А.В. Ревенков - Учебник - Теория и практика решения технических задач (1249576), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Динамическое согласование имеет свои ообенности для ТО первой и второй групп. Для успешного функционирования ТО первой группы (см. подразд. 7.2.2) необходимо согласование по времени работы отдельных компонентов. В радиоэлектронных устройствах стремятся согласовать собственные частоты усилительного контура с частотой обрабатываемого сигнала; при поточном производстве в автоматической производственной линии все операции должны выполняться за одно и тоже время, называемое тактом выпуска. Здесь речь идет о согласовании, которое не следует непосредственно из требований выполнения главной полезной функции. Например, если в двигателе внутреннего сгорания нарушится синхронизация пода- 7.
Принципы строения и закономерности развития технических систем 147 чи топлива в камеру сгорания и искрообразование, то двигатель просто не будет работать. Для ТО второй группы наоборот требуется риссоглисование собственных частот колебаний конструкции с частотой внешней нагрузки, например, по «правилу октавы», в соответствии с которым собственные истоты связанных между собой колебательных систем должны отличаться, более чем в 2 раза.
В противном случае из-за явления резонанса происходит лавинообразное усиление амплитуды колебаний и разрушение конструкции, так как коэффициенты резонансного усиления связанных подсистем перемножаются. Известно, что резонанс (от датск. и фр. дающий отзвук) — явление сильного возрастания амплитуды колебаний (электрических, механических, звуковых и т. д.) под влиянием внешних воздействий, когда частота собственных колебаний системы совпадает с частотой колебаний внешнего воздействия.
Ярким примером резонанса может служить падение Египетского моста через Фонтанку в Санкт-Петербурге 20 января 1905 г. при прохождении через него эскадрона гусар. Пример 7.9. Землетрясение в Мехико. В 1985 г. в Мехико произошло чрезвычайно разрушительное землетрясение. Американские специалисты установили, что причиной этому была большая длительность и то, что частота толчков совпала с собственной частотой колебаний почвы и ряда зданий. Резонанс в 6 раз усилил действие подземных толчков.
Для исключения возможности появления резонанса теоретически и экспериментально определяют собственные частотные характеристики проектируемых конструкций, исследуют частотные характеристики возникающей внешней нагрузки. Например, при проектировании летательных аппаратов необходимо, чтобы собственные частоты элементов конструкции не совпадали с частотой вибраций, которые создает двигатель и другие источники.
При проектировании турбин, мостов, летательных аппаратов стремятся избавиться от возникновения вибраций и принимают меры, чтобы вибрации, создаваемые одними устройствами, не совпадали с собственными частотами других устройств во избежание негативных резонансных явлений. Однако эффект резонанса часто используется для получения положительного результата при осуществлении полезной функции.
Например, для перемещения сыпучих продуктов может использоваться вибролоток. Если частота вынужденных колебаний совпадает с собственной частотой лотка (вместе с продуктом), установленного на упругом основании, то существенно уменьшается энергопотребление этого транспортного устройства. Энергия расходуется в основном только на гистерезисные потери упругого основания (например, пружины). Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач 148 В музыкальных инструментах явление резонанса используется для усиления звуков и получения более богатых звучаний.
При создании струнных музыкальных инструментов стремятся, чтобы дека резонировала на определенных тонах. Это не только усиливает звук, но и придает ему особую окраску. Настройка приемного контура радиоприемника заключается в настройке собственной частоты колебательного контура на частоту принимаемой электромагнитной волны. Колебательный контур входит в резонансный режим работы, и его сопротивление для частоты резонансной настройки становится минимальным, а для других частот— большим. На этом основан принцип фильтрации, выделения сигналов определенной частоты из многочастотного спектра. Пример 7.10.
Разрушение угольных пластов. Для разрушения угольных пластов в них бурят скважину, заполняют ее водой и создают импульсы давления. На этот способ, в котором используется явление гидравлического удара, было выдано авторское свидетельство. Через 7 лет было зарегистрировано еще одно авторское свидетельство, в котором предлагалось частоту импульсов согласовать с собственной частотой угольного пласта. Альтшуллер пишет 131: «Эти семь потерянных лет — плата за незнание законов развития технических систем», Пример 7.11. Эхолокаппя косяков рыб. При эхолокации ультразвуковые колебания определенной частоты, которые воздействуют на рыбу, могут совпасть с частотой колебания рыбьего пузыря. При этом сигнал, отраженный от косяка рыб, будет отличаться от сигнала, отраженного, например, от дна.
Он будет сильней. Поскольку собственная частота колебаний рыбьего пузыря во многом зависит от размера рыбы, то изменяя частотную характеристику посылаемого сигнала, можно судить о размерах рыб, составляющих косяк. Резонансные явления в природе и технике следует отличать от аетотсолебаний, когда в объекте возникают колебательные процессы, хотя внешняя нагрузка не носит колебательный характер. На этом явлении основаны духовые музыкальные инструменты, генераторы колебаний в радиоэлектронных устройствах.
Из истории развития авиации известно, что с ростом скоростей самолетов конструкторы столкнулись с такими явлениями, как флаттер— изгибно-крутильные колебания консоли крыла, бафтинг — изгибные колебания хвостового оперения (рис. 7.11), шимми — изгибные колебания стойки шасси. Природа этих явлений не связана с частотной характеристикой среды, которая воздействует на ТО, а определяется уровнем внешних нагрузок, формой и характеристиками жесткости конструкции.
Подводимая извне энергия приводит к нарастанию амплитуды колебаний, что приводит к разрушению конструкции. 7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 149 Рис. 7.11. Вафтииг хвостового оперения: а — угол атаки крыла; х — горизонтальная скорость полета При обработке резанием возникают вибрации, которые ухудшают качество обрабатываемой поверхности„но если они совпадут с собственными частотами колебаний в системе встанок — приспособление— инструмент — деталь», то может произойти поломка инструмента ит. и. Таким образом, анализируя прототип или получив первоначальный набросок проектируемого технического решения, необходимо проверить ТО на соответствие принципа согласования-рассогласования. Это позволит избежать ряда нежелательных явлений, которые могут обнаружиться в изготовленном техническом устройстве.
7.2.4. Симмелзрия Симметрия в переводе с греческого означает соразмерность, а в широком смысле это геометрическое свойство, характеризующее некоторую регулярность, правильность формы тела. Виды симметрии изучаются в математике, физике, биологии, кристаллографии и других науках. В технике широко используют различные виды симметрии. При этом рассматривают симметрию не только как геометрическое свойство, но и распространяют ее на физические свойства и параметры, характеризующие различные объекты. Исследования в этой области позволили выделить 11 видов симметрии. 1. Билатериальная симметрия характеризует объекты, которые можно разделить плоскостью на две равные части. При этом плоскость симметрии зеркально отображает одну половину объекта в другую. Такой вид симметрии (обозначается лг) встречается во многих ТО, для которых основное функционирование связано с перемещением в среде, а также в тех, которые тесно взаимодействуют с человеком.
Например, корпус самолета (рис. 7.!2, а), корабля, автомобиля, столовые приборы. 2. Аксиальиая симметрия характеризует объекты, которые имеют ось симметрии, т. е. такую прямую линию, при полном обороте вокруг которой обводы поверхности объекта несколько раз совпадуг сами с собой. Число таких совмещений и за один полный оборот называется порядком оси (2 < и <оо). Например, гребной винт (рис. 7,12, б), колесо центробежного насоса — порядок симметрии равен количеству лопаток, цилиндр — осевую симметрию бесконечного порядка. Раздел 2.
Приемы и методы решения технических задач 150 Рис. 7.12. Примеры симметрии: а — билатериачьная; б — аксиальная; в — комбинация плоскости симметрии с осью симметрии, леиашей в атой плоскости; г — комбинация оси симметрии с перпендикулярной к ней плоскостью симметрии; д — комбинация главной осн симметрии с продольными и попереч- ными плоскостями симметрии 3. Комбинация плоскости симметрии с осью симметрии, лежащей в плоскости симметрии, обозначается и т. Например, бытовой штепсельный разъем имеет симметрию 2т, шайба (со т), гайка (рис. 7.12, в).
4. Комбинация оси симнетрии с перпенДикулярной к ней плоскостью симметрии. Эти объекты не имеют плоскостей„проходящих через ось симметрии. Например, наливные мельничные колеса, вертушка анемометра (рис. 7.12„г). 5. Комбинация главной оси симметрии с продольными и поперечными гьгоскоспгями симметрии. Например, вал, блок (рис. 7.12, д) имеют бесконечное число плоскостей симметрии, проходящих через его ось, и плоскость симметрии, перпендикулярную оси (т и: т).
6. Центральная точечная симметрия. Этот вид симметрии характеризуется наличием особой точки, через которую могут проходить нссколько групп осей симметрии разных порядков и соответственно несколько групп плоскостей симметрии. Например, куб (рис. 7.13) имеет: три оси порядка 4, проходящие через противоположные вершины; четыре оси порядка 3, проходящие через середины противоположных граней; шесть осей порядка 2, проходящие через середины противоположных ребер и 9 плоскостей симметрии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
