Luận văn Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đo áp suất của ổ đỡ thuỷ động có kết nối máy tính

Luận văn Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đo áp suất của ổ đỡ thuỷ động có kết nối máy tính Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 1 BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ VIỆT NAM TRƢỜNG Đ.H.B.K HÀ NỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên: Nguyễn Tiến Long - CĐT3- K51 Vũ Hoàng Thanh- CĐT3- K51 Nguyễn Tiến Thành - CĐT3- K51 Hệ: Chính quy Nghành: Cơ điện tử Khoa: Cơ khí. I. Đầu đề thiết kế. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đo áp suất của ổ đỡ thuỷ động có kết nối máy tính. II. Các số liệu ban đầu. Máy thử nghiệm đo áp suất ổ đỡ thuỷ động BKM- 10 Công suất : 0,7 kW Tốc độ : 900v/ph, 1350 v/ph, 2000 v/ph Khối lượng : 70 kg III. Nội dung thuyết minh MỞ ĐẦU : LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MA SÁT HỌC CHƢƠNG I : LÝ THUYẾT BÔI TRƠN. CHƢƠNG II : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ MÁY ĐO ÁP SUẤT Ổ ĐỠ THỦY ĐỘNG BKM-10 CHƢƠNG III : THIẾT KẾ PHẦN CỨNG MÁY ĐO ÁP SUẤT Ổ ĐỠ THỦY ĐỘNG CHƢƠNG IV : THIẾT KẾ PHẦN MỀM MÁY ĐO ÁP SUẤT Ổ ĐỠ THỦY ĐỘNG CHƢƠNG V : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÁY ĐO ÁP SUẤT THỦY ĐỘNG Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 2 CHƢƠNG VI : KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC KẾT LUẬN IV. Các bản vẽ. 01: Bản vẽ 3D toàn máy BKM-10. 02: Hình chiếu toàn máy BKM-10. 03: Bản vẽ sơ đồ động máy BKM-10. 04: Bản vẽ sơ đồ đặt tải lên ổ. 05: Bản vẽ lắp máy BKM-10. 06: Bản vẽ bạc ổ đỡ thủy động. 07: Bản vẽ trục vít bánh vít. 08:Bản vẽ 3D các chi tiết chính trong máy 09:Lưu đồ thuật toán của chương trình. V. Cán bộ hƣớng dẫn: PGS.TS : Phạm Văn Hùng Giảng viên : Trần Văn Thực VI. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày ……Tháng……Năm 2011 VII. Ngày hoàn thành thiết kế: Ngày……Tháng……Năm 2011 Cán bộ hƣớng dẫn Chủ nghiệm khoa Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 3 Nhận xét của giáo viên hướng dẫn ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 4 Nhận xét của giáo viên duyệt ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 5 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 8 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MA SÁT HỌC ........................................... 10 1. Lịch sử phát triển trƣớc thế kỷ 20 ........................................................... 10 2. Lịch sử phát triển từ thế kỷ 20 ................................................................ 11 3. Phân loại các dạng bôi trơn ..................................................................... 13 4. Ý nghĩa nghiên cứu của nghành ma sát học lĩnh vực bôi trơn ................. 15 CHƢƠNG I: LÝ THUYẾT BÔI TRƠN ..................................................... 16 1. Vật liệu bôi trơn ...................................................................................... 16 1.1. Dầu gốc từ dầu gốc khoáng .......................................................... 16 1.2. Phụ gia ......................................................................................... 17 1.3. Đánh giá thông số chất bôi trơn .................................................... 17 1.4. Bôi trơn thủy động ....................................................................... 21 1.4.1. Giới thiệu chung ........................................................................ 21 1.4.2. Phƣơng trình Reynold một chiều ............................................... 22 1.5. Ổ bạc trƣợt bề mặt với chiều rộng vô hạn..................................... 26 1.6. Nghiên cứu thiết kế ổ bạc đỡ trong thực tế ................................... 26 1.7. Các ổ trục đỡ phẳng ..................................................................... 34 1.8. Tác động của nhiệt đối với sự bôi trơn ổ trục ............................... 54 1.9. Những ảnh hƣởng đối với ổ đỡ thủy động .................................... 59 1.10. Sự mất ổn định trong những lớp thủy động lực .......................... 66 CHƢƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ MÁY ĐO ÁP SUẤT Ổ THỦY ĐỘNG BKM-10 ............................................................................. 70 1. Tính toán ổ đỡ bôi trơn thủy động tải trọng tĩnh...................................... 70 2. Tính toán và thiết kế các chi tiết bộ phạn của máy BKM-10 ................... 73 2.1. Chọn động cơ ............................................................................... 