NGHIÊN cứu KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG ổ KHÍ TĨNH CHO máy PHÁT điện GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ

M CL C
Trang tựa

TRANG

Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân

i

Lời cam đoan

ii

C mt

iii

Tóm tắt

iv

Mục lục

v

Danh sách các từ viết tắt

ix

Danh sách các b ng

x

Danh sách các hình

xi

Chư ng 1. M Đầu
1.1

Khái quát chung .................................................................................................. 1

1.2

Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................... 2

1.3

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................ 2

1.4

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ........................................................................... 3

1.5

Đối t ợng và ph m vi nghiên cứu....................................................................... 3

1.6

Ph ơng pháp nghiên cứu .................................................................................... 3

1.7

Bố cục của đề tài ................................................................................................. 4

Chư ng 2: T ng Quan Về

Tr c

2.1

cơ ..................................................................................................................... 5

2.1.1

lăn .................................................................................................................... 5

2.1.1.1 Kết cấu
2.1.1.2 Phân lo i

lăn ....................................................................................................... 6
lăn ..................................................................................................... 7

v


2.1.1.3

u nh ợc điểm và ph m vi ứng dụng của

lăn ................................................ 8

2.1.2

tr ợt ................................................................................................................. 9
tr ợt..................................................................................................... 9

2.1.2.1 Kết cấu
2.1.2.2 Phân lo i

tr ợt ................................................................................................ 10

2.1.2.3

u nh ợc điểm và ph m vi ứng dụng của

tr ợt ........................................... 10

2.2

từ.................................................................................................................... 11

2.2.1

Kết cấu

từ ....................................................................................................... 12

2.2.2

Nguyên lý ho t động ......................................................................................... 13

2.2.3

u nh ợc điểm và ph m vi ứng dụng của

2.3

thủy ............................................................................................................... 13

2.3.1

thủy tĩnh ........................................................................................................ 14

2.3.2

thủy động ....................................................................................................... 15

2.4

khí .................................................................................................................. 16

2.4.1

khí tĩnh .......................................................................................................... 18

2.4.2

khí động ......................................................................................................... 14

từ ................................................ 13

2.5

Các nghiên cứu trong và ngoài n ớc ................................................................ 20

2.5.1

Các nghiên cứu ngoài n ớc............................................................................... 20

2.5.2

Các nghiên cứu trong n ớc ............................................................................... 23

2.6

Định h ớng nghiên cứu..................................................................................... 23

Chư ng 3: C

S

LÝ THUY T ................................................................................ 24

3.1

Tua-bin gió ........................................................................................................ 24

3.1.1

Các kiểu tua-bin gió ......................................................................................... 24

vi


3.1.1.1 Tua-bin gió trục ngang ..................................................................................... 24
3.1.1.2 Tua-bin gió trục đứng ....................................................................................... 30
3.1.2

kết luận ............................................................................................................. 34

3.1.3

Định luật bezt ứng dụng trong thiết kế cánh qu t ............................................. 34

3.1.3.1 Hệ số công suất cp ............................................................................................. 35
3.1.3.2 Tỉ số tốc độ gió đầu cánh .................................................................................. 38
3.1.3.3 Số cánh qu t ...................................................................................................... 39
3.1.4

lực tác dụng lên rotor ........................................................................................ 39

3.2

Cơ sở lý thuyết về dòng ch y chất khí .............................................................. 42

3.2.1

Dòng ch y qua các tấm phẳng song song ......................................................... 42

3.2.2

Dòng ch y trong

3.2.3

Dòng ch y của chất khí xuyên qua các lỗ nhỏ .................................................. 48

3.3

Cơ sở tính toán thiết kế

3.4

Vật liệu chế t o

3.4.1

Kim lo i............................................................................................................. 54

3.4.2

Gốm sứ và s n phẩm của luyện kim bột ........................................................... 55

3.4.3

Vật liệu dẻo ....................................................................................................... 55

chặn khí tĩnh ....................................................................... 45

đỡ khí tĩnh ................................................................ 50

khí ........................................................................................ 53

Chư ng 4: Yêu Cầu VƠ Phư ng Án Thi t K ........................................................... 57
4.1

Tua-bin gió ........................................................................................................ 57

4.2

Đề xuất ph ơng án thiết kế máy phát điện gió ................................................. 57

4.3

Ph ơng án thiết kế

4.3.1

Đề xuất ph ơng án bố trí

đỡ khí tĩnh ....................................................................... 60
khí tĩnh .................................................................. 61

vii


4.3.2

Đề xuất kết cấu đỡ khí tĩnh ............................................................................ 62

4.3.2

Đề xuất kết cấu chặn khí tĩnh ......................................................................... 64

Chư ng 5: Thi t K

Khí Tĩnh ................................................................................. 66

5.1

Thiết kế

đỡ ..................................................................................................... 67

