Sự rung lắc của trục truyền động : Phân tích một trục đường cong chữ U với SOLIDWORKS Motion   

Chúng ta đều biết động cơ đốt trong tuyệt vời như thế nào. Từ xe cắt cỏ đến xe ủi đất, nó làm cho cuộc sống của chúng ta thuận tiện. Tuy nhiên, động cơ sẽ không hữu ích nếu không chuyển động được. Vì vậy, hệ thống truyền động cũng quan trọng như động cơ.

Bất kỳ kỹ sư cơ khí máy móc hạng nặng nào đều sẽ cho bạn biết mức độ quan tâm và cân nhắc kỹ lưỡng trong thiết kế cơ chế và hệ thống truyền lực. Một trong những cân nhắc đó là làm thế nào hệ thống rung động khi điện được truyền qua. Nếu hệ thống không được thiết kế đúng cách, các rung động có thể gây mòn sớm, vết nứt hoặc gây khó chịu cho người vận hành. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ nghiên cứu cách một hệ thống trục khớp chung (U-joint) rung động khi nó chuyển động bằng SOLIDWORKS Motion!

Hãy nghiên cứu hệ thống U-joint đơn giản này. Các khớp nối chữ U được thể hiện bằng màu cam và bao gồm một cặp bản lề được giữ lại với nhau bằng một trục chéo. Khớp nối màu xanh lam là một khớp lăng trụ, có nghĩa là các đơn vị được phép trượt vào và ra khỏi nhau, nhưng nếu một cái quay, cái kia quay cùng với nó. Phần khớp màu xanh lá cây là khớp nối chốt và sẽ cho phép chúng ta điều chỉnh góc đầu vào và đầu ra để thực hiện một số thử nghiệm!

Giả sử chúng ta xây dựng một trong những điều này trong cuộc sống thực và khi lái nó với một động cơ điện vận tốc không đổi, hệ thống đang rung chuyển. Liệu chúng ta có thể tìm hiểu tại sao không? Với SOLIDWORKS Motion chúng ta có thể!

Đây sẽ là thiết lập trên mô hình của chúng tôi:

Không có ốc vít trên mô hình nào cả. Điều này giúp giảm sự phức tạp và thay vào đó, được chăm sóc với các ràng buộc. Giữa mỗi thành viên của hệ thống truyền lực (tức là từ bản lề khớp nối U đến trục ngang đến khớp nối U với khớp lăng trụ…), chúng tôi sẽ chỉ định tiếp xúc khối rắn. Đây là những gì nói với SOLIDWORKS rằng chúng không nên vượt qua nhau. Và loại thử nghiệm này sẽ là gì nếu chúng ta không thực hiện bất kỳ phép đo nào? Chúng ta hãy đặt một cảm biến trên từng lĩnh vực quan tâm: sự khởi đầu của đoàn xe lửa, một cái khác trên những khớp nối lăng trụ, và một cái ở cuối cùng. Các cảm biến này sẽ đo vận tốc quay tại mỗi điểm. Cuối cùng, nhưng không kém phần quan trọng, chúng ta đặt một môtơ có vận tốc không đổi ở đầu các khớp nối chữ U.

Bây giờ, chúng ta nên kiểm tra một trường hợp đơn giản để xem nó có khớp với trực giác của chúng ta hay không, xác minh rằng thiết lập là chính xác. Trường hợp đơn giản nhất cần làm là cả trục đầu vào và góc trục đầu ra song song với mặt đất (tức là 0 độ). Hãy xem cách làm việc này!

Các kết quả như chúng ta mong đợi: một vận tốc không đổi trong các kết quả đầu vào với một vận tốc không đổi trong khớp lăng trụ (tâm) cũng dẫn đến vận tốc không đổi trong đầu ra, như thể toàn bộ hệ thống là một thành phần duy nhất. Tốt! Bây giờ, hãy làm cho nó thú vị hơn!

