Основные подходы к защите от виброакустических факторов при проектировании приборной техники.

Пути уменьшения шума механического происхождения:

Чтобы избежать возникновения интенсивных вибраций в зоне действия динамических сил, нужно всемерно уменьшать колебательные ускорения движущихся деталей и рабочих органов оборудования, т. е. по возможности увеличивать равномерность их движения. С этой целью рекомендуется:

а) заменять ударные процессы безударными;

б) заменять возвратно поступательное движение деталей равномерным вращательным;

в) применять взамен прямозубых косозубые шестерни, червячные передачи, а также по возможности заменять зубчатые передачи клиноременными;

г) в технических условиях на оборудование предусматривать тщательную статическую и динамическую балансировку движущихся деталей;

д) добиваться максимального сокращения допусков при изготовлении и сборке деталей агрегата, чтобы уменьшить люфты в сочленениях, а значит и энергию соударений;

е) широко применять принудительную смазку трущихся поверхностей в сочленениях для предотвращения их износа и возникновения шума от трения;

ж) в тех случаях, когда основным источником шума машины является шум подшипников, применять вместо подшипников качения подшипники скольжения (эта мера целесообразна главным образом в оборудовании, к которому предъявляются повышенные требования в части создаваемого им шума: электродвигатели магнитофонов, вентиляторы, обслуживающие особо тихие помещения, и т. п.).

Значительного ослабления шума можно добиться, принимая меры, предотвращающие или затрудняющие распространение вибраций от их источника к наружным поверхностям оборудования. Распространение этих вибраций происходит контактным путем по телу детали, а также за счет изгибных и продольных колебаний. В данном случае наиболее целесообразно использовать методы вибропоглощения и виброизоляции.

Основные рекомендации сводятся к следующему:

а) применять для изготовления деталей, по которым распространяются вибрации и корпусные шумы, незвучные материалы, например чугун, сплавы с присадками, увеличивающими декремент затухания металла, пластмассы, стеклопластики и другие подобные материалы;

б) облицовывать наружные поверхности вибрирующих деталей или заполнять специально предусмотренные в них внутренние полости вибропоглощающими (вибродемпфирующими) материалами: специальными пластмассами, свинцом, волокнистыми материалами на битумной основе; различными мастиками, выпускаемыми для этой цели, и т. п.;

в) в кинематических цепях предусматривать промежуточные звенья, вносящие большое затухание при передаче вибраций: шестерни из капрона, текстолита, резины;

г) широко использовать виброизолирующие прокладки, например резиновые манжеты на обоймах подшипников, ослабляющие передачу вибраций от вала к станине машины, резиновые сайлент-блоки в сочленениях и т. п.;

д) использовать для передачи усилий эластичные муфты, пружины, упругие прокладки и другие устройства, выполняющие роль механических фильтров, через которые не могут проникать колебания звуковой частоты.

Уменьшение шума, излучаемого вибрирующими наружными поверхностями агрегатов, достигается двумя основными путями: ослаблением вибраций этих поверхностей и уменьшением сопротивления излучения. С этой целью рекомендуется:

а) большие поверхности корпуса агрегатов, крышек, щитов покрывать вибропоглощающими материалами, а при возможности изготавливать их из стеклопластиков и других незвучных материалов;

б) чтобы устранить дребезжание в местах прилегания щитов и крышек к станине агрегата, применять упругие, например, резиновые прокладки;

в) виброизолировать ограждающие конструкции агрегата от соприкасающихся с ними или проходящих сквозь них вибрирующих деталей с небольшой поверхностью;

г) не допускать совпадения частот собственных колебаний ограждающих конструкций с основной частотой возмущающей силы и ее гармониками; в этих случаях необходимо либо несколько изменить число оборотов основного двигателя, либо изменить колебательные характеристики ограждающих конструкций надлежащим выбором веса или жесткости конструкции;

д) уменьшать сопротивление излучения поверхности, создавая возможность циркуляции воздуха вокруг излучателя: перфорировать поверхность (перфорированием поверхности стола высокочастотного вибростенда удается резко ослабить излучаемую им акустическую мощность), заменять сплошные ограждения решетчатыми.

Чтобы уменьшить шум аэродинамической природы в источнике, приходится максимально ограничивать скорость обтекания деталей агрегата воздушными и газовыми струями и принимать меры, уменьшающие вихреобразование в струях (выбирать рациональные профили обтекаемых струей тел, применять на поворотах спрямляющие поток лопатки и т. п.).

Если устранить источник интенсивного аэродинамического шума невозможно, необходимо канал, ведущий от источника наружу агрегата или машины, снабдить глушителем шума (устройство глушителей шума на всасывании компрессоров, на выхлопе двигателей внутреннего сгорания и пневмоинструмента).

