Nghiên cứu khả năng giảm rung của động cơ đốt trong trên bệ máy

Động cơ đốt trong cung cấp nguồn động lực chủ yếu cho các trang thiết bị động lực nh-: Ôtô, máy bay, tàu thủy, tàu hỏa, máy xây dựng, máy phát điện, các máy công cụ sử dụng trong Công -

Trang 1

-

HOÀN VĂN THÀNH

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG GIẢM RUNG CỦA ĐỘNG CƠ

ĐỐT TRONG TRÊN BỆ MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Hà Nội – 2005

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

HOÀN VĂN THÀNH

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG GIẢM RUNG CỦA ĐỘNG CƠ

ĐỐT TRONG TRÊN BỆ MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS PHẠM VĂN THỂ

Hà Nội - 2005

Trang 3

Học viên: Hoàng Văn Thành - Cao học 2003

Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu kết quả nêu trong luận văn là trung thực và ch-a từng đ-ợc ai

công bố trong bất kỳ đề tài nào khác

Tác giả

Hoàng Văn Thành

Trang 4

Trung tâm Sau Đại học - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

Mục lục Đề mục Trang Lời cam đoan 2

Mục lục 3

Mở đầu 5

Ch-ơng 1 Tổng quan ……… 8

1.1 Tổng quan về quá trình phát triển ngành động cơ đốt trong 8

1.2 Giới thiệu chung về dao động 11

1.3 Giới thiệu về động cơ đốt trong đặt trên hệ đàn hồi … 12

Ch-ơng 2 Tính toán động học và động lực học cho động cơ đốt trong ………… 24

2.1 Tính nhiệt cho động cơ D243 (Phụ lục) ……… 25

2.2 Tính toán động học và động lực học của động cơ D243 …… 26

2.3 Các lực và mômen quán tính do động cơ D243 gây ra …… 37

2.4 Tính độ cứng các ụ giảm chấn và mô men quán tính của động cơ ……… 40

2.5 Tìm trọng tâm của động cơ …… 47

2.6 Tìm tâm cứng của hệ ……… 49

Ch-ơng 3 Khảo sát sự truyền rung từ động cơ đốt trong lên bệ máy ……… 54

3.1 Xây dựng mô hình dao động của động cơ …… 54

3.2 Viết các ph-ơng trình vi phân cho hệ dao động …… 62

Trang 5

Ch-ơng 4 Tính toán tần số và biên độ dao động

của động cơ đốt trong trên bệ máy … 67

4.1 Giải các ph-ơng trình vi phân tìm tần số và biên độ của hệ dao động theo các ph-ơng …… 67

4.2 Kiểm nghiệm bộ giảm chấn khử rung ………… 74

Ch-ơng 5 Những khả năng giảm rung cho động cơ đốt trong ………… 78

5.1 ổn định quá trình cháy trong động cơ đốt trong … 78

5.2 Lựa chọn kết cấu cho động cơ đốt trong … 94

5.3 Những biện pháp hữu hiệu giảm rung cho động cơ đốt trong.……… 101

Kết luận 105

Tài liệu tham khảo 108

Phụ lục 110

Trang 6

Mở đầu

Từ khi ra đời, Động cơ đốt trong đã đóng một vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Động cơ đốt trong cung cấp nguồn động lực chủ yếu cho các trang thiết bị động lực nh-: Ôtô, máy bay, tàu thủy, tàu hỏa, máy xây dựng, máy phát điện, các máy công cụ sử dụng trong Công - Nông - Lâm

nghiệp v.v…Trong thực tế khi sử dụng động cơ đốt trong th-ờng gặp hiện

t-ợng động cơ làm việc không êm, không đều, phát sinh tiếng gõ và rung

động, ngay cả ở trên các động cơ có tính cân bằng tốt nh-ng trong quá trình làm việc vẫn có hiện t-ợng rung xảy ra, làm giảm tuổi thọ của các chi tiết trong động cơ Việc nghiên cứu giảm thiểu các khả năng gây ra sự rung động cho động cơ cần đ-ợc sự quan tâm đặc biệt của các chuyên gia nghiên cứu về

động cơ đốt trong, để trong t-ơng lai động cơ đốt trong làm việc ít rung ồn nhất và có độ tin cậy cao Vấn đề nghiên cứu phát triển nhằm hoàn thiện động cơ đốt trong, cũng nh- tính toán tối -u các cơ cấu truyền động trong động cơ luôn đ-ợc đặt ra đối với các nhà chế tạo và sản xuất động cơ Từ lâu vấn đề về nghiên cứu giảm rung của động cơ đốt trong đã và đang đ-ợc các nhà thiết kế rất quan tâm nghiên cứu nhằm giảm sự rung động gây ra những ảnh h-ởng xấu khi động cơ làm việc, mặt khác rung động trong động cơ đốt trong có thể gây ra rất nhiều h- hỏng cho bản thân động cơ đốt trong nói riêng và thiết bị

động lực có trang bị động cơ đốt trong nói chung Chính vì vậy việc nghiên cứu nhằm giảm sự truyền rung từ động cơ đốt trong lên bệ máy là rất cần thiết Nguyên nhân gây ra rung động là do truyền lực qua cơ cấu khuỷu trục thanh truyền thay đổi theo thời gian và chu kỳ nên động cơ đốt trong là nguồn gây rung rất lớn cho bản thân nó và cho bệ máy, lực quán tính do các khối l-ợng không cân bằng của cơ cấu gây ra, do lực luôn luôn thay đổi không theo quy luật, ngoài ra do sai số trong quá trình chế tạo và lắp ghép động cơ

Trang 7

Tác hại do rung gây ra có thể rất lớn, đe dọa trực tiếp tới độ bền của trục khuỷu và các ổ trục, làm kẹt pittông và xéc măng, bẻ gẫy các gujông và các bulông bắt bệ với thân máy, gây ứng suất và biến dạng lớn trong các chi tiết máy và làm giảm độ tin cậy chung đối với các ph-ơng tiện giao thông lắp

động cơ này Ngoài ra, rung còn tạo nên tạp âm lớn trong khu vực đặt máy, làm ảnh h-ởng đến điều kiện làm việc và sức khoẻ của con ng-ời

Khảo sát hiện t-ợng dao động của động cơ đốt trong trên bệ máy, nghiên cứu tính ổn định của động cơ đốt trong và phân tích các lực chủ yếu gây ra rung động cho động cơ (nh-: lực khí thể, lực quán tính, các mômen của lực quán tính…), cần đ-ợc tìm hiểu kỹ để từ đó tìm ra các biện pháp khử rung tốt nhất, nâng cao tuổi thọ và hiệu quả làm việc cho động cơ

Đ-ợc sự giúp đỡ của thầy giáo PGS TS Phạm Văn Thể, cùng với sự gúp

đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Động cơ đốt trong Tr-ờng Đại học Bách khoa Hà nội, tôi đã chọn đề tài luận văn cao học của mình là:

“Nghiên cứu khả năng giảm rung của động cơ đốt trong trên bệ máy“ Đề

tài này nhằm mục đích nghiên cứu các nguyên nhân gây ra rung động cho

động cơ đốt trong và tìm các biện pháp khắc phục

Toàn bộ luận văn ngoài mở đầu và kết luận, luận văn đ-ợc chia thành năm ch-ơng:

Ch-ơng 1: Tổng quan

Ch-ơng 2: Tính toán động học và động lực học cho động cơ đốt trong Ch-ơng 3: Khảo sát sự truyền rung từ động cơ đốt trong lên bệ máy Ch-ơng 4: Tính toán tần số và biên độ dao động của động cơ đốt trong lên bệ máy

Ch-ơng 5: Những khả năng giảm rung cho động cơ đốt trong

Trong khoảng thời gian ngắn, với tính phức tạp nhất định của đề tài và khó khăn về tài liệu tham khảo cũng nh- thiết bị kiểm chứng, bên cạnh đó do khả năng còn hạn chế nên việc thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu

Trang 8

sót và hạn chế, tác giả rất mong đ-ợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo

để có thể tiếp tục hoàn thiện đề tài

Tác giả xin chân thành cảm ơn sự h-ớng dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy

giáo PGS TS Phạm Văn Thể và tập thể các thầy cô giáo trong Bộ môn Động

cơ đốt trong Khoa Cơ khí Tr-ờng Đại học Bách khoa Hà nội

Tác giả: Hoàng Văn Thành

Trang 9

Ch-ơng 1 Tổng quan 1.1 Tổng quan về quá trình phát triển ngành động cơ đốt trong

1.1.1 Tính -u việt của động cơ đốt trong và phạm vi sử dụng

Nh- chúng ta đã biết, chiếc động cơ đốt trong ra đời năm 1860 Trải qua hơn một thế kỷ, ngành động cơ đốt trong ngày nay đã trở thành ngành công nghiệp chủ chốt của nhiều n-ớc công nghiệp phát triển và đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, là nguồn động lực cho các ph-ơng tiện vận tải nh- ô tô, máy bay, tàu thuỷ, tàu hoả, và các máy công tác nh- máy phát điện, các máy công cụ sử dụng trong nông nghiệp năng l-ợng do động cơ đốt trong cung cấp chiếm khoảng 80% tổng số năng l-ợng tiêu thụ trên trái

đất ở n-ớc ta động cơ đốt trong đang đ-ợc dùng với một số l-ợng t-ơng đối lớn, vấn đề phát triển công nghiệp đang đang đ-ợc quan tâm và xu h-ớng nội

địa hoá sản phẩm trong n-ớc đang đ-ợc đẩy mạnh trong đó có việc sản xuất

động cơ đốt trong Vì vậy, việc nghiên cứu và phát triển động cơ đốt trong sẽ giúp cho ngành động cơ trong n-ớc phát triển hơn nữa, theo kịp các n-ớc trên thế giới, phấn đấu đ-a Việt Nam trở thành một n-ớc công nghiệp hóa trong thời gian tới

Động cơ đốt trong ngày nay đã thể hiện nhiều tính -u việt so với các loại

động cơ khác nh- tuốc bin hơi, tuốc bin khí Trong một số lĩnh vực, động cơ

đốt trong chiếm -u thế đặc biệt mà các loại động cơ khác khó có thể cạnh tranh đ-ợc (ví dụ: dùng làm máy phát điện cho những vùng ch-a có điện l-ới, các ph-ơng tiện giao thông vận tải…)

Động cơ đốt trong có những -u điểm nổi bật là: Hiệu suất cao hơn hiệu suất của máy hơi nuớc kiểu pittông và của tuabin hơi và của tuabin khí, kích th-ớc và trọng l-ợng nhỏ, công suất riêng lớn do mọi quá trình biến đổi trạng

Trang 10

thái của môi chất thực hiện bên trong buồng công tác của động cơ Ngoài ra,

do dùng nhiên liệu có nhiệt trị cao nên rất thích hợp trên các ph-ơng tiện vận tải với điều kiện làm việc di dộng, khởi động vận hành, chăm sóc dễ dàng Nh-ợc điểm cơ bản là: không phát ra mô men lớn tại tốc độ vòng quay nhỏ nên không khởi động đ-ợc khi có tải, khả năng quá tải kém, công suất cực đại không cao, trong khi công suất của tuabin hơi đạt cao hơn nhiều, nhiên liệu đắt và cạn dần trong thiên nhiên, ô nhiễm môi tr-ờng vì khí xả và ồn Ngoài ra, do lực truyền qua cơ cấu Pittông - Thanh truyền - Trục khuỷu nên th-ờng phát sinh các lực và các mômen lực quán tính không cân bằng gây ra rung và ồn lớn áp lực của khí cháy sinh ra trong xylanh của động cơ không

đều khiến mômen truyền và số vòng quay của trục không đều làm cho trục khuỷu và hệ trục đ-ợc lai dắt chịu ứng suất xoắn lớn

Tuy nhiên trong vài ba thập niên tới động cơ đốt trong vẫn là loại động cơ không thể thay thế, do những động cơ khác tuy -u việt hơn nh-ng vì những lý

do kinh tế và kỹ thuật nên ch-a đ-ợc chế tạo hàng loạt H-ớng phát triển chủ yếu của ngành chế tạo động cơ là tăng tuổi thọ, tăng độ bền và độ tin cậy nhờ các biện pháp giảm rung, giảm ồn và giảm thiểu khả năng ô nhiễm môi tr-ờng

do động cơ gây ra Do đó đề tài nghiên cứu về vấn đề giảm rung cho động cơ

đốt trong, để khi đ-a vào sử dụng loại động cơ này hoạt động đ-ợc êm hơn, nâng cao tuổi thọ của động cơ

Hiện nay với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các yêu cầu đặt ra đối với

động cơ đốt trong cũng ngày càng cao nh-: Đạt đ-ợc công suất cao, suất tiêu hao nhiên liệu thấp, khối l-ợng động cơ giảm, độ rung ồn nhỏ và đặc biệt yêu cầu khắt khe về chất l-ợng khí xả Chính vì vậy mà vấn đề nghiên cứu giảm rung động cơ đốt trong cũng đ-ợc đặt ra đối với các nhà thiết kế chế tạo, để thỏa mãn các yêu cầu nêu trên

1.1.2 Đối t-ợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Trang 11

Hiện nay động cơ đốt trong có rất nhiều loại, nh-ng động cơ đốt trong bốn xylanh đ-ợc dùng rất phổ biến trên các ô tô và máy kéo

-u điểm của động cơ bốn xylanh là tính cân bằng tốt, kết cấu của trục khuỷu cân xứng Nh-ợc điểm là khi chế tạo phải thực hiện cân bằng tĩnh và cân bằng động động cơ một cách nghiêm khắc, động cơ bốn xylanh có số xylanh không nhiều chỉ dùng cho các ph-ơng tiện cơ giới cỡ nhỏ, độ điều hoà không cao

Một trong những nhà máy sản xuất động cơ diesel ở Việt Nam là nhà máy Diesel Sông Công đã và đang chế tạo hàng loạt loại động cơ diesel D243 bốn xylanh công suất 80 mã lực

D-ới đây đề tài đã đề cập và nghiên cứu động cơ diesel D243 bốn xylanh, bốn kỳ, lắp trong phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong Đại học Bách khoa Hà nội

Phạm vi nghiên cứu của đề tài giới hạn trong lĩnh vực dao động của động cơ đốt trong

Do thời gian và điều kiện hạn chế nên đề tài chỉ nghiên cứu giảm sự truyền dao động cơ học từ động cơ đốt trong bốn kỳ lắp trên bệ đàn hồi do các lực và mômen quán tính các cấp không cân bằng gây ra

Đề tài này mong muốn đ-ợc đóng góp một phần nhỏ vào nâng cao khả năng giảm dao động của động cơ trên bệ máy, nhằm mở rộng phạm vi sử dụng

động cơ của nhà máy Diesel Sông Công này trên các ph-ơng tiện giao thông vận tải

1.1.3 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Phân tích và tìm ra các nguyên nhân gây ra dao động cho động cơ để từ

đó hạn chế đến mức độ tối thiểu các tác hại do rung động gây ra

- Đánh giá mức độ ảnh h-ởng của từng thành phần lực và mômen lực quán tính

Trang 12

- Chọn ph-ơng án cân bằng động cơ đốt trong trong quá trình thiết kế và chế tạo

- Có biện pháp hữu hiệu trong quá trình thiết kế các động cơ mới

1.2 Giới thiệu chung về dao động

1.2.1 Khái niệm về dao động

Dao động là một hiện t-ợng phổ biến trong tự nhiên và trong kỹ thuật Các máy, các ph-ơng tiện giao thông vận tải, động cơ lắp trên bệ máy, các toà nhà cao tầng, những chiếc cầu bắc ngang qua các dòng sông, các mạch điện trong chiếc đài của bạn đang dùng, chiếc đồng hồ mà bạn đeo trên tay, đó là các hệ dao động trong kỹ thuật

Các quá trình dao động đ-ợc phân loại tuỳ theo các quan điểm khác nhau Căn cứ vào cơ cấu gây lên dao động ng-ời ta phân tích thành dao động

tự do và dao động c-ỡng bức, dao động tham số, tự dao động, dao động hỗn

độn, dao động ngẫu nhiên

Tự dao động là loại dao động xuất hiện bởi các lực do bản thân chuyển

động gây ra và tắt đi khi ngừng chuyển động Nguyên nhân gây ra chuyển

Trang 13

Căn cứ vào ph-ơng trình chuyển động ng-ời ta phân thành dao động tuyến tính, dao động phi tuyến

Căn cứ vào dạng chuyển động ng-ời ta phân thành dao động dọc, dao

động xoắn, dao động uốn

Khi nghiên cứu dao động ng-ời ta xác định các đặc tr-ng của dao động

và tìm cách giảm các tác động do dao động gây ra Đối với các dạng dao động c-ỡng bức thì ng-ời ta phải kiểm tra xem có xẩy ra hiện t-ợng cộng h-ởng hay không tức là xem tần số dao động riêng có trùng với tần số của lực c-ỡng bức không Ngoài ra khi muốn làm giảm bớt dao động ng-ời ta phải bố trí các

bộ phận cản hoặc nhớt để tiêu tán năng l-ợng làm cho dao động có tính chất tắt dần (ví dụ: giảm xóc của xe)

