Вход

Оценка надежности работы ротора ЦКМ К398-21-1Л

Рекомендуемая категория для самостоятельной подготовки:
Дипломная работа*
Код 291633
Дата создания 07 июля 2014
Страниц 65
Мы сможем обработать ваш заказ (!) 19 декабря в 12:00 [мск]
Файлы будут доступны для скачивания только после обработки заказа.
2 880руб.
КУПИТЬ

Описание

Оглавление
Введение
1.Объект исследования
1.1. Ротор компрессора К398-21-1Л.
2.Расчет собственных частот и форм колебаний ротора.
2.1. Определение собственных частот и форм колебаний.
2.2. Результаты расчета в ANSYS.
3. Статический расчет ротора.
3.1. Возможности решения контактных задач в системе ANSYS
3.2. Посадка элементов ротора на вал с гарантируемым натягом.
3.3. Результаты расчета.
4. Статический расчет рабочих колес
4.1.Результаты расчетов
5. Определение собственных частот и форм колебаний рабочих колес
5.1.Результаты расчетов
Заключение
Литература

...

Содержание

Оглавление
Введение
1.Объект исследования
1.1. Ротор компрессора К398-21-1Л.
2.Расчет собственных частот и форм колебаний ротора.
2.1. Определение собственных частот и форм колебаний.
2.2. Результаты расчета в ANSYS.
3. Статический расчет ротора.
3.1. Возможности решения контактных задач в системе ANSYS
3.2. Посадка элементов ротора на вал с гарантируемым натягом.
3.3. Результаты расчета.
4. Статический расчет рабочих колес
4.1.Результаты расчетов
5. Определение собственных частот и форм колебаний рабочих колес
5.1.Результаты расчетов
Заключение
Литература

Введение

Оглавление
Введение
1.Объект исследования
1.1. Ротор компрессора К398-21-1Л.
2.Расчет собственных частот и форм колебаний ротора.
2.1. Определение собственных частот и форм колебаний.
2.2. Результаты расчета в ANSYS.
3. Статический расчет ротора.
3.1. Возможности решения контактных задач в системе ANSYS
3.2. Посадка элементов ротора на вал с гарантируемым натягом.
3.3. Результаты расчета.
4. Статический расчет рабочих колес
4.1.Результаты расчетов
5. Определение собственных частот и форм колебаний рабочих колес
5.1.Результаты расчетов
Заключение
Литература

