Библиографическое описание:

Ершов Д. Ю. Актуальные аспекты диагностирования вибрационных процессов механических систем в машиностроении // Молодой ученый. — 2012. — №12. — С. 64-66.

Современные тенденции диагностирования вибрационных процессов механических систем связаны с своевременным обнаружением и установлением характера развития дефекта в элементах системы, прогнозированием момента возникновения постепенного функционального отказа всей контролируемой системы в целом и условий возникновения внезапного отказа элемента системы.

В настоящее время оценка текущего состояния элементов и механической системы в целом осуществляется с помощью технических средств диагностики, содержащих в своей основе устройства микропроцессорной техники и ПЭВМ, что позволяет обрабатывать огромное количество информационных сигналов за короткий промежуток времени и таким образом существенно повышать надежность функционирования технических средств диагностики и получаемых с их помощью результатов.

Существует большое количество методов, способов и методик технической диагностики, которые позволяют решать задачи контроля текущего технического состояния различных видов машин и оборудования и устанавливать моменты зарождения и развития дефектов в их элементах.

В используемой на предприятиях машиностроительной отрасли практике технического контроля существенное значение приобретает диагностика качества функционирования электромеханических систем, которая базируется на основе разработанных диагностических моделях и на основании диагностических критериев, выбираемых для оценки технического состояния системы. Существенный недостаток всех существующих методов и способов диагностирования технического состояния контролируемой системы и ее элементов состоит в том, что осуществляется диагностирование уже появившихся дефектов, а не диагностирование условий их возникновения.

Наиболее актуальным в настоящее время является ознакомление с существующими и создание новых методов и способов диагностирования технического состояния механических систем и их элементов, основанных на изучении в них колебательных (вибрационных) процессов.

Есть небольшое количество методов диагностирования технического состояния механической системы, позволяющих оценивать влияние технологических погрешностей изготовления и сборки элементов системы, влияние неуравновешенности вращающихся масс системы на неравномерность износа поверхностей деталей в ней. В таких методах первоначально выявляется физическая природа вибрационных факторов в элементах системы, существенным образом влияющая на виброактивность всей системы в целом перед запуском ее в эксплуатацию. Рассматривается возможность изменения параметров виброактивности системы за счет активного изменения характеристик динамических процессов в ней путем предварительного математического моделирования вибрационных факторов. Решается задача оптимизации по получению минимальных значений суммарного вибрационного воздействия за счет изменения амплитуд и фазовых сдвигов его составляющих при учете широкого диапазона соотношений амплитуд вибрационных факторов от отдельных источников вибрации. Делается предположение о том, что вибрационные процессы в элементах механической системы порождают колебание основания, на котором они установлены, а колебания основания являются условиями существенного ускорения процессов износа элементов системы при определенных условиях эксплуатации. Параметры вибрационных процессов основания системы позволяют установить характер изменения величины суммарного вибрационного воздействия и положение его в плоскости и пространстве, а также выявить основные места концентрации вибрационных воздействий в виде динамических реакций на элементы системы, которые и создают условия формирования неравномерности износа на отдельных участках контактирующих поверхностей вращающихся элементов системы. Такой подход к анализу вибрационных процессов контролируемой механической системы в условиях производства, перед запуском в эксплуатацию позволяет более целенаправленно осуществлять выбор модели контролируемого технического состояния системы. Также имеется возможность теоретического обоснования выбора допустимых уровней виброактивности отдельных источников вибрации, рационального выбора передаточных чисел зубчатых и ременных передач, комбинаций направлений вращения роторов и соотношений амплитуд и фазовых сдвигов вибрационных факторов.

Таким образом, современные методы диагностирования вибрационных процессов в механических системах позволяют контролировать техническое состояние элементов системы как в процессе эксплуатации, так и перед запуском системы в эксплуатацию, в процессе ее производства и проектирования.

В качестве примера рассмотрим математическое моделирование влияния направления вращения роторов на развитие динамического процесса механической системы.

Обычному механическому приводу соответствует динамический процесс с двумя источниками вибрации.

Вращение роторов механических систем может быть однонаправленным и разнонаправленным. Однонаправленному вращению соответствуют передачи с гибкой связью и механические передачи с внутренним зацеплением зубчатых колес, а разнонаправленному - зубчатые передачи с внешним зацеплением колес.

При однонаправленном вращении, то есть при совпадении направлений вращения ведущего и ведомого звеньев, вибрационные воздействия по осям симметрии X и Y контролируемого изделия и при равных амплитудах суммируемых гармоник можно представить в следующем виде:

, (1)

где φ - угол поворота контролируемого изделия механической системы; А - амплитуда составляющих суммарного вибрационного воздействия Fx(φ) и Fy(φ) по осям координат симметрии X и Y контролируемого изделия, n и m - низшая и высшая гармоники ведущего и ведомого звеньев соответственно.

Используя выражения:

(2)

Получим значение скаляра вектора и угла его поворота φв(φ) в фазовой плоскости для однонаправленного вращения роторов механической системы в виде:

, (3)

Из полученных выражений (3) видно, что скаляр вектора суммарного вибрационного воздействия изменятся с низкой частотой , а частота его вращения равна увеличенной частоте . Кроме того, и выражения (3) следует, что имеет место амплитудная модуляция суммарного вибрационного воздействия и постоянная частота его вращения в фазовой плоскости φв(φ). Таким образом, для передач с гибкой связью и зубчатых передач с внутренним зацеплением характерно быстрое вращение суммарного вектора вибрационного воздействия , с медленным изменением его величины. Неравномерность износа контактирующих поверхностей элементов опор вращения механической системы носят достаточно равномерный характер. На рис.1,а представлен фазовый портрет суммарного вибрационного воздействия при однонаправленном вращении звеньев механической передачи в зависимости от угла его поворота φв(φ) в фазовой плоскости (n=1, m=3, A=1).

а) б)

Рис.1 Фазовые портреты суммарного вибрационного воздействия:

а) для однонаправленного вращения звеньев;

б) для разнонаправленного вращения звеньев.

При разнонаправленном вращении ведущего и ведомого звеньев механической передачи выражение для вибрационных воздействий по осям симметрии контролируемого изделия X и Y при равных амплитудах суммируемых гармоник будут иметь следующий вид:

(4)

Тогда значение скаляра вектора и угла его поворота φв(φ) в фазовой плоскости для разнонаправленного вращения роторов механической системы, примут следующий вид:

, (5)

Таким образом, скаляр вектора суммарного вибрационного воздействия меняется с большей частотой , а вращение его происходит с малой частотой . Одноступенчатая зубчатая передача имеет переменный характер динамического процесса. Концентрации вибрационного воздействия имеют место в определенных угловых областях, что может привести к формированию локальных дефектов в контролируемом изделии. На рис.1,б представлен фазовый портрет суммарного вибрационного воздействия при разнонаправленном вращении звеньев механической передачи в зависимости от угла его поворота φв(φ) в фазовой плоскости (n=1, m=3, A=1).

Таким образом, в механическом приводе с двумя источниками вибрации максимальное вибрационное воздействие равно сумме амплитуд суммируемых составляющих вибрации, и в зависимости от направления вращения роторов в механических системах существенно меняется характер динамического процесса.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle