2. Физические величины, характеризующие вибрацию

Простейшей вибрацией является гармоническое синусоидальное колебание [1].

x = x₀ sin(ωt+φ),

где x – виброперемещение, м; x₀ – амплитуда виброперемещения, м; t – время, с; ω – угловая частота колебания; φ – начальная фаза колебания.

Здесь ω = 2π·f = , где f – частота колебания, Гц; Т – период колебания, с.

Характеристиками вибрации являются три величины:

- виброперемещение х, м (см. формулу (1));

- виброскорость V, м/с;

- виброускорение а, м/с² .

Виброскорость и виброускорение показывают, с какой скоростью и ускорением соответственно перемещаются частицы вибрирующей конструкции.

Виброскорость и виброускорение гармонического колебания определяются как первая и вторая производные от виброперемещения соответственно:

V = x' = x₀ ωcos(ωt+φ). (2)

А = V' = x'' = - x₀ ω ² sin(ωt+φ). (3)

При исследованиях вибраций зданий и сооружений, а также машин и механизмов чаще всего имеют место непериодические, т.е. негармонические колебания. В этом случае вибрация является случайной функцией времени и не может быть описана с помощью формул (1) - (3). Поэтому для того, чтобы охарактеризовать вибрацию на практике, используются среднеквадратические значения виброускорения а, м/с² .

Виброскорость и виброускорения реальных конструкций изменяются в очень широких пределах. Для измерения этих величин и изображения их на графиках используются логарифмические единицы:

- логарифмический уровень виброскорости L_v , дБ:

L_v = 20 lg , дБ, (4)

где V – среднеквадратическое значение виброскорости, м/с; V₀ = 5·10^-8 , м/с, - опорное значение виброскорости; логарифмический уровень виброускорения L_а , дБ:

L_а = 20 lg , дБ, (5)

где а - среднеквадратическое значение виброускорения, м/с² ; а₀ =1·10^-6 ,

м/с² , - опорное значение виброускорения.

В табл. 1 и 2 приведены соотношения между средними квадратическими значениями и логарифмическими уровнями виброскорости и виброускорения соответственно.

Таблица 1

Соотношение между логарифмическими уровнями виброскорости дБ и её значениями в м/с

Таблица 2

Соотношение между логарифмическими уровнями виброускорения дБ и её значениями в м/с2

2. Классификация вибраций, действующих на человека

По способу передачи на человека вибрация разделяется на локальную и общую.

Локальная вибрация передается через руки человека, например при работе с ручным механизированным инструментом.

Общая вибрация передается через ноги стоящего человека или через тазовую область и ноги сидящего человека.

Негативное влияние вибрации на организм человека зависит от направления ее действия. По направлению действия вибрации подразделяют в соответствии с направлением осей ортогональной системы координат:

- локальную вибрацию подразделяют на действующую вдоль осей ортогональной системы координат X_{л ,}Y_л , Z_л , где ось X_л параллельна оси места охвата источника вибрации (рукояти, ложемента, рулевого колеса, рычага управления, удерживаемого в руках обрабатываемого изделия и т.п.), Y_л перпендикулярна ладони, а ось Z_л лежит в плоскости, образованной осью X_л и направлением подачи или приложения силы (или осью предплечья, когда сила не прикладывается);

- общую вибрацию подразделяют на действующую вдоль осей ортогональной системы координат X₀ ,Y₀ ,Z₀ , где X₀ (от спины к груди) и Y₀ (от правого плеча к левому) – горизонтальные оси, направленные параллельно опорным поверхностям; Z₀ - вертикальная ось, перпендикулярная опорным поверхностям тела в местах его контакта с сиденьем, полом и т.п.

Направления координатных осей приведены на рис. 1