Исследование и определение количественных характеристик демпфирования колебаний в приёмно-намоточных механизмах текстильных машин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат наук Лабай, Никита Юрьевич

• Лабай, Никита Юрьевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Лабай, Никита Юрьевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава

ОБЗОР ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ И РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЕМПФИРОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

1.1. Характеристики демпфирования колебаний

1.2. Экспериментальные методы оценки

рассеяния энергии колебаний

1.2.1. Метод «затухающих колебаний»

1.2.2. Метод «статической петли гистерезиса»

1.2.3. Метод «резонансной кривой»

1.3. Теоретические методы оценки рассеяния энергии колебаний

1.3.1. Метод, учитывающий потери энергии на трение при относительном проскальзывании

контактирующих поверхностей

1.3.2. Метод, учитывающий потери энергии колебаний

на контактных деформациях в стыках деталей

1.4. Анализ демпфирующей способности конструкции

узла бобинодержателя приёмно-намоточного механизма

1.5. Результаты исследований демпфирования колебаний

в материалах и контактах деталей машин

1.5.1. Конструкционные материалы

1.5.2. Плоские стыки

1.5.3. Цилиндрические и конические соединения с натягом

1.5.4. Резьбовые соединения

1.5.5. Шпоночные и шлицевые соединения

1.5.6. Подшипники качения

1.5.7. Муфты

1.6. Результаты исследований демпфирования колебаний

в текстильных паковках

Выводы по главе

Глава

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕМПФИРОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ В ТЕКСТИЛЬНЫХ ПАКОВКАХ, ФОРМИРУЕМЫХ ПРИЁМНО-

НАМОТОЧНЫМИ МЕХАНИЗМАМИ

2.1. Экспериментальные методы исследования

и опытный стенд

2.2. Опытные образцы

2.2.1. Цилиндрические паковки с параллельной

намоткой нити, формируемые ПНМ

2.2.2. Конические паковки с крестовой намоткой нити, формируемые ПНМ

2.3. Методика проведения испытаний

2.4. Результаты исследований

2.5. Анализ результатов испытаний

Выводы по главе

Глава

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ РАССЕЯНИЯ ЭНЕРГИИ В ТЕКСТИЛЬНЫХ ПАКОВКАХ ПРИ РАДИАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЯХ БОБИНОДЕРЖАТЕЛЯ ПРИЁМНО-НАМОТОЧНОГО МЕХАНИЗМА

3.1. Разработка математической модели демпфирования

колебаний в текстильной паковке

3.1.1. Рассеяние энергии колебаний за цикл в контакте

двух соседних витков тела намотки

3.1.2. Линейная сила давления между витками

соседних слоёв тела намотки

3.1.3. Рассеяние энергии колебаний за цикл

в текстильной паковке

3.2. Анализ влияния параметров структуры намотки текстильной

паковки на её диссипативные свойства

Выводы по главе

Глава

ВЛИЯНИЕ ДИССИПАТИВНЫХ СВОЙСТВ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПАКОВКИ НА ДЕМПФИРУЮЩУЮ СПОСОБНОСТЬ УЗЛА БОБИНОДЕРЖАТЕЛЯ

ПРИЁМНО-НАМОТОЧНОГО МЕХАНИЗМА

4.1. Экспериментальное определение коэффициента снижения амплитуды колебаний из-за демпфирования в паковке

4.2. Расчётная оценка влияния диссипативных свойств паковки

на демпфирующую способность узла бобинодержателя

Выводы по главе

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и определение количественных характеристик демпфирования колебаний в приёмно-намоточных механизмах текстильных машин»

ВВЕДЕНИЕ

Основными тенденциями совершенствования приёмно-намоточных механизмов (ПНМ) текстильных машин в настоящее время являются рост скорости приёма и намотки нити, увеличение массы паковок, расширение ассортимента нитей и, следовательно, разнообразие форм и структур формируемых текстильных паковок.

Увеличение массы паковки и скорости намотки нити ведёт к росту динамической нагруженности ПНМ и влияния колебательных процессов на них и их работу, что, в свою очередь, оказывает существенное влияние на эксплуатационные характеристики текстильной машины, качество нарабатываемой паковки и конечного текстильного продукта, а также объёмы отходов дорогостоящего сырья. Поэтому всё большую роль при создании новых высокоскоростных ПНМ играют такие критерии их работоспособности как прочность, жесткость и виброустойчивость. В ходе проведения расчётов виброустойчивости ПНМ, а также выработки конструктивных решений для её повышения необходимо знать не только инерционные и упругие, но и диссипативные характеристики их колебательных систем. При этом вопросы диссипации энергии колебаний или демпфирования колебаний различных деталей и узлов машин относятся до сих пор к числу наименее исследованных проблем машиностроения в целом и текстильного машиностроения в частности.

Начало исследований демпфирования колебаний деталей и узлов машин в России относится к тридцатым годам прошлого столетия. Большой вклад в развитие данного научного направления внесли известные отечественные учёные: Н.Н. Давыденков, С.П. Тимошенко, Я.Г. Пановко, Д.Н. Решетов, Г.И. Писаренко, И.И. Вульфсон, Г.И. Страхов, Ю.А., В.И. Максак, В.М. Чернышов и др., а также зарубежные исследователи: T.H.H. Pian, F.C. Hallowell, F. Tse, I. Nashif, D. Johnes, J. Henderson (США), Y. Ito, N. Nishi-waki, M. Maksuko (Япония), M. Weck, W. Kleipzig (ФРГ) и др.

