Диссертация (531291), страница 5
Текст из файла (страница 5)
В расчетах на базестержневых и прямоугольных пластинчатых элементов использовалось свойство циклической симметрии. В научных кругах и сейчасимеют место споры о правомерности использования в расчетахсвойств циклической симметрии, поскольку результаты, полученныечисленным путем с использованием свойств циклической симметрии ибез использования этих свойств, имеют некоторые отличия.Ответ на вопрос о корректности использования в расчетахсвойств циклической симметрии, безусловно, представляет научныйинтерес.Исходя из вышеизложенного, в соответствии с целью работыможно сформулировать задачи, которые необходимо решить для достижения поставленной цели:251)Построение математических моделей колебаний турбозубчатогоагрегата в сборе и его отдельных компонентов.2)Разработка алгоритмического и программного инструментариядля исследования напряженно-деформированного состоянияи динамики конструктивных элементов турбозубчатых агрегатов.3)Разработка методик моделирования турбозубчатых агрегатов иих конструктивных элементов.4)Оценка адекватности построенных моделей.5)Исследование динамических характеристик ГТЗА и разработкапредложений по улучшению конструкций судовых редукторов на примере двухступенчатого планетарного редуктораРП18, производства Калужского турбинного завода.262.
МЕТОДОЛОГИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ И РАСЧЕТАДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАНЕТАРНЫХРЕДУКТОРОВТурбозубчатый агрегат является основным источником вибрациикорабельных силовых установок. Определяющий вклад в уровень шумов, излучаемых кораблем или подводной лодкой, вносит, как известно, зубчатая передача, т.е. редуктор. Поэтому вопросам моделирования данного узла уделяется особое внимание. В качестве инструментаисследования используется ПК ANSYS. Ключевые моменты моделирования рассматриваются на примере типовой конструкции двухступенчатого планетарного редуктора с плавающей подвеской центральных колес.2.1. Особенности конструкции. Кинематическая схемаРассматриваемый редуктор выполнен по схеме 2-К-Н рис.
2.1. Вданном изделии реализованы конструктивные решения, полученные врезультате многолетних опытно-экспериментальных и научно исследовательских совместных работ по улучшению конструкции турбозубчатых агрегатов на Калужском турбинном заводе и в Институтемашиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук(ИМАШ РАН).Высокооборотная ступень выполнена по трехсателлитной схемес остановленным водилом 15.
В низкооборотной ступени – пять сателлитов 7 и остановленный эпицикл 8. В отличие от традиционной схемы Stotkich’а [273] с двумя «плавающими» колесами, у данной конструкции в каждой ступени имеется только по одному «плавающему»элементу – солнечные шестерни 6 и 16 и одному податливому элементу – ободья эпициклов 8, 13.Венцы неподвижного эпицикла второй ступени установлены спомощью блокирующей муфты 9 в однорядную зубчатую муфту 10,27смонтированную на корпусе (рис. 2.2а).
Блокирующая муфта венцоввращающегося эпицикла первой ступени 12 опирается на воспринимающие весовую нагрузку катки (рис. 2.2б).910121181371461551641731821Рис. 2.1. Кинематическая схема двухступенчатого планетарногоредуктора. 1 – вал, соединяющий 1-ю и 2-ю ступени; 2 – вал, передающий крутящий момент с дисковой муфты к центру солнечнойшестерни; 3 – дисковая муфта; 4 – фланец выходного вала; 5 – водило 2-й ступени; 6 – солнечная шестерня 2-й ступени; 7 – сателлит; 8 – эпицикл 2-й ступени; 9 – блокирующая муфта 2-й ступени; 10 – соединительная муфта 2-й ступени; 11 – соединительнаямуфта 1-й ступени; 12 – блокирующая муфта 1-й ступени;13 – эпицикл 1-й ступени; 14 – сателлит; 15 – водило; 16 – солнечная шестерня 1-й ступени; 17 – приводной вал; 18 – дисковая муфта28Зазоры в зубчатых соединениях блокирующих муфт обеих ступеней и между катками первой ступени выбраны таким образом, что бы исключить двухпрофильный контакт в зацеплениях венцов эпицикла с сателлитами.Рис.
2.2. Конструктивная схема блокирующей муфты 2-й ступени(а) и 1-й ступени (б)Солнечные шестерни обеих ступеней установлены в подшипникискольжения с зазором, не препятствующим плаванию , но исключающим двухпрофильный контакт. Для обеспечения симметричногонагружения полушевронов второй ступени, подвод мощности к солнечной шестерне осуществляется в центральной ее части через шлицевой шарнир с помощью вала 2.Соединительная муфта 1-й ступени выполнена в виде податливо го барабана и гибкого диска (рис. 2.3), промежуточный вал , соединенный с этим диском и дисковой муфтой 2-й ступени, обеспечивает компенсацию остаточной угловой и радиальной расцентровок элементов1-й и 2-й ступеней.Для проведения стендовых испытаний в конструкцию серийногоредуктора добавляется центральный вал, позволяющий подводитьмощность к высокооборотной ступени не только с носовой, но и скормовой стороны (рис.
