Исследование и определение количественных характеристик демпфирования колебаний в узле веретена крутильно-мотального механизма тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Колягин, Александр Юрьевич

• Колягин, Александр Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Колягин, Александр Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ

ИССЛЕДОВАНИЙ ДЕМПФИРОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ

ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ МАШИН.

1.1. Анализ демпфирующей способности узла веретена крутильно-мотального механизма.

1.2. Демпфирование колебаний в материалах деталей машин.

1.3. Демпфирование колебаний в местах контакта сопрягаемых поверхностей деталей машин.

1.3.1. Рассеяние энергии колебаний в плоских стыках.

1.3.2. Рассеяние энергии колебаний в цилиндричеких и конических стыках.

1.3.3. Рассеяние энергии колебаний в резьбовых соединениях.

1.3.4. Рассеяние энергии колебаний в подшипниках скольжения.

1.3.5. Рассеяние энергии колебаний в подшипниках качения.

1.4. Демпфирование колебаний в мотальных узлах текстильных машин.

Выводы по главе.

Глава

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ РАССЕЯНИЯ ЭНЕРГИИ

КОЛЕБАНИЙ В УЗЛЕ ВЕРЕТЕНА КРУТИЛЬНО

МОТАЛЬНОГО МЕХАНИЗМА.

2.1. Основные методы теоретических исследований конструкционного демпфирования колебаний.

2.2. Рассеяние энергии колебаний в соединении шпули с насадкой шпинделя веретена.

2.3. Рассеяние энергии колебаний в цилиндрическом теле намотки при изгибе оправки.

Выводы по главе.

Глава

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАССЕЯНИЯ ЭНЕРГИИ КОЛЕБАНИЙ В УЗЛЕ ВЕРЕТЕНА КРУТИЛЬНО

МОТАЛЬНОГО МЕХАНИЗМА.

3.1. Экспериментальные методы оценки рассеяния энергии колебаний.

3.2. Экспериментальный стенд.

3.3. Опытные образцы.

3.4. Методика проведения испытаний.

3.5. Результаты исследований.

Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и определение количественных характеристик демпфирования колебаний в узле веретена крутильно-мотального механизма»

Современное машиностроение с повышенными требованиями к производительности и экономичности создаваемых машин, а также к качеству выпускаемых изделий характеризуется увеличением мощности и быстроходности машин при одновременном уменьшении их массы. С увеличением быстроходности и мощности повышается динамическая нагруженность машин и деталей, и возрастает влияние колебательных явлений на их работу. Поэтому всё большую роль играют такие критерии работоспособности оборудования как прочность, жесткость и виброустойчивость.

Из всех свойств колебательных систем различных машин способность демпфирования колебаний остается до сих пор наименее изученной. Между тем знание диссипативных свойств узлов крайне важно для расчётов виброустойчивости машины и разработки конструктивных мероприятий по её повышению.

Рассеяние энергии колебаний (демпфирование) происходит:

1. В материале деталей (внутреннее трение).

2. В местах контакта сопрягаемых поверхностей деталей (в основном внешнее трение).

3. В масляных слоях смазки (в основном вязкое трение жидкости).

К настоящему времени сформировались три ведущие отечественные научные школы по исследованию демпфирования колебаний в машинах.

В трудах школы профессора Г.И. Писаренко были достаточно полно решены проблемы рассеяния энергии колебаний в материалах деталей.

Учёные под руководством проф. Я.Г. Пановко от исследования проблемы внутреннего трения в материалах деталей перешли к изучению конструкционного демпфирования колебаний (рассеяния энергии колебаний в контактах сопрягаемых деталей и в масляных слоях сопряжений). При этом было установлено, что потери энергии колебаний в сопряжениях деталей машин и в масляных слоях (конструкционное демпфирование) на порядок выше потерь в материале деталей.

Основным направлением исследований научной школы во главе с профессором Д.Н. Решетовым, стало изучение конструкционного демпфирования колебаний с учётом нормальных и касательных контактных деформаций в стыках деталей. Монографии, статьи в журналах, и диссертации по данной тематике, могут составить специализированную научную библиотеку.

Проблема демпфирования колебаний в узлах машин различного отраслевого назначения остаётся актуальной и сегодня. В частности современные текстильные машины и их узлы следует рассматривать как колебательные системы, находящиеся во взаимодействии с технологической нагрузкой. При этом динамика их узлов часто оказывает решающее влияние на качество выпускаемой продукции.

Кольцевые прядильные и крутильные машины составляют в настоящее время основу парка оборудования отечественных и зарубежных текстильных фабрик по выпуску высококачественной пряжи из натуральных и химических волокон. Производительность и качество продукции этих машин во многом определяются работой их крутильно-мотальных механизмов, совершенствование конструкций которых немыслимо без глубоких исследований протекающих в них динамических процессов.

Актуальность темы

Для построения динамических моделей крутильно-мотальных механизмов необходимо знать не только инерционные и упругие, но и диссипатив-ные характеристики их элементов и узлов, а также учитывать влияние нарабатываемой текстильной паковки на общую динамику механизма.

Поэтому настоящая работа, посвященная исследованию и определению количественных характеристик рассеяния энергии колебаний в узле веретена крутильно-мотального механизма, является актуальной и обоснованной с точки зрения практической значимости поставленной проблемы.

Цель работы

Определение особенностей и количественных характеристик рассеяния энергии колебаний в сопряжениях элементов узла веретена крутильно-мотального механизма текстильной машины и в формируемых текстильных паковках пряжи различного состава.

Задачи, решаемые в работе

1. Создание расчётной модели и теоретическое определение количественных характеристик демпфирования колебаний в соединениях деталей веретена крутильно-мотального механизма.

2. Создание расчётной модели и теоретическое определение количественных характеристик рассеяния энергии колебаний в текстильной паковке.

3. Разработка методики проведения экспериментов по определению демпфирования колебаний в веретене.

4. Разработка и изготовление экспериментального стенда.

5. Экспериментальное определение количественных характеристик рассеяния энергии колебаний в сопряжениях элементов веретена и в формируемых текстильных паковках.

Методы исследований

При проведении теоретических исследований использованы методы теоретической механики, сопротивления материалов, вычислительной техники и методы определения рассеяния энергии колебаний в местах контакта сопрягаемых деталей, основанные на анализе потерь энергии колебаний при относительном проскальзывании сопряженных поверхностей и при контактных деформациях в стыках.

При выполнении экспериментальных исследований демпфирования колебаний использованы известные методы «затухающих колебаний» и «статической петли гистерезиса», а также оригинальная методика проведения испытаний, основанная на корректном применении методов планирования эксперимента, теории вероятностей и математической статистики.

Научная новизна

Научная новизна работы заключается в определении количественных характеристик рассеяния энергии колебаний в узле веретена крутильно-мотального механизма, необходимых для реальной комплексной оценки его демпфирующих свойств и моделирования динамики данного механизма.

В ходе выполнения диссертационной работы впервые:

1. Решены теоретические задачи по определению рассеянной за цикл энергии колебаний в соединении шпули с насадкой шпинделя веретена кру-тильно-мотального механизма и в текстильной паковке цилиндрической формы с параллельной намоткой.

2. Разработаны экспериментальный стенд и методика проведения испытаний по исследованию демпфирования колебаний в стыках элементов веретена и в текстильных паковках пряжи различного состава.

3. Определены экспериментальным путём количественные характеристики рассеяния энергии колебаний в виде коэффициентов поглощения в соединении шпули с насадкой шпинделя веретена крутильно-мотального механизма и в текстильных початках пряжи различного состава и массы.

Практическая значимость и реализация результатов работы

Определённые в результате проведения работы количественные характеристики демпфирования колебаний (коэффициенты поглощения) в соединении шпули с насадкой шпинделя веретена и в формируемых текстильных паковках позволяют дать реальную оценку рассеяния энергии колебаний в узле веретена крутильно-мотального механизма и уточнить коэффициенты демпфирования, непосредственно используемые в уравнениях, моделирующих динамику этого механизма.