Несмотря на большой объём накопленных к настоящему времени результатов аналитических и экспериментальных исследований в области рассеяния энергии колебаний в различных машиностроительных конструкциях, картина демпфирования колебаний деталей и узлов машин различного отраслевого назначения остаётся далеко не полной. В частности, современные текстильные машины и их механизмы следует рассматривать как колебательные системы, находящиеся в постоянном взаимодействии с технологической нагрузкой, которая в ПНМ, связана со структурой наматываемых текстильных паковок, их массой, формой, сырьевым составом и т.д. Поэтому, для комплексной оценки их виброустойчивости необходимо знание не только демпфирующей способности элементов конструкций, но и дисси-пативных свойств текстильных паковок и полуфабрикатов.

Актуальность темы исследования

Для построения адекватных динамических моделей в ходе разработки новых и совершенствования уже существующих высокоскоростных ПНМ текстильных машин необходимо знать инерционные, упругие и диссипатив-ные характеристики их деталей и узлов, а также учитывать технологические режимы и условия работы механизмов и влияние, оказываемое на их динамику формируемыми текстильными паковками.

В связи с этим тема настоящей работы, посвящённой исследованию и определению количественных характеристик рассеяния энергии колебаний в приёмно-намоточных механизмах текстильных машин с учётом диссипа-тивных свойств формируемых паковок, является актуальной и обоснованной с точки зрения практической значимости поставленной проблемы.

Цель работы

Определение особенностей и количественных характеристик процесса рассеяния энергии колебаний в приёмно-намоточном механизме и в формируемых им текстильных паковках для комплексной оценки его демпфирующей способности и выбора рациональных параметров конструкции.

Задачи, решаемые в работе

1. Анализ данных литературного обзора результатов исследований в области демпфирования колебаний в материалах и сопряжениях деталей узлов общемашиностроительного назначения, применяемых в конструкциях приёмно-намоточных механизмов текстильных машин, а также в формируемых ими текстильных паковках.

2. Разработка опытного стенда и методики проведения испытаний для экспериментального исследования демпфирования колебаний в различных текстильных паковках, формируемых приёмно-намоточными механизмами.

3. Экспериментальное определение количественных характеристик рассеяния энергии колебаний в текстильных паковках различной формы, массы, сырьевого состава нитей и структуры намотки, формируемых приёмно-намоточными механизмами.

4. Создание математической модели и аналитическое определение количественных характеристик рассеяния энергии колебаний в текстильной паковке при радиальных вибрациях в узле бобинодержателя приёмно-намоточного механизма с учётом структуры намотки, переменной по толщине тела намотки линейной силы давления между витками нити и деформации её поперечных сечений.

5. Расчётно-экспериментальная оценка влияния демпфирования колебаний в текстильной паковке на общее рассеяние энергии колебаний в узле бо-бинодержателя приёмно-намоточного механизма с целью оптимизации его конструкции.

Методы исследований

Экспериментальные исследования демпфирования колебаний в текстильных паковках и в узле бобинодержателя проведены на базе известных

методов «затухающих колебаний» и «статической петли гистерезиса». Обработка результатов всех видов испытаний выполнена с использованием методов математической статистики.

При проведении аналитического исследования демпфирования колебаний в текстильных паковках использованы методы теоретической механики, сопротивления материалов, текстильного материаловедения, теории колебаний, интегрального и дифференциального исчислений, вычислительной математики, а также метод определения рассеяния энергии колебаний, основанный на анализе потерь энергии на трение при относительном проскальзывании и давлении в контакте сопряженных поверхностей деталей машин.

Научная новизна

В ходе выполнения диссертационной работы впервые получены и выносятся на защиту следующие результаты:

1. Экспериментальным путём определены количественные характеристики рассеяния энергии колебаний в виде коэффициентов поглощения в текстильных паковках, различных по форме, массе, сырьевому составу нитей и структуре намотки.

2. Разработана математическая модель рассеяния энергии колебаний в текстильной паковке при радиальных вибрациях в узле бобинодержателя приёмно-намоточного механизма, учитывающая распределение давления между слоями витков нити и её радиальную податливость.

3. Выполнена расчётно-экспериментальная оценка влияния демпфирования колебаний в текстильной паковке на общее рассеяние энергии колебаний в узле бобинодержателя.

Практическая значимость и реализация результатов работы

Экспериментально полученные значения коэффициентов поглощения в текстильных паковках с учетом их структуры позволяют дать реальную оценку рассеяния энергии колебаний в приёмно-намоточном механизме

текстильной машины и уточнить коэффициенты демпфирования, непосредственно используемые в уравнениях, моделирующих динамику этого механизма при его проектировании и практическом применении.

Разработанная на базе созданной математической модели компьютерная программа для расчёта рассеяния энергии колебаний за цикл в текстильной паковке при радиальных вибрациях бобинодержателя приёмно-намо-точного механизма позволяет определять влияние параметров структуры формируемой паковки на его демпфирующую способность.

Результаты исследования приняты к использованию в системе рас-чётно-конструкторских работ открытого акционерного общества «Центральный научно-исследовательский институт технологической оснастки текстильного оборудования» (ОАО «ЦНИИмашдеталь», г. Москва).

Апробация результатов работы

Основные результаты работы прошли положительную апробацию:

• на международных научно-технических конференциях «Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и лёгкой промышленности» (ПРОГРЕСС-2010 и ПРОГРЕСС-2012) в ИГТА, г. Иваново, 2010 г. и 2012 г.;

• на международных научно-технических конференциях «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности" (ТЕК-СТИЛЬ-2010 и ТЕКСТИЛЬ-2011) в МГТУ им. А.Н. Косыгина, г.°Москва, 2010 г. и 2011 г.;

• на 64-ой межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов, посвящённой 80-летию Костромского государственного технологического университета, «Студенты и молодые учёные КГТУ - производству» в КГТУ, г. Кострома, 2012 г.;

• на международной научно-технической конференции «Инновационные технологии развития текстильной и лёгкой промышленности», в МГУТУ, г. Москва, 2014 г.;

• на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы науки в технологиях текстильной и лёгкой промышленности» (ЛЕН-2016) в КГУ, г. Кострома, 2016 г.;

• на заседаниях кафедры теоретической и прикладной механики Российского государственного университета им. А.Н. Косыгина.

