Главная
Лекция 7. Виброзащита машин и механизмов.
Как отмечалось
ранее, при движении механической системы под действием внешних сил в ней возникают
механические колебания или вибрации. Эти вибрации оказывают влияние на
функционирование механизма и часто ухудшают его эксплуатационные
характеристики: снижают точность, уменьшают КПД и долговечность машины,
увеличивают нагрев деталей, снижают их прочность, оказывают вредное воздействие
на человека-оператора. Если не удается уравновесить и сбалансировать отдельные
звенья и механизм в целом, то для снижения влияния вибраций используют
различные методы борьбы с вибрацией. С одной стороны при проектировании машины
принимают меры для снижения ее виброактивности
(уравновешивание и балансировка механизмов), с другой - предусматриваются
средства защиты как машины от вибраций, исходящих от других машин (для
рассматриваемой машины от среды), так среды и операторов от вибраций данной
машины.
Способы виброзащиты
Основными способами снижения вибрации механизма являются применения:
– демпферов – устройств, предназначенных для увеличения сил сопротивлению колебаниям, зависящих от амплитуд и скорости колебаний; однако этот способ не всегда эффективен и не приводит к желаемым результатам;
– виброзащитных систем, гасящих динамические воздействия на машину путем воздействия дополнительными динамическими нагрузками.
В соответствии с этим существуют два основных способа виброзащиты: виброгашение и виброизоляция.
Виброгашение достигается тем, что к машине присоединяются дополнительные колебательные системы – динамические виброгасители (рис. 7.1).
В общем виде динамический виброгаситель состоит
из виброзащищаемого объекта 1, обладающего массой 
и принудительно
колеблющейся массы 2 величиной 
, соединенных упругими связями (пружинами): между собой – с
жесткостью С2,
между защищаемой массой и рамой машины или фундаментом – с жесткостью С1.
Как правило, 
<
. Соотношения 
и 
, С1 и С2 подбираются такими, чтобы
собственная частота колебаний виброгасителя была равна частоте вынуждающей
внешней силы 
, где р – частота. При этом
виброгаситель должен быть настроен на частоту вынуждающей внешней силы.
Закон
гармонических колебаний имеет вид 
. При этом период колебания 
, частота колебаний 
, где 
– начальная фаза; 
– круговая частота.
Рис.7.1. Принципиальная схема динамического виброгасителя
Пусть на тело массой m, колеблющееся по гармоническому закону, действуют две силы:
– восстанавливающая со стороны пружины 
;
– возмущающая
(например, сила инерции) 
,
или 
.
Так как
система находится в равновесии, то 
, или
, (1)
где круговая (угловая) частота свободных гармонических колебаний системы
При действии
на массу внешней возникающей силы, описываемой законом , уравнение (1) будет иметь вид
.
Уравнение
движения двухмассовой системы (при возмущающей силе,
действующей на массу и равной ) имеет вид
,
где 
и 
– координаты,
отсчитываемые от положения статического равновесия; 
и 
– коэффициенты
жесткости пружины.
Для виброгашения массы используют явление антирезонанса, заставляя колебаться в противофазе к
защищаемой массе. Для этого определяют величины 
и из условия 
.
Недостатком способа является то, что виброгаситель действует только при неизменной частоте колебаний защищаемого объекта. Изменение его частоты резко увеличивает вибрацию и требует новой настройки виброгасителя.
Чувствительность виброгасителя к изменению частоты защищаемого объекта будет не так велика, если виброизоляторы обладают значительным трением путем введения в систему демпферов (амортизаторов).
Виброизолятор состоит из упругого элемента и амортизатора (рис.7.2).
Рис. 7.2. Принципиальная схема виброизолятора
Виброизолятор имеет коэффициент демпфирования 
.
Уравнение движения колеблющейся системы имеет вид
,
(2)
где Q – обобщенная реакция амортизатора.
Решая уравнение (2) движения системы, находят величину Q, а по ней подбирают амортизатор с нужной характеристикой.
- Как определить в общем случае неуравновешенную силу, действующую на станину механизма?
- Как определить неуравновешенный момент сил, действующий на станину механизма?
- Что вызывают силы, возникающие при соударении колеса подвижного состава с рельсом?
- К какому виду воздействий на механическую систему относятся линейные перегрузки?
- Почему при ускоренном движении вагона элементы конструкции кузова и рамы совершают гармонические колебания?
- Назовите колебания кузова вагона, возникающие при его движении по рельсовому пути, имеющему волнообразные неровности. В чем причина этих колебаний?
- Почему при изучении вынужденных колебаний механической системы предварительно рассматривают ее собственные колебания?
- Какие дополнительные колебания возникают при перевозке сыпучих и жидких грузов? Назовите причину этих колебаний.
- Как влияет жесткость рессорного подвешивания на частоту собственных колебаний кузова вагона?
- Как влияет положение центра тяжести вагона на частоту колебаний?
- Влияет ли величина момента инерции вагона на частоту колебаний?
- Раскройте полезные и вредные свойства вибраций.
- В чем состоит явление резонанса и его опасность для механизмов и машин?
- Какими способами достигается уменьшение интенсивности колебаний объекта виброзащиты?
- Какой механизм называется уравновешенным? Цель уравновешивания механизмов?
- Расскажите о целях и методах виброзащиты машин и механизмов ?
- Проанализируйте силовое взаимодействие двух тел, к одному из которых приложена внешняя сила изменяющаяся по гармоническому закону ?
- Что означает термин "демпфирование"?
- Какие технические средства используются для принудительного гашения колебаний?
- Каково назначение и принцип работы основных типов гасителей колебаний?
- Что такое виброизоляция? Основные задачи виброизоляции?
- Определите область эффективности виброизолятора ?
- Определите область эффективности динамического гасителя ?
- Как осуществляется настройка динамического гасителя ?
email: KarimovI@rambler.ru
Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21
Теоретическая механика Сопротивление материалов
Прикладная механика Детали машин Строительная механика