5.2

Tính toán

chặn ............................................................................................... 77

Chư ng 6: Ch T o, Thử Nghiệm VƠ Đánh Giá ...................................................... 82
6.1

Chế t o và lắp ráp

khí .................................................................................... 82

6.1.1

Quá trình chế t o ............................................................................................... 82

6.2

Dụng cụ hỗ trợ thí nghiệm và kiểm tra ............................................................. 86

6.3

Quá trình thử nghiệm ........................................................................................ 88

6.3.1

Thử nghiệm chặn khí tĩnh .............................................................................. 88

6.3.2

Thử nghiệm đỡ khí tĩnh.................................................................................. 89

Chư ng 7: K t lu n và ki n nghị ................................................................................ 91
7.1

Kết luận ............................................................................................................. 91

7.2

Kiến nghị ........................................................................................................... 91

Tài Liệu Tham Kh o ..................................................................................................... 98

viii


DANH SÁCH CÁC T
CMM:

Coordinate Measuring Machine

VAWT: Vertical Axis Wind Turbine
HAWT: Hozirontal Axis Wind Turbine
LCC:

Load Carrying Capacity

MGV:

Maximum Gas Velocity

MFR: Mass Flow Rate

ix

VI T T T


DANH SÁCH CÁC B NG
B ng 3.1:

Giá trị Kgo tối u t i các giá trị khác nhau của  ...................................... 52

B ng 5.2:

nh h ởng của chiều dài lỗ cấp khí ........................................................... 75

x


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Một s

cơ điển hình ................................................................................... 5

Hình 2.2: Hình nh thực tế của

lă ............................................................................. 6

Hình 2.3: Kết cấu lăn ................................................................................................. 6
Hình 2.4: Các lo i

lăn ............................................................................................... 8

Hình 2.5 : Một s lo i ỏrượỏ ỏhường dùng .................................................................. 9
Hình 2.6: Kết cấu ỏrượt .............................................................................................. 9
Hình 2.7: Các d ng
hình 2.8:

Hình d ng

Hình 2.9: Kết cấu của

ỏrượt......................................................................................... 10
từ trong thực tế ...................................................................... 12
từ .......................................................................................... 12

Hình 2.10: Hình d ng của thủỔ ỏĩnh .......................................................................... 14
Hình 2.11: Kết cấu thủỔ ỏĩnh ...................................................................................... 14
Hình 2.12: Kết cấu của

khí ........................................................................................ 17

Hình 1.13: B trí các lỗ cấp khí................................................................................... 18
Hình 1.14 : Đường cong phân b áp suất .................................................................... 19
Hình 1.15: Hình nh thực tế của
Hình 2.16:

khí ỏĩnh .................................................................. 19

khí động .................................................................................................. 20

Hình 2.17: Hình d ng

khí ỏĩnh hình cầu .................................................................... 20

Hình 2.18: Độ chính ồác đ ỏ được t i 600 vòng/phút .................................................. 21
Hình 2.19: Sơ đ thí nghiệm ......................................................................................... 21
Hình 2.20:

chặn khí ỏĩnh ........................................................................................... 22

xi

Hình 2.21: Mô hình thực nghiệm .................................................................................. 22
Hình 3.1: Tua-bin đón gió ỏừ phía saỐ ....................................................................... 24
Hình 3.2: Tua-bin đón gió ỏừ phía ỏrước .................................................................... 24
Hình 3.3: CấỐ ỏ o của ỏỐa-bin gió ỏrục ngang ........................................................... 25
Hình 3.4: MaỔơ của hệ ỏh ng cánh ............................................................................ 27
Hình 3.5: Mộỏ s hình d ng ốà đường kính cách qỐ ỏ ............................................... 28
Hình 3.6: Những biên d ng cánh khác nhaỐ của cánh qỐ ỏ ...................................... 28
Hình 3.7: Tua-bin gió ỏrục ngang sử dụng ỏrong ỏhực ỏế ........................................... 29
Hình 3.8: CấỐ ỏ o của mộỏ ỏỐa-bin gió ỏrục đứng điển hình ...................................... 30
Hình 3.9: ảai kiểỐ ỏỐa-bin gió ỏrục đứng điển hìn ..................................................... 32
Hình 3.10: Tua-bin gió Savonius .................................................................................. 32
Hình 3.11: Tua-bin gió Darrieus .................................................................................. 34
Hình 3.12:

ng động lực học Beổỏ ỏrong điều kiện lý ỏưởng ........................................ 36

Hình 3.13: Lực ỏác dụng lên cánh ................................................................................ 40
Hình 3.14: Ảiá ỏrị c n gió của mộỏ s hình d ng hình học .......................................... 42
Hình 3.15: Dòng ch y của chất khí giữa các tấm song song ....................................... 43
Hình 3.16:

chặn có một lỗ cấp khí ở tâm .................................................................. 45

