Nghiên cứu mô phỏng số bôi trơn thủy động ổ đầu to thanh truyền động cơ đốt trong

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình riêng của tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Trần Thị Thanh Hải và TS. Nguyễn Tiến Lưỡng. Các kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất trì công trình, luận án nào khác.

Hà Nội, ngày 12 tháng 10 năm 2018 Thay mặt Tập thể người hướng dẫn Tác giả luận án TS. Trần Thị Thanh Hải Nguyễn Đình Tân i LỜI CẢM ƠN Đầu tiên tôi xin bày tỏ long biết ơn chân thành và sâu sắc của mình tới tập thể Thầy cô hướng dẫn khoa học là TS. Trần Thị Thanh Hải và TS. Nguyễn Tiến Lưỡng.

Các thầy cô đã gợi mở cho tôi các ý tưởng khoa học, luôn tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Đồng thời tôi cũng xin cảm ơn đến các thầy cô, anh chị em trong bộ môn Máy & Ma sát học – Viện Cơ khí – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, đã nhiệt tình có những góp ý xây dựng để tôi hoàn thành luận án của mình. Tôi xin trân trọng cảm ơn tới Ban giám hiệu, Viện đào tạo sau đại học, Viện Cơ khí – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu từ năm 2011 đến nay. Qua đây, tôi cũng xin cảm ơn đến Giáo sư Aurélian FATU và các thầy cô, anh em tại Viện PPRIME • UPR 3346, Trường Đại học Poitiers, Cộng hòa Pháp đã giúp đỡ và chỉ bảo tôi về trang thiết bị thực nghiệm, các kỹ thuật phân tích trong thời gian tôi nghiên cứu thực nghiệm trong khuôn khổ luận án để tôi có thể hoàn thành luận án của mình.

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, anh chị em đồng nghiệp trường Cao đẳng Điện tử - Điện lạnh Hà Nội đã tạo điều kiện, giúp đỡ và động viên để tôi hoàn thành luận án này. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, những người thân luôn động viên về tinh thần, thời gian và vật chất để tôi có động lực trong quá trình học tập và nghiên cứu để có thể hoàn thành luận án này. Hà Nội, tháng 10 năm 2018 Tác giả Nguyễn Đình Tân ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.

vi DANH MỤC HÌNH VẼ .viii DANH MỤC BẢNG BIỂU .viii MỞ ĐẦU. Lý do chọn đề tài. Mục tiêu nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học của đề tài. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.

Các kết quả mới. 3 Chương 1: TỔNG QUAN. Ổ đầu to thanh truyền. Các Hiện tượng, nguyên nhân hư hỏng.

Khe hở bán kính. Khe hở dọc. Những vấn đề về công nghệ thiết kế sơ bộ ổ đỡ bôi trơn thủy động. Xác định chiều dày màng dầu.

Chọn ổ theo khe hở. Xác định chế độ bôi trơn. Tổng quan tình hình nghiên cứu. Trên thế giới.

Nghiên cứu mô phỏng số bôi trơn ổ đầu to thanh truyền. Nghiên cứu thực nghiệm ổ đầu to thanh truyền. 21 Chương 2: LÝ THUYẾT BÔI TRƠN THỦY ĐỘNG. Phương trình Reynolds tổng quát .2 Phương trình Reynolds cho ổ đỡ thuỷ động .1 Chiều dày màng dầu .2 Phương trình Reynolds.

Hiện tượng xâm thực. Mô hình hóa hiện tượng xâm thực .4 Điều kiện biên Reynolds .5 Áp dụng điều kiên biên Reynolds cho ổ đỡ thủy động. Phương trình cân bằng tải. 33 Chương 3: MÔ PHỎNG SỐ BÔI TRƠN Ổ ĐẦU TO THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ 5S-FE .1 Mô hình hóa bôi trơn ổ đầu to thanh truyền.

Rời rạc miền khai triển ổ. Hàm nội suy và hàm trọng số. Phép biến đổi tọa độ. Tích phân Gauss.

Tính các đạo hàm phụ thuộc thời gian .3 Giải hệ phương trình cân bằng tải bằng phương pháp lặp Newton-Raphson .3 Ổ đầu to thanh truyền động cơ xăng 5S-FE. Thanh truyền động cơ 5S-FE. Đo đường kính trung bình của ổ đầu to thanh truyền của động cơ 5S-FE .2 Giới thiệu thiết bị đo .3 Tiến trình đo.3 Kết quả thực nghiệm. Tải tác dụng lên ổ đầu to thanh truyền động cơ 5S-FE .4 Kết quả mô phỏng số.

Áp suât màng dầu. Chiều dày màng dầu. Độ lệch tâm trục – bạc. 58 iv Chương 4: SO SÁNH KẾT QUẢ CỦA CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG SỐ VỚI PHẦN MỀM ACCEL.

Tính toán số bôi trơn ổ đầu to thanh truyền của động cơ 5S-FE bằng phần mềm tính toán ACCEL. Mục đích tính toán. Tiến trình tính toán. So sánh kết quả mô phỏng số và kết quả trên phần mềm ACCEL.

Áp suất màng dầu. Chiều dày màng dầu. Độ lệch tâm trục – bạc. 62 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ.

Kết luận chung. 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 66 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 72 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Diễn giải e Độ lệch tâm của tâm bạc so với tâm trục εx Độ lệch tâm tương đối của tâm bạc so với tâm trục theo phương x εy Độ lệch tâm tương đối của tâm bạc so với tâm trục theo phương y ρ Khối lượng riêng của dầu bôi trơn ρ0 Khối lượng riêng của hỗn hợp bôi trơn dầu – khí µ Độ nhớt động lực học của dầu bôi trơn ω Vận tốc góc của trục khuỷu d khoảng cách từ lỗ dầu đến tâm của trục khuỷu C Khe hở bán kính (mm) D Đường kính của ổ (mm) R Bán kính ổ (mm) L Chiều dài ổ Λ Hệ số xác định chế độ bôi trơn cho ổ Rq Sai lệch hình học trung bình của bề mặt Ra Sai lệch số học trung bình h Chiều dày màng dầu hmin Chiều dày màng dầu nhỏ nhất u, v, w Vận tốc của dầu bôi trơn theo phương x, y, z U1,V1,W1,U2, V2,W2 Vận tốc của bề mặt 1 và bề mặt 2 theo phương x, y, z P Áp suất thủy động của dầu bôi trơn ∆P Sai lệch áp suất Pmax Áp suất thủy động lớn nhất của dầu bôi trơn σ Ứng suất tiếp tuyến của bề mặt W Hàm trọng lượng F Biến trạng thái Fx; Fy Tải trọng tác dụng lên ổ r Chiều dày lớp hỗn hợp bôi trơn dầu - khí Ω Miền khai triển ổ Ω + Điểm màng dầu bắt đầu gián đoạn Ω - Điểm màng dầu bắt đầu hồi phục t Thời gian ∆t Bước thời gian vi J Ma trận Jacobi EHD Elastohydrodynamic THD ThermoHydrodynamic TEHD Thermo ElastoHydroDynamic vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các bộ phận của thanh truyền .2 Một số hư hỏng thường gặp của ổ đầu to thanh truyền .3 Màng dầu bôi trơn trong ổ đỡ thanh truyền .4 Chiều dày màng dầu nhỏ nhất có thể chấp nhận được.5 Lựa chọn ổ theo khe hở bán kính.6 Mô hình rời rạc ổ đầu to thanh truyền .7 Ứng suất trong thanh truyền chịu tác dụng của lực siết bu-lông .8 Biến dạng của ổ đầu to thanh truyền chịu siết bu-lông .9 Hình dạng ban đầu của các bạc lót do lực xiết bu lông .10 Hình dạng của bạc lót trong một