Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей под ред. Хронина Д. В. (1014169), страница 70
Текст из файла (страница 70)
Тог о величина диаметрального натяга должна б — да максимальная радиальная упругая деф на ыть мация опо ы, оп е р , р деляемая предельным напряжением упругого кольца, составит величину, равную (0,5/э — Уст). Величина радиального упругого смещения опоры ограничиходимо во и вается упором или высотой выступов упругого к . Эт 6- ольца. о неоизбежание перегрузки кольца и появления в точных дефо ма| ий. В ия в нем оста-.' ф р т . Величина смещения является важной характеристикой опо ы, т р, ак как определяет ее способность восп ини-. мать силы статических п ерегрузок, возникающих при эволюциях.
рини-. летательного аппарата. Предельная величина перегрузки и, ' воспринимаемая опорой, может быт ь найдена из равенства 0 5/Р = ПУст + )лог (7 78) где 1' — п — редельная амплитуда колебаний цапфы в опо е. Если величина п перегрузки оказывается недостаточной, то фы в опоре. упругое кольцо увеличивается по толщине и ши ине. Д д ой жесткости опоры в нее вставляется два, а иногда и три упругих кольца (см. рис. 7.28, г).
Расчет каждого упругого кольца производится аналогично рассмотренном . Коэффициент жесткости мно тренному. о по формуле гослойной упругой опоры определяется п гпп аппп рпп ппп ппп упп ппп ппп уппп ог,рпп/с оглр ьгст Рис. 7.3Н Влияние ноэффнннента демпфирования в опоре ротора нн амплитуду динамического усилия в вей: $ = ялри (и — кратнчсская скорость ротора на упругнх опорах прн отсутстанн нр кр дскпфнроаання а ннх); и — крнгнчсская скорость ротора на идеально мостках опорах с ристнки демпфирования опоры являются нелинейными и зависят от частоты колебаний цапфы в опоре.
Демпфирующне способности опоры оцениваются отношением $/Со — коэффициента вязкого трения к коэффициенту жесткости опоры. Но более удобной характеристикой является безразмерное отношение 2п/й, где 2п = $/т, /ев = Са/уп. Здесь т — масса ротора, отнесенная к демиферной опоре. Этот безразмерный коэффициент учитывает привязку опоры к определенному ротору.
На рис. 7.31 показаны динамические усилия на опору прн различных коэффициентах демпфирования. По оси абсцисс отложена угловая скорость ротора, по оси ординат — отношение усилия на опору к силе неуравновешенности гпанта, где лча — деба- ланс ротора, отнесенный к данной опоре. Характеристики, приведенные на рисунке, показывают, что существует некоторое оптимальное значение коэффициента демпфирования, при котором максимальные динамические усилия на опору имеют наименьшие величины. При меньших значениях коэффициентов демпфирования резонансные усилия возрастают, приближаясь к усилиям бездемпферной упругой опоры.
При слишком больших коэффициентах амплитуды сил существенно возрастают, резонансные частоты смещаются в область скоростей ротора на жестких опорах. Доводка упруго-демпферной опоры при ее создании, а также настройка характеристик опоры прн сборке двигателя должна производиться на специальной установке. 7.8.8. Конструкция и расчет опор типа нбеличье колесов Название опоры возникло вследствие внешнего сходства ее упругого элемента с колесом, которое часто можно увидеть в беличьих клетках.
Упругий элемент опоры (рис. 7.32) представляет 373 Рис. 7.32. Упруго-лиипфериеи опора типе «беличье колесе» собой втулку с большим количеством прорезей. Втулка одной стороной с помощью фланца прикрепляется к корпусу 3, с другой стороны в нее вставляется подшипник ротора 1. Корпусная втулка б может иметь различную конструкцию, но в ряде случаев она также выполняется в виде беличьего колеса и является вторым упругим элементом опоры.
Под действием радиальной силы подшипника стержневые элементы упругой втулки работают на изгиб. Жесткость опоры определяется толщиной стенки втулки 7, шириной прорезей, числом и длиной образовавшихся стержневых элементов. Для того чтобы стержневые элементы имели одинаковую же- -' сткость и напряженность во всех направлениях нзгибной дефо - ' мацнн, их поперечное сечение должно быть круглым.
Однако вследствие больших технологических трудностей они выполняются квадратного сечения. Демпфером опоры является тонкий масляный слой 4 между втулками б н 7. Толщина слоя составляет 0,2 ... 0,3 мм, ею опре- деляется величина упругой радиальной деформации опоры. Масло подается в зазор нз кольцевой канавки 5 корпуса через равно- мерно расположенные отверстия во втулке б. Длина демпфиру- ющего масляного слоя определяется расположением уплотняющих колец 2. Демпфирующие свойства опоры зависят от толщины и ширины масляного слоя. Поэтому эти параметры при проектировании опоры оптимизируются расчетными методами и дорабатываются экспе- риментально, Масляный слой 4 создает не только гидродинамический эффект демпфирования.
В связи с тем, что радиальная сила от ротора представляет собой вращающийся вектор, угловая скорость кото- 374 (7.81) где йр — момент сопротивления балочки на изгиб. Следует обратить внимание на то, что момент инерции Х балочки квадратного сечения при изгибе в любой плоскости остается одинаковым. Но момент сопротивления зависит от пло- Рис. 7.33.
