Диссертация (1026045), страница 20

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

Текст из файла (страница 20)

То есть усреднённый зазор можетразличаться для напорного, куэттовского или демпфирующих режимов работы.Рис. 5.5. Определение эквивалентного равномерного зазора для разныхрежимов течения воздуха между шероховатыми поверхностями:а - аэростатический наддув; б - поток Куэтта; в - демпфирование тонкого слояОпределения усреднённого зазора осложняется тем, что величина зазораприсутствует в уравнении Рейнольдса (2.4) в разном качестве138 hHeff 3   p 2   K1  ps 2  p 2   (5.2)p12  2Vr p  pVt  hKeff   hKeff    pVt   24hДeff.t Величина hHeff3 связана с сопротивлением напорному потоку (Рис. 5.5-а). Слагаемые с hKeff и касательной скоростью поверхности Vt описываютвовлечение воздуха в рассматриваемую точку касательным движениемповерхностей (Рис.

5.5-б). Величина hДeff в последнем слагаемом характеризует объём сжимаемоговоздуха, заключённого между стенками (Рис. 5.5-в).Из-за разного физического смысла в каждом слагаемом уравненияРейнольдса усреднённый зазор может различаться.5.6. Выводы по Главе 51.Экспериментально-расчётная идентификация зазора по статическимсиловым характеристикам даёт значение усреднённого зазора h0=16·10-6 м,котороеустраняетсопротивлениюпротиворечия,вращениюнасвязанныевыбеге.сОценкаоценкойзазоразазорапопосиловымхарактеристикам h0=16·10-6 м больше оценки зазора по осевому люфту навеличину δ≈6,5·10-6 м, сравнимую с шероховатостью опор Rz=4,81·10-6 м.2.В рабочем диапазоне давления различие расчётных и экспериментальныххарактеристик сильно зависит от величины зазора.3.В рабочем диапазоне давления различие почти всех расчётных иэкспериментальных характеристик становится равным нулю для значенийусреднённого зазора h0=(14…16)·10-6 м.4.Прирабочемдавленииотносительнаяпогрешностьопределенияжёсткостей опор (KdZ, KSZ, KTZ, KdY) не превышает 39%;5.Относительная погрешность определения осевого сопротивления bZ неболее 37%.1396.Получение достаточно большие различия расчётов и эксперимента можнообъяснить следующими обстоятельствами. Значительная шероховатость опор может привести к тому, что усреднённыйзазор различается для напорного, куэттовского и демпфирующего режимовтечения воздуха. Опоры имеют неустановленные отклонения формы, которые вместе сотклонением радиуса и межосевого расстояния искажают зазор. При повышении частот колебаний шпинделя состояние смазочного слояможет перестать быть изотермическим и приблизиться к адиабатному. При росте частот колебаний течение воздуха через пористые вставкистановится нестационарным, поскольку заполнения внутреннего объёма портребует времени. При расчёте динамических характеристик использован синусоидальныйзакон изменения зазора в каждой точке.

В эксперименте изменение зазорапроисходило по бигармоническому быстро затухающему закону, с разнымсоотношением амплитуд в разных точках зазора.7.Несмотря на совокупность указанных выше обстоятельств и полученоприемлемоедляинженерныхрасчётовсовпадениеэксплуатационныххарактеристик, определённых экспериментально и при расчёте опор по «2D+t»модели,еслихарактеристикам.идентифицироватьзазорпостатическимсиловым140Общие выводы по работеВработеаэростатическихрешёнкомплексопорсзадачпористымимоделированияограничителямисферическихнаддуваипространственной динамики шпинделя на данных опорах, а также выполненаэкспериментальная проверка разработанных моделей.Задача 1.

Разработаны и сопоставлены между собой 3 математические моделидля расчёта опорных реакций (силы FA и момента MA) и расхода воздуха Qсферических аэростатических опор с частично пористыми стенками. Моделиотличаются полнотой и требованиями вычислительным ресурсам.Полная «2D+t» модель впервые учитывает влияние на состояниесферического газового смазочного слоя всех кинематических факторов:вектора смещения uA, линейной VA и угловой ω скоростей, а также«истории состояния» при гибридном режиме работы. Данная модельпозволяет определять опорные реакции с учётом перекрёстных связей,расход воздуха и критерии подобия M, Kn , но наиболее требовательна квычислительным ресурсам.Полная «2D» модель существенно проще в реализации за счётпренебрежением производной давления по времени в уравненииРейнольдса (2.11), но она завышает влияние скорости шпинделя наопорные реакции и критерии подобия.

