Tài liệu Nghiên cứu thiết kế ổ đệm khí ứng dụng cho máy đo tọa độ ba chiều

1 Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- LÊ BỬU KHƯƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ Ổ ĐỆM KHÍ ỨNG DỤNG CHO MÁY ĐO TỌA ĐỘ BA CHIỀU Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng . . . . năm . . . . . . 2 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học : ………………………………………………............. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Cán bộ chấm nhận xét 1 : …………………………………………………………… ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Cán bộ chấm nhận xét 2 : …………………………………………………………… ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 07 tháng 01 năm 2009 . Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. …………………………….. 2. …………………………….. 3. …………………………….. 4. …………………………….. 5. …………………………….. Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành 3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHIà VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm . . . . . . NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: LÊ BỬU KHƯƠNG Phái nam: Nam Ngày, tháng, năm sinh : . 11/01/1979 Nơi sinh : Tỉnh Thừa Thiên Huế Chuyên ngành : . .Công nghệ chế tạo máy MSHV : 00406733 I- TÊN ĐỀ TÀI: . .NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ Ổ ĐỆM KHÍ ỨNG DỤNG CHO MÁY ĐO TẠO ĐỘ BA CHIỀU II- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – Trình bày tổng quan về ổ đệm khí. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – Nghiên cứu cơ sở lý thuyết giải quyết bài toán động cho ổ đệm khí . . . . . – Tính toán và thiết kế ổ đệm khí cho máy đo ba chiều CMM. . . . . . . . . . . – Xây dựng mô hình và tiến hành thực nghiệm . . . . . . . . . . . . .. III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : ngày 21 tháng 01 năm 2008. IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS.THÁI THỊ THU HÀ . . . CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua TRƯỞNG PHÒNG ĐT-SĐH Ngày tháng năm 2008 TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH 4 LỜI CÁM ƠN Trước tiên em xin chân thành cám ơn cô PGS.TS.Thái Thị Thu Hà đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện luận văn Xin chân thành cám ơn các Thầy Cô trong Bộ Môn Chế Tạo Máy, Khoa Cơ Khí, Thầy Cô Phòng Đào Tạo Sau Đại Học đã truyền đạt kiến thức cũng như kinh nghiệm nghiên cứu khoa học và tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em hoàn thành tốt luận văn Xin chân thành cám ơn bố mẹ, anh chị em trong gia đình và bạn bè, đồng nghiệp, cám ơn Công ty Nhựa Duy Tân đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, hổ trợ, động viên giúp đỡ em hoàn thành tốt luận văn Tp.HCM, ngày tháng năm 2008 Học viên Lê Bửu Khương 5 TÓM TẮT LUẬN VĂN Ngày nay hệ thống dẫn động sử dụng ổ đệm khí thay cho các hệ thống trượt trong các máy yêu cầu có độ chính xác cao. Ưu điểm của ổ đệm khí là ma sát bằng không, độ mài mòn hầu như không tồn tại, không phát sinh nhiệt trong quá trình làm việc, không có dầu bôi trơn trong quá trình hoạt động , đồng thời ổ đệm khí lại không gây ô nhiễm môi trường nên đây là một thuận lợi rất lớn cho người thiết kế máy Công việc nghiên cứu xuất phát từ yêu cầu ngày càng cao đối với các máy gia công chính xác, từ yêu cầu thực tiển. Tham khảo một số tài liệu từ trong nước và nước ngoài về ổ đệm khí, từ đó luận văn có nội dung như sau. Chương 1 :Tìm hiểu về vai trò của ổ đệm khí đối với các máy gia công chính xác, máy chuyển động với tốc độ cao, đồng thời tìm hiểu thêm về ưu nhược điểm của ổ đệm khí. Chương 2 :Nghiên cứu cơ sở lý thuyết giải quyết bài toán động cho ổ đệm khí, tìm hiểu một số loại ổ đệm khí, vật liệu và các thông số ảnh hưởng tới độ ổn định của ổ đệm khí trong quá trình hoạt động. Chương 3 : Tính toán ,thiết kế ổ đệm khí cho máy đo ba chiều CMM, tìm hiểu nguyên lý hoạt động máy CMM để tính toán, lựa chọn và bố trí ổ đệm khí thích hợp Chương 4 : Xây dựng mô hình, chế tạo và tiến hành thực nghiệm, kiểm nghiệm thực tế ổ đệm khí bằng mô hình để từ đó đánh giá chính xác hơn các thông số lý thuyết và thông số đo được trên mô hình Kết quả luận văn nghiên cứu ổ đệm khí là thiết kế mô hình thực nghiệm, tạo tiền đề cho việc ứng dụng vào thực tế sau này 6 SUMMARY Nowaday, drive mechanism is used air bearing to replace for slide mechanism in high precision machine. The main advantage of air bearing are zero friction, zero wear, don’t generate temperature in the motion and air bearing don’t cause pollution so this is big advantages for machine designers. The study derives from needs more and more precision machine high required, from practical required. Reference from foreign and Viet Nam documents about air bearing, following contents has been carried in the thesis. Chapter 1: Researching the role of air bearing in high precision machines, and researchs advantages ,disadvantages of air bearing Chapter 2: Researching theory fundamental to solve dynamic problems, research some type of air bearing, materials and some parameters effects to stable of air bearing in the motion Chapter 3 : To calculate, to design air bearing for Coordinate Machine Measuring(CMM), research CMM operation principles. Hence, to calculate, choose and arrange air bearing Chapter 4 Setting model and to carry out experimental, practical test air bearing by the model. Hence, to evaluate more exactly theory parameter and measuring parameter in the model The result of research in the thesis is: design the experimantal model, to create the major predicate for practical application in future 6 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ Ổ ĐỆM KHÍ ỨNG DỤNG CHO MÁY ĐO TỌA ĐỘ BA CHIỀU Nội dung Trang CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ Ổ ĐỆM KHÍ ……………………………….8 CHƯỜNG 2. NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN ĐỘNG CHO Ổ ĐỆM KHÍ …………………………………………...18 2.1. Khái niệm và phân loại ổ đệm khí ……………………………….. .18 2.2. Các loại ổ đệm khí ………………………………………………….19 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của ổ đệm khí ………….. .30 2.4. Thiết kế ổ đệm khí nhiều lỗ khí bố trí hình tròn …………………….60 2.5. Thiết kế ổ đệm khí một lỗ khí ……………………………………. 63 2.6. Thiết kế ổ đệm khí dạng hình chữ nhật ……………………………..66 2.7. Thông số thiết kế ổ đệm khí dạng chữ nhật ……………………… 67 2.8. Ổ đệm khí đối xứng ………………………………………………....70 2.9. Ổ trượt lỗ khí cân bằng ……………………………………………72 2.10 Chọn lựa vật liệu và thiết kế hệ thống hơi…………………………...79 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ Ổ ĐỆM KHÍ CHO MÁY ĐO BA CHIỀU CMM ………………………………………………………………..87 3.1. Mô hình hóa việc dẫn hướng tuyến tính của ổ đệm khí ……………87 3.2. Tính các ổ đệm khí cho máy đo ba chiều CMM …………………..95 7 CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM 4.1. Xây dựng mô hình thực nghiệm………………………………………120 4.1.1. Tính toán thiết kế ổ đệm khí tròn dạng một lỗ khí……………..122 4.1.2. Tính toán thiết kế ổ đệm khí với nhiều lỗ khí bố trí hình tròn...126 4.2. Tiến hành thực nghiệm ………………………………………………133 4.2.1. Thiết lập mô hình thực nghiệm thực tế ………………………133 4.2.2. Các bước tiến hành thực nghiệm …………………………….133 4.2.3. Áp suất không đổi, tải trọng thay đổi ………………………...134 4.2.4. Áp suất thay đổi, tải trọng không đổi …………………….......134 4.2.5. Biểu đồ thể hiện hiện mối liên hệ giữa khả năng tải trọng(W) và khe hở ( h0 ) …………………………………………………………………….135 4.2.6. Biểu đồ thể hiện hiện mối liên hệ độ cứng vửng (K) và khe hở( h0 ) khi áp suất 5 bar và 6 bar ……………………………………………..136 4.2.7 Kết luận…………………………………………………………137 KẾT LUẬN 1. Những vấn đề đạt được ……………………………………….......138 2. Hướng phát triển trong tương lai ………………………………….139 PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 8 CHƯƠNG 1 . TỔNG QUAN LUẬN VĂN Để thích ứng với yêu cầu ngày càng cao của thị trường đối với các loại máy gia công chính xác, các loại máy CNC gia công tốc độ cao, máy đo ba chiều…, xu thế tự động hóa sản xuất ngày nay đòi hỏi máy móc gia công phải ổn định, chính xác… Vì vậy các bộ phận của máy gia công đòi hỏi có độ chính xác cao, trong đó không thể không kể đến ổ đệm khí (Air Bearing) Kỹ thuật bạc đạn đại diện cho thời kỳ đầu ngành cơ khí, bạc đạn phát triển trong thế kỷ trước làm cuộc cách mạng cải tiến ổ trượt đã có từ lâu và ổ trượt có những giới hạn trong việc ứng dụng như là môtơ điện hay bánh xe hơi. Tương tự như vậy bạc đạn ngày nay có những giới hạn về kỹ thuật trong việc ứng dụng như sản xuất bán dẫn, scan có độ phân giải cao, máy gia công tốc độ cao… Từ những yêu cấu kỹ thuật đặt ra, sự ra đời ổ đệm khí là điều tất yếu, ổ đệm khí đại diện cho thế hệ tiếp theo trong việc thiết kế bạc đạn. Ổ đệm khí có những chứng minh kết quả tối ưu trong việc ứng dụng vào máy đo ba chiều CMM trong 20 năm qua. Một số tiến bộ của ổ đệm khí như là ma sát bằng không, độ mài mòn, chuyển động tốc độ cao và khả năng có độ chính xác cao, đồng thời không có dầu bôi trơn trong quá trình hoạt động(không giống như ổ bi hay ổ lăn phải có dầu bôi trơn) là một thuận lợi rất lớn cho người thiết kế máy. Tuy nhiên những lợi ích đó ngày nay đã không được ứng dụng nhiều bởi vì ổ đệm khí rất khó gia công và không được thương mại hoá cho tới gần đây. 1.1 Sơ lược về quá trình hình thành và phát triển ổ đệm khí Một ổ đệm khí là một trong những loại ổ đệm khí mà ở đó khí như là một chất bôi trơn. Cũng như các chất bôi trơn của các ổ đệm, nó phục vụ cho hai mục đích: một là hổ trợ tải trọng ngoài, hai là bôi trơn