NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG CỦA MẤT CÂN BẰNG ĐẾN ĐỘ BỀN MỎI ROTOR
KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Luận án tiến sĩ này tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của hiện tượng mất cân bằng đến độ bền mỏi của rotor, một vấn đề phổ biến trong các hệ truyền động quay như động cơ, hộp số hay tuabin, đặc biệt là trục truyền lực. Hiện tượng mất cân bằng thường xuyên xảy ra do sai số chế tạo, thiết kế không đối xứng, lắp ráp lệch tâm, mài mòn hoặc phân bố khối lượng không hợp lý. Mất cân bằng gây ra rung động tuần hoàn và ứng suất biến thiên theo thời gian, là một trong những cơ chế chính dẫn đến hư hỏng mỏi. Nhiều nghiên cứu trước đây đã tập trung vào mô phỏng và phân tích mỏi của trục dưới tải trọng tĩnh và động, nhưng ảnh hưởng riêng biệt của mất cân bằng đến độ bền mỏi vẫn cần được làm rõ hơn. Nghiên cứu này nhằm làm rõ ảnh hưởng của các thông số gây mất cân bằng, như khối lượng mất cân bằng và vận tốc quay, đến độ bền mỏi của trục quay.
Các đóng góp chính của luận án bao gồm việc xác định các thông số kỹ thuật ảnh hưởng trực tiếp tới mất cân bằng động trong trục quay: tốc độ quay, khối lượng lệch tâm và vị trí khối lượng mất cân bằng. Nghiên cứu chỉ ra rằng rung động trở nên không ổn định khi tốc độ quay đạt đến tốc độ tới hạn và biên độ dịch chuyển tăng đáng kể, đặc biệt khi lượng mất cân bằng tăng (đến G40), với biên độ dao động trong trường hợp G41.3 (X = ± 0.109; Y = ± 0.135) lớn hơn so với tốc độ tới hạn 1 (X = ± 0.101; Y = ± 0.119), đây là biên độ dao động cần tránh để đảm bảo hoạt động ổn định của rotor. Sự thay đổi góc pha ban đầu của vị trí khối lượng thử nghiệm cũng dẫn đến các biến thể pha rung động, có thể làm tăng hoặc giảm ứng suất uốn và gây hỏng hóc.
Luận án cũng chứng minh độ tin cậy, ổn định không điều kiện, thời gian hội tụ nhanh và độ chính xác cao (<6% sai số so với thực nghiệm) của phương pháp Newmark - β trong phân tích hành vi hệ thống rotor. Một máy thử nghiệm mỏi mới để nghiên cứu độ bền mỏi của trục truyền động không cân bằng đã được phát triển, cùng với một công cụ căn chỉnh trình điều khiển để đánh giá các tác động này. Kết quả thử nghiệm về độ bền mỏi cho thấy giới hạn mỏi và độ bền mỏi của mẫu giảm dưới tác động của các yếu tố không cân bằng (khối lượng thử, tốc độ vận hành, bán kính tải), từ đó xây dựng thành công đường cong mỏi của trục quay bằng thép C45 chịu tác dụng của lực tác động do mất cân bằng. Ngoài ra, biên độ dao động tăng khi chu kỳ tải tăng lên, được giải thích bởi sự xuất hiện và lan truyền của các vết nứt tế vi, khuếch đại ảnh hưởng của lực không cân bằng lên trục.