Frol_263-391 (1074094), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Гироскопические гасители колебаний. Для гашения колебаний транспортных обьектов и в некоторых других специальных случаях находат применение динамические гасители, основанные на использовании гироскопов. Эквивалентное действие подобных систем аналогично работе пружинного гасителя с трением, хотя устройство н принцип функционирования различны. На рис. 11.33 приведена ~хема успокоителя бортовой качки судов. Ротор гироскопа 1 смонтирован в кожухе 2, который может качаться относительно судна вокруг оаг 3, перпендикулярной продольной оси корабля. При этом центр тяжести кожуха располагается ниже оси качаний на расстоянии 1.
Колебания кожуха демпфируются с помощью тормозного барабана 4. Масса ротора составляет обьгчно 1% массы судна. С помощью двигателя ротор приводится ва вращение с максимально допустимой угловой скоростью й. Запишем систему дифференциальных уравнений для малых колебаний: УР+«Р+ Ю,ПРг=М(г), А-Рг+ Ьг Рг+ Р/Рг — ~о П9 = б где У вЂ” момент инерции судна относительно продольной оси; Уе— момент инерции ротора; У~- — момент инерции относительно поперечной оси 3; Р— вес кожуха; ~рг — угол поворота кожуха; Ьг— коэффициент, характеризующий вязкое трение в барабане; с— остойчнвость судна; МД=Мсе — момент внешних сил, определяемый волнением моря. Наряду с рассмотренной схемой для гашении бортовой качки нашла применение гироскопическая схема с обратной связью. Кожух 2 исполнительного гироскопа с ротором 1 (рис.
11.34, а) устаноелен коицентрнчно относительно оси 3 прецессии. Повороты кожуха осуществляютаг серводвигателем 4 через зубчатую передачу 5 с помощью сигналов малого направляющего гироскопа (рис. 11.34, 6). Последнвй установлен аналогично иаюлнительному гироскопу и представляет собой его сильно уменьшенную копию. При бортовой качке в результате поворота кожуха направляющего гироскопа замыкаются соответствующие контакты реле, включающего серводвигатель. В результате кожух исполнительного гироскопа поварачиваетсл таким образом, что возникающий реактивный момент, действующий на опары кожуха, противодействует качке.
В болыпинстве современных судов для подавления качки используют устройства, основанные на применении управляемых или неподвижных крыльев, меняющих угол атаки прн крене таким образом, чтобы возникающая подъемная сила при их обтекании водой противод~юствовала качке. В отличие от гироскопических успокоителей зги устройства осуществляют стабилизацию лишь при движении судна. 1 1кв. поглотиткли колквлний с вязким и сухим тркникм Поглотвтели колебашй с вязким трением. На рис. 11.35 показаны схемы простейших поглотителей колебаний вязкого типа, присоединенных к демпфируемому объекту с одной степенью свободы. Поглотители широко используют для гашения как продольных, так и крутильных колебаний; при этом они пригодны для демпфирования колебаний, изменяинцихся по любым законам. При подавлении моногармонических колебаний поглотители колебаний менее эффективны, чем динамические гасители с трением, однако даже в этом случае зачастую им отдают предпочтение из-за конструктивной простоты и отсутствия упругого элемента, склонного к усталостным поломкам.
Рассматриваемая система также может быть описана уравнениями (11.31) в сщчае продольных колебаний либо (П.32) в случае крутильных при условии, что сг ге О. При ))е = Ьг|(Ъоггле) = О и Де = со будут системы с одной степенью свободы„амплитудно-частотные характеристики которых показаны на рис.
11.36. Наилучшая настройка поглотителя дает максимум Рис. П.зз 1с1/6 амплитуды в точке В. Величина ро, обеспечивающая экстремум характернстикы в точке В (сплошная линия), определяется соотношением Поглотители нолебаывв с сухим трением. . Поглотители колебаний с сухим трением получылы широкое распространение благодаря простоте конструкции и обслуживания, а также относительно малым габаритам. Их применяют для гашеыия как крутнльных, так ы продольных колебаний. Рассмотрим принцип действия такого поглотители ыа примере гашения кру тыльных колебаывй объекта с одной степенью свободы (рис.
сас. 11.37 Я Простейшая конструкция поглотителя колебаний вязкого тина приведена на рис. 11.35, а. Втулка 1, жестко связанная с кожухом 2, насажена на вал 3, крутнльиые колебаыия котороРвс. И.Зс го требуется погасить. Внутри кожуха находится маховик 4, способный проскальзывать относительно втулки благодаря вкладьппу 5 с малым коэффициентом тренвя. Малый зазор между кожухом н маховыком заполнен жидкостью с большой вязкостью. В схеме, изображенной на рыс. 11.35, 6, демпфирующий эффект создается при колебаниях жестко насажеыной на вал 3 ступицы 1 с лопатками, прокручнвающейся относительыо маховика 2; внутренние камеры заполнены вязкой жидкостью.
