27_ung dung phan mem ansys

CHO MNG NGY THNH LP TRNG I HC HNG HI VIT NAM, 01/ 4/ 2009

Tp ch Khoa hc Cng ngh Hng hi S 17 4/2009

29

NG DNG PHN MM ANSYS TNH TON DAO NG XON H TRC KHUU NG C T TRONG

USING ANSYS SOFTWARE TO CALCULATE TORSIONAL VIBRATION OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE CRANKSHAFT ASSEMBLY

ThS. NGUYN NNG THNG

PGS.TS. O TRNG THNG PGS.TS. LI VN NH

Hc vin K thut Qun s Tm tt:

S dng cc phn mm c sn gii cc bi ton c kh l xu hng ang c ng dng v pht trin mnh m trong nhng nm gn y. Bi bo cp vic ng dng phn mm ANSYS tnh ton dao ng xon h trc khuu ng c t trong.

Abstract: Using available softwares to model mechanical system behaviours is a tenclency now. This article deals with looking at an application of ANSYS to calculate the torsional vibration of the internal combustion engine crankshaft assembly.

1. t vn

Ngy nay, vic cng ho ng c t trong thng c thc hin bng bin php tng p, tng tc vng quay nh mc v tng s xi lanh ca ng c nn vic tnh ton kho st dao ng xon h trc khuu cn phi c quan tm nhiu hn. Do tnh cht phc tp ca bi ton v cng c my tnh cha pht trin, nn trc y khi gii bi ton dao ng xon ca h trc khuu ng c t trong ngi ta ch quan tm n cc ch cng hng v ch xt dao ng ca h di tc ng ca cc m men iu ho cp chnh m b qua cc cp iu ho ph. S sai khc ny s c tnh vo gi tr ca ng sut cho php [5]. Trn thc t, trong mt s trng hp, khi thc hin php cng tc dng ca cc thnh phn iu ho th gi tr ca ti trng tng hp li ln hn nhiu so vi ti cng hng gy ra bi cc cp iu ho chnh thm ch cn xy ra i vi vng nm ngoi min cng hng. Vi vic hon thin phng php tnh cng nh s pht trin mnh m ca cc cng c tnh ton, bi ton dao ng xon ca trc khuu ngy cng c kho st mt cch chi tit v st vi thc t hn. Vi cc phn mm tnh ton hin i cho php kho st dao ng xon ca h trc khuu di tc ng tng hp ca cc cp iu ha khc nhau ng thi c th kho st dao ng ca h trn ton b di vng quay lm vic ca ng c. Bi bo s trnh by cch xy dng m hnh tnh, cch gii bi ton dao ng xon t do, dao ng xon cng bc ca h trc khuu bng phn mm ANSYS, mt phn mm chuyn nghip c nhiu hng cng nghip trn th gii s dng.

2. Ni dung Xy dng m hnh tnh

Nh chng ta bit, h trc khuu ca ng c t trong l mt h thng rt phc tp, bao gm trc khuu v cc khi lng chuyn ng lin kt vi chng. thun tin cho vic tnh ton, ngi ta thng thay th (quy dn) h thng phc tp bng mt h thng tng ng n gin. H thng tng ng bao gm cc khi lng tp trung (cc a) c gn ln cc on trc c cng tng ng vi cc on trc thc. Khi quy dn h thng thc v h tng ng cn phi m bo cc iu kin [1], [3], [5]:

- ng nng v th nng ca h thc phi bng ng nng v th nng ca h tng ng.

- Cng (hoc cng sut) ca cc lc (bao gm cc lc kch thch v cc lc cn) tc ng ln h thc phi bng cng (hoc cng sut) ca cc lc tc ng ln h tng ng.

Trn hnh 1 l m hnh tng ng khi kho st dao ng xon ca ng c 6L-350PN c lp trn tu Bch ng.



30

Hnh 1. M hnh tng ng h trc khuu ng c 6L-350PN

a m hnh tng ng trn vo trong phn mm ANSYS, ta phi s dng 2 phn t: phn t MASS21 v phn t COMBIN14. Phn t MASS21 dng m t cc khi lng tp trung (cc a), thng s khai bo cho phn t ny l m men qun tnh khi lng. Phn t COMBIN14 dng m t cc khu n hi v cc khu gim chn, thng s khai bo cho phn t ny l cng v cc h s cn. Sau khi t cc ti trng lin kt ta s c m hnh tnh nh trn hnh 2.

