1466
.pdf
П.А. Корчагин
Уравновешивание и виброзащита
b1=l b3
Уa3
b2
|
|
a2 |
|
D |
kN |
a1=0 |
kM |
|
k N |
|
|
|
|
|
|
||
|
DkM |
D2 |
|
|
|
|
r2 |
r3 |
|
||
|
|
S2 |
N |
||
|
|
|
|
S3 |
|
|
|
|
|
|
D3 |
z |
|
r1 |
|
2 |
|
|
S1 |
1 |
3 |
|
|
|
|
|
|
M
D1
Федеральное агентство по образованию
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)
П.А. КОРЧАГИН
УРАВНОВЕШИВАНИЕ И ВИБРОЗАЩИТА
Учебное пособие
Омск Издательство СибАДИ
2006
УДК 621.01 ББК 34.412 К 70
Рецензенты:
канд. техн. наук, доц. А.А. Руппель (ОФ НГАВТ)
канд. техн. наук, доц. Э.А Кузнецов (ОТИИ)
Работа одобрена редакционно-издательским советом академии в качестве учебного пособия.
Корчагин П.А.
Уравновешивание и виброзащита: Учебное пособие. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2006. – 72 с.
Учебное пособие может быть полезно студентам специальностей 190201, 190205, 190601, 190603 при изучении курса теории механизмов и машин, а также аспирантам и преподавателям технических вузов.
Ил. 59. Библиогр.: 13 назв.
ISBN 5-93204-249-4 |
П.А. Корчагин, 2006 |
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
ВВЕДЕНИЕ ......................................................................................................................... |
4 |
1. ИСТОЧНИКИ КОЛЕБАНИЙ И ОБЪЕКТЫ ВИБРОЗАЩИТЫ.................................... |
5 |
1.1. Основные понятия............................................................................................. |
5 |
1.2. Динамические воздействия............................................................................... |
5 |
1.3. Влияние механических воздействий на технические объекты....................... |
8 |
1.4. Влияние вибрации на организм человека........................................................ |
8 |
1.5. Методы и средства вибрационной защиты.................................................... |
10 |
2. УРАВНОВЕШИВАНИЕ РОТОРОВ............................................................................. |
14 |
2.1. Основные понятия........................................................................................... |
14 |
2.2. Виды неуравновешенности роторов............................................................... |
16 |
2.3. Динамическая балансировка роторов при проектировании.......................... |
19 |
2.4. Балансировка изготовленных роторов........................................................... |
21 |
2.5. Уравновешивание гибкого ротора.................................................................. |
23 |
2.6. Станки для статической и динамической балансировки роторов................. |
25 |
3. УРАВНОВЕШИВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ................................................................... |
28 |
3.1. Основные понятия........................................................................................... |
28 |
3.2. Статическое уравновешивание масс плоских механизмов........................... |
28 |
3.3. Уравновешивание сил в механизмах.............................................................. |
31 |
3.3.1. Уравновешивание сил на входном звене ...................................................... |
31 |
3.3.2. Уравновешивание сил на выходном звене.................................................... |
36 |
4. ВИБРОЗАЩИТА........................................................................................................... |
39 |
4.1. Механические колебания................................................................................ |
39 |
4.2. Диссипативные характеристики механических систем................................. |
41 |
4.3. Модель простейшей виброзащитной системы............................................... |
44 |
4.4. Эффективность виброзащитной системы...................................................... |
47 |
4.5. Динамические гасители колебаний................................................................ |
48 |
4.5.1. Пружинный одномассовый инерционный динамический гаситель ........... |
48 |
4.5.2. Маятниковые инерционные динамические гасители................................. |
50 |
4.5.3. Катковые инерционные динамические гасители........................................ |
52 |
4.5.4. Пружинный одномассовый динамический гаситель с трением................ |
54 |
4.5.5. Инерционные динамические гасители с активными элементами............. |
57 |
4.5.6. Гироскопические гасители колебаний......................................................... |
59 |
4.6. Поглотители колебаний.................................................................................. |
61 |
4.6.1. Поглотители колебаний с сухим трением.................................................. |
61 |
4.6.2. Поглотители колебаний с вязким трением................................................ |
63 |
4.7. Ударные гасители колебаний......................................................................... |
64 |
4.8. Активные виброзащитные системы............................................................... |
67 |
Библиографический список.............................................................................................. |
71 |
ВВЕДЕНИЕ
Всовременном мире идет непрерывное увеличение транспортных скоростей автомобилей, увеличение энерговооруженности строительных и дорожных машин, интенсификация всех производственных процессов. Все это приводит к возникновению значительных динамических нагрузок, воспринимаемых как оператором, так и самой машиной. Повышенные вибрационные нагрузки приводят к снижению прочности и надежности различных узлов и агрегатов. Страдает и сам оператор, на здоровье которого вибрация также оказывает вредное воздействие.
Однако существуют методы, позволяющие если не совсем избавиться от вибрации то, по крайней мере, снизить ее вредное влияние во много раз. Так, для снижения вибрации внутри источника используются методы уравновешивания сил и масс в механизмах. Если же с помощью уравновешивания не удается или невозможно добиться желаемого результата, то используются методы виброзащиты.
Учебное пособие разбито на главы, первая – вводная – посвящена основным понятиям, используемым в теории виброзащиты. Изучив материал второй главы, читатель узнает, насколько необходима широко практикуемая автомобилистами «балансировка» колес и к чему может привести эксплуатация «несбалансированного» ротора.
Третья глава посвящена вопросам уравновешивания различных рычажных механизмов, таких, например, как кривошипно-шатунный механизм двигателя внутреннего сгорания.
Вчетвертой главе рассмотрены основные существующие и перспективные методы виброзащиты.
1.ИСТОЧНИКИ КОЛЕБАНИЙ И ОБЪЕКТЫ ВИБРОЗАЩИТЫ
1.1.Основные понятия
При решении задач виброзащиты рассматриваемую механическую систему обычно подразделяют на две подсистемы: источник и объект виброзащиты, которые соединены между собой связями. В связях со стороны источника возникают силы, которые и вызывают колебания объекта и называются силовыми (динамическими) воздействиями /1/.
Рассмотрим некоторые характерные примеры:
-двигатель внутреннего сгорания (компрессор, генератор, любой роторный механизм) установлен на фундаменте. Для этой системы могут решаться две задачи: объект виброзащиты – корпус двигателя, динамические воздействия – реакции опор ротора; объект виброзащиты – фундамент (колебания которого необходимо уменьшить), динамические воздействия – силы, возникающие в местах крепления двигателя к фундаменту;
-защита от вибрации оператора (механика-водителя) движущегося транспортного средства. Задача может быть решена за счет уменьшения колебаний кузова машины; можно ее решать путем уменьшения колебаний кабины или только кресла оператора. В каждом таком случае объект и источник динамических воздействий будут определяться по-разному /4/.
В ряде случаев задают не динамические воздействия, а перемещения точек крепления связей к источнику. Такие воздействия называются кинематическими, примером кинематических воздействий может служить движение транспортного средства по опорной поверхности, например автомобиля по неровной дороге /1, 4/.
1.2. Динамические воздействия
Динамические воздействия обычно подразделяют на три группы /1,4/:
-линейные перегрузки;
-вибрационные воздействия;
-ударные воздействия.
Линейные перегрузки – это кинематические воздействия, возникающие при ускоренном движении источника. Значительные линейные перегрузки возникают при увеличении скорости (или торможении) транспортных средств. Наиболее ярко они проявляются в летательных аппаратах. Линейные перегрузки характеризуются величиной постоянного ускорения а0 (рис. 1.1) и максимальной скоростью нарастания ускорения da/dt, которая называется градиентом ускорения /1, 4/.
Вибрационные воздействия – это колебательные процессы. Силовые вибрационные воздействия характеризуются временными зависимостями сил F(t) и (или) моментов сил M(t), действующих на объект.
a |
|
|
|
Кинематические |
|
воздействия |
|||
|
|
|
характеризуются |
перемещениями |
|||||
a0 |
|
|
|
|
S(t), |
скоростями |
V(t) |
и |
|
|
|
|
|
ускорениями a(t) |
характерных |
||||
|
|
|
|
|
точек источника колебаний /1, 4/. |
||||
|
|
|
|
|
Вибрационные |
воздействия |
|||
|
|
|
|
|
принято |
подразделять |
на |
||
|
|
|
|
|
стационарные и нестационарные. |
||||
|
|
|
|
|
Простейшим |
|
стационарным |
||
0 |
|
|
|
t |
воздействием |
|
является |
||
|
|
|
гармоническое |
|
воздействие, |
||||
|
|
|
|
|
|
||||
Рис. 1.1. График изменения |
|
которое |
может |
быть описано |
|||||
|
функцией времени /1, 4/ |
|
|||||||
|
ускорения |
|
|
|
|
||||
|
|
q(t)=q0 sin ( 0 t + ), |
|
|
|
(1.1) |
|||
где q0 – амплитуда; 0 – круговая частота; t – время; – начальная фаза. Обычно при анализе гармонического процесса начальной фазой
пренебрегают и уравнение (1.1) в этом случае принимает вид /1/:
q(t)=q0 sin 0 t . |
(1.2) |
Графически выражение (1.2) может быть представлено функцией времени (рис. 1.2) или амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) (рис. 1.3).
q
q
q0
q0
- q0 
Т
0
Рис. 1.2. Гармонические колебания |
Рис. |
1.3. |
Амплитудно- |
В качестве примера гармонических воздействий можно привести воздействие со стороны несбалансированного ротора поршневых машин
/1, 4/.
Большинство вибрационных воздействий, которые формируют современные технические объекты, являются полигармоническими. Это объясняется наличием нескольких независимых источников вибрации. Полигармонические вибрационные процессы могут быть представлены в виде суммы конечного числа k гармоник /13/:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q(t) 0,5a0 (ak cosk 1t bk cosk 1t), |
(1.4) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
k 1 |
|
|
|
|
|
2 |
T |
|
|
|||
где |
ak |
|
|
q(t)cosk 1tdt , |
k=0, 1, 2, … ; |
|
|||
T |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
T |
|
|
|
|
bk |
|
|
q(t)sink 1tdt , |
k=0, 1, 2, … . |
|
|||
|
T |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
Полигармонический процесс может быть также представлен в |
||||||||
следующем виде /13/: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q(t) q0 qk sin(k 1t k ), |
(1.5) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
k 1 |
|
|
где q0=0,5 a0; qk 
ak2 bk2 ; k=1, 2, 3 …; k=arctg (ak /bk).
Нестационарные вибрационные воздействия чаще всего возбуждаются переходными процессами, происходящими в источнике. Примером такого воздействия может служить пуск (останов) двигателя с неуравновешенным ротором. Колебания, которые передаются на корпус двигателя, можно приближенно описать выражением /13/
q = q( ) cos (t) t, |
(1.6) |
где (t) – закон изменения угловой скорости ротора.
Если полигармоническое воздействие охватывает несколько октав ( max / min >10), то такое воздействие называют широкополосным; если ширина полос мала – то узкополосным /2, 13/.
Высокочастотные вибрационные воздействия передаются объекту как через соединительные элементы, так и через окружающую среду (воздух, воду). Такие воздействия называют акустическими /2, 13/.
Случайные (стохастические) вибрационные воздействия не являются полностью предсказуемыми, как гармоническое воздействие. Такие колебательные процессы, как взаимодействие колеса с неровностями дороги при движении автомобиля трудно описать регулярными функциями, поскольку данный процесс содержит элемент случайности
/13/.
Ударные воздействия – это кратковременные воздействия, в которых значения сил являются весьма большими. Функцию, которая описывает зависимость силы (момента силы) при ударе от времени, называют формой удара. Основными характеристиками являются время и амплитуда механического воздействия при ударе /13/.
Возбуждения кинематического ударного типа возникают, например, при наезде колеса автомобиля на глубокую выбоину. Эти явления обычно сопровождаются возникновением колебаний конструкций источника /13/.
1.3. Влияние механических воздействий на технические объекты
Рассмотрим влияние механических воздействий на технические объекты.
1.Линейные перегрузки эквивалентны статическому нагружению объекта. При наличии в объекте соединений с силовым замыканием (за счет пружин, различных грузов и т.п.) действие линейных перегрузок может привести к нарушению нормального функционирования системы (размыкания электрических контактов, ложное срабатывание релейных устройств и т.п.) /1/.
2.Вибрационные воздействия являются наиболее опасными для технических объектов. Вызываемые ими знакопеременные нагрузки приводят к появлению усталостных трещин и разрушению деталей узлов, кроме того, происходит «разбалтывание» неподвижных соединений.
3.Ударные воздействия приводят в ряде случаев к нарушению объекта. Многократные удары могут также приводить к усталостным разрушениям объекта.