Михаил Леонтиев 1, Дмитрий Насонов 2, Владимир Раевски 3, Анжелика Волхонская 4

1, 3, 4 Държавен технически университет Бауман (клон Калуга), Калуга, Руска федерация

експериментално

2 Изследователски институт по машиностроене към Руската академия на науките, Москва, Руска федерация

2 Автор-кореспондент

Виброинженеринг ПРОЦЕДИЯ, бр. 25, 2019, стр. 20-25. https://doi.org/10.21595/vp.2019.20753
Получено на 24 април 2019 г .; приета на 21 май 2019 г .; публикувано на 25 юни 2019 г.

Цитат

Леонтиев Михаил, Насонов Дмитрий, Раевски Владимир, Волхонская Анжелика Резултатите от изчисленото и експериментално определяне на честотната характеристика на механична система с пропуски. Виброинженеринг ПРОЦЕДИЯ, бр. 25, 2019, стр. 20-25. https://doi.org/10.21595/vp.2019.20753

  • Bibtex
  • Ris
  • APA
  • Харвард
  • IEEE
  • MLA
  • Ванкувър
  • Чикаго

JVE конференции

За първи път в тази статия се предлага обяснение на практическите разлики между резултатите от изчисленото и експерименталното определяне на честотната характеристика на механична система с пропуски.

Ключови думи: планетарна предавка, пролуки, модел на крайни елементи, амплитудна честотна характеристика.

1. Въведение

Проведените преди това обширни експериментални и изчислителни проучвания значително намаляват статичното и динамично натоварване на морските планетни съоръжения [1-6] и т.н.

В същото време, както винаги се случва в хода на такива работи, изследователите се натъкнаха на случаите на непълно взаимно съответствие на резултатите от изчислението и експеримента. От гледна точка на по-нататъшното усъвършенстване на изчислените и експериментални модели и методи точно тези случаи представляват най-голям интерес. Един от тях, свързан с определянето на амплитудните фазови честотни характеристики (APFC) на частите на корпуса на редуктора, е разгледан по-долу.

2. Основният проблем

Примерите за експериментални [7] и изчислени [8] динамични характеристики на корпусните части на морска скоростна кутия са показани на фиг. 1 и 2. Те представляват модулите и фазите на честотните характеристики на H i - j, които са сложна честота -зависими отношения на вибрационното ускорение на обекта в точка i към силата, която е причинила това ускорение, приложена в точка j:

Експерименталните характеристики, представени на фиг. 1, са получени с помощта на методите и инструментите, описани в [9], в точки на корпуса на пълномащабна морска скоростна кутия, окачена на повдигащия механизъм в магазина на производителя.

Представените изчислени характеристики са получени чрез използване на метода на крайните елементи върху модели, конструирани с помощта на софтуерния комплекс ANSYS [10]. Може да се види на фиг. 1 и 2, че представените изчислени и експериментални амплитудни фазови честотни характеристики имат значителни разлики помежду си, въпреки че са сходни по нива и форма.

На първо място, това се отнася до факта, че изчислените криви са по-плавни.

Фиг. 1. Характеристиката на амплитудната фазова честота на реакцията в точка „20“ на възбуждането в точка „2“: а) проектни (изчислени) характеристики [8], б) експериментални характеристики [7]

3. Анализът на разкритите несъответствия

Опитът от изследването на динамичните характеристики (отговори) показва [6] и т.н., че наличието на голям брой „изблици“ на амплитудната крива заедно с „хаотичното“ поведение на фазовата крива показва наличието на „шумове ”, Което има достатъчно влияние върху резултантната реакция на системата APFC.

Вярно е за изчислените характеристики, когато нивото на динамичния отговор на системата, определено в някаква контролна точка, става съизмеримо с нивото на натрупаните грешки при изчисление или, както е показано по-долу, когато изчислителният модел не описва адекватно обект на изследване.

За експериментални криви това може да е следствие както от, например, „шумове“ по пътя на регистрацията на отговора или неправилна обработка на сигнала, така и от характеристиките на изследвания обект, които ще бъдат разгледани по-долу.

На фиг. 2 (а), (б) има две амплитудни фазови честотни характеристики H 5 - 6 и H 6 - 5, получени в хода на експериментите [7]. Всъщност това са резултатите от два независими експеримента: възбуждането в точка „6“, реакцията в точка „5“ и възбуждането в точка „5“, реакцията в точка „6“. Според свойството на взаимността на изместване тези честотни характеристики трябва да бъдат еднакви. На фиг. 2 обаче се вижда, че те не са идентични, макар и сходни.

В допълнение, фазовите характеристики на функциите H 5 - 6 и H 6 - 5, показани на фиг. 2 (a), (b), не са гладки, както и на фиг. 1 (b). По-горе беше отбелязано, че може да свидетелства, по-специално, за грешки при получаване и обработка на експериментални данни. Нека анализираме тази хипотеза.

Според работата [7] основното внимание при получаването на експериментални данни е обърнато на проверката на тяхната надеждност. Проведено е по два критерия. Един от тях даде възможност да се оцени честотният диапазон, в който резултатите от направените измервания бяха надеждни, с използване на фазовите спектри на входните динамични характеристики (H 1 - 1, H 2 - 2,. H 20 - 20 ). Друг потвърди коректността на измерването на модулите на получените честотни характеристики.

