Thiết kế và chế tạo gối đỡ mềm sử dụng trong cân bằng động rotor.pdf

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GỐI ĐỠ MỀM
SỬ DỤNG TRONG CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR
Ngƣời hƣớng dẫn: TS. BÙI MINH HIỂN
Sinh viên thực hiện: LÊ CẢNH TÀI
Số thẻ sinh viên: 101130053
Lớp: 13C1A
DUT.LRCC

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠKHÍ
CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: LÊ CẢNH TÀI Số thẻ sinh viên: 101130053
Lớp: 13C1A Khoa: Cơ khí Ngành: Công nghệ chế tạo máy
1. Tên đề tài đồ án:
Thiết kế và chế tạo gối đỡ mềm sử dụng trong cân bằng động rotor
2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
- Cân bằng đƣợc chi tiết quay có:
+ Khối lƣợng đến 20kg;
+ Đƣờng kính đến 500mm;
+ Chiều dài theo hƣớng trục đến 400mm;
+ Tốc độ cân bằng đến 1500 vòng/phút.
- Truyền động:
Công suất truyền động đến 375W, số vòng quay tối đa 2300 vòng/phút.
3. Nội dung các phần thuyết minh và tínhtoán:
Chƣơng 1: Tổng quan về cân bằng động
1.1 Cân bằng máy
1.2 Phân loại cân bằng máy
Chƣơng 2: Thiết bị cân bằng và nguyên lý xác định lƣợng mất cân bằng động
2.1 Thiết bị cân bằng
2.2 Nguyên lý xác định lƣợng mất cân bằng và quy trình cân bằng động
Chƣơng 3: Phân tích và lựa chọn kết cấu
3.1 Thông số kỹ thuật của thiết bị hỗ trợ
3.2 Lựa chọn phƣơng án truyền động
3.3 Lựa chọn động cơ
3.4 Lựa chọn phƣơng án gối đỡ
3.5 Thiết bị cân bằng di động hiện có
Chƣơng 4: Tính toán, thiết kế
4.1 Tính, chọn kết cấu
4.2 Thiết kế gối đỡ mềm
Chƣơng 5: Chế tạo và thực nghiệm
5.1 Chế tạo các chi tiết gối đỡ
5.2 Thiết bị sau khi đã đƣợc chế tạo
5.3 Các bƣớc thực hiện quy trình cân bằng trên một mặt phẳng
5.4 Các bƣớc thực hiện quy trình cân bằng trên hai mặt phẳng
Chƣơng 6: Kết luận và hƣớng phát triển
6.1 Kết luận
DUT.LRCC

6.2 Hƣớng phát triển
4. Các bản vẽ
- Bản vẽ lắp toàn máy, A0
- Bản vẽ lắp gối đỡ, A0
- Bản vẽ lựa chọn phƣơng án truyền động, A0
- Bản vẽ lựa chọn phƣơng án gối đỡ, A0
- Bản vẽ chế tạo chi tiết, A0
6. Họ tên người hướng dẫn: TS. Bùi Minh Hiển
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 29/01/2018
8. Ngày hoàn thành đồ án: 20/5/2018
Đà Nẵng, ngày tháng năm 2018
Trƣởng Bộ môn …………………….. Ngƣời hƣớng dẫn
DUT.LRCC

LỜI CẢM ƠN
Đồ án tốt nghiệp là những gì đúc kết lại sau quá trình học tập của sinh viên dƣới
sự hƣớng dẫn của giáo viên hƣớng dẫn. Sau hơn ba tháng làm việc, em đã hoàn thành
đề tài. Thành quả đạt đƣợc hôm nay là sự cố gắng và nỗ lực của em dƣới sự hƣớng dẫn
tận tình của Thầy, sự quan quan tâm động viên của gia đình và bạn bè. Nội dung đồ án
tốt nghiệp là một phần trong đề tài nghiên cứu khoa học của TS. Bùi Minh Hiển đƣợc
tài trợ bởi Quỹ khoa học và Công nghệ Đại học Đà Nẵng.
Em xin chân thành cảm ơn các giáo viên giảng dạy trong trƣờng đã giảng dạy,
truyền đạt kiến thức cơ bản trong những năm học đại cƣơng đầu tiên. Xin chân thành
cảm ơn các giáo viên giảng dạy trong khoa Cơ khí đã truyền đạt những kiến thức về
chuyên ngành và đồng hành cùng em trong suốt thời gian qua đã. Trên hết xin chân
thành cảm ơn giáo viên hƣớng dẫn thầy giáo TS. Bùi Minh Hiển đã tận tình hƣớng dẫn
và luôn động viên, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp này.
Tuy đã rất cố gắng hoàn thành đồ án, những sẽ không tránh khỏi những sai sót
còn mắc phải, rất mong đƣợc sự lƣợng thứ, chỉ dạy và góp ý tận tình của các Thầy Cô
trong quá trình bảo vệ đồ án!
Cuối cùng, xin gửi lời chúc sức khỏe đến Thầy Bùi Minh Hiển, các Thầy Cô
trong khoa Cơ khí cũng nhƣ trong Trƣờng Đại học Bách khoa và các bạn bè đã đồng
hành cùng em trong suốt thời gian qua!
Đà Nẵng, ngày 20 tháng 05 năm 2018
Sinh viên thực hiện
Lê Cảnh Tài
DUT.LRCC

LỜI NÓI ĐẦU
Ngành chế tạo máy đóng một vai trò quan trọng trong công cuộc công nghiệp hoá
và hiện đại hoá đất nƣớc hiện nay, với nhiệm vụ chính là thiết kế, chế tạo những các
thiết bị, phƣơng tiện máy móc phục vụ cho sản xuất và trong sinh hoạt. Để làm đƣợc
điều này ngƣời kỹ sƣ cần có kiến thức đủ sâu và rộng để có thể phân tích, đề xuất
những phƣơng án nhằm giải quyết tốt những vấn đề trong thiết kế cũng nhƣ chế tạo.
Với những yêu cầu trên, trong chƣơng trình đào tạo kỹ sƣ Cơ khí tại Trƣờng Đại
Học Bách Khoa Đà Nẵng, sinh viên đƣợc trang bị những kiến thức cơ sở của ngành
Công nghệ Chế tạo máy qua các giáo trình: Công nghệ Chế tạo máy, Chi tiết máy,
Nguyên lý máy, Đồ gá, Dao và các giáo trình khác có liên quan đến ngành Công nghệ
Chế tạo máy. Cụ thể, nhằm mục đích cụ thể hoá, thực tế hoá, và tổng hợp những kiến
thức mà sinh viên đã đƣợc trang bị, Đồ án Tốt nghiệp chính là nền tảng để đạt đƣợc
mục đích ấy. Đồ án Tốt nghiệp là cơ hội để sinh viên phải nghiêm túc phát huy tối đa
tính độc lập sáng tạo đồng thời làm quen với cách sử dụng tài liệu, sổ tay, tiêu chuẩn
trên cơ sở tổng hợp các kiến thức đã học để so sánh cân nhắc để giải quyết một vấn đề
cụ thể.
Đề tài Thiết kế và chế tạo gối đỡ mềm sử dụng trong cân bằng động rotor.
Đây là một để tài đòi hỏi phải nắm vững nhiều kiến thức từ khâu thiết kế, gia công, lắp
ráp. Trong quá trình làm đồ án dù đã làm việc một cách nghiêm túc cùng với sự hƣớng
dẫn nhiệt tình của Thầy giáo TS. Bùi Minh Hiển. Tuy nhiên vẫn còn nhiều thiếu sót do
thiếu kinh nghiệm thiết kế, cũng nhƣ kinh nghiệm thực tế. Vì vậy em rất mong đƣợc
sự chỉ bảo của các thầy cô giáo và sự đóng góp ý kiến bạn bè để hoàn thiện hơn đồ án
cũng nhƣ vốn kiến thức của mình.
DUT.LRCC

MỤC LỤC
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CÂN BẰNG ĐỘNG...............................................................1
1.1 Cân bằng máy .................................................................................................................1
1.2 Phân loại mất cân bằng..................................................................................................4
1.2.1 Mất cân bằng tĩnh.....................................................................................................4
1.2.2 Mất cân bằng ngẫu lực.............................................................................................5
1.2.3 Mất cân bằng động...................................................................................................6
Chƣơng 2: THIẾT BỊ CÂN BẰNG VÀ NGUYÊN LÝ XÁC ĐỊNH LƢỢNG MẤT CÂN
BẰNG ĐỘNG............................................................................................................................8
2.1 Thiết bị cân bằng ............................................................................................................8
2.1.1 Thiết bị cân bằng di động.........................................................................................8
2.1.2 Thiết bị cân bằng cố định.......................................................................................10
2.1.3 Kết luận...................................................................................................................13
2.2 Nguyên lý xác định lƣợng mất cân bằng động và quy trình cân bằng động...........13
2.2.1 Nguyên lý xác định lượng mất cân bằng động .....................................................13
2.2.2 Quy trình chung cân bằng động............................................................................14
Chƣơng 3: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN KẾT CẤU........................................................19
3.1 Thông số kỹ thuật của thiết bị hỗ trợ .........................................................................19
3.2 Lựa chọn phƣơng án truyền động...............................................................................20
3.2.1 Truyền động bằng ma sát.......................................................................................20
3.2.3 Truyền động bằng trục mềm..................................................................................22
3.2.4 Kết luận phương án truyền động...........................................................................23
3.3 Lựa chọn động cơ .........................................................................................................23
3.3.1 Động cơ điện một chiều..........................................................................................23
3.3.2 Động cơ điện xoay chiều ........................................................................................24
3.3.3 Động cơ xoay chiều có sử dụng bộ biến tần..........................................................25
3.3.4 Kết luận lựa chọn động cơ .....................................................................................26
3.4 Lựa chọn phƣơng án gối đỡ.........................................................................................26
3.4.1 Gối đỡ cứng.............................................................................................................26
3.4.2 Gối đỡ mềm.............................................................................................................27
3.4.3 Chọn gối đỡ.............................................................................................................27
3.5 Thiết bị cân bằng di động hiện có ...............................................................................27
3.5.1 Các module ứng dụng của Microlog-Gx...............................................................28
DUT.LRCC

3.5.2 Thiết lập các thông số chung cho Microlog-Gx....................................................28
Chƣơng 4: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ...................................................................................30
4.1. Tính chọn kết cấu ........................................................................................................30
4.1.1 Tính chọn động cơ..................................................................................................30
4.1.2 Tính chọn ổ lăn.......................................................................................................31
4.1.3 Tính chọn dây đai...................................................................................................32
4.2 Thiết kế gối đỡ mềm.....................................................................................................33
4.2.1 Lựa chọn vật liệu....................................................................................................33
4.2.2 Bản vẽ lắp gối đỡ mềm và toàn bộ thiết bị hỗ trợ cân bằng..................................33
4.2.3 Bản vẽ 3D của gối đỡ và toàn bộ thiết bị hỗ trợ....................................................35
4.2.4 Kiểm bền cho toàn bộ thiết bị.................................................................................36
Chƣơng 5: CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM.......................................................................39
5.1 Chế tạo các chi tiết của gối đỡ .....................................................................................39
5.1.1 Quy trình công nghệ gia công chi tiết thanh đỡ....................................................39
5.1.2 Chi tiết thân gối đỡ .................................................................................................43
5.1.3 Chi tiết bạc trượt.....................................................................................................43
5.2 Thiết bị sau khi đƣợc chế tạo.......................................................................................44
5.3 Các bƣớc thực hiện quy trình cân bằng trên một mặt phẳng..................................45
5.4 Các bƣớc thực hiện quy trình cân bằng trên 2 mặt phẳng.......................................51
Chƣơng 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN........................................................54
6.1 Kết luận .........................................................................................................................59
6.2 Hƣớng phát triển ..........................................................................................................59
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................60
DUT.LRCC

