Frol_126-262 (1074091), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Вибрационные воздействия делатся ыа стационарные, нестацыонарыые и случайные. Простейшим видом стациойарного вибрационного воздействия являетсл гармоническое. Г~фмоничеекими вызывают периодические процессы, которые могут быть опвсаыы фувкх(г) =Х„аш (гоог+ ф), (11.1) где Хо — амплитуда; соо — частота; ф — начальная фаза; !— время.
При анализе гармонического процесса часто пренебрегают начальной фазой и уравнение (11. 1) записывается в виде х(г)=Х вшито а (11.2) Вьгражевве (11.2) может быль представлено графически в фуыкции времени (рис. 1!.3, а) ыли в виде амплитудно-частотной характеристики — частотного спектра (рис. !1.3, б). Время, в течеыве которого совершается одно полное колебание материальной точки, называют периодом Т.
Частота и период связаны соотношением Т=2к1го . Частотный спектр представляется одной составляющей амплитуды на данной частоте. Такой спектр называют еще дискретным или линейным. К числу примеров колебательных систем, ыаходящихся под действием гармоныческих свл, можно отнести вибрации несбалансированного ротора, поршневых машин, неуравновешенных рычажных механизмов, а также вибрации, вызванные электромагнитными полями, и др.
В машинах, содержащих цикловые механизмы, при уставовив- Рвс. 11.2 Раа 11.3 шемся движении возникают периодическне механические воздейст- вия: х(г) = 2' (а»со» 1иоог+Ь» ип 1иоо1). (И.з) » ! Часто в таких системах можно пренебречь влиянием всех гармоннк, кроме одной, н считать воздействие гармоническим.
Это возможно в тех случаях, когда одна нз гармоник (обычно первая) превалирует над остальными нлн когда одна нз гармоник является резонансной для данного объекта. Внбрацнодные возбужденна, с которыми приходится имать дело на многих современных технических объектах, обычно являются цолигармоннческнмн, что вызвано су1цествованием болыпого числа незавнснмых источников вибрации н нерегулярностью некоторых фнзическнх процессов (напрнмер, процессы горения в реактивном двигателе, обтекание тел турбулентным потоком, взрывные н ударные процессы). Такие внбрацнонные процессы могут быть представлены в виде суммы бесконечного (илн конечного) числа Й гармонических компонент нида х(г)= — о+ ~~~ (О»с зло» г+Ь»Яшко»Д, г (11.4) где где Хо —— ,' Х» —— ,,Гд~~+Ь»х' ф» — — агсгй(а»/Ь») 1с=1 2 3 Из анализа формулы (11.5) следует, что полнгармоннческий процесс состоит нз постоянной компоненты Х и бесконечного (нлн конечного) числа синусоидальных компонент, называемых гармониками, с амплитудами Х» н начальными фазами ф».
Частоты всех гармоник кратны основной частоте го». Как правило, вибронзолируемые объекты подвергаются именно полнгармоннческому возбуж- 251 2 Г и»= — ~ х(г)созйго,ганг; А=О, 1, 2, ..., о т 2 Г Ь»= — ~ ~(~) нного аЬ; 1=1, 2, 3, .... т~ о Возможен н другой способ записи полигармонического процесса: (О х(г)=Хо+ ~ Х»иаЯсо г+ф»), (11.5) дению, и поэтому описание реальных процессов простой гармонической функцией оказывается недостаточным. В действительности, когда тот или иной процесс относят к типу гармонических, имеют в виду только приближенное представление процесса, который на самом деле является полигармоническим.
Так, например, спектры вибраций машин наряду с основной рабочей частотой содержат интенсивные гармонические составляющие кратных частот. Несльзнионарные вибрационные воздействия возбуждаются чаще всего переходными процессами, происходящими в источниках. Например, силовое воздействие на корпус двигателя с неуравновешенным ротором, возникающее при разгоне, может быть приближенно описано выражением х=о(аз) сох ш(г)г, (1 1.6) где ге(!) — закон изменения угловой скорости ротора.
Диапазон, в котором располагаются частоты полигармоническнх воздействий, возникающих в современных технических объектах, весьма широк. Полигармонические воздействия, охватывающие диапазон, превышающий несколько октав (ш /го ~>10), называют широкополосными; если ширина диапазона мала по сравнению со средней частотой процесса, воздействие называют узкополосным.
Узкополосные воздействия проявляются в форме биений. При решении задач внброзашиты учет ширины полосы механических воздействий имеет первостепенное значение. В частности, от широкополосности воздействия зависит выбор динамической модели (расчетной схемы) защищаемого объекта; она должна выбираться с таким расчетом, чтобы были учтены собственные частоты объекта, расположенные в полосе спектра воздействия. Высокочастотные вибрационные воздействия могут передаваться объекту не толысо через элементы механических соединений его с источником, но и через окружающую среду (воздух, воду).
