Глава  Колебательные системы

3.1. Виды колебательных систем

В машинах и механизмах реализуется требуемый закон движения рабочего органа. Но, кроме того, происходят колебательные движения, которые связаны не с рабочим процессом, а возникают сами собой из-за малых деформаций деталей. Детали реальных машин или звенья реальных механизмов – это физические тела, способные деформироваться под действием внешней нагрузки. Поэтому при дви­жении машины или механизма из-за малого деформирова­ния возникают колебания (или вибрация) отдельных то­чек, т. е. движения, дополнительные к основному, рабоче­му, движению машины, движению ее рабочего органа. Они в большинстве случаев вредны, так как приводят к нарушению, искажению закона движения звеньев механизма и вызывают дополнительные динамические нагрузки в кинематических парах и звеньях.

Для изучения колебаний той или иной детали или группы деталей необходимо проанализировать возможные перемещения, связанные с колебательным движе­нием. Общее количество возможных перемещений очень вели­ко. Однако не все перемещения существенны. Во многих случаях характер колебательных перемещений той или иной детали определяется небольшим количеством (одним, двумя, тремя и т. д.) возможных перемещений, которые играют подавляющую роль, тогда как другие несущественны. Поэтому можно рассмотреть только существенные перемещения, остальными же пренебречь.

Например, в общем упругом перемещении сжатия конструкции, состоящей из массивного груза и пружины, участвуют пружина, груз, а также стенка, в которую упирается пружина. Пружина сжимается в продольном направлении, а у груза и стенки возникают местные перемещения от кон­такта с пружиной. Упругие перемещения удли­нения и сокращения пружины играют главную роль, поэтому для описания модели конструкции принимают, что перемещения происходят только за счет растяжения — сжатия пружины, а груз и стенка считаются абсолютно твердыми.

Так получается упрощенный вариант механической колебательной системы - системы, отражающей свойства реальной машины, механизма или конструкции, существенные для той или иной поставленной цели; свойства, имеющие второстепенное значение, не учитываются. При необходи­мости можно получить более сложную механическую сис­тему, построенную для того же самого реального объекта. Но и эту систему можно усложнить. Таким образом, меха­ническая колебательная система это не действительно существующая система, а результат некоторой абстрак­ции, когда не учитывается ряд свойств реального объекта. Все зависит от того, способна ли та или иная упрощенная система отразить искомые свойства объекта. Степень идеа­лизации (или схематизации), которую можно принять, за­висит от требуемой точности анализа объекта.

При построении механической модели и соответствующей механической системы, особенно при изучении реальных машин и конструкций, идеальные элементы в виде абсолют­но твердых тел и идеально упругих пружин, а также и другие элементы, изображаемые идеальными геометрическими фигурами, во многих случаях лишь приближенно от­ражают действительные свойства объектов. От того, какие свойства будут отражены в системе, зависит «полнота» исследования. Задача инженера-исследователя заключается в том, чтобы правильно выбрать степень идеализа­ции в соответствии с тем результатом, который хочется случить. Критерием правильности идеализации, выбора модели и системы является опыт.

Для теоретического анализа прежде всего необходимо установить структуру системы, которая определяется ее конфигурацией, связностью отдельных элементов и числом степеней свободы.