Nghiên cứu, đánh giá tình trạng của bộ truyền động bánh răng bằng phương pháp phân tích tần số dao động

- NGUYỄN QUANG TÂN NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG CỦA BỘ TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TẦN SỐ DAO ĐỘNG Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1.
- Giới thiệu chung về bộ truyền động bánh răng .
- Một số dạng hỏng thường gặp của bộ truyền bánh răng .
- CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ DAO ĐỘNG .
- Các tham số dao động.
- Gia tốc .
- Biên độ tín hiệu dao động .
- Biên độ dao động .
- Phương pháp phân tích tần số dao động .
- Dao động ngẫu nhiên Chương 3.
- PHÂN TÍCH TẦN SỐ DAO ĐỘNG .
- Bánh răng bị mòn .
- Lựa chọn thiết bị không phù hợp .
- Phương pháp phân tích phổ tần số dao động .
- Thu thập các thông tin cần thiết để phân tích .
- Nhận dạng phổ tần số rung động .
- Phân tích phổ tần số của bánh răng .
- Phân tích phổ tần số của ổ bi .
- Phân tích phổ tần số của Động cơ .
- Chẩn đoán dao động máy quay Chương 4.
- NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG CỦA BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG .
- Đầu dò, thiết bị và mạch đo dao động .
- Thiết bị đo dao động .
- Mô hình, thiết bị nghiên cứu thực nghiệm .
- Tính toán các tần số có thể xuất hiện trong quá trình thí nghiệm .
- Thiết lập thông số đo cho thiết bị CMXA .
- Phân tích kết quả đo .
- Kết luận thí nghiệm KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng, những số liệu và kết quả thực nghiệm được nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn thực tế khách quan.
- Trần Văn Địch_Trường Đại học Bách khoa HN, TS.Trần Đức Quý_Trường Đại học Công nghiệp HN đã hướng dẫn, giúp đỡ tôi về chuyên môn trong suốt thời gian nghiên cứu và xây dựng nội dung luận văn.
- Tuy nhiên, nội dung và phạm vi nghiên cứu đề tài là tương đối rộng và khá mới mẻ với tôi.
- Tôi mong muốn nhận được sự góp ý của các Thầy, các Cô và bạn bè đồng nghiệp trong chuyên môn để có thể tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về đề tài đã chọn.
- m xp(t) Lời giải đặc biệt X0 Trị số của x khi t = 0, m xre Chuyển vị tham khảo X Biên độ của x(t) XRMS Mức biên độ quân phương, m Xpeak Mức biên độ đỉnh, m Xpeak to peak Mức biên độ đỉnh đến đỉnh, m Xaverage Mức biên độ trung bình, m X(ω), X(f) Hàm tần số của x(t) Z,Z(iω) Trở kháng cơ học, N/m δ(t) Hàm Dirac, sốc lý tưởng φ,φm Góc pha, rad λ Tần số sốc, Hz ζ Hệ số giảm chấn.
- c/cc) ω Tần số góc.
- 2πf, rad) ωn,ωm Tần số riêng (=2πf0 = (k/m)1/2) ∃(t) Hàm lược ∃(f) Hàm lược của ∃(t) RMS Giá trị quân phương RPM Số vòng quay, v/p’ GMF Tần số ăn khớp răng, Hz RPMG Số vòng quay của bánh răng chủ động, v/p’ RPMP Số vòng quay của bánh răng bị động, v/p’ 9 BPFO Tần số trên rãnh lăn vòng ngoài của ổ lăn, Hz BPFI Tần số trên rãnh lăn vòng trong của ổ lăn, Hz FTF Tần số trên vóng cách, Hz BSF Tần số của con lăn, Hz Nb Số viên bi trong ổ Bd Kích thước viên bi, mm Pd Khoảng cách giữa các viên bi, mm θ Góc tiếp xúc DANH MỤC CÁC BẢNG TT Chú thích nội dung Bảng 1.1 Dung sai đảo hướng kính của vành bánh răng trụ (µm) Bảng 1.2 Dung sai của sai số hướng răng, độ không song song và độ xiên của các đường tâm bánh răng trụ Bảng 2.1 Các đơn vị tham số Bảng 2.2 Dạng tín hiệu và hệ số đỉnh Fc Bảng 3.1 Tóm tắt sự cố ở tần số quay Bảng 3.2 Tóm tắt vấn đề không đồng trục Bảng 3.3 Tóm tắt về sự cố các bánh răng 10 DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ TT Chú thích nội dung Hình 1.1 Các bộ truyền động bánh răng Hình 1.2 Các dạng mòn của bánh răng Hình 1.3 Răng bị rạn, gẫy Hình 2.1 Thí dụ về tín hiệu dao động điều hòa Hình 2.2 Chuyển vị, vận tốc, gia tốc của cùng một chuyển động Hình 2.3 Các loại biên độ của tín hiệu điều hòa Hình 2.4.
