Виброизоляция

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Виброизоляция (англ. vibration-isolation, vibration control) — это способность препятствия (виброизолятора, виброопоры) изолировать конструкцию (оборудование, механизм и т. п.) от распространяющейся по ней вибрации [1]. Численно виброизоляция оценивается ослаблением колебаний в защищаемом объекте после установки препятствия между точкой приема и районом расположения источника вибраций. Единица измерения — dB.

Оборудование и механизмы имеют связь с окружающими объектами (опора — опорная связь; трубопровод, кабель — неопорная связь). Виброизоляция является результатом действия двух процессов внутри препятствия - гашения и изоляция колебаний, которые обусловлены физическими свойствами материала препятствий, а также конструктивными особенностями самого препятствия.

Гашение и изоляция колебаний[править | править вики-текст]

Демонстрация поведения эластомерных материалов с различным соотношением свойств изоляции и гашения колебаний

В системе, состоящей из массы и пружины, и в которой происходит равномерное или с ускорением движение массы, возникают колебания. Функцию пружины могут выполнять корпус, опора или рама транспортного средства. Колебания массы могут создавать шум и вибрацию, распространяемые по воздуху или через жесткие связи. Шум и вибрация, как правило, являются источниками дискомфорта и ускоряют процессы износа деталей машин и механизмов. Поэтому в технике принято бороться с шумом и вибрацией.

Любой материал, помимо основных характеристик, обладает свойствами гашения (демпфирования) или изоляции (снижения амплитуды, отражения) колебаний. К примеру, камень обладает 100% демпфирующими свойствами и 0% свойствами изоляции колебаний.

Изоляция колебаний в колеблющейся системе обеспечивает плавное и комфортное снижение амплитуды колебаний, а гашение колебаний обеспечивает поглощение энергии колебаний. К примеру, стойка подвески легкового автомобиля состоит из пружины и амортизатора. В данном случае пружина выполняет функцию изолятора, а амортизатор - гасителя колебаний.

Виброизоляция опорной связи[править | править вики-текст]

Виброизоляция опорной связи реализована в устройстве, называемом виброизолятор (виброопора). На иллюстрации представлена зависимость перепада уровней вибрации (передаточная функция), которая измеряется до и после виброизолятора в широком диапазоне частот.

Виброизолятор[править | править вики-текст]

Виброизоляция

Виброизолятор (англ. vibration-isolator, antivibration part) — виброизолирующее устройство для отражения и поглощения волн колебательной энергии, распространяющихся от работающего механизма или электрооборудования, за счет использования эффекта виброизоляции. Устанавливается между телом, передающим колебания, и телом защищаемым (например, между механизмом и фундаментом). На иллюстрации представлено изображение виброизоляторов серии «ВИ», которые применяются в судостроении России, например, на подводной лодке "Санкт-Петербург". Показаны «ВИ» с допускаемыми нагрузками 5, 40 и 300 кг. Они отличаются размерами, но имеют подобную конструкцию. В конструкции использована резиновая оболочка, которая армирована пружиной. Резина и пружина прочно соединены в процессе превращения сырого каучука в резину методом вулканизации. Под действием весовой нагрузки механизма оболочка деформируется, причем витки пружины сжимаются или раздвигаются. При этом в поперечном сечении пруток пружины, скручиваясь, взаимодействует с материалом оболочки, вызывая в ней деформации сдвига. Известно, что виброизоляция в принципе не может осуществляться без наличия вибропоглощения. А величина деформации сдвига в упругом материале виброизолятора является определяющей для оценки эффективности вибропоглощения. При действии вибрации или ударных нагрузок деформации увеличиваются, являясь при этом циклическими, что значительно усиливает эффективность данного устройства. В верхней части конструкции предусмотрена втулка, а в нижней фланец, с помощью которых виброизолятор крепится к механизму и фундаменту. 

Технические задачи для виброизоляторов[править | править вики-текст]

1. Снижение структурных шумов и вибраций, т.е. распространяемых от источника по жестким связям (например, по раме транспортного средства).

2. Компенсация перекосов и деформаций при монтаже и эксплуатации.

3. Замена трения скольжения в шарнире на эластичную деформацию внутренних связей резинового слоя виброизолятора.

4. Демпфирование колебаний, ударов.

Виброизоляторы

5. Предотвращение резонанса.

6. Являться частью кинематической схемы механизма, совершающего периодические колебания. 

Некоторые виды виброизоляторов[править | править вики-текст]

1. Резинометаллические опоры (коническая, круглая, плоская, клиновидная, сферическая, приборная, бочкообразная, и др).

2. Резинометаллические пружины (коническая, плоская, многослойная, шевронная и др).

3. Гидроопоры, гидровтулки, гидроопоры HALL с переменной жесткостью.

4. Сайлентблоки, обрезиненные втулки.

5. Вспомогательные опоры (прорезиненные упорные шайбы).

6. Резинометаллические упоры и буферы.

7. Резинометаллические опоры трубопроводов.

8. Детали машин и механизмов с функцией виброизоляции (например, звездочка или зубчатое колесо с промежуточным слоем резины между венцом и втулкой, рычаги и др).

Причины разнообразия конструктивных схем виброизоляторов[править | править вики-текст]

1) Требования по компоновке виброизоляторов в составе машины или механизма.

2) Действующие нагрузки на виброопору.

3) Требуемая степень виброизоляции в системе координат.

4) Требования по жесткости, а также соотношение жесткостей виброопоры в системе координат.

5) Значения допустимых деформаций в системе координат, если виброизолятор является элементом кинематической схемы механизма.

6) Требования по допустимой эластичной деформации для обеспечения компенсаторной способности виброизолятора.

7) Условия эксплуатации и окружающей среды. 

Примеры использования виброизоляторов[править | править вики-текст]

- крепление двигателя внутреннего сгорания и кабины к раме транспортного средства;

- крепление деталей подвески автомобиля (амортизатор, рычаг и др).

- соединение моста трактора с рамой;

- крепление узлов и агрегатов ветроэнергетической установки к гондоле;

- установка машин и механизмов на основание посредством виброизоляторов;

- крепление чувствительных к тряске и вибрации приборов к основанию;

- торсионные шарниры;

- крепление буксового узла к раме железнодорожной тележки;

- крепление железнодорожного вагона к раме тележки;

- шарниры в сложных пространственных механизмах и др.

Физические принципы, позволяющие виброизолятору максимально эффективно выполнять свою функцию[править | править вики-текст]

1. Отсутствие трения скольжения в соединении эластомера с металлом. В данном случае необходима связь эластомера с металлом посредством вулканизации.

2. Применяемый эластомер должен обладать свойством поглощать энергию вибрации не разрушаясь при этом.

Виброизоляция неопорной связи[править | править вики-текст]

Виброизоляция неопорной связи (трубопровод) реализована в устройстве, называемом виброизолирующий патрубок .

Виброизолирующий патрубок

Виброизолирующий патрубок[править | править вики-текст]

Виброизолирующий патрубок — часть трубы с упругими стенками для отражения и поглощения волн колебательной энергии, распространяющихся от работающего насоса по стенке трубопровода. Устанавливается между насосом и трубопроводом. На иллюстрации представлено изображение виброизолирующего патрубка серии «ВИПБ». В конструкции патрубка использована резиновая оболочка, которая армирована пружиной. Свойства оболочки подобны оболочке виброизолятора. Имеет устройство, которое обеспечивает безраспорность от сил внутреннего давления среды в трубопроводе.

Активный контроль вибраций[править | править вики-текст]

Системы активной виброизоляции содержат, кроме пружины,цепь обратной связи, которая состоит из датчика, например - пьезоэлектрического акселерометра или геофона, контроллера и привода. Показания акселерометра (вибрации) обрабатываются схемой управления и усиливаются. Затем сигнал подается на электромагнитный привод. В результате такое подавление вибраций дает лучший результат, чем обычное демпирование.

Датчики[править | править вики-текст]

  • Пьезоэлектрические акселерометры и датчики силы
  • МЭМС акселерометры
  • Геофоны
  • Датчики расстояния
  • Интерферометры

Приводы для активной изоляции[править | править вики-текст]

  • Линейные двигатели
  • Пневматические приводы
  • Пьезоэлектрические двигатели

См. также[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  1. А.Колесников «Шум и вибрация».Ленинград.«Судостроение».1988