СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ УСПОКОИТЕЛЕЙ КОЛЕБАНИЙ ВАЛОВ
TEST BENCH FOR TESTING OF SHAFT OSCILLATIONS DAMPERS

Изобретение относится к области машиностроения и направлено на совершенствование стендов и устройств для исследования успокоителей (антивибраторов и демпферов) колебаний валов.
Известен стенд для испытания опытных гасителей крутильных колебаний валов, содержащий основание, служащее для установки испытуемых успокоителей, вал, установленный в двух опорах, одна из которых снабжена виброизмерительными преобразователями, и связанный с валом вибровозбудитель [1].
Однако такой стенд позволяет испытывать гаситель только крутильных колебаний и не может быть использован для испытания успокоителей координатных или пространственно связанных (крутильно-изгибно-осевых), попарно связанных (крутильно-изгибных, крутильно-осевых, изгибно-осевых) и парциальных (крутильных, изгибных, осевых) колебаний валопроводов и коленчатых валов машин (двигателей внутреннего сгорания, компрессоров, насосов, газотурбинных и реактивных двигателей и т.д.), а также оценки работоспособности и эффективности успокоителей соответствующих видов колебаний.
Известен также стенд для испытания успокоителей колебаний валов [2], который включает в себя основание с продольными Т-образными пазами, на котором установлены опоры, успокоитель колебаний, вал, установленный на опорах, и вибровозбудитель. Одна из опор (в дальнейшем рамная опора) снабжена виброизмерительными преобразователями и выполнена в виде набора из четырех рам (центральной - первой, наружно несущей - четвертой, промежуточных - второй и третьей), расположенных последовательно одна в другой, связанных с противоположных сторон парами упругих элементов, выполненных в виде пластинчатых пружин, и обоймы, в которой закреплен один конец вала и которая установлена с возможностью вращения во вкладышах, укрепленных на внутренней раме, и связана с ней упругими элементами, обладающими высокой изгибной и низкой крутильной жесткостью.
Однако возможности стенда по обеспечению оценки и работоспособности успокоителей колебаний весьма ограничены. Это обосновано близостью жесткостей упругих элементов, а следовательно, собственных частот колебаний пар пружин рамной опоры кручения, изгиба в поперечном и продольном направлениях соответственно. Т.е. соединение соответствующих рам одной пружиной с ограниченным размером не обеспечивает парциальность (только крутильную, только изгибную, только осевую) деформации.
Указанные отрицательные особенности на определенных частотах вынужденных колебаний приводят к возникновению резонансов элементов опоры и, следовательно, неработоспособности стенда в целом.
Техническим результатом данного изобретения является совершенствование стендов и устройств для исследования колебаний валов машин, а также оценки работоспособности и эффективности успокоителей колебаний валов.
Сущность совершенствования стенда заключается в обеспечении возможности исследования колебаний в широком частотном диапазоне вынужденных колебаний без возникновения резонансов между собственными колебаниями упругих элементов рамной опоры.
Поставленная цель достигается тем, что упругие элементы рамной опоры с противоположных сторон соответственно второй и третьей, первой и второй рам выполнены в виде двух или более пар. При этом длины упругих элементов между третьей и наружно несущей рамами выполнены по крайней мере равными ширине третьей рамы.
На фиг.1 представлена конструктивная схема стенда; на фиг.2 - предлагаемая рамная опора.
Стенд включает в себя основание 1 с продольными Т-образными пазами 2, на котором установлены опоры 3 и 4, успокоитель 5 колебаний, вал 6, установленный на опорах, и вибровозбудитель (не показан). Причем опора 3 снабжена виброизмерительными преобразователями (не показаны) и выполнена в виде набора из четырех рам: центральной - первой 7, наружно несущей - четвертой 10, промежуточных - второй 8 и третьей 9, расположенных последовательно одна в другой (фиг.2) и связанных с противоположных сторон по крайней мере двумя парами упругих элементов, выполненных в виде пластинчатых пружин:
11, 12 и 13, 14 между первой 7 и второй 8 рамами;
15, 16 и 17, 18 между второй 8 и третьей 9 рамами;
19, 20 и 21, 22 между третьей 9 и наружно несущей четвертой 10 рамами; и обоймы 23, в которой закреплен один конец вала 6 (фиг.1) и которая установлена с возможностью вращения во вкладышах 24 (фиг.2), укрепленных на внутренней центральной раме 7, и связана с ней упругими элементами 25, 26. Кроме того, длины упругих элементов 19, 20 и 21, 22 между третьей 9 и наружно несущей 10 рамами выполнены по крайней мере равными ширине третьей рамы 9. При этом пары упругих элементов 11, 12 и 13, 14; 15, 16 и 17, 18; 19, 20 и 21, 22, связывающие между собой рамы 7 и 8, 8 и 9, 9 и 10, установлены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Причем упругие элементы 25, 26 воспринимают крутильные колебания вала 6 вокруг оси ОХ, элементы 11, 12 и 13, 14 - только изгибные по вертикальной оси OZ; элементы 15, 16 и 17, 18 - только изгибные горизонтальные по оси OY, элементы 19, 20 и 21, 22 - только изгибные продольные по оси ОХ, а сочетания различных упругих элементов 11-26, связанных наружно несущей рамой 10, воспринимают сложные колебания, например крутильно-изгибно-осевые и т.п.
Стенд обеспечивает возможность исследования всех видов колебаний, а также оценки работоспособности и эффективности соответствующих успокоителей:
1. Координатных или пространственных, т.е. крутильно-изгибно-осевых колебаний;
2. Попарно-связанных (двухсвязанных колебаний), т.е. крутильно-изгибных, крутильно-осевых и изгибно-осевых колебаний;
3. Парциальных, т.е. только крутильных или только изгибных или только осевых колебаний.
Работа стенда, например, для оценки работоспособности и эффективности успокоителя крутильно-изгибно-осевых колебаний, заключается в следующем.
Устанавливают на вал 6 между опорами 3 и 4 (фиг.1) успокоитель крутильно-изгибно-осевых колебаний 5.
С помощью возбудителя крутильно-изгибных колебаний (на фиг.1 не показан) на валу 6 возбуждают колебания соответствующих частот, и вал 6 начинает совершать сложные крутильно-изгибно-осевые колебания. При этом включаются в работу все упругие элементы 11-26 рам 7-10.
Вслед за валом 6, но в противоположных направлениях и с запаздыванием по амплитуде начинаются сложные крутильно-изгибно-осевые колебания инерционной массы успокоителя колебаний 5, вызывая гашение амплитуды крутильно-изгибно-осевых колебаний. Запись колебаний производится с помощью измерительных преобразований, из которых сигналы передаются на регистрирующее устройство (не показано).
Для оценки эффективности работы успокоителя колебаний производится блокировка упругих элементов, т.е. жесткое соединение инерционной массы маховика с его ступицей. При этом успокоитель колебаний превращается в обычную маховую массу. Затем проводят повторное испытание «успокоителя», но только в качестве простой маховой массы. Здесь можно отметить, что момент инерции успокоителя в двух вариантах экспериментальных исследований остается неизменным.
Анализ полученных результатов экспериментальных исследований путем их сравнения позволяет оценить работоспособность и эффективность исследуемого успокоителя колебаний.
Аналогично проводят оценку работоспособности и эффективности любых других перечисленных выше успокоителей с использованием соответствующих видов возбудителей колебаний.
Таким образом, новизной и существенным отличием стенда в сравнении с известным [2] является то, что упругие элементы (15, 16 и 17, 18; 11, 12 и 13, 14) с противоположных сторон соответственно второй 8 и третьей 9, первой 7 и второй 8 рам выполнены в виде двух или более пар. При этом длины упругих элементов 19, 20 и 21, 22 между третьей 9 и наружно несущей 10 рамами равны ширине третьей рамы 9.
Дополнительные сведения
В качестве дополнительных материалов представляем фотографии стендов для испытания успокоителей колебаний.
На фотографии одна из опор выполнена в виде набора из четырех рам, однако упругие элементы 16-18 выполнены согласно прототипу [2] АС СССР №1753323. Экспериментальные исследования показали, что на низких частотах возникает резонанс, что отрицательно влияет на достоверность полученных результатов.
Предложенное новое техническое решение обеспечивает указанный недостаток.
Авторы планируют создание новой опоры и соответствующее ее испытание.
Источники информации
1. Гопп Ю.А. Демпферы крутильных колебаний валов быстроходных двигателей (теория, расчет, конструкция и опыты). Харьков. 1938, с.144-145.
2. Стенд для испытания гасителей колебаний валов. А.с. СССР №1753323, кл. G01М 7/06, 07.08.92. Бюл. №29 (прототип).