Спосіб захисту конструкції від резонансу при вібраційних навантаженнях

Реферат: Спосіб захисту конструкції від резонансу при вібраційних навантаженнях включає вимірювання частоти вимушених коливань конструкції, в якому при зростанні частоти вимушених коливань змінюють напружений стан конструкції. В період, коли відношення частот повторно-вимушених до власних частково-змінених коливань знаходиться в межах від m до n, де m і n - значення відносин частот вимушених до власних коливань, здійснюють різке підвищення жорсткості конструкції до максимуму, якщо частота повторно-вимушених коливань не більше nр1, де p1 вихідна частота власних коливань конструкції. А якщо частота повторно-вимушених коливань більше nр1, різко знижують жорсткість конструкції до вихідного стану. UA 91559 U (54) СПОСІБ ЗАХИСТУ КОНСТРУКЦІЇ ВІД РЕЗОНАНСУ ПРИ ВІБРАЦІЙНИХ НАВАНТАЖЕННЯХ UA 91559 U UA 91559 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі виробництва інструменту, зокрема до способів захисту інструменту для різання заготовок від резонансу при вібраційних навантаженнях. Найбільш близьким за технічною суттю рішенням до способу, що заявляється, є спосіб захисту інструменту для різання заготовок від резонансу, що включає вимірювання частоти вимушених коливань інструменту, у якому при зростанні частоти вимушених коливань змінюють напружений стан інструменту, при цьому граничне відношення частот вимушених до власних коливань визначають за формулою: G1=Rі+m-1,0, де Rі - резонансне значення відношення частот вимушених до власних коливань інструменту при нелінійності пружних характеристик і наявності демпфірування; і - кількість ступенів свободи системи або кількість власних коливань тонкостінного інструменту; m граничне відношення частот вимушених до власних коливань інструменту при лінійних пружних характеристиках, а при зниженні частоти вимушених коливань граничне відношення частот вимушених до власних коливань забезпечується з умови: G2=R1+n-1,0, де n - граничне відношення частот вимушених до власних коливань інструменту при лінійних пружних характеристиках (Патент UA № 86878, MПК G01Н1/00, G01М7/00, опубл. 10.01.2014 р.). Проте відомий спосіб має наступні недоліки. При частому підвищенні (зниженні) жорсткості конструкції в період повторно-різкого зростання (зменшення) частоти вимушених коливань, коли відношення частот повторно-вимушених до власних частково змінених коливань знаходяться в межах від m до n, де m і n - значення відносин частот вимушених до власних коливань, які лежать відповідно на лівій і правій гілках графіка залежності динамічного коефіцієнта від відношення частот, неможливо зазначеними вище операціями виключити резонанс конструкції. Це обумовлено тим, що жорсткість конструкції при повторно-різкій зміні частоти вимушених коливань вже змінена і немає необхідного запасу для подальшого збільшення (зменшення) жорсткості, що призводить до виникнення резонансу, неприпустимого збільшення амплітуди коливань конструкції і її руйнування. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу захисту конструкції від резонансу в при вібраційних навантаженнях, в якому за рахунок виключення резонансу при частковій зміні жорсткості конструкції і повторно-різкій зміні частоти вимушених коливань забезпечується підвищення надійності захисту конструкції від резонансу і її довговічність. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що спосіб захисту конструкції від резонансу при вібраційних навантаженнях, який включає вимірювання частоти вимушених коливань конструкції, в якому при зростанні частоти вимушених коливань змінюють напружений стан конструкції, згідно з корисною моделлю, в період, коли відношення частот повторно-вимушених до власних частково-змінених коливань знаходиться в межах від m до n, де m і n - значення відносин частот вимушених до власних коливань, здійснюють різке підвищення жорсткості конструкції до максимуму, якщо частота повторно-вимушених коливань не більше nр1, де р1 вихідна частота власних коливань конструкції, а якщо частота повторно-вимушених коливань більше nр1, різко знижують жорсткість конструкції до вихідного стану. Суть корисної моделі полягає в наступному. На кресленні показаний графік залежності динамічного коефіцієнта Кд від відношення частот вимушених w до власних коливань р, де m і n - значення відносин частот вимушених до власних коливань, що лежать відповідно на лівій і правій гілках графіка залежності динамічного коефіцієнта від відношення частот і відповідні динамічному коефіцієнту при граничнодопустимому значенні амплітуди коливань конструкції. Пропонований спосіб захисту конструкції від резонансу при вібраційних навантаженнях реалізований наступним чином. На практиці, при частковому підвищенні (зниженні) жорсткості конструкції в період плавного збільшення (зниження) частоти вимушених коливань w1, спостерігаються моменти, коли відбувається повторно різке зростання (зменшення) частоти вимушених коливань w2, наприклад типу функції Дірака і ступінчастої функції. При цьому відношення частот повторно-вимушених w2 до власних частково підвищених (знижених) р2 коливань виявляється в межах від m до n (див. графік). При цих умовах спостерігається значне збільшення амплітуди коливань через резонанс конструкції. Для виключення цього явища і забезпечення амплітуди коливань в заданих межах, при гранично-допустимому значенні амплітуди коливань конструкції, здійснюють різке підвищення її жорсткості до максимуму, якщо частота повторно-вимушених коливань w2 не