Frol_126-262 (Фролов К.В. - Теория механизмов и машин), страница 25

3. Ударные воздействия также могут явиться причиной разрушения объекта. Часто повреждения, вызываемые ударом, носат характер хрупких разрушений. Однако многократные удары могут приводить и к устаностным разрушениям, особенно в тех случаях, когда периодическое ударное воздействие оказывается способным вызвать резонансные колебания объекта.

4. Внбрационные и ударные воздействия, не вызывая разрушений объектов, могут приводить к нарушению их нормального функционирования. Например, вибрации металлорежущвх станков и другого технологического оборудования, вызванные действием различных источников, приводят к снижению точности и чистоты обработки, а также и к другим нарушениям технологических процессов. Механические воздействия существенно влияют на точность приборов, устанавлываемых в системах управления движеыием и служащих для измерения параметров движений. Под действием вибраций и ударов резко увеличивается «уход» гироскопических приборов, а следовательно, н ошибка измерений, производимых этими приборамы; приборы, содержащие измерительное устройспю маятникового тина, обнаруживают склоыность к смещению нулевого цоложення. Нарушение функционирования объекта, не связанное с разрушениями или с другими ыеобратимыми изменениями, называют отказом.

Способность объекта не разрушаться при механических воздействиях называют вибропрочностью, а способность нормально фуыкцыонировать — виброустойчивостыо. Цель виброзащиты технических объектов — повышение нх вибропрочиостн и внброустойчнв ости. 5. Вибрация, возникающая при работе машин различных типов и оборудования, оказывает вредное влияние на людей, находящихся вблизи источника вибрации или в непосредственном контакте с ннм. Вибрация вызывает нарушения физиологического и функционального состояния человека-оператора. Стойкие физиологические изменения называют вибрациоыной болезнью. Функциональные ыарушеыия могут выражаться в ухудшении зрения, изменении реакции вестибулярного аппарата (нарушенне коордяыации двюкеннй; возникновение галлюцинаций, относящихся к ориентации тела, и т.

п.), а также к более быстрой утомляемости. В первую очередь вибрация оказывает вредное влияние на рабочих, использующих ручные механизированные инструменты, на персонал„обслуживающий вибрационные машиыы (виброгрохоты, вибромолоты, внброштамповки свай, труб и т. и., виброкоывейеры, внброкатки, виброуплотнители, вибросепараторы, вибраторы жидкого металла, средства вибрационной очистки и т. д.), а также многие строительные, дорожные и сельскохозяйственные машины (бульдозеры, грейдеры, скреперы, тракторы, комбайны н т. д.). В несколько меньшей степени действие вибрации обычно испытывает персонал, связанный с работой машын и механизмов, содержащих неуравновешенные движущиеся элементы, а также с работой всех видов траыспортыых средств.

В перечисленных случаях возникает необходимость огранычеыня вредного воздействия вибрации на человека. Допустимые для человека динамические воздействия регламентируются санитарнымн нормами н правилами. Создаыие эффективных методов и средств индивидуальной и комплексной виброзащиты человека-оператора является одной из ваэкнейьиих технико-экономических и соииальных задач современной техники. 1 11.3. АНАЛИЗ ДЕЙСТВИЯ ВИБРАЦИЙ Хлрактер нарушеынй условий функционирования объектов (механизмов, приборов) под действием вибраций определяется ввдом механических воздействий и свойствами объекта.

255 (Н/11ир () )14 хвд) т Рвс. 11.4 Рис. 11.5 Модель объекта должна отражать осыовыые черты реальной системы, влыяющие на оценку ее динамической реакции, и вместе с тем быль удобной для анализа и интерпретации результатов. Наиболее приемлемой в этих условиях является лынейная модель, достаточно передающаа свойства. широкого класса конструкций 'при малых колебаыиях. Удобной формой описания свойств линейного объекта в условиях вибрационыых воздействий являются олеРатоРы динамической податливости 1вл(Р), свазываюп1ие силУ бв(1), приложенную в заданном направлении в точке В объекта, с проекцией перемещения х„(1) точки А на некоторое направление: хл(г)=1вл(р)Ов(г).

Обратные операторы квл(р)=1„'(р) называют онераторами динамической жесткости. Характеристики 1„(р), кл (р), связывающие силу, приложенную в точке А, с проекцией перемещения этой же точки на ыаправлеыие действия силы, называют операторами динамической нодатливости ы динамической жесткости в точке А.

Частотные характеристики объекта 1вл(ко), квл(ко) называют соответственно динамической нодатливостью и динамической жесткостью. На рис. 11.4 показан примерный выд зависимости модуля дивамической податливости от частоты. Выражение для оператора двнамической податливости может быль представлено в ниде 1л (р)= !' ~ я*+2р,Оэ,а+ш„ Здесь щ — собственные частоты консерватывной системы; ев,— нормированные коэффицыенты «-й формы колебаний в точках А и В; ф„— безразмерный коэффициент линейного демпфирования на «-й форме колебаний. Пры р= ко, опуская малые величины второго порядка, имеем частотную характеристику объекта: п ввел.

1 (1со) — Х (го2 из !ало ) (вР— ив) 2 + 4Р„всвР Таким образом, динамическая податливость объекта с л степенями свободы представлена в виде суммы податливостей л систем с одной степенью свободы, имеющих собственные частоты консервативной системы (системы, для которой при колебаниях полная механическая энергия постоянна). На этих частотах (ш = ш„) динами- ческая податливость возрастает по модулю ввиду появления в знаменателе «-го слагаемого малого члена 2ф,ю„С увеличением номера «-й формы колебаний максимальная величина модуля динамической податливости уменьшается. При рассмотрении математических моделей конкретных линейных систем выражения дла динамических податливостей могуг быть вычислены непосредственно путем отыскания решения от действия гармонической силы с единичной амплитудой.

