- •Механические колебания и виброакустическая защита транспортно-технологических строительных машин
- •«Наземные транспортно-технологические комплексы»
- •Введение
- •Характеристики сил в механизмах
- •1.1. Движущие силы
- •. Силы сопротивления
- •. Силы трения
- •. Силы упругости
- •. Импульсные и ударные силы
- •2. Уравнения движения механизмов
- •2.1. Число степеней свободы
- •2.2. Жесткость
- •2.3. Уравнения движения механической системы с одной степенью свободы.
- •2.4. Кинематика гармонического движения
- •2.5. Учет массы пружины
- •2.6. Вынужденные колебания
- •2.7. Резонанс
- •2.8. Кинематическое возбуждение
- •2.9. Инерционное возбуждение
- •2.10. Экспериментальное определение собственной частоты
- •2.11. Сложное (полигармоническое) возбуждение
- •2.12. Круговые колебания. Критическая частота вращения вала
- •2.13. Различные виды трения при колебаниях
- •3. Колебания системы с двумя степенями свободы
- •3.1. Собственные колебания
- •3.2. Вынужденные колебания
- •4. Вибрация и способы ее снижения
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Основные конструкционные особенности зтм.
- •4.3. Общая характеристика источников виброакустической энергии
- •4.4. Методы и средства снижения виброакустической энергии
- •5. Виброизоляция
- •5.1. Линейный виброизолятор
- •5.2. Виброизоляция при ударном воздействии
- •5.3. Виброизоляция при случайном воздействии
- •6. Динамическое гашение колебаний
- •6.1. Пружинный динамический гаситель
- •6.2. Динамический поглотитель колебаний
- •6.3. Динамический поглотитель колебаний крутильной системы
- •6.4. Ударные гасители колебаний
- •7. Уравновешивание механизмов и машин
- •7.1. Общие сведения об уравновешивании
- •7.2. Уравновешивание вращающегося тела
- •8. Вибропоглощение
- •8.1. Природа и характеристики потерь колебательной энергии в твердых телах
- •8.2. Расчет вибропоглощающих покрытий и конструкций
- •8.3. Конструкционные материалы с большими внутренними потерями
- •9. Характеристики вибрации, определяющие ее действие
- •9.1. Показатели интенсивности вибрации
- •9.2. Показатели спектрального состава вибрации
- •9.3. Допустимые значения уровней вибрации
- •Определение коэффициентов передачи при виброизоляции
- •9.5. Пассивная и активная виброизоляция сиденья самоходной машины
- •9.6. Виброизоляция автомобильных и тракторных двигателей
- •10. Теория и практика борьбы с шумом
- •10.1. Актуальность проблемы борьбы с шумом
- •10.2. Перспективы борьбы с шумом
- •10.3. Основные понятия и определения
- •10.4. Излучение и распространение звука
- •10.5. Распространение звука в помещении
- •10.6. Поглощение, отражение и прохождение звука
- •10.7. Интерференция звука
- •10.8. Дифракция звука
- •11.1. Характеристика шума
- •11.2. Спектральные и временные характеристики шума
- •11.3. Сложение шума двух и более источников
- •11.4. Перевод узд в уз
- •11.5. Вычитание уз (узд)
- •11.6. Расчет эквивалентного уз
- •11.7. Нормы шума на рабочих местах
- •11.8. Технические нормы шума машин
- •11.9. Нормирование ультразвука и инфразвука
- •12. Источники шума
- •12.1. Классификация
- •13. Механический шум
- •13.1. Зубчатые передачи
- •13.2. Подшипники
- •13.3. Роторы
- •13.4. Кулачковые механизмы
- •14. Аэродинамический шум
- •14.1. Шум струи
- •14.2. Шум вентиляторов
- •15. Гидродинамический шум
- •15.1. Источники шума
- •15.2. Шум гидронасосов
- •16. Электромагнитный шум
- •16.1. Электрические машины
- •16.2. Трансформаторы
- •17. Расчет звука в помещении от наружнего источника
- •17.1. Расчет структурного звука
- •17.2. Расчет эффективности звукоизолирующего капота
- •18. Характеристики шума в кабинах строительных
- •18.1. Характеристики внешнего шума
- •18.2. Снижение шума в кабинах. Методы и средства
- •18.3. Звукоизоляция и звукопоглощение
- •18.4. Виброизоляция и вибродемпфирование
- •18.5. Снижение внешнего шума
- •18.6. Глушители шума выпуска отработавших газов двигателей
- •Часть четвертая
- •19. Задачи и методы прогнозирования
- •19.1. Системный анализ
- •19.2. Математическая модель виброакустического процесса
- •19.3. Используемые конечные элементы
- •Формирование топологии и базы исходных данных
- •20.1. Топология и физико-геометрические характеристики элементов конструкции машины1
- •20.2. Аппроксимация конечными элементами колесного погрузчика
- •20.3. Сопоставление результатов численных исследований (мкэ)
- •20.4. Определение вклада воздушного и структурного шума
- •Виброакустические исследования дорожного
- •21.1. Топология дорожного снегоочистителя типа дэ-2101
- •Анализ результатов численных исследований мкэ виброакустического процесса на снегоочистителе
- •Первая часть:
- •Второй часть:
- •Третья часть:
- •Четвертая часть
- •Приложения
- •И их значений в м/с и м/с2 соответственно
- •Сведения об авторе
- •Механические колебания и виброакустическая защита транспортно-технологических строительных машин
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»
Ю.Ф. Устинов
Механические колебания и виброакустическая защита транспортно-технологических строительных машин
Учебное пособие
Допущено УМО вузов РФ по образованию
в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов
в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по направлениям
подготовки бакалавров «Наземные транспортно-технологические комплексы»
(профиль подготовки «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины
и оборудование»), «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» (профиль подготовки «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (Строительные, дорожные и коммунальные машины)»),
специальности «Наземные транспортно-технологические средства»
(специализация «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные средства
и оборудование») и направлениям подготовки магистров
«Наземные транспортно-технологические комплексы»
и «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»
Воронеж
2015
УДК 69.0025:534.647(07)
ББК 38.6-5:22.213:32.87я73
У80
Рецензенты:
кафедра промышленного транспорта, строительства и геодезии
Воронежской государственной лесотехнической академии;
В.А. Нилов, д-р техн. наук, проф. кафедры графики, конструирования
и информационных технологий в промышленном дизайне
Воронежского государственного технического университета
У УУ80
|
Устинов, Ю.Ф. Механические колебания и виброакустическая защита транспортно-технологических строительных машин: учеб. пособие / Ю.Ф. Устинов; Воронежский ГАСУ. – Воронеж, 2015. – 239 с.
|
Рассмотрены теоретические вопросы механических колебаний (вибрации) и акустики, изложены основные методы расчета виброакустических параметров и способы их снижения на транспортно-технологических машинах. Приведены примеры практического решения задач по уменьшению вибрации и шума машин.
Предназначено для студентов, обучающихся в бакалавриате, магистратуре по направлениям подготовки 23.03.02, 23.04.02 (190100) - «Наземные транспортно-технологические комплексы», 23.03.03, 23.04.03 (190600) – «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов», специальности 23.05.01 (190109.65) – «Наземные транспортно-технологические комплексы».
Полезна для аспирантов и специалистов, занимающихся вопросами виброакустической защиты транспортно-технологических машин.
Ил. 124. Табл. 35. Библиогр.: 35 назв.
УДК 69.0025:534.647(07)
ББК 38.6-5:22.213:32.87я73
1SBN 978-5-89040-527-2 © Устинов Ю.Ф., 2015
© Воронежский ГАСУ, 2015
Оглавление |
||||
Введение……………………………………………………………………………………... |
7 |
|||
ПРОБЛЕМЫ СНИЖЕНИЯ НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ ВИБРОАКУСТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА СИСТЕМУ ЧЕЛОВЕК – МАШИНА – СРЕДА …………..…………………………………………….. |
9 |
|||
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. ОБЩИЕ МЕТОДЫ ДИНАМИКИ МЕХАНИЗМОВ……………….. |
10 |
|||
1. ХАРАКТЕРИСТИКИ СИЛ В МЕХАНИЗМАХ………………………………………… |
10 |
|||
|
1.1. Движущие силы……………………………………………………………………... |
10 |
||
|
1.2. Силы сопротивления………………………………………………………………... |
10 |
||
|
1.3. Силы трения…………………………………………………………………………. |
13 |
||
|
1.4. Силы упругости…………………………………………………………………….. |
17 |
||
|
1.5. Импульсные и ударные силы………………………………………………………. |
19 |
||
|
Контрольные вопросы………………………………………………………………...... |
21 |
||
2. УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ…………………………………………. |
22 |
|||
|
2.1. Число степеней свободы……………………………………………………………. |
22 |
||
|
2.2. Жесткость……………………………………………………………………………. |
24 |
||
|
2.3. Уравнения движения механической системы с одной степенью свободы. Собственная частота колебаний…………………………………………………….. |
26 |
||
|
2.4. Кинематика гармонического движения…………………………………………… |
30 |
||
|
2.5. Учет массы пружины……………………………………………………………...... |
32 |
||
|
2.6. Вынужденные колебания…………………………………………………………… |
33 |
||
|
2.7. Резонанс……………………………………………………………………………… |
35 |
||
|
2.8. Кинематическое возбуждение……………………………………………………… |
38 |
||
|
2.9. Инерционное возбуждение…………………………………………………………. |
40 |
||
|
2.10. Экспериментальное определение собственной частоты……………………… |
42 |
||
|
2.11. Сложное (полигармоническое) возбуждение………………………………….. |
43 |
||
|
2.12 .Круговые колебания. Критическая частота вращения вала…………………...... |
44 |
||
|
2.13. Различные виды трения при колебаниях……………………………………….. |
50 |
||
|
Контрольные вопросы…………………………………………………………………... |
51 |
||
3. КОЛЕБАНИЯ СИСТЕМЫ С ДВУМЯ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ…………………… |
52 |
|||
|
3.1. Собственные колебания…………………………………………………………….. |
52 |
||
|
3.2. Вынужденные колебания…………………………………………………………… |
|
||
|
Контрольные вопросы…………………………………………………………………... |
57 |
||
ЧАСТЬ ВТОРАЯ. ВИБРАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ТРАНСПОРТНО- ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИНАХ……………………………………………………… |
58 |
|||
4. ВИБРАЦИЯ И СПОСОБЫ ЕЕ СНИЖЕНИЯ…………………………………………… |
58 |
|||
|
4.1. Общие сведения…………………………………………………………………... |
58 |
||
|
4.2. Основные конструкционные особенности ЗТМ. Распространение виброакустической энергии……………………………………. |
59 |
||
|
4.3. Общая характеристика источников виброакустической энергии……………….. |
61 |
||
|
4.3.1. Виброакустические системы с периодическим характером возбуждения……………………………………………………… |
62 |
||
|
4.3.2. Вибрационные системы со случайным характером возбуждения………. |
67 |
||
|
4.4. Методы и средства снижения виброакустической энергии……………………… |
70 |
||
|
Контрольные вопросы………………………………………………………………….. |
71 |
||
5. ВИБРОИЗОЛЯЦИЯ………………………………………………………………………. |
72 |
|||
|
5.1. Линейный виброизолятор………………………………………………………….. |
72 |
||
|
5.2. Виброизоляция при ударном воздействии……………………………………...… |
79 |
||
|
5.3. Виброизоляция при случайном воздействии………………………………...…… |
82 |
||
|
Контрольные вопросы…………………………………………………………………... |
86 |
||
6. ДИНАМИЧЕСКОЕ ГАШЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ………………...……………………… |
87 |
|||
|
6.1. Пружинный динамический гаситель……………………………………………… |
87 |
||
|
6.2. Динамический поглотитель колебаний…………………………………………… |
89 |
||
|
6.3. Динамический поглотитель колебаний крутильной системы (маятниковый противовес)………………………………………………. |
90 |
||
|
6.4. Ударные гасители колебаний……………………………………………………… |
92 |
||
|
6.4.1. Линеаризация упругой составляющей реакции на гаситель……………… |
92 |
||
|
6.4.2. Линеаризация диссипативных сил…………………………….................... |
94 |
||
|
6.4.3. Определение амплитуд колебаний………………………………………….. |
94 |
||
|
6.4.4. Определение оптимальной настройки гасителя…………………………… |
96 |
||
|
6.4.5. Определение оптимальных параметров гасителя…………………………. |
96 |
||
|
Контрольные вопросы………………………………………………………………….. |
97 |
||
7. УРАВНОВЕШИВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН……………………………….. |
98 |
|||
|
7.1. Общие сведения об уравновешивании……………………………………………. |
98 |
||
|
7.2. Уравновешивание вращающегося тела…………………………………………… |
102 |
||
|
Контрольные вопросы…………………………………………………………………... |
106 |
||
8. ВИБРОПОГЛОЩЕНИЕ………………………………………………………………….. |
107 |
|||
|
в твердых телах……………………………………………………………………… |
107 |
||
|
8.1.1. Коэффициенты потерь энергии при колебаниях твердого тела…………… |
107 |
||
|
8.1.2. Вязкие потери…………………………………………………………………. |
108 |
||
|
8.1.3. Неупругое сопротивление (механический гистерезис)……………………. |
109 |
||
|
8.1.4. Релаксация деформации и напряжения……………………………………... |
109 |
||
|
8.1.5. Потери энергии в материалах и конструкциях……………..………………. |
109 |
||
|
8.1.6. Вибропоглощающие материалы…………………………………………….. |
109 |
||
|
8.2. Расчет вибропоглощающих покрытий и конструкций…………………………… |
111 |
||
|
8.2.1. Жесткие вибропоглощающие покрытия……………………....................... |
111 |
||
|
8.2.2. Армированные и вибропоглощающие покрытия…………..………………. |
113 |
||
|
8.2.3. Мягкие вибропоглощающие покрытия………………………..................... |
116 |
||
|
|
117 |
||
|
Контрольные вопросы…………………………………………………………………... |
117 |
||
9.ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИБРАЦИИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЕЕ ДЕЙСТВИЕ НА ЧЕЛОВЕКА, И ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ВИБРОИЗОЛЯЦИИ…………. |
118 |
|||
|
9.1. Показатели интенсивности вибрации……………………………………………... |
118 |
||
|
9.2. Показатели спектрального состава вибрации…………………………………….. |
119 |
||
|
9.3. Допустимые значения уровней вибрации………………………………………… |
120 |
||
|
виброизоляции и оценке эффективности вибрационной защиты………………. |
124 |
||
|
|
125 |
||
|
9.6. Виброизоляция автомобильных и тракторных двигателей……………………… |
130 |
||
|
Контрольные вопросы…………………………………………………………………... |
131 |
||
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ АКУСТИКА…………………………………….….. |
132 |
|||
|
132 |
|||
|
10.1. Актуальность проблемы борьбы с шумом………………………………………. |
132 |
||
|
10.2. Перспективы борьбы с шумом………………………………………….………... |
134 |
||
|
10.3. Основные понятия и определения……………………………………………….. |
135 |
||
|
10.4. Излучение и распространение звука……………………………………………... |
137 |
||
|
10.5. Распространение звука в помещении……………………………………………. |
140 |
||
|
10.6. Поглощение, отражение и прохождение звука………………………………….. |
142 |
||
|
10.7. Интерференция звука………………………………………………..................... |
143 |
||
|
10.8. Дифракция звука……………………………………….………………………….. |
144 |
||
|
Контрольные вопросы……………………………………………………..................... |
145 |
||
11. ШУМ……………………………………………………………………………………... |
146 |
|||
|
11.1. Характеристика шума…………………………………………………………….. |
146 |
||
|
11.2. Спектральные и временные характеристики шума……………………………... |
148 |
||
|
11.3. Сложение шума двух и более источников………………………....................... |
151 |
||
|
11.4. Перевод УЗД в УЗ…………………………………………………....................... |
152 |
||
|
11.5. Вычитание УЗ (УЗД)……………………………………………..……………….. |
152 |
||
|
11.6. Расчет эквивалентного УЗ………………………………………………………... |
153 |
||
|
11.7. Нормы шума на рабочих местах…………………………………………………. |
154 |
||
|
11.8. Технические нормы шума машин………………………………………………... |
156 |
||
|
11.9. Нормирование ультразвука и инфразвука……………………….………………. |
157 |
||
|
Контрольные вопросы…………………………………………………………………... |
158 |
||
12. ИСТОЧНИКИ ШУМА………………………………………………………………….. |
159 |
|||
|
12.1. Классификация……………………………………….……………………………. |
159 |
||
|
Контрольные вопросы…………………………………………………...……………… |
161 |
||
13. МЕХАНИЧЕСКИЙ ШУМ……………………………………………………………… |
162 |
|||
|
13.1. Зубчатые передачи………………………………………………………………… |
162 |
||
|
13.2. Подшипники……………………………………………………………………….. |
163 |
||
|
13.3. Роторы…………………………………………………………………………….... |
165 |
||
|
13.4. Кулачковые механизмы…………………………………………………………... |
166 |
||
|
Контрольные вопросы…………………………………………………………………... |
166 |
||
14. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ ШУМ……………………………………………………….. |
167 |
|||
|
14.1. Шум струи…………………………………………………………………………. |
167 |
||
|
14.2. Шум вентиляторов………………………………………………………………… |
169 |
||
|
Контрольные вопросы…………………………………………………...……………… |
170 |
||
15. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ШУМ……………………………...……………………… |
171 |
|||
|
15.1. Источники шума…………………………………………………………………... |
171 |
||
|
15.2. Шум гидронасосов………………………………………………………………… |
172 |
||
|
Контрольные вопросы…………………………………………………………………... |
173 |
||
16. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ШУМ……………………………………………………….. |
174 |
|||
|
16.1. Электрические машины…………………………………………………………... |
174 |
||
|
16.2. Трансформаторы…………………………………………………………………... |
174 |
||
|
Контрольные вопросы……………………………………………..……………………. |
175 |
||
17. РАСЧЕТ ЗВУКА В ПОМЕЩЕНИИ ОТ НАРУЖНЕГО ИСТОЧНИКА……………... |
176 |
|||
|
17.1. Расчет структурного звука………………………………………………………... |
176 |
||
|
17.2. Расчет эффективности звукоизолирующего капота……...……………………... |
177 |
||
|
Контрольные вопросы………………………………………………...………………… |
179 |
||
18. ХАРАКТЕРИСТИКИ ШУМА В КАБИНАХ СТРОИТЕЛЬНЫХ И ДОРОЖНЫХ МАШИН…………………………………………….. |
180 |
|||
|
18.1. Характеристики внешнего шума…………………………………………………. |
181 |
||
|
18.2. Снижение шума в кабинах. Методы и средства………………………………… |
182 |
||
|
18.3. Звукоизоляция и звукопоглощение…………………………..………………….. |
183 |
||
|
18.4. Виброизоляция и вибродемпфирование………………………...……………….. |
184 |
||
|
18.5. Снижение внешнего шума………………………………...……………………… |
187 |
||
|
18.6. Глушители шума выпуска отработавших газов двигателей внутреннего сгорания…………………………………..................... |
188 |
||
|
Контрольные вопросы…………………………………………………..………………. |
189 |
||
ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАШИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ………………………………………………………………... |
190 |
|||
19. ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ……………………………………….. |
190 |
|||
|
19.1. Системный анализ………………………………………………………………… |
190 |
||
|
19.2. Математическая модель виброакустического процесса………………………... |
193 |
||
|
19.3. Используемые конечные элементы………………………………………………. |
196 |
||
|
Контрольные вопросы……………………………………………………..................... |
198 |
||
20. ФОРМИРОВАНИЕ ТОПОЛОГИИ И БАЗЫ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ МКЭ………………………………………………………………………………... |
199 |
|||
|
20.1. Топология и физико-геометрические характеристики элементов конструкции машины…………………………………............................... |
199 |
||
|
20.2. Аппроксимация конечными элементами колесного погрузчика и воздушной среды…………………...……………………………………. |
204 |
||
|
20.3. Сопоставление результатов численных исследований (МКЭ) и экспериментальных данных………………………………………………….. |
209 |
||
|
20.4. Определение вклада воздушного и структурного шума в общее звуковое поле кабины…………………………………………………… |
210 |
||
|
Контрольные вопросы…………………………………………………………………... |
211 |
||
21. ВИБРОАКУСТЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДОРОЖНОГО СНЕГООЧИСТИТЕЛЯ…………………………………………………………………….... |
212 |
|||
|
21.1. Топология дорожного снегоочистителя типа ДЭ-210……...…………………… |
212 |
||
|
21.2. Анализ результатов численных исследований МКЭ виброакустического процесса на снегоочистителе……….……………….. |
215 |
||
|
Контрольные вопросы……………………………………………………...................... |
222 |
||
Заключение…………………………………………………………………………………… |
223 |
|||
Библиографический список…………………………………………………………………. |
225 |
|||
Приложение 1. Определение частот основных возмущающих сил некоторых агрегатов и механизмов строительных и дорожных машин…………………. |
227 |
|||
Приложение 2. Соотношения между логарифмическими уровнями виброскорости в дБ и ее значениями в м/с…………………………...……………………. |
234 |
|||
Приложение 3. Расчетные значения модулей деформации грунтов………………….. |
236 |
|||