Если перечисленные выше меры шумоглушения в источнике недостаточны или их осуществление сталкивается с большими техническими трудностями, снижение шума до допустимых значений должно осуществляться средствами звуко- и виброизоляции. С этой целью следует:

а) шумные узлы агрегата (редукторы, двигатели) заключать в герметичные звукоизолирующие кожухи;

б) машины, излучающие шум всей своей поверхностью, снабжать специальными звукоизолирующими кожухами, закрывающими агрегат целиком, с выводом наружу органов управления и контрольных приборов, а еще лучше переводить агрегат на дистанционное управление;

в) звукоизолирующие кожухи и капоты снабжать виброизолирующими прокладками по всему периметру прилегания их к полу и избегать жестких контактов между агрегатом и кожухом;

г) обязательно облицовывать внутренние поверхности кожухов звукопоглощающими материалами;

д) необходимые отверстия в кожухах снабжать простейшими глушителями в виде трубки, облицованной внутри звукопоглощающим материалом;

е) если шумы аэродинамического происхождения весьма интенсивны, снабжать агрегаты глушителями шума, располагаемыми внутри звукоизолирующего кожуха либо за его пределами (устройство глушителей шума во всасывающих и выхлопных воздуховодах вентиляционных систем).

Чтобы предотвратить распространение шума по корпусным конструкциям, рекомендуется устанавливать шумящий агрегат на вибро- и звукоизолирующих основаниях, например, монтировать вентилятор с электродвигателем на относительно массивной плите, установленной на амортизаторах. В ответственных случаях можно применять подвесную систему монтажа вибрирующих агрегатов: оборудование жестко монтируется на массивной плите, которая подвешивается на пружинах, играющих роль упругих элементов. Устанавливая оборудование на виброизолированные основания, необходимо исключить жесткие контакты амортизированного агрегата с внешними коммуникациями.

Классификация конструктивных схем виброизоляции

Для виброизоляции агрегата необходимо его установить на виброизоляторы и изолировать подходящие к нему коммуникации. Применяют однозвенную, двухзвенную, а иногда и трехзвенную схему виброизоляции.

Между агрегатом и виброизоляторами часто располагают массивную плиту или жесткую опорную раму.

Поддерживающую конструкцию, на которую опирается виброизолированная машина, для краткости называют фундаментом. Это может быть плита перекрытия, железобетонный блок, балки и т.д.

Виброизолирующие элементы могут быть представлены: а) в виде отдельных опор: − пружинные виброизоляторы, основным рабочим элементом которых являются одна или несколько стальных винтовых пружин; − упругие прокладки, нередко имеющие сложную форму; б) в виде слоя упругого материала, укладываемого между машиной и фундаментом;

Критерий виброизоляции

Расчет виброизолирующих конструкций состоит в выборе и расчете виброизоляторов и других элементов, из которых они состоят, а также в расчете виброизоляции.

Наиболее важная характеристика виброизолированной установки - частота ее собственных колебаний (резонансная частота виброизолирующего основания).

Только на частотах f, значительно больших f₀, виброизоляторы снижают колебания фундамента. Поэтому их подбирают так, чтобы резонансная частота f₀ лежала ниже диапазона частот, в котором необходимо снижение данных колебаний. Следовательно, виброизоляторы должны иметь достаточно низкую жесткость.

Двухзвенная схема виброизоляции обладает большей эффективностью по сравнению с однозвенной. Но в отличие от однозвенной схемы, здесь две резонансные частоты, так что диапазон частот, в котором виброизоляция отрицательна, расширяется.

Проектирование виброизолирующих конструкций сводится к выбору конструктивной схемы виброизоляции, подбору типа и параметров виброизоляторов по известной номенклатуре, выбору конструкции пола на упругом основании (если он требуется), расчету эффективности принятой конструкции (виброизоляции).

Все рассмотренные виброизолирующие конструкции снижают передаваемую на фундамент вибрацию только на частотах, превышающих основную частоту собственных вертикальных колебаний (резонансную частоту) системы, состоящей их машины, установленной на виброизолирующем основании.

Если жесткость неопорных связей (трубопроводов, гибких вставок и т.д.) не более половины жесткости виброизоляторов, то могут быть выбраны виброизоляторы и спроектирована виброизолирующая конструкция. В противном случае необходимо учитывать жесткость неопорных связей – выбор виброизоляторов и самой виброизолирующей конструкции становится более сложным.

При виброизоляции машин с рабочими частотами менее 18...20 Гц следует применять пружинные виброизоляторы. При больших рабочих частотах можно использовать как пружинные виброизоляторы, так и упругие прокладки. Пружинные виброизоляторы, обладая меньшей частотой, обеспечивают большую виброизоляцию на низких частотах, чем другие виды виброизоляторов из эластичных материалов. Однако последние на средних и высоких частотах более эффективны, поскольку волновые резонансные явления, ухудшающие виброизоляцию, в них наступают на более высоких частотах, чем в пружинах и, кроме того, менее выражены из-за существенно больших внутренних потерь энергии.

Из-за указанных явлений виброизоляция пружинами на средних и высоких частотах падает и весьма невелика. Некоторое увеличение ее достигается при установке резиновых прокладок между пружинами и фундаментом. На больших частотах дополнительная виброизоляция растет с частотой и становится тем выше, чем больше коэффициент потерь, толщина и коэффициент формы прокладки. Поэтому их следует изготовлять из перфорированной, а не сплошной резины, как это обычно делают.

Вопреки распространенному мнению, тонкие резиновые прокладки не устраняют основного недостатка пружинных виброизоляторов - низкую виброизоляцию на средних и высоких частотах.

Виброизоляторы располагают так, чтобы их центр жесткости находился на одной вертикали с центром масс виброизолированной установки; при этом виброизоляторы должны иметь одинаковую осадку.

46