Диссертация (1026045), страница 19

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 19)

Для вибродиагностики опробованы методы БДПФ, построения огибающихи метод Прони. Несмотря на сложности реализации, для ударнойдиагностики аэростатических шпиндельных узлов рекомендован методПрони. Если интерес представляют лишь частоты свободных колебаний, томожно применять упрощённый метод БДПФ.4.9.2. Замечания по расчётным моделям1. При обработке предварительных испытаний узла НШУС 110 показано, чтосоответствиерасчётныхиэкспериментальныхстатическихсиловыххарактеристик наблюдается при зазоре h0≈18·10-6 м, который большеизмеренного по смещениям на 6·10-6 м (П.5.1.4).2.

Линейные модели опор (3.3) или модели с позиционными опорнымиреакциями могут быть использованы лишь для колебаний в узком частотномдиапазоне. Поскольку экспериментально подтверждено, что жёсткостизависят от частоты колебаний.1294.9.3. Технические рекомендации и замечания1. В рабочем режиме охлаждение расширяющегося воздуха, нагрев опор отвращения или работы двигателя (в НШУС 110) не влияют на зазор.2. Упругие и контактные деформации от давления подачи не меняют зазор.3. Для снижения шероховатости опорных поверхностей: проверить притирочную пасту, на наличие фракции крупного абразива; перед финишной притиркой более тщательно очищать опоры от абразива,например, ультразвуком или полировкой мелкой пастой.4. Невозможно оценить шероховатость опор после притирки, на основанииоценок зазора по смещению и вязкому сопротивлению вращению.5.

Целесообразно заменить притирку на ультрапрецизионную обработкуточением или шлифованием, хотя это и требует создания станка соспециальной кинематикой.130Глава 5. Экспериментальная проверка математических моделейВ этой главе сравнены результаты измерений и расчётов характеристикузла РТШ 020. Параметры шпинделя, взятые для расчётов, определеныстандартными методиками, кроме величин kp и h0, методики идентификациидля которых описаны в данной работе. Оценённый разброс проницаемостипористых вставок kp не сильно влияет на характеристики опор ([19],приложения П.5.1.4, П.5.2), а для узла РТШ 020 использована технология,снижающая разброс проницаемости вставок.

Зазор влияет гораздо сильнее насиловые характеристики (приложение П.5.1.4). В то же время, оценки среднегои минимального зазора h0 для узлов НШУС 110 и РТШ 020 (раздел 4.5,приложения П.5.3 и П.6.2) показали близкие, но противоречивые результаты(раздел 4.5.5). Из-за чего идентификация усреднённого зазора выполненасравнениемрасчётныхиэкспериментальныхосевыхстатическиххарактеристик. После чего сопоставлены результаты расчётов и измерений.5.1. Экспериментально-расчётная идентификация зазора по осевойстатической характеристикеИз проведённых измерений информативнее статическое испытание восевом направлении. Описанные ранее оценки минимального зазора только порезультатам измерений (4.1), (4.2), не позволяют учесть дефектов опор, поэтомупредложена другая методика определения усреднённого зазора.1.

Выбирается рабочий диапазон давления подачи pemin…pemax, для границкоторого измеряется статическая характеристика FPZ (uCZс0) (раздел 4.4).2. Проводится моделирование семейства статических откликов на медленноменяющуюся внешнюю осевую силу FPZ (раздел 3.7.1.3)3.

При давлениях подачи pemin и pemaх сопоставляются семейства расчётныхкривых FPZ(uCZc0,h0) и экспериментальных данных FPZ(uCZc0).4. Если обнаруживается приемлемое совпадение расчётных кривых длянекоторого значения зазора h0 с экспериментальными данными, этот зазорпринимается за эффективную величину усреднённого зазора h0eff.1315.1.1. Результаты идентификации зазора для узла РТШ 020У узла РТШ 020 рабочий диапазон давления подачи pe=5…9 ат.

Дляграниц этого диапазона идентифицирован усреднённый зазор (Рис. 5.1).Рис. 5.1. Сравнение осевых экспериментальных и расчётных характеристик приразных давлениях pe и зазорах h0: а - pemin; б - pemaхПри давлении подачи pe=5 ат, если внешняя сила превышает 600 Нэкспериментальная жёсткость резко увеличивает угол наклона, что связано сконтактомопорных поверхностей.остановленыдосоприкосновенияПри давлении pe=9 ат испытанияопорныхповерхностей.Наилучшеесовпадение достигается при зазоре h0eff=16·10-6 м.При давлении подачи pe=2 ат совпадение достигается при зазоре17·10-6 м, но соответствующие измерения менее точны из-за меньшегоколичества зафиксированных точек до контакта (Рис.

4.1).5.2. Проверка расчётных динамических характеристик опорПри определённом значении зазора h0eff рассчитаны жёсткости Kx, Kz ивязкие сопротивления опор bx, bz по методике, описанной в разделе 2.4.12. Дляэтого рассмотрены гармонические колебания опор с амплитудами u0x=u0z=106м. Значения частот осевых f0=fZ и радиальных колебаний f0=fφ взяты изТаблицы 9 для каждого давления pe.132Результаты расчётов сопоставлены с экспериментальными данными,описанными в разделе 4.7.3. И расчётные K(p), и экспериментальные K(э)характеристики определены с допущениями, поэтому сложно сказать чтоточнее.

Относительные различия ΔK по отношению к среднему значениюпредставлены в Таблице 11K   KэK 0,5 K эрK р100%.(5.1)Таблица 11.Относительные различия расчётных и экспериментальных характеристик опорпри зазоре h0eff=16·10-6 мНаправлениеХарактеристика опорыKdZbZKdYbYВозможнымЭксперимент, Н·м-1Расчёт, Н·м-1Отклонение, %Эксперимент, Н·с·м-1Расчёт, Н·с·м-1Давление подачи pe Па (ат)196·103490·103882·103(2)(5)(9)773,47·104,22·105,71·1071,90·107 2,85·107 4,42·10758,338,725,4333,18·102,95·102,46·1033,07·103 2,80·103 2,41·103Отклонение, %3,655,131,68Эксперимент, Н·м-1Расчёт, Н·м-1Отклонение, %Эксперимент, Н·с·м-1Расчёт, Н·с·м-1Отклонение, %4,23·1073,04·10732,92,52·1033,06·103-19,35,58·1074,43·10722,92,29·1032,92·103-24,27,60·1076,69·10712,71,95·1032,83·103-37,1объяснениемзначительныхразличийнекоторыххарактеристик является то, что расчёты проведены для синусоидальногоизменения зазора, а в экспериментах изменение зазора было обусловленосложением быстро затухающих колебаний по трём формам.1335.3.

Проверка расчётных динамических характеристик шпинделяПо расчётным жёсткостям и вязким сопротивлениям, полученным выше,в соответствии с методикой модального анализа (раздел 3.5), определенычастоты колебаний и коэффициенты демпфирования для трёх форм колебанийшпинделя. Получение динамические характеристики шпинделя сопоставлены сэкспериментальными данными (Таблица 12). Для всех характеристик по (5.1)определено относительное различие.Таблица 12.Относительные различия расчётных и экспериментальных динамическиххарактеристик шпинделя при зазоре h0eff=16·10-6 мФормаколебанийДинамическаяхарактеристикаfzλzfYλYfφλφЭксперимент, ГцРасчёт, ГцОтклонение, %Эксперимент, c-1Расчёт, c-1Отклонение, %Эксперимент, ГцРасчёт, ГцОтклонение, %Эксперимент, c-1Расчёт, c-1Отклонение, %Эксперимент, ГцРасчёт, ГцОтклонение, %Эксперимент, c-1Расчёт, c-1Отклонение, %Давление подачи pe Па (ат)196·103490·103882·103(2)(5)(9)45550258333240951131,320,413,23743472893663352892,163,52050257767342251162917,312,16,76296269229360343333-19,5-24,2-37668768895,555767783518,212,66,99530481409638608591-18,4-23,3-36,45.4.

