Nghiên cứu ảnh hưởng của cấu trúc đệm lót tới đáp ứng động lực học của ổ khí động đàn hồi

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu tơi Tất số liệu kết nghiên cứu luận án trung thực, khách quan, chưa tác giả khác công bố Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Tập thể GVHD Nghiên cứu sinh LỜI CẢM ƠN Luận án hoàn thành hướng dẫn thầy GS TS với dẫn định hướng mặt khoa học, động viên thầy cô Nhóm chun mơn Thiết kế hệ thống khí, Trường Cơ khí, Đại học Bách khoa Hà Nội (trước Bộ môn Cơ sở thiết kế máy Robot, Viện Cơ khí, Đại học Bách Khoa Hà Nội) Tác giả bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc thầy giáo hướng dẫn thầy cô đơn vị công tác tạo điều kiện thuận lợi tận tình giúp đỡ tác giả thời gian học tập nghiên cứu Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới Phòng Đào tạo Phòng-Ban khác Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi tận tình giúp đỡ tác giả trình làm nghiên cứu sinh Tác giả bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới Đại tá Phạm Quang Minh cộng Viện Tên lửa – Viện Khoa học Công nghệ quân - Bộ Quốc phịng hỗ trợ tác giả q trình lắp đặt vận hành hệ thống đo Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lỏng biết ơn đến người thân gia đình ln quan tâm, cảm thông, động viên giúp đỡ tác giả suốt thời gian học tập nghiên cứu Tác giả luận án MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 11 DANH MỤC BẢNG BIỂU 14 MỞ ĐẦU 15 CHƯƠNG 19 TỔNG QUAN VỀ Ổ KHÍ ĐỘNG ĐÀN HỒI .19 1 Cấu tạo nguyên lí làm việc 20 1 Cấu tạo 20 1 Nguyên lí làm việc 20 Ưu nhược điểm ổ khí động đàn hồi 21 Ưu điểm 21 2 Nhược điểm .22 Phạm vi ứng dụng 22 Phân loại ổ khí động đàn hồi 23 Theo khả tiếp nhận tải trọng: 23 Theo cấu trúc đệm 24 Khái quát lịch sử phát triển ổ khí động đàn hồi 28 Tình hình nghiên cứu ngồi nước ổ khí động đàn hồi 31 Mơ hình hóa cấu trúc đệm để nghiên cứu đặc tính động lực học .31 Nghiên cứu thông số động lực học cấu trúc đệm 37 Nghiên cứu động lực học trục quay 38 Thiết kế đánh giá cấu trúc đệm .40 Nghiên cứu khả tải .46 6 Nghiên cứu phủ bề mặt 48 Tình hình nghiên cứu nước .49 Hướng nghiên cứu luận án 50 Những nhận xét rút từ tình hình nghiên cứu .50 Định hướng nghiên cứu luận án .50 CHƯƠNG 52 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN HỆ TRỤC-Ổ 52 Thiết lập phương trình đặc tính hệ trục-ổ đệm khí 52 1 Phương trình phân bố áp suất màng khí 53 2 Phương trình chuyển động tâm trục 62 Phương trình biến dạng đàn hồi cấu trúc đệm 68 Phương pháp giải hệ phương trình vi phân chuyển động 70 Phương trình chuyển động tồn hệ 70 3 Điều kiện biên hệ 71 Phương pháp tính tốn quỹ đạo tâm trục 71 Phương pháp xác định tính ổn định trạng thái cân tốc độ tới hạn 71 CHƯƠNG 73 XÂY DỰNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN LỚP ĐỆM SÓNG VÀ 73 KHẢO SÁT THAM SỐ .73 Đặt vấn đề 73 Mơ hình đàn hồi lớp đệm sóng 74 Phương trình xác định đường đàn hồi sóng 74 2 Phương pháp xác định đường đàn hồi sóng 76 3 Điều kiện biên 78 Kết tính toán .79 3 Xác định độ cứng danh nghĩa cấu trúc đệm 81 Khảo sát mức độ ảnh hưởng tham số cấu trúc đệm tới độ cứng danh nghĩa 83 Khảo sát ảnh hưởng thông số công nghệ cấu trúc tới đáp ứng động lực học ổ khí động đàn hồi 85 Kết mô động lực học .86 Khảo sát ảnh hưởng tham số tới tốc độ tới hạn ổ trường hợp trục đỡ ổ 87 Khảo sát ảnh hưởng tham số tới tốc độ tới hạn ổ trường hợp trục đỡ hai ổ 90 CHƯƠNG 93 THỰC NGHIỆM TRỤC QUAY VÀ XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG CẤU TRÚC ĐỆM 93 Xây dựng hệ thống thí