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
Bảng 2.1 Cấp độ mất cân bằng theo tiêu chuẩn ISO 1940............................................16
Bảng 5.1 Báo cáo số liệu cân bằng 1 mặt phẳng...........................................................50
Bảng 5.2 Báo cáo số liệu cân bằng 2 mặt phẳng...........................................................53
Bảng 5.3 Kết quả cân bằng chi tiết trên gối cứng .........................................................55
Bảng 5.4 Áp dụng kết quả của gối cứng cho gối mềm..................................................55
Bảng 5.5 Cân bằng lại chi tiết trên gối mềm.................................................................57
Hình 1.1 Tổng quan về cân bằng....................................................................................1
Hình 1.2 Mất cân bằng do lỗ hổng bọt khí của pulley ....................................................2
Hình 1.3 Mất cân bằng do dung sai lắp ráp chế tạo ........................................................2
Hình 1.4 Mất cân bằng do ăn mòn, bong tróc .................................................................3
Hình 1.5 Mất cân bằng do tích tụ bám bẩn......................................................................3
Hình 1.6 Mất cân bằng tĩnh .............................................................................................5
Hình 1.7 Mất cân bằng ngẫu lực .....................................................................................6
Hình 1.8 Mất cân bằng hỗn hợp (mất cân bằng động) ....................................................6
Hình 1.9 Giản đồ miền cân bằng.....................................................................................7
Hình 2.1 Thiết bị cân bằng di động của hãng SKF .........................................................8
Hình 2.2 Thiết bị cân bằng di động VIBXpert II của hãng PROFTECHNIK ................9
Hình 2.3 Thiết bị cân bằng di động Model N600 của hãng CEMB................................9
Hình 2.4 Gối đỡ cứng đƣợc sử dụng trong máy cân bằng cố định................................11
Hình 2.5 Gối đỡ mềm sử dụng trong máy cân bằng cố định.........................................11
Hình 2.6 Thiết bị cân bằng cố định Model Z5000-G-GV của hãng CEMB .................12
Hình 2.7 Thiết bị cân bằng cố định của hãng SCHENCK ............................................12
Hình 2.8 Thiết bị cân bằng cố định của hãng HOFMANN...........................................12
Hình 2.9 Nguyên lý xác định sự mất cân bằng..............................................................13
Hình 2.10 Dải tần số đo đƣợc trƣớc khi cân bằng.........................................................14
Hình 2.11 Dải tần số đo đƣợc sau khi cân bằng............................................................15
Hình 2.12 Kiểu tín hiệu .................................................................................................15
Hình 2.13 Cấp độ mất cân bằng theo tiêu chuẩn ISO 1940 ..........................................17
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý dẫn động bằng bánh ma sát .................................................20
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý dẫn động chi tiết bằng dây đai.............................................21
Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý dẫn động chi tiết bằng trục các - đăng.................................22
Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý dẫn động chi tiết bằng trục mềm.........................................22
Hình 3.5 Động cơ điện một chiều..................................................................................24
Hình 3.6 Động cơ điện xoay chiều................................................................................25
Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ biến tần......................................................25
Hình 3.8 Bộ biến tần SV110IG5A-2LS ........................................................................26
Hình 3.9 Microlog-Gx (SKF)........................................................................................27
Hình 3.10 Các module ứng dụng của Microlog – GX Series........................................28
DUT.LRCC

Hình 3.11 Màn hình khởi động máy..............................................................................28
Hình 4.1 Sơ đồ tính lực từ các số liệu sơ bộ..................................................................30
Hình 4.2 Các thông số ổ bi đỡ.......................................................................................31
Hình 4.3 Sơ đồ tính phản lực gối đỡ .............................................................................31
Hình 4.4 Thành phần hóa học của hợp kim nhôm 6061 ...............................................33
Hình 4.5 Hình chiếu đứng của gối đỡ ...........................................................................33
Hình 4.6 Mặt cắt B-B của gối đỡ...................................................................................34
Hình 4.7 Mặt cắt A-A của gối đỡ ..................................................................................34
Hình 4.8 Hình chiếu trục đo của gối đỡ ........................................................................35
Hình 4.9 Bản vẽ 3D gối đỡ mềm...................................................................................35
Hình 4.10 Bản vẽ 3D toàn máy .....................................................................................36
Hình 4.11 Biểu đồ ứng suất trên toàn bộ thiết bị...........................................................37
Hình 4.12 Biểu đồ chuyển vị của toàn bộ thiết bị .........................................................37
Hình 5.1 Bản vẽ chế tạo chi tiết thanh đỡ .....................................................................39
Hình 5.2 Bản vẽ lồng phôi chi tiết thanh đỡ..................................................................40
Hình 5.3 Bản vẽ chi tiết thân gối đỡ..............................................................................43
Hình 5.4 Bản vẽ chi tiết bạc trƣợt .................................................................................44
Hình 5.5 Thiết bị sau khi đƣợc chế tạo..........................................................................45
Hình 5.6 Thông số khi thực hiện bƣớc chạy tham khảo................................................45
Hình 5.7 Cân vật nặng thử và nhập số liệu của vật nặng thử........................................46
Hình 5.8 Gắn vật nặng thử lên rotor..............................................................................46
Hình 5.9 Thông số khi thực hiện bƣớc chạy thử...........................................................47
Hình 5.10 Khối lƣợng và vị trí của vật nặng sửa ..........................................................47
Hình 5.11 Khối lƣợng và vị trí của 2 vật nặng chia ......................................................48
Hình 5.12 Khối lƣợng 2 vật nặng sửa............................................................................48
Hình 5.13 Gắn vật nặng sửa ..........................................................................................49
Hình 5.14 Thông số khi thực hiện bƣớc chạy sửa.........................................................49
Hình 5.15 Bảng tóm tắt các giá trị đo trong quy trình cân bằng động ..........................50
Hình 5.16 Kết quả bƣớc chạy tham khảo ......................................................................51
Hình 5.17 Kết quả khi gắn vật thử vào mặt 1................................................................52
Hình 5.18 Kết quả khi gắn vật thử vào mặt 2................................................................52
Hình 5.19 Gắn vật nặng sửa vào 2 mặt .........................................................................53
Hình 5.20 Chạy sửa trên mặt 1 và 2 ..............................................................................53
Hình 5.21 Cân bằng chi tiết trên gối cứng....................................................................55
Hình 5.22 Áp dụng kết quả cân bằng trên gối cứng cho gối mềm................................56
Hình 5.23 Cân bằng lại chi tiết trên gối mềm ...............................................................56
DUT.LRCC

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GỐI ĐỠ MỀM SỬ DỤNG TRONG CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR
SVTH: Lê Cảnh Tài Hƣớng dẫn: TS. Bùi Minh Hiển 1
1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CÂN BẰNG ĐỘNG
1.1 Cân bằng máy
Mất cân bằng không chỉ là nguồn gây rung động thƣờng gặp nhất trong các máy
có chuyển động quay mà còn gây nhiều hƣ hại cho máy. Nó đƣợc xem là khuyết tật
cần khắc phục trƣớc tất cả các vấn đề khác. Mất cân bằng ở các máy quay ngày càng
trở thành một yếu tố quan trọng trong việc phát triển các thiết bị hiện đại đặc biệt với
các thiết bị đòi hỏi tốc độ hoặc độ tin cậy cao. Sự mất cân bằng máy nói chung là một
hiện tƣợng có hại do đó cần phải xác định và khi cần thiết phải giảm thiểu hoặc khử
hoàn toàn. Việc làm này gọi là cân bằng máy.
Cân bằng máy nhằm tránh đƣợc tải trọng động tác dụng lên các bộ phận khác
trong máy nhƣ ổ trục, khớp nối… đồng thời cũng kéo dài đƣợc tuổi thọ của máy nhờ
giảm đƣợc dạng hỏng do tải trọng động gây ra (phá hủy do mỏi).
Hình 1.1 Tổng quan về cân bằng
Nguyên nhân gây mất cân bằng:
Yếu tố hoặc sự kết hợp của nhiều yếu tố, có thể giải thích sự hiện diện của mất cân
bằng động trong các roto của máy có chuyển động quay. Các nguyên nhân phổ biến
nhất là sự không đồng nhất của vật liệu, dung sai chế tạo và lắp ráp cũng nhƣ sự thay
đổi lý hóa của rotor khi hoạt động.
 Vật liệu không đồng nhất
Đôi khi có những lỗ hổng trong các rotor bằng gang nhƣ máy bơm, pulley cỡ lớn nhƣ
hình bên dƣới. Những lỗ hổng hay bọt khí đƣợc hình thành trong quá trình đúc. Khiếm
khuyết này không thể phát hiện bằng mắt thƣờng. Tuy nhiên nó là một yếu tố có thể
dẫn đến sự mất cân bằng
DUT.LRCC

Hình 1.2 Mất cân bằng do lỗ hổng bọt khí của pulley
 Dung sai chế tạo và lắp ráp
Một trong các nguồn gây mất cân bằng thƣờng gặp là sự tích lũy độ rơ cho phép khi
lắp đặt máy. Ở hình bên dƣới là một ví dụ điển hình về việc dung sai các chi tiết khác
nhau tích lũy tạo ra mất cân bằng.
Hình 1.3 Mất cân bằng do dung sai lắp ráp chế tạo
 Sự thay đổi rotor khi hoạt động
Nếu một chi tiết đã đƣợc cân bằng tốt ngay khi sản xuất thì vấn đề biến dạng nhiệt, sự
ăn mòn, xuống cấp hoặc sự bám bẩn của rotor vẫn có thể làm thay đổi cân bằng ban
đầu của nó.
- Biến dạng nhiệt:
Ta gọi biến dạng nhiệt là biến dạng của rotor sinh ra do có sự thay đổi nhiệt độ (bị giãn
nỡ khi bị nóng lên). Tuy nhiên, do những sai lệch nhỏ về phân bố vật liệu, kích thƣớc
DUT.LRCC

và sự tăng nhiệt không đồng đều nên rotor sẽ giãn nỡ không đều. Điều này dẫn đến sự
phân bố khối lƣợng của rotor không đồng đều gây mất cân bằng. Hiện tƣợng này
thƣờng xảy ra đối với motor điện, máy nén và các loại máy hoạt động ở nhiệt độ cao.
Về vấn đề biến dạng nhiệt đòi hỏi rotor phải đƣợc cân bằng ở nhiệt độ làm việc của nó,
dù nó đã đƣợc cân bằng tốt ở nhiệt độ thƣờng
- Sự ăn mòn và xuống cấp:
Các loại rotor sử dụng trong vận chuyển sản phẩm (con lăn, ru-lô băng tải…) thƣờng
bị ăn mòn, bong tróc. Sự mất cân bằng diễn ra khi sự ăn mòn, bong tróc không đều
trên toàn bộ bề mặt rotor.
Hình 1.4 Mất cân bằng do ăn mòn, bong tróc
- Sự bám bẩn:
Các rotor có thể dần mất cân bằng do sự bám bẩn không đồng đều trên cánh của chúng
(quạt công nghiệp, cánh bơm nƣớc). Sự tích tụ dần dần của các lớp bẩn làm tăng sự
mất cân bằng và độ rung. Đôi khi sự bám bẩn trên roto là khá đồng nhất, nhƣng khi
một phần các lớp bám bẩn này bong tróc ra gây rung động và mất cân bằng.
Hình 1.5 Mất cân bằng do tích tụ bám bẩn
Kết luận: Mất cân bằng máy là vấn đề có hại do vậy cần phải xác định và xử lý.
DUT.LRCC

