Transcript Metoder att minska vibrationer och stomljud från maskiner

,.
I
.
Då förhållandet mellan störfrekvens
och uppställningsfrekvens är 1, dvs. de
överensstämmer, får man som synes
en kraft ig förstärkning av vibrat ionerna i underlaget till fö ljd av vibrations-
Resona ns
lI e~"fl ns
",
' 00
.0
S,all ~ ~
Rasonan s S'a". k
l Ja d"ng
to"kv"",
",
mm
O
.
'O
'O
40
0.3
O.,
30
30
,. ,
..,
•,
•
För att åstadkomma den önskvärda
vibration sisoleringen måste isolatorer-
na dim ens ione ras på lämpli~t sätl. Katalogdata anger vanligen tillaten maxi mal last samt de n statiska nedfjädringen beroende av den pålagda belast-
O.,
O.,
3
0.3
,. ..,
O.,
Val av uppställningsfrekvens
.•
..
,
•,
,.
""
Bild 11. Exempel på vibrationsisolering
av maskin mot underlag med begrän3
sad massa.
1. Maskin ens massa (5000 kg), 2.
vibrationsisolatorer (lika
belastade
med 12500 N vardera), 3. underlagets
dynamiska massa (5000 kg), 4. statisk
fjädring (1 mm).
.
5
,.
"
"
Resonansfrekvens
kvensen
förstoras vibrationerna och
maskinen kommer i kraftig svä ngning.
Styrkan av d e nn a blir be roende av isolatorernas dämpning. För gummiisolatorer blir förstoringen av svängningen
ca 3-10 ggr, medan stå lfjädrar kan ge
ca 100 ggr förs tärkning.
Normalt undviker man alt störfrekvens och uppställningsf re kven s sammanfaller. Vid start aven maskin kan
man emellertid bli tvungen all låta
varvtalet passe ra resonansområde t. Vid
snabb passage hinne r resonans inte
uppstå. Kan de tta inte åstadkommas,
måste rörelse begränsare i isolatorer
eller gummibuffertar användas för all
Bild 9. Samband mellan resonansfrekvens f, och statisk fiädring s vid vibrationsisolering av maskin mot mycket
styvt och massivt underlag . För stå lfjäder t. h. och iso lato r av medelhårt
gummi t. v.
~*
1ii---
I
Styv uppställning (hårda isolatorer)
Vid excenterpressar ger vibrat ionsisolering med en avisoleringsfrekvens vid
exempelvis e n tredjedel av slagfrekve nse n upphov till e n alltför mjuk
maskinuppstä llning. Detta gäller också
andra typer av maskiner med slora
fram- och återgående komponenter,
som kan orsaka vippningsrörelser.
Det är i sådana fall mÖjligt all vä lja
en styvare uppställnin g, som ej isole-
- 2
3
f=~~r;;m
, Vs Y';-;:;;
m är maskinens massa (kg), mr är un derlagets dynamiska massa (kg) och s
är fjäderns sa mmantryckning under inverkan av m (mm). För stålfjädrar utbytes faktorn 20 mot 16.
Bild 12. Beräknade relativa vibrationer
i underlag.
Förh~ltande mel lan
~törfrekve n s och
uppställningsfrekvens
0,1
1
2
3
5
10
Vibration i underlag
relativa värden rör
m(=2'm
mf=m
1
2-50
0,5
0,19
0,06
0,01 5
rar den lågfrekventa slagfrekvensen,
men ändå hindrar överföri ngen av stötar och hårda slag till unde rlaget.
Vid dimensioneringen av isolatorerna måste eme lle rtid hänsyn tas till stötkrafter' och vippn ings/tippningsrö relser. t nästa me dd e lande behandlas
praktikfall som visa r hur sådan dimensionering utförs.
Tillåtna belastningar
1
Bild 10. Uppställning av m askin 1 mot
underlag med begränsad massa 3 (normala fallel) pa gummiisolatorer 2.
Uppställningens resonansfrekvens f,
( Hz) är:
hindra stora rörelser i maskinen.
Mjuk uppställning
Väljs e n upps tällningsfrekvens, som är
minst en faktor 1,5 lägre än störfrekvensen uppnår man avisolering. Ju
lägre uppställningsfre kvensen är desto
bättre avisolering får man, bild 12. Den
praktiskt uppnåe liga avisoleri ngseffekten begränsas dock normalt till ca 0,2
- 0,05 e ller e n isole rgrad av 80-95 %.
