07 隔振技术及阻尼减振(2014)

• 全身振动：指人直接位于振动体上时所受的振动 • 局部振动：指手持振动物体时引起的人体局部振动
人能感觉到的振动频率范围为l～100Hz (可听声的频率 范围为20～20000Hz)
• 人对频率为2～12Hz的振动感觉最敏感 • 频率>12Hz或<2Hz的振动敏感性就逐渐减弱
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软木等) 设备与其基础之间由原来的刚性连接替 换为弹性连接 传递给基础的力将会减弱，从而使基础 产生的振动减弱 支座的材料本身的阻尼，使振动能量损 耗，也减弱了设备传给基础的振动
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7.2 隔振原理
7.2.1 振动的传递和隔离模型
弹性支座：即为隔振器 由弹性装置与能量消耗装置(阻 尼)组成的
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7.2 隔振原理 隔振原理
机械设备运转时，会存在一个周期性的力作用，从而使其 产生振动。振动的机器通过基础、连接构件向四周传递。 若在刚性连接之间安置弹簧或弹性衬垫组成弹性支座，由 于支座可以发生弹性变形，起到缓冲作用，便减弱了机器 对基础的冲击力，使基础的振动减弱；同时由于支座材料 的阻力耗能，也减弱了传给基础的振动，从而使声辐射降 低，这就是隔声降噪的基本原理。 隔振时使用的弹性支座称作隔振器，相对于机械设备，其 质量可以忽略不计，看做只由弹性装置和能量消耗装置组 成。
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7.1 振动控制的基本方法
7.1.3 振动控制的方法
振源控制 振动传递过程的控制
加大振源与保护对象之间的距离 在振源与保护对象间设置必要的伸缩缝(或沉降缝)、抗 震缝、隔振沟
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7.1 振动控制的基本方法
7.1.3 振动控制的方法
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7.2 隔振原理
7.2.1 振动的传递和隔离模型
d2y M 2 dt
惯Байду номын сангаас力
黏滞阻尼力 弹性力
dy dt
δ：阻尼系数
Ky
K：弹性系数
d2y dy Ky F 外激励力 M 2 dt dt
外激励力为 简谐力：
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F F0 cost
主动(积极)隔振
隔离振源，将振源进行隔离，防止振动传递开去的隔振 为了减小它们（振动源）对周围其它设备的影响。隔离 或减小动力的传递，使周围环境或建筑结构不受振动的 影响。如：对动力机器、回转机械，锻冲压设备的隔振
被动(消极)隔振
隔离响应，对需要防振的设备进行隔离，防止周围振源 影响传给设备的隔振 隔离或减小运动的传递，使精密仪器与设备不受基础振 动的影响。如：一般电子仪表、贵重设备、精密仪器、 录音室、广播室、人体坐垫的隔振
f / f 0 2
式(7.15)
δ0=2Mω0 ：隔振系统的临界阻尼
0
K ： 振动系统的固有角频率 M
ξ=δ/δ0 ：阻尼比 (阻尼因子)
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7.2 隔振原理
7.2.2 隔振的力传递率
力传递率Tf
Tf Ff 0 F0
1 f / f 4
7.2 隔振原理
7.2.2 隔振的力传递率
隔振处理后，其力的振动级差 F0 1 L 20lg 20lg F f0 Tf
式(7.17)
单位：dB 如：采用某种隔振措施后，使机器振动系统激励力传递 到基础的力的振幅减弱为原来的1/10，即Tf＝0.l，则传 递到基础的力的振动级降低了20dB，振动级= 20dB
振源产生声音：
空气声：向周围空间辐射在空气中传播的声音 固体声：通过与其相连的固体结构传播声波
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7.1 振动控制的基本方法
7.1.1 振动的来源及危害
振动对人体的危害
人体的骨胳、肌肉构成许多空腔和弹性系统(如心、肝、 肺、胃、肠等)，这些空腔和弹性系统都有各自的固有 共振频率 振动对人体的影响分为
7.1.3 振动控制的方法
振源控制
采用先进工艺 减小振动源的扰动
• 减少或消除振动源本身的不平衡力(即激励力)，尽可能调 好其静、动平衡； • 修改或重新设计机器结构以减小振动； • 改进和提高制造加工装配精度，提高制造质量，减小构 件加工的误差； • 提高安装时的对中质量，严格控制安装间隙，以减少其 离心偏心惯性力的产生
实施方法相同，均通过在设备和基座间装设隔振器作为弹性支承来实现
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7.1 振动控制的基本方法
7.1.3 振动控制的方法
振动控制常用方法：
采用大型基础：减少基础、机器的振动和振动向周围的 传递
• 一般的切削机床的基础是自身重量的1～2倍，特殊的振 动机械如锻冲设备则达到设备自重的2～5倍，更甚者达 10倍以上
防振沟
• 在振动机械基础的四周开有一定宽度和深度的沟槽 ，填 充松软物质(如木屑等)或不填
隔振器 ：常用的有效措施
• 在设备下安装隔振元件 • 隔振元件选用得当，隔振效果＞85％～90％，而且可以 不必采用大型基础
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7 隔振技术及阻尼减振
7.1 振动控制的基本方法 7.2 隔振原理 7.3 隔振器材 7.4阻尼减振 7.5环境振动评价和标准
传递介质 地基地坪； 建筑物； 空气； 水； 管道； 构筑物； 构件设备；
接受者 人； 建筑物； 仪器设备；
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7.1 振动控制的基本方法
7.1.3 振动控制的方法
振源控制 振动传递过程的控制 采用隔振技术
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7.1 振动控制的基本方法
振源控制 振动传递过程的控制 隔振技术
在振源与需要防振的设备之间安置具有弹性的隔振装置， 使振源所产生的大部分振动由隔振装置来吸收，以减小 振源对设备的干扰
• 主动(积极)隔振 • 被动(消极)隔振
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7.1 振动控制的基本方法
7.1.3 振动控制的方法
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7.2 隔振原理
7.2.1 振动的传递和隔离模型
设备直接安装在刚性基础上：
设备振动基础作用在周围的地层中 振动的能量沿固体连续结构很快地传播
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7.2 隔振原理
7.2.1 振动的传递和隔离模型
设备直接安装在弹性支座上：
弹性支座：弹簧，弹性衬垫材料((如橡胶、
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7.1 振动控制的基本方法
7.1.3 振动控制的方法
振源控制
防止共振： 原则：防止或减小设备、结构对振动的响应
• 改变机械结构的固有频率：改变设施的结构和总体尺寸 或采用局部加强法等； • 改变振动源的扰动频率：改变机器的转速或改换机型等； • 降低共振响应：将振动源安装在非刚性的基础上； • 增加能量逸散，降低其振幅：对于一些薄壳机体或仪器 仪表柜等结构，用粘贴弹性高阻尼结构材料增加其阻尼， 减小共振时的振幅
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7.1 振动控制的基本方法
7.1.1 振动的来源及危害
振动对人体的危害
共振频率：人体某些器官固有频率相吻合的频率
• • • • • 人体：6Hz附近 内脏器官：8Hz附近 头部：25Hz 神经中枢：250Hz左右 低于2Hz的次声振动甚至有可能引起人的死亡
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7.1 振动控制的基本方法
7.1.1 振动的来源及危害
全身振动的主观反应
主观感觉 腹痛 频率/Hz 6～12 40 70 5～7 6～12 40 70 10～20 振幅/mm 0.094～0.163 0.063～0.126 0.032 0.6～1.5 0.094～0.163 0.63 0.032 0.024～0.28
隔振效率
(1 Tf ) 100%
式(7.18)
Tf =1，η＝0，激励力全部传给基础，没有隔振作用 Tf =0，η＝1，激励力被完全隔离，隔振效果最高
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隔振系统中的三个要素
隔振系统中控制振动及其传递的三个基本因素是：弹簧隔振器的刚度、 被隔离物体的质量、系统支撑及隔振器的阻力。 (1)刚度 隔振器刚度越大，隔振效果越差，反之隔振效果越好。一个 设计正确的隔振系统支撑刚度计算最为重要，但弹簧及隔振器的刚度 对物体振幅的影响不大。 (2)质量 被隔离物体的质量使支撑系统保持相对静止。在确定的振动 力作用下，物体质量越大，物体振动越小。增大质量还包括增大隔振 底座的面积，以增大物体的惯性矩，可减小物体振动，但质量的增加 并不能减小传递率。 (3)阻力 隔振系统的支撑阻力有以下的作用：在共振区，抑制共振振 幅；减弱高频区物体的振动；在隔振区为系统提供了一个使弹簧短路 的附加连接，从而提高了支撑的刚度，使传递率增大，因此阻力的作 用有利也有弊，设计时应特别注意。
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7 隔振技术及阻尼减振
7.1 振动控制的基本方法 7.2 隔振原理 7.3 隔振器材 7.4阻尼减振 7.5环境振动评价和标准
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7.1 振动控制的基本方法
7.1.1 振动的来源及危害
振源
自然振源：地震、海浪和风 人工振源：运转的各种动力设备、运行的交通工具、电 声系统中的扬声器、人工爆破
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胸痛 背痛 尿急感
粪迫感
头部症状 呼吸困难
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9～20
3～10 40 70 1～3 4～9
0.024～0.12
0.4～2.18 0.126 0.032 1～9.3 2.4～19.6
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7.1 振动控制的基本方法
7.1.2 振动的传播
振动源
工厂：往复旋转机械；传动轴；电 磁振动； 交通：汽车、机车与路轨、路面； 飞机与气流； 建筑工地：打桩、搅拌、风镐、压 路机；
机械设备运转产生振动，振动一方面直接向外辐射噪声，另 一方面以弹性波的形式通过相连的结构向外传播，并在传播 的过程中向外辐射噪声。控制振动的一个重要方法就是隔振。 机械设备振动能量以两种方式向外传播而产生噪声，一部分 由振动机器直接向空中辐射，称为空气声；另一部分振动能 量则通过承载机器的基础、连接构件传递，固体表面振动以 弯曲波形式传播，因而能激发结构振动向空中辐射噪声，这 种通过固体传播的声波叫固体声。 振动会影响仪器设备的精度、功能和使用寿命，会造成事故。 同样会危害人的身心健康，甚至造成器官损伤。 隔振就是就是将声源与结构之间形成弹性连接，实际上振动 不可能完全隔绝，故通常也称为减振。
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7.2 隔振原理
7.2.2 隔振的力传递率
力传递率Tf
通过隔振装置传递到基础上的力Ff的幅值Ff0与作用于振 动系统上的激励力的幅值F0之比
Tf
Tf Ff 0 F0
Ff 0 F0
2 2
1 f / f 4
0
1 4 2 ( f / f 0 ) 2
2
2 2 0
1 4 2 ( f / f 0 ) 2
2
f / f0
2
式(7.15)
f：激励力的频率 f0：振动源与隔振装置共同组成系统的固有 频率 ξ ：阻尼比，或阻尼因子，ξ =δ/δ0 δ：所选材料的阻尼系数 δ0：隔振系统的临界阻尼系数，δ0=2Mω0
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冲击隔离
和周期性激振力的振动隔离相似，对于脉冲冲击也可以考 虑隔离，也分为积极与消极两类。积极的是隔离锻压机、 冲床及其他具有脉冲冲击力的机械，以减小其对环境的影 响；消极的冲击隔离是隔离基础的脉冲冲击，使安装在基 础上的电子仪器及精密设备能正常工作，在舰船上的设备 为了防止因爆炸引起的强烈冲击而设计的隔离系统属此。 冲击隔离可分为积极和消极冲击隔离，二者原理相同，传 递率估算也基本相同。一般冲击传递与系统的固有频率成 正比，系统固有频率越小，传递率越小，隔离支撑的阻力 有一定的作用，阻力越大，传递率也越小。 冲击隔离与缓冲是有区别的缓冲是让缓冲材料介于相互碰 撞的物体之间，使碰撞的冲击力要比直接碰撞低，如汽车 缓冲器，飞机着陆架等。