Zgomote Mecanice și Vibrații

1.Principalele surse de zgomote mecanice şi vibraţii in maşini

Ca rezultat al creşterii puterii şi vitezei maşinilor,al uşurării la limită a elementelor constructive,cresc forţele active simultan cu reducerea masei şi rigidităţii construcţiei.Acestea constituie motivul principal al marii actualităţi a problemelor de combatere a zgomotelor şi vibraţiilor,cărora li se acordă în prezent multă atenţie în toate ramurile construcţiei de maşini.Elementele constructive uşoare oferă o amortizare internă mai mică a oscilaţiilor întreţinute sau componentele lor armonice coincid cu frecvenţele proprii ale diferitelor elemente constructive,ceea ce duce la fenomene de rezonanţă.

Radiaţia vibraţiilor sub formă de zgomot aerian se produce atît direct de pe suprafeţele organelor,care constituie surse de oscilaţii,cît şi de pe elementele constructive legate de ele.

Apariţia,propagarea şi radiaţia zgomotului structural în maşini poate fi reprezentată schematic în modul următor:Forţa variabila P(t) este aplicată într-un punct oarecare al corpului solid şi provoacă în el deformaţii elastice şi oscilaţii cu viteza v1=ωξ1,unde ξ1 este deplasarea de oscilaţie.

Valoarea impedanţei mecanice a corpului in punctul respectiv Zmec=

Într-un alt punct al suprafeţei acestui corp,deformaţiile elastice vor provoca miscarea oscilatorie cu viteza v2=ωξ2,a cărei valoare va depinde de coeficientul de transmisie k=v2/v1.

Puterea acustica W=pc Sk,

în care:pc este impedanţa acustică a aerului;

S-aria suprafetei de radiatie;

k-coeficientul de radiatie,conditionat de caracterul oscilatiei radiatorului considerat.

În cazul general k<1,deoarece oscilaţiile din diferite puncte ale suprafeţei nu sînt identice ca mărime şi fază.

Valoarea presiunii acustice p în punctul considerat poate fi exprimată în modul următor:

p=(P(t)/Zmec)*(v2/v1)kS.

Din examinarea acestei ecuaţii se vede că o reducere eficace a zgomotului poate fi realizată prin:

1)micşorarea valorilor forţelor variabile active P(t);

2)mărirea impedanţei mecanice a corpului oscilant,a cărei valoare creşte o dată cu mărirea rigidităţii construcţiei şi a masei ei.Determinarea prealabilă prin calcul a impedanţei mecanice a elementului constructiv în regim dinamic este legată de dificultăţi mari şi în prezent această problemă este rezolvată doar în cazurile cele mai simple (grindă,placă,etc.).Acest fapt constituie cauza principală care îngreunează calculele acustice şi de vibraţii în construcţia de maşini;

3)reducerea coeficientului de transmsie al oscilaţiilor acustice prin elementul constructiv,prin utilizarea materialului cu o frecare internă pe cît posibil de mare,prin amortizarea artificială cu diferite acoperiri şi în sfârşit,prin garnituri din materiale elastice în locurile de îmbinare a diferitelor elemente constructive;

4)înrăutăţirea condiţiilor de radiaţie,ceea ce se realizează prin reducerea la limită a suprafeţei de radiaţie S şi prin micşorarea amplitudinii oscilaţiilor ξ, precum şi printr-o perturbare pe cît posibil de mare a sinfazicitatii oscilaţiei suprafeţei,adică prin reglarea formei oscilaţiei,de exemplu,prin compartimentarea suprafeţei cu ajutorul nervurilor de rigidizare etc.

La proiectarea maşinilor cu zgomote moderate trebuie acordată preferinţa unor asemenea scheme constrctive,în care procesele dinamice,provocate de şocuri,acceleraţii bruşte,deceleraţii etc. să fie excluse sau reduse la limită.De exemplu,înlocuirea matriţării prin presare, a mecanismelor cu came şi cu bielă-manivelă,prin mecanisme cu mişcare rotativă uniformă etc.favorizează într-o măsură considerabilă reducerea zgomotului şi vibraţiilor.În continuare se va acorda atenţia principală examinării problemelor de reducere a vibraţiilor şi zgomotului a căror provenienţa nu e legată direct de operaţia tehnologică,efectuată de maşină.Dintre aceste surse fac parte în primul rînd transmisiile prin rulmenţi şi angranaje,folosite larg în construcţia de maşini moderne.O altă sursă de vibraţii cu componente intense de joasă frecvenţă şi de zgomot în multe maşini este neechilibrarea pieselor în rotaţie.

2.Vibraţiile mecanice si zgomotul datorit neechilibrării pieselor in rotaţie

O sursă destul de intensă de vibraţii şi zgomote aeriene,de joasă frecvenţă,este neechilibrarea părţilor în rotaţie în special în maşinile rapide moderne,de greutate minimă şi cu rigiditatea redusă a pieselor portante principale.

Sursele dezechilibrării pot fi condiţionate de neomogenitatea materialului corpului în rotaţie şi de defectele de construcţie,prelucrare şi montaj.Cauzele neomogenitatii materialului pot fi:suflurile şi porozitatea în piesele turnate,densitatea neuniformă a materialului în diferite locuri etc.Dintre defectele constructive care duc la deplasarea centrului de greutate a corpului în raport cu axa de rotaţie face parte distribuţia asimetrică a maselor şi orificiilor,grosimea inegală a pereţilor cu goluri sau alezaje,existenţa porţiunilor de suprafeţe neprelucrate,alegerea greşită a toleranţelor la prelucrare şi a ajustajelor la pisele asamblate,care duce la bătăi radiale sau axiale,apropierea turaţiei de regim de turaţia critică,perturbarea simetriei de distribuţie a maselor datorită splinturilor,penelor. Cauzele dezechilibrării pot fi de asemenea abaterile de la toleranţele de prelucrare mecanică,deformaţiile pieselor prelucrate datorită deformaţiilor provocate de neuniformitatea cîmpurilor de temperatură şi de diferenţă dintre coeficienţii de dilataţie termică,a pieselor componente executate din diferite materiale.El poate fi provocat,de asemenea,de deplasarea piselor sub acţiunea forţelor centrifuge,de coroziunea neuniforme sau de uzură pieselor şi în sfîrşit sub acţiunea factorilor exteriori.