______ ~
MEDDELANDE
BULLER
inom verkstadsindustrin
Nr2
1975
Verkstadsföreningens och Metalls gemensamma organ för bullerbekämpning
O.'
,
O
ningen.
De n vibrationsisolerade maskinuppställningens reso nansfrekvens kan direkt av läsas ur bi ld 9 (fö r stål- resp.
medelhård gummifjäderisolator) då
nedfjädringen är känd.
Om maskinens slörfrekvens overensstämmer med uppställningsfre-
1---+
.0
O.'
40
Ij"d " ,,!!
mm
'O
O.,
'0
isoleringen.
För att få god avisolering krävs en
mjuk uppstä llning, men man måste då
acceptera större rörelser i maskinen än
vid direktuppställning.
'00
'0
.0
arbetsgruppen mot
1,5
5-100
1,0
0,38
0,13
0,03
Fabrikanten anger normalt högsta tilllåten statisk belastning för vibrationsisolatorer. Vid sä rskilt stora dynam iska
be!as tningar, såsom exempelvis vid
uppställning av exce nt e rpressar, erfordras en , sä ke rh e tsfaktor, på ca 3- 5,
dvs. belastninge n måste reduce ras ti ll
en brå kde l av de n normala för isolatortypen ifråga. Dimensionering för
den statiska laste n medför därför ofta
underdimensionering som efter kort
lid orsakar svårfö rk larliga haverier hos
isolatorerna.
Tillåtna rörelser
Vid vibrationsi so lering aven maskin
ökar rörelserna hos maskinen. Om
detla kan accepteras beror av om maskinens funktion påverka s eller exem pelvis ans lutna rörledningar utmallas
etc. Rörelserna kan minskas om maskinuppställningen mass be lastas med
vikter el ler liknande, samtidigt som
tyngdpunkt en sänk s genom uppställning på stå l- e ller be tongplalla, rambalk e. d ., vi lken i sin tu r vibrationsisoleras.
Vid högt belägna horisontellt verkande krafter kan tippningsrörelserna
minskas genom att man ökar avståndet
me llan uppställningspunkterna i kraftriktningen. Normalt behövs i sådana
fall expert hjälp för all man ska ll kunna
uppnå en god lösning.
•
Metoder att minska vibrationer
och stomljud från maskiner
Del 1.
Civi lingenjörerna Hans Elvhammar och Bo Wadmark, Ingemanssons Inge nj örsbyrå AB, Göteborg
Vibrationskrafter i maskiner - orsakade av exempelvis obalanser eller slag - överförs ofta till golv
och andra byggnadskonstruktioner. Förutom de påkänningar på byggnaden som detta medför,
kan obehagliga störningar också uppkomma i form av tröttande vibrationer och buller för ma skinoperatörerna.
I artikeln beskrivs metoder att minska uppkomsten och spridningen av vibrationer vid olika
typer av verktygsmaskiner.
Nästa meddelande innehåller praktiska anvisningar för uppställning av några vanliga maskin typer.
331 .04 3
D t d e all ra flesta maskiner och utrustningskomponenter med rörliga delar alstras svängningsrörelser ~ små sådana vid väl balanserade roterande enhe te r, stora vid fram- och återgående
kompon e nter e ller då man har glapp i
lagrin gar etc. Genom maskinstativets
Slumma kontakter med omgivande
byggnadskonstruktioner
fortplantas
svängningarna eller vibrationerna till
d essa och kan ofta utbreda sig långa
sträckor i byggnaden utan all styrkan
avta r p åtagligt.
Vibrationer i större maskinytor ( t. ex.
kåpor, bild 1) e ller vägg- och bjälk lagsytor ger upphov till u tstrå lning av
Slomljud. Stom ljudet är så ledes inte
bundet till den störa nd e maskinens
närmaste omgivning utan kan före~
komma i avlägsna byggnadsdela r. Det
bör påpekas all stomljudsstörningar
från byggnadskonstruktionerna sällan
påverkar bullernivån intill en maskin
där bullret övers krider ca 85 dB(A).
Däremot kan vibrationerna upplevas
som besvärande av personal som står
på bjä lklaget intill maskinen.
,/ I
-- - Bild 1. Maskinyta som utsätts för stöt
(vid slag, glapp etc.). Maskinytan sälls
i vibration och buller utstrålas.
