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

CHƯƠNG 2 . PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DAO ĐỘNG XOẮN CỦA TRỤC MÁY CÓ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG GIẢM

DAO ĐỘNG DVA 47

2.1. Phân tích mô hình tính toán dao động xoắn của trục máy có

gắn bộ hấp thụ dao động được nghiên cứu trong luận án. 47

2.2. Thiết lập phương trình vi phân dao động. 49

2.3. Mô phỏng số dao động xoắn của trục máy có lắp bộ hấp thụ DVA. 55

2.4. Kết luận chương 2 58

CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN VÀ XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ TỐI ƯU CỦA BỘ HẤP THỤ

DAO ĐỘNG DVA 59

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 153 trang tài liệu này.

3.1. Xác định tham số tối ưu trong trường hợp trục máy

chịu kích động điều hòa 60

3.2. Xác định tham số tối ưu trong trường hợp trục máy

chịu kích động ngẫu nhiên 71

3.3. Xác định tham số tối ưu trong trường hợp trục máy

chịu kích động va chạm 75

3.4. Các bước thiết kế bộ hấp thụ dao động DVA giảm dao

động xoắn cho trục. 79

3.5. Kết luận chương 3 80

CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN, MÔ PHỎNG SỐ HIỆU QUẢ GIẢM DAO ĐỘNG VÀ PHÁT TRIỂN CHO HỆ CHÍNH

NHIỀU BẬC TỰ DO 81

4.1. Tính toán, mô phỏng số hiệu quả giảm dao động xoắn cho trục máy 82

4.1.1. Mô phỏng số trường hợp hệ chịu tác dụng của

kích động điều hòa. 83

4.1.2. Mô phỏng số trường hợp trục máy chịu tác dụng của

kích động va chạm. 90

4.1.3. Mô phỏng số trường hợp hệ chịu tác dụng của

kích động ngẫu nhiên 94

4.2. Phát triển kết quả nghiên cứu cho trường hợp hệ chính

nhiều bậc tự do 99

4.2.1. Mô hình nghiên cứu và phương trình vi phân dao động xoắn

của trục máy nhiều bậc tự do 99

4.2.2. Nghiên cứu xác định tham số tối ưu của bộ hấp thụ dao động

giảm dao động xoắn cho trục máy nhiều bậc tự do 102

4.2.3. Tính toán mô phỏng số các kết quả nghiên cứu cho

hệ chính nhiều bậc tự do 116

4.3. Kết luận chương 4. 126

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 128

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 132

TÀI LIỆU THAM KHẢO 133

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Các thông số tối ưu của bộ hấp thụ dao động cho cơ hệ một bậc tự do không có cản 28

Bảng 1.2. Một số bộ thông số tối ưu của bộ hấp thụ dao động thụ động cho hệ một bậc tự do không cản chịu kích động ồn trắng. 28

Bảng 1.3. Bảng số liệu đầu vào cho phép hồi quy toán học. 43

Bảng 4.1. Tham số tối ưu của bộ hấp thụ DVA theo các phương pháp khác nhau 81

Bảng 4.2. Dữ liệu số của các tham số tối ưu 83

Bảng 4.3. Tần số cộng hưởng của hệ 87

Bảng 4.4. Hiệu quả giảm dao động của các thiết kế DVA khi hệ chính chịu kích động tuần hoàn với tần số cộng hưởng. 89

Bảng 4.5. Hiệu quả giảm dao động của các thiết kế DVA khi hệ chính chịu kích động va chạm 93

Bảng 4.6. Hiệu quả giảm dao động của các thiết kế DVA khi hệ chính chịu kích động ngẫu nhiên 98

Bảng 4.7. Tham số tối ưu α theo số bậc tự do của hệ chính 113

Bảng 4.8. Tham số tối ưu ξ theo số bậc tự do của hệ chính 116

Bảng 4.9. Giá trị hàm khuếch đại A tại các tần số cộng hưởng của hệ khi thay đổi tỷ số cản nhớt  117

Bảng 4.10. Các thông số mô phỏng cho trường hợp hệ chính nhiều bậc tự do. 118

Bảng 4.11. Giá trị của các đại lượng không thứ nguyên 118

Bảng 4.12. Giá trị các tham số tối ưu α và ξ theo số bậc tự do của hệ chính. 118

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Mô hình bộ hấp thụ dao động xoắn CPVAs. 12

