Виброизоляции

Динамическая модель простейшей виброзащитной системы с одной степенью свободы представлена на рис. 11.5. Она состоит из массы m (кг) и виброизолятора, представленной в виде параллельно соединенных пружины и демпфера (вязкого сопротивления), характеризуемых соответственно коэффициентом жесткости (жесткостью) с и коэффициентом сопротивления k. Сила, с которой виброизолятор, размещенный между основанием и массой, действует на них, будет определяться его деформацией.

Рис. 11.5. Динамическая модель виброзащитной системы

Количественно степень передачи вибрации на основание можно охарактеризовать коэффициентом передачи Если пренебречь демпфированием в системе виброизоляции, то выражение для коэффициента передачи К_п приводится к виду

Графики зависимости К_п от относительной частоты , где для различных малых значений относительного демпфирования ε, представлены на рис. 11.6. Из представленных графиков следует, что при изменении ω в интервале от 0 до 1 коэффициент передачи К_п≥ 1 при любом демпфировании в системе. На резонансе при коэффициент передачи К_п > 1.

Рис. 11.6. Зависимость коэффициента передачи от частоты

Поскольку условие эффективности виброзащиты определяется неравенством К_п < 1, то оно выполняется при . Таким образом, для удовлетворения целей виброзащиты необходимо, чтобы собственная частота системы была бы по крайнем мере в раз ниже частоты возбуждения, т.е. . Причем, чем больше частота возбуждения превышает собственную частоту системы, тем больший эффект виброизоляции можно получить. Если частота возбуждения фиксирована, то для повышения эффективности виброзащиты собственную частоту системы нужно делать как можно меньше. В области виброзащиты, как следует из рис. 11.6, демпфирование играет отрицательную роль. Однако наличие демпфирования существенно снижает амплитуду резонансных колебаний, что бывает особенно важно, если при эксплуатации машины могут иметь место резонансные режимы, например, при ее разгоне или торможении.

Эффективность виброизоляции оценивают и в децибелах, используя формулу.

Конструктивно виброизоляция выполняется либо в виде отдельных опор, либо в виде слоя упругого материала, укла­дываемого между машиной и основанием.

Виброизоляторы в общем случае включают в себя сле­дующие детали: упругий элемент, воспринимающий массу машины и снижающий передачу вибрации; демпфирующий элемент, снижающий амплитуду колебаний на резонансных режимах; ограничители перемещений, функционирующие при высоких уровнях возмущающих воздействий; элементы крепления виброизолятора к машине и основанию.

В качестве упругих элементов используют рессоры, пружины, резиновые и резино-металлические элементы (рис. 11.7).

Рис. 11.7. Упругие элементы виброизоляторов: а — резина, работающая на сжатие; б — резина, работающая на сдвиг; в — рессора; г — пружина

Наиболее распространенным материалом, используемым для виброизоляторов, является резина. По характеру работы резиновые виброизоляторы делятся на два типа: работающие на сжатие и на сдвиг. На рис. 11.8 показано несколько типовых конструкций сварных резино-металлических опорные виброизоляторов.

Рис.11.8. Типовые конструкции резино-металлических виброизоляторов (а — в): 1 — верхняя пластина; 2 — резиновый массив;

3 — нижняя пластина

В практике виброзащиты нашли применение и цельнометаллические виброизоляторы, в которых используется стальная пружина в сочетании с опорно-демфирующим элементом из металлорезины (рис. 11.9). Они обладают преимуществами металла (прочностью) и резины (высокими потерями).

Рис. 11.9. Цельнометаллические (пружинно-сетчатые)

виброизоляторы:

1 — стальная пружина; 2, 3 — опорно – демпфирующие

подушки из металлорезины (МР)

Заметим, что пружинные стальные виброизоляторы широко применяются в приборостроении, автомобиле- и тракторостроении вследствие простоты конструкции, практической независимости их эффективности от внешних условий, возможности получения эффекта на низких частотах.

Динамическое виброгашение. Это метод виброзащиты, заключающийся в присоединении к объекту виброзащиты дополнительных устройств с целью изменения характера его колебаний. На рис. 11.10 показана схема системы с динамическим гасителем колебаний.

Рис. 11.10. Схема виброзащитной системы с динамическим