Виброзащита оборудования отрасли: Программа, методические указания и контрольные задания

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Саратовский государственный технический университет

ВИБРОЗАЩИТА ОБОРУДОВАНИЯ ОТРАСЛИ Программа, методические указания и контрольные задания для студентов специальности 260601.65 заочной формы обучения

Одобрено редакционно-издательским советом Саратовского государственного технического университета

Саратов 2009

2

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Курс «Виброзащита оборудования отрасли» является одной из специальных дисциплин, закладывающих фундамент профессиональных знаний для инженера по специальности 260601.65. Цель изучения этой дисциплины – научить студентов правильно решать вопросы защиты оборудования от вибрации, привить им навыки проектирования виброизоляции пищевых машин. В задачи курса входит ознакомление студентов с основами расчета виброизоляции оборудования, привитие умения выбора и размещения виброизоляторов на конкретных примерах машин пищевых производств. Освоение данного курса базируется на знаниях, полученных студентами при изучении ряда предшествующих дисциплин, основными из которых являются «Высшая математика», «Физика», «Теоретическая механика», «Сопротивление материалов» и другие. Курс «Виброзащита оборудования отрасли» изучается студентами заочной формы обучения специальности 260601.65 в 11-м семестре, а установочные занятия проводятся во время летней зачетноэкзаменационной сессии 10-го семестра. Содержание лекционного курса изложено ниже, тематика практических занятий – в рабочей программе курса, разработанной кафедрой «Машины, аппараты пищевых производств и теплотехника». В конце каждой темы программы курса указывается необходимая литература – ее порядковый номер в соответствии с приведенным перечнем. Студенты заочного обучения по мере самостоятельного изучения теоретического материала курса должны, в соответствии с учебным планом, выполнить в 11-м семестре и прислать на рецензию преподавателю одну контрольную работу. Контрольные задания и методические указания по их выполнению приведены ниже. К экзаменационной сессии в 11-м семестре допускаются лишь студенты, справившиеся с выполнением данной контрольной работы. Итоговой отчетностью по курсу «Виброзащита оборудования отрасли» является зачет. Основными путями изучения курса студентами заочной формы обучения являются самостоятельная работа над рекомендуемой литературой, а также посещение установочных и обзорных лекций, практических занятий и консультаций, организуемых для студентовзаочников в период зачетно-экзаменационной сессии 10 и 11-го семестров. Студентам рекомендуется вести конспекты, куда следует записывать и вопросы, на которые не были найдены ответы при самостоятельном изучении курса, с тем, чтобы выяснить их во время консультации или беседы с преподавателем. 3

ПРОГРАММА ЛЕКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА КУРСА (наименование тем курса и их содержание) 11-й семестр Тема 1. Вводная часть. Тенденции развития пищевого оборудования. Необходимость учета влияния динамических нагрузок, возникающих в элементах конструкций машин.ё Содержание курса, его значение. Связь курса с другими дисциплинами. Роль отечественной науки в развитии вопросов виброзащиты оборудования [1]. Тема 2. Основные положения теории колебаний упругих механических систем. Понятие о механических колебаниях и вибрации. Периодические и непериодические колебания. Гармонические колебания. Амплитуда, круговая (угловая) и техническая частота колебаний. Период колебаний. Классификация колебаний по форме колеблющихся объектов, по характеру деформаций, по характеру возбуждения (происхождению), по числу степеней свободы. Выбор расчетной схемы конструкции [2-4].

I Тема 3. Колебания систем с одной степенью свободы («одномассовых» систем). Уравнение движения упругой механической системы с одной степенью свободы. 3.1. Собственные (свободные) колебания «одномассовых» систем без учета сил трения. Понятие о консервативных системах. Собственные линейные колебания систем с одной степенью свободы, уравнение их колебательного движения. Жесткость механической системы – ее упругая постоянная. Коэффициенты жесткости и круговая частота собственных колебаний для простейших случаев упругих механических систем: невесомый упругий стержень с подвешенной на конце сосредоточенной массой, невесомая упругая пружина с подвешенной на конце сосредоточенной массой, невесомая гибкая балка, загруженная в пролете сосредоточенной массой [2, 3]. 3.2. Собственные колебания «одномассовых» систем с линейным затуханием. Закон движения груза при его свободных колебаниях с затуханием в условиях вязкого трения. Дифференциальное уравнение движения. Угловая частота свободных затухающих колебаний. Амплитуда затухающих колебаний. Логарифмический декремент затуханий [2-4]. 4

3.3. Собственные крутильные колебания «одномассовых» систем. Понятие о крутильных колебаниях упругих систем. Дифференциальное уравнение движения собственных крутильных колебаний систем с одной степенью свободы. Приведение ступенчатого вала к эквивалентному валу. Крутильные колебания вала с двумя концевыми массами [2-4]. 3.4. Вынужденные колебания «одномассовых» систем. Понятие о возмущающей (вынуждающей) силе, изменяющейся по гармоническому закону. Амплитуда возмущающей силы. Вынужденные колебания. Уравнение движения для «одномассовых» упругих систем при действии возмущающей силы в условиях вязкого трения. Амплитуда вынужденных колебаний. Коэффициент динамического усиления амплитуды. Понятие о резонансе. Критическая частота возмущающей силы. Динамические напряжения в упругих элементах колеблющейся системы [2-4]. Тема 4. Колебания систем с несколькими степенями свободы («многомассовые» системы). Способы определения частот собственных колебаний многомассовых систем. Приближенные методы определения основной (низшей) частоты собственных колебаний многомассовых систем. Энергетический метод (метод Рейли). Точное и приближенное значения собственной частоты колебаний многомассовой системы по методу Рейли [2-4]. Тема 5. Изгибные колебания вращающихся валов. Динамическая неустойчивость вращающихся валов. Критическая скорость вращения вала. Рекомендации относительно величины рабочей угловой скорости жесткого и гибкого валов. Явление самоцентрирования. Понятие о гироскопическом эффекте вращающейся массы. Положительная и отрицательная прецессия [2-4]. Тема 6. Снижение виброактивности машин (виброзащита оборудования). Уменьшение виброактивности машин за счет ограничения эксцентриситета вращающихся масс и осуществления их балансировки, повышения точности изготовления и сборки деталей, установки упругих опор для гибких валов и т.п. Виброизоляция машин. Активная и пассивная виброизоляция. Передача силы на основание. Динамическая составляющая этой силы. Амплитуда динамической силы. Коэффициент передачи силы на основание. Условие активной виброизоляции [1-4]. 5

Тема 7. Выбор и размещение виброизоляторов. Типы виброизоляторов: металлические (пружинные), резиновые, комбинированные. Преимущества и недостатки, области использования различных типов виброизоляторов. Выбор типа виброизоляторов. Рекомендации по размещению виброизоляторов [1, 4]. Тема 8. Расчет виброизоляции машин при опирании виброизоляторов на жесткое основание (фундамент с бесконечно большой массой). Расчет основных параметров виброизоляции – круговой частоты вынужденных колебаний, амплитуды возмущающей силы, коэффициента передачи силы на основание, критической частоты колебаний, необходимой массы постамента, необходимой жесткости проектируемых виброизоляторов. Механический расчет виброизоляторов. Определение расчетной нагрузки на один амортизатор. Поверочный расчет виброизоляции [l, 4]. Тема 9. Расчет виброизоляции машин при опирании фундамента на упругое основание (грунт). Вынужденные колебания машины, установленной посредством виброизоляторов на фундамент, опирающийся на упругое основание (грунт) – колебания двухмассовой системы. Понятие об удельной жесткости грунта. Коэффициент амортизации – характеристика эффективности виброизоляции. Условие, которому должна удовлетворять масса фундамента. Порядок расчета виброизоляции [1, 4]. Тема 10. Расчет виброизоляции машин, устанавливаемых на балках междуэтажных перекрытий. Допущения при приближенном решении задачи. Сведение ее решения (расчетной схемы) к случаю опирания фундамента на упругое основание (грунт) [1, 4]. ЛИТЕРАТУРА 1. Соколов В.И. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств / В.И. Соколов. М.: Машиностроение, 1983. 447 с. 2. Бидерман В.Л. Теория механических колебаний / В.Л. Бидерман. М.: Высшая школа, 1980. 408с. 3. Канторович З.Б. Основы расчета химических машин и аппаратов / З.Б. Канторович. М.: Машиностроение, 1960. 743 с. 4. Кольман-Иванов Э.Э. Конструирование и расчет машин химических производств / Э.Э. Кольман-Иванов. М.: Машиностроение, 1985. 406 с. 6

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ Задания к контрольной работе представлены в десяти вариантах. Выбор номера варианта контрольной и работы производится студентом по последней цифре шифра его зачетной книжки. Если шифр оканчивается нулем, то выполняется 10-й вариант работы. К оформлению контрольной работы предъявляются следующие требования. Задание должно быть выполнено полностью. Работа должна быть написана чернилами, разборчивым почерком на страницах ученической тетради. На каждой странице необходимо оставить поля размером 25-30 мм для замечаний рецензента. Расчетные схемы и рисунки должны выполняться карандашом четко, с использованием чертежных принадлежностей. В конце работы дается перечень использованной литературы, а в ее тексте должны быть ссылки на указанные литературные источники. Титульный лист работы заполняется по форме, указанной в приложении. На последней странице ставится дата выполнения контрольной работы и подпись исполнителя. Контрольная работа, оформленная с нарушением указанных требований, к рассмотрению не принимается. Срок выполнения контрольной работы устанавливается планом-графиком учебного процесса. Контрольная работа рецензируется преподавателем. Каждый студент-заочник по результатам выполненной контрольной работы и в соответствии с замечаниями к ней должен пройти собеседование с преподавателем до начала зачетно-экзаменационной сессии (для иногородних студентов допускается прохождение собеседования во время сессии). В случае отрицательной рецензии студент должен переработать задание и представить его на повторную рецензию, по результатам которой пройти собеседование с преподавателем. ЗАДАНИЯ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ Задача. Механизированная центрифуга опирается на ZА амортизаторов. Ротор центрифуги массой mP совершает n оборотов в минуту с наибольшим эксцентриситетом e, мм. Время разгона ротора до заданного числа оборотов составляет t, c, масса машины вместе с ротором – mM. Допускаемая амплитуда вынужденных колебаний упругой механической системы [Ав]=0,05 мм. По данным одного из вариантов рассчитать амортизаторы для центрифуги.

7

Указание: при решении задачи колебаниями фундамента пренебречь, т.е. принять расчетную схему для одномассовой системы, колеблющейся под воздействием возмущающей силы Р(Н) с частотой вынужденных колебаний Ω (paд).

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ Номер варианта Параметры центрифуги Число амортизаторов, ZA Масса ротора, mр (кг)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

3 40

3 44

4 48

4 52

4 56

5 60

5 64

6 68

6 72

6 76

Число оборотов ротора, n (об/мин) Эксцентриситет ротора, е(мм)

1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 0,38 0,36 0,34 0,32 0,30 0,26 0,22 0,18 0,14 0,10

8 10 12 14 16 18 20 22 24 Время разгона ротора, t (c) 6 360 380 420 450 480 500 540 560 580 600 Масса всей машины, mм (кг) Отношение максимальной 7 9 10 12 12 15 15 15 20 20 амплитуды вынужденных колебаний (при резонансе) к амплитуде вынужденных колебаний в рабочем max

режиме машины, А в

/ Ав

Отношение диаметра пружины к диаметру проволоки ее витков,

7

6

6

5

5

5

5

5

5

5

С=D/d Допускаемое напряжение 200 200 200 160 160 140 140 120 120 100 для материала пружины на кручение, [τ кр], МПа

8

ПРИЛОЖЕНИЕ

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Саратовский государственный технический университет

Кафедра «МАШИНЫ, АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ И ТЕПЛОТЕХНИКА»

Дисциплина «ВИБРОЗАЩИТА ОБОРУДОВАНИЯ ОТРАСЛИ»

Контрольная работа №_____________ Студент__________________________ Шифр №_________________________ Домашний адрес__________________

20.... г. 9

ВИБРОЗАЩИТА ОБОРУДОВАНИЯ ОТРАСЛИ Программа, методические указания и контрольные задания Составили: ЗАБРУДСКИЙ Владимир Тихонович НИКИТИН Андрей Иванович Рецензент Г.И. Старшов Редактор Н.Н. Крылова

Подписано в печать 02.06.09 Формат 60х84 1/16 Бум. офсет. Усл. печ. л. 0,69 (0,75) Уч.-изд. л. 0,6 Тираж 100 экз. Заказ 294 Бесплатно Саратовский государственный технический университет 410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Отпечатано в РИЦ СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77

10