Поделиться Поделиться

Вибрации и колебания в машинах и механизмах

При движении механической системы под действием внешних сил в ней могут возникать механические колебания или вибрации. Причинами возникновения вибраций могут быть периодические изменения сил (силовое возмущение), перемещений (кинематическое возмущение) или инерционных характеристик (параметрическое возмущение). Вибрацией (от лат. vibratio - колебание) называют механические колебания в машинах или механизмах. Колебание - движение или изменение состояния, обладающие той или иной степенью повторяемости или периодичностью. Если источник возникновения вибраций определяется внутренними свойствами машины или механизма, то говорят об его виброактивности. Чтобы вибрации механизма не распространялись на окружающие его системы или чтобы защитить механизм от вибраций, воздействующих на него со стороны внешних систем, применяются различные методы виброзащиты. Различают внешнюю и внутреннюю виброактивность. Под внутренней виброактивностью понимают колебания возникающие внутри механизма или машины, которые происходят по его подвижностям или обобщенным координатам. Эти колебания не оказывают непосредственного влияния на окружающую среду. При внешней виброактивности изменение положения механизма приводит к изменению реакций в опорах (т.е. связях механизма с окружающей средой) и непосредственному вибрационному воздействию на связанные с ним системы. Одна и основных причин внешней виброактивности - неуравновешенность его звеньев и механизма в целом.

Понятие о неуравновешенности механизма (звена)

Неуравновешенным будем называть такой механизм (или его звено), в котором при движении центр масс механизма (или звена) движется с ускорением. Так как ускоренное движение системы возникает только в случае, если равнодействующая внешних силовых воздействий не равна нулю. Согласно принципу Д’Аламбера, для уравновешивания внешних сил к системе добавляются расчетные силы - силы и моменты сил инерции. Поэтому уравновешенным будем считать механизм, в котором главные вектора и моменты сил инерции равны нулю, а неуравновешенным механизм, в котором эти силы неравны нулю. Для примера рассмотрим четырехшарнирный механизм (рис. 14.1).

Механизм будет находится в состоянии кинетостатического равновесия, если сумма действующих на него внешних сил и моментов сил (включая силы и моменты сил инерции) будет равна нулю.

Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  1 ; Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  2 .

Уравновешенность является свойством или характеристикой механизма и не должна зависеть от действующих на него внешних сил. Если исключить из рассмотрения все внешние силы, то в уравнении равновесия останутся только инерционные составляющие, которые определяются инерционными параметрами механизма - массами и моментами инерции и законом движения (например, центра масс системы Sм), поэтому уравновешенным считается механизм для которого главный вектор и главный момент сил инерции равны нулю:

Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  3 .

 
  Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  4


Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  5 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  6 y 2 Ми3Ри2

Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  7 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  8 S2 C 3

Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  9 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  10 1 B

Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  11 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  12 Pд1rS2Ри3

Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  13 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  14 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  15 w1 S1 G2S3

Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  16 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  17 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  18 rS1Ри1rS3G3

e1Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  19 G1rSмSм Мс3

Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  20 A Ми3 D x

Ми1Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  21 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  22 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  23 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  24

 
  Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  25


0

Рис. 14.1

Неуравновешенность - такое состояние механизма, при котором главный вектор или главный момент сил инерции не равны нулю. Различают:

· статическую неуравновешенность Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  26 ;

· моментную неуравновешенность Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  27 ;

· динамическую неуравновешенность Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  28 .

При статическом уравновешивании механизма необходимо обеспечить:

Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  29

Это условие выполняется если скорость центра масс механизма равна нулю Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  30 , или она постоянна по величине и направлению Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  31 .Обеспечить выполнение условия Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  31 в механизме практически невозможно, поэтому при статическом уравновешивании обеспечивают выполнение условия Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  30 . Это возможно, когда центр масс механизма лежит на оси вращения звена 1 - rSм= 0 или когда он неподвижен rSм= const , тогда:

Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  34 .

На практике наиболее часто статическое уравновешивание проводят следующими методами:

· выбирая симметричные схемы механизма (рис. 14.2);

· устанавливая на звеньях механизма противовесы (или корректирующие массы);

· размещая противовесы на дополнительных звеньях или кинематических цепях.

  32 B 1 D,C A,S1,Sм E,Q Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  35     0 K 4 5 Рис. 14.2

Метод замещающих масс

Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  36 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  37 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  37 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  37 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  37 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  41 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  42 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  43 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  44 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  45 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  46 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  47 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  48 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  49 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  50 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  37 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  37 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  53 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  54 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  54 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  45 mi, JSi Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  57 A Si B Звено с распределенной массой
 
  Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  58


A miA Si miB

Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  59 Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  60 B Модель с точечными

Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  61 массами

lASi miSi

lAB

Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  62


Рис. 14.3

При использовании метода замещающих масс, звено механизма с распределенной массой заменяется расчетной моделью, которая состоит из точечных масс.

Условиями перехода от звена с распределенной массой к модели с точечными массами являются:

1. Сохранение массы звена: miA + miB = mi ;

2. Сохранение положения центра масс: lASi = const ;

Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  63 .

3. Сохранение момента инерции:

Вибрации и колебания в машинах и механизмах - Инвестирование -  64 .

Одновремённое выполнение всех трёх условий системой с двумя массами невозможно, поэтому при статическом уравновешивании механизмов ограничиваются выполнением только двух первых условий. Чтобы обеспечить выполнение всех трех условий необходимо ввести третью массу miSi. Рассмотрим применение метода замещающих масс при полном и частичном статическом уравновешивании кривошипно-ползунного механизма.

← Предыдущая страница | Следующая страница →