Wibroizolatory

Wibroizolacja to dziedzina techniki zajmująca się redukcją drgań przenoszonych z maszyny na podłoże lub odwrotnie.

Każda maszyna, w której poruszają się jakieś elementy, jest źródłem drgań mechanicznych. Silniki, koła zębate, wały oraz wszystkie inne elementy wirujące w maszynie, na skutek niewyważenia, są generatorem drgań. Amplituda tych drgań zależy od wielkości niewyważenia, a ich częstotliwość od prędkości obrotowej wirującego elementu. Maszyna oddziałuje dynamicznie na podłoże. Drgania generowane przez maszynę przenoszone są na podłoże. Jeżeli maszyna posadowiona jest na odpowiednio zaprojektowanym fundamencie, to generowane drgania są skutecznie tłumione przez fundament. Gorsza sprawa, jeżeli maszyna takiego fundamentu nie ma i jest posadowiona bezpośrednio na podłodze lub na elementach konstrukcyjnych budynku. W takim przypadku drgania rozprzestrzeniają się po całej konstrukcji, a z kolei drgająca konstrukcja budynku oddziałuje na inne maszyny i urządzenia. Tym samym drgania generowane przez jedną maszynę wpływają negatywnie na pracę innych maszyn.

Z punktu widzenia izolacji drgań, najlepszym rozwiązaniem jest posadowienie maszyny na odpowiednio zaprojektowanym fundamencie. Niestety, takie rozwiązanie dość często bywa niemożliwe do realizacji.
W takiej sytuacji zastosowanie znajdują wibroizolatory, czyli elementy sprężyste, które pozwalają zmniejszyć transmisję drgań z maszyny na podłoże lub odwrotnie.

Konstrukcje poszczególnych wibroizolatorów są bardzo różne, od prostych walców gumowych czy pojedynczych sprężyn, po wymyślne konstrukcje metalowo-gumowe i skomplikowane układy sprężyn. Bez względu na konstrukcję wibroizolatora, najistotniejsze są jego parametry mechaniczne pozwalające skutecznie redukować drgania.

Podstawowe pojęcia:

k - współczynnik sprężystości (sztywność) - iloraz przyłożonej siły do ugięcia, jakie spowodowała ta siła; wyrażany w N/m (w przypadku wibroizolatorów podawana także w N/mm)

fo - częstotliwość drgań własnych - częstotliwość, z jaką drga układ wytrącony z równowagi, na który nie działają żadne siły zewnętrzne

f - częstotliwość drgań wymuszonych - częstotliwość, z jaką drga układ pod wpływem przyłożonych sił zewnętrznych

Fi - siła przenoszona na podłoże z drgającej maszyny, gdy maszyna zamocowana jest na sztywno

Fs - siła przenoszona na podłoże z maszyny zamocowanej na wibroizolatorach.

Istota wibroizolacji

Częstotliwość drgań własnych fo układu złożonego z masy zawieszonej na sprężynie, jest proporcjonalna do masy i odwrotnie proporcjonalna do współczynnika sprężystości; im mniejszy współczynnik sprężystości, tym mniejsza fo.

Stosunek sił Fs/Fi jest miarą skuteczności tłumienia drgań - im mniejszy jest ten iloraz, tym skuteczniejsza wibroizolacja. Iloraz ten zależy od stosunku częstotliwości f/fo. Zależność pokazuje poniższy wykres - na osi X - f/fo, na osi Y - Fs/Fi

Z wykresu wynika, że siła przenoszona na podłoże przez wibroizolatory może być większa, niż gdyby tych wibroizolatorów nie było. W skrajnym przypadku, gdy f=fo, zachodzi zjawisko rezonansu, a to może spowodować duże szkody.

Wniosek oczywisty - dobierając wibroizolatory, należy zachować rozwagę. O tłumieniu drgań możemy mówić dopiero wówczas, gdy częstotliwość drgań wymuszających jest 1,5 razy większa od częstotliwości drgań własnych.