Автореферат (Методология расчета и динамический анализ турбозубчатых агрегатов главного привода судовых гребных винтов), страница 2

Разработанный программный комплекс, адаптированный длярасчета рабочих колес турбин, используется на Калужском турбинном заводе иКалужском моторостроительном заводе. Часть программных модулей переданав Калужский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана на кафедры «САПР» и «Деталимашин и подъемно-транспортные механизмы».Апробация работы. За период 1998 – 2015г.г. результаты работы докладывались и обсуждались на 17 общероссийских и международных конференциях, рассматривались на научных семинарах кафедр «Сопротивление материалов», «Программное обеспечение ЭВМ, информационные технологии и прикладная математика», «Системы автоматизированного проектирования», «Де7тали машин и подъемно- транспортные механизмы» Калужского филиалаМГТУ им. Н.Э. Баумана, на кафедре «Теоретическая механика» Московскогоэнергетического института (ТУ), на Ученом совете ОАО «КТЗ», на НТС отделавиброакустики машин ИМАШ РАН.Основные результаты данной работы опубликованы в работах [1–52].Личный вклад автора.В диссертации изложены результаты исследований, полученные авторомсамостоятельно и в совместных работах.

Лично автору принадлежат постановказадач, разработка программного обеспечения и методологии исследований,разработка и построение математических моделей, обработка и обобщение результатов математического моделирования, разработка методик конечноэлементного моделирования ГТЗА и его компонентов. Автор принимал участиепри внедрении разработанного программного обеспечения на промышленныхпредприятиях.Автор выражает глубокую благодарность д.т.н. Косареву О.И., как научному консультанту, д.т.н. Карпенко А.П.

и д.т.н. Гаврюшину С.С., за консультации по динамике нелинейных систем, к.т.н., Леонтьеву М.Ю. за организацию,обработку и обобщение результатов экспериментальных исследований.Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав,заключения, списка литературы и приложений. Текст изложен на 273 страницах,включая рисунки и таблицы. Список литературы содержит 298 наименований.

Вприложениях на 16 страницах приведены основные соотношения МКЭ и теорииупругости, а также наиболее значимые фрагменты программ.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВведение содержит вышеизложенную информацию.В первой главе обосновывается актуальность выбранной темы, определяются объект и предмет исследования, цель работы и основные результаты,выносимые на защиту. Определяются основные источники вибрации в турбозубчатых агрегатах и способы борьбы с ними. Дается обзор и анализ отечественных и зарубежных работ, посвященных исследованию динамики основ-8ных узлов турбозубчатых агрегатов.

Вскрываются основные проблемы, связанные со снижением уровня вибрации.В современных силовых установках широкое применение нашли многосателлитные планетарные передачи, а их конструкции не лишены недостатков. Фундаментальные исследования их кинематики, представленные в работахН.Ф. Руденко и В.Н. Кудрявцева, показали возможность достижения высокихзначений КПД и преимущества по массогабаритным характеристикам по сравнению с переборными передачами.Основная проблема планетарных редукторов большой мощности – этонеравномерность распределения нагрузки по сателлитам.

Одним из путей решения этой проблемы является реализация плавающих подвесок у одного илинескольких звеньев данного механизма согласно предложению Stoacicht’а. Значительную роль в развитии этого направления сыграли исследования, проведенные в ИМАШ РАН по заказу Калужского турбинного завода. Работы В.Н.Кудрявцева, Э.Л. Айрапетова, Ю.А. Державца посвященные исследованиямстатического нагружения планетарных механизмов, позволили обосновать целесообразность комбинации плавающей центральной шестерни и эпицикла сподатливыми ободьями. Такая конструкция двухступенчатого планетарного редуктора используется в настоящее время на Калужском турбинном заводе.В эволюции математических моделей, разработанных в ИМАШ РАН, дляисследования динамики планетарных механизмов можно выделить три этапа.Модели первого поколения (разработки Л.В.

Сухорукова) учитывали толькокрутильные колебания. На втором этапе исследовались плоские модели, учитывающие не только крутильные, но и поперечные колебания в плоскости, перпендикулярной оси редуктора (О.И. Косарев). Модели третьего поколения (П.ИЗинюков, И.А. Бедный), построенные на основе метода строительной механики,учитывают пространственную структуру редуктора.Исследования физических процессов возникновения динамических сил иособенности их суммирования на элементах планетарного механизма выявиливозможности снижения вибрации за счет взаимной компенсации возмущающихфакторов. Используемые в настоящее время математические модели третьего9поколения подтверждают такую возможность, но в силу своего несовершенстване позволяют оценить эффективность данного подхода.Попытки снизить уровень вибрации редукторов за счет повышения точности изготовления венцов зубчатых колес, а также продольной и поперечноймодификации зубьев на определенном этапе исчерпали себя, и дальнейшие мероприятия в этом направлении перестали давать желаемый результат.

Это говорит о многофакторности причин вибровозбуждения на частоте пересопряжениязубьев.Процессы вибровозбуждения в зубчатых зацеплениях и определение динамических возмущений при пересопряжении зубьев рассмотрены в работахО. И. Косарева.На режимах малых нагрузок, когда передаваемые усилия не достаточныдля «всплытия» центральных колес значительную роль начинают играть весовые нагрузки от самих элементов редуктора.

Этим вопросам посвящен ряд работ М.Ю. Леонтьева и И.А. Бедного.В настоящей работе, в качестве примера рассматривается двухступенчатый планетарный редуктор производства Калужского турбинного завода, конструкция которого была усовершенствована после многочисленных экспериментальных исследований и доводки опытных образцов. Данная конструкциянуждается в теоретических и численных исследованиях с целью использованияпотенциальных резервов для ее совершенствования. Одно из таких направлений – технология сборочных работ и чистовая обработка некоторых деталей сучетом накопленных погрешностей изготовления. Серьезной проблемой наэтом пути является оценка погрешностей изготовления водила по результатамкосвенных измерений. Некоторые результаты совместных работ М.Ю. Леонтьева с автором представляемой диссертации над указанной проблемой отраженыв [6, 11, 18, 49].Анализ работ, посвященных динамике планетарных редукторов большоймощности, позволяет сделать вывод об имеющемся отставании теоретическихисследований от экспериментальных.

Вместе с тем, мощности современныхЭВМ и имеющееся программное обеспечение позволяют не только сократить10это отставание, но и поднять на качественно новый уровень анализ динамикиподобных механизмов.Вторым важным конструктивным компонентом ГТЗА является паровая(реже газовая) турбина. Здесь на первый план выходят задачи динамики, связанные с проблемами прочности.

В первую очередь это касается работы рабочих колес и лопаточного аппарата на резонансных режимах.Первые основополагающие расчеты колебаний вращающихся колес принадлежат А. Стодоле. Далее, по мере совершенствования методов расчета,уточнялись математические модели исследуемых объектов. В работах С.М.Гринберга, В.С. Воробьева, Б.Ф. Шорра и др. развивается и уточняется теориястержней. Применение теории пластин в работах Ф.С. Бедчер и И.И. Мееровичпозволяет исследовать более высокие формы колебаний лопаток, чем в стержневых моделях.Как отмечалось выше, наиболее эффективным методом расчета динамикимеханических систем сегодня является МКЭ. Весомый вклад в его развитиебыл внесен С.А.

Бубновым, О. Зенкевичем, Е. Вильсоном, А.С. Вольмиром идр. Работы О.Ф. Борискина, В. Виссера, М. Лаланнэ посвящены исследованиюКЭ со смешанной аппроксимацией перемещений. Несмотря на свою эффективность, эти элементы отсутствуют в широко известных коммерческих конечноэлементных программных комплексах.Впервые при расчете таких связанных систем, как рабочие колеса с лопатками, МКЭ применили Ж. Кирхгоф и Г.П.

Вильсон. При рассмотрении диска колеса и рабочих лопаток как единого упругого целого были выявлены качественно новые явления. Исследования связанности колебаний отдельных лопаток в таких системах привели к развитию методов расчета колебаний, учитывающих свойства циклической симметрии и позволяющих существенно сократить требования к вычислительным ресурсам. Теоретические основы подобныхметодик подробно описаны В.П. Ивановым.