1. Maskindel som med en viss hastighet träffar en maskinyta, 2. maskin yta, 3. böjvågor, 4. stötvågor, 5. ljudvågor utstrålas.
534.83
628.51 7.2
699.844
Kraftiga vibrationer i en maskin kan
som be kant orsaka skador hos denna ,
me n överförs de till byggnaden kan
också d e nna skadas. Byggnaden ut sälls me d andra ord för två typer av
b e lastningar från maskinen ifråga:
• Statisk last till följd av maskinen s,
ev. fundamentets tyngd (massa). Med
fundament avses ell arrangemang i
form av gjuten plint, balkram, eller liknande anordningar för maskinuppställning på underlaget.
• S. k. dynami sk last orsakad av påkänning
från
vibrationskrafterna.
tbland kan denna påkänning vara
mångdubbelt större än den statiska
och ge upphov ti ll sprickbildningar etc.
Vilka möjligheter finns det?
Betydelsen av och metoder för all begrän sa vibrationer har berörts i Medde landena nr 8, 9 och 10, 1974: "Planering av industrilokaler)). Här behandl as stom ljudsfrågorna mera i detalj.
Atgärde r för all minska vibrationer
Särtryck ur Verkstäderna nr 21975
Rotogravyr 1975
(och s tomljud ) li knar till sin karaktär
åtgärder mot luftljudss törningar:
• Minska a lst ringe n av vibrationer j
maskin en.
• Hindra överföri ngen av vibrationer
lill maskinens omgivning, vibrationsiso lering.
• Minska utbredningen av vibrationer
i byggnadskons trukt ionerna.
liga för d e rö re lser so m uppkommer
vid e las tisk uppstä lln in g, t. ex. svarvar,
pressar och prec is ionss li pmaski ne r.
O~
~. ;(
2
Vibra t ionsisoler ing kräver e tt underlag
m e d stor styvhe t och m assa - större
vid låg driftsfrekvens och s tor massa
hos m as kin e n . Bi lderna 3 och 4 illu strerar princ ip e rn a för ma skinupps tällning i e n byggnad. Hä rav framgår att
tunga mas kin e r öve rhuvudtaget ej bör
place ras på lä tta bjä lklag.
Vibrationsisolering av maskiner kan effektivt minska
stomljud från byggnaden
Ett mycke t van li gt sätt att undvika störande v ibrati o ne r och stom ljud i en
byggnad är att monte ra ma skinerna
vibrations iso lera d e, dvs. att p lace ra
e last iska m e lla nl ägg - vibrationsiso la torer - m e llan ma skin e r och underlag.
En he lt proble mfri vibrations iso lerin g kräve r e m e ll e rtid a tt man tar hänsyn till e n ra d faktorer. En korrekt dimensionering aven vibrationsisolerad
upp ställning ka n många gånger vara
myc ket kompli ce rad oc h löses ej med
de enkla re gl e r som anges här. Detta
gäller spec ie ll t ma skin e r vilka är käns-
[
Bild 2. Elastiskt mellanlägg reducerar
vibrationer. Ett mass li115ko tt minskar
vibrationerna ytterligare.
1. Elastiskt mellanlägg, 2. mass til/sko tt.
1
3
@
4
~
8
O
5
I!ill
9
O
6
ID
10
O
7
..
4
3
rv
Underlaget
måste ha styvhet och massa
Minskad vibrationsalstring
sänker stomljudet
både från maskin och byggnad
För att min ska uppkomsten av vibration e r i en m as kin kan e tt flertal åtgärder vidtas, vi ssa e m e llertid endast vid
nykonstruktion .
• Vibrat ioner orsakade av stö tkrafter
från fram- oc h återgående maskindelar min s kar o m d essa görs lä tta och
ha s ti~heten hå lls låg. Kraft e rna kan
ock sa tas upp av m e ll anl ägg av e lastiskt m a te rial (t. ex. gumm i, plast) eller
ökad massa hos d e n m ot hållande ma s kinde le n, bild 2. Stötkrafter från glapp
i lage r min skas ge nom ombuss nin g,
byte av förs litn a ku llager e tc.
• Vibration e r orsakade av obalanskrafter i rot e ra nd e mas kindelar minska s
genom omba lansering.
