八、隔振技术及阻尼减振

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10.5.1阻尼减振原理
有很多噪声是因金属薄板受激发振动而产
生的,金属薄板本身阻尼很小,而声辐射效率很 高。降低这种振动和噪声,普遍采用的方法是在 金属薄板构件上喷涂或粘贴一层高内阻的粘弹性
材料,如沥青、软橡胶或高分子材料。当金属板 振动时,由于阻尼作用,一部分振动能量转变为热 能,而使振动和噪声降低。
2、隔振技术
(1)隔振原理
利用弹性波在物体间的传播规律,在振源和需要 防振的设备之间安置隔振装置,使振源产生的大部 分振动能量为隔振装置所吸收,减少振源对设备的 干扰。
① 积极隔振(动力隔振)——隔离机械设备本身 的振动通过其机脚、支座传到基础或基座,以减少 振源对周围环境或建筑结构的影响,即隔离振源。 其频率范围在3~1000Hz。
3、阻尼减振
(1)阻尼减振原理
阻尼是降低振动共振响应的最有效的方法。阻尼 的作用是将振动能量转换成热能耗散掉,以此来抑 制结构振动,达到降低噪声的目的。
阻尼减振的实现——通过减弱金属板弯曲振动的 强度。在金属薄板上涂敷一层阻尼材料,当金属薄 板发生弯曲振动时,振动能量就迅速传给涂贴在薄 板上的阻尼材料,并引起薄板和阻尼材料之间以及 阻尼材料内部的摩擦。由于阻尼材料内损耗、内摩 擦大,使得相当一部分的金属振动能量被损耗而变 成热能,减弱了薄板的弯曲振动,并能缩短薄板被 激振后的振动时间,从而降低了金属板辐射噪声的 能量。
结构损耗因子——一般只有0.1左右。
用途——多用于管道包扎,消声器、隔声设备等易振动 的护板结构上.
② 约束阻尼层结构
减振原理——当金属基板 振动和弯曲时,阻尼层受约 束板的约束不能伸缩变形, 内部产生了剪切变形,利用 阻尼材料剪切损耗一般较大 的特点可耗散更多的振动 能。
选用剪切损耗因子大的阻尼 材料(通常较软),结构中 间结的构阻损尼耗层因一子般—比—较一薄般。达0.1~0.5,最高可接近0.8。
用途——由于它的施工复杂,造价高,只用在减振要求较 高的场合。现在已有用两块金属板之间夹一层非常薄的粘 弹性材料预制成型的复合阻尼金属板,可用于制造柴油机 油底壳、汽缸头盖及各种机器罩壳。
振动的主动(有源)控制技术
这ห้องสมุดไป่ตู้控制需要消耗能量并产生控制力的执行机构— —作动机构。
1—风机隔声罩 2—隔声屏 3—减振弹簧 4—空间吸声体 5—消声器 6—隔声窗 7—隔声门 8—防声耳罩
缺点——本身阻尼小,共振时传递率可能很大, 高频隔振性能差。
10.4.2橡胶减振器
橡胶隔振器 适用于中小型设备和仪器隔振的装置。
优点——具有良好的隔振缓冲和隔声性能;可承受压缩、剪切 或剪切—压缩力;易于设计成不同的形状;阻尼大,有良好的 抑制共振峰作用;高频隔振性能好。 缺点——易老化,不耐油污,不适宜在高温或低温条件下使
(3)阻尼结构
阻尼材料与金属组成复合结 构,由金属承受强度,阻尼材 料提供阻尼。
① 自由阻尼层结构
减振原理——当板振动和弯 曲时,自由阻尼层产生交变的 拉压变形,可消耗大部分机械 能量,从而降低了整体的振 动。要求阻尼材料具有较高的杨氏模量损耗因子(此类阻尼 材料一般比较硬),阻尼层的厚度与金属板的厚度之比一 般取2~4。
环境噪声控制工程
七、隔振技术及阻尼减振
振动的危害和对环境的污染
① 振动会引起强烈的空气噪声;
② 振动引起结构噪声。机器振动通过基础、楼板、 墙壁,可以迅速传递到很远处,造成较大范围内的 振动和噪声的环境污染;
③ 振动对设备、建筑物会产生很多不良后果; ④ 振动对人体的影响,会对人的身心健康产生伤 害。
空气弹簧
优点——隔振效率高,固 有频率低(1Hz以下), 具有阻尼性,也能隔绝高 频振动。水平稳定性好, 承受载荷能力范围大。
缺点——需要压缩气源和 一套复杂的辅助系统,并 且荷重只限于一个方向。
应用——常用于高要求的 火车、汽车和一些消极隔 振的场合。
10.5阻尼减振
固体振动向空间辐射声波的强度与振动幅 度、辐射体的面积、频率等有关。大面积的薄 板振动,有最大的辐射效率。这种由金属薄板 结构受激振动所产生的噪声也称结构噪声。加 大壳体厚度,即增加单位面积质量,则在相同激 振力条件下,激发引起的振幅(加速度)则变小 而降低辐射强度。
但这种简单地加大单位面积质量的方法并不
是经济合理的选择:大面积薄板上多加"筋",亦 可减弱振动的幅度;安全防护用罩壳,可用风孔板, 因板两侧的压力平衡而不会辐射低频噪声。除了
这些降低声辐射的方法外,还采用在薄板上增加 一阻尼层,并使结合在一起,让原来薄板振动的能 量,尽可能多地耗散在阻尼层中,这称为阻尼减 振。
指一般工业、商业、少数交通和居民 混合区
指在一个城市或区域内规划明确确定 的工业区
指车流量每小时100辆以上的道路两 侧的区域
指距每日车流量不少于20 列的铁道 外轨30 m外两侧的区域
振动控制技术
从振源、传递途径和接受体三方面着手。
① 振源振动控制——减弱或消除振源的振动或振动 运动; ② 传递途径控制——通过隔振、阻尼等方法减弱振 动到接受体的传输;
噪声的其他用途
办公室内的宽频噪声 保持隐私
② 隔振垫——利用弹性材料本身的自然特性,一 般没有确定的形状尺寸,可根据实际需要来拼排或 裁剪。常见的有软木、毛毡、泡沫塑料、玻璃纤维 隔振垫和橡胶隔振垫等。
10.4隔振元件 10.4.1金属减振器
金属弹簧隔振器
低频隔振装置, 用途广泛,从轻 巧的精密仪器到 重型的工业设备 都可应用。
优点——具有很高的弹性,可承受较大的负荷, 静态变形位移大;耐油、水、溶剂等的侵蚀,抗高 温;固有频率低,为2~4Hz;低频隔振性能好;设 计计算方法较成熟。
所以,振动也是环境物理污染的因素之一。振动 的控制不仅是防治噪声的重要方法,也是减少振动 的不利影响和危害的必不可少的措施。
10.1振动对人体的影响和评价 10.1.1振动对人体的危害 10.1.2局部振动标准 10.1.3整体振动标准 10.1.4环境振动标准
环境振动标准
我国国家环境保护局于1988年12月10日制定并 批准的国家标准《城市区域环境振动标准》 (GB10070—88)对广义的环境振动给出了一 定的限值。由于人对铅垂Z向振动最敏感,所 以在这个标准中规定了城市各类区域铅垂向Z 振级标准值。
③ 接受体的控制——通过接受体系统参数的改变 (加强筋、阻尼等)来减弱接受体处振动强度或降 低接受体对振动的敏感程度。
概括起来,振动控制的方法有三类:振源振动控 制、隔振和阻尼减振。
10.2振动控制的基本方法
10.2.1振动的传播规律
研究环境振动防治前,必须先弄清环境振动 的传播途径和规律,才能制定出有效的防治对策 和控制方法。图1为环境振动的传播过程。
《城市区域环境振动标准》 (单位dB,Z 振级VLz,a o=10-6 m/s2)
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 夜间 适用地带范围的划定
65 65 指特别需要安宁的住宅区
70 67 指纯居民区和文教、机关区
75 72 75 72 75 72 80 80
阻尼前
阻尼后
10.5.2阻尼材料
(2)阻尼材料
阻尼材料通常指沥青、软橡胶和各种高分子涂 料。
阻尼材料的特性——可用材料的损耗因子η来衡 量(包括杨氏模量损耗因子ηE和剪切模量损耗因子
表5-8 常温下声频范围内几种材料的ηE值
材料名称