більше nр1, де р1 - вихідна частота власних коливань конструкції. Тут жорсткість конструкції змінюється, наприклад, за рахунок її напруги за допомогою деформації. При цьому частота 1 UA 91559 U 5 власних коливань різко підвищується до значення рмах, а відношення частот різко w2/p1 зменшується і стає не більше значення m, що призводить до зменшення амплітуди коливань конструкції до гранично-допустимого значення. Значення відносин частот вимушених до власних коливань, що лежать відповідно на лівій і правій гілках графіка залежності динамічного коефіцієнта від відношення частот і відповідні динамічному коефіцієнту при граничнодопустимому значенні амплітуди коливань конструкції, визначаються за такими формулами:  4F  1    D  m  1 Kд 10 2  4F  1    D  ; m  1 Kд 2 , де Кд - динамічний коефіцієнт; F - постійна сила демпфірування конструкції; Р - максимальна змушуюча сила. При цьому К д  А  k ; P  m0  a , p 15 де А - амплітуда вимушених коливань конструкції (при гранично-допустимому значенні А=Адоп); k - жорсткість конструкції; m0 - маса конструкції з вантажем; а - максимальне прискорення конструкції при дії вимушених коливань, його величина визначається акселерометром. Жорсткість конструкції підвищується до значення, коли частота власних коливань стає рівною рмах. Максимальна частота власних коливань конструкції рмах визначається з графіка на підставі наступної умови: pмах  20 25 30 35 40 45 50 55 n  p1 . m У період, коли частота повторно-вимушених коливань більше nр1, різко знижується жорсткість конструкції до вихідного стану. Це забезпечує різке зменшення частоти власних коливань до вихідного р1, при цьому відношення w2/p1 різко збільшується і стає більше n, що забезпечує амплітуду коливань конструкції в необхідних межах і виключає явище резонансу. Таким чином, запропонований спосіб дозволяє виключити резонанс інструменту при частковому підвищенні (зниженні) жорсткості його конструкції в період повторно-різкого зростання (зменшення) частоти вимушених коливань, коли відношення частот повторновимушених до власних частково-підвищених (знижених) коливань знаходиться в межах m до n. Пропонований спосіб захисту інструменту (конструкції) від резонансу при вібраційних навантаженнях реалізований на відрізному особливо тонкому інструменті типу кільце з внутрішньою ріжучою частиною. Проведені дослідження показали, що при частковому підвищенні (зниженні) жорсткості конструкції в період повторно-різкого зростання (зменшення) частоти вимушених коливань існує невизначеність, тому що невідомо, що необхідно виконувати: збільшення жорсткості інструменту або зниження. Так, наприклад, якщо жорсткість інструменту частково підвищена при плавному зростанні частоти первинних вимушених коливань і сталося стрибкоподібне підвищення частоти повторних вимушених коливань (наприклад, за ступеневою функцією), частота яких більше nр1, то при різкому підвищенні жорсткості конструкції неможливо виключити резонансне збільшення амплітуди коливань конструкції. Так як не вистачає запасу потенційного прирощення жорсткості, необхідного для виведення конструкції з резонансних коливань, які характеризуються межею відношення частот від m до n. У зв'язку з тим, що прирощення жорсткості конструкції ведеться її напругою, наприклад деформуванням, то з міркувань міцності, деформація конструкції і її жорсткості обмежені. Тому в цьому випадку необхідно жорсткість конструкції знижувати. Якщо частота повторно вимушених коливань не більше nр1, то при різкому зниженні жорсткості інструменту також неможна виключити резонанс, так як не вистачає запасу кінетичної жорсткості, необхідного для забезпечення амплітуди коливань на заданому рівні. Тут жорсткість конструкції необхідно збільшувати. Виконання операцій в описаному порядку дозволяє виключити резонанс конструкції і обмежити амплітуду її коливань, підвищити надійність і довговічність конструкцій при вібраційних навантаженнях. Використовувати запропонований спосіб доцільно при стрибкоподібній зміні частоти вимушених коливань при частковому підвищенні жорсткості інструменту. Використання запропонованого способу захисту конструкції (інструменту) від резонансу при вібраційних навантаженнях в порівнянні з існуючими способами забезпечує наступні переваги: при частковому підвищенні (зниженні) жорсткості конструкції в період повторно різкого зростання (зменшення) частоти вимушених коливань, коли відношення частот повторно 2 UA 91559 U вимушених до власних частково змінених коливань знаходиться в межах від m до n, обмежується амплітуда коливань конструкції на заданому рівні; вирівнювання амплітуди коливань в заданих межах підвищує надійність і довговічність конструкції. 5 10 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб захисту конструкції від резонансу при вібраційних навантаженнях, що включає вимірювання частоти вимушених коливань конструкції, в якому при зростанні частоти вимушених коливань змінюють напружений стан конструкції, який відрізняється тим, що в період, коли відношення частот повторно-вимушених до власних частково-змінених коливань знаходиться в межах від m до n, де m і n - значення відносин частот вимушених до власних коливань, здійснюють різке підвищення жорсткості конструкції до максимуму, якщо частота повторно-вимушених коливань не більше nр1, де p1 - вихідна частота власних коливань конструкції, а якщо частота повторно-вимушених коливань більше nр1, різко знижують жорсткість конструкції до вихідного стану. Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3