• Styva ko nstruktion e r har mindre benägenh e t att vibrera än veka. Infästning av förs tyvningsprofiler, stag etc. i
en befi ntlig konst ru ktion kan minska
vibrationerna i maskinen.
• Vid v issa svä ngningsta l (fre kvense r)
uppträde r s. k. resonans i en ma skinyta. Reso nan se rna ge r upphov till förstärkta vib rationer o m d e sa mman fa ller i frekvens m e d driftvarv tal hos maskin en eller annan störfrekven s för vibra ti oner i den.
Genom att ändra y tans dimensioner,
s tyvhet oc h infästning till andra ma skindelar kan man fö rändra resonansfrekv e nse rna och undvika dessa na ckdelar.
Resonanser
Antinge n man har bjä lkla g elle r balkar som unde rlag, fö rekomme r i d essa
naturliga resonanser. Man bör undvika
att driftfrekven ser (dvs. något varvtal i
maskinen) h e lt e lle r nära överensstäm mer m e d sådana resonanser, bi ld 7.
Vid vibrationsisoleri ng enligt bild 5
uppträd er en s. k. uppställningsresona ns. De nna bör normalt väljas lägre
än resonansfr e kvenserna i und e rl aget.
11
12
Bild 3. Principe r för vibra tionsiso/ering
i b yggnad på fast grund.
l. Lätt bjälklag, 2. tungt bjälklag, 3.
tung ballenp latta, 4 . maskinen störan de direktllppställd, 5. lätt maskin, 6.
medeltung maskin, 7. tung maskin, 8.
fiäde r, 9. tillskollsmassa, 10. spärrmassa, 11. högfrekvent stärkrafl, 12. lågfrekvent störkraft.
Gräns e n mellan högfrekvent och
lågfrekvent område sä tts här Ull ca 20
Hl (1 200 rImin).
Massmotstånd
Underlagsmassans m o ts tånd mot v ib rati ons kra fte rn a,
»m assm otståndet »,
hos e tt avsk ilt s tyv t fun dam en t är en
god u tgångspunkt fö r vibra ti ons isolering, bi ld 5. En 200 mm tjoc k betongp la tta gjute n direkt på stabil m a rk e lle r e tt 250-300 mm fri bä ra nd e betongbjälklag är i a llmänh e t också ett gott
und e rlag fö r uppställning av no rma la
verktygsmaskine r.
Und e rl agets m ots tå nd mot vibrationer kan ka rakt e ri se ras av dess dynami ska m assa. För exem pe lvi s ett ste lt,
separat fundament är d e n d ynami ska
massa n lika med fund ame nte ts massa.
Vid upp s tällning på e tt s to rt be tonggo lv (pe lardäck) få r man vid den s. k.
upp s tälln ingsfrekve n sen 30 Hl (1 800
r/ m in) föl ja nde unge fä rli ga dynamiska
ma ssa i underlaget:
Belo ng-
Dyn Jm isk
tjo cklek
massa
mm
kg
100
200
300
400
500
1000
4000
9000
16000
25000
Bild 4. Prin ciper för vibraUonsisolering
av mycke t tunga maskiner på mellan och ballenbjä lklag på dåligt underlag
t. ex. p å lera.
1. Fun dam en t med egen pain ing, 2.
fundament eller tjOCk platta p å pelare
till egen på lplatta , 3. tjock pelare m ed
egen pålp latta , 4. styva ba lkar mellan
bärande väggar eller kraftiga p elare.
1
- 2
Uppställningsresonanser
3
,
Bild 5. Ma sk in vibrationsisolerad m ot
ett avs kilt styvt och massivt fundament.
1. Maskin, 2. vibrationsisolator, 3.
fundament, 4 . stabil mark.
Då be tonggo lve t vil a r direkt mot
marken kan den dynamiska massan
överslagsmässigt fördubblas. Observera att sä ttninga r i mark ofta kan göra
att ett betonggolv blir fribärande.
Vid övers lagsmässig bedömning om
ett underlag är tillräckligt för uppställning aven avisolerad ma skin , bör man
kräva att den d ynamiska massan är
minst dubbelt så s to r som maskinens
massa .
Styvhetsmotstånd
Om und er lage t har för liten ma ss a kan
detta i vi ss uts trä cknin g kompenseras
av att d e t förstyvas. De t ska ll vara väse ntligt s tyvare än vibrationsisolatorerna. Ofta är d e t lämp ligt a tt även sö ka
införa e n ex tra m assa i form av massbelastning av underlaget, bild 6.
