Биение руля на скорости 120 140 причины: причины вибрации, устранение проблемы — Рамблер/авто

Содержание

причины вибрации, устранение проблемы — Рамблер/авто

Водители довольно часто жалуются, что ощущают стук в руле, но не всегда придают этому значение. Между тем, такая проблема способна привести к серьёзным последствиям как для автомобиля, так и для находящихся в нём людей. Сегодня мы расскажем о том, какие могут быть причины биения руля и к чему оно может привести.

Возможные причины биения руля На большой скоростиНа маленькой скоростиПри торможенииНа неровной дороге и поворотахПоследствия вибрации Как самостоятельно устранить проблему$(‘.index-post .contents’).toggleClass(‘hide-text’, localStorage.getItem(‘hide-contents’) === ‘1’)

Возможные причины биения руля

Чтобы узнать, почему возникает биение руля, нужно рассмотреть эту проблему в нескольких отдельных случаях:

на большой скорости — от 80 км/ч;на небольшой скорости;при торможении;при поворотах и на ухабистой дороге.

Узнайте, почему слышен шум от гидроусилителя руля и как от него избавиться.

На большой скорости

Если при езде на большой скорости вы ощущаете вибрацию руля, то причин этому может быть несколько:

Не сбалансированы колёса, нарушен развал-схождение. Если масса колёс в разных точках не выровнена, то после достижения скорости 120 км/ч срабатывает центробежная сила. Она тянет колесо, из-за чего руль начинает вибрировать.

Грыжа на шинах. Во время движения она будет ударяться о дорожное покрытие и создавать биение руля.

Вышел из строя ступичный подшипник. Эта деталь обеспечивает плавность вращения колёс, а вышедший из строя подшипник приводит к тому, что колесо трясёт, и водитель ощущает это через руль.

Неравномерно изношенные покрышки. Такой дефект возникает из-за несбалансированности колёс и может дать о себе знать после того, как они будут сбалансированы. Неровность покрышек приводит к тому, что колёса виляют, а в руле ощущается вибрация.

Деформация дисков. Механическое повреждение или заводской брак дисков может вызвать биение руля, которое на скорости около 100 км/ч передаётся на весь автомобиль.

Слабо накачанные колёса. Эта причина реже даёт биение руля, но тоже может приводить к этой проблеме.

Знаете ли вы? В 2010 году в Швейцарии за езду на скорости 300 км/ч нарушителю назначили штраф 1 млн долларов пропорционально его годовому доходу.

На маленькой скорости

Если руль вибрирует на небольшой скорости, это происходит по таким причинам:

Грязь на дисках. Сильно загрязнённые диски могут через удары передавать вибрацию на руль.

Снег на дисках. Налипший на дисках снег создаёт проблемы при движении, и водитель ощущает это, держась за руль.

Плохо затянуты болты на колёсах. В такой ситуации они болтаются и создают вибрацию руля.

Погнуты диски. Различные неровности на поверхности дисков приводят к тому, что колёса дёргаются, а руль вибрирует.

Ослабло крепление двигателя в машине.

Износ шаровых опор. Колесо начинает раскачиваться и создает биение руля, это хорошо слышно при разгоне.

Важно! Повреждение шаровых опор может привести к тому, что колесо вылетит из машины, а само авто завалится на бок.

При торможении

Бывает так, что руль начинает вибрировать при нажатии на тормоз, тогда причины могут быть следующие:

Повреждены или загрязнены тормозные диски. При резком торможении диски перегреваются и деформируются, впоследствии начинают вибрировать и передавать вибрацию на руль.

Пришло время менять тормозные колодки. Неровности на поверхности тормозных колодок приводят к вибрации тормозной системы при нажатии на педаль тормоза, и это передаётся на руль.Износились шаровые опоры. Люфт колеса от повреждения шаровых опор слышен при торможении.

Сайлент-блоки вышли из строя. Резинометаллические шарниры предназначены для того, чтобы гасить колебания, которые передаются между узлами автомобиля. При их повреждении можно ощутить, как бьёт руль.

Прикипание суппорта. Различные загрязнения и отсутствие смазки могут привести к тому, что суппорт неравномерно прижимает тормозные колодки, что создаёт вибрацию на руле.

Почему бьёт руль на скорости и при торможении: видео

Знаете ли вы? Одну из самых известных шуток про тормоза придумали бельгийцы: если не затормозите при въезде в Бельгию, то ничего не успеете рассмотреть, так как быстро покинете её и въедете в следующую страну.

На неровной дороге и поворотах

Биение руля возможно на поворотах и ухабах в результате таких дефектов:

Износ упорных подшипников рулевого редуктора. В этом случае при поворотах появляется стук в рулевом редукторе, который ощущается на руле.

Повреждение сайлент-блоков. Подпрыгивая на кочках, авто начинает трястись. Если колебания не смягчаются, водитель ощущает биение руля.

Ослабление рулевой рейки. Если руль бьёт на ухабах и одновременно ощущается вибрация, возможно, крепление рейки ослабло.

Износ наконечников рулевой тяги. При этой проблеме даже небольшая выбоина способна вызвать сильную отдачу.

Повреждение штрусов (шарниры равных угловых скоростей). В таком случае при повороте можно услышать, как колёса «хрустят».

Выход из строя амортизаторов (стоек). Их назначение — смягчать колебания от ударов, а в неисправном состоянии с этой задачей они не справляются.

Последствия вибрации

Неустранённая проблема биения руля может привести к такому:

постепенное увеличению силы ударов;

ухудшение состояния ходовой части;

нарушение работы системы управления авто;

осложнения в работе системы рулевого управления;

необходимость быть всё время в напряжении, усталость от поездки;

возрастание вероятности аварий.

Важно! Хотя проблема биения руля кажется незначительной, она может привести к тому, что автомобиль станет неуправляемым даже у водителя со стажем. Это может стать причиной аварии даже при скорости до 60 км/ч.

Как самостоятельно устранить проблему

Чтобы устранить вибрацию руля, необходимо сбалансировать колёса, выполнить развал-схождение. Самостоятельно это сделать не удастся, нужно ехать на СТО, поэтому сначала лучше проверить другие факторы, которые могут быть причиной биения.

Самостоятельно можно сделать следующее:

Проверить, не забиты ли диски на колёсах грязью или снегом, и почистить их.

Осмотреть покрышки на наличие повреждений и в случае необходимости — заменить.

Проверить наличие грыжи на шинах и заменить их.

Проверить правильность формы дисков, устранить проблему установкой новых дисков.

Проверить соответствие давления в шинах необходимому, подкачать их.

Проверить, надёжно ли закреплён двигатель.

Поставить авто на яму или эстакаду, осмотреть шаровые опоры, тормозную систему, ступичный подшипник, пыльники, сайлент-блоки. Заменить их при необходимости либо очистить от загрязнений.

Открутив колесо, проверить состояние тормозов.

Почистить и смазать суппорт.

Проверить отсутствие люфта колеса — поднять машину на домкрат и попробовать раскачать колесо. Люфта не должно быть в подшипниках, сайлент-блоках, шаровых опорах.

Убедиться, что нет масляных пятен под авто, оставленным на стоянке.

Проверить отсутствие сопротивления при повороте рулевого колеса — насколько легко отвечает система рулевого управления.

Если люфт руля превышает 10°, подтянуть рулевую рейку.

Заменить наконечники рулевых тяг при износе.

Некоторым помогает переустановка колёс спереди назад и наоборот.

Причина биения руля на примере ВАЗ 21099i: видео

Итак, если вы почувствовали, что на авто бьёт руль, для начала выясните, в каких случаях это происходит — на каких скоростях, при каких действиях. Затем определите причину проблемы. Ремонтом можно заняться самостоятельно либо обратиться в мастерскую, но пускать ситуацию на самотёк нельзя. Биение руля может быть симптомом очень серьёзного нарушения в работе автомобиля, что ставит под угрозу жизнь и здоровье тех, кто в нём ездит.

Вибрация руля: когда возникает и как ее устранить

С вибрацией, или, как ее еще называют, стуком руля сталкивались многие автолюбители. Небольшую вибрацию можно считать нормальной, но вот сильно отдающий в руки стук нормальным назвать нельзя. На самом деле вибрация руля может свидетельствовать о наличии проблем, которые не связаны напрямую с рулевым механизмом. Как и в случае с практически всеми автомобильными механизмами, игнорирование проблемы может иметь серьезные последствия. Давайте разберемся и заодно изучим вопрос того, как возникновение проблем можно предотвратить.

Когда водитель чувствует вибрацию руля

Практика показывает, что с проблемой биения руля знакомы практически все владельцы авто. Однако ситуаций, при которых это самое биение можно наблюдать, несколько. И вот о каких ситуациях идет речь:

  • Торможение авто;
  • Резкие повороты на ухабистой дороге;
  • Размеренное движение на небольшой скорости;
  • Движение на весьма большой скорости – от 80 и выше километров в час.

Как видите, перечислены совершенно разные ситуация. Их нужно разбирать по-отдельности, что мы сейчас и сделаем. Сразу отметим, что игнорировать такую проблему нельзя, а решается она, как правило, довольно быстро. Хоть с диагностикой и покупкой запчастей или шин можно влететь в копеечку, траты оправданы безопасностью и комфортностью дальнейшей езды.

Вибрации на высоких скоростях

На скоростях свыше 80 километров в час руль может ощутимо биться. Как правило, биения становятся особенно сильными уже со 100 километров в час. И дело тут в чем: когда масса колес в различных точках не выровнена (колеса не отбалансированы) по ходу движения на большой скорости возникает т.н. центробежная сила, которая утягивает за собой одно из колес. Водитель это чувствует, держась за руль – он начинает сильно вибрировать. Но и это не все! Как показала практика, действие центробежной силы как-бы подкрепляется рядом прочих факторов. Среди них:

  • Деформация колесных дисков. Обычно биение руля наблюдается при механических повреждениях дисков, которые эксплуатируются уже долгое время. В редких случаях диски могут иметь дефект уже с завода – если вы заметили это в первое время после покупки, обязательно верните диски продавцу;
  • Деформация поверхности шины. А именно, боковой поверхности. Такую деформацию еще называют грыжей. Обратите внимание на каждое из колес – если хотя бы одна шина имеет хорошо заметное вздутие или механический дефект вообще, ее нужно заменить;
  • Поломка ступичного подшипника. Если ступичный подшипник вышел из строя, вращение колеса не будет достаточно плавным. Водитель сможет ощутить это через руль;
  • Слабая накачка колес. Обычно слабо накачанные колеса не напоминают о себе через руль – начинает вибрировать вся машина, – но не упомянуть о такой проблеме попросту нельзя.


Попробуйте набрать скорость и убедиться, что руль бьется именно при быстром движении. Затем остановить и тщательно осмотрите покрышки. Следующий этап: проверка ступичного подшипника, балансировка колес. Заметьте, что дефективные шины могут стать причиной вибрации руля даже в том случае, если колеса идеально отбалансированы. Также при посещении мастерской рекомендуем заострить внимание специалиста на вопросе правильной установки колес. В некоторых случаях установленные ступицы попросту не подходят к колесными дискам. Горе-мастера также могли неправильно затянуть колесные болты или же гайки с конусными основаниями.

Вибрация руля на малой скорости

Не самая частая проблема, ведь, согласно статистике, водители чаще жалуются на биения руля на высокой скорости. Однако из этой статистики мы можем почерпнуть кое-что весьма интересное: у владельцев авто чаще начинаются проблемы подобного характера в

зимнюю пору. Если начал бить руль на небольшой скорости, стоит задуматься о следующем:

  • Не набрали ли колесные диски большое количество грязи. Может, это и звучит не слишком правдоподобно, но грязные диски могут провоцировать вибрацию руля. То же касается налипшего на дисках снега и льда;
  • Хороши ли затянуты колесные болты. Классическая причина вибрации руля;
  • В каком состоянии шаровые опоры. Как правило, сильно изношенные шаровые опоры становятся причиной биения руля при наборе скорости;
  • Нет ли деформации дисков. Также весьма частая причина вибрации. Поначалу деформируемые диски лишь слегка дергаются, но уже спустя некоторое время они напоминают о себе через руль.

Как видите, причины сугубо технические. Достаточно осмотреть колесные диски и провести диагностику шаровых опор. Также советуем обратить внимание на крепление двигателя. Иногда бывает и так, что вибрации руля наблюдаются на автомобилях с сильно изношенным вентилятором кондиционера, поскольку он постоянно работает на максимуме оборотов.

Биения руля на поворотах или на ухабистой дороге

Здесь все интереснее. Если биения руля наблюдаются на больших или малых скоростях, нужно проверять колесные диски, крепежи, а также отбалансировать колеса. А вот если проблема наблюдается на поворотах или же по ходу езды по некачественной дороге, проверить нужно несколько элементов ходовой и рулевого механизма:

  1. Наконечники рулевых тяг. Если езда по ухабистым дорогам сильно отдает в руль, нужно проверять именно наконечники. По-хорошему это нужно делать на смотровой яме и с помощником, который будет проворачивать рулевое колесо, пока вы следите за работой наконечников. В наконечниках первыми изнашиваются вкладыши и пыльники;
  2. Рулевая рейка. Если на плохих дорогах водитель чувствует вибрацию, переходящую в хорошо ощутимые удары, стоит проверить крепление рулевой рейки. Также проверьте втулку – она изнашивается относительно быстро;
  3. ШРУС. Здесь все просто: если водитель слышит «хруст» в районе колеса, нужно менять соответствующий ему шарнир;
  4. Амортизаторы. Задача амортизаторов в том, чтобы смягчать удары, повышать безопасность и комфорт от езды. Иногда водители привыкают к жестким амортизаторам и даже начинают ездить осторожнее, но если руль начал вибрировать, амортизаторы стоит проверить и, в случае необходимости, заменить;
  5. Сайлентблоки. Простейшая диагностика сайлентблоков на поднятом автомобиле включает в себя визуальный осмотр, изучение поведения рычагов при раскачивании, а также прослушивание с целью выявления стуков. Эксперты советуют сразу менять сайлентблоки, не вызывающие доверия;
  6. Подшипники рулевого редуктора. Они нередко становятся причиной вибрации руля. Если рулевой редуктор стучит при вхождении в поворот, а сам руль начинает ощутимо вибрировать, стоит проверить упорные подшипники.

Как видите, диагностику подвески и рулевого механизма можно провести самостоятельно. Здесь будет очень кстати смотровая яма или домкрат, а также помощь второго человека. Впрочем, мы рекомендуем обратиться на СТО – специалисты проведут диагностику намного быстрее и качественнее. Что касается выбора запчастей для ремонта, то здесь стоит отдавать предпочтения или оригиналам, или тем производителям, которые поставляют свои товары автоконцернам.

Биения руля при торможении

Нередко причины биений нужно искать в тормозной системе. А именно, в тормозных дисках и колодках. Как наверняка знают все автолюбители, тормозные диски сильно греются по ходу эксплуатации. Процесс термического расширения металлов, которое просто называют деформацией вследствие

перегрева, становится причиной вибрации руля. Тормозные диски при нагреве и последующем быстром охлаждении становятся волнистыми, а барабан попросту неровным. Также нельзя не упомянуть о проблеме загрязнения тормозных дисков.

Обратите внимание на тормозные колодки. После притирки их поверхность не всегда становится идеально ровной. После нажатия на педаль тормоза из-за неправильной формы колодок тормоза начинают вибрировать, и эта самая вибрация передается на руль. Также стоит изучить суппорт – он может прижимать колодки к диску неравномерно, что становится причиной вибраций. Тормозные суппорты нужно чистить от ржавчины и смазывать.

Вибрации на стоянке и холостых

Иногда владельцы авто жалуются на вибрацию руля при холостых оборотах и при попытках тронуться с места. Сама вибрация при этом бывает довольно сильной. Особенно часто проблема дает о себе знать в поддержанных автомобилях, ранее не подвергавшихся частым ремонтом и заменам отдельных комплектующих. Вибрация на холостых может быть вызвана чем-то из этого:

  1. Износ подушек силового агрегата. В этом случае подушки нужно поменять и на всякий случай проверить сам двигатель – если он начал вибрировать после капитального ремонта, проверка является обязательной;
  2. Износ рулевой рейки. А если быть точным, износ либо всего приводного вала рейки, либо шлицевой части вала. Биения руля с такой рейкой будут усиливаться по мере повышения скорости.

Здесь поможет только проверка и замена износившихся деталей. Помните о том, что смежная с двигателем резинометаллика имеет не самый большой эксплуатационным ресурс и должна регулярно меняться. В среднем, их ресурс составляет 100-120 тысяч километров. На практике этот пробег может быть как ощутимо больше, так и несколько меньше. Ресурс запчастей-аналогов значительно меньше.

Чем чревато игнорирование проблемы

Если при езде систематически бьет в руль и вы к этому даже привыкли, не стоит думать, что проблема не будет иметь последствий. Опытные автолюбители наверняка знают, что даже самые износоустойчивые механизмы не терпят частой и сильной вибрации. Она может вывести из строя практически любой механизм. Положительного влияния на водителя она тоже не оказывает. Помните, что вибрация руля может усиливаться со временем. Вот например:

  1. По какой-либо из причин руль начал слегка биться. Проблема игнорируется;
  2. Сильнее изнашиваются шины. Биения становится сильнее;
  3. Сильно изнашиваются подшипники, комплектующие подвески, отдельные элементы рулевого механизма. Управлять транспортным средством становится намного сложнее.

Эксперты уверены в том, что главной проблемой вибраций являются колеса, а отдельных случаях и тормоза. Подвеска автомобиля с постоянно вибрирующим рулем со временем просто становится слабее и отдельный ее элемент может

выйти из строя намного раньше положенного. Опасно здесь то, что водитель проблемного автомобиля становится менее внимательным и более раздражительным, что вкупе с техническими недостатками транспортного средства может стать причиной аварии.

Вывод

Вибрация двигателя может указывать на множество проблем в различных узлах автомобиля. Это и тормоз, и ходовая, и сам рулевой механизм, а иногда даже крепежные элементы двигателя. Так как вибрации лишь указывают на нечто большее, автолюбителю ни в коем случае нельзя игнорировать проблему – нужно как можно раньше спланировать поездку на СТО и проведение ремонтных работ. Самостоятельно владелец авто может сделать лишь несколько вещей: проверить тормоза и колеса, смазать тормозные механизмы, заменить наконечники тяг или же подтянуть рулевую рейку, а также проверить состояние пыльников и сайлентблоков. 

