Появление макротрещин

При качении в катке и в том теле, по которому катится каток, возникает переменное напряженное состояние, перемещающееся вместе с точкой касания. Как известно, переменное напряженное состояние в упругом теле вызывает появление колебаний. Эти колебания, возникающие при качении,— затухающие вследствие

Отметим, что учет зазора в подшипниках качения роторов ГТД (где этот зазор делается повышенным из-за конструктивных соображений) может сместить критические режимы более чем на 30%, что больше общепринятого запаса на критические обороты, назначаемого конструкторами при проектировании турбомашин. Более того, не учитывая влияния радиального зазора в подшипниках на динамику ротора, невозможно объяснить появление колебаний ротора с частотами, кратными оборотам ротора (см. осциллограмму на фиг. 95).

Опоры валов в корпусах можно оформлять по-разному; начинающий конструктор шариковые подшипники установит непосредственно в корпусе — ему представляется, что это очень дешево, однако обходится очень дорого. Дело в том, что если расточник при обработке отверстий допустит «провал» отверстия, т. е. сделает его несколько больше, то исправление производить трудно. Одним из методов исправления может быть расточка такого отверстия с последующим впрессовыванием втулки; при нежесткой посадке такой тонкостенной втулки возможно появление колебаний. Отверстия в корпусе следует делать таких размеров (если есть возможность!), чтобы борштанга станка проходила насквозь все отверстия по оси; точность в этом случае наибольшая. При этом в корпус вставляются толстостенные втулки, а внутри них помещаются шарикоподшипники. Все отверстия могут быть одного диаметра, а если по соображениям удобства сборки необходимо перемещать подшипники вдоль оси, то для удобства отверстия делают разного диаметра с уменьшением его на каждой втулке на 2 мм. Если даже отверстия будут обработаны неправильно, то на втулке исправление сделать легко и недорого, так как подобные детали изготовляются на токарных станках. Очень важно предусмотреть, чтобы линейные (вдоль осей корпуса) размеры не имели жестких величин — следует вводить линейные компенсаторы. Но нужно помнить, что компенсатор должен быть жестким и при диаметре 50—70 мм иметь толщину не менее 5—7 мм, чтобы после подрезки по замеренному размеру сборки оставалось 3—5 мм. При диаметрах колец 120—150 мм толщины колец должны быть 10—15 мм.

Основные результаты исследований приведены на рис. 3, 4. Ведомый вал механизма 2 при скоростях ведущего звена га0 <^ ^ 160 об/мин (У3 = 0,041 кгм-с2) обеспечивает почти постоянный и устойчивый выстой (число Ньютона N = MTOp/J3o)a > 0,13). Дальнейшее увеличение га„ (N < 0,13) сопровождается колебаниями ведомого вала механизма во время выстоя (см. рис. 3), которые приводят к уменьшению величины выстоя. На диаграмме скорости ведомого вала <аа=ф1, при этом наблюдаются отрицательные пики на участке выстоя, которые увеличиваются с возрастанием величины ге0. С повышением скорости увеличиваются также динамические нагрузки Мвч, действующие на ведомый вал механизма. Для модели механизма 1(У3 = 0,041 кгм-с2) появление колебаний ведомого вала и возникновение больших динамических нагрузок наблюдается при скоростях пй ^> 70 об/мин (N < 0,81). Расширение верхних пределов именения и0, при которых модели I и II обеспечивают устойчивый выстой, было достигнуто путем увеличения момента сил торможения Л/тор, приложенного к ведомому валу механизма. Однако с повышением Мтор увеличиваются нагрузки Мвм, действующие на ведомый вал. Например, для модели II при увеличении величины Жгор в два раза AfBM возрастает в 1,2-^-1,5 раза.

Дальнейшее повышение частоты возмущающей силы вызовет появление колебаний типа А\, при которых (как и в типе А0) кривые прогибов лопаток почти одинаковы (см. рис. 115, б). Частота колебаний приблизительно соответствует частоте колебаний второго тона лопатки, зажатой в хвостовике и свободной у головки.

Согласно принятым для турбин с постоянной частотой вращения 50 об /сек динамические частоты не долж-ны попадать в следующие интервалы: 92д<310. Для низкочастотных лопаток возможно появление колебаний типов So и AI, вызванное первой группой возмущающих сил. При отстройке следует иметь в виду, что коэффициент В должен быть вычислен по соответствующим фор-

его утратить (например, появление колебаний температур в отдельных узловых точках даже при неизменных во времени условиях теплообмена на поверхности тела и постоянной объемной мощности энерговыделения).

Перемежающееся прихватывание может наблюдаться даже на смазываемых поверхностях вала и уплотнения. Однако в случае смазываемых уплотнений появление колебаний, обусловливаемых прихватыванием манжеты к поверхности вала, не вызывает серьезных затруднений, если только частота прихватывания не совпадает с частотой собственных колебаний манжеты.

Рабочее колесо имеет сложную пространственную конструкцию, обладающую большим числом собственных частот. Гидродинамические возмущения в проточной части гидротурбины имеют не менее богатый спектр частот, обусловленный сложным характером течения. Поэтому возможны случаи, когда отдельные компоненты возмущающих сил окажутся близкими к собственным частотам рабочего колеса. Не исключено также появление колебаний рабочего колеса при срывных и ударных взаимодействиях с потоком, возникновение автоколебаний, параметрических явлений и др.

постоянной времени магнитного усилителя применяют два каскада усиления. В случае же, когда применяется однокаскадный магнитный усилитель с большим коэффициентом усиления, неизбежно появление колебаний внутри регулятора. Чтобы избавиться от этих

До этого уже делалась попытка объяснить появление колебаний в регуляторах скорости различных механизмов. Такая работа, например, была произведена английским астрономом и изобретателем Эри с астрономическими трубами, имеющими механизм для автоматического поворота. Эри заметил, что в некоторых случаях такой механизм работает с нарастающими колебаниями угловой скорости. При помощи очень сложных математических приемов приближенного

Однако изменение числа оборотов вала двигателя вызывает нарушение указанного условия, вследствие чего муфта регулятора перемещается в новое положение равновесия. При рассмотрении вопроса в статических условиях (отбрасывается инерционность движущихся деталей) перемещение муфты точно следует закону изменения числа оборотов, а остановка муфты произойдет в момент установления числа оборотов при новом положении равновесия. В действительности же перемещение муфты (переходный процесс) протекает иначе, так как перемещающиеся детали обладают определенной массой, а движение сопровождается ускорением. Указанные сбстоятельства могут вызвать не только сдвиг фаз изменения числа оборотов вала двигателя и перемещения муфты, но и появление колебаний муфты около нового положения равновесия. Поэтому первой задачей динамического исследования является подбор такой системы регулирования, которая обеспечивала бы установление нового положения равновесия без колебаний (апериодический переходный процесс) или с затухающими колебаниями (периодический затухающий переходный процесс).

Указанные характеристики усталостных свойств определяются для различных стадий развитая макротрещин и полного разрушения. Основными критериями разрушения при определении пределов выносливости и построении кривых усталости являются полное разрушение или появление макротрещин, протяженность которых по поверхности составляет 0,5—1,0 мм. В качестве дополнительных критериев могут применяться резкое падение нагрузки или частоты циклов, значительный рост деформации, резкий подъем температуры, характеристики, обнаруживаемые электрическими, магнитными, ультразвуковыми и другими методами. Разумеется, о пределах намеченной серии испытаний критерии разрушения должны быть одинаковыми.

Основные критерии разрушения при построении кривых усталости—полное разрушение образца или появление макротрещин протяженностью 0,1—0,5 мм. Трещины следует измерять в нагруженном состоянии в полуцикле растяжения.

- появление макротрещин при циклическом нагружении.

— появление макротрещин при циклическом нагружении.

Методика расчета резьбовых соединений на малоцикловую прочность при долговечностях 10° — 106 регламентируется нормами [11]. В основу принятых в нормах методов расчета положены принципы оценки прочности по предельным состояниям (см. гл. 2): разрушение, пластическая деформация по всему сечению детали, потеря устойчивости, возникновение остаточных изменений формы и размеров, приводящее к невозможности эксплуатации конструкции, появление макротрещин при циклическом нагружении. При выборе основных размеров резьбовых соединений, изготовляемых из материалов с отношением предела текучести cr0j2 к пределу прочности 0Ь, не превышающим 0,6, в качестве характеристики предельного напряжения принимается предел текучести. Запас прочности по пределу текучести rc0i2 = 1,5. В случае изготовления соединений из сталей с <зй^1оъ ^> 0,6 в качестве характеристики предельного напряжения принимается предел прочности и запас прочности па = 2,6. $ Расчет на циклическую прочность [11, 12] проводится по амплитудам приведенных условных упругих напряжений цикла оа> равным половине произведения размаха местной деформации на модуль упругости при расчетной температуре.

Цикличность нагружения с соответствующими скоростями, температурами и длительностями при одновременном изменении механического поведения применяемых конструкционных металлов приводит к тому, что и размеры зон пластичности, и величины местных напряжений и деформаций в этих зонах становятся переменными в процессе нагружения, существенно усложняя расчетное и экспериментальное определение поцикловой кинетики напряженно-деформированных состояний и достижения соответствующих предельных состояний. Сами виды предельных состояний оказываются зависящими от конструктивных форм, материалов, условий эксплуатации, уровня дефектоскопического контроля. Основными видами предельных состояний для указанных выше машин и конструкций и условий нагружения являются образование однократных недопустимых деформаций (за счет упругопластических деформаций и деформаций ползучести), потеря устойчивости, образование однократного разрушения (вязкого или хрупкого), появление макротрещин циклического нагружения, возникновение разрушения вследствие циклического развития трещин, возникновение остаточных изменений формы вследствие повторных неупругих деформаций. Первые три вида предельных состояний в значительной степени базируются на анализе номинальной напряженности преимущественно от механических нагрузок в упругой и упругопластической области и получили достаточное отражение в исследованиях и расчетах несущей способности [2—4]; три последних вида предельных состояний предполагают изучение кинетики местных напряжений и деформаций в нелинейной циклической постановке. Систематические исследо-

Основными критериями разрушения при определении пределов выносливости и построения кривых усталости являются полное разрушение или появление макротрещин заданного размера. Для построения кривой усталости и определения предела выносливости, соответствующей вероятности разрушения 50 %, испытывают не менее 15 одинаковых деталей.

— появление макротрещин при циклическом нагружении;

Корпуса современных энергетических установок [1—3] представляют собой ответственные и сложные конструкции, к надежной работе которых предъявляются специальные требования. В соответствии с нормами [4] оценка их прочности проводится по таким предельным состояниям, как пластическая деформация или деформация ползучести по всему сечению, появление макротрещин при циклическом нагрушении, разрушение (вязкое и хрупкое) и др. При проведении поверочного расчета, позволяющего уточнить геометрическую форму конструкции и определить допускаемое число циклов нагружения и ресурс эксплуатации, напряжения рассчитываются, как правило, в предположении упругого поведения материалов и в том случае, если они по расчету превышают предел текучести материала; местные напряжения и деформации в зонах концентрации в упру-гопластической области определяются через номинальные и местные в упругой области. При этом для удобства выполнения расчетов, принятых в инженерной практике, вместо упруго-пластических деформаций рассматриваются условные упругие напряжения, равные произведению этих деформаций на модуль упругости [4].

Основными критериями при определении пределов выносливости и построении кривых усталости являются полное разрушение или появление макротрещин заданного размера.