1.3 Giới thiệu về động cơ đốt trong đặt trên hệ đàn hồi

1.3.1 Các loại móng và bệ máy

* Cơ sở về móng và bệ máy

a, Các yêu cầu cơ bản đối với móng và bệ máy

Móng và bệ máy thuộc về những cơ cấu khung - bệ để lắp đặt cố định các máy móc và các thiết bị động lực Vì vậy, để đảm bảo cho các thiết bị làm việc tin cậy, móng và bệ phải bảo đảm các yêu cầu cơ bản sau:

1 Có độ cứng và độ bền lớn và ổn định d-ới tác dụng của các ngoại lực

2 Có độ biến dạng (hay độ võng) nhỏ không ảnh h-ởng đến điều kiện làm việc của các thiết bị đặt trên nó

3 Không có hiện t-ợng rung và chấn động mạnh khi các thiết bị hoạt

động

4 Có khả năng phân tán lực tác dụng để hạn chế ứng lực hay biến dạng tập trung nguy hiểm

5 Gia cố chắc các thiết bị trên bệ trong mọi điều kiện sử dụng

Đối với các thiết bị làm việc ổn định (lực ít thay đổi theo thời gian), kích th-ớc và cấu trúc của móng có thể đ-ợc thiết kế kết hợp với kiểm nghiệm bền

Trang 14

dựa trên các áp lực tĩnh tác dụng lên nền móng Còn đối với các thiết bị có khối l-ợng chuyển động không cân bằng và tác dụng theo nguyên lý va đập (động cơ đốt trong, máy nén kiểu pittông,.v.v) trong khi làm việc th-ờng xuất hiện các tải trọng động và gây rung lớn cho bệ và móng máy Vì vậy, khi thiết

kế bệ - móng loại này, ngoài trọng l-ợng và kích th-ớc bao của cụm máy, phải tính đến c-ờng độ tác động (tức biên độ và tần số dao động của cụm máy trên bệ) Bệ - móng có thể đ-ợc thiết kế riêng cho mỗi thiết bị và có thể chung cho một nhóm các thiết bị đặt gần nhau hay cùng chức năng làm việc (thí dụ: bệ chung cho các bơm n-ớc vòng kín, vòng hở, bơm dự phòng của hệ thống làm mát hay bơm dầu, máy phân ly dầu trong hệ thống bôi trơn)

Ngày nay đối với các trang bị động lực cỡ lớn, hiện đại ph-ơng pháp thiết

kế bệ cụm có nhiều -u điểm hơn cả Ph-ơng pháp này cho phép tối -u hoá ph-ơng án phân bố các thiết bị, nhất là với các trang bị động lực phức tạp,

đồng thời có thể áp dụng vi tính để tính toán, tự động hoá và chuyên môn hoá quá trình lắp đặt và trang bị

Việc hàn vá các bệ máy hoặc thi công móng trong buồng máy có liên quan đến sự phân bố các thiết bị động lực Khi thiết kế các bệ và móng máy ng-ời ta th-ờng dựa vào những số liệu kinh nghiệm kết hợp với việc tính toán kiểm tra ở một vài vị trí theo định tính

b, Đặc điểm về kết cấu móng và bệ máy

Đối với các hệ tĩnh tại bệ móng d-ới cụm máy có thể là các khối bằng bê tông hay bê tông cốt thép Còn đối với các cụm động lực l-u động, bệ máy th-ờng là một bộ phận không tách rời và đ-ợc hàn liền hay lắp liền nhờ các gujông với giá máy

Ngày nay với xu thế thiết kế mới, bệ máy không làm liền với giá máy mà

đ-ợc làm rời với mục đích có thể lắp đặt các thiết bị động lực khác thay thế hay có dạng công suất hoặc kích th-ớc t-ơng đ-ơng Điều này có ý nghĩa

Trang 15

quan trọng đặc biệt đối với các thiết bị động lực dùng cho các cẩu trục, các cụm phát điện l-u động, các cụm diesel bơm n-ớc, diesel máy nén v.v… Cơ sở để thiết kế các bệ móng là trọng l-ợng và các kích th-ớc bao của cụm máy và các bản vẽ định vị của nhà máy chế tạo động cơ

c, Các ph-ơng pháp lắp đặt thiết bị lên móng và bệ máy

Có thể lắp đặt trực tiếp thiết bị động lực lên móng bê tông hay định tâm

động cơ với thiết bị trên giá chung rồi lắp đặt cả cụm lên móng bê tông lồng khung thép Ph-ơng pháp lắp trực tiếp thiết bị động lực lên móng gọi là ph-ơng pháp lắp cứng Ph-ơng pháp này th-ờng dùng cho các trang bị làm việc t-ơng đối ổn định theo thời gian, tính cân bằng tốt Còn đối với các trang

bị động lực cỡ nhỏ, động cơ ít xylanh (th-ờng nhỏ hơn hoặc bằng bốn), tính cân bằng kém th-ờng phải đặt mềm trên bệ móng

Ph-ơng pháp lắp đặt mềm (qua hệ mềm) mà động cơ và thiết bị đ-ợc dẫn

động có thể đ-ợc lắp đặt và định tâm với nhau trên cùng một bệ chung rồi lắp lên móng qua các bộ giảm chấn nh- hình (a) (hệ rung toàn phần) hay một trong hai (th-ờng là động cơ) đ-ợc quan hệ mềm, còn thiết bị kia (th-ờng là

