Виды и источники вибрационных нагрузок

Механические и акустические колебания

Лекция №3

3.1. Виды и источники вибрационных нагрузок

3.2.Действие вибрации на организм человека

3.3.Нормирование вибраций

3.4.Методы и средства защиты от вибрации

3.5. Физиологические и физические характеристики звука и шума

3.6. Влияние шума на организм человека

3.7. Нормирование шума.Меры борьбы с шумом.

Вибрация — это малые отклонения отдельных точек упругого тела, возникающие в результате воздействия на него возмущающей силы. При этом само упругое тело может совершать поступательные или вращательные перемещения не изменяя своей формы. Источниками вибрации могут служить швейные, трикотажные машины, транспортные средства (наземные, водные и воздушные).

В зависимости от способа воздействия на тело возмущающей силы механические колебания могут быть свободными или вынужденными.

Свободные колебания возникают в результате вывода системы из положения равновесия и протекают они под воздействием сил инерции. Примером таких колебаний может служить свободные колебания маятника, происходящие в результате разового приложения к нему нагрузки. Свободные колебания характеризуются определенным периодом и частотой.

Вынужденные колебания возникают при периодическом воздействии на упругое тело внешних сил, которые могут сопровождаться возникновением собственных колебаний. Например, при перемещении автомобиля по грунтовой дороге он будет испытывать вынужденные колебания, а груз, находящийся в кузове автомобиля - собственные колебания.

Наиболее распространенный вид вынужденных колебаний представляет собой синусоидальные или гармонические колебания. По мере приближения частоты вынужденных колебаний упругого тела к частоте собственных наступает резонанс, который сопровождается резким увеличением амплитуды колебаний всей системы.

Автоколебания – это самоподдерживающие колебания, происходящие как при самовозбуждении, так и при возбуждении (толчок), например колебания струны при движении по ней смычка.

В общем случае вибрировать может как все твердое тело, так и отдельные его частицы. В первом случае, все тело перемещается в пространстве как единое целое, не изменяя своей формы, и может совершать при этом поступательное или вращательное движение. Во втором случае колеблются лишь отдельные частицы тела, при этом и деформации возникают только в отдельных его участках.

Следует отметить, что в твердых телах возможны как продольные, так и поперечные колебания. Направление продольных колебаний совпадает с направлением действия возмущающей силы, поперечные колебания распространяются в перпендикулярном направлении действия возмущающей силы.

В связи с этим вибрации, возникающие в результате такого сложного движения возмущающей силы, могут порождать в нем сложные деформации: сжатие, растяжение, кручение, изгиб и т.д., что позволило создавать различные вибрационные машины с моно и полигармоническими колебаниями; безударные, ударно-вибрационные и др.

Так, например, для уплотнения бетона при формировании железобетонных изделий или погружении свай и труб в грунт, рабочему органу вибрационных машинах сообщается моногармонические колебательные движения. В то время как, например, для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, используют полигармонические колебания.

Другая область применения вибрации — это ультразвуковая обработка деталей и заготовок путем прямого механического воздействия на обрабатываемую деталь или на жидкую среду (иногда с добавками химических веществ) в которой размещены обрабатываемые детали. Такие методы применяется для снижения шероховатости изделия, выполнения отверстий не круглой формы, очистки литья от окалины и др.

На предприятиях легкой промышленности причинами возникновения вибрации являются: наличие неуравновешенных быстровращающихся масс или возвратно-поступательного движения отдельных деталей (например, кривошипно-шатунный механизм); наличие дисбаланса масс (несовпадение центра масс и центра инерции) из-за неоднородности материала вращающего тела, деформация деталей от неравномерного нагрева при горячих и холодных посадках и т.п. Источником вибрации может служить ручной механизированный инструмент (шлифовальные машины, дрели и перфораторы, бензомоторные пилы, клепальные и рубильные машины), а также технологическое оборудование: швейные, трикотажные машины, дерево и металлообрабатывающие станки. При кинематическом возбуждении вибраций последние возникают вследствие колебания основания, на котором располагается рабочее место. Так, колебание корпуса автомобиля вызывают общие вибрации тела водителя при движении даже с отключенным двигателем, особенно при движении по неровной дороге.

Как видно из вышеперечисленных примеров вибрации, могут представлять собой периодические или случайные колебательные процессы. В первом случае спектр вибрации является дискретным, во втором — непрерывным. Однако во всех случаях он представляет совокупность синусоидальных колебаний.

К основным параметрам синусоидальной вибрации относятся:

частота f, (Гц); амплитуда перемещения А_m, (м); виброскорость v_m,(м/с); виброускорение а_m, (м/с²), период Т,(с) (время в течение которого совершается одно полное колебание). Все эти параметры связаны между собой следующими зависимостями:

v_m= ω *А_m; (1)

a_m= ω *v_m= ²A_m;(2)

ω =2 *f;(3)

f=1/Т.(4)

Так как параметры, характеризующие вибрации, могут меняться в 10⁸ раз, так же, как при шуме, их удобно оценивать в логарифмических координатах. Тогда уровни виброперемещения Ls, виброскорости Lv и виброускорения Lа можно представить в виде:

Ls=20lg(Аск/Ао); Lv=20lg(Vск/Vо); Lа=20lg(a_ск/а_о),

где Ао=8*10^-12 м; v_о=5*10^-8 м/с; а_о=3*10^-6 м/с², представляют собой опорные значения которые стандартизованы на международном уровне.

Интенсивность вибрации пропорциональна квадрату колебательной скорости ,

которая используется для оценки интенсивности вибрации. Диапазон колебаний улавливаемый человеческим организмом весьма велик (от 10^-4 м/с - это порог слышимости, до 1м/с - пороге болевого ощущения).