Determination of dynamic characteristics of the centrifuge shaft

Abstract

Наведено результати моделювання динамічних характеристик валу на прикладі реальної лабораторної центрифуги PICO21 із застосуванням програмного комплексу KISSsoft як багатомасової системи. Представлена розрахункова модель враховує вал лабораторної центрифуги, ротор у якому розміщуються мензурки з речовинами різної фракції, анкера та статора. Отримані значення порівнювали з результатами, отриманими аналітичним та експериментальним шляхом. Аналітично власні частоти коливань валу центрифуги розраховували з застосуванням рівняння Лагранжа другого роду для динамічної моделі як багатомасової системи, оскільки існуючі методи визначення динамічних характеристик спрощені, розрахунки проводили як для одномасових систем та засновані на теоремі про кінетичний момент, що, у свою чергу, не описує реальну модель центрифуги, оскільки не враховує вплив усіх тіл, які створюють вібрації в конструкції. Представлена розрахункова модель враховує також вплив гіроскопічних ефектів, які виникають у результаті роботи лабораторної центрифуги. В результаті розрахунків побудовано діаграму Кемпбелла, яка відображає залежність власних частот коливань від швидкості обертання. Також, у свою чергу, використовуючи побудовану діаграму, можна визначити резонансні частоти, що надає можливість встановити до- та післярезонансні зони стійкої роботи центрифуги. Результати показали збіжність отриманих аналітичних та експериментальних даних, у свою чергу, результати, отримані за допомогою програмного комплексу KISSsoft мають завищені значення. Для перевірки достовірності отриманих значень виконано визначення власних частот коливань методами теорії коливань шляхом застосування методу сил, методу Донкерлі та методу Релея. Проведено порівняльний аналіз отриманих результатів. У результаті аналізу встановлено, що метод Релея дає завищені значення власних частот коливань у порівнянні з іншими методами. Власні форми коливань валу лабораторної центрифуги розраховували за допомогою представлених у роботі методів теорії коливань та програмного комплексу KISSsoft. Результати розрахунків показали схожу залежність, що підтверджує адекватність результатів моделювання валу

The paper presents the results of modeling the dynamic characteristics of the shaft of a laboratory centrifuge, which were compared with the results obtained analytically and experimentally. The obtained results showed the convergence of analytical and experimental data, in turn, the results obtained with the help of the KISSsoft software complex have overestimated values. The paper also provides determination of natural frequencies and forms of oscillations by the methods of the vibration theory