Файл: Ковалев М.П. Динамическое и статическое уравновешивание гироскопических устройств.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.06.2024
Просмотров: 169
Скачиваний: 0
б) при параллельном смещении осей — радиальная сила с частотой fі;
в) при прогибе оси — сила в направлении оси вращения с частотой /у
г) при овальности шейки вала у подшипников скольжения — радиальная составляющая с частотой 2 /у
д) при неравножесткости оси—-радиальная составляющая с частотой 2 /у
е) при овальности внутреннего кольца шарикоподшипника — радиальная составляющая с частотой 2 /у
ж) при перекосе внешнего кольца шарикоподшипника — осе вая составляющая с частотой /у
Повышенные зазоры между телами качения и кольцами под
шипника приводят к ударам. Частота |
возникающих |
колебаний |
вычисляется по формуле |
|
|
/* = — / 1*. |
' |
(3-2) |
dm |
|
|
где z — число шариков;
D — диаметр неподвижного кольца; гіш— диаметр шарика.
При неуравновешенности сепаратора шарикоподшипника по является вынуждающая сила с частотой
/ з |
/іО |
( 3 |
. 3 ) |
||
2(D |
— dm) |
||||
|
|
|
Если причины возникновения механических вынуждающих сил одинаковы для всех гиродвигателей, то возникновение элект ромагнитных вынуждающих сил зависит от рода питающего то ка, числа фаз и других особенностей гиродвигателей.
Вгиродвигателях постоянного тока появляется магнитное тяжение, которое зависит от величины воздушного зазора и его изменения при вращении. Когда ось симметрии статора не сов падает с осью ротора и при вращении под одним из полюсов за зор меньше, чем под другим, то на ротор действует сила магнит ного тяжения в направлении наименьшего зазора. При перемен ном уменьшении зазора 1 то под одним, то под другим полюсом на опоры действует сила с частотой 2 /у
Вгиродвигателях переменного тока, если точка минимального зазора не перемещается в пространстве, при неравномерном воз душном зазоре на ротор действует сила с частотой /у Если же точка минимального воздушного зазора перемещается в про странстве, то явление усложняется и появляется модуляция вы нуждающей силы с частотой скольжения.
Кроме того, колебания гироскопических устройств вызывают конструктивные и производственные погрешности.
1 Рассматривается эксцентричное вращение ротора относительно статора.
41
К конструктивным погрешностям, вызывающим колебания ги роскопических устройств, относятся:
— несимметричность изделия, обусловленная конструктивны ми ограничениями;
—несимметричность расположения крепежных винтов, вые мок, отверстий;
—недостаточная жесткость конструкции (ротора, корпуса,
оси ротора);
—невозможность проведения динамического уравновешива ния гиродвигателя;
—неправильно выбранные посадки шарикоподшипников (уве личенный зазор или чрезмерный натяг).
Все эти погрешности являются частично следствием недоста точных теоретических и практических данных для расчета соб ственных частот отдельных деталей п узлов гироскопических устройств.
Неточный расчет оси ротора на жесткость иногда приводит к тому, что ротор, динамически уравновешенный при малых угло вых скоростях, при рабочих угловых скоростях оказывается не уравновешенным. Это бывает в том случае, если ось недостаточ но жесткая.
Допуски на соосность н на правильность геометрической фор мы отдельных деталей, входящих в гиродвигатель, следует за давать исходя из величины допустимой начальной и конечной неуравновешенности ротора. При расчете этой неуравновешенно сти должна учитываться допустимая перегрузка шарикоподшип ников, возникающая при начальном динамическом уравновеши вании.
Производственные погрешности, вызывающие колебания ги роскопических устройств, обусловливаются в основном следую щим:
—отклонением от чертежа при изготовлении деталей;
—неточным динамическим уравновешиванием;
—перекосом или затяжкой шарикоподшипников при мон
таже;
—некачественной сборкой.
При недостаточно тщательном контроле на сборку могут по ступать детали, имеющие искаженную форму, несоосность и про слабленные размеры посадочных мест шарикоподшипников, бие ние опорного торца оси ротора и шеек под подшипники.
Неточность динамического уравновешивания связана с недо статочной чувствительностью балансировочного оборудования, отсутствием проверки динамической неуравновешенности при ра бочей угловой скорости, невозможностью проведения динамиче ского уравновешивания гиродвигателей, имеющих закрытый ко жух.
Загрязнение, некачественная смазка, перекос внешней обоймы шарикоподшипников относительно внутренней, искажение фор мы наружного кольца шарикоподшипика из-за неправильной
42
формы гнезда в корпусе гиродвигателя, изменение осевого и ра диального зазоров в шарикоподшипниках при изменениях тем пературы и неправильная посадка колец шарикоподшипников мо гут вызвать колебания ротора.
Колебания гироскопических устройств могут явиться след ствием таких дефектов сборки, как эксцентричное расположение ротора относительно статора, повышенная затяжка шарикопод шипников, перекос оси статора при некачественном монтаже ша рикоподшипников и неравномерной толщине прокладок.
При анализе колебаний необходимо учитывать также и экс плуатационные причины. Так, например, в процессе эксплуата ции гироскопических устройств неуравновешенность роторов уве личивается. Как показал опыт, неуравновешенность роторов зави сит от их нагрева. Это происходит из-за того, что в роторе применены материалы с различными коэффициентами линейного расширения. В процессе эксплуатации центр масс ротора может смещаться в результате воздействия переменных температур, центробежных сил и других причин (в зависимости от конкрет ных условий). В процессе работы гироскопических устройств подшипники изнашиваются, что также увеличивает неуравнове шенность ротора.
При вращении в подшипниках качения даже весьма точно уравновешенный ротор периодически теряет устойчивость из-за асимметрии расположения тел качения относительно вертикаль ной оси, проходящей через центр массы подшипника. В резуль тате появляются колебания, частота которых не совпадает и не кратна частоте вращения ротора. Колебания одного подшипника через детали гиродвигателя влияют на работу и колебания пар ного с ним подшипника.
Одной из причин колебаний в высокоскоростном шарикопод шипнике является набегание тел качения на гнезда сепаратора, из-за чего возникают силы, деформирующие сепаратор в танген циальном направлении.
Экспериментально установлено, что внешние колебания опор гироскопических устройств хотя и уменьшают величину момен та трения покоя, или момента трогания, но одновремено вызыва ют повреждение рабочих поверхностей качения и ухудшают усло вия их смазывания. Особенно отрицательное влияние внешние колебания оказывают на работу и долговечность подшипников карданова подвеса. Так как подшипники карданова подвеса име ют малую угловую скорость или малую скорость возвратно-коле бательного движения, шарики медленно перемещаются по беговой дорожке, контактируют примерно с одними и теми же участками. Таким образом, под действием внешних колебаний в плоскости качения шарики образуют контактные лунки на беговых дорож ках колец, создавая волнистость профиля следа качения, что ускоряет износ, увеличивает момент трения и ухудшает работу подшипника. Появляется типичное контактное повреждение так называемое «ложное бринеллирование» на беговых дорожках ко
43
лец, особенно часто встречающееся в подшипниках карданова подвеса при внешних колебаниях.
При перекатывании шарика по поверхности возникает слож ная пластическая деформация поверхностного слоя беговых до рожек колец и тем самым создается сопротивление качению. Кроме того, молекулярное сцепление тел качения со смазкой соз дает дополнительное сопротивление качению.
При вынужденных гармонических колебаниях подшипников шарики также колеблются, они находятся в динамическом состоя нии, совершают сложные перемещения и более свободно преодо левают указанный сопротивления качению.
3.4. ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ ПОДШИПНИКОВ НА ТОЧНОСТЬ УРАВНОВЕШИВАНИЯ
Обычно роторы и другие узлы гироскопических устройств уравновешиваются статически и динамически. Точность динами ческого уравновешивания роторов гироскопических устройств в значительной степени зависит от динамических реакций в опо рах, которые вызываются дефектами подшипников. Точность ста тического уравновешивания узлов гироскопических устройств за висит главным образом от величины момента трения в подшип никах, на которых определяется неуравновешенность, и от их соосности.
