ВВЕДЕНИЕ

На современном этапе развития производства все большую социальную и гигиеническую значимость приобретает борьба с вибрацией, неблагоприятно воздействующей на организм человека. Это вызвано тем, что улучшение технико-экономических показателей машин и технологического оборудования осуществляется за счет увеличения мощностей и рабочих скоростей при одновременном снижении их материалоемкости, что сопровождается нежелательным побочным эффектом — усилением вибрации.

Воздействие вибрации на организм человека приводит не только к преждевременному утомлению, снижению производительности труда, но и во многих случаях к развитию профессиональной и росту общей заболеваемости. В связи с этим большое значение имеет обеспечение вибробезопасных условий труда.

1. Физические характеристики вибрации

Вибрация — это малые механические колебания, возникающие в упругих телах или телах, находящихся под воздействием переменного физического поля. Вибрация по физической природе аналогична шуму.

Вибрация представляет собой кинетическую энергию, передаваемую машине или человеку. Причинами ее возникновения являются неуравновешенные силовые воздействия, источниками которых служат:

• возвратно-поступательные движущиеся системы (кривошипношатунные механизмы, вибротрамбовки и др.);

• неуравновешенные вращающиеся массы (например ручные электрические шлифовальные машины).

В отдельных случаях вибрации могут создаваться также ударами деталей (зубчатые передачи, подшипниковые узлы).

Неуравновешенные силы появляются в результате дисбаланса, причиной которого может быть неоднородность материала вращающегося тела, несовпадение центра массы тела и оси вращения и др.

Основными понятиями теории вибрации являются:

1. вибрационные параметры:

• виброперемещение, мм

• виброскорость, м/сек.;

• виброускорение, м/сек²;

2. механический импеданс, Н сек/м;

3. собственная частота, Гц.

Х, мм

, сек.

Рис. 1. Гармонические колебания

Вибрации, встречающиеся в технике, как правило, имеют характер, близкий к гармоническому (рис. 1), а имеющие место в ряде случаев периодические процессы можно легко представить как наложение гармонических колебаний, т.е. колебаний, при которых колеблющаяся величина изменяется по закону синуса (косинуса).

Для гармонических колебаний виброперемещение х – величина отклонения колеблющейся точки от положения равновесия, определяется по формуле:

x=x_Т sin(wt +φ)

где x_Т — амплитуда виброперемещения, мм;

φ — начальная фаза колебаний в момент времени t= 0;

w = 2πƒ — круговая частота, Гц ;

ƒ — частота колебаний, Гц.

Виброскорость (v) и виброускорение (a) являются соответственно

первой и второй производной по времени от виброперемещения, в связи

с чем определяются из следующих соотношений:

v =w x_Т cos (wt + φ)= v_Т cos(wt +φ); м/с

a = w² x_Т sin(wt +φ)=a _Т sin(wt +φ), м/с²

где v_Т , a _Т — максимальные значения соответственно виброскорости и

виброускорения колеблющейся точки.

Абсолютные значения параметров, характеризующих вибрацию, изменяются в очень широких пределах, поэтому в практике используется понятие уровня параметров.

Уровни виброскорости (L v) и виброускорения (L_a) в децибелах определяются по формулам:

где vи a — соответственно средние квадратичные значения виброскорости (м/с) и виброускорения (м/с²);

(1)

(2)

v₀ =5∙10 ^{- 8} м/с — нижний порог восприятия человеком виброскорости,;

a₀ =1∙10 ^{- 6} м/с² — нижний порог восприятия виброускорения.

Механический импеданс – комплексное сопротивление вибрирующей системы Z, зависящей от силы инерции, трения и упругости.

Механический импеданс (Z) определяется как отношение вынуждающей силы (F, Н), приложенной к системе, к результирующей колебательной скорости (v, м/сек.) в точке приложения силы

(3)

Н сек/м

Собственная частота — это частота свободных колебаний системы, т.е. колебаний без переменного внешнего воздействия и поступления энергии.

Т,сек.

Х , мм

М

К

Рис. 2. Собственная частота колебаний

Собственная частота колебаний системы (ƒ_0, Гц); представленной на рис. 2, определяется по формуле:

(4)

где К — жесткость пружины, кг/см;

М — масса груза, кг.

При совпадении собственной частоты колебаний системы и частоты вынужденных колебаний возникает явление резонанса, приводящее к резкому увеличению амплитуды колебаний, что может привести к разрушению оборудования или конструкций.