Фиг. 2. Експериментални [7] APFC отговори в точки „5“ а) и б) „6“ за възбуждане в точки „6“ (Н 5 - 6) и „5“ (Н 6 - 5); изчисленият [8] APFC отговор в точка „6“ на възбуждането в точка „5“ в)

Първият критерий се основава на факта, че знакът на фазата на входната динамична характеристика (H i - j, i = j) трябва да остане постоянен в целия честотен диапазон, поради еднопосочността на вибрационния енергиен поток в точката на неговото определяне. (Енергията се предава от вибрационния възбудител към обекта на изследването, а не обратно). Прилагайки заключенията от работата [7] въз основа на казаното по-горе, към експерименталните характеристики, показани на фиг. 1 и 2, може да се получи, че тези характеристики са надеждни в честотния диапазон 20-220 и 330-420 Hz.

От фиг. 2 (а), (б) следва, че въпреки че характеристиката H 6 - 5 има по-изразени реакции, но формите на амплитудните честотни характеристики (AFC) H 5 - 6 и H 6 - 5 в тези диапазони съвпадат повече отколкото в диапазона от 0-20 Hz и 220-330 Hz, където разликите са по-очевидни. Това косвено потвърждава коректността на анализираните експериментални данни.

Вторият от критериите, използвани в работата [7], се основава на втория закон на Нютон. Според този критерий грешката при определяне на модулите на динамичните характеристики в хода на експериментите не надвишава 5%.

4. Най-вероятните причини за установените несъответствия

По този начин, след като анализираме наличните експериментални данни и не разкрихме големи грешки по време на тяхното получаване, нека обърнем внимание и на други причини за несъответствието между изчислените и експерименталните резултати. Както вече беше споменато, такива причини могат да бъдат следствие от не съвсем адекватно описание на някои от характеристиките на дизайна на обекта на изследване чрез неговия изчислителен модел, а именно пропуските в кинематичните двойки.

Моделът на сателитния възел, използван в работата [8] за получаване на изчисления APFC (фиг. 1 (а) и 2 (в)) и изграден в съответствие със стандартния подход, приложим в софтуерния пакет ANSYS за моделиране на такива възли, е схематично показано на фиг. 3.

Фиг. 3. Схемите за проектиране на сателитен възел от 1-ви етап при изчисляване на APFC: а) [8] по време на експеримента, б) [7] в работен режим (в): 1 - тялото на носителя; 2 - фалшив елемент; 3 - ос на спътника

На фиг. 3 (б) са представени схемите на същия сателитен възел по време на експерименталното определяне на честотните характеристики на H 5 - 6 (възбуждането е в точка „6“, контролът на реакцията е в точка „5“) и Н 6 - 5 (възбуждането е в точка „5“, управлението на реакцията е в точка „6“). Те очевидно показват разликата между тези два експеримента по отношение на местоположението на контактните точки на сателитната ос и бузата на носителя на планетата (зона на максимална твърдост в присъединяването) по отношение на посоката на действието на вибрационното възбуждане.

На фиг. 3 (в) има проектна схема на сателитна нота в момента на работа на скоростната кутия. Контактите в присъединяването на сателитната ос и носача са разположени по посока на получената сила, от статичното натоварване, предадено от спътника, и теглото на сателитния възел, което е различно от първото (фиг. 3 (а )), а от втория (фиг. 3 (б)) случаи.

От взаимното сравнение на представените изчислени схеми става очевидно, че:

- Първо, параметрите на твърдост и затихване на обекта при изчислената схема (Фиг. 3 (а)) се отличават от подобни параметри в диаграмите на Фиг. 3 (б) и Фиг. 3 (в), което може да бъде много вероятно обяснява установените разлики между изчисления и експерименталния APFC;

- Второ, параметрите на твърдост и затихване на обекта при определяне на честотните характеристики на H 5 - 6 и H 6 - 5 също са различни, следователно характеристиките на H 5 - 6 и H 6 - 5 не могат да съвпадат, тъй като това е показани на фиг. 2 (а) и фиг. 2 (б);

- Трето, параметрите на твърдост и затихване на обекта при проведеното експериментално изследване на неговите динамични характеристики (фиг. 3 (б)) се различават от аналоговите параметри в случай на работа на редуктора (фиг. 3 (в)).

Също така трябва да се отбележи, че обяснението на факта на по-изразени отговори на характеристиката H 6 - 5, разкрито при сравнението на H 5 - 6 (фиг. 2 (а)) и H 6 - 5 (фиг. 2 (b )), следва от разглеждането на проектните схеми, показани на фиг. 3 (б): очевидно е, че твърдостта на сателитния възел в посока на приложението на удара при получаване на характеристиката H 6 - 5 е значително по-висока от докато се получава характеристиката H 5 - 6 .

5. Заключения

В дадения труд се сравняват резултатите от експериментално и изчислено определяне на динамичните характеристики на елементите на планетарната конструкция на зъбното колело и се разглежда една от най-очевидните причини за разкритите несъответствия наличието на пролуки в кинематични двойки.

Въз основа на извършения анализ можем да направим два важни практически извода:

1) За да се подобри точността на математическото моделиране на динамичните характеристики на механичните системи с пролуки е необходимо да се вземат предвид размерът и разположението на контактните петна в съединенията, което влияе значително на параметрите на твърдост и затихване на изследвания обект;

2) За да се увеличи надеждността на експерименталното определяне на честотната характеристика на механичните системи с пропуски, е необходимо по време на експеримента да се възпроизвеждат статични натоварвания, които действат върху обекта на изследване по време на неговата работа в съответствие с целта.