Постановка задачи исследования

Анализируя представленную выше информацию, отметим следующее.

Наиболее перспективными, с точки зрения эффективности, уни­версальности, технологичности, ресурса и т. п., являются многослойные пластинчатые демпферы. Поэтому в настоящей работе им уделено мак­симальное внимание. Однако в ряде случаев целесообразно применение тросовых виброизоляторов и виброизоляторов из материала МР.

Сосредоточенное демпфирование вне резонансной зоны вносит отрицательные аспекты в характеристику динамической системы

объект демпфирования—корпус. Поэтому следует попытаться разра­ботать принципиально новые средства подавления вибрации, лишен­ные этого недостатка.

Совершенно не исследовано влияние силовых и технологических факторов на эффективность подавления вибрации и поведение динамической системы объект—опора в целом.

Анизотропия жесткостных характеристик опор роторов турбома­шин оказывает существенное влияние на АЧХ колебаний ротора. Иссле­дованиями колебаний роторов с одним диском на валу двоякой жест­кости на анизатронных упругодемпферных опорах занимались В. Р. Фут и Н. Порицкий, Ж. М.Л. Гладвель, А. Тополь, Т. Ямамото и др. (см., например, работы [81—85, 134, 135, 143—145].

В работах В. Р. Фута и Ж. М.Л. Гладвелля рассмотрены различные приближенные методы определения границ устойчивости движения ротора.

В работах Т. Ямамото и Н. Ота исследовалось влияние демп­фирования на расположение границ и ширину зон неустойчивости.

А. Тондлем исследовал вынужденные колебания от действия дис­баланса и веса, определил зоны неустойчивости и соответствующие им критические частоты вращения ротора, влияние демпфирования на ширину зон неустойчивости.

Большинство исследователей [128, 88, 72, 120] отмечают, что анизо­тропия жесткости опор ротора является отрицательным фактором, приводящим к расширению областей неустойчивости движения ро­тора, увеличению резонансных амплитуд, а также к возникновению дополнительных областей неустойчивости и соответствующих им критических областей.

Некоторые исследователи (см., например, работы [71, 3, 141, 127]) утверждают, что анизотропия жесткостных характеристик опор рото­ра в ряде случаев оказывает частично стабилизирующее воздействие на движение ротора, подавляя некоторые резонансы. В то же время обостряются другие резонансы, возможно возникновение допол­нительных колебаний на более высоких частотах.

Практика эксплуатации многослойных гофрированных упругодемп­ферных опор роторов авиационных ГТД показала, что такие опоры имеют асимметрию жесткостных характеристик. Можно исследовать колебания ротора на существующих анизотропных многослойных гоф­рированных упругодемпферных опорах и выявить теоретически или экспериментально, как влияет анизотропия жесткости опор на АЧХ

системы ротор—корпус. Однако такая работа явилась бы по сути одной из работ, подобных [128, 88, 72, 120]. Такое решение пробле­мы было бы недостаточно корректным. В самом деле, решение задачи выявило бы многозначность влияния фактора анизотропии У ФХ опор на поведение ротора. Не зная параметров, определяющих анизотро­пию УФХ опор ротора, мы не смогли бы рационально управлять исходными данными с целью приведения АЧХ системы ротор—кор­пус к требуемому виду. Кроме того, решение такой задачи не позво­лило бы создать оптимальную, с точки зрения анизотропии УФХ, конструкцию демпфера для произвольной системы ротор—корпус.

Поэтому первоочередными задачами данной работы являются ис­следование анизотропии УФХ МКГД, выявление параметров, опре­деляющих ее величину, приобретение навыков управления этими параметрами с целью ее снижения, экспериментальная проверка резуль­татов расчетных исследований.

В работе [128] отмечено, что демпфирование ограничивает ампли­туды колебаний в резонансной зоне не при всех сочетаниях парамет­ров, характеризующих геометрию ротора, опор и демпфирования в опоре, а также, что демпфирование носит оптимальный характер.

Однако, как показали наши исследования [108, 6, 7], демпфирова­ние в МКГД носит асимметричный характер. Научиться целенаправ­ленно изменять асимметричность демпфирования в опоре было бы в этой связи важным достижением работы.

