Контрольные вопросы

1. Что такое динамическая модель машины?

2. Как называются стадии работы машинного агрегата?

3. Почему угловая скорость кривошипа на стадии установившегося движения непостоянна?

4. Как оценивается коэффициент неравномерности вращения?

5. Для чего необходим маховик?

6. Возможна ли работа машины без маховика?

7. В чем причины возникновения непериодических колебаний начального звена?

8. Нужна ли в машине обратная связь?

9. Может ли регулятор заменить маховик?

Полностью материал по данной теме изложен в учебниках [1, с. 126-139, 171-188], [2, с. 110-132], [3, с. 65-108], [4, с. 27-31], [5, с. 173-191], [6, с. 173-191].

2.5. Лекция №5. Виброзащита машин

Виброзащитой машин называют методы и средства оценки виброактивности и уменьшение уровня вибраций. При постановке задач виброзащиты машинный агрегат можно представить в виде следующей схемы:

U

O

С

(U) – источник колебаний, в котором происходят физические процессы, вызывающие колебания.

(О) – объект виброзащиты – часть машины, колебания которой уменьшают.

(С) – силовые механические воздействия, которые делятся на:

1. Линейные перегрузки при ускорениях (транспортные машины, летательные аппараты, переходные процессы). Основными характеристиками линейных перегрузок являются постоянное ускорение а₀ и максимальная скорость изменения ускорения da/dt.

2. Стационарные вибрационные воздействия являются колебательными процессами. Они, в свою очередь, делятся на силовые F(t), M(t) и кинематические a(t), V(t), S(t). Простейшими видами стационарного воздействия являются гармонические периодические процессы, которые описываются функцией времени

X(t) = X₀·sin (ω₀t + ψ),

где X₀ – амплитуда; ω₀ – частота; ψ – начальная фаза; t – время.

При анализе гармонических колебаний часто пренебрегают начальной фазой. Тогда предыдущее уравнение принимает вид:

X(t) = X₀·sin (ω₀t). (2.50)

В машинах, содержащих цикловые механизмы, при установившемся движении возникают периодические механические воздействия

X(t) = a_kcos (kω₀t) + в_ksin (kω₀t). (2.51)

Вибрационные возбуждения обычно являются полигармоническими, что вызвано существованием большого числа независимых источников вибрации и нерегулярностью некоторых физических процессов (процессы горения в реактивном двигателе, обтекание тел турбулентным потоком, взрывные и ударные процессы). Такие вибрационные процессы могут быть представлены в виде суммы бесконечного (конечного) числа k. Если ширина диапазона мала по сравнению со средней частотой процесса, воздействие называется узкополосным. Они возникают и проявляются в форме биений. При решении задач виброзащиты учет ширины полосы механических воздействий имеет первостепенное значение.

3. Нестационарные вибрационные воздействия возникают в переходных процессах происходящих в источниках. Например, силовое воздействие на корпус двигателя с неуравновешенным ротором, возникающее при разгоне, может быть описано как:

X(t) = a(ω)cos (ω(t)t),

где ω(t) – закон изменения угловой скорости ротора.

Диапазон, в котором располагаются частоты полигармонических воздействий, весьма широк. Полигармонические воздействия, охватывающие диапазон, превышающий несколько октав, называются широкополосными:

│ ω _max / ω _min >10│.

Высокочастотные вибрационные воздействия могут передаваться через окружающую среду (воздух, вода). Такие воздействия называются акустическими. Интенсивность акустических воздействий характеризуется давлением акустического поля:

р = р₀10^D/20 ,

где р – давление, Па;

D – относительное давление, ДБ;

р₀ – пороговое давление, соответствующее D = 0; обычно принимают р₀ = 2·10^-5Па.

Влияние механических воздействий на технические объекты и человека:

1. Линейные перегрузки эквивалентны статическому нагружению и могут вызвать нарушение нормального функционирования системы.

2. Вибрационные воздействия приводят к накоплению повреждений в материале, в результате которых появляются дополнительные усталостные напряжения.

3. Ударные воздействия являются причиной хрупких разрушений объектов.

4. Вибрационные и ударные воздействия, не вызывая разрушений объектов, могут приводить к нарушению их нормального функционирования.

Нарушение функций объекта или его полное разрушение называется отказом. Способность объекта не разрушаться при механическом воздействии называется вибропрочностью. Способность нормального функционирования – виброустойчивостью.

5. Вибрация, возникающая при работе машины различных типов и оборудования, оказывает вредное влияние на людей, находящихся вблизи источника вибрации или в непосредственном контакте с ним. Допустимые для человека динамические воздействия регламентируются санитарными нормами.

Цель виброзащиты объектов – повышение вибропрочности и виброустойчивости.

Основные методы виброзащиты. К основным методам виброзащиты относятся:

1. Снижение виброактивности источника. Возмущающие факторы можно разделить на две группы. К первой относят явления, связанные с трением в кинематических парах. Снижение виброактивности может быть достигнуто путем изменения свойств материалов трущихся поверхностей, в частности, применением смазок. Вторая группа связана с движущимися звеньями. Уменьшение виброактивности достигается путем уравновешивания механизмов на фундаменте и уравновешивания роторов.

2. Изменение конструкции объекта. Необходимо устранение резонансных явлений, увеличение диссипации механической энергии, демпфирование.

3. Динамическое гашение колебаний. Динамический виброгаситель формирует дополнительные колебания, уравновешивающие источник.

4. Виброизоляция. Действие виброизоляции сводится к ослаблению связей между источником и объектом; при этом уменьшаются динамические воздействия, передаваемые объекту.

5. Виброзащитные устройства. Демпферы, динамические гасители и виброизоляторы образуют в совокупности виброзащитные устройства. Пассивными называют устройства, состоящие из инерционных, упругих и диссипативных элементов. Активные устройства могут, кроме перечисленных, содержать элементы немеханической природы и, как правило, обладают независимым источником энергии.