Публикации

Статьи в журнале, рекомендованном ВАК для опубликования основных научных результатов диссертаций

1. Рудовский П.Н. Демпфирование колебаний в цилиндрическом теле намотки при изгибе оправки / П.Н. Рудовский, С.В. Палочкин, А.Ю. Ко-лягин, Н.Ю. Лабай // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. - 2010. - № 5. - С. 95-100.

2. Лабай Н.Ю. Расчёт рассеяния энергии колебаний в цилиндрической текстильной паковке с параллельной намоткой нити / Н.Ю. Лабай, П.Н. Рудовский, С.В. Палочкин // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. - 2011. - № 4. - С. 61-65.

3. Лабай Н.Ю. Экспериментальные исследования демпфирования колебаний в приёмно-намоточном механизме / Н.Ю. Лабай, С.В. Палочкин // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. - 2013. - № 2(344) - С. 121-125.

4. Палочкин С.В. Экспериментальные исследования демпфирования колебаний в текстильных паковках с крестовой намоткой нити / С.В. Палочкин, Н.Ю. Лабай, П.Н. Рудовский // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. - 2015. - № 3(357). -С.°141-145.

Монография

5. Диссипативные свойства текстильных паковок: монография / П. Н. Ру-довский, С. В. Палочкин, А. Ю. Колягин, Н. Ю. Лабай. - Кострома: Изд-во Костром. гос. технол. ун-та, 2016. - 83 с.

Доклады и тезисы докладов на конференциях

6. Лабай Н.Ю. Демпфирование колебаний в приёмно-намоточном механизме / Н.Ю. Лабай, С.В. Палочкин // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (ПРОГРЕСС-2010): Сб. материалов международной научно-технической конференции (25-28 мая 2010 года). Ч. 1. - Иваново: ИГТА, 2010. - с. 251252.

7. Лабай Н.Ю. Рассеяние энергии колебаний в цилиндрическом теле намотки / Н.Ю. Лабай, А.Ю. Колягин, С.В. Палочкин, П.Н. Рудовский // Сб. Тезисы докладов Международной научно - технической конференции "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности" (ТЕКСТИЛЬ-2010). - М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2010. - с. 174.

8. Лабай Н.Ю. Экспериментальные исследования рассеяния энергии колебаний в текстильных поковках // Н.Ю. Лабай, С.В. Палочкин // Сб. Тезисы докладов Международной научно - технической конференции "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности" (ТЕКСТИЛЬ-2011). - М.: ФГБОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2011. - с. 183.

9. Лабай Н.Ю. Влияние радиальной жёсткости текстильной бобины на её демпфирующие свойства / Н.Ю. Лабай, С.В. Палочкин // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (ПРОГРЕСС-2012): Сб. материалов международной научно-технической конференции (30 мая - 1 июня 2012 года). Ч. 2 -Иваново: ИГТА, 2012. - с. 27-28.

10.Лабай Н.Ю. Влияние радиальной жёсткости текстильной бобины на её демпфирующие свойства / Н.Ю. Лабай, С.В. Палочкин // Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и лёгкой промышленности (ПРОГРЕСС-2012): Сб. материалов международной научно-технической конференции (30 мая - 1 июня 2012 года). Ч. 2 -Иваново: ИГТА, 2012. - с. 27-28.

11.Лабай Н.Ю. Диссипативные свойства паковок с крестовой намоткой нити / Н.Ю. Лабай, С.В. Палочкин // Инновационные технологии развития текстильной и лёгкой промышленности: Сборник тезисов докладов Международной научно-технической конференции - М.: МГУТУ, Экон-информ, 2014. - С. 219-220.

12. Палочкин С.В. Исследование радиальной податливости текстильной паковки с параллельной намоткой нитей / С.В. Палочкин, П.Н. Рудовский, Н.Ю. Лабай // Актуальные проблемы науки в технологиях текстильной и легкой промышленности (Лен-2016): сб. трудов Междунар. науч.-техн. конф. / Костром. гос. ун-т. - Кострома: Изд-во Костром. гос. ун-та, 2016. - С. 136-138.

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы и приложения. Объём диссертации составляет 118 страниц машинописного текста, включает 45 рисунков и 6 таблиц. Список использованной литературы содержит 96 наименований работ отечественных и зарубежных авторов. Приложение представлено на 1 странице.

ГЛАВА 1

ОБЗОР ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ И РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЕМПФИРОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Как отмечено в работах [1, 2], демпфирование колебаний машиностроительных конструкций происходит за счёт рассеяния энергии колебаний вследствие:

• внутреннего трения в материалах деталей машин;

• внешнего трения в контактах сопрягаемых поверхностей деталей;

• вязкого трения в масляных слоях жидкой смазки деталей машин.

В связи с этим основные направления исследований демпфирования колебаний в машинах, выполненные к настоящему времени отечественными и зарубежными учёными, связаны с изучением процессов рассеяния энергии при указанных видах трения.

Во второй половине прошлого столетия сложились три ведущие отечественные научные школы по исследованию демпфирования колебаний в машинах.

Так, в работах [3...7] профессора Г.И. Писаренко и его коллег достаточно полно были рассмотрены вопросы рассеяния энергии колебаний в материалах деталей.

Под руководством профессора Я.Г. Пановко были выполнены исследования [8. 13], в ходе которых от изучения внутреннего трения в материалах деталей перешли к изучению рассеяния энергии колебаний в контактах неподвижных соединений деталей машин. При этом было установлено, что потери энергии колебаний в сопряжениях деталей машин и масляных слоях между ними (конструкционное демпфирование) на порядок выше потерь энергии в материале деталей.

