4.3.3 Способы устранения колебаний

Крутильные колебания. В процессе проектирования механизмов и машин, ког­да установлены размеры их деталей, про­водят расчет частот крутильных колеба­ний. При неблагоприятном расположении резонансов принимают меры по улучше­нию крутильной характеристики системы, т.е. изменяют крутильную систему или работу возбуждающих моментов, а также устанавливают в систему специальное устройство для гашения колебаний (дем­пфер).

Изменение собственных частот систе­мы является основным видом борьбы с ко­лебаниями. Этого изменения можно до­стичь путем изменения моментов инерции вращающихся масс и жесткостей. Как правило, утяжеление масс системы недопустимо. Поэтому конструктор имеет большие возможности в отношении жесткостей тех участков системы, которые располага­ются в доступных для изменения местах. Такие конструктивные доработки системы, вносимые для устранения резонанса ка­кой-либо формы, изменяют частоты всех форм.

Так как диапазон частот привода (например, с поршневым двигателем внутреннего сго­рания) может быть весьма широк, то исключить все резонансы невозможно. Поэтому стремят­ся освободить от резонансов важнейшие рабочие зоны оборотов. Слабые резонан­сы, при которых напряжения не превыша­ют допустимого уровня, могут оставаться близкими к основным рабочим режимам. Интервал между сильным резонансом, расположенным выше предельно допусти­мых частот вращения, и частотой враще­ния должен составлять не менее 10%.

Применение демпферов является наибо­лее эффективным средством борьбы с кру­тильными колебаниями.

Вопрос о выборе крепления демпфера тесно связан с теми формами собственных колебаний, на которые он должен эффек­тивно воздействовать. При настройке дем­пфера на определенную форму колебаний необходимо выбрать такое его место в кру­тильной системе, в котором подбор на­стройки демпфера будет наиболее эффек­тивным для данной формы собственных колебаний (амплитуда колебаний по дан­ной форме должна быть максимальной).

Расчет демпфера сводится к установ­лению таких его параметров, при которых наибольшие колебания в системе не превысят допустимого значения.

Изгибные колебания. Для предотвра­щения вынужденных изгибных колебаний обычно используют демпферы (динамиче­ские, с жидкостным и сухим трением). Возможность их установки должна быть предусмотрена в процессе проектирования машины. Среди динамических демпферов наибольшее распространение нашли ма­ятниковые. Маятники, подвешенные в осе­вой плоскости, оказывают воздействие на поперечные (или продольные) колебания. С валом можно связать ролики, шарики, кольца и другие тела, заставляя их дви­гаться по особым направляющим и совер­шать относительные колебания. Маятник с системой не имеет упругой связи. Роль последней выполняет сила инерции враще­ния. Это приводит к уменьшению вынуж­денных колебаний. Присоединение новой массы к вращающейся системе может быть осуществлено как без увеличения, так и с увеличением числа степеней свобо­ды. Так, например, присоединение маятни­кового демпфера увеличивает число степе­ней свободы на единицу, а сферического маятника — на две единицы и т. д. Теория присоединенных маятников хорошо разра­ботана и широко освещена в специальной литературе.

Демпферы с жидкостным трением, впервые предложенные П.Л.Капицей, являются прототипом гидравлических демпферов крутильных колебаний. На­стройка этих демпферов весьма чувстви­тельна к температуре масла. Поэтому в транспортных машинах применение та­ких демпферов ограничено, так как при возможных эволюциях машины от ротора на подшипник, а следовательно, и на демпфер действует значительная перегрузка, которая при малой жесткости опоры зна­чительно ее деформирует. Образующийся при этом эксцентриситет в демпфирующем элементе нежелателен.

Демпферы с сухим трением использу­ются ограничено, так как демпфирующая опора не может быть несущей, что исклю­чает применение такого демпфера в двухопорных конструкциях валов и роторов. Кроме того, демпферы с сухим трением имеют нестабильную характеристику, а поэтому необходимо ее периодически контролировать.

В последнее время широкое распро­странение получили различные конструк­тивные модификации демпферов, умень­шающие амплитуды внутренних силовых воздействий в местах установки вала или ротора на опорные стойки. К их числу относятся упругодемпферные опоры. Та­кие опоры приводят к значительному сдви­гу резонансных режимов и способствуют значительной разгрузке подшипников ка­чения. Упругие опоры значительно снижа­ют амплитуды колебаний при проходе че­рез резонанс и тем самым значительно уменьшают передачу вибраций от опор машины к ее корпусу. Наибольший эффект эти опоры достигают при применении вы­сокооборотных гибких валов или роторов газотурбинных двигателей. С помощью та­ких опор можно вывести резонансные обо­роты за пределы рабочего диапазона.

Эффективность снижения уровня коле­баний зависит от того, где установлена упруго-демпферная опора. При ее уста­новке в узле колебаний снижений уровня колебаний не будет.