что означает силовое возбуждение вибрации

Физические характеристики вибрации

По ГОСТ 24346 – 80 под вибрацией понимается движение точки или механической системы, при котором происходит поочередное возрастание и убывание во времени значений любой величины, её характеризующей.

По механизму генерации различают вибрации с силовым, кинематическим и параметрическим возбуждением.

Силовое возбуждение вибрации – это возбуждение вибрации системы вынуждающими силами и моментами. Источниками их являются: возвратно-поступательные движущиеся системы (кривошипно-шатунные механизмы, ручные вибраторы и перфораторы, вибротрамбовки, виброплиты, вибробункеры и т.п.); неуравновешанные вращающиеся массы (ротора насосов и ГТД, ручные электрические и пневматические шлифовальные машины, режущий инструмент станков, вентиляторы и т.п.); ударные системы (ковочные и штамповочные молоты, подшипниковые узлы, зубчатые передачи и т.п.).

Кинематическое возбуждение вибрации – возбуждение вибрации системы сообщением каким-либо ее точкам заданных движений, не зависящих от состояния системы. Причинами его являются воздействие профиля дороги на автомобили и строительно-дорожные машины, электрокары и ручные тележки в помещениях, колебания пола помещений и т.п.

Параметрическое возбуждение вибрации – возбуждение колебаний и вибрации системы не зависящим от состояния системы изменением во времени одного или нескольких ее параметров (массы, момента инерции, коэффициентов жесткости и сопротивления). Источниками являются двигатели внутреннего сгорания при изменении давления газов в цилиндрах, пневматические двигатели и т.п.

По характеру изменения во времени различают колебания детерминированные (периодические или почти периодические), случайные (стационарные или нестационарные) и импульсные или затухающие, которые могут быть простыми и сложными.

Сложные колебательные процессы могут быть представлены в виде простых гармонических синусоидальных колебаний с помощью ряда Фурье.

Колебания подразделяются на свободные и вынужденные. Свободные колебания – вибрации системы, происходящие без переменного внешнего воздействия и поступления энергии извне. Вынужденные колебания – вибрации системы, вызванные и поддерживаемые силовым или кинематическим возбуждением.

Основными понятиями теории колебаний для вибрации являются:

1) вибрационные параметры: виброперемещение, виброскорость и виброускорение;

2) механический импеданс;

3) собственная частота.

Основными величинами, характеризующими вибрацию, происходящую по синусоидальному закону, являются:

· амплитуда виброперемещения S_а– величина наибольшего отклонения колеблющейся точки от положения равновесия;

· амплитуда виброскорости V_а – максимальное значение скорости колеблющейся точки;

· амплитуда виброускорения а_а – максимальное значение ускорения колеблющейся точки;

· период колебаний Т– наименьший интервал времени, через который при периодических колебаниях повторяется каждое значение колеблющейся величины, характеризующей вибрацию;

· частота колебаний f– величина, обратная периоду колебаний.

Виброскорость и виброускорение связаны с виброперемещением и частотой ко­лебаний соотношениями:

V = 2 p × f × S и a = (2 p × f) 2 × S

Учитывая, что абсолютные значения величин, характеризующих вибрацию, изменяются в очень широких пределах, в практике виброакустических исследований и инженерных расчетах используют логарифмические уровни колебаний. Под ним понимается сравнительная характеристика колебаний двух одноименных физических величин, пропорциональная десятичному логарифму отношения оцениваемого и исходного значений величины

где b – оцениваемое значение величины (скорость, ускорение и т.п.);

b_о – исходное значение величины (скорости, ускорения и т.п.).

Так, например, уровни виброскорости и виброускорения определяются соответственно как

где V и а – оцениваемые значения соответственно виброскорости и виброуско­рения;

V_o и а_о – исходные (пороговые) значения виброскорости и виброускорения.

Согласно международному соглашению принято:

Уровни колебаний (вибрации) измеряются в децибелах (дБ).

В общем случае физическая величина, характеризующая вибрацию (например, виброскорость) является некоторой функцией времени: V = V(t). Математическая теория показывает, что такой процесс можно представить в виде суммы бесконечно долго длящихся гармонических (синусоидальных) колебаний с различными амплитудами и периодами. В случае периодических колебаний частоты этих составляющих кратны основной частоте колебаний (процесса):

f₁ – основная частота колебаний.