Основным направлением исследований профессора Д.Н. Решетова и его учеников [14.23] стало изучение конструкционного демпфирования с

учётом нормальных и касательных контактных деформаций в стыках деталей машин, а также рассеяния энергии колебаний в масляных слоях жидкой смазки.

1.1. Характеристики демпфирования колебаний

Демпфирование колебаний упругих систем машиностроительных конструкций в материале и сопряжениях их деталей вызывается диссипа-тивными силами Рд неупругого сопротивления, на преодоление которых и

тратится энергия колебательной системы.

Для определения этих сил используют следующие выражения [1]:

• Рд = Ь0Бдпх - при сухом трении;

• Рд = Ь^Х - при вязком сопротивлении;

• Рд = Ь2Х2Бдпх - при больших виброскоростях (квадратичное трение).

Обобщённая зависимость для расчёта диссипативной силы имеет вид

Рдх = Ьц\х\Vsgnx , (1.1)

где д = 0, 1, 2 - постоянная, соответствующая одному из видов сопротивления; X - обобщённая координата; Ь^ - коэффициент сопротивления (в

случае сухого трения Ь0 равен силе трения).

Для описания вибраций таких неконсервативных систем применяют различные динамические модели [1, 2, 8, 12, 13, 24... 32]. Например, для линейных упруговязких колебательных систем с одной степенью свободы обычно используют простейшие модели Фохта (рис. 1.1, а), Максвелла (рис. 1.1, б) и Пойтинга - Томпсона (рис. 1.1, в), динамическая характеристика Р (X, X) упругодиссипативного элемента которых описывается выражением

Р(х, х) = РУ (х) + Рд (х) = сх + Ьх , (1.2)

где Ру (х) = СХ - линейная упругая составляющая; с- жесткость упругого элемента конструкции; Рд (х) - диссипативная составляющая; Ь - коэффициент вязкого сопротивления, который обычно называют коэффициентом

демпфирования.

Рис. 1.1. Модели линейной упруговязкой колебательной системы

с одной степенью свободы

Уравнение движения массы т в таких системах выглядит как

тх = -Р(х, х) , (1.3)

или, учитывая (1.2),

тх + bx + сх = F (t) , (1.4)

где F(t) - внешняя нагрузка (при свободных колебаниях F(t) = 0).

Для исследуемой колебательной системы конкретного механизма при решении (1.4) необходимо знать реальное значение коэффициента демпфирования Ь.

За количественные показатели демпфирования колебаний любой механической конструкции в ходе проведения исследований принято использовать [1] рассеяние энергии W колебаний за цикл или коэффициент поглощения ф (относительное рассеяние), который определяют как

ф = W/E , (1.5)

где Е - наибольшее значение потенциальной энергии упругого элемента конструкции.

При линейной упругой характеристике колебательной системы

Е = 0,5са^ах , (1.6)

где атах - максимальная (начальная) амплитуда колебаний.

Определив, как правило, в ходе экспериментального исследования значение коэффициента поглощения ф и частоту колебаний ш, величину используемого в упруговязкой динамической модели механизма коэффициента демпфирования рассчитывают как

b = фс/(2пш) . (1.7)

При сухом трении коэффициент демпфирования составляет

b = 4b0/(пша) , (1.8)

а при квадратичном трении

b = 0,85Ь2ыа , (1.9)

где Ш = 2nf = 2п/Т - угловая частота колебаний; а, f и Т - амплитуда, частота и период колебаний [1].

1.2. Экспериментальные методы оценки рассеяния энергии колебаний

При исследованиях демпфирования колебаний в материалах и контактах деталей машин наиболее часто используют следующие основные методы проведения испытаний [1, 5, 6, 15, 23, 33]: метод «затухающих колебаний», метод «статической петли гистерезиса» и метод «резонансной кривой», дающие в целом достаточно хорошие результаты.

1.2.1. Метод «затухающих колебаний»

Данный метод является наиболее универсальным, простым, дешевым и, вследствие этого, одним из самых распространенных. В ходе испытаний записывают свободные затухающие колебания опытного образца (рис. 1.2) в течение определённого промежутка времени Используя полученные виброграммы, определяют логарифмический декремент 5 колебаний, как

6 = 11п — , (1.10)

где Щ и 0.1+] - амплитуды в начале /-того и (/+/)-го циклов колебаний; у -

число циклов с периодом Т колебаний для рассматриваемого участка виброграммы.

1 а V' Л, \ *

Ут т

Рис. 1.2. К методу «затухающих колебаний»

В случае, если рассеяние энергии Ш колебаний в системе пропорционально квадрату амплитуды, например, когда диссипативные силы пропорциональны смещению, скорости или ускорению, и жесткость с системы не зависит от амплитуды, то 5 также не зависит от амплитуды и является постоянным по всей кривой затухания.

В этом случае относительное рассеяние приближенно рассчитывают по формуле

фъ 28 . (1.11)

В других случаях коэффициент поглощения ф является функцией амплитуды.

1.2.2. Метод «статической петли гистерезиса»

При статическом цикле нагрузки и разгрузки опытного образца получают петлю гистерезиса (рис. 1.3) в координатах внешняя сила F (или напря-жение^ - перемещение 5 (или деформация) путем замера соответствующих значений этих параметров.

кР

Рис. 1.3. К методу "статической петли гистерезиса"

Значение коэффициента поглощения ^ определяют отношением площади петли гистерезиса (рассеяния энергии Ш колебаний за цикл) к площади заштрихованного треугольника (упругой потенциальной энергии Е, соответствующей максимальной амплитуде перемещения атах).

При этом жесткость колебательной системы можно определить, как

Этот метод рекомендуется использовать при значительном рассеянии энергии колебаний конструкции, чувствительных датчиках и точной измерительной аппаратуре, однако при значительной доле в балансе рассеяния энергии внешнего трения он дает недостаточно точные результаты.

Метод основан на определении зависимости ширины резонансного пика амплитудно-частотной характеристики процесса колебаний от демпфирующей способности системы (рис. 1.4). Чем шире резонансная кривая, тем больше рассеяние энергии колебаний в системе.

(1.12)

с =

1.2.3. Метод «резонансной кривой»

[а

V /

Рис. 1.4. К методу «резонансной кривой»

Коэффициент поглощения при этом определяют по зависимости

ф = 2п^ , (1.13)

где ^ - частота собственных колебаний системы; ^ и f2 - частоты колебаний системы, при которых амплитуды а в раз меньше резонансной амплитуды атах.

Метод «резонансной кривой» обычно используют при исследовании вынужденных колебаний.

1.3. Теоретические методы оценки рассеяния энергии колебаний

Можно выделить два основных метода теоретических исследований, используемых в работах отечественных и зарубежных учёных, посвящён-ных проблемам конструкционного демпфирования колебаний.

1.3.1. Метод, учитывающий потери энергии на трение при относительном проскальзывании контактирующих поверхностей.

Первый метод расчёта количественных характеристик рассеяния энергии колебаний основан на определении потерь энергии на трение при наличии местного проскальзывания и давления в контакте сопрягаемых поверхностей деталей. При отсутствии проскальзывания считают, что рассеяние энергии равно нулю. За количественную характеристику демпфирования колебаний принята площадь петли гистерезиса, определяющая абсолютные потери (рассеяние) энергии Ш в соединении за цикл колебаний.

Данный метод был широко использован при проведении теоретических исследований под руководством профессора Я.Г. Пановко у нас в стране [8.11], а также в работах зарубежных авторов, например, [34].

В основе метода лежат следующие основные допущения: • материал элементов соединения является абсолютно упругим и подчиняется закону Гука;

• процесс трения в контакте сопряжённых поверхностей деталей характеризуется законом трения Кулона - Амонтона;

• напряженное и деформированное состояния контактирующих деталей могут быть описаны с учётом статистических гипотез, используемых в сопротивления материалов и прикладной теории упругости [35, 36].

Специфику задач, решаемых с помощью данного метода, достаточно подробно изложенного в [9], составляет определение размеров и положения зон проскальзывания и выявление возможности раздельного или совместного деформирования элементов соединения с учётом относительно равновесия отдельных элементов и равновесия между силами трения и касательными напряжениями на поверхностях контакта.

1.3.2. Метод, учитывающий потери энергии колебаний на контактных деформациях в стыках деталей

Второй, уточненный по сравнению с первым, метод расчёта количественных характеристик рассеяния энергии колебаний основан на анализе потерь энергии колебаний не только при относительном проскальзывании сопряженных поверхностей, но и на контактных деформациях в стыках деталей. Контактные деформации, как показывают эксперименты [16, 17, 20], играют существенную роль в балансе упругих деформаций современных точных машин и оказывают существенное влияние на их работоспособность, т.к. воздействуют на распределение и концентрацию нагрузки, влияют на частоту собственных колебаний и рассеяние энергии

Этот метод был разработан и использован в цикле исследований, выполненных под руководством профессора Д. Н. Решетова [14.. .23], а также в работах ряда других отечественных [37.39] и зарубежных [40.47] авторов. В качестве основного показателя рассеяния энергии колебаний в данном методе принят безразмерный коэффициент поглощения ф, который рассчитывают согласно (1.5) и (1.6), вводя в необходимых случаях в формулы для определения величины Ш дополнительные коэффициенты к и

кт, соответственно, нормальной и касательной контактной податливости, значения которых определяются по экспериментальным данным, например согласно [20].

1.4. Анализ демпфирующей способности конструкции узла бобинодержателя приёмно-намоточного механизма

В состав любой мотальной машины входят:

• приёмно-намоточный механизм;

• механизм раскладки нити (нитеводитель);

• механизм автоматического выключения машины при обрыве нити или её полной доработки;

• привод машины.

Исполнительным органом приёмно-намоточного механизма (ПНМ) текстильной машины является узел бобинодержателя, виброустойчивость которого зависит от точности изготовления деталей, его балансировки и демпфирующей способности и оказывает наиболее существенное влияние на качество формируемой текстильной паковки (устойчивость к рассыпанию витков, степень истирания нитей и количество недорабатываемых остатков нити на паковке при её сматывании на последующих технологических переходах).

Результаты анализа публикаций [48.55], посвящённых вопросам проектирования и исследования высокоскоростных ПНМ, показали, что одной из ведущих мировых тенденций в области их разработки и реализации в машинах ведущих зарубежных фирм: Barmag AG (Германия), Georg Sahm GmbH & Co. KG (Германия), SSM Schaerer Schweiter Mettler AG (Швейцария), Milham Makina (Турция) и др., стал переход к созданию мотальных головок револьверного типа с осевым (шпиндельным) приводом и консольным расположением вала бобинодержателя (рис. 1.5).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лабай, Никита Юрьевич, 2017 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. - М.: Машиностроение, 1981.

- Т.°6. Защита от вибраций и ударов / Под ред. К.В. Фролова, 1981 - 456с.

2. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле / С.П. Тимошенко, Д.Х. Янг, У. Уивер. - М.: Машиностроение, 1985. - 472с.

3. Писаренко Г.С. Колебания упругих систем с учетом рассеяния энергии в материале. - Киев: Изд-во АН УССР, 1955. - 238 с.

