5.6 Методы борьбы с вибрацией оборудования

Уменьшение вибрации в источнике возникновения является наиболее рациональным методом снижения вибрации оборудования. На стадии проектирования следует учитывать следующие рекомендации: определять требования к точности балансировки шпинделей, валов, муфт; прямозубые шестерни заменять косозубыми, шевронными, применять глобоидное червячное зацепление; повышать класс точности обработки шестерен, чистоту обработки зубьев; использовать в шпиндельных узлах станков подшипники скольжения вместо подшипников качения; применять подшипники качения более высоких классов точности, выбирать требуемые для снижения вибрации посадки в узлах подшипников.

Для того чтобы снизить вибрации на уже эксплуатируемом металлорежущем оборудовании, необходимо выполнять следующие требования: проводить планово-предупредительные ремонты оборудования; применять рекомендованные для конкретного металла и режимов резания смазочно-охлаждающие жидкости, способы крепления инструмента, заготовок, приспособлений, которые повышают жесткость системы СПИД; обеспечить качественную смазку узлов подшипников, редукторов, кулачковых механизмов, направляющих и других подвижных элементов оборудования; своевременно перетачивать режущий инструмент в процессе его эксплуатации.

Чтобы уменьшить передачу вибраций металлорежущего оборудования на защищаемые объекты – пол, перекрытия в производственном помещении, человека, широко используют виброизоляторы различных конструкций.

Эффективность виброизоляции оценивается коэффициентом передачи силы на основание, где устанавливается оборудование, по зависимости

КП = F₁/ F₂, где F₁ – амплитуда динамической силы, передающейся через виброизоляторы на основание; F₂ – амплитуда динамической силы, создаваемой оборудованием.

Коэффициент передачи показывает, какая доля динамической силы, действующей со стороны оборудования, передается через виброизоляторы основанию. Он зависит от величины отношения частоты f возмущающей силы к частоте собственных колебаний системы f_о, состоящей из оборудования, основания и виброизоляторов. Коэффициент передачи для вертикальных колебаний оборудования находят по зависимости КП = 1/ (f²/ f_о² - 1).

При f < f_о система оказывает упругое сопротивление возмущающей силе, которая полностью передается основанию, т.е. КП = 1. в случае f = f_о происходит явление резонанса, что приводит к резкому увеличению колебаний оборудования и росту передаваемой силы.

При f = , а также в случае дальнейшего увеличенияf изолируемая система оказывает инерционное сопротивление, КП < 1. По мере увеличения частоты эффективность виброизоляции возрастает. Таким образом, положительный эффект виброизоляторы обеспечивают только в том случае, если f > .

Для того, чтобы практически найти частоту собственных колебаний оборудования на виброизоляторах f_о, необходимо замерить статическую осадку виброизоляторов под действием веса оборудования. Собственную частоту колебаний оборудования на виброизоляторах определяют по зависимости f_о = 1/2, гдеg – ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с²; x_ст – статическая осадка виброизолятора, м.

Перед установкой виброизоляторов учитывают координаты центра тяжести оборудования и располагают виброизоляторы таким образом, чтобы обеспечить их равномерную загрузку.

Уменьшение уровня виброскорости защищаемого объекта в результате установки оборудования на виброизоляторы можно приближенно определить по зависимости

ΔL = 20 lg [(f /f_o)² - 1].

В настоящее время налажен серийный выпуск виброизоляторов различных конструкций. Наибольшее распространение для металлорежущих станков получили резинометаллические виброизолирующие опоры ОВ-30, ОВ-31, ОВ-33 и ОВ-34 (рис.5.12), изготовляемые по ГОСТ 17712-72. Габаритные размеры опор ОВ-30 и ОВ-31 приведены в табл. 5.5.

Рисунок 5.12 – Виброизолирующие опоры:

а – ОВ-30; б – ОВ-31; в – ОВ – 33; г – ОВ – 34.

Таблица 5.5 – Габаритные размеры опор ОВ-30 и ОВ-31

Опоры	Диаметр D, мм	Высота Н, мм	Диаметр шпильки D, мм
ОВ-31	142	47	М16
ОВ-30-1-1;ОВ-30-1-2;ОВ-30-1-3	105	43	М12
ОВ-30-2-2;ОВ-30-2-3	140	46	М16
ОВ-30-3-2;ОВ-30-3-3	180	50	М20

Упругий элемент опоры ОВ-30 изготовляется из различных по твердости марок резины. Частотная характеристика опоры ОВ-30 – зависимость частоты собственных колебаний оборудования f_о от нагрузки на опору Р – представлена на рис.5.13.

Рисунок 5.13 – Частотные характеристики виброизолирущих опор: 1 – ОВ-30-1-1; 2 – ОВ-30-1-2; 3 – ОВ – 30-1-3; 4 – ОВ – 30-2-2; 5 – ОВ – 30-2-3; 6 – ОВ – 30-3-2; 7 – ОВ – 30-3-3

Частота собственных колебаний оборудования на таких виброизоляторах составляет порядка 10 – 33 Гц, поэтому положительный эффект они начинают обеспечивать только с частот вынужденных колебаний около 14 – 46 Гц и более.

Для снижения высокочастотной вибрации оборудования с небольшим весом применяют резиновые коврики (ГОСТ 17725-72).

Для уменьшения вибрации тонкостенных металлических конструкций оборудования – ограждений, кожухов, воздуховодов на их поверхность целесообразно наносить вибродемпфирующие покрытия. При этом энергия механических колебаний переходит в тепловую, что обусловлено значительным внутренним трением в вязких вибродемпфирующих покрытиях.

Вибродемпфирующие покрытия подразделяют ра жесткие и мягкие. Динамический модуль упругости жестких покрытий составляет 10⁸- 10⁹ Н/м². они рекомендуются для гашения вибраций на низких и средних частотах.

К таким покрытиям относятся различные жесткие пластмассы, а также мастики на основе эпоксидных смол.

Динамический модуль упругости мягких покрытий составляет 10⁷ Н/м². их целесообразно применять для гашения вибраций на частотах выше 1000 Гц. К таким покрытиям относятся мягкие пластмассы, резина.

Для эффективного вибродемпфирования толщина покрытия должна быть не менее 2 – 3 толщин покрываемого металла.

Вибродемпфирующие покрытия снижают также шум, излучаемый вибрирующей поверхностью. Уровень снижения звукового давления составляет 6 – 8 дБ.

Вибродемпфирующие покрытия выпускают в виде листов и мастик. Листовые покрытия соединяются с вибрирующей поверхностью с помощью клея. Параметры некоторых отечественных покрытий приведены в табл. 5.6. эффективность вибродемпфирующего покрытия зависит от его модуля упругости Е и коэффициента потерь η. Для виброгашения металлорежущее оборудование устанавливают на специальные фундаменты. Особенности устройства и расчет фундаментов подробно приведены в СНиП II- 19- 79.

Таблица 5.6 – Характеристики вибродемпфирующих покрытий

Материал	Плотность, кг/м^3	Модуль упругости Е, Н/м^2	Коэффициент потерь η	Рабочий диапазон температур, ^оС
Асбокартон (ГОСТ 2850-75) Фетр, пропитанный битумом «Агат» листовой «Антивибрит - 2» «Швим - 18» с наполнителем из свинцового сурика «Швим - 19» с наполнителем из железного сурика Резина марки 1002 « 10731	1∙ 10^3 - - - - - 750 -	5,8 ∙ 10^8 2,5 ∙ 10^8 10 ∙ 10^8 30 ∙ 10^8 6 ∙ 10^7 8 ∙ 10^7 1 ∙ 10^7 8 ∙ 10^6	0,065 1,0 0,33 0,44 0,39 0,54 0,6 0,33	-20…+450 -60…+110 - +20…+40 - - +20…+80 +20…+80

Для тяжелого и прецизионного металлорежущего оборудования, к которому предъявляются повышенные требования по уменьшению вибрации, метод виброгашения может применяться в сочетании с методом виброизоляции.

На рис.5.14 представлены схемы фундамента с виброизоляцией для тяжелого круглошлифовального станка. Снижение вибрации станка достигается в результате применения амортизаторов 1, винтовых пружин 2, на которые устанавливается фундаментная бетонная плита 3 с жестко соединенной станиной станка 4.

Рисунок 5.14 – Схема фундамента под тяжелый

круглошлифовальный станок