5.5.1. Демпфирование колебаний и ударов.
Снижение колебательных и ударных нагрузок путем демпфирования возможно за счет механического трения элементов колебательной системы, а также с помощью дополнительных механических (гидравлических, пневматических) или электрических демпферов. В качестве механических демпферов могут использоваться также клапаны, заслонки (дроссели) или сильфоны.
Демпфирование за счет механического трения.
В зависимости от вида трения развиваемые в его процессе силы рассчитывают различным образом:
при кулоновском трении скольжения (твердого тела по твердому телу):
,
0
< μ < μ0
< 1;
при стоксовском трении (твердые тела в жидкостях или газах при малых относительных скоростях между ними
):
;
при ньютоновском трении (твердые тела в жидкостях или газах при больших относительных скоростях, меньших скорости звука):
;
при смешанном трении (твердые тела в жидкостях или газах при средних относительных скоростях):
;
1 < α
<2.
Демпфирование с помощью механических демпферов.
Гидравлические или пневматические демпферы могут быть реализованы в форме комбинаций поршень — цилиндр для систем, совершающих поступательные и вращательные перемещения. Качество демпфирования определяется в основном конструкцией демпфера, т. е. размером и формой зазора между поршнем и цилиндром, а также характеристиками рабочей среды. В демпфере развивается стоксовское трение.
Демпфирование с помощью электрических демпферов.
Электрическое демпфирование может быть осуществлено за счет использования электромеханических сил, развиваемых катушками, через которые течет электрический ток. При этом одну из катушек электрического контура устанавливают неподвижно, а другую связывают с демпфируемой (подвижной) деталью. Пространство между катушками должно быть легко проницаемо для электромагнитного поля.
Электрические демпферы применяют в случаях поступательного и вращательного движения, в измерительных приборах.
5.5.2. Изоляция колебаний и ударов
Под изоляцией колебаний понимают уменьшение или предотвращение распространения колебаний с помощью изоляторов (упругих элементов).
Для эффективной изоляции частота возбуждения fвозб должна значительно отличаться от собственной частоты f0i изолятора, так как в ином случае могут развиваться так называемые частоты пробоя. Рекомендуется избегать попадания частоты возбуждения в диапазон от 0,5f0i до 2f0i.
Прибор или станок должен быть установлен или подвешен на изоляторах. При этом изоляция колебаний будет эффективной, если собственные частоты изолируемой системы меньше самой низкой гармоники частоты возбуждения; по возможности должно выдерживаться соотношение f0 < 0,5fвозб.
Виброизоляторы и примеры их конструкций
В качестве виброизоляторов используют: стальные пружины в опорах приборов или машин с низкими частотами вращения; резиновые подушки (так называемые эластоэлементы) в опорах приборов и машин с частотами вращения от средних до высоких; упругие и демпфирующие промежуточные элементы для экранирования (пластины из резины, пробки, войлока, пластмассы, а также металлопластмассовые листы, многослойный листовой материал, песок и т. п.)
Примеры виброизоляторов показаны на рис.16.
Чтобы они выполняли свои функции при длительном сроке службы, их конструкция должна отвечать определенным требованиям. Круглые резиновые виброизоляторы (рис. 16а), работающие на растяжение, благодаря цилиндрической форме при соответствующей деформации могут выдерживать высокие напряжения. Если цилиндрический полый виброизолятор из резины
Рис 16
(рис.16б) нагружается на сжатие в направлении оси цилиндра, то он сильно деформируется в радиальном направлении. Эта деформация должна быть свободной и учитываться при конструировании изолятора. Это относится и к резиновому виброизолятору в виде валика (рис.16в). Кольцевой резиновый виброизолятор (рис.16г) предназначен для передачи сил сжатия, сдвига, а также крутящего момента при одновременном демпфировании колебаний. Для передачи крутящего момента этот виброизолятор должен быть связан с ведущим и ведомым дисками с учетом развивающихся при этом касательных напряжений. При ударных и сжимающих нагрузках в резиновый амортизатор может быть установлена спиральная винтовая пружина для повышения предела прочности на сжатие (рис.16д). Существует множество конструктивных решений цилиндрических и плоских резиновых виброизоляторов, предназначенных для амортизации сжимающих и касательных динамических нагрузок (рис. 16 е).