4. Писаренко Г.С. Колебания механических систем с учётом несовершенной упругости материала. - Киев: Изд-во АН УССР, 1970. - 379 с.

5. Писаренко Г.С. Вибропоглощающие свойства конструкционных материалов / Г.С. Писаренко, А.П. Яковлев, В.В. Матвеев. - Киев: Наукова думка, 1971. - 376 с.

6. Писаренко Г.С. Методы определения характеристик демпфирования упругих систем / Г.С. Писаренко, В.В. Матвеев, А.П. Яковлев. - Киев: Наукова думка, 1976. - 86 с.

7. Чернышов В.М. Демпфирование колебаний механических систем покрытиями из полимерных материалов. - М.: Наука, 2004. - 288 с.

8. Пановко Я.Г. Внутреннее трение при колебаниях упругих систем. - М.: Физматгиз, 1960. - 190 с.

9. Калинин Н.Г. Конструкционное демпфирование в неподвижных соединениях / Н.Г. Калинин, Ю.А. Лебедев, В.И. Лебедева, Я.Г. Пановко, Г.И. Страхов. - Рига: Изд-во АН Латвийской ССР, 1960. - 169с.

10.Пановко Я.Г. Проблемы теории конструкционного демпфирования в неподвижных соединениях. - Труды Шсовещания по основным проблемам теории машин и механизмов. - М.: Машгиз, 1963. - с.209-234.

11.Страхов Г.И. Рассеяние энергии в клеевых соединениях / Рассеяние энергии при колебаниях механических систем. - Киев: Наукова думка, 1968.

- 192-195.

12.Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. - М.: Машиностроение, 1976. - 320с.

13. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний. - М.: Наука, 1991. - 256 с.

14.Решетов Д.Н. Демпфирование колебаний в соединениях деталей машин / Д.Н. Решетов, З.М. Левина // Вестник машиностроения. - 1956. - №12. - С.3-13.

15.Решетов Д.Н. Демпфирование колебаний в деталях станков / Д.Н. Решетов, З.М. Левина // В кн.: Исследование колебаний металлорежущих станков. - М.: Машгиз, 1958. - С. 45-86.

16.Решетов Д.Н. Возбуждение и демпфирование колебаний в станках / Д.Н. Решетов, З.М. Левина // В кн.: Исследование колебаний металлорежущих станков при резании металлов. - М.: Машгиз, 1958. - С. 87-155.

17.Ривин Е.И. Динамика привода станков. - М.: Машиностроение, 1966. -204 с.

18.Палочкина Н.В. Исследование демпфирования колебаний в деталях машин. Дис.к.т.н., М., 1967. - 184 с.

19.Кирсанова В.Н. Исследование касательной податливости деталей машин. Дис.к.т.н., М., 1970. - 186 с.

20. Левина З.М. Контактная жесткость машин / З.М. Левина, Д.Н. Решетов -М.: Машиностроение, 1971. - 262с.

21.Шувалов С.А. Демпфирование продольных колебаний в передачах винт-гайка и в опорах винтов / С.А. Шувалов, З.М. Левина, Д.Н. Решетов // Станки и инструмент. - 1973. - №4. - с. 4-7.

22.Кедров С.С. Колебания металлорежущих станков. - М.: Машиностроение, 1978. - 199 с.

23.Палочкин С.В. Исследование и расчёт демпфирования колебаний в контактах деталей машин. Дис.канд. техн. наук, М., 1983. - 198 с.

24.Теория механизмов и механика машин / К.В. Фролов и др.; под ред. Г.А. Тимофеева - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. - 688 с.

25.Ильин М.М. Теория колебаний / М.М. Ильин, К.С. Колесников, Ю.С. Саратов / Под общ. ред. К.С. Колесникова - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 272 с.

26.Нашиф А. Демпфирование колебаний: Пер. с англ. / А. Нашиф, Д. Джо-унс, Дж. Хендерсон - М.: Мир, 1988. - 488с.

27.Цзе Ф.С. Механические колебания / Ф.С. Цзе, И.Е. Морзе, Р.Т. Хинкл -М.: Машиностроение, 1966.

28.Коритысский Я.И. Динамика упругих систем текстильных машин. - М.: Машиностроение, 1964. - 287с.

29.Коритысский Я.И. Колебания в текстильных машинах - М.: Машиностроение, 1973. - 320с.

30.Коритысский Я.И. Вибрации и шум в текстильной и лёгкой промышленности (Измерения, характеристики и методы борьбы) / Я. И. Коритыс-ский, И. В. Корнев, Л. Ф. Лагунов и др. / Под ред. Я.И. Коритысского. -М.: Легкая индустрия, 1974. - 328с.

31.Попов Э.А. Динамика текстильных машин. - М.: МГТУ, 2001. - 247с.

32.Прошков А.Ф. Динамика машин для производства химических нитей и волокон / А.Ф. Прошков, А.П. Яскин. - М.: МГТУ, 2001. - 360с.

33.Машины и стенды для испытания деталей / Под ред. Д.Н. Решетова. - М.: Машиностроение, 1979. - 343с.

34.Pian T.H.H., Hallowell F.C. Structural damping in a simpl built - up beam // Jr.,Proc. Frist, U.S. nat. Congr. Appl. Mech., ASME, 1952. - P. 97-102.

35.Феодосьев В.И. Сопротивление материалов - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. - 590 с.

36.Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости - М.: Наука, 1979. - 560 с.

37.Лебедев Л.В. К расчёту контактных деформаций // Известия вузов. Машиностроение. - 1968. - №1. - С.54-58.

38.Максак В.И. Экспериментальное исследование демпфирования энергии в сжато-сдвигаемом контакте при повышенных удельных давлениях /

В.И. Максак, Б.Ф. Советченко // В кн.: Рассеяние энергии при колебаниях механических систем. - Киев: Наукова думка, 1974. - с. 295-299.