Hình a6

1

45

Hình b

Hình 1.1.Sơ đồ lắp đặt cụm động lực lên các bộ giảm rung

a- Sơ đồ giảm rung toàn phần; b- Sơ đồ rung cục bộ 1- Động cơ; 2- Khớp nối cứng; 3- Máy phát điện; 4- Giá bệ;

5- Bộ giảm rung; 6- Móng; 7- Khớp nối mềm

Trang 16

máy phát điện hay động cơ điện) lắp trên bệ cứng nh- hình (b) (hệ giảm rung cục bộ hay từng phần)

Trong nguyên lý giảm rung toàn phần, do số l-ợng bộ giảm rung nhiều nên có thể bố trí cân đối, hệ dao động làm việc ổn định hơn và không có sự dịch chuyển t-ơng đối giữa động cơ và máy phát điện trong quá trình làm việc Nguyên lý này th-ờng đ-ợc trang bị cho các tổ phát điện tĩnh tại và l-u

động Còn ở nguyên lý giảm rung cục bộ, để khắc phục sự dịch chuyển của

động cơ với thiết bị tiêu thụ công suất, giữa chúng đ-ợc quan hệ bằng khớp nối mềm

1.3.2 Thiết kế trang bị giảm chấn

1.3.2.1 Các loại giảm chấn

* Vật liệu chế tạo giảm chấn:

Hiệu suất giảm rung của bộ giảm chấn chủ yếu phụ thuộc vào vật liệu chế tạo đệm đàn hồi Để giảm rung cho động cơ và bệ máy th-ờng sử dụng các bộ giảm chấn bằng cao su-kim loại và bằng lò xo

-u điểm chính của loại giảm chấn bằng cao su kim loại là có ma sát trong lớn, đó là đặc tính quan trọng để dập tắt dao động cộng h-ởng Ngoài ra

bộ giảm chấn loại này có khả năng cách âm tốt trong tất cả các dải âm tần Nh-ợc điểm của bộ giảm chấn bằng cao su-kim loại là cao su dễ bị lão hoá (tính chất đàn hồi mất dần theo thời gian) và dễ bị h- hỏng do tác động của các sản phẩm dầu mỏ và nhiệt độ cao (chỉ thích ứng với nhiệt độ d-ới 70-

750C) Ngày nay với các bộ giảm chấn bằng cao su, ng-ời ta chỉ sử dụng loại giảm chấn có đệm đàn hồi làm việc ở trạng thái chịu nén

Loại giảm chấn lò xo giữ đ-ợc tính chất đàn hồi lâu dài và không chịu tác

động của dầu, nhiệt độ và độ ẩm Tuy vậy loại giảm chấn bằng lò xo có ma sát trong rất nhỏ và khả năng cách âm lại kém ở các tần số cao và tần số trung bình Lò xo chỉ giảm rung tốt với tần số nhỏ hơn hoặc bằng 200Hz, ở tần số lớn hơn rung động chẳng những không giảm mà còn có thể tăng Cho nên

Trang 17

trong các bộ giảm chấn bằng lò xo th-ờng có thêm cơ cấu làm tăng khả năng giảm rung và ma sát Với mục đích ấy d-ới lò xo của bộ giảm chấn đôi khi có

đặt thêm đệm bằng cao su cứng có độ dày không lớn để tăng ma sát trong của

bộ giảm chấn lò xo

* Kết cấu của các loại giảm chấn:

Dựa vào hai loại vật liệu chế tạo kể trên ng-ời ta phân các bộ giảm chấn thành hai nhóm chính: bộ giảm chấn dùng đệm đàn hồi bằng kim loại và bộ giảm chấn dùng đệm đàn hồi bằng cao su

Bộ giảm chấn bằng kim loại theo kết cấu của đệm đàn hồi có thể chia thành các loại chính sau:

+ Loại lò xo

+ Loại lò xo- cao su

+ Loại lò xo-chất dẻo

+ Loại nhíp

+ Loại bện bằng dây kim loại

Bộ giảm chấn bằng lò xo có thể là lò xo hình trụ hay hình nón Để khử dao động cộng h-ởng, th-ờng dùng thêm đệm cao su hay chất dẻo kết hợp với kim loại

Các đệm đàn hồi bằng kim loại có thể xếp thành nhiều lớp nh- dạng nhíp, đèn xếp, tổ hợp lò xo hoặc xếp thành nhiều lớp mỏng

Để giảm rung cho các động cơ nhỏ có thể dùng bộ giảm xóc một vòng lò

xo nh- (hình 1.3) (tải trọng định mức một bộ lên đến 300N)

Thành phần đàn hồi của loại giảm xóc bằng kim loại có đặc điểm là thay

đổi kích th-ớc d-ới tác dụng của ngoại lực và phục hồi lại sau khi lực ngừng tác dụng

Thành phần đàn hồi th-ờng dùng trong bộ giảm xóc bằng kim loại là lò

xo (hình trụ, hình nón, hình lăng trụ, hình trống và các dạng khác) Lò xo

đ-ợc chế tạo bằng thép lò xo cán hay dây kim loại Đối với những động cơ

Trang 18

th-ờng làm việc ở điều kiện có độ ẩm lớn, lò xo nên làm bằng thép hợp kim không gỉ, chế tạo theo ph-ơng pháp quấn nguội

Sau khi quấn, lò xo đ-ợc đ-a vào nhiệt luyện (ram) - nung nóng lò xo trong lò điện đến nhiệt độ 4500 C, giữ ở nhiệt độ này 20-30 phút và sau đó làm biến dạng d- của lò xo Sau khi nhiệt luyện lò xo, tiến hành đánh bóng để tăng khả năng chống ăn mòn Kết cấu của một số loại giảm xóc bằng kim loại giới thiệu trên các hình vẽ sau:

Hình 1.2 Bộ giảm xóc dùng lò xo hình trụ 1- Lớp đệm đàn hồi bằng cao su; 2- ống lót bằng cao su; 3- Thân; 4- Đai ốc hãm; 5- Đai ốc để xiết sơ bộ; 6- ống đỡ; 7- Vòng cao su; 8- Vòng kim loại;

9- Bulông; 10- Lò xo hình trụ; 11- Đệm lò xo; 12- Đế

Hình 1.3 Bộ giảm xóc một vòng lò xo 1- Lò xo; 2- Nắp chụp giảm xóc bằng cao su; 3- Vấu tựa của động cơ;

4- Bệ máy

Trang 19

Hình 1.4 Loại đệm cao su vỏ kim loại

Hình 1.5 Bộ giảm xóc có cơ cấu cản bằng lực ma sát

Hình 1.6 Bộ giảm xóc có gối đỡ 1- Bệ tựa đàn hồi trên; 2- Gối trụ chịu tải trọng; 3- Bệ tựa đàn hồi khi quá tải;

4- Lò xo phụ

Trang 20

- Bộ giảm chấn bằng cao su kim loại có thể chia thành các nhóm chính sau:

+ Loại hai tấm

+ Loại có tấm trung gian

+ Loại ổ bọc

+ Loại ống đệm

Các loại giảm chấn ở trên (trừ loại hai tấm) bảo đảm vị trí ổn định của

động cơ khi khối cao su bị phá huỷ Tất cả các bộ phận của giảm chấn đ-ợc nối với động cơ và với bệ nhờ các tấm kim loại, mà đ-ợc ngăn cách với nhau bằng một tấm cao su (l-u hoá với tấm kim loại này) và đảm bảo mối quan hệ

đàn hồi giữa động cơ và bệ

Bộ giảm xóc loại hai tấm có kết cấu rất đơn giản Nó gồm tấm trên đ-ợc liên kết với động cơ, tấm d-ới với bệ, giữa hai tấm này đặt một đệm cao su Bộ giảm xóc dùng tấm đệm cao su có thể đặt nằm ngang (hình 1.7), đặt nghiêng (hình 1.8), hay đặt thành góc (hình 1.9) Khi đặt nghiêng và đặt thành góc, khối cao su có khả năng giảm rung lớn hơn so với đặt nằm ngang, vì độ cứng của cao su giảm do sự chuyển tải trọng từ trạng thái nén sang trạng thái tr-ợt Tuỳ theo kích th-ớc của nó bộ giảm chấn loại hai tấm có thể chịu tải trọng

định mức từ vài chục kilôgam đến vài tấn

Hình 1.7 Bộ giảm xóc loại hai tấm với khối cao su đặt nằm ngang

Trang 21

Bộ giảm chấn có tấm trung gian có hiệu quả tốt hơn so với bộ giảm xóc loại hai tấm đặt ngang, do cao su cũng làm việc theo trạng thái tr-ợt Ngoài ra khi phân chia khối cao su bằng một tấm kim loại trung gian có thể tăng thêm khả năng phản xạ sóng rung lên bề mặt phân chia tấm kim loại với cao su Bộ giảm xóc có tấm trung gian có thể chịu tải trọng đến 17000 N

Hình 1.8 Bộ giảm xóc loại hai tấm với khối cao su đặt nghiêng

Hình 1.9 Bộ giảm xóc loại hai tấm với khối cao su đặt thành góc

Trang 22

Bộ giảm xóc loại ổ bọc lắp với động cơ bằng một bulông xuyên qua ống ren giữa khối cao su và lắp với bệ móng bằng nhiều bulông Bộ giảm xóc loại này đ-ợc bọc lót kín bằng bằng vỏ thép Nó có thể chịu đ-ợc tải trọng từ 10

đến 400 kg Kết cấu của loại này nh- (hình 1.11)

Hình 1.10 Bộ giảm xóc có tấm trung gian 1- Tấm đệm; 2- Tấm trung gian; 3- Tấm d-ới; 4- Khối cao su

Trang 23

Ngoài các loại th-ờng dùng kể trên, trong trang bị động lực động cơ còn dùng các loại giảm chấn bằng khí nén và loại ống chặn Bộ giảm chấn bằng khí nén khác với bộ giảm chấn bằng cao su-kim loại là loại có khoang chứa không khí (đệm khí nén) Tuy nhiên nó cũng có thể giảm rung đ-ợc khi không

có khí nén Trong tr-ờng hợp này phải giảm một nửa tải trọng trên mỗi bộ Bộ giảm chấn bằng khí nén có hiệu suất giảm rung hơn hẳn các loại khác Tuỳ theo kích th-ớc, loại giảm chấn này có thể chịu tải trọng định mức từ 2000 N

đến 7000 N Kết cấu của bộ giảm xóc bằng khí nén trình bày trên (hình 1.12)

Hình 1.11 Bộ giảm xóc ổ bọc 1- Vỏ ngoài; 2- Tấm đế; 3- Khối cao su; 4- ống ren tuỳ động

Hình 1.12 Bộ giảm xóc bằng khí nén 1- Vòng đỡ; 2- Nắp; 3- Vòng hãm; 4- Nắp che; 5- Khối cao su; 6- Vít hãm; 7-Vòng đệm kín; 8- Đai ốc nối; 9- ống dẫn khí; 10- Vòng đệm; 11- Đệm giảm xóc; 12- Thân giảm xóc; 13- ống nối; 14- Van tr-ợt; 15- Nắp ren

Trang 24

Bộ giảm xóc kiểu ống đệm (hình 1.13) có hiệu suất nhỏ hơn cả Loại này

có độ cứng h-ớng tâm (theo h-ớng bán kính khá lớn) nên nó đ-ợc dùng làm gối đỡ Nh-ng do ống cao su t-ơng đối dài nên bộ giảm chấn này hay bị hỏng

do cao su tróc ra khỏi ống kim loại

1.3.2.2 Lựa chọn loại và phân bố các bộ giảm xóc d-ới bệ của động cơ

Khi thiết kế hệ thống giảm xóc cho động cơ đốt trong phải tiến hành lựa chọn và xác định kết cấu, số l-ợng và cách phân bố bộ giảm xóc d-ới bệ máy cũng nh- xem xét khả năng di chuyển của động cơ hay cụm động cơ-máy phát điện đ-ợc giảm xóc, sau đó phải tính toán tần số dao động tự do của động cơ trên hệ giảm xóc

Trong quá trình tính toán và thiết kế những vấn đề trên th-ờng đối lập nhau, vì vậy ta phải chọn một giải pháp hợp lý hơn cả (thí dụ: để bảo đảm khả năng giảm rung lớn nhất, phải dùng các bộ giảm xóc có độ cứng t-ơng đối nhỏ tần số dao động thấp) khi đó d-ới tác dụng của mômen lật và các lực không cân bằng độ di chuyển của động cơ sẽ quá lớn Vì vậy, sẽ ảnh h-ởng xấu đến điều kiện làm việc và làm giảm tính ổn định của động cơ

Hình 1.13 Bộ giảm xóc ống đệm 1- Chân động cơ; 2- Bệ móng

Trang 25

Ch-ơng 2 Tính toán động học và động lực học cho

- Trọng l-ợng bản thân của các chi tiết

- Lực ma sát trên bề mặt tiếp xúc giữa các chi tiết chuyển động

Trong các thành phần lực nói trên, lực quán tính và lực khí thể có trị số lớn hơn cả nên khi tính toán th-ờng chỉ quan tâm tới hai loại lực này

Lực khí thể sinh ra do môi chất công tác bị nén và cháy giãn nở là một hàm tuần hoàn có chu kỳ ứng với hai vòng quay của trục khuỷu của động cơ Mối quan hệ giữa lực khí thể và góc quay của trục khuỷu động cơ đ-ợc xác định d-ới dạng đồ thị Pkt-  sau khi triển khai đồ thị công P-V nhận đ-ợc khi tính toán nhiệt động cơ

Trang 26

Trung t©m Sau §¹i häc - Tr-êng §HBK Hµ Néi

Trang 27

2.2 Tính toán động học và động lực học động cơ D243

2.2.1 Tính toán động học của cơ cấu pittông thanh truyền trục khuỷu

Hành trình lớn nhất của pittông S = 2R Trên đồ thị là đoạn thẳng t-ơng ứng với hoành độ (từ điểm 1Vc đến Vc) của đồ thị công

2.2.1.1 Đ-ờng biểu diễn hành trình của pittông x = f()

x:chuyển vị của pittông

2.2.1.2 Đ-ờng biểu diễn tốc độ của pittông v = f()

Lấy đạo hàm x theo thời gian ta có vận tốc của pittông

d d

dx dt

vtb =

30

.n S

(m/s) (2-3)

S = 2R: Hành trình lớn nhất của pittông

n: Số vòng quay trục khuỷu

v = f() và đặt giá trị ấy đúng với góc  t-ơng ứng nên các tia x đó Nối các

điểm đó lại ta đ-ợc đ-ờng cong v = f(x)

Trang 28

2.2.1.3 Đ-ờng biểu diễn gia tốc của pittông j = f()

Lấy đạo hàm vận tốc theo thời gian ta đ-ợc gia tốc

d d

dv dt

dv

.

2.2.2.1 Lực và mômen tác dụng lên cơ cấu pittông thanh truyền trục khuỷu

Nhằm mục đích xác định các lực do hợp lực của lực quán tính và khí thể tác dụng lên chi tiết ở mỗi vị trí của trục khuỷu nhằm xác định tính toán sức bền, trạng thái mài mòn của chi tiết máy và tính toán cân bằng động cơ

Nhiệm vụ của động học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là nghiên cứu quy luật chuyển động của pittông

Giả thiết trong quá trình làm việc của trục khuỷu quay với vận tốc không

đổi

Khi động cơ làm việc, cơ cấu trục khuỷu thanh truyền nói riêng và động cơ nói chung chịu tác dụng của các lực nh- lực khí thể, lực quán tính, trọng lực và lực ma sát Khi tính toán động lực học, ta chỉ cần xét các lực có giá trị lớn là lực khí thể và lực quán tính

Lực chủ động tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền lực quán tính của các khối l-ợng chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay

Trang 29

Lực quán tính của các khối l-ợng chuyển động tịnh tiến Pj tác dụng lên chốt pittông, sản sinh ra lực đẩy thanh truyền, đồng thời tác dụng lên ổ trục và thân động cơ

áp suất tổng tác dụng lên đỉnh pittông là:

P= Pkt+Pj (2-5) Trong đó: Pkt- áp suất khí thể

Pj - Lực quán tính chuyển động tịnh tiến

H

T Z

Ptt

P tt

PN

Z' T'

Trang 30

Mục đích của việc tính toán động lực học là xác định các lực do hợp lực của hai loại lực trên đây tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền và mô men do chính chúng sinh ra để làm cơ sở cho việc tính toán cân bằng động cơ, tính toán sức bền của chi tiết, nghiên cứu trạng thái mài mòn và tính toán dao

động xoắn của hệ trục khuỷu

Việc khảo sát động lực học dựa trên ph-ơng pháp và quan điểm của cơ học lý thuyết Các lực và mô men trong tính toán động lực học đ-ợc biểu diễn d-ới dạng hàm số của góc quay trục khuỷu  và quy -ớc là pittông ở điểm chết trên thì  = 00 Ngoài ra, các lực này th-ờng đ-ợc tính với một đơn vị diện tích đỉnh pittông Về sau khi cần tính giá trị thực của các lực, ta nhân giá trị của áp suất với diện tích tiết diện ngang của đỉnh pittông

Để xây dựng đồ thị ấy tr-ớc tiên ta phải xác định các lực tác dụng: Lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z và lực li tâm do khối l-ợng mr gây ra

Sau khi có đồ thị lực khí thể Pkt = (P-P0)*D2/4 theo góc quay  (đã xác

định ở trên) sẽ xác định đ-ợc sự biến thiên của lực quán tính chuyển động tịnh tiến:

Pj= -mj.R.2.(cos + cos2) (2-6) [TL 1, Trang 32]

Cộng hai đồ thị đó lại sẽ đ-ợc sự biến thiên của lực P theo 

Tiếp theo sẽ xác định đ-ợc sự biến thiên của lực tiếp tuyến:

T = P.sin (+)/cos (2-7)

Và lực pháp tuyến

Z = P.cos(+)/cos (2-8)

2.2.2.2 Lực quán tính

* Lực quán tính của khối l-ợng chuyển động tịnh tiến

Theo kết quả nghiên cứu động học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền, gia tốc chuyển động tịnh tiến của pittông có dạng nh- hình vẽ

Trang 31

Lực quán tính của khối l-ợng chuyển động tịnh tiến đ-ợc xác định theo công thức:

Pj = - mj.R.2.(cos + cos2) (2-9) Trong đó:

mj: Khối l-ợng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền (kg)

mj = mnp+ m1

mnp: khối l-ợng của nhóm pittông (kg)

m1: khối l-ợng đầu nhỏ thanh truyền (kg)

+ L: Chiều dài của thanh truyền (m)

4

1 68 , 3

1 230

 =3,14

26 , 230 30

2200 14

: Góc quay của trục khuỷu xylanh thứ nhất (0gqtk)

Lực quán tính Pj luôn tác dụng lên đ-ờng tâm của xylanh

Trang 32

* Lực quán tính của khối l-ợng chuyển động quay

Lực quán tính của khối l-ợng chuyển động quay đ-ợc xác định theo công thức:

Pk = - mrR2 (2-12) Trong đó: mr- khối l-ợng chuyển động quay của trục khuỷu (kg)

Lực quán tính của các khối l-ợng chuyển động quay còn đ-ợc gọi là lực quán tính ly tâm tác dụng trên đ-ờng tâm của má khuỷu

* Các khối l-ợng chuyển động tịnh tiến

- Khối l-ợng nhóm pittông: mnp = 2,2 kg

- Khối l-ợng nhóm thanh truyền: mtt = 3,9 kg

- Khối l-ợng của thanh truyền phân bố về tâm chốt pittông tính theo công thức kinh nghiệm sau:

m1 = (0,275 ữ 0,3)mtt (2-13) Lấy m1 = 0,285mtt = 0,285.3,9 = 1,1115 kg

Khối l-ợng chuyển động tịnh tiến trên một đơn vị diện tích đỉnh pittông

) (kg/m

1

p

np j

F

m m

)(kg/m412

,3484

11,0.142,3

1115,12,2F

mm

p

1 np

* Các khối l-ợng chuyển động quay

- Khối l-ợng thanh truyền quy dẫn về tâm chốt: m2 = mtt - m1

m2 = 3,9 - 1,1115 = 2,7885 (kg)

- Khối l-ợng của má khuỷu quy dẫn về tâm chốt: m0m

- Khối l-ợng của chốt khuỷu: mch

* Khai triển đồ thị p -V thành p = f()

Xác định trị số pkt ứng với các góc  từ đồ thị Brick rồi đặt các giá trị này trên đồ thị p - , pmax đạt đ-ợc tại  = 375 0

Trang 33

Bảng 2-1 Số liệu để vẽ các đồ thị p kt , p j , p, T và Z = f()



pkt

Thực (Mpa)

pj

Thực (Mpa)

p

Thực (Mpa) 



 cos

) sin(  T

Thực (Mpa) 



 cos

) cos(  Z

Thực (Mpa)

Trang 34

Trang 35

Đồ thị pj = f() biểu diễn trên đồ thị công có nghĩa kiểm tra tính năng tốc

độ của động cơ Triển khai pj = f(x) thành pj = f() cũng thông qua Brick để chuyển toạ độ, nh-ng trên toạ độ p- phải đặt đúng giá trị âm d-ơng của pj

Trang 36

* Vẽ đ-ờng biểu diễn lực tiếp tuyến T = f() và lực pháp tuyến Z = f()

Theo kết quả tính toán động lực học, ta có:

T=  



cos

* Vẽ đ-ờng T = f() của động cơ 4 xylanh

Động cơ nhiều xylanh có mô men tích lũy vì vậy phải xác định mô men này Chu kỳ của mô men tổng bằng đúng góc công tác của các khuỷu

Trang 37

4

4.180i

1)(xylanh 0

720180

)

1(720



3)(xylanh 540

180)

12(720



4)(xylanh 360

180)

13(720

III    



2)(xylanh 180

180)

14(720

Trang 38

Trang 39

Trên bảng ta thấy Tmax =1,5222 (Mpa) =1,5222.106 (Pa) =1522200 (N/m2)

- Giá trị thực là:

(N)144584

11,0.14,3.15222004

D.1522200

T

2 2

- Hợp lực của các lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1:

IV j III j II j I j

4 1

Hình 2.5 Sơ đồ trục khuỷu động cơ 4 xylanh thẳng hàng

Trang 40

- Hợp lực của các lực quán tính chuyển động quay:

Do kết cấu đối xứng nên thành phần lực quán tính chuyển động quay PKcủa các xylanh từng đôi một triệt tiêu lẫn nhau

Định dạng
Số trang	122
Dung lượng	1,93 MB