Thiết kế chế tạo mô hình thí nghiệm đo rung động và nhiệt độ phục vụ bảo trì phòng ngừa ổ lăn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

------------------------

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM ĐO RUNG ĐỘNG
VÀ NHIỆT ĐỘ PHỤC VỤ BẢO TRÌ PHỊNG NGỪA

Sinh viên thực hiện:

Giáo viên hướng dẫn:
T.S: Nguyễn Hữu Thật

1. NGƠ VĂN CƠNG
2. NGUYỄN MINH THÀNH

Lớp 57 – CTM

i
KHÁNH HỊA - NĂM 2018


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn khóa học
của em, thầy giáo TS. Nguyễn Hữu Thật, người đã tận tình chỉ bảo, động viên và giúp
đỡ cho em rất nhiều trong suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp.
Đồng thời em cũng xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Nha
Trang, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực
hiện đề tài này.

Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè đã động viên giúp đỡ
em trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và hoàn thành đề tài.
Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một học viên, luận
văn này khơng thể tránh được những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng
góp ý kiến của các thầy cơ để tơi có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức của mình, phục
vụ tốt hơn công tác thực tế sau này.
Xin trân trọng cảm ơn!

ii


MỤC LỤC

Trang

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ................................................................. VI
DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................... XI
MỞ ĐẦU........................................................................................................1
1. GIỚI THIỆU ..............................................................................................1
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI .........................................................................3
3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ...........................................3
4. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ......................................................................... 5
1.1. GIÁM SÁT TÌNH TRẠNG NĨI CHUNG ............................................................... 5
1.1.1 Khái niệm cơ bản về giám sát và bảo trì thiết bị [3] .............................................. 5
1.1.2 Các thành phần cơ bản của giám sát tình trạng thiết bị .......................................... 6
1.1.3 Các kỹ thuật giám sát tình trạng .............................................................................. 7
1.1.3.1 Nhiệt độ và kỹ thuật giám sát tình trạng trên cơ sở yếu tố nhiệt độ .................... 7
1.1.3.2 Rung động và kỹ thuật giám sát tình trạng trên cơ sở yếu tố rung động. ............ 9
1.1.3.3 Giám sát tình trạng trên cơ sở phân tích âm thanh ........................................... 15

1.1.3.4 Theo dõi và phân tích dầu bơi trơn .................................................................... 16
1.1.3.5 Kỹ thuật siêu âm ut (ultrasonic testing) ............................................................. 17
1.2. MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ Ổ LĂN .............................................................................. 20
1.2.1 Cấu tạo của ổ lăn [5] ............................................................................................. 20
1.2.2 Phân loại ................................................................................................................ 20
1.2.3 Ưu nhược điểm của ổ lăn [2] ................................................................................ 23
1.2.4 Điều kiện làm việc của ổ lăn ................................................................................. 23
1.2.5 Các dạng hỏng thường gặp của ổ lăn [1] .............................................................. 24

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ CHI TIẾT............................................................29
2.1 XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ ............................................................................................. 29
2.2 ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN ............................................................................. 29
2.3 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG ................................................................ 30
iii


2.4 KIỂM TRA CÁC PHƯƠNG ÁN............................................................................ 31
2.5 RA QUYẾT ĐỊNH LỰA CHỌN ............................................................................ 34
2.6 THIẾT KẾ MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM ..................................................................... 35
2.7 THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN .................................................................................... 35
2.7.1 Phân phối tỉ số truyền động ................................................................................... 35
2.7.2 Thiết kế bộ truyền động bánh răng ....................................................................... 36
2.7.3 Thiết kế trục .......................................................................................................... 40
2.8 LỰA CHỌN Ổ LĂN ................................................................................................ 47
2.9 THIẾT KẾ BÁNH LỆCH TÂM .............................................................................. 51
2.10 THIẾT KẾ NẮP CHẶN LỚN (CÓ ĐẦU RA) ...................................................... 52
2.11 THIẾT KẾ NẮP CHẶN NHỎ (ĐẦU BÍT) ........................................................... 53
2.12 CÁC CHI TIẾT LIÊN QUAN ĐẾN MƠ HÌNH.................................................... 53
2.12.1 Nút thơng hơi ...................................................................................................... 53
2.12.2 Nút thốt dầu ....................................................................................................... 53

2.13 CHẾ TẠO THIẾT BỊ ............................................................................................. 54
2.14 GIA CÔNG CÁC CHI TIẾT.................................................................................. 54

CHƯƠNG 3. THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH THÍ NGHIỆM ................. 60
3.1 THIẾT LẬP CƠNG CỤ PHỤC VỤ THÍ NGHIỆM................................................ 60
3.1.1 Các trang thiết bị thí nghiệm đo rung động [10] ................................................... 60
3.1.2 Lắp đặt thiết bị thực nghiệm ................................................................................. 67
3.2 XÁC ĐỊNH ĐẶT TÍNH TẦN SỐ HƯ HỎNG CỦA Ổ BI. .................................... 70
3.3 THỰC NGHIỆM GIÁM SÁT TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC Ổ LĂN....................... 72
3.3.1 Giám sát tình trạng làm việc ổ lăn khi hoạt động bình thường ............................. 73
3.3.2 Giám sát tình trạng làm việc ổ lăn khi hoạt động có tải trọng .............................. 85
3.4 CÁC TRANG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ĐO NHIỆT ĐỘ ...................................... 95
3.4.1 Lắp đặt thiết bị thực nghiệm ................................................................................. 95
3.4.2 Tiến hành thí nghiệm ............................................................................................ 96

CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG CÁC BÀI THỰC HÀNH ..............................104
4.1 THỰC HÀNH ĐO RUNG ĐỘNG VÀ NHIỆT ĐỘ .............................................. 104
iv


