ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

C
C

R
L
T.
ĐỀ TÀI:

DU

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GỐI ĐỠ MỀM
SỬ DỤNG TRONG CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR

Ngƣời hƣớng dẫn: TS. BÙI MINH HIỂN
Sinh viên thực hiện:

LÊ CẢNH TÀI

Số thẻ sinh viên: 101130053
Lớp: 13C1A


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:
Lớp: 13C1A

LÊ CẢNH TÀI
Khoa: Cơ khí

Số thẻ sinh viên: 101130053
Ngành: Công nghệ chế tạo máy

1. Tên đề tài đồ án:
Thiết kế và chế tạo gối đỡ mềm sử dụng trong cân bằng động rotor
2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
- Cân bằng đƣợc chi tiết quay có:
+ Khối lƣợng đến 20kg;
+ Đƣờng kính đến 500mm;
+ Chiều dài theo hƣớng trục đến 400mm;
+ Tốc độ cân bằng đến 1500 vịng/phút.
- Truyền động:
Cơng suất truyền động đến 375W, số vòng quay tối đa 2300 vòng/phút.

C
C


DU

R
L
T.

3. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
Chƣơng 1: Tổng quan về cân bằng động
1.1 Cân bằng máy
1.2 Phân loại cân bằng máy
Chƣơng 2: Thiết bị cân bằng và nguyên lý xác định lƣợng mất cân bằng động
2.1 Thiết bị cân bằng
2.2 Nguyên lý xác định lƣợng mất cân bằng và quy trình cân bằng động
Chƣơng 3: Phân tích và lựa chọn kết cấu
3.1 Thông số kỹ thuật của thiết bị hỗ trợ
3.2 Lựa chọn phƣơng án truyền động
3.3 Lựa chọn động cơ
3.4 Lựa chọn phƣơng án gối đỡ
3.5 Thiết bị cân bằng di động hiện có
Chƣơng 4: Tính tốn, thiết kế
4.1 Tính, chọn kết cấu
4.2 Thiết kế gối đỡ mềm
Chƣơng 5: Chế tạo và thực nghiệm
5.1 Chế tạo các chi tiết gối đỡ
5.2 Thiết bị sau khi đã đƣợc chế tạo
5.3 Các bƣớc thực hiện quy trình cân bằng trên một mặt phẳng
5.4 Các bƣớc thực hiện quy trình cân bằng trên hai mặt phẳng
Chƣơng 6: Kết luận và hƣớng phát triển
6.1 Kết luận



6.2 Hƣớng phát triển
4. Các bản vẽ
- Bản vẽ lắp toàn máy, A0
- Bản vẽ lắp gối đỡ, A0
- Bản vẽ lựa chọn phƣơng án truyền động, A0
- Bản vẽ lựa chọn phƣơng án gối đỡ, A0
- Bản vẽ chế tạo chi tiết, A0
6. Họ tên người hướng dẫn: TS. Bùi Minh Hiển
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
8. Ngày hồn thành đồ án:

29/01/2018
20/5/2018
Đà Nẵng, ngày

Trƣởng Bộ mơn ……………………..

Ngƣời hƣớng dẫn

C
C

R
L
T.

DU


tháng

năm 2018


LỜI CẢM ƠN

Đồ án tốt nghiệp là những gì đúc kết lại sau quá trình học tập của sinh viên dƣới
sự hƣớng dẫn của giáo viên hƣớng dẫn. Sau hơn ba tháng làm việc, em đã hoàn thành
đề tài. Thành quả đạt đƣợc hôm nay là sự cố gắng và nỗ lực của em dƣới sự hƣớng dẫn
tận tình của Thầy, sự quan quan tâm động viên của gia đình và bạn bè. Nội dung đồ án
tốt nghiệp là một phần trong đề tài nghiên cứu khoa học của TS. Bùi Minh Hiển đƣợc
tài trợ bởi Quỹ khoa học và Công nghệ Đại học Đà Nẵng.
Em xin chân thành cảm ơn các giáo viên giảng dạy trong trƣờng đã giảng dạy,
truyền đạt kiến thức cơ bản trong những năm học đại cƣơng đầu tiên. Xin chân thành
cảm ơn các giáo viên giảng dạy trong khoa Cơ khí đã truyền đạt những kiến thức về

C
C

chuyên ngành và đồng hành cùng em trong suốt thời gian qua đã. Trên hết xin chân
thành cảm ơn giáo viên hƣớng dẫn thầy giáo TS. Bùi Minh Hiển đã tận tình hƣớng dẫn
và ln động viên, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp này.

R
L
T.

U
D


Tuy đã rất cố gắng hoàn thành đồ án, những sẽ khơng tránh khỏi những sai sót
cịn mắc phải, rất mong đƣợc sự lƣợng thứ, chỉ dạy và góp ý tận tình của các Thầy Cơ
trong q trình bảo vệ đồ án!
Cuối cùng, xin gửi lời chúc sức khỏe đến Thầy Bùi Minh Hiển, các Thầy Cô
trong khoa Cơ khí cũng nhƣ trong Trƣờng Đại học Bách khoa và các bạn bè đã đồng
hành cùng em trong suốt thời gian qua!

