ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 155
Скачиваний: 4
В т о р ым требованием будет требование |
равенства механическо |
го сопротивления эквивалентной системы |
с сосредоточенными па |
р а м е т р а м и механическому сопротивлению конструктивного элемен та. В случае 1 конструктивный элемент иа нижнем краю д и а п а з о - зона частот действительно становится сосредоточенным и представ ляет собой либо практически недеформируемую массу, либо прак тически не о б л а д а ю щ у ю инерцией гибкость. П р о щ е всего потребо вать, чтобы точное равенство сопротивлений достигалось при нуле
вой |
частоте: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
зэ — сопротивление |
эквивалентной системы |
с сосредоточенны |
|||||||||
|
ми |
п а р а м е т р а м и ; |
g |
— сопротивление |
конструктивного |
эле |
||||||
|
мента. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Эквивалентная система с одной степенью свободы без |
затуха |
|||||||||||
ния состоит из двух элементов, поэтому условия |
(2.15) |
и |
(2.16) |
|||||||||
полностью |
определяют |
их. Если мри |
о)-*0 5 = іш/п, то, |
очевидно, |
||||||||
п;э=т |
|
и |
дл я |
такого |
конструктивного |
элемента |
получим |
систему |
||||
э кв ив ал ентных пар аметр ов : |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
тэ |
= т; |
сэ = со-2 |
т~1. |
|
|
|
(2.17) |
||||
Если |
при ®-*-0$ = ( і ш с ) - 1 , то сэ = с и система |
эквивалентных |
па |
|||||||||
раметров имеет вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
с э = |
с; |
тэ = с-1 cof2. |
|
|
|
(2.18) |
|||||
При таком выборе эквивалентов скорость |
колебаний точки |
при |
||||||||||
л о ж е н и я силы в эквивалентной системе будет совпадать |
со |
скоро |
||||||||||
стью |
колебаний точки |
приложения силы к |
конструктивному |
эле |
менту, который заменяется эквивалентными сосредоточенными па раметрами, при со—>-0.
В ряде случаев на конструктивный элемент а п п а р а т а |
действует |
|||||
не сосредоточенная сила, а равномерно |
распределенное колебатель |
|||||
ное давление со |
стороны акустической |
системы. Н а п р и м е р , при |
||||
работе телефона |
или микрофона иа |
мембрану действует |
звуковое |
|||
давление . |
|
|
|
|
|
|
При расчете такого конструктивного элемента следует |
выбрать |
|||||
«точку приведения», т. е. ту точку элемента, |
д в и ж е н и е которой нам |
|||||
необходимо знать д л я |
дальнейшего |
расчета |
аппарата . Это может |
|||
быть, например, |
точка |
мембраны, к которой |
механически |
подсоеди |
нен какой-либо другой элемент а п п а р а т а или около которой в мем брану входит магнитный поток электромагнитного устройства теле фона и т. п. В этом случае механическое сопротивление конструк тивного элемента надо определить как отношение полной силы, соз
даваемой |
звуковым давлением |
(р) на п л о щ а д ь элемента ( 5 ) |
к ско |
|
рости (v) |
точки |
приведения: |
|
|
b = |
pSlv. |
|
(2.19) |
|
Определив з |
из в ы р а ж е н и я |
(2.19), м о ж н о найти по ф - лам |
(2.17) |
|
и (2.18) элементы с э и тэ. |
|
|
40
О б р а т и м ся теперь к случаю 2 — резонансная частота конструк тивного элемента находится в середине рабочего диапазона . Этот случай характерен дл я аппаратов, р а б о т а ю щ и х в узкой полосе час тот вблизи резонанса этого конструктивного элемента. Тогда сле дует подобрать структуру эквивалентной схемы так, чтобы она хо рошо воспроизводила частотную зависимость механического сопро тивления конструктивного элемента именно вблизи резонанса . Ус ловие (2.15) оставим прежним, а вместо (2.16) рассмотрим пове
дение вблизи резонанса. Если з |
р а з л о ж и т ь в ря д по та около ре |
||
зонанса: |
|
|
|
g (со) = |
g (сої) + ь' (сої) (со — ші) + |
-у b" М |
(со — coi)2 + |
то, так как |
g (сої) = 0 , в первом приближении |
получим |
5'(со) « & ' М ( с о — ©і).
Значит, в ы б р а в второе условие так, чтобы
5 ' Ы = а > 1 ) , |
|
|
|
|
|
(2.20) |
|
получим с точностью до членов |
второго |
порядка совпадение хода j |
|||||
с Зэ вблизи резонанса. |
|
|
|
|
|
||
Сопротивление |
эквивалентной системы |
с сосредоточенными па |
|||||
р а м е т р а м и имеет |
вид j |
3 —ттэ+ |
(icoc3 )_ 1 , тогда |
||||
5з = [icom3 + |
(ішсз)- 1 |
] ' = |
2 i m 3 , |
со = (гаэ с э Г' / 2 . |
|||
П р и р а в н и в а я абсолютное |
значение §'(а>і) |
нашего конструктивного |
|||||
элемента величине |
2 тэ. |
найдем |
искомый |
эквивалентный п а р а м е т р |
|||
д л я области вблизи |
резонанса: |
|
|
|
т= 0,5 db (2.21)
эd ш
По ф-ле (2.21) рассчитывают конструктивный элемент, рабо
тающий около резонанса сил, при |
к о т о р о м у |
(соі)=0 . |
Если |
область |
||
работы а п п а р а т а л е ж и т вблизи резонанса скоростей |
конструктив |
|||||
ного элемента, то $ (соі)->-оо, и дл я |
расчетов |
надо |
пользоваться |
|||
сравнением обратных величин, та к |
н а з ы в а е м ы х податливостей |
з — 1 |
||||
реальной и эквивалентной систем элемента . В этом случае |
условие |
|||||
эквивалентности имеет вид: (ЬТ1У~(Ь~1 У П Р И |
со = сох- |
|
|
|
||
Р а с с у ж д а я |
аналогичным путем |
относительно податливости |
око |
|||
ло резонанса |
скоростей и выбирая |
эквивалентную схему |
в |
виде |
параллельного контура, получим значение эквивалентной сосредото ченной гибкости:
с. = 0,5 |
d а ь |
(2.22) |
|
Формулы (2.15) — (2.22) позволяют найти эквивалентные сосре доточенные п а р а м е т р ы конструктивного элемента, если известны расположение его резонанса, б л и ж а й ш е г о к рабочему диапазону
41
частот, и частотная |
характеристика |
точного |
значения |
сопротивле |
||||||||||||||
ния |
этого |
элемента. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Рассмотрим подробно процедуру нахождения пгэ и сэ для кон |
||||||||||||||||||
структивного элемента в виде консольной |
балочки (стержня, |
з а ж а |
||||||||||||||||
того |
одним |
концом), |
к свободному концу которой приложена |
сила. |
||||||||||||||
Д в и ж е н и е |
свободного конца входит в расчет |
аппарата . |
|
|
|
|||||||||||||
Теория поперечных колебаний тонкого стержня дает точное зна |
||||||||||||||||||
чение сопротивления: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
5 = |
і со т (1 + |
ch kl cos kl)/(cos kl |
sh kl |
— ch kl sin kl) |
|
|
|
(2.23) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
m = pil — |
полная |
масса балочки; |
/ — ее длина; |
р; — |
погонная |
||||||||||||
|
масса; Е — модуль упругости; / — плоский момент инерции |
|||||||||||||||||
|
поперечного сечения |
балочки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Резонансы |
сил |
(# = 0 ) |
н а б л ю д а ю т с я |
при условии: |
|
|
|
|
||||||||||
|
1 + c h £ „ / c o s M |
= 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2-24) |
||||||
Из этого уравнения можно найти |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
1,875; |
^ 2 / |
= 4,694; |
kal |
да7,85; |
k„I да я(2л |
— 1)/2, |
л > 4 . |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.25) |
Н а й д е м |
та |
и сэ для случая, |
когда |
первый |
резонанс |
балочки ле |
||||||||||||
ж и т |
в верхней |
части |
рабочего д и а п а з о н а . Условие (2.15) принимает |
|||||||||||||||
вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
« і |
= |
( т , с , ) - " 2 ; |
сої = |
k\ (EJ/Pl)m |
|
= |
3,515 |
(EJ/Plf2JP, |
|
|
(2.26) |
||||||
а условие |
(2.16) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
gcwo=і со т lim {(1 +ch |
kl cos kl) (cos kl |
sh kl—ch |
kl |
sin kl)}~1 |
|
=3E //(i |
со P). |
|||||||||||
|
|
|
fc-»0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.27) |
Теперь легко найти |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
сэ = 13/{3EJ), |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.28) |
|||||
|
т3 |
= 0,243 т. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.29) |
||||
Итак, консольную балочку вплоть д о первой резонансной час |
||||||||||||||||||
тоты |
(и |
д а ж е несколько |
выше) м о ж н о |
заменить простой |
колеба |
|||||||||||||
тельной системой с массой, составляющей |
0,243 от массы |
балочки, |
||||||||||||||||
и гибкостью сэ—1ъ1{ЪЕ1). |
Величина |
с э |
соответствует |
статическому |
||||||||||||||
прогибу |
балочки |
тех |
ж е |
размеров под действием единичной си |
||||||||||||||
л ы — это статическая |
гибкость |
балочки. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Р а с с м о т р и м теперь работу балочки вблизи |
ее резонанса . В |
этом |
||||||||||||||||
случае определим |
| %'\ с помощью |
(2.23), подставив |
затем |
в |
полу |
|||||||||||||
ченное |
в ы р а ж е н и е |
условие |
резонанса |
|
(2.24). |
П о л а г а я |
§ = |
|||||||||||
= i(amu(kl)/v(kl), |
|
где |
ы = 1 +ch k l c o s k l |
и |
v = cos |
|
klsinkl—chklX |
42
Xsin&Z, находим д/dkl |
(u/v). |
|
П о д с т а в л я я |
из (2.24) |
u = 0 , получаем: |
||||||||||||||
(djdkl)k.=k |
п, |
5= u'/v. |
Так как dkl |
u-—v, |
то u'fv= |
|
I и тогда |
||||||||||||
- ^ = i m U / D + i c o m T 7 r |
= i c o m ^ - ; ( и = 0 ) |
|
|
|
|
||||||||||||||
П р о д и ф ф е р е н ц и р о в а в |
и подставив |
в полученное |
в ы р а ж е н и е зна |
||||||||||||||||
чение <ол = /г2 |
(EJ/pi) |
1 / 2 |
, найдем: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
= 0,5 і т. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.30) |
||||
Окончательно |
искомое |
соотношение |
д л я тэ |
в соответствии с |
(2.21) |
||||||||||||||
будет |
/?г э =0,25 |
т, т. е. вблизи любого из |
резонансов балочки ее |
||||||||||||||||
эквивалентную |
массу |
удобно |
принимать |
равной |
одной |
четверти |
|||||||||||||
полной массы. Гибкость следует рассчитывать |
дл я |
к а ж д о й |
резо |
||||||||||||||||
нансной частоты в соответствии с |
(2.25) : |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
сэп |
= |
— 1 |
- — = |
4l3(kn |
/ ) - 4 (EJy1 |
|
, |
в частности |
|
|
|
|
|||||||
|
|
со2 отэ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с л |
= |
P/(3,G5 |
EJ). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.31) |
|||
К а к видно, эквиваленты |
т3 |
и |
сэ |
дл я |
области |
около |
первого |
резо |
|||||||||||
нанса очень м а л о отличаются |
от |
«низкочастотных», |
|
определяемых |
|||||||||||||||
по ф-лам |
(2.28) |
и (2.29). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
. П р и |
работе консольной |
балки |
вблизи |
резонанса |
скоростей |
||||||||||||||
(^ ->-со) резонансные частоты |
следует |
искать из условия |
равенства |
||||||||||||||||
нулю з н а м е н а т е л я |
в ы р а ж е н и я |
(2.23): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
t h * „ / |
= t g * „ / . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.32) |
Если не считать нулевого корня этого уравнения &о=0, который соответствует статической д е ф о р м а ц и и балки, следующие корни
располагаются при значениях knl>n. |
|
Т а к |
как thkl |
отличается от |
|||||||
единицы менее чем на 0,003 д л я kl>n, |
то |
(2.32) можно заменить |
|||||||||
простым соотношением: tgknl=\; |
knl |
= n/4 + nn. Подстановка |
(2.32) |
||||||||
в (2.22) и вычисление |
производной дают: |
|
|
|
|||||||
сэ = [l3/(EJ |
kn Iі)] sin knlshkn |
1(1 |
+ c h £ „ / c o s |
. |
|
||||||
Так к а к k„l^$>\, |
то с большой точностью |
можно |
пользоваться |
||||||||
приближенными соотношениями: |
|
|
|
|
|
||||||
с э |
= Р {К |
I)'2 |
{EJ)~l |
= |
16 /3 |
л~2 |
(EJ)'1 |
( 4 л + 1 ) - 1 |
| |
(2.33) |
|
т э |
= 4 т я 2 ( 4 / г + 1 ) 2 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
В табл . 2.1 |
приведены |
некоторые |
в а ж н е й ш и е |
ф о р м у л ы |
д л я . |
расчета эквивалентных постоянных по отношению к сосредоточен ным силам, д л я резонансов сил и скоростей в области низких час тот и резонансов.
43
|
Т А Б Л И Ц А |
2.1 |
|
|
|
|
|
|
Механическое сопротивление элемента |
||
№ |
Внд элемента |
Обозначения |
|
На низкоіі |
|
п/п |
Полное выражение |
||||
|
|
частоте |
|||
|
|
|
5 |
Зі<в->0 |
|
|
|
|
|
1 |
Стержень, рабо |
S—поперечное |
сечение |
|||||
|
тающий на |
сжатие |
стержня |
|
|
|
||
|
(растяжение). |
Точ |
1—длина стержня |
|
||||
|
ка приведения—сво |
Е—модуль Юнга материала - iS]^~ £ pctgW |
||||||
|
бодный конец стер р—плотность материала |
|||||||
|
жня, другой конец &=<й/с—волновое число |
|||||||
|
зажат |
|
|
|
/гп=шп/с—собственные |
|
||
|
|
|
|
|
волновые числа |
|
|
|
|
|
|
|
|
c=Y Е/Р—скорость |
рас |
||
|
|
|
|
|
пространения |
волн |
по |
|
|
|
|
|
|
стержню |
|
|
|
|
|
|
|
|
т—масса |
стержня |
|
|
|
|
|
|
|
я = 1 , 2, |
3—целые числа |
||
2 |
То |
же, |
что |
1, |
Те же, что и в 1 |
\SV ~Щ tgkl |
||
|
другой |
конец |
сво |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||||
|
боден |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
Идеально |
гибкая |
т—напряжение натяжения |
|||||
|
натянутая |
струна, |
||||||
|
совершающая попе |
струны, с=У~т/р |
|
|||||
|
речные |
колебания. |
1—половина длины струны — 2 i S / p T cigkl |
|||||
|
Точка приведения— |
Остальные обозначения те |
||||||
|
середина |
струны, |
же, что и в 1 |
|
|
оба конца закрепле ны
£S/(i CO I)
І CO rn
2 л S/(i ш I)
4 |
Стержень, |
совер |
D=EJ—жесткость |
стерж |
|
шающий изгнбные ня на изгиб |
|
||
|
колебания. |
Точка |
1—длина стержня |
|
|
приведения —свобо - |
/—плоский момент инер |
||
|
дный конец |
стерж |
ции поперечного |
сечения |
|
ня, другой |
конец |
стержня |
|
|
зажат |
|
^ ( с о с ) 1 / 2 (//S) 1 / 4 |
А=ю/с1 |
—і со m(kl) X |
3D/(icWs ) |
X(l+cbWcosM)x |
|
X (chklsinkl— |
|
—cos&sh&y- 1 |
|
5 |
То |
же, |
что 4. |
/—половина длины стер |
—ico m(kl)~x x |
24D/(ico I3) |
|
Точка приведения— |
жня, остальные обозначе |
x(cosfeIsaW-r-chMx |
|
||
|
середина |
стержня, |
ния те же, что и в 4 |
xs inAOx (l—cosJWx |
|
|
|
оба конца |
зажаты |
|
|
||
|
|
Х с Ш ) - 1 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
6 |
То |
же, |
что 4. |
Те же, что и в 5 |
—і со m{kl)~ ' с Ш х |
6D/(i со /3 ) |
|
Точка приведения— |
|
XcosA/(cos&/shA/— |
|
||
|
середина, оба конца |
|
|
|
оперты |
—chMsinW)- 1 |
|
Собственные |
|
|
|
Эквивалентные постоянные элемента |
||||
Резонансные час |
|
|
|
|
|
|||
значення вол |
Область низких частот до |
Область околорезонансных частот |
||||||
новых чисел |
тоты ап |
|||||||
|
1-го резонанса |
|||||||
V |
|
|
|
|
|
т э р : т |
|
|
|
|
|
"V |
\ |
сэ |
с эр |
||
( /1-І- |
\ 71 |
|
;4/ц2 |
IKES) |
1/2 |
2l/(k2J*ES) |
||
\ |
2 ; |
|
|
|
|
|
|
V
п л
V = 1,875 Ы = 4 , 6 9 4 knltt(2n—
- 1) я/2
п>2
^/=2,365 Ы = 5 , 4 9 8
Лл /«(4я —
—1) зх/4
п> 2
knl=(2n—
— 1) л/2
п л с/1 |
1 |
lUkfPES) |
1/2 • 2l/(k2nl>ES) |
4/я» |
//(2 х S) |
1/2 |
4l/k2nl* т S |
(л+"^~) п°11 |
|
|
|
( M ! l / " D " |
0,243 |
is /(3D) |
1/4 |
2 / 3 ( V ) ~ 4 D _ l |
/2 V р S
і
0,128 |
/3 /(24D) |
1/8 |
41\кп1Г*1Г-1 |
іг У ps
0,496 |
13/(Щ |
1/2 |
13{кп1Г'0-1 |
4/2 У pS
44 |
45 |