6. СПОСОБЫ УСТРАНЕНИЯ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Из теоретических расчетов крутильных колебаний механических систем опре-. деляют те диапазоны чисел оборотов, при которых амплитуды колебаний превышают допустимый предел. Для их снижения или полного устранения в рабочем диапазоне оборотов применяют разные методы.

Изменение системы может быть произведено только за счет изменения жесткостей тех участков системы, которые находятся вне системы двигателя. Рекомендуется опасные резонансные обороты сдвигать не вииз, а вверх (за рабочие обороты) и таким образом при проходах исключать даже кратковременную работу на резонансных режимах. В общем отстройка осуществляется варьированием вектора жесткостей с упругих участков с целью вынесения определенных собственных частот системы за пределы заданных непересекающихся интервалов

Ниже приведены некоторые известные положения, устанавливающие возможность отстройки Пусть все собственные значения матрицы коэффициентов линейной системы дифференциальных уравнений колебаний А лежат правее левой границы интервалов (32) и требуется вывести их вправо за точку Если в последовательности главных миноров матрицы где единичная матрица, все жесткости равны, т. е. то получается ряд полиномов

Известно:

1) для того чтобы односторонним варьированием жесткостей можно было отстроить систему вправо, необходима и достаточна положительность старших коэффициентов ряда многочленов (33);

2) для отстройки системы в случае одностороннего варьирования достаточно, чтобы при всех значениях были больше максимального из положительных корней всех многочленов ряда (33), и необходимо, чтобы такое условие выполнялось хотя бы при одном значении

3) для того чтобы вектор С отстраивал систему относительно интервалов (32), необходима и достаточна позитивность матрицы

Отстройка называется оптимальной, если одновременно требуется выполнение условия минимума некоторого функционала.

Если диапазон рабочих чисел оборотов системы широк, то следует освободить от резонансов только важнейшие зоны работы. Слабые резонансы, при которых напряжения в вале не превышают допустимых, могут располагаться близко к основным режимам. Однако точное совпадение частот даже слабых резонансов с используемыми оборотами системы недопустимо.

Изменение порядка зажигания в ряде случаев приводит к значительному ослаблению отдельных резонансов. Главным фактором, влияющим на выбор порядка зажигания для любого двшателя, является его уравновешенность и характеристика крутильных колебаний как в коленчатом валу, так и во всей трансмиссионной системе в целом. В каждом отдельном случае необходимо учитывать, что если для одних гармоник сила резонанса уменьшается, то для других она возрастает. Когда двигатели работают в широком диапазоне чисел оборотов, то ослабление одних резонансов и усиление других приводит часто к перемещению основных оборотов из одной.

зоны в другую. Поэтому часто бывает так, что в результате освобождения от резонанса с большим значением суммы а; в рабочем диапазоне оборотов возникает резонанс другой гармоники, но уже с меньшим значением указанной суммы.

Этот способ смещения резонансов или уменьшения максимальных амплитуд колебаний практически осуществим для четырехтактных двигателей, в которых при данном расположении колен вала возможно несколько чередований вспышек.

Рис. 14 (см. скан)

Если путем отстройки от резонансов, а также чередованием вспышек не удается улучшить крутильную характеристику системы, то к последней присоединяют специальные устройства для смещения резонансных зон в область неиспользуемых режимов или для значительного снижения амплитуд крутильных колебаний в зонах их образования. Такими устройствами являются динамические гасители и демпферы.

Динамические гасители (антивибраторы) подразделяются на гасители с рессорой или пружиной и маятниковые [16, 23, 25].

Динамические гасители с пружиной или рессорой могут быть пояснены на примере двухмассной системы.

При колебаниях двухмассной системы (рис. 14, а) резонанс с частотой располагается в рабочем диапазоне оборотов (рис. 14, в). Для устранения этого резонанса ставим динамический демпфер, т. е. добавляем к системе третью массу с через жесткость (рис. 14, б). Новая система имеет две частоты собственных колебаний: и (рис. 14, г). Если частоты и не совпадают на непользуемых режимах с частотами сильных возбуждающих гармоник, то задачу можно считать решенной.

Можно подобрать для гасителя такие значения при которых его собственная частота бьша бы равна этом полиостью уничтожается закрутка вала между массами и

Амплитуда вынужденных колебаний

Возбуждающий момент

т. е. инерционный момент, получающийся в результате колебаний массы демпфера уравновешивает возбуждающий момент

Для систем, в которых возбуждающие моменты приложены к нескольким массам, динамический гаситель, настроенный на частоту определенной формы, будет заметно влиять на смещение резона псов этой формы и очень слабо — на другие резонансы. На рис. 14, д приведен пример конструктивной схемы динамического нелинейного демпфера; на рис. ее упругие характеристики — нелинейная при малой амплитуде (1) и нелинейная при большой амплитуде.

