Содержание к диссертации
Введение
Анализ современного состояния проблемы защиты от вибрации деталей и узлов транспортных систем
1.1. Анализ современных методов и средств подавления вибрации 10
1.1.1. Тросовые виброизоляторы 10
1.1.2. Изделия из материала металлорезина 16
1.1.3. Многослойные пластинчатые демпферы 20
1.2. Обзор опубликованных материалов по методам исследования свойств 26 средств виброзащиты
1.3. Обзор работ по исследованию динамики роторов на анизотропных упру- 37 го-демпферных опорах
1.4. Достижения науки о сосредоточенном демпфировании в решении про- 41 блемы пространственной виброзащиты
1.5. Постановка задачи исследования 43
Разработка методов расчета упруго-диссипативных свойств средств виброза-щиты и результаты расчетных исследований
2.1. Метод расчета УФХ многослойных кольцевых гофрированных демпферов в режиме одноосного нагружения 49
2.2. Исследование анизотропии упругодиссипативных свойств многослойных демпферов опор быстровращающихся роторов
2.2.1. Способы оценки и классификация анизотропии УФХ демпфирующих устройств
2.2.2. Расчетные исследования анизотропии УФХ демпфирующих устройств в режиме одноосного демпфирования
2.2.3. Метод расчета и результаты расчетных исследований анизотропии УФХ Демпфирующих устройств в режиме прецессии с постоянным эксцен- гутриситетом
2.3. Метод расчета УФХ упругогистерезисных элементов из упругопористого материала MP в режиме одноосного и прецессионного деформирования
2.4. Метод расчета и исследование свойств виброизоляторов с криволинейными упругогистерезисными тросовыми элементами -«
2.5. Особенности гистерезиса в пространственных виброзащитных системах при совместных гармонических колебаниях массы о»
2.6. Основные результаты и выводы по разделу 96
Влияние технологических и конструктивных факторов на эффективность виброзащиты
3.1. Моделирование влияния допусков на размеры и технологии сборки демпферов на разброс их свойств в серийном производстве и оценка разброса УФХ штатного серийного демпфера
3.2. Метод расчета и исследование влияния овальности наружного и внутреннего колец демпфера на его свойства
3.3.. Особенности расчета и результаты расчетных исследований влияния раз реза упругогистерезисного элемента на свойства опоры при прецессии
3.4. Совместное влияние ряда факторов на свойства демпфера 114
3.5. Основные результаты и выводы по разделу 117
Экспериментальное исследование упругодемпфирующих свойств устройств с сосретодоченным демпфированием
4.1. Обоснование необходимости разработки различных методов и средств экспериментальных исследований упругодемпфирующих устройств
4.2. Методики и устройства для изготовления опытных образцов 121
4.3. Устройства для статических испытаний демпферов в режиме одноосного 124 демпфирования
4.4. Устройство для имитации прецессионного движения цапфы в опоре 125
4.5. Экспериментальная проверка результатов расчетных исследований свойств демпферов
4.6. Стенд для вибрационных испытаний турбокомпрессоров 135
4.7. Способ испытаний турбокомпрессоров наддува двигателей внутреннего сгорания и стенд для его осуществления
4.8. Основные результаты и выводы по разделу 141
5. Разработка перспективных конструкций и методов подавления вибрации
5.1. Анализ конструкций и классификация методов и средств подавления вибрации
5.2. Демпфирующие устройства и упруго-гистерезисные элементы, выполненные из тросов или тросовых прядей
5.3. Разработка новых технологий производства упругопористого материала типа «металлорезина» и изделий из него
5.4. Многослойные пластинчатые упругодемпферные опоры 182
5.5. Нетрадиционные методы подавления вибрации 203 .