39.Максак В.И. Предварительное смещение и жесткость механического контакта. - М.: Наука, 1975. - 59 с.

40.Kirk R., Gunter E.J. Stability and transient motion of a plain jornal monnted in flexibtl damped supports // Trans. ASME, 1976, B. 98, №2.- p.-576-592.

41.Ito Y., Maksuko M. Stydion the damping capacity of bolted joints // Effects of the joint surfaces condition - Bull. JSME, 1975, 18, №117.-p. 319-326.

42.Tsuisumi M., Ito Y. Damping mechanism of a bolted joint in machine tools // Proc. 20th. Int. Mach. Tool. Des. and Res. Conf. Sub-Conf. Elect. Process., Birmingham, 1980, p. 443 - 448.

43.Weck M. Steifigkeits- und Dämpfungskennwerte verschraubter trockener Fügestellen // Ind. - Anz., 1981, 103, №18.-s. 41-48.

44.Weck M., Ophey L. Experimentelle Ermittlung der Steifigkeit und Dämpfung radial belaster Wälzlager // Ind. - Anz., 1981, 103, №79.-s. 32-35.

45.Kleipzig W. Experimentelle Ermittlung der Dämpfungskonstante eines doppelreihingen ZyHndrroüenlagers // Maschinenbautechnik, 1977, 26, №3.- s. 112-115.

46.Nishiwaki N., Maksuko M., Ito Y., Orumara J. A studyon damping capacity of a jointed contilever beam 2nd report // Comparison between theoretical and valnes - Bull. JSME, 1980, 23, №177.-p. 469-475.

47.Gold B.W. Berechnung mehrstufiger Zahnradgetribe // Ind. - Anz., 1981, 103, №18.-s. 30-37.

48.Прошков А.Ф. Исследование и проектирование мотальных механизмов: монография / А.Ф. Прошков. - М.: Машгиз, 1963. - 232 с.

49.Матюшев И.И. Высокоскоростные приёмно-намоточные механизмы для химических нитей / И.И. Матюшев, В.А. Климов, Л.С. Мазин и др. М.: Легпромбытиздат, 1991 - с 256.

50.Ильчук В.П. Исследование и проектирование подвесок высокоскоростных бобинодержателей намоточных механизмов машин для производства химических волокон. Дис. ... канд. техн. наук. - М., 1981.

51.Айзенштейн Э.М. Приемно-намоточные механизмы Barmag-Spinnzwirn GmbH для производства синтетических нитей и модернизации существующего оборудования. Интернет-сайт www.textileclub.ru - 2001.

52. Современные разработки прогрессивного оборудования для производства синтетических комплексных нитей / Под общ. ред. Э.М. Айзен-штейна - СПб.: «Бармаг АГ», 2002. - 134 с.

53.Перемоточная машина PW-2W. Проспект фирмы SSM Schaerer Schweiter Mettler AG (Швейцария - Интернет-сайт www.ssm.ch). - 2010. - 4 с.

54.Фомченкова Л. Современные мотальные машины для пряжи и нитей на выставке Techtextil Russia 2014 // Легпромбизнес Оборудование. - 2014. - №°3(109). - c 2-5.

55.Башашин П.А. Разработка и исследование высокоскоростного бобино-держателя для формовочных машин и агрегатов, вырабатывающих минеральные и полиамидные нити. Дис. ... канд. техн. наук. - М., 2012. - 192 с.

56.Бобинодержатель: пат. 115341 Российская Федерация, МПК В65Н / Ба-шашин П.А., заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина» (RU). -опубл. 27.04.12, Бюл. № 36. - 4 с.

57.Давыденков Н.Н. О рассеянии энергии при вибрациях // Журнал технической физики. - 1938. - Т. 3. - № 6. - С. 156-161.

58. Сорокин Е.С. К теории внутреннего трения при колебаниях упругих систем. - М.: Госстройиздат, 1960. - 131 с.

59.Chung D.D.L. Review materials for vibration damping // Journal of Materials Science. - 2001. - №36. - P. 5733-5737.

60.Гогилашвили В.И. Рассеяние энергии и оптимальная посадка в цилиндрических соединениях / В.И. Гогилашвили, М.И. Хвингия // В кн.: Рассеяние энергии при колебаниях механических систем. - Киев: Наукова думка, 1970. - С. 421-430.

61.Метелица Б.З. Конструкционное демпфирование в соединении зажимными кольцами / Б.З. Метелица, И.А. Яцюк // Вестник машиностроения. - 1976. - №11. - С. 34-36.

62.Вульфсон И.И. Исследование демпфирующих свойств конических, резьбовых, шпоночных и шлицевых соединений / И.И. Вульфсон. Б.В. Сердюков, М.Э. Бауэр. - М.: ОКБС МСиИП, 1967. - 30с.

63.Вульфсон И.И. Экспериментальное исследование демпфирующей способности затянутых конических и резьбовых соединений / И.И. Вульфсон. Б.В. Сердюков // В кн.: Рассеяние энергии при колебаниях упругих систем. - Киев: Наукова думка, 1968. - С.405-409.

64.Беликов Г.В. Демпфирование в резьбовых соединениях металлорежущих станков // Станки и инструмент. - 1979. - №5. - С. 7-10.

65.Палочкин С.В. Демпфирование колебаний в болтовых соединениях со стопорными элементами / С.В. Палочкин, Е.Н. Петров // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. - 1984. - №5. - С. 30-32.

66.Decker Karl-Heinz Maschinenelemente. Funktion, Gestaltung und Berechnung. - Carl Hanser Verlag München, 2007. - 799 s.

67.Решетов Д.Н. Детали машин. - М.: Машиностроение, 1989. - 496 с.