 

Какие могут быть причины вибрации руля?

Вибрация руля на скорости — явление частое, причем встречается и на практически новых автомобилях. Из-за чего это бывает и как решается такая проблема?

Немалую часть важной информации о работе узлов и агрегатов водитель получает через тактильные ощущения. Вибрация руля — один из таких сигналов, причем касается он систем, от которых зависит безопасность движения, так что игнорировать подобное явление нельзя. 

Вибрация на руле, или, как еще говорят, биение рулевого колеса, — формулировки весьма обобщающие. Опытные водители расскажут вам о нескольких видах нештатных ощущений на руле, которые свидетельствуют о разных проблемах.

Виды вибраций на руле

  • Мелкая дрожь на руле, когда автомобиль стоит с работающим двигателем.
  • Мелкие вибрации, дрожание руля на относительно большой скорости, около 70–90 км/ч. 
  • Бьет руль на маленькой скорости, толчки ощущаются отчетливо и раздельно.
  • Вибрация руля при торможении.
  • Мягкие толчки на руле и на кузове, которые с набором скорости иногда сопровождаются гулом.
  • Стук в руле при повороте автомобиля, сопровождающийся хрустом со стороны одного из передних колес.

 

Если рулевое колесо вибрирует на стоящем автомобиле

При работе двигателя на холостом ходу на руль могут передаваться вибрации. Если они равномерны и синхронны с оборотами двигателя, то причиной могут быть повышенные обороты холостого хода, касание деталей выхлопной системы кузова.

Когда на руле стоящей машины толчки ощущаются периодически, неравномерно, значит, двигатель вздрагивает из-за сбоев зажигания или (что бывает реже) системы питания. Начните с проверки свечей и чистоты форсунок.

Если на руле чувствуются толчки и удары при увеличении или сбросе оборотов двигателя, то, вероятно, повреждены его подушки — их нужно заменить.

 

Когда руль вибрирует на скорости

Большая часть случаев, когда возникает вибрация в руле, касается неисправностей колес, поэтому о них поговорим подробнее. Самые вероятные причины биения руля на скорости — нарушение балансировки колеса и повреждение шины.

Каждое колесо современного автомобиля должно быть отбалансировано, то есть каждая его часть должна весить одинаково по отношению к центру колеса — его оси. При этом разница даже в 5 граммов между противоположными сторонами шины вызывает вибрации, которые передаются на кузов и на руль (для передних колес). Различают статический и динамический дисбаланс, но для водителя это деление несущественно, поскольку оба вида неисправности недопустимы. Сделать колесный диск и шину с завода идеально ровными невозможно, поэтому предусмотрена балансировка, которая из-за утери грузика или износа шины может нарушиться. Такой дисбаланс проявляется как вибрация в верхнем и среднем диапазонах скоростей движения, обычно бьет руль на скорости 70–90 км/ч.

А вот если колесо потеряло балансировку из-за присохшей грязи или намерзшего льда, то руль начнет бить раньше, уже при 40–50 км/ч, ведь такие естественные «грузики» обычно тяжелее штатных. Подобный казус случается нечасто, и имейте в виду, что и мокрый снег, и грязь налипают при плюсовой температуре, но прикрепляются к диску после заморозка — причем с внутренней стороны колеса.

Типичная для отечественных условий причина вибраций на руле — повреждения колес. В первую очередь речь идет о шинах, у которых после ударов о выбоины асфальта рвется каркас, нарушается геометрия, меняется эластичность. Такую неисправность называют «грыжа» или «шишка», она передается на руль: на малой скорости — ощутимыми толчками, на более высокой — ровным дрожанием «баранки». Если повреждено заднее колесо, вибрации ощущаются через кузов, и они менее заметны. Погнутый на жестких колдобинах колесный диск ведет себя так же. Шину придется заменить, диск обычно удается выровнять прокаткой на станке. 

Кроме того, колесо может быть элементарно не закреплено — например, механик забыл затянуть его болты после ремонтных работ. В таком случае крупные, вплоть до виляния, вибрации на руле сопровождаются негромким прогрессирующим стуком, синхронным с вращением колес.

Очень неприятно иногда бьет руль в случае сильного износа шарниров подвески. У разных конструкций и моделей авто это могут быть разные элементы: сайлентблоки, шаровые опоры, наконечники рулевых тяг, — но проявления примерно одинаковы. Чаще всего это размашистые колебания руля в каком-то узком диапазоне скоростей, обычно до 70 км/ч. Ремонтировать подвеску нужно незамедлительно, поскольку такие знакопеременные нагрузки разрушающе действуют на многие детали ходовой.

Толчки на руле при повороте на малой скорости, особенно если они сопровождаются щелчками или скрежетом, означают, что вам нужно приготовить деньги на замену ШРУСов — шарниров привода передних колес. Но эта проблема касается, соответственно, только машин, имеющих привод на переднюю ось. 

 

Руль вибрирует при торможении

Для многих моделей автомобилей характерна такая неисправность, как биение в руль при торможении. Все дело в передних колесных тормозных механизмах, где может оказаться искривленным тормозной диск или оба диска. Такое нарушение геометрии происходит по разным причинам (износ, температурные перепады), но «лечение» всегда одно: замена тормозных дисков.

Еще одна причина, по которой возникает биение руля при торможении, —  подклинивающие, на своих направляющих в суппортах, тормозные колодки, что может быть следствием их износа или коррозии. Колодки нужно поменять, проследив, чтобы при замене автомеханик привел в порядок их направляющие. Собственно говоря, если считать биением при торможении интенсивный увод машины в сторону, то причиной может быть всего-навсего спущенное колесо. Хотя в большинстве случаев спущенное переднее колесо выдает себя толчками на руле и без торможения.

В заключение отметим, что каким бы старым ни был автомобиль, вибрации на руле — это ненормально и даже опасно, поэтому причину такого явления нужно поскорее установить и устранить. 

Вибрация автомобиля. Что не так?

Что такое вибрация автомобиля, знает большинство водителей. «Бьет руль, трясет кузов» — разные определения похожих симптомов. Легкую степень вибрации различают далеко не все. Когда я сразу после окончания автошколы купил старую шалтай-болтай-десятку, мир был прекрасен и машина была прекрасна. Никаких недостатков я в ней не видел и не слышал – главное, едет. В первую поездку, на регистрацию в ГИБДД, отправился с пожилым коллегой (сам боялся садиться за руль). Опытный водитель сразу заметил: «У тебя руль бьет». «Да?» – удивился я и сам заметил это только через полгода. Когда покатался по деревне на машине тестя и понял, что бывает без гула в руках.
В моем случае вопрос решился после балансировки колеса. Это было в первый раз. Потом вибрация не раз проявлялась на видавшей виды десятке, и каждый раз на это находилась новая причина. Впору писать роман на тему «Если вам кажется, что машина вибрирует, то вам не кажется». Но обойдемся кратким содержанием, причем со второй главы. Балансировку обсуждать не будем, это первая и самая простая причина биения в руль, причем характерна для скорости от 80 км/ч и с ней легко разобраться. Что может быть причиной вибрации кроме этого?

Крепление колес. Мелочь, которая существенно влияет на ход автомобиля. К качеству изделий отношения не имеет. Можно заказать колеса через интернет, можно купить офф-лайн или приехать со старыми на перебортовку – дело не в них. Неправильная фиксация может произойти в любом шиномонтаже. Когда мастер сразу и до конца вкручивает первый болт, то он закрепляет колесо в чуть наклоненном состоянии, и остальные болты закручиваются не до конца. Так нарушается центровка на ступице. Неправильная установка колес выражается вибрацией на довольно высоких скоростях – 120-140 км/ч. Кстати, к подобному эффекту может привести и просто сильное загрязнение диска. Наледь или твердая грязь под ступицей нарушает четкое прилегание.

Травмы диска и (или) резины. Сюда отнесем все, что влияет на форму составляющих колеса.
— Неравномерный износ резины в критический момент приводит к вибрации. Если резина б/у, то она могла быть такой изначально. Если вы первый ее хозяин, ищите причину в своем авто.
— Неправильное хранение шин. Можно купить новые шины с длительного складского хранения или с рук и получить биение в руль из-за их неправильной формы. В нарушение стандартов некоторые поставщики, шиномонтажные мастерские хранят покрышки друг на друге и даже в подвешенном на «гвоздь» состоянии. Разумеется, с течением времени это обратимо или необратимо меняет форму резины. Если первый вариант – биение прекратится, как только колесо восстановит первоначальной вид. Во втором варианте поможет только замена шин. Поэтому когда после балансировки колеса биение остается, сразу проверьте геометрию шины в момент кручения. При этой неполадке вибрация обычно возникает на скорости до 30 км/ч.
— Вмятина на диске. Тоже относится к форме колеса. При заезде в глубокую яму бывают случаи, когда шина остается целой, а диск деформируется и вызывает дрожание руля во время движения. Речь не только о литье — стальные диски тоже причастны к вибрации. Просто им нужно несколько вмятин, чтобы ее спровоцировать.

Коробка передач. Проверить взаимосвязь коробки и проблемы просто. Разогнаться свыше 80 км/ч, перевести сцепление на нейтраль. Если дрожь пропала, значит есть проблемы в трансмиссии.

Ходовая часть. Износ подвески и рулевого механизма также может проявиться биением. Сюда же отнесем влияние на вибрацию таких деталей, как ШРУСы, деформированные или сильно изношенные тормозные диски передних колес, наконечники рулевых тяг и даже карданная передача (до нее легко добраться, сняв кожух с рулевой колонки). 

В принципе, найти причину вибрации автомобиля для опытного водителя не труднее, чем заказать колеса через интернет. Главное – двигаться по порядку. Ну, и все-таки начните с балансировки. Даже один потерянный грузик иногда причина большой тряски.

 

Вибрация на скорости 40-60- 80-100-120-140 км/ч, возможные причины

Вибрация по автомобилю на скорости – неприятное и опасное явление, которое приводит к появлению дискомфорта при эксплуатации авто, вызывает ускоренный износ деталей, свидетельствует о необходимости проведения ремонтно-диагностических работ.

Если машину трясет на скорости 40-60-80-100-120 км/ч необходимо не откладывая  установить причины вибрации и принять меры к ее устранению.

Что такое вибрация и как человек ее ощущает

Вибрация, согласно определению, есть механическое колебание твердого тела. Оно может передаваться человеку посредством контакта с ним (тактильно) либо через звуковой канал. Ощущается человеком через органы слуха, тактильные либо вестибулярный аппарат. Основными параметрами вибрации являются частота и амплитуда колебания.

Частота колебания обычно измеряется в Герцах. Это количество колебаний в секунду. В автомобиле часто измеряют частоту в оборотах в минуту. Например, 600 об/мин. соответствует частоте 600/60=10 Герц, то есть 10 оборотов в секунду.

Органы слуха человека реагируют на частоту колебаний от 20 Гц до 20.000 Гц. То есть человек органами слуха не воспринимает частоту 10 Гц. Такой звук называется инфразвук. Человек его ощущает тактильно (дрожание органов человека).

Инфразвук на определенной частоте может вызвать паническое состояние человека. Это доказано многочисленными опытами. Животные панически бегут из мест землетрясений, так как перед ними по земле распространяется инфразвук.

Частота более 20 килоГерц называется ультразвуком. Вибрация на такой частоте человеком неощутима. Но она может привести к значимым разрушениям узлов и механизмов автомобиля. Поэтому во время стендовых испытаний на заводах исследованию колебаний на этих частотах уделяют большое внимание.

Видео — возможные причины вибрации автомобиля при движении на скорости 80 км/ч и выше:

Амплитуда механической вибрации измеряется в мерах длины (миллиметрах, метрах). Колебания амплитудой в миллиметр не так ощутимы для элементов обшивки, кузова, но в подшипниках, например ступицы, способны разрушить его за несколько километров.

В звуковом диапазоне частот вибрация измеряется в дециБеллах. Уровень 0 дБ означает предел слышимости человеческого уровня. 150 дБ – приблизительно болевой порог громкости. Человек хорошо воспринимает звуковые колебания на уровне от 20 децибелл.

Основные причины возникновения вибрации в автомобиле

Основные причины возникновения вибрации в автомобиле связаны с механическими, звуковыми и резонансными явлениями. Так как во время работы автомобиль движется в целом, то источником колебаний может быть практически любой элемент его конструкции. Наиболее частыми и ощутимыми водителем источниками вибрации в автомобиле являются:

  • Вибрация двигателя автомобиля, КПП, сцепления. Она может возникнуть по причине троения двигателя (неработоспособности одного или нескольких цилиндров). Проявляется на холостом ходу или малых скоростях в виде неравномерной вибрации кузова, рычага коробки передач, элементов салона. Также может быть следствием неравномерности подачи топлива, воздуха, пропусков зажигания. Вибрация может быть вызвана биениями маховика, системы сцепления, коробки переключения передач. В высокочастотном звуковом диапазоне она чаще обусловлена износом ремня генератора.
  • Подвески двигателя. При износе и повреждении подушек двигателя колебательные движения двигателя напрямую передаются на кузов. В этом случае двигатель словно стучит о кузов. Звуковые и механические колебания воспринимаются водителям подобно стуку отбойного молотка. При некоторых оборотах двигателя могут многократно усиливаться за счет резонансных явлений.
  • Кардана в автомобилях с задним приводом. Возникает при изменении геометрии карданной системы, заднего моста. Частота напрямую зависит от скорости автомобиля. Она хорошо ощутима в виде гула на скоростях от 50 км/ч.
  • Кузовных деталей. При плохом закреплении деталей или коррозии некоторых элементов возможно возникновение механических вибраций, которые могут усиливаться резонансными явлениями. Механические вибрации элементов кузова приводят к их повреждению. Деталь кузова может попросту отвалиться.
  • Колес. При замене и ремонте колес требуется обязательная балансировка. В процессе эксплуатации колеса она может быть нарушена. Радиальная вибрация колеса может быть погашена подвеской автомобиля и практически неощутима водителем. Она практически незаметна, но если имеется, то приводит к неисправности системы подвески, сокращению срока службы подшипников ступицы. Поперечная вибрация колеса отражается в биениях рулевого управления, приводит к преждевременному износу рулевой рейки, тяг.

Видео — почему машину трясет на скорости с биением на руле:

  • Элементов подвески. Подвеска современных автомобилей – сложнейший механизм. Износ даже одного элемента может привести к появлению механических вибраций, которые в свою очередь приводят к ее дальнейшему ее повреждению.
  • Элементов рулевого управления. Как правило, она является следствием неисправностей рейки. Проявляется в виде биений руля и крайне опасна.
  • Тормозной системы. Возникает при неравномерном износе тормозных дисков и колодок. Такую вибрацию необходимо сразу устранять.
  • Элементов салона. Чаще всего проявляется в виде дребезжания, скрипа пластмассовых элементов салона, обшивки, других элементов. Не так опасно, но вносит существенный дискомфорт в процессе эксплуатации машины. Часто для ее устранения приходится применять шумоизоляцию автомобиля.

Последствия могут оказаться тяжелыми

Последствия вибрации в автомобиле могут быть очень серьезные, например:

  • создание аварийной ситуации;
  • отказ рулевого управления;
  • неисправность тормозной системы;
  • нарушение элементов подвески;
  • неисправность двигателя, КПП, сцепления;
  • создание дискомфортной обстановки в салоне и др.

Вибрация на скорости

Выяснить причину вибрации автомобиля с помощью компьютерной диагностики удается не всегда. Есть общепринятые рекомендации опытных водителей, механиков, специалистов по подвеске, рулевому управлению, КПП, которые помогают найти причины возникновения вибрации на различных скоростях, при разных признаках их проявления.

Таблица 1. Признаки неисправности и возможные причины вибрации автомобиля при движении на различной скорости:

СкоростьПризнаки неисправности, возможные причины

0 км/ч (холостые обороты)

Вибрация рычага КПП – пропуски зажигания, троение двигателя.Металлический равномерный стук – повреждение подушки двигателя.Высокочастотный свист – износ ремня генератора.

Равномерная небольшая тряска – разбалансировка маховика, сцепления.

Неравномерная небольшая тряска – пропуски зажигания, неисправность системы подачи топлива, воздуха, системы управления двигателем.

0 км/ч (повышенные обороты)

Увеличивающаяся вибрация двигателя — пропуски зажигания, неисправность системы подачи топлива, воздуха, системы управления двигателем.

до 40 км/ч

Если вибрация происходит при движении на поворотах и сопровождается хрустом, то возможная причина – неисправность шруса.На поворотах она может являться признаком неисправности узлов рулевого управления, прежде всего, рейки.Вибрация в момент включения какой-либо отдельной передачи – признак неисправности КПП.

В механических КПП в момент выжима сцепления она может быть следствием износа фрикционного механизма, корзины или выжимного подшипника.

40-60 км/ч

На этой скорости начинает проявляться вибрация карданного механизма, в том числе, крестовины и подвесного подшипника. Биения руля указывают на неправильную балансировку колес.Причиной вибрации на данной скорости может быть выхлопная система, а именно, ее ненадежное крепление, нарушение целостности.

Причиной может быть и изношенный опорный подшипник стойки.

60-80 км/ч

Появление биений на таких скоростях свидетельствует о возможной неисправности тормозной системы, особенно, если это сопровождается соответствующим звуком.При движении на ровной дороге появление вибрации может быть проявлением изъянов протектора шин.Появление вибраций на данных скоростях может быть разбалансировка вращающихся деталей двигателя: шкивов, приводов вентилятора, генератора, маховика.

Низкий уровень масла в АКПП и засорение фильтра иногда приводят к такому эффекту.

80-100 км/ч

При этих скоростях в процессы вибрации усиливается вклад малейших износов узлов подвески. При больших скоростях могут начать проявлять себя подгулявшие шаровые опоры.

100-120 км/ч

Внезапное возникновение биений может быть следствием некорректной работы турбины двигателя. Он «захлебывается» от нехватки воздуха.Тряска в салоне кузова могут возникнуть в результате смещения пластмассовых деталей.

более 120 км/ч

На предельных скоростях для возникновения биений достаточно малого нарушения аэродинамики автомобиля. Достаточно установки нештатного спойлера, чтобы воздушные потоки сформировали вибрационную ситуацию.На больших скоростях нагреваются подшипники вращения, отсутствие или недостаточное количество в них смазки иногда приводит к возникновению вибраций.

