Снижение виброактивности машин это

Снижение виброактивности источника вибрации.

Поскольку причиной вибрации являются возникающие при работе машин и агрегатов неуравновешенные силовые воздействия, то в общем подходом к снижению виброактивности является уменьшение энергии возмущающих сил за счет уменьшения частоты вращения и уменьшения вращающихся масс, а так же перераспределение этой энергии во времени.

К эффективным средствам снижения виброактивности является уменьшение энергии возмущающих сил за счет уменьшения вращающихся масс, а также перераспределения этой энергии во времени.

К эффективным средствам снижения виброактивности источника относятся следующие способы защиты от вибрации: балансировка вращающихся частей машин; уменьшение зазоров в соединениях; повышение точности изготовления деталей; замена металлических деталей механизмов на пластмассовые с высокими демпфирующими свойствами.

поэтому для ее изменения следует изменять массу системы (обычно за счет увеличения массы) или ее жесткость за счет введения ребер жесткости и т.п.

Вибропоглощение (вибродемпфирование). Это метод виброзащиты, при котором снижение вибрации происходит за счет рассеяния энергии механических колебаний в результате необратимого преобразования ее в тепловую при деформациях, возникающих в материале, из которого изготовлена конструкция, и в местах соединения ее элементов.

Для количественной оценки вибропоглощения обычно используют коэффициент потерь.

Используется несколько методов демпфирования конструкций:

-изготовление элементов конструкций из материалов, обладающих большим коэффициентом потерь. К таким материалам можно отнести чугун, сплавы меди и марганца, некоторые виды пластмасс. Так, сплавы меди имеют коэффициент потерь, равный 0,2, а текстолит – 0,4;

-нанесение на элементы конструкций вибродемпфирующих покрытий (ВДП);

-использование вибродемпфирующих засыпок из сухого песка, чугунной дроби, а также жидкостных прослоек.

Виброизоляция. Это метод виброзащиты, заключающийся в ослаблении связи между источником вибрации и объектом защиты путем размещения между ними виброизолирующего устройства (виброизолятора). Виброизоляция машин и оборудования в зданиях и сооружениях проектируется с целью снижения колебаний последних до уровней, которые не опасны для их несущей способности или допустимы с гигиенической точки зрения. При виброизоляции используются опорный и подвесной варианты опоры механизма через виброизоляторы на основание (рис.11.4). в качестве основания могут служить пластины, плиты, балки и более сложные конструкции.

Динамическая модель простейшей виброзащитной системы с одной степенью свободы представлена на рис. 11.5. она состоит из массы m (кг) и виброизолятора, представленного 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.

49. Электрический ток.

Электри́ческий ток — направленное движение заряженных частиц. Такими частицами могут являться: в металлах — электроны, вэлектролитах — ионы (катионы и анионы), в газах — ионы и электроны, в вакууме при определенных условиях — электроны, вполупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость).

В настоящее время наиболее распространены следующие типы электрических сетей:

-Четырехпроводные электрические сети с глухозаземленной нейтральной точкой (рис. 3.21). Три провода сети являются фазными проводами, а один – нейтральный рабочий провод. Нейтральная точка сети и рабочий нейтральный провод имеют соединение с землей (заземлены). Напряжение между любыми двумя фазными проводами равно линейному напряжению Uл, а между любыми фазными и нейтральным проводами – фазному Uф. Линейное и фазное напряжение связаны соотношением Uл=корень из 3 Uф. Например, в сети напряжением 380/220В линейное напряжение 380 В, а фазное 220 В. Четырехпроводная сеть с заземленной нейтралью наиболее распространена как в промышленности, так и в бытовых электрических сетях;

-Трехпроводные электрические сети с изолированной нейтралью (рис. 3. 22). В этих сетях имеется три фазовых провода, отсутствует нулевой рабочий провод, а нейтральная точка изолирована от земли. Эти сети нашли менее широкое распространение и используются в промышленности и технике для электроснабжения специальных технических устройств и технических процессов;

-Однофазные электрические сети.

50. Параметры электрического тока.

Основными параметрами электрического тока являются частота электрического тока f (Гц), сила электрического тока I (А). С точки зрения электробезопасности важное значение имеет тип электрической сети.

51. Действие электрического тока на организм человека.

Действие электрического тока на живую ткань носит разносторонний и своеобразный характер. Проходя через организм человека, электроток производит термическое, электролитическое, механическое, биологическое, световое воздействие.

