機(jī)械社區(qū)
標(biāo)題:
估算裝配部件沖擊載效應(yīng)
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作者:
偉光
時(shí)間:
2016-12-3 22:39
標(biāo)題:
估算裝配部件沖擊載效應(yīng)
本帖最后由 偉光 于 2016-12-3 22:43 編輯
- I6 ^% Z3 t( }' p$ l% c
* ]+ `) g5 N j5 }
三代核電壓水堆采用非能動(dòng)安全策略，
, n5 K% @% }# E6 y
采用無軸封的屏蔽式核主泵，
) s' U: O y7 h2 b: A
核主泵為一回路壓力邊界，
: r" }: G/ k3 q) \6 l1 W% C9 c, W
推力軸承為水潤滑，
9 {2 l0 ]# m* `# ^+ \( K7 j
惰轉(zhuǎn)飛輪與推力盤復(fù)合結(jié)構(gòu)，
5 S: i3 M% x) \( v
推力瓦往往為石墨或碳碳復(fù)合材料，不耐沖擊
- s- I0 p# i) J$ D/ q
在設(shè)計(jì)階段如何估算安裝時(shí)安全落入高度？
& L* q+ C y: e2 G2 G- d" }
[attach]408224[/attach]
7 @9 l- \. I$ z0 J9 |7 G4 J
上圖的物理模型可以進(jìn)一步簡化為下圖碰撞數(shù)學(xué)模型
9 L* T Z' F5 q9 H( f9 ^
[attach]408225[/attach]
1 p. r( t, V4 u1 @3 j0 U0 _
推力瓦的數(shù)量為n，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量抽象為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)m，轉(zhuǎn)子下降速度為v，
4 ]' u8 U: U/ P1 @7 s$ X Q
推力盤距離推力瓦的高度為h，推力瓦簡化一個(gè)兩點(diǎn)簡支梁，
5 k5 d5 l8 R0 O3 n! } z
并且做以下假設(shè)：
' D1 n7 E: I! t5 L0 w
a、不考慮推力盤在軸向的微小偏轉(zhuǎn)
7 d% _+ T6 R$ b6 d! s5 J |
b、不考慮推力瓦之間載荷不均勻性
- I/ F( b6 d8 ]2 x+ M d) g
c、不考慮推力瓦具體限位結(jié)構(gòu)帶來的周向和徑向微小偏轉(zhuǎn)
1 v) s: F8 S+ P4 [2 j) }: p4 ]
d、假設(shè)推力軸承為剛性支撐，沖擊過程推力盤變形折算至推力瓦處，
6 [ m( U8 `; J( u1 t# g4 l% w
e、假設(shè)被沖擊的推力瓦重量與轉(zhuǎn)子重量相比很小而且可忽略不計(jì)，
4 R. I+ ?* }: j2 Y, y1 z
這個(gè)時(shí)候轉(zhuǎn)子與推力瓦接觸后，可認(rèn)為附著與推力瓦上而成為一個(gè)系統(tǒng)，
( d7 ^8 }: r- J# k6 i
在隨后的過程中轉(zhuǎn)子沿著沖擊方向的運(yùn)動(dòng)即可用一個(gè)單自由度系統(tǒng)的彈性擾動(dòng)來模擬：
5 u. V/ v Z4 ]' i$ O" [5 s
( o' _' t: |! @: W! {. e
（dangdangdang，敲下黑板）
: q& S6 Z0 Q. V6 f1 _5 n, f2 i5 z4 |
& b. V# f7 n) l1 N" U5 a* q8 S
/ \% p# y9 W8 o1 z2 H7 z
力的本質(zhì)是什么？相互作用，慣性系中的相互作用，
8 T9 D9 r! R% r5 _# m. h
在這個(gè)碰撞工況下，梁的變形應(yīng)力F1，就是相互作用，
~, q! j& f. w7 c0 T- w
碰撞物所在的慣性體系中的等效力F2=Ma.
