6. Защита от вибрации

Вибрация, уровни которой превышают нормативные значения по

СН 2.2.4/2.1.8.566 – 96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий», оказывают вредное воздействие на организм человека. Снижение воздействия вибрации на человека возможно применением виброгасящего основания, виброизоляции, вибропоглощения. Эффективным способом борьбы с вибрацией является виброизоляция с виброгасящим основанием.

6.1. Виброизоляция рабочих мест

Виброизоляция является распространенным и эффективным способом вибрационной защиты, сущность которого состоит в уменьшении передачи вибрации от источника возбуждения защищаемому объекту при помощи устройств, помещаемых между ними. Любая система виброизоляции включает в себя три основных элемента: источник вибрации, защищаемый от вибрации объект и средство виброизоляции (виброизолятор). В качестве виброизоляторов используют материалы и устройства, обладающие высокими упругодемпфирующими свойствами: металлические пружины, резина, пневматические и гидравлические устройства, металлические листы, пластмассы, а также их различные комбинации.

Жесткость средства виброизоляции должна выбираться так, чтобы обеспечивалась возможно меньшая частота собственных колебаний и в то же время исключалась посадка подпружиненной массы на основание.

Целью расчета является определение числа виброизоляторов и их геометрических характеристик, обеспечивающих значение коэффициента передачи вибрации k_П, при котором вибрация оборудования снижается до допустимой. Этот коэффициент показывает, какая доля динамической силы, возбуждаемой машиной, передается через виброизоляторы на основание. Если пренебречь затуханием в виброизоляторах, то коэффициент передачи k_П можно рассчитать по формуле

k_П = 1/ [(f / f_О ) ² -1 ] = А_Н / А_О (6.1)

где f и f_О – соответственно частоты вынужденных и собственных колебаний, Гц;

А_Н – нормативное значение амплитуды колебаний основания, м;

А_О – амплитуда вынужденных колебаний виброизолируемого оборудования, м.

Виброизоляторы будут эффективно работать при f/f_О = 2 ¸ 4.

Расчет виброизоляции рабочего места в случае вертикальных вибраций, которые чаще всего выражены, проводится в следующей последовательности:

1. Определяется частота вынужденных колебаний f, Гц, по формуле

f = n /60, (6.2)

где n – число оборотов рабочего органа виброизолируемого оборудования, об/мин.

2. Задается f _О из условия, что f/f_О = 2 ¸ 4.

3. Определяется коэффициент передачи по формуле (6.1).

4. Определяется статическая осадка пружин Х_СТ, м, по формуле

Х_СТ = g / (2p × f_О)² , (6.3)

где g – ускорение свободного падения, м/с².

5. Определяется суммарная жесткость q_Ж, Н/м, виброизоляторов по формуле

q _Ж = (m × g) / Х_СТ , (6.4)

где m – масса машины, кг.

6. Определяется вертикальная жесткость q_Z1, Н/м, одного виброизо-

лятора по формуле

q_Z1 = q_Ж / N , (6.5)

где N – число виброизоляторов (выбирается исходя из требований обеспечения устойчивости основания машины).

7. Определяется расчетная нагрузка Р_1, Н, на одну пружину по фор

муле

Р₁ = (m × g) / N (6.6)

8. Определяются геометрические размеры и число витков пружин

ных виброизоляторов:

а) диаметр прутка пружины d, м

_____________

d = 1,6Ö k × P₁ × с / [τ], (6.7)

где с – индекс пружины, с = D/d, принимается равным от 4 до 10 (D – диаметр пружины, м, d - диаметр прутка, м);

τ – допустимое напряжение на кручение материала пружины, Н/м²,

(табл. 61);

Таблица 61

Сталь		Модуль сдвига G1, 1× 1010 Н/м2	Допустимое напряжение на кручение [t], 1×108 Н/м2 при режиме работы		Назначение
Группа	Марка
Углеро-дистая	65	8,0	Легкий Средний Тяжелый	4,2 3,5 2,8	Для пружин с относительно низкими напряжениями при диаметре прутка менее 0,008 м
Хромо-ванадиевая, закаленная в масле	50ХФА	7,85	Легкий Средний Тяжелый	5,6 5,0 4,0	Для пружин воспринимающих динамическую нагрузку при диаметре прутка более 0,125 м
Кремнистая	55С2 60С2 60С2А С3С2А	7,6	Легкий Средний Тяжелый	5,6 4,5 3,5	Для пружин, воспринимающих динамическую нагрузку при диаметре прутка более 0,001 м

k – коэффициент деформации пружины, определяется по графику рис.2;

б) диаметр пружины D, м,

D = с × d; (6.8)

в) число рабочих витков пружины i₁

i₁= (G1 × d) / ( 8 × q_Z1 × c ³) , (6.9)

где G1 – модуль сдвига, Н/м², и принимается для стали по табл. 62;

г) полное число витков пружины i_П

i_П = i₁ + i₂, (6.10)

где i₂ – нерабочее число витков пружины и принимается i₂=1,5 при i₁< 7,

i₂ = 2 при i₁ ³ 7;

д) шаг витка h, м

h = 0,25 × D; (6.11)

е) высота ненагруженной пружины H₀, м

H₀ = i_П × h + (i₂ – 0,5) × d. (6.12)

При расчете пружин, работающих на сжатие, отношение высоты нагруженной пружины к ее диаметру должно быть равно не более двух. В противном случае возникает опасность потери устойчивости виброизолированной системы.

Исходные данные для расчета виброизоляции рабочих мест по номерам вариантов приведены в табл. 62

Рис.2. Зависимость коэффициента деформации пружин k от индекса

пружины с

Таблица 62

№ ва- рианта	Марка вентилятора	Число обо- ротов n, об/мин	Масса машины m, т	Вес подвижной части машины G П.Ч., Н	Площадь фундамента FФ, м 2	Эксцент-риситет е, м
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	ВР 86-77-6,3 ВР 86-77-8 ВР 86-77-5 ВР 86-77-6,3 ВР 86-77-4 ВР 86-77-8 ВР 86-77-5 ВР 86-77-5 ВР 86-77-6,3 ВР 86-77-8	1440 960 920 960 1380 960 1420 970 975 985	0,35 0,6 0,4 0,5 0,4 0,7 0,3 0,25 0,4 0,55	1200 2500 1500 2000 1500 3000 1000 800 1300 1800	0,5 1,0 0,3 0,3 0,2 1,0 0,2 0,2 1,0 1,0	0,001 0,005 0,003 0,004 0,002 0,0015 0,0001 0,0002 0,0003 0,0005