Термическое воздействие тока характеризуется нагревом кожи и тканей до высокой температуры вплоть до ожогов.

Электролитическое воздействиезаключается в разложении органической жидкости, в том числе крови, и нарушении ее физико-химического состава.

Механическое действие тока приводит к расслоению, разрыву тканей организма в результате электродинамического эффекта, а также мгновенного взрывоподобного образования пара из тканевой жидкости и крови. Механическое действие связано с сильным сокращением мышц вплоть до их разрыва.

Биологическое действие проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей и сопровождается судорожными сокращениями мышц.

Световое действие приводит к поражению слизистых оболочек глаз.

Источник

Защита от вибрации (стр. 1 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3

Защита от вибрации

Нормирование вибрации очень важно для улучшения условии труда и профилактики вибрационной болезни. В стандартах отдельно регламентируются требования к общей и локальной вибрации, а также устанавливаются нормы для вертикальной и горизонтальной составляющих общей вибрации.

В российских стандартах ГОСТ 12.1.012-90(1996) и СН 2.2.4/ 2.1.8.566—96 нормируются как значения виброускорения, так и виброскорости. При этом нормы для этих двух параметров связаны между собой. При нормировании используются также их лога­рифмические уровни.

При интегральной оценке по частоте нормируемым параметром является корректированное значение виброскорости и виброускорения и их логарифмические уровни, измеренные с помощью корректирующих фильтров или вычисленные по специальным формулам

Предельно допустимый уровень (ПДУ) вибраций — это уровень фактора, который при ежедневной, кроме выходных дней, работе, (но не более 40 ч в неделю) в течение всего рабочего стажа не дол­жен вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последую­щих поколений. Соблюдение ПДУ вибраций не исключает нару­шения здоровья у сверхчувствительных лиц.

Допустимый уровень вибрации в жилых и общественных здани­ях — это уровень фактора, который не вызывает у человека значи­тельного беспокойства и существенных изменений показателей функционального состояния систем и анализаторов, чувствитель­ных к вибрационному воздействию.

Корректированный уровень вибрации — одночисловая характе­ристика вибрации, определяемая как результат энергетического суммирования уровней вибрации в октавных полосах частот с уче­том октавных поправок.

Эквивалентный (по энергии) корректированный уровень изме­няющейся во времени вибрации — это корректированный уровень постоянной во времени вибрации, которая имеет такое же средне-квадратичное корректированное значение виброускорения и/или виброскорости, что и данная непостоянная вибрация в течение определенного интервала времени.

Общая вибрация в этих стандартах подразделяется на три категории:

♦ категория 2 — транспортно-технологическая вибрация, воз­действующая на человека на рабочих местах машин с огра­ниченной зоной перемещения по специально подготовлен­ным поверхностям производственных помещений, про­мышленных площадок, горных выработок (экскаваторы, краны, путевые машины, бетоноуклад­чики и др.);

категория 3 — технологическая вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах стационарных машин (станки, кузнечно-прессовое оборудование, электрические машины, насосы и вентиляторы и др.) или передающаяся на рабочие места, не имеющие источников вибрации.

Гигиенические нормы общей вибрации установлены СН 2.2.4/ 1.8.566-96.

Амплитуда скорости вибрации (виброскорости) vm может быть определена по формуле:

где Fm амплитуда возмущающей вибросилы, Н; μ — коэффи­циент сопротивления, Н ∙ с/м; f — частота вибрации, Гц; т — масса системы, кг; с — коэффициент жесткости системы, Н/м.

На основе анализа формулы можно сделать следующие выводы: для уменьшения виброскорости vm необходимо снижать силу Fm (снижать виброактивность машины) и увеличивать зна­менатель, а именно — повышать сопротивление системы μ и не допускать, чтобы fm = c/2πf. При равенстве этих членов насту­пает явление резонанса и уровень вибрации резко возрастает.

