Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Cao đẳng - Đại học Nghiên cứu phương pháp đảm bảo độ chính xác của chuẩn mô men dùng ổ khí quay....

Tài liệu Nghiên cứu phương pháp đảm bảo độ chính xác của chuẩn mô men dùng ổ khí quay.

.PDF
122
612
62

Mô tả:

85 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Vũ Văn Duy NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐẢM BẢO ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA CHUẨN MÔ MEN DÙNG Ổ KHÍ QUAY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Vũ Văn Duy NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐẢM BẢO ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA CHUẨN MÔ MEN DÙNG Ổ KHÍ QUAY Ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Vũ Toàn Thắng 2. PGS.TS. Vũ Khánh Xuân Hà Nội – 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi. Những nội dung, các số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định. Các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với điều kiện của Việt Nam. Các kết quả này chưa có tác giả nào công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác. Hà Nội, ngày 05 tháng 07 năm 2018 Người hướng dẫn khoa học PGS. TS. Vũ Toàn Thắng PGS. TS. Vũ Khánh Xuân Nghiên cứu sinh Vũ Văn Duy LỜI CÁM ƠN Trong quá trình thực hiện luận án, tôi đã được sự hướng dẫn tận tình của tập thể hướng dẫn khoa học, được sự tạo điều kiện của Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Cơ khí, các Giảng viên thuộc Bộ môn Cơ khí Chính xác và Quang học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Để phục vụ cho quá trình nghiên cứu tôi được: Phòng Đo lường Độ dài, Phòng Đo lường Khối lượng – Viện Đo lường Việt Nam – Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng – Bộ Khoa học & Công nghệ, Trung tâm Đo lường – Cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng - Bộ Quốc Phòng đã tạo điều kiện cho tôi tìm hiểu về tài liệu cũng như các Chuẩn trong Đo lường, sử dụng trang thiết bị thí nghiệm, hợp tác trong nghiên cứu khoa học. Ban Giám hiệu, Trung tâm Đào tạo thường xuyên, các Khoa, Trung tâm Đào tạo Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, đã tạo điều kiện cho tôi nghiên cứu khoa học, giúp đỡ tôi gia công một số chi tiết, thiết bị phục vụ cho thực nghiệm liên quan đến nội dung trong đề tài. Tôi được các Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sĩ và đồng nghiệp góp ý, tư vấn nhiều ý kiến và cung cấp một số tài liệu liên quan đến nội dung của đề tài. Đồng thời, tôi cũng được các Nghiên cứu sinh của Bộ môn Cơ khí chính xác và Quang học, cũng như của Viện Cơ khí đã chia sẻ, động viên trong quá trình hoàn thành các thủ tục, nội dung của luận án. Tôi xin được chân thành cám ơn sâu sắc các tập thể, cá nhân đã hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện trong thời gian qua, đặc biệt tôi xin được bày tỏ sự biết ơn đến tập thể hướng dẫn: PGS. Vũ Toàn Thắng, PGS. Vũ Khánh Xuân. Tôi xin được cám ơn đồng nghiệp, bạn bè và gia đình đã động viên, chia sẻ, tạo thuận lợi trong thời gian tôi thực hiện đề tài nghiên cứu. Xin trân trọng cám ơn! Hà Nội, Ngày 05 tháng 07 năm 2018 Tác giả luận án Vũ Văn Duy MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT .............................. 5 1 Danh mục thuật ngữ và chữ viết tắt .................................................................. 5 2 Danh mục ký hiệu ............................................................................................. 6 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................................. 8 DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... 12 MỞ ĐẦU.................................................................................................................... 12 1 Lý do lựa chọn đề tài luận án ............................................................................... 12 2 Mục đích, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu ............................. 13 Mục đích và nội dung......................................................................................... 13 Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................ 13 Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 14 Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................ 14 3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu ........................................ 14 4 Những kết quả mới ............................................................................................... 14 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHUẨN MÔ MEN LỰC .................................... 16 1.1 Sự cần thiết của việc xác định mô men lực trong công nghiệp ...................... 16 1.2 Khái niệm và sơ đồ tạo mô men lực ................................................................. 22 1.2.1 Khái niệm mô men lực .............................................................................. 