07--隔振技术及阻尼减振(2014)

外激励力 Md2ydyKyF
d2t dt
外激励力为 简谐力：
FF0cots
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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
Ff0 F0
T f F F f0 01f1 / f0 4 22 2 ( f4 /f0 2) 2 f/f02 式(7.15)
▪ 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
❖ 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
❖ 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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7.2 隔振原理
7.Байду номын сангаас.1 振动的传递和隔离模型
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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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7.1 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
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；
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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
❖ 振源控制 ❖ 振动传递过程的控制 ❖ 隔振技术
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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
❖ 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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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。
Tf
▪ 单位：dB
式(7.17)
▪ 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
❖ 隔振效率
(1Tf)10 % 0
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
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
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7.3 隔振器材
❖ 广泛使用的隔振元件：有钢弹簧、橡胶、玻璃棉毡、 软木和空气弹簧
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7.3 隔振器材
7.3.1 隔振器
❖ 金属弹簧减振器
▪ 广泛应用于：工业振动控制
▪ 优点：
• 能承受各种环境因素，适应温度范围较宽
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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
• 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
❖ (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。
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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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
L20lgF0 20lg1
Ff0
❖ 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。
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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。
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
δ0=2Mω0 ：隔振系统的临界阻尼
0
K M
： 振动系统的固有角频率
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
T f F F f0 01f1 / f0 4 22 2 ( f4 /f0 2) 2 f/f02 式(7.15)
❖ 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 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
❖ 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。
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、 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
• 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
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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
• 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
频率/Hz
腹痛
6～12 40 70
胸痛
5～7 6～12
• 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
▪ 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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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
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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
传递介质
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；
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 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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7.3 隔振器材
❖ 隔振的重要措施是在设备基础上安装隔振器或隔振材 料，使设备的基础之间的刚性联结变成弹性支撑
背痛 尿急感 粪迫感 头部症状
呼吸困难
40 70
10～20
9～20
3～10 40 70
1～3 4～9
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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 0.024～0.12 0.4～2.18 0.126 0.032 1～9.3 2.4～19.6
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隔振原理
7.2 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。
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7.2 隔振原理
7.2.1 振动的传递和隔离模型
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➢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
7.2.1 振动的传递和隔离模型
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惯性力
d 2y M dt 2
黏滞阻尼力 dy dt
弹性力 Ky
δ：阻尼系数 K：弹性系数
▪ 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