Đà Nẵng, ngày 20 tháng 05 năm 2018
Sinh viên thực hiện
Lê Cảnh Tài


LỜI NĨI ĐẦU

Ngành chế tạo máy đóng một vai trị quan trọng trong cơng cuộc cơng nghiệp hố
và hiện đại hố đất nƣớc hiện nay, với nhiệm vụ chính là thiết kế, chế tạo những các
thiết bị, phƣơng tiện máy móc phục vụ cho sản xuất và trong sinh hoạt. Để làm đƣợc
điều này ngƣời kỹ sƣ cần có kiến thức đủ sâu và rộng để có thể phân tích, đề xuất
những phƣơng án nhằm giải quyết tốt những vấn đề trong thiết kế cũng nhƣ chế tạo.
Với những yêu cầu trên, trong chƣơng trình đào tạo kỹ sƣ Cơ khí tại Trƣờng Đại
Học Bách Khoa Đà Nẵng, sinh viên đƣợc trang bị những kiến thức cơ sở của ngành
Công nghệ Chế tạo máy qua các giáo trình: Cơng nghệ Chế tạo máy, Chi tiết máy,
Nguyên lý máy, Đồ gá, Dao và các giáo trình khác có liên quan đến ngành Cơng nghệ
Chế tạo máy. Cụ thể, nhằm mục đích cụ thể hoá, thực tế hoá, và tổng hợp những kiến
thức mà sinh viên đã đƣợc trang bị, Đồ án Tốt nghiệp chính là nền tảng để đạt đƣợc
mục đích ấy. Đồ án Tốt nghiệp là cơ hội để sinh viên phải nghiêm túc phát huy tối đa
tính độc lập sáng tạo đồng thời làm quen với cách sử dụng tài liệu, sổ tay, tiêu chuẩn

C

C

R
L
T.

U
D

trên cơ sở tổng hợp các kiến thức đã học để so sánh cân nhắc để giải quyết một vấn đề
cụ thể.

Đề tài Thiết kế và chế tạo gối đỡ mềm sử dụng trong cân bằng động rotor.
Đây là một để tài đòi hỏi phải nắm vững nhiều kiến thức từ khâu thiết kế, gia cơng, lắp
ráp. Trong q trình làm đồ án dù đã làm việc một cách nghiêm túc cùng với sự hƣớng
dẫn nhiệt tình của Thầy giáo TS. Bùi Minh Hiển. Tuy nhiên vẫn cịn nhiều thiếu sót do
thiếu kinh nghiệm thiết kế, cũng nhƣ kinh nghiệm thực tế. Vì vậy em rất mong đƣợc
sự chỉ bảo của các thầy cô giáo và sự đóng góp ý kiến bạn bè để hồn thiện hơn đồ án
cũng nhƣ vốn kiến thức của mình.


MỤC LỤC
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CÂN BẰNG ĐỘNG............................................................... 1
1.1 Cân bằng máy ................................................................................................................. 1
1.2 Phân loại mất cân bằng .................................................................................................. 4
1.2.1 Mất cân bằng tĩnh..................................................................................................... 4
1.2.2 Mất cân bằng ngẫu lực............................................................................................. 5
1.2.3 Mất cân bằng động ................................................................................................... 6
Chƣơng 2: THIẾT BỊ CÂN BẰNG VÀ NGUYÊN LÝ XÁC ĐỊNH LƢỢNG MẤT CÂN
BẰNG ĐỘNG............................................................................................................................ 8

2.1 Thiết bị cân bằng ............................................................................................................ 8
2.1.1 Thiết bị cân bằng di động ......................................................................................... 8
2.1.2 Thiết bị cân bằng cố định ....................................................................................... 10

C
C

2.1.3 Kết luận ................................................................................................................... 13

R
L
T.

2.2 Nguyên lý xác định lƣợng mất cân bằng động và quy trình cân bằng động ........... 13
2.2.1 Nguyên lý xác định lượng mất cân bằng động ..................................................... 13

U
D

2.2.2 Quy trình chung cân bằng động ............................................................................ 14
Chƣơng 3: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN KẾT CẤU ........................................................ 19
3.1 Thông số kỹ thuật của thiết bị hỗ trợ ......................................................................... 19
3.2 Lựa chọn phƣơng án truyền động............................................................................... 20
3.2.1 Truyền động bằng ma sát ....................................................................................... 20
3.2.3 Truyền động bằng trục mềm .................................................................................. 22
3.2.4 Kết luận phương án truyền động ........................................................................... 23
3.3 Lựa chọn động cơ ......................................................................................................... 23
3.3.1 Động cơ điện một chiều .......................................................................................... 23
3.3.2 Động cơ điện xoay chiều ........................................................................................ 24
3.3.3 Động cơ xoay chiều có sử dụng bộ biến tần.......................................................... 25

3.3.4 Kết luận lựa chọn động cơ ..................................................................................... 26
3.4 Lựa chọn phƣơng án gối đỡ ......................................................................................... 26
3.4.1 Gối đỡ cứng............................................................................................................. 26
3.4.2 Gối đỡ mềm ............................................................................................................. 27
3.4.3 Chọn gối đỡ ............................................................................................................. 27
3.5 Thiết bị cân bằng di động hiện có ............................................................................... 27
3.5.1 Các module ứng dụng của Microlog-Gx ............................................................... 28


3.5.2 Thiết lập các thông số chung cho Microlog-Gx .................................................... 28
Chƣơng 4: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ................................................................................... 30
4.1. Tính chọn kết cấu ........................................................................................................ 30
4.1.1 Tính chọn động cơ .................................................................................................. 30
4.1.2 Tính chọn ổ lăn....................................................................................................... 31
4.1.3 Tính chọn dây đai ................................................................................................... 32
4.2 Thiết kế gối đỡ mềm ..................................................................................................... 33
4.2.1 Lựa chọn vật liệu .................................................................................................... 33
4.2.2 Bản vẽ lắp gối đỡ mềm và toàn bộ thiết bị hỗ trợ cân bằng.................................. 33
4.2.3 Bản vẽ 3D của gối đỡ và toàn bộ thiết bị hỗ trợ .................................................... 35
4.2.4 Kiểm bền cho toàn bộ thiết bị ................................................................................. 36
Chƣơng 5: CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM ....................................................................... 39
5.1 Chế tạo các chi tiết của gối đỡ ..................................................................................... 39

C
C

5.1.1 Quy trình cơng nghệ gia cơng chi tiết thanh đỡ.................................................... 39

R
L

T.

5.1.2 Chi tiết thân gối đỡ ................................................................................................. 43
5.1.3 Chi tiết bạc trượt ..................................................................................................... 43
5.2 Thiết bị sau khi đƣợc chế tạo ....................................................................................... 44

U
D

5.3 Các bƣớc thực hiện quy trình cân bằng trên một mặt phẳng .................................. 45
5.4 Các bƣớc thực hiện quy trình cân bằng trên 2 mặt phẳng ....................................... 51
Chƣơng 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................ 54
6.1 Kết luận ......................................................................................................................... 59
6.2 Hƣớng phát triển .......................................................................................................... 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................... 60


DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
Bảng 2.1 Cấp độ mất cân bằng theo tiêu chuẩn ISO 1940 ............................................16
Bảng 5.1 Báo cáo số liệu cân bằng 1 mặt phẳng ...........................................................50
Bảng 5.2 Báo cáo số liệu cân bằng 2 mặt phẳng ...........................................................53
Bảng 5.3 Kết quả cân bằng chi tiết trên gối cứng .........................................................55
Bảng 5.4 Áp dụng kết quả của gối cứng cho gối mềm..................................................55
Bảng 5.5 Cân bằng lại chi tiết trên gối mềm .................................................................57
Hình 1.1 Tổng quan về cân bằng ....................................................................................1
Hình 1.2 Mất cân bằng do lỗ hổng bọt khí của pulley ....................................................2
Hình 1.3 Mất cân bằng do dung sai lắp ráp chế tạo ........................................................2
Hình 1.4 Mất cân bằng do ăn mịn, bong tróc .................................................................3
Hình 1.5 Mất cân bằng do tích tụ bám bẩn......................................................................3
Hình 1.6 Mất cân bằng tĩnh .............................................................................................5

Hình 1.7 Mất cân bằng ngẫu lực .....................................................................................6
Hình 1.8 Mất cân bằng hỗn hợp (mất cân bằng động) ....................................................6
Hình 1.9 Giản đồ miền cân bằng .....................................................................................7
Hình 2.1 Thiết bị cân bằng di động của hãng SKF .........................................................8
Hình 2.2 Thiết bị cân bằng di động VIBXpert II của hãng PROFTECHNIK ................9
Hình 2.3 Thiết bị cân bằng di động Model N600 của hãng CEMB ................................ 9
Hình 2.4 Gối đỡ cứng đƣợc sử dụng trong máy cân bằng cố định................................ 11
Hình 2.5 Gối đỡ mềm sử dụng trong máy cân bằng cố định.........................................11
Hình 2.6 Thiết bị cân bằng cố định Model Z5000-G-GV của hãng CEMB .................12
Hình 2.7 Thiết bị cân bằng cố định của hãng SCHENCK ............................................12
Hình 2.8 Thiết bị cân bằng cố định của hãng HOFMANN ...........................................12
Hình 2.9 Nguyên lý xác định sự mất cân bằng.............................................................. 13
Hình 2.10 Dải tần số đo đƣợc trƣớc khi cân bằng .........................................................14
Hình 2.11 Dải tần số đo đƣợc sau khi cân bằng ............................................................ 15
Hình 2.12 Kiểu tín hiệu .................................................................................................15
Hình 2.13 Cấp độ mất cân bằng theo tiêu chuẩn ISO 1940 ..........................................17
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý dẫn động bằng bánh ma sát .................................................20
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý dẫn động chi tiết bằng dây đai.............................................21
Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý dẫn động chi tiết bằng trục các - đăng.................................22
Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý dẫn động chi tiết bằng trục mềm .........................................22
Hình 3.5 Động cơ điện một chiều..................................................................................24
Hình 3.6 Động cơ điện xoay chiều ................................................................................25
Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ biến tần ......................................................25
Hình 3.8 Bộ biến tần SV110IG5A-2LS ........................................................................26
Hình 3.9 Microlog-Gx (SKF) ........................................................................................27
Hình 3.10 Các module ứng dụng của Microlog – GX Series........................................28

C
C


U
D

R
L
T.


Hình 3.11 Màn hình khởi động máy..............................................................................28
Hình 4.1 Sơ đồ tính lực từ các số liệu sơ bộ..................................................................30
Hình 4.2 Các thơng số ổ bi đỡ .......................................................................................31
Hình 4.3 Sơ đồ tính phản lực gối đỡ .............................................................................31
Hình 4.4 Thành phần hóa học của hợp kim nhơm 6061 ...............................................33
Hình 4.5 Hình chiếu đứng của gối đỡ ...........................................................................33
Hình 4.6 Mặt cắt B-B của gối đỡ...................................................................................34
Hình 4.7 Mặt cắt A-A của gối đỡ ..................................................................................34
Hình 4.8 Hình chiếu trục đo của gối đỡ ........................................................................35
Hình 4.9 Bản vẽ 3D gối đỡ mềm ...................................................................................35
Hình 4.10 Bản vẽ 3D tồn máy .....................................................................................36
Hình 4.11 Biểu đồ ứng suất trên tồn bộ thiết bị...........................................................37
Hình 4.12 Biểu đồ chuyển vị của tồn bộ thiết bị .........................................................37
Hình 5.1 Bản vẽ chế tạo chi tiết thanh đỡ .....................................................................39
Hình 5.2 Bản vẽ lồng phơi chi tiết thanh đỡ..................................................................40
Hình 5.3 Bản vẽ chi tiết thân gối đỡ ..............................................................................43
Hình 5.4 Bản vẽ chi tiết bạc trƣợt .................................................................................44
Hình 5.5 Thiết bị sau khi đƣợc chế tạo..........................................................................45
Hình 5.6 Thơng số khi thực hiện bƣớc chạy tham khảo................................................45
Hình 5.7 Cân vật nặng thử và nhập số liệu của vật nặng thử ........................................46
Hình 5.8 Gắn vật nặng thử lên rotor ..............................................................................46
Hình 5.9 Thơng số khi thực hiện bƣớc chạy thử ...........................................................47

Hình 5.10 Khối lƣợng và vị trí của vật nặng sửa ..........................................................47
Hình 5.11 Khối lƣợng và vị trí của 2 vật nặng chia ......................................................48
Hình 5.12 Khối lƣợng 2 vật nặng sửa............................................................................48
Hình 5.13 Gắn vật nặng sửa ..........................................................................................49
Hình 5.14 Thơng số khi thực hiện bƣớc chạy sửa .........................................................49
Hình 5.15 Bảng tóm tắt các giá trị đo trong quy trình cân bằng động ..........................50
Hình 5.16 Kết quả bƣớc chạy tham khảo ......................................................................51
Hình 5.17 Kết quả khi gắn vật thử vào mặt 1 ................................................................ 52
Hình 5.18 Kết quả khi gắn vật thử vào mặt 2 ................................................................ 52
Hình 5.19 Gắn vật nặng sửa vào 2 mặt .........................................................................53
Hình 5.20 Chạy sửa trên mặt 1 và 2 ..............................................................................53
Hình 5.21 Cân bằng chi tiết trên gối cứng....................................................................55
Hình 5.22 Áp dụng kết quả cân bằng trên gối cứng cho gối mềm ................................ 56
Hình 5.23 Cân bằng lại chi tiết trên gối mềm ............................................................... 56

C
C

U
D

R
L
T.


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GỐI ĐỠ MỀM SỬ DỤNG TRONG CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR

1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CÂN BẰNG ĐỘNG
1.1 Cân bằng máy

Mất cân bằng không chỉ là nguồn gây rung động thƣờng gặp nhất trong các máy
có chuyển động quay mà cịn gây nhiều hƣ hại cho máy. Nó đƣợc xem là khuyết tật
cần khắc phục trƣớc tất cả các vấn đề khác. Mất cân bằng ở các máy quay ngày càng
trở thành một yếu tố quan trọng trong việc phát triển các thiết bị hiện đại đặc biệt với
các thiết bị đòi hỏi tốc độ hoặc độ tin cậy cao. Sự mất cân bằng máy nói chung là một
hiện tƣợng có hại do đó cần phải xác định và khi cần thiết phải giảm thiểu hoặc khử
hoàn toàn. Việc làm này gọi là cân bằng máy.
Cân bằng máy nhằm tránh đƣợc tải trọng động tác dụng lên các bộ phận khác
trong máy nhƣ ổ trục, khớp nối… đồng thời cũng kéo dài đƣợc tuổi thọ của máy nhờ
giảm đƣợc dạng hỏng do tải trọng động gây ra (phá hủy do mỏi).

C
C

R
L
T.

U
D

Hình 1.1 Tổng quan về cân bằng
Nguyên nhân gây mất cân bằng:
Yếu tố hoặc sự kết hợp của nhiều yếu tố, có thể giải thích sự hiện diện của mất cân
bằng động trong các roto của máy có chuyển động quay. Các nguyên nhân phổ biến
nhất là sự không đồng nhất của vật liệu, dung sai chế tạo và lắp ráp cũng nhƣ sự thay
đổi lý hóa của rotor khi hoạt động.
 Vật liệu khơng đồng nhất
Đơi khi có những lỗ hổng trong các rotor bằng gang nhƣ máy bơm, pulley cỡ lớn nhƣ
hình bên dƣới. Những lỗ hổng hay bọt khí đƣợc hình thành trong q trình đúc. Khiếm

khuyết này khơng thể phát hiện bằng mắt thƣờng. Tuy nhiên nó là một yếu tố có thể
dẫn đến sự mất cân bằng

SVTH: Lê Cảnh Tài

Hƣớng dẫn: TS. Bùi Minh Hiển

1


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GỐI ĐỠ MỀM SỬ DỤNG TRONG CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR

Hình 1.2 Mất cân bằng do lỗ hổng bọt khí của pulley
 Dung sai chế tạo và lắp ráp

C
C

Một trong các nguồn gây mất cân bằng thƣờng gặp là sự tích lũy độ rơ cho phép khi

R
L
T.

lắp đặt máy. Ở hình bên dƣới là một ví dụ điển hình về việc dung sai các chi tiết khác
nhau tích lũy tạo ra mất cân bằng.