Рассмотрим кратко влияние некоторых дефектов подшипни ков и опор на точность динамического уравновешивания роторов гироскопов и статического уравновешивания узлов гироскопиче ских устройств.
Осевое и радиальное биение опор ротора вызывают динамиче ские реакции даже в том случае, когда ротор будет статически и динамически уравновешен. При осевом биении опор, которое возникает при торцевом биении желобов колец, ротор будет со вершать возвратно-поступательные перемещения вдоль оси вра щения, создавая динамические реакции подшипников в осевом направлении. Эти реакции в свою очередь будут создавать осевые вибрации и снижать точность динамического уравновешивания. Осевая вибрация осложняет процесс уравновешивания, так как частота осевой вибрации совпадает с частотой вибраций, вызван ных неуравновешенностью ротора. В результате этого как ампли туда, так и фаза колебаний искажаются и по ним трудно опреде лить величину неуравновешенности.
Разноразмерность шариков, эллиптичность, волнистость и ше роховатость рабочих поверхностей вызывают колебания в опорах в радиальном направлении, что снижает точность динамического уравновешивания ротора. Это происходит потому, что на коле бания опор от неуравновешенности ротора накладываются коле бания от указанных дефектов подшипников, в результате чего видоизменяется модуль синусоиды колебаний от неуравновешен ности; при этом усиливается шум в опорах ротора. Кроме того,
44
разноразмерность шариков и неточность рабочих поверхностен подшипников создают смещение геометрической оси ротора, а следовательно, динамические реакции в опорах.
Взаимосвязь между перечисленными погрешностями порож дает новые и гораздо более сложные динамические реакции. Так, эллиптичность рабочих поверхностей вызывает динамические ре акции, которые представляют вторую гармонику динамических реакций от неуравновешенности ротора.
При несоосностн подшипников опор ротор трудно динамиче ски уравновесить, так как возникающие из-за несоосности вибра ции в опорах воспринимаются датчиками балансировочной маши ны как неуравновешенность и передаются на указывающие при боры, создавая ложное представление о неуравновешенности. Несоосность опор приводит также к угловому смещению оси ро тора, т. е. к дополнительной динамической неуравновешенности.
Если во время динамического уравновешивания ротора с гиб кой осью его рабочая угловая скорость окажется равной критиче ской, то это приведет к максимальному прогибу оси под действи ем центробежных инерционных сил. В этом случае, если центр массы находится на осн ротора и делит ее на равные части, ро тор будет на этом режиме только статически неуравновешенным; при несимметричном положении центра массы на оси ротора — ротор окажется статически и динамически неуравновешенным, так как возникает пара центробежных сил F' и F. Неуравнове шенность ротора относительно главной центральной оси инер ции, радиальное биение опор и деформация оси ротора образуют основные гармонические колебания н высшие, частота которых превышает в два и более раз частоту основных колебаний. Выс шие гармоники получаются вследствие нарушения геометрии ра бочих поверхностей подшипников, разноразмерное™ и огранки шариков, волнистости и шероховатости беговых дорожек колец.
Для определения и устранения причин колебаний в опорах гироскопов следует разработать методику и технические сред ства их определения. Определить погрешности, вызывающие ди намические усилия в опорах гироскопа, и устранить их можно на основе измерения динамических реакций.
Существуют различные методы и технические средства изме рения динамических реакций в опорах, но в принципе они имеют много общего.
Особенностью устранения погрешностей в опорах является го, что погрешности выявляются не в статическом состоянии ги роскопа, а в динамическом.
Анализ причин, вызывающих колебания в гироузле, показыва ет, что процесс устранения возмущающих сил должен быть рас членен на два самостоятельных производственных этапа: уравно вешивание ротора, корректирование процессов сборки опор.
При уравновешивании ротора лишь частично устраняются не которые составляющие колебаний.
45