Устройства компенсации инерционных сил в виброротационных стендах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.18, кандидат технических наук Козликин, Денис Петрович

• Козликин, Денис Петрович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Козликин, Денис Петрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ НАУЧНОЙ БАЗЫ РЕАЛИЗАЦИИ КОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ВИБРОРОТАЦИОННЫХ СТЕНДОВ

1.1. Комплексные воздействия, воспроизводимые виброротационными стендами.

1.2. Обзор стендов, имитирующих виброротационные воздействия.

1.3. Анализ исследовательских работ по задаиию виброротационных воздействий, формулировка целей и задач.

1.4. Обоснование расчетной схемы стенда.

1.5. Основные результаты главы.

2. ПОСТРОЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВИБРОРОТАЦИОННОГО СТЕНДА.

2.1. Описание динамической модели стенда.

2.2. Решение кинематической задачи.

2.3. Исследование движения стенда при постоянной силе разгрузки в режиме установившегося вращения центрифуги.

2.4. Линеаризация системы уравнений движения стенда в режиме установившегося вращения центрифуги при постоянной силе разгрузки.

2.5. Анализ полученных аналитических решений.

2.6. Основные результаты главы.

3. ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТЕЙ СТЕНДА ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ РАЗГРУЗКИ С ПОМОШЫО УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ.

3.1. Исследование движения стенда с пружинным компенсирующим устройством.

3.2. Определение параметров стенда с пружинным компенсирующим устройством и сравнительный анализ полученных решений.

3.3. Составление уравнений движения стенда с комбинированным разгружающим устройством и определение его возможных параметров.

3.4. Решение уравнений движения стенда с комбинированным разгружающим устройством и определение рабочих зон задающих параметров.

3.5. Основные результаты главы.

4. СПОСОБ РАЗГРУЗКИ, ОСНОВАННЫЙ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ПРУЖИНЫ.

4.1. Определение упругих свойств пневматической пружины и основных способов задания компенсирующего усилия.

4.2. Разгрузочное устройство, использующее гидропиевматический способ компенсации (с переменным объемом воздуха).

4.3. Разгрузочное устройство, использующее пневматический способ компенсации с постоянным объемом воздуха.

4.4. Построение комбинированной схемы компенсирующего устройства, использующего как пневматический, так и гидропиевматический способ разгрузки.

4.5. Основные результаты главы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Устройства компенсации инерционных сил в виброротационных стендах»

Требования к точности и надежности машин и приборов определяют технические условия их испытаний, что в свою очередь вызывает необходимость создания новых типов испытательного оборудования.

Существуют различные способы испытаний, среди которых наиболее распространенным является способ, использующий стандартное оборудование: вибростенды, центрифуги, климатические камеры и т. п. На котором изделие последовательно подвергается различным испытательным воздействиям. Результаты совокупности испытаний фиксируются и на их основании делаются соответствующие заключения. В таком виде испытаний, наряду с его простой реализацией, существуют и недостатки. Во первых, ни в коей мере не учитываются взаимные влияния испытательных воздействий. Во вторых, некоторые приборы имеют малый ресурс, поэтому не могут пройти длительного цикла последовательных испытаний, в результате чего приходиться проводить отдельные испытания на различных экземплярах изделия, что снижает возможность получения достоверных результатов.

Наиболее надежными и достоверными способами испытаний являются натурные испытания. Однако, учитывая большие затраты на их проведение и малую информативность, последние имеют ограниченное использование и применяются преимущественно для комплексной проверки всего изделия в целом.

Поэтому, с учетом сказанного, наиболее перспективным является создание специальных стендов, обеспечивающих максимальное приближение испытательного воздействия к реальным условиям эксплуатации объекта.

Так, к примеру, при работе двигательных установок летательного аппарата возникают вибрации широкого спектра частот, которые передаются на чувствительные элементы приборов системы управления. В то же время, необходимо, чтобы элементы системы управления точно определяли положения аппарата и были инвариантны к воздействиям подобного рода. При создании таких приборов должны проводиться многократные испытания, их дешевле производить на установке, способной имитировать динамические воздействия на аппарат при полете. К такому оборудованию относятся системы на которых воспроизводится вибрационное воздействие в поле линейного ускорения, так называемые стенды виброротационного воздействия. Указанное воздействие на стенде задается с помощью совмещения двух стандартных испытательных установок, вибростенда и центрифуги.

По этому направлению, в свое время, работал коллектив кафедры ТММ. В результате некоторого цикла исследовательских и конструкторских работ был получен определенный опыт по возможности создания таких машин. В связи с возобновившимся, в последнее время, интересом к подобным испытательным стендам, проблема их создания вновь становится актуальной.

Еще имеется достаточное количество задач, связанных с проектированием виброротационных стендов, среди которых определенное место занимает вопрос о необходимости компенсации действующей инерционной силы на подвижную систему установки. Так как для задания вибрационного воздействия используются вибростенды, то влияние этой силы может вызывать излишне большое смешение испытуемого объекта и как следствие уменьшать допустимые амплитуды вибрации.

