Механічна система, що складається із елементів, яким притаманні пружність і вага, в результаті прикладання зусиль може бути приведена у коливальний рух.
Вібрацією в техніці називають процес поширення механічних коливань у твердому тілі. Явище вібрації широко поширене в різноманітних технологічних процесах, будівництві інших галузях народного господарства.
Вібрація з фізичної точки зору характеризується частотою коливань f, амплітудою віброзміщення А, коливальною швидкістю V, коливальним прискоренням W.
Частота гармонійного коливального руху (Гц)
,
де n – число обертів за хвилину.
Віброшвидкість V, м/с і віброприскорення W, м/с2, у випадку гармонійних коливань визначаються за формулами
,
Крім того, вібрація оцінюється відносною величиною, вираженою в децибелах - рівень віброшвидкості, дБ (ДСТУ ГОСТ 12.1.012:2008)
,
де Vo=5·10-8 – опорна віброшвидкість, м/с; V – середньоквадратичне значення віброшвидкості, м/с.
Рівень загальної вібрації оцінюється по спектру віброшвидкості (табл. 6.1.). При частоті до 11 Гц нормованим параметром є віброзміщення (табл. 6.2.). Рівень місцевої вібрації оцінюється окремо (табл. 6.3.).
Таблиця 6.1.
Гранично допустимі рівні загальної вібрації
(транспортна)
Показник
Діапазон граничних частот, Гц
1,6-2,5
3,15-5
6,3-10
12,5-20
25-40
50-80
Середньогеометрична частота, Гц
31,5
Рівень
Віброшвид-кості, дБ
Віброшви-дкість, м/с
7,1
10-2
2,5
10-2
1,3
10-2
1,1
10-2
1,1
10-2
1,1
10-2
Таблиця 6.2.
Гранично допустимі рівні загальної вібрації
(транспортно - технологічна)
Показник
Діапазон граничних частот, Гц
1,6-2,5
3,15-5
6,3-10
12,5-20
25-40
50-80
Середньогеометрична частота, Гц
31,5
Рівень
Віброшвид-кості, дБ
Віброшвид-кість, м/с
3,5
10-2
1,3
10-2
0,63
10-2
0,56
10-2
0,56
10-2
0,56
10-2
Таблиця 6.3.
Гранично допустимі рівні загальної вібрації
(технологічна)
Показник
Діапазон граничних частот, Гц
1,6-2,5
3,15-5
6,3-10
12,5-20
25-40
50-80
Середньогеометрична частота, Гц
31,5
Рівень
віброшви-дкості, дБ
Віброшви-дкість, м/с
1,3·10-2
0,45·10-2
0,22
10-2
0,20
10-2
0,20
10-2
0,20
10-2
Вплив вібрації на людину. Коливання механічних тіл з частотою до 20 Гц сприймаються організмом людини як вібрація, а коливання з частотою вище 20 Гц – одночасно як вібрація і звук.
В залежності від впливу на людину, вібрація поділяється на загальну, що призводить до коливання всього тіла, і місцеву, що спричиняє коливання окремих його частини. Коливання з частотою 8 Гц – резонансні для органів черевної порожнини, а 17-25 Гц – для голови людини, тому неважко передбачити, що коливання з такими частотами можуть викликати механічне ушкодження органів людини. Систематичний вплив загальної вібрації є причиною виникнення професійного захворювання - віброхвороби. На сьогодні ефективне лікування цього захворювання можливе лише на початкових стадіях.
Місцева вібрація викликає спазми судин, впливає на нервові закінчення кінцевих фаланг пальців з наступним поширенням на кисть і передпліччя.
Важливим заходом захисту робочих місць від вібрацій є віброізоляція джерела вібрації або робочого місця. Зниження вібрації досягається встановленням пружних елементів (амортизаторів) між джерелом вібрації та основою (активна віброізоляція) або між вібруючою основою і робочим місцем (пасивна віброізоляція).
Амортизатори виготовляються із металевих пружин, різних сортів гуми, пружних конструкцій із пластмас, пружних оболонок із стиснутим повітрям та ін.
Основним показником, що характеризує якість віброізоляції будь-якої машини вагою m, встановленої на амортизаторах жорсткістю К, є коефіцієнт передачі m. Коефіцієнт передачі показує, яка частина динамічної сили F, збудженої в джерелі вібрації, передається через амортизатори до основи. Коефіцієнт передачі визначається за наступною залежністю:
,
де - f0- частота власних коливань віброізольованої системи, встановленої на пружинні амортизатори, Гц; f - частота вимушених коливань джерела вібрації, Гц
На рис.6.1. представлена залежність коефіцієнта передачі від співвідношення частот f/f0. Як видно із графіка, амортизатори починають виконувати віброізолюючу функцію при співвідношенні . При f=f0 виникає явище резонансу і в цьому випадку амортизатори не знижують, а навпаки - збільшують динамічні сили, що передаються на основу. Правильно запроектовані і якісно виготовлені амортизатори повинні мати коефіцієнт передачі не менше 1/40.
√2
Опис лабораторної установки
Дослідження вібрації проводиться на спеціальній лабораторній установці (рис.6.2). Як джерело вібрації використаний електродвигун на валу якого закріплений дебаланс (1). Заміри проводять за допомогою низькочастотного вимірювального апарата ВШВ-1 (2) на поверхнях (3,4,5), що імітують антивібраційний захист .
Для виміру параметрів вібрації можуть використовуватися механічні ручні вібрографи типу ВР-1, що дозволяють визначати амплітуду коливань від 0.05 до 6 мм і частоту від 5 до 100 Гц.