Устройство для имитации прецессионного движения цапфы в опоре

В разработанном при непосредственном участии автора стенде испытываемый демпфер 1 (рис. 4.3) установлен между обоймой 2 и цапфой 3, закрепленной на поворотном столе 4. Обойма имеет возмож­ность перемещаться относительно цапфы в горизонтальной плоскости

на величину зазора в демпфере. Поворотный стол имеет угловую шкалу 5 с нониусом 6 для фик­сации углового положения дем­пфера относительно корпуса. Величина смещения обоймы от­носительно цапфы фиксируется с помощью датчиков перемеще­ния 7, установленных в двух вза­имно перпендикулярных направ­лениях на обойме 2. Между обоймой и цапфой установлено нагрузочное устройство 8, ими­тирующее действие статических сил. Нагрузочное устройство 9, имитирующее динамическую нагрузку, установлено на фунда­ментной плите 10 и передает нагрузку на демпфер через под­шипниковый узел 11.

В разработанной конструкции реализуется принцип обращенного

ч-

режима. В реальных условиях работы демпфера нагрузка «обкатывает» демпфер. В нашей конструкции демпфер «обкатывает» усилие, имити­рующее динамическую нагрузку. Такое техническое решение позво­лило более полно имитировать условия работы демпфера в составе натурных изделий, а именно имитировать прецессионное движение вала в опоре, упростить конструкцию и увеличить объем получаемой информации. При этом можно испытывать демпферы различных кон­струкций, нагружая их статической и динамической нагрузкой и имитируя прецессирование вала в опоре по различным траекториям.

По результатам испытаний упругодемпферных опор на стенде можно получить следующую информацию:

а) жесткостные характеристики демпфера в любом угловом на* правлении;

б) диссипативные характеристики демпфера в любом угловом направлении или за цикл нагружения;

в) степень анизотропии упругофрикционных характеристик демпфера.

На предприятии п/я А-3556 при участии автора разработана моди­фикация стенда, имитирующая работу демпфера в условиях глу­бокого охлаждения. Конструкция разработанного стенда аналогична описанной выше. Отличие состоит в том, что кольцевая щель между подвижной обоймой и цапфой, в которую запрессован испытывае­мый демпфер, охлаждается жидким азотом, а замер усилий и пере­мещений осуществляется с помощью тензодатчиков. Этот стенд пред­назначен для испытаний УД О ТНА ЖРД ракеты-носителя «Энергия», работающего в условиях сверхнизких температур.

Общий вид стенда приведен на рис. 4.4. Стенд включает три ос­новных узла: поворотный узел, нагрузочное устройство, имитирующее действие статических сил, и нагрузочное устройство, имитирующее нагрузку от дисбаланса ротора.

Поворотный узел включает стандартную делительную головку 16, закрепленную с помощью болтов 37 на фундаментной плите 36. Де­лительная головка имеет шкалу 39 с нониусом 41, с помощью ко­торых осуществляется точный замер углового положения испытывае­мого демпфера относительно направления действия силы прецессии. Вращение делительной головки осуществляется с помощью рукоят­ки 40. Кроме того, поворотный узел включает подвижную обойму 1 и цапфу 3, в кольцевую щель между которыми запрессован испытывае­мый демпфер 38. Подвижная обойма благодаря наличию подшипни­ка качения 2 имеет возможность смещаться в горизонтальной плоскости. Цапфа 3 закреплена неподвижно на делительной головке 16 с помо­щью болтов 12. На подвижной обойме 1 в держателях 14 установле­ны индикаторы перемещения часового типа 13 и 15. С их помощью измеряется деформация демпфера в двух взаимно перпендикуляр­ных направлениях.

Цапфа 3 и подвижная обойма 1 выполнены сменными, что дает возможность испытаний демпфирующих устройств различных типораз­меров и конструкций.

Нагрузочное устройство, имитирующее действие статической силы, состоит из подвижных стоек 5 и 8,связанных друг с другом шарнир­но. Стойка 5 через шарнир 4 давит на подвижную обойму 1. Стойка 8

Рис. 4.4. Общий вид стенда

через шарнир 11 давит на цапфу 3 Между стойками через шаровые опоры установлен образцовый динамометр сжатия с индикатором ча­сового типа 10. Имитация нагружения демпфера статической силой осуществляется с помощью грузового винта 6.

После приложения рабочей нагрузки грузовой винт 6 контрится контргайкой 7 на весь цикл испытаний.

Нагрузочное устройство, имитирующее действие динамической нагрузки, включает грузовой и подшипниковый узлы и три опорных кронштейна. Опорные кронштейны 20, 26 и 35 закреплены на фунда­ментной плите 36 болтами 22. Между кронштейнами 20 и 26 уста­новлен образцовый динамометр сжатия 23 с индикатором часового типа 24 для фиксации величины силы, имитирующей нагрузку от дисбаланса ротора. В целях обеспечения соосности динамометра 23 и цапфы 3 наконечники динамометра установлены в направляющих 21 и 25, запрессованных соответственно в стойки 20 и 26. Нагружение динамометра 23 осуществляется вращением грузового винта 34 с помощью рукоятки 35. Грузовой винт вращается в резьбовой втулке 32, запрессованной в стойку кронштейна 33.

Для предотвращения передачи крутящего момента от грузового винта 34 к динамометру 23 предусмотрено специальное устройство, передающее только осевую составляющую нагрузки. Это устройство состоит из корпуса 28, двух радиальноупорных подшипников 30 и 31 и гайки 29.

Для уменьшения трения при обкатке испытываемого демпфера его нагружение силой, имитирующей динамическую нагрузку, осу­ществляется через шарикоподшипник 17, установленный в вилке 18, которая жестко связана с наконечником динамометра 28.

