Расчет виброизолирующих оснований
1. Общие сведения
Виброизолирующей называют такую систему, в которой между объектом, защищаемым от вибрации, например, плита междуэтажного перекрытия (рис.1), человек (рис.2), фундамент (рис.3) или прибор, и объектом, являющимися источником вибрации (машина, станок, пол рабочего помещения, отдельный узел машины и др.), заключен упругий элемент — виброизолятор (рис.4).
|
|
Рис.1. Установка вентилятора на виброизолирующее основание. |
Рис.2.Устройство виброизоляции рабочего места. |
В практике могут быть случаи, когда в результате неправильно сконструированного виброизолятора человек-оператор (ткач, токарь, рабочий любой другой профессии) начинает чувствовать себя хуже, чем без виброизолирующей системы. Это связано с тем, что желаемого снижения виброскорости и виброускорения не произошло, а лишь увеличилась амплитуда колебаний станка или машины.
|
|
Рис.3. Устройство виброизоляции станков: 1- основание виброизолятора; 2- круговые опорные выступы; 3- ребро жесткости; 4- верхняя крышка; 5- упругий резиновый элемент; 6- гидравлический демпфер; 7- регулятор высоты; 8- станина устанавливаемого станка
|
Рис.4. Виброизолирующие опоры: а – пружинные; б – резиновые виброизоляторы
|
В настоящее время все более широкое распространение находят резиновые амортизаторы в форме сплошных и полых цилиндров, плит различной толщины и конфигурации, причем резина может быть сплошной, губчатой, ребристой, дырчатой; применяется новый вид виброизолятора - спресованные металлические волокна, которые за свои резиноподобные свойства названы металлорезиной. Этот материал обладает преимуществами металла (долговечность, прочность, теплостойкость) и резины (упругость). Другой разновидностью металлорезиновых амортизаторов являются виброизоляторы, представляющие собой сочетание стальных пружин с резиной.
Условия труда еще более могут ухудшиться, если в результате применения амортизатора система начнет колебаться с резонансной частотой отдельных органов тела человека (от 3 до 10 Гц). При резонансе амплитуда вынужденных колебаний с течением времени начинает возрастать неограниченно. Это может привести к предаварийной и аварийной ситуации - разрушению машины и поддерживающих ее конструкций.
Применение правильно выбранного виброизолятора должно привести к уменьшению частоты собственных колебаний С, и если выполняется условие В >>С, то амплитуда вынужденных колебаний уменьшается, стремясь в пределе к нулю.
Для того, чтобы
сила, передаваемая от машины на
перекрытие, была меньше возмущающей
силы, необходимо соблюдение следующего
условия:
.
Коэффициент передачи определяет отношение амплитуды силы, воспринимаемой основанием, к амплитуде возмущающего воздействия (рис.5). Коэффициент передачи тем меньше, чем больше масса машины и меньше жесткость виброизоляторов. Если колебания машины возбуждаются несколькими источниками, то эффект от установки машины на виброизоляторы следует определять по сравнению с возмущающей силой наименьшей частоты, причем если возбуждающая сила состоит из суммы гармоник, то коэффициент передачи следует подсчитывать для каждой из них.
|
Рис.5. Логарифмический график зависимости коэффициента передачи системы с одной степенью свободы от соотношения частот вынужденных колебаний f (Гц) и собственной частоты системы виброизоляции fz (Гц) в зависимости от величины относительного демпфирования . |
Одним из основных требований, предъявляемых к параметрам упругих опор и их размещению под машиной, является требование независимости (несвязанности) колебаний по всем направлениям, т.е. когда возбуждение по одной из координат не вызывает колебания по другой. Колебания машины будут несвязанными, если выполняются следующие условия:
1) все четыре упругих элемента имеют одинаковые жесткости;
2) система четырех упругих элементов имеет главный центр жесткости, т.е. упругие элементы располагаются в одной плоскости и имеют две перпендикулярные плоскости симметрии;
3) главные оси жесткости упругих элементов совпадают с главными центральными осями инерции машины, т.е. все линейно-поворотные и все гироскопические жесткости равны нулю.
Итак, при положительном эффекте от виброизоляции, снижая величину сил, передаваемых машиной на основание, мы получаем некоторое увеличение амплитуды колебаний машины.
Следовательно, для решения вопроса о возможности применения виброизоляторов для тех или иных машин, необходимо исследовать:
1) характер изменения во времени динамических нагрузок, передаваемых машинами на основание и их величины, а также частотный спектр;
2) амплитуды колебаний отдельных узлов машины на виброизоляторах, частоты связанных или независимых колебаний, коэффициент затухания колебаний и др.;
3) амплитуды колебаний всей машины на виброизоляторах и влияние этих колебаний на технологический процесс, надежность и долговечность работы механизмов и деталей.