Nghiên cứu độ ồn rung của hộp số ô tô tải được thiết kế và chế tạo tại việt nam

Xây dựng mới phòng thí nghiệm bao gồm thiết kế các hệ thống, lắp đặt các thiết bị thí nghiệm, thiết lập qui trình đo giá trị ồn-rung của hộp số ở các chế độ hoạt động trong phòng thí ngh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của tôi

Những phương pháp, số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực, chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả

Cao Hùng Phi

CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và trang trọng nhất đến những thầy giáo hướng dẫn khoa học: PGS.TS Dư Quốc Thịnh và TS Nguyễn Thanh Quang Khoa học có quá nhiều khó khăn và phức tạp, có những lúc tưởng chừng như không thể vượt qua được nhưng quý thầy đã hướng dẫn giúp tôi tìm ra phương pháp, trang bị cho tôi những kiến thức cần thiết Đến hôm nay có thể nói luận án của tôi khó hoàn thành nếu không có sự hướng dẫn tận tình của quý thầy

Tôi xin cảm ơn trường đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện đào tạo sau đại học,

bộ môn ôtô và xe chuyên dụng của trường là nơi trực tiếp quản lý và hướng dẫn tôi suốt quá trình nghiên cứu đề tài Chân thành cảm ơn quý thầy làm việc trong bộ môn ôtô trường đại học Bách Khoa Hà Nội, các nhà khoa học, các phòng thí nghiệm và nhà máy đã tận tình giúp đỡ tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận

án

Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến GS Takuya YOSHIMURA trưởng phòng Lab trường đại học Metropolitan Tokyo Nhật Bản đã cung cấp tài liệu và hướng dẫn tôi xây dựng phòng thí nghiệm đo ồn-rung tại Việt Nam, đồng thời cảm ơn GS.TS Nguyễn Tiến Khiêm và Viện Cơ Học Việt Nam đã giúp tôi rất nhiều khi tìm tài liệu và thiết bị đo ồn-rung rất hiện đại

Với trường Cao đẳng Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long, nơi tôi công tác, là hậu phương rất tốt đã tạo nhiều điều kiện tốt nhất cho tôi học tập và nghiên cứu Đặc biệt thầy Hiệu Trưởng TS Trần Hoàng Nam Tôi xin chân thành cảm ơn những tình cảm này

Tôi luôn nhớ công lao của những người thân trong gia đình và đặc biệt cảm ơn

vợ và con tôi, những người đã chia sẻ những khó khăn và tạo điều kiện tốt cho tôi học tập nghiên cứu

Cuối cùng, tôi xin được cảm ơn các bạn bè, đồng nghiệp và rất nhiều người đã quan tâm, chia sẻ, giúp đỡ tôi suốt thời gian qua

Tác giả

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Mục lục

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỒN-RUNG HỘP SỐ ÔTÔ 1.1 Tình hình nghiên cứu ồn-rung hộp số ôtô trên thế giới 5

1.1.1 Nghiên cứu bánh răng và ồn-rung 5

1.1.2 Các thành tựu nghiên cứu về ồn-rung của LMS 9

1.1.3 Ứng dụng phương pháp chẩn đoán tình trạng kỹ thuật ô tô xe máy 13

1.2 Nghiên cứu ồn-rung trong nước 13

1.3 Một số khái niệm về ồn-rung 14

1.3.1 Khái niệm về dao động sử dụng trong ồn-rung 14

1.3.2 Khái niệm về âm thanh sử dụng trong ồn-rung 23

1.4 Các nguồn gây ồn-rung hộp số 29

1.4.1 Các lỗi khi chế tạo 29

1.4.2 Các lỗi lắp đặt 29

1.4.3 Dao động sinh ra do cấu tạo của ổ 29

1.4.4 Ảnh hưởng của độ ồn hộp số 30

1.5 Phổ dao động 30

1.5.1 Phổ tần số của tín hiệu điều biên: 31

1.5.2 Phổ tần số của tín hiệu điều tần: 31

1.6 Phương pháp nghiên cứu ồn-rung hộp số ôtô 32

1.7 Tiêu chuẩn đánh giá ồn-rung hộp số .33

1.7.1 Tiêu chuẩn ISO 8579-1(E): 2002 (Tiêu chuẩn đánh giá ồn hộp số

Tiêu chuẩn thử nghiệm âm thanh hộp số) 33

1.7.2 Tiêu chuẩn ISO 8579-2(E): 1999 (Tiêu chuẩn đánh giá hộp số Tiêu chuẩn xác định rung động cơ học của hộp số trong thử nghiệm) 34

1.7.3 Tiêu chuẩn TCVN 4922-89 (Xác định các đặc tính ồn rung của máy trong trường âm tự do trên mặt phẳng phản xạ âm) 35

Kết luận chương 1 36

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ỒN RUNG HỘP SỐ 2.1 Tác động xung 37

2.1.1 Quá trình xung 37

2.1.2 Xung va chạm 41

2.2 Tác động xung trong cặp bánh răng ăn khớp 42

2.3 Thuật toán nghiên cứu truyền dao động 45

2.3.1 Hộp số nghiên cứu 45

2.3.2 Đường truyền rung động trong hộp số 47

2.4 Xây dựng phương trình 48

2.4.1 Mô hình tính toán truyền động bánh răng hộp số 48

2.4.2 Thành lập hệ phương trình dao động hộp số 49

2.4.3 Phân tích hệ phương trình dao động hộp số 53

Kết luận chương 2 56

Chương 3: GIẢI BÀI TOÁN DAO ĐỘNG VÀ NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CÁC THÔNG SỐ ĐẾN ỒN-RUNG HỘP SỐ ÔTÔ 3.1 Trạng thái chuyển động bình ổn của hộp số 57

3.2 phương pháp phổ giải phương trình 58

3.3 Dùng Matlab Simulink mô phỏng ồn-rung hộp số nghiên cứu 59

3.3.1 Sơ đồ thuật toán 59

3.3.2 Các trạng thái mô phỏng ồn-rung hộp số 61

3.4 Kết quả tính toán 65

3.4.1 Thông số hộp số nghiên cứu 65

3.4.2 Kết quả mô phỏng 67

3.5 Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và chế độ làm việc của hộp số nghiên cứu đến ồn-rung 71

