Nghiên cứu giảm dao động xoắn của trục máy bằng bộ hấp thụ dao động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

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

VŨ XUÂN TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU GIẢM DAO ĐỘNG XOẮN CHO TRỤC MÁY BẰNG BỘ HẤP THỤ DAO ĐỘNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ & CƠ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

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

VŨ XUÂN TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU GIẢM DAO ĐỘNG XOẮN CHO TRỤC MÁY BẰNG BỘ HẤP THỤ DAO ĐỘNG

Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật

Mã số: 62 52 01 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ & CƠ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS.TS Khổng Doãn Điền

2. TS Nguyễn Duy Chinh

Hà Nội - 2018

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả luận án

Vũ Xuân Trường

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cám ơn PGS.TS Khổng Doãn Điền và TS. Nguyễn Duy Chinh, đã tận tình hướng dẫn, truyền cảm hứng và niềm say mê nghiên cứu khoa học đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận án.

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo đã tham gia giảng dạy và đào tạo trong quá trình tác giả học tập tại Học viện Khoa học và Công nghệ. Đặc biệt, tác giả xin chân thành cảm ơn GS.TSKH Nguyễn Đông Anh và TS Lã Đức Việt đã đóng góp nhiều ý kiến có giá trị cao, hiệu quả và động viên tác giả hoàn thành luận án.

Đồng thời tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Học viện Khoa học và Công nghệ

- Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Viện Cơ học, Khoa Cơ học kỹ thuật và Tự động hóa, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên, Khoa Cơ khí -Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả làm việc trong suốt thời gian học tập tại Học viện.

Cuối cùng tác giả ghi nhớ sự hỗ trợ về vật chất và động viên tinh thần của bạn bè, đồng nghiệp và những người thân trong gia đình trong suốt quá trình hoàn thành luận án này.

Tác giả luận án

Vũ Xuân Trường

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

A Hàm khuếch đại biên độ-tần số

AN Hàm khuếch đại biên độ-tần số của bậc tự do thứ N

B Ma trận hệ thống

C Ma trận cản

ca Hệ số cản nhớt của bộ hấp thụ dao động (Ns/m)

cs Hệ số cản môi trường của hệ chính (kgm2/s)

ctđ Hệ số cản tương đương

det Định thức của ma trận

DOF Số bậc tự do

DVA Bộ hấp thụ động lực

DVA-FPM Bộ hấp thụ động lực với thiết kế tối ưu sử dụng phương pháp hai điểm cố định

DVA-MQT Bộ hấp thụ động lực với thiết kế tối ưu sử dụng phương pháp cực tiểu mô men bậc hai

DVA-MEVR Bộ hấp thụ động lực với thiết kế tối ưu sử dụng phương pháp cực đại độ cản tương đương.

DVA-MKE Bộ hấp thụ động lực với thiết kế tối ưu sử dụng phương pháp cực tiểu hóa năng lượng.

E Ma trận đơn vị

E Phần năng lượng truyền từ hệ chính sang bộ hấp thụ DVA

e1 Khoảng cách lắp lò xo bộ hấp thụ so với tâm trục (m)

e2 Khoảng cách lắp cản nhớt bộ hấp thụ so với tâm trục (m)

FPM Phương pháp hai điểm cố định

F Véc tơ lực kích động

Hf Véc tơ định vị của kích động ngẫu nhiên

Jr Mô men quán tính khối lượng của trục (rotor) (kgm2)

Jri Mô men quán tính khối lượng của bậc tự do thứ i (kgm2)

Ja Mô men quán tính khối lượng của bộ hấp thụ (kgm2)

K Ma trận độ cứng

ks Độ cứng xoắn của trục (Nm/rad)

ksi Độ cứng xoắn của bậc tự do thứ i (Nm/rad)

ka Độ cứng lò xo của bộ hấp thụ (N/m)

L Phiếm hàm năng lượng

M Ma trận khối lượng

MDOF Hệ nhiều bậc tự do

MEVR Phương pháp cực đại độ cản tương đương.

MQT Phương pháp cực tiểu mô men bậc hai

MKE Phương pháp cực tiểu hóa năng lượng

M Mô men kích động (Nm)

Meqv Ma trận cản tương đương

MˆMô men kích động phức (Nm)

mr Khối lượng của trục (kg)

ma Khối lượng bộ hấp thụ dao động (kg)

N Số bậc tự do của hệ chính

n Số bộ lò xo-cản nhớt sử dụng

P Ma trận mô men bậc hai

Q Ma trận trọng số

q Véc tơ tọa độ suy rộng

SDOF Hệ chính có một bậc tự do

Sf Mật độ phổ của kích động ngẫu nhiên ồn trắng.

T Động năng của cơ hệ (kgm2/s2)

y0 Véc tơ trạng thái ban đầu.

α Tỷ số giữa tần số riêng của DVA và trục

αopt Tỷ số tối ưu giữa tần số riêng của DVA và trục

β Tỷ số giữa tần số lực và tần số riêng của trục

βopt Tỷ số tối ưu giữa tần số lực và tần số riêng của trục

γ Tỷ số giữa vị trí lắp lò xo và bán kính quán tính của trục

θ Góc xoắn giữa hai đầu trục (rad)

θi Góc xoắn của bậc tự do thứ i (rad)

θN Góc xoắn của bậc tự do thứ N (rad)

ˆ Biên độ phức của dao động xoắn của trục (rad)



ˆ Biên độ phức của dao động xoắn của bậc tự do thứ N (rad)

ˆ Biên độ thực của dao động xoắn của trục (rad)



ˆ Biên độ thực của dao động xoắn của bậc tự do thứ N (rad)

η Tỷ số bán kính quán tính của DVA và trục

λ Tỷ số giữa vị trí lắp cản nhớt và bán kính quán tính của trục

μ Tỷ số khối lượng của DVA và trục

ξ Tỷ số cản nhớt

ξopt Tỷ số cản nhớt tối ưu

ρa Bán kính quán tính đĩa bị động của bộ hấp thụ (m)

ρr Bán kính quán tính của trục (m)

φa Góc quay tương đối giữa DVA và trục (rad)

ˆa

Biên độ phức của góc quay tương đối giữa DVA và trục (rad)

φr Góc quay của trục (rad)

φri Góc quay của bậc tự do thứ i (rad)

ˆr

ˆri

Biên độ phức của góc quay của trục (rad)

Biên độ phức của góc quay của bậc tự do thứ i (rad)

ω Tần số của kích động (s-1)

Ωs Tần số dao động riêng của trục (s-1)

Ω0 Tốc độ quay của trục, s-1

∏ Thế năng của cơ hệ (kgm2/s2)

ϕ Hàm hao tán của cơ hệ

ϕs Hàm hao tán của cản môi trường tác dụng lên hệ chính

ϕa Hàm hao tán của cản nhớt bộ hấp thụ DVA

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

i
LỜI CẢM ƠN	ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU	iii
MỤC LỤC	1
DANH MỤC CÁC BẢNG	4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ	5
MỞ ĐẦU	8
1. Lý do chọn đề tài.	8
2. Mục đích nghiên cứu của luận án.	9
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án.	9
4. Phương pháp nghiên cứu.	10
5. Những đóng góp mới của luận án.	10
6. Bố cục của luận án.	11
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU GIẢM DAO ĐỘNG XOẮN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THAM SỐ TỐI ƯU	12
1.1. Tổng quan về các nghiên cứu giảm dao động xoắn.	12
1.2. Tổng quan về bộ hấp thụ dao động DVA và các phương pháp tính toán giảm dao động.	18
1.2.1 Giới thiệu chung.	19
1.2.2 Nguyên lý cơ bản của bộ hấp thụ dao động thụ động.	20
1.2.3. Tính bộ hấp thụ dao động thụ động cho hệ chính không có cản nhớt.	23
1.2.4. Tính bộ hấp thụ dao động thụ động cho hệ chính có cản nhớt.	40
1.2.5.Tính toán tham số tối ưu trong trường hợp hệ chính có nhiều bậc tự do	42
1.2.6. Một số tiêu chuẩn để xác định bộ hấp thụ dao động thụ động.	45
1.3. Kết luận chương 1.	46