В связи с отмеченным, основной целыо данной работы является: разработка научно-обоснованных рекомендаций по использованию различных принципов уравновешивания инерционных сил и методик расчета разгружающих устройств в определенном диапазоне воспроизводимых параметров, на виброротационном стенде.

Работа состоит из введения, четырех глав и заключения.

В первой главе рассматриваются различные способы задания виброротационпых испытательных воздействий. Определяются средства для их воспроизведения. Анализируются конструктивные схемы и теоретические исследования, существующие по данной тематике. Уточняется основная цель, а также обозначаются задачи, ограничивающие содержание настоящей работы.

Во второй главе разрабатывается и обосновывается расчетно-динамическая модель виброротационной системы и выполняется ее математическое описание. Решение составленных уравнений движения проводиться численными и аналитическими методами, в предположении о задании компенсирующим устройством постоянной силы разгрузки. На основании полученного аналитического решения определяется условие устойчивости движения системы, формулируются рекомендации по способу задания разгружающего усилия.

В третьей главе, рассматривается уточненная модель устройства, в которой в качестве компенсирующего элемента используется пружина. Исследуется вопрос влияния статической и динамической характеристик двигателя на движение. Оценивается возможность использования комбинированной схемы разгрузки.

В четвертой главе рассматриваются вопросы использования пневматических устройств, для компенсации действия центробежной силы инерции. Оцениваются два способа компенсации: гидропневматический и пневматический при постоянном объеме. Исследуется вопрос их совмещения.

Заключение диссертации по теме «Теория механизмов и машин», Козликин, Денис Петрович

Основные результаты работы:

1. Определены схемы разгружающих устройств для компенсации центробежной силы инерции в виброцеитрифуге. Сформулирован основной принцип их построения.

2. Разработана и обоснована расчетно-динамическая модель виброротационной системы, выполнено ее математическое описание. На базе составленных уравнений обоснована методика их решения.

3. Для реализации единого подхода в сравнительных характеристиках различных схем компенсации, была предложена методика оценки выполнения требований к параметрам движения элементов стенда.

4. Проведено исследование влияния конструктивных параметров устройств разгрузки на эксплуатационные свойства системы.

5. С целью расширения функциональных возможностей компенсирующих устройств было предложено использование комбинированных схем разгрузок.

6. В ходе работы предложен новый способ осуществления задания компенсирующего усилия, основанный на использовании пневматических и пневмогидравлических устройств. Обозначены возможные границы его применимости.

130

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результатае проделанной работы можно сделать основной вывод о том, что принцип построения разгружающего устройства определяется использованием упругого элемента, с помощью которого осуществляется задание компенсирующего усилия. В качестве упругого элемента могут выступать металлические или пневматические пружины. Функциональное предназночение упругого элемента, состоит в том что, он обеспечивает возникновения восстанавливающих сил, которые в свою очередь влияют на устойчивость системы.

Соответствующим выбором параметров этих упругих элементов возможно увеличение зоны устойчивости и как следствие расширение диапазона испытательного воздействия. Так на примере использования цилиндрической пружины было показано, что реализация заданного диапазона испытаний осуществляется надлежащим подбором ее коэффициента жесткости.

Однако при увеличении угловой скорости переносного движения размеры пружины становяться большими, что затрудняет ее использование. В этом случае целесообразно применить упруго-массовую компенсацию. Суть которой состоит в том, что частичное уравновешивание инерционной силы осуществляется дополнительной массой. Величина этой массы определяется из условия приемлемости параметров пружины.

Использование пневматического упругого элемента имеет ряд преимуществ перед металлической пружиной. В частности, собственные частоты металлических пружин могут попадать в рабочий диапазон воспроизводимых вибратором, а у пневматических собственная частота значительно выше. Кроме того, легко реализуется автоматическое регулирование жесткости и силы разгрузки в процессе испытаний.

Исследование двух схем реализации пневмо-разгрузки (с постоянным и переменным объемом) показало целесообразность их использования.

Примененение предложенных способов компенсации и их комбинаций позволяет обеспечить воспроизведение широкого диапазона измененения парметров испытаиий.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Козликин, Денис Петрович, 2007 год

1. А. с. СССР. Стенд для испытания изделий на комбинированное воздействие вибрационных и линейных ускорений. / Кучумов Ю. Ф. (СССР) - № 605142; опубл. 30.04.78, Бюл. № 16.

2. А. с. СССР. Стенд для испытания изделий на комбинированное воздействие вибрационных и линейных ускорений. / Каразин В. И., Соколюк В. Н. (СССР) № 920429; опубл. 15.04.82, Бюл. № 14.

3. А. с. СССР. Стенд для испытания изделий на комбинированное воздействие вибрационных и линейных ускорений. / Богачепков Л. А., Ваняшов П. Г., Головчинер Я. В. и др. (СССР) № 489018; опубл. 25.10.75, Бюл. №39.

4. А. с. СССР. Стенд для испытания изделий на комбинированное воздействие постоянных и вибрационных ускорений. / Волошинов В. А., Каразин В. И, Соколюк В. Н. (СССР) № 823932; опубл. 23.04.81, Бюл. № 15.