22 1.2.2 Sơ đồ tạo mô men lực ............................................................................... 22 1.3 Giới thiệu về thiết bị chuẩn mô men lực và phương pháp xác định độ không đảm bảo đo ................................................................................................................ 23 1.3.1 Giới thiệu về thiết bị chuẩn mô men lực ................................................... 23 1.3.2 Xác định độ không đảm bảo đo tổng hợp của thiết bị tạo chuẩn mô men lực........................................................................................................................ 28 1.4. Một số kết quả nghiên cứu về ổ, đệm khí....................................................... 30 1.4.1 Cấu tạo cơ bản của ổ đệm khí ................................................................... 30 1.4.2 Phân loại ổ đệm khí ứng dụng trong thiết bị chuẩn mô men lực .............. 30 Phân loại theo bề mặt làm việc của rotor và stator ............................................ 30 Phân loại theo khả năng làm việc....................................................................... 31 1.4.3 Ưu, nhược điểm của ổ đệm khí dùng trong thiết bị chuẩn mô men lực .... 33 1.4.4 Một số phương pháp tính toán lực nâng, lưu lượng của đệm khí. ............ 34 1.5 Một số phương pháp xác định độ dài của cánh tay đòn trong thiết bị chuẩn mô men lực đã được công bố................................................................................... 39 1 1.6 Nhiệm vụ nghiên cứu của luận án .................................................................... 44 CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU Ổ ĐỆM KHÍ DÙNG TRONG THIẾT BỊ CHUẨN MÔ MEN LỰC .......................................................................................................... 46 2.1 Lý do sử dụng ổ đệm khí trong thiết bị chuẩn mô men lực ........................... 46 2.2 Tính toán thiết kế ổ đệm khí trong thiết bị chuẩn mô men lực ..................... 47 2.2.1 Xác định lực nâng của đệm khí bề mặt trụ chịu lực hướng tâm ............... 47 2.2.1.1 Đặc điểm khe hở của đệm khí bề mặt trụ chịu lực hướng tâm. ..... 47 2.2.1.2 Xây dựng công thức xác định lực nâng của đệm khí bề mặt trụ chịu lực hướng tâm. ........................................................................................... 49 2.2.1.3 Xác định lực nâng của đệm khí chịu lực hướng tâm dùng trong thiết bị thực nghiệm tạo mô men chuẩn. ................................................... 53 2.2.2 Mô phỏng phân bố áp suất trên bề mặt đệm khí ....................................... 54 2.2.3 Các thông số cơ bản thể hiện đặc tính làm việc của đệm khí. .................. 57 2.2.3.1 Khả năng tải của đệm khí .............................................................. 57 2.2.3.2 Độ cứng của đệm khí ..................................................................... 58 2.2.4 Lựa chọn kết cấu ổ đệm khí chịu lực hướng tâm sử dụng trong thiết bị chuẩn mô men lực. .............................................................................................. 60 2.2.4.1 Bố trí 03 đệm khí trên mỗi đầu trục (PA 1) ................................... 61 2.2.4.2 Bố trí 04 đệm khí trên mỗi đầu trục (PA 2) ................................... 63 2.2.4.3 Bố trí 05 đệm khí trên mỗi đầu trục (PA 3) ................................... 65 2.2.4.4 Lựa chọn phương án bố trí bạc đệm khí trên trục dùng trong chuẩn mô men lực. ............................................................................................... 68 2.3 Thực nghiệm xác định khả năng làm việc của ổ đệm khí ở chế độ không tải .................................................................................................................................... 71 2.3.1 Mục đích thực nghiệm .............................................................................. 71 2.3.2 Mô tả thí nghiệm ....................................................................................... 71 2.3.3 Thiết bị và điều kiện thí nghiệm ............................................................... 72 2.3.4 Trình tự thí nghiệm ................................................................................... 72 2.3.5 Kết quả ...................................................................................................... 72 2.3.6 Nhận xét .................................................................................................... 72 2.4 Thực nghiệm xác định mô men ma sát và hệ số ma sát của ổ đệm khí chịu lực hướng tâm........................................................................................................... 73 2.4.1 Mục đích thí nghiệm ................................................................................. 73 2.4.2 Sơ đồ và nguyên lý thí nghiệm ................................................................. 73 2.4.3 Thiết bị và điều kiện thí nghiệm ............................................................... 