Виброустойчивость

Под виброустойчивостью понимают способность конструкций работать в нужном диапазоне режимов без недопустимых колебаний. В связи с повышением скоростей машин явления колебаний становятся все более опасными и поэтому расчет на виброустойчивость все более актуальным.

В машинах основное распространение имеют:

Вынужденные колебания, вызываемые внешними периодическими силами (неуравновешенностью вращающихся деталей, погрешностями изготовления, переменными силами в поршневых машинах и т. д.), обычно во избежание резонанса, т. е. совпадения частот возмущающих сил с частотами собственных колебаний, последние определяют расчетным путем.

Автоколебания или самовозбуждающиеся колебания, т. е. колебания, в которых возмущающие силы вызываются самими колебаниями, например фрикционные автоколебания, вызываемые падением силы трения с ростом скорости и другими факторами. При опасности возникновения автоколебаний необходим расчет динамической устойчивости.

Расчеты на колебания обычно приходится проводить не для отдельных деталей, а для систем; следует учитывать контактные деформации; в расчетах приводов учитывать взаимодействие с приводным двигателем и рабочим процессом. Ввиду того, что практическое значение обычно имеют динамические процессы на низких частотах, а колебательные системы сложные, их приходится существенно упрощать.

Работа машин сопровождается шумом, вызываемым соударением движущихся деталей машин. Шум в первую очередь связан с погрешностями изготовления деталей – ошибками шага и профиля зубьев, волнистостью дорожек качения подшипников. Однако некоторые детали являются источниками шума при идеально точном изготовлении (например, зубчатые колеса при входе в зацепление новых зубьев). Повышенный шум увеличивает утомляемость персонала и вреден для здоровья. Критерий шума может служить для оценки качества изготовления машин.

Интенсивность шума обычно оценивается в относительных логарифмических единицах (децибелах) и ограничивается санитарными нормами.

Основные средства борьбы с шумом: повышение точности и качества обработки, уменьшение сил удара конструктивными методами, применение материалов с повышенным внутренним трением, а также специальных демпфирующих средств.

Общие принципы конструирования деталей машин

1. Проектировочный и проверочный расчеты

Проектировочным расчетом называют определение основных размеров детали при выбранном материале и по формулам, соответствующим главному критерию работоспособности (прочности, жесткости, износостойкости и др.). Этот расчет применяют в тех случаях, когда размеры конструкции заранее не известны. Проектировочные расчеты являются упрощенными, их выполняют как предварительные.

Проверочным расчетом называют определение фактических характеристик главного критерия работоспособности детали или определение наибольшей допустимой нагрузки на деталь по допускаемым значениям главного критерия работоспособности. При проверочном расчете определяют фактические (расчетные) напряжения и коэффициенты запаса прочности, действительные прогибы и углы наклона сечений, температуру, ресурс при заданной нагрузке или допустимую нагрузку при заданных размерах и т.д.

Проверочный расчет является уточненным, его проводят, когда форма и размеры детали известны из проектировочного расчета или приняты конструктивно, когда определена технология изготовления (способ получения заготовки, вид термообработки, качество поверхности и др.).

Расчеты и конструирование органически связаны. Конструированием называют творческий процесс создания механизма или машины в чертежах на основе проектировочных и проверочных расчетов. При разработке конструкции машины рассматривают различные варианты с целью получения оптимальной конструкции при наименьшей стоимости ее изготовления и эксплуатации. Конструирование подразумевает проведение всестороннего анализа статистического материала, отражающего опыт проектирования, изготовления и эксплуатации машин данного типа. Задачи оптимизации выполняют с применением ЭВМ.