Теоретичні аспекти

Теоретичні аспекти

Зменшення вібрацій чи ізоляція вібрацій? Обидва терміни часто використовуються, однак існують відмінності, які ми хочемо коротко пояснити.

Зменшення вібрацій – Властивості демпфування

Еластомери, виготовлені з гуми та поліуретану, мають властивості демпфування, які перетворюють частину енергії руху в тепло. У техніці вібрацій ці властивості еластомерів використовуються для зменшення залишкових сил, які впливають на оточення через хід пружини.

У випадку гармонійних або стохастичних збуджень хід пружини обмежується властивостями демпфування гуми при резонансі, що запобігає сильним коливанням, як це відбувається зі сталевою пружиною. Проте слід зазначити, що дуже великі динамічні навантаження при високих амплітудах і частотах вібрацій можуть призвести до сильного нагрівання еластомера, що може пошкодити його.

Ізоляція вібрацій – Пружні властивості

У більшості випадків гнучкі кріплення використовуються для ізоляції вібрацій. Активно або пасивно зменшується передача механічних вібрацій між конструктивними елементами або до оточення, щоб знизити негативне навантаження на людей і машини.

В ізоляції вібрацій використовуються пружні властивості гнучких кріплень. Добре спроєктована ізоляція вібрацій є ключовою. Зокрема, важливе значення має співвідношення між власною частотою кріплення і частотою збудження.

Що спричиняє вібрації?

Найчастішою причиною вібрацій у нашій практиці є вібраційні дисбаланси в обертових машинах. Дисбаланс виникає, коли обертова маса нерівномірно розподілена навколо осі обертання. Наприклад, електродвигуни зазвичай мають низький рівень дисбалансу, тоді як двигуни внутрішнього згоряння мають вищий рівень дисбалансу.

Вібраційні дисбаланси спричиняють вібрації всього пристрою, що називається гармонійним збудженням вібрацій. Напрямок вібрацій знаходиться в обох осях площини обертання. Наприклад, обертання дисбалансів у вертикальному та горизонтальному напрямках генерує вертикальні та горизонтальні вібрації.

Точки опори пристрою додатково навантажуються динамічними силами, що виникають внаслідок відцентрової сили вібраційного дисбалансу, окрім статичних навантажень, спричинених масою.

Приклад коливань сили вібрацій під час гармонійного збудження.

Ця динамічна сила може передаватися на навколишні конструктивні елементи у вигляді структурного шуму при жорсткому з’єднанні або кріпленні і часто є головною причиною проблем із вібраціями, які часто виникають у зовсім іншому місці. Ізоляція вібрацій через гнучкі кріплення, за відповідного проєктування, зменшує передачу цих динамічних сил.

Характерні параметри гармонійних вібрацій:

– частота (швидкість обертання дисбалансу);

– амплітуда вібрацій;

– прискорення вібрацій.

Ударне збудження

Рухомі та переміщувані маси в машині, які сильно прискорюються або сповільнюються, генерують ударний імпульс. Наприклад, це різаки для преси та лінійні напрямні в металообробних верстатах.

Приклад коливань амплітуди вібрацій під час ударного збудження в ексцентриковому пресі.

Збудження відбувається через ударний імпульс у напрямку прискорення у просторі. Завдяки гнучкому кріпленню можлива ізоляція ударів через зниження залишкових сил, які впливають на сусідню частину конструкції, за допомогою здатності гнучких кріплень до поглинання енергії.

Характерними параметрами ударного збудження є:

– маса;

– прискорення;

– тривалість імпульсу;

– послідовність імпульсів;

– форма імпульсу і залишкове прискорення.

Чи впливає еластичний ізолятор на амплітуду коливань машини?

Амплітуда коливань у разі гармонійної стимуляції, викликаної обертанням незбалансованої маси, залежить виключно від незбалансованої маси, що обертається, та загальної маси коливальної установки. Вона не залежить від швидкості обертання незбалансованої маси. Коли ці дві величини відомі, можна обчислити амплітуду (або подвійну амплітуду) коливань.

