第二章_振动

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表3-1 环境振动污染源动态特征
No 动态特征 定 义 示 例 往复运动机械,如空压机、柴 观测时间内振级变化不大 油机等;旋转机械类,如发电 稳态振动 的环境振动 机、发动机通风机等 冲击振动 无规则 振动 铁路振动 具有突发性振级变化的环 建筑施工机械,如打桩机等; 境振动 锻压机械,如冲床,纺锤等 未来任何时刻不能预先确 道路交通振动、居民生活振 定振级的环境振动 动。如房屋施工,室内运动等 列车行驶带来的轨道两侧 铁路机车的运行 30m外的环境振动
1 2 3 4

三、振动的影响
(一) 振动对生理的影响 (二) 振动对心理的影响 (三) 振动对工作效率的影响 (四) 振动对构筑物的影响
(一) 振动对生理的影响 振动的生理影响主要是损伤人的机体, 引起循环系统、呼吸系统、消化系统、神 经系统、代谢系统、感官的各种病症,损 伤脑、肺、心、消化器官、肝、肾、脊 髓、关节等
在生理学中,振动强度习惯以g( 单位表示加速度。据此,人体对振动的感觉标准为
刚刚感到振动是0.003g; 不愉快的感觉是0.05g; 不可容忍感是0.5g。
2 g = 9.80665m / s)为
国际标准化组织推荐使用ISO2631/1-1985标准作 为评价人体在振动环境中疲劳界限标准。 我国根据这个标准制定了相应的国家标准《人体全 身振动暴露的舒适性降低界限和评价准则》( GB/T13442—92)
振动对睡眠的影响试验
图 由锻锤振动负荷引起的觉醒率
睡眠深度1度(浅睡眠):振动级60dB无影响,69dB以上则全部觉醒; 深度2度(中度睡眠):60~65dB无影响,79dB全部觉醒;因2度睡眠占8小时睡 眠时间的一半以上,故影响这种睡眠的振动级最令人厌烦; 睡眠深度3度(深睡眠):74dB以上方会觉醒,觉醒几率很低; 睡眠深度REM(异相睡眠,指睡眠多梦期):振动影响介于深度2度和3度之间。
f ≈ f 0 为共振区域,应极力避开。
f ≈ 2 f 0 Tf≈1,与阻尼阻尼大小无关,此时无隔振作用
f > 2 f 0 此时Tf<1,传递力小于激振力,系统具有隔振作用
改变机器转速或改变机型来改变机器振动频率; 将振动源安装在非刚性的基础上以降底共振响应; 用粘贴弹性阻尼结构材料来增加一些壳体或仪表的阻尼; 改变设施的结构的总体尺寸或采取局部加强法来改变结构 的固有频率.
2.6 隔振设计与计算
1 振动传递系数与隔振效率
描述和评价隔振效果最常用的是振动传递系数Tf ,又称 为力传递率、振动传率。振动传递系数定义为通过隔振元 件传递到基础的力的幅值Ff0与作用于系统的激振力或者总 的干扰力的幅值。公式如下:
第三章 振动污染及其控制
第一节 概述 第二节 振动基础 第三节 振动的评价与标准 第四节 振动控制技术 第五节 隔振设计及计算
第一节

概述
一、振动与振动污染 二、振动污染源 三、振动的影响
● ●

一、振动与振动污染
(一) 振动 (二) 振动污染
(一) 振动 定义: (1)任何一个可以用时间的周期函数 来描述的物理量,都称之为振动。 (2)当一个物体处于周期性往复运动 的状态,即可说物体在振动。
3.振动级
a'e L = 20 lg a ref
' a
a
' e
修正的加速度有效值,m/s2. 根据下式计算:
a =
' e
∑a
cf 2 fe
⋅ 10
a fe
cf
修正值,m/s2. 根据下表确定
a fe
频率为f的加速度有效值,m/s2.
垂直振动与水平振动修正值
中心频率 Hz 垂直方向 dB 水平方向dB
长跨度桥、天线、电缆、建筑物等的固有频率在此范围。 设备安装在房屋地板(楼板)上时,为了防止建筑物产生 共振响应,需要对建筑物各构件各自的固有频率进行估算 。
第三节

振动的评价与标准
一、振动的评价 二、环境振动标准 三、城市区域环境振动标准
● ●

一、振动的评价
(一)振动的评价指标
1.位移、速度和加速度 2.振动级
(四) 振动对构筑物的影响
振动通过地基传递到构筑物,导致构筑物破 坏。如,基础和墙壁龟裂、墙皮剥落,地基 变形、下沉,门窗翘曲变形,构筑物坍塌, 影响程度取决于振动的频率和强度。 由于共振的放大作用,其放大倍数可由数倍 至数十倍,因此带来了更严重的振动破坏和 危害。
第二节 振动基础
(一)自由振动:无外力作用的振动 1.
(二)振动的评价标准
(一)振动的评价指标
1.位移、速度和加速度
振动位移:是物体振动时相对于某一个参照物的位置 移动。 位移级:
Ls = 20 lg S S0
振动速度:是物体振动时位移的时间变化。 速度级:
Lv = 20 lg v v0
2.振动加速度级
一般用机械振动参数级来描述振动的强度,单位 为分贝(dB)。 在环境振动测量中,一般选ห้องสมุดไป่ตู้振动加速度级和振 动级作为振动强度参数。 振动加速度级定义为
(四)低频空气振动源
低频空气振动是指人耳可听见的 100Hz左右的低频 如玻璃窗、门产生的人耳难以听见 的低频空气振动。 这种振动多发生在工厂。
振动污染源 按形式分为
固定式单个振动源 如,一台冲床或一台 水泵等
集合振动源 如,厂界环境振动, 建筑施工场界环境振 动
按振动源的动态特征又可分成表3-1所示的四类。
振动污染的特点
1. 2. 3.
主观性:是一种危害人体健康的感觉公害。
局部性:仅涉及振动源邻近的地区。
瞬时性:是瞬时性能量污染,在环境中无
残余污染物,不积累。振源停止,污染即 消失。

二、振动污染源
自然振源
地震、火山爆发等自然现象。 自然振动带来的灾害难以避 免,只能加强预报减少损失。
振动 污染源 人为振源
无阻尼受迫振动
2.
有阻尼受迫振动
图 受迫振动
(三)振动体与共振 1. 固有频率
2. 共振发生的频率
固有频率\共振发生的频率
单自由度振动系的固有频率与质量、劲度常数及衰 减系数相关(P 145)。 激振力的频率与机械或构筑物的固有频率一致时, 就会发生共振。 公害振动发生的主频率范围大约为1~100Hz。
ae La = 20lg aref
(3-42)
1 ae = a ; a 式中:e ——加速度有效值,m/s2,对简谐振动 2 aref ——加速度参考值,m/s2, aref = 1×10−6 m / s 2
【例3-1】2台机器各自工作时,在某点测得的振动加 速度有效值分别为2.68×10-2m/s2和3.62×10-2m/s2, 试求2台机器同时工作时的振动加速度级。 解:2台机器同时工作时的振动加速度有效值为
振动现象
物理现象:声、光、热等物理现象都包含振动; 生命和生活:心脏搏动、耳膜和声带的振动是人体 的基本功能。 工程技术领域:
桥梁和建筑物在阵风或地震激励下的振动 飞机和船舶在航行中的振动, 机床和刀具在加工时的振动, 各种动力机械的振动, 控制系统中的自激振动等。
(二) 振动污染
振动污染:
振动超过一定的界限,从而对人体的 健康和设施产生损害,对人的生活和工作 环境形成干扰,或使机器、设备和仪表不 能正常工作。
国际标准化组织推荐使用ISO/DIS2631给出的环境振 动标准(表3-4)
表3-4 ISO建筑物内振动标准
振动级 ( aref = 1×10−6 m / s 2 )/dB 地点 时间 连续振动、间歇振动、重复振动 X(Y) 严格控制区 住宅 办公室 车间 全天 白天 夜间 全天 全天 71 77~83 74 83 89 Z 74 80~86 77 86 92 混合轴 71 77~83 74 83 89 X(Y) 71 107~110 74~79 113 113 每天数次的振动 Z 74 110~113 77~100 116 116 混合轴 71 107~110 74~97 113 113
Tf = 1 + 4ξ 2 ( f / f 0 ) 2 ⎡1 − ( f / f 0 ) 2 ⎤ + 4ξ 2 ( f / f 0 ) 2 ⎣ ⎦
ξ 当系统为单自由度无阻尼振动时, =0,上式化简为
Tf =
Ff 0 F0
=
1 1 − ( f / f0 )2
f << f 0 ,
Tf接近于1,表明振动被完全传递,无隔振效果。 0< f < 2f0 Tf>1,传递力大于激振力,振动被放大。
1 -6 3
2 -3 3
4 0 -3
8 0 -9
16 -6 -15
31.5 -12 -21
63 -18 -27
a =
' e
∑a
cf 2 fe
⋅ 10
a fe
(二)振动的评价标准
振动强弱对人体的影响大致可分为四种情况:
感觉阈:人体刚刚能够感觉到振动,对人体无影响; 不舒服阈:使人感到不舒服; 疲劳阈:使人感到疲劳,工作效率降低。工况下以此阈为标 准,超过者即认为存在振动污染; 危险阈:此时振动会使人产生病变。
面上加速度级:80~140dB; 振级:60~100dB; 峰值频率:10~125Hz。
(二)工程振动源 工程振动源:工程施工现场的振动源主要 是打桩机、打夯机、水泥搅拌机、辗压设备 、爆破作业以及各种大型运输机车等。 特征参数:常见工程振源附近 振级:60~100dB。
(三)道路交通振动源 铁路振源: 频率:一般在20~80Hz范围内; 离铁轨30m处的振动加速度级范围85~ 100dB,振动级范围75~90dB内。 公路振源: 频率:一般在2~160Hz范围内,其中 以5~63Hz的频率成分较为集中; 振级:多在65~90dB范围内。
图A:垂直方向的振动暴露标准——暴露时间(P149) 图B:垂直方向的振动暴露标准——疲劳和效率衰减 的界限
人体对垂直振动比水平振动更敏感。
图B 垂直方向的振动暴露标准——疲劳和效率衰减的界限
min
图A 垂直方向的振动暴露标准——暴露时间

二、环境振动标准
人在居住区域承受环境振动的评价,一般以刚刚感觉到的振 动加速度(感觉阈)为允许界限,在界限以下可以认为基本没 有影响。
图 3-8 弹 簧 自 由 振 动 示 意 图
无阻尼自由振动
2.
有阻尼自由振动
在弹性系数为k的弹簧上 加一质量m,使其产生位 移后轻轻放开,则弹簧 作无阻尼自由振动。
实际振动系统有弹簧内摩 擦、滑动摩擦、空气或水 的阻力等各种阻尼作用, 是有阻尼自由振动。
(二)受迫振动:在外力反复作用下的振动 1.

三、城市区域环境振动标准
我国《城市区域环境振动标准》(GB1007088)中规定的有关城市各类区域铅垂方向振 级标准值。
表3-5 城市各类区域铅垂方向振级标准值
适用地带范围 特殊住宅区 居民文教区 混合区、商业中心区 工业集中区 交通干线道路两侧 铁路干线两侧
昼间/dB 65 70 75 75 75 80
(二) 振动对心理的影响
人们在感受到振动时,心理上会产生不愉快、烦 躁、不可忍受等各种反应。 除振动感受器官感受到振动外,有时也会看到电灯 摇动或水面晃动,听到门、窗发出的声响,从而判断 房屋在振动。 人对振动的感受很复杂,往往是包括若干其他感受 在内的综合性感受。
(三) 振动对工作效率的影响
振动引起人体的生理和心理变化,导致工 作效率降低。 振动可使视力减退,用眼工作时所花费的 时间加长。 振动使人反应滞后,妨碍肌肉运动,影响 语言交谈,复杂工作的错误率上升等。
a e = 2.682 + 3.622 × 10−2 = 4.5 × 10−2 m / s2 ) (
于是,求得2台机器同时工作时的振动加速度级为
ae 4.5 × 10−2 La = 20lo g = 20lo g a ref 10−5 = 20lo g 4.5+20lo g103 = 13 + 60 = 73dB
夜间/dB 65 67 72 72 72 80
第四节 振动控制技术
1 隔振的基本方法
减少振动源的扰动 隔振 阻尼减振 2. 隔振材料和元件 金属弹簧隔振器 空气弹簧隔振器 橡胶\软木 玻璃纤维\毛毡等到
3 阻尼材料 弹性阻尼材料 复合阻尼材料 阻尼合金 库仑摩擦阻尼材料 4 防止共振
控制共振的主要方法:
(一)工厂振动源 (二)工程振动源 (三)道路交通振动源 (四)低频空气振动源
自然振动
火山爆发
察隅地震,整个村庄被抛起
(一)工厂振动源
工业振动源:旋转机械、往复机械、传动轴系、 管道振动等,如锻压、铸造、切削、风动、破碎、 球磨以及动力等机械和各种输气、液、粉的管道。 特征参数:常见工厂振源附近
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