Диссертация (531291), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Три линии графиков соответствуют вариантам математической модели. В первой модели водило, ось и сателлит стальные, во второй – водило из титана, в третьей– между осью и сателлитом моделируется баббитовый слой. Во всехтрех случаях рассматривался идеально точно (без погрешностей) изготовленный сателлитный узел.Из рисунка видно, что на режимах частичных нагрузок (до ~20%от номинальной) величина перекоса сателлита нелинейно зависит открутящего момента, что обусловлено особенностями контактного взаимодействия между осью и сателлитом, а также опорными шейкамиоси и водилом. При нагрузках более 20% рассматриваемая зависимость становится практически линейной, что свидетельствует о достижении в соединениях полноты контакта.
В реальном редукторе,при наличии неизбежных погрешностей изготовления элементов сателлитного узла, интервал режимов работы зацеплений с нелинейнойзависимостью перекоса от нагрузки может расшириться.Проведенные исследования показали, что одной из причин выявленных ранее перекосов в зубчатых зацеплениях сателлитов с центральными колесами, влияющих на виброактивность редуктора, являетсяразличиежесткостейправойилевойщекводилаинесимметричная конструкция оси.Как показали расчеты, геометрия оси, полученная в результатедоводки типовой конструкции по результатам экспериментальных исследований, не идеальна. Изменив длину внутренней проточки оси(параметр L рис. 2.41), можно полностью скомпенсировать жесткостную диссиметрию сателлитного узла, повышая тем самым равномерность распределения нагрузки по зубчатому зацеплению.
Равномерное82распределение нагрузки по зацеплению, особенно на режимах максимальных нагрузок, несомненно, снижает значение максимальных контактных напряжений и, следовательно, повышает надежность зубчатойпередачи.Перекос оси сателлита в тангенциальном направлении, выявленный в результате расчета модели сателлитного узла, приводит к отклонению значений контактных напряжений на торцах шестерен от ихсредней величины на 8%. Податливость ободьев эпицикла в значительной степени компенсирует эту неравномерность нагрузки по зацеплению сателлит – эпицикл, чего, к сожалению, нельзя сказать о зацеплении сателлита с солнечной шестерней.Еще одной целью исследования напряженно-деформированногосостояния сателлитного узла может быть построение альтернативноймодели, не содержащей контактных поверхностей.
Идея альтернативной модели заключается в том, что сопрягаемые модели объединяются(склеиваются) по поверхности предполагаемого контакта. Предварительный расчет геометрии контактных поверхностей при заданнойнагрузке позволяет такую модель построить.Наиболее привлекательной методикой построения альтернативной модели можно было бы считать следующую последовательностьдействий:1) построение трехмерных моделей оси и сателлита;2) смещение сателлита в направлении, перпендикулярном оси, навеличину зазора, что приводит к касанию оси и сателлита;3) дальнейшее смещение сателлита на расстояние, обеспечивающеевнедрение оси и сателлита друг в друга по площади, равной пятнуконтакта;4) объединение пересекающихся объемов с помощью логическойоперации;5) генерация конечноэлементной сетки.83С теоретической точки зрения эта методика осуществима, и никаких причин, не позволяющих её реализовать, нет.
Расчетная величина «внедрения» сателлита в ось в нашем случае составила 0,1 мм. Однако механизм генерации конечноэлементной сетки, реализованный впрограммном комплексе ANSYS, не позволяет создать её в автоматическом режиме (или автору не хватило мастерства задать нужные параметры и режимы генератора). Минимальная величина перекрытияоси и сателлита, при котором сетка генерируется в автоматическомрежиме, составила 2 мм, но результат таких расчётов слишком далекот истины. При аналогичных исследованиях в программном комплексеNASTRAN величина минимального перекрытия составила 5мм.
Такимобразом, для построения корректной модели пришлось использоватьдругой, более трудоёмкий, механизм построения модели:1) трёхмерные модели оси и сателлита строятся таким образом, чтобы обеспечить возможность построения упорядоченной конечноэлементной сетки;2) перед генерацией сетки рассчитывается её шаг в тангенциальноми осевом направлениях таким образом, чтобы узлы контактирующих поверхностей располагались друг напротив друга, т. е.
расстояние между контактирующими узлами равнялось величине зазора;3) после генерации сетки с помощью механизма селекции выделяются все пары узлов, которые должны контактировать друг с другом;4) для выделенных узлов производится процедура объединения.Аналогичные процедуры совершаются и в отношении поверхностей щек водила, контактирующих с осью сателлита.84Зона моделированияконтактаРис. 2.43. Моделирование контактных узлов на поверхности осисателлитаНа рис. 2.43 показана модель оси с упорядоченной конечноэлементной сеткой, пригодной для объединения узлов оси с узлами сателлита и водила.
Поверхность потенциального контакта имеет пятьконечных элементов в тангенциальном направлении, т.е. 6 пар узловпри использовании линейных элементов solid45 или 11 пар узлов прииспользовании квадратичных элементов solid95. Объединяя различноеколичество пар контактирующих узлов, можно смоделировать различную ширину контактной поверхности с шагом 2,25°.Увеличение площади поверхности объединения оси и сателлитаприводит к увеличению общей жесткости сателлитного узла. Этотфакт отражен на графиках (рис.2.44) перемещений контрольных точекТ1÷Т4 (рис.
2.37) в зависимости от угловой величины зоны моделирования жесткого контакта. В результате проведенного анализа определена оптимальная угловая величина зоны моделирования контакта дляальтернативной модели, которая составляет 13,5° при номинальнойнагрузке. По предварительным оценкам, на основании исследованияконтактной модели эта величина составляла 12°.85вертикальные перемещения контрольныхточекUX (мм)0,090,08Т1Т30,070,06Т2Т40,050,040,030,020,010углов ая в еличина контактной зоны (гр)04,5913,51822,5Рис. 2.44.
