07--隔振技术及阻尼减振(2014)

12020年1月12日6时30分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。22020年1月12日6时30分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32020年1月12日6时30分7.1振动控制的基本方法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7.1.1振动的来源及危害42020年1月12日6时30分7.1振动控制的基本方法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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7.1.1振动的来源及危害52020年1月12日6时30分7.1振动控制的基本方法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7.1.1振动的来源及危害62020年1月12日6时30分7.1振动控制的基本方法全身振动的主观反应主观感觉频率/Hz振幅/mm腹痛6～1240700.094～0.1630.063～0.1260.032胸痛5～76～120.6～1.50.094～0.163背痛40700.630.032尿急感10～200.024～0.28粪迫感9～200.024～0.12头部症状3～1040700.4～2.180.1260.032呼吸困难1～34～91～9.32.4～19.67.1.1振动的来源及危害72020年1月12日6时30分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；传递介质接受者地基地坪；建筑物；空气；水；管道；构筑物；构件设备；人；建筑物；仪器设备；82020年1月12日6时30分7.1振动控制的基本方法振源控制振动传递过程的控制采用隔振技术7.1.3振动控制的方法92020年1月12日6时30分7.1振动控制的基本方法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7.1.3振动控制的方法102020年1月12日6时30分7.1振动控制的基本方法振源控制防止共振：•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，减小共振时的振幅原则：防止或减小设备、结构对振动的响应7.1.3振动控制的方法112020年1月12日6时30分7.1振动控制的基本方法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7.1.3振动控制的方法122020年1月12日6时30分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7.1.3振动控制的方法132020年1月12日6时30分7.1振动控制的基本方法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7.1.3振动控制的方法142020年1月12日6时30分7.1振动控制的基本方法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7.1.3振动控制的方法152020年1月12日6时30分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162020年1月12日6时30分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。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。隔振原理172020年1月12日6时30分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182020年1月12日6时30分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192020年1月12日6时30分7.2隔振原理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7.2.1振动的传递和隔离模型202020年1月12日6时30分7.2隔振原理惯性力22dtydMdtdyKy黏滞阻尼力弹性力δ：阻尼系数K：弹性系数FKydtdydtydM22外激励力7.2.1振动的传递和隔离模型外激励力为简谐力：tFFcos0212020年1月12日6时30分7.2隔振原理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7.2.2隔振的力传递率00FFTff20222020200/4/1)/(41ffffffFFTff式(7.15)δ0=2Mω0：隔振系统的临界阻尼：振动系统的固有角频率ξ=δ/δ0：阻尼比(阻尼因子)MK0222020年1月12日6时30分7.2隔振原理力传递率Tf20222020200/4/1)/(41ffffffFFTff式(7.15)7.2.2隔振的力传递率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/δ0δ：所选材料的阻尼系数δ0：隔振系统的临界阻尼系数，δ0=2Mω0232020年1月12日6时30分7.2隔振原理隔振处理后，其力的振动级差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隔振效率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ffTFFL1lg20lg2000式(7.17)%100)1(fT7.2.2隔振的力传递率式(7.18)242020年1月12日6时30分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。隔振系统中的三个要素252020年1月12日6时30分冲击隔离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。262020年1月12日6时30分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272020年1月12日6时30分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282020年1月12日6时30分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292020年1月12日6时30分7.3隔振器材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•在不同的环境条件下，可以保持稳定的弹性，耐腐蚀、耐老化•设计加工简单、易于控制，可以大规模生产，且能保持稳定的性能•允许位移大，在低频可以保持较好的隔振性能缺点：阻尼系数很小，因此在共振频率附近有较高的传递率；在高频区域，隔振效果差改进方法：在弹簧和基础之间加橡皮、毛毡等内阻较大的衬垫7.3.1隔振器302020年1月12日6时30分7.3