|
|
 |
|
Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии
|
Общий каталог эффектов
 | Динамический гаситель |
 |
Динамический гаситель
Анимация
Описание
Динамический гаситель - преобразователь механической энергии колебаний и вибраций в механическую энергию колебаний сосредоточенного тела. Такие устройства применялись уже в начале XX века для предотвращения резонансного возбуждения судовых конструкций.
В динамическом гасителе для гашения колебаний используется явление антирезонанса. Динамические гасители могут быть выполнены в виде упругого или физического маятника. Принцип действия динамического гасителя заключается в создании гасителем силы направленной противоположно возмущающей силе. Настройка динамического гасителя заключается в подборе его собственной частоты: собственная частота гасителя должна быть равна частоте тех колебаний, амплитуду которых необходимо уменьшить ("погасить").
Пусть имеется простейшая система с одной степенью свободы, совершающая вынужденные гармонические колебания с частотой θ. На рис.1 эта система представлена в виде диска с моментом инерции I на упругом валу с жесткостью на кручение с.
Динамический гаситель
Рис.1
Если дополнительно присоединить к системе гаситель, состоящий из диска (момент инерции Iд), и вал жесткостью сд, причем настроить гаситель так, чтобы его собственная частота при закрепленном диске I равнялась θ:
,
то частота станет для двухмассовой системы антирезонансной и движение основного диска прекратится.
На рис.2 приведены амплитудно-частотные характеристики колебательной системы без динамического гасителя и с динамическим гасителем.
Рис.2
Как видно из этих характеристик, при установке динамического гасителя амплитуда на частоте настройки резко снижается, однако в системе вместо одной собственной частоты возникает две. Поэтому динамические гасители эффективны только в узком диапазоне частот вблизи частоты настройки гасителя. Изображенные на рисунке кривые 1 и 2 относятся к динамическому гасителю без демпфирования. При наличии в системе демпферов форма кривой изменяется (кривая 3): амплитуды в зонах гашения увеличиваются, а зонах резонанса - уменьшаются.
Таким образом, динамический гаситель колебаний эффективен, только если частота возбуждения является строго постоянной. Устранить резонансные колебания с большими амплитудами при изменяющихся частотах оказывается возможным, если ввести в конструкцию динамического гасителя трение.
Ключевые слова
Области техники и экономики
Используемые естественнонаучные эффекты
Разделы естественных наук используемых естественнонаучных эффектов
Применение эффекта
Динамические гасители или антивибраторы широко применяются в машинах, работающих в установившихся режимах для отстройки от резонансных частот (например, в судовых двигателях внутреннего сгораниия).
Также динамические гасители используются в самолётах, космических аппаратах, автомобилях для отстройки от колебаний (вибраций), возбуждаемых силовой установкой. Кроме того, динамические гасители играют важную роль в строительстве. Например, в шпиле самого высокого жилого здания в Европе – небоскрёба Триумф-Палас, сданного в эксплуатацию в 2006 г. в Москве, - установлены динамические гасители, препятствующие возникновению автоколебаний от воздействия ветровой нагрузки.
Обычно, инерционный демпфер (Tuned Mass Damper), называемый также инерционный гаситель, который является одним из устройств для вибрационного контроля, представляет собой массивный бетонный блок, установленный на высотном здании или другом сооружении, который колеблется с резонансной частотой данного объекта с помощью специального пружиноподобного механизма под сейсмической нагрузкой. Для этой цели, например, инерционный демпфер небоскреба Тайбэй 101 оборудован двумя маятниковыми подвесками, на 92-ом и 88-ом этажах, весящими 660 тонн каждая.
Инерционный демпфер на высотном здании Тайбэй 101
Рис.1
Реализации эффекта
В двигателях внутреннего сгорания используются также динамические гасители, частота настройки которых меняется автоматически с частотой возбуждения. Устройство этих гасителей основано на том, что собственная частота маятника в поле центробежных сил пропорциональна скорости вращения. Поэтому, подвесив маятник к диску, закрепленному на коленчатом валу двигателя, и выбрав соответствующим образом радиус качания, можно добиться, чтобы собственная частота колебаний маятника была в 2, 3,...,n раз больше, чем угловая скорость диска. Такой виброгаситель устраняет крутильные колебания, вызываемые 2-й, 3-й,..., n-й гармониками возмущающих моментов. На рисунке 1 изображена конструкция виброгасителя, в которой в качестве маятника используется противовес 1, укрепленный с помощью роликов 2 на щеке 3 коленчатого вала. Диаметр d роликов меньше, чем диаметр D сверлений в щеке. Благодаря этому масса гасителя может перемещаться относительно коленчатого вала, причем все ее точки движутся по дугам равных радиусов l = D — d.
Схема динамического гасителя с изменяющейся частотой настройки.
Рис.1
Литература
1. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний, 1980.
2. Мигулин В.В., Медведев В.И., Мустрель Е.Р., Парыгин В.Н. Основы теории колебаний, 1978.
3. Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле, 1967.
.gif)
Воздушный транспорт
Водный транспорт
Автомобильный транспорт
Железнодорожный транспорт
Бытовая техника