Из-за чего получение по нейоценки вязкости, завешены в 2…8 раза. Но, данная модель пригодна дляоценки статических состояний c uA и ω, когда давление в каждой точке неменяется, а также для качественной оценки влияния линейной скоростиVA на эксплуатационные характеристики и критерии подобия.Упрощённая сегментная модель требует решения уравнения Рейнольдса(2.30) лишь при предварительном построении аппроксимирующихзависимостей. Но она пригодна только для определения позиционныхреакций опор FA(uA) с учётом нелинейности и перекрёстных связей.141Для динамических расчётов опробованы два способа линеаризацииреакций сферических аэростатических опор, которые облегчают модальныйанализ и исследование динамических процессов:на основании полной «2D+t» модели по силовым откликам нагармонические колебания;на основании силовых характеристик, полученных по полной «2D» исегментной моделям.Задача 2.

Получена математическая модель динамики шпинделя, в которуювстроены разработанные модели аэростатических опор для того чтобы настадии проектирования выполнять следующие расчёты: проводить модальный анализ; прогнозироватьоткликисмещенийшпинделяприпроизвольномзаданном статическом и динамическом силовом воздействии; оценивать амплитуды биений шпинделя при заданной динамическойнеуравновешенности и технологических усилиях.Модель динамики учитывает все пространственные степени свободышпинделя и позволяет учесть большие углы поворота, поэтому она может бытьиспользована для расчётов динамики других устройств с одной сферическойаэростатической опорой (гироскопов, стендов для определения инерционныххарактеристик или испытаний систем ориентации спутников) или механизмов спараллельной структурой, использующих несколько сферических опор.Задача 3.

Проведено экспериментальное исследование шпиндельныхузлов двух моделей, для чего были предложены и опробованы методикиизмерения специфичных параметров, а также статических и динамическихэксплуатационных характеристик. Полученные результаты по оценки разбросапроницаемости графита и его влиянию на характеристики опор представляютценность для разработчиков других аэростатических опор и при приёмкепрецизионных аэростатических узлов.142Преодолены существенные сложности идентификации усреднённогозазора h0 между шероховатыми сферическими опорами при Rz~h0≈10-5 м.Разработанныешпиндельныхрасчётныеузлови«ВНИИИНСТРУМЕНТ,моделииспользуютсясферическиххотяприаэростатическихпогрешностьоптимизацииопоридентификациивОАОзазораh0ограничивают точность результатов.Точность и полнота разработанных моделей позволяет их использовать вдальнейших исследованиях, направленных на учёт технологических усилий ивибрационных воздействий на станок, для прогнозирования геометрическойточности деталей после обработки.Наоснованиисопоставлениярасчётныхиэкспериментальныххарактеристик сделан ряд технических замечаний и выводов, в том числе: Оценки вязкого сопротивления сферических аэростатических опор поупрощённым моделям без учёта производной давления по времени,настолькозавышены,чтоприводятксверхкритическомудемпфированию. Используемая технология изготовления опор не обеспечивает требуемогозазора, из-за чего не реализуются все преимущества шпиндельного узласосферическимиаэростатическимиопорами.Наоснованииэкспериментальных исследований сделаны рекомендации по изменениютехнологии изготовления опор.Разработанные экспериментальные методики измерения применяютсяприприёмкешпиндельныхузловнапредприятииОАО«ВНИИИНСТРУМЕНТ», и внедрены в учебный процесс на кафедреприкладной механики ФГБОУ ВПО МГТУ им.

Н.Э. Баумана.143ЗаключениеСозданные расчётные модели уже используются при разработке иоптимизации инновационных шпиндельных узлов на предприятии ОАО«ВНИИИНСТРУМЕНТ». На основании выполненных расчётов сделан рядрекомендаций, в том числе, те, что приведены в данной работе:- разделы 2.6, 2.7 - по расчётам характеристик опор;- раздел 3.8, 4.9.2, приложение П.4.5- по расчётам динамики;- приложения П.4.2, П.4.5 - по устранению некоторых перекрёстных связей.Пока не решены все вопросы, возникающие при использованиишпиндельныхузловсосферическимиаэростатическимиопорами.Исследованные автором динамические процессы не учитывают влияния«аэродинамического клина» и перекрёстных связей при вращении, хотясоставленные модели уже позволяют это осуществить. Остаются актуальнымивопросы о влиянии на вибрации режимов обработки и внешних воздействий(вибрационных, температурных…), а также об обеспечении устойчивости привысоких скоростях вращения.

Эти вопросы могут быть изучены позже.При обзоре не были обнаружены специализированные программныекомплексы для моделирования динамики роторов, которые могли бы учестьсферическиеаэростатическиемультифизичныхрасчётныхопоры.Акомплексовиспользование(ANSYS,универсальныхComsol,…)требуетзначительных вычислительных мощностей для должной дискретизациисмазочного слоя трёхмерной сеткой. Возможно, в будущем данные комплексыпозволят моделировать газовый слой в двухмерной постановке со всемиучтёнными в данной работе эффектами, но их применение все равно будетзатруднено из-за высокой стоимости и необходимости многократных расчётовпри моделировании динамики и оптимизации конструкции и режимов работы.Автор надеется, что представленные модели и полученные результатыокажутся полезными для других исследователей при расчётах аэростатическихопор или при экспериментах с ними.144Список литературы1.

Характеристики

Список файлов диссертации