Файл: Белов БЖД.doc

Большое применение находят конические дисковые пружины (рис. 6.35, а).Изменяя отношение АД, получают необходимый прогиб. Конструктивно отдельные дисковые пружины можно соединять параллельно (рис. 6.35,б)или последовательно (рис. 6.35,в). При параллельном соединении нагрузка при заданном прогибе возрастает пропорционально числу дисков, при последовательном –прогиб при заданной нагрузке увеличивается пропорционально их числу. Отношение диаметров 2R/ Вв большинстве случае выбирают равным 1,5...3,5.

Пробку используют при нагрузке 50... 150 кПа, отвечающей рекомендованному диапазону упругости. Обычно установку сначала устанавливают на бетонные блоки и уже последние отделяют от фундамента с помощью нескольких слоев пробковой плитки толщиной 2...15 см. Увеличение толщины будет понижать частоту, выше которой виброизоляция эффективна, но при большой толщине возникает проблема устойчивости. Поэтому пробку не применяют в области низких частот. Нефть, вода, умеренные температуры оказывают незначительный эффект на рабочие характеристики пробки, но с течением времени от нагрузки пробка сжимается.

Войлок толщиной 1…2,5 см, занимающий площадь 5% общей площади основания машины, весьма распространенный изолирующий материал. Он имеет относительно большой коэффициент потерь (η≈0,13) и поэтому эффективен на резонансных частотах. Обычно войлок применяют в частотном диапазоне свыше 40 Гц.

Динамическое виброгашение.Защита от вибраций методами поглощения, основанная на общих принципах, изложенных ранее, осуществляется в виде динамического гашения и вибропоглощения.

При динамическом гашении виброэнергия поглощается ЗУ. Это устройство, отбирающее виброэнергию от источника – объекта защиты – на себя, называют инерционным динамическим виброгасителем. Его применяют для подавления моногармонических узкополосных колебаний. Инерционный динамический виброгаситель2простейшего типа выполняют в виде твердого тела, упруго присоединяемого к объекту защиты1в точке, колебания которой требуется погасить (рис. 6.36,а).Защитное устройство, увеличивающее рассеяние энергии в результате повышения диссипативных свойств системы, называютпоглотителем вибраций.На рис. 6.36,бпоказана схема простейшего поглотителя вибраций3вязкого типа, включающего твердые тела и демпфирующий элемент. Возможно применение комбинированных защитных устройств, использующих одновременно коррекцию упругоинерционных и диссипативных свойств системы. В этом случае говорят одинамических виброгасителях с трением 4(рис. 6.36,в).

Рассмотрим принцип динамического гашения на простейшем примере. Для инерционного динамического гасителя (рис 6 36, а)можно записать систему двух уравнений, описывающую вибрации:

Уже из второго уравнения видно, что при v≠0 виброскоростьvобъекта защиты будет

равна нулю если, М* и G* динамического гасителя выбрать из условия:

√G*/M*, где ω – частота вынуждающей силыF.Если это условие не выполняется (например, из-за некоторого отклонения частоты о вынуждающей силы от номинального значения, на которое настроен гаситель), то динамический гаситель может оказаться вредным. Поэтому инерционные динамические гасители применяют только в тех случаях, когда частота вынуждающей силы строго фиксирована в условиях эксплуатации (например, для гашения колебаний опор генераторов переменного тока) При возможном непостоянстве частоты вынуждающей силы необходимо вводить демпфирование.

Вибропоглощение.Вибропоглощение–метод снижения вибраций путем усиления в конструкции процессов внутреннего трения, рассеивающих виброэнергию в результате необратимого преобразования ее в теплоту при деформациях, возникающих в материалах, из которых изготовлена конструкция, и в местах сочленения ее элементов (заклепочных, резьбовых, прессовых и др.).

Количество рассеянной энергии принято характеризовать коэффициентом потерь г\. Сувеличением коэффициента η эллипс у петли гистерезиса (см. рис. 6.31) становится шире и все большая часть энергии переходит в тепловую. Если жеη= 0, то механическая энергия не переходит в тепловую: энергия, передаваемая системе от источника в течение одного полупериода, возвращается к источнику за время второго полупериода. Можно показать, что коэффициент потерь связан с коэффициентом демпфирования соотношением: δ═ηωо/2. Подстановка этого выражения в формулу (6.17) наглядно показывает, что с увеличением коэффициента потерь вибрации прекращаются быстрее;

Рис. 6.36. Динамические виброгасители. а –инерционный;б –поглотитель;в– с трением

метод вибропоглощения нацелен на получение повышенных значений коэффициента потерь в конструкции. В табл. 6.6 приведены ориентировочные значения коэффициента потерь некоторых материалов.

Механические конструкции из небольшого числа разнородных деталей относительно большой толщины (например, корпус судна) имеют коэффициент η≈3∙10^-3приf< 500 Гц и η≈10^-3приf< 1000 Гц; металлические конструкции из относительно большого числа разнородных толстостенных деталей (например, двигатель) или малого числа тонкостенных деталей (например, корпус автомобиля) имеют коэффициент η≈10^-2; металлические конструкции из относительно большого числа разнородных деталей малой толщины (небольшие сложные агрегаты) имеют η≈ 5∙10^-2приf< 500 Гц и η≈ 10^-2приf> 1000 Гц.

Таблица 6.6 Механические свойства и коэффициенты потерь некоторых материалов

В настоящее время вибропоглощение осуществляется преимущественно путем применения конструкционных материалов с повышенным значением коэффициента потерь и вибропоглощающих покрытий.

Р и с . 6 37 Наружные покрытия:

о–жесткое;б –жесткое с прокладкой; 1 –вибрирующая пластина;2–вибропоглощающий материал;3–прокладка

Конструкционные материалы с большим внутренним трением обычно создаются искусственно. В специальных сплавах коэффициент потерь может достигать значений 10^-1...2-10^-2: сплавы магния –0,3; сплавы меди –0,2; хайдаметы (сплавыNi–Со, Со –Ti, Си –Ni)–0,15; сплавы марганца 0,01–0,06; у капрона и текстолита коэффициент потерь соответственно равен 0,4 и 0,35. В качестве конструкционных материалов используют также высокомолекулярные соединения, у которых коэффициент потерь имеет порядок 10^-2. Для полимеров типична сильная зависимость коэффициента потерь от температуры и частоты.

Перспективным в вибропоглощении является нанесение на колеблющиеся поверхности элементов конструкции высокоэффективных вибропоглощающих материалов. Они могут изготовляться на основе меди, свинца, олова, битумов и других материалов. Большое распространение получила многокомпонентная система на основе полимера, способного рассеивать механическую энергию в большом количестве при основных деформациях: растяжении, изгибе, сдвиге. Из других компонентов полимерной системы главными являются пластификаторы и наполнители. Пластификаторы (низкомолекулярные труднолетучие вещества, например, сложные эфиры, некоторые парафины и масла) придают полимеру требуемое сочетание свойств эластичности и пластичности. Наполнители (сажа, графит, слюда и др.) сообщают материалу необходимые эксплуатационные свойства; они могут, например, повысить его прочность, облегчить обработку, снизить сто-имость и т. д. Вибропоглощающий материал выпускается промышленностью в отвержденном в виде листов и мастичном состояниях.

Листовой материал приклеивается к вибрирующей поверхности; мастику наносят методом штапелирования или напыления. В большинстве случаев вибропоглощающим материалом демпфируют изгибные колебания конструкций типа пластин. При жестком наружном покрытии(рис. 6.37,а)поверхность 7 пластины накрывается слоем жесткого вибропоглощающего материала 2. Такое покрытие рассеивает энергию колебаний при своих продольных деформациях, имеющих характер растяжений–сжатий. Коэффициент потерь конструкции, демпфированной жестким покрытием:

где E₂₁=E₂/E₁иh₂₁=h₂/h₁ –отношения соответственно модулей упругости и толщины (рис. 6.37, д),n₃– коэффициент потерь материала покрытия.

Жесткое наружное покрытие с прокладкой имеет повышенный по сравнению с предыдущим коэффициент потерь, так как между слоем вибропоглощающего материала и пластиной расположен слой легкого жесткого полимера (например, пенопласта) (рис. 6.37, б).Он удаляет вибропоглощающий материал от нейтральной плоскости (не испытывающей деформаций при изгибе), при этом увеличивается его виброскорость, возрастает деформация растяжения и, следовательно, увеличиваются потери энергии в покрытии. С увеличением частоты покрытие эффективно работает до тех пор, пока в прокладке не возникнут деформации сдвига. При возникновении последних прокладка перестает эффективно передавать на вибропоглощающий слой растягивающие усилия от изгибов пластины.

Кроме жестких покрытий применяют также: армированные покрытия, когда на слой вибропоглощающего материала наносится тонкий слой другого материала (обычно металла), который упрочняет, усиливает или защищает вибропоглощающий слой; слоистые покрытия, когда толщина упрочняющего металлического слоя близка к толщине пластины; и мягкие наружные покрытия, которые представляют собой слой вибропоглощающего материала, легко сжимаемого по толщине и рассеивающего энергию изгибных колебаний в результате деформаций в поперечном направлении. В рассмотренных жестких покрытиях коэффициент потерь зависит от частоты. При этом его наибольшие значения приходятся на область низких –средних частот.

Эффективность вибропоглощения

где L_ηиL_η+. –уровни рассеиваемой энергии до и после осуществления вибропоглощающих мероприятий.

Чтобы учесть рассеивание энергии вследствие применения конструкционных материалов, введем сквозную нумерацию слоев: материал, на который наносится вибропоглощающий слой, назовем нулевым слоем; над нулевым слоем располагается первый слой, над первым – второй и т. д. Тогда, пользуясь формулой (6.8), запишем

где ε_i, и η_i–соответственно максимальная потенциальная энергия и коэффициент потерьi-го слоя;п –число слоев.