5.5. Защита от вибрации

Выбор мероприятий защиты от вибрации основан на анализе решения уравнения колебательного процесса:

.

Снижение виброскорости можно обеспечить:

1) уменьшением возмущающей силы (F_m):

• в источнике;

• на пути ее распространения;

2) увеличением активного сопротивления объекта (коэффициента сопротивления μ);

3) увеличением пассивного сопротивления объекта:

• за счет массы объекта m (т);

• за счет жесткости объекта q.

Обеспечение уменьшения возмущающей силы в источнике достигается:

• улучшением балансировки вращающихся деталей;

• уменьшением ударных нагрузок за счет снижения зазоров в сочленениях деталей при повышении класса точности изготовления;

• заменой возвратно-поступательного движения на вращательное в кинематике механизма;

• использованием в редукторах шестерней со специальными видами зацепления (шевронным, червячным и др.);

• применением подшипников скольжения вместо подшипников качения;

• заменой рабочих процессов с динамическими нагрузками на безударные (ковку на прессование, клепку на сварку и т.п.).

Снижение возмущающего воздействия на пути его распространения достигается виброизоляцией.

Виброизоляция

Виброизоляция – это уменьшение передачи колебаний от источника возмущения защищаемому объекту за счет упругой связи, помещаемой между ними.

На рисунке 81 представлена схема виброизоляции. Эффективность виброизоляции определяется коэффициентом передачи:

_,

где F_m0 , F_mН – возмущающая сила, действующая на защищаемый объект, и возмущающая сила источника.

При незначительном трении в системе КП можно представить зависимостью

_,

где f и f₀ – соответственно частота возмущающей силы и силы, действующей на объект. На рис. 82 представлена зависимость КП от соотношения частот f и f₀.

а)

б)

Рис. 81. Схемы виброизоляции (а) и пружинно-резинового амортизатора (б)

Рис. 82. Зависимость коэффициента передачи от соотношения ω/ω0

Из графика следует:

• при f = f₀ имеет место резонанс и происходит резкое возрастание КП, виброизоляция неэффективна;

• при f < f₀ КП убывает до величины КП = 1, т.е. виброизоляция не работает, и возмущающая сила целиком передается на объект защиты;

• при f > f₀ КП убывает до соотношения , виброизоляция неэффективна, т.к. КП> 1.

Эффективной виброизоляция становится при f / f₀ = 3–4.

Для оценки виброизоляции используется зависимость

а) б)

Рис. 83. Виброизолирующие опоры: а – пружинные; б – резиновые

_.

Основой виброизоляции служат виброизоляторы: пружинные и резиновые (рис. 83). Пружинные виброизоляторы длительно сохраняют упругие свойства, пригодны для широкого диапазона частот, стойкие к воздействию масел, температур. Резиновые виброизоляторы обеспечивают большие внутренние потери, что важно для снижения высоких частот колебаний.

Вибродемпфирование

Вибродемпфирование – это уменьшение уровня вибрации объекта за счет превращения механической энергии колебаний в тепловую энергию.

Вибродемпфирование достигается использованием в защищаемом объекте материалов с большим внутренним коэффициентом трения μ. Такими материалами являются сплавы Cu–Ni, Ni–Со, магниевые сплавы, пластмассы, резины, текстолит, специальные мастики и др.

Практически вибродемпфирование осуществляется нанесением на вибрирующие поверхности слоя материала с большими внутренними потерями, использованием поверхностного трения при вибрации двух скрепленных пластин. Колебательная энергия переходит в тепловую энергию при деформации покрытия или при трении скрепленных поверхностей.

Использование жестких демпфирующих материалов эффективно при низких частотах вибрации, а мягких при высоких частотах. Лучший эффект вибродемпфирования достигается, когда протяженность демпфирующего слоя соизмерима с длиной волны изгиба, а толщина покрытий равна 2–3 толщины элемента конструкции.

Виброгашение

Виброгашение – это уменьшение вибрации за счет увеличения реактивной составляющей механического сопротивления системы (импеданса).

Рис. 84. Установка агрегата на виброгасящий фундамент

Виброгашение может быть достигнуто:

• увеличением массы объекта (инерционной составляющей импеданса mω);

• увеличением жесткости объекта (упругой составляющей импеданса q/ω);

• использованием динамических виброгасителей.

Рис. 85. Схема динамического виброгасителя

Увеличение массы объекта (m) достигается постановкой объекта вибрации на массивный фундамент (рис. 84). Метод эффективен при частоте возмущающей силы (f) значительно выше собственной частоты объекта (f₀) т.е. f >> f₀. Увеличение жесткости объекта снижает уровень вибрации, когда f << f₀, т.е. частота возмущающей силы значительно ниже собственной частоты объекта.

Динамическое гашение осуществляется путем установки дополнительной колебательной системы на защищаемый объект. Наибольший эффект динамического гашения обеспечивается при f = f₀, т.е. когда собственная частота объекта совпадает с частотой виброгасителя (f₀). Это условие обеспечивается при

Уменьшение вибрации защищаемого объекта достигается за счет колебаний гасителя в направлении, противоположном колебаниям защищаемого объекта (рис. 85).