Nghiên cứu khả năng giảm rung của động cơ đốt trong trên bệ máy

- HOÀN VĂN THÀNH NGHIấN CỨU KHẢ NĂNG GIẢM RUNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TRấN BỆ MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Hà Nội – 2005 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI.
- HOÀN VĂN THÀNH NGHIấN CỨU KHẢ NĂNG GIẢM RUNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TRấN BỆ MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.
- PHẠM VĂN THỂ Hà Nội Trung tâm Sau Đại học - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội Học viên: Hoàng Văn Thành - Cao học 2003 Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi.
- Tác giả Hoàng Văn Thành - 3 - Trung tâm Sau Đại học - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội Học viên: Hoàng Văn Thành - Cao học 2003 Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội Mục lục Đề mục Trang Lời cam đoan.
- 8 1.1 Tổng quan về quá trình phát triển ngành động cơ đốt trong.
- 8 1.2 Giới thiệu chung về dao động.
- 11 1.3 Giới thiệu về động cơ đốt trong đặt trên hệ đàn hồi.
- Tính toán động học và động lực học cho động cơ đốt trong.
- 24 2.1 Tính nhiệt cho động cơ D243 (Phụ lục.
- 25 2.2 Tính toán động học và động lực học của động cơ D243.
- 26 2.3 Các lực và mômen quán tính do động cơ D243 gây ra.
- 37 2.4 Tính độ cứng các ụ giảm chấn và mô men quán tính của động cơ.
- 40 2.5 Tìm trọng tâm của động cơ.
- Khảo sát sự truyền rung từ động cơ đốt trong lên bệ máy.
- 54 3.1 Xây dựng mô hình dao động của động cơ.
- 54 3.2 Viết các ph-ơng trình vi phân cho hệ dao động.
- 62 - 4 - Trung tâm Sau Đại học - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội Học viên: Hoàng Văn Thành - Cao học 2003 Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội Ch-ơng 4.
- Tính toán tần số và biên độ dao động của động cơ đốt trong trên bệ máy.
- 67 4.1 Giải các ph-ơng trình vi phân tìm tần số và biên độ của hệ dao động theo các ph-ơng.
- Những khả năng giảm rung cho động cơ đốt trong.
- 78 5.1 ổn định quá trình cháy trong động cơ đốt trong.
- 78 5.2 Lựa chọn kết cấu cho động cơ đốt trong.
- 94 5.3 Những biện pháp hữu hiệu giảm rung cho động cơ đốt trong.
- 110 - 5 - Trung tâm Sau Đại học - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội Học viên: Hoàng Văn Thành - Cao học 2003 Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội Mở đầu Từ khi ra đời, Động cơ đốt trong đã đóng một vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân.
- Động cơ đốt trong cung cấp nguồn động lực chủ yếu cho các trang thiết bị động lực nh-: Ôtô, máy bay, tàu thủy, tàu hỏa, máy xây dựng, máy phát điện, các máy công cụ sử dụng trong Công - Nông - Lâm nghiệp .v.v…Trong thực tế khi sử dụng động cơ đốt trong th-ờng gặp hiện t-ợng động cơ làm việc không êm, không đều, phát sinh tiếng gõ và rung động, ngay cả ở trên các động cơ có tính cân bằng tốt nh-ng trong quá trình làm việc vẫn có hiện t-ợng rung xảy ra, làm giảm tuổi thọ của các chi tiết trong động cơ.
- Việc nghiên cứu giảm thiểu các khả năng gây ra sự rung động cho động cơ cần đ-ợc sự quan tâm đặc biệt của các chuyên gia nghiên cứu về động cơ đốt trong, để trong t-ơng lai động cơ đốt trong làm việc ít rung ồn nhất và có độ tin cậy cao.
- Vấn đề nghiên cứu phát triển nhằm hoàn thiện động cơ đốt trong, cũng nh- tính toán tối -u các cơ cấu truyền động trong động cơ luôn đ-ợc đặt ra đối với các nhà chế tạo và sản xuất động cơ.
- Từ lâu vấn đề về nghiên cứu giảm rung của động cơ đốt trong đã và đang đ-ợc các nhà thiết kế rất quan tâm nghiên cứu nhằm giảm sự rung động gây ra những ảnh h-ởng xấu khi động cơ làm việc, mặt khác rung động trong động cơ đốt trong có thể gây ra rất nhiều h- hỏng cho bản thân động cơ đốt trong nói riêng và thiết bị động lực có trang bị động cơ đốt trong nói chung.
