BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Phetnoy BOUNMYXAY KHẢO SÁT KHẢ NĂNG CHỊU TẢI VÀ ĐỘ LỆCH TÂM CỦA TRỤC CHÍNH TRONG Ổ ĐỠ THỦY ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀNỘI 2015 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Phetnoy BOUNMYXAY KHẢO SÁT KHẢ NĂNG CHỊU TẢI VÀ ĐỘ LỆCH TÂM CỦA TRỤC CHÍNH TRONG Ổ ĐỠ THỦY ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Mã ngành: 60520103 Người hướng dẫn khoa học: T.S Nguyễn Văn Thắng HÀNỘI 2015 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo cô giáo khao Cơ khí và trung tâm đạo tạo sau đại học của Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đặc biệt tác giả xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Nguyễn Văn Thắng, người đã quan tâm tận tình hướng dẫn giúp tác giả xây dựng và hoàn thành luận văn này Tác giả xin chân thành cảm ơn TS Trần Thị Thanh Hải Bộ môn Máy và Ma sát học, viện Cơ Khí – Trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình giúp đỡ hoàn thành nội dung thí nghiệm Đồng thời tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Mr Vũ Văn Khiêm lớp trưởng, các anh chị em và bạn bè cùng lớp cao học khí K3 đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi thời gian học tập và thực hiện luận văn Vì thời gian có hạn, vấn để nghiên cứu mới mẻ nên bản luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong nhận được nhiều góp ý của các thầy giáo cô giáo, các đồng nghiệp và bạn bè Xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày tháng năm 2015 MỤC LỤC Hình 1.1 Sơ đồ ổ đỡ thủy động .3 Bảng 1.1 hệ số nhớt của một vài chất lỏng[1] .7 Bảng 1.2 phân loại chất lỏng thuỷ lực theo ISO[1] Hình 1.2 Sơ đồ biểu diễn thể tích đơn vị lớp màng dầu hệ tọa độ trụ .14 Hình 1.3 Cấu tạo của ổ trục [15] 16 Hình 1.4 Kết cấu ổ trượt đơn giản [15] 16 Hình 1.5 Phương pháp bôi trơn thủy tĩnh .18 Hình 1.6 Sơ đồ biến thiên áp suất khe chêm dầu 19 Hình 2.1 Sơ đồ thí nghiệm Reynolds 24 Hình 2.2 Mặt cắt ổ đỡ 26 Hình 2.3 Miền khai triển ổ 26 Hình 2.4 Ổ đỡ và ổ chặn của Waukesha Bearings 30 Hình 2.5 Sơ đồ vị trí trục khởi động ổ thủy động .30 Hình 2.6 Sơ đồ biểu diễn phân bố áp suất 31 Hình 3.1 Thiết bị thực nghiệm máy đo nhiệt đợ và áp suất 34 màng dầu thủy động .34 Hình 3.2 Sơ đờ thí nghiệm .35 Bảng ghi giá trị áp suất và nhiệt độ của dầu tại vị trí .36 Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của áp suất vào tải trọng với vận tốc trục chính n = 200v/ph 37 Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt độ vào tải trọng với 37 vận tốc trục chính n = 200v/ph 37 Bảng ghi giá trị áp suất và nhiệt độ của dầu tại vị trí .38 Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của áp suất vào tải trọng với 38 vận tốc trục chính n = 400v/ph 38 Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt độ vào tải trọng với 39 vận tốc trục chính n = 400v/ph 39 Bảng ghi giá trị áp suất và nhiệt độ của dầu tại vị trí .39 Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của áp suất vào tải trọng với 40 vận tốc trục chính n = 600v/ph 40 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt độ vào tải trọng với 40 vận tốc trục chính n = 600v/ph 40 Bảng ký hiệu và đơn vị của các thớng sớ CÁC THƠNG SỚ Các thơng sớ ban đầu cho tính toán chung I KÝ HIỆU ĐƠN VỊ Tổng tải trọng tác dụng lên gối đỡ G N Hệ số vượt tải kd Tổng số segment z Cái Tải trọng tính toán cho segment W N Diện tích tính toán bộ segment Ap m2 Diện tích buồng tạo áp Ar m2 Hệ số tải trọng af Hệ số lưu lượng qf Hệ số công suất Hf Chiều dày màng dầu bôi trơn h m Độ nhớt tuyệt đới của dầu µ N.sec/m2 Pr N/m2 (Pr)max N/m2 Các kết quả tính toán chung Áp suất cần tạo buồng Áp suất an toàn cần thiết Lưu lượng dầu cần cấp cho gối đầu Q m3/sec Chọn bơm theo tiêu chuẩn Q m3/sec