На рис. представлена резонансная кривая нелинейного гасителя. Эффективность нелинейного демпфера может быть достигнута только по отношению к какому-либо определенному диапазону частот. Поэтому говорят о настройке динамического демпфера на данный диапазон частот. При выборе параметров демпфера следует учитывать следующее: 1) амплитуда колебаний ступицы демпфера в момент начала его работы должна быть меньше допустимой; 2) амплитуда колебаний ступицы демпфера при деформации ею упругих элементов не должна достигать ограничителей; 3) при работе демпфера не должно быть асимптот кривой амплитуды колебаний ступицы демпфера при упругой связи ее с колеблющейся массой; 4) при снижении частоты колебаний в момент срыва амплитуда колебаний ступицы не должна превышать допустимых значений.

Маятниковые гасители по своей эффективности и простоте превосходят все другие, и поэтому нашли широкое применение. Маятники устанавливают в многомассные системы и настраивают на определенные гармонические составляющие возбуждающих моментов. Настройка их не меняется, и они не чувствительны к изменению частоты системы.

Маятниковые гасители различны по конструкции (рис. 15, где а — физический маятник; маятник с бифилярным подвесом; в маятник с двумя степенями свободы; маятник с кольцевой массой и одной степенью свободы (внешний ролик соломона); роликовый маятник (внутренний ролик соломоиа); математический маятник). Наибольшее распространение получил маятниковый гаситель с бифилярным подвесом.

Колебания маятника будут гармоническими с частотой, пропорциональной угловой скорости вала

Если подобрать размеры так, что порядок настройки маятника, совпадающий при резонансной настройке с порядком возбуждающей гармоники, то частота колебаний маятника будет при всех оборотах вала совпадать с частотой возбуждающего момента порядка.

(кликните для просмотра скана)

Эквивалентный момент инерции маятника, приведенный к массе, на которой он подвешен,

где момент инерцни маятника при малых углах порядок гармоники возбуждающего момента; порядок настройки маятника.

Сильное влияние на систему оказывает маятник лишь в области При этом момент инерции может принимать все значения от до

Рис. 16

При момент инерции отрицателен. Это позволяет повысить собственною частоту колебаний системы

При подвесе маятниковой массы в двух точках (бифилярный подвес) приведенный момент инерции

где момент инерции ступицы или диска на валу; сумма моментов инерции маятников, качающихся относительно оси, проходящей через центр тяжести маятниковой массы, маятниковая масса, число маятниковых масс, расстояние от оси вращения вала до центра тяжести каждого маятника, К — порядок гармоники возбуждающего момента, настройка маятника

Демпферы трения применяют для «успокоения» крутильных колебаний. Принцип их действия основан на рассеивании энергии колебаний. При этом используется Как сухое, так и жидкостное трение Устанавливают их на те участки системы, которые имеют максимальную деформацию

На рис. 16 представлены схемы демпферов сухого трения жидкостного и в) и типа Аллисона При расчете демпферов трення не принимают во внимание

изменение формы колебаний системы, которые могут произойти под действием демпфера. Предположение о том, что момент трения в демпфере пропорционален скорости колебаний, не всегда выполняется, в частности, в силиконовом демпфере. Расчеты демпферов трения носят приближенный характер, поэтому каждая схема демпфера проходит процесс экспериментальной доводки. Это же относится и к резиновым демпферам, используемым в автомобильной промышленности. На рис. 17 показаны схемы резиновых демпферов крутильных колебаний с одной малой массой с двумя малыми массами с одной большой кольцевой массой с одной большой дисковой массой и представлены резонансные кривые

Рис. 17

Приняты обозначения: 1 - масса демпфера, 2 — резиновая прослойка; соответственно резонансные кривые без демпфера и с демпфером; III — рабочий диапазон оборотов. По принципу действия резиновые демпферы приближаются к динамическим, однако в них определенное влияние оказывает внутреннее трение в резиновом слое. Часть энергии поглощается внутренним трением и рассеивается затем в окружающую среду. При расчете демпфера резонансные амплитуды колеблющихся масс системы коленчатого вала находят из условия равенства работ действующих на вал возбуждающих моментов за один период колебаний, моментов сил сопротивления в собственно двигателе и сил сопротивления в демпфере.

Демпфер в системе двигателя настраивается на резонансную гармонику крутильных колебаний. Его эффективность, как правило, определяют экспериментальными исследованиями крутильных колебаний системы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

(см. скан)

(см. скан)