Exempel på avisolering
m ot betongbjälklag
Vid en m as kinvikt av 5000 kg bör d e n
d yna mi s ka m assa n normalt vara minst
10000 kg. Sker uppställningen på betongbjä lkl ag bör d e tta således ha
m ins t 300 mm tj ocklek.
Om vibrationsstörni ngarna e ndast
har höga frekven ser (över ca 40 Hl
motsva ra nd e varv tal et ca 2 400 r/ m in
o m en stö rnin g uppträde r v id varje
varv) min skar kravet på m assa i und e rlage t oc h e n 200 mm betongplatta kan
va ra acceptabel.
Då go lvet ä r förlagt på stabilt und e rlag, t. ex. pinnmo, kan - med i övrigt
oförä ndrad e förutsättningar - upp
e m ot dubb la maskinvikten accepte ras.
Bild 6. Vibrationsisolering mot styvt
underlag. En extra massbelastning ger
e n bättre vibrationsisolering.
1. Slyv balk, 2. massbelastning.
Vid uppställning av en ma s kin på isola torer får m an i vertikalled en re sonansfrekvens, som bestäm s av ma sk inens m assa och isola torn s (fjä d e rn s)
styv het. Mjukare fjäder ger lägre frekvens oc h stö rre rörelser i ma skinuppställn ingen .
Resona nsfre kve nsen kan i det id ea la
fa ll e t m ed he lt styv t underlag be räknas e nligt bild 8 eller 9.
I den praktiska tillämpningen då
maskinen stä lls upp på g umm ifjädra r
mot e tt und e rlag med begrän sad ma ssa, fås reso nan sfrekvensen övers lagsmä ss igt ur nedfjädringen på grund av
d e n s ta ti ska las ten (ma skinv ikten ) sam t
u r d e n d ynami ska massan i underla get,
bild 10.
Exempel
En m as ki n e n ligt bild 11 med m assa n
5 000 kg ställ s upp på ett und e rlag
m e d ma ssa n ca 5 000 kg. De fy ra isola tore rna är li ka belastade - så ledes
m e d kraften ca 12 500 N/s t. - och har
en sta tisk nedfjädri n g (katalogdata) av
1 mm. Uppstä ll ningsresonanse ns frekve ns b lir då e nligt bild 10 ca 30 Hl,
svarand e mot varvtalet 1 800 r/ min . Bestäm s resonansfrekvense n felaktigt efte r bi ld 9 fås ca 16-20 Hl. Underlagets
inve rkan på uppställningsfrekvensen
mås te således tas med i beräkninge n
o m öve re nss tämmelse med driftsvarvta l s ka ll kunn a undvika s.
~-- ~=::.::.=-_-=.=:::-
Bild 7. Kraftiga vibrationer kan uppträda i maskin och underlag om detta
har en resonansfrekvens som ligg er
nära maskin ens vibrationsstörfrekvens.
~t ----
-
~- 1
Ei-- - 2
3
Bild 8. D et idea la fallet med en massa
1 m onterad p å en fjäder (isolator) 2
m o t el i mycket styvt och slumt underlag 3. s ä r den statiska fjädringen. Uppstä llningens resonansfrekvens f, (H l)
är:
1
2"
f=,
m är maskinens m assa (kg ), kd yn är fjä derns dynam iska styvhet (N/ m ), k"a' är
fjäde rns sta tiska st yvhet (N/ m ) och s ä r
fjäderns sammantryckning under inverkan av m (mm).
kdYIl är e n materia/konstant, exempe/-
k3 /d /
vis gäller för stalfjäder alt den är 1, för
m edelh ärt gummi är den ca 1,1.
Vibrationernas storlek
vid vibrations isolering
Vibrations krafte n verka r vid direktuppstä lln ing både på maskin - och und e rlagsmassa n , m e dan den v id avisolerad
uppställni ng ve rkar enbart på ma sk ine n och ger d e nn a större vibrat ioner.
I bi ld 12 prese nt eras beräknade relativa värd e n av vibrationerna i underl a get vid uppställning aven maskin m e d
m assa m på e tt underlag med dynami ska m assa n mf' Vibrationerna i und e rl age t då m(= 2 . m och maskin en är
dire ktuppstä ll d har satts lika med 1.
Maskin och underlag förutsätts vara
mycke t styva,