Диссертация (1026045), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Результаты испытаний узла РТШ 0204.7.1. Специфичные параметрыОценена проницаемость графита пористых вставок с учётом разбросаk p 7,78 2,5 1015 м 2 .Оценки зазора h0 получены разными методами и сведены в Таблице 8.122Таблица 8.Результаты измерения параметров, влияющих на зазорОценки радиального зазора h0по осевой силовой характеристикеh0F , м9,4730·10-6по осевым биениям без давления подачиh0U , м9,388·10-6по вязкому сопротивлению вращениюh0M , м10,09·10-6среднее значение9,65·10-6hЭ ,мПараметры шероховатости опорных поверхностейСреднее арифметическое отклонение от профиля Ra, м0,374·10-6Высота неровности по 10-ти точкамRz, м4,81·10-64.7.2. Эксплуатационные характеристики узла РТШ 020Силовые и модальные характеристики узла РТШ 020, полученные приразличных давлениях подачи pe, сведены в Таблице 9.Таблица 9.Характеристики узла РТШ 020 в зависимости от peХарактеристикаpe, Па (ат)196·103 (2)490·103 (5)882·103 (9)454,6±0,35 501,7±0,396,935·107 8,446 ·107583,4±0,781,142·108Осевые колебанияСобственная частота fZ, ГцЖёсткость по частоте колебаний KSpdZ, Н·м-1Статическая касательная жёсткостьKSpTZ, Н·м-1Статическая секущая жёсткостьKSpSZ, Н·м-1Осевая предельная сила FPZmax, НК-т сопротивления bSpZ, Н·с·м-1К-т демпфирования λZ, с-1Лог.
декремент затухания ΔZ1,841·1075,870·1071,1536·1081,788·1076,092·1071,1218·1082986,360·103374,1±2,00,82298015,901·103347,1±5,50,69184,913·103289,0±1,30,49545028,467·1075,049·103296,00,59165771,1166·1084,574·103269,00,46636731,5194·1083,893·103229,00,3403Радиальные колебанияСобственная частота fY, ГцЖёсткость по частоте колебаний KSpdY, Н·м-1К-т сопротивления bSpY, Н·с·м-1К-т демпфирования λY, с-1Лог. декремент затухания ΔY123(Продолжение Таблицы 9)Угловые колебанияСобственная частота fφ, ГцЖёсткость по частоте колебаний KSpdφ,Н·мК-т сопротивления bSpφ, Н·м ·сК-т демпфирования λφ, с-1Лог. декремент затухания Δφ668,5±1,4767,7±0,55895,5±5,90,7482·1060,9867·1061,342·10644,99530,5±3,60,793640,76480,6±3,40,626034,70409,1±220,4568Зависимость момента сопротивления привращенииMZ(ωZ)= MT-aωZПостоянный момент MT, Н·мК-т вязкого сопротивления a, Н·м·с-(11,83±1,13)·10-4(1,4946±0,0158)·10-44.7.3.
Эксплуатационные характеристики опор узла РТШ 020Жёсткостиисопротивлениясферическихаэростатическихопоропределены по характеристикам шпинделя для разных избыточных давленийподачи pe. Действие давления подачи на шпиндель уравновешиваетсяпостоянной мёртвой силой FZa 0 const и внешними нагрузками FYa, FZa(П.6.4.3).
Значения представлены в Таблице 10.124Таблица 10.Характеристики опор узла РТШ 020 при разном давлении peНазваниеОбозначениеи размерность3196·10 Паpe490·103 Па882·103 ПаХарактеристики для осевого направленияЖёсткость,соответствующаячастоте колебанийСтатическаякасат.ельнаяжёсткостьСтатическаясекущая жёсткостьКоэффициентсопротивленияKdZ, Н·м-13,467·1074,223·1075,710·107KTZ, Н·м-10,9205·1072,935·1075,768·107KSZ, Н·м-10,894·1073,046·1075,609·107bZ, Н·с·м-13,180·1032,950·1032,456·103Характеристики для радиального направленияЖёсткость,соответствующаячастоте колебанийКоэффициентсопротивленияKdY, Н·м-14,233·1075,583·1077,597·107bY, Н·с·м-12,524·1032,287·1031,947·1034.7.4.
Итоги испытаний шпиндельных узловПри предварительных испытаниях узла НШУС 110 и расширенныхиспытанных узлов РТШ 020 определены их характеристики и специфичныепараметры.1. Определены статические характеристики для осевого направления:- касательная жёсткость KSpTZ;125- секущая жёсткость KSpSZ;-предельная несущая способность PPZmax.2. Измерены динамические характеристики:- частоты f, демпфирования λ, логарифмические декременты затухания Δдля осевой и угловой форм колебаний;- жёсткости, соответствующие частотам колебаний и коэффициентывязкого сопротивления для осевой и угловой форм колебаний;- для радиальной формы колебаний те же динамические характеристикиопределены косвенно.3.