Hình 3.17:

chặn hình khuyên có nhiều lỗ cấp khí .................................................... 47

Hình 3.18: M i quan hệ giữa cD và K .......................................................................... 49

Hình 3.19: Phân b áp suất trong

khí ....................................................................... 50

Hình 3.20: M i quan hệ giữa kh năng chịu t i và tỉ s lệch tâm ............................... 51
Hình 3.21: M i quan hệ giữa Kgo và kh năng chịu t i ............................................... 51

xii


Hình 3.22: Các lo i lỗ cấp khí ...................................................................................... 52
Hình 4.1: Ý ỏưởng ỏhiếỏ kế máỔ pháỏ điện gió ỏrục đứng công sỐấỏ nh ..................... 57
Hình 4.2: Kết cấu máỔ pháỏ điện gió ỏrục đứng công sỐấỏ nh .................................. 57
Hình 4.3: Sơ đ phân ỏích lực ỏác động lên ỏrục roỏor ốà ........................................ 58
Hình 4.4: Các ỏhông s ỏhiếỏ kế cơ b n ...................................................................... 59
Hình 4.5: MáỔ pháỏ điện gió ỏrục đứng công sỐấỏ nh hoàn chỉnh ............................ 59
Hình 4.6: Phương án b ỏrí

khí ỏĩnh ........................................................................ 61

Hình 4.7: Kếỏ cấỐ

đỡ khí ỏĩnh Phương án1 .............................................................. 62

Hình 4.8: Kếỏ cấỐ

đỡ khí ỏĩnh Phương án 2 ............................................................. 62

Hình 4.9: Kếỏ cấỐ

đỡ khí ỏĩnh Phương án 3 ............................................................. 63

Hình 4.10: Hai lo i

chặn điển hình ........................................................................... 64

Hình 4.11:

chặn có trục xuyên qua ............................................................................ 64

Hình 5.1: Các ỔếỐ ỏ ỏương ỏác ỏrong ỏhiếỏ kế

khí ................................................... 65

Hình 5.2: M i quan hệ giữa đường kính lỗ cấp khí và tỉ lệ L/D ................................ 66
Hình 5.3: M i quan hệ giữa đường kính lỗ cấp khí t i ưỐ ốà khe hở......................... 67
Hình 5.4: Vị ỏrí đặt lỗ cấp khí ..................................................................................... 68
Hình 5.5: M i quan hệ giữa CL và vị ỏrí đặt lỗ cấp khí .............................................. 69
Hình 5.6:

nh hưởng của s lỗ cấp khí mỗi hàng tới kh năng ỏ i ............................ 70

Hình 5.7:

nh hưởng của đường kính lỗ cấp khí tới s lượng lỗ ............................... 70

Hình 5.8:

nh hưởng của chiều dài

Hình 5.9:

nh hưởng của khe hở giữa tới t i trọng .................................................... 72

tới kh năng ỏ i .............................................. 71

Hình 5.10: M i qỐan hệ giữa áp sỐấỏ cấp, đường kính lỗ cấp khí ỏới độ cứng ............ 72

xiii


Hình 5.11: M i qỐan hệ giữa áp sỐấỏ cấp ốà kh năng ỏ i .......................................... 73
Hình 5.12: M i qỐan hệ giữa khe hở ốà độ cứng của ............................................... 73
Hình 5.13. Các ỏhông s lỗ cấp khí .............................................................................. 74
Hình 5.14: M i qỐan hệ giữa L, D ốà lưỐ lượng dòng khí ........................................... 76
Hình 5.15: M i quan hệ giữa đường kính lỗ cấp khí và tỉ lệ áp suất ........................... 76
Hình 5.16 : M i qỐan hệ giữa ỏỉ lệ b/a ốà CL ................................................................ 78
Hình 5.17: M i qỐan hệ giữa đường kính lỗ cấp khí ốà khe hở ốà ỏỉ lệ b/a ................. 79
Hình 5.18: M i qỐan hệ giữa đường kính lỗ cấp khí ốà s lỗ ...................................... 80
Hình 5.19: Các ỏhông s cơ b n của

chặn ................................................................ 80

Hình 5.20: LưỐ lượng dòng khí cấp.............................................................................. 81
Hình 6.1: Mô hình

khí ỏĩnh được thiết kế ban đầu ................................................... 82

Hình 6.2: Chế t o

đỡ khí ỏĩnh ................................................................................ 83

Hình 6.3: Tấm phẳng liên kết với trục chính .............................................................. 84
Hình 6.4: Chế t o chặn ............................................................................................ 84
Hình 6.5: Trục chính ................................................................................................... 85
Hình 6.6: Lỗ cấp khí ................................................................................................... 85
Hình 6.7: Đầu n i khí ................................................................................................. 86
Hình 6.8:

khí sau khi lắp ráp .................................................................................. 86