Видео — если машину трясет при разгоне, то возможная причина может быть в гранате:

Методы борьбы с этим явлением

Первый этап в борьбе с вибрацией – тщательное закрепление всех элементов кузова, двигателя и салона.

Если видимой причиной биений является двигатель, КПП, тормозная система, необходимо произвести компьютерную диагностику.

Для предотвращения вибраций необходимо соблюдать сроки регламентного обслуживания систем автомобиля: подвески, тормозной системы, рулевого управления и других.

Вибрации элементов кузова помогает устранить профессиональная шумоизоляция.

При внезапном появлении тряски на любых скоростях необходимо немедленно установить ее источник. Дальнейшая эксплуатация транспортного средства без ее устранения опасна!

Если запотевают стекла в машине изнутри, что делать в этом случае — обзор народных рецептов.

Как можно узнать модель автомобильной сигнализации по внешнему виду брелку.

Где должен быть размещён https://voditeliauto.ru/voditeli-i-gibdd/shtrafy/za-otsutstvie-znaka-shipy.html знак Шипы.

Видео — одна из возможных причин когда машина вибрирует при наборе скорости:


Вибрация / биение руля не из-за балансировки! (с. 74)

Прежде всего прошу модераторов не бить ногами! Прежде чем принять решение создать тему я прошерстил все подобные темы и не нашел никакой содержательной информации. Половина пользователей сообщают о проблеме и просят хелп говоря «шесть раз балансировал колеса — вибрация не прошла» а другая половина говорит » нужно отбалансировать седьмой раз, семь — счастливое число». Достаточно глупо, так ведь? А поскольку я уже устранил проблему и ДЕЙСТВИТЕЛЬНО считаю её редкой и сложной то хочу поделиться с одноклубниками дабы сэкономить месяцы поисков и деньги впустую.
Итак, давайте сначала научимся дифференцировать вибрации в автомобиле.
1 — Биение руля (нарушение балансировки колес приводит к вибрации в руль, при ускорении и при движении накатом, преимущественно ближе к скорости 80-100 но бывает также как позже так и раньше. Причин дисбаланса много и большинство водителей знают их на зубок
2 — биение кузова из — за лопнувшей гидроопоры двигателя (симптомы — слева от двигателя все забрызгано маслом из лопнувшей опоры, амплитуда биения кузова вертикальная, скачкообразная преимущественно справа и чаще всего на низких скоростях, руль НЕ вибрирует! Биение вызвано аномальным изменением угла положения шрусов привода, эксплуатация авто крайне не рекомендется)
3- вибрация кузова из — за дисбаланса диска сцепления ( редкий дефект, лечится заменой диска сцепления, вибрация чувствуется при любых режимах работы, даже на холостом ходу на стоянке).
4 — А теперь ВИБРАЦИЯ, которая является виновницей создания данного топика, виновницей бессонницы и больных нервов. Причины я искал несколько месяцев и только сегодня нашел и устранил. ИТАК, проявляется вибрация следующим образом — только и исключительно при ускорении. ощущается всем телом так как телепает весь кузов. отпускаешь газ и двигаешься накатом — вибрация пропадает. на ранних стадиях вибрация чувствуется только на скорости 60 — 80, на низких скоростях нет вобще. спустя три месяца вибрация ощущалась уже на всем диапазоне скоростей, на низкой скорости более менее терпимо, на высокой (80 — 100) трясет так, что зуб на зуб не попадает, все незакрепленные предметы валятся на пол, машина улетает с дороги, страшный стук, отпускаешь газ (прекращаешь ускорение) вибрации нет. Когда кузов телепает руль неподвижен, стоит ровно, как приклеен, проблем с управляемостью и вращением руля нет. Вибрация растет пропорционально нагрузке (количество людей и багажа а также лобовой ветер), если ехать одному в салоне и в полный штиль вибрация существенно меньше. При этом слышны громкие и гулкие стуки при перемещении рычага КПП в пазах и при отпускании сцепления (и при трогании с места и в движении при переключениии передач. Звуки нехарактерные для гранат и скорее похожие на умирающую коробку передач. Методом исключения я пришел к выводу — умерли гранаты. Грешить больше было не на что, так как все мыслимые и немыслимые балансировки, расточки, шлифовки и замены колес были произведены — все бестолку. Дефектовать гранаты также бесполезно, они не люфтят, почти не издают звуков. Именно поэтому мастера в 9 (!) автосервисах были единодушны — ты гонишь парень, за всю жизнь такого не было в нашей практике, из за гранат это невозможно, кого ты учишь, они у тебя в полном порядке, ты просто очень придираешься, забудь и езжай спокойно. Что интересно они даже не чувствуют вибрацию когда садятся за руль, что ОЧЕНЬ плохо их характеризует. Как можно не обращать внимания на ТАКУЮ вибрацию? Короче, дефект был обнаружен только после снятия приводов в сборе, разобрали внутреннюю правую гранату, а она. .. просто рассыпалась. Смазки ноль, подшипник один из трех ржавый и разбитый, и это при том, что пыльник цел и невредим, хомуты на месте. Дефект можно почувствовать только взяв валы с гранатами в руки и покрутив меняя угол положения гранат и тогда чувствуется как в одном положении внутреннюю гранату клинит. За всю жизнь ни разу не тронулся с пробуксовкой, знаю что такое гранаты менять. Эти факторы позволяют однозначно судить о качестве Форд, ведь машина прошла 70000 в тепличных условиях. Вобщем, суть да дело, заказал оба привода в сборе, предлагаются только оригинальные, дескать китайцы не берутся за копирование приводов. Стоимость — левый 12100, правый 14200, ждал 3 дня. Приятный сюрприз — подвесной подшипник в комплекте, что довольно неожиданно и не в духе Форд МК, который даже шаровые опоры продает в сборе с рычагами и сайлентблоками. Сейчас, заменив приводы, я вспомнил, насколько тихо и приятно может быть в машине, вспомнил, какая она была новенькой, из салона.
Всем желаю успеха, дерзайте !!!

Причины вибрации руля и способы устранения

Почему вибрирует руль?

Такой вопрос може озадачить каждого автолюбителя.  Это может быть временное явление, например попадание колеса в выбоину на большой скорости. Постоянная вибрация может иметь место при сезонной смене шин, если не выполнена балансировка. Неопытного водителя может сбить с толку непредсказуемость вибрации: она может возникать на скорости, может носить временный характер. Иногда вибрации носят спонтанный характер, т.е. непонятно откуда появляются, и так же спонтанно и исчезают.

Необходимо отличать вибрацию в движении и биение руля во время торможения, потому что это причиной тому являются совершенно различные ситуации. В любом варианте руль бьет при движении из-за неравной массы нескольких или одного колеса. Выделяют пять основных причин, которые могут идти в связки, а могут возникать по отдельности.

Балансировка колес

Данная проблема возникает два раза в год после смены шин в конце сезона. Если в шиномонтажной мастерской поставили баланс неправильно, или используя старые метки, которые не всегда соответствуют новой резине, или как крайний вариант просто не балансировались. Эта проблема легко устранима – просто нужно заставить исполнителей исправить брак замены шин, либо обратиться в другой шиномонтаж.

Грязь на дисках

Это головная боль любого автолюбителя в зимнее время. А у тех, кому приходится ездить круглый год по пересеченной местности, это проблема сезона не имеет. Проблема здесь в том, что не все диски рассчитаны на такие условия, но из-за красоты водители используют именно их, не смотря на несоответствие климатическим условиям. Диски накапливают снег и грязь, но самостоятельно очиститься во время тряски и движения не могут и их нужно очищать вручную. В критических случаях грязь до такой степени утрамбовывается и присыхает, что превращается в монолит с осевым диском. Такие накопления создают серьезный противовес чистому колесу. Если руль дергается, необходимо проверить отсутствие таких накоплений.

Статический дисбаланс

Возникает при нарушении геометрии колеса, это относится как к окружности диска, так и окружности покрышки. Расхожая фраза на авторемонте – диск разбился. В самых плохих вариантах возможна и деформация диска от постоянных и сильных ударов. Обычно возникает от удара об бордюр, частой причиной могут быть некачественно вулканизированные шины, ну а если вам не повезло, то покрышки могли исказиться и при неправильном хранении. И заводской брак никто не отменял. Если в колесе возник статический дисбаланс, то эта проблема решается несложной балансировкой на станке, но после установки на автомобиль биение появится снова. При таком варианте придется измерить биение на установленном на автомобиль колесе. Для этого следует обратиться в продвинутую шиномонтажную мастерскую, имеющую специальное оборудование и дающую гарантию, что они определят причину биения, устранят ее и дадут гарантию, что какой-то определенный срок проблема снова не появится.

Деформация ступицы

Наиболее редкая проблема, из-за которой бьет руль – это деформация ступицы. Она может быть сопряжена и с другими поломками элементов подвески. Эту проблему можно попытаться решить собственными силами, до обращения в автомастерскую. Поднимаем машину со стороны бьющего колеса на домкрат, и прокручиваем его с прикладыванием прибора, который измерит отклонения. Необходимо узнать точно, колесо или диск не имеют статического дисбаланса. Если колесо поставлено криво или не соответствует параметрам ступицы, то это может вызывать сильные вибрации. На данный вопрос легко получить ответ, если одеть колесо на ступицу. После этого проверяем колесо на предмет люфта, без прокручивания, колесо нужно подвигать вверх и вниз, при необходимости назад и вперед, если при этом ощущается легкое пошатывание, значит люфт присутствует. В таком случае очевидно, что окружность центрального отверстия диска больше осевой окружности, и бить будет постоянно, такой диск к эксплуатации на вашем автомобиле не пригоден. Единственно возможным вариантом являются дисковые шайбы, но их нужно выточить индивидуально на каждое колесо, что создает еще одну проблему, которую не всегда можно быстро решить.  

Еще может быть причиной банальный непрофессионализм работников шиномонтажников, и неопытных водителей, которые затягивают конусные дисковые болты одновременно и до упора, что естественно является причиной искривления. Хороший совет в таком случае – болты затягиваются постепенно, через один, обязательно поначалу руками. Такие работы выполняются при висящем колесе. После окончания ручного зажима, потихоньку опять с чередованием зажимаем пневмопистолетом или ключом.

В заключение хочется сказать, что вибрация руля говорит о надвигающихся проблемах, игнорирование таких сигналов привод к авариям. При появлении вибрации, необходимо сразу же искать ее причину. 

Односторонний дисбаланс может успешно перейти в двухсторонний, не говоря уже о том, что при сильных нагрузках катастрофически изнашивается резина. Двусторонний дисбаланс создает различный резонанс, колеса смещаются друг к другу и при езде, а особенно при наборе скорости и при торможении будет постоянно ощущаться биение и вибрация. Данная проблема требует немедленного разрешения.


% PDF-1.3 % 1123 0 объект > эндобдж xref 1123 276 0000000016 00000 н. 0000005876 00000 н. 0000006104 00000 п. 0000010913 00000 п. 0000011105 00000 п. 0000011192 00000 п. 0000011283 00000 п. 0000011449 00000 п. 0000011621 00000 п. 0000011678 00000 п. 0000011772 00000 п. 0000011917 00000 п. 0000011974 00000 п. 0000012132 00000 п. 0000012242 00000 п. 0000012346 00000 п. 0000012403 00000 п. 0000012460 00000 п. 0000012517 00000 п. 0000012642 00000 п. 0000012782 00000 п. 0000012839 00000 п. 0000012896 00000 п. 0000012953 00000 п. 0000013135 00000 п. 0000013192 00000 п. 0000013291 00000 п. 0000013454 00000 п. 0000013511 00000 п. 0000013684 00000 п. 0000013791 00000 п. 0000013946 00000 п. 0000014003 00000 п. 0000014111 00000 п. 0000014220 00000 п. 0000014277 00000 п. 0000014411 00000 п. 0000014468 00000 п. 0000014525 00000 п. 0000014582 00000 п. 0000014639 00000 п. 0000014824 00000 п. 0000014938 00000 п. 0000015039 00000 п. 0000015096 00000 п. 0000015153 00000 п. 0000015210 00000 п. 0000015389 00000 п. 0000015530 00000 п. 0000015657 00000 п. 0000015714 00000 п. 0000015771 00000 п. 0000015828 00000 п. 0000015954 00000 п. 0000016077 00000 п. 0000016176 00000 п. 0000016233 00000 п. 0000016352 00000 п. 0000016409 00000 п. 0000016525 00000 п. 0000016582 00000 п. 0000016639 00000 п. 0000016696 00000 п. 0000016753 00000 п. 0000016944 00000 п. 0000017001 00000 п. 0000017118 00000 п. 0000017291 00000 п. 0000017348 00000 п. 0000017505 00000 п. 0000017663 00000 п. 0000017777 00000 п. 0000017834 00000 п. 0000017891 00000 п. 0000017994 00000 п. 0000018107 00000 п. 0000018164 00000 п. 0000018285 00000 п. 0000018342 00000 п. 0000018399 00000 п. 0000018456 00000 п. 0000018631 00000 п. 0000018742 00000 п. 0000018861 00000 п. 0000018918 00000 п. 0000018975 00000 п. 0000019032 00000 п. 0000019198 00000 п. 0000019311 00000 п. 0000019422 00000 п. 0000019479 00000 п. 0000019612 00000 п. 0000019669 00000 п. 0000019726 00000 п. 0000019783 00000 п. 0000019952 00000 п. 0000020124 00000 п. 0000020311 00000 п. 0000020368 00000 п. 0000020484 00000 п. 0000020622 00000 п. 0000020746 00000 п. 0000020803 00000 п. 0000020951 00000 п. 0000021008 00000 п. 0000021065 00000 п. 0000021122 00000 п. 0000021245 00000 п. 0000021302 00000 п. 0000021359 00000 п. 0000021460 00000 п. 0000021599 00000 н. 0000021656 00000 п. 0000021817 00000 п. 0000021874 00000 п. 0000021931 00000 п. 0000021988 00000 п. 0000022089 00000 п. 0000022194 00000 п. 0000022251 00000 п. 0000022371 00000 п. 0000022428 00000 п. 0000022485 00000 п. 0000022542 00000 п. 0000022721 00000 п. 0000022778 00000 п. 0000022872 00000 н. 0000023037 00000 п. 0000023094 00000 п. 0000023211 00000 п. 0000023388 00000 п. 0000023594 00000 п. 0000023651 00000 п. 0000023813 00000 п. 0000023915 00000 п. 0000024063 00000 п. 0000024120 00000 н. 0000024317 00000 п. 0000024426 00000 п. 0000024532 00000 п. 0000024589 00000 п. 0000024703 00000 п. 0000024760 00000 п. 0000024874 00000 п. 0000024931 00000 п. 0000025057 00000 н. 0000025114 00000 п. 0000025171 00000 п. 0000025228 00000 п. 0000025424 00000 п. 0000025523 00000 п. 0000025653 00000 п. 0000025710 00000 п. 0000025823 00000 п. 0000025880 00000 п. 0000026010 00000 п. 0000026067 00000 п. 0000026184 00000 п. 0000026241 00000 п. 0000026298 00000 п. 0000026355 00000 п. 0000026550 00000 п. 0000026675 00000 п. 0000026786 00000 п. 0000026843 00000 п. 0000026900 00000 н. 0000026957 00000 п. 0000027110 00000 п. 0000027227 00000 н. 0000027332 00000 н. 0000027389 00000 н. 0000027516 00000 п. 0000027573 00000 п. 0000027699 00000 н. 0000027756 00000 п. 0000027813 00000 н. 0000027870 00000 н. 0000027927 00000 н. 0000027984 00000 п. 0000028041 00000 п. 0000028158 00000 п. 0000028283 00000 п. 0000028402 00000 п. 0000028459 00000 п. 0000028586 00000 п. 0000028643 00000 п. 0000028700 00000 п. 0000028757 00000 п. 0000028814 00000 п. 0000028871 00000 п. 0000028983 00000 п. 0000029040 00000 п. 0000029187 00000 п. 0000029342 00000 п. 0000029399 00000 п. 0000029565 00000 п. 0000029718 00000 п. 0000029864 00000 п. 0000029921 00000 н. 0000030084 00000 п. 0000030182 00000 п. 0000030328 00000 п. 0000030385 00000 п. 0000030442 00000 п. 0000030499 00000 п. 0000030556 00000 п. 0000030660 00000 п. 0000030777 00000 п. 0000030834 00000 п. 0000030960 00000 п. 0000031017 00000 п. 0000031074 00000 п. 0000031131 00000 п. 0000031244 00000 п. 0000031362 00000 п. 0000031419 00000 п. 0000031558 00000 п. 0000031615 00000 п. 0000031672 00000 п. 0000031729 00000 п. 0000031849 00000 п. 0000031966 00000 п. 0000032023 00000 п. 0000032157 00000 п. 0000032214 00000 п. 0000032342 00000 п. 0000032399 00000 п. 0000032456 00000 п. 0000032577 00000 п. 0000032634 00000 п. 0000032785 00000 п. 0000032842 00000 п. 0000032993 00000 п. 0000033050 00000 п. 0000033107 00000 п. 0000033235 00000 п. 0000033356 00000 п. 0000033472 00000 п. 0000033528 00000 п. 0000033585 00000 п. 0000033712 00000 п. 0000033769 00000 п. 0000033906 00000 п. 0000033963 00000 п. 0000034111 00000 п. 0000034168 00000 п. 0000034225 00000 п. 0000034280 00000 п. 0000034526 00000 п. 0000034920 00000 п. 0000035180 00000 п. 0000035460 00000 п. 0000035578 00000 п. 0000036629 00000 н. 0000036741 00000 п. 0000036923 00000 п. 0000038316 00000 п. 0000038566 00000 п. 0000038942 00000 п. 0000039042 00000 н. 0000040101 00000 п. 0000040389 00000 п. 0000040759 00000 п. 0000041034 00000 п. 0000041284 00000 п. 0000041387 00000 п. 0000042460 00000 п. 0000042734 00000 п. 0000042948 00000 п. 0000043262 00000 н. 0000043820 00000 п. 0000043908 00000 п. 0000091105 00000 п. 0000091185 00000 п. 0000006162 00000 п. 0000010889 00000 п. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 1124 0 объект > / OpenAction 1125 0 R / PageLayout / SinglePage >> эндобдж 1125 0 объект > эндобдж 1397 0 объект > транслировать HT L> sBB ~ wg%, 4ƘN ܝ ρ, Lh-4-KNQT5u [ܔ l: ÑA ZVDKh {YLZ {y Ha * Q} `CTjEO! VDRdxeG *! $` HF # W’HyaQ \ ‘HV. AB; `; iE4D

Патенты на рули и хвостовое оперение и патентные заявки (класс 244/87)

Номер патента: 8814083

Резюме: Самолет (1), снабженный хвостовой балкой (4), включающей хвостовое оперение (100), снабженное поверхностью аэродинамического профиля (5), причем поверхность аэродинамического профиля (5) снабжена по меньшей мере одной частью стабилизатора (11, 12) проходит в боковом направлении за пределы хвостовой балки (4) и с центральной частью (13), проходящей внутри хвостовой балки (4), указанная часть стабилизатора (11, 12) имплантирована в отверстие (6, 7) хвостовой балки. (4), который ограничен периферийной стенкой (6?, 7?), Зазором (21, 22), существующим между упомянутой частью (11, 12) стабилизатора и упомянутой периферийной стенкой (6, 7). Самолет включает в себя средства борьбы (30) для борьбы с явлением флаттера, которые снабжены средствами жесткости (31, 32), оказывающими заданное сжимающее напряжение на указанную часть (11, 12) стабилизатора, причем указанные средства (31, 32) жесткости расположены у основания стабилизирующей части (11, 12).