9 Q; g C0 v! h
* h7 n) ?- n) |! E4 h$ s5 d
6 c1 _- X3 ~' R+ E0 g
好啦，沖擊力F=F1+F2，
' B9 {' Q1 O+ y
假設(shè)梁的靜態(tài)變形值為Δ，即位移，
- D4 i' C, P4 T6 T) K
根據(jù)胡克定律F1=k*Δ，k為梁彈性系數(shù)，
1 Y/ l& C0 b8 z D5 }
既然是位移，一階導(dǎo)數(shù)為速度，二階導(dǎo)數(shù)為加速度a，
3 h9 `# \3 W1 W [- x
所以F2=（Δ的二階導(dǎo)）*m/n
, T( h" \7 W- C4 B1 k; e
1 u! l) F2 K u& D- d7 N: L; n! J
. w% ~, ~% P( X) \% q3 R; ]: ^
整理一下：
- q0 o6 z" X8 d; K: ~3 n8 @+ E
[attach]408227[/attach]
- z" v9 a+ A! x3 m6 L4 D# N/ c
$ i8 y: n+ z' I
哦原來是一個(gè)二階微分方程，對(duì)他求解一下：
. Q5 a* R3 p0 K: ?! O2 G
[attach]408228[/attach]
9 m6 e9 T/ o1 N/ I, `) [
4 F$ P5 [% K6 ^3 Z* p' ?! }- p& r
根據(jù)前面假設(shè)，Δ一階導(dǎo)為V0，Δ在0秒時(shí)值為Δ，繼續(xù)簡化為：[attach]408239[/attach]
# K5 D3 B: k W! H6 l( l2 }) p: ]
[attach]408231[/attach]
& K, k" A' t" G1 G. I
, E/ a I! ]0 f6 N% A& x) y" a
在轉(zhuǎn)子插入屏蔽電機(jī)的過程，轉(zhuǎn)子是勻速點(diǎn)動(dòng)下降，
9 u$ h5 Q% L* N) x) S
轉(zhuǎn)子的推力盤在與推力瓦接觸前，初速度為0，
( s* ?- y" e, Z& z
在最后一次點(diǎn)動(dòng)下降之前，推力盤距離推力瓦高度為h；
& q! \/ c8 V2 G) i4 K
在最后一次下降過程中，
) v! w" t, [" c2 J; V: v" t
推力盤與推力瓦即將接觸的一個(gè)微小時(shí)間前數(shù)值為v0，
5 A4 b5 C( |! L* n
轉(zhuǎn)子的重力勢能G轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子動(dòng)能E，根據(jù)能量守恒原則，重力勢能的變化等于下落動(dòng)能的增加。
+ F! h) R3 [, p. m5 B
6 x3 w; s# C; V! z0 Z
[attach]408233[/attach]
0 [- t/ a- l8 B B* Z2 o
2 @# D' d) z/ l( p% v0 y: j
可見，安裝過程中的動(dòng)載荷沖擊是不能簡單忽略的，
9 M" U7 a% O5 u$ i+ [( d
即便推力盤在與推力瓦之間無限接近處初速度為0的狀態(tài)下發(fā)生碰撞，
8 J8 c: H& x+ T' f# T* u1 m" |" V
碰撞產(chǎn)生的沖擊載荷至少為靜載荷的兩倍。
- w6 r; Q) f/ ?2 Y0 Q9 l# f
& n2 [0 E- o, f' \& V) ]
根據(jù)某型核主泵水潤滑推力軸承靜態(tài)載荷變形計(jì)算，累計(jì)等效變形為0.07mm，
4 t. M* t' ?3 x% t6 t) b
6 G6 J- ~* d: b1 K% {. s
& T u2 v) }+ X4 b, Y9 c
某型核主泵推力軸承裝配對(duì)應(yīng)的動(dòng)載荷系數(shù)
8 F ` Q+ I1 }; y! e" C6 E+ F% e5 G
[attach]408234[/attach]
' U1 O! `" \( Z
對(duì)于某型核主泵，轉(zhuǎn)子最后一次下落時(shí)的高度h不同時(shí)，
! H: N( j: Z; h4 T4 K
其動(dòng)態(tài)載荷系數(shù)K變動(dòng)較為明顯，如下圖所示，
3 D7 r3 y* m2 R# ]# |
隨著高度h從0mm增加至100mm，動(dòng)態(tài)載荷系數(shù)從2增加至54.46。
0 d& _# a* {/ m o$ P1 t; l
6 X0 }& U& _: H" b. ]$ m$ B3 ]8 M
[attach]408235[/attach]
$ H' V7 d! M6 K) I8 O5 d
$ Z4 r& i' L5 G+ ]2 o: A* @
核主泵水潤滑推力軸承推力瓦材料一般選用石墨或碳碳復(fù)合材料，
8 D# B. B8 A3 X" w
三代核電瓦面材料的抗折強(qiáng)度一般應(yīng)大于90MPa，
! p' q3 P3 `/ [5 Z
可以根據(jù)最小抗壓強(qiáng)度推算裝配過程發(fā)生沖擊載荷時(shí)轉(zhuǎn)子的最大安裝落入距離hmax；
) {# u3 h6 q* C
瓦面抗折強(qiáng)度為P，最大取值90MPa，此推力瓦面瓦型為階梯型，最大點(diǎn)靜載荷為P0，取值約1.5MPa，
d% V9 P: [1 _
* {5 o( g6 }- [4 Q
[attach]408236[/attach]
6 z7 V' U; |- A2 ^3 R9 L2 P
- I) t" ?5 d+ |/ u' c' ~6 G% J/ N- D8 n
2 Q" U& ~9 X. Z8 h
從上可知，在核主泵推力軸承支撐結(jié)構(gòu)固定時(shí)，
4 ~7 ]9 P7 w) |: m; l: W
瓦面抗折強(qiáng)度增加時(shí)，最大安裝落入距離增加，
# s6 E% l& |! g9 X0 Y* q
瓦面最大點(diǎn)靜載荷增加時(shí)，最大安裝落入距離減小，其分布規(guī)律如下圖所示。
# w6 ^" r' Z; s. o
% Q4 w, h1 k. R4 {; d2 _
[attach]408237[/attach]
( S1 r& X5 l# M: q5 A
7 L/ z7 J3 q; y2 G) C% C
將P=90，P0=1.5代入，可得hmax=121.8mm。
9 m' c8 z4 x2 [5 b( d
根據(jù)以上分析，此核主泵插轉(zhuǎn)子過程中，一旦落入距離大于122mm時(shí)，
! Z* L a. m7 \0 i/ Z+ @
瓦面的局部區(qū)域?qū)l(fā)生部分淺表層脫落，在安裝過程中，推力瓦表面將產(chǎn)生的破碎顆粒。
. n7 }3 n b N
5 Q& B5 }& s5 d# `/ J
可見當(dāng)初速度為0時(shí)，沖擊載荷主要和兩個(gè)因素有關(guān)，靜載荷變形和碰撞距離。
. v3 A! A- r6 o" U8 T
W6 l/ T, I& f H; A
PS：江湖傳言天下武功唯快不破乎？為何武功高手劈樹不砍樹梢，請(qǐng)諸君自解。
' C4 ~6 m1 _5 e4 v( z: T
* c# ]7 t* w* O0 _+ Z8 O0 t) `+ r* I
" Y h/ _2 u9 w8 q
F }1 P( l* G% h! O. B7 M) f
0 W. Q% ]0 f; q" u
作者:
未來第一站
時(shí)間:
2016-12-3 23:25
嘖嘖！連裝配下落高度都要嚴(yán)格計(jì)算！
7 Y6 ?6 |& y y# E6 X# F3 _9 Y- {
相比之下我等都是干粗活的苦力了！
& c% @; |, e# v
謝謝大俠分享！
* ^; [; l+ g( B" {, ~
1 N: |! \- z0 P' A: K/ Q. O
作者:
生存于山水
時(shí)間:
2016-12-4 10:32
敬禮
作者:
454141017
時(shí)間:
2016-12-4 11:47
自由落體動(dòng)能與承接材料的應(yīng)力平衡距離為121.8mm. 計(jì)算出來之后，減半脫手即可無憂。
作者:
pengzhiping
時(shí)間:
2016-12-4 19:34
大俠你在電機(jī)論壇的發(fā)的手寫帖子怎么沒有找到！
作者:
pengzhiping
時(shí)間:
2016-12-4 19:43
向這務(wù)實(shí)的大俠學(xué)習(xí)致敬！
作者:
成形極限
時(shí)間:
2016-12-4 20:04
高手！這才是工程師應(yīng)該干的事情！分析推理循序漸進(jìn)，有理有據(jù)！典型范本
作者:
菜鳥科學(xué)
時(shí)間:
2017-1-3 16:44
高手的帖子差點(diǎn)錯(cuò)過了。
歡迎光臨 機(jī)械社區(qū) (http://www.mg7058.com/)
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