Методы защиты от вибраций

Московский государственный технический университет 
имени Н.Э. Баумана 

С.Г. Смирнов 

Методы защиты от вибраций 

Методические указания к выполнению лабораторной работы 
по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

 
 
 

 

УДК 628.517.4(075.8) 
ББК 34.41 
        С50 
 
 
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/81/book1345.html 

Факультет «Энергомашиностроение» 
Кафедра «Экология и промышленная безопасность» 

Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве методических указаний 
 
Рецензент 
д-р техн. наук, профессор А.И. Комкин 
 
Смирнов, С. Г. 
Методы защиты от вибраций : методические указания  
к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Безопасность 
жизнедеятельности» / С. Г. Смирнов. — Москва : 
Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. — 20, [4] с.: ил. 
 

ISBN 978-5-7038-4299-7 

В лабораторной работе рассмотрены различные методы защиты 
от вибрации. Студенты осваивают работу с виброакустической 
аппаратурой, с помощью которой измеряются основные параметры 
вибрации, а также определяют область применения и эффективность 
исследуемых средств защиты.  
Для студентов 3-го, 4-го курсов всех специальностей МГТУ 
им. Н.Э.Баумана, изучающих дисциплину «Безопасность жизнедеятельности». 
 

УДК 628.517.4(075.8) 
ББК 34.41 
 
 
 
 

  
 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015 
 
 
 Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-4299-7 
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015  

С50 

ВВЕДЕНИЕ 

Вибрация, подобно трению, может быть для одних устройств 
нежелательна и вредна, а для других — необходима. Вибрация нередко 
оказывается причиной неисправности механизмов и приборов, 
что может привести к возникновению аварийной ситуации. 
Кроме того, вибрация на транспорте, при обслуживании технологического 
оборудования, работе с механизированным инструментом 
оказывает вредное влияние на здоровье человека, является 
причиной шума. Во всех приведенных случаях необходимо либо 
совсем избавиться от вибрации, либо локализовать ее. Следует отметить, 
что имеется достаточно широкий класс машин, в которых 
колебания и вибрация служат основой рабочего процесса, например 
в виброконвейерах, при создании виброкипящего слоя, 
разрушении материалов, вибросепарации и др. 

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧА МЕТОДИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ 

Цель методических указаний — ознакомление с приборами  
и методами измерения характеристик вибрации; изучение влияния 
массы, трения и упругости системы на интенсивность колебаний  
и эффективность виброзащиты. 
Задача методических указаний — формирование у студентов 
умений и навыков: 
 классифицировать виды вибраций, действующих на персонал 
при обслуживании машин и механизмов; 
 определять характеристики вибрации, освоив методы их измерения, 
а также приборы, с помощью которых это осуществляется;  
 экспериментально и аналитически находить собственную 
частоту и жесткость технических объектов (устройств); 

 выбирать эффективные методы снижения вибрации в доре-
зонансной и зарезонансной областях режима работы технического 
объекта, например двигателя внутреннего сгорания (ДВС); 
 исследовать эффективность методов отстройки от резонанса 
за счет изменения массы, жесткости и режима работы технического 
объекта; 
 прослеживать частотную характеристику эффективности 
применения виброизоляции как наиболее распространенного способа 
защиты от вибрации. 

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 

1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИБРАЦИЙ 

Вибрацию по воздействию на человека (в соответствии с 
ГОСТ 12.1.012–2004 Система стандартов безопасности труда. 
Вибрационная безопасность. Общие требования) классифицируют: 
 по способу передачи — общая вибрация (передается 
через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека); 
локальная вибрация (воздействует либо на руки, либо на 
ноги, а также предплечья и локти, контактирующие с вибрирующими 
поверхностями рабочих столов); 
 направлению действия — вибрация, действующая вдоль 
осей ортогональной системы координат. Например, для общей вибрации 
ось Z — вертикальная, перпендикулярная опорной поверхности; 
ось Х — горизонтальная — от спины к груди; ось Y — горизонтальная — 
от правого плеча к левому. Вибрационная нагрузка на 
человека нормируется для каждого направления действия вибрации 
отдельно; 
 временнîй характеристике — постоянная вибрация, 
для которой контролируемый параметр (смещение, скорость, 
ускорение) за время наблюдения изменяется не более чем в 2 раза 
(≤ 6 дБ), и непостоянная вибрация, для которой перечисленные 
параметры за время наблюдения изменяются более чем в 2 раза  
(> 6 дБ). 
 