Hnh 2. M hnh tnh ton dao ng xon ng c 6L-350PN bng phn mm ANSYS

Bi ton dao ng xon t do Mc ch tnh ton dao ng xon t do l xc nh tn s dao ng t do v dng dao

ng ring ca h. thc hin bi ton ny ta la chn kiu phn tch ca bi ton l Modal Analysis. H c n khi lng, kt qu phn tch s cho c n tn s dao ng ring v n dng dao ng ring tng ng. i vi m hnh h khng b ngm th tn s ring th nht bao gi cng bng khng v dng dao ng ring th nht chnh l chuyn ng quay ca vt rn c chu k dao ng bng v cng. Vi m hnh trn hnh 2 kt qu thu c gm 7 tn s dao ng t do ca h: f1 = 0(Hz); f2 = 47.74(Hz); f3 = 128.60 (Hz); f4 = 206.73(Hz); f5 =275.87(Hz); f6 = 330.53(Hz) ; f7 = 365.64 (Hz). Vi kt qu ny, ta s xy dng c biu cng hng nh trn hnh 3.

1

br1

M1 M2 M3 M4 M5 M6

c1 c2 c3 c4 c5 c6

1J 2J 3J J4 J5 J6 J7 b1 b2 b3 b4 b5 b6

br2 br3 br4 br5 br6

2 3 4 5 6 7



31

Hnh 3. Biu cng hng dao ng xon ng c 6L-350PN

T biu ny d dng xc nh c vi tn s ring f2 = 47.74(Hz) s c 10 ch cng hng c th xy ra (t cp 15 n cp 24). Vi cc tn s ring khc s khng c cng hng trong di tc lm vic ca ng c.

Bi ton dao ng xon cng bc

Mc ch ca bi ton dao ng xon cng bc l tm bin dao ng xon ca cc khi lng ti cc ch tnh ton. Khi dao ng, h trc khuu chu tc dng ca m men kch thch t cc xy lanh ca ng c. Cc gi tr ca m men kch thch c th xc nh bng cc phn mm tnh ton chu trnh cng tc. y l cc hm tun hon theo tc gc ca trc khuu ng c. i vi ng c 4 k, chu k T= 120/n vi ng c 2 k T= 60/n (n: tc vng quay trc khuu [vg/ph]). tin cho vic kho st dao ng xon cc m men kch thch ny c phn tch thnh cc hm iu ho thng qua php khai trin Fuarier. V mt l thuyt, s lng cc thnh phn iu ho c th l v cng v c gii hn bi di tc lm vic ca ng c. Trn thc t ta ch cn xt n cp iu ho 24 l , bi l vi cc cp iu ho cao hn th bin dao ng ca cc khi lng trong h do cc cp iu ho ny gy ra l qu nh v c th b qua.

Nh vy khi ng c lm vic ti mt ch tc nht nh, h trc chu tc dng ng thi 24 m men iu ho cc cp ca cc m men kch thch. Mi mt cp iu ho gy ra cho h mt dao ng iu ho tng ng. Tng hp ca cc dao ng iu ho ny l mt dao ng tun hon c chu k ng bng chu k ca m men xon.

thc hin gii bi ton dao ng xon cng bc h trc khuu ta la chn kiu phn tch bi ton l Harmonics Analysis. Bao gm cc bc sau:

Bc 1: Ti mi nt tng ng vi mi khuu trc ca h ta t cc m men iu ho kch thch cp 1, gc lch pha ban u ca cc m men ny c xc nh thng qua th t lm vic ca cc xy lanh ng c. Tin hnh gii (c thc hin bng lnh solve), kt qu thu c l cc dao ng iu ho ca cc nt di tc ng ca m men iu ha kch thch cp 1. V mt l thuyt, bi ton dao ng cng bc ca h nhiu bc t do c cp chi tit trong cc ti liu [2], [3], [5], tin cho vic tnh ton, cc phng php s thng biu din cc hm iu ho di dng s phc. Mi dao ng iu ho tng ng ca cc khi lng u c xc nh thng qua phn thc v phn o.