Тип: Грант

Подано: 17 октября 2011 г.

Дата патента: 26 августа 2014 г.

Цессионарий: Вертолеты Airbus

Изобретателей: Родольф Лермено, Томас Мейер, Жан Азо, Жюльен Гиттон

Рукоять и руль Langewiesche для тренировки хвостового колеса

Представьте себе пылесос для опрыскивания посевов. Уровень. Медленный. С достаточной мощностью, чтобы поддерживать такое отношение. Генри говорит, что судить о расстоянии над взлетно-посадочной полосой — самое сложное. Очевидно, вы не хотите замедляться, иначе вы бросите учебу.

His 8A легкий, маневренный и прекрасно оснащенный. Моя не такая легкая и шустрая.

И Люси у него уже 35 лет.

Deb

Щелкните, чтобы развернуть …

Вы меня убиваете …. Я скучаю по своему старому 180-сильному Maule!

Однажды я наблюдал (Sky Manor, штат Нью-Джерси, 80-е), как пилот Ласкомба несколько раз приземлился на одном колесе, поднялся и приземлился на другом колесе.Действительно легкий и маневренный.

Хотя я никогда не летал на другом хвостовом тягаче, Maule показался мне очень симпатичным грузовиком по сравнению с другими драггерами. Я чувствовал, что довольно хорошо справился с этим после 18:00, но у него были некоторые особенности.

Он действительно предпочел быть трехконечным. Конечно, с рефлекторными закрылками, при необходимости, он может быть 3 направлен на малую крейсерскую скорость. По причинам, которые никогда не указывались в явной форме, даже фабрика избегала обучения новичков Maule на колесиках. С другой стороны, через пару сотен часов я научился делать с ним задние колеса, что пригодилось, когда у меня была волна плоских участков хвостового колеса.Но даже после того, как я стал с ними уверен в себе, я должен был согласиться с тем, что всегда было проще поставить 3 точки, независимо от того, какой ветер, на какой поверхности. Умение управлять им пригодилось только тогда, когда вы полностью провалили посадку и сначала попали в сеть.

Несмотря на репутацию КВД, было сложно приземлиться на короткое время. Закрылки были большими, и моя модель имела экстремальные настройки, которых не было у некоторых других, но они были аэродинамически несовершенными … у C150 гораздо лучший набор. Чтобы двигаться по крутому склону, нужно было очень медленно, а очень медленно — значит, у вас не хватило лифта для разгона.Чтобы лифт работал до конца, потребовалось немного энергии. Он тоже неплохо поскользнулся, но все же C150 может стать круче. Конечно, если бы не было препятствий, его можно было бы затащить и уронить на месте.

Моим самым запоминающимся моментом в этом была посадка на ветру в Ки-Уэст. Это были редкие обстоятельства, когда я был один, был полностью проинструктирован о порывах ветра под углом 90 градусов, и это был полет, в котором я был полностью подготовлен перед взлетом к возвращению в мою безопасную для ветра точку взлета.На длинном финале в KEYW я установил скольжение и быстро понял, что у меня недостаточно руля, чтобы получить прямой. У меня все еще не было этого, пока я не оказался в пределах размаха крыльев от земли, где градиент ветра в сочетании с полным левым рулем, наконец, позволил мне получить его прямо для приземления. Чтобы покинуть взлетно-посадочную полосу, мне пришлось проехать 270 градусов, чтобы выйти на 90 градусов.

Башня похвалила меня за приземление, а затем упомянула, что Малибу в тот же день замкнулся на земле и пробил шасси через крыло. Ой!

Я скучаю за рулем этого старого Маула.

Механический дизайн инновационных электромагнитных линейных приводов для морского применения

Мы описываем инженерное решение по производству электромагнитных линейных приводов для движущихся рулей и стабилизаторов оперения военных кораблей. Решение определяет переход от концептуального дизайна устройства, изначально изученного с электромагнитной точки зрения, к действительно работающим механическим конфигурациям.Описываются структурные проблемы, которые были решены с помощью предложенной конфигурации. Чтобы подтвердить обсуждаемые варианты конструкции, мы проиллюстрируем некоторые результаты численного моделирования, выполненного методом конечных элементов конструкции. Эти результаты количественно подтверждают предложенное механическое решение путем оценки напряжений и деформаций в виртуальном прототипе конструкции в процессе ее функционирования. Изученные части устройства являются наиболее важными, поскольку в случае чрезмерной деформации / напряжения они могут непоправимо нарушить работу привода. Эти части представляют собой набор полюсных наконечников и удерживающие клетки постоянных магнитов. Анализ МКЭ позволил нам выявить наиболее напряженные области предыдущих элементов, форма которых была разработана таким образом, чтобы снизить максимальные напряжения и деформации. Более того, анализ методом конечных элементов помог найти наиболее удобное решение для соединения полюсных наконечников с соответствующими основаниями. Хорошие результаты, полученные с помощью предложенного технического решения, экспериментально подтверждены испытаниями на специально изготовленном небольшом прототипе актуатора.Наконец, проиллюстрирован качественный анализ инженерных проблем, которые необходимо учитывать при проектировании электромагнитных линейных приводов большего размера, чем уже изготовленный.

1 Введение

Руль представляет собой одно из основных устройств, используемых для управления лодкой. Чтобы гарантировать безопасность навигации, такое устройство всегда должно работать правильно. Следовательно, надежность всей системы рулевого управления должна быть очень высокой, особенно при большой нагрузке судна.На этих кораблях силы, необходимые для управления рулем, могут достигать многих тонн, а система, которая вращает один и тот же руль, довольно сложна.

Два типа приводов, олеодинамические поворотные и линейные [1] всегда используются для управления рулями больших судов. В течение десятилетий использовались только эти две системы, и не было никаких исследований или инноваций, которые были бы призваны заменить их более эффективными системами. Однако исследования были в значительной степени сосредоточены на управлении стабилизаторами руля направления и киля в отношении устойчивости и вибраций [2, 3, 4, 5].В этих исследованиях представлены сложные математические физические модели, предполагающие определенные тенденции сил, создаваемых исполнительными механизмами, но которые не представляют предмет исследования. В связи с этим можно отметить, что в настоящее время обычная система привода руля для судов с высокой нагрузкой основана на поворотных приводах, работающих под давлением масла [1] (см. Рисунок 1). В этих двигателях масло перекачивается под высоким давлением, и поршни двигателя вращаются вокруг оси очень медленно. Поршни соединены с валом, который обеспечивает высокий крутящий момент, и этот вал вращает руль направления с помощью подходящих рычагов управления.Величина вращения этих моторов ограничена и обычно не превышает 150 градусов. За прошедшие годы опыт управления всей системой (насосы, клапаны, системы управления и т. Д.), Которая позволяет эксплуатировать поворотный привод, показал значительные проблемы, связанные с обслуживанием и регулированием / контролем такого рода устройств. Следовательно, для обеспечения надлежащего функционирования руля направления необходимо регулярно проводить проверки, проверки и техническое обслуживание всех компонентов системы.Затраты, связанные с этими видами деятельности, относительно высокие габаритные размеры и вес системы, а также некоторые технические трудности в регулировании работы в соответствии с потребностями навигации, побудили к изучению устройств, альтернативных поворотному приводу, работающему под давлением масла. Возможная альтернатива, которая была изучена на концептуальном уровне, представлена ​​инновационными электромагнитными линейными приводами, способными развивать тягу в несколько тонн с ограниченным ходом (1000-1200 мм) [6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 ].Новинка этого актуатора предполагает полную замену традиционно используемой олеодинамической системы на электромагнитное устройство. Следовательно, можно изготовить устройство для управления рулями судов, которое будет намного более чистым и регулируемым, чем устройства, использующие масло под давлением, которое закачивается в олеодинамические приводы. Таким образом, больше не требуется система контроля давления и потока масла, и все управление системой становится электрическим / электронным с несомненными преимуществами очистки и точной регулировки.

Рисунок 1

Система сдвоенного руля направления военного корабля на основе поворотных приводов под давлением масла (красные стрелки указывают на рычаги управления рулем).

Рисунок 2 иллюстрирует концептуальную конструкцию предлагаемого электромагнитного устройства. Набор постоянных магнитов (1) находится в контакте с верхней и нижней поверхностями стальной пластины (2), приводимой в действие подходящими подшипниками. Эти подшипники составляют единое целое с рамой устройства и позволяют перемещать одну и ту же пластину в горизонтальном направлении (так называемый движитель ).Полярные расширения (4) расположены в соответствии с магнитами, а электрические обмотки (5) расположены вокруг этих расширений. Между магнитами и плоскими поверхностями этих полярных расширений зафиксирован зазор 3 мм. Управляя питанием обмоток, можно создавать магнитные силы, которые перемещают движитель, приводимый в движение соответствующими подшипниками. Эти силы могут быть чрезвычайно высокими. Следовательно, движитель может приложить очень сильный толчок к подходящему рычажному механизму, который преобразует прямолинейное движение во вращательное движение.Этот механизм состоит из призматического поворотного шарнира, который вращает руль направления (см. Рисунок 3). Руль направления вращается по часовой стрелке или против часовой стрелки в зависимости от направления движения движителя. Подходящий размер кинематической системы позволяет получить правильные углы поворота. Точные расчеты [6, 7, 8] определили правильный размер концептуальной конфигурации привода, показанного на рисунке 2. Эти модели первоначально включают расчет горизонтальной электромагнитной тяги, приложенной к стальной пластине (2) (см. Рисунок 2). что устройство может развиваться.Из этих расчетов [6, 7, 8] следует, что тяга, создаваемая этим приводом подходящего размера, который также может быть установлен на корме корабля, может достигать или превышать тягу, создаваемую традиционными олеодинамическими приводами. На основании этих результатов были проведены дальнейшие исследования [11, 13] для оценки практической возможности замены олеодинамических исполнительных механизмов на электромагнитные исполнительные механизмы для управления рулями военных кораблей. Эти исследования, основанные на численном моделировании, получили дальнейшее развитие с помощью экспериментальных испытаний и моделирования. Также были выполнены подробные исследования проблем нагрева, вызванных i) вихревыми токами [9], ii) источником питания и iii) управлением через инвертор электромагнитного устройства [10]. Экспериментальные испытания проводились путем изготовления прототипа электромагнитного привода, который может прикладывать горизонтальную тягу более 3 тонн к стальному листу (2) (см. Рисунок 2) [11]. Другая проблема, которая была изучена при разработке такого привода, касается надежности работы. В связи с этим моделирование и испытания [12] были выполнены в отношении возможной неисправности одного модуля, состоящего из полярных расширений (4), электрических обмоток (5) и основания (8) (см. Рисунок 2).Это необходимо для обеспечения развязки между модулями статора, чтобы возможное короткое замыкание, возникающее в модуле, не влияло на другие модули, и устройство все еще могло работать, хотя и с меньшей производительностью.

Рисунок 2

Концептуальная конфигурация предложенного электромагнитного привода [6].

Рисунок 3

Преобразование поступательного движения во вращение для приведения в действие руля направления [11].

Однако для изготовления первого рабочего прототипа устройства необходимо было тщательно изучить всю систему с механической точки зрения.Механическое конструктивное решение, описанное в следующих параграфах, было разработано путем изучения проектных конфигураций, характеризующихся достаточно низким напряжением / деформацией. Таким образом, был соблюден ранее определенный электромагнитный размер, и устройство работает правильно.

2 Проблемы жесткости и деформации конструкции

Одна из основных проблем, рассматриваемых для преобразования концептуального проекта, показанного на рисунке 2, в работающее электромеханическое устройство, касалась жесткости системы.Для правильной работы устройства необходимо, чтобы во время работы машины воздушные зазоры между постоянными магнитами и полюсными наконечниками сохранялись как можно более постоянными. Когда в обмотках циркулирует ток, к полюсным наконечникам прилагаются очень высокие растягивающие усилия. Эти силы имеют тенденцию к удлинению полюсов, уменьшая воздушный зазор. В то же время магнитная сила, заставляющая движущийся двигаться, сгибает полярные расширения. Поэтому эти детали обычно подвержены растягивающим и изгибающим напряжениям.Эти действия должны быть надлежащим образом уравновешены реакциями, генерируемыми структурой, поддерживающей те же полярные расширения. Как показано на рисунке 2, есть 12 полярных расширений на одной стороне движителя и еще 12 на другой, следовательно, будут генерироваться очень сильные силы. Эти силы имеют тенденцию к деформации рамы, на которой закреплены те же полюсные наконечники. Для правильного функционирования привода эти деформации должны быть очень небольшими (0,01-0,1 мм), в противном случае воздушный зазор в зависимости от изменений условий эксплуатации и контроль сил, создаваемых двигателем, могут стать проблематичными.Другой важный аспект, который был рассмотрен при разработке концептуального проекта, показанного на Рисунке 2, касается расположения магнитов на двигателе. Эти магниты, показанные на Рисунке 2 простыми красными и синими параллелепипедами, на самом деле состоят из маленьких магнитов, расположенных параллельно друг другу. Таким образом, наборы из девяти самариево-кобальтовых магнитов (марка YXG30, HcB 835 KA / m), размещенных рядом, были использованы для того, чтобы приблизиться к каждому «большому» магниту (1), показанному в концептуальном проекте (см. Рисунок 2).Эти магниты, когда внешние магнитные поля равны нулю, прилипают к верхней и нижней поверхностям движителя, который изготовлен из ферромагнитной стали. Однако горизонтальные магнитные силы, которые действуют во время работы машины, могут быть выше, чем силы трения в соответствии с контактными поверхностями магнитов и движителей. Отсюда следует, что трение не гарантирует поддержание каждого магнита в правильном положении, установленном в электромагнитной конструкции системы. Кроме того, в случае короткого замыкания большие токи могут размагнитить магниты.Этот факт может вызвать опасную ситуацию, поскольку магниты могут притягиваться полюсными наконечниками. В этом случае зазора не будет, что приведет к блокировке движителя и серьезному повреждению исполнительного механизма. Что касается аспектов надежности, вероятность этого события должна быть крайне мала. Поэтому в техническом решении была учтена конструкция удерживающих оболочек (изготовленных из немагнитного алюминиевого сплава) для магнитов, чтобы они всегда находились в контакте в правильном положении с поверхностями движущихся частей, к которым они обычно прилегают.Эти удерживающие клетки (см. Рис. 4) расположены напротив двух сторон движителя. Стык между каждой парой противоположных обойм выполнен простыми и надежными болтами (движитель имеет сквозные отверстия, соответствующие стержням винтов). Электромагнитный расчет предоставил максимальное значение силы, которой будут подвергаться постоянные магниты в случае размагничивания. Используя это значение силы, был проведен точный структурный анализ методом конечных элементов для оценки напряжения и деформации удерживающих каркасов в случае возникновения ранее описанной неисправности. Пригодность этого моделирования была проверена путем построения подходящих кривых сходимости относительно эквивалентных растягивающих напряжений (в соответствии с критерием фон Мизеса), обнаруженных в наиболее напряженных областях. Эти клетки также имеют такой размер, чтобы противостоять силе, приложенной в горизонтальном направлении, которую сами магниты создают для обеспечения правильного перемещения движителя. Следовательно, если магниты теряют сцепление в результате силы трения между поверхностью движителя и поверхностью каждого магнита, контактирующего с самим движителем, клетки предотвращают скольжение.Наконец, еще один важный аспект преобразования концептуальной конструкции, показанной на рисунке 2, в работающую механическую систему, включает соединение между движителем и рамой. Движитель должен иметь возможность двигаться с очень небольшим трением относительно рамы, на которой закреплены все полярные расширения. Возможное решение было найдено путем замены концептуальной муфты, основанной на цилиндрических роликах (см. Направляющую (2) и ролики (3) на рисунке 2), шестью шарикоподшипниками с рециркуляцией, закрепленными на раме машины.Эти подшипники позволяют перемещать прямые направляющие, прикрепленные винтами, к более длинным сторонам движителя. Таким образом, было получено хорошее скольжение движителя по раме, даже когда тот же самый движитель обильно выходил из корпуса машины. Что касается муфты «движитель-подшипник-рама», принятое решение демонстрирует определенную степень гиперстатичности. В общем, всегда было бы целесообразно рассматривать ограничение изостатического типа, но в отношении высоких нагрузок, приложенных к движителю (которые также могут быть подвержены боковой нестабильности), мы предпочли гиперстатическое решение.Однако мы отмечаем, что это решение было возможным, потому что длина рамы и движителя в данном примере не слишком велика (длина рамы приблизительно 1000 мм и ширина 500 мм, длина движителя не превышает 2000 мм). Следовательно, все ошибки плоскостности, параллельности и т. Д., Которые влияют на раму, на которой установлены шесть подшипников, ограничены.

Рисунок 4

Удерживающие клетки магнитов.

