Nghiên cứu ổ đỡ thủy động

Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA o0o NGUYỄN HỮU THẬT NGHIÊN CỨU Ổ ĐỢ THỦY ĐỘNG Chuyên ngành : CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Mã số ngành : 2.01.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2005 CÔNG TRÌNH ĐƯC HÒAN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS NGUYỄN TUẤN KIỆT Cán chấm nhận xét : PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN Cán chấm nhận xét : TS NGUYỄN HỮU LỘC Luận văn thạc só bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, Ngày 11 tháng 01 năm 2005 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày 11 tháng 01 năm 2005 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN HỮU THẬT Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 20 – 10 - 1977 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: CHẾ TẠO MÁY Mã số: CKCT 13.018 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU Ổ ĐỢ THUỶ ĐỘNG II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tính toán lý thyết ổ đỡ bôi trơn thủy động - Nghiên cứu mô hình phòng thí nghiệm - Đo dao động từ mô hình thí nghiệm, so sánh với kết qủa tính toán rút kết luận ảnh hưởng ổ đỡ thủy động lên dao động trục mềm III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 09 – 02- 2004 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 31 – 10 -2004 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN TUẤN KIỆT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH TS NGUYỄN TUẤN KIỆT PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày TRƯỞNG PHÒNG ĐT - SĐH tháng năm 2004 TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Trong qúa trình thực đề tài tốt nghiệp trường, với nổ lực thân tận tình thầy hướng dẫn giúp hòan thành luận văn Vậy, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS Nguyễn Tuấn Kiệt giúp đỡ hòan thành tốt luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Cơ Khí, Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh truyền đạt kiến thức bổ ích năm học vừa qua Tôi xin chân thành cảm ơn đến BGH Trường ĐHTS Nha Trang, Khoa khí, Bộ môn chế tạo máy tạo điều kiện giúp đỡ suốt qúa trình học tập Cuối xin chân thành cảm ơn đến tất bạn bè, đặc biệt bạn sinh viên tạo điều kiện giúp đỡ hòan thành luận văn Tp, Hồ Chí Minh 11 / 2004 Tác giả Nguyễn Hữu Thật ABSTRACT In this project, we study the influence of the hydrodynamic bearings for flexible shaft-rotor in vibrational process The hydrodynamic bearings are based on the principle of hydrodynadynamic lubrication When the journal is loaded vertically downwards by a constant external force, the journal center gets away from the bearing center, so that a convergent clearance space is formed between the journal and bearing surfaces Then the lubricant is forced to enter the space due to its viscosity and adhesion, leading to the built-up of hydrodynamic presure Due to, journal surface is separated from bearing surface by the fluid film In our process of study, the first, we calculate the principle of the hydrodynamic bearings and dynamics of the vibrational system of the flexible shaft-rotor The second, we define the response for the vibrational system from above theory The next, we perform to experiment on the existing model at our laboratory However, we also expand area of experiment by change of dimension of bearings Then we observe on the response of system under the influence of change of the clearance space between journal and bearing surfaces in