Для предотвращения проворачивания обоймы 1 относительно цап­фы 3 при имитации прецессионного движения ротора в опоре предус­мотрена фиксация углового положения обоймы относительно цапфы с помощью стопорного устройства 42, не препятствующего поступательно­му перемещению указанных элементов друг относительно друга.

С помощью приспособления для сборки демпфера в кольцевой зазор между цапфой и подвижной обоймой запрессовывается испы­тываемый демпфер. Производится сборка нагрузочного устройства, имитирующего силу прецессии: устанавливается динамометр потреб­ного диапазона измерений и требуемой точности, с помощью регули­ровочных прокладок регулируется соосность элементов нагрузочного устройства, опорные кронштейны крепятся болтами к фундаментной

плите. На поворотную обойму с помощью зажимов устанавливаются датчики перемещений. Производится сборка нагрузочного устрой­ства, имитирующего статическое усилие. Величина потребного уси­лия регулируется с помощью грузового винта 6.

При нагружении демпфера указанным усилием следует учиты­вать, что показание динамометра не соответствует величине имити­руемой статической нагрузки, так как нагрузочное устройство явля­ется системой рычажного типа. Пересчет усилия производится по формуле

n = l,62G,

где G — усилие, имитирующее статическую нагрузку; П — по­казание динамометра.

Демпфер фиксируется от проворачивания в опоре специальным фиксаторным приспособлением. Производится нагружение демпфера усилием, имитирующим нагрузку от дисбаланса ротора.

Следующим этапом подготовки к экспериментальным исследо­ваниям является стабилизационная обкатка демпфера: 10—15 пол­ных оборотов делительной головки с помощью рукоятки 40. Направ­ление вращения необходимо выдерживать постоянным, как при обкатке, так и в эксперименте. При этом необходимо проверить ве­личину максимального разброса показаний динамометров. Если динамометры по пределу измерений подобраны правильно, то вели­чина максимального разброса при обкатке и в эксперименте не пре­высит 2—3 % величины прикладываемой нагрузки. Затем совмещают ось индикатора, регистрирующего перемещение вдоль оси Yp с осью нагрузочного устройства, имитирующего нагрузку от дисбаланса ро­тора, и устанавливают нулевой отсчет на делительной головке. Про­ворачивая делительную головку с определенным угловым шагом, на­пример 15°, в направлении стабилизационной обкатки, фиксируют показания датчиков перемещений. Эксперимент заканчивается при показании датчика угла поворота обоймы 360°. Показания датчиков перемещений и нагрузочных динамометров при этом должны иден­тифицироваться с одноименными показаниями в момент начала экс­перимента.

Имея значения перемещений в двух взаимноперпендикулярных направлениях, а также зная величины нагрузок, геометрические и физические параметры испытываемого объекта, можно вычислить требуемые упругофрикционные характеристики демпфера.

Обозначим величину угла между

ПОДВИЖНОЙ ОСЬЮ Yj и осью действия

силы Q через ад (рис. 4.5). При этом показания датчиков перемещений, ус­тановленных вдоль осей Yj и У2 соста­вят величины z/j И у2» ПО которым мож­но определить модуль вектора полной деформации р и его направление у:

Р =

Ул

у = arctg^-.

У2

Для простоты расчетов постоянную составляющую G полной силы нагрузки удобно расположить вдоль оси Yj. Тогда модуль полной силы R можно определить по формуле

R —^G^ + — 2QG cos (Хд,

а угол между осями действия сил и находим в виде:

Угол сдвига фаз между векторами полной силы R и полной деформации демпфера р можно определить из выражения:

Фс=Эс+ад-у.

Тогда элементарная работа */(AW), совершенная демпфером при его повороте относительно вектора Q на некоторый малый угол dan, определится как работа сопротивления прецессии Мсп, созданного демпфирующей составляющей полной силы и определяемой в виде:

^даш /?sin ф.

Таким образом, на плече р

^ сп ^демпР*

При угловом перемещении демпфера на угол </ад:

d(&W)- R sin фср

Проинтегрировав выражение (4.13) от нуля до а, получим вели­чину рассеянной демпфером энергии в виде:

Жесткость демпфера в направлении действия силы Q можно вы­числить по формуле:

Зная указанные величины, можно определить степень анизотро­пии упругофрикционных характеристик демпфера с помощью выра­жений (2.8 ) и (2.10).

Упругофрикционные характеристики испытываемого демпфера можно определить и графически с достаточной степенью точности. Порядок графических построений следующий. Имея значения вели­

степени точности масштабе строят годограф результирующей нагруз­ки R. По значениям показаний датчиков перемещений у^ и у2 с учетом их знака в требуемом масштабе рр строят годограф переме­щений р.

Таким образом, для каждого радиального направления і имеем вектор

полного перемещения р,- и вектор полной нагрузки Rt. Очевидно, что жесткость демпфера в данном направлении определится в виде:

^ _ ^упр (^)М’Д

j="p(a)np ’

где RуПр(ос) — упругая составляющая вектора полной нагрузки (про­екция вектора на направление а).

Спроектировав вектор полной нагрузки на направление, перпен­дикулярное вектору полной деформации р, получим Я емп(ос) демпфи­рующую составляющую вектора Rt. Тогда момент сопротивления пре-

цессии в заданном угловом направлении Мст(а) можно найти по формуле

^сп (®) ^демдИ — РМр •

Соотношение (4Л 4) справедливо при траекториях цапфы в опоре, близких к круговым. Далее можно найти критерии анизотропии УФХ демпфера по зависимостям (2.8) и (2.10).