Исследование движения жесткого ротора в режиме обкатывания статора

• Автор: Бородин, Владимир Сергеевич
• Шифр специальности: 01.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 137 с. : ил.

1. Обзор теоретических и экспериментальных исследований движения рабочих органов роторных машин
2. Движение уравновешенного диска внутри неподвижного вертикального
цилиндра. Постановка задачи и основные уравнения
2.1 .Нахождение стационарных режимов.
Устойчивость стационарных режимов.
Малые колебания диска в окрестности стационарных режимов движения
2.2.Сравнительная оценка усилий, передаваемых диском при наложенных неголономных связях
2.3. Движение диска в режиме обкатывания подвижного цилиндра
3. Движение жесткого несбалансированного ротора в упругодемпфирующих опорах внутри вертикального цилиндра
3.1. Нутационные автопараметрические колебания ротора
3.2. Оценка влияния продольных смещений вала при обкатывании статора неуравновешенным ротором
3.3. Анализ устойчивости движения ротора по первому приближению
4. Движение несбалансированного ротора по внутренней поверхности горизонтального цилиндра
4.1. Исследование устойчивости невозмущенного движения горизонтального ротора
4.2. Численный анализ режимов движения и оценка давления на
статор
Основные результаты и краткие выводы
Список литературы
Список основных обозначений
Приложение
Приложение
Приложение
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.
1. 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.
2. Получена формула, позволяющая оценить силы давления на цилиндр с учетом пространственных эффектов движения и неголономности связей, а, так же, указаны возможные пути их уменьшения.
3. 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.
4. 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

3. Движение жесткого несбалансированного ротора в упругодемпфирующих опорах внутри вертикального цилиндра
Анализ автоколебаний ротора, как указывают А.С. Кельзон, Ю.П. Циманский и В.И Яковлев в [62], особенно важен для случая вертикального расположения ротора по двум причинам:
1) уровень вибраций и ширина зоны автоколебаний вертикального ротора всегда шире, чем горизонтального;
2) при вертикальном положении ротора можно получить замкнутое аналитическое решение.
Рассмотрим задачу о качении внутри кругового цилиндра радиуса Я неуравновешенного двухопорного вертикального ротора, несущего тонкий неоднородный диск массой М и радиуса г на жестком валу установленного в опорах системой горизонтальных пружин с жесткостями С,а,С,р,С2а,С20и вертикальной пружиной жесткостью Сг. Влияние внешнего трения учтем введением в опоры диссипативных сил с неполной диссипацией по функции Рэлея

Ф = —п(а +Р ), где п- коэффициент внешнего трения.
Считаем, что при статическом равновесии ротора диск касается цилиндра, а его ось не совпадает с осью цилиндра. Движение ротора происходит вне связи с двигателем, по инерции и обусловлено его статической несбалансированностью. Такой характер движения ротора может соответствовать аварийному режиму.