5.9.Колебания и основы виброзащиты

Работа современных быстроходных и тяжело нагруженных машин сопряжена с колебаниями и вибрациями. Колебания в машинах могут быть полезными или вредными. Действие некоторых машин основано на эффекте колебаний (вибрационные транспортеры, виброударные машины и т.п.) В большинстве же случаев колебания являются нежелательными, так как снижают надежность машины, вызывают шум и оказывают вредное влияние на организм человека. Колебаниями механической системы (в частности, машины или механизма) называют движение системы, при котором хотя бы одна из обобщённых координат или их производных, поочерёдно возрастает и убывает во времени. Различают свободные колебания, происходящие без переменного внешнего воздействия и поступления энергии извне, и вынужденные, вызванные и поддерживаемые переменной во времени внешней силой.

Колебания называются периодическими, если состояние механической системы (положения, скорости и ускорения) повторяются через равные промежутки времени, наименьшей из которых называются периодом колебания. Число периодов в единицу времени называется частотой. При свободных колебаниях частота зависит только от собственных свойств системы (но не от сил) и поэтому называется собственной частотой. Простейшим видом периодических колебаний являются гармонические колебания, при которых обобщенная координата прямо пропорциональна синусу от аргумента, линейно зависимого от времени.

Колебания системы с одной степенью свободы описываются одним дифференциальным уравнением второго порядка колебательного типа. При совпадении частоты возмущающей силы с собственной частотой системы наступает явление резонанса, состоящее в значительном увеличении амплитуды колебаний.

Частоту возмущающей силы, ведущей к возникновению резонанса, называют резонансной или критической. Снизить уровень колебаний удаётся путём уменьшения амплитуд, частот и сил, действующих в колебательных системах за счет рационального выбора их параметров или применением демпферов - устройств для увеличения сил сопротивления, зависящих от скоростей. Если выбор параметров системы или демпфирование не снимает уровень колебаний, то применяют виброзащитные системы – дополнительные устройства для защиты от вибрации.

Различают два способа виброзащиты: виброгашение и виброизоляция.

Виброгашение основано на присоединении к машине дополнительных колебательных систем – динамических виброгасителей, которые создают динамические воздействия, уменьшающие интенсивность колебаний. Виброизоляция состоит в установке специального устройства – виброизолятора, предназначенного для уменьшения динамической составляющей реакции, передаваемой на фундамент, между машиной, являющейся источником возбуждения колебания, и фундаментом – защищаемым объектом.

Снизить виброактивность машины часто удаётся путём уравновешивания сил инерции (масс) отдельных звеньев или всего механизма в целом (см. предыдущую тему)

.