Полученные экспериментальные значения коэффициентов поглощения приняты к использованию в системе расчётно-конструкторских работ ОАО «ЦНИИмашдеталь», г. Москва.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Колягин, Александр Юрьевич

Результаты работы предназначены для использования в научно-исследовательской и расчётно-конструкторской деятельности организаций и предприятий текстильной промышленности, а также могут быть полезны при выполнении научно-исследовательских работ студентов высших учебных заведений текстильного профиля.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Колягин, Александр Юрьевич, 2010 год

1. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. - М.: Машиностроение, 1981. - Т. 6. Защита от вибраций и ударов / Под ред. К.В. Фролова, 1981 - 456с.

2. Теория механизмов и механика машин / К.В. Фролов и др.; под ред. Г.А. Тимофеева М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. - 688 с.

3. Бабаков И.М. Теория колебаний БЛ^и. М.: Дрофа, 2004. 591 с.

4. Ильин М.М. Теория колебаний / М.М. Ильин, К.С. Колесников, Ю.С. Саратов / Под общ. ред. К.С. Колесникова М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003.-272 с.

5. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле / С.П. Тимошенко, Д.Х. Янг, У. Уивер. М.: Машиностроение, 1985. - 472с.

6. Пановко Я.Г. Внутреннее трение при колебаниях упругих систем. — М.: Физматгиз, 1960 190 с.

7. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. М.: Машиностроение, 1976 —320с.

8. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний. М.: Наука, 1991 -256 с.

9. Коритысский Я.И. Вибрации и шум в текстильной и лёгкой промышленности (Измерения, характеристики и методы борьбы) / Я. И. Коритысский, И. В. Корнев, Л. Ф. Лагунов и др. / Под ред. Я.И. Коритысского. М.: Легкая индустрия, 1974. - 328с.

10. Попов Э.А. Динамика текстильных машин. М.: МГТУ, 2001. - 247с.

11. Прошков А.Ф. Динамика машин для производства химических нитей и волокон / А.Ф. Прошков; А.П. Яскин. М.: МГТУ, 2001. - 360с.

12. Малышев А.П. Моделирование распределенного конструкционного демпфирования при установившихся и переходных процессах // Известия РАН. Механика твердого тела. №4, 2001. с. 143-150.

13. Малышев А.П. Дифференциальная модель частотно-независимого рассеяния энергии при колебаниях // Прикладная математика и механика, т.66, вып 1.2002.-с. 127-133.

14. Малышев А.П. Моделирование конструкционного демпфирования, зависящего от среднего напряжения в цикле // Известия РАН. Механика твердого тела. №4, 2004. с. 161-167.

15. Малышев А.П. Совместное моделирование частотно-независимого и вязкого демпфирования колебаний // Известия РАН. Механика твердого тела. №3,2004.- с. 164-171.

16. Малышев А.П. Влияние статических напряжений и деформаций на затухание вибраций в конструкциях // Проблемы машиностроения и надежности машин №4, 2006. с. 95-100.

17. Макаров А.И. Расчёт и конструирование машин прядильного производства / А.И. Макаров, А.Г. Севостьянов, А.Ф. Прошков, А.Д. и др. / Под ред. А.И. Макарова. М.: Машиностроение, 1981. - 464с.

18. Попов Э.А. Кольцепрядильные и кольцекрутильные машины / Э.А. Попов, Л.Н. Олейникова-М.: МГТА, 1999. 16 с.23 .ГОСТ 27289-87. Веретена кольцевых прядильных и крутильных машин. Основные параметры и размеры. — М.: Издательство стандартов, 1987.-8 с.

19. ГОСТ 160-84. Веретена прядильных и крутильных машин. Общие технические условия. М.: Издательство стандартов, 1985. — 14 с.

20. Давыденков H.H. О рассеянии энергии при вибрациях // Журнал технической физики, 1938, т. 3, № 6.- с. 156-161.