4.1.1 Xây dựng bài thực hành đo rung động ................................................................ 104
4.1.2 Xây dựng bài thực hành đo nhiệt độ ................................................................... 109
4.2 XÂY DỰNG BÀI THỰC HÀNH CÂN CHỈNH ĐỘ ĐỒNG TÂM ..................... 113
4.2.1 Cân chỉnh khớp nối mềm. ................................................................................... 113

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................117
5.1 KẾT LUẬN ............................................................................................................ 117
5.2 KIẾN NGHỊ ........................................................................................................... 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................... 119

v


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Phân loại bảo trì ............................................................................................... 6
Hình 1.2. Ảnh so sánh nhiệt của hai động cơ đo bằng tia hồng ngoại [1].......................7
Hình 1.3. Kiểm tra nhiệt độ gối đỡ gu-ly và vòng bi của máy bơm đứng ......................8
Hình 1.4. Đo và phân tích rung động bằng phương pháp phân tích phổ fft [1] ...........10
Hình 1.5. Mức rung động của máy [2] ..........................................................................11
Hình 1.6. Giám sát tình trạng rung động [2] .................................................................12
Hình 1.7. Mất cân bằng gây rung động .........................................................................12
Hình 1.8. Mất đồng tâm trục .........................................................................................13
Hình 1.9. Mài mịn do cơ cấu dẫn động khơng hợp lý ..................................................14
Hình 1.10. Hậu quả của sự mài mịn gây ra ..................................................................14
Hình 1.11. Sự lỏng của chi tiết máy ..............................................................................14
Hình 1.12. Rung cộng hưởng ........................................................................................15
Hình 1.13. Giám sát bằng âm thanh ............................................................................... 16
Hình 1.14. Nguyên lý lấy mẫu để giám sát tình trạng dầu bơi trơn [2] .........................17
Hình 1.15. Dùng kỹ thuật siêu âm để giám sát tình trạng hoạt động của thiết bị .........18
Hình 1.16. Cấu tạo ổ lăn [1] ..........................................................................................20
Hình 1.17. Các loại ổ lăn [2] .........................................................................................21
Hình 1.18. Ổ lăn theo dãy [2] ........................................................................................21
Hình 1.19. Ổ đỡ [5] .......................................................................................................21
Hình 1.20. Ổ chặn [5] ....................................................................................................22
Hình 1.21. Ổ đỡ chặn [5] ...............................................................................................22
Hình 1.22. Các loại ổ bi [1] ...........................................................................................22
Hình 1.23. Các loại ổ đũa [1] ........................................................................................22
Hình 1.24. Tróc, rỗ vì mỏi bề mặt làm việc [1] .............................................................24
Hình 1.25. Một số hình ảnh rỗ vịng bi [1] ....................................................................25

Hình 1.26. Một số hình ảnh mịn ổ bi [1] ......................................................................26
Hình 1.27. Một số hình ảnh nứt gẫy vịng bi [1] ...........................................................27

vi


Hình 1.28. Hình ảnh bề mặt vịng bi bị biến dạng dư [1] .............................................. 28
Hình 1.29. Gỉ sét bám trên vịng bi [1] .........................................................................28
Hình 2.1. Sơ đồ ngun lý của phương án 1 .................................................................31
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý phương án 2 ........................................................................32
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý phương án 3 ........................................................................33
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý phương án 4 ........................................................................34
Hình 2.5. Thiết kế mơ hình trên phần mềm creo parametric 3.0 ................................... 35
Hình 2.6. Thiết kế bánh răng nhỏ ..................................................................................37
Hình 2.7. Thiết kế bánh răng lớn ................................................................................... 38
Hình 2.8. Thiết kế trục 1 ...............................................................................................40
Hình 2.9. Thiết kế trục 2 ...............................................................................................41
Hình 2.10. Sơ đồ phân bố lực......................................................................................... 41
Hình 2.11. Biểu đồ nội lực và momen trục 1 ................................................................. 43
Hình 2.12. Biểu đồ nội lực và momen trên trục 2 .......................................................... 45
Hình 2.13. Ổ lăn 6204 ...................................................................................................49
Hình 2.14. Ổ lăn 6206 .................................................................................................... 50
Hình 2.15. Nút thơng hơi ............................................................................................... 53
Hình 2.16. Nút tháo dầu ...............................................................................................54
Hình 2.17. Bề mặt đánh số trục 1 ..................................................................................55
Hình 2.18. Bề mặt đánh số trục 2 ..................................................................................55
Hình 2.19. Bề mặt đánh số bánh lệch tâm .....................................................................56
Hình 2.20. Bề mặt đánh số nắp chặn nhỏ (có đầu ra) .................................................... 57
Hình 2.21. Bề mặt đánh số nắp chặn nhỏ (đầu bít) .......................................................58
Hình 2.22. Bề mặt đánh số nắp chặn lớn (đầu bít) ........................................................59