U
D


Hình 1.3 Mất cân bằng do dung sai lắp ráp chế tạo
 Sự thay đổi rotor khi hoạt động
Nếu một chi tiết đã đƣợc cân bằng tốt ngay khi sản xuất thì vấn đề biến dạng nhiệt, sự
ăn mòn, xuống cấp hoặc sự bám bẩn của rotor vẫn có thể làm thay đổi cân bằng ban
đầu của nó.
- Biến dạng nhiệt:
Ta gọi biến dạng nhiệt là biến dạng của rotor sinh ra do có sự thay đổi nhiệt độ (bị giãn
nỡ khi bị nóng lên). Tuy nhiên, do những sai lệch nhỏ về phân bố vật liệu, kích thƣớc
SVTH: Lê Cảnh Tài

Hƣớng dẫn: TS. Bùi Minh Hiển

2


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GỐI ĐỠ MỀM SỬ DỤNG TRONG CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR

và sự tăng nhiệt không đồng đều nên rotor sẽ giãn nỡ không đều. Điều này dẫn đến sự
phân bố khối lƣợng của rotor không đồng đều gây mất cân bằng. Hiện tƣợng này
thƣờng xảy ra đối với motor điện, máy nén và các loại máy hoạt động ở nhiệt độ cao.
Về vấn đề biến dạng nhiệt đòi hỏi rotor phải đƣợc cân bằng ở nhiệt độ làm việc của nó,
dù nó đã đƣợc cân bằng tốt ở nhiệt độ thƣờng
- Sự ăn mòn và xuống cấp:
Các loại rotor sử dụng trong vận chuyển sản phẩm (con lăn, ru-lơ băng tải…) thƣờng
bị ăn mịn, bong tróc. Sự mất cân bằng diễn ra khi sự ăn mòn, bong tróc khơng đều
trên tồn bộ bề mặt rotor.

C
C


R
L
T.

U
D

Hình 1.4 Mất cân bằng do ăn mịn, bong tróc
- Sự bám bẩn:
Các rotor có thể dần mất cân bằng do sự bám bẩn không đồng đều trên cánh của chúng
(quạt công nghiệp, cánh bơm nƣớc). Sự tích tụ dần dần của các lớp bẩn làm tăng sự
mất cân bằng và độ rung. Đôi khi sự bám bẩn trên roto là khá đồng nhất, nhƣng khi
một phần các lớp bám bẩn này bong tróc ra gây rung động và mất cân bằng.

Hình 1.5 Mất cân bằng do tích tụ bám bẩn
Kết luận: Mất cân bằng máy là vấn đề có hại do vậy cần phải xác định và xử lý.
SVTH: Lê Cảnh Tài

Hƣớng dẫn: TS. Bùi Minh Hiển

3


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GỐI ĐỠ MỀM SỬ DỤNG TRONG CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR

1.2 Phân loại mất cân bằng
Có 2 trạng thái mất cân bằng của vật quay
-

Mất cân bằng tĩnh

Mất cân momen ngẫu lực
Mất cân bằng hỗn hợp ( mất cân bằng động)

1.2.1 Mất cân bằng tĩnh
Mất cân bằng tĩnh: là hiện tƣợng mất cân bằng đối với các vật quay mỏng (có kích
thƣớc theo chiều trục nhỏ hơn nhiều so với đƣờng kính, ví dụ: bánh đà, bánh đai, tua
bin, đĩa…). Đối với các vật quay dạng này chỉ cần thêm hoặc bớt một đối trọng trên
một mặt phẳng cân bằng nhằm mục đích cân bằng lực quán tính do khối mất cân bằng
gây ra.
Đây là trƣờng hợp đơn giản nhất của mất cân bằng. Áp dụng cho một đĩa mỏng có
độ dày đồng nhất và có khối lƣợng M (kg) hồn tồn cân bằng trên đó ta gắn một khối
lƣợng nhỏ m (g) ở một khoảng cách r (mm) từ trục quay để tạo ra một lƣợng mất cân
bằng

e

U
M

C
C

R
L
T.

(1.1)

U
D


Ở hình bên dƣới ta thấy sự mất cân bằng này chuyển trọng tâm Cg đi một khoảng
cách e đối với trục quay. Sự mất cân bằng tĩnh chính là điều kiện để rotor có trục qn
tính chính dịch chuyển song song với trục quay rotor.
Khi đĩa quay ở tốc độ ω, lực ly tâm F (N) đƣợc tạo ra bởi sự quay của khối lƣợng
mất cân bằng m

F  m.r. 2

(1.2)
Lực ly tâm này tƣơng đƣơng với lực tạo bởi sự dịch chuyển e của tọng tâm đĩa đối
với trục quay nhƣ sau

F  M .e. 2

(1.3)

Từ các biểu thức trên, suy ra e 

e

mr
nên ta đƣợc biểu thức
M

U
(g.mm/kg hay µm)
M

(1.4)


Ta gọi e là lƣợng mất cân bằng đơn vị hay mất cân bằng trên một đơn vị khối
lƣợng roto

SVTH: Lê Cảnh Tài

Hƣớng dẫn: TS. Bùi Minh Hiển

4


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GỐI ĐỠ MỀM SỬ DỤNG TRONG CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR

C
C

R
L
T.

Hình 1.6 Mất cân bằng tĩnh

U
D

Nhiều roto có bề dày mỏng nhƣ bánh đà, cánh bơm, quạt hƣớng trục… thƣờng có
đƣờng kính lớn 7-10 lần bề dày của chúng nên chỉ cần xem xét cân bằng dạng tĩnh.
Tuy nhiên, hầu hết các rotor có bề dày đáng kể so với đƣờng kính trục thì cần phải tiến
hành cân bằng ngẫu lực, cân bằng dạng hỗn hợp gọi chung là cân bằng động.
1.2.2 Mất cân bằng ngẫu lực

Đặt 2 khối lƣợng m1, m2 có giá trị nhƣ nhau, đặt đối xứng chéo nhau qua trọng
tâm. Rotor ở trạng thái cân bằng tĩnh (trọng tâm vẫn nằm trên trục quay rotor).
Tuy nhiên, khi rotor quay F1 và F2 tạo ra bởi 2 khối m1, m2 làm quay trục quán tính
chính lệch khỏi trục quay rotor. Sự mất cân bằng ngẫu lực đặc trƣng cho tình trạng của
một rotor có trục qn tính chính cắt trục quay roto tại tâm rotor. Mất cân bằng ngẫu
lực tạo ra rung động mạnh trên cả 2 mặt nơi các lực tác động.
Ta có thể loại bỏ đƣợc kiểu mất cân bằng này bằng cách cân bằng động và xử lý
mất cân bằng tại cả hai mặt.
Mất cân bằng ngẫu lực chỉ đƣợc phát hiện khi cho rotor quay và phải xử lý bằng
máy cân bằng động.

SVTH: Lê Cảnh Tài

Hƣớng dẫn: TS. Bùi Minh Hiển

5


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GỐI ĐỠ MỀM SỬ DỤNG TRONG CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR

C
C

R
L
T.

Hình 1.7 Mất cân bằng ngẫu lực

1.2.3 Mất cân bằng động

Mất cân bằng động: là hiện tƣợng mất cân bằng xảy ra đối với các vật quay dày
(có kích thƣớc theo chiều trục lớn hơn so với đƣờng kính, ví dụ: trục khuỷu, rotor…).

U
D

Mất cân bằng động là khi rotor có trục qn tính chính khơng song song mà cũng
không giao nhau với trục quay rotor.
Mất cân bằng động là sự kết hợp giữa mất cân bằng tĩnh và mất cân bằng ngẫu lực.
Đây là dạng mất cân bằng phổ biến nhất của rotor.
Đối với các vật quay dạng này ngồi cân bằng lực qn tính cịn phải cân bằng
momen qn tính do khối mất cân bằng gây ra, việc thêm hoặc bớt đối trọng cân bằng
thƣờng đƣợc thực hiện trên hai mặt phẳng của vật quay.

Hình 1.8 Mất cân bằng hỗn hợp (mất cân bằng động)
SVTH: Lê Cảnh Tài

Hƣớng dẫn: TS. Bùi Minh Hiển

6


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GỐI ĐỠ MỀM SỬ DỤNG TRONG CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR

Ngoài ra ranh giới giữa cân bằng động và cân bằng tĩnh còn đƣợc xác định theo giản
đồ sau

C
C


R
L
T.

U
D

Hình 1.9 Giản đồ miền cân bằng

Miền I: Vật quay buộc phải cân bằng động.
Miền II: Vật quay có thể cân bằng tĩnh hoặc cân bằng động tùy vào độ chính xác yêu
cầu khi làm việc.
Miền III: Vật quay chỉ cần cân bằng tĩnh.

SVTH: Lê Cảnh Tài

Hƣớng dẫn: TS. Bùi Minh Hiển

7


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GỐI ĐỠ MỀM SỬ DỤNG TRONG CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR

2 Chƣơng 2: THIẾT BỊ CÂN BẰNG VÀ NGUYÊN LÝ XÁC ĐỊNH

LƢỢNG MẤT CÂN BẰNG ĐỘNG
2.1 Thiết bị cân bằng
2.1.1 Thiết bị cân bằng di động
Thiết bị này dùng để đo rung động (dao động) trên máy móc có vật quay cần đƣợc cân
bằng mà khơng cần tháo chi tiết cần cân bằng.

 Ƣu điểm:
- Tiết kiệm thời gian, chi phí do khơng phải tháo vật quay ra khỏi máy và không
phải vận chuyển về nhà máy hoặc xƣởng để cân bằng.
- Cân bằng đƣợc toàn bộ máy, cân bằng hệ thống.
 Nhƣợc điểm:
- Không cân bằng đƣợc các chi tiết đã tháo rời.

C
C

 Phạm vi ứng dụng
- Thiết bị cân bằng di động đƣợc dùng chủ yếu trong các lĩnh vực sản xuất quạt,

R
L
T.

nhà máy xi măng, nhà máy điện, luyện kim, nhà máy hóa chất, kiểm tra oto và
máy công cụ...
-

U
D

Cho phép cân bằng rotor có khối lƣợng từ nhỏ đến lớn, có thể cân bằng chi tiết
đến 20000kg.

 Một số thiết bị cân bằng di động phổ biến

Hình 2.1 Thiết bị cân bằng di động của hãng SKF


SVTH: Lê Cảnh Tài

Hƣớng dẫn: TS. Bùi Minh Hiển

8


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GỐI ĐỠ MỀM SỬ DỤNG TRONG CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR

Hình 2.2 Thiết bị cân bằng di động VIBXpert II của hãng PROFTECHNIK

C
C

R
L
T.

U
D

Hình 2.3 Thiết bị cân bằng di động Model N600 của hãng CEMB
Các thiết bị cân bằng di động ngoài chức năng cân bằng chi tiết cịn có các module
khác nhƣ thu nhận và xử lý tín hiệu dao động dùng để chuẩn đốn hƣ hỏng các bộ
phận khác trong máy nhƣ: ổ bi, bánh răng, trục…

SVTH: Lê Cảnh Tài

Hƣớng dẫn: TS. Bùi Minh Hiển


9


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GỐI ĐỠ MỀM SỬ DỤNG TRONG CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR

2.1.2 Thiết bị cân bằng cố định
Để cân bằng trên thiết bị này, rotor phải đƣợc tháo rời khỏi máy và lắp đặt trên thiết bị
cân bằng tại nhà máy/xƣởng cân bằng.
 Ƣu điểm:
-

Độ cứng vững của hệ thống tốt, không chịu tác động của các ngoại lực khác
nên máy cho kết quả có độ chính xác cao.

-

Có thể thực hiện đồng thời các nhiệm vụ phụ nhƣ: sửa chữa, sơn phủ, bảo
dƣỡng rotor.

-

Cân bằng đƣợc với các cấp tốc độ khác nhau nhờ hệ thống dẫn động từ
động cơ đa cấp hoặc vô cấp tốc độ.

 Nhƣợc điểm:
- Phải tháo gỡ chi tiết cần cân bằng và vận chuyển đến vị trí đặt máy cân

-


bằng nên rất bất tiện, đặc biệt đổi với các rotor có kích thƣớc và trọng lƣợng
lớn.
Khó khăn trong việc cân bằng động những loại rotor có tốc độ cao và u
cầu kiểm sốt độ rung nghiêm ngặt.
Khơng thuận tiện đối với các rotor không đƣợc phép tháo ra, chẳng hạn nhƣ

C
C

R
L
T.

U
D

cánh quạt bơm nƣớc…

 Phạm vi ứng dụng:
- Chủ yếu đặt tại các xƣởng cân bằng động chuyên dụng.
-

Có khả năng cân bằng động các chi tiết lớn đến rất lớn, đƣờng kính đạt
2000mm chiều dài đạt 6000mm.

 Phân loại thiết bị cân bằng cố định:
- Gối đỡ cứng: Gối đỡ của loại này đƣợc cố định cứng trên thiết bị cân bằng động,
sử dụng liên kết hàn hoặc bulong. Phần khung và đế đƣợc cố định trên nền xƣởng
bằng bulong nền.


SVTH: Lê Cảnh Tài

Hƣớng dẫn: TS. Bùi Minh Hiển

10


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GỐI ĐỠ MỀM SỬ DỤNG TRONG CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR

Hình 2.4 Gối đỡ cứng đƣợc sử dụng trong máy cân bằng cố định
Khi sử dụng gối đỡ cứng chi tiết cần cân bằng thƣờng đƣợc thực hiện với số vòng
quay thấp hơn so với số vòng quay làm việc thực tế (nhằm giảm rung động tác dụng
lên thiết bị). Các cảm biến đo dao động/gia tốc đƣợc gắn trên các gối để lấy tín hiệu
đến bộ xử lý tín hiệu cũng nhƣ phần mềm xử lý mất cân bằng.

C
C

R
L
T.

- Gối đỡ mềm: Chi tiết cân bằng đƣợc thiết lập trên gối đỡ mà gối đỡ có thể dao
động (lắc theo phƣơng vng góc với trục quay) nhờ giá đỡ sử dụng các khớp quay

U
D

hay khâu mềm (lò xo lá). Nhờ vậy các dao động/rung động của chi tiết trong q
trình cân bằng khơng truyền lên phần khung/đế của thiết bị. Đối với các thiết bị sử

dụng gối đỡ mềm thông thƣờng không cần phải cố định đế thiết bị trên nền xƣởng.

Hình 2.5 Gối đỡ mềm sử dụng trong máy cân bằng cố định
Khi cân bằng các chi tiết sử dụng gối đỡ mềm có thể cân bằng ở tốc độ thực tế làm
việc của chi tiết. Các cảm biến đo dao động/gia tốc đƣợc gắn trên các gối để lấy tín
hiệu đến bộ xử lý tín hiệu cũng nhƣ phần mềm xử lý mất cân bằng.
Một số thiết bị cân bằng cố định trên thị trƣờng hiện nay

SVTH: Lê Cảnh Tài

Hƣớng dẫn: TS. Bùi Minh Hiển

11


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GỐI ĐỠ MỀM SỬ DỤNG TRONG CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR

Hình 2.6 Thiết bị cân bằng cố định Model Z5000-G-GV của hãng CEMB

C
C

R
L
T.

U
D

Hình 2.7 Thiết bị cân bằng cố định của hãng SCHENCK


Hình 2.8 Thiết bị cân bằng cố định của hãng HOFMANN
SVTH: Lê Cảnh Tài

Hƣớng dẫn: TS. Bùi Minh Hiển

12


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GỐI ĐỠ MỀM SỬ DỤNG TRONG CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR

2.1.3 Kết luận
Qua phân tích ƣu và nhƣợc điểm của hai loại thiết bị cân bằng động đang sử
dụng hiện nay là thiết bị cân bằng cầm tay và thiết bị cân bằng cố định. Phƣơng án kết
hợp thiết bị cân bằng cầm tay có sẵn và thiết bị hỗ trợ cân bằng cố định là phƣơng án
nhằm giảm chi phí đầu tƣ trang thiết bị từ đó giảm đƣợc giá thành cân bằng, khắc phục
đƣợc một số nhƣợc điểm của hai loại thiết bị cân bằng đang sử dụng hiện nay.
Do đó đề tài đƣợc đề xuất là: Thiết kế và chế tạo gối đỡ mềm sử dụng trong cân
bằng động.

2.2 Nguyên lý xác định lƣợng mất cân bằng động và quy trình cân bằng động
2.2.1 Nguyên lý xác định lượng mất cân bằng động
Rotor đƣợc cân bằng khi đối trọng đƣợc gắn lên rotor với khối lƣợng và vị trí mà
có thể cân bằng với lƣợng mất cân bằng trên rotor đó. Do vậy, vị trí và khối lƣợng của
đối trọng cần phải đƣợc xác định.
Nguyên lý của việc thực hiện cân bằng động là làm thay đổi sự phân bố khối

C
C


R
L
T.