76 2.4.4 Trình tự thí nghiệm ................................................................................... 76 2 2.4.5 Kết quả thí nghiệm .................................................................................... 77 2.4.6 Kết luận ..................................................................................................... 78 2.5 Thực nghiệm xác định khả năng chịu tải của ổ đệm khí ................................ 78 2.5.1 Mục đích thí nghiệm ................................................................................. 78 2.5.2 Nguyên lý và sơ đồ thực nghiệm .............................................................. 78 2.5.3 Thiết bị và điều kiện thí nghiệm ............................................................... 79 2.5.4 Trình tự thí nghiệm ................................................................................... 79 2.5.5 Kết quả thí nghiệm .................................................................................... 80 2.5.6 Nhận xét .................................................................................................... 80 2.6 Kết luận chương 2 .............................................................................................. 80 CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ DÀI LÀM VIỆC CỦA CÁNH TAY ĐÒN TRONG THIẾT BỊ CHUẨN MÔ MEN LỰC ........................................ 81 3.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................... 81 3.2 Phương pháp xác định chính xác độ dài làm việc của cánh tay đòn trong chuẩn mô men lực dùng ổ đệm khí ......................................................................... 81 3.3 Thí nghiệm xác định độ dài làm việc của cánh tay đòn trong thiết bị thực nghiệm ....................................................................................................................... 84 3.3.1 Mục đích thí nghiệm ................................................................................. 84 3.3.2 Thiết bị và điều kiện thí nghiệm ............................................................... 84 3.3.3 Trình tự thí nghiệm. .................................................................................. 85 3.3.4 Kết qủa thí nghiệm .................................................................................... 86 3.3.5 Đánh giá độ không đảm bảo đo độ dài làm việc của cánh tay đòn ........... 87 3.4 Lựa chọn hợp lý các thông số thử nghiệm xác định độ dài làm việc của cánh tay đòn. ...................................................................................................................... 90 3.5 Phân tích một số yếu tố khác ảnh hưởng đến kết quả trong quá trình thí nghiệm ....................................................................................................................... 91 3.5.1 Ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ phòng thí nghiệm ............................ 91 3.5.2 Độ không đảm bảo đo trong quá trình xác định vị trí cân bằng ................ 91 3.5.3 Độ không đảm bảo do đầu đo đọc giá trị y (theo phương thẳng đứng) .... 92 3.5.4 Độ không đảm bảo đo do căn mẫu không vuông góc với phương nằm ngang (bề mặt căn mẫu không vuông góc với trục của cánh tay đòn) ................ 92 3.5.5 Độ không đảm bảo đo do trọng tâm của khối lượng dịch chuyển (trọng tâm của con lăn) .................................................................................................. 93 3.5.6 Độ không vuông góc của cánh tay đòn với trục quay. .............................. 93 3.6 Kết luận chương 3 .............................................................................................. 93 3 CHƯƠNG 4 ƯỚC LƯỢNG ĐỘ KHÔNG ĐẢM BẢO ĐO CỦA THIẾT BỊ CHUẨN MÔ MEN DÙNG Ổ ĐỆM KHÍ ................................................................................. 94 4.1 Ước lượng độ không đảm bảo đo..................................................................... 94 4.2 Xác định một số đại lượng ảnh hưởng đến độ không đảm bảo đo của chuẩn mô men ...................................................................................................................... 95 4.2.1 Các đại lượng thành phần đã được biết trước ........................................... 95 4.2.1.1 Độ không đảm đo của quả tải ........................................................ 95 4.2.1.2 Độ không đảm bảo đo của gia tốc trọng trường ............................ 96 4.2.1.3 Độ không đảm bảo đo của khối lượng riêng không khí ................ 96 4.2.1.4 Độ không đảm bảo đo của khối lượng riêng vật liệu làm quả tải .. 96 4.2.2 Xác định độ không đảm bảo đo độ dài cánh tay đòn ................................ 96 4.2.3 Độ không đảm bảo đo do mô men ma sát của ổ đệm khí ......................... 99 4.3 Tổng hợp độ không đảm bảo đo của mô men.................................................. 99 4.4 Kết luận chương 4. ........................................................................................... 