Hình 3.1. Thiết bị đo rung động ổ lăn. ........................................................................... 60
Hình 3.2. Bộ xử lý dữ liệu trung tâm ni cdaq-9178 [10] ............................................... 61
Hình 3.3. Bộ thu thập dữ liệu ni usb-9234 [10] ............................................................. 62
Hình 3.4. Cảm biến gia tốc đo rung động pcb 352c03 [10] ........................................... 64
Hình 3.5. Sơ đồ kết nối thiết bị ...................................................................................... 65

vii


Hình 3.6. Sơ đồ chẩn đốn kỹ thuật [10] ....................................................................... 66
Hình 3.7. Giao diện hiển thị ban đầu khi mở phần mềm [10] .......................................66
Hình 3.8. Cách lắp cảm biến để tiến hành đo ................................................................67
Hình 3.9. Bút đo rung đo độ rung extech vb400 ............................................................ 68
Hình 3.10. Lắp pin vào cho thiết bị đo rung .................................................................. 69
Hình 3.11. Lắp đầu cảm biến từ cho thiết bị đo ............................................................. 69
Hình 3.12. Kiểm tra thiết bị đo ...................................................................................... 70
Hình 3.13. Dùng nút mode để thay đổi đại lượng đo và giá trị đo. ............................... 70
Hình 3.14. Các tải trọng dùng trong đồ án ( tổng khối lượng 1.2 kg) ........................... 72
Hình 3.15. Đánh số vị trí đo rung động ......................................................................... 73
Hình 3.16. Mơ hình thực nghiệm khi chưa lắp tải trọng ................................................ 73
Hình 3.17. Kết nối thiết bị đo rung vào nắp chặn ổ lăn để đo rung động ổ lăn ............. 74
Hình 3.18. Tiến hành đo và thu thập kết quả ................................................................. 74
Hình 3.19. Kết quả phân tích của ổ lăn tại vị trí 5 ......................................................... 75
Hình 3.20. Dùng bút đo rung để đo gia tốc .................................................................... 76
Hình 3.21. Kết quả đo gia tốc ổ lăn ở vị trí 5 thiết bị đo ni cdaq-9178 ( thời gian ........ 76
Hình 3.22. Kết quả đo gia tốc ổ lăn tại vị trí 5 bút đo rung động extech vb400 ............ 77
Hình 3.23. Kết quả phân tích của ổ lăn tại vị trí 1 ......................................................... 78
Hình 3.24. Kết quả đo gia tốc ổ lăn ở vị trí 1 thiết bị đo ni cdaq-9178 ( thời gian ........ 79
Hình 3.25. Kết quả phân tích của ổ lăn tại vị trí 2 ......................................................... 79
Hình 3.26. Kết quả đo gia tốc ổ lăn ở vị trí 2 thiết bị đo ni cdaq-9178 ......................... 80

Hình 3.27. Kết quả đo gia tốc ổ lăn tại vị trí 2 bút đo rung động extech vb400 ...........80
Hình 3.28. Kết quả phân tích của ổ lăn tại vị trí 3 ......................................................... 81
Hình 3.29. Kết quả đo gia tốc ổ lăn ở vị trí 3 thiết bị đo ni cdaq-9178 ( thời gian ........ 82
Hình 3.30. Kết quả đo gia tốc ổ lăn tại vị trí 3 bút đo rung động extech vb400 ............ 82
Hình 3.31. Kết quả phân tích của ổ lăn tại vị trí 4 ......................................................... 83
Hình 3.32. Kết quả đo gia tốc ổ lăn ở vị trí 4 thiết bị đo ni cdaq-9178 ......................... 84
Hình 3.33. Kết quả đo gia tốc ổ lăn tại vị trí 4 bút đo rung động extech vb400 ............ 84
Hình 3.34. Lắp tải trọng 850g lên mơ hình .................................................................... 85

viii


Hình 3.35. Kết quả phân tích ổ lăn vị trí 5 trường hợp có tải ........................................ 86
Hình 3.36. Kết quả đo gia tốc ổ lăn ở vị trí 5 thiết bị đo ni cdaq-9178 ( thời gian ........ 87
Hình 3.37. Kết quả đo gia tốc ổ lăn tại vị trí 5 bút đo rung động extech vb400 ............ 87
Hình 3.38. Kết quả phân tích ổ lăn vị trí 1 trường hợp có tải ........................................ 88
Hình 3.39. Kết quả đo gia tốc ổ lăn ở vị trí 1 thiết bị đo ni cdaq-9178 ......................... 88
Hình 3.40. Kết quả đo gia tốc ổ lăn tại vị trí 5 bút đo rung động extech vb400 .......... 889
Hình 3.41. Kết quả phân tích ổ lăn vị trí 2 trường hợp có tải ........................................ 89
Hình 3.42. Kết quả đo gia tốc ổ lăn ở vị trí 2 thiết bị đo ni cdaq-9178 ......................... 90
Hình 3.43. Kết quả đo gia tốc ổ lăn tại vị trí 2 bút đo rung động extech vb400 ...........90
Hình 3.44. Kết quả phân tích ổ lăn vị trí 3 trường hợp có tải ........................................ 91
Hình 3.45. Kết quả đo gia tốc ổ lăn ở vị trí 3 thiết bị đo ni cdaq-9178 ......................... 92
Hình 3.46. Kết quả đo gia tốc ổ lăn tại vị trí 2 bút đo rung động extech vb400 ............ 92
Hình 3.47. Kết quả phân tích ổ lăn vị trí 4 trường hợp có tải ........................................ 93
Hình 3.48. Kết quả đo gia tốc ổ lăn ở vị trí 4 thiết bị đo ni cdaq-9178 ......................... 94
Hình 3.49. Kết quả đo gia tốc ổ lăn tại vị trí 2 bút đo rung động extech vb400 ............ 94
Hình 3.50. Bộ dụng cụ đo nhiệt độ ...............................................................................95
Hình 3.51. Lắp đặt thiết bị chuẩn bị đo .........................................................................96
Hình 3.52. Đo thử máy ..................................................................................................96

