Nghiên cứu mô phỏng số bôi trơn thủy động ổ đầu to thanh truyền của động đốt trongNghiên cứu mô phỏng số bôi trơn thủy động ổ đầu to thanh truyền của động đốt trongNghiên cứu mô phỏng số bôi trơn thủy động ổ đầu to thanh truyền của động đốt trongNghiên cứu mô phỏng số bôi trơn thủy động ổ đầu to thanh truyền của động đốt trongNghiên cứu mô phỏng số bôi trơn thủy động ổ đầu to thanh truyền của động đốt trongNghiên cứu mô phỏng số bôi trơn thủy động ổ đầu to thanh truyền của động đốt trongNghiên cứu mô phỏng số bôi trơn thủy động ổ đầu to thanh truyền của động đốt trongNghiên cứu mô phỏng số bôi trơn thủy động ổ đầu to thanh truyền của động đốt trongNghiên cứu mô phỏng số bôi trơn thủy động ổ đầu to thanh truyền của động đốt trongNghiên cứu mô phỏng số bôi trơn thủy động ổ đầu to thanh truyền của động đốt trongNghiên cứu mô phỏng số bôi trơn thủy động ổ đầu to thanh truyền của động đốt trong
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình riêng tơi hướng dẫn khoa học TS Trần Thị Thanh Hải TS Nguyễn Tiến Lưỡng Các kết nêu luận án trung thực chưa cơng bố bất trì cơng trình, luận án khác Hà Nội, ngày 12 tháng 10 năm 2018 Tác giả luận án Thay mặt Tập thể người hướng dẫn TS Trần Thị Thanh Hải Nguyễn Đình Tân i LỜI CẢM ƠN Đầu tiên tơi xin bày tỏ long biết ơn chân thành sâu sắc tới tập thể Thầy hướng dẫn khoa học TS Trần Thị Thanh Hải TS Nguyễn Tiến Lưỡng Các thầy cô gợi mở cho tơi ý tưởng khoa học, ln tận tình hướng dẫn suốt thời gian thực luận án Đồng thời xin cảm ơn đến thầy cô, anh chị em môn Máy & Ma sát học – Viện Cơ khí – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, nhiệt tình có góp ý xây dựng để tơi hồn thành luận án Tơi xin trân trọng cảm ơn tới Ban giám hiệu, Viện đào tạo sau đại học, Viện Cơ khí – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập nghiên cứu từ năm 2011 đến Qua đây, xin cảm ơn đến Giáo sư Aurélian FATU thầy cô, anh em Viện PPRIME • UPR 3346, Trường Đại học Poitiers, Cộng hòa Pháp giúp đỡ bảo trang thiết bị thực nghiệm, kỹ thuật phân tích thời gian nghiên cứu thực nghiệm khuôn khổ luận án để tơi hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo, anh chị em đồng nghiệp trường Cao đẳng Điện tử - Điện lạnh Hà Nội tạo điều kiện, giúp đỡ động viên để tơi hồn thành luận án Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân ln động viên tinh thần, thời gian vật chất để tơi có động lực trình học tập nghiên cứu để hồn thành luận án Hà Nội, tháng 10 năm 2018 Tác giả Nguyễn Đình Tân ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC HÌNH VẼ viii DANH MỤC BẢNG BIỂU .viii MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Ý nghĩa khoa học đề tài Ý nghĩa thực tiễn đề