BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
NGUYỄN MINH QUÂN
Nghiên cứu ảnh hưởng của cấu trúc đệm lót tới
đáp ứng động lực học của ổ khí động đàn hồi
Ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 9520103
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Hà Nội – 2023
Công trình được hoàn thành tại:
Đại học Bách khoa Hà Nội
Tập thể hướng dẫn khoa học:
1. GS.TS. ĐINH VĂN PHONG
2. TS PHẠM MINH HẢI
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án
tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa
Hà Nội
Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
1
A. MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Ổ khí động đàn hồi, khác với ổ khí truyền thống, làm việc
không cần cấp khí áp cao do có cấu trúc đệm đàn hồi có khả
năng nhu động dưới tác dụng của áp suất thủy động khi trục
quay. Chính nhờ biến dạng đàn hồi của cấu trúc đệm nên dù
trục có thể bị dãn nở khi quay ở tốc độ cao nhưng khó bị kẹt ổ
hơn. Tổ chức đầu tiên thực hiện các nghiên cứu bài bản về
loại ổ này là NASA, và cho đến bây giờ đã thu hút sự quan
tâm của rất nhiều các nhà khoa học trên thế giới về chủ đề
này. Từ các nghiên cứu lý thuyết về mô hình hóa cấu trúc
đệm, xác định khả năng tải lý thuyết của ổ, xây dựng các kỹ
thuật mô phỏng và tính toán tiết kiệm thời gian, đến các đánh
giá thực nghiệm về tốc độ làm việc tới hạn của ổ, phát minh
và ứng dụng các lớp phủ để giảm mòn bề mặt trục - ổ khi làm
việc. Có thể thấy rằng tất cả các nghiên cứu đều hướng đến
nâng cao khả năng làm việc của ổ khí động đàn hồi. Qua các
nghiên cứu, có thể thấy cấu trúc lớp đệm đóng vai trò quyết
định với thiết kế của ổ khí động đàn hồi, dẫn đến việc một số
mô hình của cấu trúc đệm đã được đề xuất nhằm phân tích lý
thuyết về khả năng làm việc của ổ. Tuy nhiên, các mô hình
này chưa thuận lợi cho việc đánh giá ảnh hưởng của các thông
số cấu trúc đệm tới khả năng làm việc của ổ một cách đầy đủ.
Ngoài ra, các nghiên cứu đánh giá mới chỉ dừng lại ở trường
hợp trục có một ổ đỡ bằng ổ khí động đàn hồi.
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
Mục đích của luận án
Luận án đặt ra mục tiêu tìm hiểu về khả năng làm việc của hệ
trục-ổ khí động đàn hồi qua nghiên cứu lý thuyết và thực
nghiệm, đánh giá ảnh hưởng của một số thông số đặc trưng và
bước đầu làm chủ công nghệ về ổ khí động đàn hồi. Để đạt
được điều này, luận án đề ra các nội dung cụ thể như sau:
- Phát triển mô hình động lực học của cấu trúc đệm nhằm xác
định thông số động lực học. Mô hình này có xét đến một số
thông số hình học đặc trưng của cấu trúc đệm.
2
- Phát triển phương pháp tính toán mô phỏng động lực học để
nghiên cứu về khả năng làm việc của hệ trục-ổ. Ảnh hưởng
của một thông số động lực học của cấu trúc đệm, thông số
công nghệ của ổ đến khả năng làm việc của hệ cũng được
khảo sát và đánh giá.
- Thiết kế, chế tạo ổ khí động đàn hồi, trục quay để xây dựng
hệ thống thực nghiệm trục-ổ nhằm củng cố nghiên cứu lý
thuyết.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
Đối tượng nghiên cứu của luận án: ổ đệm khí dạng sóng thế
hệ thứ nhất, có cấu trúc đệm gồm một lớp lót ổ và một tấm
đệm dạng sóng. Hai lớp đệm này được cố định một đầu trên
vỏ ổ, đầu còn lại để tự do để có thể dễ dàng biến dạng đàn hồi.
