Заходи зниження вібрацій машин і устаткування
Захист від виробничих вібрацій. Заходи зниження вібрацій машин і устаткування. Налаштування від режиму резонансу
Для ослаблення вібрацій істотне значення має виключення резонансних режимів, т. Е. Відбудови власних частот агрегату і його окремих вузлів і деталей від частоти змушує сили. Визначення власних частот окремих конструктивних елементів проводиться або розрахунковим шляхом, або експериментально. У першому випадку розрахунок проводиться за відомим значенням маси т і пружності q системи.
При експериментальному визначенні власних частот окремих конструктивних елементів використовують спеціальні стенди, на яких зазначені елементи піддаються зовнішнім знакозмінних силових дій різних частот. У разі, коли частота динамічного впливу близька до власної частоти досліджуваної коливальні системи, спостерігаються так звані биття, при яких результуюча амплітуда коливань (власних плюс вимушених) періодично збільшується або зменшується. Використовуючи запис коливань (осциллограмму процесу), можна визначати власні частоти практично будь-яких елементів конструкції.
Мал. 30. Графік залежності рівня вібрації підшипників від:
а - швидкості обертання n: 1 - № 312; 2 - № 308; 3 - № 305; б - від гранность жолоби внутрішнього кільця Нг (при різній волнистости Нв): I - Яг = 2-9 мк; 2 - Нг = 0; в - від хвилястості (при різній гранность); 1 - Нв = 1-З мк; 2 - Нв = 0-0,5 мк; г - від роду насадки: 1 - вала С, корпусу С; 2 - вала Н, корпусу С; 3 - вала Н, корпусу П; 4 - вала T, корпусу Н
Усунення резонансних режимів при роботі технологічного обладнання здійснюється двома шляхами: або зміною характеристик системи (маси і жорсткості), або встановленням нового робочого режиму (відбудова від резонансного значення кутової швидкості wр). Другий метод реалізується на стадії проектування, так як в умовах експлуатації режими роботи визначаються умовами технологічного процесу.
Жорсткістні характеристики системи змінюються введенням в конструкцію ребер жорсткості або зміною її пружних характеристик.
Вібродемпфірованіє. Вібродемпфірованіє - це зменшення рівня вібрацій об'єкта, що захищається шляхом перетворення енергії механічних коливань даної коливної системи в інші види енергії.
Аналіз виразу (7) показує, що ефект вібродемпфірованія визначається коефіцієнтом втрат μ, системи, зі зміною якого змінюється імпеданс системи z.
Збільшення втрат енергії в системі може здійснюватися:
а) використанням в якості конструктивних матеріалів з великим внутрішнім тертям;
б) нанесенням шару пружно-в'язких матеріалів, що володіють великими втратами на внутрішнє тертя;
в) використанням поверхневого тертя (наприклад, при коливаннях вигину двох скріплених і щільно прилягають один до одного пластин);
г) перекладом механічної коливальної енергії в енергію струмів Фуко або електромагнітного поля.
У всіх випадках енергія вібрацій безпосередньо або після додаткового перетворення переходить в теплову. Найбільш часто використовуються перші два способи:
Значення параметра η = wμ / q для основних конструкційних матеріалів в машинобудуванні (чавунів і сталей) складають 0,001-0,01. Як наслідок цього, рівні вібрації більшості конструкцій в машинобудуванні досить великі. Велика і їх вібропроводность.
З точки зору зниження вібрацій найкращим є використання в якості конструктивних матеріалів типу пластмас, дерева, гуми. Так, в редукторах використовують шестерні з капрону, текстоліту і дельта-деревини. У деяких випадках виявляється можливим також використовувати шестерні з твердої гуми. В результаті відбувається зниження вібрацій основ і фундаментів машин, а отже, знижується вібрація робочих місць.
Розпочато випуск ручного механізованого інструменту в корпусах з полімерних матеріалів. Це в значній мірі послаблює впливу вібрацій на руки працюючих.
Широке застосування знаходять пластмаси при виготовленні технологічного оснащення металорізальних верстатів: кондукторів, кондукторних втулок, підшипників, затискних пристроїв і т. П.
На багатьох видах обладнання впроваджується постановка в підшипникові вузли вибродемпфирующих втулок, що значно знижує рівень вібрацій.
Зазначені заходи дозволяють поліпшити умови праці, що особливо важливо на верстатах з ручною подачею.
На рис.31 показаний шпиндельний вузол верстата з вібродемпфірующім втулкою. Термін служби підшипникових вузлів з вібродемпфірующім елементами значно вище звичайних. Є дані, що підшипники прокатних станів з текстолітовими вкладишами в 10 разів довговічніші бронзових.
Використання пластмас в якості конструктивних матеріалів дозволяє знизити рівень вібрації по віброшвидкості в широкій смузі середніх і високих частот на 8-10 дБ.
Мал. 31. Підшипниковий вузол з вібродемпфірующім втулками
Слід зазначити, що при серійному виробництві собівартість пластмасових деталей виявляється в кілька разів нижче собівартості металевих деталей.
У тому випадку, коли застосування полімерних матеріалів в якості конструктивних не представляється можливим, для зниження вібрацій використовують вібродемпфірующім покриття.
Дія покриттів засноване на ослабленні вібрацій шляхом перекладу коливальної енергії в теплову при деформаціях покриттів. Ефективне дію покриттів спостерігається на резонансних частотах елементів конструкцій агрегатів і машин.
Залежно від значення динамічного модуля пружності покриття підрозділяються на жорсткі (Е = 108 - 109 Н / м2) і м'які (Е ≤ 107 Н / м2).
Дія покриттів першої групи проявляється головним чином на низьких і середніх частотах, другий - на високих.
На демпфірування жорстких покриттів в більшій мірі впливає жорсткість матеріалу. Чим вона вища, тим більше активні втрати в системі. Покриття цього типу рекомендується виконувати у вигляді багатошарової конструкції. Останні в порівнянні з одношаровими більш ефективні. Особливий інтерес представляють покриття з шару в'язкопружного матеріалу (твердої пластмаси, руберойду, ізола, бітумом повсті, полімерної суміші КЛ-25) і шару фольги, що збільшує жорсткість покриття. Коефіцієнт втрат таких шаруватих вибродемпфирующих покриттів складає 0,15-0,40. Найбільшого поширення з покриттів такого роду отримали матеріали на основі ізола (фольгоізол, стеклоизол, гідроізол). Їх відрізняє дешевизна і досить висока ефективність.
В якості м'яких вибродемпфирующих покриттів використовують м'які пластмаси, матеріали типу гуми (наприклад, покриття «Агат»), пластичні матеріали типу поливинилхлоридного пластика, пінопласт ПХ13-Е та ін. Коефіцієнт втрат цих покриттів лежить в діапазоні 0,05-0,5.
Листові м'які вібродемпфірующім покриття широко застосовуються в машинобудуванні, зокрема, для зниження рівня вібрацій і шуму при ручному правці, обробці тонкостінних конструкцій малої жорсткості на деяких типах верстатів.
Однак експлуатаційні якості цих покриттів не завжди задовільні. Так, не представляється можливим забезпечити якісне з'єднання покриттів з оброблюваної поверхнею, якщо остання має складну конфігурацію. У цьому випадку використовують мастичні покриття.
Найбільшого поширення набули мастики ВД17-58 і ВД17-59, що представляють собою суміш синтетичних смол і наповнювачів, а також мастики типу «Антівібріт» на основі епоксидних смол і ін. Коефіцієнт втрат мастик становить в більшості випадків 0,3-0,45. Температурний діапазон при експлуатації - 20-120 ° С. Мастики наносяться безпосередньо на елементи машин і агрегатів і мають хорошу адгезію з основним конструктивним матеріалом. Вібродемпфірующім мастики знаходять широке застосування в машинобудуванні для зниження вібрацій і шуму вентиляційних систем, відцентрових компресорів, насосів, трубопроводів і т. П.
Найбільший ефект вібродемпфірующім покриття дають за умови, що протяжність вібродемпфірующім шару порівнянна з довжиною хвилі вигину в матеріалі конструкції. Це особливо важливо при демпфіруванні низькочастотних коливань, що мають велику довжину хвилі. Нанесення покриттів слід проводити в місцях, де генерується вібрація максимального рівня. Товщина вибродемпфирующих покриттів практично береться рівній 2-3 толщинам демпфіруемого елемента конструкції.
Добре демпфують коливання мастильні речовини. Наприклад, масляна ванна значно знижує рівень вібрацій зубчастих зачеплень редукторів, корпусів голтовочних барабанів. Шар мастильного речовини між двома зчленованими елементами усуває можливість безпосереднього їх контакту і, отже, поява сил поверхневого тертя, яке, як відомо, може бути причиною порушення вібрацій.