vibrational process MUÏC LUÏC MUÏC LUÏC Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Dao động hệ trục 1.2 Các chế độ bôi trơn ổ đỡ thủy ñoäng - 1.3 Ổ đỡ thủy động CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ MA SÁT BÔI TRƠN THỦY ĐỘNG LÊN Ổ ĐỢ 2.1 Nguyên lý bôi trơn thủy động -12 2.2 Lý thuyết tính toán ổ đỡ bôi trơn thủy động 12 2.3 Tính toán ổ đỡ thủy động 17 2.3.1 Vị trí cân tâm ngõng trục -17 2.3.2 Các hệ số ổ đỡ thủy động - 19 CHƯƠNG DAO ĐỘNG TRỤC MỀM CÓ Ổ ĐỢ THỦY ĐỘNG 3.1 Dao động trục mềm dạng overhung rôto 29 3.2 Xeùt ảnh hưởng Gyroscope lên rôto công-xôn 34 CHƯƠNG 4: THIẾT LẬP MÔ HIØNH THÍ NGHIỆM 4.1 Tìm hiểu mô hình thí nghiệm -42 4.2 Các thiết bị hổ trợ qúa trình thí nghiệm 43 4.2.1 PCL 818L -43 4.2.2 Công dụng ứng dụng cuûa PCL 818L 43 4.2.3 Đặc tính kỹ thuật cuûa PCL Card 46 4.2.4 PCLD –8115 47 4.2.5 Đầu dò không tiếp xúc 48 4.2.6 Bộ khuếch đại, nguồn điện, bơm dầu -49 4.3 Trình tự đo dao động -50 CHƯƠNG 5: TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU ĐO 5.1 Nội dung thí nghiệm -51 5.2 Giải toán lực tập trung 51 5.2.1 Xác định khối lượng tương đương 51 5.2.2 Xác định độ võng cực đại đà 52 5.2.3 Xác định hệ số giảm chấn hệ thống 54 5.3 Xác định hệ số giảm chấn thực nghiệm -55 5.4 Trình tự thí nghiệm -56 5.4.1 Bài thí nghiệm 56 5.4.2 Bài thí nghiệm 60 5.4.3 Bài thí nghiệm 63 CHƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐO DAO ĐỘNG CHƯƠNG NHẬN XÉT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 7.1 Nhận xét 88 7.2 Hướng phát triển 91 Phuï luïc 92 Phuï luïc 107 Phuï luïc 123 TAØI LIỆU THAM KHẢO - 139 LUẬN VĂN THẠC SĨ LỚP CKCT13 CHƯƠNG TỔNG QUAN Trong năm gần đây, công nghiệp sản xuất phát triển vũ bão, đòi hỏi thiết bị máy móc phải hoạt động với tốc độ cao nhằm tăng suất đáp ứng nhu cầu người chất lượng sản phẩm, điều kiện tính ổn định phải đảm bảo, kể chi phí vận hành kể bảo trì phải giảm xuống Mặt khác, với khoa học phát triển ngày cho đời thiết bị máy móc có độ phức tạp cao hoạt động với tốc độ lớn Chẳng hạn như: tuốcbin, máy nén, motor điện….thường có dạng rôto nặng gắn lên trục, nâng đỡ ổ đỡ trục, thường xem hệ rôto Những vấn đề thường bắt gặp thiết bị máy quay chuyển động dao động phức tạp Vì vậy, cần phải hạn chế biên độ dao động đạt ổn định hệ thống cần nghiên cứu Cho nên nội dung đề tài là: Nghiên cứu ảnh hưởng ổ đỡ thủy động lên rôto trục mềm chịu dao động Mà tập trung vào nghiên cứu ổ đỡ thủy động loại ngắn, tức tỷ số L ≤ (L d chiều dài ổ đường kính ngõng trục) d 1.1 Dao động hệ trục: Con người biết đến dao động từ có nhạc cụ dây từ 3000 năm trước công nguyên Từ đó, khả quan sát, tìm tòi sáng tạo, người không ngừng sâu vào nghiên cứu chất tượng dao động Galileo (1564−1642) Hook nhà bác học đặt tảng cho lý thuyết dao động Các nhà toán học Taylor Bernoulli (1700−1782), D’Alembert, Euler Nghiên cứu ổ đỡ thủy động Nguyễn Hữu Thật LUẬN VĂN THẠC SĨ LỚP CKCT13 (1707−1783), Lagrange (1736−1813) Fourier (1768−1830) có đóng góp to lớn cho lý thuyết dao động Wallis Sauveur đưa lý thuyết dạng dao động riêng (mode shapes)…Sau xuất phát từ yêu cầu thực tế, việc nghiên cứu dao động kết cấu hệ thống máy đặt Khi toán trở nên phức tạp Nhưng vào năm 1877, Rayleigh (1842−1919) đưa phương pháp tìm tần số riêng hệ thống dựa nguyên lý bảo toàn lượng gọi phương pháp Rayleigh C G.P De Laval(1845 -1913) trình bày việc tìm nghiệm thực toán dao động đóa quay cân Sau lưu ý đến hỏng hóc trục thép turbin tốc độ cao, ông sử dụng cần câu tre để làm trục mang rôto Ông nhận thấy hệ thống không loại bỏ dao động rôto cân mà tồn vận tốc lên đến 100.000 vòng/phút Kể từ đó, nghiên cứu dao động trục mềm bắt đầu phát triển Từ thập niên 50 trở lại đây, nhờ phát triển máy tính, loạt phương pháp số dùng để giải toán dao động đời, cho phép giải toán phức tạp, có độ xác cao khoảng thời gian ngắn Vậy dao động gì? Dao động diễn tả chuyển động phần tử, vật thể quanh vị trí cân bằng, hay gọi vị trí quy chiếu Vấn đề rõ ràng dao động mà người biết tượng cộng hưởng Với tượng cộng hưởng làm cho biên độ dao động tăng lên cực đại, gây phá hỏng máy móc Dao động máy phát sinh tiếng ồn ảnh hưởng đến sức khỏe người chất lượng sản phẩm Có nhiều nguyên nhân gây dao động, phần lớn tập trung vào nguyên nhân cân tiết máy quay vấn đề Nghiên cứu ổ đỡ thủy động Nguyễn Hữu Thật LUẬN VĂN THẠC SĨ LỚP CKCT13 thiết kế chế tạo Khi đó, ảnh hưởng lực cân bằng, lực tác động lên gối trục, ứng suất trục chi tiết quay tăng lên Trong số trường hợp, lực độ biến dạng chi tiết trục ổ đỡ không lớn, ta giả thiết gần coi chúng không bị biến dạng Nhưng nhiều ứng dụng thực tế, chi tiết quay nặng gắn vào trục không lớn hệ thống phải làm việc với vận tốc lớn, ứng suất sinh lực cân gây lớn gây biến dạng đáng kể trục chi tiết quay liên quan Đặc biệt, biến dạng ngang trục lại tác động trở lại làm thay đổi cân ban đầu Từ ta nhận thấy rằng, dao động có tần số dao động riêng hệ thống không phụ thuộc vào tham số kết cấu khối lượng, độ cứng, giảm chấn…mà phụ thuộc vào số vòng quay trục 1.2 Các chế độ bôi trơn ổ đỡ thủy động Theo [2], chất bôi trơn loại vật liệu mà có khả làm giảm ma sát, mài mòn, tăng cường khả hoạt động ổn định bảo vệ tuổi thọ chi tiết máy Hầu hết chất bôi trơn lưu chất (như dầu khoáng, synthytic ester, dung dịch silicon nước), dùng chất rắn (như polytetraflouroethylene) ổ ma sát khô Chúng ta cần phải hiểu rõ ảnh hưởng lý tính hóa tính dầu bôi trơn bề mặt bôi trơn, có ổ đỡ làm việc ổn định tăng cường tuổi thọ chúng Vào năm kỹ 20, có hai chế độ bôi trơn phổ biến rộng rãi, bôi trơn thủy động (hydrodynamic lubrication) bôi trơn thủy động đàn hồi (elastohydrodynamic lubrication) hay bôi trơn hỗn hợp Quan niệm bôi trơn thủy động kinh nghiệm cổ điển Tower (1885), với màng dầu mỏng liên tục khe hẹp tạo áp Nghiên cứu ổ đỡ thủy động Nguyễn Hữu Thật LUẬN VĂN THẠC SĨ N=3900 N=4100 Nghiên cứu ổ đỡ thủy động 128 LỚP CKCT13 N=4000 N=4200 Nguyễn Hữu Thật LUẬN VĂN THẠC SĨ N=4300 N=4500 Nghiên cứu ổ đỡ thủy động 129 LỚP CKCT13 N=4400 N=5000 Nguyễn Hữu Thật LUẬN VĂN THẠC SĨ N=5500 N=6500 Nghiên cứu ổ đỡ thủy động 130 LỚP CKCT13 N=6000 N=7200 Nguyễn Hữu Thật LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu ổ đỡ thủy động 131 LỚP CKCT13 Nguyễn Hữu Thật LUẬN VĂN THẠC SĨ 132 ĐO Ổ BA, D=25mm, CÓ NHỚT N=600 N=800 N=1000 N=1200 Nghiên cứu ổ đỡ thủy động LỚP CKCT13 Nguyễn Hữu Thật LUẬN VĂN THẠC SĨ 133 N=1400 N=1600 N=1800 N=2000 N=2200 Nghiên cứu ổ đỡ thủy động LỚP CKCT13 N=2400 Nguyễn Hữu Thật LUẬN VĂN THẠC SĨ n=2600 n=3000 Nghiên cứu ổ đỡ thủy động LỚP CKCT13 134 n=2800 n=3200 Nguyễn Hữu Thật LUẬN VĂN THẠC SĨ LỚP CKCT13 135 n=3400 n=3600 n=3700 n=3800 Nghiên cứu ổ đỡ thủy động Nguyễn Hữu Thật LUẬN VĂN THẠC SĨ n=3900 n=4100 Nghiên cứu ổ đỡ thủy động LỚP CKCT13 136 n=4000 n=4200 Nguyễn Hữu Thật LUẬN VĂN THẠC SĨ 137 n=4300 n=4400 n=4500 n=5000 Nghiên cứu ổ đỡ thủy động LỚP CKCT13 Nguyễn Hữu Thật LUẬN VĂN THẠC SĨ 138 n=5500 n=6000 n=6500 N=7200 Nghiên cứu ổ đỡ thủy động LỚP CKCT13 Nguyễn Hữu Thật LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu ổ đỡ thủy động 139 LỚP CKCT13 Nguyễn Hữu Thật LUẬN VĂN THẠC SĨ LỚP CKCT13 140 TÀI LIỆU THAM KHAÛO [1] Chong−Won Lee:”Vibration Analyis of Rotors”, Kluwer Academic Publishers, AH Dordrecht, the Netherlands, 1993 [2] Bernard J Hamrock: “Fundamentals of fluid film lubrication”, The Ohio StateUniversity Cohumbus, Ohio McGraw-Hill, Inc,1994 [3] Singiresu S Rao, “Mechanical Vibratioùn”, Addison−Wesley Publishing Co., New York, U.S.A, 1990 [4] Robert L Mott, P.E “Machine Elements In Mechanical Design”, University of Dayton,1985, Bell & Howell Company, USA [5] Gilbert Droun, Michel Gou, Pierre Thiry, Robert Vinet “ E’Le’ment De Machines” ,Montreal, 1986 [6] Michel Geùradin and D Rixen, “Machanical vibration and Structural dynamic”, Samtech Co., Lie’ge, 10/1992 [7] Philip M Gerchard J Gross and John I Hochstein, “Fundamentals of Fluid Mechanics”, Addison−Wesley Publishing Co., New York, U.S.A, 1992 [8] Loenard Meirovitch, “Principles and Techniques of Vibration”, Prentice−Hall, New Jersey, 1997 [9] TS Nguyễn Hữu Lộc, TS Nguyễn Tuấn Kiệt, Th.S Phan Tấn Tùng, TS Nguyễn Thanh Nam:”Cơ sở thiết kế máy”, Tập 1, Trường ĐHKT Th.P Hồ Chí Minh, 1997 [10] TS Nguyễn Hải:”Phân tích dao động máy” Trường ĐHKT TP.Hồ Chí Minh,1998 Nghiên cứu ổ đỡ thủy động Nguyễn Hữu Thật LUẬN VĂN THẠC SĨ LỚP CKCT13 141 [11] Phan Nguyên Di Nguyễn Văn Khang “Tính toán dao độâng máy”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 1991 [12] Người dịch PGS-TS Vũ Liêm Chinh, PGS-TS Phan Di Khang “Giáo Trình Động lực học máy” , NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2001 [13] TS Nguyễn Tuấn Kiệt, “ Động Lực học Kết cấu Cơ khí”, NXB Đại học Quốc gia, TP Hồ Chí Minh, 2002 [14] Avinash C Balbahadur, Luận án tiến sỹ“A thermoelastohydrodynamic Model of the Morton Effect Operating in Overhung Rotors Supported by Plain or Titing Pad Journal Bearing”, The Faculty of the Virginia Polytechnic Institute, Feberuary, 27,2001, Blacksburg, Virginia [15] Nguyễn Hoài Sơn, Đỗ Thanh Việt, Bùi Xuân Lâm, “Ứng dụng Matlab tính toán kỹ thuật”, Tập 1, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 9-2000 [16] Hồ Anh Tuý, “Xử lý tín hiệu số”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 1995 [17] “Hướng dân sử dụng PC- Lab Card”, 4th Edition printed in Taiwan, 10 – 1995 [18] Nguyễn Tiến “Giáo trình Visual Basic 6”, NXB Thống kê 2002 [19] Võ Phước Linh “Lập trình Cơ sở liệu Visual Basic”, NXB Thống kê 2002 [20] Một số tài liệu từ Internet Nghiên cứu ổ đỡ thủy động Nguyễn Hữu Thật LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: NGUYỄN HỮU THẬT Ngày, tháng, năm sinh: 20 – 10 – 1977 Nơi sinh: Quảng Ngãi Địa liên lạc: Trường ĐHTS Nha Trang, Khoa khí, Bộ môn chế tạo máy QÚA TRÌNH ĐÀO TẠO: Từ 1996 đến 2001: học Trường Đại Học Thủy Sản Nha Trang QÚA TRÌNH CÔNG TÁC: Từ 2002 đến nay: làm cán giảng dạy Trường ĐHTS Nha Trang ... ảnh hưởng bôi trơn thủy động lên ổ đỡ mà bề mặt ổ song song với trục quay Ổ đỡ sử dụng để đỡ trục chịu tải trọng hướng kính với tổn thất lượng mài mòn Ổ đỡ đặc Nghiên cứu ổ đỡ thủy động Nguyễn... vào nghiên cứu bôi trơn ổ đỡ thủy động điều cần thiết cấp bách Nghiên cứu ổ đỡ thủy động Nguyễn Hữu Thật LUẬN VĂN THẠC SĨ 11 LỚP CKCT13 Chính thế, Thầy Nguyễn Tuấn Kiệt giao cho đề tài ? ?Nghiên cứu. .. hở hướng kính ngõng trục lót ổ) (2.12) công thức tính hệ số giảm chấn ổ đỡ thủy động: c= µ (πdL ) C (2.13) 2.3 Tính toán ổ đỡ thủy động Không giống ổ đỡ lăn, ổ đỡ thủy động nhiệm vụ thực khả mang