Такие воздействия, называемые акустическими, оказываются особенно интенсивными на соврпменных реактивных летательных аппаратах. Интенсивность акустических воздействий характеризуется звуковьии давлением акустического поля и интенсивностью звука — отношением падающей звуковой мощности к площади этой поверхности. Связь между абсолютным и относительным звуковым давлением выражается формулой Э/20 р=ре10 где р — звуковое давление, Па; Ю вЂ” относительное звуковое давление, дБ; рс — пороговое давление, соответствующее Р=О; обычно принимают р=2 10 5 Па.
Единица интенсивности звука в системе СИ [Л = Вт/мз. 252 Примерные значения амплитуд отдельных гармоник полигармонических кинематических воздействий, лежащих в различных частотных диапазонах, следующие: 150 — 500 500 2000 4 — 15 7 — 20 1Π— 150 0,5 0,1 Га 0,'001 — 1 Д»а»ююв твстат, Г« ....... х (г) = Ллб (1), где Ьу — приращение скорости, импулъс силы или момента силы за время удара. Использование такого представления допустимо лишь в тех случаях, когда продолжительность удара существенно меньше наименыпего из периодов собственных колебаний объекта.
В остальных случаях необходимо учитывать форму удара, которая обычно определяется непосредственными измерениями в натурных усло- Случайные вибрационные возбуждения зачастую не являются полностью предсказуемыми, подобно гармоническому или полигармоническому возбуждению. Например, такие процессы, как аэродинамический шум струи газа, пульсация жидкости при ее движении в трубопроводе, вибрации платформы, на которой установлено несколько агрегатов, вибрации, обусловленные шероховатостями пар трения, являются по своей природе стохастическими.
Эти процессы трудно аппроксимировать регулярными функциями. Стохастический сигнал не может бъпь представлен графически наперед заданным, так как он обусловлен процессом, содержащим элемент случайности. Ударными называют кратковременные механические воздействия, в которых максималъные значения сил являются весьма большими. Функцюо, выражающую зависимость силы, момента силы или ускорения при ударе от времм5и, называют формой удара. Основными характеристиками формы являются длительность удара и его амплитуда — максимальное значение механического воздействия при ударе. Возбуждения кинематического ударного типа возникают при резких изменениях скорости движения источника (например, при посадке самолета, запуске ракеты, наезде колеса автомобиля на глубокую выбоину, при пересопряжении зубьев зубчатых колес и т.
п.). Часто эти явления сопровождаются возникновением колебаний конструкций источника и возбуждением вибрационных воздействий. В некоторых случаях ударное воздействие можно рассматривать как классический удар, сводящийся к «мгновенному» изменению скорости движения источника или к приложению «мпювенных» сил и моментов. В этих случаях 1 11 2. ВЛИЯНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗДКВС1'ВИй ИА ткхничкскик овъккты и ИА чкловккА Рассмотрим, как влияют механические воздействия на различные технические объекты (машины, приборы, аппараты) и человека. 1. Действие линейных перегрузок эквивалентно статическому нагруженшо объекта. В некоторых случаях, главным образом при наличии в объекте соединений с силовым замыканием, действие линейной перегрузки может вызвать нарушение нормального функционирования системы (размыкание пружины электрических контактов, ложные срабатывания репейных устройств и т.
и.). 2. Наиболее опасными для технических объектов оказываются вибрациоиные воздействия. Знакопеременные напряжения, вызванные вибрационными воздействиями, приводят к накоплению повреждений в материале, что вызывает появление усталостных трещин и разрушение. Кроме усталостных напряжений в механических системах наблюдаются и другие явления, вызываемые вибрациями, напш1мер постепенное ослабление («разбалтывание») неподвижных соединений. Вибрациоивые воздействия вызывают малые относительные смещения сопряженных поверхностей'н соединениях деталей машин, при этом происходит изменение структуры поверхипстных слоев сопрягаемых деталей, их износ и, как результат, уменьшение силы трения в соединении, что вызывает изменение диссипативных свойств объекта, смещает его собственные частоты, что может вызвать резонансные режимы.
Если в механизме имеются подвижные соединения с зазорами (например, кинематические пары в механизмах), вибрационные воздействия могут вызвать соудареиия сопрягаемых поверхностей, приводящие к их разрушению и генерированию шума. В большинстве случаев разрушение объекта при вибрациоиных воздействиях связано с возникновением резонансных явлений. Поэтому при поли- гармонических воздействиях наибольшую опасность представляют те гармоники, которые могут вызвать резонанс объекта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
