Dejstvo vibracija i šuma na

mašinski sistem

• Ergonomija je nauka koja se bavi

dizajnom proizvoda tako da oni budu

najbolje prilagođeni ljudskom telu.

• Ergonomija je ukupnost proučavanja ljudi i

njihovog odnosa sa radnom okolinom.

• ERGON – delo, čin, rad; NOMOS – običaj,

red, zakon.

• Industrijski sistem se ne može posmatrati odvojeno od društva i prirode.

• Industrijski sistem, ljudska zajednica i prirodni sistem.

• Industrijska ekologija: vrednovanje industrijskog sistema i posredovanje između prirode i čoveka. Ekološki rizik – verovatnoća događaja koji uzrokuju opasnosti po ljude, njihova dobra i okolinu.

• Pokazatelji dinamičkog ponašanja mašinskog sistema: vibracije i šum.

• Vibracije: naizmenična periodična kretanja oko ravnotežnog položaja izazvana dejstvom opterećenja.

• Vibracije iznad određenog intenziteta nepovoljno deluju na ispravno funkcionisanje, radni vek i izdržljivost.

• Nepovoljno utiču na radnu sposobnost ljudi, izazivaju zamor, a mogu prouzrokovati i oštećenja pojedinih organa.

• Pogoršanje kvaliteta izrade, povećano trošenje alata ili povećano habanje kliznih ili kotrljajućih parova.

• U rezonantnom području učestanosti vibracija – pod određenim uslovima – razaranje delova.

Osnovni dinamički model za određivanje vibracija

• Konstrukcija mašinskog dela: poznavanje veličina koje utiču na intenzitet, oblik i učestanost vibracija.

F(t) – poremećajna pobudna sila;

m – masa;

c – krutost opruge;

k – prigušivač;

jedan stepen slobode kretanja

F(t) izaziva pomeranje x mase

m brzinom v pri ubrzanju a.

Delovanju F(t) suprotstavljaju

se inercijalna sila ma, sila u

opruzi cx i sila prigušenja kv.

Ove sile su u ravnoteži.

Osnovna dinamička jednačina

modela

)t(Fxcvkam

• Najjednostavniji oblik naizmeničnog pomeraja mase m, koji se ponavlja posle određenog perioda vremena T, u kome se ostvari jedan ciklus promene pomeraja predstavlja se sinusnom funkcijom:

)tsin(xx 0

x0 – najveća vrednost pomeraja

(amlituda);

- kružna frekvencija;

T – vreme trajanja jedne periode

pomeraja;

f = 1/T – broj ciklusa promena

pomeraja- učestalost, frekvencija;

t=2

f2T

2

Oblici vibracija

• Osnovne oblike vibracija određuju načini promene poremećajne sile.

Slobodne

Prinudne i

Samopobudne vibracije

Slobodne vibracije

• Nastaju po prestanku delovanja poremećajne sile.

• Ako nema prigušenja masa vrši harmonijsko kretanje beskonačno dugo.

Prigušene vibracije: a) <1; b) >1;

cm/k5.0

k – koeficijent prigušenja, amplituda vibracija se

postepeno smanjuje

Prinudne vibracije

• Nastaju usled delovanja poremećajnih sila na masu dinamičkog sistema.

• Ove sile nastaju tokom rada zbog neuravnoteženosti obrtnih masa ili ciklusno promenljvih opterećenja.

Najveća amplituda pomeraja nastaje pri učestanosti

fr – rezonantna frekvencija:

2

0r 1ff

f0 – sopstvena učestanost sistema

Samopobudne vibracije

• Nastaju ako poremećajna sila zavisi ne samo od vremena t već i od uslova u kojima se ostvaruje funkcija mašinskog sistema.

• Alatne mašine – prinudne vibracije nastaju kao posledica dinamičke komponente sile rezanja. Ako se prekorači neka dubina rezanja, amlituda vibracija se naglo povećava, odnosno nastaju samopobudne vibracije sa frekvencijom bliskom sopstvenoj učestanosti f0.

Prigušivanje

• Osnovni zahtev: mašinski sistem treba da radi u rezonantnom području, odnosno da je učestanost pobudnih sila manja ili veća od rezonantne, odnosno sopstvene frekvencije sistema.

• Promena učestanosti pobudnih sila, izmena kinematičkih i dinamičkih odnosa u sistemu ili promena sopstvene učestanosti usvajanjem druge krutosti ili mase odgovarajućih delova sistema.

• Konstruktor je “dužan” da koncipira mašinu čije će vibracije bitii u granicama dopuštenih prema ISO ili VDI propisima.

• Smanjenje veličine pobudne sile - mera za smanjenje

amlituda vibracija elemenata sistema.

• Veća tačnost izrade, uravnoteženje obrtnih masa,

hidrostatičko podmazivanje kliznih parova...

• Povećanje prigušenja – mogućnost da se vibracije

priguše i lokalizuju (ne prenesu na ostale delove

sistema).

• Sedište vozača – koje ima pneumatski jastuk umanjuje

intenzitet pobuđenih vibracija. Istu funkciju imaju

amortizeri vozila.

• Prigušenje – ostvaruje se trenjem koje nastaje prilikom

klizanja (frikcione spojnice), fluidnim trenjem (klizna

ležišta), trenjem unutar materijala.

• Gumeni elementi – dobra moć prigušenja vibracija, ali

mala čvrstoća – koriste se za manja opterećenja

(primenom spojnica, kaišnih i remenih parova štite

pogonsku mašinu od udarnih opterećenja).

Amortizeri: a) opružni, b) uljni

Generisanje buke u mašinskim

sistemima

• Transformacija energije u mašinskim sistemima, mehaničke u korisan rad.

• Deo ove energije s posredstvom elastičnih deformacija i talasnog kretanja prenosi na delove sistema.

• Jedan deo pobuđuje vibracije, a drugi (zantno manji) se prenosi do spoljnih površina. Treperenjem se stvaraju talasi.

• Zvučna energija može biti neprijatna i štetna za okolinu.

• Zvučni talasi su sastavljeni od velikog broja pojedinačnih talasa – složeni su, spadaju pod opštu definiciju šuma.

• Ovaj akustični šum se najčešće zove buka.

• Akustika – nauka koja se bavi prostiranjem zvuka i buke.

• Proces transformacije mehaničke i druge energije u mašinskim sistemima ostvaruje se intenzivnim kretanjem delova koji se sudaraju, klizaju i kotrljaju,pa se deo energije gubi u vidu vibracija. Postoji korelacija između ove energije i emitovane buke, te se merenjem ili samo slušanjem može pratiti rad mašinskog sistema.

Primeri sudara mašinskih delova:

a) sudar u zglobnoj vezi;

b) sudar zubaca;

c) sudari u mehanizmu za otvaranje ventila;

d) elastična deformacija kotrljajuće staze

• Procesi prerade materijala – sudari visokog intenziteta – drobilice, mlinovi za mlevenje rude, prese i čekići.

• U procesu klizanja neravnine jedne povšine zahvataju neravnine druge površine. Pri relativnom kretanju neravnine se elastično i plastično deformišu, razaraju i prenose opterećenja i deformacije na masu mašinskog dela neposredno ispod neravnina. Kada se pomeri jedan deo u odnosu na drugi, neravnine i površinski sloj koji su se oslobodili deformacija ostaju da trepere u ravni površinskog sloja. Deo energije talsnog kretanja prenosi se i na unutrašnjost mašinskog dela.

Klizanje hrapavih površina: a) zahvat neravnina; b) impluls akustičkog pritiska usled klizanja

• Složeni spektar zvučnih vibracija – svakoj amlitudi odgovara frekvencija pri

kojoj je ta amlituda nastala. Može se razložiti na pojedinačne (sastavne)

proste oscilacije, a instrumentima određuje odgovarajuća frekvencija za

svaku amlitudu – frekventna analiza buke i vibracija.

• fss – osnovna frekvencija;

• 2fss – viši i niži harmonici;

• fm1, fm2 – sopstvene učestanosti masa m1 i m2;

• fc – učestanost sudara neravnina.

Spektri frekvencija vibracija (a) i buke (b) kliznih površina mašinskih delova

• Kotrljajući ležajevi i drugi kotrljajni parovi

• Strujni procesi – strujanje u cevima, isticanje fluida,

opstrujavanje lopatica, profila, prepreka ... – pojava

mikrovrtloga;

• Sagorevanje u mašinskim sistemima;