U
D

lƣợng của rotor bằng cách gắn thêm đối trọng thử và đo pha và cƣờng độ rung động
thông qua gối đỡ. Sự ảnh hƣởng của đối trọng thử cho phép xác định đƣợc đối trọng
sửa cần gắn lên rotor để cân bằng.
Thực nghiệm cho thấy nếu lực quán tính do mất cân bằng gây ra thì nó sẽ tác động
lên bất kỳ điểm nào trên gối đỡ một lần trên một vòng quay. Vì vậy trong dải tần số
của tín hiệu rung động, sự mất cân bằng đƣợc xem là sự gia tăng rung động ở tần số
quay.
4. Đo pha

5. Đầu đo tốc độ
2. Bộ lọc

1. Cảm biến
gia tốc

3. Đo rung
động

SVTH: Lê Cảnh Tài

Hƣớng dẫn:
Minh
Hình 2.9 Nguyên

lý TS.
xácBùi
định
sựHiển
mất cân bằng

13


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GỐI ĐỠ MỀM SỬ DỤNG TRONG CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR

Rung động do mất cân bằng gây nên đƣợc đo bằng cảm biến gia tốc (1) gắn trên
gối đỡ. Tín hiệu rung động đƣợc đi qua bộ lọc (2) điều chỉnh tần số quay của rôto, vì
vậy chỉ có thành phần của rung động ở tần số quay đƣợc đo. Tín hiệu sau khi đã lọc đi
qua bộ đo rung động và đƣợc hiển thị dƣới dạng độ lớn. Mức độ rung động tỉ lệ thuận
với lực sinh ra do sự mất cân bằng.
Đồng hồ đo pha (4) và hiển thị pha giữa tín hiệu từ đầu đo tốc độ (5) (tín hiệu
tham chiếu) và tín hiệu rung động đã đƣợc lọc.

2.2.2 Quy trình chung cân bằng động
1) Phân tích tần số
Trƣớc khi cân bằng động cần tiến hành phân tích tần số dao động để xác định

C
C

xem hiện tƣợng rung động có phải do mất cân bằng gây ra hay do các nguyên
nhân khác nhƣ: không đồng trục, cong trục… Đối với hiện tƣợng rung động do
mất cân bằng thì trong dải tần số quay có đỉnh cao nhất và ảnh hƣởng đến dải
tần số. Trong hình bên dƣới thể hiện tần số rung động trƣớc và sau khi cân

bằng.

R
L
T.

U
D

Hình 2.10 Dải tần số đo đƣợc trƣớc khi cân bằng

SVTH: Lê Cảnh Tài

Hƣớng dẫn: TS. Bùi Minh Hiển

14


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GỐI ĐỠ MỀM SỬ DỤNG TRONG CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR

Hình 2.11 Dải tần số đo đƣợc sau khi cân bằng

C
C

R
L
T.

2) Chọn kiểu tín hiệu cho việc phân tích mất cân bằng

Việc phân tích tần số trƣớc khi cân bằng cũng cho phép lựa kiểu thu nhận tín
hiệu phù hợp cho việc cân bằng. Rung động có thể do dƣới các kiểu tín hiệu
nhƣ: gia tốc, vận tốc hay chuyển vị (hình bên dƣới).

U
D

Hình 2.12 Kiểu tín hiệu

SVTH: Lê Cảnh Tài

Hƣớng dẫn: TS. Bùi Minh Hiển

15


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GỐI ĐỠ MỀM SỬ DỤNG TRONG CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR

3) Xác định chất lượng (tiêu chuẩn) cân bằng
Mỗi một máy khi hoạt động sẽ có mức độ rung động cho phép do vậy chúng ta
cần chọn tiêu chuẩn để đánh giá chất lƣợng rung động trƣớc và sau khi cân
bằng. Tiêu chuẩn ISO 1940 quy định về các cấp độ mất cân bằng đối với mỗi
loại rotor khác nhau.
Bảng 2.1 Cấp độ mất cân bằng theo tiêu chuẩn ISO 1940
Cấp độ cân bằng
G

Độ lớn
(mm/s)


Trục khuỷu trong động cơ cỡ lớn diesel tàu thủy (vận tốc
piston nhỏ hơn 9 m/s), vỗn đã cân bằng

G 4000

4000

Trục khuỷu trong động cơ cỡ lớn diesel tàu thủy (vận tốc
piston nhỏ hơn 9 m/s), vỗn đã cân bằng

G 1600

1600

Trục khuỷu trên gối đỡ mềm, vốn đã cân bằng

G 630

630

Trục khuỷu trên gối đỡ cứng, vốn đã cân bằng

G 250

250

G 100

100


G 40

40

G 16

16

G 6,3

6,3

G 2,5

2,5

G1

1

G 0,4

0,4

Loại máy

C
C

Động cơ ô tô, xe tải


R
L
.

Xe ô tô : bánh đà, trục dẫn động, trục khuỷu trên gối đỡ mềm,
vốn đã cân bằng

UT

Máy nông nghiệp
Động cơ máy bay

D

Máy nén, động cơ điện, máy công cụ, máy dệt
Máy mài, máy nghiền

Con quay hồi chuyển, trục chính và động cơ máy có độ chính
xác cao

SVTH: Lê Cảnh Tài

Hƣớng dẫn: TS. Bùi Minh Hiển

16