3 Архитектура механического решения

Механическое решение, изучаемое для обеспечения работоспособности устройства, показанного на рисунке 2, показано на рисунке 5.Внимательно изучив этот рисунок, мы отметим, что все полюсные наконечники (4) и соответствующее основание (8) (см. Рисунок 2) закреплены на раме из алюминиевого сплава с передними фланцами. Эти фланцы имеют отверстие, позволяющее двигателю выходить с двух сторон конструкции. На рис. 6 показано соединение движителя и рамы с помощью шарикоподшипников с рециркуляцией. На этом рисунке также показано положение оболочек магнитов и катушек, вставленных вокруг ферромагнитных сердечников (полюсных наконечников). Конфигурация этих ферромагнитных сердечников была предметом особенно точного исследования, поскольку фиксация одних и тех же сердечников на соответствующих основаниях должна быть очень надежной. В связи с этим были рассмотрены различные решения. На рисунке 7 (а) показано основание полюсного наконечника, соединенное четырнадцатью винтами. В этом случае нижний конец полюсного наконечника показывает две выступающие боковые кромки со сквозными отверстиями, в которые вставляются четырнадцать винтов. Другой вид соединения, иллюстрирующий соединение типа «ласточкин хвост», показан на Рисунке 7 (b). В центре направляющей вставлен параллельный штифт, который устраняет степень свободы перемещения полюсного наконечника по отношению к направляющей. В противном случае на рис. 7 (c) показано вставление трех параллельных штифтов вместо одного.В этом случае диаметр этих штифтов меньше диаметра штифта, показанного на Рисунке 7 (b). Другое решение (см. Рисунок 7 (d)) исключает использование штифтов. Чтобы зафиксировать полюсный наконечник в правильном положении, решение на Рисунке 7 (d) учитывает вставку двух фасонных элементов в паз соединения «ласточкин хвост». Эти две части крепятся к основанию винтами с головкой под ключ. На рисунке 7 (c) две подвески, которые фиксируют индукционную катушку вокруг полярного расширения, также показаны в правильном положении (см. Также рисунок 6).Наконец, последнее решение рассматривало изготовление полярных расширений и баз enbloc. На рисунке 8 показан технический чертеж этой детали. Это последнее решение было принято. Фактически, результаты численного моделирования относительно деформаций и напряжений сложного базового полярного расширения показали, что это последнее решение было приемлемым. В то же время, с точки зрения стоимости и точности, очень выгодно производить сложный enbloc с расширением базы.Поэтому было решено принять это решение. Было замечено, что в электродвигателях полярные расширения обычно производятся с использованием прослоек кремний-железо. Это решение ограничивает влияние вихревых токов, которые вызывают нагрев детали и снижают эффективность системы. Сила этих токов зависит от частоты питания обмотки (чем выше частота, тем сильнее нагрев). Однако в случае линейного привода использование полярного расширения, состоящего из цельного куска стали, не является проблемой, потому что частота тока, с которой запитывается одиночная обмотка, очень мала (ниже 1 Гц), поэтому выделяемое тепло умеренное [9].

Рисунок 5

Твердотельное моделирование электромагнитного привода.

Рисунок 6

Внутренняя структура электромагнитного привода.

Рисунок 7

Крепление ферромагнитного сердечника к основанию с помощью (а) винтов, (б) муфты типа «ласточкин хвост» с одним параллельным штифтом, (в) трех параллельных штифтов и (г) вставкой двух формованных элементов в паз стыка «ласточкин хвост».

Рисунок 8

Ферромагнитный сердечник и базовый блок.

Изготовление enbloc детали началось из стального прутка прямоугольного сечения.Из этого стального параллелепипеда с помощью кислородной резки и соответствующего припуска на механическую обработку были получены все опорные части. Впоследствии, применяя процедуру отжига, деформации и остаточные напряжения, вызванные быстрым охлаждением от температуры кислородной резки до комнатной температуры, были уменьшены. Посредством этой термической обработки был устранен поверхностный слой мартенсита, который самопроизвольно образовался из-за ранее упомянутого охлаждения. После превращения мартенсита в перлитные / ледебуритные структуры, гораздо менее твердые и хрупкие, чем мартенсит, были выполнены процессы обработки стружкообразованием.Таким образом были получены точные размеры детали. Было замечено, что стружкообразовательная обработка детали перед отжигом может привести к поломке режущего инструмента (мартенсит очень твердый и не поддается обработке). Несмотря на то, что это технически осуществимо, с точки зрения стоимости и сборки, другие изученные решения менее удобны. Также была рассмотрена возможность приварить полюсный наконечник к основанию. Однако от этого решения отказались из-за стоимости, остаточных напряжений и деформаций, связанных с трудностью получения хорошего сварного шва с высоким проплавлением.Что касается рециркуляционных шарикоподшипников для перемещения движителя, на рисунке 9 проиллюстрирована возможная компоновка, альтернативная принятой (см. Рисунок 6). В этом случае направляющие подшипников закрепляются на длинных сторонах движителя. Однако от этого решения, даже если оно было осуществимо, отказались, потому что i) необходимо изготовить большое количество подвесок для правильной установки и фиксации подшипников, ii) массы движителя, iii) количества винтов для фиксации направляющих, и iv) ширина движителя значительно увеличилась.Также было замечено, что более широкий движитель вызывает увеличение ширины всего исполнительного механизма (увеличение примерно равно 120 мм по сравнению с шириной 490 мм по сравнению с решением, показанным на рисунках 5 и 6). Следовательно, выбирая такое расположение направляющих, необходимо было увеличить длину оснований, на которых закреплены полярные расширения. Следовательно, этот выбор вызывает увеличение напряжения и отклонение сложного базового полярного расширения при приложении электромагнитных сил.Фактически, эти силы очень велики и стремятся привести к расширению к верхней поверхности обоймы магнита за счет уменьшения воздушного зазора. На рисунке 10 показан окончательный технический чертеж изготовленной рамы привода. Размеры рамы равны 1104 × 490 × 266 мм, а основания полюсных наконечников (см. Рисунок 8) имеют толщину, равную 30 мм. В итоге общая высота актуатора составляет 266 + 30 + 30 = 326 мм. Тягач имеет длину и толщину 30 и 1845 мм соответственно, а ширина равна 404 мм.

Рисунок 9

Альтернативное расположение шарикоподшипников с рециркуляцией для перемещения движителя.

Рисунок 10

Технический чертеж рамы привода, изготовленной из немагнитного алюминиевого сплава.

4 Структурно-механическое моделирование прототипа

Конкретные решения, принятые для обеспечения правильного функционирования изготовленного электромагнитного привода, были найдены путем изучения механической прочности системы, когда она создает максимальную тягу.Таким образом, механическая конструкция была разработана со ссылкой на следующие элементы: i) исходя из концептуального дизайна устройства, известны все размеры, которые должны быть соблюдены для обеспечения надлежащего функционирования электромагнитной системы, ii) максимальный электромагнитные силы, создаваемые устройством, и силы внешней реакции известны; iii) известно максимально допустимое уменьшение воздушного зазора между полюсными наконечниками и лицевой поверхностью обойм постоянных магнитов, установленных на двигателе; iv) известно считается серьезной ситуацией неисправности устройства (короткое замыкание, перегрузка и т. д.)), который вызывает размагничивание магнитов, удерживаемых обоймами, v) как следствие размагничивания, мы предполагаем, что магниты ведут себя как нормальный ферромагнитный материал, подверженный действию притяжения полюсных наконечников, vi) по отношению к предыдущему гипотеза о неисправности, проводится структурный анализ удержания каждой клетки (клетки должны иметь возможность удерживать магниты в правильном положении, даже если больше нет магнитного притяжения между движителем и самими магнитами), vii) в этом случае мы Рассмотрены два компонента, применяемых к удерживающей клетке: один имеет тенденцию отрезать клетку от движителя в направлении, перпендикулярном поверхности движителя, на котором она закреплена, а другой имеет направление, параллельное оси перемещения того же движителя.Гипотеза нагрузки, определяемая вышеупомянутой неисправностью, оправдана, потому что, если магниты ведут себя как простые ферромагнитные материалы, из-за действия магнитных полюсных наконечников они имеют тенденцию очень легко скользить по поверхности движителя и единственные препятствия для этого смещения — это боковые контактные поверхности корпусов магнитов внутри обойм. Напряжения, которые могли бы быть приложены к прототипу опорными лапами, если бы основание, к которому крепится привод, было деформировано, не учитывались.Фактически, изготовленный привод представляет собой лабораторный прототип, который в настоящее время в первую очередь предназначен для экспериментальной проверки характеристик, обеспечиваемых численным моделированием. Следовательно, устройство не будет помещено в корпус, который может деформировать и подвергнуть его конструкции нагрузке из-за каких-либо значительных смещений, накладываемых на опорные ножки. В заключительной части документа показаны проблемы, которые необходимо изучить для разработки более мощных приводов, которые можно будет установить в корпус.

В связи со сложной формой этих деталей структурное исследование, основанное на моделях номинальной прочности, может быть очень трудным. Концентрация напряжений, вызванная изменением формы, канавок и т. Д., Может быть вычислена с точностью только тогда, когда известны относительные коэффициенты концентрации. В тематическом исследовании эти факторы неизвестны, поэтому подходит структурный анализ на основе метода конечных элементов (МКЭ). Структурное моделирование МКЭ вышеупомянутых обойм было выполнено путем приложения магнитных сил к поверхностям корпусов магнитов.Фактически эти силы прилагаются к размагниченным магнитам, которые без обоймы должны смещаться по горизонтали и вертикали относительно поверхности движителя. Со ссылкой на критерии, изложенные выше, были определены условия нагрузки для выполнения структурного анализа привода. В следующих параграфах описывается моделирование методом конечных элементов и результаты, полученные в отношении наиболее важных частей привода, и . и . комплект базовых полюсов и магнитные сепараторы.Дополнительный анализ методом конечных элементов был выполнен на раме привода, на которой собраны вышеуказанные элементы. Эти анализы выявили чрезвычайно малые деформации и напряжения. В таблице 1 представлены материалы с их характеристиками, которые использовались для изготовления различных частей привода.

Таблица 1

Материал, из которого изготовлен привод.

EN-61077 3%
Базовая полярная расширяющаяся сталь Магнитная коробка из алюминиевого сплава Рамка из алюминиевого сплава
EN 10025-2: 2004 UNI 9007/2
Условное обозначение IT Fe510C — S355JO P-AlZn5.8MgCu P-AlSi0.5Mg
Цифровое обозначение 1.0553 7075 6101
Буквенно-цифровое обозначение B. S. 50C 2L95 / L160 TE
Предел прочности при растяжении 470-630 Н / мм 2 520-647 Н / мм 2 294- мм 42
Предел текучести при растяжении 355 Н / мм 2 481-589 Н / мм 2 265-304 Н / мм 2
Относительное удлинение в процентах 5-10% 5-9%

5 Структурный анализ полярных расширений и основания

При изготовлении базового-полярного расширительного набора были рассмотрены три возможных варианта: i) отдельное полярное расширение и соединение к основанию винтами (см. Рисунок 7 (a)), ii) отдельное полярное расширение и соединение с основанием с помощью муфты типа «ласточкин хвост» (см. рисунки 7 (b) -7 (d)), и iii) полярное расширение и основание enbloc (см. рисунок 8).Для каждого из этих вариантов было рассмотрено состояние максимальной нагрузки, показанное на рисунке 11. Силы, указанные на этом рисунке, представляют собой электромагнитные силы, рассчитанные с помощью ранее выполненного моделирования [6, 7, 8]. Эти силы были приложены с осторожностью только к торцевому краю шеста, соответствующему относительной верхней поверхности того же расширения (см. Рисунок 11). Фактически, магнитные силы действуют на все тело полярного расширения с определенным распределением. Следовательно, момент, рассчитанный в соответствии со схематическим представлением, показанным на рисунке 11, который имеет тенденцию изгибать такое же полярное расширение, значительно больше, чем тот, который действует на самом деле.Эта гипотеза нагрузки была рассмотрена как из соображений простоты, так и из соображений предосторожности. В следующих параграфах мы описываем анализ методом конечных элементов, выполненный со ссылкой на три типа ранее упомянутых соединений опор и полюсов.

Рис. 11

Силы, приложенные к полярным разложениям для выполнения моделирования методом конечных элементов.

5.1 Полярные расширения и основания, соединенные винтами

Соединение показано на Рисунке 7 (а). Анализ системы методом конечных элементов проводился путем привязки основания к торцам (см. Рисунок 12).По сравнению с реальным фиксатором (восемь винтов, см. Рис. 5) этот вид ограничения обеспечивает большую податливость основания. На самом деле в основании допускается скручивание на большую длину. Что касается этой проблемы, было также замечено, что часть рамы привода, где основания фиксируются восемью винтами, является особенно прочной и устойчивой и поэтому подвергается очень небольшим деформациям. Следовательно, схематизация FEM основания, ограниченного как балка с закрепленными обоими концами, допускает большее скручивание и изгиб того же основания по сравнению с реально изготовленным устройством.Следовательно, что касается смещений, выполненный анализ методом конечных элементов можно считать предупредительным. Максимальные смещения, вычисленные по осям Y и Z абсолютной системы отсчета, показанной на рисунке 11, определены на верхнем конце полюсного наконечника. Что касается приложенных сил, значения которых указаны в таблице 2, максимальные смещения более 0,04 мм не были получены. Направление и модуль сил, указанные в таблице 2, были получены из электромагнитных расчетов, выполненных в [6] со ссылкой на конкретные механические размеры устройства, показанные на рисунках 8 и 10.Эти расчеты основаны на моделях, обсуждаемых в [6, 7, 8]. В таблице 3 представлены вышеупомянутые смещения в трех направлениях: X, Y и Z (см. Рисунок 11).

Рис. 12

Максимальные напряжения и деформации, оцененные с помощью FEM-анализа набора базовых и полюсных наконечников, соединенных винтами.

Таблица 2

Силы, приложенные к полярным расширениям.

Таблица 3

Максимальные смещения базовых полюсов системы, соединенных винтами.

9902 0,01 Для правильного функционирования устройства было замечено, что эти смещения более чем приемлемы, особенно с учетом того факта, что они были вычислены с использованием ограничений, которые допускают большее скручивание и изгиб по сравнению с реальной конфигурацией.Что касается напряжений, максимальное напряжение по Мизесу σ id было оценено в соответствии с линейной моделью FEM в области, просверленной на концах и предназначенной для вставки одного из четырнадцати шарнирных винтов. Более того, в случае размагничивания одной группы магнитов, размещенных в соответствующей клетке, следует отметить, что компонент F z не будет более уравновешен равной и противоположной силой, приложенной к противоположной стороне движителя ( предполагается, что размагниченный магнит подобен ферромагнитному материалу).В этом случае 7600 Н будет воздействовать на шарикоподшипники с рециркуляцией (см. Рисунок 5) в направлении z (см. Рисунок 11). Эта сила намного меньше, чем коэффициенты динамической и статической нагрузки C = 59200 Н и C 0 = 91000 Н, соответственно, используемых подшипников. Следовательно, даже в этой критической ситуации нормальная работа подшипников гарантирована. Что касается материала, используемого для изготовления полюсного наконечника (см. Таблицу 1), значение предыдущего σ id , равное примерно 256 Н / мм 2 , значительно ниже, чем предел текучести стали. (см. Таблицу 1).Также было отмечено, что эти результаты были получены с помощью моделирования методом конечных элементов, выполненного с использованием различной плотности ячеек в интересующих областях, характеризующихся радиусом скругления, равным 0,5 мм. На рисунках 12 и 13 показаны точки максимума напряжения (см. Красную стрелку). В этом отношении, например, на Фигуре 14 показана кривая сходимости относительно определения ранее упомянутого максимального напряжения σ id в точке, указанной стрелкой на Фигуре 13.Кривые сходимости анализа МКЭ были определены путем построения графика интересующего параметра (напряжения, смещения и т. Д.) В зависимости от другого параметра, который представляет плотность сетки. Этим параметром может быть общее количество конечных элементов, используемых в анализе, количество узлов (n nod ) и значение локального контроля плотности сетки и т. Д. В любом случае, когда параметр отображается на графике (по оси ординат) во время увеличения сетки интересующая область имеет тенденцию быть постоянной (например, колебания значений ниже 15-20% относительно среднего значения в последней части кривой сходимости), мы можем быть разумно уверен, что это значение представляет напряжение / смещение в той же области.Иногда отображаемый параметр очень сильно увеличивает свое значение в зависимости от плотности сетки (теоретически стремится к бесконечности). В этом случае напряжение может быть сингулярным напряжением [15, 16], которое необходимо правильно интерпретировать. Следовательно, чтобы анализ МКЭ мог дать достаточно правильные результаты, необходимо понимать, являются ли рассчитанные напряжения сингулярными или нет. Кривые сходимости помогают оценить надежность результатов МКЭ. Что касается тематического исследования, все результаты были проверены путем построения этих кривых, и присутствие необычных напряжений (в интересующих областях) не наблюдалось.Та же процедура проверки была применена для оценки того, были ли вычисленные напряжения ложными напряжениями [17], другим типом напряжения, которое может быть сгенерировано при анализе методом конечных элементов в отношении численных задач, которые не имеют отношения к реальности. На кривой сходимости, показанной на рисунке 14, точка, обозначенная буквой A, вероятно, указывает на ложное значение напряжения, которое не следует учитывать. Моделирование шарнирного опорного полюсного наконечника было выполнено: i) фиксируется коэффициент трения между контактными поверхностями двух частей и ii) применяется к поверхностям, определяемым контактной шайбой и полюсным наконечником под головкой винта. -основное усилие зажима, создаваемое болтами.Винты, гайки и шайбы не моделировались, но силы, создаваемые этими телами, были применены к модели FEM на ранее определенных поверхностях. Усилие зажима, создаваемое каждым винтом, было зафиксировано равным 10000 Н. Таким образом, можно было проанализировать состояние напряжения / деформации системы с помощью довольно легкой числовой модели конечных элементов, состоящей всего из двух частей. Фактически, модель характеризуется только одним контактом, который находится между нижней поверхностью полюсного наконечника и верхней поверхностью основания.

Рисунок 13

Участки набора опорных полюсных наконечников, соединенные винтами, где напряжение является максимальным.

Рисунок 14

Кривая сходимости для проверки напряжения σ id в области с высоким напряжением, показанной на рисунке 13.

