Классификация зубчатых передач Эвольвентное зацепление Качественные показатели зубчатой передачи Цилиндрические косозубные передачи Передачи Новикова Виброизоляция и виброзащита Силой трения покоя Показатели ремонтопригодности

Теория машин и механизмов

Виды трения. Общее сопротивление, возникающее в местах соприкоснове- ния двух тел, которые перемещаются друг относительно друга, называется силой трения. Сопротивление движению возникает из-за упругих вязких и пластических деформаций шерохова­тых поверхностей соприкасающихся тел. Трение в одних случаях является полезным фактором, на- пример: при сцеплении винта и гайки с закрепляемой деталью колес автомобиля или трамвая с дорогой, дисков тормозов различных машин.

Виброизоляция и виброзащита

Создание высокопроизводительных машин и скоростных транспортных средств, форсированных по мощностям, нагрузкам и другим рабочим характеристикам, неизбежно приводит к увеличению интенсивности и расширению спектра вибрационных и виброакустических полей. Этому способствует также широкое использование в промышленности и строительстве новых высоко эффективных машин, работающих на основе вибрационных и виброударных процессов. Вредная вибрация нарушает планируемые конструктором законы движения машин, механизмов и систем управления, порождает неустойчивость рабочих процессов и может вызвать отказы и полную расстройку всей системы. Из-за вибрации увеличиваются динамические нагрузки в элементах конструкций (кинематических парах механизмов, стыках и др.), в результате снижается несущая способность деталей, развиваются трещины, возникают усталостные разрушения. Действие вибрации может изменить внутреннюю и поверхностную структуру материалов, условия трения и износа на контактных поверхностях деталей машин и привести к нагреву конструкций.

Вибрация порождает шум, являющийся важным экологическим показателем среды обитания человека. Вибрация оказывает и непосредственное воздействие на человека, снижая его функциональные возможности и работоспособность. Поэтому особое значение приобретают методы и средства оценки виброактивности и уменьшения уровня вибрации. Совокупность таких методов и средств принято называть виброзащитой. 

Принцип виброизоляции.

Элементы расчётной модели и их характеристика

В расчётной модели виброзащитной системы можно выделить три основные части: источник возмущения (И), объект защиты (О) и виброизолирующее устройство (ВУ). В простейшем случае источник и объект считаются твёрдыми телами, движущимися поступательно вдоль некоторой оси Х. На рис. 49 дана принципиальная схема виброзащитной системы: а) общий случай; б) силовое возбуждение F = F(t); в) кинематическое возбуждение ξ = ξ(t). Приложенные к системе внешние силы F (возбуждения), а также внутренние силы R и R¢, с которыми виброизолирующее устройство воздействует на них, считаются направленными вдоль оси X; тем самым ось X служит осью рассматриваемого виброизолирующего устройства.

а)

б)

в)

 

 Рис. 49. Принципиальная схема

  виброзащитной системы 

В большинстве случаев масса одного из тел системы –– источника или объекта –– существенно превышает массу другого тела –– соответственно объекта или источника. Тогда движение тела “большой” массы может считаться независящим от движения тела “малой” массы. Если, в частности, “большую” массу имеет объект, то его обычно считают неподвижным; движение системы вызывается в этом случае приложенными к источнику внешними силами, представляющими силовое возбуждение F = F(t) (рис. 49, б). Если “большую” массу имеет источник, то закон его движения x = x(t) можно считать заданным; это движение играет роль кинематического возбуждения объекта (рис. 49, в). В обоих случаях тело “большей” массы называют несущим или основным, тело “малой” массы –– несомым.

Схему, представленную на рис. 49, б, обычно используют тогда, когда речь идёт о защите зданий, сооружений, перекрытий или фундаментов от динамических воздействий, возбуждаемых установленными на них машинами и механизмами с неуравновешенными движущимися частями или иным виброактивным оборудованием. Схему, изображённую на рис. 49, в, используют в задачах виброзащиты приборов, аппаратов, точных механизмов или станков, т. е. оборудования, чувствительного к вибрациям и устанавливаемого на колеблющихся основаниях или движущихся объектах.

Виброизолирующее устройство представляет важнейшую часть виброзащитной системы; его назначение состоит в создании такого режима движения, инициируемого заданными возмущениями, при котором реализуется цель защиты объекта. Во многих случаях это оказывается достижимым при использовании безынерционного виброизолирующего устройства, которое для схем, изображённых на рис. 49, представляет одноосный виброизолятор. Для такого виброизолятора реакции R и R¢ совпадают по величине (R = R¢) причём в рассматриваемом случае реакцию R можно считать пропорциональной деформации d и скорости деформации  виброизолятора:

 R = cd + b. (87)

Зависимость (87) описывает линейную характеристику простого безынерционного виброизолятора; коэффициенты c и b называют соответственно и коэффициентом демпфирования. При b = 0 (87) описывает характеристики линейного идеального упругого элемента (пружины); при c = 0 (87) описывает характеристику линейного вязкого демпфера. Таким образом, модель виброизолятора с характеристикой (1) определяет собственную частоту системы: 

 =. (88)

Значение c определяет также статическую деформацию  (осадку) виброизолятора, связанную с  формулой 

 =,

где –– деформация под осевой статической нагрузкой mgsina; m –– масса невесомого тела; a –– угол наклона оси виброизолятора к горизонту. Зависимость = приведена на рис. 50.

Рис. 50. Зависимость собственной частоты системы от деформации

Расчётная модель простейшей виброзащитной системы с одной степенью свободы дана на рис. 51; здесь m, x –– соответственно масса и координата несомого тела; F –– сила, приложенная к несомому телу; x –– координата основания; c, b –– соответственно жёсткость и коэффициент демпфирования виброизолятора. Демпфирующие свойства такой системы характеризуются коэффициентом демпфирования

  (89)

и относительным демпфированием

. (90)

При в системе реализуется критическое демпфирование.

Рис. 51. Модель виброзащитной системы с одной степенью свободы

Статическая и динамическая балансировка роторов Развитие техники характеризуется повышением мощности агрегатов и расширением класса быстроходных машин, что обуславливает возрастание их динамической нагруженности и увеличения влияния колебательных явлений на их работу. Именно вибрационное состояние во многом определяет ресурс и надежность машины, интенсивность и характер износа подшипников, точность выполнения заданного технологического процесса и т.п.

Динамическая балансировка Роторы, размеры которых вдоль оси вращения значительны, требуют динамической балансировки, так как главный момент дисбалансов таких роторов будет существенным. Поэтому неуравновешенность будет выражаться не только главным вектором дисбалансов или двумя скрещивающимися векторами дисбалансов, т.е. будет динамической.

Эффективность виброзащиты Под эффективностью виброзащиты понимается степень реализации виброзащитным устройством целей виброзащиты.

Трение в кинематических парах Природа и виды трения При работе машин и механизмов происходит явление, которое сопровождается рассеиванием механической энергии. Это явление называется трением. Общее сопротивление, возникающее на поверхности двух соприкасающихся тел (рис. 53) при относительном скольжении их, называется силой трения.

В других случаях трение вызывает непроизводительный расход энергии, быстрый износ трущихся деталей. Например, короткий ресурс различных двигателей, редукторов, ряда машин, объясняется быстрым износом контактирующих поверх­ностей звеньев, т. е. кинематических пар. Уменьшая трение в кинематических парах, можно обеспечить уменьшение расхода энергии и увеличить их долговечность, а следовательно повысить ресурс различных машин.
Основные теоремы динамики Теорема сложения скоростей