21. Решетов Д.Н. Демпфирование колебаний в деталях станков / Д.Н. Реше-тов, З.М. Левина // В кн.: Исследование колебаний металлорежущих станков. -М.: Машгиз, 1958. с. 45-86.

22. Писаренко Г.С. Колебания механических систем с учётом несовершенной упругости материала. Киев: Изд-во АН УССР, 1970. - 379 с.

23. Писаренко Г.С. Вибропоглощающие свойства конструкционных материалов / Г.С. Писаренко, А.П. Яковлев, В.В. Матвеев. — Киев: Наукова думка, 1971.-376 с.

24. Нашиф А. Демпфирование колебаний: Пер. с англ. / А. Нашиф, Д. Джо-унс, Дж. Хендерсон М.: Мир, 1988. - 488с.

25. Калинин Н.Г. Конструкционное демпфирование в неподвижных соединениях / Н.Г. Калинин, Ю.А. Лебедев, В.И. Лебедева, Я.Г. Пановко, Г.И. Страхов. Рига: Изд-во АН Литовской ССР, 1960. - 169с.

26. Pian Т.Н.Н. a. Hallowell F.C. Structural damping in a simple built-up beam. Ir., Proc. First. U.S. nat. congr. appl. mech., ASME, 1952, 97-102.

27. Решетов Д.Н. Демпфирование колебаний в соединениях деталей машин / Д.Н. Решетов, З.М. Левина// Вестник машиностроения, 1956, №12.-c.3-13.

28. Палочкин C.B. Исследование и расчёт демпфирования колебаний в контактах деталей машин. Дис.к.т.н., М., 1982.- 198 с.

29. Левина З.М. Контактная жесткость машин / З.М. Левина, Д.Н. Решетов — М.: Машиностроение, 1971. 262с.

30. Кирсанова В.Н. Исследование касательной податливости деталей машин. Дис.к.т.н., М., 1970.- 186 с.

31. Кирсанова В.Н. Исследование и расчёт касательной податливости плоских стыков // Станки и инструмент, 1967, №7. — с. 22-24.

32. Лебедев JI.B. К расчёту контактных деформаций // Известия вузов. Машиностроение, 1968, №1.- с.54-58.

33. Максак В.И. Предварительное смещение и жесткость механического контакта.- М.: Наука, 1975.- 59 с.

34. Yoshemura M., Okushima К. Computer aided designimprovement of machine - tool structure incorporating jaint dynamics data // CJRP Ann., 1979, 28, №1, p. 241-246.

35. Палочкин C.B. Демпфирование в стыках при тангенциальных колебаниях / C.B. Палочкин, Д.А. Генкин, Д.Н. Решетов // М.: Известия вузов. Машиностроение, 1983, №3. с. 27-30.

36. Вульфсон И.И. Исследование демпфирующих свойств конических, резьбовых, шпоночных и шлицевых соединений / И.И. Вульфсон. Б.В. Сердюков, М.Э. Бауэр. М.: ОКБС МСиИП, 1967. - 30с.

37. Вульфсон И.И. Экспериментальное исследование демпфирующей способности затянутых конических и резьбовых соединений / И.И. Вульфсон. Б.В. Сердюков // В кн.: Рассеяние энергии при колебаниях упругих систем. Киев: Наукова думка, 1968. - с.405-409.

38. Палочкина Н.В. Исследование демпфирования колебаний в деталях машин. Дис.к.т.н., М., 1967.- 184 с.

39. Гогилашвили В.И. Рассеяние энергии и оптимальная посадка в цилиндрических соединениях / В.И. Гогилашвили, М.И. Хвингия // В кн.: Рассеяниеэнергии при колебаниях механических систем.- Киев: Наукова думка, 1970.- с. 421-430.

40. Метелица Б.З. Конструкционное демпфирование в соединении зажимными кольцами / Б.З. Метелица, И.А. Яцюк // Вестник машиностроения, 1976, №11.- с. 34-36.

41. Беликов Г.В. Демпфирование в резьбовых соединениях металлорежущих станков // Станки и инструмент, 1979, №5.- с. 7-10.