5.6 Основные результаты и выводы по разделу 209
6. Примеры промышленной реализации развития теоретических исследований для объектов народного хозяйства
6.1. Разработка УДО ротора ТНА двигателя ракетоносителя «ЭНЕРГИЯ» 212
6.2. Разработка и внедрение УДО на железнодорожном транспорте и в других 224 отраслях народного хозяйства
6.3. Основные результаты и выводы по работе 231
Библиографический список
- Тросовые виброизоляторы
- Исследование анизотропии упругодиссипативных свойств многослойных демпферов опор быстровращающихся роторов
- Метод расчета и исследование влияния овальности наружного и внутреннего колец демпфера на его свойства
- Методики и устройства для изготовления опытных образцов
Введение к работе
Современные энергетические установки транспортных систем подвержены интенсивному воздействию вибрационных нагрузок с широким спектром частот и высокой интенсивностью воздействия и в то же время сами являются их источниками.
Совершенствование машин и механизмов транспортного машиностроения идет по пути увеличения удельной мощности за счет форсирования рабочих параметров (температура, давление, частота вращения) при одновременном снижении их металлоемкости и ужесточении требований по надежности.
Надежность и ресурс современных изделий высокой удельной мощности во многом определяются уровнем вибрации его узлов и деталей.
Около половины отказов и поломок энергетических установок транспортных систем и элементов их конструкций происходит из-за повышенной вибрации. К основным причинам вибрационных дефектов можно отнести наличие в рабочей зоне резонансов и малое демпфирование при прохождении резонансных частот.
Снизить уровень вибронагруженности деталей и узлов транспортных систем можно применив ряд перечисленных ниже мероприятий.
При разработке новой конструкции ввести в нее элементы конструкционного демпфирования, например, многослойные стяжки, оболочки, УДО ротора и т.д., предусмотрев возможности для обеспечения оптимального сжатия между слоями [157].
Этот метод не всегда применим из-за необходимости усложнения конструкции. При этом возрастает ее стоимость, усложняется технология изготовления и т.п.
Другим эффективным средством борьбы с вибрацией является разработка мероприятий по снижению возбуждающей нагрузки. Можно, например, так сбалансировать ротор энергетической установки, что возбуждающие нагрузки будут малы и проблема вибрации будет решена. Однако современные возможности балансировочной техники не могут в большинстве случаев решить эту проблему или так дорогостоящи, что их применение не оправдано экономически.
Решить проблему в большинстве случаев удается применив, так называемое, сосредоточенное демпфирование. При этом рассеивание энергии вибрации реализуется за счет работы сил сухого, вязкого трения или их комбинации. Такие конструктивные устройства с сосредоточенным демпфированием называют демпфирующими устройствами, демпферами или виброизоляторами.
К таким устройствам предъявляется ряд требований. Они должны иметь малые габариты и вес, обеспечивать удобство включения в силовую схему, обладать широким диа пазоном изменения упругих и диссипативных свойств, собственной надежностью работы и достаточным ресурсом, высокой эффективностью гашения колебаний, наличием простой расчетной модели, обладать работоспособностью в широком диапазоне температур (от -270°С до + 400° ... 600°С), при воздействии агрессивных сред и т.д.
Этим требованиям в большинстве случаев удовлетворяют многослойные пластинчатые демпферы, гидродинамические демпферы, демпферы с тросовыми связями, демпферы с упругодемпфирующими элементами из металлорезины или их комбинации.
В настоящее время эти демпфирующие устройства применяются в аэрокосмической технике, в судостроении, на железнодорожном транспорте и т.д. [23, ПО, 157, 75], однако их более широкому использованию препятствует отсутствие достоверных методик расчета характеристик и недостаточная изученность свойств. Выполнению этих пробелов и посвящена настоящая работа.
Тросовые виброизоляторы
Вследствие того, что трос 5 располагается двумя ярусами в обойме, грузоподъемность виброизолятора увеличивается вдвое по сравнению с предыдущей конструкцией. Витки троса, выходящие из верхней обоймы, закреплены в нижней обойме - основании 7, состоящем из корпуса 8 с отверстиями для входа тросов и днища 9. Корпус и днище соединены друг с другом при помощи пистонов 10 (см. рис. 1.8), отверстия в которых служат для крепления виброизолятора к корпусу объекта. Два конца непрерывного троса могут быть закреплены как в верхней, так и в нижней обойме одним из известных способов заделки троса. На рис. 1.9 показан пространственный цилиндрический тросовый виброизолятор [116]. Он выполнен по схеме, показанной на рис. 1.9. Выбор такой схемы обусловлен необходимостью повышения вертикальной устойчивости виброизолятора. Дело в том, что трос должен быть надежно обжат планками 4, 5, 6, 7 верхнего 2 и нижнего 1 оснований. В противном случае при действии минимальных боковых нагрузок происходит проворачивание троса в отверстиях и потеря устойчивости виброизолятора.
В СГАУ разработана перспективная конструкция виброизолятора крестового типа [114], обладающая изотропностью упругофрикционных характеристик в поперечных направлениях и высокой надежностью (рис. 1.10).
Он содержит расположенную одна под другой верхнюю 1 и нижнюю 2 опорные планки в виде четырехлучевых звезд, каждый луч которых является балкой равного сопротивления, и тросовый упругодиссипативный узел из двух составляющих 3 и 4, каждая из которых выполнена из единого отрезка троса в виде двух элементов 5, 6, и 7, 8, образуемых тросом при расположении его по цилиндрическим винтовым линиям - правого (элементы 6 и 7) и левого (элементы 5 и 8) направлений и объединенных технологическими перемычками 9 и 10. Причем, в любых двух соседних лучах опорных планок расположены тросовые элементы противоположной навивки.
Верхняя опорная планка 1 выполнена из двух частей 11 и 12, соединенных крепежными деталями 13, а нижняя опорная планка 2 - из частей 14 и 15, объединенных крепежными деталями 16. Части 11, 12, 14 и 15 формируют между собой в каждом луче ряд отверстий 17, служащих для фиксации пропущенного через них троса 18. Сечения поверхностей, образующих отверстия 17, имеют форму неполных полуокружностей, диаметр которых равен диаметру троса 18.
Имеются приближенные полуэмпирические модели тросовых виброизоляторов с прямолинейными и криволинейными упругогистерезисными элементами [ПО].
Анализируя рассмотренные выше наиболее эффективные конструкции тросовых виброизоляторов можно сделать следующие выводы: - тросовые виброизоляторы достаточно полно отвечают требованиям, предъявляемым к системам с сосредоточенным демпфированием; - до настоящего времени не разработано универсальных виброизоляторов, которые позволяли бы в различных конструктивных ситуациях в нужной степени достигать основную цель - подавление вибраций до требуемых пределов, с учетом дополнительных требований по эксплуатации, ресурсу, технологичности и т.д.; - достаточно достоверной и универсальной расчетной модели тросовых виброизоляторов к настоящему времени не разработано.
Использование материалов капиллярно-пористой структуры в качестве элементов и рабочих органов машин и механизмов обеспечивает значительное снижение металлоемкости последних, внедрение в производство экологически чистых безотходных технологий изготовления деталей при одновременном повышении срока службы и функциональной надежности машин и оборудования в эксплуатации.
Ярким представителем материалов данного класса является материал MP (металлорезина или металлический аналог резины), разработанный в СГАУ в 60-е годы. У истоков создания технологии изготовления и исполнения устройств из материала MP стояли видные ученые-эспериментаторы СГАУ: проф. A.M. Сойфер, проф. А.И. Белоусов, к.т.н.: В.Н. Бузицкий, Г.В. Лазуткин, А.А. Тройников, Ю.И. Байбородов, инженеры В.А. Перший, А.Д. Пичугин и многие другие.
Материал MP представляет собой однородную упругопористую массу, полученную холодным прессованием определенным способом уложенной, растянутой и дозированной по весу металлической проволочной спирали [26,28,155]. В качестве исходного материала для изготовления MP применяется тонкая металлическая проволока различных марок. Марка проволоки определяется условиями работы детали из MP: температурным режимом, наличием агрессивной среды, характером приложения нагрузки и т.д.
В условиях эксплуатации, исключающих коррозию, и при работе в температурном режиме окружающей среды (213 ... 333 К) обычно применяется проволока марок 35ХГСА, 50ХФА и пр., при высоких температурах и агрессивных средах - из аустенитных нержа веющих сталей типа 11Х18Н10Т, ЭИ-708, ЭП-322. Диаметр используемой проволоки определяется размерами изготавливаемой детали, требованиями к ее механическим (прочностным) качествам. В большинстве практических случаев используется проволока диаметром от 0,03 до 0,3 мм.
Для изготовления деталей из материала MP используется спираль, полученная прокаткой проволоки между диском и роликом или намоткой на нить, которая впоследствии удаляется (выжигается или растворяется).
Процесс навивания спирали осуществляется пластическим деформированием проволоки на вращающемся коническом керне при обкатывании его роликом. Необходимые при этом соотношения усилий прижатия керна к ролику Q и натяжение проволоки N (рис. 1.11) подбирается опытным путем.
В процессе навивания каждый предыдущий виток спирали за счет упругих сил проволоки увеличивает свой диаметр и свободно смешается с керна последующим витком, обеспечивая непрерывность навивания на постоянно выбранном диаметре. Диаметр спирали определяет упругие и демпфирующие свойства элемента и лежит практически в пределах от 0,2 до 2,0 мм.
На полуавтомате конструкции [35] можно навивать спираль из проволоки диаметром 0,1...0,5 мм. Диаметр спирали определяется диаметром керна и находится в пределах (5 -15)dnp. Производительность полуавтомата определяется массой спирали, навитой в течение часа, и зависит от числа оборотов керна и диаметров спирали и проволоки, а для проволоки диаметром 0,2 мм составляет величину -1,0 кг/ч.
Для изготовления некоторых видов деталей из MP, в частности УДЭ, применяется также непрерывная спираль, которая получается пластическим деформированием проволоки путем ее обкатки планетарным роликом на вращающемся керне. На рис. 1.12 приведена схема автомата для навивки непрерывной спирали.
Исследование анизотропии упругодиссипативных свойств многослойных демпферов опор быстровращающихся роторов
В работе [154] отмечено, что демпфирование ограничивает амплитуды колебаний в резонансной зоне не при всех сочетаниях параметров, характеризующих геометрию ротора, опор и демпфирования в опоре, а также, что демпфирование носит оптимальный характер.
Однако, как показали наши исследования [132,6,7], демпфирование в МКГД носит асимметричный характер. Научиться целенаправленно изменять асимметричность демпфирования в опоре было бы в этой связи важным достижением работы.
Первые шаги подхода к исследованию анизотропии УФХ МКГД сделаны в работе Пономарева Ю.К. [130]. В этой работе на базе знания законов деформирования гофрированного однопролетного элемента и изменения свойств этого элемента при включении его в неразрезную многопролетную систему создана инженерная методика расчета УФХ многослойных гофрированных упруго-демпферных опор. Алгоритм расчета УФХ демпфера при одноосном деформировании его вибровозбудителем свелся к расчету контуров упру-го-гистерезисных петель отдельных пролетов в координатах «нормальная сила - нормальное перемещение», к определению сил трения в местах контактов гофров с внутренним кольцом демпфера и к нахождению суммы проекций всех этих сил на некоторую ось У в системе координат ХОУ.
Исходными данными для расчета служит совокупность физических и геометрических параметров демпфера. Результаты расчета - функция сопротивления демпфера в зависимости от текущего перемещения вала в опоре (поле упруго-гистерезисных петель), зависимости циклической рассеиваемой энергии Д W, коэффициента рассеивания у и средне-циклической жесткости Сер от амплитуды силы сопротивления демпфера Р или амплитуды перемещения в опоре А.
Однако следует отметить, что одноосное деформирование реализуется при колебаниях роторов ДЛА не часто. Многослойная упруго-демпферная опора ротора работает в таком режиме, например, при восприятии статических нагрузок. Разработанный алгоритм расчета будет полезен также при исследовании УФХ упруго-демпферных опор трубопроводов, лопаток компрессоров, турбин и т.п. Для того, чтобы имитировать условия работы МКГД в качестве опоры ротора ДЛА, необходимо решить задачу расчета УФХ опоры при прецессионном движении вала.
Алгоритм расчета УФХ МКГД в указанном случае свелся к решению системы нелинейных алгебраических уравнений. Исходными данными для расчета служил годограф суммарной нагрузки, действующей на демпфер, и совокупность геометрических и физических параметров демпфера. В результате решения находились траектории движения центра вала и значения углов сдвига фаз между векторами полной силы сопротивления демпфера и полного перемещения для всех положений вектора внешней нагрузки. Эти результаты использовались затем для определения жесткости С и момента сопротивления прецессионному движению вала Мсп для любого углового положения и модуля внешней силы. Определялись также циклическая рассеянная энергия и критерии оценки анизотропии жесткостных Кс и демпфирующих Kw свойств.
По данной методике на ЭВМ были выполнены расчетные исследования, которые выявили, что на анизотропию УФХ МКГД оказьшает существенное влияние соотношение между постоянной силой и вращающейся составляющей внешней нагрузки. Других результатов, характеризующих анизотропию УФХ демпферов, указанная методика расчета в силу своего конструктивного построения дать не могла.
Указанный довод привел к поиску нового подхода к решению задачи. Метод расчета [132] дает возможность в условиях, максимально приближенных к реальным, впервые в широком диапазоне физических и геометрически параметров исследовать УФХ МКГД. Поэтому целесообразно было расширить программу машинного эксперимента и получить результаты не только имеющие целью определения степени анизотропии УФХ демпферов, но и расчетные зависимости, характеризующие влияние различных факторов на же-сткостные и диссипативные свойства опоры.
Кроме того, необходимо усовершенствовать разработанный в [130] метод расчета УФХ МКГД для одноосного деформирования с целью его адаптации для любых нагрузочных процессов, целесообразно выполнить некоторые расчетные исследования, часть из которых может быть использована при оценке анизотропии УФХ демпферов опор роторов турбомашин, а другие - при использовании многослойных опор в качестве гасителей колебаний трубопроводов или других конструктивных элементов транспортного машиностроения..
Практика эксплуатации многослойных упруго-демпферных опор отечественных ГТД показала, что имеет место разброс вибрационных характеристик двигателей. Одной из причин этого может быть разброс УФХ МКГД в серийном производстве. Поэтому в серийном производстве необходим стенд для контроля УФХ изготавливаемых демпферов. Такой стенд в условиях, имитирующих работу демпфера в составе штатных изделий, с достаточной достоверностью, просто и быстро даст возможность определить УФХ испытываемой опоры. Данный стенд позволит также сравнить эффективность упруго-демпферных опор различной конструкции и выбрать из них наилучшие. Испытания на таком стенде дадут возможность определить достоверность расчетных моделей и, в частности, подтвердить или опровергнуть результаты, полученные в данной работе расчетным путем. Создание такого стенда, а также методик экспериментальных исследований и обработки результатов экспериментов являются важными задачами данной работы.
Как было уже отмечено выше, у разных двигателей одной серии имеет место разброс по вибрационным характеристикам. Необходимо решить вопрос о том, не может ли при существующей технологии изготовления и сборки многослойных гофрированных упруго-демпферных опор иметь место разброс их УФХ, который по мнению специалистов ряда моторостроительных предприятий мог бы стать одной из вероятных причин разброса вибрационных характеристик двигателей.
