Cùng với quá trình phát triển của lịch sử loài người, công nghệ
cũng từng bước phát triển đột phá. Một trong những giai đoạn quan trọng
nhất mở ra những khởi đầu sớm của kỷ nguyên hiện đại là cuộc cách mạng
công nghiệp. Trong thời gian này, ngành công nghiệp máy móc đã được
sinh ra, đóng một vai trò quan trọng trong hoạt động hỗ trợ sản xuất. Máy
móc cho phép sản xuất hàng loạt các mặt hàng khác nhau, không chỉ đạt
hiệu quả về tốc độ mà còn đạt hiệu quả cao vượt lên trên năng lực của con
người. Ngoài ra, máy móc hoạt động tốt hơn trong những công việc dài hạn
và đạt độ thống nhất cao. Chất lượng công việc của con người có thể thay
đổi khi bị ảnh hưởng bởi các yếu tố cảm xúc, sức khỏe, Bên cạnh đó,
máy móc giúp thực hiện các công việc nguy hiểm khác nhau thay cho con
người. Máy được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau như: sản
xuất, xây dựng, nông nghiệp, công nghiệp, khai thác mỏ, Ngày nay,
nhiều máy thậm chí còn được thiết kế để hoạt động mà không có con
người. Với sự giúp đỡ của máy móc, thế giới đang hiện đại hóa và ngày
càng phát triển, đặc biệt trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp 4.0
đang dần phát triển mạnh trên toàn thế giới, tác động đến nền kinh tế của
toàn cầu. Việc nghiên cứu chế tạo và nâng cao tuổi thọ, khả năng làm việc
của máy móc thiết bị, góp phần quan trọng trong công cuộc cách mạng
công nghiệp
32 trang |
Chia sẻ: thientruc20 | Lượt xem: 340 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Tóm tắt Luận án Nghiên cứu giảm dao động xoắn cho trục máy bằng bộ hấp thụ dao động, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
Vũ Xuân Trường
NGHIÊN CỨU GIẢM DAO ĐỘNG XOẮN CHO TRỤC MÁY
BẰNG BỘ HẤP THỤ DAO ĐỘNG
Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật
Mã số: 62 52 01 01
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
KỸ THUẬT CƠ KHÍ & CƠ KỸ THUẬT
Hà Nội – Năm 2018
Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Khổng Doãn Điền
Người hướng dẫn khoa học 2: TS Nguyễn Duy Chinh
Phản biện 1: GS.TS Hoàng Xuân Lượng
Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Phong Điền
Phản biện 3: TS Lã Đức Việt
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Học
viện, họp tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học
và Công nghệ Việt Nam vào hồi giờ ..’, ngày tháng năm 2018.
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Cùng với quá trình phát triển của lịch sử loài người, công nghệ
cũng từng bước phát triển đột phá. Một trong những giai đoạn quan trọng
nhất mở ra những khởi đầu sớm của kỷ nguyên hiện đại là cuộc cách mạng
công nghiệp. Trong thời gian này, ngành công nghiệp máy móc đã được
sinh ra, đóng một vai trò quan trọng trong hoạt động hỗ trợ sản xuất. Máy
móc cho phép sản xuất hàng loạt các mặt hàng khác nhau, không chỉ đạt
hiệu quả về tốc độ mà còn đạt hiệu quả cao vượt lên trên năng lực của con
người. Ngoài ra, máy móc hoạt động tốt hơn trong những công việc dài hạn
và đạt độ thống nhất cao. Chất lượng công việc của con người có thể thay
đổi khi bị ảnh hưởng bởi các yếu tố cảm xúc, sức khỏe, Bên cạnh đó,
máy móc giúp thực hiện các công việc nguy hiểm khác nhau thay cho con
người. Máy được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau như: sản
xuất, xây dựng, nông nghiệp, công nghiệp, khai thác mỏ, Ngày nay,
nhiều máy thậm chí còn được thiết kế để hoạt động mà không có con
người. Với sự giúp đỡ của máy móc, thế giới đang hiện đại hóa và ngày
càng phát triển, đặc biệt trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp 4.0
đang dần phát triển mạnh trên toàn thế giới, tác động đến nền kinh tế của
toàn cầu. Việc nghiên cứu chế tạo và nâng cao tuổi thọ, khả năng làm việc
của máy móc thiết bị, góp phần quan trọng trong công cuộc cách mạng
công nghiệp.
