Виброизоляция

При исследовании систем виброизоляции в расчетной модели можно выделить три основные части — источник возмущений, объект защиты и виброизолирующее устройство (ВУ). В простейшем случае источник и объект считаются твердыми телами, движущимися поступательно вдоль некоторой оси х (рис. 9.2, а).

В большинстве систем масса одного из тел существенно превышает массу другого тела. Тогда движение «большой» массы можно считать не зависящим от движения тела «малой» массы. Если «большую» массу имеет объект, его обычно считают неподвижным и в этом случае говорят о силовом возбуждении (рис. 9.2, б). Если «большую» массу имеет источник, то говорят о кинематическом возбуждении (рис. 9.2, в).

Схему, представленную на рис. 9.2, б, обычно используют тогда, когда речь идет о защите зданий, сооружений, перекрытий или фундаментов от динамических воздействий, возбуждаемых установленными на них машинами с неуравновешенными движущимися частями или иным виброактивным оборудованием. Схему, данную на рис. 9.2, в, используют в задачах виброзащиты приборов, аппаратов, точных механизмов или станков, т.е. оборудования, чувствительного к вибрациям и устанавливаемого на колеблющихся основаниях или на движущихся объектах.

Принципиальная схема виброзащитной системы

Рис. 9.2. Принципиальная схема виброзащитной системы:

а — общий случай; б — силовое возбуждение; в - кинематическое возбуждение

Рассмотрим простейшую линейную виброзащитную систему с одной степенью свободы (рис. 9.3). Демпфирующие свойства такой системы характеризуются коэффициентом демпфирования

где b — коэффициент демпфирования виброизолятора; т — масса несомого тела, а также относительным демпфированием

где со0 — собственная частота системы; с—жесткость виброизолятора.

Расчетная модель виброзащитной системы с одной степенью свободы

Рис. 9.3. Расчетная модель виброзащитной системы с одной степенью свободы

При силовом гармоническом возбуждении F(t) = JF0sinco/, ?,(/) = О, цель виброзащиты состоит в уменьшении амплитуды Rq силы, передаваемой на неподвижный объект:

или в уменьшении амплитуды Х0 установившихся вынужденных колебаний источника

При кинематическом гармоническом возбуждении F(t) = О, W) = ^osinco^ цель защиты может заключаться в уменьшении амплитуды абсолютного ускорения объекта:

Количественно качество виброзащиты можно охарактеризовать значениями безразмерных коэффициентов эффективности — коэффициентов виброизоляции kR и динамичности кхх.

При силовом возбуждении kR= Rq/F0, кх= cX0/F0, при кинематическом возбуждении kR= W7(co/^0), кх= X0Д0.

Условия эффективности виброзащиты по этим критериям

Зависимость коэффициентов от параметров со0, можно рассматривать как амплитудно-частотные характеристики системы (рис. 9.4).

Амортизатор эффективно выполняет свою функцию при к< 1. Максимальное значение к наблюдается в резонансной зоне, которая расположена в окрестности значения со/а>0 = 1, т.е. при частотах возбуждения, близких к собственной частоте о>0. Упругая под- [1]

веска на амортизаторе уменьшает силу, передаваемую на стойку или от вибрирующей стойки на тело, если выполняется условие

При малых значениях параметра демпфирования п сила воздействия на стойку меньше примерно в (со/оо0)2 раза, чем в случае жесткого соединения. Следовательно, для уменьшения силы целесообразно применять податливые пружины, с тем чтобы собственная частота со0 была мала по сравнению со спектром возбуждения {со}. Амортизаторы с малым демпфированием плохо работают в условиях изменяющейся частоты внешних воздействий, так как при п = 0 собственные колебания системы слабо затухают, поэтому выступают дополнительным источником вибрации.

Амплитудно- частотная характеристика системы

Рис. 9.4. Амплитудно- частотная характеристика системы

При сильном демпфировании (п > 1) собственные колебания являются апериодическими и быстро затухают; нормальную работу обеспечивают и значения п < 1, когда собственные колебания гармонические и затухают экспоненциально. Параметры амортизатора — коэффициенты жесткости с и демпфирования п — подбираются так, чтобы во всем рабочем спектре частот значения (3 и к не превосходили заданных; ограничиваются также амплитуда колебаний амортизируемого объекта и осадка под действием собственного веса.

В системах виброизоляции используется подвес в виде совокупности нескольких виброизоляторов, различающихся упруго- демпфирующими характеристиками, сочетанием виброзащитных и ударозащитных свойств, долговечностью, а также конструктивными особенностями — габаритами, способом монтажа и т.д. Современные виброизоляторы принято классифицировать в основном по виду или способу введения демпфирования или материалу упругого элемента. Различают резинометаллические, пружинные и цельнометаллические виброизоляторы с воздушным или сухим трением, а также недемпфирующие виброизоляторы, у которых демпфирующие свойства определяются внутренним трением в материале упругого элемента.

На рис. 9.5 показана конструкция типового амортизатора. Корпус 1 механизма или прибора через упругий резиновый элемент 4 опирается на чашку 3, которая жестко связана с несущей конструкцией 5. Резиновый элемент 4 соединяется вулканизацией с втулкой 2 и чашкой 3.

Схема резинометаллического амортизатора

Рис. 9.5. Схема резинометаллического амортизатора

  • [1] Левитский Н.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1990.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >