12.8 Виброактивность и виброзащита

В процессе эксплуатации машин возникают следующие механические воздействия: перегрузки, вибрационные и ударные нагрузки.

Вибрационное воздействие может быть силовым и кинематическим. Например, силовое воздействие от неуравновешенного ротора двигателя, а кинематическое при рассмотрении динамического воздействия колебаний основания на приборы.

Способность механизмов не разрушаться при механических воздействиях от вибрации называется вибропрочностью, а нормальное функционирование – виброустойчивостью (отсутствие размыкания электрических цепей в переключателях при вибрации, отвертывание резьбовых соединений и т. д.).

Серьезное внимание необходимо уделять вредному воздействию вибрации на обслуживающий персонал, так как в промышленности и строительстве используются новые высокоэффективные машины, работающие на основе вибрационных и виброударных процессов.

В колебании машин участвует кинематическая цепь, состоящая из валов с сосредоточенными массами зубчатых колес. Выполняются расчеты собственных колебаний валов и в случае их совпадения с возмущающими силами проводятся мероприятия по устранению резонансов. Наиболее опасным является основной тон колебаний. При совпадении частот собственных изгибных колебаний валов с частотой их вращения от действия центробежных сил при дисбалансе колес наступает резонанс. Такая частота вращения называется критической. Источником возбуждения служат неуравновешенные детали. Механизм не должен работать на частоте вращения, близкой к критической.

Источники виброактивности: возбуждения от силы технологического сопротивления и силы инерции переносного движения рабочих органов. Динамические нагрузки в зацеплении зубчатых передач могут возникать из-за погрешностей изготовления и монтажа (кинематическая точность, плавность работы, боковой зазор и качество контакта), неравномерности вращения ротора (шаговые и бесконтактные двигатели постоянного тока), а также неравномерности движения рабочих органов механизма. Для уменьшения вредного воздействия виброактивности на механизмы и основания используется виброзащита.

Методы виброзащиты:

1. изменение конструкции объекта для изменения его собственных частот и увеличения диссипации (рассеивания) энергии;

2. введение виброизоляции. Для защиты объектов от вибрации используются активные и пассивные виброзащитные устройства. Активные устройства обладают независимым источником энергии и имеют элементы, выдающие силы, компенсирующие нагрузку от источника вибрации. Пассивные устройства состоят из инерционных, упругих и диссипативных элементов.

Цели виброзащиты: При силовом возбуждении F = F₀ cos (t) целью виброзащиты являются:

1. уменьшение амплитуды реакции R₀, передаваемой на неподвижное основание (оценивается коэффициентом виброзащиты K_R = R₀/F₀, где R₀, F₀ – амплитуды реакции R(t) и возбуждающей силы F(t); R(t) = R₀ cos (t); F(t) = F₀ cos (t);  – круговая частота возбуждающих колебаний; t – время);

2. уменьшение амплитуды А вынужденных колебаний груза от действия возбуждающей силы (оценивается коэффициентом динамичности  = CA/F₀, где С – коэффициент жесткости узлов подвески).

При кинематическом возбуждении U = U₀ cos (t) целью виброзащиты являются:

1. уменьшение амплитуды абсолютного ускорения (перегрузки) W = А² груза (оценивается коэффициентом виброизоляции K_R = A/U₀, где А и U₀ – амплитуды абсолютного виброперемещения груза и основания);

2. уменьшение амплитуды относительного виброперемещения A₁, груза относительно основания (оцениваемое коэффициентом динамичности  = A₁/U₀).

Проведение конструкторских мероприятий для виброзащиты оказывает существенное положительное воздействие на динамику элементов конструкций (устраняются опасные колебания, снижаются динамические нагрузки).