Độ Bền Mỏi Rotor: Nghiên Cứu Thông Số & Cân Bằng Động

Trong các hệ thống truyền động quay như động cơ, hộp số và tuabin, hiện tượng mất cân bằng động của các trục quay là vấn đề kỹ thuật phổ biến do sai số chế tạo, lắp ráp hoặc mài mòn. Sự mất cân bằng này gây ra các rung động tuần hoàn và ứng suất thay đổi theo thời gian, là nguyên nhân chính dẫn đến hỏng mỏi. Mặc dù có nhiều nghiên cứu về mỏi trục, ảnh hưởng cụ thể của mất cân bằng đến độ bền mỏi vẫn chưa được làm rõ đầy đủ. Do đó, nghiên cứu sâu hơn về các thông số gây mất cân bằng, bao gồm khối lượng lệch tâm và tốc độ quay, là vô cùng cần thiết. Mục tiêu của luận án này là làm sáng tỏ các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi rotor, góp phần nâng cao độ tin cậy và kéo dài tuổi thọ của hệ thống truyền động.

Các nhà nghiên cứu, kỹ sư cơ khí, và học giả trong lĩnh vực động lực học rotor, phân tích rung động và độ bền mỏi của vật liệu, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp sử dụng hệ thống truyền động quay.

Luận án này tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của mất cân bằng đến độ bền mỏi rotor trong các hệ thống truyền động quay. Nghiên cứu đã xác định các thông số kỹ thuật then chốt ảnh hưởng trực tiếp đến mất cân bằng động của trục quay, bao gồm tốc độ quay, khối lượng lệch tâm và vị trí khối lượng mất cân bằng. Các kết quả cho thấy rung động trở nên không ổn định và biên độ dịch chuyển tăng đáng kể khi tốc độ quay đạt đến tốc độ tới hạn. Đặc biệt, việc tăng lượng mất cân bằng lên đến cấp G40 làm tăng biên độ dịch chuyển, với trường hợp G41.3 ghi nhận biên độ dao động vượt qua cả tốc độ tới hạn 1, nhấn mạnh sự cần thiết phải tránh các biên độ này để đảm bảo rotor hoạt động ổn định, lâu dài. Hơn nữa, sự thay đổi góc pha ban đầu của khối lượng thử nghiệm có thể làm biến đổi pha rung động, dẫn đến tăng hoặc giảm ứng suất uốn và khả năng gây hỏng hóc trục quay. Về phương pháp, luận án chứng minh phương pháp Newmark-β là một cách tiếp cận đáng tin cậy để phân tích hành vi của hệ thống rotor, mang lại độ ổn định, hội tụ nhanh và độ chính xác cao với sai số dưới 6% so với thực nghiệm. Một máy thử nghiệm mỏi mới đã được phát triển để nghiên cứu tuổi thọ mỏi của trục truyền động không cân bằng ở tốc độ thử nghiệm lên đến 3000 vòng/phút. Các thử nghiệm mỏi chỉ ra rằng các yếu tố mất cân bằng như khối lượng thử, tốc độ vận hành và bán kính tải thử làm giảm giới hạn mỏi và độ bền mỏi của các mẫu so với trục uốn thuần túy. Từ đó, một đường cong mỏi S-N cho trục thép C45 dưới tải trọng không cân bằng đã được xây dựng. Biên độ dịch chuyển tăng theo chu kỳ tải trọng, có thể do sự hình thành và lan truyền của các vết nứt mỏi, làm khuếch đại ảnh hưởng của lực không cân bằng lên trục. Những phát hiện này cung cấp hiểu biết sâu sắc về thiết kế và vận hành an toàn các hệ thống rotor.