Причины и источники вибрации

Как отмечалось ранее, в качестве основных величин, характе­ризующих вибрации, принимаются вибросмещение S, мкм; виб­роскорость v, м/с; виброускорение а, м/с2. Достаточно часто для анализа вибрационных процессов в качестве измеряемой величи­ны используют эффективное значение виброскорости v ^ .

Точность измерения вибрации во многом зависит от измери­тельной аппаратуры, выбора точек измерения, условий измере­ний и других факторов. В большинстве случаев измерение вибра­ционных характеристик можно производить с помощью аппара­туры, предназначенной для измерения акустических характери­стик, заменив микрофон электродинамическим, индукционным или пьезоэлектрическим датчиком.

Пьезоэлектрические датчики (акселерометры) получили широ­кое распространение в технике и мониторинге вибрационного заг­рязнения окружающей среды. Следует заметить, что конструктив­ное исполнение современных акселерометров чрезвычайно разно­образно. Они имеют различные массогабаритные показатели, спо­собы закрепления, собственные частоты, чувствительность и т.д.

Для снижения погрешности измерения виброизмерительные датчики необходимо жестко крепить в точке измерения, причем масса вибропреобразователя (датчика) не должна превышать 5 % от массы испытуемого изделия.

Вибропреобразователи преобразуют механические колебания в электрические сигналы. Эти сигналы поступают в приборы, ко­торые позволяют получать как интегральные характеристики (виб­росмещение, виброскорость, виброускорение), так и спектраль­ные составляющие.

Основными источниками возникновения механических вибра­ций машин и механизмов являются подшипниковые узлы и дис­баланс вращающихся частей.

Причины вибрации в подшипниковом узле.

• несоосность и перенос посадочных мест;
• отклонение форм колец подшипников;
• гранность и разномерность тел качения;
• геометрические погрешности сепаратора;
• влияние радиального зазора.

Причины вибрации, вызванные дисбалансом вращающихся ча­стей:

• асимметрия конструкции;
• прогиб вала;
• геометрические погрешности вращающихся частей;
• тепловой дисбаланс вращающихся частей.

Вибрации, возникающие в подшипниковых узлах, обусловле­ны циклическим характером изменения жесткости тел качения подшипников. Цикличность изменения жесткости обусловлена технологическими погрешностями изготовления и сборки машин и механизмов.

Центробежные силы, вызванные неуравновешенностью вра­щающихся масс, действуют на подшипники. В результате дей­ствия динамических сил возникают вибрации в поперечной плоскости.

В процессе работы тела качения находятся в разных условиях нагружения.

Периодические деформации шариков или роликов при пере­катывании вызывают затухающие колебания в кольцах и сепара­торе подшипников. Эти колебания передаются от подшипников к сопряженным с ними деталям.

Не следует забывать о возможности возникновения резонан­сных явлений, в результате которых значительно увеличиваются амплитуды колебаний. Резонанс приводит к быстрому износу или разрушению подшипников. На рис. 12.10 перечислены основные технологические погреш­ности, вызывающие повышенные вибрации подшипниковых уз­лов.

Отклонения размеров и форм деталей в подшипниковых узлах ведут к возникновению низкочастотных составляющих вибрации. Частоты, на которых проявляются вибрации, обусловленные различными технологическими отклонениями, можно достаточно легко рассчитать, используя геометрические параметры подшип­ников.

Например:

• разностепенность колец вызывает вибрации с частотой

где n — частота вращения вала, об/мин;

• овальность внутренних колец является источником вибрации с двойной частотой вращения

Далее приведены аналитические выражения, позволяющие рас­считать частоты составляющих вибрации подшипников, Гц, выз­ванных различными конструктивно-технологическими причинами:

• смещением сепаратора и возникающей при этом неуравнове­шенностью

где D0 — диаметр окружности расположения тел качения с диа­метром dт.к;

• отклонением в размере тел качения и периодическом изме­нении жесткости подшипника при перекатывании тел качения

где Z — число тел качения;

• неидеальной поверхностью тел качения

где k — число граней тел качения;

• дефектами рабочей поверхности внутреннего кольца

где k1— число дефектов на рабочей поверхности внутреннего коль­ца;

• дефектами рабочей поверхности внешнего кольца

где k2 — число дефектов на рабочей поверхности внешнего коль­ца.

Увеличение габаритных размеров подшипников ведет к увели­чению вибрации.

Большое влияние на характер колебательных (вибрационных) процессов оказывает остаточная неуравновешенность вращающихся частей. Под действием остаточной неуравновешенности и при нали­чии радиального зазора вал прецессирует, в результате возника­ют ударные взаимодействия вала с телами качения.

Подавляющее большинство машин и механизмов устанавлива­ют на специальные амортизирующие устройства, которые позво­ляют устранить непосредственный контакт машин и механизмов с окружающими конструкциями.

Во многих случаях эффективность снижения вибрации, пере­даваемой от машин и механизмов окружающим конструкциям, достигается применением антивибраторов. Антивибраторы пред­ставляют собой стержни с дисками (грузами), перемещением ко­торых достигают точной настройки антивибраторов на нужную частоту.