Nghiên cứu giảm dao động xoắn cho 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: PGS.TS Khổng Doãn Điền TS Nguyễn Duy Chinh Hà Nội - 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu, kết nghiên cứu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận án Vũ Xn Trường ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cám ơn PGS.TS Khổng Doãn Điền TS Nguyễn Duy Chinh, tận tình hướng dẫn, truyền cảm hứng niềm say mê nghiên cứu khoa học giúp đỡ tơi hồn thành luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo tham gia giảng dạy đào tạo trình tác giả học tập Học viện Khoa học Công nghệ Đặc biệt, tác giả xin chân thành cảm ơn GS.TSKH Nguyễn Đơng Anh, PGS.TS Lã Đức Việt đóng góp nhiều ý kiến có giá trị cao, hiệu động viên tác giả hoàn thành luận án Đồng thời tác giả xin chân thành cảm ơn Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Viện Cơ học, Khoa Cơ học kỹ thuật Tự động hóa, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên, Khoa Cơ khí -Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả làm việc suốt thời gian học tập Học viện Cuối tác giả ghi nhớ hỗ trợ vật chất động viên tinh thần bạn bè, đồng nghiệp người thân gia đình suốt q trình hồn thành luận án Tác giả luận án Vũ Xuân Trường iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU A Hàm khuếch đại biên độ-tần số AN Hàm khuếch đại biên độ-tần số bậc tự thứ N B Ma trận hệ thống C Ma trận cản ca Hệ số cản nhớt hấp thụ dao động (Ns/m) cs Hệ số cản môi trường hệ (kgm2/s) ctđ Hệ số cản tương đương det Định thức ma trận DOF Số bậc tự 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 lượng E Ma trận đơn vị E Phần lượng truyền từ hệ sang hấp thụ DVA e1 Khoảng cách lắp lò xo hấp thụ so với tâm trục (m) e2 Khoảng cách lắp cản nhớt 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 kích động thay đổi theo thời gian Jr Mơ men quán tính khối lượng trục (rotor) (kgm2) Jri Mơ men qn tính khối lượng bậc tự thứ i (kgm2) Ja Mơ men qn tính khối lượng hấp thụ (kgm2) K Ma trận độ cứng iv ks Độ cứng xoắn trục (Nm/rad) ksi Độ cứng xoắn bậc tự thứ i (Nm/rad) ka Độ cứng lò xo hấp thụ (N/m) L Phiếm hàm lượng M Ma trận khối lượng MDOF Hệ nhiều bậc tự MEVR Phương pháp cực đại độ cản tương đương MQT Phương pháp cực tiểu mô men bậc hai MKE Phương pháp cực tiểu hóa lượng M Mơ men kích động (Nm) Meqv Ma trận cản tương đương Mˆ Mơ men kích động phức (Nm) mr Khối lượng trục (kg) ma Khối lượng hấp thụ dao động (kg) N Số bậc tự hệ n Số lị 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 có bậc tự Sf Mật độ phổ kích động thay đổi theo thời gian ồn trắng T Động hệ (kgm2/s2) y0 Véc tơ trạng thái ban đầu α Tỷ số tần số riêng DVA trục αopt Tỷ số tối ưu tần số riêng DVA trục β Tỷ số tần số lực tần số riêng trục βopt Tỷ số tối ưu tần số lực tần số riêng trục γ Tỷ số vị trí lắp lị xo bán kính qn tính trục θ Góc xoắn hai đầu trục (rad) θi Góc xoắn bậc tự thứ i (rad) v θN Góc xoắn bậc tự thứ N (rad) ˆ Biên độ phức dao động xoắn trục (rad) ˆN Biên độ phức dao động xoắn bậc tự thứ N (rad) ˆ Biên độ thực dao động xoắn trục (rad) ˆN Biên độ thực dao động xoắn bậc tự thứ N (rad) η Tỷ số bán kính quán tính DVA trục λ Tỷ số vị trí lắp cản nhớt bán kính quán tính trục μ Tỷ số khối lượng DVA trục ξ Tỷ số cản nhớt ξopt Tỷ số cản nhớt tối ưu ρa Bán kính quán tính đĩa bị động hấp thụ (m) ρr Bán kính quán tính trục (m) φa Góc quay tương đối DVA trục (rad) ˆa Biên độ phức góc quay tương đối DVA trục (rad) φr Góc quay trục (rad) φri Góc quay bậc tự thứ i (rad) ˆr Biên độ phức góc quay trục (rad) ˆri Biên độ phức góc quay bậc tự thứ i (rad) ω Tần số kích động (s-1) Ωs Tần số dao động riêng trục (s-1) Ω0 Tốc độ quay trục, s-1 ∏ Thế hệ (kgm2/s2) ϕ Hàm hao tán hệ ϕs Hàm hao tán cản mơi trường tác dụng lên hệ ϕa Hàm hao tán cản nhớt hấp thụ DVA MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU iii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu luận án Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án Phương pháp nghiên cứu 10 Những đóng góp luận án 10 Bố cục luận án 11 CHƯƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU GIẢM DAO ĐỘNG XOẮN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THAM SỐ TỐI ƯU 13 1.1 Tổng quan nghiên cứu giảm dao động xoắn 13 1.2 Tổng quan hấp thụ dao động DVA phương pháp tính tốn giảm dao động 19 1.2.1 Giới thiệu chung 20 1.2.2 Nguyên lý hấp thụ dao động thụ động 21 1.2.3 Tính hấp thụ dao động thụ động cho hệ khơng có cản nhớt 24 1.2.4 Tính hấp thụ dao động thụ động cho hệ có cản nhớt 41 1.2.5.Tính tốn tham số tối ưu trường hợp hệ có nhiều bậc tự 43 1.2.6 Một số tiêu chuẩn để xác định hấp thụ dao động thụ động 46 1.3 Kết luận chương 47 CHƯƠNG PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DAO ĐỘNG XOẮN CỦA TRỤC MÁY CÓ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG GIẢM DAO ĐỘNG DVA 48 2.1 Phân tích mơ hình tính tốn dao động xoắn trục máy có gắn hấp thụ dao động nghiên cứu luận án 48 2.2 Thiết lập phương trình vi phân dao động 50 2.3 Mô số dao động xoắn trục máy có lắp hấp thụ DVA 56 2.4 Kết luận chương 59 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN VÀ XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ TỐI ƯU CỦA BỘ HẤP THỤ DAO ĐỘNG DVA 60 3.1 Xác định tham số tối ưu trường hợp trục máy chịu kích động điều hịa 61 3.2 Xác định tham số tối ưu trường hợp trục máy chịu kích động thay đổi theo thời gian 72 3.3 Xác định tham số tối ưu trường hợp trục máy chịu kích động va chạm 76 3.4 Các bước thiết kế hấp thụ dao động DVA giảm dao động xoắn cho trục 80 3.5 Kết luận chương 81 CHƯƠNG TÍNH TỐN, MƠ PHỎNG SỐ HIỆU QUẢ GIẢM DAO ĐỘNG VÀ PHÁT TRIỂN CHO HỆ CHÍNH NHIỀU BẬC TỰ DO 83 4.1 Tính tốn, mơ số hiệu giảm dao động xoắn cho trục máy 84 4.1.1 Mô số trường hợp hệ chịu tác dụng kích động điều hịa 85 4.1.2 Mơ số trường hợp trục máy chịu tác dụng kích động va chạm 92 4.1.3 Mô số trường hợp hệ chịu tác dụng kích động thay đổi theo thời gian 96 4.2 Phát triển kết nghiên cứu cho trường hợp hệ nhiều bậc tự 101 4.2.1 Mơ hình nghiên cứu phương trình vi phân dao động xoắn trục máy nhiều bậc tự 101 4.2.2 Nghiên cứu xác định tham số tối ưu hấp thụ dao động giảm dao động xoắn cho trục máy nhiều bậc tự 104 4.2.3 Tính tốn mơ số kết nghiên cứu cho hệ nhiều bậc tự 118 4.3 Kết luận chương 128 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 130 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 134 TÀI LIỆU THAM KHẢO 135