MG"06

5. DYNAMICZNE METODY BADAŃ

5.1.    Badanie drgań układu o jednym stopniu swobody

Celem ćwiczenia jest poznanie podstawowych zależności teoretycznych oraz doświadczalne wyznaczenie charakterystyki technicznej drgań układu.

5.1.1.    Analiza teoretyczna

Z ruchem okresowo powtarzającym się, zwanym krótko drganiami, można spotkać się w wielu dziedzinach współczesnego życia. Bardzo często, w przypadkach, w których spełnia on pożyteczną rolę, nie zauważa się w ogóle drganiowego charakteru zachodzącego zjawiska, wywołuje natomiast zainteresowanie, kiedy w przykry sposób odczuwane są skutki jego działania.

Drgające układy mechaniczne, które będą dalej omawiane, w wielu przypadkach wykorzystuje się do osiągnięcia określonego celu. Przykładami takich układów są: wahadło zegara, przenośnik wibracyjny, młoty pneumatyczne. Niejednokrotnie staramy się ograniczyć skutki drgań do minimum, a nawet nie dopuścić do ich wystąpienia. Dotyczy to np. drgań obrabiarek, które pogarszają jakość obróbki. Zwalczane są także drgania elementów konstrukcji, gdyż zwiększają one wielkość występujących naprężeń, drgania nadwozi i pewnych elementów konstrukcyjnych samochodów, ponieważ oprócz zmniejszenia trwałości obniżają komfort jazdy. Bardzo często wykorzystując w urządzeniu nich drgający izoluje się otoczenie od drgań. Typowym przykładem jest młot pneumatyczny, który powinien być tak zbudowany, aby obsługujący go człowiek nie był narażony na skutki choroby wibracyjnej.

Aby rozpatrzyć dokładne zjawisko drgań, należy podać jego definicję:

„Drganiem nazywamy proces, w czasie którego charakteryzująca go wielkość fizyczna zmienia swą wartość rosnąc i malejąc na przemian** (2].

5.1.1.1.    Podział drgań

Na zjawisko fizyczne, jakim są drgania, wpływa bardzo wiele czynników i w zależności od ich występowania przejawia się ono w różnych odmianach i postaciach. Aby prawidłowo określać drgania, wprowadza się następujący ich podział.    ......

Z punktu widzenia kinematyki drgania dzielą się na.

•    okresowe — harmoniczne (sinusoidalne),

•    okresowe — nieharmoniczne.

Z punktu widzenia dynamiki podział drgań jest następujący:

•    swobodne — powstające w układzie izolowanym po zewnętrznym pobudzeniu do drgań,

•    wymuszone — powstające pod działaniem sił zewnętrznych zmieniających się niezależnie od drgań układu,

•    parametryczne — które powstają na skutek okresowo zmieniających się w czasie niektórych parametrów układu, np. matematyczne wahadło o drgającym punkcie zamocowania,

•    samowzbudne - które są podtrzymywane przez siły zewnętrzne powstające na skutek ruchu układu.

W zależności od liczby stopni swobody rozpatrywanego układu można wprowadzić podział na:

•    drgania z jednym stopniem swobody,

•    drgania ze skończoną liczbą stopni swobody,

•    drgania z nieskończoną liczbą stopni swobody.

Rozróżnia się ponadto następujące postacie drgań:

•    wzdłużne,

•    poprzeczne,

•    skrętne,

•    giętne.

Wreszcie drgania mogą być:

•    tłumione,

•    nie tłumione.

Określając rozpatrywane drgania należy uwzględnić wszystkie ich aspekty; używa się zatem sformułowań: wymuszone drgania skrętne wrzeciona tokarki o dwóch stopniach swobody oraz swobodne, nie tłumione drgania belki o jednym stopniu swobody.

5.1.1.2. Budowa układu zastępczego

Obserwując nich drgający rzeczywistych układów można zauważyć, że realizowane drgania nie są tak skomplikowane, jak mogłoby to wynikać z liczby ich stopni swobody. Jeżeli np. zostanie wychylony z położenia równowagi i puszczony swobodnie układ złożony z masy zamocowanej na końcu sprężystej belki, to realizować on będzie drgania swobodne, w których wychylenie jest zawsze podobne do statycznego ugięcia belki obciążonej na końcu siłą skupioną. Jeśli jednak wzbudzane będą drgania kinetycznie, poprzez nich

167