Drgania wałów w łożyskach

Ruch obrotowy wału idealnego

Ruch obrotowy wału z niewielkim błędem wyważenia. Norma ISO 1940-1 na temat wymagań jakości wyważenia wirników dla ograniczenia drgań mechanicznych.

Siła odśrodkowa i reakcje łożyskowe wału sztywnego

Siła odśrodkowa, reakcje łożyskowe i odkształcenie wału giętkiego. Skłonność do gromadzenia energii sprężysto-kinetycznej przy obrotach w rezonansie z drganiami giętnymi wału. Prędkość krytyczna wału. Możliwość jej regulacji poprzez zmianę rozstawu łożysk, sztywności czopów.

Symulacja ruchu wału w łożysku

Model prętowy MES

ET, 1,beam4     ! typ elementu nr 1 - BEAM4
R, 1            ! wstępne "wyzerowanie" zestawu parametrów elementowych REAL nr 1
RMOD, 1, 1,Area ! modyfikacja zmiennej nr 1...
                !...pola przekroju: do sztywności na rozciąganie...
                !...masy elementu skończonego...
                !...jego ciężaru (komenda ACEL) i siły bezwładności
RMOD, 1, 2,Iz   ! zmienna nr 2, moment bezwładności przekroju wzgl. osi z (osią obojętną jest z)
RMOD, 1, 3,Iy
RMOD, 1, 4,Hz   ! ... nr 4, wymiar przekroju wzdłuż osi y (patrz rys powyżej)
RMOD, 1, 5,Hy
RMOD, 1, 8,Ix   ! ... nr 8, moment bezwładności przekroju wzgl. osi x (na skręcanie)
RMOD, 1, 11,omega ! ... nr 11, prędkość kątowa do efektu żyroskopowego

Stopnie swobody elementu prętowego są tak kompletne, jak powłokowego (np. SHELL63): UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ i analogiczne z obciążeniami węzłowymi: FX, FY, FZ, MX, MY, MZ:

zalety:
- b. prosty model geometryczny (kilka kpointów i linii ;-),
- niewielka liczba elementów skończonych - b. krótki czas obliczeń statyki i można używać do symulacji, które są (wg metody Newmarka) obliczeniami statyki powtarzanymi wiele tysięcy razy,
- mimo prostoty modelu wyniki wiarygodne dla obliczeń sztywności (która jest cechą ogólną całej konstrukcji)

wady:
- konieczność "ręcznego" sumowania naprężeń zredukowanych (w oparciu o żmudnie wybierane z bazy wyników naprężenia elementarne),
- brak wrażliwości na spiętrzenia naprężeń (w miejscu karbu wyniki zupełnie niewiarygodne, czyli mogą być duże błędy lokalne).

wniosek:
elementy prętowe stosować do obliczeń sztywności, a nie oceny wytrzymałości konstrukcji

Symulacja w czasie ruchu obrotowego wału osadzonego w sztywnych łożyskach

Model wału można zbudować z prętowych elementów skończonych:

Model geometryczny

Błędy spotykane w obliczeniach:
- brak ciągłości wału (odcinki L1 i L2 muszą mieć wspólnego keypointa nr 2),
- złe przypisanie danych przekrojów do poszczególnych linii - wymagana kontrola graficzna (ale uwzględnia jedynie wysokości przekroju!)

1. etap obliczeń: analiza modalna

Cele:
a) poznanie postaci i częstości drgań własnych - najbardziej lakonicznej informacji o ewentualnych problemach z poruszaniem się konstrukcji.
b) wstęp do symulacju ruchu mechanizmu; określenie zakresu częstości uwzględnianych w symulacji

2. etap obliczeń: symulacja ruchu

Cele:
a) ocena zachowania się konstrukcji w stanach przejściowych.
b) na podstawie analizy modalnej wskazanie częstości (a potem postaci) najbardziej związanej z charakterystyczną dla pracy konstukcji formą wzbudzenia drgań; wskazanie cech konstrukcji wydajnie wpływających na tę postać drgań.

Możliwości obliczeń:

Obliczenia prędkości krytycznej. Badanie wpływu położenia łożysk i sztywności poszczególnych odcinków wału na prędkość krytyczną. Zachowanie wału przy prędkości bliskiej krytycznej i prędkości projektowej maszyny. Ocena zachowania się wału podczas rozruchu i wybiegu maszyny.

Powrót do strony startowej