Основной характеристикой в производственной безопасности или охране труда является спектр вибрации, под которым понимается совокупность соответствующих гармоническим составляющим значений величины, характеризующей колебания (вибрации), в которой указанные значения располагаются в порядке возрастания частот гармонических составляющих. Периодическим и почти периодическим колебаниям соответствует дискретный спектр, непериодическим – непрерывный спектр. Если колебания представляют собой наложение периодических и случайных колебаний, то спектр имеет смешанный характер.

Интенсивность вибрационных воздействий на человека, приборы и другие объекты зависит от частоты. Поэтому весь диапазон частот колебаний принято разбивать на отрезки (полосы частот) и определять уровни вибрации для каждой полосы в отдельности. В качестве стандартных частотных полос при оценке вибрационной безопасности принимают октавные полосы, у которых отношение верхних граничных частот к нижним частотам равно 2. Каждую октавную полосу принято обозначать среднегеометрическим значением ее граничных частот, определяемым по формулам

где f_min – нижняя, а f_max – верхняя граничная частота, Гц, причем f_max = 2 f_min.

При необходимости октавные полосы делят на третьоктавные, для которых f_max = 2 1/3 f_min @1,26 f_min. Например, первая октавная полоса имеет граничные частоты 0,7 и 1,4 Гц, а ее среднегеометрическая частота f_c = 1 Гц; следующая, соответственно 1,4….2,8 Гц и 2 Гц и т. д.

Механический импеданс (Z) определяется как отношение вынуждающей силы (F), приложенной к системе, к результирующей колебательной скорости υ в точке приложения силы

.

Собственная частота — это частота свободных колебаний системы, т.е. колебаний без переменного внешнего воздействия и поступления энергии.

Рис. 11.1. Собственная часто­та колебаний

Собственная частота колебаний системы (f₀), представленной на рис. 11.1, определяется по формуле:

,

где К — жесткость пружины; М — масса груза.

При равенстве собственной частоты колебаний системы частоте вынужденных колебаний возникает явление резонанса, приводящее к резкому увеличению амплитуды колебаний.

Дата добавления: 2015-07-10 ; просмотров: 1864 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Силовое возбуждение вибрации

Силовое возбуждение вибрации – возбуждение вибрации системы вынуждающими силами и (или) моментами.

Рубрика термина: Виды вибрации

Полезное

Смотреть что такое «Силовое возбуждение вибрации» в других словарях:

силовое возбуждение вибрации — силовое возбуждение Ндп. динамическое возбуждение Возбуждение вибрации системы вынуждающими силами и (или) моментами. [ГОСТ 24346 80] Недопустимые, нерекомендуемые динамическое возбуждение Тематики вибрация Синонимы силовое возбуждение EN force… … Справочник технического переводчика

Силовое возбуждение вибрации — 85. Силовое возбуждение вибрации Силовое возбуждение Ндп. Динамическое возбуждение Возбуждение вибрации системы вынуждающими силами и (или) моментами Источник: ГОСТ 24346 80: Вибрация. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

силовое возбуждение (вибрации) — 85 силовое возбуждение (вибрации) (Нрк. динамическое возбуждение): Возбуждение вибрации системы вынуждающими силами и/или моментами. 7.6.3 Сокращенную форму термина приводят после самого термина через точку с запятой (« ; ») светлым шрифтом.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Виды вибрации — Термины рубрики: Виды вибрации Автоколебания Амплитуда гармонических колебаний Амплитуда колебаний … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

ГОСТ 24346-80: Вибрация. Термины и определения — Терминология ГОСТ 24346 80: Вибрация. Термины и определения оригинал документа: 112. Автоколебания Колебания системы, возникающие в результате самовозбуждения Определения термина из разных документов: Автоколебания 137. Активная виброзащита… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Р 50.1.075-2011: Разработка стандартов на термины и определения — Терминология Р 50.1.075 2011: Разработка стандартов на термины и определения: 15 (стационарный) котел сверхкритического давления (Нрк. стационарный котел закритического давления): Паровой стационарный котел для получения пара выше критического… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Источник

Что означает силовое возбуждение вибрации

При рассмотрении вибрационных устройств приходится пользоваться понятиями как автономных, так и неавтономных систем (см. т. 2, гл. I). Для практического использования почти незатухающих свободных колебаний необходима колебательная система с очень малым рассеянием энергии и, кроме того, требуется надежная изоляция вибрирующей системы от влияния внешних факторов. Такие требования практически исключают использование свободных колебаний в технологических целях.