Читайте также:  Стерся вин номер на машине

Таким образом, для защиты от вибрации необходимо приме­нять следующие методы:

♦ снижением виброактивности источника вибрации (уменьшение силы Fm);

♦ применением вибродемпфирующих (вибропоглощающих) покрытий, приводящих к снижению интенсивности про­странственной вибрации конструкции за счет рассеяния энергии механических колебаний (увеличение μ);

♦ динамическим гашением вибрации, при котором к защища­емому объекту присоединяется дополнительная механическая система, изменяющая характер его колебаний. Средства реализации этого метода: динамические виброгасители и фундаменты (основания);

♦ активным гашением вибрации, когда для виброзащиты ис­пользуется дополнительный источник вибрации, который в сравнении с основным источником генерирует колебания той же амплитуды, но противоположной фазы;

♦ повышение жёсткости системы (увеличение с) – для низких и средних частот;

♦ виброизоляцией, когда между источником и защищаемым объектом размещается дополнительное устройство, так назы­ваемый виброизолятор. Различают виброизоляцию при си­ловом и кинематическом возбуждении;

♦ применение индивидуальных средств защиты.

Снижение виброактивности машин (уменьшение силы Fm) дос­тигается изменением технологического процесса, применением машин с такими кинематическими схемами, при которых дина­мические процессы, вызываемые ударами, резкими ускорениями и т. п. были бы исключены или предельно снижены (например, замена клепки сваркой); хорошей динамической и статической балансировкой механизмов, смазкой и чистотой обработки взаи­модействующих поверхностей; применением кинематических за­цеплений пониженной виброактивности (например, использова­ние шевронных и косозубых зубчатых колес вместо прямозубых); заменой подшипников качения на подшипники скольжения; применением конструкционных материалов с повышенным внут­ренним трением.

Отстройка от резонансных частот (2πfm ≠ c/2πf) заключает­ся в изменении режимов работы машины и соответственно час­тоты возмущающей вибросилы; собственной частоты колебаний машины путем изменения жесткости системы с (например, уста­новка ребер жесткости) или изменения массы т системы (на­пример, закрепление на машине дополнительных масс).

Собственная частота f вибрирующей системы определяется по формуле:

Вибродемпфирование (увеличение μ) — это метод снижения вибрации путем усиления в конструкции процессов внутреннего трения, рассеивающих колебательную энергию в результате не­обратимого преобразования ее в теплоту при деформациях, воз­никающих в материалах, из которых изготовлена конструкция. В результате амплитуда упру­гих волн, распространяющихся по конструкциям, уменьшается по мере удаления от источника.

Применяются следующие методы демпфирования конструкций:

♦ изготовление деталей из материалов, обладающих большим коэффициентом потерь: чугун, сплавы меди и марганца, не­которые виды пластмасс (например, сплавы меди имеют ко­эффициент потерь, равный 0,2, а текстолит — 0,4);

♦ нанесение на детали конструкции вибродемпфирующих покрытий;

♦ использование вибродемпфирующих засыпок из сухого пес­ка, чугунной дроби, а также жидкостных прослоек.

В свою очередь вибродемпфирующие покрытия (ВДП) подразделяются на:

♦ жесткие, которые представляют собой слой жесткой пластмассы, нанесенной на конструкцию. В них колебательная энергия поглощается вследствие деформаций растяжения и сжатия вдоль пластины. Иногда между покрытием и демпфируемым листом устанавливают прослойку из легкого жесткого материала, например пенопласта. Отнесение демпфирующего слоя oт пластины создает эффект рычага, увеличивает деформации растяжения-сжатия. При колебаниях пластины, а следовательно, и потери колебательной энергии в покрытии. Покрытии этого типа дают наибольший эффект на низких и средних частотах, на высоких частотах их эффективность падает;

♦ армированные, которые представляют собой слой вязкоупругого материала с нанесенным тонким армирующим слоем жесткого материала (металла). Например, вибродемпфирующее покрытие «Полиакрил-В» состоит из армирующего слоя (алюминиевая фольга) толщиной 0,06 мм и липкого вязкоупругого толщиной 0,1 мм, соединяющего ВДП с деформируемой пластиной;

♦ мягкие, которые представляют собой слой вязкоупругого материала, в котором при поперечных перемещениях поверхности демпфируемой пластины возникают упругие волны (волны сжатия), распространяющиеся по нормали к пласти­не. При определенных частотах, когда по толщине покрытия укладывается целое число полуволн, покрытие интенсивно поглощает колебания основной пластины. Такие волновые резонансы начинаются на частотах в сотни герц, причем, так как коэффициент потерь высок, резонансы не выражены от­четливо. Коэффициент потерь этих материалов достаточно высок. Эффективность мягких вибродемпфирующих покрытий возрастает, если в резиновом массиве сделать воздушные полости. Для расширения диапазона рабочих частот в сторону низких частот можно увеличивать толщину слоя (2-3 толщины демпфируемой пластины);

♦ комбинированные, которые совмещают несколько механиз­мов поглощения и обеспечивают более широкий частотный диапазон работы. Применяются слоеные вибродемпфирующие материалы, например «сандвич» — два стальных листа, между которыми резиноподобный слой. Коэффициент по­терь его максимален на средних частотах.

