ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ VIỆN CƠ HỌC Phạm Thị Thúy CÁC PHƢƠNG PHÁP CÂN BẰNG ĐỘNG CHI TIẾT QUAY Chuyên ngành: Cơ học Vật thể rắn Mã số: 60.44.21 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TSKH NGUYỄN CAO MỆNH HÀ NỘI 2007 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo khoa Cơ học kỹ thuật Tự động hóa, Trƣờng Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin đƣợc cảm ơn bạn bè có góp ý quý báu để luận văn đƣợc hoàn thành Đặc biệt tác giả gửi lời cảm ơn chân thành đến GS TSKH Nguyễn Cao Mệnh tận tình giúp đỡ hƣớng dẫn tác giả thực luận văn Mặc dù cố gắng nhƣng trình độ thời gian có hạn nên luận văn nhiều thiếu sót Bởi tác giả mong đƣợc góp ý, giúp đỡ thày cô giáo đồng nghiệp nhƣ độc giả quan tâm đến luận văn đƣợc hoàn chỉnh MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ CÂN BẰNG ĐỘNG RÔ TO 1.1 Một số khái niệm cân rô to 1.1.1 Rô to cứng 1.1.2 Rô to mềm 1.1.3 Mất cân rô to cứng 1.1.4 Mất cân rô to dạng đĩa 10 1.1.5 Mất cân rô to dài Error! Bookmark not defined 1.1.6 Định nghĩa cân rô to cứng Error! Bookmark not defined 1.2 Giới thiệu tổng quan phƣơng pháp cân động đựơc sử dụng Error! Bookmark not defined 1.2.1 Cân rô to phẳng Error! Bookmark not defined 1.2.2 Cách chọn khối lƣợng thử Error! Bookmark not defined 1.2.3 Cân rô to dài Error! Bookmark not defined 1.2.4 Cân rô to mềm Error! Bookmark not defined 1.3 Kết luận chƣơng Error! Bookmark not defined Chƣơng CÂN BẰNG ĐỘNG RÔ TO PHẲNG Error! Bookmark not defined 2.1 Các phƣơng pháp cân rô to phẳng hệ tuyến tính Error! Bookmark not defined 2.1.1 Mô hình dao động hệ có rô to cân Error! Bookmark not defined 2.1.2 Phƣơng pháp cân “Tải trọng vòng quanh” Error! Bookmark not defined 2.1.3 Phƣơng pháp cân lần thử Error! Bookmark not defined 2.1.4 Phƣơng pháp cân lần thử Error! Bookmark not defined 2.1.5 Phƣơng pháp “Gắn khối lƣợng thử cách 1200” hay gọi phƣơng pháp lần chạy máy [3] Error! Bookmark not defined 2.1.6 Phƣơng pháp đo đƣợc biên độ dao động pha Error! Bookmark not defined 2.2 Mô cân động rô to phẳng hệ phi tuyến [12] Error! Bookmark not defined 2.2.1 Mô hình tính toán Error! Bookmark not defined 2.2.2 Mô số quy trình cân động hệ phi tuyến Error! Bookmark not defined 2.3 Kết luận chƣơng Error! Bookmark not defined Chƣơng PHƢƠNG PHÁP CÂN BẰNG RÔ TO DÀI Error! Bookmark not defined 3.1 Mô hình dao động rô to dài cứng ổ đỡ Error! Bookmark not defined 3.2 Các phƣơng pháp cân động rô to dài hệ tuyến tính Error! Bookmark not defined 3.2.1 Phƣơng pháp cân thứ Error! Bookmark not defined 3.2.1 Phƣơng pháp cân thứ hai Error! Bookmark not defined 3.2.3 Phƣơng pháp cân thứ ba Error! Bookmark not defined 3.3 Sự phụ thuộc hệ số ảnh hƣởng vào khối lƣợng Error! Bookmark not defined 3.4 Kết luận chƣơng Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN CHUNG Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 11 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Tiêu chuẩn lựa chọn số mặt phẳng cân Hình 1.2 Đƣa cân rô to dài mặt phẳng I II Error! Bookmark not defined Hình 2.1 Mô hình dao động hệ rô to cân Error! Bookmark not defined Hình 2.2 Đồ thị biên độ A mặt phẳng (ω2, A) h thay đổi Error! Bookmark not defined Hình 2.3 Đồ thị biên độ A cân U thay đổi Error! Bookmark not defined Hình 2.4 Mô tả phƣơng pháp tải trọng vòng quanh Error! Bookmark not defined Hình 2.5 Đồ thị biên độ dao động phƣơng pháp tải trọng vòng quanh Error! Bookmark not defined Hình 2.6 Mô tả phƣơng pháp cân lần thử Error! Bookmark not defined Hình 2.7 Mô tả phƣơng pháp cân lần thử Error! Bookmark not defined Hình 2.8 Sơ đồ hợp lực phƣơng pháp cân lần thử Error! Bookmark not defined Hình 2.9 Phƣơng pháp gắn khối lƣợng thử cách 1200 Error! Bookmark not defined Hình 2.10 Phƣơng pháp đo dao động pha Error! Bookmark not defined Hình 2.11 Đồ thị mô tả A  hệ phi tuyến Error! Bookmark not defined Hình 2.12 Phổ dao động với f3 = Hz, A0 =0,87992 Error! Bookmark not defined Hình 2.13 Phổ dao động f4 = 24Hz, xuất đỉnh 8Hz 24Hz, lấy biên độ để cân nhƣ dạng tuyến tính Error! Bookmark not defined Hình 2.14 Phổ dao động ứng với f5 = 34Hz Error! Bookmark not defined Hình 2.15 Dao động rô to trƣớc cân A0, sau lần cân Acb1 Acb2 Error! Bookmark not defined Hình 2.16 Đồ thị phổ dao động trƣớc cân A0, sau cân lần Acb1 Acb2 Error! Bookmark not defined Hình 3.1 Mô tả rô to dài cứng ổ đỡ Error! Bookmark not defined Hình 3.2 Mô hình lập phƣơng trình dao động rô to dài cứng Error! Bookmark not defined Hình 3.3 Mô tả phƣơng pháp cân thứ Error! Bookmark not defined Hình 3.4 Ví dụ 44 Hình 3.5 Véc tơ dao động cân ví dụ 44 Hình 3.6 Phƣơng pháp cân thứ 45 Hình 3.7 Cách xác định C1 C2 Error! Bookmark not defined Hình 3.8 Kết thu đƣợc cân rô to 51 Hình 3.9 Đồ thị giá trị K12 phụ thuộc vào M 54 Hình 3.10 Giá trị tuyệt đối K12 phụ thuộc vào M 54 MỞ ĐẦU Một phận thƣờng gặp máy chi tiết quay (thƣờng gọi rô to, theo định nghĩa ISO, rô to vật quay có cổ trục tựa ổ đỡ [5]) Nguồn gây dao động phổ biến cân rô to Mất cân xẩy trƣờng hợp chung trục quán tính rô to không trùng với trục quay hình học, thể trọng tâm rô to không nằm trục quay Khi rô to quay sinh lực ly tâm mà tổng hợp lực tạo thành hợp lực ngẫu lực Các lực gây dao động tiếng ồn máy chạy, truyền lực xuống ổ đỡ móng, làm giảm tuổi thọ máy mòn ổ đỡ, cổ trục đồng thời làm ảnh hƣởng đến sức khỏe công nhân làm việc môi trƣờng rung ồn mức cho phép Lực ly tâm cân gây tƣợng khác nhƣ tƣợng đảo dầu ổ trƣợt dẫn đến tƣợng ổn định máy [3] Việc cân động tức chỉnh lại khối lƣợng để làm giảm tƣợng xuống dƣới mức cho phép Hầu nhƣ tất rô to, việc cân ngày đƣợc xem nhƣ công việc tối quan trọng xu để tăng công suất máy, ngƣời ta tăng tốc độ quay tới vài chục nghìn vòng/phút Lực ly tâm tỷ lệ với bình phƣơng tốc độ quay, nên dù khối lƣợng cân (lệch tâm) nhỏ nhƣng tạo lực ly tâm lớn [6] Đối với máy quay đại nhƣ động điện, máy phát điện, máy tuốc bin, máy nén khí, quạt thông gió v,v với việc tăng tốc độ quay việc cân động coi nhƣ mệnh lệnh mức dao động cho phép phải chấp nhận cách nghiêm ngặt [3,6] Đối với cân động rô to, phân thành loại: Cân động máy chuyên dụng cân động trƣờng Cân động máy chuyên dụng tức sau chế tạo rô to ngƣời ta cân hàng loạt xƣởng máy cân chuyên dụng cho vài loại sản phẩm Còn cân chỗ tức hệ thống máy đƣợc lắp ráp hoàn chỉnh, ta tiến hành cân rô to nơi làm việc, máy đƣa vào sản xuất thời gian, phát vấn đề rung, ồn mạnh cân gây ta phải tiến hành cân chỗ Cân động chỗ có ƣu điểm là: Không cần phải tháo máy làm thời gian dừng máy lâu tốn cho việc tháo lắp chuyên chở; phận máy đƣợc cân đồng thời kết cuối dao động tổng thể máy giảm xuống dƣới mức cho phép, thực tế có phận cân tốt, nhƣng lắp tổng thể bị dao động mạnh; đƣợc tiến hành điều kiện vận hành bình thƣờng gần nhƣ sản xuất nên kết cuối tình trạng chấp nhận đƣợc sản xuất Ngƣời ta thấy hƣ hỏng học giảm nhiều rô to đƣợc cân xƣởng mà đƣợc kiểm tra sau lắp ráp cân động trƣờng cần Tuy nhiên, nhiều loại rô to sản xuất hàng loạt việc cân động xƣởng máy cân động chuyên dụng cần thiết quan trọng Trong sản xuất có cân tĩnh cân động Về nguyên lý, rô to ngắn (còn gọi chi tiết quay phẳng) cần cân tĩnh đủ, nhƣng thực tế ảnh hƣởng ma sát nhiều nguyên nhân khác nên loại rô to việc cân động giải tổng thể Tóm lại, cân động khâu quan trọng rô to, làm giảm dao động ồn máy, tăng tuổi thọ cho máy, giảm ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng làm việc công nhân giảm thời gian sửa chữa, dừng máy gián đoạn sản xuất Chƣơng TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ CÂN BẰNG ĐỘNG RÔ TO 1.1 Một số khái niệm cân rô to Để làm quen với thuật ngữ dùng sau này, xin giới thiệu số khái niệm mang tính chất nhƣ định nghĩa rô to cân rô to 1.1.1 Rô to cứng Một rô to dài đƣợc gọi rô to cứng cân chỉnh hai mặt phẳng (chọn tùy ý) sau đƣợc chỉnh cân không thay đổi đáng kể tốc độ nhỏ tốc độ làm việc cực đại 1.1.2 Rô to mềm Là rô to không thỏa mãn định nghĩa rô to cứng Trong luận văn giới hạn khảo sát chủ yếu loại rô to cứng 1.1.3 Mất cân rô to cứng Để hiểu khái niệm cân ta cần biết thêm số định nghĩa sau: - Đường trục đƣờng thẳng nối tâm cổ trục Đƣờng trục cố định với rô to trình chuyển động - Đại lượng cân rô to: Khi có khối lƣợng u cách đƣờng trục khoảng r đại lượng đo cân rô to là:   (1.1) U  ur  r - véc tơ có gốc đƣờng trục đỉnh tâm khối lƣợng u mặt phẳng vuông góc với đƣờng trục - Lực ly tâm quán tính: Khi trục quay với vân tốc góc  khối lƣợng u cách trục quay khoảng r sinh lực ly tâm quán tính cho công thức: 10    F  u r   2U (1.2) - Căn chỉnh cân trình thay đổi lại phân bố khối lƣợng rô to cách thêm bớt khối lƣợng cân bằng không:   U  ua  (1.3) ua khối lƣợng cần thêm vào (hoặc bớt đi) bán kính tính từ tâm khối lƣợng ua đến đƣờng trục mặt phẳng vuông góc với đƣờng trục Mất cân U đƣợc chỉnh thêm khối lƣợng vào phía đối diện với u lấy bớt khối lƣợng phía với u Do cấu tạo rô to, khối lƣợng thêm vào bớt lấy nhiều vị trí, cho tổng hợp lại thỏa mãn điều kiện (1.3) Để cân rô to cứng, từ thực nghiêm thực tế ngƣời ta phân chia thành hai loại, loại rô to ngắn (còn gọi rô to dạng đĩa) đƣợc tiến hành cân mặt phẳng, loại rô to dài (còn gọi rô to dạng ru-lô) đƣợc cân hai mặt phẳng Có thể tham khảo tiêu chuẩn lựa chọn số mặt phẳng cân hình 1.1 Trên hình 1.1, L/D tỷ số chiều dài đƣờng kính rô ro, hoành độ tốc độ quay rô to theo vòng/phút Vùng gạch-gạch loại rô to cân động mặt phẳng (ta gọi rô to ngắn hay rô to dạng đĩa), vùng để trắng loại rô to cần cân động hai mặt phẳng (ta gọi rô to dài) mặt phẳng 0,5 mặt phẳng L/D 900 1800 v/ph Hình 1.1 Tiêu chuẩn lựa chọn số mặt phẳng cân 11 1.1.4 Mất cân rô to dạng đĩa Trong thực tế, trƣờng hợp đơn giản đĩa gắn trục trục quay với tốc độ góc  Khi giả sử khối lƣợng lệch tâm mi với bán kính  tính từ tâm khối lƣợng mi đến đƣờng trục ri sinh lực ly tâm:   Fi  mi ri , i  1, 2, Các lực ly tâm đồng quy nên có hợp lƣc:     F   Fi    mi ri  mc rc i (1.4) i mc tổng khối lƣợng mi, đặt trọng tâm chung C với bán kính quay rc   Nếu F = rô to không cân bằng, F  rô to cân bằng, Trong trƣờng hợp cân công thức (1.4) viết:     F  mc rc   ur   2U (1.5) Nhƣ vậy, rô to cứng dạng đĩa, mô tả véc tơ cân thực chỉnh mặt phẳng Những chi tiết nhƣ bánh đà, cánh quạt, đĩa máy mài v.v Có bề dầy nhỏ so với đƣờng kính ta coi chi tiết quay phẳng.Về nguyên tắc, cân khử đƣợc cách cân tĩnh Cân tĩnh thực đƣợc cách đặt chi tiết quay gối, đƣợc tạo lập cho ma sát không đáng kể khối lƣợng cân nằm vị trí thấp nên lấy bớt khối lƣợng phía dƣới thêm vào khối lƣợng phía Tuy nhiên máy đặt vị trí để sản xuất, chi tiết quay chịu ma sát không nhỏ, nên việc cân tĩnh thực không xác Vì ngƣời ta phải tiến hành cân động chỗ mà không cần tháo rời chi tiết quay ra, không làm ảnh hƣởng nhiều đến thời gian sản xuất 12 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh ISO 1940-1 J.S.Rao (1988), Rotor Dynamics, New York J.M Vance (1988), Rotordynamics of turbomachinery, New York M.J Goodwin (1989), Dynamics of Rotor - Bearing Systems, London Hatto Schneider (1991), Balancing Technology, Schenck C.M.Harris, Allan G Piersol (2002), Harris’ shock and Vibration Handbook (fifth edition), McGraw-Hill Robert C Eisenmann Sr.P.E and Robert C Eisenmann, Jr Machinery Malfunction Diagnosis and Correction Nguyen Cao Menh (2002), “The balancing of rotating machinery as nonlinear system” Vietnam Journal of Mechanics, Volume 21(3), pp165172 Tiếng Việt N.V.Kolexnik (1970), Khử rung cho máy (dịch từ tiếng Nga), NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 10 Nguyễn Văn Đạo (1971), Các phương pháp dao động phi tuyến, NXB Khoa học Kỹ thuật 11 TCVN 6373:1998 12 Nguyễn Cao Mệnh Phạm Thị Thúy (2007), “Một giải pháp mô để cân động rô to hệ phi tuyến yếu”, Báo cáo Hội nghị Cơ học toàn quốc 12/2007 13 [...]... nguyên tắc, mất cân bằng này có thể khử đƣợc bằng cách cân bằng tĩnh Cân bằng tĩnh có thể thực hiện đƣợc bằng cách đặt chi tiết quay trên 2 gối, đƣợc tạo lập sao cho ma sát không đáng kể thì bao giờ khối lƣợng mất cân bằng cũng nằm ở vị trí thấp nhất nên có thể lấy bớt khối lƣợng ở phía dƣới hoặc thêm vào khối lƣợng ở phía trên Tuy nhiên khi máy đã đặt tại vị trí để sản xuất, chi tiết quay bao giờ cũng... không mất cân bằng, nếu F  0 thì rô to mất cân bằng, Trong trƣờng hợp mất cân bằng công thức (1.4) có thể viết:     F  mc rc 2   2 ur   2U (1.5) Nhƣ vậy, đối với rô to cứng dạng đĩa, có thể mô tả bởi 1 véc tơ mất cân bằng và có thể thực hiện căn chỉnh trong một mặt phẳng Những chi tiết nhƣ bánh đà, cánh quạt, đĩa máy mài v.v Có bề dầy nhỏ so với đƣờng kính ta có thể coi là các chi tiết quay. .. hoành độ chỉ tốc độ quay của rô to theo vòng/phút Vùng gạch-gạch chỉ loại rô to có thể cân bằng động trong một mặt phẳng (ta sẽ gọi là rô to ngắn hay rô to dạng đĩa), còn vùng để trắng chỉ loại rô to cần cân bằng động trên hai mặt phẳng (ta sẽ gọi là rô to dài) 1 2 mặt phẳng 0,5 1 mặt phẳng L/D 0 900 1800 v/ph Hình 1.1 Tiêu chuẩn lựa chọn số mặt phẳng cân bằng 11 1.1.4 Mất cân bằng của rô to dạng đĩa... điều kiện (1.3) Để cân bằng rô to cứng, từ thực nghiêm trong thực tế ngƣời ta phân chia thành hai loại, một loại là rô to ngắn (còn gọi là rô to dạng đĩa) đƣợc tiến hành cân bằng trên 1 mặt phẳng, một loại là rô to dài (còn gọi là rô to dạng ru-lô) đƣợc cân bằng trên hai mặt phẳng Có thể tham khảo tiêu chuẩn lựa chọn số mặt phẳng cân bằng trên hình 1.1 Trên hình 1.1, L/D là tỷ số chi u dài và đƣờng...  F  u 2 r   2U (1.2) - Căn chỉnh mất cân bằng là quá trình thay đổi lại phân bố khối lƣợng của rô to bằng cách thêm hoặc bớt khối lƣợng để cho mất cân bằng bằng không:   U  ua ra  0 (1.3) trong đó ua là khối lƣợng cần thêm vào (hoặc bớt đi) còn ra là bán kính tính từ tâm khối lƣợng ua đến đƣờng trục trong mặt phẳng vuông góc với đƣờng trục Mất cân bằng U đƣợc căn chỉnh bởi thêm khối lƣợng... bao giờ cũng chịu ma sát không nhỏ, nên việc cân bằng tĩnh thực hiện không chính xác Vì vậy ngƣời ta phải tiến hành cân bằng động tại chỗ mà không cần tháo rời chi tiết quay ra, không làm ảnh hƣởng nhiều đến thời gian sản xuất 12 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh 1 ISO 1940-1 2 J.S.Rao (1988), Rotor Dynamics, New York 3 J.M Vance (1988), Rotordynamics of turbomachinery, New York 4 M.J Goodwin (1989), Dynamics... and Robert C Eisenmann, Jr Machinery Malfunction Diagnosis and Correction 8 Nguyen Cao Menh (2002), “The balancing of rotating machinery as nonlinear system” Vietnam Journal of Mechanics, Volume 21(3), pp165172 Tiếng Việt 9 N.V.Kolexnik (1970), Khử rung cho máy (dịch từ tiếng Nga), NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 10 Nguyễn Văn Đạo (1971), Các phương pháp cơ bản trong dao động phi tuyến, NXB Khoa học... gắn trên trục và trục quay với tốc độ góc  Khi đó giả sử các khối lƣợng lệch tâm là mi với bán kính  tính từ tâm khối lƣợng mi đến đƣờng trục là ri sẽ sinh ra lực ly tâm:   Fi  mi ri 2 , i  1, 2, Các lực ly tâm này đồng quy nên có hợp lƣc:     F   Fi   2  mi ri  mc rc 2 i (1.4) i trong đó mc là tổng các khối lƣợng mi, đặt tại trọng tâm chung C và với bán kính quay là rc   Nếu F... Kỹ thuật, Hà Nội 10 Nguyễn Văn Đạo (1971), Các phương pháp cơ bản trong dao động phi tuyến, NXB Khoa học và Kỹ thuật 11 TCVN 6373:1998 12 Nguyễn Cao Mệnh và Phạm Thị Thúy (2007), “Một giải pháp mô phỏng để cân bằng động rô to trong hệ phi tuyến yếu”, Báo cáo Hội nghị Cơ học toàn quốc 12/2007 13