Đối với mô phỏng tiếp theo này, cho phép thay đổi góc giao trên khớp nối đầu vào để nghiêng ở 30 độ. Đối với hầu hết các mục đích, nó không phải là một cấu hình thực tế của U-joint, nhưng nó sẽ rất thú vị! Vì vậy, với tất cả các thiết lập khác chính xác như nhau, chúng ta hãy nghiên cứu!

Sự thay đổi này cho thấy rằng vận tốc không đổi tại đầu vào biến đổi thành một biến động dao động về tốc độ khi nó đi qua đường cong U-Joint này ở một góc. Chúng ta có thể suy ra từ thí nghiệm đầu tiên rằng một góc 0 độ trên kết quả khớp U không thay đổi vận tốc quay. Do đó, kết quả có ý nghĩa giữa đồ thị thứ hai và thứ ba; chúng phải giống hệt nhau.

Đó là tất cả, nhưng như thế nào là hữu ích? Nếu tôi đặt một vận tốc quay liên tục trên đầu vào, tôi sẽ nhận được điều đó trong đầu ra! Sử dụng nó là gì nếu tôi sẽ lắc thứ được kết nối với đầu ra của tôi? Thử nghiệm mới: Chúng tôi sẽ góc cả hai đầu ở 30 độ. Đây là cấu hình được tìm thấy trong hầu hết các phương tiện cơ giới. Góc thường không phải là cuối cung này, nhưng đó là trục đầu vào và đầu ra song song.

Hãy xem cách di chuyển này với nghiên cứu chuyển động. Các thông số tương tự, góc độ mới.

Kết quả rất thú vị. Nó bắt đầu như một đường thẳng, vận tốc không đổi, thay đổi thành vận tốc quay hình sin, rồi biến đổi một cách kỳ diệu trở lại thành đường thẳng! Bây giờ, những gì có thể xảy ra ở đây? Chúng ta biết rằng một U-joint ở một góc sẽ thay đổi vận tốc không đổi để tăng tốc độ và làm chậm. Hãy nghiên cứu thêm nữa. Vẻ đẹp của cấu hình này là khi khớp đầu tiên tăng tốc, khớp nối thứ hai bị chậm lại và ngược lại. Điều này thực sự hủy bỏ sự thay đổi trong vận tốc!

Câu hỏi tiếp theo mà một số bạn có thể hỏi là nếu sự song song của đầu vào và đầu ra là điều kiện duy nhất cần được đáp ứng cho những thay đổi về vận tốc để triệt tiêu. Chúng tôi sẽ tìm hiểu trong thử nghiệm tiếp theo!

Đối với cái này, chúng ta sẽ đồng bộ (tức là xoắn) một trong các khớp U liên quan đến cái kia, như trong sơ đồ. Hãy nhớ rằng các trục đầu vào và đầu ra vẫn song song với nhau ở 30 độ. Điều đó có nghĩa là đầu ra phải là một đường thẳng?

Kết quả là đầu ra không chỉ duy trì hình sin mà còn tăng cường độ lớn! Điều này là bởi vì chúng tôi đã di chuyển giai đoạn của hai chuyển động kết hợp như thế nào. Thay vì hủy bỏ một cách hài hòa, giờ đây họ đã tăng lên. Khi một khớp nối tăng tốc, cái kia cũng tăng tốc. Điều này làm cho một biến động tích cực hơn về tốc độ gây rung động. Đây là lý do tại sao nếu bạn lấy trục truyền động ra khỏi một chiếc xe, bạn phải đánh dấu các giai đoạn để nhớ định hướng chính xác đường nó đi. Nếu không, bạn sẽ trên một chuyến đi gập ghềnh khi chiếc xe lăn bánh trên đường …

Những kết quả này rất quan trọng bởi vì mặc dù các ô không trực tiếp đo rung động, chúng đủ để phát hiện sự hiện diện của nó và cường độ tổng thể của nó. Vì tất cả các khớp và trục có khối lượng, việc thay đổi vận tốc quay của nó sẽ gây ra các dao động quán tính như được chỉ ra bởi các đường hình sin. Nhưng một câu hỏi vẫn còn. Có phải những kết quả này chính xác? Vâng, chúng ta hãy xem clip này! Cảm ơn các bạn đã theo dõi!