42. Палочкин С.В. Демпфирование колебаний в болтовых соединениях со стопорными элементами / С.В. Палочкин, E.H. Петров // Известия вузов. Машиностроение, 1984, №5. с. 30-32.

43. Ito Y., Maksuko М. Stydion the damping capacity of bolted joints // Effects of the joint surfaces condition Bull. JSME, 1975, 18, №117.-p. 319-326.

44. Nishiwaki N., Maksuko M., Ito Y., Orumara J. A studyon damping capacity of a jointed contilever beam 2nd report // Comparison between theoretical and val-nes Bull. JSME, 1980, 23, №177.-p. 469-475.

45. Tsuisumi M., Ito Y. Damping mechanism of a bolted joint in machine tools // Proc. 20th. Int. Mach. Tool. Des. and Res. Conf. Sub-Conf. Elect. Process., Birmingham, 1980, p. 443 448.

46. Weck M. Steifigkeits- und Dämpfungskennwerte verschraubter trockener Fügestellen//Ind. Anz., 1981, 103, №18.-s. 41-48.

47. Бургвиц А.Г. Устойчивость движения валов в подшипниках жидкостного трения / А.Г. Бургвиц, Г.А. Завьялов М.: Машиностроение, 1964.- 148 с.

48. Коровчинский М.В. Теоретические основы работы подшипников скольжения.- М.: Машгиз, 1959.- 403 с.

49. Паркинс Д.В. Теоретическое и экспериментальное определение динамических характеристик подшипников скольжения в гидродинамическом режиме // Проблемы трения и смазки (США), 1979, №2, с. 17-29.

50. Поздняк Э.Л. Динамические свойства масляной плёнки в подшипниках скольжения // Извести АН СССР, ОТН, 1961, №6.- с. 52-67.

51. Позняк Э.Л. Демпфирование самовозбуждающихся колебаний роторов на подшипниках скольжения // Известия АН СССР, ОТН, Механика, 1965, № 3. с. 54-68.

52. Ямпольский И.Д. Экспериментальное определение коэффициентов жесткости и демпфирования масляной плёнки в подшипниках скольжения / И.Д. Ямпольский, В.Р. Делятицкий, М.Г. Сидоренко // Машиноведение, 1975, №5.- с.28-30.

53. Kirk R., Gunter EJ. Stability and transient motion of a plain jornal monnted in flexibtl damped supports // Trans. ASME, 1976, В. 98, №2.- p.-576-592.

54. Решетов Д.Н. Демпфирование энергии колебаний в гидродинамических подшипниках / Д.Н. Решетов, С.В. Палочкин // Известия вузов. Машиностроение, 1984, №5.-с. 19-25.

55. Шувалов С.А. Демпфирование продольных колебаний в передачах винт-гайка и в опорах винтов / С.А. Шувалов, З.М. Левина, Д.Н. Решетов // Станки и инструмент, 1973, №4.- с. 4-7.

56. Gold B.W. Berechnung mehrstufiger Zahnradgetribe // Ind. Anz., 1981, 103, №18.-s. 30-37.

57. Kleipzig W. Experimentelle Ermittlung der Dämpfungskonstante eines doppelreihingen Zylindrrollenlagers // Maschinenbautechnik, 1977, 26, №3,- s. 112115.

58. Weck M., Ophey L. Experimentelle Ermittlung der Steifigkeit und Dämpfung radial belaster Wälzlager // Ind. Anz., 1981, 103, №79.-s. 32-35.

59. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. — М.: Машиностроение, 1980. Т. 3. Колебания машин, конструкций и их элементов / Под ред. Ф.М. Диметберга и К.С. Колесникова, 1980 - 544с.

60. Малышев А.П. Веретено. М.: Гизлегпром, 1950. - 239 с.

61. Коритысский Я.И. Исследование динамики и конструкции высокопроизводительных веретён текстильных машин. М.: Машгиз, 1963. - 643с.