101 KẾT LUẬN CHUNG............................................................................................... 103 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .................................................................... 104 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................ 105 PHỤ LỤC ................................................................................................................. 109 PHỤ LỤC 1 ............................................................................................................. 110 PHỤ LỤC 2 ............................................................................................................. 111 PHỤ LỤC 3 ............................................................................................................. 112 PHỤ LỤC 4 ............................................................................................................. 113 PHỤ LỤC 5 ............................................................................................................. 114 PHỤ LỤC 6 ............................................................................................................. 115 PHỤ LỤC 7 ............................................................................................................. 116 4 DANH MỤC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT 1 Danh mục thuật ngữ và chữ viết tắt T T Ký hiệu, chữ viết tắt 1 CMM Máy đo toạ độ. Coordinate Measuring Machine. 2 GUM Hướng dẫn thể hiện độ không đảm bảo đo trong đo lường. Guide to the expression of Uncertainty in Measurement. 3 JCGM Ủy ban chung về hướng dẫn trong đo lường. Joint Committee for Guides in Metrology. 4 KRISS Viện Nghiên cứu Chuẩn đo lường và Korea Research Institute of Khoa học Quốc gia Hàn Quốc. Standards and Science 5 NMIJ Viện Đo lường Quốc gia Nhật Bản. National Metrology Institute of Japan. 6 SI Hệ đơn vị đo lường Quốc tế. The International System of Units. 7 8 Tiếng Việt Tiếng Anh VMI Viện Đo lường Việt Nam – Tổng cục Viet Nam Metrology Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng – Institute. Bộ Khoa học và Công nghệ. VIM International Vocabulary of Từ vựng quốc tế về các thuật ngữ Metrology – Basic and chung và cơ bản trong đo lường học. General Concepts and Associated Terms. 5 2 Danh mục ký hiệu TT Ký hiệu 1 A Diện tích 2 a0 Độ rộng của rãnh dẫn khí 3 an Độ rộng của đệm khí bề mặt trụ 4 b0 Độ dài của rãnh dẫn khí 5 bn Độ dài của đệm khí bề mặt trụ. 6 c Độ dài từ rãnh dẫn khí đến mép ngoài của bạc đệm khí 7 f Hệ số ma sát của ổ đệm khí 8 Fi Lực đẩy cuả đệm khí i FΣ Trọng lực của tổng tải trọng tạo mô men và tải trọng của trục quay, cánh tay đòn, quang treo. FT Lực tác dụng lên 1 ổ do trọng lực của tải trọng tạo ra mô men FTr Lực tác dụng lên 1 ổ do trọng lực của trục, cánh tay đòn và quang treo. 12 K Độ cứng của đệm khí 13 L1 Độ dài làm việc cánh tay đòn bên trái 14 L2 Độ dài làm việc cánh tay đòn bên phải 15 l1 Độ dài từ tâm quay đến phương của trọng lực đối trọng bên trái 16 l2 Độ dài từ tâm quay đến phương của trọng lực đối trọng bên phải. 17 m Khối lượng của tải trọng tạo mô men xoắn 18 m1 Khối lượng của đối trọng m2 Khối lượng thêm vào (bớt đi) để cánh tay đòn trở lại trạng thái cân bằng ban đầu. 9 10 11 19 Tiếng Việt 20 p Áp suất 21 po Áp suất môi trường 22 p1 Áp suất nguồn khí nén 6 23 p2 Áp suất sau lỗ tiết lưu 24 R Chiều rộng rãnh khí 25 r0 Bán kính rãnh dẫn khí 26 r1 Bán kính trục đệm khí 27 r2 Bán kính bạc đệm khí 28 rc Bán kính khớp cầu của bạc đệm khí 29 rn Bán kính ngoài đệm khí 30 S Chiều sâu rãnh khí 31 T Mô men xoắn 32 U Độ không đảm bảo đo mở rộng 33 ui Độ không đảm bảo đo của đại lượng i. 34 urle Độ không đảm bảo đo tương đối. 35 x0 Giá trị của đầu đo laser theo phương x tại trạng thái cân bằng ban đầu 36 xi Giá trị của đầu đo Laser theo phương x 37 y0 Giá trị của đầu đo laser theo phương y tại trạng thái cân bằng ban đầu 38 z Khe hở của đệm khí 7 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Cờ lê lực và thiết bị kiểm chuẩn mô men của cờ lê lực: ..................................... 16 Hình 1.2: Dụng cụ xiết chặt có đồng hồ đo mô men (Các mối ghép chịu tải động). ......... 17 Hình 1.3: Một số thiết bị đo mô men (Các mối ghép chịu tải va đập). ............................... 17 Hình 1.4: Một số thiết bị chịu tải trọng dao động .............................................................. 18 Hình 1.5: Thiết bị đo mô men có giá trị nhỏ. ...................................................................... 18 Hình 1.6: Xe container đang chạy bị rơi bánh xe do không đủ lực siết chặt. ...................... 19 Hình 1.7: Một mối ghép ren trong ô tô không được xiết chặt. [19] .................................... 19 Hình 1.8 Sơ đồ dẫn xuất chuẩn mô men ở VMI. ................................................................. 