Причины и источники вибрации

В качестве основных параметров, характеризующих вибрации, принимаются: вибросмещение S, мкм; виброскорость V, м/с; виб-Р°Ускорение а, м/с². Достаточно часто для анализа вибрационных процессов в качестве измеряемой величины используют эффектив-ное значение виброскорости V_эфф

Рис. 5.29. Причины и источники вибрации механического происхождения

Точность измерения вибрации во многом зависит от измерительной аппаратуры, выбора точек измерения, условий измерений и др. В большинстве случаев вибрационные характеристики можно измерять с помощью аппаратуры, предназначенной для измерения акустических характеристик, заменив микрофон электродинамическим, индукционным или пьезоэлектрическим датчиком.

Пьезоэлектрические датчики (акселерометры) получили широкое распространение в технике и мониторинге вибрационного загрязнения окружающей среды. Следует заметить, что конструктивное исполнение современных акселерометров чрезвычайно разнообразно. Они имеют различные массогабаритные показатели, способы закрепления, собственные частоты, чувствительности и т.д. Для снижения погрешности измерения виброизмерительные датчики необходимо жестко крепить в точке измерения, причем масса вибропреобразователя (датчика) не должна превышать 5% массы испытуемого изделия.

Вибропреобразователи преобразуют механические колебания в электрические сигналы. Эти сигналы поступают в приборы, которые позволяют получать как интегральные характеристики (вибросмещение S, мкм; виброскорость V, м/с; виброускорение а, м/с²), так и спектральные составляющие.

Рис. 5.30. Технологические погрешности подшипников

Основными источниками возникновения механических вибраций машин и механизмов являются подшипниковые узлы и неуравновешенность вращающихся частей (рис. 5.29). Вибрации, возникающие в подшипниковых узлах, обусловлены циклическим характером изменения жесткости тел качения подшипников. Цик-' личность изменения жесткости обусловлена технологическими погрешностями изготовления и сборки машин и механизмов. Центробежные силы, вызванные неуравновешенностью вращающихся масс, действуют на подшипники. В результате действия динамических сил возникают вибрации в поперечной плоскости. В процессе работы тела качения находятся в разных условиях нагружения. Периодические деформации шариков или роликов при перекатывании вызывают затухающие колебания в кольцах и в сепараторе подшипников. Эти колебания передаются от подшипников к сопряженным с ними деталям. Не следует забывать о возможности возникновения Резонансных явлений, в результате которых значительно увеличиваются амплитуды колебаний. Резонанс приводит к быстрому изно-су или разрушению подшипников.

На рис. 5.30 перечислены основные технологические погрешнос-ти вызывающие повышенные вибрации подшипниковых узлов. От-клонения размеров и форм деталей в подшипниковых узлах ведут к

возникновению низкочастотных составляющих вибрации. Частоты, на которых проявляются вибрации, обусловленные различными технологическими отклонениями, можно достаточно легко рассчитать, используя геометрические параметры подшипников. Например: • разностепенность колец вызывает вибрации с частотой

где п — частота вращения вала, об/мин;

• овальность внутренних колец является источником вибрации с двойной частотой вращения:

В табл. 5.20 приведены аналитические выражения, позволяющие рассчитать частоты вибрации других частей подшипника, вызванной различными конструктивно-технологическими причинами. Увеличение габаритных размеров подшипников ведет к увеличению вибрации.

Таблица 5.20

Большое влияние на характер колебательных (вибрационных) процессов оказывает остаточная неуравновешенность вращающихся частей. Под действием остаточной неуравновешенности и при наличии радиального зазора вал прецессирует, и в результате возникают ударные взаимодействия вала с телами качения. Характер движения шейки вала определяется коэффициентом неуравновешенности

где Р — динамическая нагрузка на подшипник от неуравновешенных сил инерции; Q — статическая нагрузка, причем Q = т_пс; т_пс — масса подвижной системы.

Неуравновешенность вращающихся частей Δ _т пропорциональна массе уравновешивающих грузов m_до6 и радиусу их установки r. Для удобства сравнения различных вращающихся деталей (роторов) вводят понятие относительной неуравновешенности е:

где m_p — масса ротора.

Проведем анализ вибрационных процессов при наличии дисбаланса вращающихся частей на примере электрической машины (ЭМ), закрепленной на упругом основании. Уравнение собственных колебаний ЭМ (электродвигателя) в вертикальной плоскости имеет вид

где т_Д — масса электродвигателя; k — жесткость упругого элемента; x — радиальное смещение.

Собственная частота ЭМ определяется из уравнения

Центробежная сила Р_ц при вращении ротора со статическим дисбалансом определяется из уравнения

Согласно требованиям ГОСТ собственная частота ЭМ, установленной на упругом основании не превышает 3 Гц. Тогда

Продифференцировав полученное выражение, найдем значение эффективной виброскорости V_эфф, мм/с, в любой точке корпуса ЭМ:

При чисто динамическом дисбалансе

где о) = 2 πn /60 — угловая частота; т_р —. масса ротора; I — момент инерции относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести и перпендикулярной оси вращения; l — расстояние между балансировочными осями (оси или плоскости, на которых устанавливаются балансировочные грузы); L₁ — расстояние между подшипниками.

Радиальная (вертикальная) составляющая центробежной силы

Рис. 5. 31. Амортизирующие устройства

Для инженерных расчетов и экспертных оценок можно пользоваться аналитическим выражением

Значение радиального смещения x электрической машины относительно центра тяжести определяется из дифференциального уравнения движения:

где L — длина однородного цилиндра, которым заменяется ЭМ; D_l — внешний диаметр пакета (магнитопровода) статора.

Подавляющее большинство машин и механизмов устанавливают на специальные амортизирующие устройства, которые позволяют устранить непосредственный контакт машин и механизмов с окружающими конструкциями (рис..5.31).

Во многих случаях эффективность снижения вибрации, передаваемой от машин и механизмов окружающим конструкциях, достигается применением антивибраторов. Антивибраторы представляют собой стержни с дисками (грузами), перемещением которых достигают точной настройки антивибраторов на нужную частоту.

Дата добавления: 2015-06-28