cho hai bề mặt .Trong nguyên tắc này, khả năng chịu lực của ổ đệm khí có thể cung cấp bởi nhiều hiện tượng vật lý như là bởi áp lực bên ngoài, liên hệ đến chuyển động trượt, chuyển động nén, hiệu 9 ứng siêu âm, hiệu ứng phản lực, hiệu ứng Bernoulli, hiệu ứng giản nở và hiệu ứng nhiệt. Ổ đệm khí nén ngoài thường hay sử dụng trong lĩnh vực cơ khí chính xác. Trong phần này với sự bôi trơn bằng khí, sự liên quan đến chuyển động qua những khe hở được bù bởi hiệu ứng nén trong lớp màng, bởi hiệu ứng giới hạn trong khe hở ổ đệm và các bộ phận điều tiết vào. Nghiên cứu đầu tiên về ổ đệm khí là quá trình thực nghiệm về dòng khí giữa hai bề mặt song song[ Willis, 1828], Hai mươi sáu năm trước, Him[Him, 1854] đã trình bày rõ hơn đó là khí có thể được sử dụng như là chất bôi trơn, nhưng kỹ thuật về ổ đệm khí bị giới hạn bởi trình độ kỹ thuật cơ bản lúc bấy giờ. Điều quan trọng là sự đột phá về lý thuyết là sự bắt nguồn của phương trình áp suất cho màng không khí mỏng [Reynolds, 1886] . Hơn thế, với sự tiến bộ vượt bậc của công nghiệp, ổ đệm màng khí bắt đầu xuất hiện trong máy móc. Thực tế sử dụng ổ đệm khí không xuất hiện cho tới khi W.H.Wood [Wood, 1890] phát minh ra hệ thống cân bằng đối trọng sử dụng khí. Ứng dụng sớm nhất cho hệ thống đo lường đã thực hiện tại NPL(National Physics Laboratory, UK) trong những năm 1930. Tuy nhiên ổ đệm khí (cách nói tổng quát cho tất cả các lọai ổ đệm khí) đã không được nêu lên hêt các nguy cơ có thể xảy ra cho tới năm 1959 Hội nghị khoa học về ổ đệm khí đầu tiên của thế giới được khai mạc [Fuller, 1959] Vì thế ổ đệm khí đã được ứng dụng trong các lĩnh vực cơ khí Trong lĩnh vực cơ khí chính xác, ổ đệm khí đã được phổ biến bởi vì nó cung cấp các giải pháp tối ưu hơn các ổ đệm kiểu khác. 10 Bulong hiệu chỉnh Giá đỡ phần trượt Ổ đệm khí Nguồn cung cấp khí (60PSI) Lớp không khí Lỗ khí Khe hở Mặt dẫn hướng Hình 1.1 Moät daïng oå ñeäm khí 1.2 Các ứng dụng : Các ứng dụng ổ đệm khí có thể tìm thấy trong các lĩnh vực cơ khí, đặc biệt là trong lĩnh vực cơ khí chính xác, ổ đệm khí hay nói chính xác hơn khí đã bôi trơn các phần tử, là vấn đề chính sử dụng cho bốn mục đích, những hổ trợ về chuyển động(bao gồm ổ đỡ và bạc đạn dọc trục, trục vít, rãnh dẫn và vít me), các bộ dẫn động, phốt, vòng liên kết, được mô tả như sau : 11 Nguồn cung cấp khí nén Ổ đệm khí trượt Thoát khí Lỗ phun Phần chứa khí Ổ đệm khí chặn Ổ đệm Ổ đệm Trục Trục Hình 1.2 Daïng oå ñeäm khí cuûa truïc khoan PCB Một số ví dụ thực tế có thể ứng dụng một số máy như sau : • Trong hệ thống đo lường : - Máy đo ba chiều (CMM) - Máy đo độ nhám và máy đo độ tròn - Hệ thống đo moment xoắn - Các hệ thống đầu dò • Các hệ thống cắt gọt - Tiện kim cương và máy phay - Máy mài - Máy khoan các bo mạch 12 • Các hệ thống khắc - Các thiết bị chiếu sáng quang học - Các thiết bị chép mẫu và thiết bị điều tra - Các máy móc đánh bóng và cắt gọn sóng cho Silicon • Cho các mục đích thiên văn học - Giao thoa kế - Hồi chuyển kế • Các động cơ máy móc - Động cơ khí nén - Máy thổi bôi trơn hơi nước 1.2.1 Máy móc cho công nghệ in ấn: Nó bao gồm máy cho việc tính tóan trong CTP vào máy scan có độ phân