Методика повышения надёжности систем с несколькими

Клепиковский А.В., Камбург В.Г., Царик Т.О., Шайко-Шайковский А.Г.
МЕТОДИКА ПОВЫШЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ СИСТЕМ С НЕСКОЛЬКИМИ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ С ПОМОЩЬЮ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Значительное число приборов, изделий научного, специального назначения, бытовых устройств и систем
приводится к схеме, имеющей несколько степеней свободы. Это – и термоэлектрические охладители, технические системы, имеющие этажерочную структуру, многозвенные механизмы, устройства имеющие блочную структуру или специфическую конфигурацию.
Работа перечисленных систем и устройств сопряжена с внешними вибрационными воздействиями. Диапазон
частот таких воздействий обусловлен условиями эксплуатации устройства, режимами работы двигателей и
механизмов носителей (наземных, наводных, подводных, воздушных, космических).
Широта диапазонов частот внешних возбуждающих факторов может быть достаточно широкой, при этом возможно возникновение ситуаций, когда собственные частоты проектируемых устройств с несколькими степенями
свободы будут совпадать с внешними возбуждающими частотами носителя.
При этом становится неизбежным возникновение явления резонанса, что может привести к механическому
разрушению узла, прибора, устройства или всей технической системы в целом, возникнут разного рода отказы и сбои в роботе.
Сам по себе расчѐт собственных частот колебаний системы с несколькими степенями свободы достаточно
сложен и трудоѐмок. Учѐт влияния демпферов и амортизирующих элементов, существенно снижающих значения
собственных частот колебаний делает эту задачу ещѐ более трудоѐмкой и сложной.
В известных по литературным источникам работах [1,2,3] рассмотрены случаи систем с двумя степенями
свободы. При этом жѐсткости между элементами системы имеют линейную характеристику от перемещения. В
известных случаях жѐсткость демпфирующих элементов также принимается линейно зависящей от перемещений.
Расчѐт собственных частот колебаний, совпадение которых с внешними возбуждающими частотами приводит
к резонансу или отказам в работе изделия позволяет определить допустимые значения внешних возбуждающих
колебаний, сформулировать ограничения на частотные характеристики (следовательно – на особенности конструкции, еѐ размеры, конфигурацию, материалы). Один из возможных путей влияния на значения собственных
частот колебаний изделия – изменение характеристик демпфирующих или амортизирующих элементов. Введение
в конструкцию элементов имеющих демпферы с нелинейными, дифференциальными характеристиками позволяет
"сдвинуть" значение собственных частот колебаний в ту или иную сторону от значений внешних частот возбудителя колебаний. Включение в структуру изделия демпферов с заранее заданными нелинейными характеристиками позволяет целенаправленно влиять на "увод" собственных значений колебаний изделий от внешних
вынуждающих частот носителя. Примерами демпферов, имеющих линейные характеристики жѐсткости являются,
например, винтовые цилиндрические пружины с малым шагом.
Примерами элементов, жѐсткость которых имеет нелинейный характер, являются конические, бочкообразные, параболические пружины. Причѐм, в зависимости от конфигурации пружины, изменения диаметра еѐ витков по длине можно получить различные закономерности изменения нелинейности жѐсткости демпфирующего
элемента в зависимости от его деформативности.
Предложенная методика реализована при создании соответствующей компьютерной программы и позволяет
"регулировать" величины собственных частот колебаний изделия с несколькими степенями свободы, "уводя"
их значения в сторону от величины внешних вынуждающих колебаний носителя.
ЛИТЕРАТУРА
1. Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материалов. – К: Наукова
думка. – 1988 – 734с.
2. Тимошенко С.П., Янг Д.К., Уивер У. Колебания в инженерном деле. – М: Машиностроение – 1985 –
472с.
3. Вибрации в технике. Справочник в 6т/ Под редакцией В.В. Болотина – М : Машиностроение – 1978 –
352 с. Выписка из протокола № 7 от 06.03.2007 заседания НТС инженерно- технического факультета ЧНУ имени Юрия Федьковича
1