tài Các kết Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Ổ đầu to truyền 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Các Hiện tượng, nguyên nhân hư hỏng 1.1.3 Khe hở bán kính 1.1.4 Khe hở dọc 1.2 Những vấn đề công nghệ thiết kế sơ ổ đỡ bôi trơn thủy động 1.2.1 Xác định chiều dày màng dầu 1.2.2 Chọn ổ theo khe hở 1.2.3 Xác định chế độ bôi trơn 1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu 1.3.1 Trên giới 1.3.1.1 Nghiên cứu mô số bôi trơn ổ đầu to truyền 1.3.1.2 Nghiên cứu thực nghiệm ổ đầu to truyền 16 1.3.2 Trong nước 19 1.4 Kết luận 21 Chương 2: LÝ THUYẾT BÔI TRƠN THỦY ĐỘNG 22 2.1 Phương trình Reynolds tổng quát 22 2.2 Phương trình Reynolds cho ổ đỡ thuỷ động 25 2.2.1 Chiều dày màng dầu 25 iii 2.2.2 Phương trình Reynolds 27 2.2.3 Hiện tượng xâm thực 29 2.2.3.1 Nguyên nhân 29 2.2.3.2 Mơ hình hóa tượng xâm thực 30 2.2.4 Điều kiện biên Reynolds 31 2.2.5 Áp dụng điều kiên biên Reynolds cho ổ đỡ thủy động 31 2.3 Phương trình cân tải 32 2.4 Kết luận 33 Chương 3: MÔ PHỎNG SỐ BÔI TRƠN Ổ ĐẦU TO THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ 5S-FE 34 3.1 Mơ hình hóa bơi trơn ổ đầu to truyền 34 3.1.1 Bài toán 34 3.1.1.1 Rời rạc miền khai triển ổ 35 3.1.1.2 Hàm nội suy hàm trọng số 35 3.1.1.3 Phép biến đổi tọa độ 36 3.1.1.4 Tích phân Gauss 37 3.1.1.5 Tính đạo hàm phụ thuộc thời gian 38 3.1.2 Bài toán 39 3.1.3 Giải hệ phương trình cân tải phương pháp lặp Newton-Raphson 40 3.2 Thuật toán 41 3.3 Ổ đầu to truyền động xăng 5S-FE 44 3.3.1 Thanh truyền động 5S-FE 44 3.3.2 Đo đường kính trung bình ổ đầu to truyền động 5S-FE 46 3.3.2.1 Mục đích 46 3.3.2.2 Giới thiệu thiết bị đo 46 3.3.2.3 Tiến trình đo 47 3.3.3 Kết thực nghiệm 47 3.3.4 Tải tác dụng lên ổ đầu to truyền động 5S-FE 49 3.4 Kết mô số 50 3.4.1 Áp suât màng dầu 50 3.4.2 Chiều dày màng dầu 55 3.4.3 Độ lệch tâm trục – bạc 56 3.5.Kết luận 58 iv Chương 4: SO SÁNH KẾT QUẢ CỦA CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG SỐ VỚI PHẦN MỀM ACCEL 59 4.1 Tính tốn số bơi trơn ổ đầu to truyền động 5S-FE phần mềm tính tốn ACCEL 59 4.1.1 Mục đích tính tốn 59 4.1.2 Tiến trình tính toán 59 4.2 So sánh kết mô số kết phần mềm ACCEL 60 4.2.1 Áp suất màng dầu 60 4.2.2 Chiều dày màng dầu 61 4.2.3 Độ lệch tâm trục – bạc 62 4.3 Kết luận 62 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 63 Kết luận chung 63 Kiến nghị 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 72 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Diễn giải e Độ lệch tâm tâm bạc so với tâm trục εx Độ lệch tâm tương đối tâm bạc so với tâm trục theo phương x εy Độ lệch tâm tương đối tâm bạc so với tâm trục theo phương y ρ Khối lượng riêng dầu bôi trơn ρ0 Khối lượng riêng