5.2 Полярные расширения и основания, соединенные направляющей «ласточкин хвост»

Соединение показано на рисунках 7 (bd ). Моделирование методом конечных элементов было выполнено для всех трех типов решений, указанных на рисунках. Для расчетов методом конечных элементов использовались значения силы, равные или меньшие, чем указанные в таблице 2.Результаты, полученные при установке параллельных штифтов (см. Рисунки 7 (b, c)), показали очень высокие напряжения по сравнению с отверстиями для вставки тех же штифтов. Это решение, разработанное для обеспечения надежного позиционирования полюсного наконечника в канавке, даже не уменьшило смещения по сравнению со смещением, полученным с помощью винтов. Напротив, решение без штифтов, показанное на рисунке 7 (d), дало приемлемые результаты. На рисунке 15 показан пример моделирования FEM, относящегося к этому типу соединения.Была замечена характерная деформация системы и концентрация напряжений на конце муфты. Эта область хорошо выделена на рисунке 16. Высокая плотность сетки была использована для правильной оценки напряжения в соответствии с галтелем, равным 1 мм. Максимальное напряжение Фон Мизеса σ id , вычисленное с помощью линейной модели МКЭ, равно примерно 270 Н / мм 2 (см. Красную стрелку на рисунке 16). На рисунке 17 представлена ​​кривая относительной конвергенции σ id — n nod с указанием ложного напряжения (см. Точку A).

Рис. 15

Анализ методом конечных элементов опоры и полюса, соединенных муфтой типа «ласточкин хвост».

Рисунок 16

Концентрация напряжений в муфте типа «ласточкин хвост».

Рисунок 17

Кривая сходимости для проверки напряжения σ id в скруглении, показанном на рисунке 16.

5.3 Полярные расширения и основания Enbloc

В этом случае полюсный наконечник и основание были смоделированы как одиночная часть. Технический чертеж на рисунке 8 показывает форму и размеры детали.На рисунке 18 вместо этого показана деформированная форма системы из-за приложения сил, показанных на рисунке 11. Максимальные полученные смещения представлены в таблице 4. Наблюдается, что для этой части enbloc, два набора моделирования FEM с двумя различными значениями радиус кривизны относительно краев полюсного наконечника (см. рисунок 19 и увеличенные детали A, F, G и H на чертеже, показанном на рисунке 8). Два значения радиуса вызвали значительные различия между двумя соответствующими максимальными идеальными напряжениями, оцененными в соответствии с критерием фон Мизеса.При радиусе 0,5 мм максимальная идеальная сигма приблизительно равна 340 Н / мм 2 , в то время как при радиусе, равном 1 мм, такое напряжение снижается примерно до 228 Н / мм 2 . Что касается предела текучести используемой стали (355 Н / мм 2 , см. Таблицу 1), следует, что выбор радиуса 1 мм определенно более уместен. Это напряжение локализовано в области пересечения трех краев полюсного наконечника (см. Рисунок 19). На рисунках 20 и 21 представлены два примера кривых сходимости.Эти кривые показывают значения двух максимальных идеальных напряжений σ id , упомянутых ранее, в сравнении с общим числом узлов n nod модели FEM.

Рис. 18

Деформированная форма полярного расширения и базового enbloc.

Рис. 19

Концентрация напряжений в полярном расширении и базовом enbloc.

Рисунок 20

Кривая сходимости для проверки напряжения σ id в области пересечения трех кромок полюсного наконечника (см. Рисунок 19, радиус скругления R = 0.5 мм).

Рисунок 21

Кривая сходимости для проверки напряжения σ id в области пересечения трех кромок полюсного наконечника (см. Рисунок 19, радиус скругления R = 1 мм).

Таблица 4

Максимальные смещения полярных расширений и оснований Enbloc.

U X 0,00267 мм
U Y 0,04 мм
U Z 901 0,01
.0087 мм
U X 0,059 мм
U Y 0,075 мм
U Z

6 Структурный анализ ящиков, ограничивающих магниты

Напряжение в каждой удерживающей клетке магнитов, показанных на рисунке 4, было рассчитано с учетом двух систем внешних сил. На рисунке 22 показана первая система сил. В этом случае силы прикладываются перпендикулярно к девяти нижним поверхностям каждой удерживающей клетки. Эти силы моделируют возможное магнитное притяжение полюсных наконечников к каждому магниту в том неудачном случае, когда эти магниты теряют свои магнитные характеристики и проявляют ферромагнитное поведение (например, из-за перегрузки по току из-за короткого замыкания).В этом случае магниты должны удерживаться на месте удерживающей клеткой, которая, следовательно, подвергается большим нагрузкам. В проведенном моделировании общая сила, приложенная к девяти поверхностям, была принята равной 7600 Н. Зажим сепаратора на движитель восемью винтами был схематизирован путем ограничения как верхней, так и нижней круглых контактных поверхностей коронки, где шайбы применяют зажим. нагрузка. Это ограничение было упрощено фиксированными соединениями. На рисунке 23 представлен пример анализа клетки с помощью метода конечных элементов.Максимальное вычисленное смещение составляет порядка десятых долей миллиметра. Что касается напряжения, максимальное напряжение по Мизесу σ id наблюдалось в соответствии с кромкой, скругленной с радиусом 2 мм (см. Красную стрелку на рисунках 22 и 24). На рисунке 25 показана кривая сходимости σ id (n nod ), которая позволила идентифицировать вышеупомянутое напряжение, значение которого немного ниже 140 Н / мм 2 .На графике сходимости точка A почти наверняка обозначает ложное напряжение, которое в этом случае практически совпадает с псевдоасимптотическим значением, показанным на том же графике, и . и . с максимальным идеальным напряжением, которое должно сказаться на филе. Наконец, на рис. 26 показан пример анализа методом конечных элементов, выполненного путем приложения к клетке сил, указанных на рис. 22 одновременно, и дополнительных 3000 Н на боковых поверхностях корпусов той же клетки (см. Стрелки, указанные на рис. 26).Это моделирование было выполнено, чтобы проверить, может ли клетка удерживать магниты в рабочем положении, когда те же магниты теряют намагниченность и становятся ферромагнитными. В этом случае магниты будут иметь тенденцию волочиться по поверхности движителя из-за магнитных сил, создаваемых полярными расширениями. Рассматривая две системы сил, приложенных одновременно, было получено идеальное напряжение σ id , примерно равное 240 Н / мм 2 .Это напряжение снова влияет на закругленную кромку, показанную на рисунках 22 и 24, и его значение почти в два раза превышает напряжение, вызванное единственной системой сил, показанной на рисунке 22. Однако, что касается предела текучести алюминиевого сплава, используемого для При производстве сепараторов (см. Таблицу 1) предыдущие 240 Н / мм 2 можно считать приемлемыми.

Рис. 22

Силы, перпендикулярные нижним поверхностям корпуса удерживающей клетки магнитов, для выполнения анализа методом конечных элементов.

Рис. 23

FEM-моделирование удерживающей клетки магнитов.

Рисунок 24

Концентрация напряжений на скругленной кромке.

Рисунок 25

Кривая сходимости относительно максимального напряжения σ id , показанная на рисунке 24.

Рисунок 26

Силы, перпендикулярные боковым поверхностям кожухов удерживающей клетки для выполнения анализа методом конечных элементов.

7 Выбор окончательной конструкции прототипа

Выбор среди ранее описанных типов соединений опорных частей и опор был сделан в соответствии с результатами, полученными с помощью моделирования методом конечных элементов, и простотой изготовления (особенно в отношении изготовления). Стоимость).С точки зрения прочности и деформации конструкции все варианты можно считать достаточно надежными (по крайней мере, применительно к созданию прототипа первого исполнительного механизма). Следовательно, по критерию дешевизны было решено изготавливать систему базового полярного расширения enbloc (например, см. Рисунки 8). Что касается удерживающих каркасов, в отношении высокопрочного алюминиевого сплава, который был выбран для их изготовления (см. Таблицу 1), анализ МКЭ показывает, что напряжения и деформации приемлемы, даже если постоянные магниты теряют свою намагниченность.По результатам проведенных структурных анализов привод изготовлен и испытан. Полученные характеристики были аналогичны рассчитанным с помощью электромагнитных расчетов [12]. Экспериментальные испытания показывают, что максимальная тяга, создаваемая исполнительным механизмом и измеренная датчиком силы, приложенной к движителю, почти равна 32500 Н [11]. Трехмерное моделирование и моделирование методом конечных элементов выполнялись с использованием программ SolidWorks и Simulation [18] соответственно.На рисунке 27 показаны фотографии линейного электромагнитного привода, изготовленного в лаборатории электротехники факультета инженерии и архитектуры Университета Триеста.

Рисунок 27

Изготовлен и испытан линейный электромагнитный привод (красная стрелка указывает датчик силы для измерения силы тяги, создаваемой приводом).

8 Механические проблемы больших электромагнитных линейных приводов

Производство и испытания прототипа привода, описанные в предыдущих разделах, подтвердили возможность изготовления приводов больших размеров, способных развивать тягу более 3 тонн.Однако механическая конструкция более мощных приводов подразумевает решение важных проблем, которые не затрагивают приводы меньшего размера, подобные тем, которые уже изготовлены и испытаны. Фактически, в отношении i) большего размера системы, ii) установки и iii) среды, в которой эти мощные приводы должны будут работать (кормовые зоны возле машинного отделения), необходимо рассмотреть другие аспекты, касающиеся размеров и сил, воздействующих на эти устройства. В связи с этим было замечено, что мощные приводы, устанавливаемые на судах для управления рулями направления, должны иметь возможность развивать тягу, равную как минимум 30 тоннам, и . и . в десять раз больше тяги, чем у уже изготовленного прототипа. Для достижения такого результата необходимо масштабировать систему, поскольку увеличиваются размеры, количество полярных расширений и т. Д. Эти модификации могут привести к снижению жесткости конструкции системы. Если такое уменьшение является чрезмерным, при развитии максимальной тяги могут возникнуть заметные деформации устройства с последующим выходом из строя. Кроме того, большие размеры означают более высокую трудность в соблюдении допусков на размеры и, прежде всего, геометрических допусков по отношению к соединенным деталям.Следовательно, чтобы избежать воздействия силы и / или заклинивания направляющих, которые поддерживают движущий элемент исполнительного механизма, необходимо уделять особое внимание при определении решения соединения между тем же движителем и конструкцией рамы. Другие аспекты, которые необходимо учитывать при проектировании более крупных приводов, касаются деформаций и вибрации корпуса в зоне, где будет установлен привод. В следующих параграфах эти аспекты будут тщательно рассмотрены, чтобы правильно рассмотреть механическую конструкцию больших линейных электромагнитных приводов.

8.1 Причины возможных деформаций привода

Деформации привода могут быть вызваны i) несоблюдением размерных и геометрических допусков [19, 20, 21, 22, 23] различных компонентов, ii) напряжения, вызванные электромагнитными силами, создаваемыми устройством, iii) деформациями корпуса и iv) вибрациями. Что касается размерных и геометрических допусков, мы можем отметить, что чем больше размеры деталей, составляющих привод, тем труднее удовлетворить такие допуски.Правильное скольжение движителя в соответствующих направляющих скольжения достигается за счет поддержания как можно более постоянного воздушного зазора между удерживающими каркасами магнитов и полярных расширений. Кроме того, небольшие изменения воздушного зазора (например, менее 10%) во время движения движителя также могут существенно повлиять на значение тяги и силы, приложенные к направляющим скольжения. В таком случае электронная система управления тягой должна иметь возможность эффективно работать. Однако направляющие на стороне движителя, где воздушный зазор уменьшен, подвергаются сильной нагрузке, и их срок службы сокращается.Что касается этого аспекта, например, применительно к номинальному воздушному зазору, равному 3 мм, максимальное изменение воздушного зазора для минимизации негативных эффектов, упомянутых ранее, не должно превышать 0,3 мм. Что касается деформаций, вызванных электромагнитными силами, создаваемыми устройством (см. Силы, приложенные к полярным расширениям, которые были рассмотрены для выполнения расчетов методом конечных элементов, описанных в разделе 5), в целом всегда можно определить адекватные размеры систему, чтобы уменьшить такие деформации.Что касается деформаций корпуса, мы видим, что привод установлен в том же корпусе с помощью подходящих соединений. Если корпус деформируется, такие соединения могут деформировать привод, вызывая его неисправность. В отношении этой возможной проблемы удобно различать деформации корпуса, вызванные вибрациями, и деформации, вызванные гидродинамическими воздействиями. Порядок величины вибраций в машинном отделении судов указан в таблице 5. Отметим, что допустимые смещения равны до 0.25 мм с частотами от 5 до 300 Гц. Эти смещения обычно вызываются местными резонансами из-за гармоник возбуждения, которые генерируются гребными винтами и / или двигателями. Другими причинами вышеупомянутых смещений могут быть нестабильность руля направления (может иметь место резонанс руля в системе управления). В связи с этим аспектом можно привести пример корабля Ida Teresa (http://maritime-connector.com/ship/friday-6513982/), который использовался для перевозки зерна.В таблице 6 приведены некоторые характеристики этого грузового корабля. Ida Teresa демонстрировала нерегулярные, нелинейные колебания по всему корпусу, часто с очень низкими частотами (5 Гц) и значительной амплитудой. Эти колебания затронули, в частности, зону кормы: проблема заключалась в резонансе между гидроцилиндрами, приводившими в движение руль направления, и рычагами системы корпус-руль-руль, находящимися под действием гидродинамических сил. Проблему удалось эмпирически решить с помощью системы контроля истечения масла через гидроцилиндры.Этот случай представляет собой пример того, как могут возникнуть проблемы, связанные с системами управления рулем больших судов, и сложность их прогнозирования с помощью численного моделирования. По сути, слишком много параметров очень трудно идентифицировать и / или неправильно определить (например: жесткость, взаимодействие между рычагами, рулем, гидродинамические действия, корпус и т. Д.). Следовательно, исполнительный механизм для приведения в действие руля направления в неудачных случаях может создавать проблемы описанного типа. Один из способов избежать этих недостатков, несомненно, состоит в том, чтобы изготавливать решения для управления двигателем как можно более жесткими, с минимальными зазорами и, как правило, высокими резонансными частотами, вдали от частот гармоник возбуждения, возникающих в результате взаимодействия корпус гребной винт-руль направления.Более того, отметим, что эти частоты не очень предсказуемы, хотя, как правило, они высоки в зависимости от угловой скорости пропеллера. Однако с точки зрения управления электромагнитный линейный привод определенно более управляем, чем гидравлический. Следовательно, если возникают проблемы, подобные ранее описанным, возможности вмешательства, основанные на управлении питанием напряжения / тока исполнительного механизма, могут немедленно регулировать тягу и уменьшать / устранять вредные резонансы.Такой вид управления был бы более эффективным, чем в случае использования гидравлических приводов. В отношении деформации корпуса, обычно вызываемой гидродинамическими воздействиями во время обычного плавания, к сожалению, экспериментальные данные отсутствуют. Однако есть и внутренние съемки, качественно иллюстрирующие деформации межпалубных пространств больших кораблей во время плавания с особенно неспокойным морем. На этих съемках показана последовательность водонепроницаемых дверей одного типа и размеров, выровненных по межпалубной линии в продольном направлении корабля: по съемкам можно оценить смещение между первой водонепроницаемой дверью и последней).Эти деформации, вызванные интенсивными гидродинамическими воздействиями на корпус, проявляются в соответствии с поперечными сечениями того же корпуса. Например, деформация изгиба / кручения вдоль оси таких сосудов определяет большие относительные смещения между двумя поперечными сечениями на расстоянии около двадцати метров. На самом деле величина этих перемещений также может составлять 50 мм. В машинном отделении, где могут быть установлены приводы для управления рулями, нет данных о деформациях корпуса.Однако в отношении установки многоцилиндровых двигателей большого размера в машинном отделении больших кораблей было обнаружено, что вес этих двигателей (сотни тонн) может вызвать смещение менее или равное 5-10 мм между два поперечных сечения корпуса, один на расстоянии около 12 м от другого. Этот вывод особенно важен в отношении сборки двигателей корабля. Например, некоторые дизельные двигатели длиной 12 м, шириной 2,6 м и высотой 4,8 м устанавливаются в машинном отделении на жестком основании с помощью клиньев, размещаемых между поверхностью основания двигателя и основанием.Основание соответствующим образом соединяется с корпусом с помощью демпфирующих подвесок, а двигатель крепится к основанию винтами. Клинья сделаны из смолы и вставляются в горячем состоянии перед подключением двигателя к основанию: таким образом, еще теплая смола может деформироваться и компенсировать различные ошибки плоскостности, прямолинейности и т. Д. [23] контактных поверхностей двигатель / вспомогательная часть. основания и особенно деформации корпуса, вызванные весом двигателя. Предыдущие данные дают представление о жесткости конструкции машинного отделения, и можно сделать вывод, что она более жесткая, чем другие части корабля.Следовательно, даже если на корпус будут воздействовать интенсивные гидродинамические воздействия, можно думать, что на таких участках корабля больших деформаций, как деформации верхней палубы, возникать не будет. Этот факт особенно важен в связи с установкой линейных электромагнитных приводов в кормовой зоне (обычно рядом с машинным отделением). Линейный электромагнитный привод, способный развивать тягу, равную как минимум 30 тоннам, безусловно, будет длиннее, чем тот, который уже изготовлен и показан на рисунке 27.Например, если рассматривать раму длиной 2 м (длина рамы прототипа составляет около 1 м, см. Рис. 10), точки соединения корпуса исполнительного механизма рамы будут более удаленными друг от друга. Было отмечено, что смещение точек фиксации исполнительного механизма по причинам, рассмотренным ранее, неизвестно. Однако можно разумно предположить, что чем больше расстояние между этими точками, тем выше вероятность того, что в определенный момент относительное смещение между этими точками соединения будет максимальным.Это может вызвать аномальные деформации исполнительного механизма. Поскольку эти деформации очень важны для надежного функционирования электромагнитных приводов, длина которых превышает 1 м, в следующем параграфе проводится качественный углубленный анализ этого аспекта.

Таблица 5

Порядок величины в машинном отделении.

Перемещение 0,25 мм
Скорость 30 мм / с
Ускорение 20 мм / с 2
Гц Таблица 6

Корабль Ида Тереза.

9014 9014 9014
Валовая вместимость 16000 тонн
Длина 177 м
Ширина 23 м
Высота 14 м Мощность 11500 CV
Винт 125 об / мин
Двигатель Дизель

8.2 Качественный анализ для оценки пары напряжения / деформации привода 1

показывает область, где установлены масляные поворотные приводы [1, 7, 8] для привода двух рулей военного корабля.Решение учитывает соединение двух исполнительных механизмов горизонтальной полосой, выделенной на картинке красной стрелкой. Расстояние между двумя приводами равно 4500 мм (см. Рисунок 1). В нормальных рабочих условиях только один привод приводит в движение оба руля направления: другой привод остается подключенным к одному работающему, но не активен. Таким образом, в случае неисправности активного исполнительного механизма, другой исполнительный механизм может немедленно вступить в работу, потому что он уже механически связан с системой рычагов, которая приводит в движение пару рулей.Также следует отметить, что каждый из двух исполнительных механизмов соединен с корпусом с помощью двух пластин. Каждая пластина прикреплена к конструкции корабля четырьмя винтами. На рисунке 1 эти винты обозначены номерами 1, 2, 3 и 4. Сечения XX и YY очень близки к осям соответствующих пар винтов 1, 2 и 3, 4. Два из этих винтов явно являются видно на фотографии машинного отделения, в котором находятся гидравлические приводы (см. область, выделенную эллипсом на рис. 1). Эти две секции практически идентичны и перекрывают друг друга на Рисунке 28.Раздельное представление этих сечений показано на рисунке 29. Возможная качественная деформация кручения корпуса в соответствии с теми же сечениями показана на рисунке 30. Следует отметить, что величина проиллюстрированной деформации на самом деле очень мала, поскольку сечения XX и YY очень близки. На Рисунке 31 подробно показаны пары соединительных пластин каждого привода, и мы видим, что расстояние между двумя секциями X-X и Y-Y составляет всего 830 мм. Отсюда следует, что деформация, показанная на Рисунке 30, безусловно, очень мала в любых навигационных условиях.Ширина пластин также очень мала (350 мм), поэтому даже при относительно высоких деформациях корпуса пластины остаются практически плоскими. Горизонтальное расстояние от центра тяжести каждой пары пластин вместо этого равно 1,36 м (см. Рисунок 31). Было видно, что в целом чем больше это расстояние, тем выше вероятность того, что две пары пластин не принадлежат одной и той же горизонтальной плоскости. В этом случае деформация будет наложена на все части, которые соединены с этими пластинами, в частности, на структуру исполнительных механизмов.Что касается корабля, на котором установлена ​​пара поворотных приводов под давлением масла (корабль класса Maestrale ВМС Италии), не было замечено никаких неисправностей из-за чрезмерной деформации корпуса, передаваемой этими плитами на приводы. Однако, особенно в навигации, определенные изменяющиеся во времени деформации влияют на поперечное сечение корпуса, в частности, в соответствии с сечениями X-X и Y-Y, даже если они никогда не измерялись. Величина такой деформации заведомо меньше продольной.Более того, поскольку поперечное сечение корпуса военных кораблей в целом меньше, чем у коммерческих, поперечные деформации будут сдерживаться. Тем не менее, в случае замены гидроприводов на линейный электромагнитный исполнительный механизм, необходимо обратить особое внимание на этот аспект. Наиболее логичным выбором было бы присоединить электромагнитный привод, используя области соединения, к которым был подключен предыдущий гидравлический привод. Как бы то ни было, геометрия электромагнитного актуатора очень разная и, прежде всего, его длина может быть большой.Что касается большей длины, вариант привода, способный развивать тягу, равную 30 т и более, мог бы иметь шесть кронштейнов для соединения с корпусом (прототип, показанный на рисунке 5, имеет только четыре кронштейна: в случае более мощного и более длинный привод, чтобы улучшить соединение с корпусом, можно разумно рассмотреть еще одну пару промежуточных кронштейнов между ранее существовавшими). Поскольку механическая надежность электромагнитного привода сильно зависит от правильного скольжения движителя по направляющим, важно, чтобы рабочие зазоры подшипников скольжения были соблюдены.В отношении этого аспекта, если кронштейны подвергаются смещениям из-за деформаций корпуса, есть два варианта конструкции, чтобы избежать чрезмерной деформации рамы привода, приводящей к уменьшению / обнулению рабочих зазоров. Они заключаются в i) увеличении жесткости рамы привода и / или ii) рассмотрении значительно более мягкого соединения кронштейнов с корпусом ( e , g . Путем вставки между контактными поверхностями кронштейнов корпуса a подходящий эластомерный материал, способный воспринимать относительные смещения в местах соединения).Однако конструкция приводов, превышающая прототип, показанный на рисунке 27, должна быть подтверждена надежными расчетами конструкции, которые позволяют правильно оценить деформацию привода, вызванную возможными смещениями, вызываемыми кронштейнами. Учитывая сложность геометрии системы, определенно будет удобно выполнять структурный анализ методом конечных элементов (МКЭ). Что касается этого аспекта, на Фигуре 32 показаны вершины A, B, C, D и A ’, B’, C ’, D’ пары прямоугольных поверхностей, где закреплены кронштейны поворотного привода, работающего под давлением масла.В соответствии с центрами тяжести этих поверхностей, степени свободы (DOF) поверхностей, рассматриваемых как твердые тела в пространстве, обозначены красными стрелками. Кронштейны, прикрепленные к корпусу, прикладывают усилия и смещения к пластинам, прикрепленным к приводу, по указанным выше степеням свободы (см. Рисунок 33). Поскольку электромагнитный привод должен быть закреплен на одинаковых поверхностях, каждая из них будет применяться к соответствующим напряжениям / перемещениям кронштейна по аналогичным степеням свободы.На рис. 34 показано твердотельное моделирование уже изготовленного прототипа электромагнитного привода (см. Рис. 27) с графическими изменениями (привод лишь слегка удлинен, чтобы сделать его похожим на 30-тонный привод). Мы отмечаем силы / внешние моменты или линейные / угловые смещения (обозначенные красными стрелками), которые скобки могут применить к раме привода, когда происходят относительные смещения поверхностей сочленения к корпусу (см. Степень свободы, представленную красными стрелками в предыдущий рисунок 33).Следовательно, чтобы быть уверенным, что рабочие зазоры направляющих скольжения сохраняются, конструкция больших линейных электромагнитных приводов должна быть определенно подтверждена структурными расчетами на основе конечно-элементных моделей рамы привода (статора), к которой, как показано на Рисунок 34, приложены соответствующие силы / смещения. Значение этих сил / перемещений, которые необходимо использовать для выполнения численного моделирования, должно быть получено путем экспериментальных измерений, выполняемых внутри корпуса судна в различных условиях плавания точно в тех местах, где будут находиться кронштейны электромагнитного привода. фиксированный.Что касается проблемы обеспечения рабочих зазоров направляющих, в следующем абзаце обсуждается возможная альтернатива шарикоподшипникам с рециркуляцией, используемым в прототипе, показанном на рисунке 27. Это новое решение должно позволить надлежащую регулировку зазоров, чтобы гарантировать Функциональность приводов длиннее и шире, чем уже произведенные, даже при заметных деформациях тех же рам приводов. С помощью предлагаемого решения зазоры можно легко регулировать: i) во время сборки устройства, чтобы компенсировать различные размеры, плоскостность, параллельность и т. Д.ошибки [19, 20, 21, 22, 23] возникли в результате изготовления и / или ii) во время испытаний устройства в корпусе корабля.

Рисунок 28

Перекрытие поперечных сечений корпуса X-X и Y-Y, где установлены поворотные приводы давления масла.

Рисунок 29

Отдельные поперечные сечения X-X и Y-Y.

Рисунок 30

Деформации корпуса в сечениях X-X и Y-Y (в соответствии с резьбовыми соединениями кронштейнов масляных поворотных приводов).

Рисунок 31

Размеры соединительных пластин между гидравлическими поворотными приводами и корпусом.

Рисунок 32

Возможные положения прямоугольных пластин, на которых можно закрепить кронштейны линейного электромагнитного привода.

Рисунок 33

Прямолинейные и вращательные смещения, приложенные к шарнирным кронштейнам рамы линейного электромагнитного привода.

Рисунок 34

Силы и моменты, приложенные к раме привода к соединительным скобам.

8.3 Концептуальное решение для длинных линейных приводов

В прототипе привода (см. Рис. 27) использовались направляющие на шарикоподшипниках с рециркуляцией. Эти направляющие позволяют перемещать движитель через статор. На рисунках 5, 6, 35 и 36 (а) показаны подшипники и их расположение в конструкции. Поскольку максимальное расстояние между подшипниками не превышало 1,0 м, особых проблем с точным взаимным расположением этих подшипников замечено не было. Собственно говоря, нормальные производственные допуски различных деталей и точность сборки конструкции позволили добиться хорошего скольжения движителя в направляющих.Этот результат был достигнут благодаря тому, что рама имела небольшой размер и, следовательно, различные погрешности плоскостности, прямолинейности и т. Д. Поверхностей лонжеронов, на которых был закреплен шарикоподшипник с рециркуляцией, были небольшими. Таким образом, без особой регулировки положения этих подшипников был получен хороший результат. Однако увеличение длины лонжеронов, несомненно, вызывает большие геометрические ошибки, и выравнивание подшипников может стать проблематичным.Если предположить, что корпус устройства будет примерно вдвое длиннее уже изготовленного, почти наверняка возникнут проблемы соединения между движителем и статором при использовании обычных производственных допусков. Функциональные зазоры подшипника могут быть сброшены на ноль, и, в зависимости от положения движителя во время его движения, будут возникать усилия. Следовательно, использование рециркуляционных шарикоподшипников типа, показанного на рис. 36 (а), просто установленных на лонжеронах рамы длиной 2 м, может быть проблематичным.Решение обработать посадочные места таких подшипников с меньшими допусками для обеспечения хорошего выравнивания подшипников, наиболее удаленных друг от друга, может оказаться слишком дорогостоящим. Более того, этот выбор не позволит легко отрегулировать центровку подшипников после завершения сборки системы. Концептуальная конструкция, которая может рассматриваться для уменьшения / устранения ранее описанных недостатков, основана на использовании толкателей кулачка с концентрическим седлом. Разрез такого подшипника показан на Рисунке 36 (b).В этих устройствах внешняя поверхность внешнего кольца торическая. Внутреннее кольцо представляет собой штифт с обычно резьбовым концом для обеспечения стабильного крепления подшипника. На рисунке 37 (а) показано концептуальное решение, которое, например, рассматривает использование 36 кулачковых толкателей. Наружное кольцо каждого подшипника номинально соприкасается с соответствующей плоской поверхностью движителя, поперечное сечение которого имеет прямоугольную форму. Опорные пальцы крепятся к раме привода с помощью винтового соединения.Это механическое соединение может быть ослаблено или затянуто для обеспечения возможности регулировки каждого подшипника в направлении, номинально перпендикулярном плоской контактной поверхности движителя. Увеличенная деталь A (см. Рисунок 37 (b)) иллюстрирует три степени свободы x 1 , x 2 и x 3 относительно трех подшипников, оси вращения которых принадлежат одной плоскости. Следовательно, можно с высокой точностью отрегулировать рабочие зазоры, обозначенные g 1 , g 2 и g 3 (см. Рисунок 36 (c)).Поскольку поверхности наружных колец подшипников торические, если прямоугольная пластина ( и . и . Движитель) будет наклоняться и / или деформироваться, то всегда будет обеспечиваться надлежащий точечный контакт между подшипниками и одним и тем же движителем. гарантировано (см. пунктирную линию профиля движителя на Рисунке 37 (b)). Более того, даже если оси вращения подшипников не идеально перпендикулярны контактным плоским поверхностям движителя, тороидальная форма внешнего кольца позволит правильное скольжение того же движителя (см. Рисунок 37 (d)).Такая ситуация может возникнуть, когда имеется определенная ошибка перпендикулярности [23] между осью опорных штифтов и плоскими боковыми стенками рамы привода, на которой штифты должны быть закреплены. Даже в этом случае можно будет отрегулировать рабочие зазоры на g 1 , g 2 и g 3 , упомянутые ранее. Таким образом, с помощью этого решения будут определены 36 регулируемых рабочих зазоров g 1 , g 2 ,…, g 36 . Возможность регулировки зазоров особенно важна, потому что i) она позволяет правильно компенсировать ошибки обработки рамы по сравнению с ошибками движителя, ii) можно точно отрегулировать максимальный и минимальный зазоры и все остальное. 24 промежуточных зазора для обеспечения хорошего скольжения движителя на этапе сборки в рабочем помещении, iii) когда привод собирается внутри корпуса и / или когда возникают проблемы с навигацией ( i . и . воздействие на конструкцию статора из-за непредвиденных деформаций корпуса), мы можем попытаться устранить / уменьшить возможное воздействие движителя, отрегулировав на месте один или несколько из 36 зазоров g 1 , g 2 ,…, g 36 , iv) если во время испытаний док-станции / навигации будут замечены проблемы с вибрацией привода, мы можем попытаться устранить / уменьшить их путем соответствующей регулировки вышеуказанных зазоров. Фактически, что касается этого последнего наблюдения, не затрагивающего неудачные случаи (которые очень трудно предсказать) классических проблем резонанса, которые могут быть решены путем изменения жесткости / демпфирования привода и / или шарниров статора и корпуса, локальные колебания в привод мог возникнуть.Эти колебания не вызваны резонансом, но могут вызвать проблемы. В следующем параграфе обсуждается природа этого вида вибрации применительно к механическим системам, которые сильно отличаются друг от друга, но могут быть связаны с одним и тем же типом вибрации. Параграф заканчивается иллюстрацией возможных негативных влияний этих вибраций и возможных конструктивных особенностей, снижающих вероятность их возникновения.

Рисунок 35

Шарикоподшипники с рециркуляцией, использованные в прототипе электромагнитного привода.

Рисунок 36

(a) Шарикоподшипник с рециркуляцией и (b) подшипник толкателя кулачка.

Рисунок 37

(a) Подшипники движителя и кулачкового толкателя, (b) прямолинейные степени свободы x 1 , x 2 и x 3 трех подшипников кулачкового толкателя, (c) регулируемые зазоры g 1 , g 2 и g 3 , (d) ошибки перпендикулярности подшипников кулачкового толкателя.

8.4 Возможные отрицательные эффекты локальных колебаний

Некоторые механические системы демонстрируют локальные колебания небольшой амплитуды, вызванные внешними силами.Эти силы часто могут быть движущими моментами / силами или другими приложенными моментами / силами, которые периодически меняются. Одна или несколько гармоник этих возбуждающих причин могут вызывать локальные колебания определенных частей системы передачи движения. Эти колебания обычно не имеют ничего общего с колебаниями, вызванными резонансами системы. Следовательно, они вызывают вынужденные местные колебания. Некоторые системы передачи движения часто состоят из связанных частей, которые перемещаются одна относительно другой. Следовательно, чтобы обеспечить нормальную работу устройства, определены рабочие зазоры между каждой парой соединенных частей.Следовательно, такие части имеют одну или несколько степеней свободы, обеспечивающих относительное движение. Жесткость этих систем зависит от жесткости i) каждой части, ii) возможной пленки смазки и iii) других элементов, жесткость которых определить нелегко. Что касается микровыступов между вышеупомянутыми частями (из-за рабочих зазоров), механическую систему можно локально заставить вибрировать с частотой одной или нескольких гармонических составляющих возбуждения, которые распространяются через всю систему передачи движения.Однако не исключено, что локально эти колебательные подсистемы могут характеризоваться особенно затухающими резонансными частотами, которые могут быть возбуждены ранее упомянутыми гармониками. Поскольку эти колебательные подсистемы могут изменять свою конфигурацию во время движения в зависимости от одних и тех же сил возбуждения, возникающие колебания часто имеют нелинейный характер, и . и . жесткость и / или демпфирование зависят от положения / скорости различных частей во времени. Жесткость локально зависит от зазоров и / или других вышеупомянутых параметров, поэтому достаточно, чтобы эти параметры менялись очень мало (из-за износа, толщины смазки, производственных допусков на размеры и геометрические размеры и т. Д.) вызывать или не вызывать возникновение упомянутых ранее вибраций. Следовательно, эти колебания трудно предсказать. Фактически, даже если рассматривать номинально идентичные системы, вибрации могут влиять на одну систему, но не на другую. По той же причине может быть очень сложно определить причину таких вибраций, и их устранение может быть проблематичным. Эти колебания, как правило, не вызывают коллапса системы, как это было бы в случае «классического» резонанса всей системы.Однако тип «местных» вибраций, которые мы обсудили, может вызвать сбои в работе системы, изменив ее правильное функционирование и / или сократив срок службы. Кроме того, может потребоваться дорогостоящее обслуживание и частая замена компонентов, поврежденных местными вибрациями. Этот вид колебаний можно отнести к хаотическим колебаниям [24, 25, 26, 27], которые являются детерминированными, но с аналитической точки зрения непредсказуемыми. В некоторых реальных случаях были обнаружены колебания, определяемые здесь как «локальные» и «хаотические».Типичные примеры произошли в подшипниках трансмиссионного вала буксиров. Вибрации, обнаруженные в опорах подшипников, необъяснимым образом превысили безопасные пределы, которые обеспечили правильный срок службы тех же подшипников. Система трансмиссии, также оснащенная карданными шарнирами, вообще не подвергалась резонансу, но частота чрезмерных колебаний подшипников соответствовала частоте гармоники крутящего момента двигателя, передаваемой через трансмиссию вала.Однако другая система трансмиссии другого буксира, номинально идентичная рассмотренной выше, не показывала каких-либо особых вибраций (колебания подшипников были в допустимых пределах). Сообщалось о других случаях аномальных колебаний, влияющих на системы, совершенно отличные от приводных валов буксиров, применительно к толстолистовым станам [28], а также к роторным прессам. В этих устройствах аномальные вибрации были косвенно обнаружены из-за отрицательного воздействия на продукт, полученный во время работы машины.Что касается этого аспекта, в случае процесса прокатки тонких стальных листов для прессования крышек и / или других частей кузова автомобиля на прокатном стане было замечено, что окрашенная поверхность прессованного листа часто имела дефекты. На самом деле невозможно было идеально окрасить поверхность уже спрессованного листа: на некоторых окрашенных участках появлялись необъяснимые и неприглядные отражения. Таким образом, было обнаружено изменение толщины прокатанного листа. Это псевдопериодическое и / или случайное изменение толщины было приписано процессу прокатки.Во время прокатки валки толстолистового стана подвергались очень небольшой локальной вибрации (конечно, весь толстолистовой стан не вибрировал, в отличие от крутильных колебаний [29]: такие колебания вызывают макроскопические недостатки). И наоборот, локальные колебания имели очень небольшую величину, но в них локально участвовали подшипники и опоры одного или нескольких цилиндров качения, что также зависело от жесткости прокатываемого листа. Следовательно, расстояние между осями валков не поддерживалось строго постоянным: это вызвало непостоянство толщины проката, не обнаруживаемое невооруженным глазом, но видимое в отраженном свете (после покраски).Аналогичные проблемы, связанные с вибрациями, были обнаружены в отношении влияния жесткости толщины бумаги во время фазы печати газет с помощью ротационных прессов. В отношении этих случаев мы наблюдаем, что корпус судна часто подвергается более или менее интенсивным вибрациям, особенно вблизи машинного отделения. Возбуждение в целом может создаваться двигателями и взаимодействием системы корпус-вода-гребные винты [30]. В некоторых особенно неудачных и непредсказуемых случаях вибрации, передаваемые от корпуса на электромагнитный привод, могут вызывать локальные негативные эффекты во время его работы.Поскольку движитель должен иметь возможность скользить в структуре статора, как показано на рисунке 37, рабочие зазоры g 1 , g 2 ,…, g 36 определенно допускают небольшие смещения движителя по вертикали. направление. Отсюда следует, что если магнитные силы, возникающие во время различных условий работы, не могут удерживать движитель в устойчивом положении в вертикальном направлении, вышеупомянутые вибрации могут вызвать локальные столкновения между тем же движителем и подшипниками кулачкового толкателя.Если возникнет эта проблема, можно рассмотреть следующие контрмеры: i) использование селективных демпфирующих соединений для соединения привода с корпусом, ii) разработка электронного управления с обратной связью, которое может изменять силы притяжения, оказываемые полярными расширениями привода на движитель так, чтобы он всегда находился в контакте с подшипниками верхней или нижней стороны и с подшипниками только одной боковой стороны одного и того же движителя, iii) рассмотреть механическую систему регулируемого упругого предварительного натяга, чтобы всегда обеспечивать контакт тягач с подшипниками.Например, динамическое поведение вышеупомянутой системы предварительной нагрузки может быть основано на аналитических моделях, подобных тем, которые были разработаны в [31, 32].

