книги из ГПНТБ / Колесник Н.В. Устранение вибрации машин

где Se — показания прибора по шкале или виброграмме;

So — размах измеряемого колебания.

Такое явление можно объяснить недостаточным натяжением пру­ жины 2 (фиг. 22).

Кривая 2 показывает частотную зависимость для виброизмери­

теля с индикатором (фиг. 21). Здесь как в области низких, так и высоких частот наблюдается значительное изменение чувствитель­

ности прибора, что объясняется недостаточной приспособленностью

конструкции для измерения

вибрации.

Кривая 3 характеризует

частотную зависимость для виброскопа 3-ВК (фиг. 28). Как видно из фигуры, проис­ ходит равномерное увеличе­

ние чувствительности от низ­

ких к высоким частотам.

Объяснить это явление можно

тем, что при измерении этим

индуктивного виброметра с интегрирующим контуром (фиг. 38).

Здесь в зоне низких частот наблюдается некоторое падение чувстви­

тельности, что объясняется удалением от зоны, близкой к резонансу,

и изменение чувствительности в зоне высоких частот, что можно

отнести за счет некоторой нестабильности интегрирующего контура.

Наконец, кривая 5 характеризует влияние частоты на показания оптического виброметра (фиг. 26). У этого прибора некоторое изме­

нение чувствительности наблюдается только в зоне низких частот

(на участке, близком к резонансу). В остальном показания прибора

независимы от частоты колебания.

Как видно, наилучшую стабильность показаний имеет оптический прибор.

В некоторых приборах коэффициент чувствительности К зависит,

от величины размаха измеряемых колебаний. Особенно ярко эта зависимость проявляется в виброскопе. При измерении малых коле­

баний этот прибор имеет значительно большую чувствительность,

чем при измерении колебаний с относительно большими размахами.

Остановимся более подробно на методике испытания и тарирования

прибора виброскоп.

Из предыдущего известно, что виброметр виброскопа основан

на принципе механических резонансных колебаний и его настройка

в резонанс производится путем вращения маховичка, регулирующего

частоту собственных колебаний индикатора. При вращении этого

59

маховичка по часовой стрелке частота собственного колебания инди­

катора увеличивается, а при вращении в обратную сторону — умень­ шается .

Дуговая шкала виброметра, по которой производится отсчет

размаха измеряемых колебаний, имеет нулевое значение в середине

шкалы.

Отсчет величины отклонения индикатора при его резонансных

колебаниях может производиться либо в одну, либо в другую сторону

Когда частота собственного колебания индикатора делается равной

частоте колебания стенда (—= 1) то происходит произвольное

без дальнейшего изменения настройки увеличение амплитуды ко­

баний индикатора в обратном порядке, т. е. понижая ее, для чего

нужно вращать маховичок против часовой стрелки, то амплитуда

колебания индикатора сначала будет увеличиваться по кривой ЖД,

а затем, по мере дальнейшего уменьшения частоты п0 собственных

60

В данном случае, как и в большинстве других практических слу­

чаев (п. 6), имеются отступления от линейных зависимостей, поло­ женных в основу рассмотрения вынужденного гармонического коле­ бания, что вызывает повышение частоты собственных колебаний индикатора с увеличением амплитуды.

Таким образом, настройку виброметра в резонанс можно произ­

водить двумя приемами: 1) путем вращения маховичка по часовой

стрелке; в этом случае мы получаем меньшую амплитуду резонанс­

ного колебания индикатора (условимся называть такое резонансное колебание 1-м резонансом) и 2) путем вращения маховичка против

часовой стрелки; в этом случае амплитуда резонансного колебания получает большее значение (назовем такое резонансное колебание

2-м резонансом).

Очевидно, что производить измерение размаха колебания путем

настройки прибора до 2-го резонанса выгоднее, так как в этом слу­ чае достигается большая чувствительность прибора и сама настройка

делается менее острой и более определенной. Измерение размаха

колебания производят следующим образом. Вначале, путем вращения

маховичка по часовой стрелке производят настройку до 1-го резо­

нанса, а затем, при медленном, непрерывном вращении маховичка в обратную сторону, замечают максимальную амплитуду отклонения

индикатора относительно дуговой шкалы.

Испытаниями установлено, что у виброскопа коэффициент чув­

ствительности К зависит не только от частоты, но также и от размаха

измеряемых колебаний, а поэтому при тарировании и составлении

паспорта должны быть отражены обе эти зависимости.

Тарирование виброметров производится при низкой и высокой

частотах колебаний в пределах частотного диапазона прибора.

на графический паспорт, изображенный на фиг. 43. В этом паспорте

на левой оси ординат наносится шкала размахов измеряемых коле­

баний, а на нижней оси абсцисс — деления шкалы амплитуд коле­ бания индикатора. Кривые амплитуд, полученные при тарировании с настройкой на 2-й резонанс, берут свое начало в левом нижнем углу графика/ На каждой из этих кривых обозначается частота колебаний,

при которой эта кривая была получена.

Тарирование по амплитуде колебания 1-го резонанса произво­ дится при размахах колебания свыше 0,1 мм. Эти кривые имеют

двоякое назначение: 1) для контроля степени точности настройки

до 1-го резонанса и 2) для оценки размахов колебания, выходящих

за пределы шкалы при настройке до 2-го резонанса. -Таким способом

имеется возможность несколько расширить диапазон измерения в сто­

рону больших, размахов.

61

Частота собственного колебания индикатора при настройке

до 1-го резонанса практически не зависит от размаха измеряемых

колебаний. Поэтому тарирование прибора по частоте и измерение

до 1-го резонанса и отмечают положение указателя прибора отно­

сительно шкалы частот. По полученным точкам строят кривую частот, берущую свое начало в правом нижнем углу графика. На верхней

оси абсцисс графического паспорта нанесена шкала измеряемых

частот, а на правой оси ординат — деления шкалы частот прибора.

Как уже указывалось, измерение фазы колебаний виброскопом

производится с помощью газосветной лампы, которая дает световые вспышки в такт с частотой измеряемых колебаний. Вспышки этой

лампы создаются контактом, установленным на пути резонансного

колебания индикатора. Резонансное колебание индикатора (п. 6)

горизонтальному положению эксцентрицитета эксцентрика

а следовательно, максимальному амплитудному значению отклоне­ ния стола вибрационного стенда.

Освещая газосветной лампой вращающийся грибок, определяют

положение ориентира в стробоскопическом изображении относительно

лимба, что и дает фазовый показатель прибора..

62

Как известно из п. 10, сдвиг фазы резонансного колебания в усло­

виях ограничения, или фазовый показатель прибора, определяются

формулой (33):

-----arc cos о sin ®а),

где 8 = ~;

А■— амплитуда свободного резонансного колебания индикатора;

В— ограниченная амплитуда колебания индикатора;

<ра — сдвиг фазы колебания индикатора.

20

10

Фиг. 44. Исследование показателя фазы.

На графике фиг. 44 показаны результаты экспериментальной

проверки этого вывода. По оси ординат даются значения <р8 —

фазового показателя прибора, а по оси абсцисс значения величины

8 —степени ограничения резонансного колебания индикатора.

Верхняя пунктирная кривая определена расчетным путем по фор­

63

вывода о сдвиге фазы резонансного колебания в условиях ограни­ чения.

Следует отметить, что для измерения фазы настройка прибора

до 2-го резонанса встречает некоторые практические затруднения.

Дело в том, что 2-й резонанс является точкой Е на резонансной кривой

(фиг. 42), после которой происходит непроизвольное падение ампли­

туды колебаний индикатора.

Если это обстоятельство не вызывает затруднений при измере­

нии размаха колебаний (так как в этом случае необходимо только

отметить максимальное отклонение индикатора), то при измерении

фазы нужно создать условия некоторой продолжительности резо­

нансного колебания.

Поэтому измерение фазы колебаний целесообразно производить при

настройке прибора до первого резонанса. Кривая (2 фиг. 44) показы­

ной настройке, т. е. когда амплитуда колебания индикатора соста­

вляла лишь 60% к амплитуде точно настроенного в первый резонанс

Как видно по графику фиг. 44, по мере увеличения ограничения

расхождение кривых уменьшается, и в зоне, близкой к 8 = 0,5, они практически сливаются в одну кривую.

Экспериментальными данными и практическим опытом устано­ влено, что достаточно точные результаты при измерении фазы полу­ чаются при настройке прибора способом l-ro резонанса и при уста­

новке контакта, ограничивающего резонансные колебания наполо­ вину. В этом случае возможная неточность установки контакта в пре­

делах величины b (заштрихованная полоса на графике) может вы­ звать ошибку при измерении фазы в пределах угла а не более 5°. При таком способе измерения фазы фазовой показатель <рв прибора

находится в пределах 15—20°.

Испытаниями установлено, что величина фазового показателя практически не зависит от размаха S измеряемого колебания. Лишь при измерении фазы малых колебаний (S < 0,03 мм) наблюдается

некоторое увеличение сдвига фазы прибора дополнительно на

10—15°, как это показано в нижней части графика.

Для приборов, предназначенных для анализа вибрации и разло­

жения сложных колебаний на элементарные составляющие, к кате­

гории которых относится прибор виброскоп, важным показателем

является величина добротности Q, которой определяется способ­

ность прибора отстраиваться от помех со стороны неизмеряемых ком­

понентов сложного колебания.

Как известно из теории колебаний, декремент затухания •& и доб­

ротность Q связаны между собой следующей зависимостью:

64

При больших значениях Q, что имеет место в данном случае,

вторым членом подкоренного двучлена можно пренебречь, и тогда

Следовательно, величина добротности может быть установлена

на основе экспериментального определения декремента ft, который может быть найден [см. формулу (13) ] путем измерения двух сосед­

них амплитуд затухающего колебания индикатора.

Произвести такое измерение довольно сложно. Проще определить

декремент по числу колебательных циклов, в течение которых раз­

мах свободного колебания уменьшается в е раз (е — основание нату­

рального логарифма, равное 2,7). Однако имеется и другой, более

механические системы. Электрические контуры обладают доброт­ ностью примерно в десять раз меньшей.

Для определения стабильности показаний виброскопа следует

выяснить влияние колебания температуры окружающей среды на

показания прибора.

Прибор виброскоп предназначен для применения в производст­

туре +20°. Экспериментально установлено, что изменение темпе­

ратуры на 5° вызывает пропорциональное изменение коэффициента

увеличения прибора К. на 1 %. Следовательно, температурная погреш­

ность прибора составляет +2%.

В заключение следует остановиться на определении порога чув­ ствительности виброскопа.

Порог чувствительности определяется наименьшим размахом

измеряемого колебания, при котором наблюдаются явные показания

прибора, могущие получить оценку относительно шкалы измерения.

Как видно из графика фиг. 43, амплитуда колебания индикатора,

равная одному делению шкалы, соответствует размаху измеряемого

колебания So = 0,005 мм. Эта величина и определяет собой порог

чувствительности прибора.

Точность измерения столь малых размахов колебания, конечно,

невелика. Если погрешность при измерении колебаний со средней для прибора амплитудной характеристикой составляет +5%, то

вблизи порога чувствительности она возрастает до +25%.

Ниже приводятся некоторые ориентировочные данные по виброизмерительным приборам:

Следует указать, что приведенные данные не определяют общего качества приборов, так как, помимо приведенной характеристики,

виброизмерительные приборы имеют свои эксплуатационные особен­

ности, которые являются предметом рассмотрения следующей главы.

ГЛАВА III

КОНТРОЛЬ И ИЗМЕРЕНИЕ ВИБРАЦИИ

13. Допуски на вибрацию

Работа каждой машины сопровождается в той или иной мере вибрацией. При исследовании вибрации прежде всего возникает

вопрос: какие вибрации можно считать допустимыми, а какие — вред­

ными и опасными.

При этом следует иметь в виду, что вибрация вызывает не только

пониженный коэффициент полезного действия машины, преждевре­ менный ее износ, частые ремонты и т. п. Вред вибраций также заклю­ чается и в том, что, распространяясь в окружающей среде, вибрация разрушающе действует на строения и сооружения, нарушает пока­

зания измерительных и регулирующих приборов, вызывает брак

и пониженное качество продукции, понижает производительность

труда обслуживающего персонала и нередко является причиной тяжелых профессиональных заболеваний.

Сложность решения вопроса о допусках на вибрацию машин заключается в многообразии машин и выполненных ими производ­

ственных процессов. Нельзя, например, ставить в сравнение вибра­

цию камнедробилки и координатно-расточного станка, двигателя внутреннего сгорания идф^бицы, не говоря уже о машинах, в кото­

рых сама вибрация выполняет функции полезной работы (вибро­

грохоты, вибропогружатели, вибротранспортеры и пр.).

Однако имеются и общие черты в вибрационном состоянии машин,

которые по накоплению опыта могут быть положены в основу созда­

ния норм на вибрацию машин.

Поскольку энергия колебания пропорциональна квадрату ско­ рости, а скорость пропорциональна частоте колебаний, то, очевидно, к вибрации машин, имеющей высокую частоту, следует предъявлять

более жесткие требования. Но, если принять за основу допусков

на вибрацию именно такую, квадратичную зависимость от частоты,

то мы неизбежно придем к абсурдным выводам. Так, если считать

допустимым для машины, работа которой сопровождается вибрацией

с частотой п — 10 000 кол/мин., размах колебания всего S = 0,01 мм, то для машины с частотой колебания 1000 кол/мин. следовало бы

допустить размах колебания 5 = 1 мм, а при частоте, равной

100 кол/мин., соответственно S = 100 мм. Ясно, что этого допускать

нельзя.

Вопросом о нормах вибрации занимаются многие исследователи. Большая работа в этом направлении проделана И. Л. Корчинским

[6], исследовавшим воздействие вибрации на здания и сооружения.

Вего работе имеются указания, что в ткацком производстве при

частоте 140 кол/мин. размах колебания S == 1 мм является вредным.

Впрядильном производстве при частоте колебания п = 500 кол/мин.

колебания с размахом S = 0,1 мм не являются вредными. В поме­

безусловно, вредными.

М. В. Виноградовым * исследовался вопрос воздействия вибра­

ции вагонов на организм пассажиров. Автором было установлено,

что это вибрационное воздействие зависит от амплитуды и частоты

Всвязи с физиологическим влиянием вибрации на организм обслу­ живающего персонала можно указать работы Андреевой-Галаниной,

исследовавшей вопрос воздействия на рабочего вибрации (отдачи)

пневматических инструментов.

Вкачестве примера, характеризующего влияние вибрации на тех­ нологию точного машиностроения, может служить вибрация шли­

фовального станка. При S = 0,02 мм и частоте п = 1600 кол/мин эта

вибрация не препятствует получению точности изделий по 1-му классу

ичистоты поверхности до V\7\78При наличии же высокочастотной

вибрации, создаваемой некачественными шариковыми подшипниками

(п = 30 000), вибрация с размахом 5 = 0,002 мм оказывается, безу­

словно, вредной.

Попытка некоторой систематизации вопроса о допусках на вибра­ цию машин была предпринята американским исследователем Ротбоном. Его рекомендации, приведенные на графике фиг. 45, пред­ назначены главным образом для энергетических машин: турбин,

генераторов, трубокомпрессоров, воздуходувок и пр.

Уровень вреда вибрации здесь рассматривается в зависимости

от числа пв оборотов главного вала машины. Например, если при

1000 об/мин., S = 0,1 мм вибрация является вполне допустимой, то

при 5000 об/мин. допустимым является размах колебания всего лишь

0,01 мм.

* См. сб. «Вагоны» Гострансжелдориздат, 1949.

68