Trục là một trong những chi tiết máy quan trọng của máy, nó có tác
dụng truyền mô men xoắn và chuyển động quay từ bộ phận này sang bộ
phận khác của máy thông qua các chi tiết máy khác lắp trên trục chẳng hạn
như bánh răng, bánh đai, then, khớp nối trục Chuyển động đặc trưng của
trục là chuyển động quay. Trong quá trình làm việc trục chịu tác động của
mô men xoắn do động cơ hoặc hệ thống lắp với trục truyền vào [21], [22],
[25], [26], [28], [35], bản thân trục nói riêng và các chi tiết máy khác nói
chung được tạo thành từ những vật liệu đàn hồi, nên dưới tác động của mô
men xoắn, trục sẽ chịu biến dạng xoắn. Biến dạng này thay đổi theo thời
gian và lặp đi lặp lại theo mỗi chu kỳ quay của trục gọi là dao động xoắn
của trục. Dao động này đặc biệt có hại, không mong muốn, nó gây ra phá
hủy mỏi, ảnh hưởng đến tuổi thọ và khả năng làm việc của trục và máy
[21], [22], [25], [26], [28], [35]. Cụ thể nó gây ra rung động, tiếng ồn cho
máy, và phá hủy mỏi cho trục; vì không những ảnh hưởng đến chính bản
thân trục mà còn gây hại cho những tiết máy quan trọng khác lắp trên trục,
từ đó gây hại cho máy. Việc nghiên cứu giảm dao động cho trục là một việc
2
làm có ý nghĩa quan trọng và mang tính thời sự [21], [22], [25], [26], [28],
[35].
Với mong muốn được kế thừa và phát triển những kết quả nghiên
cứu trước đây và các kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng vào trong
thực tế để nâng cao tuổi thọ, khả năng làm việc, độ chính xác của trục nói
chung và máy nói riêng. Nên tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu giảm dao
động xoắn của trục máy bằng bộ hấp thụ dao động” để nghiên cứu trong
luận án của mình.
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Như đã phân tích ở trên, dao động xoắn đặc biệt có hại với độ bền,
tuổi thọ và khả năng làm việc của trục nói chung và máy nói riêng. Trong
quá trình làm việc nó gây ra rung động và tiếng ồn, không những ảnh
hưởng đến tuổi thọ và khả năng làm việc của trục, máy móc mà còn trực
tiếp ảnh hưởng đến chất lượng của chi tiết gia công trên máy. Đặc biệt,
chưa có nghiên cứu nào sử dụng phương pháp giải tích tính toán tối ưu
thông số của bộ hấp thụ dao động cho mô hình hệ chính dao động xoắn.
Bởi vậy, mục đích của luận án là nghiên cứu giảm dao động xoắn cho trục
máy bằng bộ hấp thụ dao động DVA (dynamic vibration absorber) dạng
đĩa khối lượng - lò xo - cản nhớt.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án.
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là các tham số tối ưu của bộ hấp thụ
dao động thụ động DVA giảm dao động cho xoắn cho trục máy khi chịu
tác dụng của các loại kích động khác nhau: kích động điều hòa, kích
động va chạm, kích động ngẫu nhiên.
Phạm vi nghiên cứu
Trong phạm vi nghiên cứu của luận án này, tác giả tìm các thông số tối
ưu của bộ hấp thụ dao động DVA để giảm dao động xoắn cho trục máy
có 1 bậc tự do cho trường hợp hệ chính không cản và phát triển phương
pháp điểm cố định cho bậc tự do thứ N của mô hình trục máy có nhiều
bậc tự do. Luận án chỉ tập trung nghiên cứu giảm dao động xoắn, không
xét đến các dao động khác như dao động uốn, dao động dọc trục,
Việc tính toán khi kể đến các dao động này được tác giả đề cập trong
phần các hướng nghiên cứu tiếp theo của luận án.
4. Phương pháp nghiên cứu.
Trên cơ sở các trục máy trong thực tế, tác giả chuyển về mô hình lý
thuyết có lắp bộ hấp thụ dao động DVA. Từ mô hình tính toán của trục máy
có lắp bộ DVA, tác giả sử dụng phương trình Lagrange loại II để thiết lập
phương trình vi phân dao động của hệ.
3
Từ hệ phương trình vi phân dao động thu được, tác giả tiến hành
nghiên cứu, phân tích tính toán để giảm dao động xoắn cho trục máy, tìm
nghiệm giải tích của hệ bằng các phương pháp: Phương pháp hai điểm cố
định, phương pháp cực tiểu mô men bậc hai, phương pháp cực đại độ cản
tương đương và phương pháp cực tiểu hóa năng lượng.
Để thực hiện các tính toán và đánh giá hiệu quả giảm dao động của
kết quả nghiên cứu của luận án tác giả xây dựng các chương trình máy tính
trên phần mềm Maple để mô phỏng dao động của hệ để người đọc có cái
nhìn trực quan về hiệu quả của bộ hấp thụ dao động. Đây là phần mềm
được các nhà khoa học trên thế giới chuyên dùng và cho kết quả tin cậy.
5. Cấu trúc của luận án.
Luận án gồm phần mở đầu, bốn chương và phần kết luận, hướng
nghiên cứu tiếp theo với 139 trang, 12 bảng và 45 hình vẽ và đồ thị.
Chương 1 trình bày tổng quan về nghiên cứu giảm dao động xoắn
và các phương pháp tính toán xác định tham số tối ưu của bộ hấp thụ dao
động. Chương 2 thiết lập mô hình tính toán và xác định hệ phương trình vi
chuyển động mô tả dao động của cơ hê. Chương 3 giải quyết bài toán tính
toán giảm dao động xoắn cho trục máy và xác định tham số tối ưu của bộ
hấp thụ động lực DVA theo các phương pháp khác nhau. Chương 4 phân
tích, đánh giá hiệu quả giảm dao động theo các kết quả tối ưu được xác
định tại chương 3, mô phỏng số các kết quả nghiên cứu giảm dao động
xoắn cho trục máy. Phát triển các kết quả nghiên cứu cho trường hợp trục
máy có nhiều bậc tự do. Các kết quả chính, những đóng góp mới và hướng
nghiên cứu tiếp theo của luận án được tóm tắt trong phần kết luận.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU GIẢM DAO ĐỘNG
XOẮN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THAM SỐ TỐI ƯU
1.1. Tổng quan về các nghiên cứu giảm dao động xoắn.
1.2. Tổng quan về bộ hấp thụ dao động DVA và các phương pháp tính
toán giảm dao động.
1.2.1. Giới thiệu chung.
1.2.2. Nguyên lý cơ bản của bộ hấp thụ dao động thụ động.
1.2.3. Tính bộ hấp thụ dao động thụ động cho hệ chính không có cản nhớt.
1.2.4. Tính bộ hấp thụ dao động thụ động cho hệ chính có cản nhớt.
1.2.5. Tính toán tham số tối ưu trường hợp hệ chính có nhiều bậc tự do
1.2.6. Một số tiêu chuẩn để xác định bộ hấp thụ dao động thụ động.
1.3. Kết luận chương 1.
Chương 1 tác giả đã tổng quan các nghiên cứu trong nước và quốc tế
về giảm dao động xoắn cho trục máy; tổng quan về bộ hấp thụ dao động
DVA, trình bày nguyên lý cơ bản của bộ hấp thụ dao động thụ động, đưa ra
4
các phương pháp tính bộ hấp thụ dao động thụ động cho hệ chính có cản và
không cản; tổng quan các nghiên cứu xác định tham số tối ưu trong trường
hợp hệ chính có nhiều bậc tự do. Cuối chương tác giả đưa ra một số tiêu
chuẩn để xác định bộ hấp thụ dao động thụ động. Đây là các cơ sở để tác
giả nghiên cứu xác định các tham số tối ưu của bộ hấp thụ dao động thụ
động DVA giảm dao động cho xoắn cho trục máy khi chịu tác dụng của các
loại kích động khác nhau như: kích động điều hòa, kích động va chạm, kích
động ngẫu nhiên trong các chương sau.
CHƯƠNG 2 . PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DAO ĐỘNG XOẮN CỦA
TRỤC MÁY CÓ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG GIẢM DAO ĐỘNG DVA
2.1. Phân tích mô hình tính toán dao động xoắn của trục máy có gắn bộ
hấp thụ dao động được nghiên cứu trong luận án.
Từ các nghiên cứu trong chương 1, tác giả nhận thấy rằng đã có rất
nhiều nghiên cứu về giảm dao động xoắn với thiết bị hấp thụ hay được sử
dụng là CPVA (centrifugal pendulum vibration absorber), CDR
(centrifugal delay resonant) và DVA (dynamic vibration absorbers). Nhưng
các nghiên cứu này chỉ tập trung vào bài toán ổn định và điều khiển chuyển
động của hệ có lắp bộ hấp thụ dao động, chưa có nghiên cứu nào sử dụng
phương pháp giải tích tính toán tối ưu thông số của bộ hấp thụ dao động
cho mô hình hệ chính dao động xoắn. Đã có một số công trình nghiên cứu
giảm dao động xoắn cho trục máy bằng cách lắp bộ hấp thụ DVA với một
số dạng khác nhau. Trong các nghiên cứu này, các tác giả cũng đã tập trung
nghiên cứu xác định tham số tối ưu cho thiết kế bộ DVA. Tuy nhiên,
phương pháp sử dụng trong các nghiên cứu này là các phương pháp số,
chẳng hạn phương pháp Taguchi, phương pháp hồi quy phi tuyến Gauss-
Newton nên kết quả tối ưu chỉ có thể áp dụng cho các trục máy có số liệu
cụ thể, mà không thể áp dụng cho trục máy bất kỳ với các thông số thay đổi
[7], [9], [10], [13], [14].
Vì vậy, trong Luận án này tác giả đã đề xuất lắp bộ hấp thụ động
lực DVA dạng đĩa - lò xo - cản nhớt vào trục quay để giảm dao động xoắn
cho trục như hình 2.1. Thực chất, bộ DVA dạng đĩa - lò xo - cản nhớt là
một dạng đặc thù của bộ hấp thụ dao động, nó áp dụng kết quả nghiên cứu
từ bộ hấp thụ dao động CPVA [40], [43], [44] là bộ hấp thụ dao động DVA
phải được thiết kế đối xứng qua tâm trục máy. Mô hình này khắc phục
được các hạn chế của [7], [9], [10], [13], [14] và kế thừa được ưu điểm của
thiết kế bộ hấp thụ trong [21], [26], [54] với thiết kế bộ DVA có trọng tâm
trùng với đường tâm của trục máy, để không xảy ra hiện tượng lệch tâm và
kết cấu đạt được sự ổn định nhất.
5
Đặc biệt, trong luận án này tác giả tập trung nghiên cứu, tính toán
và xác định xác tham số tối ưu của bộ hấp thụ DVA ở dạng giải tích với
mục đích giảm chuyển vị góc của hệ chính (góc xoắn của trục) bằng cách
sử dụng phương pháp điểm cố định [29], [59], [60], phương pháp cực tiểu
mô men bậc hai [60], [67], phương pháp cực đại độ cản tương đương [39],
[60] và phương pháp cực tiểu hóa năng lượng [6], [63], [64] của hệ để xác
định các tham số tối ưu của bộ DVA như tỷ số cản nhớt và tỷ số giữa tần số
riêng của bộ DVA và trục. Từ đó tính toán các kết quả nghiên cứu đạt được
để đánh giá hiệu quả giảm dao động xoắn cho trục với các dạng kích động
khác nhau, theo các tiêu chuẩn khác nhau.
Hình 2.1 biểu diễn sơ đồ của trục máy có lắp bộ hấp thụ dao động
DVA dạng đĩa-cản nhớt-lò xo. Trục máy được mô hình hóa gồm một lò xo
có độ cứng chống xoắn là ks (Nm), và một đĩa có mô men quán tính khối
lượng là Jr [35], [59] (gồm trục và phần rotor lắp cứng với trục thông qua
moay ơ); trục máy quay đều với vận tốc góc Ω0 (s-1). Trục chịu tác dụng
của cản có hệ số cản là cs.
ak
ac
0
rJ aJ
sk
sc
Hình 2.1. Mô hình trục máy có lắp bộ hấp thụ dao động DVA.
1e 2e
ac
ak
r
r a
( )M t
Hình 2.2. Mô hình bộ hấp thụ dao động DVA.
Để giảm dao động xoắn cho trục máy, ta lắp bộ hấp thụ dao động
DVA dạng lò xo-giảm chấn-đĩa (mass-spring-dics) vào phần ngõng trục
6
thông qua moay ơ (hub) của bộ hấp thụ dao động DVA. Liên kết giữa trục
máy và bộ hấp thụ DVA là liên kết then hoa, do đó rotor của DVA sẽ quay
cùng trục. Sơ đồ cấu tạo của bộ hấp thụ dao động DVA được nghiên cứu
trong luận án được biểu diễn trên hình 2.2. Bộ hấp thụ dao động DVA bao
gồm một rotor (lắp với phần ngõng trục thông qua moay ơ) và một đĩa bị
động. Rotor và đĩa bị động được liên kết với nhau thông qua n bộ lò xo -
giảm chấn (spring-damper). Bán kính quán tính và mô men quán tính khối
lượng của rotor và đĩa bị động lần lượt là ρr, Jr, ρa, Ja.
Độ cứng của mỗi lò xo là ka (N/m), hệ số cản nhớt của mỗi giảm
chấn là ca (Ns/m). Góc quay của rotor là φr (rad), góc quay tương đối giữa
đĩa bị động và rotor là φa (rad). Góc xoắn θ(t) giữa hai đầu ngõng trục được
xác định θ(t)=φr-Ω0t. Trục máy chịu tác động của mô men kích động M(t)
do hệ thống lắp phía sau trục tác động [35].
2.2. Thiết lập phương trình vi phân dao động.
Bằng việc sử dụng phương trình Lagrange loại II cho mô hình trục
máy chịu xoắn có lắp bộ hấp thụ dao động DVA, tác giả thu được hệ
phương trình vi phân mô tả dao động xoắn của trục máy như sau:
2 2 2( ) ( )r r a a a a a s sm m m c k M t
(2.29)
2 2 2 2
1 2 0a a a a a a a a am m nk e nc e
(2.30)
Biểu diễn các phương trình (2.29) và (2.30) dưới dạng ma trận ta thu được:
FKqqCqM (2.31)
Trong đó véc tơ tọa độ suy rộng, ma trận khối lượng, ma trận cản nhớt, ma
trận độ cứng và véc tơ của lực kích động được biểu diễn như sau:
T
a q
2 2 2
2 2
r r a a a a
a a a a
m m m
m m
M
2
2
0
0
s
a
c
nc e
C
2
1
0
0
s
a
k
nk e
K
2
( )
0
T
r r
M t
m
F
Trường hợp bỏ qua cản của môi trường tác dụng lên hệ chính (cs=0),
phương trình vi phân mô tả dao động của hệ được viết lại như sau:
2 2 2( ) ( )r r a a a a a sm m m k M t
(2.37)
2 2 2 2
1 2 0a a a a a a a a am m nk e nc e
(2.38)
2.3. Mô phỏng số dao động xoắn của trục máy có lắp bộ hấp thụ DVA.
Trong mục này tác giả thực hiện mô phỏng số dao động xoắn của
trục máy không cản có lắp bộ hấp thụ DVA với thông số bất kỳ (khi chưa
tính toán xác định các tham số tối ưu). Để thực hiện mô phỏng số tác giả sử
dụng số liệu mô phỏng trong công bố [35] của GS Hosek (Hình 1.2).
7
Hình 2.3. Dao động xoắn của trục
khi hệ chịu kích động điều hòa tại
tần số cộng hưởng của hệ
Hình 2.4. Dao động xoắn của trục
khi hệ chịu kích va chạm
Hình 2.5. Dao động xoắn của trục khi hệ chịu kích động ngẫu nhiên
Mục đích của việc mô phỏng số dao động xoắn của trục máy trong chương
này là: Nếu các thông số thiết kế được chọn không hợp lý, có thể có tác
dụng giảm dao động nhưng với hiệu quả thấp (hình 2.4 và 2.5), hoặc không
những không mang lại hiệu quả giảm dao động mà còn làm tăng biên độ
dao động của loại dao động có hại này. Từ đó ta thấy rằng, việc xác định
các thông số tối ưu của bộ hấp thụ DVA để nâng cao hiệu quả giảm dao
động xoắn cho trục là một việc làm hết sức ý nghĩa và có ứng dụng thực tế
kỹ thuật.
2.4. Kết luận chương 2
Chương 2 đã thiết lập mô hình cơ học và mô hình toán học để xác
định dao động xoắn của trục máy có sử dụng bộ hấp thụ dao động DVA
dạng đĩa-cản nhớt-lò xo trường hợp hệ chính có cản và không cản. Để thiết
lập hệ phương trình vi phân dao động của hệ, tác giả sử dụng phương trình
Lagrange loại II. Hệ phương trình vi phân tìm được là hệ tuyến tính. Từ
8
quy luật dao động xoắn của trục máy, ta nhận thấy rằng nó có chứa các đại
lượng thiết kế của bộ hấp thụ dao động DVA, đây chính là cơ sở để các nhà
khoa học nghiên cứu, phân tích, tính toán tìm tham số tối ưu của các bộ hấp
thụ dao động theo các tiêu chuẩn tối ưu khác nhau.
Cuối chương tác giả mô phỏng số đáp ứng dao động xoắn của trục
máy trong trường hợp không lắp và có lắp bộ DVA với thông số được chọn
bất kỳ, từ đó thấy rằng việc lắp bộ DVA vào trục máy nó đã có tác dụng
làm thay đổi biên độ dao động của trục, tuy nhiên không phải cứ lắp bộ hấp
thụ dao động là biên độ dao động của trục máy giảm mà trong trường hợp
chọn các thông số của bộ DVA không hợp lý thì không những biên độ dao
động của trục máy không giảm mà còn tăng lên. Từ đây tác giả nhận thấy
rằng việc nghiên cứu xác định các tham số tối ưu của bộ hấp thụ động lực
DVA là hết sức cần thiết và ý nghĩa. Việc tính toán xác định tham số tối ưu
này được tác giả trình bày trong chương 3.
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN VÀ XÁC ĐỊNH
CÁC THAM SỐ TỐI ƯU CỦA BỘ HẤP THỤ DAO ĐỘNG DVA
Với mục tiêu là nghiên cứu, tính toán bộ hấp thụ dao động tối ưu
để giảm chuyển vị của hệ chính. Các tham số tối ưu của bộ hấp thụ dao
động DVA bao gồm hệ số lò xo và hệ số cản nhớt. Xác định được các tham
số này cho phép ta chọn được lò xo và dầu cản nhớt cho thiết kế DVA với
hiệu quả giảm dao động tốt nhất mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và
kinh tế đặt ra khi thiết kế.
3.1. Xác định tham số tối ưu trong trường hợp trục máy chịu kích động
điều hòa
Với lực kích động điều hòa ta sử dụng phương pháp giải tích hai
điểm cố định (gọi tắt là FPM-Fixed Points Method) để xác định tham số tối
ưu. Trong phần này, tác giả tìm các thông số tối ưu của các bộ hấp thụ dao
động DVA với mục đích là giảm chuyển vị của hệ chính (dao động xoắn
của trục). Từ các phương trình vi phân dao động (2.37) và (2.38) ta có tần
số dao động riêng của bộ hấp thụ dao động DVA là:
a
a
a
k
m
(3.1)
và tần số dao động riêng của trục máy:
s
s
r
k
J
(3.2)
Ta đặt các đại lượng không thứ nguyên như sau: μ = ma /mr, η = ρa / ρr, λ =
e1 / ρr, α = ωa /Ωs, β = ω /Ωs, ξ = ca /(ma ωa)
9
Do đó phương trình vi phân dao động (2.25) và (2.26) trở thành:
2
222 )1(
rr
sa
m
M
(3.3)
0222222 asasa nn (3.4)
Khi so sánh hệ phương trình vi phân dao động xoắn (3.3), (3.4) với
hệ phương trình vi phân dao động (1.9b) của Den Hartog (phần tổng quan
thuộc chương 1 của luận án này), tác giả nhận thấy rằng hệ phương trình vi
phân (3.3), (3.4) thuộc dạng phương trình chuẩn của Den Hartog. Điều này
có nghĩa là việc áp dụng lý thuyết điểm cố định kinh điển cho mô hình trục
máy chịu xoắn được nghiên cứu trong luận án là hoàn toàn phù hợp và tin
cậy.
Biểu diễn phương trình (3.3), (3.4) dưới dạng ma trận ta có:
FKqqCqM (3.5)
Trong đó véc tơ tọa độ suy rộng, ma trận khối lượng, ma trận cản
nhớt, ma trận độ cứng và véc tơ của lực kích động được biểu diễn như sau:
a
q
22
221
M
20
00
sn
C
222
2
0
0
s
s
n
K 2
( )
0
r r
M t
m
F
Trường hợp trục chịu kích động điều hòa I tM Me , (3.5) trở thành:
0
a
tI
s
tI
sa
tI
sa
tI
s
tI
s
s
tI
sa
tI
s
tI
s
ssss
ssss
eeenIen
e
k
M
eee
ˆˆˆˆ
ˆ
ˆˆˆ)1(
22222222222
22222222
(3.16)
Giải phương trình (3.16) bằng Maple ta thu được biên độ dao động phức
của của dao động xoắn hệ chính (trục máy đàn hồi):
2 2 2 2 2
4 2 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2
ˆ
ˆ
(1 ) (1 ) s
I n n M
kI n n I n n