1.2 Phân loại mất cân bằng
Có 2 trạng thái mất cân bằng của vật quay
- Mất cân bằng tĩnh
- Mất cân momen ngẫu lực
- Mất cân bằng hỗn hợp ( mất cân bằng động)
1.2.1 Mất cân bằng tĩnh
Mất cân bằng tĩnh: là hiện tƣợng mất cân bằng đối với các vật quay mỏng (có kích
thƣớc theo chiều trục nhỏ hơn nhiều so với đƣờng kính, ví dụ: bánh đà, bánh đai, tua
bin, đĩa…). Đối với các vật quay dạng này chỉ cần thêm hoặc bớt một đối trọng trên
một mặt phẳng cân bằng nhằm mục đích cân bằng lực quán tính do khối mất cân bằng
gây ra.
Đây là trƣờng hợp đơn giản nhất của mất cân bằng. Áp dụng cho một đĩa mỏng có
độ dày đồng nhất và có khối lƣợng M (kg) hoàn toàn cân bằng trên đó ta gắn một khối
lƣợng nhỏ m (g) ở một khoảng cách r (mm) từ trục quay để tạo ra một lƣợng mất cân
bằng
U
e
M
 (1.1)
Ở hình bên dƣới ta thấy sự mất cân bằng này chuyển trọng tâm Cg đi một khoảng
cách e đối với trục quay. Sự mất cân bằng tĩnh chính là điều kiện để rotor có trục quán
tính chính dịch chuyển song song với trục quay rotor.
Khi đĩa quay ở tốc độ ω, lực ly tâm F (N) đƣợc tạo ra bởi sự quay của khối lƣợng
mất cân bằng m
2
. .
F m r 
 (1.2)
Lực ly tâm này tƣơng đƣơng với lực tạo bởi sự dịch chuyển e của tọng tâm đĩa đối
với trục quay nhƣ sau
2
. .
F M e
 (1.3)
Từ các biểu thức trên, suy ra
mr
e
M
 nên ta đƣợc biểu thức
U
e
M
 (g.mm/kg hay µm) (1.4)
Ta gọi e là lƣợng mất cân bằng đơn vị hay mất cân bằng trên một đơn vị khối
lƣợng roto
DUT.LRCC

Hình 1.6 Mất cân bằng tĩnh
Nhiều roto có bề dày mỏng nhƣ bánh đà, cánh bơm, quạt hƣớng trục… thƣờng có
đƣờng kính lớn 7-10 lần bề dày của chúng nên chỉ cần xem xét cân bằng dạng tĩnh.
Tuy nhiên, hầu hết các rotor có bề dày đáng kể so với đƣờng kính trục thì cần phải tiến
hành cân bằng ngẫu lực, cân bằng dạng hỗn hợp gọi chung là cân bằng động.
1.2.2 Mất cân bằng ngẫu lực
Đặt 2 khối lƣợng m1, m2 có giá trị nhƣ nhau, đặt đối xứng chéo nhau qua trọng
tâm. Rotor ở trạng thái cân bằng tĩnh (trọng tâm vẫn nằm trên trục quay rotor).
Tuy nhiên, khi rotor quay F1 và F2 tạo ra bởi 2 khối m1, m2 làm quay trục quán tính
chính lệch khỏi trục quay rotor. Sự mất cân bằng ngẫu lực đặc trƣng cho tình trạng của
một rotor có trục quán tính chính cắt trục quay roto tại tâm rotor. Mất cân bằng ngẫu
lực tạo ra rung động mạnh trên cả 2 mặt nơi các lực tác động.
Ta có thể loại bỏ đƣợc kiểu mất cân bằng này bằng cách cân bằng động và xử lý
mất cân bằng tại cả hai mặt.
Mất cân bằng ngẫu lực chỉ đƣợc phát hiện khi cho rotor quay và phải xử lý bằng
máy cân bằng động.
DUT.LRCC

Hình 1.7 Mất cân bằng ngẫu lực
1.2.3 Mất cân bằng động
Mất cân bằng động: là hiện tƣợng mất cân bằng xảy ra đối với các vật quay dày
(có kích thƣớc theo chiều trục lớn hơn so với đƣờng kính, ví dụ: trục khuỷu, rotor…).
Mất cân bằng động là khi rotor có trục quán tính chính không song song mà cũng
không giao nhau với trục quay rotor.
Mất cân bằng động là sự kết hợp giữa mất cân bằng tĩnh và mất cân bằng ngẫu lực.
Đây là dạng mất cân bằng phổ biến nhất của rotor.
Đối với các vật quay dạng này ngoài cân bằng lực quán tính còn phải cân bằng
momen quán tính do khối mất cân bằng gây ra, việc thêm hoặc bớt đối trọng cân bằng
thƣờng đƣợc thực hiện trên hai mặt phẳng của vật quay.
Hình 1.8 Mất cân bằng hỗn hợp (mất cân bằng động)
DUT.LRCC

Ngoài ra ranh giới giữa cân bằng động và cân bằng tĩnh còn đƣợc xác định theo giản
đồ sau
Hình 1.9 Giản đồ miền cân bằng
Miền I: Vật quay buộc phải cân bằng động.
Miền II: Vật quay có thể cân bằng tĩnh hoặc cân bằng động tùy vào độ chính xác yêu
cầu khi làm việc.
Miền III: Vật quay chỉ cần cân bằng tĩnh.
DUT.LRCC

2 Chƣơng 2: THIẾT BỊ CÂN BẰNG VÀ NGUYÊN LÝ XÁC ĐỊNH
LƢỢNG MẤT CÂN BẰNG ĐỘNG
2.1 Thiết bị cân bằng
2.1.1 Thiết bị cân bằng di động
Thiết bị này dùng để đo rung động (dao động) trên máy móc có vật quay cần đƣợc cân
bằng mà không cần tháo chi tiết cần cân bằng.
 Ƣu điểm:
- Tiết kiệm thời gian, chi phí do không phải tháo vật quay ra khỏi máy và không
phải vận chuyển về nhà máy hoặc xƣởng để cân bằng.
- Cân bằng đƣợc toàn bộ máy, cân bằng hệ thống.
 Nhƣợc điểm:
- Không cân bằng đƣợc các chi tiết đã tháo rời.
 Phạm vi ứng dụng
- Thiết bị cân bằng di động đƣợc dùng chủ yếu trong các lĩnh vực sản xuất quạt,
nhà máy xi măng, nhà máy điện, luyện kim, nhà máy hóa chất, kiểm tra oto và
máy công cụ...
- Cho phép cân bằng rotor có khối lƣợng từ nhỏ đến lớn, có thể cân bằng chi tiết
đến 20000kg.
 Một số thiết bị cân bằng di động phổ biến
Hình 2.1 Thiết bị cân bằng di động của hãng SKF
DUT.LRCC

Hình 2.2 Thiết bị cân bằng di động VIBXpert II của hãng PROFTECHNIK
Hình 2.3 Thiết bị cân bằng di động Model N600 của hãng CEMB
Các thiết bị cân bằng di động ngoài chức năng cân bằng chi tiết còn có các module
khác nhƣ thu nhận và xử lý tín hiệu dao động dùng để chuẩn đoán hƣ hỏng các bộ
phận khác trong máy nhƣ: ổ bi, bánh răng, trục…
DUT.LRCC

2.1.2 Thiết bị cân bằng cố định
Để cân bằng trên thiết bị này, rotor phải đƣợc tháo rời khỏi máy và lắp đặt trên thiết bị
cân bằng tại nhà máy/xƣởng cân bằng.
 Ƣu điểm:
- Độ cứng vững của hệ thống tốt, không chịu tác động của các ngoại lực khác
nên máy cho kết quả có độ chính xác cao.
- Có thể thực hiện đồng thời các nhiệm vụ phụ nhƣ: sửa chữa, sơn phủ, bảo
dƣỡng rotor.
- Cân bằng đƣợc với các cấp tốc độ khác nhau nhờ hệ thống dẫn động từ
động cơ đa cấp hoặc vô cấp tốc độ.
- Phải tháo gỡ chi tiết cần cân bằng và vận chuyển đến vị trí đặt máy cân
bằng nên rất bất tiện, đặc biệt đổi với các rotor có kích thƣớc và trọng lƣợng
lớn.
- Khó khăn trong việc cân bằng động những loại rotor có tốc độ cao và yêu
cầu kiểm soát độ rung nghiêm ngặt.
- Không thuận tiện đối với các rotor không đƣợc phép tháo ra, chẳng hạn nhƣ
cánh quạt bơm nƣớc…
 Phạm vi ứng dụng:
- Chủ yếu đặt tại các xƣởng cân bằng động chuyên dụng.
- Có khả năng cân bằng động các chi tiết lớn đến rất lớn, đƣờng kính đạt
2000mm chiều dài đạt 6000mm.
 Phân loại thiết bị cân bằng cố định:
- Gối đỡ cứng: Gối đỡ của loại này đƣợc cố định cứng trên thiết bị cân bằng động,
sử dụng liên kết hàn hoặc bulong. Phần khung và đế đƣợc cố định trên nền xƣởng
bằng bulong nền.
DUT.LRCC