Tính lại chiều dày màng dầu h m Công suất cần thiết đẩy dầu Hb N.m/sec Áp suất tách cần thiết PL N/m2 Áp suất cung cấp các hệ số Ps N/m2 II Dùng tiết lưu điều chỉnh lưu lượng Hệ số đặc trưng của gối đỡ β Hệ số kh kh Hệ số kv=Q Hệ số kQ kQ Hệ số kH kh Hệ số ks ks Chiều dày màng dầu hv Lưu lượng Q Công suất m3/sec Hbc Công suất đẩy dầu cho cả 12 segment 10 Độ cứng của gối đỡ m N.m/sec Kw Sv N/m DANH MỤC BẢNG BIỂU Hình 1.1 Sơ đồ ổ đỡ thủy động .3 Bảng 1.1 hệ số nhớt của một vài chất lỏng[1] .7 Bảng 1.2 phân loại chất lỏng thuỷ lực theo ISO[1] Hình 1.2 Sơ đồ biểu diễn thể tích đơn vị lớp màng dầu hệ tọa độ trụ .14 Hình 1.3 Cấu tạo của ổ trục [15] 16 Hình 1.4 Kết cấu ổ trượt đơn giản [15] 16 Hình 1.5 Phương pháp bôi trơn thủy tĩnh .18 Hình 1.6 Sơ đồ biến thiên áp suất khe chêm dầu 19 Hình 2.1 Sơ đồ thí nghiệm Reynolds 24 Hình 2.2 Mặt cắt ổ đỡ 26 Hình 2.3 Miền khai triển ổ 26 Hình 2.4 Ở đỡ và ở chặn của Waukesha Bearings 30 Hình 2.5 Sơ đồ vị trí trục khởi động ổ thủy động .30 Hình 2.6 Sơ đồ biểu diễn phân bố áp suất 31 Hình 3.1 Thiết bị thực nghiệm máy đo nhiệt độ và áp suất 34 màng dầu thủy động .34 Hình 3.2 Sơ đờ thí nghiệm .35 Bảng ghi giá trị áp suất và nhiệt độ của dầu tại vị trí .36 Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của áp suất vào tải trọng với vận tốc trục chính n = 200v/ph 37 Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt độ vào tải trọng với 37 vận tốc trục chính n = 200v/ph 37 Bảng ghi giá trị áp suất và nhiệt độ của dầu tại vị trí .38 Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của áp suất vào tải trọng với 38 vận tốc trục chính n = 400v/ph 38 Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt độ vào tải trọng với 39 vận tốc trục chính n = 400v/ph 39 Bảng ghi giá trị áp suất và nhiệt độ của dầu tại vị trí .39 Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của áp suất vào tải trọng với 40 vận tốc trục chính n = 600v/ph 40 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt độ vào tải trọng với 40 vận tốc trục chính n = 600v/ph 40 Hình 2.2 Mặt cắt ổ đỡ Trong đó: - Rc: bán kính bạc Ra: bán kính trục φ : góc chất tải θ : toạ độ trục hệ Oxyz C: khe hở bán kính: C = Rc − Ra ωa, ωc: vấn tốc góc của trục và bạc x,z: toạ độ theo phương chu vi và chiều dài ổ W : tải trọng Hình 2.3 Miền khai triển ổ Xem xét một mặt cắt của ở (hình 2.1) Vị trí của mợt điểm M bề mặt của bạc được xác định bằng toạ độ góc: θ = ( Oc A, Oc M ) Chiều dày màng dầu đó được tính 26 h = Oc M − Oc M ′ h = Rc − Oc M ′ = Ra + C − Oc M ′ Hoặc Bằng việc áp dụng công thức hàm số Sin tham giác OaM’Oc ta có: sin α = e sin θ Ra Ra sin ( Oc Oa M ′ ) sin θ và: Oc M ′ = hoặc: ( Oc Oa M ′ ) = θ − α = θ − arcsin Vậy: Oc M ′ =  e  sin θ   Ra    Ra e sin θ − arcsin( sin θ )  sin θ  Ra  Khai triển công thức ta được:  e  Oc M ′ = Ra −  sin θ  − e cos θ  Ra   e  Giá trị e/Ra là rất nhỏ đó  sin θ  coi xấp xỉ bằng không  Ra  Khi đó: h = C (1+ ε cos θ ) , với độ lệch tâm tương đối ε = (2-2) e biến thiên từ ÷ C 2.1.3 Giải phương trình Reynolds cho ổ trục ngắn Để tính toán một kết cấu bôi trơn thủy động trước hết ta phải giải phương trình Reynolds Phương trình Reynolds là phương trình vi phân đạo hàm riêng cấp hai nên không có lời giải bằng giải tích trừ một số trường hợp đơn giản (ổ dài, ổ ngắn) Sommerfeld đã giải phương trình này bằng cách bỏ qua sự chảy đường trục (giả thiết của ổ dài) Nhưng thực tế ổ thường gặp có kích thước hữu hạn nên phải giải phương trình Reynolds bằng phương pháp số phương pháp phần tử hữu hạn, sai phân hữu hạn Ở ta xét trường hợp dạng ổ ngắn, tức kích thước ổ thỏa mãn điều kiện sau: 27 L < 0,5 D Với điều kiện ta nhận thấy thay đổi áp suất theo hướng tiếp tuyến nhỏ nhiều so với thay đổi áp suất theo hướng dọc trục: ∂P ∂P