3.5.1 Khảo sát ảnh hưởng của mô men M1 72

3.5.2 Khảo sát ảnh hưởng của tính chất vật liệu (độ cứng k) đến dao động rung của hộp số 74

3.5.3 Khảo sát ảnh hưởng của mô men cản M2 theo tải thay đổi 76

3.6 Tính kết quả dao động về mặt lý thuyết đạt giá trị cực đại 78

Kết luận chương 3 80

CHƯƠNG 4: THÍ NGHIỆM 4.1 Đo và phân tích ồn-rung 81

4.1.1 Phân tích độ rung động của hộp số 81

4.1.2 Hệ thống đo và các nguyên lý đo ồn-rung 82

4.2 Thí nghiệm 86

4.2.1 Mục đích thí nghiệm 86

4.2.2 Cở sở tiến hành thí nghiệm 86

4.2.3 Xây dựng cơ sở vật chất phòng thí nghiệm 86

4.2.3.1 Xây mới phòng thí nghiệm đo ồn-rung tại Việt Nam 87

4.2.3.2 Thiết bị đo, ghi và các phần mềm đo, ghi, phân tích 91

4.2.4 Sơ đồ đo của thiết bị đo ồn-rung 92

4.2.5 Hiệu chỉnh thiết bị đo 92

4.2.5.1 Thiết bị hiệu chỉnh đầu đo dao động 92

4.2.5.2 Kết quả hiệu chỉnh 94

4.2.6 Phần mềm DasyLab 7.0 95

4.3 Quy trình đo 95

4.3.1 Bệ thử hộp số 95

4.3.1.1 Bệ thử hộp số theo dòng công suất hở 95

4.3.1.2 Phòng cách âm bệ thử hộp số theo dòng công suất hở 97

4.3.1.3 Kiểm tra phòng cách âm 97

4.3.2 Quy trình thí nghiệm 97

4.4 Địa điểm, thời gian, điều kiện, sơ đồ thí nghiệm 99

4.4.1 Địa điểm 99

4.4.2 Thời gian 100

4.4.3 Điều kiện thử nghiệm 100

4.5 Kết quả 100

4.5.1 Kết quả thí nghiệm đo được 100

4.5.2 Xử lý kết quả 101

4.5.2.1 Kết quả đo ồn-rung 102

4.5.2.2 Phân tích FFT 102

4.5.2.3 Phân tích Octave 104

4.5.2.4 Phân tích Envelope 105

4.5.2.5 Phân tích RMS 105

4.6 Xây dựng Noise-Map 112

4.6.1 Dạng tổng quát 112

4.6.2 Dạng thứ 2 113

4.6.3 Dạng thứ 3 114

4.7 So sánh kết quả dao động tính toán lý thuyết và thực nghiệm đo được của hộp số nghiên cứu 114

Kết luận chương 4 116

Kết luận 117

Danh mục các công trình đã công bố của luận án 119

Tài liệu tham khảo 120

Phụ lục 123

Phụ lục 1 124

Phụ lục 2 132

Phụ lục 3 138

Phụ lục 4 141

Phụ lục 5 143

Quyết định thành lập hội đồng cấp Trường Quyết nghị của hội đồng bảo vệ luận văn cấp Trường

Ý kiến phản biện

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Tên Đơn vi ̣

L A Mức áp suất âm tro ̣ng số A (mức âm A) dBA

V

2

 Phương sai vâ ̣n tốc dao đô ̣ng bề mă ̣t m2/s2

A Diê ̣n tích trở kháng của vách ngăn m2

,  Hê ̣ số hấp thu ̣ âm

Z Hê ̣ số trở kháng âm

 Hệ số Poatson

NVH Noise Vibration Harshness

CĐĐH Chuyển động điều hòa

RMS Root Mean Square

TE Sai số truyền động (Transmission error)

STT Số thứ tự

ĐC Động cơ đốt trong

MP-100S Tên thiết bị gây tải và đo tải

FFT Fast Fourier Transfrom

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Nguyên nhân và đường truyền lỗi trong hộp số 07

Bảng 1.3 Các giá trị chuyển vị tiêu biểu của chuyển động điều hòa 15 Bảng 1.4 Các giá trị vận tốc tiêu biểu của CĐĐH 16

Bảng 1.7 Vận tốc âm thanh trong vật liệu ở nhiệt độ phòng 26 Bảng 1.8 Công suất âm và mức công suất âm 27 Bảng 2.1 Các tham số phương trình thay đổi và mối quan hệ 54

Bảng 3.3 Các chế độ khảo sát hộp số theo ảnh hưởng của vật liệu 73 Bảng 3.4 Các chế độ khảo sát hộp số theo M2 khi tải thay đổi 75 Bảng 4.1 Đặc tính kỹ thuật các loại Microphone 85 Bảng 4.2 Danh mục thiết bị dụng cụ phần mềm đo 91 Bảng 4.3 Giá trị hiệu chuẩn đầu đo dao động 94 Bảng 4.4 Giá trị hiệu chuẩn đầu đo rung 94 Bảng 4.5 Các chế độ thử nghiệm hộp số 97

Bảng 4.7 Chế độ, kết quả xử lý số liệu thí nghiệm 101

Bảng 4.8 Đường đặc tính của RMS 106

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ truyền lỗi của Harris biểu diễn một cặp bánh răng ở

Hình 1.2 Biến thể của truyền lỗi (TE) với tốc độ do nội động năng 06

Hình 1.4 Hiển thị kết quả thí nghiệm 09 Hình 1.5 Thiết bị phân tích và ghi công suất 16 kênh 11 Hình 1.6 Kiểm tra đo ồn-rung bánh răng hộp số 12 Hình 1.7 Kiểm tra đo ồn-rung ăn khớp bánh răng, tải thay đổi 13 Hình 1.8 CĐĐH đơn của một khối lượng treo lên lò xo 14

Hình 1.10 Vận tốc và gia tốc dao động 17 Hình 1.11 Tương quan: chuyển vị, vận tốc, gia tốc 17 Hình 1.12 Tác động của hai chuyển động điều hòa đơn cùng pha ban

Hình 2.2 Mô hình truyền động bánh răng hộp số 46 Hình 2.3 Sơ đồ truyền động tay số 2 (cấp số chậm) 48 Hình 2.4 Mô hình tính toán truyền động bánh răng hộp số 48 Hình 2.5 Mô hình vùng tiếp xúc khi hai răng ăn khớp 49 Hình 3.1 Sơ đồ thuật toán xác định dao động ồn-rung hộp số 60 Hình 3.2 Sơ đồ tổng thể mô phỏng dao động rung hộp số 61

Hình 3.3 Mô đun mô phỏng "phi1" 62 Hình 3.4 Mô đun mô phỏng "phi2" 63 Hình 3.5 Mô đun mô phỏng "phi3" 63 Hình 3.6 Mô đun mô phỏng "phi4" 63 Hình 3.7 Mô đun mô phỏng "phi5" 64 Hình 3.8 Các mô đun mô phỏng "xi" 64 Hình 3.9 Các mô đun mô phỏng "Ii" 65 Hình 3.10 Mô-đun mô phỏng góc xoay, vận tốc và gia tốc góc xoay

Hình 3.11 Góc xoay trục bánh răng 5 [5 (t)] 68 Hình 3.12 Vận tốc góc xoay trục bánh răng 5 theo thời gian['5 (t)] 69 Hình 3.13 Gia tốc góc xoay trục bánh răng 5 theo thời gian ["5 (t)] 69 Hình 3.14 Gia tốc góc xoay trục bánh răng 5 theo tần số ["5 (f)] 70 Hình 3.15 Scope vận tốc góc xoay trục bánh răng 5 theo thời gian

hãng DEWETRON (Áo) và phần mềm DasyLab7.0 (Đức)

82

Hình 4.2 Sơ đồ cấu tạo cảm biến đo gia tốc 83

Hình 4.4 Sơ đồ cấu tạo cảm biến đo chuyển vị 84 Hình 4.5 Hình ảnh nghiên cứu tại phòng Lab trường đại học

Hình 4.6 Hình chiếu đứng phòng thí nghiệm 88 Hình 4.7 Hình chiếu bằng phòng thí nghiệm 88

Hình 4.9 Đường đặc tính ngoài động cơ 89 Hình 4.10 Đặc tính làm việc của thiết bị MP-100S 90 Hình 4.11 Xử lý cách âm và phản xạ âm phòng thí nghiệm tại 91

Hình 4.13 Hệ thống hiệu chuẩn cảm biến đo dao động 93

Hình 4.15 Chuẩn cảm biến đo âm BK 2671 và máy đo ồn cầm tay

Hình 4.16 Sơ đồ thử nghiệm hộp số theo dòng công suất hở 96 Hình 4.17 Hình thực tế sơ đồ thử nghiệm hộp số theo dòng công

Hình 4.18 Bố trí cách âm phòng thí nghiệm 97

Hình 4.20 Vị trí đặt cảm biến đo ồn-rung hộp số 100 Hình 4.21 Tín hiệu trong miền thời gian 102

Hình 4.23 Tín hiệu trong miền tần số (phân tích FFT) 103 Hình 4.24 Tín hiệu trong miền tần số (phân tích 1/3 Octave,) 104 Hình 4.25 Tín hiệu trong miền tần số (phân tích Envelope) 105 Hình 4.26 Dao động 3 phương xyz theo miền thời gian không tải,

Hình 4.29 Dao động 3 phương xyz theo miền thời gian với tải thay

Hình 4.30 Dao động 3 phương xyz theo miền thời gian với tải thay

đổi, cấp nhanh

110

Hình 4.31 Ồn hộp số chế độ tải thay đổi ở 2 cấp chậm và nhanh 111 Hình 4.32a Đồ thị ồn hộp số thí nghiệm 112 Hình 4.32b Đồ thị ồn hộp số thí nghiệm tải thay đổi cấp chậm 113 Hình 4.32c Đồ thị ồn hộp số thí nghiệm tải thay đổi cấp nhanh 114

MỞ ĐẦU

Theo quyết định số 177/2004/QĐTTCP về quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ôtô Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn đến năm 2020, Chính phủ đã định hướng về sản xuất hộp số ôtô sản lượng đạt 100.000 bộ/năm vào 2010, khoảng 200.000 bộ/năm vào năm 2020, tỷ lệ sản xuất trong nước đạt 90% vào năm 2010 [11] Nhiều nhà máy trong nước đã tập trung đầu tư nghiên cứu chế tạo phụ tùng cho các dòng xe lắp ráp trong nước nhằm tăng cường tỷ lệ nội địa hóa theo định hướng của chính phủ

Đến nay, năm 2010 theo khảo sát của tác giả không có nhà máy hay cơ sở sản xuất nào tại Việt Nam chế tạo hoàn chỉnh hộp số ôtô tải Duy nhất vào năm 2006, nhóm nghiên cứu đề tài khoa học và công nghệ cấp nhà nước, mã số KC.05.32 do

TS Nguyễn Thanh Quang chủ đề tài đã nghiên cứu thiết kế và xây dựng quy trình công nghệ sản xuất thử nghiệm hộp số sử dụng cho ôtô tải thông dụng Tuy nhiên

đề tài này xây dựng cơ sở lý thuyết và thử nghiệm chưa hoàn chỉnh [12]

Để sản xuất hoàn chỉnh hộp số ôtô phải qua nhiều giai đoạn và có nhiều phần nghiên cứu chuyên sâu: Thiết kế, công nghệ chế tạo, công nghệ nhiệt luyện, nghiên cứu ồn-rung hộp số, nghiên cứu độ bền lâu hộp số,

Xuất phát từ yêu cầu này đề tài “Nghiên cứu độ ồn-rung hộp số ô tô tải được

thiết kế và chế tạo tại Việt Nam” thực hiện trong khuôn khổ luận án tiến sỹ nhằm

hoàn thiện việc chế tạo hộp số tại tại Việt Nam là cấp thiết

 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu xây dựng mô hình toán làm cơ sở khoa học xây dựng hàm truyền dao động trong hộp số ôtô tải, xác định các thông số ảnh hưởng đến ồn-rung hộp số khi làm việc Thông qua giá trị ồn-rung hộp số khi làm việc sẽ đánh giá một loạt các thông số của hộp số như: thông số kết cấu (bảng 2.1) hoặc các chế độ làm việc của hộp số

Xây dựng mới phòng thí nghiệm bao gồm thiết kế các hệ thống, lắp đặt các thiết bị thí nghiệm, thiết lập qui trình đo giá trị ồn-rung của hộp số ở các chế độ hoạt động trong phòng thí nghiệm

Sau khi nghiên cứu đạt được những mục tiêu về lý thuyết và thực nghiệm sẽ là

cơ sở khoa học để hoàn thiện việc sản xuất hộp số ôtô tải nói riêng và hộp số ôtô nói chung đạt yêu cầu kỹ thuật

 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Xây dựng mô hình tính toán, thiết lập hệ phương trình truyền dao động trong hộp số ôtô tải Xác định các thông số ảnh hưởng đến ồn-rung của hộp số

- Sử dụng phần mềm MatLab Simulink để giải hệ phương trình và mô phỏng ảnh hưởng khi thay đổi giá trị các thông số đến ồn-rung của hộp số trong hoạt động

- Xây dựng mới phòng thí nghiệm bao gồm: thiết kế xây dựng hệ thống, thiết

bị thí nghiệm đo ồn-rung đáp ứng theo TCVN 4922-89 Lắp đặt thiết bị và vận hành phòng thí nghiệm theo đúng qui trình đo ồn-rung hộp số

- Xử lý số liệu thí nghiệm đo ồn-rung hộp số và kiểm chứng với giá trị tính toán lý thuyết để đánh giá phương pháp nghiên cứu là phù hợp

 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Luận án sẽ tập trung nghiên cứu ồn-rung hộp số xe tải có tải trọng dưới 3 tấn được thiết kế và chế tạo tại Việt Nam Phạm vi nghiên cứu được giới hạn là xây dựng mô hình toán xác định dao động từ trục vào đến trục ra của hộp số về mặt lý thuyết và xây dựng mới phòng thí nghiệm đo giá trị ồn-rung của hộp số khi vận hành tại các chế độ làm việc trong phòng thí nghiệm

 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu này, sử dụng phương pháp xây dựng mô hình toán, tính toán

về mặt lý thuyết và sử dụng phần mềm MatLab Simulink để mô phỏng ảnh hưởng của các thông số đến giá trị ồn-rung của hộp số, đồng thời xây dựng mới phòng thí nghiệm đo ồn-rung trên hộp số nghiên cứu trong phòng thí nghiệm để kiểm chứng với kết quả tính toán về mặt lý thuyết

 Bố cục luận án

Luận án bao gồm phần mở đầu và 4 chương trình bày những vấn đề nghiên cứu, phần kết luận Các công trình nghiên cứu đã công bố của tác giả, tài liệu tham khảo và phụ lục Nội dung những vấn đề nghiên cứu của luận án được cấu trúc như sau:

Chương 1: Tổng quan về ồn-rung trong hộp số ôtô Tác giả trình bày về những

thành tựu nghiên cứu ồn-rung hộp số trên thế giới và ở Việt Nam Xác định phương pháp nghiên cứu của đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết và phương pháp xây dựng mô hình tính toán rung hộp số Tác giả phân tích sự ăn khớp và truyền động bánh răng cũng như các

ồn-chế độ làm việc thực của hộp số, xác định nguyên nhân gây ra dao động trong hộp

số, biểu diễn nguyên nhân gây ra dao động dưới dạng xung lực tác dụng lên hai răng ăn khớp Từ đây xây dựng mô hình toán và thiết lập hệ phương trình vi phân truyền dao động trong hộp số dưới tác động của xung lực do khe hở

Chương 3: Giải bài toán dao động và nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng các

của hộp số Đã giải hệ phương trình 2.46 bằng phương pháp phổ đồng thời sử dụng

phần mềm MatLab giải hệ phương trình vi phân dao động của hộp số Để phân tích

ảnh hưởng các thông số kết cấu cùng các chế độ làm việc của hộp số nghiên cứu đến giá trị ồn-rung tác giả dùng phần mềm MatLab Simulink để mô phỏng

Chương 4: Thí nghiệm Tác giả trình bày những phần chính của nghiên cứu

thực nghiệm, bao gồm: thành lập mới một phòng thí nghiệm đo ồn-rung, thiết kế các hệ thống, chọn lựa và lắp đặt các thiết bị, xây dựng qui trình đo và xử lý kết quả thí nghiệm Kết quả thí nghiệm này sẽ được so sánh với phần tính toán lý thuyết của chương 3 để khẳng định tính đúng đắn của mô hình

Tất cả các kết quả của chương này được công bố trong 5 bài báo cáo tại 2 hội nghị quốc tế như phần những danh mục các công trình đã công bố

Kết luận Với những kết quả đã đạt được sau quá trình thực hiện luận án, so

sánh với mục tiêu nghiên cứu như: xây dựng được mô hình toán làm cơ sở khoa học xây dựng hàm truyền dao động trong hộp số ôtô tải, giải hệ phương trình xác định các giá trị ồn-rung của hộp số nghiên cứu ở các chế độ làm việc Dùng phần mềm Matlab Simulink mô phỏng ảnh hưởng của hơn 40 thông số thiết kế cùng các chế độ

làm việc của hộp số, với phương pháp này giúp quá trình thiết kế và chẩn đoán tình trạng kỹ thuật hộp số ôtô tải nhanh chóng và hiệu quả hơn

Xây dựng mới phòng thí nghiệm bao gồm việc lắp đặt các hệ thống, thiết bị thí nghiệm đo giá trị ồn-rung của hộp số ở các chế độ hoạt động nhằm khảo sát ảnh hưởng của các thông số đến ồn-rung hộp số ôtô tải, so sánh những kết quả này với tính toán lý thuyết nhằm đánh giá phương pháp nghiên cứu lý thuyết là phù hợp Trong tương lai Việt Nam sẽ xây dựng tiêu chuẩn ồn-rung của hộp số phục vụ cho thiết kế và chẩn đoán tình trạng kỹ thuật ôtô

Luận án được hoàn thành tại bộ môn ôtô và xe chuyên dụng trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Phòng thí nghiệm đo ồn-rung xây dựng mới tại trường cao đẳng

Sư Phạm Kỹ Thuật Vĩnh Long, quá trình đo ồn-rung được sự hỗ trợ về thiết bị của phòng thử nghiệm động lực học, viện Cơ học Việt Nam Hộp số thử nghiệm là sản phẩm của dự án nghiên cứu cấp bộ có mã số KC.05.DA02/06-10 sản xuất tại Việt Nam

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ỒN-RUNG HỘP SỐ ÔTÔ

Bánh răng, hộp số đã được nghiên cứu từ rất lâu tại đại học Cambridge, từ năm 1827 nhà toán học G.B Airy đã nghiên cứu về biên dạng răng Sau khi chiến tranh thế giới thứ hai kết thúc E.K Frankl, giảng viên tại khoa kỹ thuật đại học Cambridge sử dụng đồng hồ đo biến dạng răng theo nguyên lý cảm biến điện và sử dụng vân giao thoa để nghiên cứu tải trọng tác dụng lên bánh răng [18]

1.1 Tình hình nghiên cứu ồn-rung hộp số ôtô trên thế giới

1.1.1 Nghiên cứu bánh răng và ồn-rung

Hình 1.1 Sơ đồ truyền lỗi của Harris biểu diễn một cặp bánh răng

ở tải trọng khác nhau [18]

Lần đầu tiên S.L Harris tại đại học Lancaster đã tính toán rung động bánh răng dưới tác động của tải trọng, trong quá trình này Harris đã xác định các nguồn lực gây ra rung động phụ thuộc vào lỗi các răng do sản xuất hoặc biến dạng của răng dưới tác dụng của tải [19] Ông làm việc với sinh viên nghiên cứu sinh tên R.G Munro về đo lường và truyền sai số trong hộp số, R.G Munro sau này trở thành giáo sư tại Đại học Huddersfield, ông đặt ra thuật ngữ và tồn tại đến bây giờ

là tiếng ồn hộp số Harris và Munro đã chứng minh sai số truyền động của bánh răngkhi thay đổi tải trọng khác nhau và đặc biệt đã chỉ ra cách sửa chữa biên dạng

để giảm lỗi truyền (TE) Công trình này đã công bố cùng bởi S.L Harris, R Wylie Gregory và R.G Munro trong bài báo cho hội kỹ sư cơ khí, và đã được sự công nhận rộng rãi trên thế giới Một công trình tiếp theo, trong đó sơ đồ Harris, (hình 1.1), lần đầu tiên được sử dụng Với kết quả này các nhà thiết kế vận dụng một cách hợp lý khi thiết kế bánh răng

Hình 1.2 Biến thể của truyền lỗi (TE) với tốc độ do động năng [21]

Hình 1.2, đây là đóng góp của Harris về nghiên cứu động học bánh răng Nó cho thấy lỗi truyền (TE) làm tăng trạng thái dao động trong bánh răng Năm 1965, Welbourn đã nghiên cứu tiếng ồn Các kết quả chính đã được công bố tại Học viện

Cơ khí (năm 1970) Hội thảo, tổ chức tại khoa kỹ thuật đại học Cambridge Tại hội nghị này, Welbourn cũng công bố công trình về tiếng ồn hộp số, hiển thị các loại

tần số khác nhau từ lỗi chế tạo bánh răng, có độ lệch tâm, lỗi profile răng, hoặc lỗi

ăn khớp, bao gồm biến dạng răng Điều này giải thích phổ tiếng ồn bánh răng của các tác giả xuất bản trước đó là không hợp lý J.D Smith, giảng viên đại học Cambridge bắt đầu nghiên cứu về các thiết bị đo lường số, và thiết kế thiết bị kiểm tra rất chính xác cho lỗi profile răng [20] Hầu hết các công việc của Smith thuộc về giai đoạn 1975-2000

Bảng 1.1: Nguyên nhân và đường truyền lỗi (TE) trong hộp số

Thông số thiết kế và chế tạo

Vibration", vào năm 1999 Sử dụng máy tính để dự đoán sai sót của thiết kế, các lỗi sản xuất gây ồn Đo truyền lỗi (TE) theo tốc độ và theo tải trọng, với độ chính xác nhỏ hơn một micron với lực kích động xác định trong hộp số, do đó các bánh răng có thể được sử dụng để thực hiện thử nghiệm cộng hưởng nhằm xác định lực kích động cục bộ hay trong toàn hệ thống Các nguyên nhân và đường truyền lỗi trong hộp số được thể hiện trong bảng 1.1 [21]

Đến thời điểm này, song song với công tác nghiên cứu lý thuyết, một yêu cầu lúc này phải hỗ trợ ngành công nghiệp giải quyết vấn đề tiếng ồn và độ rung J.D Smith bắt đầu công việc thiết kế và phát triển các thiết bị đo ồn-rung Kết quả như thể hiện trong hình 1.3

Hình 1.3 Thử nghiệm quá trình mòn

Nghiên cứu đường truyền sai số J.D Smith đã phát hiện ra rằng có thể theo dõi các điểm ăn khớp liên hệ với bề mặt giữa hai bên sườn răng ăn khớp Kỹ thuật này, mặc dù khó áp dụng, có thể phát hiện sớm sự mòn của cặp bánh răng ăn khớp, rất lâu trước khi nó được hiển thị trên răng, và đã chứng minh trên cả hai hộp số lớn

và nhỏ

1.1.2 Các thành tựu nghiên cứu về ồn-rung của LMS [27]

LMS là công ty đa quốc gia đặt tại Bỉ chuyên về NVH xây dựng phần mềm chuyên dùng LMS Sysnoise, đã nghiên cứu phát triển nhiều thiết bị, phần mềm và thành lập nhiều phòng thí nghiệm chuyên dùng, xây dựng phương pháp pháp đo ồn rung để kiểm tra hầu hết các công trình và sản phẩm mới chế tạo

Hình 1.4 Hiển thị kết quả thí nghiệm

Phòng thí nghiệm kiểm tra dao động nâng cao LMS bao gồm tất cả các đun của phòng thí nghiệm dao động tiêu chuẩn có bổ sung thêm thiết bị hiện đại và mô-đun trình tự kiểm tra

mô-Giải pháp nâng cao cũng cho phép sửa đổi dữ liệu máy tính theo môi trường

sử dụng và điều chỉnh quá trình kiểm tra Lúc sử dụng có thể tạo quá trình kiểm tra bằng cách sửa dữ liệu Điều chỉnh tốc độ làm việc có thể điều chỉnh chất lượng kiểm tra dao động và ồn Ồn và dao động là một bộ phận của phòng kiểm tra dao động LMS Kết quả đo được phân tích và hiển thị 3D

LMS Test.Xpress được tích hợp với thiết bị ngoại vi LMS SCADAS Mobile LMS SCADAS Mobile là một thiết bị có công suất lớn, kích thước nhỏ gọn và có trọng lượng nhẹ, hệ thống thu nhận dữ liệu ngoại vi của nó: có tốc độ lấy mẫu mỗi kênh lên đến 102,4 kHz, độ chính xác 24 bit, tín hiệu tỉ lệ ồn 105 dB, tốc độ 2.2M mẫu/giây

Khi sử dụng có thể chọn mô-đun từ 4 đến 8 kênh hệ thống SCM01 hoặc cho

bộ phận xách tay SCM05, một mô-đun phía trước có 5 lỗ để kết nối tới 40 kênh tín

hiệu vào của máy chủ LMS Test.Xpress sử dụng chung bộ xử lý ngoại vi LMS SCADAS Mobile với LMS Test.Lab kết hợp những giải pháp công nghệ ồn và dao động tiên tiến

Số lượng slots 2 (1 cho hệ thống điều

khiển)

6 (1cho hệ thống điều khiển)

Số lượng kênh tối đa cho

một khung

Ta cho vào 2 (standard on board) 2 (standard on board) Tín hiệu phát ra 2 (standard on board) 2 (standard on board) Kích thước (WxHxD) 203 x 58 x 260 mm

7.99 x 2.28 x 10.24 inch 340 x 78 x 295 mm 13.38 x 3.07 x 11.69 inch Trọng lượng 2.5kg / 5.59lbs 6.2kg max / 13.67 lbs

max

Thời gian hoạt động của

strain, digital audio V, ICP, MIC, charge, strain, digital audio

Thiết bị phân tích và ghi công suất LMS Test Xpress là một thiết bị ghi dữ liệu dao động và ồn có công suất lớn Hệ thống trực tiếp ghi dữ liệu vào đĩa tại rãnh ghi dữ liệu với 40 kênh đầy đủ các băng tần mà không ảnh hưởng đến quá trình

kiểm tra công suất Khi LMS SCADAS Mobile hoạt động, phần mềm chạy trên một

đa kênh có tốc độ lấy mẫu mỗi kênh lên đến 102.4 kHz, độ chính xác 24 bit, tỉ lệ tín hiệu ồn 105 dB, Lưu lượng 2.2 Msamples/s, các tín hiệu điều kiện khác (V, ICP, MIC, charge & strain) - Tất cả được kết nối với mặt đầu của một khung giá di động

Hình 1.5 Thiết bị phân tích và ghi công suất 16 kênh

Tính năng chuẩn bị khởi động và báo tín hiệu khởi động tiên tiến cho phép hệ thống hoạt động độc lập và khởi động ghi công suất khi có sự cố xảy ra Khi hệ thống ghi dữ liệu, khi sử dụng có thể mở chức năng đo, chạy nhiều chức năng và xem kết quả kiểm tra trên cùng một máy tính Khi hoàn tất chức năng đo công suất

nó tự động ghi dữ liệu vào đĩa

Chức năng của thiết bị ghi công suất LMS Test.Xpress cho phép người sử dụng chia nhỏ thang đo chu kỳ hiển thị, phân tích thời gian thực của FFT, PSD, Crosspowers, FRF, coherences, etc Một phương thức kiểm tra cơ bản sử dụng lực

va đập búa hoặc kỹ thuật kích thích lắc được trang bị để xác định nhanh sự cộng hưởng, giá trị giảm chấn hoặc hàm lượng điều hòa từ chu kỳ của hàm phổ

Máy ghi công suất LMS Test.Xpresscho phép định dạng nhiều kiểu hiển thị khác nhau (drag & drop) và phân tích dữ liệu đến Đo trực tiếp tín hiệu phản hồi, đo tình trạng quá tải và hiển thị dưới dạng 2D và 3D

Để đảm bảo an toàn cho người sử dụng máy phân tích và ghi công suất được trang bị công cụ tự động “toolbar automation” Điều này cho phép định nghĩa lại quá trình kiểm tra với những cài đặt giá trị kiểm tra đặc trưng, định dạng hiển thị dữ liệu theo sở thích, chức năng kỹ thuật số tương thích để phân tích dữ liệu và một dạng báo cáo của người điều khiển Sự định nghĩa lại quá trình kiểm tra được thực

hiện bằng cách nhấp chuột 3 lần 3-click trên menu sử dụng

LMS Test.Xpress là một giải pháp linh hoạt và có thể sử dụng cho một dãy ứng dụng rộng: Từ tinh chế sự cố ồn và dao động tới sự thu thập dữ liệu để phân tích dữ liệu hoặc các biện pháp tiêu chuẩn qui định

 Cấu hình:

 Sửa chữa mẫu và thứ tự kỹ thuật đo

 Sự cố NVH

 Thứ tự chạy run-up, run-down or run-up/down

 Độ chính xác lên đến 1/64 solution và tối đa có 512 bậc

 Độ phân chia thời gian chu kỳ phân tích nhỏ trên tất cả các kênh

 2 đồng hồ dành riêng cho điều kiện vào

 Một trang đồ họa giao diện

 Quá trình đo tự động từ dò sóng đến báo cáo kết quả

 Báo cáo ghi vào HTML / XML và MS office

 Pin bên trong có thể hoạt động hơn 4 giờ

Công ty LMS Với phần mềm và thiết bị chuyên dùng đã ứng dụng để đo rung ăn khớp bánh răng của hộp số:

[Hình 1.6 Kiểm tra đo ồn-rung bánh răng hộp số

Hình 1.7 Kiểm tra đo ồn-rung ăn khớp bánh răng, tải thay đổi

1.1.3 Ứng dụng phương pháp chẩn đoán tình trạng kỹ thuật ôtô xe máy

Hiện nay các quốc gia có nền công nghiệp phát triển đã ứng dụng phương pháp chẩn đoán tình trạng thiết bị bằng cách đo tiếng ồn

 Công ty Honda Việt Nam

Công ty Honda tại Việt Nam đã mở nhiều khóa huấn luyện cho các bộ phận sửa chữa và chăm sóc khách hàng dùng phương pháp đo ồn-rung

 Công ty Toyota [14]

Hiện nay tất cả các trạm bảo hành sửa chữa của công ty Toyota đã sử dụng thiết

bị chẩn đoán tình trạng kỹ thuật ôtô với NVH

1.2 Nghiên cứu ồn-rung trong nước

Khi nền khoa học kỹ thuật Việt Nam phát triển, mật độ giao thông đường bộ nhiều hơn thì dư luận và các cơ quan quản lý nhà nước đã bắt đầu quan tâm đến tiếng ồn giao thông đường bộ Tuy nhiên chưa có công trình nghiên cứu nào chuyên sâu chủ yếu là khảo sát tiếng ồn bên ngoài ôtô, trên đường giao thông hay các đô thị lớn

- Tác giả Cao Trọng Hiền đại học GTVT [04] qua công trình nghiên cứu cho thấy trên các trục giao thông đường bộ, mật độ xe lưu thông ít nhưng tiếng ồn cao đến 70 đến 80 dB mà nguyên nhân chủ yếu là do mặt đường và chất lượng xe không tốt

- Năm 2007, NCS Đào Ngọc Điệp [03] với đề tài “nghiên cứu độ ồn do rung động của vỏ xe mini buýt sản xuất tại Việt Nam” đã nghiên cứu bằng phương pháp

phần tử hữu hạn và dùng ANSYS để mô phỏng, công trình đã đạt những kết quả nhất định

- Năm 2006, đề tài nghiên cứu cấp nhà nước mã số KC05.32, thiết kế sản xuất thử nghiệm hộp số ôtô tải đã tiến hành đo ồn-rung hộp số trên xe và trên bệ thử kín ngoài trời [12]

Với lộ trình nội địa hóa những sản phẩm công nghiệp ôtô Việt Nam, việc sản xuất hộp số ôtô là cần thiết, cùng với các nhóm nghiên cứu về thiết kế, công nghệ gia công, công nghệ nhiệt luyện Để sản phẩm hoàn chỉnh đạt chất lượng cao cần phải tiến hành nghiên cứu về mặt ồn-rung của hộp số

Qua khảo sát và nghiên cứu các công trình khoa học phần trên, tác giả nhận thấy ở Việt Nam vấn đề nghiên cứu ồn-rung của ôtô nói chung và hộp số nói riêng

cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ và khoa học Đặc biệt vẫn còn thiếu những phòng thí nghiệm đo ồn-rung đạt TCVN 4922-89 Vì vậy

đề tài “Nghiên cứu độ ồn-rung của hộp số ôtô tải được thiết kế và chế tạo tại Việt

Nam” được đặt ra là cần thiết và có ý nghĩa tích cực trong giai đoạn tính toán thiết

kế cũng như hoàn thiện công nghệ gia công và chế tạo

1.3 Một số khái niệm về ồn-rung

1.3.1 Khái niệm về dao động sử dụng trong ồn-rung [28]

1.3.1.1 Chuyển động điều hòa đơn

Hình 1.8 Chuyển động điều hòa đơn của một khối lượng treo lên lò xo

Một khối lượng được treo bởi một lò xo, nếu bị kéo lệch ra khỏi vị trí cân

bằng rồi thả ra, nó sẽ chuyển động điều hòa xung quanh vị trí cân bằng đó Nếu khoảng cách từ điểm trọng tâm C của khối lượng đến vị trí cân bằng được vẽ ra theo thời gian, thì chuyển động đó sẽ tạo thành một hình sin như trên hình 1.8

a) Hệ tọa độ cực

Một điểm P chuyển động với vận tốc V không đổi xung quanh một đường tròn Hình chiếu Q của điểm P lên đường kính thẳng đứng (trục tung) sẽ chuyển động trên đường kính đó như một chuyển động điều hoà Một dao động đầy đủ là khi điểm P quay được một vòng, và thời gian để thực hiện một vòng quay đó gọi là

“chu kỳ” t0 của dao động Và chúng ta cũng đã từng biết rằng, vận tốc dài của chuyển động quay tròn như vậy bằng vận tốc góc nhân bán kính như trên công thức (1.1) dưới đây

Hình 1.9 Chuyển động điều hòa đơn Bảng 1 3 Các giá trị chuyển vị tiêu biểu của chuyển động điều hòa

Θ (độ) 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

x/r 0 0.5 0.87 1.0 0.87 0.5 0 -0.5 -0.87 -1.0 -0.87 -0.5 0

v = r (1.1) 

b) Vận tốc trong chuyển động điều hòa đơn

Dao động lên xuống của điểm Q trên đường kính kéo theo cả sự thay đổi liên tục của vận tốc v Độ lớn của vận tốc v này là thành phần chiếu lên trục tung của vận tốc dài V,

v = V cos (1.6)

và được vẽ ra như đường đồ thị hình sin bởi các giá trị trong bảng 1.4 Kết hợp với các hình 1.8 và 1.9, từ đây chúng ta có thể thấy rằng vận tốc đạt được cực đại ở vị trí cân bằng, rồi chậm lại và bằng không tại điểm biên của chuyển động Vận tốc có thể được thể hiện thông qua chuyển vị x; bởi vì

c) Gia tốc trong dao động điều hòa đơn

Vận tốc của điểm Q trong chuyển động điều hòa đơn thay đổi tương ứng theo gia tốc (dương hoặc âm)

Điểm P chịu một gia tốc hướng tâm có độ lớn 2r, nó có thể phân tích ra thành

phần có hướng chuyển động của điểm Q như chỉ ra trên hình 1.10 Như vậy thành phần gia tốc tuyến tính của điểm Q

Hình 1.10 Vận tốc và gia tốc

a = - 2 rsin (1.9) Hình vẽ, đồ thị và các giá trị đặc trưng của gia tốc a được đưa ra trên hình 1.9, 1.10, và bảng 1.4

Thay (1.3) vào (1.9) ta có:

Như vậy gia tốc a cũng đạt được cực trị tại các vị trí biên của chuyển động

Hình 1.11 Tương quan: chuyển vị, vận tốc, gia tốc

1.3.1.2 Biên độ, vận tốc và gia tốc dao động

v = V sin( + /2) (1.11)

a = 2r sin( + ) (1.12) như vây:

- Vận tốc lệch pha so với chuyển vị 900 tức là (/2) radian

- Gia tốc lệch pha so với vận tốc 900 tức là (/2) radian

Tuy nhiên đối với một hệ phức tạp góc pha có thể có giá trị bất kỳ, phụ thuộc vào các đặc trưng của hệ

T

nên góc quay  có thể viết dưới dạng

sau đo, chuyển vị, vận tốc và gia tốc có thể biểu diễn theo vận tốc góc

x = Xpeak sin(2ft) = Xpeak sin(t) (1.18)

v = Vpeakcos(2ft) = Vpeaksin(t + /2) (1.19)

a = -Apeak sin(2ft) = Apeaksin(t + ) (1.20)

d) Các giá trị trung bình cộng

Giá trị trung bình cộng của biên độ (XTB) là giá trị biên độ của dao động (có

biên độ dao động không đổi) tương đương trung bình với dao động thực Giá trị này được dẫn ra từ việc trung bình hóa các giá trị tích phân của chuyển vị x theo công thức sau

dt x T

e) Giá trị trung bình bình phương (RMS) [29]

Năng lượng tỉ lệ tuyến tính với bình phương vận tốc do vậy giá trị bình phương của chuyển vị nói chung có ý nghĩa hơn nhiều so với giá trị trung bình cộng Các máy đo dao động đơn giản đều và đưa ra giá trị trung bình bình phương (RMS- root mean square) Giá trị trung bình bình phương được tính theo quan hệ sau:

)

1 (

0

2dt x T

f) Quan hệ giữa giá trị đỉnh, giá trị trung bình và giá trị RMS

Đối với chuyển động điều hòa đơn theo phương trình (1.13)

X

2

1 2

(1.25) Nếu dao động bao gồm nhiều dao động phức hợp thành phần thì quan hệ giữa các giá trị đỉnh, trung bình cộng và RMS có các giá trị khác nhau, thông thường được biểu diễn như:

XRMS = Ff XTB = Fc Xpeak (1.26)

Hình 1.12 Tác động của hai chuyển động điều hòa đơn cùng pha ban đầu

Hình 1.13 Tác động của hai chuyển động điều hòa đơn lệch pha 60 0

Phổ tần số của dao động phức hợp C = 2*cosθ +1*cos(2θ+60o) có dạng như trên hình 1.14 dưới đây Từ hình 1.14 chúng ta có thể đọc ra được các thông tin như sau: Dao động phức hợp này gồm hai thành phần tần số f1 (tương ứng với góc quay θ), thành phần f2 (tương ứng với góc quay 2θ), biên độ của thành phần f1 lớn gấp đôi biên độ thành phần f2 Thông tin về pha không đọc được trên đồ thị phổ này

Hình 1.14 Phổ tần số của dao động phức hợp hai thành phần tần số f 1 , f 2

 Dải tần quãng tám (frequency octave bands) [22]

Đối với một số thiết bị đo dao động sẽ rất thuận lợi nếu chúng ta chia dải tần

số thành các quảng tám (Octave bands) theo quy luật sau: nếu f1 là tần số quảng tám thấp hơn và f2 là tần số quảng tám cao hơn liền kề thì

f2 = 2 * f1 (1.30) các tần số quảng tám khác cũng có cùng tỉ lệ như vậy

Hz

f 1 f 2

Biên độ phổ

f3 = 2 * f2 = 2*2* f1 = 22 f1

f4 = 2 * f3 = 2*2*f2 = 2*2*2*f1 = 23f1

fn = 2n-1f1 (1.31)

a) Tần số trung tâm

Mỗi quảng tám được xác định bằng tần số trung tâm của nó Quan hệ của tần

số trung tâm với hai tần số quảng tám liền kề f1 và f2 được biểu diễn bằng công thức sau:

)21

(12

21

a

f a f

f f a

Rõ ràng đây không phải tần số trung tâm tính theo trung bình cộng mà là tần

số trung tâm tính theo trung bình nhân Bảng 1.5 dưới đây đưa ra một số tần số trung tâm điển hình

Bảng1.5 Tần số trung tâm điển hình

TSTT(Hz) 250 500 1000 2000

TSQT(Hz) 177 354 707 1414 2828

b) Dải thông

Đây là dải tần số giữa các tần số quảng tám; nên đối với tần số trung tâm fa1

thì dải thông sẽ là f2-f1; đối với tần số trung tâm fa2 dải thông sẽ là f3 – f2 Từ định nghĩa của dải tần số quảng tám có thể thấy rằng độ lớn của dải thông chính bằng giá trị của tần số quảng tám liền kề phía dưới, cụ thể:

tám và 1/12 quảng tám được dùng nhiều trong các tiêu chuẩn đánh giá độ ồn-rung của máy và môi trường Hầu hết các tài liệu về đo và phân tích ồn-rung đều có trình bày khá chi tiết về dải tần quảng tám này

 Đo dao động bằng đề xi Ben (dB) [17]

Để thể hiện được dải rộng các mức giá trị của các đại lượng dao động, thang chia lô-ga-rít tương đối cho vận tốc và gia tốc dao động trên cơ sở đơn vị “Ben” phải được sử dụng (giá trị chuyển vị dùng với thang đo tuyến tính tuyệt đối) Vì

“Ben” là một giá trị quá lớn nên mức đề xi Ben (dB) thường được dùng Và cụ thể giá trị adB (gia tốc tính theo đề xi Ben) được tính như:

adB = 20 lg a1/a2 (1.33) trong đó a1 là trung bình bình phương giá trị đỉnh của gia tốc đo (m/s2); a2 là giá trị gia tốc quy chiếu được quy định trước (a2=10-2mm/s2) Nếu dùng đơn vị tuyến tính

là mm thì

adB = 20 lg a/10-2 (1.34)

và tương tự đối với vận tốc vdB (vận tốc theo đề xi Ben)

vdB = 20 lg v1/v2 (1.35) Trong đó v1 là trung bình bình phương giá trị đỉnh của vận tốc đo đươc (m/s); v2 là giá trị vận tốc quy chiếu được quy định trước (v2=10-5mm/s) Nếu dùng đơn vị tuyến tính là mm thì

vdB = 20 lg v/10-5 (1.36)

1.3.2 Khái niệm về âm thanh sử dụng trong ồn-rung [16], [22]

1.3.2.1 Các khái niệm cơ bản về âm thanh

Âm thanh có thể được mô tả như sự lan truyền một nhiễu loạn trong môi trường vật lý Âm thanh được nhận biết bằng tai người như các thành phần sóng áp suất được cộng thêm vào áp suất không khí tại nơi người nghe Áp suất âm là sự biến thiên áp suất không khí so với áp suất khí quyển của môi trường bao quanh

1.3.2.2 Những thuộc tính của sóng âm

Những thuộc tính của sóng âm được miêu tả trên cơ sở những đặc tính của

thuần âm Thuần âm là sóng âm hình sin có biên độ và tần số xác định, vận tốc truyền âm trong không khí được xác định bởi các thông số nhiệt độ và áp suất của không khí Giả thiết có nguồn âm hình cầu đàn hồi như trên hình 1.15 Khi quả cầu giãn ra, các phân tử khí bị nén, khi quả cầu co lại làm các phần tử khí giãn ra làm

phát sinh sóng âm với tần số f

Hình 1.15 (a) Nguồn âm hình cầu dao động với tần số f (b) Biểu đồ áp suất-thời gian của các phân tử khí

a) Tần số, chu kỳ và bước sóng của sóng âm thanh

Khái niệm tần số rất thông dụng trong dao động cơ và điện Tần số f là số lần lặp lại một dao động đầy đủ trong một giây của một phân tử dao động Đơn vị tần số là héc (Hz) Tai người có thể nghe được những âm thanh trong giải tần số từ 20Hz đến 16.000 Hz và nhạy cảm nhất với âm thanh có tần số khoảng 3.000Hz

Trong lĩnh vực công nghiệp, chúng ta quan tâm đến những âm thanh nằm trong giải tần từ 63Hz đến 16.000Hz do độ nhạy của tai người suy giảm đáng kể đối với những âm có tần số dưới 63Hz và trên 16.000Hz

Chu kỳ T của một sóng sin được mô tả trong Hình 1.15(b), là khoảng thời

gian cần thiết để lặp lại một dao động đầy đủ Chu kỳ T (s) quan hệ với tần số f theo

Bước sóng λ (m) là quãng đường sóng truyền được sau một chu kỳ Bước sóng quan hệ với tần sồ f và vận tốc truyền sóng c (m/s) như sau

cT f

hệ số γ= tỉ nhiệt (áp suất không đổi) / tỉ nhiệt (thể tích không đổi)

P 0 = áp suất môi trường hay áp suất cân bằng

ρ= mật độ môi trường hay mật độ cân bằng

Đối với không khí, γ= 1,4, phương trình (1.39) có dạng

s / m ρ

p 4 1

Tỷ số

ρ

p 0 phụ thuộc vào nhiệt độ không khí Giả thiết không khí là lý tưởng, vận

tốc c liên hệ với nhiệt độ Kelvin như sau

c 20,05 T (1.41)

T là nhiệt độ Kelvin

T [273,2o  (Celsius)] (1.42) Lưu ý rằng vận tốc âm thanh trong các vật liệu xây dựng thông thường là khác với vận tốc âm thanh trong không khí Điều này có nghĩa rằng bước sóng trong các vật liệu khác cũng tỷ lệ với sự khác biệt trên Điều này có ý nghĩa quan trọng khi nghiên cứu cách âm tần số thấp Bảng 1.7 liệt kê vận tốc âm thanh truyền trong những vật liệu xây dựng thông thường ở nhiệt độ phòng