Bài giảng Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong Chương 4 - HV Kỹ thuật quân sự

CHƯƠNG DAO ĐỘNG XOẮN HỆ TRỤC KHUỶU 4.1 Các khái niệm 4.2 Quy dẫn khối lượng độ cứng chống xoắn 4.3 Dao động xoắn tự hệ khối lượng 4.4 Dao động xoắn tự hệ khối lượng 4.5 Dao động xoắn tự hệ nhiều khối lượng 4.6 Dao động xoắn cưỡng hệ nhiều khối lượng 4.7 Phân tích điều hịa mơ men xoắn, phương pháp thực tế 4.8 Cộng hưởng, ứng suất cộng hưởng biện pháp giảm dao động 4.1 Các khái niệm - Một hệ tổng quát có khả dao động tự với dạng: uốn, xoắn, dọc trục Khi có ngoại lực thay đổi tác dụng, dao động cưỡng - Dao động uốn dọc trục gây biến dạng uốn kéo nén trục khuỷu Tác động truyền lên bệ đỡ động Tần số dao động dạng cao nhiều so với tốc độ thường dùng động nên xét đến - Dao động xoắn gây biến dạng xoắn hệ trục khuỷu, dao động xoắn ảnh hưởng hệ, khơng truyền ngồi Dao động xoắn thường xuất phạm vi tốc độ sử dụng động cơ, gây tác hại lớn - Khi động làm việc, ngoại lực Pr , T, Z tác dụng lên trục khuỷu Pr , Z gây dao động uốn cưỡng Lực T vừa gây dao động uốn vừa gây dao động xoắn cưỡng - Tần số dao động tự số lần dao động phút khơng có ngoại lực tác dụng - Khi tần số dao động tự có quan hệ phù hợp với quy luật thay đổi lực khí thể lực quán tính, hệ trục khuỷu phát sinh cộng hưởng Tốc độ động xuất cộng hưởng tốc độ tới hạn Biên độ, ứng suất tăng cao - Do ln ln tồn lực cản, dao động tự tắt dần Biên độ ứng suất cộng hưởng đạt tới giá trị hữu hạn định - Các thiết bị tiêu thụ công suất ảnh hưởng lớn đến tần số dao động riêng, lực cản Khi tính tốn cần xét đến yếu tố này, hệ trục khơng hồn tồn giống phải tính tốn riêng biệt - Kết cấu TK cụm chi tiết TK dẫn động phức tạp, phải quy dẫn tương đương toàn hệ hệ thống đơn giản gồm: trục hình trụ trơn nhiều đĩa khối lượng gắn - Vấn đề dao động xoắn cân động độc lập Hệ TK dao động xảy cộng hưởng động hoàn toàn cân (L6, L8, V12) - Dạng dao động đồ thị biên độ góc dao động khối lượng phân bố theo chiều dài hệ trục tương đương - Vị trí hệ trục thời điểm khảo sát xác định thơng số tọa độ, góc quay khối lượng so với vị trí cân mặt phẳng qua đường tâm TK - Dạng dao động có điểm nút nguy hiểm có tần số nhỏ nên có khả nằm vùng tốc độ làm việc động - Mô men xoắn TK thay đổi theo chu kỳ, phân tích thành tổng vơ số mơ men điều hịa - Tính tốn dao động xoắn nhằm xác định tốc độ cộng hưởng, ứng suất cộng hưởng để xác định độ bền hệ TK biện pháp giảm dao động thích hợp - Trình tự tính tốn: + Quy dẫn hệ thống + Gải toán dao động tự + Phân tích điều hịa mơ men kích thích: khí thể, qn tính, cản … + Giải tốn dao động cưỡng + Xác định biên độ ứng suất hệ trục cộng hưởng + Giải pháp giảm dao động 4.2 Quy dẫn khối lượng độ cứng chống xoắn Hệ TK thực tế quy dẫn hệ tương đương gồm: trục (hình trụ trơn, có tiết diện mặt cắt ngang không đổi, đàn hồi, không khối lượng), đĩa khối lượng tập trung gắn trục 4.2.1 Thành lập hệ thống tương đương Sơ đồ quy dẫn hệ TK động I6 l1 * Nguyên tắc quy dẫn: + Bảo toàn + Bảo toàn động J1 J2 J1 * Nhiệm vụ: l3 Jt1 J7 J5 J6 J3 J4 lt + Quy dẫn chiều dài + Quy dẫn khối lượng l2 Jt2 J7 4.2.2 Quy dẫn chiều dài (độ cứng chống xoắn) Chọn đường kính trục quy dẫn đường kính cổ trục - Về nguyên tắc quy dẫn: đoạn trục có đường kính d k chiều dài lk sau quy dẫn trục có đường kính d1 chiều dài quy dẫn l1, l1 phải thỏa mãn: C1 = Ck GJ p1 l1 = GJ pk lk Πd J= 32 ⇒  d1  l1 =l k  ÷  dk  (1) - Đối với đoạn trục có hình dạng đặc biệt, phương pháp quy dẫn tham khảo [1], [2] - Thông thường, TK, người ta dùng công thức kinh nghiệm để xác định chiều dài quy dẫn khuỷu trục: + Công thức Timosenco: 4 d ct4 -d ctr d ct4 -d ctr l1 = ( lct +0,9h ) + ( lck +0,9h ) 4 +0,9R d ck -d ckr hb3 (2) + Đối với ô tô, máy kéo, sử dụng công thức Zimanhenco, công thức xét đến độ trùng điệp khuỷu trục phận độ: * TK đủ cổ trục, rỗng: 4 4    h b  d ct -d ctr R R d ct -d ctr l1 =  lct +0,6 d ct ÷+  0,8lct +0,2 d ct ÷ 4 + l R d -d hb d  ck ckr ct    c (3) * TK đủ cổ trục, đặc: 4    h b  d ct R R d ct l1 =  lct +0,6 d ct ÷+  0,8lct +0,2 d ct ÷ + l R d hb d   ct ck   c * TK thiếu cổ trục, đặc: tham khảo [2] (4) + Công thức Hendo: dùng cho động cao tốc, công suất nhỏ 4 d ct4 -d ctr d ct4 -d ctr l1 = ( lct +0,4h ) +1,096lck 4 +1,284R d ck -d ckr hb3 (5) + Công thức Carter: dùng cho động cao tốc, công suất lớn 4 d ct4 -d ctr d ct4 -d ctr l1 = ( lct +0,8h ) +0,75lck 4 +1,5R d ck -d ckr hb3 (6) + Công thức Willson: dùng cho động cao tốc, cơng suất lớn (7) - Hiện nay, dùng phương pháp PTHH để xác định độ cứng chống xoắn cho trục có hình dạng có độ xác cao Ví dụ, khuỷu trục động DSC 80 mô SolidWork xác định độ cứng chống xoắn ANSYS 4.8.2.1 Nguyên lý giảm dao động - Sơ đồ nguyên lý hệ tương đương Mμ C1 C2 J1 - PTVP dao động: - Nghiệm hệ:  •• J1 ϕ1 + c1ϕ1 − c (ϕ2 − ϕ1 ) = M k sin(kΩt)  •• J ϕ2 − c (ϕ1 − ϕ2 ) = ϕ1 = Φ1sin(kΩt)  ϕ2 = Φ 2sin(kΩt) J2 - Tần số góc: c ω01 = J1 Đặt: Mk Φ0 = c1 - Biên độ dao động: ω02 = c2 J2  kΩ ) ( 1−  ω02 Φ = Φ0 2     c ( kΩ )  c k Ω ( ) 2   ÷ ÷ − + − − 2   ÷ ÷ c1 ω c ω 02   01     Φ = Φ0 2   ( kΩ )   c ( kΩ )  c 1 − ÷1 + − ÷−   ω02 ÷ c1 ω01 ÷ c1     - Khi tần số góc dao động tự hệ thống phụ tần số dao động mơ men kích thích ω02 = kΩ: Φ1 = Φ2/Φ0 = - c1/c2 = - Mk/c2 - Khi đó: hệ thống khơng dao động, hệ thống phụ dao động ngược chiều với mơ men kích thích - Nếu hệ thống cộng hưởng: ω01 = ω02; υ = kΩ/ω01 c2/J2 = c1/J1 = η - Biên độ dao động hệ thống chính: Φ1 − ν2 = Φ0 ( − ν2 ) ( + η − ν2 ) − η - Khi khơng có hệ thống phụ, biên độ dao động cộng hưởng tăng lên vơ Khi có hệ thống phụ, biên độ dao động cộng hưởng Tuy nhiên, có hai điểm xuất biên độ vơ ν1,2 η  η =  + ÷± η +  2 - Mối quan hệ Φ1/Φ0 với υ η thể đồ thị dưới: Φ1/Φ0 Φ1 η=J2/J1=1/10 ω01=ω02 2 ω1 -2 ω0 ω2 -4 Biên độ cộng hưởng -6 Khi khơng có giảm chấn -8 0,5 1,5 υ1 = υ 2 2,5 Khi có giảm chấn ω01=ω02 kΩ 4.8.2.2 Bộ giảm chấn lắc - Được thiết kế cho tần số góc dao động tự lắc tần số góc mơ men kích thích thứ k O O ω O ω β ω B φ A Q A A B B P F m1 m2 O A l B m2 r L L ϕ+ ω ϕ = l L ω02 = ω l •• - PT dao động lắc: - Tần số góc dao động lắc: - Để hệ thống không dao động: ω02 = kΩ + Đối với ĐC kỳ: + Đối với ĐC kỳ: - Bán kính lắc: + Đối với ĐC kỳ: l = L/k2 + Đối với ĐC kỳ: l = 4L/k2 L ω02 = kΩ = kω = ω l kω L ω02 = kΩ = =ω l 4.8.2.3 Kết cấu giảm chấn ma sát - Gồm chi tiết ma sát với để tiêu hao lượng dao động Tất loại giảm chấn ma sát tiêu hao lượng nên không kinh tế Sơ đồ hệ thống tương đương có giảm chấn ma sát biên độ cộng hưởng Bộ giảm chấn ma sát Bộ giảm chấn ma sát tổng hợp Bộ giảm chấn ma sát khô Bộ giảm chấn thủy lực Bộ giảm chấn dùng lò xo cuộn Bộ giảm chấn dùng lò xo ống lò xo Bộ giảm chấn lắc Bộ giảm chấn lăn Bộ giảm chấn lăn ... khảo [2] (4) + Công thức Hendo: dùng cho động cao tốc, công suất nhỏ 4 d ct4 -d ctr d ct4 -d ctr l1 = ( lct +0,4h ) +1,096lck 4 +1,284R d ck -d ckr hb3 (5) + Công thức Carter: dùng cho động cao... động kỹ thuật? ?? J1 - Hệ khối lượng dao động xoắn C2 C1 thể dao động xoắn O động XL có BĐ - Bỏ qua tất loại lực cản, l gây tác động ban đầu, sau bỏ tác l1 động, hệ dao động tự - Khi dao động tự... (11) - Ngày nay, với trợ giúp phần mềm CAD việc xác định mơ men qn tính trở nên đơn giản, kết xác 4. 3 Dao động xoắn tự hệ khối lượng - Dao động tự hệ bậc tự nghiên cứu kỹ môn học “Dao J2 động kỹ