РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ УПРУГОДИССИПАТИВНЫХ СВОЙСТВ СРЕДСТВ ВИБРОЗАЩИТЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

РАСЧЕТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Исследование анизотропии упругодиссипативных свойств многослойных демпферов опор быстровращающихся роторов

2.1.1. Способы оценки и классификация анизотропии УФХ демпфирующих устройств

Анизотропию УФХ МКГД в условиях имитации прецессионного движения вала в опоре удобно и достаточно полно можно оценить с помощью критериев:

где Кс — коэффициент анизотропии по жесткости; Kw — коэффи­циент анизотропии по демпфированию; Стах и Cmin — максималь­ное и минимальное значения жесткости демпфера за цикл нагру­жения; A W— энергия, рассеянная демпфером за цикл нагружения;

М%. — максимальное значение момента сопротивления прецесси­онному движению вала за цикл нагружения.

Под циклом нагружения при прецессионном движении вала сле­дует понимать один полный оборот нрецессирущей оси вала в опоре. Критерий Кг предложен для оценки анизотропии жесткости опоры А. Л. Цырлиным [128]. Физический смысл этого критерия заключа­ется в сравнении максимальных амплитудных отклонений жесткости со средним уровнем жесткости за цикл нагружения.

Аналогичен и физический смысл выбранного нами для оценки анизотропии демпфирующих свойств критерия Куу. Это отношение энергии, рассеянной демпфером за цикл нагружения, к энергии, ко­торая могла бы быть рассеяна демпфером, если бы момент сопро­
тивления прецессии имел постоянное и максимально возможное зна­чение за цикл нагружения. Другими словами Kw — это степень пол­ноты диаграммы Мсп—а, т. е. отношение площади фигуры, ограни­ченной зависимостью Мсп (а) и осями координат, к площади

прямоугольника со сторонами М®п и 2п. Здесь а — угловое положе­ние вектора перемещения вала в опоре. Чем меньше Кс отличается от нуля и чем меньше Кцг отличается от единицы, тем изотропнее демпфер по жесткостным и демпфирующим свойствам.

При оценке анизотропии УФХ МКГД в режиме одноосного дефор­мирования удобно воспользоваться следующими критериями:

г

^гпах.

С. *

^ min

(2.4)

Ymin

где Стах и Cmin, |/тах и ymin — максимальные и минимальные значения жесткости и коэффициента рассеивания энергии в преде­лах одного шага гофров. Применение критериев Сиу в указан­ном случае для оценки анизотропии УФХ МКГД оправдано тем, что при одноосном деформировании всегда можно почти полнос­тью исключить влияние целого ряда конструктивных и технологи­ческих факторов, ориентировав демпфер соответствующим обра­зом относительно направления действия нагрузки. В этом случае будет достаточно исследовать анизотропию УФХ в пределах одно­го шага гофров для оценки анизотропии УФХ демпфера и выра­ботки рекомендаций по ее целенаправленному использованию или снижению. _

Чем меньше С и j7 отличаются от единицы, тем изотропнее демпфер.

Анизотропия УФХ МКГД может быть вызвана целым рядом при­чин. Одной из серьезных причин анизотропии УФХ многослойных демпферов является отклонение типоразмеров конструктивных эле­ментов демпфера от расчетных. Это разнотолщинность лент демпфе­ра по длине и от одной ленты к другой, неодинаковость шага и высоты гофров, ширины пластин, неточность изготовления наружно­го и внутреннего колец демпфера и т. п. Кроме того, на асиммет­ричность УФХ МКГД оказывает существенное влияние и техноло­гия сборки демпферов в серийном производстве. Достаточно полно наше внимание будет обращено на оценку влияния технологических
факторов на анизотропию и разброс УФХ серийных демпферов в главе 3.

Наличие в МКГД различных асимметричных конструктивных эле­ментов также увеличивает анизотропию упругофрикционных харак­теристик опоры. Одним из таких элементов является разрез пакета гофрированных лент демпфера, выполненный с целью предотвращения проворачивания упругогистерезисного элемента относительно опоры. Влияние разреза в демпфере на его УФХ выявлено впервые в рабо­тах [109, 6, 7, 9, 16, 17], но достаточно полно результаты исследова­ний представлены в главе 3 настоящей работы.

Одной из особенностей многослойной гофрированной упругодеми — ферной опоры, как и ряда других многослойных опор, является дис­кретность касания упругогистерезисиым элементом опорных поверх­ностей. Как будет показано ниже, число пролетов демпфера является одним из определяющих параметров анизотропии УФХ МКГД. Вли­яние этого параметра на асимметричность упругофрикционных свойств опоры необходимо исследовать как в режиме одноосного демп­фирования, так и в режиме прецессионного движения вала в опоре.

Как было показано в работе [7], на анизотропию УФХ много­слойных гофрированных демпферов оказывает влияние наличие по­стоянно действующих статических нагрузок. Такими нагрузками мо­гут быть, например, вес ротора, статические нагрузки от неравномерного распределения давления в улитке насоса турбонасосного агрегата и т. п.

В ряде случаев для создания оптимальных условий работы конст­руктивных элементов ротора (например, уплотнительных устройств) применяют разгрузочные устройства от статических сил. Такие устрой­ства сами могут внести значительную анизотропию в УФХ опоры.

Создавая конструкцию многослойной упругодемпферпой опоры, отвечающую заданным техническим требованиям, конструктор назна­чает предварительный натяг в упрушгистерезисном элементе, первона­чальный выгиб гофров, зазор в собранном демпфере и т. д. Следует попытаться выявить влияние указанных параметров на анизотропию УФХ опоры, разработать рекомендации по рациональному выбору параметров при конструировании МКГД.

Наличие такого большого числа факторов, определяющих асим­метричность У ФХ опоры, привело к необходимости поэтапного реше­ния задачи о исследовании УФХ МКГД в режиме прецессии. Кроме того, на практике встречаются случаи, когда некоторые факторы, оп­ределяющие анизотропию УФХ опоры, отсутствуют. Так, например,

имеет место случай, когда отсутствует разрез в демпфере. Может отсутствовать или быть неизмеримо малой эллипсность колец демп­фера, может реализоваться прецессионное движение вала но круго­вой или эллипсоидной траектории и т. п. Поэтому для исследования анизотропии УФХ МКГД необходимо решить ряд связанных между собой задач. Так, в режиме имитации прецессионного движения вала в опоре на первом этапе решена задача и выполнены расчетные ис­следования, имеющие целью выявить асимметричность УФХ опоры, обусловленную дискретностью мест касания гофрами прилегаемых поверхностей, исследовано влияние предварительного натяга и зазо­ра в собранном демпфере па анизотропию его УФХ. Следующим этапом стало решение задачи указанного типа с учетом разреза унругогистерезисного элемента. В главе 3 приведен алгоритм реше­ния задачи о прецессионном движении вала в опоре с учетом эллип — спости наружного и внутреннего колец демпфера. Необходимость поэтапных исследований была продиктована желанием исследовать воздействие каждого из факторов в отдельности, а затем исследо­вать их суммарное воздействие. Использованный в данной работе способ исследовании позволил в ряде случаев значительно упрос­тить расчетные схемы и сократить объем вычислений.