Характеристика вибраций

Под вибрацией понимают механические колебания тела вокруг положения равновесия при относительно малой амплитуде и не слишком низкой частоте. Вибрация характеризуется амплитудой колебания и частотой. На практике вибрация представляет собой сложное колебание с рядом частотных составляющих. Первая составляющая вибрации называется основной гармоникой, последующие составляющие — высшими гармониками. Совокупность гармонических составляющих, расположенных в порядке возрастания частоты, называется частотным спектром.
Вибрации оцениваются параметрами виброперемещения (м, мкм), виброскорости (м/с) и виброускорения (м/с2, g).
Выбор параметра для описания колебательного процесса обусловлен особенностями вибрирующего объекта.
Низкочастотные (до 1 кГц) вибрации изделия, обычно, оцениваются параметром виброперемещения.
Если вибрация изделия имеет широкий спектр частот, используется параметр виброускорения, при котором более подчеркиваются высокочастотные составляющие (рис. 3).
Для количественной оценки вибраций применяются различные величины (рис. 4).

Рис. 3. Частотные характеристики параметров вибрации: 1 — виброускорение, а\ 2 — виброскорость, v = = a/2nf\ 3 — виброперемещение, 1 = а/4п2/2.

Рис. 4. Значения параметров вибрации: 1 — двойная амплитуда (размах); 2— пиковое значение; 3 — среднеквадратическос значение.

Двойная амплитуда соответствует размаху колебаний и применяется, когда важно оценить смещение элемента и возникающие при этом механические напряжения. Пиковое значение вибрации используется при кратковременных ударах. Среднеквадратическое значение является наиболее важным, поскольку оно связано с энергией, определяющей разрушительную способность колебания.
Также как и при измерении звуковых характеристик, п виброметрии величины выражаются либо в абсолютных значениях, либо в децибелах.
Уровни вибрации зависят не только от возбуждающей силы, но во многом от упругих свойств механической системы и степени совпадения частоты возбуждающей силы с собственными частотами системы, т.е. ог резонансов.
Собственной частотой,/q, механической системы называется такая частота, при которой свободно колеблется материальное тело, будучи кратковременно выведено из положения равновесия.

Реальные механические системы имеют густой спектр собственных частот, когда, помимо основной гармонической частоты, имеются кратные ей, а также собственные частоты отдельных элементов данной конструкции.
При воздействии на механическую систему внешней периодической силы возникают вынужденные колебания на частоте/изменения внешней силы. Амплитуда вынужденных колебаний значительно возрастает. Это явление называется резонансом. Фактически, и при резонансе амплитуда вибрации имеет конечное значение вследствие демпфирования, связанного с рассеянием энергии в материале конструкции. Для ухода из области резонанса необходимо, чтобы/более чем в 2 раза превышала частоту собственных колебаний/).
Из-за того, что как собственные частоты, так и частоты вынужденных колебаний характеризуются довольно плотными спектрами, их взаимная расстройка является довольно сложной задачей.
Ограничение распространения вибраций достигается за счет применения виброизоляции, заключающейся в отделении источника вибрации от прочих элементов конструкции с помощью упругого элемента — виброизолятора.

Виброизоляция достигается только при коэффициенте вибропередачи меньше единицы (рис. 5).
Сила, передаваемая от источника на конструкцию будет уменьшена, только если собственная частота системы, установленной на виброизоляторе, будет меньше частоты возбуждающей силы более чем в J2 раза. В противном случае, выигрыш не достигается, и сила вибрации передается через виброизолятор на конструкцию полностью.
Собственную частоту системы с избранным виброизолятором удобно определять экспериментально.
На практике, виброактивность механической системы во многом зависит от жесткости опорной конструкции, значение которой не бесконечно. Например, стальные опорные конструкции достаточно гибки и обладают своими собственными частотами, что ведет к появлению в спектре вибрации виброизолируемого объекта дополнительных резонансов. Поэтому при выборе виброизолятора по статической осадке стремятся к тому, чтобы собственные частоты были в 3 (и более) раза меньше частот возбуждающих сил.
Вместе с тем, высокие значения статической осадки могут вызвать неустойчивость оборудования.

Рис. 5. Коэффициент передачи (т) вибрационной силы для систем с демпфированием: / — демпфирование 5 %; 2 —демпфирование 100 %; 3 — демпфирование 50 %; 4 — демпфирование 20 %; 5 — демпфирование 0 %.

Применяются различные виды виброизоляторов: резиновые, резинометаллические, пружинные, пневматические и др.
Для гашения локальных вибраций используются динамические виброгасители — антивибраторы. При этом снижение вибрации происходит в точке крепления виброгасителя. Антивибратор представляет собой металлический предмет на упругой опоре, закрепленной на колеблющемся объекте. При удалении от точки крепления снижение вибрации быстро уменьшается. Пружинные виброгасители имеют острую характеристику частоты настройки; резиновые виброгасители имеют более широкую частотную полосу поглощения.

Дата добавления: 2014-01-07