Приповышениидавленияподачижёсткостьвозрастает,вязкоесопротивление и демпфирование убывают. Доля демпфирования откритического:- 10…13% при давлении pe=2 ат;- 7,4…10% при давлении pe=5 ат;- 5,5…7,7% при давлении pe=9 ат.4. Оценён разброс проницаемости пористых вставок kp=(5,27…10,3)·10-15 м2.5. Экспериментально установлено, что момент торможения на выбегеописываетсямодельювязко-сухогосопротивленияMZ(ωz)=MT-aωz.Определены коэффициенты этой зависимости. Установлено, что они зависятот геометрии и конструкции узла, и не зависят от давления подачи,направления вращения, наличия неуравновешенности. Основная, причина,«сухого» сопротивления - это потери на перемагничивание, вязкоесопротивление создаётся смазочным слоем и, возможно, омическимипотерями от токов Фуко.6.
Выявлена слишком большая шероховатость опорных поверхностей узлаРТШ 020. Параметр Ra=0,374·10-6 м превышает технические требования.Величина оказалась Rz=4,81·10-6 м сопоставима с зазором.7. Предложены и опробованы разные способы определения зазора:- по коэффициенту вязкого сопротивления на выбеге;- по осевому люфту при выключенном давлении подачи;126- по осевому смещению при включённом давлении подачи.8. Все оценки зазора оказались очень близки к требуемой величине зазора, ноне отражают влияние шероховатости на усреднённый зазор, который долженбыть больше оценки по люфту на величину δ≈(1…2)·Rz. Для узлаНШУС 110 совпадение расчётных и экспериментальных осевых статическиххарактеристик происходит, при δ=(5…7)·10-6 м.4.8.
Выводы по Главе 41. При соотношении сопротивлений ограничителей наддува и толщинысмазочного слоя, близком к наибольшей жёсткости, разброс проницаемостив диапазоне kp=(5,27…10,3)·10-15 м2 не сильно влияет на жёсткость: уНШУС 110 разброс осевой жёсткости не более 13,5%. Сильнее на силовыехарактеристики влияет зазор h0. При изменении зазора h0 в диапазоне(10…18)·10-6 м для НШУС 110 осевая жёсткость может измениться на 26%.2. Статическая жёсткость меньше жёсткости, оценённой по частоте колебаний:при давлении подачи pe=2 ат в 3,9 раза; при давлении подачи pe=5 ат в 1,43раза; а при давлении подачи pe=9 ат разница отсутствует. Таким образом,сильное различие статической и динамической жёсткости устраняется приросте давления подачи pe с 2 до 9 ат. Этот явление качественно согласуется срезультатами моделирования для узла НШУС 110, но тогда влияние частотыбыло меньше (раздел 2.4.12.2).3.
Косвенная оценка усреднённого зазора по выбегу получается заниженнойиз-за,дополнительногосопротивлениявращению,оказываемогонеровностями и иными эффектами.4. Отклики на импульсное воздействие имеют вид быстро затухающихколебаний. Что подтверждает вывод о неприменимости для оценки вязкогосопротивленияопормоделейсмазочногослоябезпредсказывают наличие сверхкритического демпфирования.p,tкоторые1275.
Охлаждение от расширяющегося воздуха, нагрев опор от вращения илиразогрева двигателя в узле НШУС 110 не привели к заметнымтемпературным деформациям, сопоставимым с зазором.6. Упругие и контактные деформации от давления подачи не меняют зазор.4.9. Выработанные рекомендации4.9.1. Рекомендации по испытаниям1. Измерениеперемещенийудобнеевсегопроизводитьёмкостнымибесконтактными датчиками, со специальными кронштейнами и системойавтоматизированного сбора данных.2. Измерениеосевыхсиловыххарактеристикжелательнопроводитьнесколькими датчиками перемещений для контроля перекоса оси.3. При планировании испытаний необходимо иметь в виду, что статическиежёсткости могут не соответствовать модальным параметрам даже при малыхколебаниях.4.
Желательно усовершенствовать методику испытаний проницаемости, чтобыдавление воздуха на границах пористых вставок, соответствовали условиямработы в аэростатическом узле.5. Определениепараметровсопротивлениявращениюприотсутствииэлектродвигателя допустимо проводить по простой модели «вязкогосопротивления», если линия выбега в полулогарифмических координатахблизка к прямой (приложение П.6.2).6. Определение параметров сопротивления вращению по сложным моделямжелательно проводить с максимальным диапазоном угловых скоростей, сбольшим количеством контрольных точек, включая момент остановки.7. Опробованы разные методики оценки зазора: по силовой характеристике, поосевым биениям без воздуха, по вязкому моменту торможению привращении. Все результаты очень близки и могут быть применены напроизводстве для измерения минимального зазора.
Усреднённый зазор128может быть больше полученных оценок, для его измерения опробованныеметодики не годятся, поскольку на них не влияет шероховатость опор.8. При грамотном конструировании шпиндельных узлов его колебанияпроисходят как движения твёрдого тела на податливых опорах. Нетнеобходимости учитывать податливость вала или других элементов, как эточасто осуществляется для роторов турбин.9. Ударная идентификация динамических параметров имеет ряд сложностей: большое демпфирование приводит к перекрытию спектральных пиков; невозможно возбудить по отдельности угловые и радиальные колебания; временная выборка мала из-за большого демпфирования.При испытаниях рекомендуется использовать несколько точек инаправлений ударов для различия форм.10.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