2.4). Наличие экспериментальных данных постендовым испытаниям обусловило выбор этого варианта конструкции29для апробации методики исследования динамики планетарных редукторов большой мощности.Рис. 2.3. Эскизный чертеж двухступенчатого планетарного редуктораРис. 2.4. Стендовый вариант исполнения редуктора302.2. Разработка расчетной модели корпуса редуктора и егособственные колебанияОдним из важнейших элементов модели редуктора является кор пус. У большинства механизмов корпус играет роль несущей конструкции для основных функциональных узлов. Его внешняя конфигурация, как правило , решает задачи теплообмена, аэро - илигидродинамики, промышленной эстетики.
Основными требованиями,предъявляемыми к корпусным конструкциям, обычно являются герметичность, прочность, жесткость, обеспечение необходимых звуко - ивиброизолирующих свойств , технологичность, ограничения по весу.Соблюдение требований по герметичности и технологичностиизготовления и сборки в большинстве случаев удается обеспечить ужена этапе проектирования корпусных конструкций путем ограничениячисла входящих в них деталей и минимизации сопрягаемых поверхно стей последних .Для снижения веса и экономии материала при сохранении требуемой жесткости, а также для повышения теплоотдачи корпусные конструкции обычно выполняют тонкостенными с оребрением. Это значительно усложняет их геометрию .В инженерной практике прочностные расчеты подобных конструкций, как правило , проводятся с привлечением методов строительной механики и сопротивления материалов либо по эмпирическимформулам, полученным на основании экспериментальных данных .Поскольку экспериментальные исследования весьма дорогостоящи, испытания, необходимые для поиска оптимальной для каждогоконкретного случая конструкции, обычно не проводятся.
Используются «типовые» варианты конструкции, адаптируемые под «нетиповые»требования с применением различных поправочных коэффициентов(как правило , также эмпирических ).31В подавляющем большинстве случаев для реализации предъявляемых к конструкциям требований таких расчетов вполне достаточно . Однако, учитывая достаточно жесткие требования, предъявляемыек корабельным силовым установкам , в первую очередь по шуму ивибрациям, излучаемым механизмами в окружающую среду, проблемапридания корпусным деталям оптимальных динамических характеристик становится весьма актуальной.Традиционно для снижения передачи вибрации от механизма нафундаментные или несущие конструкции его корпус устанавливают наспециальные виброизолирующие опоры. С целью повышения эффективности виброизоляции места крепления этих опор к корпусу стремятся выбирать в узловых точках последнего .
Для этого необходимознатьдинамическиехарактеристикикорпусныхконструкций,впервую очередь формы их собственных колебаний и частоты возможных резонансных режимов работы.Знание динамических характеристик корпусных деталей необходимо и при выборе мест передачи на них возмущающих сил, генерируемых в процессе работы механизма. Например, при наличии в механизме нескольких источников вибрации, действующих с одинаковойчастотой, существует возможность полной или частичной взаимнойкомпенсации на корпусных конструкциях создаваемых этими источниками колебаний.Действенным средством уменьшения воздушного шума , излучаемого механизмом, является отстройка собственных частот его кор пусных конструкций (главные источники звуковых волн) от частотвнутренних возмущающих сил .Существенно скорректировать динамические характеристикикорпусных конструкций можно , например, за счет изменения конфигурации и расположения ребер жесткости.
Для этого уже на стадиипроектирования подобных деталей необходим корректный расчет этих32характеристик, что также невозможно без наличия у конструктора эффективных методик.МКЭ в сочетании с современными вычислительными мощностями в состоянии решить все указанные проблемы, однако в нашем случае корпус редуктора – это только одна из многих составляющих исследуемой конструкции.
Поэтому опять встает вопрос о рациональномиспользовании вычислительных ресурсов.Рис. 2.5. Трехмерная и конечноэлементная модели нижней частиносовой крышки редуктораТестовое моделирование одной из носовых крышек редуктора(рис. 2.5) позволило оценить требуемые ресурсы. Так , при построениисамой «грубой» конечноэлементной сетки в автоматическом режиме сиспользованием объемных элементов было сгенерировано 11382 КЭ и22196 узлов , что соответствует примерно 67000 степеней свободы.Для расчета собственных частот только этого фрагмента корпуса тре33буется как минимум 24 МБ оперативной памяти, и это в режиме с использованием дополнительной дисковой памяти, когда матрица системы помещается в оперативную память и обрабатывается по частям .В режиме «in-core», когда в оперативную память загружается вся мат рица, требуется как минимум 208 МБ (рекомендуемое значение – 220МБ).
Последний режим позволяет не использовать для расчетов дисковую память и существенно сократить время счета , что в ряде случаев может оказаться одним из определяющих параметров расчета.Учитывая, что данный фрагмент представляет собой примерно1/8 часть корпуса, можно оценить требуемые для расчета всего корпу-са вычислительные ресурсы.
Сделанная оценка позволила констатиро вать неприемлемость данного подхода, а именно использование конструкторской трехмерной модели и разбивку ее на объемныеэлементы . Как правило , на этапе проектирования такая модель создается конструкторами, причем с проработкой достаточно мелких элементов, и использование уже созданной модели для прочностных идинамических расчетов весьма соблазнительно .С целью упрощения математической модели целесообразно исключить моделирование таких мелких и незначительно влияющих надинамику системы элементов , как отверстия для подвода и отводамасла , проточки под подшипники и уплотнения и пр. На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