Hình 6.9: Thiết bị đo lưỐ lượng .................................................................................. 86
Hình 6.10: Thiết bị đo ốà điều chỉnh áp suất ............................................................... 87
Hình 6.11: Đ ng h so mytast 1/1000 ......................................................................... 87
Hình 6.12: Mô hình thử nghiệm .................................................................................... 88

xiv


Hình 6.13: Kiểm nghiệm sự ho ỏ động của chặn ....................................................... 89
Hình 6.14: Kiểm nghiệm sự ho ỏ động của đỡ ........................................................... 90
Hình 6.15: Kiểm nghiệm sự ho ỏ động của hệ th ng .................................................... 91

xv


Ch ơng 1

M

Đ U

1.1 Khái quát chung
Trong các máy móc có chuyển động t ơng đối,

trục là một bộ phận r t quan

trọng giúp cho các trục có thể thực hiện các chuyển động quay hoặc tịnh tiến một cách
dễ dàng nh gi m thiểu đ ợc ma sát. Trong thực tiễn,

trục có r t nhiều lo i nh ng có

thể chia làm hai lo i là có tiếp xúc và không có tiếp xúc. Lo i có tiếp xúc ph biến là
các lo i

lăn cơ khí,

tr ợt cơ khí,…. với chức năng đỡ trục khi chuyển động quay

hoặc tịnh tiến hoặc chức năng chặn chuyển động theo chiều dọc trục. Các lo i

cơ khí

này đang đ ợc sử dụng r t rộng rãi trong công nghiệp cũng nh đ ợc ứng dụng trong
các s n phẩm gia dụng. Lo i

trục không có tiếp xúc là các lo i

khí,

thuỷ lực,

từ,

hỗn hợp,…
Khác với các lo i

trục cơ khí,

khí sử dụng áp lực của khí nén áp su t cao để

nâng/chặn trục khi thực hiện chuyển động quay hay tịnh tiến mà không có sự tiếp xúc
giữa phần tĩnh và phần động. Do vậy,

khí ứng dụng trong các thiết bị, máy móc yêu

cầu độ chính xác cao đ ợc xem là một công nghệ tiên tiến và thân thiện với môi
tr

ng. Các lo i

khí có một vai trò lớn trong việc nâng cao tốc độ quay cho các trục

và có thể ho t động đ ợc trong những môi tr
dụng

ng đặc biệt mà các hệ truyền động sử

trục cơ khí không thể làm việc hoặc làm việc với chi phí b o d ỡng cao. Những

nghiên cứu về

khí th

Pháp, Đức,… Ngày nay,

ng tập trung chủ yếu t i các n ớc phát triển nh Nhật, Mỹ,
khí cũng đang là v n đề đ ợc nhiều quốc gia quan tâm nh

Trung Quốc, Hàn Quốc, Đài Loan, cộng hòa Séc,...
Do tính phực t p cũng nh yêu cầu cao trong việc chế t o nên các lo i
đ ợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Hiện nay,

-1-

này ch a

khí đ ợc sử dụng chủ yếu trong


các máy đo hoặc các máy yêu cầu độ chính xác r t cao (nh các máy CNC chính xác
cao, máy mài siêu tinh xác,…) và đang đ ợc nghiên cứu để hoàn thiện.
1.2 Tính c p thi t của đề tài
Cùng với xu h ớng phát triển của nền công nghiệp hóa hiện nay, các thiết bị máy
móc hiện đ i cần thực hiện đ ợc tốc độ vòng quay lớn, n định, độ chính xác truyền
động cao; hoặc có thể làm việc trong các môi tr

ng khắc nghiệt nh : nhiệt độ r t cao

hoặc r t th p, áp su t làm việc cao, gi m thiểu tiêu hao công su t do ma sát; hoặc yêu

cầu không đ ợc rò rỉ dầu bôi trơn vào s n phẩm nh trong lĩnh vực l ơng thực thực
phẩm…
Với sự định h ớng đó, đề tài “ Nghiên cứu kh năng ứng dụng

khí ỏĩnh ỏrong

máỔ pháỏ điện gió công suất nh ” đư đ ợc triển khai với mục đích tăng hiệu su t phát
điện của máy phát điện gió thông qua biện pháp làm gi m ma sát lăn của trục quay khi
sử dụng

khí tĩnh. Từ đó, giúp máy phát điện gió có thể ho t động với vận tốc gió nhỏ

đ a đến kh năng ứng dụng trong thực tiễn cao.
1.3. ụ nghĩa khoa học và thực ti n của đề tài
Ý nghĩa ỏhực tiễn
khí đang là v n đề nghiên cứu mới
nghiên cứu liên quan đến

Việt Nam. Có r t ít các công trình

khí trong những năm gần đây

Việt Nam.