- Chính vì vậy việc nghiên cứu nhằm giảm sự truyền rung từ động cơ đốt trong lên bệ máy là rất cần thiết.
- Nguyên nhân gây ra rung động là do truyền lực qua cơ cấu khuỷu trục thanh truyền thay đổi theo thời gian và chu kỳ nên động cơ đốt trong là nguồn gây rung rất lớn cho bản thân nó và cho bệ máy, lực quán tính do các khối l-ợng không cân bằng của cơ cấu gây ra, do lực luôn luôn thay đổi không theo quy luật, ngoài ra do sai số trong quá trình chế tạo và lắp ghép động cơ.
- 6 - Trung tâm Sau Đại học - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội Học viên: Hoàng Văn Thành - Cao học 2003 Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội Tác hại do rung gây ra có thể rất lớn, đe dọa trực tiếp tới độ bền của trục khuỷu và các ổ trục, làm kẹt pittông và xéc măng, bẻ gẫy các gujông và các bulông bắt bệ với thân máy, gây ứng suất và biến dạng lớn trong các chi tiết máy và làm giảm độ tin cậy chung đối với các ph-ơng tiện giao thông lắp động cơ này.
- Khảo sát hiện t-ợng dao động của động cơ đốt trong trên bệ máy, nghiên cứu tính ổn định của động cơ đốt trong và phân tích các lực chủ yếu gây ra rung động cho động cơ (nh-: lực khí thể, lực quán tính, các mômen của lực quán tính.
- cần đ-ợc tìm hiểu kỹ để từ đó tìm ra các biện pháp khử rung tốt nhất, nâng cao tuổi thọ và hiệu quả làm việc cho động cơ.
- TS Phạm Văn Thể, cùng với sự gúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Động cơ đốt trong Tr-ờng Đại học Bách khoa Hà nội, tôi đã chọn đề tài luận văn cao học của mình là: “Nghiên cứu khả năng giảm rung của động cơ đốt trong trên bệ máy“ Đề tài này nhằm mục đích nghiên cứu các nguyên nhân gây ra rung động cho động cơ đốt trong và tìm các biện pháp khắc phục.
- Ch-ơng 2: Tính toán động học và động lực học cho động cơ đốt trong.
- Ch-ơng 3: Khảo sát sự truyền rung từ động cơ đốt trong lên bệ máy.
- Ch-ơng 4: Tính toán tần số và biên độ dao động của động cơ đốt trong lên bệ máy.
- Ch-ơng 5: Những khả năng giảm rung cho động cơ đốt trong.
- Trong khoảng thời gian ngắn, với tính phức tạp nhất định của đề tài và khó khăn về tài liệu tham khảo cũng nh- thiết bị kiểm chứng, bên cạnh đó do khả năng còn hạn chế nên việc thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu - 7 - Trung tâm Sau Đại học - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội Học viên: Hoàng Văn Thành - Cao học 2003 Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội sót và hạn chế, tác giả rất mong đ-ợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo để có thể tiếp tục hoàn thiện đề tài.
- TS Phạm Văn Thể và tập thể các thầy cô giáo trong Bộ môn Động cơ đốt trong Khoa Cơ khí Tr-ờng Đại học Bách khoa Hà nội.
- Tác giả: Hoàng Văn Thành - 8 - Trung tâm Sau Đại học - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội Học viên: Hoàng Văn Thành - Cao học 2003 Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội Ch-ơng 1 Tổng quan 1.1 Tổng quan về quá trình phát triển ngành động cơ đốt trong 1.1.1 Tính -u việt của động cơ đốt trong và phạm vi sử dụng Nh- chúng ta đã biết, chiếc động cơ đốt trong ra đời năm 1860.
- Trải qua hơn một thế kỷ, ngành động cơ đốt trong ngày nay đã trở thành ngành công nghiệp chủ chốt của nhiều n-ớc công nghiệp phát triển và đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, là nguồn động lực cho các ph-ơng tiện vận tải nh- ô tô, máy bay, tàu thuỷ, tàu hoả,...và các máy công tác nh- máy phát điện, các máy công cụ sử dụng trong nông nghiệp.
