振动控制

变化的规律，阴影部分是
减振器的可工作频率范围。
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4 减振器
p2
主系统的等效静位移
减振器质量与主系统质量的比
[1 ( B1 ( )
2

k2 m2 F B0 k1

p2
2
) 2 ] B0
2 2
p2 p2 [1 ][ 1 ] p p p p 1 1 2 1
重要的方法就是采取减振措施。 人们在各个工程领域中进行了大量的研究工作，包
括振源、传递途径、系统或结构的动力学特性、减振措
施等，这些都属于振动控制研究的范畴。
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振动控制
振动控制研究的范畴，其中减振、隔振的理论分析和 试验研究工作占有很重要的地位。 经典的减振措施主要包括减振、隔振与阻振三大部分。 近年来，结构或系统的振动设计与修改已逐步成为振 动控制的一个新的组成部分。 振动控制分为两大类，一类是振动的被动控制，另一
p2 p2 [1 ][ 1 ] p p p p 1 1 2 1
2 2 2 2
p1 B0 F B2 ( ) p k2 2
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1 振动的被动控制技术
2．改变干扰力的频率与系统固有频率之比
使旋转机械的工作转数调开共振区，使系统处于非共
振的振动区，以达到减小振幅的目的； 一般情况下，机器转速的设计不可能随意变动，因此 往往是通过改变结构的固有频率来降低振动幅值的。 改变结构固有频率可通过改变刚度k或改变质量m来 实现。

为了取得较好的隔振效果，系统应当具有较低的固有频率和较 小的阻尼。不过阻尼也不能太小，否则振动系统在通过共振区 时会产生较大的振动。
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振动控制
3 阻振
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3 阻振
阻振方法是采用阻尼减振方法的简称，即用附加的子系 统连接于需要减振的结构或系统以消耗振动能量，从而达 到控制振动水平的目的。
振动力学
振动控制
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振动控制
目录
1 振动的被动控制技术 2 隔振 3 阻振
4 减振器
5 振动的主动控制技术 6 减振控制理论在汽车悬挂中的应用
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振动控制
研究振动的一个主要目的就是要进行振动控制，使 机械结构能满足预期的性能指标要求。 对复杂系统或结构的振动问题仅靠设计是难以彻底
解决的，当产品制成后出现了不符合要求的振动，一个
根据具体情况进行减振处理。
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振动控制
2 隔振
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2 隔振
2.1积极隔振 2.2消极隔振
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2 隔振
回转机械、锻压机械等在运转时会产生较大的振动， 影响其周围的环境；有些精密机械、精密仪器又往往需要 防止周围环境对它的影响。这两种情形都需要实行振动隔 离，简称隔振。 隔振可分为两类。一类是积极隔振，即用隔振器将振 动着的机器与地基隔离开；另一类是消极隔振，即将需要 保护的设备用隔振器与振动着的地基隔离开。 这里说的隔振器是由一根弹簧和一个阻尼器组成的模型 系统。在实际应用中隔振器通常选用合适的弹性材料及阻 尼材料，如木材、橡胶、充气轮胎、沙子等等组成。
k1 k 2 k 2
k2 m 2 1 0 k2
0 B1 F m 2 B 2 0
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4 减振器
4.1无阻尼减振器
k1 k 2 k 2