khí giúp nâng

cao hiệu su t cho các hệ truyền động nh gi m thiểu đ ợc ma sát trong

nên gi m

thiểu kh năng gây ra rung động do ma sát giữa phần quay (ngõng trục), phần tĩnh
(phần đỡ), cho phép nâng cao độ chính xác truyền động của các thiết bị máy móc, đáp
ứng đ ợc yêu cầu của những máy móc vận hành với số vòng quay lớn.
Nghiên cứu về

khí tĩnh giúp chúng ta tự chủ đ ợc công nghệ, gi m sự phụ

thuộc vào n ớc khác và tiết kiệm chi phí một cách đáng kể.
Ý nghĩa khoa học
Phân tích, t ng hợp, xây dựng đ ợc cơ s lý thuyết về tính toán, thiết kế
Đề xu t đ ợc kết c u

khí có kh năng ứng dụng trong công nghiệp.

-2-

khí.


Tính toán, mô phỏng, xác định kết c u

khí tĩnh thử nghiệm cho máy phát điện

gió trục đứng công su t nhỏ.
Đề xu t ph ơng pháp tính toán, mô phỏng, thiết kế một

khí công nghiệp.

Từ kết qu của đề tài này sẽ làm cơ s nền t ng cho những đề tài tiếp theo nhằm
phát triển và hoàn thiện hơn về

1.4

khí.

M c tiêu nghiên c u của đề tài
Nghiên cứu, xây dựng cơ s lý thuyết tính toán, thiết kế
Nghiên cứu ứng dụng

khí tĩnh để thay thế cho các

khí.

lăn truyền thống sử dụng

trong máy phát điện gió công su t nhỏ.
Thử nghiệm kh năng sử dụng khí tĩnh vào công nghiệp trên diện rộng.
1.5 Đối tư ng và ph m vi nghiên c u
Đ i ỏượng nghiên cứu
Các lo i trục th

ng sử dụng trong công nghiệp nh

khí tĩnh và các lo i

lăn,

chặn;

có liên quan;

Máy phát điện gió (tua-bin gió) trục đứng công su t nhỏ.
Ph m vi nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu về:
khí tĩnh (có ngu n áp bên ngoài cung c p)
Tính toán, thiết kế và chế t o thử nghiệm

khí tĩnh cho tua-bin gió trục đứng

công su t nhỏ.
1.6. Phư ng pháp nghiên c u
Cơ sở phương pháp lỐận
Dựa vào các định luật, ph ơng trình của ch t khí để tìm hiểu dòng ch y của
ch t khí và các yếu tố tác động đến dòng ch y của ch t khí.
Tìm hiểu các ph ơng pháp sinh áp cao, truyền dẫn c p khí và hệ thống lỗ c p

-3-


Xác định các thông số hình học, vật liệu… Của
yếu tố đó đến sự ho t động của

khí tĩnh và nh h

ng của các

khí tĩnh.

Thiết kế, chế t o thử nghiệm khí tĩnh.
Nghiên cứu bằng thực nghiệm.
1.7 Bố c c của đề tài

Đề tài đ ợc chia làm 6 ch ơng với các nội dung nh :
Lý do chọn đề tài, tính c p thiết, ý nghĩa khoa học – thực tiễn, đối t ợng, ph m
vi và mục tiêu nghiên cứu đ ợc trình bày trong ch ơng 1.
Ch ơng 2 trình bày t ng quan về

trục và ứng dụng của các lo i

nghiên cứu trong và ngoài n ớc liên quan đến

trục. Các

khí tĩnh, đến đề tài và các định h ớng

nghiên cứu.
Cơ s lý thuyết về năng l ơng gió, cơ s tính toán hệ thống tua-bin gió trục
đứng công su t nhỏ; cơ s lý thuyết về
kế

khí tĩnh đ ợc giới thiệu
Ch ơng 4 nêu các ý t

công su t nhỏ, kết c u

khí tĩnh, hệ thống công thức để tính toán, thiết

ch ơng 3.
ng và gi i pháp thiết kế máy phát điện gió trục đứng

khí tĩnh dùng cho máy phát điện gió trục đứng công su t nhỏ.

Thiết kế các thông số của

khí, các mối quan hệ, những sự nh h

thông số, giữa các thông số đến kh năng ho t động của

ng giữa các

khí đ ợc thể hiện trong

tr ơng 5.
Ch ơng 6 đề cập đến các kết qu chế t o thử nghiệm
nghiệm trên thực tế và kết qu phân tích đánh giá.

-4-

khí tĩnh, các thực


Ch ơng 2

T NG QUAN V

TR C

trục là một chi tiết máy đ ợc dùng ph biến trong nhiều lo i máy móc, thiết bị,
hệ thống s n xu t,… Các

trục giúp cho các trục có thể thực hiện chuyển động quay

hoặc tịnh tiến một cách dễ dàng nh gi m thiểu đ ợc ma sát, qua đó nâng cao hiệu su t
sử dụng của máy móc, thiết bị.

trục có nhiều lo i nh

cơ,

từ,

thuỷ,

khí và các

lo i kết hợp,….
2.1

c
cơ là một lo i

trục với các phần tử truyền động là các phần tử cơ khí.

cơ là

một bộ phận của gối trục có nhiệm vụ tiếp nhận các t i trọng từ nhiều h ớng tác động
tới và giữ cho trục quay hoăc tịnh tiến một cách n định.

cơ th

ng đ ợc phân lo i

theo đặc tính ho t động hoặc theo d ng ma sát,… Trong thực tế th

ng đ ợc phân lo i

theo d ng ma sát và đ ợc chia thành các lo i nh :

Hình 2.1: Một s
2.1.1

lăn,

tr ợt.

cơ điển hình

lăn (Rolling Bearing)

lăn là một d ng của

cơ (hình 2.2), đây là cơ c u cơ khí giúp gi m thiểu lực

ma sát bằng cách chuyển ma sát tr ợt của hai bộ phận tiếp xúc nhau khi chuyển động

-5-


thành ma sát lăn giữa các con lăn hoặc viên bi đ ợc đặt cố định trong một khung hình
khuyên.

lăn

Trong

một số thiết bị khác còn đ ợc gọi là vòng bi hay bi [1].
lăn, t i trọng từ trục truyền tới gối ph i qua các con lăn. nh có con lăn

cho nên ma sát sinh ra trong

là ma sát lăn.

Hình 2.2: Hình nh thực tế của

lăn

2.1.1.1 K t c u
lăn th

ng g m bốn bộ phận chính: vòng ngoài (1), vòng trong (2), con lăn (3),

và vòng cách (4) (hình 2.3).

1-Vành ngoài; 2-Vòng trong; 3-Con lăn; 4-Vòng cách

Hình 2.3: Kết cấu lăn [3]
Vòng trong (2) và vòng ngoài (1) th

ng có rãnh, vòng trong (2) lắp với ngõng

trục, vòng ngoài (1) lắp với gối trục (vỏ máy, thân máy). Th

-6-

ng chỉ vòng trong (2)


cùng quay với trục còn vòng ngoài (1) đứng yên, nh ng cũng có khi vòng ngoài (1)
quay cùng trục còn vòng trong (2) đứng yên (nh

lăn trong bánh xe của các lo i ô tô

– máy kéo).
Con lăn (3) có thể là bi hoặc đũa lăn trên rưnh lăn. Rưnh có tác dụng gi m bớt ứng
su t tiếp xúc của bi, h n chế bi di động dọc trục.
Vòng cách (4) giữ cho hai con lăn kề nhau cách nhau một kho ng cố định, nếu
không chúng có thể tiếp xúc nhau và làm cho con lăn bị mài mòn r t nhanh.
2.1.1.2 Phân lo i lăn
lăn chủ yếu đ ợc chia thành các nhóm theo các tiêu chí sau [3]:
- Dựa vào kh năng chịu lực h ớng tâm hay h ớng trục hoặc c hai:
chặn,

chặn,

- Theo số dưy con lăn có thể chia thành
lo i

đỡ

chặn đỡ (hình 2.4a).

- Theo hình d ng con lăn có thể chia thành

- Theo cỡ đ

đỡ,

ng kính ngoài của

bi và

đũa (hình 2.4b).

một dãy, hai dãy, bốn dãy (hình 2.4c).

lăn (có cùng đ

ng kính trong) chia ra các

lăn cỡ đặc biệt nhẹ, r t nhẹ, nhẹ, trung bình và nặng.

- Theo cỡ chiều rộng

a)

chặn và

lăn đ ợc chia ra:

đỡ

hẹp,

bình th

b)

-7-

ng,

bi,

rộng,

đũa

r t rộng.


c)

hai dãy và

d)

b n dãy

kim và tự lựa

Hình 2.4: Các lo i lăn
2.1.1.3

u như c điểm và ph m vi ng d ng

lăn có r t nhiều u điểm nh :
Hệ số ma sát nhỏ, mô men c n sinh ra khi m máy cũng ít hơn so với

tr ợt

do đó hiệu su t tăng lên và nhiệt sinh ra ít. Ngoài ra hệ số ma sát t ơng đối n định (ít
chịu nh h

ng của vận tốc) cho nên có thể dùng

lăn làm việc với vận tốc r t th p.