Задачей настоящих исследований является создание расчетного метода определения разброса УФХ МКГД в серийном производстве. Такой метод позволит, зная определяющие параметры УФХ опоры, а также с использованием существующей технологии изготовления и сборки демпферов в серийном производстве оценить возможный разброс их УФХ и выявить факторы, изменение которых в разумных пределах позволило бы снизить этот разброс.
Слабо изученной к настоящему моменту является проблема исследования гистерезиса при пространственном нагружении. Необходимо попытаться создать достоверные методы расчета реальных демпферов при сложных траекториях движения вибратора, реализуемых на практике.
В работах [157,155,143,74] представлены расчетные модели упругопористого материала MP, нашедшего широкое применение в последние годы в А и РКТ, на железнодорожном транспорте, в судостроении.
Однако, во -первых, эти расчетные модели далеки от совершенства, во-вторых, требуют для расчета определенное число полученных экспериментально для каждой конкретной задачи поправочных коэффициентов, что сводит на нет эффективность методов при их практическом использовании. И, наконец, в указанных методах неполно реализованы условия реального нагружения упругогистерезисных элементов на практике.
В этой связи весьма целесообразной будет попытка разработать достаточно достоверный метод расчета упругофрикционных характеристик материала MP в режиме прецессионного нагружения.
Метод расчета и исследование влияния овальности наружного и внутреннего колец демпфера на его свойства
Большинство методов расчета раздела построены на базе единой методологии, заключающейся во всестороннем исследовании элементарного объема упругогистерезисного элемента, обобщении полученных результатов с помощью теории подобия и размерностей, аппроксимации полученных зависимостей, включении элемента в неразрезную многопролетную систему и формировании блока зависимостей, характеризующих реакцию многопролетной системы на внешнее воздействие.
На базе метода расчета многослойного кольцевого гофрированного демпфера, имитирующего условия одноосного нагружения, исследована анизотропия его свойств. Выявлены определяющие параметры этого физического явления. Показано, что предельный разброс упруго-диссипативных свойств МКГД из-за анизотропии его свойств может измеряться сотнями процентов. Сформирован блок рекомендаций по снижению анизотропии УФХ демпферов до требуемых пределов.
С целью приближения расчетной модели к реальным условиям нагружения разработана модель УФХ МКГД , имитирующая режим прецессионного движения вала в опоре. При этом использован обращенный режим, то есть, задаваясь годографом перемещений, находили нагрузку на демпфер, вызывающую эту реакцию опоры. На базе построенной модели также исследована анизотропия свойств опоры для разных практических ситуаций. Выявлено, что в режиме прецессии анизотропия УФХ МКГД обостряется. Реализуется угловое отставание вектора перемещений от вектора нагрузки. Выявлены параметры, активно влияющие на величину углового смещения. Показано, что путем управления анизотропией УФХ опоры можно существенно увеличить эффективность демпфера, а также частично или полностью разгрузить опору от статических сил без применения каких-либо дополнительных разгрузочных устройств.
В разделе представлен также метод расчета пространственного гистерезиса при связных гармонических колебаниях объекта виброзащиты. Показано, что в указанном случае проекции внешней силы и силы сопротивления демпфера зависят от скорости движения точки. Отметим, что зависимости получены для системы с сухим трением. Выявлено, что трехмерность нагружения приводит к тому, что коэффициент демпфирования также становится зависимым от скорости движения. Доказано, что при использовании для определения рассеянной за цикл натружения энергии общепринятой гипотезы о переносе зависимостей для одноосного деформирования на пространственное нагружение, ошибка составляет 58%.
Предложено при составлении уравнений движения в системе с опорами сухого трения пространственного нагружения представлять вектора полной силы и полного перемещения в виде кватернионов с нулевыми значениями действительных частей. Показано, что применение кватернионного исчисления позволяет более точно прогнозировать поведение систем пространственного нагружения.
На базе универсальной методологии решения задач моделирования систем с сухим трением разработан метод расчета материала металлорезина. Задача впервые решена с имитацией одноосного нагружения и прецессионного нагружения. Отличительной особенностью построенной модели является эллипсность контуров гистерезиса при круговых орбитах цапфы, что характерно для гидравлических УДО. Другой отличительной особенностью этой модели является зависимость жесткости от амплитуды перемещений: на малых амплитудах жесткость большая, а с увеличением амплитуды жесткость сначала падает, а затем снова увеличивается. Аналогичные результаты получены для осевых демпферов опор быстровращающихся роторов.
В аналогичной постановке разработан метод расчета упругодемпферной опоры с криволинейными тросовыми упругогистерезисными элементами, построенный применительно к виброизоляторам цилиндрического и сферического типов. Выявлены основополагающие свойства пространственных упругогистерезисных систем:
- совокупность базовых функций, определенных при деформировании пространственных упругогистерезисных систем в направлении каждой из трех взаимноперпендикулярных осей, представляет собой зависимости обобщенных сил трения с присущими трению (неупругому сопротивлению) свойствами;
- базовая функция преобразований при деформировании пространственной СКД вдоль любой оси является результатом интерполяции по значениям ортогональных функций преобразования в соответствующих точках отклонения вибратора от центра равновесия.
Показано, что обобщенные силы трения являются следящими центральными силами, модуль которых зависит от внутренних свойств упругодемпфирующих элементов, расстояния вибратора до центра ненагруженного положения; направлены силы трения всегда по касательной в сторону, противоположную вектору скорости движения вибратора. В связи с этим, нельзя определять силу трения в направлении некоторой произвольной оси как результат геометрической суммы сил трения, определенных отдельно в направлениях двух ортогональных осей. При движении вибратора вдоль прямой обобщенная сила трения алгебраически складывается с величиной восстанавливающей силы. При движении вибратора по гладкой кривой необходимо учитывать направляющие косинусы траектории движения. Создана программа расчета всех необходимых характеристик тросовых виброизоляторов с криволинейными упругогистерезисными элементами.
Методики и устройства для изготовления опытных образцов
Выбор устанавливаемого в данный узел транспортного средства демпфирующего устройства осуществляется, как правило, при доводке транспортного средства или его энергетической установки.
При этом на ряде предприятий отечественной моторостроительной промышленности сложились два традиционных пути вибрационной доводки энергетической установки. Первый путь заключается в том, что в стадии проектирования на штатном изделии предусматривается установка нескольких типов перспективных с точки зрения конструкторов упругодемпфирующих устройств. После изготовления опытных экземпляров изделий производятся сравнительные натурные испытания с этими устройствами. По результатам вибрационных испытаний делается вывод о целесообразности установки того или иного типа демпфирующих устройств.
Второй возможный путь решения задачи заключается во всестороннем исследовании различных типов демпфирующих устройств в статике и динамике, сначала на модельных, а затем на натурных образцах на специально созданных стендах. В процессе исследований необходимо определить: а) упругофрикционные характеристики различных типов демпферов при их работе в условиях, максимально приближенных к реальным; б) амплитудно-частотные характеристики динамической системы с демпфером; в) взаимосвязь УФХ и АЧХ при различных частотах вращения ротора энергетической установки. Такой путь позволяет найти оптимальные режимы настройки демпфера под заданную динамическую систему с минимальными затратами средств.
Важность экспериментальных исследований статических УФХ демпфирующих устройств продиктовала также потребность практики их изготовления. Статистика отказов двигателей показывает, что даже при полном соблюдении технологии изготовления демпферов проявляется значительный разброс вибрационных характеристик энергетических установок в целом. Поэтому рекомендуется экспериментальная проверка УФХ демпфирующих устройств для каждого изготавливаемого в серийном производстве демпфера.
В настоящей работе аналитически решено большое число задач, продиктованных потребностями практической эксплуатации энергетических установок. Поэтому необходимо разработать соответствующие стенды и провести экспериментальные исследования для проверки справедливости исходных предпосылок для решения задач и самих методов решения.
Учитывая вышеизложенное, сформулируем основные практические требования к разрабатываемым конструкциям: - универсальность стенда для решения в одной конструкции возможно большего числа задач; - простота и точность замеров УФХ и быстрота обработки результатов экспериментов, что предопределяет возможность эксплуатации стенда в условиях серийного производства; - стенд должен быть прост и технологичен в изготовлении и пригоден для испытаний различных типоразмеров демпфирующих устройств, в том числе модельных и натурных; - необходимо имитировать различные условия нагружения на практике: одноосное деформирование, имитацию прецессии вала, имитацию воздействия на демпфер статической и динамической нагрузок и т.д.; - стенд должен обеспечивать полноту получаемой информации об УФХ демпфера и прочее.
При выполнении экспериментальных исследований использовался комплекс разработанного в ОНИЛ-1 КуАИ оборудования для проведения статических и динамических испытаний демпфирующих устройств. Многие стенды, изначально спроектированные большим коллективом инженеров, аспирантов и студентов, автором настоящей работы доработаны для обеспечения возможности проведения корректных исследований.
Ряд методов и средств испытаний, представленных в настоящей главе защищены авторскими свидетельствами и патентами [53, 50, 63, 115 ] и являются интеллектуальной собственностью автора настоящей работы.
Стенды, варианты их исполнения и модификации различного назначения (для испытания изделий аэрокосмической техники, СЭУ, ЭУ, железнодорожных средств и многое другое) изготовлены и использовались в СГАУ, МГТУ, СамГАПС, Харбинском политехническом институте, а также на ряде промышленных предприятий (СГНПП «Авиадвигатели НК», п/я А-3556 и др.). Стенды использовались также в учебных процессах вышеперечисленных ВУЗов в рамках УИР и НИРС.
Для решения целого ряда многопрофильных задач, рассматриваемых в настоящей работе, потребовалось изготовить большое количество многослойных пластинчатых гофрированных пакетов с широким диапазоном геометрических параметров.
Изготовление пакетов по заводской технологии (гофрирование пакетов лент из нетер-мообработанной стали в специальных приспособлениях и последующая термообработка (термофиксация) в среде нейтральных газов) требует дорогостоящей оснастки и в условиях существующей лабораторной базы и финансирования ВУЗов неприменимо.
Поэтому с целью упрощения технологии изготовления гофрированных пакетов и удешевления экспериментов, гофрированные ленты изготавливались путем прокатки тер-мобработанной ленты на специальных установках.
После изготовления гофрированной ленты проводилось разрезание ее на части. Скомплектованные для экспериментальных исследований пакеты подвергались опрес-совке до полного распрямления. Как показали опыты, оставшаяся после распрямления форма упругой линии гофра не изменялась при последующих деформациях (в экспериментальных исследованиях), так как амплитуда деформаций не превышала стрелы выгиба гофра.
Измерение геометрических параметров производилось с помощью универсального микроскопа с последующей обработкой полученных данных на компьютере и использовании в дальнейшем среднестатических значений геометрических параметров.
Для изготовления гофрированной ленты использовалась установка конструкции Г.А. Новикова и модернизированная автором настоящей работы.
Она состоит из корпуса, набора пар сменных шестерен с зубьями эвольвентного профиля, рукоятки и направляющей планки. Получение гофров различной геометрии реализуется за счет установки шестерен различной геометрии зубьев и изменения межцентрового расстояния шестерен. Недостатком установки является увеличение несимметричности профиля гофров при увеличении межцентрового расстояния шестерен. Компенсация и частичное выравнивание профиля производилось установкой прокладок различной толщины из прессшпана или картона с обеих сторон гофрируемой ленты или пакета лент. Однако это мероприятие не всегда являлось эффективным.