Hình 1.2. Mô hình bộ hấp thụ dao động CDR. 14

Hình 1.3. Mô hình bộ hấp thụ dao động. 16

Hình 1.4. Mô hình bộ hấp thụ dao động dạng con lắc ly tâm. 17

Hình 1.5. Mô hình bộ hấp thụ dao động dạng con rãnh trượt tròn. 18

Hình 1.6. Bộ hấp thụ dao động và hệ chính. 19

Hình 1.7. Sơ đồ của hệ chính tương đương. 22

Hình 1.8. Mô hình hệ chính không cản có lắp bộ TMD. 23

Hình 1.9. Hệ số A theo biến β với μ=0.05, α=1.0 24

Hình 1.10. Sự xấp xỉ hệ chính [20]. 41

Hình 2.1. Mô hình trục máy có lắp bộ hấp thụ dao động DVA. 48

Hình 2.2. Mô hình bộ hấp thụ dao động DVA. 49

Hình 2.3. Dao động xoắn của trục khi hệ chịu kích động điều hòa 56

Hình 2.4. Dao động xoắn của trục khi hệ chịu kích va chạm 56

Hình 2.5. Dao động xoắn của trục khi hệ chịu kích động ngẫu nhiên 57

Hình 3.1. Đồ thị hàm khuếch đại biên độ - tần số với α=0.9, μ=0.04, η=1, γ=0.5, λ=0.8 và n=4 67

Hình 4.1. Dao động xoắn của trục trong giai đoạn chuyển tiếp ban đầu với tần số ω = 62.8 s-1 của kích động 84

Hình 4.2. Dao động xoắn của trục trong giai đoạn bình ổn với tần số kích động

ω = 62.8 s-1 của kích động 85

Hình 4.3. Đồ thị mô tả năng lượng E với tần số ω = 62.8 s-1 của kích động 86

Hình 4.4. Đáp ứng của hệ khi lắp và không lắp DVA-FPM 88

Hình 4.5. Đồ thị mô tả năng lượng E với DVA-FPM, hệ chính không cản. 88

Hình 4.6. Đồ thị mô tả năng lượng E với DVA-FPM, hệ chính có cản, cs=22.5 kgm2/s

.......................................................................................................................................89

Hình 4.7. Đáp ứng giảm dao động của DVA-MKE khi hệ chính không cản chịu kích động va chạm 91

Hình 4.8. Năng lượng E khi lắp DVA-MKE với hệ chính không cản chịu kích động va chạm 91

Hình 4.9. Đáp ứng giảm dao động của DVA-MKE khi hệ chính có cản chịu kích động va chạm 92

Hình 4.10. Năng lượng E khi lắp DVA-MKE với hệ chính có cản chịu kích động va chạm 93

Hình 4.11. Đáp ứng giảm dao động của DVA-MQT khi hệ chính không cản chịu kích động ngẫu nhiên 94

Hình 4.12. Đáp ứng giảm dao động của DVA-MQT khi hệ chính có cản chịu kích động ngẫu nhiên 95

Hình 4.13. Đáp ứng giảm dao động của DVA-MEVR khi hệ chính không cản chịu kích động ngẫu nhiên 96

Hình 4.14. Đáp ứng giảm dao động của DVA-MEVR khi hệ chính có cản chịu kích động ngẫu nhiên 97

Hình 4.15. Năng lượng E với DVA-MQT khi hệ chính không cản chịu kích động ngẫu nhiên 97

Hình 4.16. Năng lượng E với DVA-MEVR khi hệ chính không cản chịu kích động ngẫu nhiên 98

Hình 4.17. Mô hình trục máy nhiều bậc tự do lắp bộ hấp thụ dao động DVA 99

Hình 4.18. Sự thay đổi của đường cong khuếch đại biên độ khi thay đổi tỷ số cản với N

= 2, = 0.02, = 1, = 0.5, = 0.8, n = 6 và = 0.2 111

Hình 4.19. Sự thay đổi của đường cong khuếch đại biên độ khi thay đổi tỷ số cản với

N = 3, = 0.02, = 1, = 0.5, = 0.8, n = 6 và = 0.2 111

Hình 4.20. Hàm khuếch đại biên độ-tần số với các giá trị khác nhau của tỷ số cản nhớt

với N=2, µ = 0.02, η = 1, γ = 0.5, λ= 0.8, n = 6 and α = αopt = 0.708 117

Hình 4.21. Dao động xoắn của hệ chính 2 bậc tự do tại tần số = 0.04 119

Hình 4.22. Dao động xoắn của hệ chính 3 bậc tự do tại tần số = 0.04 120

Hình 4.23. Hàm khuếch đại biên độ với = opt và = 0 với trường hợp hệ chính có 2 bậc tự do 120

Hình 4.24. Dao động xoắn của hệ chính 2 bậc tự do tại tần số = 0.88 121

Hình 4.25. Dao động xoắn của hệ chính 2 bậc tự do tại tần số = 0.46 122

Hình 4.26. Dao động xoắn của hệ chính 2 bậc tự do tại tần số = 1.58 123

Hình 4.27. Hàm khuếch đại biên độ với = opt và = 0 hệ chính có 3 bậc tự do 124

Hình 4.28. Dao động xoắn của hệ chính 3 bậc tự do tại tần số = 0.36 124

Hình 4.29. Dao động xoắn của hệ chính 3 bậc tự do tại tần số = 0.77 125

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài.