Сравнение импульсных переходных процессовПри эксперименте нарушается равенство силовых характеристикверхней и нижней опор. Как показали расчёты, это явление очень слабо влияетна частоты и коэффициенты демпфирования (отличие менее 1%) но заметно134меняет формы радиально-угловых колебаний. Из-за этого измеренные спектрыугловых колебаний φx имеют два пика, связанных с радиально-угловымиколебаниями (приложение П.6.4). Для более адекватного сравнения переходныхпроцессов в этом разделе жёсткости Kx, Kz и вязкие сопротивления опор bx, bzопределены для смещённых состояний.

Верхняя опора имеет уменьшенныйзазор, а нижняя - увеличенный из-за весовой осадки, определённой постатической жёсткости.На Рис. 5.2 и Рис. 5.3 сопоставлены измеренные импульсныепереходные процессы и расчётные свободные колебания шпинделя в осевом иугловом направлениях при давлении подачи ре=9 ат.Рис.

5.2. Сравнение осевых колебаний при pe=9 ат и h0eff=16·10-6 мКолебания в осевом направлении (Рис. 5.2) хорошо согласуются сэкспериментом по скорости затухания и хуже по частоте.135Угловые колебания согласуются лучше по частоте (Рис. 5.3). Ноотклонение радиального демпфирования (Таблица 12) приводит к различиюширины спектральных пиков (Рис. 5.3-б).Рис. 5.3.

Расчётные и экспериментальные угловые свободные колебания приpe=9 ат и зазоре h0eff=16·10-6 м, удар в точку P15.5. Влияние усреднённого зазора на разброс характеристикПолученные величины отклонений (Таблицы11, 12) приемлемы напрактике (требования к точности моделей описаны в разделе 1.6), но онислишком велики, чтобы оставить их без внимания. Объяснением значительныхотклонений может быть то, что все рассмотренные характеристики сильно136меняются при измерении усреднённого зазора h0, и даже малая погрешностьзазора весьма значитальна.На Рис. 5.4 отражено влияние усреднённого зазора h0 на относительныеразличия характеристик, определённые по (5.1). Расчёты характеристиквыполнены без учёта статической весовой осадки шпинделя, меняющей зазор исимметрию верхней и нижней опоры.100 KSpdY, [%] KSpdZ, [%]100500-50pпод -patm=2 ат-1001.2pпод -patm=5 ат1.41.6h0, [м]1.8 KSpSZ, [%] KSpTZ, [%]1.41.6h0, [м]1.81.41.6h0, [м]1.81.41.6h0, [м]1.82-5x 101001.41.6h0, [м]1.80-100-20021.2-5x 102-5x 1050 bSpY, [%]100 bSpZ, [%]1.2x 10-1000-100-200-50-100201.20-5pпод -patm=9 ат100-200501.21.41.6h0, [м]1.82-5x 100-50-100-1501.22-5x 10Рис.

5.4. Относительные отклонения расчётных характеристик при разныхдавлениях подачи pe=9 ат и усреднённых зазорах h0eff=16·10-6 мБольшая часть относительных отклонений характеристик шпинделядостигают нуля при усреднённом зазоре h0eff=(14…16)·10-6 м. Но есть иисключения для некоторых характеристик.137 Жёсткости, определённые по частотам колебаний при давлении подачиpe=2 ат, что может быть связано с тем, что при таком давлении зазорверхней опоры близок к перекрытию.Коэффициенты радиального демпфирования bSpY, совпадающие приэффективном зазоре h0eff≈18·10-6 м.Отсутствие усреднённого зазора, при котором равны нулю всеотносительные погрешности, может быть связано с погрешностями измеренияи расчёта или с тем, что усреднённая величина зазора может зависеть отрежима течения смазки: напорного (Рис. 5.5).

Характеристики

Список файлов диссертации