Упругий елемент «беличьеге колесе» 37$ рого равна угловой скорости ротора, масляный слой работает как гидродинамический подшипник. Гидродинамическая радиальная сила является дополнением к упругой силе, создаваемой стержнями опоры, Расчет упругих элементов опоры. Стержни беличьего колеса опоры работают на изгиб. Их размеры должны быть выбраны так, чтобы был получен необходимый коэффициент жесткости опоры и чтобы максимальные напряжения в стержнях при максимальном прогибе опоры, равном толщине масляного слоя, не превосходили допустимых напряжений по запасам прочности. При этом учитывается статическая деформация стержней от действия силы веса ротора, приходящейся на рассчитываемую опору.
Величина коэффициента жесткости опоры задается на основе динамического расчета роторной системы двигателя. Толщина демпфирующего масляного слоя должна быть больше максимально возможного эксцентрнснтета разбалансировки ротора. В зависимости от размеров ротора эта величина лежит в пределах 0,2 ... 0,3 мм. Величина толщины и длины масляного слоя определяет также демпфнрующие свойства опоры. Поэтому расчет упругих элементов и гидродинамических сил опоры производится взаимосвязанно.
Стержень опоры работает как балочка с двухсторонним ващемлением (рис. 7.33). Связь между усилием Р и прогибом стержня определяется формулой у = — где Х = а«(12. 12Е«' (7.80) Поперечное сечение балочки рассматривается квадратным, сторона квадрата равна а. Максимальный изгибающий момент и напряжение возникают в заделке. Их величины определяются формулами м М= 2Р( о= —, %7 « скости изгиба.
Наименьшим он будет для балочек, расположенных под углом 45' к плоскости изгиба: 7 7 Ю = — рУ 2 вместо )(7 = 2 —. а а По этой причине напряжение в указанных балочках будет на 40 % больше. По этим напряжениям определяется максимально допустимый прогиб. Если балочки имеют круглое сечение, то все они равнопрочны независимо от направления изгиба. Момент сопротивления их равен пс(2/32. Решив совместно формулы (7.80) и (7.81) и исключив Р, получим формулу, связывающую прогиб и напряжение: пР (7.82) Общее радиальное усилие, воспринимаемое беличьим колесом, пропорционально числу балочек 2.
Коэффициент жесткости опоры 12Е7 С= —,х. (7.83) Под действием силы веса ротора 6, приходящегося на рассчитываемую опору, возникает статический прогиб опоры. Его величина у., = 6/С. (7.84) Для того чтобы подшипник занимал центральное положение в опоре и масляный слой был равномерен по окружности, а также для того чтобы ротор занимал центральное положение относительно корпуса, необходимо центрирующую окружность Ц в корпусной втулке б (см. рис.
7.32) сдвинуть вверх на величину у„. Максимальный прогиб балочек беличьего колеса У.„=В+ у„, (7. 85) где б — толщина масляного слоя, в пределах которого возможны радиальные перемещения подшипника в опоре. Максимальному прогибу соответствует наибольшее напряжение, которое определяется по формуле (7.82). Это напряжение не должно превышать допустимое.
Подбором числа балочек, размеров их поперечного сечения и длины можно получить необходимую жесткость опоры и достаточный запас прочности балочек при максимальном их прогибе, При необходимости можно уменьшить длину беличьего колеса, применив двойное колесо (см. рис. 7.32). Расчет каждого из колес ведется по приведенным формулам, а суммарная жесткость равна (7.88) 7.8.4. Гидродинамичесяая демпферная опора Р,лн 47 рг Пу 1р 1,1 1,7 М' Рнс. 7.34. Устройство гидродннамнческой демнферной опоры: 1 — подвод масла ив магвсгрвлн: 2 — меслинна слой: 6 — упругие 1сольча (С ппл: а — плавающие веулни [2 щтп Рнс. 7.33.
Характернсунка динамических усилий на квнфе ротора прн гндродннамнческой опоре: 1 — опора с рвдивльвнм вввором 6 = 0,16 мм н дееелввсом ротора а = 0,02 мм; а16 = 0,2; 2— опора с увеличеиинн евеором 6 = 0,2 нм; а16 = 0,16; 6 — еотор с повмщеичое веуравиовещеи° осеьн 6 6,16 нм. а16 0.6: р 1000 РЕД1с 377 В отечественной и зарубежной практике все более широкое применение получает опора с гидродинамической масляной пленкой без упругих элементов (рис. 7.34).
Основное достоинство опоры — простота конструкции. Но подбор толщины б и ширины масляной пленки требует специального расчета гидродинамики масляного слоя, так как он является полностью несущим и демпфирующнм. В простейших конструкциях несущая масляная пленка создается непосредственно между наружным кольцом подшипника и втулкой корпуса. В зазор подается масло под обычным давлением, осевой зазор кольца делается возможно меньше, в пределах 0,02 ... 0,04 мм. Для того чтобы увеличить ширину масляной пленки и улучшить торцевые уплотнения, применяется конструкция, подобная гидравлической части, показанной на рис. 7.32. Это позволяет более точно подобрать размеры масляной пленки, обеспечивает стабильность характеристик демпферной опоры во время работы и позволяет добиваться идентичности характеристик в процессе ее сборки.
На рис. 7.35 показана характеристика гидродинамической опоры без упругих элементов. Масляный слой в гидродинамической опоре работает с большой нагрузкой. Это сопровождается большим выделением тепла в слое, что влияет на вязкость масла в опоре при различных угло- вых скоростях ротора. Для обеспечения стабильности характеристики опоры необходимо, создавая торцевые уплотнения, обеспечить достаточно большую прокачку масла через опоры, При проектировании опоры ее температурное состояние и необходимая величина прокачки масла оцениваются специальными расчетами. 7.9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
