Диссертация (1026045), страница 29

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

Текст из файла (страница 29)

Радиальная характеристика FXa u AXa  при разных  ZaНа Рис. П.4.11 показано как при росте угловой скорости возрастаетциркуляционная аэродинамическая радиальная сила. Циркуляционная силаможет приводить к потере устойчивости типа «полускоростной» вихрь ипоявлению устойчивых предельных циклов.Рис. П.4.11. Циркуляционная сила FAYa u AXa  при разных  ZaПри максимальной угловой скорости шпиндельного узла НШУС 110отношениециркуляционнойаэродинамической1аэростатической FYa uAXa   FXa uAXa силыдостигает 10-12%.кпотенциальной206На Рис.

П.4.12 семейство осевых статических силовых характеристикFZa u AZa  при различных скоростях вращения шпинделя  Za практическиполностью совпало. При осесимметричном распределении зазора h вращениешпинделя несколько смещает и сглаживает волны давления вдоль окружности(П.3.3), а опорные реакции не меняются.Рис.

П.4.12. Совпадение осевых характеристик FZa u AZa  при разных  ZaНо угловая скорость  Za меняет зависимость осевой опорной реакцииот радиального смещения FZa(uAXa) (Рис. П.4.13).Рис. П.4.13. Радиальная характеристика FZa u AXa  при разных az207Относительное изменение осевой силы невелико. Но следует учитывать,что осевые реакции двух сфер должны уравновешиваться и незначительноеизменение одной из них весьма существенно.П.4.3.1.

Влияние смещений на момент сопротивления вращению приразличной угловой скоростиНа Рис. П.4.14 отражено влияние угловой скорости  Za на моментсопротивления вращению MAZa при различных радиальных uAXa и осевых uAZaсмещениях шпинделя.а)б)Рис. П.4.14. Влияние угловой скорости  Za на зависимости моментасопротивления и смещений: а – радиального MAZa(uAXa);б – осевого MAZa(uAXa)208По графикам на Рис. П.4.14 можно оценить применимость упрощённойформулы (2.20) для момента сопротивления, предполагающей нулевыесмещения шпинделя. Радиальные смещения u AXa слабо влияют на моментторможения MAZa.

При радиальном смещении, не превышающем половинуноминальногорадиальногозазораu AXa  0,5h0 ,изменениемоментаторможения не больше 7%. Для такого радиального смещения к опоре должнабыть приложена достаточно большая статическая радиальная сила FAXa  500 H. Существеннее влияние осевого смещения uAZa момент сопротивления однойопоры.

Но при осевом смещении шпинделя в одной опоре момент торможениявырастает, а в другой уменьшается. В итоге, суммарный момент сопротивленияменяется в пределах 8% при изменении осевого смещения u AZa  0, 5h0 .П.4.4. Результаты примеров расчёта характеристик опор1.Получены решения по полной «2D» модели аэростатическойсферической опоры с пористыми ограничителями наддува, с учётомпроизвольных векторов смещений, поступательной и угловой скоростей.2.Прибольших скоростяхнелинейноерешениеможетбытьрасходящимся. Кроме того, при больших скоростях может быть получено неимеющее физического смысла комплексное решение.3.При малых и умеренных скоростях V, ω решение сходится.4.«2D»модельпозволяетполучитьстатическиесиловыехарактеристики, с перекрёстным влиянием перемещений на опорныереакции.П.4.5. Выводы по примерам расчёта характеристик опор1.Определены статические силовые характеристики по упрощённойсегментной модели при различном количестве сегментов и по полноймодели.

Наилучшее совпадение при количестве сегментов NS=6 и 9. Применьшем NS проявляется грубость допущения о постоянном зазоре h. При209большем NS сказывается допущение об отсутствии перетока воздуха междусоседними сегментами.2.Полная «2D» модель позволяет определять влияние на опорныереакции смещений и угловой скорости.3.Разработаныупрощённыесегментныемодели,позволяющиеопределять опорные реакции с учётом влияния позиционных перекрёстныхсвязей без существенных затрат времени.4.ДляузлациркуляционнаясилаНШУС 110составляетмаксимальная≈7%отаэродинамическаяаэростатическойреакции,направленной против радиального смещения.5.При умеренных смещениях u AXa  0,5h0 и u AZa  0, 5h0 изменениемомента торможения в шпиндельном узле не более 8%.6.Сравнение расчётов, полученных по «2D» модели и «2D+t» модели(например, в приложении П.4.2.1 и в разделе 2.4.12.1.2), позволяет сделатьвывод о том, что пренебрежение производной давления по времени вуравнении (2.11) завышают вязкое сопротивление аэростатических опор в2…8 раз.

Экспериментальная проверка подтвердила оценку демпфированияпо модели «2D+t».7.Описано явление возникновения перекрёстных осевых сил прирадиальном смещении (или радиальной скорости) одной опоры. Даннаяперекрёстная сила связана с тем, что в сжимаемой и расширяемой частяхзазора давление меняется на разную величину.

По сути, данное явлениеустраняется при оптимизации жёсткости опор при выборе соотношениясопротивлений зазора и пористых вставок.8.Но устранить влияние радиального смещения на осевое вязкоесопротивление или осевого смещения на радиальное вязкое сопротивлениене удастся.210П.5. Предварительные испытания шпиндельного узла НШУС 110На подготовительном этапе проведено предварительное испытаниешпиндельного узла НШУС 110 со следующими целями:1.Сравнениесредствконтролястатическихидинамическихэксплуатационных характеристик аэростатических шпиндельных узлов.2. Предварительная верификация математических моделей.3. Проверка методик измерения специфичных параметров, для которыхнет применимых стандартных методик: проницаемости kp пористых ограничителей наддува; минимального и усреднённого радиального зазора h0.П.5.1.

