Введение к работе
Одной из наиболее актуальных задач теории машин и механизмов является снижение их виброактивности, то есть уменьшение уровня нежелательных вибраций. Существуют различные источники этих нежелательных вибраций: нелинейности характеристик трения, порождающие фрикционные автоколебания параметрические возмущения, возбуждающие колебания высокой интенсивности. Однако наиболее распространенным источником нежелательных вибраций являются внешние периодические возмущения, имеющие силовой, либо кинематический характер. Эти воздействия порождают вынужденные колебания машин и механизмов. Для снижения уровня интенсивности вынужденных колебаний наиболее эффективными во многих случаях являются методы активного виброгашения. Эти методы основаны на использовании силовых (либо кинематических) воздействий, прилагаемых к одному из звеньев машин или механизмов чаще всего реализуемых по схеме обратной связи и использующих внешний источник энергии. Разработка систем активного виброгашения осуществлялась многими исследователями. Наиболее широко известны работы М.З.Коловского, М.Д.Генкина, В.В.Яблонского, В.А. Якубовича, В.В.Гурецкого, Н.Н.Болотника, Д.В.Баландина, В.Г.Елезова, Ю.П.Максимовича, В.Н.Честнова и многих других отечественных и зарубежных исследователей. В работах М.Я.Израиловича получены решения задач синтеза квазиоптимальных законов активного виброгашения с учетом нелинейных характеристик звеньев. Во многих исследованиях и разработках, а также реально функционирующих систем виброгашения, вводимые в систему виброгасящего воздействия имеют силовой, либо кинематический характер. В 1965г. Академиком К.В.Фроловым впервые была показана эффективность применения для гашения вынужденных колебаний иной
схемы виброгашения, основанной на периодическом изменении одного из
параметров системы (жесткости, демпфирования или массы). В дальнейшем исследования по синтезу систем активного параметрического виброгашения развивались в работах К.В.Фролова, А.Е.Дурмана, А.Д.Акуленко, В.И.Чернышева, В.Е.Прокопова, Д.В.Чегодаева, М.Я.Израиловича и других зарубежных и отечественных исследователей. Поскольку, как уже указывалось выше, активные системы виброгашения вынужденных колебаний используют внешний источник энергии, то в ряде случае весьма актуальной является проблема уменьшения энергозатрат, необходимых для снижения уровня интенсивности вынужденных колебаний машин и механизмов до приемлемых величин. В этом аспекте весьма важен поиск новых более эффективных схем активного виброгашения. В 2000г. В ИМАШ РАН А.В.Синевым и М.Я.Израиловичем был разработан принцип построения систем активного виброгашения, предполагающий одновременное введение в систему двух согласованно синтезируемых виброгасящих воздействий параметрического и силового. На примере линейной одномассовой системы было показано, что такая схема виброгашения оказывается существенно более эффективной, чем традиционные схемы, использующие только силовое, либо только параметрическое виброгасящее воздействие.
Однако более точные модели машин и механизмов должны включать в себя нелинейные звенья. Целью работы является разработка процедур определения законов виброгашения при введении. одновременно параметрического и силового виброгасящих воздействий при учете нелинейностей. Для достижения поставленной выше цели в работе решаются следующие задачи:
синтез квазиоптимальных параметрического и силового
воздействий для машин и механизмов, моделируемых
одномассовой системой с нелиненйностью произвольной
структуры
определении структуры параметрического и силового виброгасящих воздействий для многомасовых машин и механизмов со многими степенями свободы, моделируемых цепной схемой, с учетом наличия нелинейного звена
синтез квазиоптимальных и упрощенных законов параметрического и силового виброгашения для машин и механизмов, моделируемых системой с одной степенью свободы с нелинейной упругой связью
синтез квазиоптимальных и упрощенных законов параметрического и силового виброгашения для машин и механизмов, модулируемых системой с одной степенью свободы с нелинейной диссипативной характеристикой
синтез структуры усложненного силового виброгасящего воздействия, эквивалентного одновременному введению в систему обычного силового и параметрического воздействия
решение задачи о синтезе такого воздействия, применительно к конкретному механизму (на примере системы активного виброгашения на основе гидроопоры)
Методы исследования. Работа выполнена на основе сочетания методов приближенного анализа динамики нелинейных систем - метода эквивалентной линеаризации, разработанного Е.П.Поповым, а также одного из методов теории оптимального управления - метода моментов, разработанного Н.Н.Красовским. Для верификации приближенных методов в ряде случаев использовалось компьютерное моделирование синтезированных систем.
Научная новизна и практическая значимость работы заключается в следующем:
Разработаны процедуры построения квазиоптимальных и упрощенных законов активного виброгашения с использованием одновременно параметрических и силовых воздействий с учетом нелинейности звеньев машин и механизмов и наличие нескольких степеней свободы.
Предложен и на конкретных примерах апробирован принцип построения силовых виброгасящих воздействий, эквивалентных указанным выше двум виброгасящим воздействиям.
Практическая ценность полученных результатов обусловлена инженерной направленностью выполненных исследований, позволяющих решать задачи активного виброгашения для моделей машин и механизмов с учетом нелинейностей и нескольких степеней свободы. Применение полученных результатов позволит модернизировать существующие системы виброгашения в машинах и является реальной основой для издания новых более эффективных систем виброгашения.
Достоверность полученных результатов обусловлена:
корректностью математических моделей машин и механизмов
сопоставлением результатов, полученных на основе приближенных методов и численным моделированием уравнений динамики машин с виброгасящими воздействиями.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на:
9-ой Международной конференции по динамике и прочности автомобиля (Москва 2005)
Международной конференции «Нанотехнологии и их влияние на трение, износ и усталость в машинах (Москва 2004)
17-ой Международной Интернет-конференции молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения (МИКМУС, Москва 2005г) Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 7 печатных работах, перечисленных в конце автореферата.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 67 наименований. Работа изложена на 118 страницах машинописного текста, включая рисунки.
