí và độ cứng K của 
đệm khí. Nếu khoảng cách a và độ cứng K càng lớn thì khả năng nghiêng lệch trục càng ít, 
hệ càng cứng vững. 
Với ổ khí đã thiết kế, khoảng cách giữa hai tầng đệm khí a = 110, độ cứng đệm khí 
K = -4,75 N/µm. Chi tiết có trọng lượng 100 N đặt lệch tâm 10 mm thì độ biến thiên khe 
hở z = 0,95 µm. Góc nghiêng của trục là: 
''78,1
10.110
95,0
arctg
a
z
arctg
3
  
(2.34) 
Bên cạnh đó khi trục quay nghiêng góc  sẽ gây ra sai số đo trên tiết diện elip, sai số này 
phụ thuộc đường kính D của chi tiết đo: 
)1
cos
1
(Dss 

(2.35) 
Với chi tiết đo có đường kính D = 100 mm, trọng lượng 100 N đặt lệch tâm 10 mm thì 
sai số gây ra do đặt lệch tâm là: ss=3,72.10-6 µm. Với sai số nhỏ tham gia không đáng kể 
vào kết quả đo. 
2.3.4. Xét ảnh hƣởng sai số hình học tới chức năng làm việc của đệm khí trụ 
và trục quay 
Như đã nói ở phần trên, để đảm bảo chức năng làm việc của ổ thì tiết diện mặt trụ 
trong của đệm và trục quay phải đồng dạng về kích thước và hình dáng. Nếu đệm khí có 
sai lệch hình dáng (độ không tròn) hoặc sai lệch kích thước giữa bán kính mặt đệm với bán 
kính trục làm cho khe hở z giữa bề mặt đệm khí và trục quay thay đổi dẫn đến hiện tượng 
lọt khí làm giảm độ cứng của đệm, ảnh hưởng trực tiếp đến định tâm ổ. Khi khe hở z ở 
giữa lớn, ở ngoài nhỏ (hình 2.26a) khí sẽ dồn qua khe hở ở giữa ra cạnh biên ảnh hưởng 
đến độ cứng. Ngoài ra khe hở phía cạnh của đệm khí nhỏ sẽ xuất hiện cạnh ngoài của đệm 
khí chạm vào mặt trụ gây tiếp xúc cơ khí. Ngược lại nếu khe hở z ở giữa nhỏ, ở ngoài lớn 
(hình 2.26b) sẽ gây mất cân bằng cho đệm khí, trường hợp này tiêu hao khí lớn mà lực 
nâng không đảm bảo. Do vậy để đảm bảo khoảng cách khe hở z không đổi (z=10µm) khi 
gia công kích thước đường kính trong của đệm R2 phải bằng đường kính ngoài của trục 
quay R1, nguyên công cuối thực hiện mài nghiền bộ đôi bằng bột nghiền có cỡ hạt 10 µm 
và liên tục thay đổi bột nghiền để giữ khoảng cách đều giữa đệm khí và trụ quay. 
68 
 a) R1R2 
Hình 2.26. Ảnh hưởng của sai lệch kích thước giữa đệm khí và trục quay 
Một điều nữa là trong kết cấu đệm khí, khớp cầu tự lựa có tác dụng tạo sự cân bằng 
cho đệm khí. Vì một lý do nào đó làm cho đệm khí lệch khỏi vị trí cân bằng, áp lực hai bên 
trên bề mặt đệm khí sẽ không bằng nhau làm xuất hiện một mô men quay quanh khớp cầu 
tự lựa đẩy đệm khí về vị trí cân bằng. 
Hình 2.27: Hốc đặt bi cầu tự lựa bị lệch 
Khi vị trí của hốc đặt bi cầu tự lựa bị lệch, không cân xứng trên đệm khí như hình 
2.27, nếu không cục bố hóa sự phân bố áp suất trên bề mặt sẽ xảy ra hiện tượng khí thoát ồ 
ạt ra khỏi bề mặt đệm khí theo đường chảy ngắn nhất ở bên trái hình vẽ, cạnh đệm khí phía 
bên phải có nguy cơ bị tiếp xúc cơ khí. Độ lệch hốc đặt bi cầu càng lớn thì góc nghiêng bề 
mặt đệm khí sẽ càng lớn. 
 a) b) 
Hình 2.28: Đệm khí một và hai lỗ tiết lưu 
69 
Để cải thiện điều này, cục bộ hóa miền phân bố áp suất trên bề mặt đệm khí trụ sẽ tạo 
hai lỗ tiết lưu và rãnh dẫn đối xứng qua hốc đặt bi cầu. Như vậy, trong trường hợp gia công 
hốc bi cầu bị lệch, do có hai lỗ tiết lưu cấp khí riêng biệt nên vẫn duy trì hai vùng áp lực 
khí nén ở hai bên hốc bi cầu, làm giảm độ nghiêng lệch của đệm khí so với trường hợp một 
lỗ tiết lưu trung tâm (hình 2.28b và hình 2.29) 
Hình 2.29: Đệm khí với hai lỗ tiết lưu ở hai bên hốc bi cầu tự lựa 
Bên cạnh độ chính xác hình dáng thì yêu cầu chính xác về vị trí của trục quay cũng rất 
quan trọng, trên hình 2.30 thể hiện chi tiết trụ quay được định vị 4 bậc tự do trên mặt trụ và 
1 bậc tự do ở mặt đầu. Với định vị này khi mặt đầu không vuông góc với đường tâm trụ sẽ 
gây nên hiện tượng trục quay dịch chuyển lên xuống theo phương dọc trục, đồng thời các 
đệm khí phẳng mặt đầu phải liên tục xoay quanh hốc bi cầu để tự lựa đảm bảo khe hở trên 
toàn bộ bề mặt đệm khí không đổi. Lượng dịch chuyển dọc trục sẽ bằng: 
R2
r.
2
r
r
R
dichtruc
 
(2.36) 
Trong đó: 
- : độ vuông góc của mặt đầu trụ so với tâm trụ 
- R: bán kính trụ quay 
- r: bán kính tính từ tâm trụ quay đến tâm đệm khí phẳng 
70 
Hình 2.30: Ảnh hưởng độ không vuông góc mặt định vị đệm khí với tâm trục 
Trong thiết kế mô hình R=57 mm, r = 38 mm để lượng dịch chuyển dọc trục của trục 
quay không quá 1µm thì yêu cầu độ vuông góc của mặt đầu so với đường tâm trụ là: 
r
R dichtruc 
.2
=3µm (2.37) 
 Với sai lệch độ vuông góc như trên có thể chế tạo được tại các cơ sở sản xuất trong 
nước. 
Chú ý: Để giảm ảnh hưởng của độ không vuông góc này thì mặt đầu của đệm khí phải 
được gia công với bề mặt trụ trên cùng một lần gá. 
2.3.5. Xét ảnh hƣởng của độ nhám bề mặt. 
Nhám là thành phần sai lệch nhỏ nhất gây ra bởi quá trình gia công còn tồn tại trên bề 
mặt chi tiết như vết cắt của lưỡi cắt trong quá trình tiện, phay, bào hay những vết để lại 
trong quá trình mài nghiền, đánh bóng. Toàn bộ những thành phần sai lệch bất quy tắc có 
bước nhỏ hơn 100 lần biên độ nhấp nhô gọi là nhám. Tùy vào phương pháp gia công mà 
nhám có dạng tuần hoàn theo chu kì hay ngẫu nhiên. Các thành phần sai lệch hình dáng, 
sóng và nhám bề mặt thường không xuất hiện riêng lẻ mà chúng đồng thời tồn tại trên bề 
mặt chi tiết [3]. 
Nhám bề mặt Rz có ảnh hưởng rất lớn tới quá trình khởi động của đệm khí. Có thể nói 
nhám bề mặt là nguyên nhân chính giúp cho đệm khí khởi động. Nhờ bề mặt có nhám mà 
lực nâng của đệm khí khi bắt đầu khởi động là tương đối lớn. Giả thiết ta hãy tưởng tượng 
bề mặt trục quay và đệm khí được gia công đạt độ nhẵn lý tưởng (tức là Rz =0), muốn ổ khí 
hoạt động thì cần phải cung cấp một áp suất nguồn lớn P0 >> 4 bar để tạo lực nâng tách bề 
Vị trí thấp nhất 
của trục quay 
r r/2 r 
r/2 
71 
mặt đệm khí ra khỏi trục quay tạo khe hở z, do lúc này lực hút phân tử tại hai bề mặt đệm 
khí và trục quay rất lớn. Sau khi đệm khí khởi động, tức là ngay sau khi có khe hở z ≠0 thì 
có sự chảy của dòng khí ra ngoài tức là bắt đầu có dòng tiết lưu, ổ hoạt động. Tuy nhiên 
khi ổ hoạt động cần duy trì áp suất ổn định trong khoảng 4 bar, do vậy nếu áp suất nguồn 
cung cấp cho khởi động lớn gây mất ổn định. 
Thực tế khi gia công thường rất khó có thể đạt trạng thái bề mặt Rz = 0 mà luôn tồn tại 
một giá trị nhám nhất định. Với công nghệ gia công lần cuối bằng phương pháp mài nghiền 
[4] có các hạt mài tự do giữa hai bề mặt được nghiền chúng sẽ sửa các đỉnh nhám, trung 
bình hóa các sóng méo, tạo sự đồng dạng giữa hai bề mặt, sự tồn tại của

File đính kèm:

  • pdfluan_an_co_so_dam_bao_nang_cao_do_chinh_xac_cua_phep_do_do_t.pdf