Chăm sóc và bôi trơn đơn gi n, ít tốn vật liệu bôi trơn, có thể dùng mỡ bôi
trơn.
Kích th ớc chiều rộng

lăn nhỏ hơn chiều rộng

tr ợt có cùng đ

ng kính

ngõng trục.
Mức độ tiêu chuẩn hóa và tính lắp lẫn cao, do đó thay thế thuận tiện, giá thành
chế t o t ơng đối th p khi s n xu t lo t lớn [3].
Tuy nhiên

lăn cũng có nh ợc điểm nh :

Kích th ớc h ớng kính lớn.
Lắp ghép t ơng đối khó khăn.
Làm việc có nhiều tiếng n, kh năng gi m ch n kém.
Lực quán tính tác dụng lên các con lăn khá lớn khi làm việc với vận tốc cao.
Giá thành t ơng đối cao nếu s n xu t với số l ợng ít

-8-


lăn đ ợc dùng ph biến trong r t nhiều lo i máy: máy cắt kim lo i, máy điện, ô
tô, máy bay, máy kéo, máy nông nghiệp, cần trục, máy xây dựng, trong hộp gi m tốc,
trong các cơ c u máy,…
trư t (Plain Bearing)

2.1.2

tr ợt, t ơng tự nh
Thông th

lăn, là một d ng của

ng thì trục quay còn

trên bề mặt của

trục dùng để đỡ các chi tiết quay.

đứng yên nên khi làm việc bề mặt ngõng trục tr ợt

tr ợt và ma sát sinh ra trên bề mặt làm việc là ma sát tr ợt [2].

Hình 2.5 : Một s lo i

ỏrượỏ ỏhường dùng

2.1.2.1 K t c u
Kết c u

tr ợt khá đơn gi n bao g m: thân

(1), lót

(2) và rãnh chứa dầu (3)

(hình 2.6 a).

1-Thân ; 2-Lót ; 3-Rãnh chứa dầu; 4-Lót
a) nguyên kh i

Hình 2.6: Kết cấu

-9-

phía trên; 5-Lót phía dưới;
b) rời

ỏrượt [2]

Thân

có thể liền với thân máy. Tùy vào kết c u của thân

nguyên khối (hình 2.6 a) hoặc
các chi tiết nguyên;
đ ợc nối với nắp

r i (hình 2.6 b).

và ống lót là

nguyên khối có thân

và ống lót là hai chi tiết r i: thân

r i (hình 2.6 b) có thân

(2) bằng mối ghép bulông (3). Lót

và phần trên (4). Cũng có thể sử dụng lót

có thể chia ra
(1)

g m hai phần: phần d ới (5)

g m nhiều m nh r i ghép l i.

2.1.2.2 Phân lo i trư t

tr ợt chủ yếu đ ợc phân lo i theo các tiêu chí sau:
Theo kh năng chịu t i bao g m các lo i:
(hình 2.7e),

tr ợt đỡ (hình 2.7a, c),

tr ợt chặn

tr ợt đỡ chặn (hình 2.7b, d).

Theo hình d ng bề mặt làm việc g m: mặt trụ (hình 2.7a), mặt cầu (hình 2.7b),
mặt nón (hình 2.7c) , mặt phẳng (hình 2.7e, f).
Theo kết c u chia ra

nguyên khối và

a)

d)

2.1.2.3
So với

ghép (hình 2.6).

b)

e)
Hình 2.7: Các d ng ỏrượt [4]

u như c điểm và ph m vi ng d ng
lăn thì

tr ợt có những u điểm:

- 10 -

c)

f)


Làm việc có độ tin cậy cao khi vận tốc lớn mà khi đó

lăn sẽ có tu i thọ th p.

Chịu đ ợc t i trọng động và va đập nh vào kh năng gi m ch n của màng dầu
bôi trơn.
Kích th ớc h ớng kính t ơng đối nhỏ.
Làm việc êm.
Khi trục quay chậm có kết c u đơn gi n.
Tuy nhiên

tr ợt cũng có những nh ợc điểm nh :

Yêu cầu chăm sóc b o d ỡng th

ng xuyên, chi phí lớn về dầu bôi trơn.

T n th t lớn về ma sát khi m máy, dừng máy và khi bôi trơn không tốt [2].

tr ợt ít đ ợc sử dụng hơn

Hiện nay trong ngành chế t o máy
trong một số tr

ng hợp d ới đây dùng

lăn, tuy nhiên

tr ợt có nhiều u điểm hơn:

Khi trục quay với vận tốc r t cao, nếu dùng

lăn, tu i thọ của

Khi yêu cầu ph ơng của trục ph i r t chính xác.

sẽ th p.

tr ợt g m ít chi tiết nên dễ

chế t o chính xác cao và có thể điều chỉnh đ ợc khe h .
Trục có đ

ng kính khá lớn (đ

ng kính ≥ 1m), trong tr

ng hợp này nếu

dùng lăn, việc chế t o sẽ r t khó khăn.
Khi cần ph i dùng
Khi
tr

ghép để dễ tháo lắp.

ph i làm việc trong những điều kiện đặc biệt (trong n ớc, trong các môi

ng ăn mòn m nh,…), vì có thể

tr ợt có thể đ ợc chế t o bằng các vật liệu nh

cao su, gỗ, ch t dẻo,… thích hợp với môi tr

ng làm việc.

Khi có t i trọng va đập và dao động,

tr ợt làm việc tốt nh kh năng gi m

ch n của màng dầu.
Trong các cơ c u có vận tốc th p, không quan trọng, rẻ tiền.
2.2

t (Magnetic Bearing)

từ (hình 2.8) là một lo i

trục có kh năng nâng không tiếp xúc, các trục

- 11 -


chuyển động nh vào lực từ tr

ng [1].

Hình 2.8 : Hình d ng của

từ trong thực tế

2.2.1 K t c u
từ có c u t o t ơng tự nh một động cơ điện, tuy nhiên thay vì t o ra mômen
xoắn để quay rotor nó l i t o ra một lực để nâng rotor [1].
C m biến
kho ng cách

Stator

Hệ thống
điều khiển

Rotor

Ngu n dòng

Hình 2.9: Kết cấu của
từ có kết c u g m 3 bộ phận chính:
Vòng ngoài và các cuộn dây (stator);

Hệ thống các c m biến;
Hệ thống điều khiển.

- 12 -

từ [1]


2.2.2 Nguyên lý ho t động
Khi c p điện vào các cuộn dây của stator, thì các cuộn dây sẽ sinh ra một lực điện
từ, và chính lực điện từ này nâng ngõng trục (rotor) quay không tiếp xúc với stator.
Khe h t o thành khi nâng rotor cách stator một kho ng thông th

ng là 0,5 – 2 mm.

Các c m biến không tiếp xúc sẽ đo độ sai lệch giữa vị trí ta mong muốn với vị trí thực
của rotor và cung c p tín hiệu tới bộ điều khiền để hiệu chỉnh khe h theo mong muốn
bằng cách điều chỉnh điện áp vào từng cuộn dây [1].
u như c điểm và ph m vi ng d ng

2.2.3

Do giữa trục quay và phần tĩnh không tiếp xúc với nhau nên
điểm mà

từ có nhiều u

cơ không có đ ợc nh :

Không có hao mòn khi vận hành do phần quay không tiếp xúc với b t kỳ bộ

phận nào.
Tăng hiệu su t của truyền động nh chuyển động không có ma sát.
Thân thiện với môi tr

ng do không có bộ phận bôi trơn.

Kh năng làm việc với tốc độ cao.
Kh năng lo i bỏ các rung động khi chuyển động.
Kh năng làm việc trong các môi tr
Tuy nhiên
từ th

ng khắc nghiệt.

từ cũng có nh ợc điểm là bộ điều khiển phức t p, giá thành cao.

ng đ ợc dùng trong các hệ thống truyền động và máy phát điện,… Yêu cầu

b o d ỡng

trục th

ng xuyên. Trong các dây chuyền chế biến thực phẩm và d ợc

phẩm, các thiết bị làm việc trong các điều kiện môi tr

ng đặc biệt nh là nhiệt độ r t

cao và r t th p cũng nh là trong điều kiện chân không, bôi trơn

cơ luôn là v n đề

khó khăn [1].
2.3

thủy (Fluid Bearing)

thủy dùng áp lực của lớp dung dịch bôi trơn (th
tiếp xúc của trục và

nhằm làm gi m ma sát trong ,

- 13 -

ng là dầu) để ngăn cách sự

thuỷ th

ng đ ợc chia thành 2


thuỷ tĩnh và

lo i:

thuỷ động. Các lo i

thuỷ th

ng đ ợc sử dụng trong các máy

đòi hỏi truyền động chính xác cao, vận tốc lớn.
thuỷ tĩnh (Hydrostatic Bearing)

2.3.1

thủy tĩnh là lo i

làm việc

chế độ bôi trơn ớt có đặc điểm cơ b n là trong

quá trình làm việc ngõng trục luôn luôn đ ợc đặt trên một đệm dầu có áp lực cao. Quá
trình ho t động không có hiện t ợng tiếp xúc trực tiếp giữa trục và b c, ma sát giữa các
lớp dầu r t nhỏ có hệ số ma sát kho ng 1.10-5 – 6.10-5. Chính đặc điểm này đư nâng cao
tu i thọ và độ tin cậy của thiết bị (hình 2.10) [5].

Hình 2.10: Hình d ng của
Kết c u

thủy tĩnh khác hẳn các lo i

tr ợt,

thủỔ ỏĩnh
lăn. Trên

đ ợc khoét những

bu ng chứa đựng dầu có áp su t làm việc cao, hình d ng các bu ng quyết định chế độ

làm việc của

a)

và chia làm hai lo i chính:

thủy ỏĩnh chỉ chịu lực dọc trục

đỡ thủy tĩnh và

b)

Hình 2.11: Kết cấu

- 14 -

chặn thủy tĩnh.

thủỔ ỏĩnh chịu lực dọc trục ốà hướng kính

thủỔ ỏĩnh [5]