Во многих случаях допустимо пренебрежение всеми формами колебаний, за исключением одной преобладающей. Такие объекты обычно моделируются системами с одной степенью свободы (рис. 11.5, а, б), имеющими массу т, коэффициент упругости с и коэффициент вязкого трения Ь. При возбуждении системы силой 0(г) модуль динамической податливости имеет следующий вид: И' (кля =т ' 1(газ — газ)~+4)РаРи~1 Ф=Ь/( о). Реакция объекта на механическое воздействие может вычисляться как во временных, так и в частотных представлениях. Реакцию системы на вибрационное воздействие удобнее вычислять в частотных представлениях. Для гармонических и полигармоническвх воздействий вычисления амплитудных и фазовых искажений осуществляют дла каждой гармонической компоненты процесса.

В силу линейности объекта эффект от действия нескольких гармонических компонент равен сумме воздействий от каждой из них. Ввброизоляцвя. В и б р о и з о л я т о р, или амортизатор,— элемент виброзащитной системы, наиболее существенная часть которого — упругий элемент. В результате внугреннего трения в упругом элементе происходит демпфирование колебаний.

Кроме того, в ряде конструкций амортизаторов применяют специальные демпфирующие устройств адла рассеяния энергии колебаний. Динамические характеристики амортизатора существенно зависят от его статических характеристик, причем и те и другие, являются нелиненными.

Нелинейность характеристик амортизатора определяется ридом причин: нелинейными свойствами упругого элемента (например, резины), внутренним трением в упругом элементе, наличием конструктивных особенностей амортизатора типа ограничительных упоров, демпферов сухого трения, нелинейных пружин н т. д. На рис.

11.6 изображены различные амортизаторы н их силовые характеристики (по оси абсцисс — перемещения, по оси ординат — реакции): а — резююметаллический; 6 — сетчатый; е — с упругими ограничителями хода; г — декщферный; д — с конической пруииной. В любом амортизаторе могут быть определены три взаюано перпендикулярных направления х, у, г, такие, что перемещение точки крепленая амортизатора в одном из зтих направлений вызывает силовую реакцию амортизатора в противоположном направлении.

Эти направления называются главными. Если через Х, У и Е обозначить проекцни реакции амортизатора иа главные направления и учесть упругие и демпфирующие свойства реальных амортнзаторов при малых колебаниях, то можно предполов1ить следующее: реакции ЛО глаВным напраВлениям заВисят тОлькО От соответствующих перемещений и их первых производных по времени. Тогда функции Х=Х(х, х), Т= У(у, у), 2=2(г, г) называют дииамичвжими характеристиками амортизатора. При анализе малых колебаний амортизируемого объекта Вблизи полонения равнОвесия мозно считать перемещеиия х, у и г малыми и линеаризовать динамические характеристики (11.7), разлагая их в ряд Маклорена и Отбрасывая члены, имею.щие порядок выше ПЕРВОГО: Х(х, х)=с г+Й,х, Т(у, у)-с,,у+)с„у, 2(г, г)=с,г+к,г, где дХ дг д2 с„= — (О, 0)1 су= — (О, О); с,= — (О, 0) дх ду дг гт дг стеф я — жесткости амортизатора в главных направлениях, а дх дт й.= — (О, О); й,= — (О, О); дх ду а й,= — (о, о) да — коэффициенты демпфироРяс.

11.7 ванна. Рассмотрим малые колебания амортнзированного объекта (рис. 11.7, а), имеющего массу ул. Для вывода уравнения движения амортизнрованных систем можно использовать принцип Даламбера. В произвольный момент времени 1 при значении текущей координаты я на массу т действует реакция Е(г, й) амортизатора. Приравнивая нулю сумму сил, приложенных к массе т, и силы ннерцин иа в соответствии с (11.8), получаем дифференциальное уравнение движения массы т: тг+й,я+с а=О. (11.9) Соответствующее харяктеркстическое уравнение оп~+я,1+с,=О. (11.10) Иго корни а.= — '<-к+,Ж 4~~).

Общее решение уравнения (11.9) имеет вид гв яда я=А,е +Аэе, где Аг н Аз — произвольные постоянные, эависялше от начальных условйй; Б,д — корни характеристического уравнения (11.10), кото- рые для удобства можно представить в таком ниде: ~1л = — В~о ~~Л* — 1е1о, 1п.а основнык мктоды виврозАв(иты Уменьшение интенсивности колебаний объекта может быть достигнуто следующвмн способами. Ояижевве виброактввиоств источника.

Возбуждение колебаний 259 где с,/т = аф я,1(2~/с,т) = ~; ве — собственная частота амортизированной системы; ~ — безразмерный коэффициент затухания. На рис. 11.7, б дана схема системы амортизации прн изоляции фундамента от колебаний г~-— Ее я1п ом. может быть обусловлено различнымн причинами. Ъ'лобио разделить возмущающие факторы на две группы. К первой группе относят явления, связанные с трением в кннематических парах. Снижение виброахгивности факторов этой группы связано с изменением свойств материалов трущихся поверхностей н может быть достигнуто способами, специфическими для каждого частного случая, например применением специальных смазок.

Вторая группа возмущающих факторов связана с движущимися телами (вращение роторов, перемещение звеньев механизмов). Снижение виброактивности источника в этом случае заключается в уменьшении динамических реакций с помощью уравновешивания движущихся масс ~(а. гл.7). Изменение квветруицвв объекта. Можно указать два способа снижения холебаний, общих для всех механических систем.