giải cao trong trong công nghiệp in ấn. Những máy này dùng đầu quang học quay với tốc độ cao di chuyển xuống trọng tâm ống mực. Đầu chiếu laser thì phản chiếu ngược lại đầu quang học và đi thẳng tới đường kính bên trong của ống mực. Ổ đệm khí là phần quang trọng của trục quay và dịch chuyển vừa quay xuống trọng tâm của dẫn hướng. Ăn khớp và sai lệch được phóng đại bởi khỏang cách từ đầu quang học tới bề mặt bên trong của ống mực. Theo nguyên tắc Abbe. ổ đệm khí được sử dụng trong việc ăn khớp và sai lệch là nhỏ nhất mà kết quả là có những dải màu không như thực tế trong hình ảnh. 1.2.2 Máy đo ba chiều CMM Hầu hết máy đo ba chiều CMM được thiết kế dùng ổ đệm khí bởi vì nó cho phép có độ chính xác rất lớn bởi vì ổ đệm khí phần đệm thực trên màng áp suất mỏng là không khí thì không có tiếp xúc vật lý . Nó có ý nghĩa là chỉ các dịch chuyển của các phần tử gây ra ma sát. Các hệ số động học và tĩnh học của ma sát tại điểm khởi động là đồng nhất và không có ảnh hường sự gián đọan. Đây là giảm 13 chuyển động nhỏ nhất và xung quanh lỗi nghịch chiều việc kích hoạt đầu dò. Và bởi vì ổ đệm khí là được lặp đi lặp lại nhiều lần và nhẹ nhàng hơn nhiều so với việc khắc phục lỗi ổ bi. Trong cơ học, cho phép độ chính xác là vô cùng. 1.2.3 Các thiết bị kiển tra Các máy kiểm tra lực căng và ma sát có thể bị ảnh hưởng ma sát trong ổ bi. Lớp phủ ổ bi có thể cũng là kết quả không phù hợp với quá trình kiểm tra. Với lý do khác, một số máy kiểm tra ma sát chính xác sử dụng ổ đệm khí để lọai tiếp xúc ma sát cơ học . Một số máy kiểm tra yêu cầu kiểm sóat lực chính xác. Sự lọai trừ ma sát tăng độ chính xác cho thiết bị. Kiểm tra độ bền mõi thường hay gây ra ăn mòn ma sát trong ổ bi. Với chuyển động không tiếp xúc, ổ đệm khí là không nhạy với ứng dụng tần số cao trong dịch chuyển ngắn. 1.2.4 Các thiết bị chuyển động tốc độ cao Một số máy được thiết kế ngày nay có các chi tiết mà chu kỳ chuyển động lập đi lập lại rất nhiều lần, cả tỷ lần trên một năm. Vấn đề ở đây không phải là lý do để kiểm tra tuổi thọ của máy, mà phần thay thế khác là chuyển kiểu ăn mòn bằng cách thay ổ bi bằng ổ đệm khí. Trong ổ đệm khí tốc độ và khoảng cách dịch chuyển ổ đệm không ảnh hưởng độ mài mòn. Cách mài mòn trong ổ đệm khí là ăn mòn, vì vậy lưu lượng không khí riêng đi vào là nhân tố xác định thời gian ổ đệm dùng trong bao lâu. Hay giả dụ rằng không khí bẩn được sử dụng thì việc tính tóan chu kỳ sử dụng ổ đệm khí là được đo không kể thời gian của chuyển động tại một tỷ chu kỳ một năm hay phần dư cố định. 1.2.5 Máy dụng cụ có độ chính xác cao Một số máy có độ chính xác cao trên thế sử dụng ổ đệm khí. Hệ số ma sát tĩnh bằng không cho phép chuyển động không đối xứng trong suốt giai đọan ngược trong ứng dụng chạy biên dạng. Điều kiện vận tốc chính xác và giới hạn sự nhiễu trong giai đọan chuyển động cho phép tiện những bề mặt chất lượng cao mà được 14 đo trên mức angstrom(đơn vị đo). Sai số hình học trong chi tiết gia công thường là một phần triệu inch. 1.2.6 Các bước tuyến tính Những lợi ích của ổ đệm khí, kỹ thuật ổ đệm khí lọai màng xốp trong trường hợp riêng biệt thường hay liên hệ đến các bước tuyến