- năng l-ợng do động cơ đốt trong cung cấp chiếm khoảng 80% tổng số năng l-ợng tiêu thụ trên trái đất.
- ở n-ớc ta động cơ đốt trong đang đ-ợc dùng với một số l-ợng t-ơng đối lớn, vấn đề phát triển công nghiệp đang đang đ-ợc quan tâm và xu h-ớng nội địa hoá sản phẩm trong n-ớc đang đ-ợc đẩy mạnh trong đó có việc sản xuất động cơ đốt trong.
- Vì vậy, việc nghiên cứu và phát triển động cơ đốt trong sẽ giúp cho ngành động cơ trong n-ớc phát triển hơn nữa, theo kịp các n-ớc trên thế giới, phấn đấu đ-a Việt Nam trở thành một n-ớc công nghiệp hóa trong thời gian tới.
- Động cơ đốt trong ngày nay đã thể hiện nhiều tính -u việt so với các loại động cơ khác nh- tuốc bin hơi, tuốc bin khí.
- Trong một số lĩnh vực, động cơ đốt trong chiếm -u thế đặc biệt mà các loại động cơ khác khó có thể cạnh tranh đ-ợc (ví dụ: dùng làm máy phát điện cho những vùng ch-a có điện l-ới, các ph-ơng tiện giao thông vận tải…) Động cơ đốt trong có những -u điểm nổi bật là: Hiệu suất cao hơn hiệu suất của máy hơi nuớc kiểu pittông và của tuabin hơi và của tuabin khí, kích th-ớc và trọng l-ợng nhỏ, công suất riêng lớn do mọi quá trình biến đổi trạng - 9 - Trung tâm Sau Đại học - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội Học viên: Hoàng Văn Thành - Cao học 2003 Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội thái của môi chất thực hiện bên trong buồng công tác của động cơ.
- Nh-ợc điểm cơ bản là: không phát ra mô men lớn tại tốc độ vòng quay nhỏ nên không khởi động đ-ợc khi có tải, khả năng quá tải kém, công suất cực đại không cao, trong khi công suất của tuabin hơi đạt cao hơn nhiều, nhiên liệu đắt và cạn dần trong thiên nhiên, ô nhiễm môi tr-ờng vì khí xả và ồn.
- áp lực của khí cháy sinh ra trong xylanh của động cơ không đều khiến mômen truyền và số vòng quay của trục không đều làm cho trục khuỷu và hệ trục đ-ợc lai dắt chịu ứng suất xoắn lớn.
- Tuy nhiên trong vài ba thập niên tới động cơ đốt trong vẫn là loại động cơ không thể thay thế, do những động cơ khác tuy -u việt hơn nh-ng vì những lý do kinh tế và kỹ thuật nên ch-a đ-ợc chế tạo hàng loạt.
- H-ớng phát triển chủ yếu của ngành chế tạo động cơ là tăng tuổi thọ, tăng độ bền và độ tin cậy nhờ các biện pháp giảm rung, giảm ồn và giảm thiểu khả năng ô nhiễm môi tr-ờng do động cơ gây ra.
- Do đó đề tài nghiên cứu về vấn đề giảm rung cho động cơ đốt trong, để khi đ-a vào sử dụng loại động cơ này hoạt động đ-ợc êm hơn, nâng cao tuổi thọ của động cơ.
- Hiện nay với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các yêu cầu đặt ra đối với động cơ đốt trong cũng ngày càng cao nh-: Đạt đ-ợc công suất cao, suất tiêu hao nhiên liệu thấp, khối l-ợng động cơ giảm, độ rung ồn nhỏ và đặc biệt yêu cầu khắt khe về chất l-ợng khí xả.
- Chính vì vậy mà vấn đề nghiên cứu giảm rung động cơ đốt trong cũng đ-ợc đặt ra đối với các nhà thiết kế chế tạo, để thỏa mãn các yêu cầu nêu trên.
- 1.1.2 Đối t-ợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài - 10 - Trung tâm Sau Đại học - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội Học viên: Hoàng Văn Thành - Cao học 2003 Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội Hiện nay động cơ đốt trong có rất nhiều loại, nh-ng động cơ đốt trong bốn xylanh đ-ợc dùng rất phổ biến trên các ô tô và máy kéo.
- -u điểm của động cơ bốn xylanh là tính cân bằng tốt, kết cấu của trục khuỷu cân xứng.
- Nh-ợc điểm là khi chế tạo phải thực hiện cân bằng tĩnh và cân bằng động động cơ một cách nghiêm khắc, động cơ bốn xylanh có số xylanh không nhiều chỉ dùng cho các ph-ơng tiện cơ giới cỡ nhỏ, độ điều hoà không cao.
- Một trong những nhà máy sản xuất động cơ diesel ở Việt Nam là nhà máy Diesel Sông Công đã và đang chế tạo hàng loạt loại động cơ diesel D243 bốn xylanh công suất 80 mã lực.
- D-ới đây đề tài đã đề cập và nghiên cứu động cơ diesel D243 bốn xylanh, bốn kỳ, lắp trong phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong Đại học Bách khoa Hà nội.
- Phạm vi nghiên cứu của đề tài giới hạn trong lĩnh vực dao động của động cơ đốt trong.
- Do thời gian và điều kiện hạn chế nên đề tài chỉ nghiên cứu giảm sự truyền dao động cơ học từ động cơ đốt trong bốn kỳ lắp trên bệ đàn hồi do các lực và mômen quán tính các cấp không cân bằng gây ra.
- Đề tài này mong muốn đ-ợc đóng góp một phần nhỏ vào nâng cao khả năng giảm dao động của động cơ trên bệ máy, nhằm mở rộng phạm vi sử dụng động cơ của nhà máy Diesel Sông Công này trên các ph-ơng tiện giao thông vận tải.
- 1.1.3 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Phân tích và tìm ra các nguyên nhân gây ra dao động cho động cơ để từ đó hạn chế đến mức độ tối thiểu các tác hại do rung động gây ra.
- 11 - Trung tâm Sau Đại học - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội Học viên: Hoàng Văn Thành - Cao học 2003 Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội - Chọn ph-ơng án cân bằng động cơ đốt trong trong quá trình thiết kế và chế tạo.
- Có biện pháp hữu hiệu trong quá trình thiết kế các động cơ mới.
- 1.2 Giới thiệu chung về dao động 1.2.1 Khái niệm về dao động Dao động là một hiện t-ợng phổ biến trong tự nhiên và trong kỹ thuật.
- Các máy, các ph-ơng tiện giao thông vận tải, động cơ lắp trên bệ máy, các toà nhà cao tầng, những chiếc cầu bắc ngang qua các dòng sông, các mạch điện trong chiếc đài của bạn đang dùng, chiếc đồng hồ mà bạn đeo trên tay,...đó là các hệ dao động trong kỹ thuật.
- Các quá trình dao động đ-ợc phân loại tuỳ theo các quan điểm khác nhau.
- Căn cứ vào cơ cấu gây lên dao động ng-ời ta phân tích thành dao động tự do và dao động c-ỡng bức, dao động tham số, tự dao động, dao động hỗn độn, dao động ngẫu nhiên.
- 1.2.2 Các loại dao động cơ bản Dao động tự do là dao động đ-ợc sinh ra khi vật thể có sẵn thế năng ở trạng thái tự do, có tính chất tức thời.
- Dao động c-ỡng bức là dao động sinh ra bởi các ngoại lực tác động theo một quy luật nào đó, không phụ thuộc vào chuyển động và tồn tại trong suốt quá trình dao động.
- Tự dao động là loại dao động xuất hiện bởi các lực do bản thân chuyển động gây ra và tắt đi khi ngừng chuyển động.
- Nguyên nhân gây ra chuyển động đó không có tính chất dao động.
- Dao động ngẫu nhiên là loại dao động xuất hiện do các nguyên nhân bên ngoài có tính chất ngẫu nhiên đ-ợc mô tả bằng các đại l-ợng đặc tr-ng trong lý thuyết xác xuất.
- Căn cứ vào số bậc tự do ng-ời ta phân thành dao động hệ một bậc tự do, dao động hệ n bậc tự do, dao động hệ vô hạn bậc tự do.
- 12 - Trung tâm Sau Đại học - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội Học viên: Hoàng Văn Thành - Cao học 2003 Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội Căn cứ vào ph-ơng trình chuyển động ng-ời ta phân thành dao động tuyến tính, dao động phi tuyến.
- Căn cứ vào dạng chuyển động ng-ời ta phân thành dao động dọc, dao động xoắn, dao động uốn.
- Khi nghiên cứu dao động ng-ời ta xác định các đặc tr-ng của dao động và tìm cách giảm các tác động do dao động gây ra.
- Đối với các dạng dao động c-ỡng bức thì ng-ời ta phải kiểm tra xem có xẩy ra hiện t-ợng cộng h-ởng hay không tức là xem tần số dao động riêng có trùng với tần số của lực c-ỡng bức không.
- Ngoài ra khi muốn làm giảm bớt dao động ng-ời ta phải bố trí các bộ phận cản hoặc nhớt để tiêu tán năng l-ợng làm cho dao động có tính chất tắt dần (ví dụ: giảm xóc của xe).
- 1.3 Giới thiệu về động cơ đốt trong đặt trên hệ đàn hồi 1.3.1 Các loại móng và bệ máy * Cơ sở về móng và bệ máy a, Các yêu cầu cơ bản đối với móng và bệ máy Móng và bệ máy thuộc về những cơ cấu khung - bệ để lắp đặt cố định các máy móc và các thiết bị động lực.
- Đối với các thiết bị làm việc ổn định (lực ít thay đổi theo thời gian), kích th-ớc và cấu trúc của móng có thể đ-ợc thiết kế kết hợp với kiểm nghiệm bền - 13 - Trung tâm Sau Đại học - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội Học viên: Hoàng Văn Thành - Cao học 2003 Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội dựa trên các áp lực tĩnh tác dụng lên nền móng.
- Còn đối với các thiết bị có khối l-ợng chuyển động không cân bằng và tác dụng theo nguyên lý va đập (động cơ đốt trong, máy nén kiểu pittông,.v.v) trong khi làm việc th-ờng xuất hiện các tải trọng động và gây rung lớn cho bệ và móng máy.
- Điều này có ý nghĩa - 14 - Trung tâm Sau Đại học - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội Học viên: Hoàng Văn Thành - Cao học 2003 Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội quan trọng đặc biệt đối với các thiết bị động lực dùng cho các cẩu trục, các cụm phát điện l-u động, các cụm diesel bơm n-ớc, diesel máy nén .v.v… Cơ sở để thiết kế các bệ móng là trọng l-ợng và các kích th-ớc bao của cụm máy và các bản vẽ định vị của nhà máy chế tạo động cơ.
- c, Các ph-ơng pháp lắp đặt thiết bị lên móng và bệ máy Có thể lắp đặt trực tiếp thiết bị động lực lên móng bê tông hay định tâm động cơ với thiết bị trên giá chung rồi lắp đặt cả cụm lên móng bê tông lồng khung thép.
- Còn đối với các trang bị động lực cỡ nhỏ, động cơ ít xylanh (th-ờng nhỏ hơn hoặc bằng bốn), tính cân bằng kém th-ờng phải đặt mềm trên bệ móng.
- b- Sơ đồ rung cục bộ 1- Động cơ.
- 5- Bộ giảm rung.
- 15 - Trung tâm Sau Đại học - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội Học viên: Hoàng Văn Thành - Cao học 2003 Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội máy phát điện hay động cơ điện) lắp trên bệ cứng nh- hình (b) (hệ giảm rung cục bộ hay từng phần).
- Trong nguyên lý giảm rung toàn phần, do số l-ợng bộ giảm rung nhiều nên có thể bố trí cân đối, hệ dao động làm việc ổn định hơn và không có sự dịch chuyển t-ơng đối giữa động cơ và máy phát điện trong quá trình làm việc.
- Còn ở nguyên lý giảm rung cục bộ, để khắc phục sự dịch chuyển của động cơ với thiết bị tiêu thụ công suất, giữa chúng đ-ợc quan hệ bằng khớp nối mềm.
- Để giảm rung cho động cơ và bệ máy th-ờng sử dụng các bộ giảm chấn bằng cao su-kim loại và bằng lò xo.
- -u điểm chính của loại giảm chấn bằng cao su kim loại là có ma sát trong lớn, đó là đặc tính quan trọng để dập tắt dao động cộng h-ởng

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