Слой сыпучего вибродемпфирующего материала ведет себя по­добно мягкому ВДП. Песок применяют в качестве засыпки в пусто­телых конструкциях (их резонансные частоты при этом понижают­ся из-за изменения массы). В качестве сыпучего вибродемпфирую­щего материала используют также чугунную дробь, применяемую для дробеструйных работ (диаметр до 0,5 мм), и алюминиевые гра­нулы. Жидкостные прослойки применяют для вибродемпфирова­ния в виде вязких жидкостей между двумя жесткими слоями. С по­мощью жидкостных прослоек из глицерина, касторового или сили­конового масла можно получить коэффициент потерь порядка 0,1. 11рименение этого типа покрытий ограничивают трудности, связан­ные с необходимостью обеспечения герметизации.

Виброгашение (увеличение т) осуществляют путем установки агрегатов на массивный фундамент (рис. 2.59).

Рис. 2.59. Установка агрегатов на виброгасящем основании:

a на фундаменте и грунте; б — на перекрытии

Виброгашение наиболее эффек­тивно при средних и высоких частотах виб­рации. Этот способ нашел широкое приме­нение при установке тяжелого оборудования (молотов, прессов, вентиляторов, насосов и т. п.).

Одним из способов подавления вибраций является установка динамических виброгаси­телей, представляющих собой дополнитель­ную колебательную систему с массой т1 и жесткостью с1, собственная частота которой f01 = (1/2π) = f, где f — частота вибра­ции, уровень которой необходимо снизить. Схема динамического виброгасителя показа­на на рис. 2.60. Динамический виброгаситель крепится на вибри­рующем агрегате, поэтому в нем в каждый момент времени возбуждаются колебания, находящиеся в противофазе с колебаниями агрегата. Недостатком динамического виброгасителя является то, что он подавляет колебания только определенной частоты, соот­ветствующей его собственной. Такие виброгасители применяют в агрегатах, например турбогенераторах, имеющих характерный, постоянный во времени дискретный спектр вибрации.

Рис. 2.60. Схема дина­мического виброга­сителя

На рис. 2.61 изображен динамический виброгаситель с двумя степенями сво­боды и схема установки виброгасителя на турбогенераторе. Гру­зики перемещаются по резьбе и фиксируются гайками. Это позволяет менять жесткость виброгасителя, а следовательно, его собственную частоту и частоту подавляемых вибраций. Такие виброгасители удобно настраивать на заданную частоту.

Рис. 2.61. a динамический гаситель с двумя степенями свободы для дизель-ге­нератора;

б — схема турбоагрегата с динамическим виброгасителем

Динамическое виброгашение — это метод виброзащиты, заключа­ющийся в присоединении к объекту виброзащиты дополнитель­ных устройств с целью изменения характера его колебаний.

Вибрационная зашита с помощью пассивных систем оказывается малоэффективной при возбуждении в области низких частот, а также при действии вибрации с широким спектром. В этих случаях все большее применение находят управляемые системы виброзащиты, получившие название активных.

Активное виброгашение сводится к компенсации дополнительным источником энергии сил, вызывающих вибрацию защищаемого объекта. Активные системы виброгашения применяются для защиты технических средств в тех областях, где предъявляются особо жесткие требования к допустимому уровню вибрации: при виброизоляции прецизионных станков и стартовых платформ ракет, для защиты пилота от перегрузок и повышения комфортности транспортных средств.

Активные системы виброгашения содержат чувствительные элементы, управляющие, усилительные и исполнительные устройства. В качестве чувствительных элементов используют датчики, регистрирующие силы возбуждения или его кинематические параметры — перемещение, скорость, ускорение. После усиления сигналы подаются в исполнительное устройство, формирующее управляющее воздействие.

В зависимости от вида исполнительного устройства различают гидравлические, пневматические, электромеханические, электромагнитные системы активной виброизоляции. Выбор типа системы определяется предъявляемыми к ней техническими требованиями. При необходимости обеспечения высокой статической жесткости целесообразно использовать гидравлическую систему. Пневматические системы позволяют получать малые величины статической жесткости. Электромагнитные системы обладают малой инерционностью и позволяют в широких пределах варьировать амплитудно-частотные характеристики.

Читайте также:  Сбил на машине человека статья

Широкое применение метода активной виброзащиты сдержи­вается невозможностью обеспечения широкой частотной полосы гашения, сложностью необходимой аппаратуры. Однако при сни­жении вибрации на дискретных частотах применение активных методов компенсации может быть целесообразно по техническим, конструктивным и экономическим соображениям.

Повышение жесткости системы (увеличение с), например путем установки ребер жесткости. Как видно из формулы (2.1) этот способ эффективен только при низких частотах и в ряде случаев средних.

Виброизоляция заключается в уменьшении передачи колеба­ний от источника возбуждения защищаемому объекту при помо­щи устройств, помещаемых между ними. Для виброизоляции чаще всего применяют виброизолирующие опоры типа упругих прокладок, пружин или их сочетания. На рис. 2.62 изображены типовые конструкции пружинных и резиновых виброизолято­ров. Эффективность виброизоляторов оценивают коэффициен­том передачи, равным отношению амплитуды виброперемеще­ния, виброскорости, виброускорения защищаемого объекта или действующей на него силы к соответствующему параметру ис­точника вибрации:

Источник

Борьба с вибрациями в прецизионной металлообработке

Вибрация нарушает планируемые конструктором законы движения машин, механизмов и систем управления, порождает неустойчивость процессов и может вызвать отказы и полную расстройку всей системы. Из-за вибрации увеличиваются динамические нагрузки в элементах конструкций, стыках и сопряжениях, снижается несущая способность деталей, инициируются трещины, возникают усталостные разрушения. Действие вибрации вызывает трансформирование внутренней структуры материалов и поверхностных слоев, изменение условий трения и износа на контактных поверхностях легален машин, нагрев конструкций. Поэтому особое значение приобретают методы и средства уменьшения вибрации. Совокупность таких методов и средств принято называть виброзащитой.

Современный станок представляет собой совокупность систем с разными физическими принципами действия: механическая, электрическая и электронная системы управления, гидравлическая, пневматическая и другие, поэтому прогнозирование качества и надежности станков является сложной проблемой, так как в процессе работы станок подвергается воздействию механической, тепловой, электромагнитной, биологической, химической и др. энергий, под воздействием которых в системах станка возникают процессы различной природы и различной скорости: колебательные, тепловые, износ, старение, коробление и другие.
Применение компьютерной техники позволяет прогнозировать выходные характеристики машин, их отдельных систем и узлов, начиная уже с самой ранней стадии проектирования — с уровня принятия концепции (рис. 1, 2). Это особенно актуально для дорогостоящих прецизионных машин, так как при их проектировании возможно уменьшить или вообще исключить натурные исследования и испытания, требующие разработки и создания экспериментальных стендов и образцов. В результате снижаются затраты на доработку конструкции и технологии, на корректировку технической документации, сокращаются сроки внедрения проектируемых машин.
К прецизионным металлорежущим станкам относятся станки токарной, сверлильно-расточной, шлифовальной, зубообрабатывающей и фрезерной группы для высокоточной обработки деталей. Они разделяются на четыре класса точности: станки повышенной точности (П), высокой точности (В), особо высокой точности (А) и особо точные (С). Обработка на прецизионных станках обеспечивает получение изделий, характеризующихся отклонениями от правильной геометрической формы в пределах долей микрометра, высокоточным пространственным положением осей (в пределах единиц микрометра) и высокой чистотой поверхности с параметром шероховатости Ra менее 1 мкм.
Условиями для получения высокой точности обработки являются применение ответственных деталей и узлов повышенной точности, прецизионных и сверхпрецизионных подшипников качения, а также гидродинамических, гидро- и аэростатических подшипников; снижение тепловых деформаций и вибраций; повышение жесткости узлов; применение высокоточных приборов активного контроля; оснащение станков системами отвода стружки и тонкой фильтрации смазочно-охлаждающих жидкостей; высокая степень автоматизации управления станком, загрузки и выгрузки изделий. Особо важное значение при обработке имеет точность перемещения подвижных узлов, что обеспечивается применением высокоточных специальных базовых деталей, направляющих, основных элементов механизмов перемещения и подач, снижением трения в механизмах перемещения подвижных узлов.
Тепловые деформации заготовок, станины, приспособлений и др. деталей и узлов прецизионного станка (возникающие в результате выделения тепла от трения, работы гидроприводов и электроустройств, а также тепла, переносимого смазочно-охлаждающей жидкостью из зоны резания) могут быть уменьшены путем удаления от станка источников нагрева, применения систем смазки со стабилизацией температуры, холодильных устройств в смазочно-охлаждающей системе. При обработке особо точных деталей прецизионные станки устанавливают в термоконтактном помещении.
Одним из основных критериев работоспособности и точности станка под нагрузкой является жесткость технологической системы, то есть способность системы препятствовать перемещению ее элементов под действием силовых факторов. Жесткость, в свою очередь, зависит от конструкции (выбранной компоновки) и качества сборки. Как показывает практика, статическая жесткость станков в 1,2-1,4 раза выше динамической. Поэтому при проектировании более объективной величиной является динамическая жесткость станков, характеризующая вибрации и колебания узлов несущей системы, оказывающая значительное влияние на условия обработки детали.
Рассмотрим подробнее динамические процессы, проходящие в станках. Во время работы станка возникают переменные силы, которые обусловливают соответствующее изменение деформаций несущей системы, нагрузки на механизмы станка и условий работы электропривода, что приводит к колебаниям заготовки и инструмента.
Колебания при резании разделяют на вынужденные, причина возникновения которых — периодически действующие возмущающие силы, и автоколебания, которые не зависят от воздействия возмущающих сил. Источниками возмущающих сил являются неуравновешенные части станка (шкивы, зубчатые колеса, валы), выполненные с дефектом передаточные звенья, неуравновешенность обрабатываемой детали, неравномерный припуск на обработку и другие факторы.
Основными источниками возникновения автоколебаний являются следующие: изменение сил резания вследствие неоднородности механических свойств обрабатываемого материала; появление переменной силы резания в процессе удаления нароста с режущей части инструмента; изменение сил трения на поверхностях инструмента вследствие изменения скорости резания в процессе работы и др. На интенсивность автоколебаний оказывают влияние физико-механические свойства обрабатываемого материала, параметры режима резания, геометрические параметры инструмента, жесткость отдельных элементов и всего станка, зазоры в отдельных звеньях несущей системы.
Проблемы виброзащиты возникают практически во всех областях современной техники, и их решение существенно опирается на специфику системы или реализуемого ею динамического процесса. Выбор законов движения исполнительных органов машин, механизмов, реализующих эти движения, геометрических форм деталей и конструкций, вида их сопряжений и механических характеристик, материалов и способов обработки наряду с функциональными требованиями должен отвечать требованиям вибронадежности и вибробезопасности.
К наиболее универсальным подходам, обеспечивающим виброзащиту, относятся балансировка деталей и узлов машин, конструкционное демпфирование, виброизоляция оборудования, использование средств и систем динамического гашения колебаний (схема 1).

Снижение виброактивности источника

Центробежные силы и моменты, появляющиеся при работе вращающихся частей станков (шкивов, валов, шпинделей и др.), вызывают повышенную вибрацию, быстрый износ подшипников, шум и т.п., поэтому шкивы, валы, шпиндели и др. должны быть уравновешены и сбалансированы.
Для снижения вибрации машин, совершающих возвратно-поступательное движение, большое значение имеет сокращение допусков для уменьшения зазоров в соединениях.
Вибрации подшипников и зубчатых передач зависят от точности изготовления деталей, окружной скорости колес, нагрузки, условий смазки. Основной способ снижения вибрации зубчатых колес — обеспечение высокой точности изготовления с использованием процесса шлифования зубьев.

Снижение интенсивности вибрации станка также осуществляется путем рассеяния энергии механических колебаний, для этого при изготовлении отдельных частей применяются материалы с высокими демпфирующими свойствами, используются различные вибропоглощающие покрытия, хорошо способствует демпфированию масляный слой (например, в зубчатой передаче).

Виброизоляция

Виброизоляция означает изоляцию станков, измерительных приборов или их отдельных частей от разрушающего воздействия извне. В практике для виброизоляции применяют демпфирующие опоры с низкой собственной частотой (рис. 3, 4).

Динамическое гашение вибрации

Динамическое гашение колебаний целесообразно применять в тех случаях, когда спектр собственных частот защищаемого объекта достаточно узок и близок к частоте возмущающей силы что соответствует условию резонанса. Этот метод заключается в присоединении к объекту дополнительной механической системы (гасителя) в результате чего образуется двухмассовая система, изменяющая характер его колебаний.

Читайте также:  Стиральная машина miele w 3780

Вибрационная зашита с помощью пассивных систем оказывается малоэффективной при возбуждении в области низких частот, а также при действии вибрации с широким спектром. В этих случаях все большее применение находят управляемые системы виброзащиты, получившие название активных. Активное виброгашение сводится к компенсации вибрации защищаемого объекта дополнительным источником механической энергии.
Активные системы виброгашения применяются для зашиты технических средств в тех областях, где предъявляются особо жесткие требования к допустимому уровню вибрации; при виброизоляции прецизионных станков и стартовых платформ ракет, для зашиты пилота от перегрузок и повышения комфортности транспортных средств.
В общем случае такие системы содержат чувствительные элементы, управляющие, усилительные и исполнительные устройства. В качестве чувствительных элементов используют датчики, регистрирующие силы возбуждения или его кинематические параметры — перемещение, скорость, ускорение. Сигналы датчиков характеризуют качество виброзащиты и используются для формирования сигналов управления, осуществляемого элементами цепи обратной связи. После усиления сигналы подаются в исполнительное устройство, формирующее управляющее воздействие.
В зависимости от вида исполнительного устройства различают гидравлические, пневматические, электромеханические, электромагнитные системы активной виброизоляции. Выбор типа системы определяется предъявляемыми к ней техническими требованиями. Так, при необходимости обеспечения высокой статической жесткости целесообразно использовать гидравлическую систему. Пневматические системы обладают более высоким быстродействием и позволяют в широких пределах варьировать амплитудно-частотные характеристики.
Рассмотрим работу этих систем. Пусть защищаемый объект сместился вниз от требуемого уровня. Датчики перемещения вырабатывают пропорциональный этому перемещению сигнал, который, поступая на управляющее устройство, позволяет ему перевести клапан в положение, открывающее доступ сжатого воздуха в баллон или жидкости под давлением в камеру. В камере, таким образом, повышается давление, стремящееся возвратить объект в исходное положение. Чем больше отклонение машины от положения равновесия, тем больше уровни сигналов датчиков перемещений и управляющих сигналов регулятора и тем больше избыточное давление в рабочих камерах. Если объект смешается вверх, то, наоборот, давление в камерах уменьшается, что приводит к перемещению объекта вниз. Таким образом, активная система поддерживает положение объекта в определенном положении. Такие системы, использующие пневматические или гидравлические элементы, находят все большее применение в системах виброзащиты.
Недостатком таких активных систем является низкое быстродействие, обусловленное особенностями характеристик применяемых в них жидкостей и газов. Значительно большим быстродействием обладают активные системы виброгашения, в которых источниками дополнительного силового воздействия являются электродинамические вибраторы.
Серьезным ограничением применения метода активной виброзащиты является невозможность обеспечения широкой частотной полосы гашения различных мод. При расширении полосы частот возникают условия для положительной обратной связи, и вместо ослабления наступает неустойчивая работа системы, а на некоторых частотах даже самовозбуждение, проявляющееся в резком возрастании амплитуд колебаний системы. Вообще возможность самовозбуждения является одним из самых серьезных недостатков активного виброгашения. Поэтому центральное место при реализации активных методов виброзащиты занимает анализ устойчивости и условий самовозбуждения системы.
Во всех случаях использования активных систем виброзащиты следует помнить, что при этом в вибрационное поле вводится дополнительная колебательная энергия, которая должна в какой-то области пространства материализоваться, причем если эта область будет невелика, то увеличение в ней колебательной энергии может быть большим.
Важный класс активных систем виброгашения составляют адаптивные системы, в которых параметры системы могут меняться, подстраиваясь под изменения, например режима работы машины, с тем, чтобы обеспечить минимум передачи вибрации.
Широкое применение метода активной виброзащиты сдерживается невозможностью обеспечения широкой частотной полосы гашения, сложностью необходимой аппаратуры. Вместе с тем в ряде частных случаев, особенно когда речь идет о снижении вибрации на дискретных частотах, применение активных методов компенсации может быть целесообразно по техническим, конструктивным и экономическим соображениям.
Одним из наиболее перспективных направлений в активном демпфировании вибрации прецизионных станков считается применение пьезокерамики.
Несмотря на то, что пьезоэффект давно известен и теория и технология создания пьезокерамических материалов активно развивались со второй половины XX в., считается, что пьезокерамика — один из перспективных материалов века XXI. Причиной такого взгляда является то, что замечательные свойства, присущие пьезокерамике, до сих пор не в полной мере востребованы наукой, техникой и технологиями.
Пьезоэлектрический эффект присущ как некоторым природным кристаллам (кварц, турмалин), так и поликристаллическим сегнетоэлектрикам (пьезокерамика).
В отличие от пьезоэлектрических кристаллов пьезокерамические элементы изготавливаются методом полусухого прессования, шликерного литья, горячего литья под давлением, экструзии или изостатического прессования с последующим обжигом на воздухе при температуре 1000-1400°С. С целью уменьшения пористости обжиг может проводиться в среде кислорода или элемент изготавливается с помощью метода горячего литья. По специальной технологии на поверхность заготовок наносятся электроды. После этого керамику делают пьезоэлектрической с любым выбранным направлением поляризации путем помещения ее в сильное электрическое поле при температуре ниже так называемой точки Кюри. Поляризация обычно является окончательным процессом при изготовлении пьезокерамических элементов, хотя за ним следуют термостабилизация и контроль параметров. Пьезоэлектрическая керамика представляет собой твердый, химически инертный материал, совершенно нечувствительный к влажности и другим атмосферным воздействиям. По механическим качествам она подобна керамическим изоляторам.
Чувствительность пьезокерамики в режиме обратного пьезоэффекта в десятки раз выше чувствительности пьезоэлектрических кристаллов. Выпускаемые серийно пьезокерамические элементы могут иметь самую разнообразную конфигурацию — от плоской (цилиндрические, прямоугольные пластины) до объемной (сферы, полусферы) (рис. 5).
На базе пьезокерамических элементов реализуются различные по кинематическим схемам исполнительные механизмы перемещений, в которых управляющее электрическое напряжение преобразуется в перемещение подвижного звена. С целью увеличения диапазона перемещений в пьезоэлектрическом исполнительном механизме применяют многослойные пьезоэлементы.
Многослойные пьезоэлементы (рис. 6) состоят из чередующихся тонких слоев пьезокерамики и электродов. Толщина керамического слоя обычно 0,2-0,6 мм. В многослойном пьезоэлементе каждый слой соединен с последующим слоем электрически параллельно. Перемещение, создаваемое структурой, является суммой перемещений всех слоев. Преимущество конструкции заключается в том, что при заданном значении управляющего напряжения перемещение, создаваемое структурой, возрастает в N раз (N — количество слоев). Многослойные пьезоэлементы изготавливают по стандартной технологии многослойных конденсаторов. На начальном этапе формируется пакет из тонкослойных пластин или шайб, при большом давлении пакет уплотняется и спекается при высокой температуре.
Пьезоэлектрические исполнительные механизмы с учетом компактности, удобства управления перемещением и быстродействия идеальны при использовании в станкостроении для подавления как вынужденных, так и автоколебаний в технологической системе. Обеспечивая перемещение от 1 до 300 мкм с точностью 0,01-0,005 мкм, они способны развивать усилия до 50 кН, при этом собственная частота механизма составляет не менее нескольких кГц. Кроме того, эксплуатация пьезоактюаторов в промышленной аппаратуре в течение пяти лет показала их высокую надежность — частота отказов менее 1 %.
Высокая жесткость, быстродействие, широкая частотная полоса гашения, незначительные габариты, простота конструкции дают возможность адаптивно менять параметры технологической системы. Для этого технологическая система оснащается контуром управления, который по своей структуре может быть замкнутым или разомкнутым. В разомкнутой структуре с помощью пьезоэлектрического исполнительного механизма осуществляется компенсация возмущающей силы. В замкнутой структуре измеряется отклонение регулируемой координаты технологической системы с последующей отработкой рассогласования исполнительным механизмом. При этом исполнительный механизм размешается в узлах базирования заготовки или инструмента.
Применение таких автоматических систем обеспечит минимум передачи вибрации, что будет способствовать резкому повышению качества обрабатываемых деталей, увеличению срока службы инструмента и снижению уровня шума станка.

В. Хомяков, д.т.н., профессор, Ю. Николаев, к.т.н., доцент, К. Шереметьев
Журнал «Техномир», № 1 (27) 2006

Источник

admin
Adblock
detector