Автоколебания могут возникнуть в определенных нелинейных автономных динамических системах, в которых потребление энергии на преодоление диссипативных сил компенсировано потреблением порций энергии от неколебательного источника, причем это потребление регулируется автоматически, самой системой в процессе ее движения (см. т. 2, гл. I). В фазовом пространстве установившимся автоколебаниям соответствует устойчивый предельный цикл (см. т. 2, гл. II). В автоколебательных системах с мягким самовозбуждением состояние равновесия находится внутри предельного цикла. Поэтому оно неустойчиво, и система из состояния равновесия запускается самопроизвольно без помощи внешних факторов. В системах с жестким самовозбуждением область неустойчивых движений на фазовом пространстве не включает состояния равновесия. Поэтому запуск из этого состояния возможен только с помощью внешнего воздействия, переводящего систему в область неустойчивых движений. Для достижения этого предусматривают устройство, которое обеспечивает после отключения источника энергии остановку системы в таком положении, при котором она оказывается внутри области неустойчивости и поэтому запускается самопроизвольно при последующем включении.

Если автоколебательная система представляет собой вибратор с малым демпфированием, то автоколебания такой системы энергетически выгодно, а зачастую и наиболее просто осуществлять близкими по частоте и форме к одной из собственных частот и форм вибрации. Если система не является колебательной, то отмеченная возможность отсутствует, но открываются более широкие возможности управления частотой и спектральным составом автоколебаний. Если при расчете системы действие вибровозбудителя можно представить как некоторую заданную функцию времени, то колебательная система является неавтономной.

Существуют три способа возбуждения вибрации неавтономных динамических систем: силовой, кинематический и параметрический. Системы с силовым и кинематическим возбуждением совершают вынужденные колебания, а с параметрическим возбуждением — параметрические колебания. Силовое возбуждение колебаний осуществляют действием на систему вынуждающих сил и (или) вынуждающих моментов, т. е. переменных по времени внешних сил и моментов, не зависящих от координат состояния системы и их производных. Кинематическое возбуждение колебаний осуществляют сообщением извне некоторым ее точкам (или телам) перемещений, не зависящих от координат состояния системы и их производных.

Большинство современных вибрационных машин работает в режимах вынужденных колебаний. Использование вынужденных колебаний открывает широкие возможности разработки вибрационного привода, реализующего колебания различного амплитудного и фазового спектра. Возможна работа вблизи обычного резонанса (когда частота колебаний равна частоте вынуждающего воздействия), в режиме супергармонического резонанса (когда имеется ярко выраженная супергармоника, частота которой кратна частоте вынуждающего воздействия), в субгармоническом режиме (когда частота колебаний в целое число раз меньше частоты вынуждающего воздействия), в режиме комбинационного резонанса (когда рационально отношение частоты колебаний к частоте вынуждающего воздействия).

Параметрические резонансы существенно отличаются от резонансов при вынужденных колебаниях, Основные свойства и математические методы исследования колебаний параметрически возбуждаемых линейных систем описаны в т. 1, гл. VII

Принудительное возбуждение колебаний реализуют сообщением извне инерционному элементу системы, которая в свободном состоянии имеет одну степень свободы, колебательного движения, не зависящего от координат состояния и их производных. Поскольку состояние системы как функция времени задано извне, силу (момент) в приводном механизме можно определить из уравнения кинетостатики, причем она будет явной функцией не только времени, но и параметров системы.

Используя терминологию теоретической механики, можно сказать, что кинематическое и принудительное возбуждение колебаний — ничто иное, как наложение на систему нестационарных (реономных), т. е. зависящих от времени, связей. При кинематическом возбуждении вибрации системы связи могут быть либо жесткими, т. е. наложенными на инерционные элементы системы и уменьшающими число ее степеней свободы, но не доводящими его до нуля, либо нежесткими, т. е. наложенными на упругие или диссипативные элементы системы и не изменяющими числа ее степеней свободы. Если исходная система имеет одну степень свободы, то кинематическое возбуждение колебаний налагает на нее нежесткую связь. Принудительное возбуждение колебаний налагает жесткую связь на исходную систему с одной степенью свободы и сводит число степеней свободы к нулю.

Возможно использование сочетаний различных способов совместного возбуждения колебаний, например параметрических колебаний с вынужденными. Известны и устройства, которые последовательно осуществляют сначала кинематическое возбуждение колебаний в переходном режиме пуска машины, а затем принудительное возбуждение в установившемся режиме. Установление, каким из способов возбуждаются колебания, может зависеть от ряда обстоятельств.

Рис. 1. Пример вибрационного привода

Проиллюстрируем это примером. В системе, показанной на рис. 1, ось кривошипа 1 жестко связана с инерционным элементом 3, а палец шатуна 2 — с инерционным элементом 4. Пусть задано равномерное вращение кривошипа, а следовательно, относительное движение тел 3 и 4. Их абсолютное движение зависит от сил трения в направляющих 5, сил, передаваемых пружинами и 7, и сил инерции. Следовательно, имеем случай кинематического возбуждения вибрации. Если технологический процесс полностью определен относительным движением тел 3 и 4 (например, когда эти тела представляют собой щеки дробилки, раздавливающие кусок материала), можно говорить о принудительном возбуждении вибрации. Если принять в расчет не абсолютно жесткую характеристику двигателя, вращающего кривошип, и вызванную упомянутыми силами и структурой механизма неравномерность вращения кривошипа, то система станет автономной.

Источник

СПОСОБЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ВИБРАЦИИ И ДИНАМИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЕЮ

Однажды возбужденная незатухающая (точнее, очень медленно затухающая) свободная вибрация лишь изредка находит техниче­ское применение в приборах. Для практического использования
почти незатухающей вибрации необходима колебательная система с очень малым рассеянием энергии и, кроме того, требуется надеж­ная изоляция этой системы от внешних воздействий. Эти жесткие требования практически исключают использование свободных ко­лебаний в технологических целях.

В динамических системах с достаточно малым демпфированием может использоваться затухающая вибрация, возобновляемая пе­риодическими односторонними импульсами /, сообщаемыми инер­ционному элементу через целое число п циклов свободных колеба­ний (рис. 31, а), или периодическими чередующимися по направле­нию импульсами / и —/, сообщаемыми через п — 1/2 циклов (рис. 31,6), или иными внешними воздействиями. На рис. 31, в, г показаны траектории состояний, соответствующие осциллограммам на рис. 31, а, б. Показанный на рисунках способ возбуждения виб­рации представляет собой разновидность силового супергармониче — ского резонансного возбуждения порядка п (рис. 31, а, е) и поряд­ка 2 п— 1 (рис. 31,6, г). При п= 1 мы получаем разновидность обычного силового резонансного возбуждения колебаний.

Иногда в вибрационных машинах используют жесткий привод с принудительным движением рабочего органа. В таких системах колебания обычно создаются кривошипно-шатунными, эксцентрико­выми, кулачковыми и т. п. механизмами. Однако гораздо чаще виб­рационные машины представляют собой динамические системы. Из­вестны четыре способа возбуждения колебаний динамических сис­тем:

1. Силовое возбуждение вибрации, осуществляемое внешними, не зависящими от состояния системы силами F(t) или моментами M(t), которые приложены к инерционным элементам.

2. Кинематическое возбуждение вибрации, осуществляемое со­общением извне точкам системы не зависящих от ее состояния по­ступательных x(t) или угловых ф (t) перемещений.

3. Параметрическое возбуждение колебаний, осуществляемое путем сообщения извне не зависящих от состояния системы измене­ний ее параметров, например, массы m(t), момента инерции J

4. Самовозбуждение колебаний, которое может возникать в некоторых нелинейных системах за счет потребления ими порций энергии от неколебательного источника; такие самовозбужден — ные колебания называют автоколебаниями.

Возможны определенные сочетания перечисленных спо­собов возбуждения колебаний. Следует иметь в виду, что от­несение какой-либо конкретной схемы к одному из пунктов приведенной классификации может вызвать затруднение и оказаться условным. Так, цен­тробежное возбуждение коле­баний при постоянной угловой скорости дебаланса обычно считают силовым возбуждени­ем, имея в виду не зависящую от состояния системы центро­бежную силу вращения деба­ланса вокруг своей оси, вос­принимаемую опорами деба­ланса. Можно, однако, считать центробежное возбуждение ча­стным случаем кинематическо­го возбуждения колебаний, когда задано относительное движение (вращение) одного инерционного элемента (деба­ланса) относительно другого (рабочего органа), с которым жестко связана ось (подшипники) дебаланса. Если же необходимо учиты­вать вызываемые вибрацией рабочего органа колебания угловой скорости дебаланса, то система может рассматриваться как авто­номная, что сближает ее с автоколебательными системами.

Имеются вибрационные машины, у которых на движение рабо­чего органа наложены ограничения, но сохраняются некоторые реа­лизуемые степени свободы. Они являются разновидностью динами­ческих систем. В их числе можно назвать системы с упругим ша­туном кривошипно-шатунного привода. Приведем еще несколько примеров. На рис. 32, а изображена схема, в которой массивное те­ло 1 движется в направляющих 2 под действием вращающегося кулачка 3, ось О которого неподвижна. Тело 1 соединено с непод­вижной стойкой посредством демпфера 4 и пружины 5. Если ско­рость вращения кулачка не зависит от усилия, передаваемого на него телом 7, и поджатие пружины достаточно, чтобы предотвра­
тить отрыв тела 1 от кулачка, то мы будем иметь систему с при­нудительным движением. Если же какое-либо из этих условий не выполняется, система становится динамической.

Второй пример приведен на рис. 32, б, где ось Ot кривошипа 1 жестко связана с телом 3, а палец О% шатуна 2 — с телом 4. Если вращение кривошипа не зависит от развивающихся в приводе уси­лий, то относительное движение тел 3 я 4 оказывается заданным, но абсолютное движение зависит от трения в направляющих 5, уси­лий в пружинах б и 7 и сил инерции, развиваемых телами 3 я 4. Следовательно, мы имеем случай кинематического возбуждения ко­лебаний динамической системы.

В качестве следующего примера возьмем систему, в которой точка А тела 1 (рис. 32, в) движется с заданной по модулю как функция времени скоростью по заданной траектории С. Повороты тела 1 относительно точки А определяются моментами силы инер­ции, сил пружин 2 и 3 я демпфера 4 относительно этой точки. Та­ким образом, здесь также представлена динамическая система с кинематическим возбуждением колебаний.

Известно много типов и разновидностей вибровозбудителей, т. е. устройств, предназначенных для возбуждения механического коле­бательного движения [4]. Здесь мы назовем следующие четыре груп­пы, применяемые в различных отраслях техники:

1. Механические преобразователи вращательного движения в колебательное.

2. Пневмо — и гидромеханические преобразователи, в которых энергия газообразного или жидкого рабочего тела преобразуется в энергию механических колебаний.

3. Электромеханические преобразователи, в которых электри­ческая энергия преобразуется в энергию механических колебаний.

4. Инерционные вибровозбудители, вынуждающая сила которых вызывается колебательным или вращательным движением инерци­онных элементов.

К числу механических преобразователей вращательного движе­ния в возвратно-поступательное относятся кривошипно-шатунные, эксцентриковые, кулачковые механизмы, отдельные звенья которых могут быть деформируемыми.

К числу пневмо — и гидромеханических преобразователей отно­сятся: поршневые, диафрагмовые, сильфонные, баллонные виб­ровозбудители; гидроударные вибровозбудители; сирены; свистки; язычковые автоколебательные устройства.

Сирены, свистки и язычковые автоколебательные устройства на­ходят применение в ультразвуковой технике и акустических, в част­
ности музыкальных, приборах. У сирен колебания среды возбуж­даются порциями газа или жидкости, периодически вырывающими­ся через отверстия вращающегося диска. У свистков возбуждают­ся автоколебания потока выпускаемого газа или жидкости. У языч­ковых устройств возбуждаются автоколебания язычка в потоке га­за или жидкости.

В гидроударных вибровозбудителях колебания рабочего орга­на возбуждаются инерционными силами потока жидкости, который периодически’быстро перекрывается. Такой способ возбуждения ударных колебаний был использован в ряде машин для бурения

скважин в твердых породах.

Поршневые, диафрагмовые, сильфонные, баллонные вибро­возбудители могут быть трех ти­пов: автоколебательные; с осуще­ствляемым извне движением уп­равляющих элементов (клапанов, золотников и т. п.); пульсатор — ные, работающие в режиме вы­нужденных колебаний, поддержи­ваемых создаваемыми вне вибро — возбудителя колебаниями давле­ния рабочего тела.