62. Прошков, А.Ф. Исследование и проектирование мотальных механизмов — М.: Машгиз, 1963. 315 с.

63. Попов Э.А. Динамика шпинделей крутильных механизмов текстильных машин. Дис. докт. техн. наук. М., 1977. - 234 с.

64. Попов Э.А. Нестационарные колебания веретен с гибким шпинделем и тяжелыми насадками. Дис. . канд. техн. наук. М., 1964. - 101 с.

65. Столяров A.A. Совершенствование технологических операций формирования и наматывания пряжи на кольцевой прядильной машине: Дис. . канд. техн. наук.- Иваново, 2006.-135 с.

66. Сарычев А.Х. Исследование механизмов наматывания свежесформиро-ванного синтетического волокна: Дис. канд. техн. наук.- JL, 1977.-186 с.

67. Трощановский А. А. Исследование процесса и механизмов фрикционного наматывания синтетических нитей. Дис. . канд. техн. наук. М., 1981. -200 с.

68. Степанов С. Г. Исследование и проектирование фрикционных намоточных механизмов машин для производства химических волокон. Дис. . канд. техн. наук. М., 1984. - 221 с.

69. Ильчук В.П. Исследование и проектирование подвесок высокоскоростных бобинодержателей намоточных механизмов машин для производства химических волокон. Дис. . канд. техн. наук. М., 1983. - 247 с.

70. Титов С.Н. Нелинейная механика текстильных процессов. — Кострома: КГТУ, 2004. 144 с.

71. Палочкин C.B. Методы и средства контроля основных параметров текстильных паковок: Монография / C.B. Палочкин, П.Н. Рудовский, М.Н. Нуриев М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2006. - 240 с.

72. Wegener W. Druckverteilung in Streckzwirnspulen / W. Wegener, H. Bechlen-berg // Textil Praxis, 1969, Nr. 4. - s. 224-232, Nr. 5. - s. 301-306, Nr. 7. - s. 448-456.

73. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов M.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010.-590 с.

74. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости : Наука, 1979. - 560 с.

75. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1978. - 832 с.

76. Решетов Д.Н. Возбуждение и демпфирование колебаний в станках / Д.Н. Решетов, З.М. Левина // В кн.: Исследование колебаний металлорежущих станков при резании металлов. М.: Машгиз, 1958. - с. 87-155.

77. Кедров С.С. Колебания металлорежущих станков.- М.: Машиностроение, 1978. 199 с.

78. Каминская Д.А. Условия оптимального демпфирования колебаний механизма//Известия вузов. Машиностроение, 1977, № 1.- с. 32-36.

79. Ривин Е.И. Динамика привода станков. М.: Машиностроение, 1966. -204 с.

80. Крагельский И.В. Трение волокнистых веществ — М., Л.: Государственное издательство легкой промышленности, 1941. 125 с.

81. Ивановский Р.И. Практика применения систем MathCAD PRO. — M.: Высшая школа, 2003.- 431 с.

82. Минаков А.П. Основы теории наматывания и сматывания нити // Текстильная промышленность. 1944. - № 10, с. 11—16, № 11—12, с. 10—18.

83. Система ACTest сбор и обработка экспериментальных данных - М.: ООО «Лаборатория автоматизированных систем (АС)», 2007.- 267 с.

84. Севостьянов А.Г. Методы и средства исследования механико-технологических процессов текстильной промышленности М.: Легкая индустрия, 1980.- 392 с.

85. Колягин А.Ю. Экспериментальные исследования демпфирования колебаний в крутильно-мотальном механизме / А.Ю. Колягин, C.B. Палочкин // Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 2009, № 2С. — с. 91-95.

86. Колягин А.Ю., Палочкин C.B. Конструкционное демпфирование в соединении шпули с насадкой шпинделя веретена // Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 2010, № 3. — с. 81-85.

87. Рудовский П.Н., Палочкин C.B., Колягин А.Ю., Лабай Н.Ю. Демпфирование колебаний-в цилиндрическом теле намотки при изгибе оправки // Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 2010, № 5. — с. 95-99.