Характеристика основных параметров вибрации

 

Вибрация представляет собой механическое колебательное движение, простейшим видом которого является гармоническое (синусоидальное) колебание.

Основные параметры синусоидального колебания: частота в герцах (1 кол./с); амплитуда вибросмещения А (м); виброскорость V (м/с); виброускорение 
а (м/с2) или в долях ускорения силы тяжести g = 9,81 (м/с2). Время, в течение которого колеблющееся тело совершает одно полное колебание, называется периодом колебания Т (с). Для синусоидальных колебаний скорость V и ускорение а определяются по формулам:

 

V= 2p fА; а = (2p f )2A,                                      (5.1)

 

где p – 3,14;  f – частота, Гц;  А  –  амплитуда колебаний, м.

Относительные уровни виброскорости Ln и виброускорения Lа выражаются в децибелах и определяются по формулам:

 

     дБ,  дБ,                 (5.2)

 

где 5×10–8 (м/с) – это нулевой уровень колебательной скорости  V0, соответ-
ствующий среднеквадратичной колебательной скорости при стандартном пороге звукового давления, равном 2×10–5 Н/м2;  1×10–6 (м/с2) – нулевой уровень колебательного ускорения а0.

 

Величина колебательной энергии, поглощенной телом человека Q, прямо пропорциональна площади контакта, времени воздействия и интенсивности  раздражителя:

Q =I× S ×T,                                                           (5.3)

 

где I – интенсивность вибрации, кгм/м2×с; S – площадь контакта, м2; T – длительность воздействия, с.

Интенсивность вибрации, а следовательно, колебательная энергия прямо пропорциональны квадрату колебательной скорости:

 

I = V2 (Z/S),                                                        (5.4)

 

где V – среднеквадратичное значение колебательной скорости, м/с; Z/S – мо-дуль входного удельного механического импеданса (сопротивления) в зоне контакта, кг/с×м3.

 

Механический импеданс определяется как отношение амплитуды колебательной силы к амплитуде результирующей колебательной скорости в точке приложения этой силы.

В общем случае любая физическая величина, характеризующая вибрацию (например, виброскорость), является некоторой функцией времени: V = V(t). Математическая теория показывает, что такой процесс можно представить в виде суммы бесконечно длящихся синусоидальных колебаний с различными периодами и амплитудами. В случае периодического процесса частоты этих составляющих кратны основной частоте процесса: fn = nf1 (n = 1, 2, 3, ... ;  f1 – основная частота процесса).

Амплитуды гармоник определяют по известным формулам разложения в ряд Фурье. Если же процесс не имеет определенного периода (случайные или кратковременные одиночные процессы), то число таких синусоидальных составляющих становится бесконечно большим, а их частоты распределяются непрерывным образом, при этом амплитуды определяют разложением по формуле интеграла Фурье.

Таким образом, спектр периодического или квазипериодического колебательного процесса является дискретным (рис. 5.1, а, б), а случайного или кратковременного одиночного процесса – непрерывным (рис. 5.1, в).