Thư viện tri thức trực tuyến
Kho tài liệu với 50,000+ tài liệu học thuật
© 2023 Siêu thị PDF - Kho tài liệu học thuật hàng đầu Việt Nam
(Luận Án Tiến Sĩ) Nghiên Cứu Đặc Tính Bôi Trơn Nhiệt Thủy Động Của Ổ Có Dạng Đầu To Thanh Truyền.pdf
Nội dung xem thử
Mô tả chi tiết
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Phạm Trung Thiên
NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH BÔI TRƠN NHIỆT THỦY ĐỘNG
CỦA Ổ CÓ DẠNG ĐẦU TO THANH TRUYỀN
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Hà Nội – 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Phạm Trung Thiên
NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH BÔI TRƠN NHIỆT THỦY ĐỘNG
CỦA Ổ CÓ DẠNG ĐẦU TO THANH TRUYỀN
Ngành : Kỹ thuật cơ khí
Mã số : 9520103
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. TS. TRẦN THỊ THANH HẢI
2. TS. PHẠM MINH HẢI
Hà Nội – 2020
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Công trình
đƣợc thực hiện tại Bộ môn Máy và Ma sát học - Viện Cơ khí, Trƣờng Đại học
Bách khoa Hà Nội dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Trần Thị Thanh Hải và TS. Phạm
Minh Hải. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chƣa
từng đƣợc ai công bố trong bất kì công trình nào khác.
Hà Nội, ngày tháng năm
THAY MẶT TẬP THỂ HƢỚNG DẪN
TS. Trần Thị Thanh Hải
Ngƣời cam đoan
Phạm Trung Thiên
ii
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thiện Luận án Tiến sĩ này, bên cạnh sự cố gắng của bản thân, Tôi đã
nhận đƣợc sự động viên và giúp đỡ của rất nhiều Thầy Cô giáo, các nhà Khoa học,
các đồng nghiệp và bạn bè.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Trần Thị Thanh Hải và TS. Phạm
Minh Hải và Th.S Lƣu Trọng Thuận là những ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, định
hƣớng, đào tạo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận
án.
Xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo ở Bộ môn Máy và Ma sát học
Trƣờng ĐHBKHN đã giảng dạy, chỉ bảo và tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian
làm nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Xin cảm ơn các đồng nghiệp trong Khoa Cơ khí, lãnh đạo trƣờng Đại học
Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ về thời gian và ủng hộ
để tôi hoàn thành luận án này.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ sự kính trọng, biết ơn và lòng yêu thƣơng tới
đại gia đình, bạn bè đã thực sự động viên, giúp đỡ trong suốt thời gian tôi học
tập tại Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội.
Hà Nội, ngày tháng năm
Nghiên cứu sinh
Phạm Trung Thiên
iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
TT Ký hiệu, viết
tắt Ý nghĩa
1 C Khe hở bán kính
2 DAQ Bộ xử lý tín hiệu
3 ĐCT Điểm chết trên
4 ĐCD Điểm chết dƣới
5 d2 đƣờng kính ngoài đầu nhỏ
6 d1 đƣờng kính trong đầu nhỏ
7 e Độ lệch tâm
8 n Số khoảng chia theo chiều dài.
9 ⃗ Vector pháp tuyến của bề mặt ổ
10 m Số khoảng chia theo chu vi
11 lđt Chiều dài đầu to thanh truyền
12 p Áp suất thủy động
13 PLC Bộ lập trình khả dĩ (Program logic control)
14 Rb Bán kính bạc
15 Rt Bán kính trục
16 R Bán kính vòng quay trục khuỷu
17 S Tỉ số nén
18 s chiều dài hành trình pít-tông
19 Tải trọng
20 x, z Tọa độ theo phƣơng chu vi và chiểu dài
21 Góc chất tải
22 Toạ độ trụ trong hệ Oxyz
23 t
, b Vận tốc góc của trục và bạc
W
iv
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...............................................................................................................I
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................II
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ...............................................III
MỤC LỤC .........................................................................................................................IV
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... VII
DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ......................................................................... VIII
PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .................................................................................. 1
2. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ....................................................................................... 1
3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU ............................................................................................ 1
4. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU.......................................................................................... 2
5. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.......................................................................................... 2
6. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................................... 2
7. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ...................................................................... 2
8. NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA ĐỀ TÀI............................................................................... 3
9. CẤU TRÚC LUẬN ÁN................................................................................................ 3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÔI TRƠN THỦY ĐỘNG CỦA Ổ CÓ DẠNG
ĐẦU TO THANH TRUYỀN .......................................................................................... 4
1.1. Ổ ĐẦU TO THANH TRUYỀN ...................................................................................... 4
1.1.1. Khái niệm.......................................................................................................... 4
1.1.2. Các Hiện tƣợng, nguyên nhân hƣ hỏng ........................................................ 4
1.2. ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG .............................................................................................. 5
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƢỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI................................... 7
1.3.1.Tình hình nghiên cứu trên thế giới. ................................................................ 7
1.3.1.1. Nghiên cứu lý thuyết bôi trơn ổ đầu to thanh truyền........................... 8
1.3.1.2. Nghiên cứu thực nghiệm bôi trơn ổ đầu to thanh truyền. .................14
1.3.2.Tình hình nghiên cứu trong nƣớc .................................................................18
KẾT LUẬN CHƢƠNG 1....................................................................................................20
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT BÔI TRƠN THỦY ĐỘNG Ổ ĐẦU TO
THANH TRUYỀN VÀ MÔ PHỎNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÀNG DẦU Ổ ĐẦU TO
THANH TRUYỀN TRONG THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM ...................................22
v
2.1. LÝ THUYẾT BÔI TRƠN THỦY ĐỘNG.......................................................................22
2.1.1. Phƣơng trình Reynolds .................................................................................22
2.1.2. Phƣơng trình chiều dày màng dầu ...............................................................23
2.1.3. Phƣơng trình Reynolds cho ổ đỡ thủy động ...............................................24
2.1.4. Phƣơng trình cân bằng tải .............................................................................26
2.1.5. Phƣơng trình năng lƣợng ..............................................................................27
2.2. MÔ PHỎNG NHIỆT ĐỘ MÀNG DẦU TRONG Ổ ĐẦU TO THANH TRUYỀN ..............28
2.2.1. Điều kiện biên. ...............................................................................................28
2.2.2. Mô hình phần tử hữu hạn cho nhiệt độ màng dầu .....................................30
2.2.3. Mô phỏng trƣờng nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to thanh truyền .....32
2.2.4. Kết quả mô phỏng trƣờng nhiệt độ của ổ ...................................................35
KẾT LUẬN CHƢƠNG 2....................................................................................................39
CHƢƠNG 3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ HỆ THỐNG THIẾT BỊ
THỰC NGHIỆM .............................................................................................................40
3.1. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. ................................................................................40
3.2. THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM ........................................................................................41
3.2.1. Nguyên lý hoạt động. ....................................................................................41
3.2.2. Các cụm chi tiết điển hình. ...........................................................................44
3.2.2.1. Thanh truyền ...........................................................................................44
3.2.2.2 Cụm pít-tông và thanh truyền dẫn.........................................................46
3.2.2.3. Cơ cấu tạo tải. .........................................................................................48
3.2.2.4. Hệ thống thủy lực...................................................................................50
3.3. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ HỆ THỐNG ĐO. ..........................................................51
3.3.1. Hệ thống điều khiển.......................................................................................51
3.3.1.1. Biến Tần ..................................................................................................51
3.3.1.2. Động cơ ...................................................................................................53
3.3.1.3. Tủ điều khiển ..........................................................................................53
3.3.2. Hệ thống đo ....................................................................................................55
3.3.2.1. Hệ thống đo lực. .....................................................................................55
3.3.2.2. Hệ thống đo áp suất................................................................................58
3.3.2.3. Hệ thống đo nhiệt độ màng dầu............................................................64
KẾT LUẬN CHƢƠNG 3....................................................................................................69
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ...................................................................70
4.1. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM. .......................................................................................70
4.1.1. Xử lý số liệu thực nghiệm.............................................................................70
vi
4.1.2. Kết quả đo tải tác dụng lên thanh truyền ....................................................72
4.1.3. Kết quả đo áp suất màng dầu ổ đầu to thanh truyền..................................75
4.1.4. Kết quả đo nhiệt độ màng dầu ổ đầu to thanh truyền...............................78
4.2. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÀNG DẦU Ổ ĐẦU TO THANH TRUYỀN .....84
4.2.1. Kết quả mô phỏng độ chênh nhiệt độ trong ổ với dầu Besil F100..........84
4.2.2. Kết quả mô phỏng độ chênh nhiệt độ màng dầu trong ổ với dầu Atox
320..............................................................................................................................86
4.3. SO SÁNH NHIỆT ĐỘ MÀNG DẦU MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM ..........................89
4.3.1. So sánh kết quả thực nghiệm với kết quả mô phỏng nhiệt độ màng dầu
với dầu Besil F100....................................................................................................89
4.3.2. So sánh kết quả thực nghiệm với kết quả mô phỏng dầu Atox 320 ........91
KẾT LUẬN CHƢƠNG 4....................................................................................................93
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................................95
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ............................97
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................98
PHỤ LỤC ....................................................................................................................... 105
Phụ lục 1: Quy trình đo tải tác dụng lên thanh truyền ...................................... 105
Phụ lục 2: Quy trình đo áp suất màng dầu ổ đầu to thanh truyền.................... 107
Phụ lục 3: Quy trình đo nhiệt độ màng dầu ổ đầu to thanh truyền.................. 109
vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1: Thống kê phƣơng pháp thực hiện trên thế giới trong khoảng 20 năm gần
đây ......................................................................................................................................... 7
Bảng 2. 1: Thông số ổ đỡ .................................................................................................32
Bảng 2. 2: Thông số dầu...................................................................................................33
Bảng 3. 1: Các thông số kỹ thuật yêu cầu của thiết bị thực nghiệm ......................43
Bảng 3. 2: Thông số kỹ thuật cảm biếp áp suất XCQ-062.......................................60
viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Các bộ phận của thanh truyền .......................................................................... 4
Hình 1.2: Một số hƣ hỏng thƣờng gặp của ổ đầu to thanh truyền................................. 5
Hình 1.3: Cấu tạo động cơ đốt trong[1]............................................................................ 6
Hình 1.4: Mô hình rời rạc ổ đầu to thanh truyền [34] ..................................................11
Hình 1.5: Ứng suất trong thanh truyền chịu tác dụng của lực siết bu-lông [35] .......11
Hình 1.6: Biến dạng của ổ đầu to thanh truyền chịu tác dụng của lực siết bu-lông
[36] ......................................................................................................................................11
Hình 1.7: Hình dạng ban đầu của các bạc lót do lực xiết bu lông [37] ......................12
Hình 1.8: Hình dạng của bạc lót trong một chu kỳ của hoạt động [35] .....................12
Hình 1.9: Mô hình ổ đầu to thanh truyền 2D [41] ........................................................13
Hình 1.10: Sự dịch chuyển của bạc lót trong ổ đầu to thanh truyền [43]...................13
Hình 1.11: (a) Tiếp xúc tròn xoay và (b) Mô hình ổ đầu to thanh truyền [44]..........14
Hình 1.12: ổ đầu to thanh truyền của Pierre-Eugene[49].............................................15
Hình 1.13: Thiết bị nghiên cứu bôi trơn[50]..................................................................16
Hình 1.14: Thanh truyền và hệ thống đo đặc tính bôi trơn ô đầu to [59]...................17
Hình 1.15: Băng thử để khảo sát bôi trơn ổ đầu đo thanh truyền[40] ........................17
Hình 1.16: Sơ đồ lực tác dụng lên ổ đầu to thanh truyền [62].....................................18
Hình 1.17: Ứng suất trong thanh truyền [63].................................................................18
Hình 1.18: Trƣợt tƣơng đối của bạc lót trong ổ [63] ....................................................18
Hình 2.1: Hệ trục tọa độ ...................................................................................................22
Hình 2.2: Mặt cắt ổ đỡ......................................................................................................24
Hình 2.3: Miền khai triển ổ ..............................................................................................25
Hình 2.4: Sơ đồ cân bằng lực tác dụng lên thanh truyền .............................................26
Hình 2.5: Hệ trục toạ độ ...................................................................................................27
Hình 2.6: Điều kiện biên ..................................................................................................29
Hình 2.7: Miền tích phân của màng dầu.........................................................................30
Hình 2.8: Phép chuyển hệ toạ độ.....................................................................................30
Hình 2.9: Mô hình ổ miền khai triển màng dầu ............................................................32
Hình 2.10: Sơ đồ thuật toán tính áp suất theo phƣơng trình Reynolds.......................33
ix
Hình 2.11: Sơ đồ thuật toán tính nhiệt độ ......................................................................34
Hình 2.12:Trƣờng nhiệt độ màng dầu (Độ chênh nhiệt độ trong ổ) tại tốc độ 100
vg/ph, góc 3600
của thanh truyền. ...................................................................................35
Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý thiết bị thực nghiệm bôi trơn ổ đầu to thanh truyền.......42
Hình 3.2: Thiết bị thực nghiệm .......................................................................................44
Hình 3.3: Thanh truyền trên thiết bị thực nghiệm .....................................................45
Hình 3.4: Đầu to thanh truyền chế tạo phục vụ thực nghiệm ..................................45
Hình 3.5: Mô hình 3D cụm pít-tông dẫn........................................................................46
Hình 3.6: Mô hình lắp cụm pít-tông dẫn lắp với cơ cấu tạo tải...................................47
Hình 3.7: Mô hình lắp thanh truyền dẫn với các cụm kết cấu khác............................47
Hình 3.8: Đồ thị lực khí thể và lực quán tính [35] ........................................................48
Hình 3.9: Sơ đồ cơ cấu tạo tải ........................................................................................48
Hình 3.10: Nguyên lý tạo tải ..........................................................................................49
Hình 3.11: Cơ cấu tạo tải..................................................................................................50
Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp dầu...............................................................50
Hình 3.13: Hệ thống thuỷ lực cấp dầu..........................................................................51
Hình 3.14: Biến tần ..........................................................................................................51
Hình 3.15: Nguyên lý điều khiển ....................................................................................52
Hình 3.16: Mạch điều khiển cho biến tần ......................................................................52
Hình 3.17: Tủ điện điều khiển .........................................................................................53
Hình 3.18: Phần tử điều khiển trong tủ điện ..................................................................54
Hình 3.19: Ảnh chụp encoder và PLC ............................................................................54
Hình 3.20: Vị trí đặt cảm biến đo biến dạng để đo lực kéo/nén và lực uốn. .............55
Hình 3.21: Sơ đồ nguyên lý mạch cầu đo lực kéo/nén và lực uốn.............................55
Hình 3.22: Mạch cầu đo lực uốn và lực kéo/néntrên NI9219.....................................56
Hình 3.23: Sơ đồ thuật toán đo lực ...............................................................................57
Hình 3.24: Hiệu chuẩn thiết bị đo lực uốn .....................................................................57
Hình 3.25: Hiệu chuẩn thiết bị đo lực kéo .....................................................................58
Hình 3.26 Trục của ổ (chi tiết bạc) .................................................................................59
Hình 3.27: Cấu tạo cảm biến áp suất XCQ-06 ..............................................................59
Hình 3.28: Đĩa lỗ ...............................................................................................................60
x
Hình 3.29: Sơ đồ khối hệ thống nhận tín hiệu cảm biến áp suất .................................61
Hình 3.30: Bộ phát và bộ thu tín hiệu bằng sóng RF của cảm biến áp suất ..............61
Hình 3.31: Màn hình hiển thị khi lập trình đo áp suất màng dầu ................................62
Hình 3.32: Giao diện xử lý tín hiệu thu nhận. ...............................................................62
Hình 3.33: Giao diện đồ thị tín hiệu thu nhận trên Labview. ......................................63
Hình 3.34: Sơ đồ thuật toán đo áp suất...........................................................................63
Hình 3.35: Cấu tạo của cảm biến nhiệt cặp nhiệt điện .................................................64
Hình 3.36: Vị trí lắp cảm biến nhiệt độ ..........................................................................65
Hình 3.37: Sơ đồ nguyên lý dây module Ni9213 ..........................................................66
Hình 3.38: Module 9213 (a) và ảnh chụp thanh truyền gắn cảm biến nhiệt độ (b) ..66
Hình 3.39: Xử lý tín hiệu..................................................................................................67
Hình 3. 40: Thiết kế giao diện hiển thị kết quả đo........................................................67
Hình 3.41: Sơ đồ thuật toán đo nhiệt độ.........................................................................68
Hình 3.42: Ảnh chụp tổng thể thiết bị thực nghiệm kết nối các hệ thống đo ............69
Hình 4.1:Kết quả ƣớc lƣợng và kiểm định một giá trị trung bình...............................71
Hình 4.2:Kết quả so sánh hai giá trị trung bình của hai biến chuẩn khi lấy mẫu độc
lập ........................................................................................................................................71
Hình 4. 3Kết quả so sánh nhiều giá trị trung bình bằng phân tích phƣơng sai
ANOVA..............................................................................................................................72
Hình 4.4: Lực kéo/nén tác dụng lên thanh truyền ở tốc độ quay 100 vg/ph ..............73
Hình 4.5: Lực uốn tác dụng lên thanh truyền ở tốc độ quay 100 vg/ph .....................73
Hình 4.6: Lực kéo/nén tác dụng lên thanh truyền theo góc quay của trục khuyu ở
các tốc độ quay khác nhau................................................................................................74
Hình 4.7: Lực uốn tác dụng lên thanh truyền ở các tốc độ quay khác nhau ..............74
Hình 4.8: Đồ thị lực kéo/nén và uốn ở tốc độ 100 vg/ph .............................................75
Hình 4.9: Sơ đồ tải ở tốc độ 100 vg/ph...........................................................................75
Hình 4.10: Áp suất màng dầu theo góc quay của trục khuỷu tại góc 00
của thanh
truyền, tốc độ quay 100 vg/ph .........................................................................................76
Hình 4.11: Áp suất màng dầu theo góc quay của trục khuỷu tại góc 1800
của thanh
truyền, tốc độ quay 100 vg/ph .........................................................................................76