7.6. Виброзащита машин

Колебания (вибрации) в машине, как правило, бывают нежелательными, так как из-за возникающих при этом дополнительных динамических нагрузок снижаются надежность деталей, подшипников и других узлов, возникает шум, вредно влияющий на человека, может нарушиться выполнение технологических процессов в рамках установленных параметров.

Если не удается уравновесить и сбалансировать отдельные звенья и механизм в целом, то используют виброзащиту механизма от возникающих при его работе переменных динамических нагрузок.

Основными способами снижения вибрации механизма являются:

- применение демпферов (устройств, предназначенных для увеличения сил сопротивлению колебаниям, зависящих от амплитуд и скорости колебаний); однако этот способ не всегда эффективен и не приводит к желаемым результатам;

- применение виброзащитных систем, гасящих динамические воздействия на машину путем воздействия дополнительными динамическими нагрузками.

В соответствии с этим существуют два основных способа виброзащиты: виброгашение и виброизоляция.

Виброгашение достигается тем, что к машине присоединяются дополнительные колебательные системы – динамические виброгасители (рис. 7.6).

В общем виде динамический виброгаситель состоит из виброзащищаемого объекта 1, обладающего массой m₁ и принудительно колеблющейся массы 2 величиной m₂, соединенных упругими связями (пружинами): между собой – с жесткостью С₂ , между защищаемой массой и рамой машины или фундаментом – с жесткостью С₁.

Рис. 7.6. Принципиальная схема динамического виброгасителя.

Как правило <. Соотношения и,иподбираются такими, чтобы собственная частота колебаний виброгасителя была равна частоте вынуждающей внешней силы, гдер – частота. При этом виброгаситель должен быть настроен на частоту вынуждающей внешней силы.

Закон гармонических колебаний имеет вид . При этом период колебания, частота колебаний, где начальная фаза, круговая частота.

На тело массой m, колеблющееся по гармоническому закону, пусть действуют две силы:

- восстанавливающая со стороны пружины

,

- возмущающая сила (сила инерции, например)

или .

Так как система находится в равновесии, то , или

(7.20)

Здесь круговая (угловая) частота свободных гармонических колебаний системы

.

При действии на массу внешней возникающей силы, описываемой законом , уравнение (6.20) будет иметь вид

.

Уравнение движения двухмассовой системы (при возмущающей силе, действующей на массу , и равной) имеет вид

,

где и- координаты, отсчитываемые от положения статического равновесия;

и - коэффициенты жесткости пружины.

Для виброгашения массы используют явлениеантирезонанса, заставляя колебаться в противофазе к защищаемой массе. Для этого определяют величиныииз условия.

Недостатком способа является то, что виброгаситель действует только при неизменной частоте колебаний защищаемого объекта. Изменение его частоты резко увеличивает вибрацию и требует новой настройки виброгасителя.

Чувствительность виброгасителя к изменению частоты защищаемого объекта будет не так велика, если виброизоляторы обладают значительным трением путем введения в систему демпферов (амортизаторов).

Виброизолятор состоит из упругого элемента и амортизатора (рис. 7.7.)

Рис. 6.7. Принципиальная схема виброизолятора.

Виброизолятор имеет коэффициент демпфирования .

Уравнение движения колеблющейся системы имеет вид:

, (7.21)

где Q – обобщенная реакция амортизатора.

Решая уравнение (7.21) движения системы, находят величину Q, а по ней подбирают амортизатор с нужной характеристикой.