nghiệm 93 1 Chế tạo ổ khí động đàn hồi dạng sóng hệ I .93 Xây dựng hệ thống đo .96 Chế tạo trục .99 Thực nghiệm xác định độ cứng danh nghĩa cấu trúc đệm 99 Mơ hình thí nghiệm 99 2 Trình tự thí nghiệm .101 Kết thảo luận 101 Thực nghiệm xác định quỹ đạo tâm trục quay .106 Mơ hình thí nghiệm .106 Trình tự thí nghiệm .107 3 Kết thảo luận 107 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 111 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 114 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Danh mục ký hiệu Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa W N Tải trọng lớn ổ trạng thái cân tĩnh Hệ số khả tải Φ L m Chiều rộng ổ D m Đường kính trục Ω vòng/phút Tốc độ quay trục p Pa Áp suất lưu chất dx, dy, dz τ xy Kích thước phân tố lưu chất hình hộp Pa Ứng suất cắt bề mặt mặt phân tố μ Độ nhớt lưu chất γ˙ Tốc độ biến đổi biên dạng cắt u m/s Vận tốc phân tố theo phương x v m/s Vận tốc phân tố theo phương z qx Lưu lượng theo phương x qz Lưu lượng theo phương z U1 m/s Vận tốc trượt theo phương x mặt lót ổ U2 m/s Vận tốc trượt theo phương x mặt ngõng trục h m chiều cao màng chất lưu, chiều dày màng khí ∂ ∂t Thay đổi theo thời gian ∂ ∂x Thay đổi theo phương x ∂ ∂y Thay đổi theo phương y ∂ ∂z Thay đổi theo phương z w0 m/s vận tốc mặt lưu chất w1 m/s vận tốc mặt lưu chất ρ Mật độ khối lượng chất khí ζ ζ= z R θ θ= x R τ τ= Ωt pa Pa p= Áp suất màng khí khơng thứ nguyên, ~ ~ p c áp suất khí xung quanh m p pa Khe hở danh nghĩa ngõng trục lót ổ ~ h c ~ h Chiều cao màng khí khơng thứ ngun, h= ψ ~ ψ=~ p.h Λ Hệ số làm việc ổ, Λ= μΩ R pa c mr kg Khối lượng trục quay S N Tải trọng tĩnh tác dụng lên trục P N Trọng lượng chi tiết lắp trục Flt N Lực quán tính ly tâm e m Khoảng cách từ trọng tâm trục đến đường tâm quay trục εy Độ hở lệch tâm tương đối theo phương y, ε y = y c εx Độ hở lệch tâm tương đối theo phương x, ε x = x c Fx N Lực tác dụng màng khí lên ngõng trục theo phương x Fy N Lực tác dụng màng khí lên ngõng trục theo phương y JP Mơ men qn tính quanh hai trục x y JS Mơ men qn tính độc cực quanh trục z θx, θy Góc xoay trục theo phương x, y c , c2 m Khe hở danh nghĩa hai ổ đỡ trục w m Độ võng đệm Kb N/m3 Độ cứng đơn vị diện tích cấu trúc đệm Kb N/m Độ cứng cấu trúc đệm K N/m2 Độ cứng đơn vị chiều dài cấu trúc đệm θ C cản Hệ số cản η Hệ số thất thoát lượng, η=0,25 ~ w❑ w❑= Độ võng không thứ nguyên, ~ s Biến trạng thái hệ phương trình đặc tính θF Vị trí hở theo hướng cung trịn N z× Nθ Kích thước lưới sai phân w❑ c Fr N Lực tác dụng lên trục trục không quay δ0 m Chuyển vị trục theo phương thẳng đứng ρ0 mm Bán kính cong ban đầu sóng ρ❑ mm Bán kính cong sóng sau chịu uốn E Mơ-đun đàn hồi vật liệu sóng I Mơmen qn tính mặt cắt ngang sóng M❑ Nmm Mơ men uốn nội lực xF, yF Tọa độ điểm tác dụng lên sóng lực F xN, yN Tọa độ điểm chân sóng N XN, YN N Pphản lực theo hai phương x, y điểm chân sóng N vF m Chuyển vị điểm đặt lực F K bump N/m Độ cứng sóng φ o Góc tiếp tuyến với phần tử sóng Các hệ số tích phân Newton ai, bi, ci ∆l m Chiều dài phần tử sóng φ 01 o Góc tiếp tuyến phần tử cố định phía bên trái h0 m Chiều cao sóng l0 m Nửa chiều rộng sóng y F0 Tung độ F lúc ban đầu nbump Số sóng δi m Chuyển vị hướng kính đỉnh sóng thứ i K tot N/m Độ cứng danh nghĩa cấu trúc đệm t m Chiều dày sóng Danh mục chữ viết tắt Chữ viết tắt Ý nghĩa NASA Cơ quan Hàng không Vũ trụ Hoa Kỳ ACM Thiết bị ln chuyển khơng khí ECS Hệ thống điều khiển mơi trường BFB Ổ đệm khí dạng sóng MMFB Ổ đệm khí dạng búi kim loại VEFB Ổ đệm đàn nhớt LCC Khả tải 10