Приклад зміщення під час гармонійної стимуляції

Однак вищезазначене правило застосовується лише у випадках, коли коливальна маса може вільно коливатися. Це називається “стійкою системою”. Ізоляція вібрацій, своєю чергою, вимагає, щоб коливальна маса могла вільно коливатися. Цей ефект досягається шляхом відповідного налаштування еластичності кріплення.

Частотна характеристика

Частотна характеристика дозволяє добре представити поведінку динамічних величин, таких як амплітуда, швидкість та прискорення коливань залежно від частоти стимуляції (тобто швидкості обертання незбалансованої маси).

Приклад частотної характеристики амплітуди коливань для низько настроєної ізоляції.

Приклад частотної характеристики амплітуди коливань для високо настроєної ізоляції.

Наведені графіки ілюструють частотні характеристики амплітуди коливань для еластичних кріплень із низьким (м’яким) та високим (жорстким) налаштуванням. Еластичне кріплення із низьким налаштуванням має власну частоту приблизно 9 Гц, тоді як еластичне кріплення із високим налаштуванням має власну частоту приблизно 50 Гц. Амплітуда коливань у стабільному стані становить близько 1,2 мкм у обох випадках.

В області частот, що відповідають власним частотам кріплень, система вступає в коливання. Після цього амплітуда коливань зменшується до величини, визначеної теоретично на основі незбалансованої маси, і надалі коливається із цією сталою величиною. Така типова поведінка відома, наприклад, під час розгону пральної машини у режимі віджиму. Необхідною умовою для ізоляції гармонійних коливань є те, що система повинна мати можливість вільно коливатися.

Налаштування власної резонансної частоти системи. Що це означає на практиці?

Налаштування еластичного кріплення завжди значно впливає на поведінку коливань машини. Щоб ізолювати коливання, викликані обертальним дисбалансом, завжди потрібно встановлювати низьку (м’яку) частоту налаштування. Частота налаштування кріплення повинна бути якомога нижчою порівняно із найнижчою частотою стимуляції у типовому діапазоні роботи машини.

Це дозволяє швидко подолати критичну зону посилення під час розгону машини, а у номінальному діапазоні швидкостей забезпечується ефективна ізоляція коливань. Добра ізоляція коливань завжди призводить до вільного коливання машини у межах її стимуляції. Амплітуду коливань машини можна зменшити лише шляхом зменшення стимуляції (дисбалансу).

Застосування демпферів коливань

Терміни “демпфер коливань”, “ізолятор коливань”, “віброізолятор” або “еластичне кріплення” загалом відносяться до компонентів, що зменшують механічні коливання та структурний шум.

Ізоляція коливань

Важливим застосуванням демпферів коливань є ізоляція механічних коливань між двома конструктивними елементами. В ізоляції коливань використовуються пружні властивості еластичного кріплення. Практичні приклади включають кріплення компресорів, кондиціонерів, вентиляторів, когенераційних теплових установок та чутливих вимірювальних приладів.

Види віброізоляції:

Розрізняють активну та пасивну ізоляцію. У разі активної ізоляції середовище захищається від коливань, викликаних конструктивним елементом, тоді як у разі пасивної ізоляції все відбувається навпаки.

Важливими параметрами механічних коливань є такі параметри, як:

– власна резонансна частота;

– частота стимуляції;

– амплітуда коливань;

– швидкість коливань.

Якість ізоляції коливань виражається за допомогою коефіцієнта ізоляції або коефіцієнта демпфування структурних коливань. Добре спланована і налаштована ізоляція коливань є необхідною для досягнення ефективної ізоляції. Особливу роль відіграє співвідношення між власною частотою кріплення та частотою стимуляції у даному проєкті чи застосуванні.

Ten post dostępny jest także w języku: Polski (Polish) Lietuvių (Lithuanian) Eesti (Estonian) Latviešu (Latvian) Русский (Russian) Belarussian