Измерение силовых характеристикП.5.1.1. Описание измерительной установкиФотографии шпиндельного узла и установки для статических испытанийпредставлены на Рис. П.5.1… Рис. П.5.3.Рис. П.5.1. Установка для нагружения шпиндельного узла НШУС 110На Рис.

П.5.1 отмечены: 1 – корпус шпиндельного узла, 2 – магнитныеизмерительные стойки датчиков перемещений, 3 – преобразователь сигналов, 4211– оправка, закреплённая на шпинделе, 5 – динамометр с жёсткостью 4,79 105кГ/м, установленный с помощью крепления 6. Динамометр мог бытьустановлен с помощью винта (Рис. П.5.1) или в распор с помощью шарика (Рис.П.5.2). В обоих случаях при нагружении некоторой критической силойпроисходила потеря устойчивости сжатого динамометра, приводящая к егоперекосу и созданию значительной радиальной силы (Рис.

П.5.2). Крепление спомощью винта позволяло нагружать большей силой до потери устойчивости,однако при нем были существенные радиальные силы ещё до потериустойчивости.Рис. П.5.2. Динамометр, прикреплённый в распор с шариком, после потериустойчивости нагружающего устройстваОпробовано измерения смещений шпинделя разными датчиками.Каждый из них имел недостатки. Использовались ёмкостные, токовихревые иконтактные индуктивные датчики. Ёмкостные датчики D-510.02 оченьчувствительны к перекосам при установке, что могло негативно сказаться нарезультатах. На показания токовихревых датчиков IN-85, могли повлиятьотверстия и ступеньки на измеряемом фланце шпинделя. Работа контактногоиндуктивного датчика сопровождалось трением, что также могло отразитьсяпри измерениях.

На Рис. П.5.3 представлены фотографии использованныхдатчиков, а в приложении П.5.5.1.1 их основные параметры.212Рис. П.5.3. Датчики, использованные для измерений смещений шпинделя:а) ёмкостной датчик D-510.021; б) токовихревой датчик IN-85; в) жёсткаястойка для крепления ёмкостного датчика D-510.021; г) индуктивный датчикщуп Е-291 с преобразователемП.5.1.2. Измерение осевой силовой характеристикиПроведены серии нагружений шпинделя при различной установкединамометра при измерении смещений разными датчиками. Нагружениешпинделя осуществлялось с помощью резьбовых соединений креплениядинамометра (Рис. П.5.1).

Характеристики при избыточном давлении подачиpe=490·103 Па (5 ат), полученные с разными датчиками и разными креплениямидинамометра показаны на Рис. П.5.4.213Рис. П.5.4. Статические силовые характеристики, измеренные разнымидатчиками при pe=490·103 Па (5 ат)Изломы графиков связаны с перекосом динамометра, который создавалпеременную радиальную силу, перекашивающую шпиндель. Креплениединамометра с шариком позволило получить более гладкий график, чем свинтом, но в меньшем диапазоне, поскольку нагружающее устройство сшариком теряло нагрузку при силеFPZc0 1650 H , а с винтом - приFPZc0  3100 H . При измерениях токовихревым датчиком с шариком конструкциякрепления динамометра незначительно изменена и потеря устойчивостипроисходила при меньшей нагрузке, а соответствующая кривая ниже всехостальных.Ниже,присравненииэкспериментальныхзависимостей это измерение отброшено (Рис.

П.5.6).ирасчётных214Силовые характеристики, измеренные при избыточном давлении подачиpe=785·103 Па (8 ат), представлены на Рис. П.5.5. Использовалось толькокрепление с винтом, поскольку требовались большие усилия.Рис. П.5.5. Статическая характеристика при pe=785·103 Па (8 ат)Протоколы измерений приведены в приложении П.5.5.1.П.5.1.3. Сравнение измеренных и расчётных осевых силСравним статические характеристики, полученные в эксперименте и прирасчёте по полной «2D» модели.

Ломаный характер экспериментальныхзависимостей не позволяет определить жёсткость, поэтому сравниваютсязависимости силы от перемещений.Для расчёта необходимо задать все параметры шпиндельного узла. Ноне все из них удалось точно проконтролировать. Проницаемость kp пористыхвставок может различаться в несколько раз (Приложение П.5.2). Так же естьвопросыкоценкесреднегозазораh 0,поэтомухарактеристики представлены для нескольких зазора h0.силовыерасчётные215П.5.1.3.1.

Осевая характеристика при давлении подачи 5 атНа Рис. П.5.6 с экспериментом сравниваются расчётные силовыехарактеристики при избыточном давлении подачи pe=490·103 Па. Каждыйграфик построен при заданном зазоре h0 и проницаемости kp. Зелёнаяхарактеристика соответствует средней проницаемости kp. Синяя и красная –нижней и верхней границам доверительного интервала kp.Рис. П.5.6. Сравнение экспериментальных и расчётных силовых характеристик,вычисленных при разных значениях коэффициента проницаемости kp и зазораh0 и давления подачи pe=490·103 ПаП.5.1.3.2. Осевая характеристика при давлении подачи 8 атНа Рис. П.5.7 сравниваются расчётные силовые характеристики приизбыточном давлении подачи pe=785·103 Па.

Характеристики

Список файлов диссертации