Hình 2.4 Gối đỡ cứng đƣợc sử dụng trong máy cân bằng cố định
Khi sử dụng gối đỡ cứng chi tiết cần cân bằng thƣờng đƣợc thực hiện với số vòng
quay thấp hơn so với số vòng quay làm việc thực tế (nhằm giảm rung động tác dụng
lên thiết bị). Các cảm biến đo dao động/gia tốc đƣợc gắn trên các gối để lấy tín hiệu
đến bộ xử lý tín hiệu cũng nhƣ phần mềm xử lý mất cân bằng.
- Gối đỡ mềm: Chi tiết cân bằng đƣợc thiết lập trên gối đỡ mà gối đỡ có thể dao
động (lắc theo phƣơng vuông góc với trục quay) nhờ giá đỡ sử dụng các khớp quay
hay khâu mềm (lò xo lá). Nhờ vậy các dao động/rung động của chi tiết trong quá
trình cân bằng không truyền lên phần khung/đế của thiết bị. Đối với các thiết bị sử
dụng gối đỡ mềm thông thƣờng không cần phải cố định đế thiết bị trên nền xƣởng.
Hình 2.5 Gối đỡ mềm sử dụng trong máy cân bằng cố định
Khi cân bằng các chi tiết sử dụng gối đỡ mềm có thể cân bằng ở tốc độ thực tế làm
việc của chi tiết. Các cảm biến đo dao động/gia tốc đƣợc gắn trên các gối để lấy tín
hiệu đến bộ xử lý tín hiệu cũng nhƣ phần mềm xử lý mất cân bằng.
Một số thiết bị cân bằng cố định trên thị trƣờng hiện nay
DUT.LRCC

Hình 2.6 Thiết bị cân bằng cố định Model Z5000-G-GV của hãng CEMB
Hình 2.7 Thiết bị cân bằng cố định của hãng SCHENCK
Hình 2.8 Thiết bị cân bằng cố định của hãng HOFMANN
DUT.LRCC

Hình 2.9 Nguyên lý xác định sự mất cân bằng
2.1.3 Kết luận
Qua phân tích ƣu và nhƣợc điểm của hai loại thiết bị cân bằng động đang sử
dụng hiện nay là thiết bị cân bằng cầm tay và thiết bị cân bằng cố định. Phƣơng án kết
hợp thiết bị cân bằng cầm tay có sẵn và thiết bị hỗ trợ cân bằng cố định là phƣơng án
nhằm giảm chi phí đầu tƣ trang thiết bị từ đó giảm đƣợc giá thành cân bằng, khắc phục
đƣợc một số nhƣợc điểm của hai loại thiết bị cân bằng đang sử dụng hiện nay.
Do đó đề tài đƣợc đề xuất là: Thiết kế và chế tạo gối đỡ mềm sử dụng trong cân
bằng động.
2.2 Nguyên lý xác định lƣợng mất cân bằng động và quy trình cân bằng động
2.2.1 Nguyên lý xác định lượng mất cân bằng động
Rotor đƣợc cân bằng khi đối trọng đƣợc gắn lên rotor với khối lƣợng và vị trí mà
có thể cân bằng với lƣợng mất cân bằng trên rotor đó. Do vậy, vị trí và khối lƣợng của
đối trọng cần phải đƣợc xác định.
Nguyên lý của việc thực hiện cân bằng động là làm thay đổi sự phân bố khối
lƣợng của rotor bằng cách gắn thêm đối trọng thử và đo pha và cƣờng độ rung động
thông qua gối đỡ. Sự ảnh hƣởng của đối trọng thử cho phép xác định đƣợc đối trọng
sửa cần gắn lên rotor để cân bằng.
Thực nghiệm cho thấy nếu lực quán tính do mất cân bằng gây ra thì nó sẽ tác động
lên bất kỳ điểm nào trên gối đỡ một lần trên một vòng quay. Vì vậy trong dải tần số
của tín hiệu rung động, sự mất cân bằng đƣợc xem là sự gia tăng rung động ở tần số
quay.
5. Đầu đo tốc độ
1. Cảm biến
gia tốc
2. Bộ lọc
3. Đo rung
động
4. Đo pha
DUT.LRCC

Rung động do mất cân bằng gây nên đƣợc đo bằng cảm biến gia tốc (1) gắn trên
gối đỡ. Tín hiệu rung động đƣợc đi qua bộ lọc (2) điều chỉnh tần số quay của rôto, vì
vậy chỉ có thành phần của rung động ở tần số quay đƣợc đo. Tín hiệu sau khi đã lọc đi
qua bộ đo rung động và đƣợc hiển thị dƣới dạng độ lớn. Mức độ rung động tỉ lệ thuận
với lực sinh ra do sự mất cân bằng.
Đồng hồ đo pha (4) và hiển thị pha giữa tín hiệu từ đầu đo tốc độ (5) (tín hiệu
tham chiếu) và tín hiệu rung động đã đƣợc lọc.
2.2.2 Quy trình chung cân bằng động
1) Phân tích tần số
Trƣớc khi cân bằng động cần tiến hành phân tích tần số dao động để xác định
xem hiện tƣợng rung động có phải do mất cân bằng gây ra hay do các nguyên
nhân khác nhƣ: không đồng trục, cong trục… Đối với hiện tƣợng rung động do
mất cân bằng thì trong dải tần số quay có đỉnh cao nhất và ảnh hƣởng đến dải
tần số. Trong hình bên dƣới thể hiện tần số rung động trƣớc và sau khi cân
bằng.
Hình 2.10 Dải tần số đo đƣợc trƣớc khi cân bằng
DUT.LRCC

Hình 2.11 Dải tần số đo đƣợc sau khi cân bằng
2) Chọn kiểu tín hiệu cho việc phân tích mất cân bằng
Việc phân tích tần số trƣớc khi cân bằng cũng cho phép lựa kiểu thu nhận tín
hiệu phù hợp cho việc cân bằng. Rung động có thể do dƣới các kiểu tín hiệu
nhƣ: gia tốc, vận tốc hay chuyển vị (hình bên dƣới).
Hình 2.12 Kiểu tín hiệu
DUT.LRCC

3) Xác định chất lượng (tiêu chuẩn) cân bằng
Mỗi một máy khi hoạt động sẽ có mức độ rung động cho phép do vậy chúng ta
cần chọn tiêu chuẩn để đánh giá chất lƣợng rung động trƣớc và sau khi cân
bằng. Tiêu chuẩn ISO 1940 quy định về các cấp độ mất cân bằng đối với mỗi
loại rotor khác nhau.
Bảng 2.1 Cấp độ mất cân bằng theo tiêu chuẩn ISO 1940
Loại máy
Cấp độ cân bằng
G
Độ lớn
(mm/s)
Trục khuỷu trong động cơ cỡ lớn diesel tàu thủy (vận tốc
piston nhỏ hơn 9 m/s), vỗn đã cân bằng
G 4000 4000
Trục khuỷu trong động cơ cỡ lớn diesel tàu thủy (vận tốc
piston nhỏ hơn 9 m/s), vỗn đã cân bằng
G 1600 1600
Trục khuỷu trên gối đỡ mềm, vốn đã cân bằng G 630 630
Trục khuỷu trên gối đỡ cứng, vốn đã cân bằng G 250 250
Động cơ ô tô, xe tải G 100 100
Xe ô tô : bánh đà, trục dẫn động, trục khuỷu trên gối đỡ mềm,
vốn đã cân bằng
G 40 40
Máy nông nghiệp G 16 16
Động cơ máy bay G 6,3 6,3
Máy nén, động cơ điện, máy công cụ, máy dệt G 2,5 2,5
Máy mài, máy nghiền G 1 1
Con quay hồi chuyển, trục chính và động cơ máy có độ chính
xác cao
G 0,4 0,4
DUT.LRCC

Hình 2.13 Cấp độ mất cân bằng theo tiêu chuẩn ISO 1940
4) Chọn đối trọng thử
Việc lựa chọn đối trọng thử rất quan trọng vì nó cho phép xác định đƣợc quan
hệ giữa khối mất cân bằng và mức độ rung động đo đƣợc trên gối đỡ. Để xác
định khối lƣợng của đối trọng thử chúng ta có thể xác định theo công thức sau:
Trong đó,
SU
(Specific
Unbalance)
Lƣợng
mất
cân
bằng
(g.mm/kg)
n số vòng quay (vòng/phút)
DUT.LRCC

SU (Specific Unbalance) lƣợng mất cân bằng (g.mm/kg) đƣợc xác định theo đồ
thị của tiêu chuẩn ISO 1940
Mặc dù đã tính toán khối lƣợng thử nhƣng có thể kết quả sẽ không phù hợp, do
vậy cần phải kiểm tra xem kết quả sau khi đặt đối trọng thử đối với hai thông số: pha
và độ lớn rung động, các trƣờng hợp có thể xảy ra nhƣ sau:
V<25% V>25%
<25%
Tăng thêm khối lƣợng
của đối trọng thử
Tháo đối trọng thử
>25% Tiến hành Tiến hành
Trong đó,
 là sự khác nhau của pha trƣớc và sau khi gắn đối trọng thử
V là sự khác nhau của mức độ rung động trƣớc và sau khi gắn đối trọng thử
Nếu  nhỏ hơn 25% thì cần tăng khối lƣợng của đối trọng thử,  lớn hơn 25%
thì có thể tiến hành các bƣớc tiếp theo.
5) Cân bằng tĩnh (trên một mặt phẳng) hoặc cân bằng động (trên hai mặt
phẳng)
Sau khi xác định đƣợc đối trọng thử ta tiến hành cân bằng, đối với chi tiết có
đƣờng kính lớn hơn nhiều so với bề dày ta tiến hành cân bằng trên một mặt phẳng,
đối với chi tiết có bề dày khá lớn ta tiến hành cân bằng trên hai mặt phẳng.
Ví dụ: các bƣớc tiến hành cân bằng trên một mặt phẳng và trên hai mặt phẳng của
MICROLOG GX SKF
 Các bƣớc cân bằng trên một mặt phẳng:
Bƣớc 1: Thiết lập các thông số cho công tác cân bằng
Bƣớc 2: Thực hiện bƣớc chạy tham khảo
Bƣớc 3: Gắn đối trọng thử và thực hiện bƣớc chạy thử
Bƣớc 4: Gắn đối trọng sửa theo tính toán của thiết bị ( vị trí và khối lƣợng), thực
hiện bƣớc chạy sửa.
Bƣớc 5: Nếu cân thiết có thể tiến hành các bƣớc chạy tinh
 Các bƣớc cân bằng trên hai mặt phẳng:
Bƣớc 1: Thiết lập thông số cho công tác cân bằng
Bƣớc 2: Thực hiện bƣớc chạy tham khảo
Bƣớc 3: Gắn đối trọng thử cho mặt 1 và tiến hành chạy thử cho mặt 1 và 2.
DUT.LRCC

Bƣớc 4: Gắn đối trọng thử cho mặt 2 và tiến hành chạy thử cho mặt 1 và 2.
Bƣớc 5: Gắn đối trọng sửa theo tính toán của thiết bị, thực hiện bƣớc chạy sửa.
Bƣớc 6: Nếu cần thiết có thể tiến hành các bƣớc chạy tinh
6) Báo cáo kết quả cân bằng động
Sau khi tiến hành cân bằng động cho chi tiết, ta tiến hành lập bảng báo cáo kết quả
để thuận lợi cho công tác kiểm tra sau này. Bảng báo cáo bao gồm: các giá trị rung
động của chi tiết trƣớc cân bằng, góc lệch pha trƣớc cân bằng, giá trị rung động sau
cân bằng, góc lệch pha sau cân bằng…
3 Chƣơng 3: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN KẾT CẤU
3.1 Thông số kỹ thuật của thiết bị hỗ trợ
Từ yêu cầu thực tế đối với việc cân bằng động các chi tiết có khối lƣợng vừa và
nhỏ, nghiên cứu đề xuất sẽ thiết kế thiết bị hỗ trợ với các thông số nhƣ sau :
- Cân bằng đƣợc chi tiết quay có:
+ Khối lƣợng đến 20kg;
+ Đƣờng kính đến 500mm;
DUT.LRCC

