Розгінний стенд для дослідження міцності обертових супермаховиків

Розгінний стенд для дослідження міцності обертових супермаховиків, що містить вакуумну камеру, вертикальний вал, що несе маховик, 3 відсутність втоми елементів конструкції маятникового та несучого валів та втомного руйнування внаслідок відсутності пружних коливань, що забезпечує підвищення надійності розгінного стенду. Застосування схеми незбурюваного гіроскопічного маятника разом з сферичними шарнірами в з'єднаннях несучого і маятникового валів та маятникового валу з маховиком забезпечує можливість: 1) самоцентрування розбалансованої в полі відцентрових сил роторної системи без появи пружних деформацій її елементів; 2) створення аперіодичної роторної системи, в котрій навіть при появі збурюючих факторів має місце перехід обертового об'єкта в нове положення без коливань [4, с.219] і появи в валах динамічних напружень, здатних викликати втомні руйнування валів. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на котрому представлене схематичне зображення запропонованої конструкції розгінного стенду. В вакуумній камері 1 досліджуваний маховик 2 за допомогою нижнього сферичного шарніру 3 підвішений до маятникового валу 4, котрий разом з маховиком за допомогою верхнього сферичного шарніру 5 підвішений до несучого валу стенда 6. Маховик з'єднаний з нижнім сферичним шарніром з можливістю регулювання розміру 1 довжини гіроскопічного маятника, котрий визначається за умовою його незбурюваності [3, с.309] w ×J l= z z , m gR де w z - кутова швидкість власного обертання маховика, Jz - момент інерції маховика з шарніром відносно осі обертання, m - маса ротора, g - прискорення вільного падіння, R3 - радіус Землі. Маховик приводиться до обертання привідною установкою 7. Для обмеження амплітуди і гашення маятникових коливань маятникового валу з маховиком установлений обмежувач-демпфер 8. Запропонована конструкція стенда діє наступним чином. В перші секунди після включення привідної установки 7 і початку обертання ротора спостерігаються низькочастотні сферичні коливання маятникового валу 4 разом з досліджуваним маховиком 2 відносно центру верхнього сферичного шарніру підвісу валу 5, та одночасно - сферичні коливання маховика відносно центру нижнього сферичного шарніра 3. Їх обмеження та гасіння виконує обмежувач демпфер 8. При зростанні швидкості обертання ротора під дією зростаючого гіроскопічного моменту коливання маховика повністю зникають, а неінтенсивні низькочастотні маятникові коливання маятникового валу із-за недосконалості форм деталей підшипників, сферичних шарнірів спостерігаються постійно, тому постійно працює і 30794 4 обмежувач-демпфер 8. Відчутний вплив вказаних коливань на працездатність стенда не виявлений. При наявності неосесиметричного розподілу густини композиту по об'єму композитного обода або значень параметрів міцності по об'єму металічних маховиків при високих кутових швидкостях під дією значних відцентрових сип з'являється дисбаланс маховиків, зміна положення центрів їх мас. При цьому відбувається поворот маятникового валу з маховиком навколо нерухомої точки - центру верхнього шарніру під дією вагового моменту до положення, коли момент стане близьким до нуля, а маховик зміщується в просторі до положення, при котрому вертикальна вісь обертання ротора проходить через новий центр його мас. Завдяки наявності шарніра в точці підвісу, маятниковий вал змінює своє положення в просторі разом з маховиком без пружних деформацій та динамічних напружень і розвитку втомних процесів в матеріалі валу, що має місце в роторних системах з гнучкими пружними валами. Щоб переконатись в ефективності функціонування створеної роторної системи розгінного стенда, проводились спостереження положення обертового модельного стального маховика, який мав масу 5кг і штучно створений дисбаланс 1510г·мм, через вікно в вакуумній камері за допомогою катетометра КМ-8. При цьому зміщення центра мас досягло значення 0,3мм, але вертикальні коливання кромки диска та спеціальних сигнальних точок, нанесених на циліндричну поверхню твердосплавним індентором, в діапазоні кутових швидкостей 50с1 ...2000с-1 не виявлені. Слід зазначити, що при обертанні цього ж ротора на жорсткому валу відцентрова сила неврівноваженої маси досягла б значення 6000Н і могла б викликати руйнування стенда. Джерела інформації: 1. Балюк А.Д., Баженов В.Г., Артемчик В.Я. Установка для исследования малоцикловой усталости вращающихся конструкций // Проблеми прочности. - 1980. - №8. - с.115...118. 2. Джента Дж. Накопление кинетической энергии. Теория и практика современных маховичных систем: Пер. с англ. - М.: Мир, 1988. 430с., ил. 3. Павловський М.А. Теоретична механіка: Підручник. - К.: Техніка, 2002. - 512с., іл. 4. Павловський М.А. Теория гироскопов. Киев.: Вища шк. Головное изд-во, 1986. - 303с. 5 30794 6