Hình 3.53. Thứ tự đối tượng đo ..................................................................................... 97
Hình 3.54. Biểu đồ đo nhiệt độ ổ lăn ở trường hợp không tải ....................................... 98
Hình 3.55. Gắn tải trọng 850g .......................................................................................98
Hình 3.56. Biểu đồ đo nhiệt độ ổ lăn ở trường hợp có tải ............................................. 99
Hình 3.57. Biểu đồ đo nhiệt độ ổ lăn ở trường hợp quá tải ......................................... 100
Hình 3.58. Các mức nhiệt độ của vòng bi khi vận hành .............................................. 101
Hình 3.59. Đo nhiệt độ ổ 5 sau 10 phút hoạt động ...................................................... 101
Hình 3.60. Đo nhiệt độ ổ 3 sau 15 phút hoạt động ...................................................... 102
Hình 3.61. Đo nhiệt độ motor sau 20 phút hoạt động .................................................. 103
Hình 4.1. Giao diện hiển thị ban đầu khi mở phần mềm [10] ..................................... 105
Hình 4.2. Lắp đặt đầu cảm biến ................................................................................... 105

ix


Hình 4.3. Đánh số vị trí đo rung động ......................................................................... 106
Hình 4.4. Đo và phân tích số liệu đo ............................................................................ 107
Hình 4.5. Lắp pin vào cho thiết bị đo rung .................................................................. 108
Hình 4.6. Kiểm tra và điều chỉnh đơn vị thiết bị đo..................................................... 108
Hình 4.7. Dùng bút đo rung để đo gia tốc .................................................................... 109
Hình 4.8. Chuẩn bị thiết bị đo ...................................................................................... 110
Hình 4.9. Lắp pin vào ổ chứa pin và đo thử ................................................................. 110
Hình 4.10. Chuẩn bị thiết bị đo....................................................................................111
Hình 4.11. Đo nhiệt độ ổ bi 4 ....................................................................................... 111
Hình 4.12. Xử lý số liệu ............................................................................................... 112
Hình 4.13. Lắp đồng trục ............................................................................................. 113
Hình 4.14. Đồng hồ so và lá canh ................................................................................ 114
Hình 4.15. Đánh dấu vị trí đo ....................................................................................... 114
Hình 4.16. Canh chỉnh trước khi dùng đồng hồ so .....................................................115
Hình 4.17. Vị trí lắp đồng hồ so ................................................................................... 115

Hình 4.18. Chêm lá canh .............................................................................................. 116

x


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Tần suất hư hỏng của ổ bi ............................................................................... 27
Bảng 2.1. Bảng ra quyết định ......................................................................................... 34
Bảng 2.2. Bảng số liệu động học và động lực học trên các hệ thống dẫn ..................... 36
Bảng 2.3. Cơ tính của thép sau khi nhiệt luyện ............................................................. 36
Bảng 2.4. Các thông số của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng ................................... 39
Bảng 3.1. Các thông số cơ bản của cặp ổ lăn 6204 và 6206 .......................................... 71
Bảng 3.2. Các giá trị tần số hư hỏng của cặp ổ lăn 6204 và 6206 ................................. 72
Bảng 4.1. Các giá trị tần số hư hỏng của cặp ổ lăn 6204 và 6206 ............................... 106
Bảng 4.2. Bảng nhập kết quả đo .................................................................................. 112

xi


MỞ ĐẦU
1. Giới thiệu
- Ổ lăn là một trong những chi tiết máy được sử dụng phổ biết trong các truyền
động. Độ tin cậy và độ chính xác của ổ có ý nghĩa quan trọng với hoạt động tổng thể
của các thiết bị, máy móc. Việc phát hiện lỗi và chẩn đốn tình trạng của ổ lăn trong giai
đoạn đầu là cần thiết để tránh những hỏng hóc bất chợt trong quá trình làm việc.[1]
Trước đây, hầu hết các nghiên cứu về ổ lăn chỉ tập trung vào tăng khả năng tải,
độ bền, nâng cao chất lượng làm việc bằng độ chính xác của ổ lăn. Gần đây các nghiên
cứu đã tập trung vào hướng nghiên cứu các nguyên nhân gây sai hỏng ổ bi và cách khắc
phục. Ổ có thể hỏng bất chợt sẽ gây ra những ảnh hưởng rất lớn đến quá trình làm việc
của hệ thống thiết bị, máy móc và cơng việc bảo trì là một trong ba trụ cột chun mơn

trong chương trình đào tạo ngành Cơng nghệ Kỹ thuật Cơ khí của Trường Đại học Nha
Trang.
Trong trụ cột chuyên môn này, sinh viên được cung cấp các kiến thức về kỹ thuật
bảo trì thiết bị cơ khí, quản lý bảo trì và kỹ thuật chẩn đốn, giám sát tình trạng. Tuy
nhiên, hiện nay thiết bị phục vụ thực hành, thực tập cho trụ cột bảo trì của Trường cịn
thiếu. Chính vì lý do trên nên chúng em được Khoa Cơ khí giao nhiệm vụ về đề tài
"Thiết kế, chế tạo mơ hình thí nghiệm sử dụng thiết bị đo rung động và nhiệt độ để phục
vụ bảo trì và phịng ngừa ".

1


Đề tài bao gồm các nội dung chính sau:
Chương 1: Tổng quan, chương này giới thiệu về một vài phương pháp giám sát
tình trạng thiết bị như giám sát nhiệt, giám sát âm, …, cũng như một số vấn đề về ổ lăn
( cấu tao, phân loại,…)
Chương 2: Thiết kế mơ hình thí nghiệm, chương 2 trình bày về việc xây dựng
các phương án thiết kế cho mơ hình thí nghiệm từ đó chọn ra phương án tối ưu nhất và
đi sâu vào thiết kế chi tiết và chế tạo, lắp ghép.
Chương 3: Thí nghiệm và phân tích kết quả thí nghiệm, chương này trình bày về
các phương án thí nghiệm cũng như kết quả thí nghiệm ổ lăn trên mơ hình mà ta đã chế
tạo từ đó đánh giá tình trạng làm việc vủa ổ lăn.
Chương 4: Xây dựng các bài thực hành đo.
Chương 5: Kết luận, kiến nghị, phần này nêu lên kết quả đã đạt được trong q
trình chế tạo thiết bị và tiến hành thí nghiệm. Từ đó đề xuất các hướng nghiên cứu mới.
- Tài liệu tham khảo.
Mặc dù đã cố gắng hết sức để hồn thành đồ án này nhưng do trình độ chun
mơn cịn hạn chế nên sẽ khơng thể nào tránh khỏi sự thiếu xót. Kính mong q thầy, các
bạn và anh chị góp ý thêm để đồ án được hồn thiện hơn.
Trân trọng cảm ơn!

