Полная версия

Главная arrow Техника arrow ДИНАМИКА МАШИН. КОЛЕБАНИЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ВВЕДЕНИЕ

В названии этого учебного пособия рядом стоят два слова - «колебания» и «машины». С каждым из них связаны соответствующие разделы и направления науки, а также множество интересных и важных явлений, наблюдаемых в природе и технике.

С колебательными процессами человеку приходится сталкиваться на каждом шагу. На первый взгляд, кажется, что с физической точки зрения причина возникновения колебаний очевидна: что-то заставляет какую-то характеристику рассматриваемого объекта то увеличиваться, то уменьшаться. Так, например, если мы раскачиваем качели, стоя на земле, то не удивительно, что они совершают колебательное движение. Однако даже в этом простом примере остается не ясным, почему нам удается раскачаться, находясь непосредственно на качелях. Аналогичные вопросы возникают, если задуматься, почему ходят часы, почему бьется с определенной частотой сердце, почему река, текущая с постоянной скоростью, может в конечном итоге «давать» переменный ток, почему при равномерном движении смычка поструне возникают звуковые колебания. Ответ на подобные вопросы дает дисциплина «Теория колебаний».

Обычно научные дисциплины, реализуемые в учебном процессе, соответствуют разделам физики, таким как механика, оптика, тепловые процессы, электричество и т. п. С колебаниями дело обстоит иначе, так как различные виды колебаний имеют совершенно разную физическую природу и отличаются лишь единством их математического описания. Естественно, что при таком широком взгляде на проблему не удается в рамках одного учебного предмета отразить специфику колебательных явлений в рассматриваемой области техники. В связи с этим курс теории колебаний распадается на ряд ответвлений. В данном учебном пособии речь идет о механических колебаниях, иногда называемых вибрациями.

Механические колебания - это процесс изменения какой- либо физической величины (координаты, скорости, силы, момента) во времени, при котором имеет место ее попеременное увеличение и уменьшение. В одних случаях колебания вредмы, в других - они приносят пользу и целенаправленно применяются в современной технике.

Из вышеизложенного ясно, что создание современных машин невозможно без учета колебательных процессов, во многом определяющих производительность машин, качество продукции, долговечность и надежность оборудования, условия труда человека-оператора. Этим оправдывается объединение понятий «колебания» и «машина» в рамках единой учебной дисциплины.

Машинами называют системы, предназначенные для осуществления механических движений и силовых воздействий для выполнения требуемых технологических и транспортных операций. Различают технологические машины (например, металлорежущие станки, машины текстильной, легкой, пищевой, полиграфической и других отраслей промышленности) и транспортные машины (автомобили, самолеты, конвейеры, подъемные краны и т. п.). Кроме того, существуют энергетические машины, в которых осуществляется преобразование энергии. Этот класс машин, в которых колебания имеют не только механическую природу, в данном учебном пособии не рассматривается.

Каждая современная машина состоит из нескольких функциональных частей (подсистем), а именно - двигателя, механической системы машины и системы управления движением. Механическим колебаниям в первую очередь подвержены элементы механической системы машины, в которой осуществляется преобразование сравнительно простых движений входных звеньев в сложные движения исполнительных органов, требуемых для выполнения заданных технологических и транспортных операций.

Одной из важных современных задач является интенсификация производственных процессов, которой в конечном итоге сопутствует рост рабочих скоростей. Это, в свою очередь, приводит к необходимости более глубокого и разнообразного учета динамических факторов. Выявилось, что игнорирование упругих свойств элементов машин и возбуждаемых колебаний может привести не только к ухудшению эксплуатационных характеристик машин, но и к серьезным авариям. Часто колебания создают прямую угрозу прочности весьма ответственных конструкций, таких как валопроводы, механизмы, винты самолетов и вертолетов, фундаменты и др.

Нередко колебания приводят к существенным искажениям заданных функций программного движения рабочих органов, к нарушениям точностных требований при обработке изделий и других условий нормальной эксплуатации оборудования. Кроме того, колебания могут оказать вредное физиологическое воздействие на обслуживающий персонал, подверженный длительным вибрациям. Наглядным результатом подобного воздействия является так называемая вибрационная болезнь, нередко наблюдаемая улиц, работающих с пневмоинструментом вибрационного типа, у механизаторов сельского хозяйства и др.

С другой стороны, с каждым годом в технике и в медицине все шире применяются различные эффекты, основанные на использовании специально возбуждаемых вибраций. Эта развивающаяся ветвь прикладной теории механических колебаний в последнее время выделилась в самостоятельное направление «Вибрационная механика».

Как показывает опыт, решение научных и инженерных задач динамики машин связано с преодолением определенных иллюзий. Нередко решение задач динамики машин базируется на допущении классической теории механизмов о недеформи- руемости звеньев. Между тем практика эксплуатации машин свидетельствует о том, что при современных рабочих скоростях это допущение оказывается приемлемым лишь в первом приближении, а в ряде случаев - даже приводит к неверной ориентации при анализе сложных динамических процессов и выборе направлений дальнейшего совершенствования машины.

Другая иллюзия связана с преувеличенной верой во всесилие современной вычислительной техники. Иногда кажется, что достаточно задать в виде модели систему сколь угодно большой сложности, а остальное сделает ЭВМ. При этом способность компьютера «переварить» исходную информацию и выдать какой-либо результат воспринимается как получение «точного» решения задачи. При столь формальном подходе к делу инженера подстерегает много опасностей. Помимо возможных ошибок опасность здесь таится еще и в том, что у инженера, не выходящего но своим знаниям динамики за рамки пользователя программ, нередко теряется способность сомневаться и притупляется чувство ответственности.

Коротко остановимся на месте данного курса среди других общенаучных и общеинженерных дисциплин. В разделе «динамика» курса «теоретическая механика» рассматриваются задачи определения сил, возникающих при движении, и движения, возникающего под действием сил, без учета упругих свойств элементов системы. В курсе сопротивления материалов изучаются упругие деформации, возникающие при статическом приложении сил. В курсе «теория механизмов и машин» обычно рассматриваются прикладные задачи механики с учетом особенностей механизмов и машин. Наконец, в рассматриваемом курсе устраняются ограничения, заложенные в моделях, изучаемых в упомянутых выше учебных дисциплинах, в результате чего обнаруживаются новые динамические эффекты и средства, способствующие повышению технических и эксплуатационных характеристик машинного оборудования.

Отметим, что в данном учебном пособии многие традиционные типовые задачи изложены с инженерных позиций. При этом особое внимание уделено физическому смыслу описываемых явлений и методам виброзащиты. Кроме того, в пособии рассматривается ряд новых задач, относящихся к развивающимся направлениям динамики машин и механизмов.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>