9 Выводы

Переход от концептуального дизайна нового типа электромагнитного линейного привода (см. Рисунок 2) к работающему проекту (см. Рисунки 4-8, 27) был осуществлен с учетом следующих факторов: i) уменьшение всех максимальных механических деформаций (оцениваемых методом конечных элементов) системы до не более 8/100 мм по отношению к ненапряженной конфигурации, ii) минимизация габаритных размеров, iii) легкость сборки и транспортировки, iv) надежность механизма трансляции движителя; v) устранение опасности боковой нестабильности движителя при развитии тяги.Найденное решение позволило получить компактное, жесткое и недорогое устройство. Выбор между различными типами соединений опорных частей станка был сделан в соответствии с результатами, полученными с помощью моделирования методом конечных элементов, и простотой изготовления (особенно в отношении стоимости изготовления). С точки зрения прочности и деформации конструкции все варианты можно считать достаточно надежными (по крайней мере, в отношении изготовления первого прототипа привода).Следовательно, по критерию дешевизны было решено изготавливать систему базового полярного расширения enbloc (см. Рисунки 8). Что касается удерживающих каркасов, в отношении высокопрочного алюминиевого сплава, который был выбран для их изготовления (см. Таблицу 1), анализ МКЭ показывает, что напряжения и деформации приемлемы, даже если постоянные магниты теряют свою намагниченность. По результатам проведенных структурных анализов привод изготовлен и испытан.Полученные характеристики были аналогичны вычисленным с помощью электромагнитных расчетов [11]. Трехмерное моделирование и моделирование методом конечных элементов выполнялись с использованием программ SolidWorks и Simulation [18] соответственно. Что касается дальнейших разработок линейных электромагнитных приводов, размеры которых превышают размеры уже изготовленного прототипа (см. Рисунок 27), в этом исследовании был проведен анализ проблем, которые необходимо учитывать для получения надежной конструкции.В связи с этим были приняты во внимание скрытые изменения, связанные с производством ферромагнитных сердечников. В прототипе привода ферромагнитные сердечники были объединены: тонкие изолированные листы железа, лежащие, по возможности, параллельно линиям потока, не использовались. Такой выбор сердечников enbloc стал возможным, потому что частоты тока, которые питают привод, чрезвычайно низки. Следовательно, потери, возникающие в ферромагнитном сердечнике из-за гистерезиса и вихревых токов, невелики.На самом деле эти потери вызывают лишь небольшой нагрев. Таким образом, за счет использования сердечников enbloc было получено повышение прочности конструкции и жесткости привода. Однако в ожидании i) увеличения размера системы, ii) более высокого тока питания и iii) использования инверторов с частотой тока более 2 Гц для получения более высоких усилий, изолированные железные листы для изготовления ферромагнитных сердечников должны быть пересмотрел.

Список литературы

[1] Акерс А., Гассман М., Смит Р., Анализ гидравлических силовых систем, CRC Press, Тейлор и Фрэнсис, 2006 Поиск в Google Scholar

[2] Лю С., Чанг X., Синхронное управление двойным рулем направления с моделью облака, Международный журнал автоматизации и вычислений, февраль 2012 г., 9, 1, 98-104. Поиск в Google Scholar

[3] Сари Д.П., Проектная система управления остойчивостью корвет SIGMA-366 Хассанудин с использованием линейных и нелинейных с водной волной состояния моря 6, EPH, Международный научно-технический журнал, ноябрь 2016 г., 2, выпуск 11, статья 6, поиск в Google Scholar

[4] Muscari R., Dubbioso G., Viviani M., Di Mascio A., Анализ асимметричного поведения системы гребной винт-руль двухвинтовых судов, проведенный CFD, Ocean Engineering, In Press, Corrected Proof, доступно онлайн 31 июля 2017 г. Поиск в Google Scholar

[5] Чжан Ю., Ли Ю., Сунь Ю., Цзэн Дж., Ван Л., Проектирование и моделирование управления движением АПА с X-rudder, Ocean Engineering, 2017, 137, 204–214. Поиск в Google Scholar

.

[6] Тессароло А., Внутренний отчет о прототипе электромагнитного линейного привода — проект ISO (инновационные решения для бортовых полностью электрических приводов ВМС Италии), Университет Триеста, 2013 г. Поиск в Google Scholar

[7] Бруззезе К., Сантини Э., Тессароло А., Менис Р., Сидоти Д., Разработка новых электрических прямых приводов для замены олеодинамических приводов на борту военных кораблей — Электрический привод с прямым приводом (EDDA), Совместное предложение исследовательского проекта PNRM, Un iversity of Rome — Sapienza and University of Trieste, 2013 г. Поиск в Google Scholar

[8] Bruzzese, C., Линейный привод с постоянным магнитом с высокой абсолютной тягой для прямого привода рулевых механизмов судна: анализ концепции и МКЭ, In: Proceedings of Конференция ICEM (сентябрь.2–5, 2012, Марсель, Франция), 2012 Поиск в Google Scholar

[9] Тессароло А., Бруззезе К., Эффективный с точки зрения вычислений термический анализ низкоскоростного линейного электрического привода с большой тягой и трехмерной тепловой сетью. Подход, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2015, http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6861986&isnumber=4387790 Поиск в Google Scholar

[10] Тессароло А., Бруззезе К., Маццука Т., Скала Г., Новый отказоустойчивый управляемый инвертором линейный привод с постоянным магнитом и высокой тягой для прямого привода судовых грузов, В: IEEE (Ed.), Материалы симпозиума IEEE Electric Ship Technology Symposium, IEEE ESTS 2013 (22-24 апреля 2013 г., Арлингтон, Вирджиния, США), IEEE, 2013 г., 459-463 Поиск в Google Scholar

[11] Bruzzese C., Tessarolo A ., Мазукка Т., Дж. Скала, Прототип линейного электродвигателя с высокой тягой для перспективной замены судовых гидравлических приводов, В: Материалы международной конференции AEIT’13 (3-5 октября 2013 г., Палермо, Италия), 2013 г. Поиск в Google Scholar

[12] Бортолоцци М., Бруззезе К., Ферро Ф., Маццука Т., Меззаробба М., Скала Г., Тессароло А., Зито Д., Магнитная оптимизация отказоустойчивого линейного модульного привода с постоянными магнитами для судовых приложений, В: IEEE (Ed.), Proceedings SDEMPED 2013 (27-30 августа 2013 г., Валенсия, Испания), IEEE, 2013 г. Поиск в Google Scholar

[13] Маццукка Т., Бруззезе К., Проект ISO: инновационные решения для бортовых полностью электрических приводов ВМС Италии, In : IEEE (Ed.), Proceedings of IEEE ESARS 2012 (16-18 октября 2012, Болонья, Италия), 2012 Поиск в Google Scholar

[14] Мелош Р.Дж., Кривые сходимости анализа методом конечных элементов, Конечные элементы в анализе и проектировании, ноябрь 1982 г., т. 7, выпуск 2, 115-121 Поиск в Google Scholar

[15] Мелош Р. Дж., Определение характеристик кривых сходимости анализа методом конечных элементов, Конечные элементы в анализе и проектировании, июнь 1993 г., вып. 13, выпуск 2-3, 105-113 Поиск в Google Scholar

[16] Вейл К., Белова И.В., Мерч Г.Е., Экснер А., Фидлер Т., О зависимости сетки нелинейного механического анализа методом конечных элементов, Конечные элементы в анализе и дизайне, июнь 2010 г., 46, стр.371-378 Поиск в Google Scholar

[17] Пратап Г., Наганараяна Б. П., Колебания напряжения и механизмы ложной нагрузки в вариационно несовместимых формулировках предполагаемой деформации, Международный журнал численных методов в инженерии, 1992, вып. 33, 2181-2197 Поиск в Google Scholar

[18] SolidWorks, Dassault Systems SolidWorks Corporation, http://www.solidworks.com Поиск в Google Scholar

[19] UNI EN ISO 14405-1: 2011, Геометрический продукт спецификации (GPS) — Допуски размеров — Часть 1: Линейные размеры Поиск в Google Scholar

[20] UNI EN ISO 286-2: 2010, Геометрические характеристики изделий (GPS) — Система кодов ISO для допусков на линейные размеры — Часть 2: Таблицы стандартных классов допусков и предельных отклонений для отверстий и валов Поиск в Google Scholar

[21] UNI EN ISO 286-1: 2010, Геометрические характеристики изделий (GPS) — Система кодов ISO для допусков на линейные размеры — Часть 1: Основа допусков, отклонений и посадок Искать в Google Scholar

[22] UNI ISO / TR 16570: 2007, Геометрические характеристики изделия (GPS) — Линейные и угловые размеры и допуски: +/– предельные характеристики — Размеры шага, расстояния, угловые размеры и радиусы Искать в Google Scholar

[23] UNI EN ISO 1101: 2013, Геометрические характеристики продукта (GPS) — Геометрические допуски — Допуски формы, ориентации, местоположения и биения Искать в Google Scholar

[24] Gu P., Дубовски С., Последствия хаотических и почти хаотических колебаний в машинах для проектирования, В: Материалы технической конференции по проектированию ASME (13–16 сентября 1998 г., Атланта, Джорджия, США). Поиск в Google Scholar

[25] Gu П., Дубовски С. Хаотическая вибрация и критерии проектирования систем машин с зазорами соединений, В: Материалы девятого Всемирного конгресса по теории машин и механизмов (1-3 сентября 1995 г., Милан, Италия) Поиск в Google Scholar

[26] Аврейчвич Я., Крыско А.В., Яковлева Т.В., Зеленчук Д.С., Крыско В.А., Хаотическая синхронизация колебаний связанной механической системы, состоящей из пластины и балок, Latin American Journal of Solid and Structures, 2013, 10, 163-174 Искать в Google Scholar

[27] Садо Д., Кот М., Хаотическая вибрация автопараметрической системы с неидеальным источником энергии, Журнал теоретической и прикладной механики, 2007, 45, 119-131 Поиск в Google Scholar

[28] Фрейтес Р. ., Фернандес Э., Мерлино Х., Родригес Д., Бритос П., Гарсиа-Мартинес Р., Дефекты трения при холодной прокатке жестяных пластин, Диагностика, В: IEEE (Ed.), Proceedings of CERMA 2007 Electronics, Robotics & Automotive Mechanics Conference (25 -28 сентября 2007 г., Куэрнавака, Морелос, Мексика.), IEEE, 2007, 303-306. Поиск в Google Scholar

[29] Хан Д., Ши П., Ся К., Нелинейное поведение крутильной динамики прокатных станов Multi -DOF Main Drive System при параметрическом возбуждении, Журнал прикладной математики, ID статьи 202686, 2014 г. Поиск в Google Scholar

[30] Баррасс К.Б., Конструкция и характеристики корабля для капитанов и помощников капитана, Глава 20, Вибрация корабля, 191-201, Редактор Elsevier, 2004 г. Поиск в Google Scholar

[31] Станеску Н.Д., Попа Д., Стабильность положений равновесия Двигатель с нелинейными квадратичными пружинами, Central European Journal of Engineering, 2014, 4, выпуск 2, 170-177 Поиск в Google Scholar

[32] Harris CM, Piersol AG, Harris’Shock and Vibration Handbook, Chapter 3, 5 th ed., Mc Graw Hill, 2002 Поиск в Google Scholar

Получено: 2017-7-9

Принято: 2017-9-8

Опубликовано в Интернете: 2017-11-2

Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Лицензия.

в информационный бюллетень ассоциации Luscombe № 1

Индекс на Luscombe Association Информационные бюллетени №1 — №1 < / strong> 98 • Январь 2009 г. 1002 Heather Lane., Hartford, WI 53027 • телефон 262 / 966-7627 факс 262-966-9627 Электронная почта: sskrog @ luscombeassoc. org . Сайт: www.luscombeassoc. org Содержание Высший пилотаж и гонки ……………………………… ………………………………………….. ………………………………. 2 статьи, книги о Ласкомбе с …………………………………………. ………………………………………….. … 2 Его до ry (включая DLAHF и Renaissance) ………………………… ……………………………………………. 2-4 Техника полета, предполетная подготовка и приборы ………………… ………………………………………….. … 4-5 Топливо и масло ………………………………….. ………………………………………….. ………………………………………. 5-6 Ангары , Привязка, буксировка, толкание, подъем ………………………………….. ………………………………. 6 Правовые вопросы / FAA …….. …………………………………………………………………………….. ……………………….. 6-7 Техническое обслуживание, ремонт Изменение — по компонентам ……….. ………………………………………….. ………. 7-26 Кабина — двери, окна, полы ………………………… ………………………………………….. ……….. 7 Кабина — ремни безопасности, ремни безопасности ………………………….. ………………………………………….. ………. 7-8 Кокпит — сиденья, обивка, багажное отделение…………………………………………… …………………….. 8 Органы управления и поверхности управления (см. Также Хвостовые поверхности) …………. ……………………………………. 8-9 Электрическая система и освещение ………………………………………….. ……………………………………… 9-10 Двигатели — аксессуары…………………………………………. ………………………………………….. ….. 10-11 Двигатели — Континентальные модификации ………………………………………………… ………………….. 11-12 Двигатели — преобразования Lycoming ……………….. ………………………………………….. ……………… 12 Двигатели — техническое обслуживание и ремонт …………………….. ………………………………………….. …. 12-14 Двигатели — опора, брандмауэр, кожух ……………………………… ………………………………………….. 14 Двигатели — прочие модификации ……………………………………………………………. ……………………… 14 Топливная система — выбор к RS, магистралям, бакам ….. ………………………………………….. …………………….. 14-16 Фюзеляж ……………….. ………………………………………….. ………………………………………….. …. 16-17 Шестерня — ось, стойки, рулевые тяги, рессора, олео, коробка ……………………….. ………………………………… 17-18 Снаряжение — поплавки и лыжи…………………………………………… ………………………………………….. ……….. 18 Шестерня — хвостовое колесо …………………………….. ………………………………………….. ………………………. 18-19 Шестерни — штаны и обтекатели …………. ………………………………………….. ………………………….. 19 Шестерни — колеса, тормоза, шины ………. ………………………………………….. ……………………………. 19-20 Отопление и вентиляция ………………………………….. ………………………………………….. …………….. 20 Приборы, переключатели-радио и пульт ……………………. ………………………………………….. … 20-21 Техническое обслуживание, проверки и модификации — общие ………………………………. ………………………… 21-22 Покраска, покрытие и полировка ………… ………………………………………….. …………………….. 22-23 Таблички и заводские таблички …………………………… ………………………………………….. ………………….. 23 Гребные винты ……………………. ………………………………………….. ………………………………………… 23- 24 Оснастка, вес и балансировка …………………………………….. ………………………………………….. …… 24 Хвостовые поверхности ………………………………….. ……………………………………………………………… ….. 24-25 Крылья ………………………………….. ………………………………………….. ……………………………….. 25-26 Разное …….. ………………………………………….. ………………………………………….. ………………… 26-28 Информация о модели — Разработка, полетное описание ………………. ………………………………………….. …… 28-31 11 серии …………………………………………………………. ………………………………………….. …….. 28-29 8 (50) …………………………….. ………………………………………….. ………………………………………….. 29 8А ………………………………………… ………………………………………….. …………………………………… 29 8B …… ………………………………………….. ………………………………………………………………………… 29 8C & D ……………………………………….. ………………………………………….. …………………………….. 29 8E — C85 ……….. ………………………………………….. ………………………………………….. ………………. 29 8F — C90 ……………………… ………………………………………….. ………………………………………… 29- 30 8 ряд — Общие…………………………………………… ………………………………………….. ………….. 30 Кольт ……………………………. ………………………………………….. ………………………………………….. …. 30 Модель 1 — Фан от до м ………………………….. ………………………………………….. ………………………… 30 Модель 10 …………….. …………………………………………………………………………………….. ………….. 30 Другое ……………………………. ………………………………………….. ………………………………………….. 31 T8F ……………………………………….. ………………………………………….. ………………………………….. 31 Источники деталей …… ………………………………………….. ………………………………………….. ………………..

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *