Вибрация

ВИБРАЦИЯ (от латинского vibratio - колебание, дрожание), колебательный процесс, возникающий при периодическом смещении центра тяжести тела от положения равновесия, а также при изменении формы тела, которую оно имело в статическом состоянии. Вибрация вызывается силами возбуждения, которые могут быть приложены к объекту извне или возникнуть внутри него самого. Возникновение вибрации может быть обусловлено зазорами и шероховатостью поверхностей деталей машин и механизмов, наличием неуравновешенных элементов и деталей. В технике (машинах, механизмах, сооружениях, конструкциях и др.) вибрация может быть полезной и вредной. Полезная вибрация, как источник механических колебаний, возбуждается преднамеренно вибраторами, используемыми в строительных, дорожных и других машинах, для выполнения различных технологических операций, при транспортировке материалов (вибрационный конвейер и др.), в приводах ручных машин и др. Вредная вибрация, возникающая при движении транспортных средств, работе двигателей, турбин и других машин, иногда приводит к нарушению режима работы и даже разрушению устройств. Вибрация конкретного объекта определяется силой возбуждения, её направлением и частотой колебаний. При вибрации различают: возбуждение силовое (динамическое) под действием вынуждающих сил и/или моментов; кинематическое, возникающее при сообщении каким-либо точкам системы заданных движений; параметрическое, наступающее в результате изменения во времени одного или нескольких её параметров (массы, момента инерции, коэффициента жёсткости, коэффициента сопротивления); самовозбуждение колебаний, вызываемое поступлением энергии от неколебательного источника. Смешанное возбуждение вибрации возможно, например, при совмещении кинематических вынужденных колебаний с самовозбуждением. В большинстве вибрационных устройств используются принципы динамического и кинематического возбуждений. Вредную вибрацию может вызывать каждое из перечисленных возбуждений.

При анализе вибрации объекта определяют источники вибрационной энергии и пути, по которым эта энергия распространяется. Источником энергии вибрации может быть двигатель самой машины, сеть переменного тока, паровая турбина и др. На практике полностью избежать вибрации никогда не удаётся. Для предупреждения вредной вибрации и снижения её действия применяются различные меры защиты (например, виброизоляция конструкций, замена заклёпочных соединений сварными в самолётах, мостовых фермах и др.).

Основные параметры, характеризующие вибрации, - частота колебаний (Гц) и амплитуда вибросмещения (виброперемещение; м) или их производные - виброскорость (м/с) и виброускорение (м/с²).

Вибросмещение измеряется при низкочастотной вибрации (с верхней границей частот 100-200 Гц) в строительной виброакустике, при балансировке роторов, исследовании упругих деформаций, прогнозе усталостных разрушений и др. Виброускорение определяется при наличии широкополосной вибрации (в диапазоне 100-10 000 Гц) при виброакустической диагностике. Самый «измеряемый» параметр - виброскорость - характеризует колебательную энергию, так как по ней судят о техническом состоянии машин - их узлов и деталей. Смотри также Вибродиагностика.

Важная характеристика вибрации - уровень (отношение амплитуды к некоторому опорному уровню), измеряемый (по аналогии с шумом) в децибелах (дБ): L = 20 lg (U/U₀), где L - уровень сигнала (дБ), U - уровень вибрации в обычных единицах ускорения, скорости или смещения, U₀ - опорный уровень, соответствующий 0 дБ.

Уровень виброскорости V (дБ) определяется: L_v = 20 lg(V/V₀), или L_v =  20lg[V/(5·10^-8 м/с)]. Опорный уровень, равный 10^-9 м/с, соответствует стандарту системы СИ (в российском стандарте V₀ принят 5· 10^-8 м/с).

Вибрация относится к факторам, обладающим большой биологической активностью. Действие вибрации на организм возникает при передвижении человека на поезде, самолёте и т.п., в процессе работы на вибрационных машинах и оборудовании, а также во время старта и приземления космических ЛА. Воздействие вибрации может снижать работоспособность, вызывать нарушение восприятия и др. Смотри также Вибрационная болезнь.

Лит.: Вибрации в технике. Справочник: В 6 т./ Под редакцией К. В. Фролова. 2-е изд. М., 1995; Конкин А. И. Вибрация. Воздействие, нормирование, защита. М., 2004.