tính dao động hệ trục cho tàu 650 tấn , lắp máy 60k 28

Đề bài : Tính dao động hệ trục cho tàu 650 tấn , lắp máy 60K - 28 Cơ sở dữ liệu tính toán 1/ Loại tàu Tàu hàng khô 650 T , lắp máy 60KM - 28 2/ Máy chính Máy chính có kí hiệu 60KM - 28 do hãng DAIHATSU, Nht Bn sn xuất là động cơ diesel 2 kì tác dụng đơn , tăng áp bằng tuabin, mt hng xylanh thng ng, lm mỏt giỏn tip hai vũng tun hon, bụi trn ỏp lc tun hon kớn, khi ng bng khụng khớ nộn, t o chiu, iu khin ti ch hoc t xa trờn bung lỏi. Kiểu máy 60KM - 28 Hãng chế tạo DAIHATSU Nớc sản xuất Nht Bn Công suất định mức [N] 1911/2600 kW/ hp Vòng quay định mức [n ] 750 rpm Số kì 2 Số xilanh [i ] 6 Đờng kính xilanh [D] 280 mm Hành trình piston [S ] 390 mm Thứ tự làm việc các xilanh 1-4-2-6-3-5 Vòng quay lớn nhất [nmax] 750 rpm Vòng quay nhỏ nhất [nmin] 330 rpm Bán kính quay trục khuỷu [R] 195 mm Đờng kính cổ trục [dct] 160 mm Đờng kính cổ biên [dcb] 160 mm Khoảng cách hai tâm xilanh [H] 360 mm Khoảng cách tâm xilanh cuối đến bánh đà [Hc] 990 mm Chiều dài tay biên [L] 1160 mm Quán tính bánh đà [GD 2 ] 4625 kGcm 2 3 / Chong chóng Vật liệu Đồng - Nhụm - Niken Đờng kính chong chóng [D] 2,92 m Số cánh chong chóng [Z] 4 Tỷ số đĩa [] 0,67 Tỷ số bớc [H/D] 0,8 Khối lợng [G] 2581 kg Chiều quay Phải Tỷ trọng vật liệu làm chong chóng [] 8,6.10 -3 kg/cm 3 4 / Trục Vật liệu KSF 45 Tỷ trọng vật liệu làm trục [] 7,85.10 -3 kG/cm 3 a. Trục chong chóng Đờng kính [dcc] 280 mm Chiều dài [lcc] 5000 mm 1 b. Trục trung gian Đường kính trục trung gian [d tg ] 270 mm Chiều dài trục trung gian [l tg ] 2000 mm PhÇn I : TÝnh dao ®éng xo¾n tù do 1 . M« h×nh hÖ trôc 2 Động cơ Trục chong chóng Chong chóng Bánh đà 1 I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7 I 8 e 12 e 23 e 34 e 45 e 56 e 67 e 78 2 3 4 5 6 7 8 Ta có thể lập mô hình dao động tự do của hệ cân bằng xoắn tơng đơng gồm n khối lợng tập trung nh sau : Các khối lợng tập trung ( các đĩa ) là các phần của hệ trục có khối lợng quán tính lớn nh các trục khuỷu cùng piston , bánh đà , chong chóng, thể hiện bởi momen quán tính khối lợng I i . Các khối lợng này đợc nối với nhau bởi các đoạn trục không có khối lợng chỉ có tính chất đàn hồi , biểu thị bởi độ mền e , nối giữa các khối lợng . 2. Mô men quán tính khối lợng 2.1. Mô men quán tính khối lợng nhóm biên khuỷu (I bk ) Theo công thức Cheski: ( ) dHbD RbD bDR I bk 4,1 10.25,1 2 35 + + = (kG.cm.s 2 ) Trong đó: R _ Bán kính khuỷu : R = 19,5 (cm) D _ Đờng kính xilah : D = 28 (cm) H _ Khoảng cách giữa 2 tâm xilanh liên tiếp : H = 36 (cm) d _ Đờng kính trung bình của cổ biên và cổ trục : d = 16 (cm) _ Hệ số hiệu chỉnh có xét đến chiều dài biên, đờng kính và vật liệu chế tạo piston: Với piston bằng gang : = 0,22. bD L + 0,6 Trong đó: + b _ Hệ số khoang xilanh (công đơn b 1) 3 + L _ Chiều dài biên : L = 116 (cm) => = 0,22. bD L + 0,6 = 0,22. 128 116 + 0,6 = 1,5 Kết quả: I bk = 77,46 (kG.cm.s 2 ) 2. 2. Mô men quán tính khối lợng của bánh đà Mô men quán tính khối lợng của bánh đà đợc tính theo công thức: I bđ = 2,55.G.D 2 = 11793,75 (kG.cm.s 2 ) 2.3. Mô men quán tính khối lợng của chong chóng Theo công thức: I cc = I bt + I nk (kG.cm.s 2 ) Trong đó: I bt _ Mô men quán tính khối lợng của bản thân chong chóng: I bt = 28.10 -8 D 5 ( + 3) Với: _ Trọng lợng riêng của vật liệu chế tạo chong chóng: = 8,6.10 -3 (kG/cm 3 ) D _ Đờng kính của chong chóng : D = 297 (cm) _ Tỷ số đĩa của chong chóng : = 0,67 Kết quả: I bt = 13682,95 (kG.cm.s 2 ) I nk _ Mô men quán tính khối lợng của nớc kèm I nk = 6,7.10 -10 .D 5 + 1,0.5. D H D H Với: D H _ Tỷ số bớc của chong chóng : D H =0, 8 Kết quả: I nk = 3737,14 (kG.cm.s 2 ) Vậy mô men quán tính khối lợng của chong chóng là: I cc = I bt + I nk = 13682,95 + 3737,14 = 17420,09 (kG.cm.s 2 ) 2.4. Mô men quán tính khối lợng của các đoạn trục Mô men quán tính khối lợng của các đoạn trục đợc tính theo công thức sau: I = g.32 . .l.d 4 (kG.cm.s 2 ) Trong đó: 4 _ Trọng lợng riêng của vật liệu chế tạo trục, = 7,85.10 -3 (kG/cm 3 ) g _ Gia tốc trọng trờng : g = 981 (cm/s 2 ) l _ Chiều dài đoạn trục (cm) d _ Đờng kính đoạn trục (cm) a. Với đoạn trục từ xilanh cuối đến bánh đà l = H c = 99 (cm) d = d ct = 16 (cm) Kết quả: I c = 5,094(kG.cm.s 2 ) b. Với đoạn trục từ bánh đà đến chong chóng l = l CC = 500 (cm) d =d CC = 28 (cm) Kết quả: I tr = 241,313 (kG.cm.s 2 ) c. Trc trung gian. l = l tg = 200 (cm) d = d tg = 27 (cm) Kt qu: I tg = 83,45 (kG.cm.s 2 ) 3. Hệ số mềm các đoạn trục 3.1. Độ mềm của biên khuỷu (e bk ) Theo công thức: 44 6 ).5,0(10.11 + = d RH e (kG -1 .cm -1 ) Trong đó: H _ Khoảng cách giữa hai tâm xilanh liên tiếp : H = 36 (cm) R _ Bán kính khuỷu : R = 19,5 (cm) d _ Đờng kính cổ trục : d ct = 16 (cm) _ Hệ số trục rỗng : = 0 Kết quả: e bk =7,69. 9 10 (kG -1 .cm -1 ) 3.2. Độ mềm các đoạn trục Theo công thức: c x x K d l G e 4 . 32 = (kG -1 .cm -1 ) Trong đó: G _ Môđun đàn hồi xoắn vật liệu : G = 8,1.10 5 (kG/cm 2 ) 5 l x _ Chiều dài đoạn trục (cm) d x _ Đờng kính đoạn trục (cm) K c _ Hệ số trục rỗng : K c = 1 a. Với đoạn trục từ tâm xilanh cuối đến bánh đà(e bđ ) l x = H c = 99 (cm) d x = d ct = 16 (cm) Kết quả: e c = 1,9.10 -8 (kG -1 .cm -1 ) b. Với đoạn trục từ bánh đà đến chong chóng (e cc ) l x = l CC = 500 (cm) d x =d CC = 28 (cm) Kết quả: e tr = 1,023.10 -8 (kG -1 .cm -1 ) c. Trc trung gian l x = l tg = 200 (cm) d x = d tg = 27 (cm) Kết quả: e tg = 4,73.10 -9 (kG -1 .cm -1 ) 4. Thành lập sơ đồ hệ thống dao động xoắn tơng đơng Hệ dao động xoắn thực đợc quy đổi thành hệ dao động xoắn tơng đơng với hệ thống đặc tính động lực. Đặc trng cho tính động lực là mô men quán tính khối lợng ( I ) và hệ số mềm ( e ). Hệ dao động xoắn tơng đơng gồm 8 khối lợng tập trung ( I 1 , I 2 , I 8 ) đuợc nối bởi 7 đoạn trục không khối lợng ( e 12 , e 23 , e 78 ) 6 Ta có sơ đồ sau I 1 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7 I 8 I 12 e e 23 e 34 e 45 e 56 e 67 e 78 4.1. Mô men quán tính khối lợng của các khối lợng tập trung - Các khối lợng tập trung từ 1 ữ 6 có mô men quán tính khối lợng của nhóm biên khuỷu : I 1 = I 2 = I 3 = I 4 = I 5 = I 6 = I bk = 77,46 (kG.cm.s 2 ) - Mô men quán tính khối lợng của khối lợng thứ 7 là : I 7 = I c + I bđ +I tr +I tg = 5,094 + 11793,75 + 241,313 + 83,45 = 12123,607 (kG.cm.s 2 ) - Mô men quán tính khối lợng của khối lợng thứ 8 : I 8 = I CC = 17420,09 (kG.cm.s 2 ) 4.2. Độ mềm xoắn các đoạn trục e 12 = e 23 = e 34 = e 45 = e 56 = e bk = 7,69. 9 10 (kG -1 .cm -1 ) e 67 = e c = 1,9.10 -8 (kG -1 .cm -1 ) e 78 = e tr = 1,023.10 -8 (kG -1 .cm -1 ) 7 5. Tính toán dao động tự do Hệ thống tơng gồm có 8 khối lợng tập trung do đó tồn tại 7 tâm dao động. Vì tần số dao động tự do tơng đơng ứng với tâm dao động nên có thể nói rằng toàn bộ hệ thống đồng thời đều tham gia vào hình thức dao động 1 tâm, 2 tâm, 7 tâm. Trong thực tế dao động từ 2 tâm trở nên có tần số dao động tự do rất lớn do đó ta chỉ xét dạng dao động 1 tâm. Để tìm tần số dao động tự do của hệ thống tơng đơng nhiều khối lợng ta phải đổi hệ thống thành hệ thống không thứ nguyên nhiều khối lợng. 5.1. Hệ thống không thứ nguyên nhiều khối lợng 5.1.1. Mô men quán tính khối lợng không thứ nguyên Đợc đặc trng bởi à i , tính theo công thức : 0 I I i i = à Trong đó: I i _ Mô men quán tính khối lợng của khối lợng tập trung thứ i I 0 _ Mô men quán tính khối lợng gốc: I 0 = I bk = 77,46 (kG.cm.s 2 ) Kết quả: à 1 = à 2 = à 3 = à 4 = à 5 = à 6 = 1 à 7 = I 7 /I bk = 12123,607/77,46 = 156,5 à 8 = 8 / bk =17420,09/77,46= 224,89 5.1.2. Độ mềm không thứ nguyên Đợcđặc trng bởi E i,i+1 và tính theo công thức : 0 1, 1, e e E ii ii + + = Trong đó: e i,i+1 _ Độ mềm xoắn của đoạn trục i,i+1 e 0 _ Độ mềm xoắn chuẩn đo : e 0 = e bk = 6,18.10 -10 (kG -1 .cm -1 ) Kết quả: E 12 = E 23 = E 34 = E 45 = E 56 = 1 E 67 = e 67 /e bk = 1,69.10 -8 /7,96.10 -9 =1,37 E 78 = e 78 /e bk =1.023.10 -8 /7,96.10 -9 = 1,29 8 Ta có sơ đồ chuyển đổi nh sau: I 1 e e e e e e 12 23 34 45 56 67 78 e I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7 I 8 3423 12 EE E E 675645 E E 78 E à 1 2 à 3 à 4 à 5 à 6 à 7 à 8 à 5.2. Xét dạng dao động 1 tâm (Hệ thống 2 khối lợng) 5.2.1. Tính gần đúng bình phơng tần số dao động tự do Đa hệ thống không thứ nguyên nhiều khối lợng về hệ thống không thứ nguyên 2 khối lợng. + Khối lợng 1: Bao gồm cơ cấu biên khuỷu, bánh đà, các đoạn trục, bích nối . + Khối lợng 2: Chong chóng. Sơ đồ hệ thống: M x M n E xn - Mô men quán tính khối lợng không thứ nguyên của 1 đợc tính theo công thức: à x = = 7 1i i à = 6 à 1 + à 7 = 6.1 + 156,5 = 162,5 - Mô men quán tính khối lợng 2: à n = à 8 = 224,89 - Độ mềm xoắn của đoạn trục giữa 2 khối lợng quy đổi đợc tính theo công thức: E xn = E x7 + E 78 9 Mà: x i ii x E E à à = = 6 1 7 7 . = x à 1 .(à 1 . 17 + à 2 . 27 + . . . . . +à 6 . 67 ) Trong đó: E 67 = 1,37 E 57 = E 56 + E 67 = 2,37 E 47 = E 45 + E 57 = 3,37 E 37 = E 34 + E 47 = 4,37 E 27 = E 23 + E 37 = 5,37 E 17 = E 12 + E 27 = 6,37 Thay số ta có: E x7 = 0.124 E 78 = 1,29 E xn = 1,36 Bình phơng tần số dao động tự do không thứ nguyên đợc tính: xnnx nx E 9,0 .9,0 àà àà + = = 36,1.89,224.5,162.9,0 89,2245,162.9,0 + = 0,008 5.2.2. Tính chính xác theo phơng pháp Toller Theo phơng pháp Toller , ta có : 1 = 1 H 1 = - .à 1 12 = H 1 . 1 2 = 1 + E 12 . 12 H 2 = - . à 2 23 = 12 + H 2 . 2 3 = 2 + E 23 . 23 H 3 = - . à 3 34 = 23 + H 3 . 3 i = i-1 + Ei -1,i . i-1,i Hi = - . à i i,i+1 = i-1,i + Hi. i Với = 0,008 ta lập đợc bảng Toller có giá trị nh sau : = 0,008 Khối lợng à i i i,i+1 .E i,i+1 -à i . E i,i+1 Hi. i i,i+1 Đoạn trục R i,i+1 1 1 1 -0.044 -0.008 1 -0.044 -0.044 1_2 2 1 0.956 -0.086064 -0.008 1 -0.04206 -0.08606 2_3 10 [...]... T X 12688 9,2 53519 8,8 40715 5,4 1256 5,5 675 0,0 12 615 7,6 2156 3,6 201 0,6 4 9.6115.109 7,3 1.109 6,0 9.109 5,4 1.109 4,8 1.109 3,9 1.109 3,6 1.109 0,2 9.106 0,2 9.106 0,2 9.106 0,2 9.106 0,2 9.106 0,2 9.106 0,2 9.106 0,2 9.106 0,0 263 0,0 418 0,0 405 0,0 132 0,0 111 0,0 116 0,0 181 0,0 085 0,2 9.106 0,0 047 50 2,7 3,3 1.109 3,0 7.109 3 3 Ta ly X = 0,4 18 => A1R= X = 0,4 18 = 0,0 73 vi k =6 Rc= 61477 Rf = 64 5,8 Rp = 1289 30 7,6 18 RSmax=... 9,6 .109 9.6115.109 0,2 9.106 11536451 7,3 .109 7,3 1.109 0,2 9.106 0,2 9.106 11536451 6,0 8.109 6,0 9.109 0,2 9.106 11536451 5,4 .109 5,4 1.109 20 5 9 6 543.9 7 518.4 7 467.4 7 396.6 7 332.8 4 11 7 12 8 13 9 14 0,2 9.106 4,8 .109 4,8 1.109 3,9 .109 3,9 1.109 3,6 .109 11536451 11536451 3,6 1.109 0,2 9.106 0,2 9.106 11536451 0,2 9.106 11536451 3,3 .109 3,3 1.109 0,2 9.106 11536451 3,0 6.109 3,0 7.109 T phng trỡnh : D = T.A1R +... sau: k 5 6 7 8 9 11 12 13 14 k Pi n 212.2 10.41 3 17 6,9 5 7,7 6 15 1,6 7 6,1 58 13 2,7 1 5,1 2 11 7,9 7 4,4 96.47 8 8,4 7 8 1,6 7 7 5,8 4 3.53 3,2 3 3 2,8 3 Cvk Mvk 1.6 71808.7 1,5 67320.6 0.9 40392.4 0.5 22440.2 1795 2,1 6 15708.1 4 1346 4,1 8976.08 4488.04 0,4 0,3 5 0,3 0,2 0,1 i 1.119894 D 126889 2 535198 8 407155 4 6.1 Cụng cn trong cơ cấu biên khuỷu 5.33853 của động cơ Theo công 1.119894 thức Rc= 1.11543 12565.5... 4,5 5 + cc nmax ( a + 0,1 333) h + 0,0 7 D Với: Trong đó: 19 + cc - Biên độ tơng đối của chong chóng: cc= - 2,1 107 + A1R - Biên độ dao động cộng hởng của khối lợng thứ nhất + Nmax - Công suất lớn nhất của trục chong chóng , Nmax= 2600 [cv] + nmax - Vòng quay lớn nhất của trục chong chóng, nmax=750 [v/p] +n k + a = - Vòng quay cộng hởng - Tần số dao động tự do, = 36 6,4 59 [s-1] H = 0,5 8. 0, 67 = 0,3 886... : Với : 1 = 1,3 8 s + 160 C k C D 18 [ ] 1,7 . 1 = Ck , trong đó : Ts - Giới hạn bền kéo danh nghĩa của vật liệu làm trục, Ts = 540 [N/mm2] Ck- hệ số phụ thuộc vào hình dáng của trục khuỷu, Ck= 0,5 5 CD- hệ số đợc tính theo công thức: CD= 0,3 5+ 0,9 3.dcc- 0,2 = 0,8 61 1 =2 5,4 14 [ N/mm2] Kết quả : [ ] = 5 8,2 56 [ N/mm2] = 58 2,5 6[ kG/cm2] 6.9 Kết luận [ ] - S < - Kết luận về vùng cấm quay: Vậy hệ trục làm việc... -0.54917 -0.00254 1_2 2_3 3_4 4_5 5_6 6_7 7_8 Từ kết quả bảng tính , ta đợc : R8 = 8,9 = - 0,0 0254 Kiểm tra sai số: 11 R n 1,n = 100% = 0,4 63% < 2% => thỏa mãn 5.2.3 Tính tần số dao động tự do a Tần số vòng quay = J 0 e0 0,0 46 4 4,3 7. 7,7 2.10 9 = = 36 6,4 59 [rad s 1 ] b Số lần dao động tự do: N = 9,5 5 =349 9,7 [lần/phút] 5.3 Đồ thị xác định tâm dao động Khối lợng Biên độ i 1 1 2 0.954 3 0.864116 4 0.734483... 7 A1R/ 3 7 3 K l = 25.10 8 i ,i +1 5 e d 0 Với: Trong đó: + d -Đờng kính đoạn trục : dcc = 28 [cm] + l - Chiều dài đoạn trục : lcc = 500 [cm] + K - Hệ số rỗng của đoạn trục : Trục đặc K = 1 + i,i+1 - Mô men đàn hồi của đoạn trục i,i+1 tính trong bảng Tolle: Chọn cho đoạn trục : i,i+1= 7,8 = 0,1 208 7 A1R/ 3 Kết quả: Rf =0.29.106 6.3 Công cản của chong chóng Tính theo công thức: Rp= T2.A21R... e0= 6,2 .10-9 [ kG-1/cm-1] Với đoạn truc chong chóng dcc = 28 [cm] i,i+1 = 7,8 = 0,1 208 Kết quả : R cc = 16 9,4 [kG/cm2] 6.7.2 .Tính ứng suất do mô men xoắn trung bình gây ra: m = 71620 N e max 2 1 nk 3 Wi ,i +1 n max [ kG/cm2] mcc = 0,1 2 [ kG/cm2] 6.7.3.Tổng ứng suất trên trục lúc cộng hởng S = R + m + Với đoạn truc chong chóng : S = 16 9,5 [kG/cm2] 6.8 .Tính ứng suất cho phép 22 ứng suất cho phép đợc tính. .. 300 120 180 CosKi 1 - 0,5 0,5 0.5 0.5 -1 i.CosKi 1 - 0,4 9025 0,4 7094 0,4 42445 0,4 05325 - 0,7 1061 1,1 1785 SinKi 0 -0.866025 0.866025 -0.866025 0.866025 0 i.CosKi 1 -0.49025 -0.47094 SinKi 0 0.866025 0.866025 i.SinKi 0 - 0,8 4912 0,8 1569 - 0,7 66337 0,7 02043 0 - 0,0 67637 Vậy : i = 1,1 19894 3Vi x = 2, K = 8 ; 14 TT 1 2 3 i 1 0.9805 0.94188 Ki 0 480 120 CosKi 1 -0.5 -0.5 i.SinKi 0 0,8 4192 0,8 1569 16 4 5 6 0.88489... 135143 0,4 18 6.6 Xác định khu vực lân cận của vòng quay cộng hởng 21 nk = ( 0,8 5ữ 1,1 5) nk = 36 8,3 3-49 8,3 Với nk = = 43 3,3 Nhận xét: do nk < nH nên động cơ sẽ hoạt động an toàn ở vòng quay khai thác 6.7 Tính ứng suất phát sinh trên trục 6.7.1 Tính ứng suất tại mặt cắt nguy hiểm nhất: i,i+1 = Công thức : i ,i +1 A1R e0 Wi ,i +1 [kG/cm2] Trong đó : i,i+1 - Là mô men đàn hồi lấy trong bảng Tole Wi,i +1 = . Đề bài : Tính dao động hệ trục cho tàu 650 tấn , lắp máy 60K - 28 Cơ sở dữ liệu tính toán 1/ Loại tàu Tàu hàng khô 650 T , lắp máy 60KM - 28 2/ Máy chính Máy chính có kí hiệu 60KM - 28 do hãng. 0,5 0,4 7094 0.866025 0,8 1569 4 0,8 8489 300 0.5 0,4 42445 -0 .866025 - 0,7 66337 5 0,8 1065 120 0.5 0,4 05325 0.866025 0,7 02043 6 0,7 1061 180 -1 - 0,7 1061 0 0 Σ 1,1 1785 - 0,0 67637 VËy : Σα i = 1,1 19894 3- Với. 4,7 3.10 -9 (kG -1 .cm -1 ) 4. Thành lập sơ đồ hệ thống dao động xoắn tơng đơng Hệ dao động xoắn thực đợc quy đổi thành hệ dao động xoắn tơng đơng với hệ thống đặc tính động lực. Đặc trng cho