hỗn hợp bôi trơn dầu – khí µ Độ nhớt động lực học dầu bơi trơn ω Vận tốc góc trục khuỷu d khoảng cách từ lỗ dầu đến tâm trục khuỷu C Khe hở bán kính (mm) D Đường kính ổ (mm) R Bán kính ổ (mm) L Chiều dài ổ Λ Hệ số xác định chế độ bôi trơn cho ổ Rq Sai lệch hình học trung bình bề mặt Ra Sai lệch số học trung bình h Chiều dày màng dầu hmin Chiều dày màng dầu nhỏ u, v, w Vận tốc dầu bôi trơn theo phương x, y, z U1,V1,W1,U2, V2,W2 Vận tốc bề mặt bề mặt theo phương x, y, z P Áp suất thủy động dầu bôi trơn ∆P Sai lệch áp suất Pmax Áp suất thủy động lớn dầu bôi trơn σ Ứng suất tiếp tuyến bề mặt W Hàm trọng lượng F Biến trạng thái Fx; Fy Tải trọng tác dụng lên ổ r Chiều dày lớp hỗn hợp bôi trơn dầu - khí Ω Miền khai triển ổ Ω + Điểm màng dầu bắt đầu gián đoạn Ω - Điểm màng dầu bắt đầu hồi phục t Thời gian ∆t Bước thời gian vi J Ma trận Jacobi EHD Elastohydrodynamic THD ThermoHydrodynamic TEHD Thermo ElastoHydroDynamic vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các phận truyền Hình 1.2 Một số hư hỏng thường gặp ổ đầu to truyền Hình 1.3 Màng dầu bôi trơn ổ đỡ truyền Hình 1.4 Chiều dày màng dầu nhỏ chấp nhận Hình 1.5 Lựa chọn ổ theo khe hở bán kính Hình 1.6 Mơ hình rời rạc ổ đầu to truyền 12 Hình 1.7 Ứng suất truyền chịu tác dụng lực siết bu-lông 12 Hình 1.8 Biến dạng ổ đầu to truyền chịu siết bu-lông 13 Hình 1.9 Hình dạng ban đầu bạc lót lực xiết bu lơng 13 Hình 1.10 Hình dạng bạc lót chu kỳ hoạt động 13 Hình 1.11 Mơ hình ổ đầu to truyền 14 Hình 1.12 Sự dịch chuyển bạc lót ổ đầu to truyền 15 Hình 1.13 (a) Tiếp xúc tròn xoay (b) Mơ hình ổ đầu to truyền 15 Hình 1.14 Thanh truyền hệ thống đo đặc tính bơi trơn đầu to 16 Hình 1.15 Băng thử để khảo sát bôi trơn ổ đầu đo truyền 17 Hình 1.16 Sơ đồ lực tác dụng lên ổ đầu to truyền 17 Hình 1.17 Ứng suất truyền 18 Hình 1.18 Trượt tương đối bạc lót ổ 18 Hình 1.20 Thiết bị thực nghiệm 19 Hình 1.19 Thiết bị nghiên cứu bôi trơn ổ đầu to truyền Pierre-Eugene 19 Hình 2.1 Hệ tọa độ 23 Hình 2.2 Mặt cắt ổ đỡ 26 Hình 2.3 Hệ tọa độ xác định chiều dày màng dầu 27 Hình 2.4 Miền khai triển ổ 28 Hình 2.5 Hiện tượng xâm thực màng dầu xảy ổ đỡ 29 Hình 2.6 Vùng khai triển màng dầu 30 Hình 2.7 Phân bố áp suất tiết diện ổ theo phương dọc trục 32 Hình 2.8 Sơ đồ cân lực tác dụng lên truyền 32 Hình 3.1 Rời rạc miền khai triển ổ 35 Hình 3.2 Phép biến đổi hệ tọa độ 36 Hình 3.3 Các điểm Gauss 37 Hình 3.4 Lưu đồ thuật tốn chương trình 42 Hình 3.5 Lưu đồ thuật tốn chương trình xử lý liệu đầu vào 43 viii Hình 3.6 Lưu đồ thuật tốn chương trình giải toán 43 Hình 3.7 Lưu đồ thuật tốn chương trình giải toán 44 Hình 3.8 Thanh truyền động 5S-FE 45 Hình 3.9 Hình ảnh tổng thể máy TALYRON 365 46 Hình 3.10 Hình ảnh chụp hình phần mềm làm việc 46 Hình 3.11 Ổ đỡ, trục mẫu kèm theo máy Talyron 365 47 Hình 3.12 Đo đường kính ổ đầu to truyền 47 Hình 3.13 Kết đo đường kính ổ đầu to truyền 25Nm+300 48 Hình 3.14 Kết đo đường kính ổ đầu to truyền 25Nm+300 tiết diện 48 Hình 3.15 Trung tâm điều khiển băng thử MEGAPASCALE 49 Hình 3.16 Tải tác dụng lên ổ đầu to truyền động 5S-FE 49 Hình 3.17 Chia lưới ổ đầu to truyền 50 Hình 3.18 Phân bố áp suất theo phương chu vi 3700 trục khuỷu khe hở bán kính C = 24µm 50 Hình 3.19 Phân bố áp suất theo phương chiều dài 3700 trục khuỷu khe hở bán kính C = 24µm 51 Hình 3.20 Phân bố áp suất góc 3700 trục khuỷu khe hở bán kính C = 24µm 51 Hình 3.21 Phân bố áp suất tiết diện ổ theo phương chu vi góc 200, 3200, 3500, 3700 trục khuỷu khe hở bán kính C = 24µm 52 Hình 3.22 Vị trí mòn nửa bạc lót tượng xâm thực 52 Hình 3.23 Phân bố áp suất góc 200 trục khuỷu khe hở bán kính C = 24µm 53 Hình 3.24 Phân bố áp suất góc 7000 trục khuỷu khe hở bán kính C = 24µm 53 Hình 3.25 Phân bố áp suất góc 3200 trục khuỷu khe hở bán kính C = 24µm 54 Hình 3.26 Phân bố áp suất tiết diện ổ theo phương chu vi góc 3700 trục khuỷu với C = 24µm, C = 38µm, C = 55µm, C = 69µm 54 Hình 3.27 Áp suất màng dầu lớn C = 24µm, C = 38µm, C = 55µm, C = 69µm 55 Hình 3.28 Chiều dầy màng dầu nhỏ hmin, áp suất màng dầu lớn pmax theo góc quay trục khuỷu với C = 24µm 56 Hình 3.29 Độ lệch tâm tương đối truyền trục khe hở bán kính C = 24µm 57 Hình 3.30 Độ lệch tâm tương đối truyền trục thay đổi khe hở bán kính 57 Hình 4.1 Giao diện hình tính tốn phần mềm ACCEL 59 Hình 4.2 Áp suất lớn pmax theo góc quay trục khuỷu 60 Hình 4.3 Chiều dày màng dầu nhỏ hmin theo góc quay trục khuỷu 61 Hình 4.4 So sánh độ lệch tâm tương đối tính tốn tính ACCEL khe hở bán kính C=24µm 62 ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Thông số ổ đỡ 31 Bảng 3.1 Tọa độ trọng số điểm Gauss 38 Bảng 3.2 Thành phần tính chất lý hợp kim chịu mòn 45 Bảng 3.3 Đường kính ổ đầu to truyền theo siết bu-lông truyền 49 Bảng 4.1 Sai lệch áp suất lớn pmax từ kết mô từ phần mềm ACCEL 60 Bảng 4.2 Sai lệch chiều dày màng dầu nhỏ hmin từ kết mô từ phần mềm ACCEL 61 x ... 1.3.1.1 Nghiên cứu mô số bôi trơn ổ đầu to truyền 1.3.1.2 Nghiên cứu thực nghiệm ổ đầu to truyền 16 1.3.2 Trong nước 19 1.4 Kết luận 21 Chương 2: LÝ THUYẾT BÔI TRƠN... kiên biên Reynolds cho ổ đỡ thủy động 31 2.3 Phương trình cân tải 32 2.4 Kết luận 33 Chương 3: MÔ PHỎNG SỐ BÔI TRƠN Ổ ĐẦU TO THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ 5S-FE ... chu kỳ hoạt động 13 Hình 1.11 Mơ hình ổ đầu to truyền 14 Hình 1.12 Sự dịch chuyển bạc lót ổ đầu to truyền 15 Hình 1.13 (a) Tiếp xúc tròn xoay (b) Mơ hình ổ đầu to truyền