20 Hình 1.9. Sơ đồ liên kết chuẩn của NMIJ [24] .................................................................... 21 Hình 1.10: Sơ đồ tạo mô men lực. ....................................................................................... 22 Hình 1.11: Máy chuẩn đầu mô men lực tại KRISS [33] ..................................................... 23 Hình 1.12: Máy chuẩn mô men tại Viện đo lường Tây Ban Nha[23] ................................ 24 Hình 1.13: Sơ đồ máy chuẩn mô men 1 kN.m của Mexico [15] ......................................... 25 Hình 1.14: Sơ đồ máy chuẩn mô men 1 kN.m tại Thổ nhĩ kỳ [12] .................................... 25 Hình 1.15: Thiết bị hiệu chuẩn mô men tại VMI ................................................................ 26 Hình 1.16: Máy hiệu chuẩn dụng cụ đo mô men tại Trung tâm Đo lường Quân đội. ......... 26 Hình 1.17: Hình ảnh một số cảm biến mô men ................................................................... 27 Hình 1.18: Sơ đồ làm việc của máy chuẩn mô men ............................................................ 27 Hình 1.19: Máy chuẩn đầu mô men tại Viện Đo lường Quốc gia Brasil[34]..................... 29 Hình 1.20: Ổ đệm khí dạng chữ H [13] ............................................................................... 30 Hình 1.21: Ổ đệm khí dạng chữ X [13] .............................................................................. 31 Hình 1.22: Ổ đệm khí chịu lực dọc trục .............................................................................. 32 Hình 1.23: Các loại ổ đệm khí chịu tải hướng tâm dùng cho máy chuẩn mô men [14] ...... 33 Hình 1.24: Đệm khí phẳng dạng tròn .................................................................................. 34 Hình 1.25: Đệm khí 2 rãnh - 2 lỗ tiết lưu ............................................................................ 35 8 Hình 1.26: Đệm khí nhiều lỗ tiết lưu ................................................................................... 36 Hình 1.27: Đệm khí buồng và mạch điện tương đương[8] ................................................. 38 Hình 1.28: Đệm khí phẳng hình chữ nhật. .......................................................................... 38 Hình 1.29: Sơ đồ nguyên lý chuẩn đầu mô men [35] .......................................................... 39 Hình 1.30: Sơ đồ cấu tạo cánh tay đòn mô men [26] ......................................................... 40 Hình 1.31: Bộ phận cánh tay đòn[27] ................................................................................. 41 Hình 1.32: Mô hình lò xo xoắn [28] .................................................................................... 42 Hình 1.33: Phân bố ứng suất bất đối xứng[28].................................................................... 42 Hình 1.34: Treo thêm khối lượng ban đầu tạo sức căng cho dây treo[28] .......................... 43 Hình 1.35: Sơ đồ xác định cánh tay đòn thông qua s và [11] ........................................... 43 Hình 2.1: Sơ đồ ổ đệm khí được chế tạo thử nghiệm .......................................................... 47 Hình 2.2: Cấu tạo cơ bản của đệm khí bề mặt trụ. .............................................................. 47 Hình 2.3: Cấu tạo của của bạc đệm khí sử dụng trong máy chuẩn mô men ....................... 48 Hình 2.4: Vị trí tương đối giữa tâm bạc và tâm trục ........................................................... 49 Hình 2.5: Sơ đồ tính toán của đệm khí bề mặt trụ ............................................................... 49 Hình 2.6: Sơ đồ tính tiết diện chảy tại tọa độ u ................................................................... 51 Hình 2.7: Quan hệ giữa lực nâng (F) và khe hở ở tâm của đệm khí (z*). ............................ 53 Hình 2.8: Bạc đệm khí bề mặt trụ ........................................................................................ 54 Hình 2.9: Mô hình tính toán 1 đệm khí bề mặt trụ ............................................................. 55 Hình 2.10: Chia lưới theo sự chênh lệch kích thước tại từng vị trí .................................... 55 Hình 2.11: Chiều dòng chảy của 1 đệm khí ....................................................................... 56 Hình 2.12: Biểu đồ phân bố áp suất trên 1 đệm khí. .......................................................... 56 Hình 2.13: Lực nâng của đệm khí chịu lực hướng tâm. ...................................................... 58 Hình 2.14: Sơ đồ hệ lò xo tương đương .............................................................................. 60 Hình 2.15: Sơ đồ bố trí 03 đệm khí trên một đầu trục. ........................................................ 61 Hình 2.16: Sơ đồ bố trí 04 đệm khí trên một đầu trục. ........................................................ 64 9 Hình 2.17: Sơ đồ bố trí 05 đệm khí trên một đầu trục ......................................................... 65 Hình 2.18: Sơ đồ bố trí các đệm khí trên trục quay của thiết bị chuẩn mô men ................. 68 Hình 2.19: Sơ đồ bố trí các đệm khí trên trục quay của ổ đệm khí ứng dụng trong thiết bị chuẩn mô men...................................................................................................................... 69 Hình 2.20: Thân đế lắp các đệm khí của ổ đệm khí dùng trong thiết bị chuẩn mô men ..... 69 Hình 2.21: Sơ đồ phân tích lực tác dụng vào ổ trục đệm khí .............................................. 69 Hình 2.22: Sự giảm khe hở ∆z dưới tác dụng của tải trọng F ............................................. 69 Hình 2.23: Mô hình xác định sự tiếp xúc cơ khí giữa bạc đệm khí và trục quay. ............... 71 Hình 2.24: Hình ảnh thực nghiệm xác định sự tiếp xúc cơ khí giữa đệm khí và trục quay. 72 Hình 2.25: Sơ đồ nguyên lý xác định mô men ma sát [14] ................................................ 73 Hình 2.26: Sơ đồ tạo rotor có dao động như một con lắc[32] ............................................ 74 Hình 2.27: Sơ đồ kết cấu của thiết bị thực nghiệm xác định mô men ma sát. .................... 75 Hình 2.28: Giá trị của điện trở giữa trục và bạc của đệm khí.............................................. 77 Hình 2.29: Sơ đồ xác định trạng thái dịch chuyển của cánh tay đòn ................................. 77 Hình 2.30: Mô hình xác định khả năng tải của ổ đệm khí .................................................. 79 Hình 2.31: Quan hệ giữa lực nâng và khe hở của một cặp ổ ............................................... 80 Hình 3.1: Trạng thái cân bằng của cánh tay đòn sau khi lắp đặt. ........................................ 82 Hình 3.2: Trạng thái cân bằng của thiết bị tạo mô men....................................................... 82 Hình 3.3: Xác định vị trí cân bằng của cánh tay đòn .......................................................... 83 Hình 3.4: Sơ đồ xác định độ dài cánh tay đòn L1. ............................................................... 83 Hình 3.5: Sơ đồ xác định độ dài cánh tay đòn L2. ............................................................... 84 Hình 3.6: Khối lượng dịch chuyển trên cánh tay đòn.......................................................... 86 Hình 3.7: Hình ảnh thực hiện phương pháp đo. .................................................................. 87 Hình 3.8: Hình ảnh bố trí đầu đo laser được lắp với giá đỡ. ............................................... 88 Hình 3.9: Con trượt và căn mẫu .......................................................................................... 88 Hình 3.10: Sơ đồ sai lệch vị trí cân bằng............................................................................. 91 10 Hình 3.11: Căn mẫu để xác định giá trị x được đặt theo không vuông góc với trục cánh tay đòn ....................................................................................................................................... 92 Hình 4.1: Trục quay không nằm ngang ............................................................................... 97 Hình 4.2: Dao động của quả tải khi treo vào quang treo ..................................................... 98 Hình PL 1: Bản vẽ chi tiết trục quay. ................................................................................ 110 Hình PL 2: Bản vẽ chi tiết bạc lắp. .................................................................................... 111 Hình PL 3: Bản vẽ thiết kế chi tiết thân cánh tay đòn ....................................................... 112 Hình PL 4 : Bản vẽ chi tiết đầu cánh tay đòn. ................................................................... 113 Hình PL 5: Bản vẽ chi tiết đệm khí bề mặt trụ. ................................................................. 114 Hình PL 6: Bản vẽ lắp thiết bị chuẩn mô men. ................................................................. 115 Hình PL 7: Các thiết bị phục vụ cho thí nghiệm xác định mô men ma sát: ...................... 116 11 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Trích dẫn bảng các đơn vị dẫn xuất ........................................................................ 12 Bảng 2.1 Bảng giá trị các thông số của đệm khí ................................................................. 59 Bảng 2.2 Các giá trị tương ứng với khe hở của ổ đệm khí (PA 1) ...................................... 63 Bảng 2.3 Các giá trị tương ứng với khe hở của ổ đệm khí (PA 2) ...................................... 65 Bảng 2.4 Các giá trị tương ứng với khe hở của ổ đệm khí (PA 3) ...................................... 66 Bảng 2.5 Những thông số cơ bản của các dạng ổ khí.......................................................... 67 Bảng 2.6 Bảng kết quả thực nghiệm khả năng làm việc của ổ ở chế độ không tải ............. 72 Bảng 2.7 Các thông số thực nghiệm của ổ đệm khí ............................................................ 78 Bảng 3.1 Kết quả thực nghiệm xác định L1. ........................................................................ 86 Bảng 4.1 Bảng tổng hợp độ không đảm bảo đo chưa tính đến độ không đảm bảo đo mô men ma sát. ........................................................................................................................ 100 Bảng 4.2 Bảng tổng hợp độ không đảm bảo đo theo thực nghiệm ................................... 101 12 MỞ ĐẦU 1 Lý do lựa chọn đề tài luận án Mô men lực là một trong 12 đại lượng cơ học thông dụng trong các đại lượng đo có đơn vị dẫn xuất là các đơn vị đo lường chính thức thuộc Hệ đơn vị đo lường Quốc tế (SI) [2], được sử dụng nhiều trong ngành cơ khí – động lực. Bảng 1 Trích dẫn bảng các đơn vị dẫn xuất TT Đại lượng Đơn vị Tên Ký hiệu Thể hiện theo đơn vị cơ bản thuộc hệ đơn vị SI 1. Đơn vị không gian, thời gian và hiện tượng tuần hoàn 2. Đơn vị cơ 2.5 mô men lực niutơn mét N.m m2.kg.s-2 Khái niệm mô men bắt đầu từ các nghiên cứu của Archimeds (287-212 Trước CN) về đòn bẩy: “Give me a place to stand and I will move the earth” - Hãy cho tôi một điểm tựa và tôi sẽ nâng cả trái đất. Đây là câu nói nổi tiếng đầu tiên liên quan về mô men – tác động đồng thời của lực và cánh tay đòn. Sau này, trong lịch sử phát triển của cơ học, người ta đã có những ứng dụng thiết thực hơn về mô men khi sử dụng ròng rọc, các bộ truyền đai, xích, bánh răng … Ngoài ra, mô men là một thông số đặc trưng cho khả năng làm việc của động cơ, cho biết động cơ phát ra mô men xoắn bằng bao nhiêu Niutơn mét (N.m) hay kilôniutơn mét (kN.m). Ngày nay, hàng hóa và các thiết bị sử dụng rất nhiều mối ghép ren, đặc biệt là trong lĩnh vực cơ khí. Để đảm bảo chi tiết máy không bị phá hỏng do xiết quá chặt, đồng thời lại không bị tháo lỏng trong khi làm việc, những dụng cụ xiết chặt chỉ cho phép sinh ra một mô men xiết chặt giới hạn tùy thuộc vào mối ghép. Do đó, các cờ lê lực hay các thiết bị xiết bu lông, ốc vít có ngưỡng hạn chế mô men hoặc có đồng hồ chỉ thị mô men. Trong phòng Kiểm tra chất lượng sản phẩm của các Nhà máy, Xí nghiệp thì giá trị mô men xiết chặt của các dụng cụ, đồng hồ đo được kiểm tra bằng các thiết bị kiểm chuẩn mô men. Các thiết bị kiểm chuẩn mô men phải được hiệu chuẩn với các cơ sở hợp pháp hiệu chuẩn mô men quốc gia thông qua thiết bị chuẩn mô men ở cấp cao nhất. Vì sự phát triển kinh tế và hội nhập với các nước trong khu vực cũng như với các nước trên thế gới, đại lượng mô men lực ngày càng được quan tâm và yêu cầu độ chính xác ngày càng cao, do đó Việt Nam cần có thiết bị chuẩn đầu mô men để phục vụ cho công tác hiệu chuẩn và so sánh chuẩn với các quốc gia khác. Ngoài việc nhập một số thiết bị đo mô men thì việc nghiên cứu chế tạo và đảm bảo độ chính xác của thiết bị chuẩn mô men đang là nhu cầu thực tế đặt ra cho nền công nghiệp và ngành đo lường Việt Nam. Trên cơ sở đó, Viện Đo lường Việt Nam (VMI) – Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đã xây dựng đề tài cấp Nhà nước với tiêu đề: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và tích hợp máy chuẩn đầu mô men lực độ chính xác cao sử dụng cho lĩnh vực đo lường” và đã được Bộ Khoa học và Công nghệ phê duyệt năm 2016 với mã số: ĐTĐLCN.49/15. 12 Với những mục đích trên, nghiên cứu phương pháp đảm bảo độ chính xác của thiết bị chuẩn mô men để từng bước làm chủ được thiết kế, công nghệ chế tạo ra thiết bị chuẩn mô men tại Việt Nam là phạm vi quan tâm của đề tài luận án này. Cơ sở đặt vấn đề nghiên cứu đảm bảo độ chính xác của chuẩn mô men là: Để tạo ra mô men chuẩn thì việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của thiết bị chuẩn mô men là quan trọng, từ đó có thể xác định mức độ ảnh hưởng của các yếu tố thành phần đến giá trị mô men chuẩn được tạo ra, trong đó có hai thành phần cơ bản đó là: + Mô men ma sát tại ổ quay sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến giá trị mô men chuẩn tạo ra, điều này có thể hạn chế bằng việc sử dụng ổ đệm khí. Ổ đệm khí được nghiên cứu trong thiết bị chuẩn mô men là ổ đệm khí tĩnh, dạng ổ đỡ chịu lực hướng tâm, có hệ số ma sát rất nhỏ. Việc nghiên cứu ổ đệm khí chịu lực hướng tâm đảm bảo được khả năng tải, độ cứng dùng cho thiết bị chuẩn mô men chưa được thực hiện ở Việt Nam. + Độ dài làm việc của cánh tay đòn trong thiết bị chuẩn mô men: Đây là đại lượng tham gia trong công thức xác định giá trị mô men chuẩn. Sau khi chế tạo thiết bị chuẩn mô men, cần phải xác định giá trị độ dài làm việc của cánh tay đòn trong khi tâm quay là tâm ảo, điểm đặt lực tại vị trí nào khi dây treo quả tải có độ dày nhất định. Nghiên cứu phương pháp xác định chính xác độ dài làm việc của cánh tay đòn sẽ góp phần đảm bảo độ chính xác của mô men chuẩn được tạo ra. 2 Mục đích, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu Mục đích và nội dung Mục đích của đề tài luận án nhằm đảm bảo độ chính xác của thiết bị chuẩn mô men dùng ổ đệm khí chịu lực hướng tâm được chế tạo trong điều kiện công nghệ tại Việt Nam. Nội dung bao gồm: Đảm bảo ổ đệm khí làm việc không có tiếp xúc cơ khí và đáp ứng yêu cầu khả năng tải và độ cứng cho thiết bị chuẩn mô men. Xác định được độ dài làm việc của cánh tay đòn trên thiết bị chuẩn mô men đã được lắp đặt hoàn chỉnh. Ước lượng được độ không đảm bảo đo của thiết bị chuẩn mô men thông qua độ không đảm bảo đo của các đại lượng thành phần. Đối tượng nghiên cứu Các đại lượng, yếu tố ảnh hưởng đến độ không đảm bảo đo của thiết bị chuẩn mô men. Đánh giá những đại lượng ảnh hưởng chính, quyết định độ không đảm bảo đo của thiết bị chuẩn mô men. Ổ đệm khí chịu lực hướng tâm nhằm hạn chế sự ảnh hưởng của mô men ma sát đến độ chính xác của mô men chuẩn được tạo ra. Đây là ổ đệm khí tĩnh, dạng ổ đỡ (chịu lực hướng tâm với hai gối đỡ ở hai đầu trục). Phương pháp xác định độ dài làm việc của cánh tay đòn trên mô hình thiết bị thực nghiệm được tạo ra. Trên cơ sở đó xác định, tính toán độ không đảm bảo đo độ dài làm việc cánh tay đòn. 13 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm kiểm chứng. Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, các tài liệu trong nước và ngoài nước về phương pháp và thiết bị chuẩn mô men, tiến hành phân tích, đánh giá các nội dung còn tồn tại để nghiên cứu giải pháp khắc phục, xây dựng mô hình thực nghiệm xác định độ không đảm bảo đo của thiết bị tạo mô men chuẩn. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu của luận án là thiết bị tạo mô men chuẩn có giá trị đến 500 N.m. Ổ đệm khí chịu tải hướng tâm được cung cấp nguồn khí có áp suất từ 4 bar đến 6 bar, khả năng tải của ổ đệm khí là 1 000 N và cánh tay đòn có chiều dài 500 mm. Các khối lượng chuẩn, gia tốc trọng trường và các điều kiện khác theo VMI. 3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu Luận án đã phân tích và xác định mức độ ảnh hưởng của các yếu tố quan trọng nhất đến độ chính xác của giá trị mô men chuẩn, là tiền đề cho việc thiết kế, chế tạo thiết bị chuẩn mô men dùng ổ đệm khí, góp phần chuẩn bị xây dựng thiết bị chuẩn đầu mô men của Việt Nam. Các kết quả nghiên cứu tính toán khả năng chịu tải, mô men ma sát, độ cững vững cho ổ đệm khí chịu lực hướng tâm, giải pháp xác định độ dài làm việc của cánh tay đòn trên thiết bị chuẩn mô men, ước lượng độ không đảm bảo đo là cơ sở khoa học cho việc xây dựng thiết bị chuẩn mô men, đồng thời là nguồn tài liệu học thuật cho những nghiên cứu tiếp theo. 4 Những kết quả mới Luận án đã xây dựng thành công thiết bị thực nghiệm chuẩn mô men 500 N.m chạy trên ổ đệm khí với chiều dài cánh tay đòn 500 mm. Ổ đệm khí bề mặt trụ được bố trí đỡ hai đầu của trục lắp cánh tay đòn có khả năng chịu tải hướng kính lên đến 1 600 N mà không tiếp xúc cơ khí. Đã ước lượng được độ không đảm bảo đo của thiết bị thực nghiệm thiết bị chuẩn mô men tự chế tạo là 2,286.10-4 trên cơ sở xác định độ không đảm bảo đo của một số thành phần chính. Các kết quả của đợt chế tạo thử nghiệm này sẽ góp phần trong việc nghiên cứu thiết kế chế tạo chuẩn mô men lực với các dải giá trị chuẩn khác nhau. Những kết quả mới của luận án đạt được như sau: 1. Xây dựng được công thức tính lực nâng của đệm khí bề mặt trụ chịu tải hướng tâm áp dụng phương pháp điện khí tương đương. Đặc điểm của đệm khí bề mặt trụ chịu lực hướng tâm là khe hở bề mặt đệm khí thay đổi từ tâm ra ngoài khi chi tiết bạc và trục lệch tâm làm áp suất phân bố dưới bề mặt đệm khí cũng thay đổi. Từ các quan hệ hình học xác định được chiều dài chảy và diện tích chảy theo khe hở ở tâm đệm khí, từ đó tính được sức cản và lực nâng của đệm khí. Xây dựng được biểu đồ đặc tính quan hệ giữa lực nâng của đệm khí và khe hở tại tâm đệm khí. Đây là điểm mới của luận án mà chưa được thể hiện trong bất kỳ công bố khoa học nào khác. 2. Đã đưa ra phương pháp xác định độ dài làm việc của cánh tay đòn trong thiết bị chuẩn mô men theo nguyên tắc cân bằng mô men lực. Ưu điểm của phương pháp này là có thể xác định độ dài làm việc của cánh tay đòn khi thiết bị chuẩn mô men đã được lắp ráp 14 hoàn chỉnh, đặc biệt là đối với thiết bị chuẩn mô men có khối lượng và kích thước lớn không thể đưa lên không gian của máy đo 3 tọa độ. Nguyên tắc của phương pháp là đo lượng dịch chuyển của khối lượng trên cánh tay đòn và bù lại lượng mô men mất cân bằng khi thêm khối lượng vào quang treo ở cuối cánh tay đòn. Từ đó sẽ tính được độ dài làm việc cánh tay đòn. Với trình độ khoa học công nghệ phát triển, dựa trên chuẩn đầu chiều dài và chuẩn đầu khối lượng của Viện Đo lường Việt Nam thì phương pháp này trở nên hiệu quả và tin cậy trong việc xác định chính xác độ dài cánh tay đòn, một trong những yếu tố chính đảm bảo độ chính xác của giá trị mô men chuẩn. Giải pháp xác định độ dài cánh tay đòn này cũng là điểm mới của luận án mà chưa được công trình khoa học nào khác công bố. 15
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan