Крутильные колебания

колебания элементов конструкций и машин, выражающиеся в периодически меняющейся деформации кручения (См. Кручение). Пример К. к. — гармоническое движение крутильного маятника, представляющего собой упругий стержень, закрепленный одним концом, с массивным диском на другом. К. к. маятника используются в различных физических приборах, например для определения модуля упругости (См. Модули упругости) при сдвиге, коэффициента внутреннего трения твёрдых материалов, коэффициента вязкости жидкостей. В конструкциях машин и механизмов К. к. представляют обычно нежелательное явление, в особенности это относится к коленчатым валам поршневых двигателей внутреннего сгорания. Например, при совпадении частоты возникающих при работе двигателя переменных крутящих моментов с одной из частот собственных К. к. вала двигателя могут появиться большие резонансные К. к. вала, способные привести к его поломке. При определённых условиях полёта под действием аэродинамических сил иногда возникают самовозбуждающиеся изгибно-крутильные колебания крыла самолёта (т. н. Флаттер), которые могут вызвать разрушение крыла и др.

torsional vibrations

torsional oscillation,(в трансмиссии автомобиля, возникающие при переключении передач) shifting jerks, torsional modes, twist mode, torsional vibrations

КРУТИЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ

один из видов колебаний упругих систем, при к-рых отд. элементы системы испытывают деформации кручения. Пример К. к.— движение крутильного маятника, представляющего собой упругий стержень, закреплённый одним концом, с массивным диском на другом. Крутильный маятник используется в разл. физ. приборах, напр. для определения модуля упругости при сдвиге, коэфф. внутр. трения тв. материалов, коэфф. вязкости жидкостей. В машинах К. к. нежелательны.

КРУТИЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ

- механич. колебания, при к-рых упругие элементы испытывают деформации сдвига. Имеют место в разл. машинах с вращающимися валами: в поршневых двигателях, турбинах, генераторах, редукторах, трансмиссиях транспортных машин.

К. к. возникают в результате неравномерности периодич. момента как движущих сил, так и сил сопротивления. Неравномерность крутящего момента вызывает неравномерность изменения угловой скорости вала, т. е. то ускорение, то замедление вращения. Обычно вал представляет собой чередование участков с малой массой и упругой податливостью с более жёсткими участками, на к-рых закреплены значит. массы. В каждом сечении вала будет своя степень неравномерности вращения, поскольку в одинаковый промежуток времени массы проходят разные углы и, следовательно, движутся с разными скоростями, что создаёт переменное кручение вала и динамич. знакопеременные напряжения, гл. обр. касательные.

При совпадении частот собств. колебаний системы с частотой периодич. крутящего момента движущих сил и сил сопротивления возникают резонансные колебания. В этом случае повышается уровень динамич. переменных напряжений; возрастает акустич. шум, излучаемый работающей машиной. Динамич. знакопеременные напряжения при неправильно выбранных (заниженных) размерах вала, недостаточной прочности его материала и возникновении резонанса могут превысить предел выносливости, что приведёт к усталости материала вала и его разрушению.

При расчёте К. к. валов машин часто пользуются расчётной схемой с двумя дисками, соединёнными упругим стержнем, работающим на кручение. В этом случае собств. частота

где I₁ - момент инерции 1-го диска, I₂ - момент инерции 2-го диска, С -крутильная жёсткость стержня, Для круглого стержня диаметром d и длиной l С где G - модуль сдвига. Более сложные расчётные схемы содержат большее число дисков, соединённых стержнями и образующих последоват. цепи, а иногда - разветвлённые и кольцевые цепи. Расчёт собств. частот форм и вынужденных К. к. по этим расчётным схемам производится на ЭВМ.

Др. примером К. к. является крутильный маятник, к-рый представляет собой диск, закреплённый на одном конце стержня, работающего на кручение и жёстко заделанного др. концом. Собств. частота такого маятника где I - момент инерции диска. Приборы с использованием крутильного маятника применяют для определения модуля упругости при сдвиге, коэф. внутр. трения твёрдых материалов при сдвиге, коэф. вязкости жидкости.

К. к. возникают в разнообразных упругих системах; в нек-рых случаях возможны совместные колебания с разл. видами деформации элементов системы, напр. изгибно-крутильные колебания. Так, при определ. условиях полёта под действием аэродинамич. сил иногда возникают самовозбуждающиеся изгибно-крутильные колебания крыла самолёта (т. н. флаттер), к-рые могут вызывать разрушение крыла.

Лит.: Ден-Гартог Д. П., Механические колебания, пер. с англ., М., 1960; Маслов Г. С., Расчёты колебаний валов. Справочник, 2 изд., М., 1980; Вибрации в технике. Справочник, под ред. В. В. Болотина, т. 1, М., 1978; Силовые передачи транспортных машин, Л., 1982. А. В. Синев.