68.Решетов Д.Н. Демпфирование колебаний в компенсирующих муфтах / Д.Н. Решетов, С.В. Палочкин // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. - 1981. - № 12. - С. 13-18.

69.Решетов Д.Н. Исследование демпфирующих свойств муфт с неметаллическими упругими элементами / Д.Н. Решетов, О.А. Ряховский // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. - 1966. - №5. - С. 30 -32.

70.Brink K. Die Dämfung bei Drehschwingugen der Kuplungen // Wöhler-Insti-tuts Mitteilungen. - 1936. -H.28. - P. 53-81.

71.Коритысский Я.И. Исследование динамики и конструкции высокопроизводительных веретён текстильных машин. - М.: Машгиз, 1963. - 643с.

72.Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. - М.: Машиностроение, 1980. - Т.°3. Колебания машин, конструкций и их элементов / Под ред. Ф.М. Диметберга и К.С. Колесникова, 1980 - 544с.

73.Попов Э.А. Динамика шпинделей крутильных механизмов текстильных машин. Дис. ... докт. техн. наук. - М. , 1977. - 234 с.

74.Сарычев А.Х. Исследование механизмов наматывания свежесформиро-ванного синтетического волокна: Дис. ... канд. техн. наук.- Л., 1977.-186 с.

75.Трощановский А.А. Исследование процесса и механизмов фрикционного наматывания синтетических нитей. Дис. ... канд. техн. наук. - М., 1981. -200°с.

76.Mohammed A. Alnawafleh and Faisal M. Al-Ghathian. Dynamycal Properties Analysis of Frictional Winding Mechanism with Bobbin Elastic Support // American Journal of Applied Sciences 2 (4): 828-831, 2005.

77. Степанов С. Г. Исследование и проектирование фрикционных намоточных механизмов машин для производства химических волокон. Дис. ... канд. техн. наук. - М., 1984. - 221 с.

78.Титов С.Н. Нелинейная механика текстильных процессов. - Кострома: КГТУ, 2004. - 144 с.

79.Палочкин С.В., Рудовский П.Н., Нуриев М.Н. Методы и средства контроля основных параметров текстильных паковок: Монография. - М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2006. - 240 с.

80.Палочкин С.В. Рассеяние энергии колебаний в крутильно-мотальных механизмах текстильных машин / С.В. Палочкин, А.Ю. Колягин // Сб. Ма-

шиноведение и детали машин. Труды всероссийской научно-технической конференции 10 - 12 октября 2008 г. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - с. 102-105.

81.Палочкин С.В. Статические испытания по определению рассеяния энергии колебаний в веретене / С.В. Палочкин, А.Ю. Колягин //Современные наукоёмкие инновационные технологии развития промышленности региона (Лен - 2008): Сб. трудов Международной научно - технической конференции / КГТУ (9 октября 2008г.) - Кострома: Изд-во КГТУ, 2008.

- с.50.

82.Колягин А.Ю., Палочкин С.В. Экспериментальные исследования демпфирования колебаний в крутильно-мотальном механизме // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности.

- 2009. - № 2С. - с. 91-95.

83.S. Palochkin Schwingungsdämpfung in Spinn- und Aufwindevorrichtungen von Ringspinn- und Zwirnereimaschinen // Die Sammlung der Vorträge der 12. Chemnitzer Textiltechnik - Tagung «Innovation mit textilen Strukturen», 30. Sehtember und 1. Oktober 2009, Chemnitz, Deutschland. - р. 1-8.

84.Колягин А.Ю. Исследование и определение количественных характеристик демпфирования колебаний в узле веретена крутильно-мотального механизма. Дис. ... канд. техн. наук. - М., 2010. - 127 с.

85.Рудовский П.Н., Палочкин С.В., Колягин А.Ю., Лабай Н.Ю. Демпфирование колебаний в цилиндрическом теле намотки при изгибе оправки // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. - 2010. - № 5. - С. 95-100.

86.Колягин А.Ю., Палочкин С.В. Конструкционное демпфирование в соединении шпули с насадкой шпинделя веретена // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. - 2010. - № 3. - С. 81-85.

87.Система ACTest - сбор и обработка экспериментальных данных - М.: ООО «Лаборатория автоматизированных систем (АС)», 2007. - 267 с.

88.Севостьянов А.Г. Методы и средства исследования механико-технологических процессов текстильной промышленности - М.: Легкая индустрия, 1980. - 392 с.

89.Минаков А.П. Основы теории наматывания и сматывания нити // Текстильная промышленность. - 1944. - № 10, с. 11—16, № 11—12, с. 10— 18.

90.Парнес М. Г. Расчет и конструирование намоточных станков / М. Г. Пар-нес. - М.: Машиностроение, 1975. - 296 с.

91.Пономарев С.Д. Расчеты на прочность в машиностроении / С.Д. Пономарев и др.: в 3 т. Т.2 / под ред. С.Д. Пономарева. - М.: Машгиз, - 1959. -974 с.

92.Рудовский П.Н. Разработка методики проектирования бобинодержате-лей для машин хлопкопрядильного производства с целью повышения качества цилиндрических паковок: дис. ... канд. техн. наук - Ташкент, 1985. - 194 с.

93.Рудовский П. Н. О методике измерения упругих констант слоя намотки / П. Н. Рудовский // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. - 1982. - № 5. - С. 21.

94.Рудовский П. Н. Экспериментальное определение упругих констант слоя намотки / П. Н. Рудовский // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. - 1983. - № 2. - С. 30.

95.Дьяконов. В.П. МаНаЬ 6.5 БР1/7 + 81шиНпк 5/6. Основы применения. -М.: СОЛОН-Пресс, 2005. - 800с

96. Основы проектирования текстильных машин / Под общей ред. А.М. Макарова. М.: Машиностроение, 1976. - с. 416.