1.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИБРАЦИЙ 

Вибрацию, как любой колебательный процесс, характеризуют 
следующие параметры: 
 циклическая f (Гц) или круговая  = 2 f (рад/с) частота. 
При анализе вибраций реальных технических устройств с широким 
спектром колебаний ось частот разбивают на отрезки — полосы 
частот, для каждой из которых проводят оценку интенсивности 
вибрации. С этой целью используют фильтры, полоса пропускания 
которых определяется граничными частотами fн и fв (нижней  
и верхней частотами соответственно). Как правило, это октавные 
фильтры, для которых отношение fв / fн = 2.  
В качестве частоты, характеризующей октавную полосу в целом, 
принимают среднегеометрическую частоту  

сг
в
н
f
f f .

 

Нормируемый диапазон частот устанавливается в октавных 
полосах со среднегеометрическими частотами (Гц): 

Общая вибрация …………………...…1; 2; 4; 8; 16; 31,5; 63 

Локальная вибрация ….. 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 

 амплитуда виброперемещения Аx (м) — отклонение от положения 
равновесия в процессе вибрации; 
 амплитуда виброскорости Аv (м/с); 
 амплитуда виброускорения Аa (м/с2). 
На практике для оценки воздействия вибрации применяют не 
амплитудные, а средние квадратичные значения параметров 
2
(
,
x
 

2
2
,
)
v
a
 в виде логарифмических уровней вибрации (дБ). Уровень 
определяется относительно пороговых значений параметров на 
опорной частоте 1000 Гц. 
Уровень виброперемещения Lx (дБ) при пороговом значении  
x0 = 8·10–12 м 

2
2
0
10lg
/
.
x
L
x
x

 

Уровень виброскорости Lv (дБ) при пороговом значении v0 =  
= 5·10–8 м/с 

2
2
0
10lg
/
.
vL
v
v

 

Уровень виброускорения Lа (дБ) при пороговом значении a0 =  
= 3·10–6 м/с2 

2
2
0
10lg
/
.
a
L
a a

 

Допустимые значения вибраций должны соответствовать техническим 
и санитарно-гигиеническим нормам (технические ограничения 
вводятся для сохранения устойчивости и работоспособности 
оборудования, санитарно-гигиенические — для сокращения 
вредного воздействия вибраций на человека). В международной 
практике вибрацию нормируют, т. е. ограничивают воздействие 
вибрации на человека, по трем критериям: 
 безопасность — предел безопасного воздействия, исключение 
возникновения болезни; 
 производительность труда — граница снижения производительности 
труда; 
 комфорт — граница ощущения дискомфорта. 
При нормировании вибрации измеряются и сравниваются  
с допустимыми значениями перечисленные ранее характеристики  
в различных частотных диапазонах. Если измеренные значения 
виброперемещения, виброскорости, виброускорения или их уровни 
в децибелах превышают установленные нормами допустимые 
значения, то необходимо применять методы снижения вибрации. 

1.3. МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ ВИБРАЦИИ 

В целях снижения вибрации в источнике ее возникновения изменяют 
частоту возмущающей силы или уменьшают саму силу, вызывающую 
колебания, для чего осуществляют следующие действия: 
 проводят статическую и динамическую балансировку роторов; 
 заменяют кинематику возвратно-поступательного движения 
на вращательное; 
 повышают точность формы сопрягаемых деталей в редукторах 
и подшипниках; 
 совершенствуют аэродинамические характеристики объектов 
и др. 
Для пояснения методов снижения вибрации на путях ее распространения 
от возмущающей силы к человеку рассматриваются 
основные характеристики колебательной системы. К ним относят-

ся частота возмущающей силы  
ω (рад/с), частота собственных колебаний 
ω0, механический импеданс  
Z  — комплексное сопротивление 
вибрирующей системы, зависящее 
от сил инерции, трения и упругости. 
Рассмотрим эти характеристики 
на примере простейшей колебательной 
системы с одной степенью свободы. 
Такую систему можно изобразить (
рис. 1) в виде элемента массой 
m (кг), пружины упругостью q (Н/м) 
и поршня в цилиндре — демпфирующего 
элемента трением S (H·c/м). 
На рис. 1 точка О обозначает 
положение статического равновесия, от которого отсчитывается 
координата х — смещение тела массой m под действием гармонической 
возмущающей силы 
.
F  К телу также приложены сила 
инерции 
,
m
F
ma



 сила упругости 


,
q
F
q x


  и демпфирующая 

сила трения 


,
,
S
F
S v



 где ,x  ,  a  — переменные текущие значения 
смещения, скорости и ускорения соответственно. 
Согласно принципу ДʹАламбера, имеем 

,
m
q
S
F
F
F
F







                                    (1) 

что соответствует уравнению движения 

.
F
ma
qx
Sv






                                      (2) 

Учитывая, что 
,
a
v
 
i

  
/
,
x
v


i


 уравнение движения примет вид 

,
v
F
m v
q
Sv

 


i
i



                                (2а) 

где i — мнимая единица. 
Механический импеданс при гармонических колебаниях в 
комплексной форме определяется как отношение силы к скорости: 

