Главная Расчет круглых валов 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 [ 168 ] 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 и при первых двух режимах, с постоянной линейной скоростью определяемой равенством (7.9.1). На рис. 7.9.11 показано изменение относительной величины Rl Ра Р Ра= Векгор Ra вращается с некоторой переменой угловой скоростью г cosco 1 + г) 3 Т 2 о-----------. + + 2аг cosco 1 (7.9.2) где г и а - отрезки, пропорциональные соответственно модулям векторов Ра и Qai ci -угловая скорость ротора. Рис. 7.9.11. Изменение силы в зависимости от ее направления при третьем режиме работы подшипников
Рис. 7.9.12. Функция = СО3/ (Oj при различных значениях коэффициента дисбаланса Еа На рис. 7.9.12 показан график функции р=з/1 при различных значениях коэффициента дисбаланса Еа Формулу (7.9.2) можно получить другим путем, если векторы Ра и Ra рассматривать как звенья некоторого кулисного механизма (рис. 7.9.13). Не останавливаясь на подробностях этого вывода, перейдем к определению характера движения цапфы внутри подшипника под действием силы Ra- Выше бьшо отмечено, что вектор R вращается со скоростью СО3 и остается все время положительным (см. рис. 7.9.11), т.е. направленным от центра подшипника. В этом случае цапфа всегда прижата к подшипнику и может занимать внутри подшипника любое положение. Иначе, при третьем режиме работы подшипника центр цапфы движется в одном направлении по окружности радиусом 5 , который равен половине зазора в подшипнике. Рис. 7.9.13. Кулисный механизм, в котором точка А движется так же, как конец вектора R при третьем режиме работы подшипника Рис. 7.9.14. Нижние и верхние положения цапфы внутри подшипника при третьем режиме его работы Покажем теперь, что при таком движении цапфы она будет обращена к подшипнику одной своей стороной. Возьмем какие-либо два положения цапфы, например нижнее и верхнее (рис. 7.9.14), и заштрихуем ту часть цапфы, которой она обращена к подшипник} в нижнем положении. При переходе цапфы из нижнего положения в верхнее векгор Ra поворачивается на 180\ Но из годографа силы Ra (см. рис. 7.9.10) видно, что при у =0 и у =180° векторы R и совпадают по направлению. Тогда векторы R и Р4 , а следовательно, ротор, относительно которого вектор Ра неподвижен, одновременно повернутся на угол 180° при переходе цапфы из нижнего положения в верхнее; при этом цапфа снова окажется обращенной к подшипнику той же стороной. Таким образом, при третьем режиме работы подшипников получается всегда односторонний износ цапфы и неравномерный износ подшипника по всей окружности. Кроме того, по мере износа цапфы увеличивается расстояние от центра массы ротора до оси вращения, вследствие чего возрастает сила Ra , а это, в свою очередь, повьппает интенсивность изнашивания подшипника и цапфы. Поэтому при третьем режиме происходит прогрессирующий износ цапфы и подшипника. Если учесть, чго в этом случае на цапфу и подшипник действуют значительные неуравновешенные силы, превьпиающие статическое давление на подшипник, то этот режим получается менее благоприятньп для работы подшипников, чем первый. Третий режим работы подшипников можно допускать только в исключительных случаях, например для роторов с вертикально расположенной осью вращения и при отсутствии статических давлений на подшипник. Г1ри этом динамическая балансировкаг роторов должна проводится с максимально возможной точностью. 7.9.3. Особенности работы подшипников ротора в космических аппаратах Рассмотрим экстремальные режимы работы подшипников произвольного двухопор-ного ротора (см. рис. 7.9.1), установленного на орбитальном космическом аппарате (КА) многоразового использования, начиная от момента старта и кончая возвращением на Землю. Для численного решения задачи необходимо 31тть аналитические зависимости от времени сил Qa Qb статического давления цапф на подшипник во время полета КА, а также дисбалансы Da и Db ротора в плоскостях I, II и силы давления на подшипники ав от силы тяжести ротора до старта КА. При отсутствии этих данных проведем качественное исследование задачи, приняв функцию {Qa , t) такой, какой она показана на рис, 7.9.15: О 1 Н Рис. 7.9.15. Изменение во вре I статических (Qa, > > > ) динамических давлений (Р ,/) на подшипник А неуравновешенного ротора Qa = KG . (7.9Д) где Ga - статическое давление на подшипник А от массы ротора (до старта КА); К - коэффициент перегрузки; по данным зарубежных литературных источников число К может бьггь равно 10. Примем, чго подшипники А и В ротора совершенно идентичны и по конструкции, и по нагрузке. Поэтому у них всегда будут одинаковые режимы работы и силу равенств: Ga =G в> Qa -QBy Р =50)2 .10 ; Dj=D (7.9.4) (7.9.5) (7.9.6) (7.9.7) где 0) - частота вращения ротора, с !. Работа подшипников от момента старта КА до выхода его в космос. При / = О происходит старт КА. В этот момент подшипники воспринимают статическое давление (7.9.4) от массы ротора и динамическое давление (7.9.6) от дисбалансов (7.9.7). После старта КА в любой момент времени / в интервале 0</</1 (7.9.8) подшипники ротора будут работать по первому режиму нагружения в связи с тем, чго на цапфы Aw В будут действовать силы (7.9.5) и (7.9.6), удовлетворяющие неравенству При первом режиме, наиболее благопршггаом для работы любого подшипника, центр цапфы совершает в подшипнике некоторое колебательное движение (см. п. 7.1) Неравенство (7.9.9) обеспечивается в земных условиях динамической балансировкой ротора с точностью, установленной ГОСТ 22061-76. При / = /j получается равенство сил статического и динамического давления: Qa-Pa (7.9.10) Условие (7.9.10) создает второй режим работы подшипников, при котором возникают периодические удары цапф и подшипник. В результате образуется аварийная ситуация, при которой подшипники преждевременно выходят из строя. В земных условиях этот режим исключается тем, что для каждого подшипника обеспечивается неравенство (7.9.9) динамической балансировкой ротора с заданной точностью. Однако балансировкой ротора нельзя исключить работу подшипников КА по второму режиму в момент t - . Решение этой задачи требует использования других методов. При и <t<t (7.9.11) статическое давление на подшипники получается меньше динамического Pa>Qa (7.9.12) Но неравенство (7.9.12) есть условие существования третьего режима работы подшипников неуравновешенного ротора, при котором происходит, как уже отмечалось, односторонний износ цапф и подшипников по всей окружности контакта. В земных условиям третий режим работы исключается методом динамической балансировки ротора. Но в КА третий режим работы подшипников этим методом устранить нельзя. Последствия этого режима зависят от его продолжительности в соответствии с (7.9.12), а также значений остаточных дисбалансов и после динамической балансировки ротора в земных условиях. Работа подшипников ротора после выхода КА в космос. При t>t (7.9.13) КА окажется в состоянии невесомости. Статическое давление (7.9.5) на подшипники ротора становится равным нулю, а неуравновешенные силы (7.9.6) не меняются. Поэтому при условии (7.9.13) подшипники ротора продолжают работать по третьему режиму. Если подшипники ротора неидентичны в отношении условий (7.9.4) - (7.9.7), то режимы их работы в космосе могут иметь весьма существенные особенности. Пусть, например, ротор имеет моментную неуравновешенность, которая характеризуется равенством (7.9.14) В состоянии невесомости ось ротора при условии (7.9.13) описывает в подшипниках линейчатую двухполосную коническую поверхность. При этом режиме возникают кромочные контакты цапф и подшипников, в результате чего происходит развальцовывание подшипников со стороны их наружных торцовых поверхностей. Рассмотренный режим работы подшипников назовем четвертым (космическим) режимом. Режим развальцовы-вания подшипников в условиях невесомости может возникнуть также у динамически неуравновешенного ротора при любых значениях дисбалансов: Da>0; Db>0. (7.9.15) Действительно, ось динамически неуравновешенного ротора при условии (7.9.15) описывает в подшипниках линейчатую поверхность однополосного гиперболоида. Поэтому в подшипниках при этом режиме обязательно возникнут кромочные контакты. Рассмотренный режим работы подшипников динамически неуравновешенного ротора назовем пятым (космическим) режимом. Шестой (космический) режим работы подшипников ротора в состоянии его невесомости может возникнуть при условии Da II Db, (7.9.16) характеризующем статическую неуравновешенность ротора. При условии (7.9.16) ось ротора описывает в подшипнике цилиндрическую поверхность, поэтому цапфы ротора касаются подшипников по линиям. Этот режим напоминает третий режим работы подшипников, наблюдаемый в земных условиях, но отличается от него отсутствием сил статического давления на подшипник. Седьмой (космический) режим работы подшипников ротора получится при условии: (7.9.17) В этом случае цапфа в подшипнике А имеет линейный контакт, а подшипник В полностью разгружен. Возможности устранения кромочных контактов при четвертом и пятом космических режимах работы подшипников. Для устранения кромочных контактов подшипники ротора КА |
© 2011 - 2024 www.taginvest.ru
Копирование материалов запрещено |