Первые шаги подхода к исследованию анизотропии УФХ МКГД сделаны в работе Ю. К. Пономарева [106]. В этой работе на базе знания законов деформирования гофрированного однопролетного элемента и изменения свойств этого элемента при включении его в неразрезную многопролетную систему создана инженерная методика расчета УФХ многослойных гофрированных унругодемпферных опор. Алгоритм расчета УФХ демпфера при одноосном деформировании его вибровозбудителем свелся к расчету контуров упругогистерезис­ных петель отдельных пролетов в координатах «нормальная сила— нормальное перемещение», к определению сил трения в местах кон­тактов гофров с внутренним кольцом демпфера и к нахождению суммы проекций всех этих сил на некоторую ось У в системе коор­динат ХОУ.

Исходными данными для расчета служит совокупность физичес­ких и геометрических параметров демпфера. Результаты расчета — функция сопротивления демпфера в зависимости от текущего пере-

мещения вала в опоре (поле упругогистерезисных петель), зави­симости циклической рассеиваемой энергии A коэффициента рас­сеивания i|f и среднециклической жесткости от амплитуды силы сопротивления демпфера Р или амплитуды перемещения в опоре А.

Однако следует отметить, что одноосное деформирование реали­зуется при колебаниях роторов ДЛА не часто. Многослойная упруго­демпферная опора ротора работает в таком режиме, например, при восприятии статических нагрузок. Разработанный алгоритм расчета будет полезен также при исследовании УФХ упругодемпферных опор трубопроводов, лопаток компрессоров, турбин и т. п. Для того чтобы имитировать условия работы МКГД в качестве опоры ротора ДЛА, необходимо решить задачу расчета УФХ опоры при прецессионном движении вала. ,

Алгоритм расчета УФХ МКГД в указанном случае свелся к реше­нию системы нелинейных алгебраических уравнений. Исходными данными для расчета служил годограф суммарной нагрузки, действу­ющей на демпфер, и совокупность геометрических и физических параметров демпфера.

В результате решения находились траектории движения центра вала и значения углов сдвига фаз между векторами полной силы сопротивления демпфера и полного перемещения для всех положе­ний вектора внешней нагрузки. Эти результаты использовались за­тем для определения жесткости С и момента сопротивления прецес­сионному движению вала Afcn для любого углового положения и

модуля внешней силы.

Определялись также циклическая рассеянная энергия и критерии оценки анизотропии жесткостных Кс и демпфирующих Kw свойств.

По данной методике на ЭВМ были выполнены расчетные исследо­вания, которые выявили, что па анизотропию УФХ МКГД оказыва­ет существенное влияние соотношение между постоянной силой и

методика расчета в силу своего конструктивного построения дать не могла.

Указанный довод привел к поиску нового подхода к решению задачи. Вновь разработанная модель [108] дает возможность в усло­виях, максимально приближенных к реальным, впервые в широком

диапазоне физических и геометрически параметров исследовать УФХ МКГД. Поэтому целесообразно было расширить программу машин­ного эксперимента и получить результаты, не только имеющие целью определение степени анизотропии УФХ демпферов, но и расчетные зависимости, характеризующие влияние различных факторов на же­сткости ые и диссипативные свойства опоры.

Кроме того, используя разработанную в [106] модель для одноос­ного деформирования многослойных гофрированных опор, целесооб­разно выполнить некоторые расчетные исследования, часть из которых может быть использована при оценке анизотропии УФХ демпферов опор роторов турбомашин, а другие — при использовании многослой­ных опор в качестве гасителей колебаний трубопроводов или других конструктивных элементов транспортного машиностроения.

Практика эксплуатации многослойных упругодемпферных опор оте­чественных ГТД показала, что имеет место разброс вибрационных ха­рактеристик двигателей. Одной из причин этого может быть разброс УФХ МКГД в серийном производстве. Поэтому в серийном произ­водстве необходим стенд для контроля УФХ изготавливаемых демп­феров. Такой стенд в условиях, имитирующих работу демпфера в составе штатных изделий, с достаточной достоверностью, просто и быстро даст возможность определить УФХ испытываемой опоры. Данный стенд позволит также сравнить эффективность упругодемпферных опор различной конструкции и выбрать из них наилучшие.

Испытания на таком стенде дадут возможность определить досто­верность расчетных моделей и, в частности, подтвердить или опро­вергнуть результаты, полученные в данной работе расчетным путем.

Создание такого стенда, а также методик экспериментальных иссле­дований и обработки результатов экспериментов являются важными задачами данной работы.

Как было уже отмечено выше, у разных двигателей одной серии имеет место разброс но вибрационным характеристикам. Необходи­мо решить вопрос о том, не может ли при существующей технологии изготовления и сборки многослойных гофрированных упругодемн — ферных опор иметь место разброс их УФХ, который по мнению специалистов ряда моторостроительных предприятий мог бы стать одной из вероятных причин разброса вибрационных характеристик двигателей.

Задачей настоящих исследований является создание расчетного метода определения разброса УФХ МКГД в серийном производстве.

Такой метод позволит, зная определяющие параметры УФХ опоры, а также используя существующие технологии изготовления и сборки демпферов в серийном производстве, оценить возможный разброс их УФХ и выявить факторы, изменение которых в разумных преде­лах позволило бы снизить этот разброс.

Слабо изученной к настоящему моменту является проблема иссле­дования гистерезиса при пространственном нагружении. Необходимо попытаться создать достоверные математические модели реальных демпферов при сложных траекториях движения вибратора, реализу­емых на практике.

В работах [131, 129, 118, 67J представлены расчетные модели упругопористого материала МР, нашедшего широкое применение в последние годы в, авиационной и ракетно-космической технике, на железнодорожном транспорте, в судостроении.

Однако, во-первых, эти расчетные модели далеки от совершен­ства, во-вторых, требуют для расчета определенное число получен­ных экспериментально для каждой конкретной задачи поправочных коэффициентов, что сводит на нет эффективность методик при их практическом использовании. И, наконец, в указанных методиках неполно реализованы условия реального нагружения упругогистере­зисных элементов на практике.

В этой связи весьма целесообразной будет попытка разработать достаточно достоверную математическую модель материала МР в режиме прецессионного демпфирования.

И, наконец, учитывая возможность новых перспективных конструк­тивных разработок, выявленную в п. 1.1 и 5.1 настоящей работы, необходимо попытаться создать патентоспособные конструкции УД О, отвечающие современному уровню научно-технических достижений отечественной и зарубежной авиационной и ракетной промышленно­сти и транспортного машиностроения.

Необходимо также на основании результатов настоящих иссле­дований выработать практические рекомендации по оптимальному выбору конструкции, технологии изготовления и сборки, методам исследований и испытаний, практике эксплуатации в серийном про­изводстве многослойных гофрированных упругодемпферных опор.

Важность поставленных задач, без решения которых невозможно выбрать рациональный путь дальнейших исследований, возможность самостоятельного решения этих задач в отрыве от динамики и, нако­нец, большая трудоемкость и объем вьшолнешіьіх разработок и ис­

следовании заставили автора ограничиться кругом рассматриваемых вопросов.

Целью настоящей работы является:

• разработка достоверных методик расчета виброизоляторов раз­личных типов для различных условий работы;

• исследование на базе разработанных методик свойств вибро — изоляторов и выявление наиболее перспективных конструкций;

• исследование анизотропии УФХ виброизоляторов, обусловлен­ной конструктивными особенностями и технологическими факторами;

• разработка математической модели пространственного гистере­зиса для сложных траекторий движения цапры в опоре;

• разработка математической модели упругопористого материала в режиме прецессионного деформирования;

• разработка динамической модели ротор—корпус с учетом си­ловых факторов и исследование влияния силовых факторов на виб­рационные характеристики агрегатов транспортных систем;

• разработка методов и средств экспериментального исследова­ния свойств виброизоляторов в статике и динамике в модельных и натурных условиях;

• разработка модели и исследование влияния технологических факторов в условиях серийного производства на свойства изготов­ленных виброизоляторов;

• разработка новых перспективных конструкций виброизолято­ров для различных условий эксплуатации агрегатов транспортных систем на основе гофрированных пластин тросов, материала метал — лорезииа и их комбинации;

• разработка классификации виброизоляторов на основе тросов, материала металл орезииа, гофрированных пластин или их комбинации;

• разработка новых методов и средств подавления вибрации;

• внедрение полученных результатов в народном хозяйстве.