- Các loại biên độ của tín hiệu ngẫu nhiên Hình 2.5 Hai loại thang số (a) tuyến tính và (b) loga Hình 2.6 Một hệ thống gồm khối lượng – lò so - giảm chấn Hình 2.7 Chuyển động tự do của hệ thống với các loại giảm chấn khác nhauHình 2.8 Khái niệm về đặt chồng trong miền thời gian Hình 2.9 Ví dụ về đường cong cộng hưởng Hình 2.10 Biến thiên của hàm đáp ứng theo tần số Hình 2.11 Đáp ứng của hệ một bậc tự do đối với sốc kích thích Hình 2.12 Các phổ sốc cho một xung sốc Hình 2.13 Hệ thuyến tính với đáp ứng xung Hình 2.14 Sơ đồ đáp ứng liên quan đến xung lượng Dirac Hình 2.15 Đáp ứng của hàm lược trong miền thời gian Hình 2.16 Đáp ứng của hàm lược theo miền tần số Hình 2.17 Minh hoạ về một tín hiệu được biến đổi từ (a) miền thời gian sang miền (b) miền tần số Hình 2.18 Phổ tần của một hàm thời gian tuần hoàn Hình 2.19 Các tín hiệu tuần hoàn và phổ tương ứng Hình 2.20 Hàm Dirac và phổ Fourier tương ứng Hình 2.21 Hàm lược thời gian và phổ Fourier tương ứng Hình 2.22 Một ví dụ tiêu biểu về sốc cứng Hình 2.23 Dao động nhất thời và phổ Fourier tương ứng Hình 2.24 Một xung sốc có miền thời gian tỉ lệ nghịch với miền tần số 11 Hình 2.25 Sốc chữ nhật tuần hoàn và phổ Fourier tương ứng Hình 3.1 Đốm nặng gây ra mất cân bằng Hình 3.2 Đáp ứng biên độ của rôto không cân bằng Hình 3.3 Phá hỏng bơm và gối đỡ do mất cân bằng Hình 3.4 Đặc tính của mất cân bằng Hình 3.5 Dạng sóng và quỹ đạo của mất cân bằng Hình 3.6 Đặc tính của không đồng trục Hình 3.7 Phổ tiêu biểu của vấn đề lỏng cơ học Hình 3.8 FFT(Fast Fourier Transform) Spectrum Hình 3.9 Phân biệt và nhận dạng phổ Hình 3.10 Dải tần số chuẩn của bánh răng khi nó hoạt động bình thường Hình 3.11 Phổ đồ thị của bánh răng bị mòn Hình 3.12 Phổ đồ thị của bánh răng bị biến dạng Hình 3.13 Phổ đồ thị của bánh răng bị lệch trục Hình 3.14 Phổ đồ thị của bánh răng bị nứt, gãy hoặc rạn Hình 3.15 Phổ đổ thị khi bánh răng bị lệch tâm và lỏng ổ trục Hình 3.16 Phổ đồ thị chuẩn của Ổ bi ở trạng thái ban đầu (đạt tiêu chuẩn) Hình 3.17 Phổ đồ thị thể hiện sự mài mòn và phát sinh sự mất cân bằng Hình 3.18 Phổ đồ thị của ổ bi đang trong giai đoạn phá hủy Hình 3.19 Phổ đồ thị thể hiện sự hư hỏng ca ngoài của ổ bi Hình 3.20 Broken / Cracked rotor bar Hình 3.21 Broken / Cracked rotor bar, loose rotor bar joints Hình 3.22 Eccentric rotor Hình 3.23 Stator eccentricity, soft foot, Shorted stator laminations Hình 3.24 Grounding fault or tunning fault Hình 3.25 Phase losse Hình 3.26 Shorts in control card, loose connector and more Hình 3.27 Faults in comparitor card (speed fluctuation) Hình 4.1 Tầm tần số và tầm năng động Hình 4.2 Hệ cơ bản đo lường dao động 12 Hình 4.3 Cảm biến vận tốc tiêu biểu Hình 4.4 Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo rung Hình 4.5 Các loại gia tốc điển hình Hình 4.6 Hai dạng gia tốc kê thường dùng Hình 4.7 Đặc tính tần số của một gia tốc kế áp điện Hình 4.8 Tín hiệu chuyển vị của một trục quay Hình 4.9 Tín hiệu chuyển vị của một trục quay Hình 4.10 Một mạng tích phân RC đơn giản Hình 4.11 Chất lượng của tín hiệu được tích phân Hình 4.12 Một bộ thiết bị xách tay dùng để đo và phân tích dao động Hình 4.13 Thiết bị đo và phần mền xử lý Hình 4.14 Mô hình nghiên cứu thực nghiệm Hình 4.15 Các vị trí, phương đo kiểm Hình 4.16 Vị trí gắn gia tốc kế Hình 4.17 Cổng kết nối thiết bị ngoại vi Hình 4.18 Màn hình chính của thiết bị CM-XA44 Hình 4.19 Màn hình Analyzer Hình 4.20 Màn hình Analyzer-Setup Hình 4.21 Quá trình thí nghiệm đo rung động Hình 4.22 Phổ tần số đo được hiển thị trên màn hình Hình 4.23 Chuyển dữ liệu đo về máy tính Hình 4.24 Phổ đồ thị chuẩn của bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc Hình 4.25 Phổ đồ thị của hộp giảm tốc trường hợp cặp răng bị mòn Hình 4.26 Phổ đồ thị của hộp giảm tốc trường hợp lệch trục Hình 4.27 Phổ đồ thị trường hợp bánh răng biến dạng 13 MỞ ĐẦU - Lý do chọn đề tài Trong thực tế, hầu hết máy móc khi được thiết kế chính xác thì trong quá trình hoạt động sẽ có mức dao động thấp.
- Tuy nhiên, trong suốt thời gian hoạt động, tất cả các máy móc, thiết bị đều phải chịu vấn đề mỏi, mòn, biến dạng.
- và hệ quả là dẫn đến sự thay đổi của mức dao động.
- Theo thời gian, các mức dao động tiếp tục tăng lên và cuối cùng dẫn đến các hiện tượng hư hỏng cho máy móc và thiết bị.
- Mặt khác, tất cả các máy và cụm các chi tiết máy khi chuyển động đều gây ra các dao động có tính chấ lặp lại tại một dải tần số nào đó.
- Các tần số dao động này có thể xác định từ đặc tính hình học của các chi tiết máy và có thể được vẽ thành các đồ thị mô tả độ lớn của dao động tại từng giá trị tần số cụ thể.
- Các đồ thị này được gọi là các phổ tần số của dao động.
- Có nhiều nhân tố có thể gây ra dao động cho máy và thiết bị công nghiệp, trong đó dao động do bộ truyền động bánh răng tạo ra thường ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả làm việc của máy và gây ồn trong môi trường làm việc.
- Tần số ăn khớp răng, đó chính là âm thanh do bánh răng phát ra và có thể chứa đựng một khối lượng thông tin về chất lượng, tình trạng thực của bánh răng đó.
- Dựa trên các cơ sở phân tích trên, tôi quyết định chọn nội dung này làm cơ sở, hướng nghiên cứu cho đề tài luận văn tốt nghiệp của mình.
- 14 - Lịch sử nghiên cứu.
- Đây là một nội dung nghiên cứu còn khá mới.
- Ở trong nước và trên thể giới có rất ít các đề tài nghiên cứu về dao động máy.
- Ngày nay, cùng với những đòi hỏi về khả năng sẵn sàng của máy móc, thiết bị.
- Các chuyên gia trong lĩnh vực công nghệ chế tạo máy, bảo trì máy móc, thiết bị đã và đang nghiên cứu các chương trình, kế hoạch bảo trì có hiệu quả và đáp ứng được các yêu cầu cao về khả năng sẵn sàng của các máy móc, thiết bị.
- Đi cùng với sự phát triển đó thì vấn đề nghiên cứu, đánh giá tính trạng của máy móc thông qua phương pháp phân tích tần số dao động của máy đã trở thành nội dung không thể thiếu trong công tác bảo trì máy nói riêng và trong nghiên cứu về Dao động máy nói chung.
- Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.
- Mục đích nghiên cứu của đề tài là : Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về dao động, phương pháp phân tích dao động của máy.
- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu, phân tích phổ tần số dao động của bộ truyền động bánh răng qua đó đánh giá tình trạng của nó.