На рис. 33, а показана схема беззолотникового пневматическо­го поршневого вибровозбудителя автоколебательного типа. Он со­стоит из цилиндра 1 и поршня 2. Сжатый воздух подается через патрубок 3. Когда поршень нахо­дится в представленном на схеме положении, сжатый воздух по ка­налу 4 и выточке 5 цилиндра по­падает в выточку 6 поршня, а от­туда через сверления 7 в полость 8 между поршнем и цилиндром. Сила давления воздуха сдвинет поршень вправо, а цилиндр влево, пока торец 9 поршня не войдет в выточку 10 цилиндра, соединен­ную с выхлопным отверстием И. Несколько ранее выточка 12 поршня начнет совмещаться с выточкой 13 цилиндра, что вызовет последующее перемещение поршня влево, а цилиндра вправо и т. д. Такой вибровозбудитель может быть сконструирован для работы в безударном режиме и в режиме периодических ударов по одной или по обеим крышкам цилиндра.

Схема гидравлического поршневого вибровозбудителя пульса- торного типа изображена на рис. 33,6. Здесь полости 1 и 2 между поршнем 3 и цилиндром 4 вибровозбудителя соединены при помо­щи трубопроводов 5 и 6 с полостями 7 и 8 поршневого насоса, при­водимого в действие каким-либо двигателем.

Пневмомеханические и гидромеханические преобразователи ис­

пользуются лишь в немногих вибрационных машинах, но имеют благоприятные перспективы более широкого применения. Они про­сты по устройству, позволяют плавно регулировать частоту или раз­мах колебаний, дают возможность получать колебания различного спектрального состава.

К числу электромеханических преобразователей относятся: электрострикционные (включая пьезоэлектрические), магнитост — рикционные (включая пьезомагнитные), электростатические, элект­родинамические, электромагнитные.

В электростатическом преобразователе (рис. 34, а) на обклад­ки/и 2 подается колеблющаяся разность потенциалов, благодаря чему между ними возникает переменная электростатическая сила, вызывающая колебания тел 4 и 5, соединенных с обкладками. Вы­нуждающая электростатическая сила весьма мала, вследствие че­го такие преобразователи работают обычно в резонансном режиме. Этого можно добиться, в частности, путем подбора упругого ди­электрика 3 надлежащей жесткости. Электростатические вибровоз­будители изредка применяются в приборах.

Существуют вещества, в которых под действием магнитного по­ля возникают упругие напряжения, приводящие к деформации тел, изготовленных из этих веществ. Такое явление называется магни — тострикцией. Имеются также вещества, в которых наблюдаются электрострикционные явления, т. е. возникновение упругих напря­жений под действием электрического поля. Упругие деформации при магнитострикции и электрострикции находятся в прямой зави­симости от квадрата напряженности поля и не зависят от знака поля. Поэтому частота упругих деформаций вдвое превышает час­тоту изменений поля, если последнее колеблется около нулевого значения. В этом проявляется так называемый эффект квадриро — вания.

Путем магнитной поляризации (или соответственно электриче­ской поляризации), если напряженность постоянного поляризую­щего поля не меньше амплитуды напряженности колеблющегося поля, можно «линеаризовать» систему, исключив эффект квадри — рования. Частота упругих колебаний в такой системе равна частоте колебаний магнитного (или электрического) поля. В этом случае преобразователь называют пьезомагнитным (или, соответственно, пьезоэлектрическим). Чаще всего такие преобразователи работают в резонансном режиме.

В качестве магнитострикционных материалов применяют ни­кель, пермаллой (сплав никеля с железом), пермендюр (сплав ко­бальта с железом), вибратит (никель-цинковый феррит) и др. На рис. 34, б представлена схема одной разновидности магнитострик — ционного вибровозбудителя. Здесь сердечник 1, набранный из лис­тов магнитострикционного материала, возбуждается переменным током в обмотке 2. Лезвиями 3 сердечник удерживается в крепле­нии 4. Колеблющиеся торцы 5 и б сердечника являются рабочими поверхностями.

В качестве электрострикционных материалов применяют есте­ственно поляризованные монокристаллы кварца, турмалина, сегне — товой соли или искусственно поляризованную керамику титаната бария, титаната бария-свинца, цирконата-титана свинца и др. Схематически пьезоэлектрический вибровозбудитель может быть представлен, например, диском 1 (рис. 34, в) из пьезоэлектриче­ской керамики, на посеребренные торцы 2 и 3 которого подается переменное электрическое напряжение, что приводит к вибрации присоединенных к торцам диска элементов 4 и 5 вследствие коле­баний толщины диска.

Магнитострикционные и электрострикционные преобразователи находят применение в ультразвуковой и измерительной технике и в радиоэлектронике. Известны опыты применения магнито­стрикционных вибровозбудителей для бурения скважин.

Электродинамические вибровозбудители часто строятся по схе­ме, изображенной на рис. 34, г, где постоянный электромагнит 1, магнитый поток в котором поддерживается постоянным током в об­мотке 2, имеет кольцевой зазор 3. В этом зазоре помещается сило­вая катушка 4, питаемая переменным током. Катушка жестко соединена со столом 5, а постоянный магнит — с корпусом 6. Стол соединен с корпусом упругим элементом 7, обладающим небольшой жесткостью. Благодаря взаимодействию переменного тока в сило­вой катушке с постоянным магнитным полем в зазоре электромагни­та возникает переменная сила, вызывающая вибрацию силовой ка­тушки с прикрепленным к ней столом. Электромагнит со своей об­моткой во много раз массивней силовой катушки со столом и уста­новленным на нем вибрируемым объектом. Поэтому электромагнит совершает весьма малые колебания.

Преимуществом электродинамических вибровозбудителей яв­ляется возможность плавного регулирования частоты и размаха вибрации в довольно широких пределах, а также возможность вос­произведения вибрации с широким спектром частот, включая слу­чайные колебания. Главным недостатком этих вибровозбудителей надо считать их большую массу при малой грузоподъемности. По­этому электродинамические возбудители применяются почти исключительно в испытательных и калибровочных вибрационных стендах, а также в качестве электроакустических преобразователей в громкоговорителях-динамиках.

Электромагнитные и центробежные возбудители колебаний при­меняются в вибрационных машинах производственного назначения гораздо шире всех остальных типов вибровозбудителей. Поэтому им отведены два последующих раздела.

Для усиления колебаний вибромашин, например с целью умень­шения размеров и сложности вибровозбудителей, а также для ре­гулирования или стабилизации режимов вибрации рабочих органов машин, для борьбы с вредной вибрацией, передаваемой на опорные конструкции или на операторов, и для различных преобразований колебательного движения используют динамическое управление вибрацией.

Можно различать динамическое управление размахом вибрации и динамическое управление формой траектории и ее ориентацией в пространстве. В этом разделе рассмотрены только способы ди­намического управления в линейных системах. Примеры динамиче­ского управления в. нелинейных системах приведены в последую­щих разделах. Динамическое управление вибрацией осуществляет­ся выбором надлежащей структуры колеблющейся системы и уста­новлением некоторых ее определяющих параметров.

Известны три вида задач динамического управления размахом вибрации: динамическое усиление, динамическая стабилизация и динамическое гашение вибрации.

Динамическое усиление вибрации осуществляется настройкой системы на работу в малой окрестности максимума амплитудно — частотной характеристики, т. е. вблизи резонанса. Это возможно в системах как с одной, так и со многими степенями свободы при достаточно низких диссипативных сопротивлениях. Существенным недостатком систем с одной степенью свободы, работающих в около — резонансной зоне, может оказаться возникновение больших пере­менных усилий, передаваемых на неподвижное основание упругим элементом при больших амплитудах вибрации инерционного эле­мента. Этого можно избежать, усложнив систему путем введения одной или ряда дополнительных степеней свободы.

Для наглядности возьмем систему с двумя степенями свободы, показанную на рис. 35, а. Здесь два инерционных элемента 1 я 2, обладающие массами гп и Ш2, связаны между собой пружиной 3 с коэффициентом жесткости с2. Элемент 1 связан также с непод­вижной стойкой 4 посредством пружины 5 с коэффициентом жест­кости с і. Идеальные направляющие допускают движение только в горизонтальном направлении. Пусть к элементу 1 приложена вы­нуждающая сила Fia cos ( ), а к элементу 2 — сила F2a cos со і. Тогда, если буквами хи х2 обозначить отклонения тел і и 2 от по­ложения равновесия, дифференциальные уравнения движения мож­но представить в следующем виде:

т2хі + с2х а — с2хг = F2a cos v>t.

Запишем решения этих уравнений, описывающие установившие­ся вынужденные колебания, для трех частных случаев. В первом случае, когда Fia=Fa, F2a = 0, ф = 0,

Д = (Сі + с2 — тііо2) (с2 — т2 f. (2)

В третьем случае, когда Fia — F2a—Fa, ф = д,

Примерные амплитудно-частотные характеристики Xia(o>), X2a(©) для первого случая изображены на рис. 35, б, в. Во всех трех случаях резонансы наступают при Д = 0. Первому резонансу соот­ветствует о) = Йь второму (4)

то в соответствии с первыми равенствами (2) и (3) вибрация эле­мента 1 не будет зависеть от его массы и коэффициента жест-

КОСТИ С1 пружины, которой он соединен с неподвижной опорой. Амплитуда xla = Falc2 будет при изменениях ffli и с, оставаться постоянной, равной статической деформации пружины 3 под дейст­вием постоянной силы Fa. Интересно отметить, что при соблюдении условия (4) амплитуда х2а элемента 2 становится, наоборот, наибо­лее чувствительной к изменениям параметров с и гп. Если условие (4) будет выполнено в первом слу­чае, то, как показывает второе ра­венство (1), возникает своеобраз­ная стабилизация амплитуды вибра­ции элемента 2 X2a = Fa/c2 по отно­шению к изменениям параметров гп и с элемента 1 и связанной с ним пружины.

При динамическом гашении ви­брации решается задача минимиза­ции (а при возможности — доведе­ния до нулевого уровня) амплитуды одного из инерционных элементов системы. Динамическое гашение мо­жет быть частным случаем динами­ческой стабилизации, при котором амплитуду вибрации одного из инер­ционных элементов стабилизируют на нулевом уровне. Так, если выпол­няется условие (4) в первом из рас­сматриваемых случаев, то в соответ­ствии с первым равенством (1) ам­плитуда х1а элемента 1 становится равной нулю независимо от того, какие значения принимают пара­метры mi и сі (рис. 35, б). В третьем случае при условии

(a = ^Ci/m1 будет, как показывает второе равенство (3), полностью погашена вибрация элемента 2 независимо от значений параметров т2 и с2. Несколько иначе будет обстоять дело во втором случае при выполнении условия со = У (сі + с2) /т-і. Хотя здесь в соответствии со вторым равенством (2) также наступит полное гашение вибра­ции элемента 2, однако не будет достигнута нечувствительность га­шения к изменению с2.

Динамическое гашение вибрации по существу заключается в достаточном приближении к антирезонансу. Следует обратить внимание на то, что полные стабилизации или гашение вибрации возможны только при отсутствии диссипации энергии в стабилизи­рующей или гасящей подсистеме, например в подсистеме элементов 2 к 3 (рис. 35, а) при стабилизации или гашении вибрации эле­мента 1.

При силовом возбуждении вибрации динамические стабилиза­ция и гашение возможны только в системах, обладающих не менее чем двумя степенями свободы. При кинематическом возбуждении
возможна своеобразная стабилизация абсолютных колебаний и од­новременно гашение относительных колебаний инерционного элемен­та в системе с одной степенью свободы. Так, если в показанной на рис. 16 системе, движение которой описывается уравнениями (44) или (47) раздела 2, выполняются условия со — ^cxlm, bа = 0, то ам­плитуда относительной вибрации тела 1 (относительно поводка 8) становится равной нулю независимо от значений с2 и Ь2. Одновре­менно амплитуда абсолютной вибрации тела 1 стабилизируется, становясь равной амплитуде поводка. Это явление легко понять, вспомнив, что в случае с принудительными колебаниями инерцион­ного элемента (см. рис. 17) при выполнении указанных условий на­ступает резонанс и амплитуда усилия в приводном жестком элементе стано­вится равной нулю. При нулевом уси­лии демпфер 7 и пружина 6 в схеме на рис. 16 ведут себя как жесткий привод, так как не деформируются.

Динамическое управление траекто­рией вибрации рассмотрим сначала на примере центрированной системы (рис. 36, а), в которой рабочий орган 1 приводится в колебательное движение центробежным вибровозбудителем 2 с круговой вынуждающей силой. В цен­трированной системе центробежная си­ла дебаланса, равнодействующая уп­ругих сил, приложенных к рабочему органу, и равнодействующая прило­женных к нему диссипативных сил все время проходят через центр тяжести рабочего органа. Оси х и у совпадают с главными осями жесткости и сопро­тивления. Рабочий орган совершает по­ступательные вынужденные колебания. В соответствии с этим дифференциальные уравнения движения си­стемы имеют следующий вид:

(mі + m0)x + bxх + схх = m0m2 cos vat, I ^

(mx + m0)y + byy + cyу = m0rw2 sin vat, J

где m0, r, © — масса дебаланса, ее эксцентриситет относительно

оси вращения и угловая скорость дебаланса.

Отвечающие установившимся вынужденным колебаниям реше­ния этих уравнений имеют вид

Источник