Содержание к диссертации
Введение ....3
1. Обзор теоретических и экспериментальных исследований движения
рабочих органов роторных машин 7
2. Движение уравновешенного диска внутри неподвижного вертикального
цилиндра. Постановка задачи и основные уравнения 20
2.1 .Нахождение стационарных режимов.
Устойчивость стационарных режимов.
Малые колебания диска в окрестности стационарных режимов движения 32
2.2.Сравнительная оценка усилий, передаваемых диском при наложенных
неголономных связях , 37
2.3. Движение диска в режиме обкатывания подвижного цилиндра 39
3. Движение жесткого несбалансированного ротора в упругодемпфирующих
опорах внутри вертикального цилиндра 50
Нутационные автопараметрические колебания ротора 62
Оценка влияния продольных смещений вала при обкатывании статора неуравновешенным ротором 68
Анализ устойчивости движения ротора по первому приближению 73
4. Движение несбалансированного ротора по внутренней поверхности
горизонтального цилиндра 79
4.1. Исследование устойчивости невозмущенного движения горизонтального
ротора 90
4.2. Численный анализ режимов движения и оценка давления на
статор 99
Основные результаты и краткие выводы 102
Список литературы 103
Список основных обозначений 114
Приложение 1 115
Приложение 2 117
Приложение 3 124
Введение к работе
В современной технике, начиная от простейших гироскопических приборов и кончая газотурбинными двигателями самолетов, турбокомпрессорами, турбинами электростанций, основным элементом является ротор, вращающийся в опорах.
Наибольшую опасность объекту представляют критические режимы движения ротора» когда не исключается возможность касания и обкатывания ротора внутренней поверхности статора. Это может привести к аварийной ситуации, так как амплитуды колебаний в этот момент достигают максимальных значений.
Наряду с развитием больших, неприемлемых для практики амплитуд колебаний и связанных с этим напряжений в элементах ротор-статор-упругодемпфирующие опоры, переход в режим обкатывания может быть опасен тем, что происходит мгновенная потеря формы движения ротора, чаще всего, прямой синхронной прецессии и приобретения новой формы - режима обратной синхронной прецессии, что может сопровождаться явлением удара, как в радиальной, так и в трансверсальной плоскости. Ротор, обкатывающий внутреннюю цилиндрическую поверхность, представляется моделью фрикционно-планетарного вибровозбудителя в устройстве для вибраций бетонных смесей, а также может представлять модель подшипника скольжения, когда прецессия является нормальной формой движения.
В отечественной и зарубежной печати исследование динамики процесса качения тел вращения по внутренней поверхности цилиндра или плоскости представлено большим числом монографий и журнальных статей. Но в основном они носят академический характер. Задача в постановке автора ранее не освещалась.
Целью данной работы является повышения ресурсов роторных машин, исследованию динамики роторов в аварийных режимах, а также анализ движения подшипников скольжения и планетарных вибровозбудителей в
устройствах для производства бетонных смесей; разработка уточненных методик их расчета на основе законов неголономной механики и исследование режимов их движения в широком диапазоне эксплуатационных параметров. Научная новизна работы состоит в следующем.
Получены новые математические модели вибрационно-планетарных вибровозбудителей оборудования для производства бетонных смесей, роторов в аварийных режимах, подшипников скольжения и разработана уточненная методика их расчета, основанная на законах неголономной механики, позволяющая учитывать пространственные эффекты движений указанных моделей.
Получена формула, позволяющая оценить силы давления на цилиндр с учетом пространственных эффектов движения и неголономности связей, а, так же, указаны возможные пути их уменьшения.
Для вертикального ротора в режиме обкатывания статора исследованы смешанные вынужденные автопараметрические колебания, вызванные его несбалансированностью. Для горизонтального расположения ротора обнаружен эффект параметрического резонанса, обусловленный его инерционной несбалансированностью.
Найдены области устойчивости стационарных движений вертикального ротора в режиме обкатывания внутренней поверхности статора и показано, что учет нелинейности в модели ротора приводит к возникновению широкого спектра резонансов.
5. Установлено существование устойчивого предельного цикла при
автоколебаниях вертикального ротора в режиме обкатывания цилиндра и
обнаружен эффект шимми диска.
Достоверность полученных результатов подтверждается совпадением теоретических результатов, изложенных в диссертации с экспериментальными исследованиями, проведенными на испытательных стендах ОАО ** Самарский подшипниковый завод " и утвержденными "Актом о результатах испытаний и
внедрении мероприятий по обеспечению устойчивости работы эл е ктрош п инде лей".
Теоретическая и практическая ценность результатов исследования состоит в возможности исследования движения роторов в аварийных режимах. Результаты, полученные автором, позволяют указать наиболее рациональные режимы при обкатывании дисков и роторов на упруго демпфирующих опорах внутренней поверхности вертикальных и горизонтальных цилиндров, при которых минимизируется давление на цилиндр и гарантируется устойчивость исследуемых форм движения, что позволит снизить уровень вибрации машин и оборудования.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры "Сопротивления материалов и строительной механики" Самарского государственного архитектурно строительного университета и кафедр "Теоретической механики" Самарского государственного аэрокосмического университета и Самарского государственного технического университета в 1994-2004гг.
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 11 работ [30J, [31] и [89-97].
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 137 страниц, 3 приложения с 12 графиками, 18 рисунков.
Список использованной литературы состоит из 128 наименований, включая работы автора. На защиту выносятся:
Новые модели, описывающие движение однородного диска по внутренней шероховатой поверхности вертикального неподвижного и подвижного цилиндров, позволяющие учитывать влияние неголономности связей.
Новые результаты численного и аналитического исследования характера движения диска внутри вертикального цилиндра.
3. Новые результаты численных и аналитических исследований движения
несбалансированного горизонтального и вертикального роторов обкатывающих
статор при наличии неголономных связей.
4. Уравнения, позволяющие оценить силы давления на цилиндр с учетом
пространственных эффектов движения и неголономности связей, а, так же,
выявить возможные пути их уменьшения.
5. Результаты исследования устойчивости стационарных режимов движения
вертикального и горизонтального ротора в режиме обкатывания внутренней
поверхности.
Диссертация выполнена на кафедре строительной механики и сопротивления материалов Самарского государственного архитектурно-строительного университета.