Фрагмент работы для ознакомления

5.)Для существования не тривиальных решений ({ν0}  0) детерминант -[M]2  + [K] должен быть равен нулю |-[M]2 + [K]| = 0.Если n - порядок матрицы, то решением будет являться полином n-го порядка, который имеет nкорней: 12, 22, … n2.Эти корни являются собственными значениями уравнений. Подстановка корней в уравнение (2.2) позволяет найти n соответствующих векторов {ν0}:{ν1}, {ν2} … {νn}. Они известны как собственные формы.Всякое упругое тело с распределенной массой обладает бесчисленным множеством частот собственных колебаний. Каждой из собственных частот соответствует своя строго определенная форма колебаний, т.е. определенное распределение прогибов и напряжений.Т.к. нахождение собственных значений значит нахождение корней полинома n-го порядка, то требуется итеративное решение задачи, кроме тривиальных случаев.В программном комплексе ANSYS существует несколько методов проведения модального анализа. Метод Ланцоша, метод подпространств и т.д.2.2. Результаты расчета в ANSYS.Модальный анализ проводился блочным методом Ланцоша. Предназначен для отыскания большого числа мод (более 40) для больших моделей. Рекомендуется, когда модель содержит 2- и 3-мерные элементы «плохой» формы. Хорошо работает, если модель содержит оболочечные элементы или комбинации оболочечных элементов и солидов. Работает быстрее, но требует более чем на 50% больше памяти, чем метод итераций в подпространстве.Для расчетов с учетом частоты вращения ротора, необходимо сначала решить статическую задачу. В окне Solution Control необходимо включить проверочный блок Calculate prestress effects – блок вычисления предварительных напряжений. После статического анализа выполняем модальный, в опциях нужно указать, что необходимо учитывать предварительно напряженное состояние.Было проведено 6 расчетов для каждой постановки, расчеты для трехмерной постановки проводились с учетом и без учета частоты вращения ротора. В расчетах где учитывалась частота вращения ротора, была выбрана максимальная частота, равная 5565 об/мин (92,75 Гц).На рисунке 2.1 представлена конечно элементная модель для двухмерного осесимметричного расчета. ХY395859062230Рис.2.1. 2D конечно-элементная модель (N=7784, E=7067)Граничные условия:В узлах А и Б: Ux=0;В узле В: Uy=0;На рисунке 2.2 представлена трехмерная конечно-элементная модель.Узел Д лежит на оси симметрии вала, в районе упорного диска.ZXY357060513335Рис.2.2. 3D конечно-элементная модель (N=21870, E=22370)Граничные условия:В узлах Б, Г: Ux=0;В узлах А, В: Uz=0;В узле Д: Uy=0;На рисунках 2.3 – 2.10 представлены собственные частоты для расчета с жесткостью опор 500000 кгс/мм2, в двухмерной осесимметричной постановке и трехмерной постановке, с учетом частоты вращения ротора. Собственные формы для расчета в трехмерной постановке без учета частоты вращения не представлены, так как они идентичны расчету с учетом частоты вращения. Рисунок 2.3. Первая собственная форма, С=500000 кгс/мм, f=113,3 Гц.Рисунок 2.4. Вторая собственная форма, С=500000 кгс/мм, f=296,2 Гц.Рисунок 2.5. Третья собственная форма, С=500000 кгс/мм, f=382,4 Гц.Рисунок 2.6. Четвертая собственная форма, С=500000 кгс/мм, f=431,2 Гц.Рисунок 2.7. Первая собственная форма, С=500000 кгс/мм, f=111,9Гц.Рисунок 2.7. Вторая собственная форма, С=500000 кгс/мм, f=302,9 Гц.Рисунок 2.9. Третья собственная форма, С=500000 кгс/мм, f=388,7 Гц.Рисунок 2.10. Четвертая собственная форма, С=500000 кгс/мм, f=432,6 Гц.На рисунке 2.11 представлена зависимости первой собственной частоты от жесткости опор и представлен рабочий диапазон ротора.Рисунок 2.11. Зависимость первой собственной частоты от жесткости опор и рабочий диапазон вращения ротора.Как видно из рисунка 2.11, жесткость подшипников значительно влияет на значение критической частоты вращения ротора только до определенного значения.