tính hiệu suất cao. 1.2.7 OEM Ổ đệm khí được ứng dụng trong các máy chính xác OEM, OEMs có thể hoặc liên kết các bước tuyến tính trong các máy này hoặc liên hệ tới các bước của nó sử dụng các bộ phận ổ đệm khí. 1.3 Những thuận lợi và giới hạn: Bởi vì bạc dẫn được sử dụng như là chất bôi trơn, ổ đệm khí có những phân biệt các đặc tính sau : Ma sát thấp và gần như không đổi, bởi vì bạc dẫn có giá trị độ nhớt thấp và cảm nhận về thay đổi nhiệt độ và áp suất là rất ít. Hệ số ma sát của ổ đệm khí là thấp và gần như không đổi, giảm môment ma sát dư từ 6Æ10 của bạc đạn bi thông thường được thực hiện trong động lực kế đã sử dụng giá đỡ phụ trợ của hồi chuyển dẫn hướng cho các phương tiện phóng tên lửa ¾ Không có tiếp xúc kim lọai trong quá trình họat động. Có được điều này bởi vì lớp không khí mỏng chia đều đến hai bề mặt ổ đệm mà những điều này làm cho ổ đệm có mức độ mài mòn nhỏ và tiếng ồn động học nhỏ nhất. ¾ Có độ chính xác cao và tuổi thọ độ chính xác dài. Sự phân phối áp suất khí ảnh hưởng trung bình cho các sai sót bề mặt ổ đệm ví dụ như độ nhám trục. Vì thế xác định trục có độ chính xác cao dễ thực hiện ¾ Phạm vi nhiệt độ làm việc rộng :Các ứng dụng bôi trơn nhiệt độ cao, nhiệt độ làm việc của ổ đệm khí được giới hạn bởi các chi tiết máy. Tuy nhiên ,nhiệt độ thấp ở đọan cuối, tỷ lệ nhiệt độ của ổ đệm khí có thể trở thành 15 một sự giới hạn. Các bạc dẫn phức hợp trên các phần khác sẽ có sự giới hạn phân tán tại giai đọan cuối phía trên trong phạm vi nhiệt độ sử dụng ¾ Thân thiện với môi trường: Các bạc dẫn sử dụng khí nén thì tương tự như ở giữa môi trường ví dụ như không khí trong các nhà xưởng, trong phòng đo kiểm , vì thế nó không gây ô nhiễm môi trường ¾ Nét nổi bậc của vi dịch chuyển : Mặc dù nó không tách biệt, nó được sử dụng khá nhiều trong các ứng dụng chính xác. Sự khác nhau của áp suất cung cấp trong hai hướng đối ngược nhau được sử dụng để điều chỉnh một vị trí quay . Chẳng hạn như nó được sử dụng như một bộ dẫn động cho vị trí cơ học có độ chính xác cao [Kanai và Miyashita, 1983] và cho hệ thống kiểm tra lỗi chuyển động [Shimokobe et al ,1986] ¾ Có một số điều kiện làm việc theo yêu cầu đặc tính ổ đệm khí, những đặc tính của các điều kiện phụ thuộc yêu cầu máy móc. Tổng quát hơn , những điều kiện kèm theo là cốt yêu: ƒ Cung cấp liên tục khí nén với áp sụất ổn định, lọc bụi bẩn, dầu, nước và các lọai nguy hiểm khác. ƒ Bề mặt ổ đệm phải chuẩn bị cẩn thận với độ nhấp nhô và độ nhám chấp nhận được ƒ Sự lựa chọn thích hợp của hệ số giản nở nhiệt vật liệu ổ đệm khí trong một số trường hợp như chuyển động tốc độ cao hay những thay đổi lớn của nhiệt độ môi trường ƒ Thiết kế các chuyển động cơ học phải đúng với tính ổn định đồng bộ và khả năng tự hiệu chỉnh ƒ Quan tâm đến nhiệt độ khí và thay đổi nhiệt qua quy trình giới hạn 16 Ổ đệm khí Chi phí Ổ bi Ổ trượt Hiệu quả = Tốc độx chính xác Thang loga hệ số masát Hình 1.3 Biểu đồ so sánh hiệu suất và chi phí khi chế tạo ổ đệm khí (New Way Precision[5]) Ổ trượt Ổ bi Ổ đệm khí Hình 1.4 Biểu đồ so sánh hệ số ma sát các loại ổ(Ồ trượt, Ổ bi, ổ đệm khí) (New Way Precision[5]) 1.4 Phạm vi nghiên cứu hiện tại