Cùng với quá trình phát triển của lịch sử loài người, công nghệ cũng từng bước phát triển đột phá. Một trong những giai đoạn quan trọng nhất mở ra những khởi đầu sớm của kỷ nguyên hiện đại là cuộc cách mạng công nghiệp. Trong thời gian này, ngành công nghiệp máy móc đã được sinh ra, đóng một vai trò quan trọng trong hoạt động hỗ trợ sản xuất. Máy móc cho phép sản xuất hàng loạt các mặt hàng khác nhau, không chỉ đạt hiệu quả về tốc độ mà còn đạt hiệu quả cao vượt lên trên năng lực của con người. Ngoài ra, máy móc hoạt động tốt hơn trong những công việc dài hạn và đạt độ thống nhất cao. Chất lượng công việc của con người có thể thay đổi khi bị ảnh hưởng bởi các yếu tố cảm xúc, sức khỏe,… Bên cạnh đó, máy móc giúp thực hiện các công việc nguy hiểm khác nhau thay cho con người. Máy được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau như: sản xuất, xây dựng, nông nghiệp, công nghiệp, khai thác mỏ,… Ngày nay, nhiều máy thậm chí còn được thiết kế để hoạt động mà không có con người. Với sự giúp đỡ của máy móc, thế giới đang hiện đại hóa và ngày càng phát triển, đặc biệt trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang dần phát triển mạnh trên toàn thế giới, tác động đến nền kinh tế của toàn cầu. Việc nghiên cứu chế tạo và nâng cao tuổi thọ, khả năng làm việc của máy móc thiết bị, góp phần quan trọng trong công cuộc cách mạng công nghiệp.

Trục là một trong những chi tiết máy quan trọng của máy, nó có tác dụng truyền mô men xoắn và chuyển động quay từ bộ phận này sang bộ phận khác của máy thông qua các chi tiết máy khác lắp trên trục chẳng hạn như bánh răng, bánh đai, then, khớp nối trục… Chuyển động đặc trưng của trục là chuyển động quay. Trong quá trình làm việc trục chịu tác động của mô men xoắn do động cơ hoặc hệ thống lắp với trục truyền vào [21], [22], [25], [26], [28], [35], bản thân trục nói riêng và các chi tiết máy khác nói chung được tạo thành từ những vật liệu đàn hồi, nên dưới tác động của mô men xoắn, trục sẽ chịu biến dạng xoắn. Biến dạng này thay đổi theo thời gian và lặp đi lặp lại theo mỗi chu kỳ quay của trục gọi là dao động xoắn của trục. Dao động này đặc biệt có hại, không mong muốn, nó gây ra phá hủy mỏi, ảnh hưởng đến tuổi thọ và khả năng làm việc của trục và máy [21], [22], [25], [26], [28], [35]. Cụ thể nó gây ra rung động, tiếng

ồn cho máy, và phá hủy mỏi cho trục; vì không những chỉ ảnh hưởng đến chính bản thân trục mà còn gây hại cho những tiết máy quan trọng khác lắp trên trục, từ đó gây hại cho máy. Việc nghiên cứu giảm dao động cho trục là một việc làm có ý nghĩa quan trọng và mang tính thời sự [21], [22], [25], [26], [28], [35].

Với mong muốn được kế thừa và phát triển những kết quả nghiên cứu trước đây và các kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng vào trong thực tế để nâng cao tuổi thọ, khả năng làm việc, độ chính xác của trục nói chung và máy nói riêng. Nên tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu giảm dao động xoắn của trục máy bằng bộ hấp thụ dao động” để nghiên cứu trong luận án của mình.

2. Mục đích nghiên cứu của luận án.

Như đã phân tích ở trên, dao động xoắn đặc biệt có hại với độ bền, tuổi thọ và khả năng làm việc của trục nói chung và máy nói riêng. Trong quá trình làm việc nó gây ra rung động và tiếng ồn, không những ảnh hưởng đến tuổi thọ và khả năng làm việc của trục, máy móc mà còn trực tiếp ảnh hưởng đến chất lượng của chi tiết gia công trên máy. Đặc biệt, chưa có nghiên cứu nào sử dụng phương pháp giải tích tính toán tối ưu thông số của bộ hấp thụ dao động cho mô hình hệ chính dao động xoắn. Bởi vậy, mục đích của luận án là nghiên cứu giảm dao động xoắn cho trục máy bằng bộ hấp thụ dao động DVA (dynamic vibration absorber) dạng đĩa khối lượng – lò xo – cản nhớt.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án.

Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là các tham số tối ưu của bộ hấp thụ dao động thụ động DVA giảm dao động cho xoắn cho trục máy khi chịu tác dụng của các loại kích động khác nhau: kích động điều hòa, kích động va chạm, kích động ngẫu nhiên.

Phạm vi nghiên cứu

Trong phạm vi nghiên cứu của luận án này, tác giả tìm các thông số tối ưu của bộ hấp thụ dao động DVA để giảm dao động xoắn cho trục máy có 1 bậc tự do cho trường hợp hệ chính không cản và phát triển phương pháp điểm cố định cho bậc tự do thứ N của mô hình trục máy có nhiều bậc tự do.