Bc 2: Lp li cng vic trn cho cc m men iu ha kch thch cp 2 cho n cp 24. Kt qu cui cng s thu c 24 dao ng iu ha c lp i vi mi mt khi lng ca h.

40 80 120 160 200 240 280 320 360 n[vg/ph] 0 0

20

40

f[Hz]

k=1 k=2 k=3

k=4 k=5 k=6 k=7

k=9 k=10

k=8

k=11 k=12

k=13 k=14 k=15 k=16 k=17

k=18 k=19

k=20

k=

21

k=22

k=

23

k=24

f2 = 47.74



32

Bc 3: Tng hp 24 dao ng iu ho c lp nu trn s c dao ng tng hp ca mt khi lng ang xt. Phng trnh biu din dao ng tng hp ny c xc nh theo cng thc sau:

24

1

2sin2cos)(k

kk Ttkb

Ttkat (1)

Trong : t = i.T/m (i=1,2,3,...m) vi m l s im chn trc;

ak, bk: phn thc, phn o ca dao ng iu ha tng ng vi cp k. Cc h s ak, bk ny c xc nh bc 2.

Trn hnh 4 l bin dao ng xon tng hp ca khi lng th 7 (tng ng vi bnh ) ti tc 318 vg/ph (tc cng hng ng vi cp iu ha 18) ca ng c 6L-350PN. D thy bin dao ng tng hp ln hn ng k so vi cc bin dao ng thnh phn.

Khi lng cung cp nhin liu cho mt chu trnh cng tc l khng i (khi thanh rng bm cao p v tr c nh), c th coi s thay i ca p sut kh th theo gc quay trc khuu gia cc tc khc nhau l khng ng k. Tc l vic phn tch Fuarier m men ca lc kh th theo gc quay trc khuu l khng i. Khi c th xc nh c bin dao ng ca cc khi lng tt c cc tc khc nhau bng cch cho tn s gc ca cc m men iu ha kch thch thay i tng ng theo tc gc ca trc khuu. Trn hnh 5 l th biu din bin dao ng xon ca bnh ng c 6L-350PN cc tc v tn s khc nhau (hay cn gi l th Waterfall). Vi th ny cho php nh gi mt cch tng qut v dao ng ca cc khi lng.

Sau khi c c bin dao ng tng hp ca cc khi lng, ta d dng xc nh c gi tr ng sut ln nht do dao ng xon gy ra trn cc on trc xen gia cc khi lng theo cng thc sau:

ix

iiii

Wctt .)()( max1

max

(2)

trong : ixW - m un chng xon ca on trc th i; ci - cng chng xon ca on trc th i.

Hnh 5. th Waterfall biu din bin dao ng xon ca bnh

Hnh 4. Bin dao ng ca bnh ti n=318vg/ph

1- Bin dao ng tng hp; 2- Bin dao ng do m men iu ha

cp 3 gy ra; 3- Bin dao ng do m men iu ha

cp 18 gy ra.

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0 180 360 540 720

Gc quay trc khuu []

Bi

n

dao

n

g [

]

12

3



33

3. Kt lun Vi vic s dng phn mm ANSYS cho php tnh ton dao ng xon h trc khuu

ng c t trong mt cch nhanh chng v st vi thc t hn. Kt qu tnh ton cho php nh gi mt cch tng qut hn v trc quan v dao ng ca h. Vic ng dng phn mm ANSYS cng c th c p dng cho bi ton dao ng xon h trc chn vt tu thu.

TI LIU THAM KHO

[1]. Li Vn nh, Vy Hu Thnh, Kt cu v tnh ton ng c t trong, Tp 1, Hc vin K thut qun s, 1996. [2]. Nguyn Vn Khang, Dao ng trong k thut, Nh xut bn Khoa hc v K thut, 2001. [3]. GS-TSKH Franz Holzweiig, GS-TSKH Hans Dresig, Gio trnh ng lc hc my, Nh xut bn Khoa hc v k thut, 2001 (ti liu dch). [4]. Nguyn Trng Ging, Nguyn Vit Hng, ANSYS v M phng s trong cng nghip bng phn t hu hn, Nh xut bn Khoa hc v K thut, 2003. [5]. .., , , 1954.

Ngi phn bin: TS. Nguyn i An

27_ung dung phan mem ansys

Documents