Виброизоляция

Виброизоляция

14.12.2020

Виброизоляция (англ. vibration-isolation, vibration control) — это способность препятствия (виброизолятора, виброопоры) изолировать конструкцию (оборудование, механизм и т. п.) от распространяющейся по ней вибрации. 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 изоляции колебаний, которые обусловлены физическими свойствами материала препятствий, а также конструктивными особенностями самого препятствия.

Различают пассивную виброизоляцию, когда такой источник дополнительной энергии не применяют и активную виброизоляцию, когда используют энергию дополнительного источника.

Пассивная виброизоляция

Гашение и изоляция 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

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

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
  • Снижение структурных шумов и вибраций, то есть распространяемых от источника по жестким связям (например, по раме транспортного средства).
  • Компенсация перекосов и деформаций при монтаже и эксплуатации.
  • Замена трения скольжения в шарнире на эластичную деформацию внутренних связей резинового слоя виброизолятора.
  • Демпфирование колебаний, ударов.
  • Предотвращение резонанса.
  • Являться частью кинематической схемы механизма, совершающего периодические колебания.
  • Некоторые виды виброизоляторов
  • Резинометаллические опоры (коническая, круглая, плоская, клиновидная, сферическая, приборная, бочкообразная, и др).
  • Резинометаллические пружины (коническая, плоская, многослойная, шевронная и др).
  • Гидроопоры, гидровтулки, гидроопоры HALL с переменной жесткостью.
  • Сайлентблоки, обрезиненные втулки.
  • Вспомогательные опоры (прорезиненные упорные шайбы).
  • Резинометаллические упоры и буфера.
  • Резинометаллические опоры трубопроводов.
  • 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
  • Требования по компоновке виброизоляторов в составе машины или механизма.
  • Действующие нагрузки на виброопору.
  • Требуемая степень виброизоляции в системе координат.
  • Требования по жесткости, а также соотношение жесткостей виброопоры в системе координат.
  • Значения допустимых деформаций в системе координат, если виброизолятор является элементом кинематической схемы механизма.
  • Требования по допустимой эластичной деформации для обеспечения компенсаторной способности виброизолятора.
  • Условия эксплуатации и окружающей среды.
  • Примеры использования виброизоляторов — 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
  • Отсутствие трения скольжения в соединении эластомера с металлом. В данном случае необходима связь эластомера с металлом посредством вулканизации.
  • Применяемый эластомер должен обладать свойством поглощать энергию вибрации не разрушаясь при этом.
  • Виброизоляция неопорной связи

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

    Виброизолирующий патрубок

    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.

    Активная виброизоляция

    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 демпфирование.

    Датчики

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

    Приводы для активной изоляции

    • Линейные двигатели
    • Пневматические приводы
    • Пьезоэлектрические двигатели