chu kỳ của hoạt động .11 Mô hình ổ đầu to thanh truyền .12 Sự dịch chuyển của bạc lót trong ổ đầu to thanh truyền .13 (a) Tiếp xúc tròn xoay và (b) Mô hình ổ đầu to thanh truyền.14 Thanh truyền và hệ thống đo đặc tính bôi trơn ô đầu to .15 Băng thử để khảo sát bôi trơn ổ đầu đo thanh truyền .16 Sơ đồ lực tác dụng lên ổ đầu to thanh truyền.17 Ứng suất trong thanh truyền .18 Trượt tương đối của bạc lót trong ổ .20 Thiết bị thực nghiệm .19 Thiết bị nghiên cứu bôi trơn ổ đầu to thanh truyền của Pierre-Eugene .3 Hệ tọa độ xác định chiều dày màng dầu .4 Miền khai triển ổ .5 Hiện tượng xâm thực màng dầu xảy ra trên 1 ổ đỡ .6 Vùng khai triển màng dầu .7 Phân bố áp suất trong tiết diện giữa ổ theo phương dọc trục.8 Sơ đồ cân bằng lực tác dụng lên thanh truyền .1 Rời rạc miền khai triển ổ .2 Phép biến đổi hệ tọa độ .4 Lưu đồ thuật toán chương trình chính .5 Lưu đồ thuật toán chương trình xử lý dữ liệu đầu vào .6 Lưu đồ thuật toán chương trình giải bài toán 1.7 Lưu đồ thuật toán chương trình giải bài toán 2.8 Thanh truyền động cơ 5S-FE .9 Hình ảnh tổng thể máy TALYRON 365 .10 Hình ảnh chụp màn hình phần mềm đang làm việc .11 Ổ đỡ, trục mẫu đi kèm theo máy Talyron 365 .12 Đo đường kính ổ đầu to thanh truyền .13 Kết quả đo đường kính ổ đầu to thanh truyền 25Nm+300 .14 Kết quả đo đường kính ổ đầu to thanh truyền 25Nm+300 tại một tiết diện .15 Trung tâm điều khiển băng thử MEGAPASCALE .16 Tải tác dụng lên ổ đầu to thanh truyền động cơ 5S-FE .17 Chia lưới ổ đầu to thanh truyền .18 Phân bố áp suất theo phương chu vi tại 3700 của trục khuỷu khi khe hở bán kính C = 24µm .19 Phân bố áp suất theo phương chiều dài tại 3700 của trục khuỷu khi khe hở bán kính C = 24µm .20 Phân bố áp suất tại góc 3700 của trục khuỷu khi khe hở bán kính C = 24µm .21 Phân bố áp suất tại tiết diện giữa ổ theo phương chu vi tại các góc 200, 3200, 3500, 3700 của trục khuỷu khi khe hở bán kính C = 24µm .22 Vị trí mòn trên nửa bạc lót dưới do hiện tượng xâm thực .23 Phân bố áp suất tại góc 200 của trục khuỷu khi khe hở bán kính C = 24µm .24 Phân bố áp suất tại góc 7000 của trục khuỷu khi khe hở bán kính C = 24µm .25 Phân bố áp suất tại góc 3200 của trục khuỷu khi khe hở bán kính C = 24µm .26 Phân bố áp suất tại tiết diện giữa ổ theo phương chu vi tại góc 3700 của trục khuỷu với C = 24µm, C = 38µm, C = 55µm, C = 69µm .27 Áp suất màng dầu lớn nhất khi C = 24µm, C = 38µm, C = 55µm, C = 69µm .28 Chiều dầy màng dầu nhỏ nhất hmin, áp suất màng dầu lớn nhất pmax theo góc quay của trục khuỷu với C = 24µm .29 Độ lệch tâm tương đối của thanh truyền và trục khi khe hở bán kính C = 24µm .30 Độ lệch tâm tương đối của thanh truyền và trục khi thay đổi khe hở bán kính .1 Giao diện màn hình tính toán của phần mềm ACCEL .2 Áp suất lớn nhất pmax theo góc quay của trục khuỷu .3 Chiều dày màng dầu nhỏ nhất hmin theo góc quay của trục khuỷu .