На рис. 11.35, в ведущий вал 3 вращает полумуфту 2, имеющую торообразную полость внугреыними перегородками 6 ы скреплеиыый с ыей кожух 2, свободно прокручиввющийся относительно аналогичной второй полумуфты 4, жестко соединенндй с ведомым валом 5. Полость между полумуфтами заполнена жиДкостью неболыпой вязкости. Вследствие разности скоростей ведомого и ведущего вала под действием разносты центробехсвых сил осуществляется круговая циркуляция жидкости в направлении, показанном стрелками.
Возникающие при этом корнолисовы силы осуществляют передачу крутящего момента, В поглотнтеле на рнс. 11.35, г демпфируюшая сила возникает при перегеканни масла через малые отверстия прн колебаниях диафрагмы 1 относительно заполнеыного маслом и свободно насаженного кожуха 2. 11.37). В этом случае диск с моментом инерции Уг присоединяется к объекту с помощью пары сухого трения, создаюШей лри относительных колебаниях момент постоянной величины 6, противодействующий относительному смещению объекта н поглотители. По аналогии с (11.32) дифференциальные уравнения системы могут быть записаны в таком виде: Хд+ 8 зап(ф — фг)+ей=Мое' '; угфг — р зйп(ф — фг)=0. На рис.
11.38 показана конструкция поглотителя с сухим трением. Ступица 1, жестко соединенная с валом 2, вовлекает во вра- Рис. 11 38 , щеиие через фрикционные диски 3 маховик 4, свободно насаженный на вал. Регулировка величины сил сухого трения обеспечивается степенью сжатия пружины 5. При колебаниях вала происходит относительное проскальзывание маховика и ступицы, приводящее к рассеянию энергии вследствие трения на фрикционных поверхностях. Оптимальный момент сил сухого трения, даюший максимальное рассеяние энергии за цикл, 8 =(з/2/я) Хгго~ Ро, где й о — амплиту да угловых колебаний вала при отсутствии демпфера.
Недостатком поглотителей сухого трения является непостоянство момента трения вследствие износа и загрязнения трущихся поверхностей, а также возможность перекоса и заедання дисков. 1 11.9. Ъ'ДАРНЫЕ ГАСИТЕЛИ КОЛЕБАНИЙ Для оценки эффективности нелинейных динамических гасителей помимо информации о динамической податливости илн жесткости демпфируемых элементов необходимо знать уровень их колебаний до установки гасителей. Таким образом, в случае экспериментального определения характеристик демпфнруемой системы нужно произвести соответствующие измерения колебаний в условиях нормального функционирования объекта.
Нелинейный гаситель не может осуществить полную компенсацию колебаний при моногармоническом возбуждении х (1) =жо (со) е, и речь может идти только об их частичном подавлении. Ъ'меньшая колебания на частоте внешнего воздействия, нелинейный гаситель возбуждает вместе с тем высокочастотные колебания системы. Эту особенность нелинейного динамического гашения следует иметь в виду в основном при использовании гасителей существенно нелинейного типа, например ударных. 291 Основу ударного ааброгасатгля составляет те- «гМ ло массой 1«г (Рис. 11.39), соУдаРЯющеесЯ с элементом А деьшфируемой системь1, колебания которого следует уменьшить. Наибольшее распространение получили плаваю1цие ударные гасители (рис. 11.40, а, 6, г), выполненные в виде шара, цилиндра, кольца, установленного свободно с зазором 2Ь.
Плавающие гасители настраивают на ре1квм двух поочередных соударений тела о кажРвг. 11.ЗВ дЫй ОГраинчнтЕЛЬ За Порвал давжсвнй, даЮП1ий для таких устройств наибольший эффект. Наряду с зтим используют прувзшные (рис. 11АО, г) и маяпп1ковые (рнс. 11.40, д) ударные гасители с соответствующей подвеской гасителя. В таких устройствах реализуют, как правило, ре1квм односторонних соударений с одним ударом за период. Р~е применяют аналогичные устройства двустороннего действия (рис.
ПАО, е). На рис. 11.41 приведены статические упругие характериствкиДу) перемещенвя у гасителя относительно деформвруемой точки А объекта для основных вариантов установки гасителей (а — плавающий гаситель; 6 — прунинный односторонний гаситель; а — пруизшный двусторонний гантель). Непосредственная гармоническая линеарнзация опнсанны,х статических характеристик невозмонна, поскольку их значения при ударе неоднозначны.
Удобным приемом является гармоническая линеаризация обратных функций у=Я(Я), характеризующих зависимость относительного смещения от «упругой» реакции гасителя. Напрвмер, для гасителя плавающего типа (рис. 11.42) у=аайаЖ а) г) г! т Риа. 11АО с Рвс. 11.42 Рвс. И.41 Осуществляя гармоническую линеарюацию функций с помощью обычных приемов, имеем уж9(Яс)Я, где д(Яс) — коэффициент гармонической линеаризацнн, зависящий тшерь от амплитуды Яс периодической реакции гасителя, причем 9 = сг Определим зависимость гсс(го), для которой плавающий ударный гаситель обеспечивает полное подавление основного тона колебаний в широком диапазоне частот возмущения: вЬ(в) 4атгсР (П.39) Ц(йс)~ в Левая часть равенства (11.39) харацтерюует амплитуду Ос гармонической возмущающей силы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