5. А. с. СССР. Электромагнитная компенсация веса подвижной системы электродинамического вибрационного стенда. / Васютинский С. Б., Нагаенко Г. И. (СССР) № 112649; опубл. 01.04.57, Бюл. № 5.

6. Андреева, Л. Е. Упругие элементы приборов. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1981.

7. Андреева, Л. Е., Пономарев С. Д. Расчет упругих элементов машин и приборов. М.: Машиностроение, 1980.

8. Анурьев В. И. Справочник конструктора машиностроителя: В 3 - х т. 8 - е изд. / Под. ред. Жестковой И. Н. - М.: Машиностроение, 2001.

9. Бабаков И. М. Теория колебаний. 2-е изд. -М.: Наука, 1965.

10. Башта, Т. М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика: Учеб. для вузов . -М.: Машиностроение, 1972.

11. Божко А. Е., Пермяков В. И., Пушня В. А. Методы проектирования электро механических вибро - возбудителей. - Киев.: Наукова думка, 1989.

12. Бутении Н. В., Лунц Я. Л., Меркин Д. Р. Курс теоретической механики. -5-е изд. СПб.: «Лань», 2002.

13. Васютинский С. Б., Нагаенко Г. Л. Конструктивные схемы и основные уравнения электродинамических вибрационных стендов // Труды ЛПИ. №192.-Л.- 1958.

14. Вульфсон И. И. Динамические расчеты цикловых механизмов. Л.: Машиностроение, 1976.

15. Вульфсон И. И. Нелинейные задачи динамики и прочности машин / Под ред. BJI. Вейца. Л.: ЛГУ, 1983.

16. Гантмахер Ф. Р. Теория матриц. М.: Наука, 1967.

17. Геикин М. Л, Русаков А. И., Яблонский В. В. Электро динамические вибраторы. -М.: Машиностроение, 1975.

18. Евграфов А. Н., Каразин В. И., Красильщиков М. Я., Смирнов Г. А. Центробежный испытательный стенд. // Механика машин. М.: Наука, 1979.-Вып. 55.

19. Каразин В. И. Теоретическое и экспериментальное исследование испытательно градуировочной центрифуги; дис. . канд. техн. наук. -Л.: ЛПИ, 1974.

20. Коловский М. 3. Динамика машин. Л.: Машиностроение, 1989.

21. Коловский М. 3. Нелинейная теория виброзащитных систем. М.: Наука, 1966.

22. Куликов Б. В. Оборудование для испытания аппаратуры и ее элементов на вибрацию и акустические шумы. // Вибрационная техника. М.: МДНТП, 1968.

23. Машиностроение: энциклопедический справочник. / гл. ред. Чудаков Е. А. -М.: Машгиз, 1947.

24. Пановко Я. Г. Введение в теорию механических колебаний. 2-е изд. -М.: Наука, 1980.

25. Пановко Я. Г. Внутреннее трение при колебаниях упругих систем. М.: Гос. изд. физ. - мат. лит., 1960.

26. Патент РФ. Стенд для испытании изделия на совместное воздействие вибрационных и линейных ускорений. / Байрак В. В (РФ) № 2239808; опубл. 11.10.04.

27. Певзнер Я. М., Горелик А. М. Пневматические и гидропневматические подвески. М.: МАШГИЗ, 1963.

28. Петров Г. И. Виброротационный испытательный стеид и погрешности воспроизводимых им воздействий, дис. . канд. техн. наук. JL: ЛПИ, 1987.

29. Прочность. Устойчивость. Колебания: Справочник. В 3 х т. / Под. ред. Биргера И. А., Пановко Я. Г. -М.: Наука, 1968.

30. Равкин Г. О. Пневматическая подвеска автомобиля. / Под ред. Лапина А. А. -М: МАШГИЗ, 1962

31. Расчеты на прочность в машиностроении. Том 3. / Под общ. ред. Пономарева С. Д. М.: МАШГИЗ, 1959.

32. Соколюк В. Н. Воспроизведение виброротациопных воздействий. Автореферат кандидатской диссертации, дис. . канд. техн. паук. Л.: ЛПИ, 1987.

33. Степанов В. И., Комаров 10. И. Устройство для разгрузки подвески виброплатформы электродинамических стендов. // Вибрационная техника. М.: МДНТП, 1970.

34. Тимошенко С. П. Колебания в инженерном деле. М.: Наука, 1967.

35. Хвингия М. В. Вибрации пружин. М.: Машиностроение, 1969.

36. Шлихтипг Г. Теория пограничного слоя / Пер. с 5 го нем. изд. - М.: Наука, 1969.

37. Jonett Revavy. A driven platform (soft test stand) for vibration environment simulation. Institute of Environmental Sciences, Annual Technical Meeting Proceedings, 1965.

38. Rodgers J. D., Cericola F., Doggett J. W., Young M. L. Vibrafuge: Combined Vibration and Centrifuge Testing. Shok and Vibration Symposium. SAND89 1659C. 1989.39. www.blms.ru/GW/ED-table.htm // Электронный интернет ресурс.