钢铁


ηE
(0.3~10)×10-5 (1~6)×10-4 (1~2)×10-2 (0.8~1)×10-2
② 消极隔振(运动隔振或防护隔振)——防止周 围环境的振动通过地基(或支承)传到需要保护的 仪表、器械。其频率范围在3~30Hz。
10.3隔振原理
10.3.1振动的传递和 隔离
10.3.2隔振的力传递 率
(2)隔振装置
隔振装置可分为两大类:隔振器和隔振垫。 ① 隔振器——经专门设计制造的、具有确定的形 状和稳定的性能的弹性元件,使用时可作为机械零 件进行装配。常用的有金属弹簧隔振器、橡胶隔振 器、钢丝绳隔振器和空气弹簧隔振器等;
10.4.3橡胶隔振垫
橡胶隔振垫 — —常做成带有凹凸 形、槽形的结构, 以增加其压缩量和 各个方面上的变 形,还具有防滑功 能。
软木隔振垫 —— 质轻、耐腐蚀,保 温性能好,加工方 便,对高频振动和 冲击振动有一定的 隔振效果 。
毛毡(玻璃纤维毡、矿渣棉毡等)
10.4.4其他隔振元件 1.空气弹簧(见图4) 2.酚醛树脂玻璃纤维板
0.01~0.2 0.1~10.0 0.1~5.0
10.5.3阻尼减振措施
1.自由阻尼层结构
将一定厚度的阻尼材料粘合或喷涂在金属板 的一面或两面形成自由阻尼层结构。当板受振动 而弯曲时,板和阻尼层都允许有压缩和延伸的变 形。自由阻尼层复合材料的损耗因数与阻尼材料 的损耗因数、阻尼材料和基板的弹性模量比、厚 度比有关。
1、振源振动控制
基本方法——减少和消除振动源振级。 ① 减少机器扰动。如通过改造机械的结构,改善 机器的平衡性能;提高设备制造精度,减少振动 结构的装配公差;改变干扰力方向等等。
② 控制共振。可以通过改变机械结构的固有频 率、改变机器转速来避免共振;或将振源安装在 非刚性基础上、管道和传动轴采用隔离固定、在 仪表柜等薄壳体上采用阻尼减振技术等,可大大 减少共振的影响。
材料名称 ηE
软橡皮 10-2~10-1
软木 0.13 ~0.17
干沙 0.12~0.6
沥青 ~0.38
表3 各类材料的损耗因子
材料名称 金属 玻璃 塑料
混凝土 木材、软木、复合材料
大阻尼塑料 阻尼橡胶
损耗因子 0.0001~0.001 0.0006~0.002 0.005~0.01 0.015~0.05
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