В таблице 2.1. представлена первая собственная частота всех расчетов и значение ее отстояния от номинальной частоты вращения ротора.Таблица 2.1. – Первая собственная частота всех расчетов и ее отстояние от номинала.С, кгс/мм2D, Гц (об/мин)3D, Гц (об/мин)3D с учетом частоты вращения, Гц (об/мин)% от номинала (5300)10461,1 (3666)61,2 (3673)61,2 (3676)-30,6%5·10496,1 (5768)95,1 (5709)95,3 (5721)8%105105( 6300)103,6 (6277)103,8 (6293)15,8%5·105113,2 (6795)111,5 (6690)111,8 (6711)26,6%106114,3 (6861)112,5 (6752)112,9 (6776)27,9%2·106114,9 (6895)113,1 (6785)113,5 (6808)28,5%3. Статический расчет ротораЦелью данного расчета является оценка общего НДС ротора, а так же проверка достаточности выбранных натягов для посадки рабочих колес, думмиса и упорного диска на вал.Расчет проводился в 2D осесимметричной постановке, с учетом частоты вращения ротора в конечно-элементном пакете ANSYS.Была проведена серия расчетов: Минимальные натяги, максимальная частота вращения ротора;Минимальные натяги, ротор в покое;Максимальные натяги, максимальная частота вращения ротора;Максимальные натяги, ротор в покое;Был выбран элемент PLANE25, который используется для моделирования 2D осесимметричных конструкций с неосесимметричными нагрузками. Примерами таких нагрузок являются нагрузки, вызывающие изгиб, сдвиг или кручение. Элемент определяется четырьмя узлами, имеющими три степени свободы в узле: перемещения в направлении X,Y,и Zузловой системы координат. Для узловых систем координат, не являющихся повернутыми, эти направления соответствуют, соответственно, осевым и касательным направлениям. [2]На рисунке 3.1. показана конечно элементная модель ротора.В области контакта вала с рабочими колесам, думмисом и упорным диском, необходимо сделать более мелкое разбиение сетки, и обеспечить несовпадение узлов на контактных поверхностей, для избежания влияния краевого эффекта.Как и в предыдущем расчете реальная модель ротора упрощалась до расчетной : лопатки рабочих колес каждой ступени были заменены сплошными телами эквивалентной массы.Для того чтобы проверить достаточность выбранных натягов в ANSYS необходимо решить контактную задачу.Рисунок 3.1. Конечно-элементная модель ротора (NN=16429, NE=14979)3.1. Возможности решения контактных задач в системе ANSYSКонтактные задачи являются существенно нелинейными и требуют значительных компьютерных ресурсов для решения. При этом для выбора модели, приводящей к наиболее эффективному решению, очень важно понимать физическое содержание задачи. Нелинейность контактных задач связана с двумя моментами. Во-первых, область контакта, а следовательно, граничные условия до получения решения являются неизвестными. Во-вторых, во многих контактных задачах необходимо учитывать трение. Имеется несколько моделей трения, и все они являются нелинейными. Эффекты, связанные с трением, могут приводить к плохо сходящимся задачам.Классификацияконтактов: rigid-to-flexible и flexible-to-flexible. Контактные задачи условно делятся на два класса: абсолютно жесткое тело к деформируемому (rigid-to-flexible) и деформируемое тело к деформируемому (flexible-to-flexible). Первый класс либо является приближением ситуации, когда жесткость одного из контактирующих тел много больше, чем у другого (например, контакт резины с металлическим массивом), либо возникает из упрощений вследствие симметрии (задача Герца о контакте двух одинаковых шаров). Второй класс представляет собой модель общей ситуации и является, безусловно, более широким. Виды контактов: поверхность–поверхность, узел–поверхность, узел-узел. Система ANSYS поддерживает три модели контакта «узел–узел», «узел–поверхность» и «поверхность–поверхность». Каждый тип модели использует особый набор контактных элементов ANSYS. Модель «поверхность–поверхность» является наиболее универсальной (хотя не всегда самой экономичной) и пригодна для решения большого класса задач. Контактные элементы «поверхность–поверхность». Система ANSYS поддерживает контактные элементы типа «поверхность–поверхность» для обеих моделей контакта: rigid-to-flexible и flexible-to-flexible. При формулировке элементов используются понятия «целевая поверхность» («targetsurface») и «контактная поверхность» («contactsurface»). Эти поверхности образуют контактную пару: – целевая поверхность моделируется элементами TARGE169 или TARGE170 (для 2D и 3D соответственно); – контактная поверхность моделируется элементами CONTA171, CONTA172, CONTA173 и CONTA174. Элементы «поверхность–поверхность» годятся для таких приложений, как посадочный или начальный контакт, ковка, задачи глубокого прессования (волочения). Элементы «поверхность–поверхность» имеют преимущества перед элементами «узел–узел» CONTA175.Указанные элементы: – поддерживают элементы низкого и высокого порядка на контактной и целевой поверхностях; – позволяют получать лучшие результаты для контакта как с трением, так и без него; – не имеют ограничений на форму целевой поверхности. Разрывы поверхности могут быть обусловлены как физически, так идискретизацией (расчетной сеткой). Контактные элементы имеют многочисленные способы управления моделированием. Средства управления сосредоточены в опциях элемента, реальных константах, опциях решателя.[4]Для решения поставленной задачи были выбраны элементы CONTA172 и TARGE169.3.2. Посадка элементов ротора на вал с гарантируемым натягомПредставлена классическая методика расчета посадки с гарантируемым натягом. Для оценки расчета в ANSYS необходимо знать минимальные удельные давления на контактных поверхностях, которые представлены ниже в формуле 3.2.1, эта формула будет основным критерием для оценки достаточности натягов.Исходные данные:– длина контакта сопрягаемых поверхностей, м; Мкр – крутящий момент, Н·м;d – номинальный диаметр соединения, м;f – коэффициент трения;d1- диаметр отверстия в вале (охватываемой детали); d2 - наружный диаметр втулки (охватывающей детали); E1,μ1, E2 ,μ2 - соответственно модуль продольной упругости и коэффициент Пуассона охватываемой и охватывающей деталей;Определяем минимальное удельное давление на контактных поверхностях соединения:Pmin=2∙Мкрπ∙d2∙l∙f, (3.2.1)где Pmin– минимальное удельное давление поверхности, Н/м2;Определяем значение наименьшего расчётного натяга, предварительноопределив коэффициенты Ляме с1 и с2:с1=1+ d1d21-d1d2-μ1 , с2=1+ dd221-dd22+μ2 , (3.2.2)где с1 и с2 – коэффициенты Ляме;Nminp=Pmin∙d∙с1Е1+с2Е2 , (3.2.3)Определяем минимальный допустимый натяг с учётом поправок:Nmin=Nminp+γш+γt+γц+γп , (3.2.4)где Nmin– минимальный допустимый натяг, мкм;γш – поправка, учитывающая смятие неровностей контактных поверхностей деталей при образовании соединенияγt – поправка, учитывающая различие рабочей температуры деталей и температуры сборки, различие коэффициентов линейного расширения материалов соединяемых деталей;γц – поправка, учитывающая ослабление натяга под действием центробежных сил; γп – добавка, компенсирующая уменьшение натяга при повторных запрессовках.Определяем наибольшее допустимое удельное давление на поверхности вала и втулки, соответствующие отсутствию пластической деформации на контактных поверхностях:- для валар1=0,58∙σт1∙1-d1d2-для втулкир2=0,58∙σт2∙1-dd22где σт1,σт2 – предел текучести охватываемой и охватывающей деталей;В качестве [Рmax]берется наименьшее из двух значений. Определяем наибольший расчётный натяг:Nmaxp=Pmax∙d∙с1Е1+с2Е2Определяем максимальный допустимый натяг с учётом поправок:Nmax=Nmax∙pγуд+γш, (3.2.5)где γуд – коэффициент увеличения удельного давления у торцов охватывающей деталиВыбираем стандартную посадку, соблюдая условия:Nmin>NminNmax≤Nmax3.3. Результаты расчетаВ таблице 3.1 приведены максимальные и минимальные допустимые натяги основных элементов, минимальные удельные давления на контактных поверхностях соединений.Контактная задача решалась в двухмерной осесимметричной постановке.Таблица 3.1 – Натяги и минимальные удельные давления на контактных поверхностях.Наименование деталиНатяг, ммРmin, кгс/мм2МинимальныйМаксимальныйКолесо рабочее 1-ой ступени0.3220.4261.2Колесо рабочее 2-ой ступени0.2980.4021.1Думмис0.2040.3001.9Диск упорный0.0390.09930Минимальные натяги, максимальная частота вращения ротора (5565 об/мин):На рис.3.1 -3.4 представлены контактные давления в местах посадок с натягом:Рисунок 3.2. Контактные давления, кгс/мм22,6 кгс/мм23,7 кгс/мм2Рисунок 3.3. Контактные давления– рабочее колесо 1-й ступени, кгс/мм213 кгс/мм22,9 кгс/мм2Рисунок 3.4. Контактные давления– рабочее колесо 2-й ступени и думмис, кгс/мм22,1 кгс/мм28,4 кгс/мм2Рисунок3.5. Контактные давления– диск упорный, кгс/мм2На рис.3.6-3.8. представлены напряжения от центробежной силы и посадки:Рисунок 3.6. Напряжения по Мизесу, кгс/мм2Рисунок 3.7. Первые Главные напряжения, кгс/мм2Рисунок 3.8. Третьи Главные напряжения, кгс/мм2Максимальные натяги, максимальная частота вращения ротора (5565 об/мин):На рис.3.9-3.3.12 представлены контактные давления в местах посадок с натягом:Рисунок 3.9. Контактные давления, кгс/мм24,0 кгс/мм216,3 кгс/мм2Рисунок 3.10. Контактные давления- рабочее колесо 1-й ступени, кгс/мм234,1кг/мм23,8 кгс/мм23,2 кгс/мм2Рисунок 3.11. Контактные давления – рабочее колесо 2-й ступени, думмис, кгс/мм27,6 кгс/мм229,9 кгс/мм2Рисунок 3.12. Контактные давления – диск упорный, кгс/мм2На рис.3.13-3.15. представлены напряжения от центробежной силыи посадки:Рисунок 3.13. Напряжения по Мизесу, кгс/мм2Рисунок 3.14. Первые Главные напряжения, кгс/мм2Рисунок 3.15. Третьи Главные напряжения, кгс/мм2Минимальные натяги, ротор в покое:На рис.3.16 - 3.19 представлены контактные давления в местах посадок с натягом:Рисунок 3.16. Контактные давления, кгс/мм23,8 кгс/мм239,8 кгс/мм2Рисунок 3.17. Контактные давления- рабочее колесо 1-й ступени, кгс/мм241,9 кгс/мм25,3 кгс/мм29,7 кгс/мм2Рисунок 3.18. Контактные давления– рабочее колесо 2-й ступени и думмис, кгс/мм23,7 кгс/мм214,4 кгс/мм2Рисунок 3.19. Контактные давления – диск упорный, кгс/мм2На рис.3.20-3.22 представлены напряжения от центробежной силы и посадки:Рисунок 3.20. Напряжения по Мизесу, кгс/мм2Рисунок 3.21 Первые Главные напряжения, кгс/мм2Рисунок 3.22. Третьи Главные напряжения, кгс/мм2Максимальные натяги, ротор в покое:На рис.3.23 - 3.26 представлены контактные давления в местах посадок с натягом:Рисунок 3.23. Контактные давления, кгс/мм25,0 кгс/мм252,7 кгс/мм2Рисунок 3.24.

Список литературы

-
Очень похожие работы
Найти ещё больше
Пожалуйста, внимательно изучайте содержание и фрагменты работы. Деньги за приобретённые готовые работы по причине несоответствия данной работы вашим требованиям или её уникальности не возвращаются.
* Категория работы носит оценочный характер в соответствии с качественными и количественными параметрами предоставляемого материала. Данный материал ни целиком, ни любая из его частей не является готовым научным трудом, выпускной квалификационной работой, научным докладом или иной работой, предусмотренной государственной системой научной аттестации или необходимой для прохождения промежуточной или итоговой аттестации. Данный материал представляет собой субъективный результат обработки, структурирования и форматирования собранной его автором информации и предназначен, прежде всего, для использования в качестве источника для самостоятельной подготовки работы указанной тематики.
bmt: 0.00506
© Рефератбанк, 2002 - 2024