Влияние ширины моделируемой контактной зонына жесткость конструкции (перемещения контрольных точек)Изложенный подход позволяет снизить вычислительные ресурсы, требующиеся для расчета данного узла примерно в 150 раз. Требования по оперативной памяти, например, снижены с 622 Мб до 4,7 Мбпо сравнению с контактной моделью.Построенная по предложенной методике альтернативная модельсателлитного узла успешно заменила контактную модель при исследованиях динамики редуктора как отдельного компонента силовой установки, так и в составе турбозубчатого агрегата.2.5. Собственные колебания редуктора2.5.1. Собственные колебания кинематической части редуктораДля анализа взаимного влияния колебаний элементов кинематической части редуктора и корпуса проведен предварительный расчетсобственных колебаний кинематической части без корпуса.
Для этоговодило первой ступени было жестко зафиксировано в точках крепления к обойме, соединяющей его с корпусом. Фиксируются и точки соединения блокирующей муфты 2-й ступени с корпусом, поскольку соединительную муфту 2-й ступени, жестко связанную с корпусом,допустимо считать частью последнего. Данные граничные условия86имитируют неподвижный, идеально жесткий корпус. Кроме того, закрепляется конец приводного вала со стороны турбины, чтобы избежать вращательных движений компонентов кинематической части какнедеформируемых твердых тел.Полученные в результате расчета собственные частоты приведены в таблице 2.6, номера парных частот отмечены звездочкой. Описание форм колебаний с некоторыми поясняющими рисунками даетсяпосле таблицы.Таблица 2.6.Собственные колебания кинематической части редуктораN12345*67*89*10*F (Гц)1,979,370721,39523,36928,8429,80139,85841,6856,34461,615N11*1213*1415*1617*181920*F (Гц)70,80372,05583,07488,20996,23598,583100,16106,36109,77112,75N21*22*23242526*27*28*29*30F (Гц)113,99116,57122,89129,85131,37133,03137,77138,13150,22151,91N31*32*333435*3637*38*39F (Гц)154,94157,27161,96165,1171,75174,37179,8189,4195,15Анализ низкочастотной части спектра собственных колебанийкинематической части:1(1,97 Гц).
Осевые колебания первой ступени как жесткогоцелого. Блокирующая муфта, эпицикл (оба венца), сателлиты, солнечная шестерня, вал солнечной шестерни до муфты колеблются на упругом подвесе. Роль подвеса играют подшипники солнечной шестерни,подшипники осей сателлитов, дисковая муфта приводного вала и элементы соединения между блокирующей и соединительной муфтами.
Скинематической точки зрения сил, возбуждающих эту форму колебаний, быть не должно.87(9,37 Гц). Осевые колебания соединительной муфты 1-й2ступени с частичной деформацией гибкого диска и торсионного валана упругом подвесе. Роль подвеса играют пластины дисковой муфты,развязывающей 1-ю и 2-ю ступени, и осевая жесткость зубчатого соединения блокирующей и соединительной муфт. Возбуждающих этиколебания сил тоже не должно быть.(21,4 Гц). Осевые колебания тех же элементов, что и в3предыдущей форме (№2), но движения барабана и торсионного вала впротивофазе. Возбуждающих эти колебания сил не должно быть.(23,37 Гц). Первая форма крутильных колебаний всех зве-4ньев редуктора согласно его кинематике при закрепленном со сторонытурбины конце приводного вала.
Причинами возбуждения этой формыколебаний могут быть процессы пересопряжения зубьев в обеих ступенях, неуравновешенность весовых нагрузок из-за того, что суммарный момент, вызванный весом сателлитных узлов (при нечетном ихколичестве), то помогает, то препятствует вращению.(28,8 Гц). 1-я форма5деформации всей конструкциисоединительной муфты 1-й ступени, сопровождающаяся изгибнымиколебаниямиблокирую-щей муфты и венцов эпицикла.Эта форма вполне может возбуждаться динамическими силами, возникающими при пересопряжениизубьев.Основныеколебательные движения замыкаются на 1-й ступени. Тем неменее, движение центра соединительной муфты связано с по-Рис.
2.45 Форма колебаний 28,8Гц.88перечными колебаниями торсионного вала. На вторую ступень эти колебания практически не передаются, поскольку гасятся дисковой муфтой. Небольшие колебания солнечной шестерни со стороны турбиныгасятся дисковыми муфтами на приводном валу.6(29,8 Гц). Осевые колебания внешней обоймы дисковоймуфты приводного вала.7(39,9 Гц). 2-я формадеформации всей конструкциисоединительной муфты 1-й ступени, сопровождающаяся изгибными колебаниями блокирующеймуфтыивенцовэпицикла.
Эта форма тоже можетвозбуждатьсядинамиче-скими силами, возникающимиприпересопряжениизубьев.Справедливо все сказанное дляформы №5, однако при этойформе колебаний присутствуютРис. 2.46 Форма колебаний 39,9Гц.осевые движения сателлитов,которые, возможно, будут блокироваться щеками водила. В такомслучае частота этих колебаний будет несколько выше, что может бытьуточнено при пересчете с повышенной осевой жесткостью подшипников водило – ось сателлитов.8(41,7 Гц). Вторая форма крутильных колебаний всех звень-ев редуктора согласно его кинематике при закрепленном со сторонытурбины конце приводного вала. Узловая зона находится на торсионном валу.9(56,3 Гц).Колебания торсионного и промежуточного валавместе с соединяющей их муфтой, сопровождающиеся смещением89центра тяжести всей второй ступени, перекосом солнечной шестерни,деформацией носового фланца водила 2-й ступени и перекосом выходного вала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