- Thực nghiệm với các thiết bị đo và phần mền phân tích dao động, phân tích phổ tần số qua đó chẩn đoán tình trạng của bộ truyền bánh răng trên mô hình thí nghiệm phân tích rung động tại trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên.
- Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả Thứ nhất: Hầu hết các vấn đề hỏng hóc trên máy và thiết bị công nghiệp khi sắp xảy ra đều phát ra các tín hiệu báo động rất sớm dưới dạng dao động và vài tín hiệu này có thể nhận dạng được tại các tần số đặc biệt.
- Thứ nhất: Dao động chính là chìa khoá để mở cửa chứng kiến tình trạng bên trong của máy móc.
- Do đó việc phân tích dao động có thể cho biết bộ phận nào của máy đang hoặc sẽ có vấn đề và tại sao và khi nào thì cần phải tiến hành sửa chữa, thay thế.
- Thứ ba: Bằng phương pháp phân tích phổ tần số dao động, cho phép chúng ta nhận biết và phân biệt được các nguồn phát sinh dao động.
- 15 Thứ tư: Bằng kỹ thuật phân tích phổ tần số dao động có thể đánh giá được tình trạng thực của bộ truyền động bánh răng trên máy và thiết bị công nghiệp, tương tự như vậy cũng có thể áp dụng cho các bộ truyền động khác với kết quả tốt.
- Thứ năm: Có thể ứng dụng kỹ thuật phân tích phổ tần số dao động là nền tảng cho kỹ thuật giám sát tình trạng của máy móc, thiết bị công nghiệp và làm cơ sở vững chắc cho công tác “Bảo trì dự đoán.
- Trên cơ sở đó chúng ta có thể dự đoán trước những hư hỏng có thể, lập được kế hoạch bảo trì tối ưu, khai thác tối đa hiệu suất sử dụng thiết bị, máy móc và hệ thống sản xuất, nâng cao độ tin cậy, khả năng sẵn sàng của máy móc, thiết bị và dây truyền sản xuất.
- Phương pháp nghiên cứu.
- Nguyên cứu cơ sở luyết thuyết về dao động của máy.
- Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình “Phân tích rung động” tại Trường ĐHSP Kỹ thuật Hưng Yên 16 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BỘ TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG Sự phát triển của dao động máy gắn liền với sự phát triển của ngành chế tạo máy, từ máy quay chậm đến máy quay cực nhanh và từ máy có kết cấu đơn giản đến máy có cấu trúc phức tạp.
- Như vậy, trong tính toán thiết kế, lắp đặt máy cũng như trong các biện pháp kỹ thuật và công nghệ, người kỹ sư cơ khí phải làm chủ được cơ cấu gây ra dao động để làm giảm tác dụng của động lực lên máy và công trình.
- Mặt khác, người kỹ sư cơ khí cũng cần phải biết cách khai thác và sử dụng mặt có ích của dao động trong công nghệ rung và trong thiết kế chế tạo các loại máy công nghiệp và dân dụng.
- Có nhiều nhân tố có thể gây ra dao động cho máy và thiết bị công nghiệp, trong đó dao động do bộ truyền động bánh răng tạo ra thường ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả làm việc của máy và môi trường làm việc trong Doanh nghiệp.
- Giới thiệu chung về bộ truyền động bánh răng Bộ truyền bánh răng được dùng để truyền chuyển động (truyền mô men xoắn) từ trục này đến trục khác (Hình 1.1), hoặc dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến ( bộ truyền bánh răng thanh răng ).v.v.
- Bộ truyền động bánh răng có một số ưu điểm sau.
- Ăn khớp êm và tải trọng động giảm - Tỉ số truyền không thay dổi - Lắp ghép đơn giản Tuy nhiên, bên cạnh nó còn có một số nhược điểm là - Thường ăn khớp một nửa răng do vậy răng bị mòn ,bị gẫy Hình 1.1 Các bộ truyền động bánh răng 17 - Khi làm việc ở tốc độ cao thường gây ra tiếng ồn - Khó chế tạo - Truyền lực không cao do mài mòn cao - Có thể sinh ra lực dọc trục Một số yêu cầu kỹ thuật chung đối với bộ truyền động bánh răng Bảng 1.1: Dung sai đảo hướng kính của vành bánh răng trụ (µm) Dung sai đường kính vòng chia, µm Cấp chính xác Mô đun mm Bảng 1.2 Dung sai của sai số hướng răng, độ không song song và độ xiên của các đường tâm bánh răng trụ Dung sai, (µm) theo chiều rộng vành răng , mm Cấp chính xác Mô đun mm

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt