Причины вибрации машин

В большинстве случаев причинами возникновения вибрации являются вынужденные колебания, возникающие в результате действия периодических возмущающих сил, например, инерционных сил неуравновешенных масс движущихся деталей машин, искривление валов, несоосность соединяемых валов, неправильные зазоры, ослабление крепления вкладышей подшипников, мон­таж деталей с перекосом и пульсация рабочей среды. Для быстроходных машин (паровые и газовые турбины, центробежные нагнетатели) причиной вибра­ции может быть нарушение режима жидкостного трения в подшипниках. Эти вынужденные колебания особенно опасны в том случае, если частота действия возмущающих сил совпадает или близка к частоте собственных свободных колебаний системы. Даже незначительные по величине возмущающие силы вызывают тогда вибрацию со все увеличивающейся амплитудой (явление резонанса), что может привести систему к разрушению. Необходимо принимать меры к тому, чтобы частота вынужденных колебаний, обычно совпадающая или кратная числу оборотов или ходов машины, значительно отличалась от частоты свободных колебаний системы, на которую они воздействуют.

Овальность шейки вала создает периодическую силу (а следовательно, и колебания), действующую в направлении нагрузки на вал, с частотой в 2 раза большей частоты вращения вала. Огранности шейки вала характерны колебания с частотой, равной произведению числа граней на частоту вращения вала. Такие колебания наблюдаются также при повышенном от износа зазоре между телами качения и кольцами в крупных шарико- и роликоподшипниках.

Неправильная центровка соединенных валов также является источником колебаний. Упругие муфты могут лишь уменьшить действие неправильной центровки, но не ликвидировать ее. Угловое смещение соединенных валов (рис.9,а) вызывает колебания их подшипников в осевом и радиальном направлениях. Частота колебаний совпадает с числом оборотов вала, а размах осевых колебаний значительно больше радиальных. Осевые колебания подшипников имеют противоположные фазы; радиальные колебания однофазны. При параллельном смещении осей валов (рис.9, б) радиальные колебания противоположны по фазе, осевые колебания — однофазны и незначительны по величине.Искривление вала вызывает колебания, по признакам аналогичные угловому смещению валов. Общим отличительным признаком для всех случаев несосности валов, по сравнению с колебаниями от неуравновешенных масс, является малая зависимость амплитуды колебания от угловой скорости вала.

Рис. 9. Смещения соединяемых валов:

а — угловое;

б — параллельное

Как известно, центробежные силы пропорциональны квадрату угловой скорости. Отсюдакак следствие, резко увеличивается амплитуда колебания от неуравновешенных центробежных сил при возрастании угловой скорости. Корректируя центровку валов и повторяя измерение вибрации, можно получить точную их соосность.

Причиной возникновения вынужденных колебаний может быть и характер производственного процесса. Примером служит возникновение вибрации трубопроводов в результате циклических уплотнений жидкой или газовой среды в процессе перекачки ее поршневыми насосами или компрессорами. Такие вибрации опасны тем, что цикличность вынужденных колебаний обычно близка к цикличности свободных колебаний гибких и относительно простых систем, которыми являются трубопроводы. Активная вибрация трубопроводов — частое явление в нефтегазопромысловой практике.

Таковы наиболее характерные примеры вибрации машин и систем и их особенности для правильного диагностирования причин возникновения вибрации.