Phạm vi nghiên cứu của luận án: Thông qua việc phát triển
một mô hình cấu trúc đệm sóng, luận án sẽ nghiên cứu và
đánh giá ảnh hưởng của các thông số tới khả năng làm việc
của hệ trục-ổ. Các thông số ảnh hưởng bao gồm:
- Thông số hình học của cấu trúc đệm: chiều dày của đệm,
chiều cao của sóng, chiều rộng của sóng, số sóng.
- Thông số công nghệ: khe hở hướng kính danh nghĩa giữa
ngõng trục và lót ổ, chiều rộng của ổ.
Mô hình trục-ổ được xây dựng và phân tích với giả thiết trục
cứng tuyệt đối và trong môi trường đẳng nhiệt.
Sau đó, sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn và giải thuật
Newton-Raphson để giải hệ phương trình đặc tính, luận án sẽ
phân tích khả năng làm việc của hệ trục-ổ, được thể hiện qua
miền tốc độ quay của ngõng trục sao cho hệ đạt trạng thái cân
bằng. Luận án sẽ chỉ ra ảnh hưởng của các thông số trên đến
sự thay đổi của dải tốc độ này.
3. Phương pháp nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu luận án đã đề ra, phương pháp của luận
án là kết hợp giữa phương pháp lý thuyết và thực nghiệm, cụ
thể là:
- Tiếp thu, kế thừa có chọn lọc các thành quả nghiên cứu của
thế giới về ổ khí động đàn hồi.
3
- Ứng dụng các phương pháp mô hình hóa, các kỹ thuật giải
phương trình vi phân để đánh giá ảnh hưởng của các thông số
cấu trúc đệm.
- Ứng dụng các phần mềm để kiểm chứng các tính toán lý
thuyết thông qua thực nghiệm
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
Ý nghĩa khoa học
- Góp phần vào sự nghiên cứu và phát triển chung trên thế
giới và ở Việt Nam về ứng dụng ổ khí động đàn hồi
- Tiếp cận dần với công nghệ ổ khí động đàn hồi, xuất phát từ
hiểu biết cơ bản về ứng xử động lực học của các loại ổ này
- Cung cấp hiểu biết sâu hơn về các thông số cấu tạo của ổ khí
động đàn hồi đến khả năng làm việc và phạm vi ứng dụng.
Ý nghĩa thực tiễn
- Bước đầu thiết kế và chế tạo ổ khí động đàn hồi dùng đệm
sóng sử dụng vật liệu thông dụng và công nghệ chế tạo phù
hợp ở Việt Nam cho mục đích thí nghiệm.
- Là tiền đề để xây dựng bộ số liệu thiết kế ổ khí động đàn hồi
dùng đệm sóng ứng dụng trong các thiết bị, hệ thống cụ thể.
- Những kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở quan trọng để tiếp tục
đưa công nghệ ổ khí động đàn hồi vào nghiên cứu và ứng
dụng sâu rộng ở Việt Nam và trên thế giới.
5. Các đóng góp mới của luận án
- Đề xuất được một mô hình động lực học của cấu trúc đệm có
kiểm chứng bằng lý thuyết và thực nghiệm, để từ đó có thể
đánh giá được ảnh hưởng của các thông số cấu trúc đệm tới
tốc độ tới hạn của ổ.
- Cung cấp những đánh giá sơ bộ về việc lựa chọn phương án
thiết kế cấu trúc đệm nhằm đáp ứng yêu cầu thực tiễn cụ thể.
- Xây dựng và đưa ra phương pháp tính toán hiệu quả đối với
một hệ động lực học phức tạp trục-màng khí-đệm lót.
- Thử nghiệm đo các đặc tính tĩnh học và bước đầu thử
nghiệm động lực học trong điều kiện trang thiết bị và kỹ thuật
chế tạo còn hạn chế.
