Please use this identifier to cite or link to this item: http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/43667

Title: Determination of dynamic characteristics of the centrifuge shaft
Other Titles: Визначення динамічних характеристик валу центрифуги
Authors: Лавренко, Ярослав Іванович
Сидора, Тетяна Віталіївна
Сущенко, Максим Сергійович
Lavrenko, Iaroslav
Sydora, Tetiana
Sushchenko, Maksym
Affiliation: Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна
National Technical University of Ukraine «Ihor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute», Kyiv, Ukraine
Bibliographic description (Ukraine): Lavrenko I. Determination of dynamic characteristics of the centrifuge shaft / Iaroslav Lavrenko, Tetiana Sydora, Maksym Sushchenko // Scientific Journal of TNTU. — Tern. : TNTU, 2023. — Vol 112. — No 4. — P. 32–40.
Bibliographic description (International): Lavrenko I., Sydora T., Sushchenko M. (2023) Determination of dynamic characteristics of the centrifuge shaft. Scientific Journal of TNTU (Tern.), vol. 112, no 4, pp. 32-40.
Is part of: Вісник Тернопільського національного технічного університету, 4 (112), 2023
Scientific Journal of the Ternopil National Technical University, 4 (112), 2023
Journal/Collection: Вісник Тернопільського національного технічного університету
Issue: 4
Volume: 112
Issue Date: 19-Dec-2023
Submitted date: 29-Sep-2023
Date of entry: 21-Jan-2024
Publisher: ТНТУ
TNTU
Place of the edition/event: Тернопіль
Ternopil
DOI: https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2023.04.032
UDC: 539.3
Keywords: центрифуга
власні частоти
власні форми
діаграма Кемпбела
KISSsoft
centrifuge
natural frequencies
natural forms
Campbell diagram
KISSsoft
Number of pages: 9
Page range: 32-40
Start page: 32
End page: 40
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
URI: http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/43667
ISSN: 2522-4433
Copyright owner: © Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2024
URL for reference material: https://doi.org/10.1007/0-387-28687-X
https://doi.org/10.1016/j.mechrescom.2008.05.002
https://doi.org/10.1006/jsvi.2000.3394
https://doi.org/10.1016/S0022-460X(03)00784-3
https://doi.org/10.1016/j.chaos.2004.12.014
https://doi.org/10.1016/j.jsv.2005.03.008
https://doi.org/10.1299/jsdd.2.715
https://doi.org/10.1016/j.jsv.2007.04.016
https://doi.org/10.1016/j.jsv.2008.02.047
https://doi.org/10.1007/978-94-007-0020-8_4
https://doi.org/10.1016/0022-460X(92)90708-6
https://doi.org/10.1016/S0094-114X(97)00056-6
References (Ukraine): 1. Fischer J., Strackeljan J. Stability analysis of high speed lab centrifuges considering internal damping in rotor-shaft joints/ Technische mechanik, Band 26, Heft 2, 2006, p. 131–147.
2. Genta G. Dynamics of Rotating Systems/Springer New York, NY. https://doi.org/10.1007/0-387-28687-X
3. Guskov M., Sinou J.-J., Thouverez F. Multi-dimensional harmonic balance applied to rotor dynamics. Mechanics Research Communications. 35. 2008. P. 537–545. https://doi.org/10.1016/j.mechrescom.2008.05.002
4. Diken H. Non-linear vibration analysis and subharmonic whirl frequencies of the Jeffcott rotor model. Journal of Sound and Vibration. 2001. 243 (1). P. 117–125. https://doi.org/10.1006/jsvi.2000.3394
5. Бабенко A., Лавренко Я., Штракельян Є. Дослідження руху лабораторної центрифуги як багато масової системи. Вісник НТУУ «КПІ». Машинобудування. 2013. Вип. 68. С. 186–194.
6. Genta G. On the stability of rotating blade arrays. Journal of Sound and Vibration. 273. 2004. P. 805–836. https://doi.org/10.1016/S0022-460X(03)00784-3
7. Harsha S. P. Nonlinear dynamic analysis of an unbalanced rotor supported by roller bearing. Chaos, Solitons and Fractals. 26 (1). 2005. P. 47–66. https://doi.org/10.1016/j.chaos.2004.12.014
8. Strackeljan J., Babenko A., Lavrenko Ia. Necessary conditions of stability moving parts of rotor centrifuge. Journal of Mechanical Engineering of the National Technical University of Ukraine Kyiv Polytechnic Institute. 2014. No. 72. P. 18–23.
9. Harsha S. P. Nonlinear dynamic analysis of a high-speed rotor supported by rolling element bearings. Journal of Sound and Vibration. 290. 2006. P. 65–100. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2005.03.008
10. Ishida Y., Inoue T., Kagawa T., Ueda M. Nonlinear Analysis and Experiments on Torsional Vibration of a Rotor with a Centrifugal Pendulum Vibration Absorber. Journal of System Design and Dynamics. Vol. 2. No. 3. 2008. https://doi.org/10.1299/jsdd.2.715
11. Young T.H. et al. Dynamic stability of rotor-bearing systems subjected to random axial forces. Journal of Sound and Vibration. 305. 2007. P. 467–480. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2007.04.016
12. Бабенко A., Лавренко Я., Куренков М. Вплив гіроскопічних ефектів на коливання валу центрифуги. Вісник НТУУ «КПІ». Машинобудування. 2012. Вип. 65. С. 166–174.
13. H. F. de Castro et al. Whirl and whip instabilities in rotor-bearing system considering a nonlinear force model. Journal of Sound and Vibration. 317. 2008. P. 273–293. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2008.02.047
14. Lee C.-W. Evolution of Frequency-Speed Diagram in Rotating Machinery. IUTAM Symposium on Emerging Trends in Rotor Dynamics, 2009. https://doi.org/10.1007/978-94-007-0020-8_4
15. Genta G. A fast model technique for the computation of the Campbell diagram of multi-degree-of-freedom rotors. Journal of Sound and Vibration. 1992. 155 (3). P. 385–402. https://doi.org/10.1016/0022-460X(92)90708-6
16. Rao J. S., Shiau T. N., Chang J. R. Theoretical analysis of lateral response due to torsional excitation of geared rotors. Mech. mach. Theory. Vol. 33. No. 6. 1998. P. 761–783. https://doi.org/10.1016/S0094-114X(97)00056-6
17. Лавренко Я., Кравченко В., Сидора Т. Проектування механічних передач в програмному комплексі Kisssoft: навчальний посібник. Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023. 73 с.
References (International): 1. Fischer J., Strackeljan J. Stability analysis of high speed lab centrifuges considering internal damping in rotor-shaft joints/ Technische mechanik, Band 26, Heft 2, 2006, p. 131–147.
2. Genta G. Dynamics of Rotating Systems/Springer New York, NY. https://doi.org/10.1007/0-387-28687-X
3. Guskov M., Sinou J.-J., Thouverez F. Multi-dimensional harmonic balance applied to rotor dynamics. Mechanics Research Communications. 35. 2008. P. 537–545. https://doi.org/10.1016/j.mechrescom.2008.05.002
4. Diken H. Non-linear vibration analysis and subharmonic whirl frequencies of the Jeffcott rotor model. Journal of Sound and Vibration. 2001. 243 (1). P. 117–125. https://doi.org/10.1006/jsvi.2000.3394
5. Babenko A., Lavrenko Ia., Strackeljan J. Investigation of laboratory centrifuge motion as multibody system. Journal of Mechanical Engineering of the National Technical University of Ukraine Kyiv Politechnic Institute. 2013. No. 68. P. 186–194. [In Ukrainian].
6. Genta G. On the stability of rotating blade arrays. Journal of Sound and Vibration. 273. 2004. P. 805–836. https://doi.org/10.1016/S0022-460X(03)00784-3
7. Harsha S. P. Nonlinear dynamic analysis of an unbalanced rotor supported by roller bearing. Chaos, Solitons and Fractals. 26 (1). 2005. P. 47–66. https://doi.org/10.1016/j.chaos.2004.12.014
8. Strackeljan J., Babenko A., Lavrenko Ia. Necessary conditions of stability moving parts of rotor centrifuge. Journal of Mechanical Engineering of the National Technical University of Ukraine Kyiv Polytechnic Institute. 2014. No. 72. P. 18–23.
9. Harsha S. P. Nonlinear dynamic analysis of a high-speed rotor supported by rolling element bearings. Journal of Sound and Vibration. 290. 2006. P. 65–100. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2005.03.008
10. Ishida Y., Inoue T., Kagawa T., Ueda M. Nonlinear Analysis and Experiments on Torsional Vibration of a Rotor with a Centrifugal Pendulum Vibration Absorber. Journal of System Design and Dynamics. Vol. 2. No. 3. 2008. https://doi.org/10.1299/jsdd.2.715
11. Young T.H. et al. Dynamic stability of rotor-bearing systems subjected to random axial forces. Journal of Sound and Vibration. 305. 2007. P. 467–480. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2007.04.016
12. Babenko A., Lavrenko Ia., Kurenkov N. Influence of gyroscopic effect on fluctuations of the centrifuge shaft/ Journal of Mechanical Engineering of the National Technical University of Ukraine Kyiv Polytechnic Institute. 2012. No. 65. P. 166–174. [In Ukrainian].
13. H. F. de Castro et al. Whirl and whip instabilities in rotor-bearing system considering a nonlinear force model. Journal of Sound and Vibration. 317. 2008. P. 273–293. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2008.02.047
14. Lee C.-W. Evolution of Frequency-Speed Diagram in Rotating Machinery. IUTAM Symposium on Emerging Trends in Rotor Dynamics, 2009. https://doi.org/10.1007/978-94-007-0020-8_4
15. Genta G. A fast model technique for the computation of the Campbell diagram of multi-degree-of-freedom rotors. Journal of Sound and Vibration. 1992. 155 (3). P. 385–402. https://doi.org/10.1016/0022-460X(92)90708-6
16. Rao J. S., Shiau T. N., Chang J. R. Theoretical analysis of lateral response due to torsional excitation of geared rotors. Mech. mach. Theory. Vol. 33. No. 6. 1998. P. 761–783. https://doi.org/10.1016/S0094-114X(97)00056-6
17. Lavrenko Ia., Kravchenko V., Sydora T. Mechanical transmission design in the Kisssof software complex. Educational manual. Kyiv: Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023. 73 p. [In Ukrainian].
Content type: Article
Appears in Collections:Вісник ТНТУ, 2023, № 4 (112)



Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.