(
),
F
q
Z
S
m
v



 
i



                              (3) 

 

Рис. 1. Простейшая 
колебательная система 

т. е. состоит из трех импедансов: 
 демпфирования (трения) 

S
Z = S; 

 массы (инерции) 

m
Z = iωm; 

 упругости (жесткости) 

q
Z = 
.
q
 
i
 

Действительная часть импеданса определяется трением S 
(энергия колебательного движения переходит в теплоту), мнимая — 

упругостью и инерцией (
)
q
m  , т. е. энергия перераспределяет-

ся во времени, преобразуясь из переменной в постоянную. 
Модуль механического импеданса 




2
2
.
Z
Z
S
m
q


 




                            (4) 

Зависимость элементов механического импеданса от частоты ω 
возмущающей силы представлена на рис. 2. 
Как известно, явление резонанса характеризуется совпадением 
частоты ω возмущающей силы и 
собственной частоты ω0 вибрирующей 
системы в точке пересечения 
импеданса массы 
m
Z  и импеданса 
упругости 
q
Z  (см. рис. 2). Инерция 
и жесткость системы перестают играть 
существенную роль в колебательном 
процессе. При этом мнимая 
часть импеданса становится 
равной нулю: 

q
m








 = 0, 

а амплитуды виброперемещения Аx 
и виброскорости Аv достигают максимальных 
значений. 

 

Рис. 2. Зависимость механического   
импеданса   от   частоты 
возмущающей силы 

Дорезонанс-
ная область

Таким образом, собственная частота системы 

0
/
q m
 
 

или 

0
1
/
.
2
f
q m


 

Анализируя поведение составляющих импеданса в зависимости 
от частоты возмущающей силы, можно выделить следующие 
методы снижения вибрации: 
 вибродемпфирование — увеличение внутреннего трения 

S
Z = S; 

 отстройка от резонанса за счет изменения жесткости 
системы — увеличение упругости 

q
Z =
q
j
  ; 

 виброгашение (отстройка от резонанса за счет изменения 
массы) — увеличение массы 

m
Z = jωm; 

 виброизоляция — введение дополнительной упругой связи 
между защищаемым объектом и источником динамической силы; 
 динамическое виброгашение — монтаж на защищаемом 
объекте дополнительной массы с упругой связью. 
Два последних метода снижения вибрации основаны на введении 
в колебательную систему дополнительных импедансов, т. е. дополнительных 
конструктивных элементов, без изменения свойств 
самого защищаемого объекта, его массы и упругости. 
Рассмотрим перечисленные методы подробнее. 
Вибродемпфирование (вибропоглощение). Из рис. 2 видно, 
что в резонансной области (ω = ω0) импедансы 
m
Z  и 
q
Z  взаимоис-
ключают друг друга, а поведение системы определяется импедансом 
трения (демпфирования) 
.
S
Z
 
Метод, основанный на увеличении внутреннего трения, повышении 
диссипативных свойств системы (использование масля-

ных демпферов), применении специальных материалов с высоким 
коэффициентом потерь η, называют вибропоглощением (вибро-
демпфированием). 
Рассеивание энергии упругодиссипативной системой определяется 
с помощью коэффициента потерь  

/ ,
S q
  
 

который характеризует потери энергии за один период колебаний. 
Коэффициент потерь энергии η на частоте 1000 Гц для различных 
материалов: 

Чугун ……………………………………………… 10–4 
Резина ……………………………………...……… 0,15 – 0,20 
Полимерная мастика ………………………….….. 0,40 – 0,44 

Эффективность вибродемпфирования 
вд
L

 (дБ) определяется 
по формуле 

2
вд
1
20lg
,
L




                                    (5) 

где η1 и η2 — коэффициенты потерь системы до и после применения 
вибродемпфирования соответственно. 
Отстройка от резонанса за счет изменения жесткости системы. 
На низких частотах (ω < ω0) в дорезонансной области колебания 
определяются импедансом упругости (жесткости) 
q
Z   
(см. рис. 2), и чем ниже частота ω, тем важнее для снижения вибрации 
высокая жесткость системы. Конструктивные меры, связанные 
с включением в систему ребер жесткости, шпангоутов, дополнительных 
опор, стальных оттяжек для мачт и т. п., называют 
отстройкой системы от резонанса. При увеличении жесткости q 
увеличивается собственная частота системы ω0, поэтому резонанса 
удается избежать. 
Виброгашение (отстройка от резонанса за счет инерционных 
сил). На высоких частотах (ω > ω0) в зарезонансной области  
(см. рис. 2) колебательное движение определяется в основном импедансом 
массы 
.
m
Z
 Таким образом, высокочастотные вибрации 
можно эффективно устранять, увеличивая массу вибрирующих 
машин, а также их узлов и деталей. Например, чем более тяжелые