Sinh viên thực hiện
Ngô Văn Công
Nguyễn Minh Thành

2


2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu chung của đề tài là: Dự báo được các sai hỏng của ổ lăn để đảm bảo
hiệu suất vận hành tối đa của các thiết bị, giảm các sự cố ngưng máy bất chợt. Việc này
được thực hiện bằng cách giám sát đo và phân tích tình trạng ổ lăn bằng việc sử dụng
thiết bị đo chun dụng với thơng số chính là dao động.
Mục tiêu cụ thể là:
1. Thiết kế, chế tạo mơ hình thí nghiệm khảo sát đánh giá ổ bằng thiết bị đo nhiệt
độ và rung động chuyên dụng.
2. Tiến hành thí nghiệm để phân tích, đánh giá thơng số rung động của ổ
lăn. Chẩn đoán các nguyên nhân gây ra hư hỏng ổ lăn nhằm đưa ra giải pháp khắc phục
một cách hợp lý.
3. Đối tượng nghiên cứu của đề tài
- Đối tượng nghiên cứu là ‘Ổ lăn’ trong quá trình hoạt động xảy ra sự cố hư hỏng
cơ bản như: quá nhiệt, rung, ồn, hư hỏng,... dẫn đến trì trệ sự hoạt động của nhà máy, xí
nghiệp. Đề tài nãy sẽ giúp dự báo được các sai hỏng của ổ lăn từ đó đưa ra giải pháp
cũng như cách khắc phục tốt nhất, tối ưu nhất có thể.
4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
- Nội dung:
+ Ngoài lời nói đầu, tài liệu tham khảo, phụ lục; nội dung chính gồm các chương
sau:
- Chương 1: Tổng quan. Chương này trình bày về các vấn đề như: giám sát tình
trạng nói chung, một số vấn đề về ổ lăn và mục tiêu, kết quả, phương pháp, nội dung
ứng với đề tài.

- Chương 2: Thiết kế mơ hình thí nghiệm. Chương này trình bày về các phương
án thiết kế mơ hình thí nghiệm, từ đó chọn ra phương án thiết kế tối ưu đề thiết kế chi
tiết mơ hình, chế tạo vá lắp ghép mơ hình thí nghiệm.
- Chương 3: Thí nghiệm và phân tích kết quả thí nghiệm. Chương này trình bày
về các phương án thí nghiệm cho bài thí nghiệm đo nhiệt và đo rung từ đó tiến hành thí
nghiệm và thu thập kết quả để từ đó đánh giá, phân tích về tình trạng của ổ lăn.
- Chương 4: Xây dựng các bài thực hành đo.
3


- Chương 5: Kết luận: Phần này trình bày các kết quả đạt được trong suốt quá
trình làm đề tài và từ đó đề xuất các hướng nghiên cứu mới.
- Phương pháp nghiên cứu:
+ Nghiên cứu thực nghiệm: Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được áp dụng
trong thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thiết bị.
+ Nghiên cứu cơ sở.
- Phương pháp luận: Tìm hiểu lý thuyết cơ bản của ổ lăn. Từ đó mơ hình hóa
thành mơ hình thực nghiệm.

4


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. GIÁM SÁT TÌNH TRẠNG NĨI CHUNG
1.1.1 Khái niệm cơ bản về giám sát và bảo trì thiết bị [3]
Các máy móc và thiết bị được trang bị trong các nhà máy, xí nghiệp ngày nay
càng tăng về kích cỡ, tốc độ, tính liên tục và độ phức tạp. Do đó, sự ảnh hưởng xấu bởi
các điều kiện bất thường của máy móc thiết bị lên các dây chuyền sản xuất rất khó xác
định, chi phí cho việc bảo dưỡng máy móc sẽ ngày càng tăng trong chi phí quản lý của
nhà máy.

Để việc bảo dưỡng máy móc thiết bị trở lên chính xác có hiệu quả, cần phải biết
chính xác tình trạng hư hỏng cũng như nguyên nhân gây ra hư hỏng trên hệ thống máy
thiết bị cần bảo dưỡng. Sau khi đã nắm rõ thực trạng của máy móc thiết bị, các bước
thao tác quan trọng sau đây phải được thực hiện theo đúng các yêu cầu kỹ thuật của thiết
bị:
- Xác định thời gian và khối lượng chi tiết cần sửa chữa, thay thế.
- Đảm bảo độ tin cậy của công tác sửa chữa, thay thế.
- Xác định thời gian đặt hàng của các chi tiết thay thế.
- Xác địng các phương pháp bảo dưỡng chính xác.
Do vậy việc bảo trì phịng ngừa gián tiếp hay cịn được gọi là bảo trì trên cơ sở
tình trạng CBM (Condition Based Maintenance), hay giám sát tình trạng (Condition
Monitoring), được thực hiện để tìm ra các dấu hiệu hư hỏng ban đầu trước khi xảy ra hư
hỏng gây ngừng máy. Trong giải pháp này, công việc bảo trì khơng làm thay đổi trạng
thái vật lý của thiết bị.
- Giám sát tình trạng là quá trình xác định tình trạng máy lúc đang hoạt động hay
ngừng hoạt động. Nếu có một vấn đề nào xảy ra thì thiết bị giám sát sẽ phát hiện và cung
cấp thông tin để có kế hoạch xử lý kịp thời đối với từng vấn đề cụ thể trước khi máy hư
hỏng. Ngoài ra, giám sát tình trạng cịn cải thiện hiệu năng hoạt động của máy khi đạt
mức tối ưu so với các đặc điểm kỹ thuật ban đầu của máy.
Các mục tiêu của giám sát tình trạng:
- Can thiệp trước khi xảy ra hư hỏng.
- Thực hiện các công tác bảo trì chỉ khi nào cần thiết.
- Giảm số lần hư hỏng và số lần ngừng máy.
- Giảm chi phí bảo trì và các phí thiệt hại do ngừng sản xuất.

5


- Tăng tuổi thọ của thiết bị.
- Giảm chi phí tồn kho và kiểm soát tồn kho hiệu quả.

Kỹ thuật giám sát tình trạng sử dụng những cơng nghệ tiên tiến để xác định tình
trạng và dự đồn những hư hỏng tiềm ẩn với thiết bị có độ chính xác cao, bao gồm những
kỹ thuật cơ bản sau:
- Kỹ thuật giám sát rung động.
- Kỹ thuật giám sát hạt và tình trạng lưu chất.
- Kỹ thuật giám sát khuyết tật và kiểm tra không phá hủy.
- Kỹ thuật giám sát nhiệt độ.
- Kỹ thuật giám sát âm thanh.
1.1.2 Các thành phần cơ bản của giám sát tình trạng thiết bị
Các thành phần của giám sát tình trạng thiết bị được thể hiện cụ thể trong sơ đồ
khối sau đây:

Hình 1.1. Phân loại bảo trì
6


1.1.3 Các kỹ thuật giám sát tình trạng
1.1.3.1 Nhiệt độ và kỹ thuật giám sát tình trạng trên cơ sở yếu tố nhiệt độ
a. Bản chất của nhiệt độ [3], [9]
Nhiệt độ là tính chất vật lý của vật chất hay nói cách khác là thang đo nhiệt độ
nóng và lạnh. Nhiệt độ hiện diện khắp nơi và trong nhiều lĩnh vực, trong công nghiệp
cũng như sinh hoạt. Nhiệt độ trở nên là mối quan tâm hàng đầu cho các nhà thiết kế máy
và cũng trở thành mục tiêu của ngành điều khiển tự động.
Nhiệt độ đóng một vai trị quan trọng trong sự hoạt động tổng thể đến hiệu suất
của một hệ thống nói chung và của một chi tiết máy nói riêng. Nhiệt độ có thể làm ảnh
hưởng đến nhiều thông số quan trọng của chi tiết máy chẳng hạn như chất bôi trơn, độ
nhớt, khả năng chịu tải, vận tốc,...
b. Kỹ thuật giám sát tình trạng trên cơ sở yếu tố nhiệt độ
Giám sát nhiệt độ là một trong những kỹ thuật không thể thiếu của giám sát tình
trạng. Đối với mỗi chi tiết, nhiệt độ thay đổi có thể biểu hiện của những hư hỏng ban

đầu. Nếu không được giám sát, phát hiện và hiệu chỉnh kịp thời thì đơi khi chỉ cần một
hư hỏng nhỏ của những chi tiết này cũng có thể làm cho một thiết bị hoặc cả nhà máy
ngừng hoạt động. [1, Trang 25]
Để khai thác tối đa công suất và thời gian sử dụng ổ; chủ động trong việc kéo dài
tuổi thọ ổ trục; đảm bảo hiệu suất vận hành tối đa của các thiết bị, máy móc; giảm thiểu
các sự cố đột xuất gây thiệt hại không nhỏ về chi phí bảo trì, vận hành cũng như sút
giảm năng suất sản xuất của hệ thống thiết bị thì phải theo dõi tình trạng làm việc của
vịng bi trong q trình vận hành để phát hiện sớm hư hỏng và xử lý trước khi nó phát
triển. Điều này sẽ khơng chỉ làm giảm khả năng hư hỏng mà còn cho phép lên kế hoạch
vật tư, nhân lực, kế hoạch sửa chữa hạng mục có liên quan trong suốt thời gian ngừng
máy.

Hình 1.2. Ảnh so sánh nhiệt của hai động cơ đo bằng tia hồng ngoại [1]

7


Hình 1.3. Kiểm tra nhiệt độ gối đỡ gu-ly và vòng bi của máy bơm đứng (vòng bi
dưới nhiệt độ cao hơn) [1]
Ngày nay có rất nhiều phương pháp giám sát nhiệt độ khác nhau tùy thuộc vào
tình trạng của thiết bị cần giám sát như: Đang đứng yên, đang chuyển động, khó tiếp
xúc hay khơng thể tiếp xúc mà từ đó sử dụng các phương pháp giám sát nhiệt độ thích
hợp.
c. Nguyên nhân làm ổ lăn sinh nhiệt
- Việc tra thêm dầu mỡ:
Khi hoạt động chúng có thể phản ứng do không làm việc ở chế độ cùng nhau, sẽ
tạo ra cặn kết dính ảnh hưởng trực tiếp đến vòng bi. Nếu loại dầu mỡ tra vào cùng loại
với loại có sẵn điều này cũng khơng tốt làm giảm đi độ nhớt, giảm đi sự truyền nhiệt do
đó ít nhiều ảnh hưởng đến hoạt động của vòng bi.
- Lựa chọn loại dầu mỡ bơi trơn khơng thích hợp:

Có rất nhiều người sử dụng dầu mỡ bơi trơn cho vịng bi mà không cần biết chúng
là loại nào? Điều này quả là sai lầm ngay từ bước đầu. Vì mỗi loại dầu mỡ bơi trơn
chúng có độ nhớt và hoạt động trong từng điều kiện khác nhau. Do đó để sử dụng đúng
loại cần tham khảo khuyến cáo của nhà sản xuất.

8


- Dầu mỡ bôi trơn nhiễm tạp chất:
Dầu mỡ bôi trơn bị nhiễm bẩn là tác nhân trực tiếp đến sự q nhiệt của vịng bi.
Do đó sẽ làm cản trở sự hoạt động, chính xác hơn là sinh ma sát lớn, ành hưởng đến sự
sinh cơng của máy móc.
- Điều kiện vận hành khắc nghiệt hay vòng bi bị quá tải:
Điều kiện vận hành hay điều kiên làm việc của vịng bi là mơi trường hoạt động
của nó. Điều kiện này có thể là sự hoạt động số vịng quay quá mức giới hạn, mức độ
chịu tải lớn, hoạt động trong mơi trường ơ nhiễm về khơng khí, nóng, mơi trường hóa
chất...
- Lựa chọn và lắp ráp sai vịng bi hay do sai trong thiết kế
Có rất nhiều loại vịng bi được sản xuất để thích ứng nghiệp vụ của từng bộ phận,
của từng loại máy móc khác nhau.
Chúng ta khơng thể thay thế vịng bi lắp trong cần trục tải trọng lớn lắp vào hệ
thống motor. Ngoài ra, bạn nên lựa chọn vịng bi - bạc đạn chính hãng rõ nguồn gốc để
bộ máy của bạn hoạt động ổn định hơn.
1.1.3.2 Rung động và kỹ thuật giám sát tình trạng trên cơ sở yếu tố rung động.
a. Bản chất của rung động
Độ rung của một đối tượng là một trạng thái chuyển động qua lại của đối tượng
đó quanh một vị trí cân bằng. Trong cơng nghiệp quan tâm đến độ rung để kiểm tra tính
ổn định của máy.
b. Kỹ thuật giám sát tình trạng trên cơ sở yếu tố rung động
Kỹ thuật theo dõi và phân tích rung động là một phần rất quan trọng trong kỹ

thuật giám sát tình trạng thiết bị. Rung động mang tính dây chuyền. Ta có thể nói rằng:
“Sự rung động này chính là nguyên nhân dẫn đến sự rung động khác”. Chính vì vậy việc
phát hiện và ngăn ngừa rung động là một cơng việc hết sức quan trọng và có ý nghĩa vơ
cùng to lớn trong cơng tác chẩn đốn và ngừa phòng hư hỏng. [1]
Tất cả các máy và cụm các chi tiết máy khi chuyển động đều gây ra các dao động
có tính chất lặp đi lặp lại tại một dải tần số nào đó.

9


Hình 1.4. Đo và phân tích rung động bằng phương pháp phân tích phổ FFT [1]
Các tần số dao động này có thể xác định từ đặc tính hình học của các chi tiết máy
và được vẽ thành đồ thị mô tả độ lớn của dao động tại từng giá trị tần số cụ thể. Các đồ
thị này được gọi là phổ tần số của dao động.
Phổ tần số của dao động cho phép ta phân biệt được các dao động gây ra do độ
khơng chính xác của các khớp nối, ăn khớp bánh răng, lỗi ổ lăn và từ nhiều hiện tượng
khác.
Thông thường độ rung động của một chi tiết, một bộ phận cơ khí mang tính lũy
tiến. Do vậy, việc giám sát, theo dõi sự tiến triển của rung động là hồn tồn có thể nếu
như chúng ta có đủ thiết bị và thực hiện đúng phương pháp.
Áp dụng kỹ thuật giám sát rung động sẽ giúp cho ta xác định một cách khá chính
xác thời điểm xảy ra hư hỏng, hay nói một cách khác là thời điểm mà chi tiết hoặc thiết
bị mất khả năng làm việc. Để từ đó chúng ta sẽ tránh được các hư hỏng ngẫu nhiên, các
hư hỏng ngồi ý muốn. Vì thông thường các hư hỏng loại này sẽ phải trả một chi phí rất
lớn, nhất là đối với các chi tiết, các cụm máy quan trọng đối với sản xuất.
Ngoài ra, kỹ thuật giám sát rung động sẽ giúp kéo dài tuổi thọ của thiết bị như: ổ
trục, roto, vòng bi, … Và các chi tiết có chuyển động quay khác.
Phân tích rung động là một phương pháp đo lường được dùng để xác định, tiên
đoán, và ngăn ngừa hư hỏng đối với máy móc có thiết bị xoay. Thực hiện phân tích độ
rung của máy móc sẽ cải thiện được độ tin cậy của máy móc và dẫn đến hiệu quả máy

móc cao hơn và giảm thiểu hư hỏng về điện hay cơ khí. Chương trình phân tích rung
động được dùng khắp nơi trên thế giới trong lĩnh vực công nghiệp để phát hiện lỗi trong

10


máy, lên kế hoạch sửa chữa máy móc, và giữ cho máy móc chạy đúng chức năng, khơng
hư hỏng trong thời gian lâu nhất.