Sự phát triển của ổ đệm khí theo xu hướng tiến bộ kỹ thuật. Với sự phát triển vượt bậc của máy móc chính xác. Ổ đệm khí đã cung cấp các giải pháp tốt hơn ,nhưng còn một số giới hạn như sau: • Độ chính xác và mô hình hóa chính xác việc giới hạn lưu lượng 17 • Nghiên cứu chi tiết trong việc giới hạn điều khiển điện tử • Sự diễn biến nhất thời • Rất nhiều chủ đề khác nhau liên quan tới việc ứng dụng kỹ thuật chính xác Khi thiết kế hệ thống ổ đệm khí ứng dụng cho máy chính xác ta cần quan tâm tới những vấn đề sau: 9 Ảnh hưởng của biên dạng khe hở tới hiệu quả ổ đệm khí 9 Những ảnh hưởng của độ nghiêng của vỏ ổ đệm đến hiệu quả làm việc của ổ đệm 9 Ảnh hưởng của những hư hỏng bề mặt đến hiệu quả ổ đệm khí 9 Sự tụt nhiệt độ trong ổ đệm khí ở điều kiện chuẩn dừng 9 Tối ưu nhiều ổ đệm khí trong hệ thống cơ học 9 Sử dụng đặc tính giảm chấn ổ đệm khí trong thiết kế 9 Ảnh hưởng của vận tốc chuyển động 18 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN ĐỘNG CHO Ổ ĐỆM KHÍ 2.1- Khái niệm và phân loại ổ đệm khí: Ổ đệm khí là ổ bi không tiếp xúc, ổ đệm khí dùng một lớp mỏng áp suất không khí để cung cấp cho bề mặt tiếp xúc có khả năng chịu tải với 'masát bằng không' giữa các bề mặt với nhau. Việc không tiếp xúc này hổ trợ cho ổ đệm khí tránh những vấn đề gặp phải của ổ đệm truyền thống như không có ma sát, độ mài mòn, chất bôi trơn, và có những thuận lợi trong việc ứng dụng các vị trí chính xác, chuyển động với tốc độ cao Một lớp mỏng không khí của ổ đệm được thực hiện bằng cách cung cấp một dòng không khí qua bề mặt ổ đệm và vào bên trong trong khe hở ổ đệm giữa ổ đệm và mặt trượt. Đây là một dạng qua lỗ khí hay một lớp xốp(dạng tổ ong) để giới hạn hay đo dòng khí qua khe hở. Sự giới hạn này phải được thiết kế mặc dù không khí thoát ra từ khe hở là không đổi, dòng chảy của áp suất không khí qua phần giới hạn là vừa đủ để khớp với dòng qua khe hở, đó là phần giới hạn khe hở để duy trì áp suất dưới ổ đệm và hổ trợ tải trọng làm việc. Nếu áp suất không khí đưa vào khe hở không có giới hạn thì chiều cao nâng sẽ rất cao, lượng khí tiêu thụ sẽ cao và độ ổn định sẽ thấp hơn khi thực hiện có giới hạn. Việc giới hạn này được tìm kiếm như là độ bù ổ đệm khí. Nó được sử dụng để tối ưu hóa ổ đệm với mong muốn về độ nâng, tải trọng, độ cứng vững cho những ứng dụng quan trọng . 19 Bulong hiệu Giá đỡ phần Ổ đệm khí Nguồn cung cấp khí (60PSI) Lớp không khí Lỗ khí Khe hở Mặt dẫn hướng Hình 2.1 Các thành phần của ổ đệm khí 2.2 Các loại ổ đệm khí : Có hai loại ổ đệm khí cơ bản: Ổ đệm động lực học và ổ đệm tĩnh học 2.2.1 Ổ đệm khí động lực học: Ổ đệm động lực học phụ thuộc vào mối liên hệ chuyển động giữa bề mặt ổ đệm và một số loại rãnh xoắn để hút không khí giữa các rãnh dẫn hướng ổ đệm. Chuyển động ổ đệm khí là tương tự như lướt sóng của chiếc ôtô qua vũng nước với vận tốc cao. Tại tốc độ thấp bánh xe sẽ xuyên qua lớp nước và tiếp xúc xuống mặt đường. Trong trường hợp như vậy, động học của ổ đệm khí yêu cầu mối liên hệ chuyển động giữa các bề mặt khi không có chuyển động hay chuyển động không đủ nhanh để sinh ra lớp không khí giữa các bề mặt ổ đệm sẽ dẫn tới tiếp xúc. Ổ đệm khí