+ Chiều dài theo hƣớng trục đến 400mm;
+ Tốc độ cân bằng đến 1500 vòng/phút.
- Truyền động:
Công suất truyền động đến 375W, số vòng quay tối đa 2300 vòng/phút.
3.2 Lựa chọn phƣơng án truyền động
Từ đề xuất thiết kế thiết bị cân bằng động dựa trên sự kết hợp của thiết bị cân bằng
di động và thiết bị hỗ trợ cân bằng. Trong chƣơng 3, ta sẽ phân tích các đặc điểm của
các bộ phận, những yêu cầu cần thiết của những bộ phận đó để đƣa ra đƣợc những
phƣơng án, lựa chọn tốt nhất cho yêu cầu thiết kế, đảm bảo đƣợc các yêu cầu về kỹ
thuật và kinh tế.
3.2.1 Truyền động bằng ma sát
Sử dụng ma sát để làm quay các chi tiết cần cân bằng động đƣợc sử dụng phổ
biến. Với kết cấu đơn giản, chi phí rẻ, hiệu quả kinh tế nên nó đƣợc sử dụng nhiều từ
phân xƣởng hay trong các nhà máy chuyên dụng. Có nhiều loại dẫn động ma sát
nhƣng phổ biến nhất trên thị trƣờng là: truyền động bằng bánh ma sát và truyền động
bằng dây đai ma sát.
3.2.1.1 Truyền động bằng bánh ma sát
Hệ thống sử dụng bánh ma sát có kết cấu tƣơng đối đơn giản, có thể sử dụng các
loại vật liệu có hệ số ma sát cao dùng trong việc chế tạo các bánh ma sát, vật liệu đƣợc
sử dụng nhiều có thể kể đến: cao su, vải, kim loại có độ nhám cao…
Nguyên lý làm việc của loại máy này nhƣ sau: Động cơ truyền momen và tốc độ
quay thông qua hộp tốc độ đến bánh ma sát. Bánh ma sát quay sẽ làm quay chi tiết nhờ
lực ma sát xuất hiện trên vị trí, tiết diện tiếp xúc giữa bánh ma sát và rotor.
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý dẫn động bằng bánh ma sát
1 - Động cơ dẫn động
2 - Bánh ma sát truyền động
3 - Rotor
4 - Gối đỡ rotor
DUT.LRCC

Dẫn động bằng bánh ma sát đạt đƣợc một số yêu cầu về tính hiệu quả và đơn giản
của kết cấu, sử dụng hộp tốc độ để mở rộng khả năng công nghệ, tăng phạm vi cân
bằng các chi tiết có tốc độ quay lúc làm việc lớn, các bánh ma sát dễ dàng đƣợc thay
thế sau thời gian sử dụng dài hoặc có sự cố trong quá trình làm việc, do có kết cấu đơn
giản nên chi phí chế tạo thấp, độ cứng vững hệ thông khá tốt. Tuy nhiên, việc sử dụng
lực ma sát là nhân tố trong truyền động dẫn đến hiệu suất truyền từ động từ động cơ
đến chi tiết không cao, do trọng lƣợng của rotor phân bố không đều và không tập trung
nhiều tại bánh ma sát nên lực ma sát sinh ra tại đây không đƣợc lớn nhất, bánh ma sát
thƣờng nhanh mòn do có hiện tƣợng trƣợt tƣơng đối giữa bánh và chi tiết cân bằng.
3.2.1.2 Truyền động bằng dây đai ma sát
Dẫn động bằng dây đai là phƣơng thức dẫn động đƣợc xem là phổ biến nhất trên
thị trƣờng đối với các thiết bị cân bằng động cố định, đây là loại thiết bị sử dụng lực
ma sát để làm quay chi tiết thông qua dây đai.
Nguyên lý làm việc của máy nhƣ sau: động cơ truyền momen xoắn và tốc độ quay
đến hộp tốc độ, làm quay bánh đai có dây đai, dây đai sẽ làm quay chi tiết dựa trên lực
ma sát xuất hiện giữa mặt tiếp xúc giữa dây đai và chi tiết.
Các dòng thiết bị cân bằng động sử dụng nguyên lý trên thƣờng có các đặc điểm sau:
 Ƣu điểm: Rất đơn giản, chi phí thấp, không cần các bộ truyền phụ, có thể dẫn
động vô cấp tùy vào động cơ đƣợc sử dụng.
 Nhƣợc điểm: không điều chỉnh đƣợc tỉ số truyền, truyền đƣợc tải rất nhỏ, bị
trƣợt đai mạnh, nhanh mòn đai.
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý dẫn động chi tiết bằng dây đai
DUT.LRCC

2 - Dây đai ma sát truyền động
3 - Rotor
3.2.2 Truyền động bằng trục các – đăng
Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý dẫn động chi tiết bằng trục các - đăng
2 - Trục các-đăng truyền động
3- Rotor
 Ƣu điểm: Độ bền cao, góc thay đổi phƣơng truyền momen lớn, đơn giản về
khâu lắp ráp.
 Nhƣợc điểm: Kết cấu phức tạp, yêu cầu thƣờng xuyên chăm sóc bảo dƣỡng,
không chịu đƣợc vòng tua cao do ma sát giữa các các-đăng, độ rung khá lớn
dẫn đến nhanh hƣ các bộ phận liên quan.
3.2.3 Truyền động bằng trục mềm
Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý dẫn động chi tiết bằng trục mềm
2 - Trục mềm truyền động
3 - Rotor
 Ƣu điểm: Hoạt động êm ái, độ bền cao, chi phí bảo dƣỡng nhỏ, dẫn động an
toàn, tuổi thọ cao.
 Nhƣợc điểm: Giá thành cao, nặng, giảm công suất động cơ.
DUT.LRCC

3.2.4 Kết luận phương án truyền động
Từ yêu cầu dẫn động cho chi tiết rotor, tải không yêu cầu momen lớn, yêu cầu
điều chỉnh tốc độ theo nhiều tốc độ khác nhau, không yêu cầu chính xác về tỉ số
truyền.
Từ các yêu cầu trên, ta chọn phƣơng án dẫn động làm quay rotor bằng dây đai ma
sát.
3.3 Lựa chọn động cơ
Trong tất cả các loại máy móc và thiết bị hiện đại, động cơ là phần cốt lõi không
thể thiếu, không có nó máy móc gần nhƣ không thể hoạt động. Hiện nay có rất nhiều
loại động cơ khác nhau nhƣ: động cơ nhiệt, động cơ điện, động cơ thủy lực, động cơ
khí nén… Nhƣng động cơ điện đƣợc sử dụng nhiều và phổ biến nhất vì những ƣu điểm
của nó.
3.3.1 Động cơ điện một chiều
Là loại máy điện biến đổi năng lƣợng của dòng điện một chiều thành năng lƣợng
cơ năng. Tùy thuộc vào cách kích từ có thể phân chia thành các loại nhƣ: loại kích từ
độc lập, loại kích từ song song, loại kích từ nối tiếp, loại kích từ hỗn hơp. Có thể phân
chia theo loại động cơ có chổi than và loại không có chổi than.
Loại động cơ này có các đặc tính nhƣ sau:
 Ƣu điểm: có thể điều chỉnh êm tốc độ trong một phạm vi rộng từ 3:1 đến 4:1.
Khi dùng hệ thống máy phát – động cơ thì phạm vi điều chỉnh có thể lên tới
100:1. Ngoài ra động cơ 1 chiều đảm bảo khởi động êm, hãm và đổi chiều dễ
dàng.
 Nhƣợc điểm: Động cơ điện một chiều đắt, khối lƣợng sửa chữa lớn, mau hỏng
hơn động cơ điện xoay chiều và phải tăng thêm vốn đầu tƣ để đặt các thiết bị
chỉnh lƣu.
DUT.LRCC

Hình 3.5 Động cơ điện một chiều
Ứng dụng: đƣợc sử dụng rộng rãi trong các thiết bị vận chuyển bằng điện, thang máy,
máy trục…
3.3.2 Động cơ điện xoay chiều
Là loại máy điện biến đổi năng lƣợng điện thành năng lƣợng cơ, nó là loại động cơ
phổ biến nhất do kết cấu đơn giản, sử dụng dòng điện xoay chiều phổ biến. có nhiều
loại động cơ điện xoay chiều khác nhau tùy thuộc vào cách phân chia, theo cách mắc
có loai động cơ 1 pha và loại 3 pha, theo tốc độ thì có loại đồng bộ và loại không đồng
bộ.
Đặc điểm của các động cơ xoay chiều đƣợc liệt kê nhƣ sau:
 Ƣu điểm:
- Ít phải bảo dƣỡng do không có chổi góp.
- Kết cấu bền vững, đơn giản.
- Khả năng chịu tải tốt nhờ cơ cấu bảo vệ.
- Giá thấp hơn sơ với truyền động bằng động cơ 1 chiều.
- Khả năng điều chỉnh tốc độ đa dạng
- Luôn vận hành gắn với mạch xoay chiều có sẵn.
- Cấu trúc điều khiển phức tạp.
- Điều chỉnh tốc độ khó đạt độ mịn.
DUT.LRCC

Hình 3.6 Động cơ điện xoay chiều
3.3.3 Động cơ xoay chiều có sử dụng bộ biến tần
Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động
cơ và thông qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp, không cần dùng
đến các hộp số cơ khí. Biến tần thƣờng dùng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần
tự các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trƣờng xoay làm quay rotor.
Nguyên lý làm việc của biến tần: đầu tiên nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha
đƣợc chỉnh lƣu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công đoạn này đƣợc thực hiện
bởi bộ chỉnh lƣu cầu diode và tụ điện. Điện áp 1 chiều đƣợc biến đổi nghịch lƣu thành
điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này đƣợc thực hiện thông qua hệ IGBT
(Transistor lƣỡng cực có cổng cách ly) bằng phƣơng pháp điều chế độ rộng xung
(PWM).
Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ biến tần
DUT.LRCC

Hình 3.8 Bộ biến tần SV110IG5A-2LS
3.3.4 Kết luận lựa chọn động cơ
Từ các yêu cầu của việc truyền động và chấp hành làm việc, ta lựa chon động cơ điện
xoay chiều có sử dụng bộ biến tần để đạt đƣợc các yêu cầu:
- Không yêu cầu momen hay tải lớn.
- Yêu cầu điều chỉnh mọi tốc độ.
- Chi phí thấp phù hợp với chế tạo thử nghiệm.
3.4 Lựa chọn phƣơng án gối đỡ
Gối đỡ là bộ phận để lắp đặt chi tiết cần cân bằng, bên cạnh cảm biến đo rung
động cũng đƣợc thiết lập nhằm thu nhận tín hiệu rung động do mất cân bằng của chi
tiết gây nên lên gối đỡ. Nhƣ đã phân tích, gối đỡ chi tiết có thể chia làm hai loại: gối
đỡ cứng và gối đỡ mềm.
3.4.1 Gối đỡ cứng
Gối đỡ đƣợc cố định cứng trên thiết bị cân bằng động, có thể sử dụng liên kết hàn
hay bu lông. Đối với thiết bị cân bằng sử dụng gối đỡ cứng thì phần khung và đế của
thiết bị phải đƣợc cố định trên nền xƣởng bằng bu lông nền.
Khi sử dụng gối đỡ cứng chi tiết cần cân bằng thƣờng đƣợc thực hiện với số vòng
quay thấp hơn so với số vòng quay làm việc thực tế (nhằm giảm lực quán tính tác dụng
lên thiết bị). Các cảm biến đo dao động/gia tốc đƣợc gắn trên các gối để lấy tín hiệu
đến bộ xử lý tín hiệu cũng nhƣ phần mềm xử lý mất cân bằng.
DUT.LRCC

Hình 3.9 Microlog-Gx (SKF)
3.4.2 Gối đỡ mềm
Chi tiết cân bằng đƣợc thiết lập trên gối đỡ mà ở đó gối đỡ có thể dao động (lắc
theo phƣơng vuông góc với trục quay) nhờ giá đỡ có các khớp quay hay khâu mềm (lò
xo lá). Nhờ vậy các dao động/rung động của chi tiết trong quá trình cân bằng không
truyền lên phần khung/đế của thiết bị. Đối với các thiết bị sử dụng gối đỡ mềm thông
thƣờng không cần phải cố định đế thiết bị trên nền xƣởng.
Khi cân bằng các chi tiết sử dụng gối đỡ mềm có thể cân bằng ở tốc độ thực tế làm
việc của chi tiết. Tƣơng tự, Các cảm biến đo dao động/gia tốc đƣợc gắn trên các gối để
lấy tín hiệu đến bộ xử lý tín hiệu cũng nhƣ phần mềm xử lý mất cân bằng.
3.4.3 Chọn gối đỡ
Với mục đích thiết bị hỗ trợ cân bằng phải có thể di chuyển dễ dàng, hạn chế việc
lắp đặt thiết bị trên nền xƣởng (sử dụng bu lông nền), do vậy chọn gối đỡ mềm có
khớp quay.
3.5 Thiết bị cân bằng di động hiện có
Thiết bị cân bằng động di động hiện có của hãng SKF với thông số kỹ thuật nhƣ
sau:
- Kiểu máy: SKF Microlog-GX-M
- Bên cạnh chức năng thu thập dữ liệu, Microlog có các tính năng mạnh mẽ khác
hỗ trợ cho công tác phân tích, thu thập và hiển thị phổ với độ phân giải cao,
hiển thị phổ FFT (Fast Fourier Transform) trên màn hình màu LCD.
- 2 cổng gắng cảm biến thu nhận tín hiệu và 1 cổng gắng cảm biến đo tốc độ của
chi tiết cân bằng.
- Dải tốc độ đo đƣợc: 1 – 99.999 vòng/phút
Sau đây là một số module và tính năng của thiết bị.
DUT.LRCC

3.5.1 Các module ứng dụng của Microlog-Gx
ROUTE – chế độ đo đã đƣợc thiết lập và tải xuống từ phần mềm SKF Machine
Analyst.
Review – xem lại các dữ liệu đã đƣợc lƣu trong bộ nhớ của Microlog.
Non Route – chế độ đo cho các điểm đo không đƣợc tải từ phần mềm SKF
Machine Analyst.
Balancing – chế độ cân bằng động một mặt, hai mặt, độ chính xác cao.
Bump Test Mode (chỉ có ở GX-S) – kiểm tra tần số tự nhiên của máy hoặc kết
cấu.
Setup – cài đặt các thông số hệ thống cho
Microlog
Recorder Mode (chỉ có ở GX-S) – ghi lại tín hiệu rung động ở các kênh ngõ vào
(dạng sóng theo thời gian thực) định dạng file âm thanh có phần mở rộng.
3.5.2 Thiết lập các thông số chung cho Microlog-Gx
Nếu là lần khởi động máy đầu tiên, ta tiến hành chỉnh các thông số chung của máy
nhƣ sau: ở giao diện chính của màn hình, lựa chọn Setup. Xuất hiện cửa sổ nhƣ hình
Hình 3.11 Màn hình khởi động máy
Hình 3.10 Các module ứng dụng của Microlog – GX Series
DUT.LRCC

Ta điều chỉnh các thông số bằng cách:
 Nhấn mũi tên phải để mở các lựa chọn.
 Nhấn mũi tên lên xuống để thay đổi.
 Nhấn mũi tên trái, hoặc Enter để chấp nhận các thay đổi.
Các vùng cần điều chỉnh thông số:
 Route Memory – Vùng lƣu dữ liệu: Internal (lƣu trong máy đo) or Card (trên
thẻ nhớ)
 Timeout – Thời gian tự tắt thiết bị: 5 min, 10 min, 15 min, 20 min, or Off
 IrDA – Đồng bộ hóa dữ liệu với ActiveSync: Disabled or Enabled
 Baud Rate – Tốc độ truyền dữ liệu của thiết bị đo và máy tính (phần mềm
Aptitude Analyst): phải đồng với nhau
 Flow Control – Điều khiển luồng: Off or Hardware (nên chọn Off)
 Default Units – Hệ đơn vị: English or Metric
 Date Format – Kiểu hiển thị thời gian: DD/MM/YYYY; MM/DD/YYYY;
YYYY/MM/DD
 Time Zone – Múi giờ: for use with ActiveSync operations
 Date / Time – Chỉnh thời gian
 Memory – Delete All Routes or Initialize
 -Select cmd-chọn mục này nếu bạn không muốn thực hiện tác vụ nào trên bộ
nhớ
 Delete all ROUTEs – xóa tất cả các dữ liệu ở Route và Non-route, giữ lại các
thông số hệ thống
 Initialize – xóa tất cả các dữ liệu lƣu trữ trong Microlog, cập nhật lại bộ nhớ.
 Purge Cache – Dọn dẹp bộ nhớ đệm: On or Off
 On – xóa dữ liệu các điểm đo đã đo trƣớc đó trong chế độ ROUTE.
 Off – không xóa dữ liệu các điểm đo.
 Route Font – Lựa chọn kích cở font chữ: Big hoặc Small
 Language – chọn ngôn ngữ
 Cont. - and Cont.+: giảm/tăng độ sáng màn hình. Có thể điều chỉnh bất kì lúc
nào bằng cách nhấn phím Shift và Cont. - / Cont. +
DUT.LRCC

ω
α
4 Chƣơng 4: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ
4.1. Tính chọn kết cấu
4.1.1 Tính chọn động cơ
Từ điều kiện ban đầu của chi tiết cần cân bằng: trọng lƣợng P= 50 kg, chiều dài
L= 500mm, đƣờng kính lớn nhất Ø500mm.
Chọn sơ bộ đƣờng kính ngoài của ổ lăn là Ø35.
Hình 4.1 Sơ đồ tính lực từ các số liệu sơ bộ
 Momen cản
= 4. .R + (3.1)
Trong đó:
Mqt: momen quán tính của vật qua
: momen tổn thất do ma sát trên các puly dẫn đai gây ra,
lấy = 0.02.4. .R (3.2)
Theo sơ đồ, ta có = N.f (3.3)
với f là hệ số ma sát giữa bề mặt con lăn và chi tiết cân bằn động, chọn f = 0.2
N = . với α = arcsin = arcsin ( → α =
→ N = . = 37 (N) → = N.f = 37x0.2= 7.4 (N)
→ = 4. .R + = 4x7.4x35x1,02 = 1056.72 (Nmm)
Fms
Fms
P/4
P
DUT.LRCC

α
 Momen xoắn trục động cơ
Ta có = 9,55. . (3.4)
với P là công suất động cơ, n là số vòng quay trục động cơ.
 Điều kiện thỏa mãn máy hoạt động ≥ ↔ 9,55. . ≥ 1056.72 (3.5)
Từ biểu thức trên ta chọn đƣợc động cơ có số vòng quay và công suất:
n = 2400 v/ph, P = 0,375 kW.
4.1.2 Tính chọn ổ lăn
Do gối đỡ chỉ chịu lực vuông góc với đƣờng tâm trục nên ta chọn gối đỡ là các ổ bi
đỡ có hình dạng nhƣ sau.
Hình 4.2 Các thông số ổ bi đỡ
Hình 4.3 Sơ đồ tính phản lực gối đỡ
N
P/4
P
DUT.LRCC

Tính hệ số khả năng làm việc C của ổ
0.3
( )
C Q nh
 (3.5)
Trong đó: Q là tải trọng lên ổ.
h là số giờ làm việc của ổ, chọn h = 20000 giờ.
n là số vòng quay của ổ, n = 2500 v/ph
Tính phản lực tại một vòng bi
200
cos(42 ) cos(42 ) 37 3.7
4 4
o o
P
R N daN
      (3.6)
Thay số ta đƣợc C = 3.7x 204 = 754.8
Tra bảng [1] ta chọn loại ổ có:
OD = 35 mm, id = 10 mm, T = 11 mm.
4.1.3 Tính chọn dây đai
 Chọn dây đai dẹt vải cao su vì có sức bên và tính đàn hồi cao, ít chịu ảnh hƣởng
của nhiệt độ và độ ẩm
 Xác định đƣờng kính bánh đai nhỏ:
Theo công thức Xaverin
1 3
3
1
0.37
(1100 1300) 1100 60
2400
N
D mm
n
     (3.7)
 Xác định tiết diện đai
1 1 max
D D
 
 
  
 
(3.8)
Theo bảng 5-2
1 max
1
30
D

 

 
 
, vậy δ = 2mm
 Xác định bề rộng B của bánh đai
B = 1,1b + (10 ÷ 15) = 1,1 x 16 + 10 = 25mm (3.9)
 Chọn dây đai có chiều dài 1800mm theo bản vẽ thiết kế
DUT.LRCC

4.2 Thiết kế gối đỡ mềm
4.2.1 Lựa chọn vật liệu
Vì phƣơng án lựa chọn thiết kế và chế tạo gối đỡ mềm sử dụng trong cân bằng
động kết hợp với thiết bị cân bằng cầm tay nên gối đỡ phải có những đặc điểm sau:
kích thƣớc gọn nhẹ, dễ di chuyển, có thể cân bằng chi tiết rời hoặc còn trên máy.
Từ những đặc điểm đó ta chọn vật liệu chế tạo gối đỡ là nhôm 6061. Có thành
phần hóa học nhƣ sau:
Hình 4.4 Thành phần hóa học của hợp kim nhôm 6061
4.2.2 Bản vẽ lắp gối đỡ mềm và toàn bộ thiết bị hỗ trợ cân bằng
4.2.2.1 Bản vẽ lắp gối đỡ mềm
Hình 4.5 Hình chiếu đứng của gối đỡ
DUT.LRCC

Hình 4.6 Mặt cắt B-B của gối đỡ
Hình 4.7 Mặt cắt A-A của gối đỡ
DUT.LRCC

Hình 4.8 Hình chiếu trục đo của gối đỡ
4.2.3 Bản vẽ 3D của gối đỡ và toàn bộ thiết bị hỗ trợ
Hình 4.9 Bản vẽ 3D gối đỡ mềm
DUT.LRCC

Hình 4.10 Bản vẽ 3D toàn máy
4.2.4 Kiểm bền cho toàn bộ thiết bị
Sử dụng module Simulation của phần mềm Solidworks để tính toán sức bền của
kết cấu.
Phân tích độ biến dạng của chi tiết khi chịu các lực tác dụng, từ biểu đồ ta thấy
mức độ biến dạng và các vị trí bị biến dạng mạnh nhất để có phƣơng án tăng cƣờng độ
cứng cho chi tiết.
Giả sử rotor bị mất cân bằng 10% so với khối lƣợng của nó, khi đó lực quán tính
sinh ra sẽ là
2 2 3
2 157 250 10 12324
qt
F m r N
 
        (3.10)
Tổng lực tác dụng lên thân thiết bị có giá trị
12324 20 9.8 12520
qt
F F P N
      (3.11)
Đặt tải trọng 12520N lên thiết bị ta đƣợc kết quả nhƣ sau
DUT.LRCC

Hình 4.11 Biểu đồ ứng suất trên toàn bộ thiết bị
Hình 4.12 Biểu đồ chuyển vị của toàn bộ thiết bị
Từ kết quả đo đƣợc trong biểu đồ ứng suất ta thấy chi tiết Thanh đỡ và Thanh trƣợt
chịu ứng suất nhiều nhất.
 Giá trị đo đƣợc tại thanh đỡ: ứng suất 2
116N/ mm
  , chuyển vị 3
u mm
 .
Ứng suất bền của nhôm 6061 là 2
310 / mm
b N
  .
Tuy nhiên với mỗi điều kiện để sử dụng lâu dài, ta lại phải sử dụng một hệ số an
toàn riêng. Chọn k=2, vậy 2
232 / b
N mm
 
  .
DUT.LRCC

Tuy thừa độ bền nhƣng theo biểu đồ chuyển vị và tính kết cấu của toàn bộ thiết
bị nên ta không thay đổi kích thƣớc của thanh đỡ.
 Giá trị đó đƣợc tại thanh trƣợt: ứng suất 2
135N/ mm
  , chuyển vị 2
u mm
 .
Ta vẫn phải sử dụng một hệ số an toàn. Chọn k=2, vậy 2
270 / b
N mm
 
  .
Ứng suất bền của thép C45 là 2
600 / mm
b N
  .
Tuy thừa độ bền nhƣng theo chuyển vị và tính công nghệ của tổng thể các chi
tiết còn lại ta không thay đổi kích thƣớc thanh trƣợt.
DUT.LRCC

5 Chƣơng 5: CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM
5.1 Chế tạo các chi tiết của gối đỡ
5.1.1 Quy trình công nghệ gia công chi tiết thanh đỡ
 Bản vẽ chi tiết và yêu cầu kỹ thuật
Hình 5.1 Bản vẽ chế tạo chi tiết thanh đỡ
Yêu cầu kỹ thuật của chi tiết:
- Độ không vuông góc giữa tâm các lỗ Φ12 và mặt bên không quá 0.02/100mm
- Độ không song song giữa 2 mặt bên không quá 0.02/100mm
 Lựa chọn phôi
Loại phôi đƣợc xác định theo kết cấu chi tiết, vật liệu, điều kiện, dạng sản xuất
và điều kiện sản xuất cụ thể của từng nhà máy, xí nghiệp, địa phƣơng. Chọn phôi tức
là tự chọn phƣơng pháp chế tạo phôi. Ta có một số loại phôi thƣờng dùng sau.
* Phôi thép thanh: dùng để chế tạo các loại chi tiết nhƣ con lăn, chi tiết kẹp
chặt, các loại trục, xilanh, piton, bạc…
* Phôi dập: dùng chế tạo các loại chi tiết nhƣ trục răng côn, trục răng thẳng, các
loại bánh răng khác, các chi tiết dạng dạng càng, trục chữ thập… các loại chi tiết này
đƣợc dập trên các máy búa nằm ngang hoặc máy dập đứng.
DUT.LRCC

* Phôi rèn tự do: trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ, ngƣời ta thay phôi
bằng phôi rèn tự do, ƣu điểm là giá thành thấp
* Phôi đúc: dùng cho các loại chi tiết nhƣ gối đỡ, các chi tiết dạng hộp, dạng
càng phức tạp… vật liệu dùng cho phôi đúc là gang, thép, đồng, nhôm và các loại hợp
kim khác.
Kết luận: Dựa vào những yếu tố đã đƣợc xét đến ở trên, khả năng công nghệ,
điều kiện làm việc, kích thƣớc, sản lƣợng… mà ta chọn phôi đúc.
Hình 5.2 Bản vẽ lồng phôi chi tiết thanh đỡ
Yêu cầu kỹ thuật
- Làm sạch bavia vật đúc
- Phôi đúc có chất lƣợng tốt tránh rỗ xỉ, rỗ khí
- Độ nhám đạt Rz60
 Lập quy trình công nghệ gia công chi tiết thanh đỡ
- Nguyên công 1: Phay mặt đáy
- Nguyên công 2: Phay mặt đầu
W
S
2
W
1.25
W
S
2
W
1.25
DUT.LRCC

- Nguyên công 3: Khoan lỗ Φ12, Φ11, Φ16
- Nguyên công 4: phay 2 mặt bên
- Nguyên công 5: phay rãnh trƣợt
DUT.LRCC

- Nguyên công 6: phay rãnh trƣợt
- Nguyên công 7: phay rãnh bên trái
- Nguyên công 8: phay rãnh bên phải
DUT.LRCC

5.1.2 Chi tiết thân gối đỡ
Hình 5.3 Bản vẽ chi tiết thân gối đỡ
Đƣợc chế tạo từ phôi nhôm tấm hợp kim. Qua các bƣớc phay mặt đầu, phay biên
dạng, khoan và taro lỗ.
5.1.3 Chi tiết bạc trượt
Đƣợc chế tạo từ phôi tròn thép CT3, thực hiện qua các bƣớc tiện mặt đầu, tiện biên
dạng, khoan, taro lỗ. Mặt ngoài của chi tiết này đƣợc lắp trung gian với lỗ Φ38 của
thân gối đỡ. Mặt trong trƣợt trên thanh dẫn hƣớng.
DUT.LRCC

Hình 5.4 Bản vẽ chi tiết bạc trƣợt
5.2 Thiết bị sau khi đƣợc chế tạo
Từ bản thiết kế, chế tạo từng chi tiết, thiết bị đã đƣợc lắp ráp nhƣ hình bên dƣới
DUT.LRCC

Hình 5.5 Thiết bị sau khi đƣợc chế tạo
5.3 Các bƣớc thực hiện quy trình cân bằng trên một mặt phẳng
Bƣớc 1: Lắp đặt cảm biến gia tốc, cảm biến quang của thiết bị cân bằng động cầm
tay trên thiết bị hỗ trợ nhằm thu nhận tín hiệu rung động của và số vòng quay
chi tiết cần cân bằng .
Bƣớc 2: Gá đặt chi tiết quay cần cân bằng trên gối đỡ và dán băng keo phản quang để
xác định vị trí gốc cho chi tiết.
Bƣớc 3: Khởi động thiết bị cân bằng động bằng tay SKF
Bƣớc 4: Thiết lập chƣơng trình và thực hiện bƣớc chạy tham khảo
Hình 5.6 Thông số khi thực hiện bƣớc chạy tham khảo
DUT.LRCC

Bƣớc 5: Dừng máy, gắn vật thử.
Sau khi thu thập dữ liệu chạy thử, dừng vật quay và gắn vật nặng thử. Vật nặng
thử là vật nặng đƣợc gắn tạm thời để tạo sự thay đổi từ các giá trị mất cân bằng ban
đầu. Nhập khối lƣợng vật nặng thử và góc gắn vật thử.
Hình 5.7 Cân vật nặng thử và nhập số liệu của vật nặng thử
Hình 5.8 Gắn vật nặng thử lên rotor
DUT.LRCC

Bƣớc 6: Thực hiện bƣớc chạy thử
Bƣớc chạy thử tính toán sự mất cân bằng của vật quay và cho phép tính toán hệ số ảnh
hƣởng và tính toán khối lƣợng cũng nhƣ vị trí vật nặng sửa. Để việc tính toán cân bằng
đƣợc chính xác, vật nặng thử phải đạt quy luật 30/30.
 A – Làm tăng hoặc giảm biên độ đỉnh tối thiểu 30% hoặc
 B – Làm thay đổi góc lệch pha tối thiểu 30 độ hoặc
 C – Cả hai trƣờng hợp A và B
Hình 5.9 Thông số khi thực hiện bƣớc chạy thử
Bƣớc 7: Gắn vật nặng sửa
Dừng máy, tháo vật nặng thử, sau đó gắn vật nặng sửa với khối lƣợng chính xác tại vị
trí chính xác
Hình 5.10 Khối lƣợng và vị trí của vật nặng sửa
DUT.LRCC

Tuy nhiên, vật nặng này không thể đƣợc gắn chính xác ở vị trí góc độ đƣợc tính toán.
Vì vậy ta chia vật nặng theo 2 góc 165 độ và 180 độ.
Hình 5.11 Khối lƣợng và vị trí của 2 vật nặng chia
Ta tiến hành cân vật nặng rồi gắn vào rotor
Hình 5.12 Khối lƣợng 2 vật nặng sửa
DUT.LRCC

Hình 5.13 Gắn vật nặng sửa
Bƣớc 8: Thực hiện bƣớc chạy sửa
Hình 5.14 Thông số khi thực hiện bƣớc chạy sửa
DUT.LRCC

Hình 5.15 Bảng tóm tắt các giá trị đo trong quy trình cân bằng động
 Báo cáo kết quả cân bằng
RPM: 810 RPM
Rotor Diameter (mm): 130
Bảng 5.1 Báo cáo số liệu cân bằng 1 mặt phẳng
Infor Mag Phase Weight (g) Radius (mm)
Initial 13.8 306
Trial 1.5 178 17.3 53
Cor. 1 0.572 252 16.1 53
Kết luận: Mức độ rung động của chi tiết sau cân bằng có giá trị 0.572 mm/s nằm
trong khoảng cho phép theo tiêu chuẩn cân bằng động ISO 1940 đối với rotor đông cơ
điện (2.5mm/s).
DUT.LRCC