Hình 1.5. Mức rung động của máy [2]
Theo dõi sự rung động là công việc thực hiện trong lúc các điều kiện vận hành
không được thay đổi, khi sự rung động gia tăng thì chỉ ra được những hỏng hóc sắp xảy
ra.
Gia tăng mức độ rung động lớn thì hư hỏng cũng tăng lên. Khi cơ cấu có khối
lượngvàđàn hồi bị rung động thì tạo nên lực. Lực này có thể tạo thành bởi thành phần
tác động trực tiếp lên cơ cấu; nó có thể được khai triển bởi phản lực hoặc truyền đến cơ
cấu từ rotor qua ổ trục. Lực ly tâm có thể được truyền từ chuyển động quay do sự khơng
cân bằng hoặc có thể là lực đẩy bởi sự ăn khớp trong truyền động bánh răng hoặc bởi sự
va đập chất lỏng trong bánh công tác. Những thông số như là tốc độ quay của trục, số
răng của bánh răng, số lượng bánh cơng tác, … đều có thể tính tốn được tần số của nó
khi có rung động. Bằng sự so sánh giá trị của các tần số này với tần số khi mà sự rung
động bị tăng lên thì nó có thể xác định được nguồn gốc của sự gia tăng đó.
Nếu sự thay đổi trong rung động có thể được phát hiện sớm hơn và được phân
tích, thì chúng ta có thể can thiệp bảo trì sửa chữa trước khi hỏng hóc xảy ra. Vả lại,
việc ngừng máy có thể được hoạch định tại một thời điểm thích hợp. Như vậy đo và
phân tích rung động định kỳ liên tục có thể là nền tảng cho việc giám sát tình trạng của
máy có chuyển động quay.
Do đó mà hệ thống giám sát rung động cần cung cấp để :
- Đo mức gia tăng rung động để chỉ ra nhu cầu khẩn thiết cần quan tâm.
- Đo tần số tại bất kỳ sự gia tăng nào xảy ra và cho phép chẩn đoán được vấn đề.

11


Do đó, giám sát rung động là một cơng cụ hữu ích để phát hiện ra sự hiện diện
của vấn đề về máy trong thời điểm sớm hơn. Những vấn đề khác nhau gây ra rung động
theo những cách thức khác nhau.

Hình 1.6. Giám sát tình trạng rung động [2]
c. Nguyên nhân gây ra rung động
Hầu hết các rung động máy là do một hoặc nhiều nguyên nhân sau gây ra:
+ Có các lực tác động lặp đi lặp lại
+ Sự lỏng
+ Sự cộng hưởng
Trong nguyên nhân do các lực tác động lặp đi lặp lại thì có các lý do sau:
- Sự mất cân bằng động: Các bộ phận máy bị mất cân bằng động do chứa một
điểm nặng ‘heavy spots’ dẫn đến khi quay xuất hiện 1 lực tác động lặp lại trên máy. Sự
mất cân bằng này thường gây ra do mật độ vật liệu phân bố khơng đều, sự thay đổi kích
cở bulong, sự xâm thực bên trong, mất cân bằng về trọng lượng, cân bằng sai, cánh quạt
của motor điện không đồng đều, bị gẫy, bị biến dạng, ăn mịn hoặc các cánh quạt bị
đóng bẩn.

Hình 1.7. Mất cân bằng gây rung động
- Sự mất đồng tâm trục ( lệch trục ): Các thành phần của máy không đồng tâm
12


dẫn đến tạo các lực tác động lặp lại trên máy khi quay. Sự mất đồng tâm thường do lắp
ráp sai, do sàn bệ đặt máy không được bằng phẳng, do sự dãn nở nhiệt, tạo sự xoắn do
xiết quá chặt và do gắn khớp nối sai.
Lệch trục xuất hiện khi trục truyền động động cơ không cân bằng theo tải hoặc

thành phần kết nối từ động cơ đến tải bị lệch (khơng cân).
- Thêm vào đó, hiện tượng lệch trục còn gây nên rung động ở cả tải và trục truyền
động của động cơ. Có một số dạng lệch trục sau:
Angular misalignment - Lệch góc - Đường nối tâm của trục cắt nhau và không
song song.
Parallel misalignment - Lệch theo song song - Đường tâm trục song song nhau
và không đồng tâm
Compound misalignment - Lệch trục hỗn hợp - Trường hợp bị cả hai loại lệch
góc và song song kể trên.

Hình 1.8. Mất đồng tâm trục
- Sự mài mịn: Sự mài mòn gây ra một lực lặp lại trên máy bỡi sự cọ xát của các
bề mặt bị mài mòn. Sự mài mòn của vòng bi, các bánh răng, dây đai thường do sự lắp
ráp không đúng, bôi trơn kém, khuyết tật trong quá trình sản xuất và do quá tải.

13


Hình 1.9. Mài mịn do cơ cấu dẫn động khơng hợp lý
Điều này gây ra một lực lặp lại trên máy do sự cung cấp năng lượng gián đoạn.
Ví dụ bơm hút khơng khí theo từng xung, động cơ đốt trong mất đánh lửa, sự gián đoạn
tiếp xúc của chổi chuyển mạch trong động cơ một chiều.

Hình 1.10. Hậu quả của sự mài mòn gây ra
- Sự lỏng: Sự lỏng của các chi tiết máy gây ra rung động máy. Nếu các chi tiết
máy trở nên lỏng, sự rung động đang ở mức cho phép có thể trở nên quá mức và khơng
thể kiểm sốt.
Sự lỏng có thể gây ra rung ở máy quay và cả máy không quay. Nguyên nhân
thường là do khe hở vòng bi quá lớn, lỏng bulong móng, sự tách rời của các chi tiết lắp
ghép, sự ăn mòn và sự nứt của các kết cấu kim loại.

Hình 1.11. Sự lỏng của chi tiết máy
- Sự cộng hưởng: Trong một nhà máy hay xí nghiệp, khi hoạt động thì sẽ có rất

14