Файл: Повилейко Р.П. Архитектура машины. Художественное конструирование. Проблемы и практика.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 20.06.2024

Просмотров: 105

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Т а б л и ц а 1

 

 

 

 

 

 

 

Система предпочтительных пропорций (отношений)

 

 

 

 

 

7?80

 

1,00

1,03

1,06

1,09

1,12

1,15

1,18

1,22

1,25

1,28

1,32

1,36

1,40

1,45

1,50

1,55

1,60

1,65

1,70

1,75

П80

1

34*

18

12

9

15

13

11

5

9

4

11

7

10

3

11

8

13

5

7

1

33

17

11

8

13

11

9

4

7

3

8

5

7

2

7

5

8

3

4

 

 

7?80

 

1,80

1,85

1,9С 1,95

2,00

2,06

2,12

2,18

2,24

2,30

2,36

2,43

2,50

2,58

2,65

2,72

2,80

2,90

3.00

3,07

П80

 

9

11

15

25*

2

35*

15

11

9

7

19

17

5

13

8

11

14

29*

3

31*

 

5

6

8

13

1

17

7

5

4

3

8

7

2

5

3

4

5

10

1

10

 

 

/?80

 

3,15

3,25

3,35

3,45

3,55

3,65

3,75

3,87

4,00

4,12

4,25

4,37

4,50

4,62

4,75

4,87

5,00

5,15

5,30

5,45

П80

 

19

13

10

17

7

11

15

27*

4

41*

17

13

9

10

19

24*

5

26*

16

11

 

б

4

3

5

2

3

4

7

1

10

4

3

2

3

4

5

1

5

3

2

 

 

R80

 

5,60

5,80

6,00

6,15

6,30

6,50

6,70

6,90

7,10

7,30

7,50

7,75

8,00

8,25

8,50

8,75

9,00

9,25

9,50

9,75

П80

 

17

29*

6

31*

19

13

20

34*

7

22*

15

31*

8

33*

17

35*

9

37*

19

39*

 

3

5

1

5

3

2

3

5

1

3

2

4

1

4

2

4

1

4

2

4

 

 

*

Использовать

пропорции не рекомендуется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ций). Это может быть ответственный радио­ прибор, защищенный таким образом от воздей­ ствия морской или воздушной качки. Наконец, это может быть просто кубик-кирпичик, моде­ лирующий на нашем столе описываемое явление.

Толкнем его раз, выведем из состояния рав­ новесия — он закачается на пружинах. Замерим число полных колебаний в единицу времени, то есть частоту периодических колебаний. По оста­ новке кубика еще раз толкнем его в том же направлении и вновь замерим частоту колеба­ ний. Обычно оценивается число колебаний в секунду — частота замеряется в герцах. Срав­ ним величины двух опытов. Несмотря на раз­ ную силу исходных толчков, частоты таких колебаний (они называются собственными) сохраняют свою величину. Частоты собствен­ ных колебаний, а их насчитывают шесть ви­ дов— вдоль 3-х координатных осей и вокруг них, являются постоянной характеристикой тела.

Поднимем на фанерке всю систему. Очень быстро и легко можно подобрать такую часто­ ту взмахов фанерки (частоту внешних возбуж­ дающих колебаний), даже если они будут лег­ чайшими покачиваниями, когда кубик начнет раскачиваться все сильнее и сильнее и наконец сорвется с пружин — система разрушилась. На­ ступил резонанс — совпали возбуждающая ча-

Рис. 43. Схема связей системы предпочтительных чисел

и системы предпочтительных пропорций.

6*

83

стота

и одна из шести собственных частот

сдвигать частоты возбуждающих колебаний —

системы. Резонанс в

технике — это

страшное

гораздо легче манипулировать частотами соб­

явление. Во всех армиях мира солдаты, под­

ственными.

 

 

 

 

 

ходя к мосту, прекращают маршировку и идут

II.

Изменим конструкцию опор.

Установим,

не в ногу для того, чтобы случайно ритм сол­

кирпичик на более жесткие пружины.

Иными

датских шагов не совпал с собственной часто­

словами, увеличим

жесткость системы.

Толк­

той моста и не разрушил его.

 

 

 

 

нем кирпичик—он

закачается чаще;

повыси­

Без

 

преувеличения можно сказать, что вся

 

лись,

сместились частоты собственных колеба­

теория

колебаний родилась и существует для

ний.

Расчет

и подбор виброопор — сегодня

борьбы с резонансом. Для того

чтобы спасти

наиболее

простой

и выгодный путь

защиты

от резонанса и, следовательно, разрушения тех­

конструкций

от вибрации, и им чаще

всего

ническую конструкцию, нужно все возможные

пользуются.

 

 

 

 

 

частоты возбуждающих колебаний

(спектр ча­

 

 

 

 

 

III. Положим на кирпичик сверху гирьку, то

стот

возбуждающих

колебаний)

 

отодвинуть

возможно дальше от полосы, которую занима­

есть изменим массу виброизолируемой систе­

ют все 6 частот собственных колебаний (спектр

мы. Изменятся и частоты собственных колеба­

частот собственных колебаний).

Покажем на

ний системы. Место крепления гирьки к кир­

нашей

модельке некоторые

пути борьбы с ре­

пичику тоже играет роль. Поместим ее в цент­

зонансом.

 

 

 

 

ре площадки

или

ближе к краю — разными

 

 

 

 

окажутся

частоты

собственных

колебаний.

I.

 

Будем по-иному, с иной частотой встряхи­

 

 

 

 

 

 

 

вать фанерку, значительно чаще, чем раньше,

Можно отколупнуть от кирпичика часть, рав­

еще чаще, еще... Теория колебаний утвержда­

ную по весу наложенной гирьке, и тогда, пере­

ет, что если частота возбуждающих колебаний

двигая по площадке гирьку, можно будет уви­

будет в 2,5 раза превышать частоту собствен­

деть, как перераспределение массы влияет на

ных

колебаний, то с некоторыми оговорками

изменение

частот

собственных

колебаний.

можно

утверждать,

что

опоры

поглотят

Мысленно можно сохранить форму кирпичика,

81%

вибронагрузок. А при разрыве в 3, 4 и 5

но «переливать», перераспределять, по-иному

раза

эффективность

поглощения

составит со­

концентрировать массу внутри сохраняющей­

ответственно 87,5%, 93% и 96%. К сожале­

ся формы — эффект тот же.

 

 

 

нию,

в реальных условиях не всегда возможно

IV. Можно изменять и пропорции кирпичи­

84

ка (не форму, а именно пропорции). Вместо кирпичика поставить на пружины призму или цилиндр той же массы. Частоты собственных колебаний, естественно, изменятся. Но прин­ ципиально интересней в данном случае сде­ лать иное — изменить габаритные пропорции параллелепипеда — ведь одна и та же масса может быть растянута в столбик, сплющена в тонкую пластинку, сконцентрирована в куб. Масса одна, а частоты собственных колебаний системы различны. Вот это и нужно.

Для случая коробчатых пультов управления, очень простых по форме, расчеты показали, что управление пропорциями главного вида теоретически оправдано в пределах значений пропорций не более 4,0—5,0, а реально и того меньше. Более резкое изменение пропорций к изменению динамических характеристик систе­ мы практически не приводит. Частоты собст­ венных колебаний подходят к своим гранич­ ным значениям, и изменить полосу, которую они занимают, практически не удается. Изме­ нение пропорций становится оправданным только с точки зрения удобства компоновки, а корректировка пропорций проводится в ос­ новном с учетом антропометрических, психо­ физиологических и архитектурно-художествен­ ных требований.

Итак, становится ясным, что, варьируя про­ порциями конструкции, можно воздейство-

$0

30

40

50

Fuc. 44. Ряд предпочтительных пропорций П80. Зачер­

ненные ячейки обозначают пропорции, сводимые к уже имеющимся, светлые ячейки — не сводимые. Точками отмечены члены ряда П80.

вать на

ее

жизнестойкость. Правда, на

практике

в технике это оказывается редко

экономически

оправданным •— используются

85

иные пути. Речь же идет в данном случае о принципиальном наличии связей динамики тел, колебаний их с пропорциями тел П:

П = fiPi, wt, т, с),

Комплексная оценка пропорций

где p t— спектр частот возбуждающих коле­

 

Путь комплексного анализа проблемы про­

баний;

w — спектр

частот собственных коле­

 

баний;

т — масса

системы;

с — жесткость

порций в архитектуре 'и технике исключитель­

системы

(в

нашем

случае, жесткость вибро-

но перспективен, но, к сожалению, еще весьма

опор).

 

эти

зависимости

в

удобные

ограниченно

используется

исследователями.

Перевести

Между тем даже первые осторожные шаги в

для использования

на практике формулы не

этом

направлении

позволяют получить

инте­

представляет большого труда.

 

 

 

ресные результаты. Следует подчеркнуть осо­

Прежде чем расстаться с моделью, кинем на

бую

природу

функциональных

пропорций в

нее еще один взгляд. Представим себе,

что

архитектуре машин в отличие от строительной

раскачивается на фанерке не деревянный кир­

архитектуры. В течение веков строительная

пичик,

а некое живое существо,

способное

архитектура имела дело с неподвижными объ­

быстро трансформировать свою массу, форму,

ектами и пропорции сооружений определялись

пропорции так, чтобы предохранить себя от

в

основном

статическими

нагрузками

(за

наступления

разрушительного

резонанса,

то

исключением

сейсмически опасных

районов).

есть существо, способное к целенаправленной

В

машиностроении пропорции

конструкций

самоорганизации. Энергия спектра возбужда­

определяются сложным комплексом статиче­

ющих частот становится сигналом к реоргани­

ских и динамических нагрузок.

 

 

 

зации организма, возбуждающие частоты ста­

 

Рассмотрим, к примеру, пропорции станков.

новятся организующими. Можно предполо­

На габаритные пропорции основных узлов и

жить, что именно динамика тел, их колебания

станка в целом влияют следующие ключевые

играют важнейшую роль в формировании и

группы факторов: а) обрабатываемая деталь,

эволюции пропорций тел в окружающем нас

ее размеры, форма, количество одновременно

мире.

 

 

 

 

 

 

обрабатываемых

деталей,

режимы

работы;

86

б) передаточный механизм, характер его кон­

В заводских условиях на работающий станок

структивного решения,

жесткость конструкции,

действует широкий спектр частот возбуждаю­

внутреннее

распределение

масс

металла;

щих колебаний (резание, ковка, другие техно­

в) привод, вид его и мощность;

 

г) вопросы

логические процессы), значительно различаю­

удобства

обслуживания и управления стан­

щихся по величине и направлению. Близость

ком

человека;

 

д)

различные

экономические

или совпадение с частотой возбуждающих ко­

мотивы. Рациональное решение вопросов жест­

лебаний даже одной из шести частот какой-

кости и веса

уже

само

по

себе приводит

либо детали, узла или всего станка в целом

конструктора к простой, симметричной, замк­

приводит к неоправданно быстрому снижению

нутой, устойчивой форме станка

(в виде па­

точности и производительности станка, умень­

раллелепипеда чаще всего). Станок, компакт­

шению срока его службы. Четкое распределе­

но собранный в одну массу,

не содержащий

ние объемов и масс вокруг основной принятой

резко выступающих отдельных частей, имею­

геометрической оси станка приводит к созда­

щий четкие габаритные пропорции, говорит о

нию простых монолитных форм и, как следст­

высокой технической культуре его создателей.

вие, к сужению ширины спектра частот собст­

На

правильном

распределении масс узлов, их

венных колебаний всего станка в целом.

жесткости,

а также пропорциях станка в целом

Расчет габаритных пропорций, использую­

серьезно

сказывается

выделение

основных

щих теорию колебаний, может быть произве­

конструктивных

геометрических

осей еще на

ден с необходимой степенью точности для лю­

начальной,

эскизной стадии

проектирования.

бых видов оборудования и станков. Принципи­

С точки зрения главных геометрических осей

альная схема расчета не изменится, но в

станка компоновка может быть горизонталь­

каждом отдельном случае может потребовать­

ной,

вертикальной,

 

наклонной,

 

смешанной

ся значительное усложнение и удлинение рас­

(без

четкого

выделения

направления основ­

чета, т. к. появится необходимость учета ряда

ной оси компоновки). Наибольшее число дис­

тонких конструкторско-технологических и про­

пропорциональных

по форме

станков прихо­

изводственных факторов (стыковые жесткости

дится именно на последний,

смешанный тип

отдельных узлов, наличие тяжелых перемеща­

компоновки, поэтому ее следует по возмож­

ющихся или сменных узлов, характер установ­

ности избегать.

 

 

 

 

 

 

 

 

ки на фундамент и др.).

87

вВРАБОТКИ

Х^ ДОЖЕСТб.

1ШНШЫ

ДРХИТЕИТ. -

влияющих

Рис. 45. Структура основных факторов,

на габаритные пропорции металлорежущих станков.

Пропорциональные

связи

«Пропорция обретается не только в числах и мерах, но также в звуках, тяжестях, времени, положениях и в любой силе, какая бы она ни была»,— так писал Леонардо да Винчи более трехсот лет назад. С тех пор число областей че­ ловеческой деятельности, где утвердилось по­ нятие пропорциональности, возросло во много раз. Но нельзя ли свести все эти проявления пропорциональности на какой-то единой осно­ ве? Скажем, нельзя ли, например, закономер­ ность вида

П = / (рп wh т, с)

использовать для объяснения более широкого круга фактов и явлений? Например, нельзя ли связать частоту движений человека (количест­ во шагов при беге и ходьбе) с пропорциями его тела, соотношением массы его и жесткостей отдельных частей тела — ног, туловища и т. д.? Или, скажем, проблема пропорций в архитек­ туре. Разве не связаны масса, жесткость и про­ порции здания с частотой собственных колеба­ ний, а они в свою очередь — с частотами

возбуждающих колебаний (удары ветра, под­ земные толчки и т. д.)? Ведь это в конечном итоге сказывается на сохранности здания и его оценке как архитектурного образца. Связь пропорций тела с распределением масс внутри его, величинами жесткости и частотами собст­ венных колебаний может быть прослежена, повидимому, не только в технических конструк­ циях, но использована для объяснения и обоб­ щения более широкого круга явлений. Часть этих явлений сведена в табл. 2.

Список проблем, в которых проявляется природа пропорций, может быть продолжен и увеличен в зависимости от направленности конкретных исследований и пытливости мысли. Можно предполагать, что при некотором уточ­ нении закономерностей пропорциональные свя­ зи могут быть обнаружены в самых неожидан­ ных явлениях: клетки нервной системы — угнетающее воздействие сантиметровых волн; пигментные зерна — ультрафиолетовые лучи; границы спектральной чувствительности глаз животных — различный отраженный пейзаж­ ный спектр лучей; движущиеся муравьи — ме­ ста крепления клещей при четном и нечетном их числе; мутации генов —'радиоактивное об­ лучение и др. И здесь явно намечаются основ­ ные связи, позволяющие быстро и четко ориен­ тироваться в фактах, которые можно вполне именовать родственными.

89

Смотрите также файлы