73 2.2. Tính toán bộ truyền đai ................................................................ 75 2.3. Chi tiết trục .................................................................................. 80 2.4. Ổ lắp trục công tác ....................................................................... 88 2.5. Tính toán truyền động trục vít ...................................................... 92 2.6. Các chi tiết khác ........................................................................... 97 Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 6 CHƢƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG MÁY ĐO ÁP SUẤT Ổ ĐỠ THỦY ĐỘNG .......................................................................................... 100 3.1. Cơ sở lý thuyết ................................................................................... 100 3.2. Nguyên lý đo và lấy áp suất ............................................................... 101 3.3. Thiết kế mạch lấy tín hiệu cho máy .................................................... 102 3.3.1. Tìm hiểu các thành phần cơ bản của mạch lấy tín hiệu ............ 102 3.2.2. Chọn các thành phần cơ bản của mạch lấy tín hiệu.................. 121 3.3.Mạch điều khiển động cơ 1 chiều........................................................ 123 3.3.1 Mục đích .................................................................................. 123 3.3.2.Cơ sở lý luận ............................................................................ 123 3.4. Mạch xử lý giao tiếp với máy tính ..................................................... 136 CHƢƠNG IV: THIẾT KẾ PHẦN MỀM MÁY ĐO ÁP SUẤT Ổ ĐỠ THỦY ĐỘNG ...................................................................................................... 158 4.1. Giới thiệu các chƣơng trình viết giao diện ......................................... 158 4.1.1. Giới thiệu về Visual Basic ....................................................... 158 4.1.2. Giới thiệu về LabVIEW .......................................................... 159 4.2. Chọn chƣơng trình viết giao diện của máy đo áp suất thủy động........ 161 CHƢƠNG V: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÁY ĐO ÁP SUẤT Ổ ĐỠ THỦY ĐỘNG BKM-10 ........................................................................... 177 5.1. Sơ đồ độngvà nguyên lý hoạt động của máy BKM-10 ....................... 177 5.1.1. Sơ đồ động của máy ................................................................ 177 5.1.2. Nguyên lý hoạt động của máy. ................................................ 178 5.2. Kết cấu ổ thực nghiệm ....................................................................... 178 5.3. Sơ đồ đặt tải ....................................................................................... 179 5.4. Kết nối máy tính và đƣa kết quả đo ra màn hình ................................ 179 5.4.1. Sơ đồ mạch kêt nối với máy tính ............................................. 179 5.4.2. Sơ đồ khối mạch điều khiển .................................................... 180 5.4.3. Lƣu đồ thuật toán .................................................................... 181 CHƢƠNG VI: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC ................................................... 182 6.1. Mô hình hoàn thiện máy say khi lắp ráp............................................. 182 6.2. Mạch điều khiển máy ......................................................................... 183 6.3. Giao diện thực hiện của máy .............................................................. 184 Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 7 6.3.1. Nhiệm vụ của giao diện ........................................................... 184 6.3.2. Giao diện chƣơng trình ............................................................ 184 6.4. Kết quả đo đƣợc từ máy BKM-10 ...................................................... 185 KẾT LUẬN ............................................................................................. 192 Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 8 MỞ ĐẦU Lịch sử phát triển đã chứng minh loại ổ thủy động mang lại lợi ích lớn. Bạc nhỏ hơn, rẻ hơn, yêu cầu bảo trì ít, tuổi thọ kéo dài hơn và hiệu quả hơn. Màng dầu cũng tạo ra nhiều lợi ích trong khả năng hấp thụ sốc và cho phép giảm chấn động nhƣ một thông số thiết kế để kiểm soát rung động. Với những lại ích lớn cho phép thiết kế để sử dụng rộng rãi cho nhiều ứng dụng khác nhau. Quả thực, với phát minh này đã tạo ra khả năng phát triển các máy công nghệ cao nhƣ ngày hôm nay. Trong 30 năm gần đây, kỹ thuật ma sát bôi trơn đã tiếp nhận nhƣ một thành tựu mới trong lĩnh vực tìm hiểu cơ chế mòn, ma sát tƣơng tác của các vật rắn, cơ chế bơi trơn và kể cả nguyên lý phân tử. Trong thực tiễn đã xuất hiện nhiều loại vật liệu mới có tính chống mài mòn và ma sát rất cao, vật liệu bôi trơn tổng hợp có hiệu suất cao, xuất hiện các phƣơng pháp thiết kế công nghệ đảm bảo tuổi thọ và độ tin cậy của các cụm máy và chi tiết máy trên cơ sở mòn và ma sát. Hiện nay tại nƣớc ta có rất ít máy có khả năng cung cấp đầy đủ và chính xác thông tin cần thiết, phục vụ cho xu hƣớng tính toán thiết kế ổ đỡ thủy động. Do đó nhóm em đã chọn đề tai: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đo áp suất của ổ đỡ thủy động” để cung cấp số liệu một cách chính xác, cụ thể và tự động cho việc thiết kế ổ thủy động. Sau một thời gian nỗ lực làm việc và nghiên cứu của nhóm, cùng với sự hƣớng dẫn tận tình của các thầy cô, các bạn, nhóm đã hoàn thành xong bản đồ án này. Chúng em xin gủi lời cảm ơn tới các thầy cô bộ môn máy và ma sát học, đặc biệt là thầy giáo PGS.TS Phạm Văn Hùng và thầy giáo Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 9 Trần Văn Thực đã tận tình trực tiếp hƣớng dẫn, giúp đỡ nhóm trong suốt quá trình làm đồ án. Do điều kiện thời gian và cũng do trình độ, kinh nghiệm có hạn nên chắc chắn bản đồ án này không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót, hạn chế. Chúng em rất mong nhận đƣợc những ý kiến phản hồi, đóng góp của thầy cô và các bạn để bản đồ án của nhóm đƣợc hoàn thiện hơn. Một lần nữa chúng em xinh chân thành cảm ơn!!!!!!!! Hà Nội, ngày 1 tháng 6 năm 2011 Nhóm sinh viên: Nguyễn Tiến Long Vũ Hoàng Thanh Nguyễn Tiến Thành Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 10 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MA SÁT HỌC 1. Lịch sử phát triển trƣớc thế kỷ 20 Về mặt lý thuyết phát minh đầu tiên thuộc về Leonard de vinci (1452- 1519) trên các hiệu ứng ma sát và đƣa ra các khái niệm về hệ số ma sát. Những sơ đồ về nguyên lý nhằm giảm hệ số ma sát của Ông cho đến nay vẫn mang tính thực tiễn cao. Cuộc cách mạng khoa học lần thứ I (1500-1783) đã ghi nhận những bƣớc phát triển quan trọng của nghành ma sát học trong cơ khí, đáp ứng nhu cầu chế tạo trang thiết bị ngày càng phức tạp hơn. Tiêu biểu trong thời kỳ này là các công trình của Benard de Berlidor (1697-1761) về kỹ thuật dẫn hƣớng và nâng, ngoài ra còn có công trình của Euler (1707- 1783) về tính toán hệ số góc ma sát, về hiệu ứng nhấp nhô bề mặt. Công nghiệp phát triển với tốc độ ngày càng cao đã kéo theo việc đẩy nhanh tốc độ nghiên cứu và ứng dụng về ma sát và bôi trơn. Trong thời kỳ này vấn đề đƣợc đặt ra trong công trình của Charles Augustin Couloub (1736-1806) ở đây ma sát học đã kể đến tính chất vật liệu và hiệu ứng bôi trơn, mối quan hệ của tải trọng với đặc tính tĩnh và động của các cặp ma sát. Từ đó ma sát học ngày càng đƣợc nghiên cứu sâu rộng hơn. Có thể kể đến các công trình G.A.Hirn (1851-1890), N.P.Petrov (1826-1920), B.Tower (1845-1904)… trong lĩnh vực bôi trơn và cơ học ở giai đoạn này nổi bật là các công trình về mô hình hóa các chất lỏng đơn giản của Stock, hình thành phƣơng trình tổng quát chuyển động cả chất lỏng của L.H.Navier (1785- 1836), luật chảy của J.M.Poiseuille(1799-1869). Đặc biệt là phƣơng trình tổng quát bôi trơn thủy động đƣợc Osborne Reynold(1842-1912) công bố vào năm 1886 phƣơng trình Reynold đánh dấu bƣớc phát triển nhảy vọt, nó đã đặt nền móng cho mọi nghiên cứu về bôi trơn cho đến nay. Xuất phát từ Bộ môn: Máy và ma sát học Đồ án tốt nghiệp Thực hiện:Nguyễn Tiến Long_Vũ Hoàng Thanh_Nguyễn Tiến Thành 11 phƣơng trình Navier Stockes và với các giả thiết về dòng chảy của màng dầu bôi trơn, dạng cơ bản của nó là: 3 3 0 1 16 2 p p h h h U U V x x z z x Lý thuyết của Reynold đã đƣợc sử dụng rộng rãi bắt đầu từ thế kỷ 20 trong việc nghiên cứu các cơ hệ bôi trơn: hệ thống Ổ thủy động, bôi trơn thủy động đàn hồi với các chế độ dòng chảy và vật liệu khác nhau. Hơn nữa nó còn thúc đẩy các lĩnh vực khác có liên quan đến kỹ thuật bôi trơn nhƣ hóa học, gia công cơ khí, phƣơng pháp tính. 2. Lịch sử phát triển từ thế kỷ 20 Kỹ thuật bôi trơn đƣợc kể đến nhƣ là một nghành đầu tiên đƣợc nghiên cứu rất mạnh trong khoa học về ma sát học. Trƣớc hết là các công trình xoay quanh phƣơng pháp giải phƣơng trình Reynold. Năm 1905 A.G.Michell (1870-1959) đã chỉ ra đƣợc sự giảm áp suất ở phần biên của màng dầu bôi trơn giữa hai tấm phẳng kích thƣớc giới hạn. Vào năm 1904 ngƣời ta có phƣơng pháp giải bằng giải tích cho ổ dài với điều kiện biên mang tên