x1
因此，可得受迫振动的振幅
(k 2 2 m2 ) F B1 2 (k1 k 2 2 m1 )( k 2 2 m2 ) k 2
B2 k2 F 2 (k1 k 2 2 m1 )( k 2 2 m2 ) k 2
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4 减振器
4.1无阻尼减振器
阻尼减振技术能降低结构或系统在共振频率附近的动响
应和宽带随机激励下响应的均方根值，以及消除由于自激 振动而出现的动不稳定现象。
阻尼减振有两种方式，一类是非材料阻尼，如各种成型
的阻尼器，另一类是材料阻尼，如各种粘弹性阻尼材料以 及复合材料等。
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3 阻振 目前粘贴在结构上的自由阻尼层和约束阻尼层应用 很广泛。 前者利用拉伸变形来消耗振动能量，后者则利用剪 切变形来消耗振动能量。
k2 m 2 1 k2 0
0 B1 F m 2 B 2 0
x2
设式中的系数行列式不为零，即
2 2 (k1 k 2 2 m1 )(k2 2 m2 ) k2 0
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1 振动的被动控制技术 3．在机械结构内增加阻尼力
应该注意：利用改变系统的结构来达到控制危险振动
有时是不现实的，因为部件的结构形式尚应满足其它性 能的要求，而这些要求有一些是与减振相矛盾的。 因此在设计新机械设备时，应进行全面优化设计，包 括结构动态特性的优化，这也是最重要最根本的。
对已投入运行的机械，或已经在使用着的机器，则应
B a b
1 ( 2 ) 2 (1 2 ) 2 ( 2 ) 2
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2 隔振
2.2消极隔振
位移传递率与力传递率具有完全相同的形式。
a ＜1，才有 当 ＞ 2 时， a
隔振效果，而且 值越大， a 越小，隔振效果越好。
因此，通常将 选在2.5至 5的范围内。另外 ＞ 2 以 后，增加阻尼反而使隔振 效果变坏。
4 减振器
4.1 无阻尼减振器
4.2 有阻尼减振器 4.3 动力减振器
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4 减振器
4.1无阻尼减振器
图是一个无阻尼动力减振器的系统。其中由 质量m1和弹簧k1组成的系统，称为主系统；由 质量m2和弹簧k2组成的辅助系统，称为减振器。 显然，这是两自由度的无阻尼受迫振动系统。 现建立该系统的运动微分方程为
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2 隔振
2.1积极隔振
振源是机器本身。积极隔振是将振源隔离，防止或减小传递 到地基上的动压力，从而抑制振源对周围环境的影响。积极隔 振的效果用力传递率或隔振系数来衡量，定义为
HT a H
其中H和HT分别为隔振前后传递到地基上的力的幅值。
激振力 S H sin t 在采取隔振措施前，机器传递到地基的最 大动压力Smax=H。 机器与地基之间装上隔振器。 系统的受迫振动方程为 x B sin(t )
由以上两式可见，强迫振动的振幅取决于激励力幅值的大小 、频率比、系统的阻尼、刚度。在此基础上，可得到控制振 动振幅的主要因素。
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1 振动的被动控制技术
1．降低干扰力幅值F 如对旋转组件的机械进行动平衡处理，包括在动平衡 机上及在现场进行动平衡处理以减小不平衡质量达到降低 干扰力幅值. 还可以利用专门的装置降低振动的幅值，如使用抗振 器，柴油机使用的多摆式抗振器就可以用来控制好几阶干 扰力矩.
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2 隔振
2.1积极隔振
此系统的受迫振动方程为
B H k 1
x B sin(t )
(1 2 ) (2 ) 2
此时，机器通过弹簧、阻尼器传到地基上的动压力
kB sin(t ) cB cos(t ) FD F R kx cx
π 2
即F和R是相同频率，在相位上相差
的简谐力。
根据同频率振动合成的结果，得到传给地基的动压力的最大值
HT (kB) 2 (cB ) 2 kB 1 (2 ) 2
HT H
1 (2 ) 2 (1 ) (2 )
2 2 2
HT a H
a
1 (2 ) 2 (1 2 ) 2 (2 ) 2
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2 隔振
2.2消极隔振
振源来自地基的运动。消极隔振是将需要防振的物体与振源 隔离，防止或减小地基运动对物体的影响。 B 消极隔振的效果也用传递率表示，定义为 a
b
B为隔振后传到物体上的振动幅值 b地基运动的振动幅值。 地基为简谐运动 y b sin t
2 1 ( 2 ) 隔振后系统稳态响应的振幅为 B b (1 2 ) 2 (2 ) 2
B2 ( )
B0 p2 p2 [1 ][ 1 ] p p p p 1 1 2 12 2 2源自2返回首页4 减振器
4.1无阻尼减振器
[1 ( B1 ( )
已被广泛地应用于各个工业部门，尤其是在航空航天工业
中得到了广泛的应用。 基底材料的粘弹性能对纤维增强的复合材料有可能提
供一定的内阻。
对于较大的纤维阻尼，长纤维能够提供最佳的内阻。 另外，对于一些具有小阻尼的结构，当难以安装阻尼 器时，利用连接处的干摩擦也可以有效地减振。
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振动控制
4 减振器
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4 减振器
4.1无阻尼减振器
p1 B0 F B2 ( ) k2 p2 F 减振器的质量m2的运动为 x2 (t ) sin t k2
B1 0
2
减振器经过弹簧k2对m1的作用力为 k 2 x2 F sin t 这个力恰与作用在主质量m1上的激振力 F sin t 大小相等、 方向相反，互相平衡。 这就是减振器消除主系统振动的原理。
2

p2
2
) 2 ] B0
2 2
p2
k2 m2
p2 p2 [1 ][ 1 ] p p p p 1 1 2 1
B1 0
B2 ( )
使减振器的固有频率与主系统的工作频率(激振力的频率)相等， 则主系统的振动将被消除，这种现象称为反共振。 2 p2 B0
B1
( k 2 m2 ) F 2 (k1 k 2 2 m1 )(k 2 2 m2 ) k 2
2
令主系统的固有频率 p1 减振器的固有频率
m2 m1
k1 m1
k2 F B2 2 (k1 k 2 2 m1 )(k 2 2 m2 ) k 2
类则是把控制理论、电子计算机技术同机械振动理论与
测试技术相结合形成了振动主动控制的新技术。
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振动控制
1 振动的被动控制技术
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1 振动的被动控制技术 由单自由度受简谐激励的振动系统的分析，得强迫振动的振幅
B F k (1 2 ) 2 (2 ) 2
共振时有
Bmax
F F 2 k cpn
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4 减振器
4.1无阻尼减振器
动力减振器只在一个频率即反共振频 率近旁很窄的频率范围内效果好。 因此，它仅适用于频率变化很小的振 动系统。不过在ω近旁的某个小范围 内也能满足要求，这时，主系统质量 m1的运动虽不是零，但振幅很小。 图表示在μ= 0.2, p1= p2时，
B1 随 B0

p2
m1 0 1 k1 k 2 0 x 2 m2 x k2
代入
x2
x1
k 2 x1 F 0 sin t k 2 x2
设稳态响应为
x1 B1 x B sin t 2 2
尤其是多层约束阻尼层，往往较之前种方法更为有
效。如美国F-4战斗机的武器发射装置的中央腹板由于 宽带激励下的多模态共振而迅速破坏。
粘贴了多层约束阻尼层后，由于在其工作温度条件
下的多个模态上都提供了一定的损耗因子，解决了这 种振动疲劳造成的破坏问题
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3 阻振
复合材料由于它具有重量轻、刚度大、强度高的优点