5.4 Các bƣớc thực hiện quy trình cân bằng trên 2 mặt phẳng
Bƣớc 1: Lắp đặt cảm biến gia tốc, cảm biến quang của thiết bị cân bằng động cầm
tay trên thiết bị hỗ trợ nhằm thu nhận tín hiệu rung động của và số vòng quay
chi tiết cần cân bằng .
Bƣớc 2: Gá đặt chi tiết quay cần cân bằng trên gối đỡ và dán băng keo phản quang để
xác định vị trí gốc cho chi tiết.
Bƣớc 3: Khởi động thiết bị cân bằng động bằng tay SKF
Bƣớc 4: Thiết lập chƣơng trình và thực hiện bƣớc chạy tham khảo
Bƣớc này cung cấp các thông số ban đầu cho các phép tính cân bằng động. Nó
thu thập các số mất cân bằng ban đầu của vật quay (biên độ và góc lệch pha).
Hình 5.16 Kết quả bƣớc chạy tham khảo
Bƣớc 5: Gắn vật nặng thử vào mặt 1
Sau khi thu thập dữ liệu chạy thử, dừng vật quay và gắn vật nặng thử. Vật nặng
thử là vật nặng đƣợc gắn tạm thời để tạo sự thay đổi từ các giá trị mất cân bằng ban
đầu.
Bƣớc 6: Thực hiện bƣớc chạy thử cho từng mặt
Ta đƣợc kết quả nhƣ hình bên dƣới
DUT.LRCC

Hình 5.17 Kết quả khi gắn vật thử vào mặt 1
Bƣớc 7: Gắn vật nặng thử vào mặt 2
Sau khi có kết quả bƣớc chạy thử của mặt 1 ta gắn vật nặng thử vào mặt 2
Bƣớc 8: Thực hiện chạy thử cho mặt 2
Hình 5.18 Kết quả khi gắn vật thử vào mặt 2
Bƣớc 9: Gắn vật nặng sửa cho mặt 1 và 2
DUT.LRCC

Hình 5.19 Gắn vật nặng sửa vào 2 mặt
Bƣớc 10: Thực hiện bƣớc chạy sửa cho 2 mặt
Hình 5.20 Chạy sửa trên mặt 1 và 2
 Báo cáo kết quả cân bằng
RPM: 810 RPM
Bảng 5.2 Báo cáo số liệu cân bằng 2 mặt phẳng
DUT.LRCC

Infor Mag Phase Weight (g) Radius (mm)
Initial Plane 1 6.58 358
Initial Plane 2 6.9 358
Trial R.1Plane1 3.81 200 23.55 55
Trial R.1 Plane 2 4.61 196 23.55 55
Trial R.2 Plane 1 21.4 311 23.55 55
Trial R.2 Plane 2 21.7 312 23.55 55
Cor. Plane 1 0.659 388 10.5 55
Cor. Plane 2 0.733 351 2.02 55
Kết luận: Mức độ cân bằng chi tiết sau cân bằng, mặt phẳng 1: 0.659 mm/s, mặt
phẳng 2: 0.733 mm/s. Nằm trong khoảng cho phép theo tiêu chuẩn cân bằng động ISO
1940 đối với rotor đông cơ điện (2.5mm/s).
5.5 So sánh gối mềm và gối cứng
Trên lý thuyết ta biết đƣợc khác nhau cơ bản giữa gối cứng và gối mềm là rung
động của rotor trong quá trình cân bằng sẽ tác dụng lên toàn bộ thân thiết bị đối với
gối cứng, gối mềm nhờ sử dụng các khớp quay hay khâu mềm nên rung động của rotor
trong quá trình cân bằng sẽ không tác dụng lên thân thiết bị.
Tiến hành thực nghiệm để kiểm tra sự khác nhau trong quá trình cân bằng của gối
cứng và gối mềm.
Bƣớc 1: Cân bằng chi tiết trên gối cứng, lấy số liệu của bƣớc chạy tham khảo và kết
quả của đối trọng sửa
DUT.LRCC

Hình 5.21 Cân bằng chi tiết trên gối cứng
RPM: 830 RPM
Rotor Diameter (mm): 130mm
Bảng 5.3 Kết quả cân bằng chi tiết trên gối cứng
Infor Mag Phase Weight (g) Angle
Radius
(mm)
Initial 2.35 267
Trial 1.67 233 27 0 55
Cor. 0.528 303 48.5 316 55
Bƣớc 2: Cân bằng chi tiết này trên gối mềm và lấy kết quả của bƣớc chạy tham khảo,
áp dụng đối trọng sửa lúc cân bằng trên gối cứng cho gối mềm, so sánh kết quả.
Bảng 5.4 Áp dụng kết quả của gối cứng cho gối mềm
Radius
(mm)
Initial 44.8 101
Trial 18.4 184 48.5 316 55
DUT.LRCC

Hình 5.22 Áp dụng kết quả cân bằng trên gối cứng cho gối mềm
Nhận xét: Kết quả đo đƣợc giữa gối cứng và gối mềm chênh nhau quá lớn, không nên
sử dụng kết quả đo của gối cứng cho gối mềm. Cần phải tiến hành cân bằng chi tiết
này để đƣa ra kết luận
Bƣớc 3: Tiến hành cân bằng lại chi tiết trên gối mềm
Hình 5.23 Cân bằng lại chi tiết trên gối mềm
DUT.LRCC

RPM: 830
Bảng 5.5 Cân bằng lại chi tiết trên gối mềm
Radius
(mm)
Initial 45.8 96
Trial 17.5 2 37.8 0
Cor. 14.9 97
S1 11.6
S2 24
0
330
Trim 1 3.97 192
S1 4.07
S2 7.49
0
330
Trim 2 2.73 161
S1 5.77
S2 5.78
0
150
Trim 3 0.798 125
S1 3.97
S2 2.88
0
150
Kết luận:
 Gối đỡ cứng
 Ƣu điểm:
- Kết cấu cứng vững chắc chắn do sử dụng các liên kết cứng vững nhƣ hàn,
bulong…
- Dễ dàng thực hiện công tác cân bằng ở mức độ tƣơng đối, chi tiết không quá
quan trọng và làm việc ở tốc độ thấp
- Không thể dùng gối cứng để cân bằng chi tiết quan trọng, làm việc ở tốc độ cao.
- Kết quả của công tác cân bằng không chính xác, vì rung động đƣợc truyền cho
toàn bộ thân gối đỡ
DUT.LRCC

 Ứng dụng: Có thể cân bằng đƣợc các dạng rotor có cấp độ mất cân bằng lớn:
trục khuỷu, bánh đà, động cơ xe tải, các máy nông nghiệp…
 Gối đỡ mềm:
 Ƣu điểm:
- Kết cấu kém cứng vững hơn gối đỡ cứng, cần hạn chế sai số chế tạo.
- Công tác cân bằng cần đƣợc thực hiện tỉ mỉ, kết quả cân bằng chính xác hơn so
với cân bằng bằng gối cứng.
- Có thể cân bằng với tốc độ cao, bằng với tốc độ làm việc của chi tiết.
- Không cần thiết dùng cho những rotor có cấp độ mất cân bằng lớn.
- Công tác thực hiện cân bằng khó khăn hơn so với gối đỡ cứng
 Ứng dụng: Dùng để cân bằng các chi tiết quay yêu cầu cao về cấp độ cân bằng,
chi tiết quay có tốc độ lớn: máy công cụ, máy nén, máy dệt, động cơ điện, máy
mài, nghiền…
DUT.LRCC

6 Chƣơng 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN
6.1 Kết luận
 Thiết kế thiết bị hỗ trợ cân bằng động bằng động.
 Chế tạo thành công thiết bị hỗ trợ cân bằng động, có thể sự dụng cân bằng cho
các chi tiết quay tháo rời nằm trong phạm vi thiết kế giới hạn
 Thực nghiệm cân bằng động chi tiết bằng việc kết hợp thiết bị hỗ trợ cân bằng
động và thiết bị cân bằng động cầm tay.
Một số hạn chế còn tồn tại:
 Rung động của chi tiết tác động lên gối truyền xuống đế máy làm cho đầu dò
pha (laser) bị rung nên tín hiệu thu đƣợc chƣa đƣợc ổn định nhƣng chênh lệch ở
mức độ nhỏ.
 Cơ cấu thay đổi chiều cao gối đỡ, cũng nhƣ thay đổi theo đƣờng kính của rotor
vẫn còn nhiều điểm hạn chế.
 Do sai số chế tạo nên một số vị trí của kết cấu lắp ráp chƣa đƣợc chính xác
6.2 Hƣớng phát triển
 Phát triển thiết bị có thể cân bằng các tua bin, rotor cỡ lớn trong các nhà máy
thủy điện, trong máy bay và các chi tiết quay nhanh trong ô tô, tàu thủy, máy
bay, thiết bị khai thác dầu khí…
 Từ những hạn chế còn tồn tại, nhóm thiết kế đề xuất các phƣơng án để phát
triển thiết bị trở nên hoàn chỉnh hơn:
- Thay đổi công suất và số vòng quay động cơ, lắp thêm hộp tăng tốc để có thể
cân bằng ở những tốc độ lớn hơn.
- Triệt tiêu hoàn toàn các chuyển động theo phƣơng dọc trục của chi tiết.
DUT.LRCC

7 TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]: Hƣớng dẫn thiết kế đồ án chi tiết máy - Nguyễn Trọng Hiệp
[2]: Sổ tay thiết kế cơ khí - Trần Vui
[3]: Sổ tay công nghệ chế tạo máy – Trần Văn Địch.
[4]: Giáo trình công nghệ chế tạo máy – Lƣu Đức Bình.
[5]: Kĩ thuật đo – Lƣu Đức Bình.
[6]: Nguyên lý máy – Đinh Gia Tƣờng, Tạ Khánh Tâm tập 1,2.
[7]: Vẽ kỹ thuật cơ khí – Nguyễn Độ
[8]: Static and dynamic balancing of rigid rotors - Brüel & Kjær.
Các trang web trên Internet
https://www.youtube.com/watch?v=4g1sDb4-9TE
https://www.youtube.com/watch?v=4GKtdMMgi-g
https://www.youtube.com/watch?v=Q0EaLD6O4xs&t=1s
http://vibration.vn/can-bang-dong-cac-chi-tiet-quay-cua-may
http://cokhithanhloi.com/Dich-vu/31-Can-bang-dong-cac-chi-tiet-quay-cua-may-.html
https://vanbanphapluat.co/tcvn-6373-1998-rung-co-hoc-yeu-cau-chat-luong-can-bang-
roto-mat-can-bang-du
DUT.LRCC

Thiết kế và chế tạo gối đỡ mềm sử dụng trong cân bằng động rotor.pdf

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Thiết kế và chế tạo gối đỡ mềm sử dụng trong cân bằng động rotor.pdf

Similar to Thiết kế và chế tạo gối đỡ mềm sử dụng trong cân bằng động rotor.pdf (20)

More from Man_Ebook

More from Man_Ebook (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Thiết kế và chế tạo gối đỡ mềm sử dụng trong cân bằng động rotor.pdf