隔振技术与阻尼减振

第十章隔振技术与阻尼减振主要内容：一、振动对环境的影响和评价二、振动控制的基本方法三、隔振原理四、隔振设计与计算五、阻尼减振一、振动对环境的影响和评价1）人能感觉到的振动频率范围在1-100Hz；2）对人体反应最强烈的振动频率是与人体某些器官固有频率相吻合的频率；3）低于2Hz的次声波振动可能导致人的死亡；4）影响和损害建筑物、精密仪器和设备。振动可分为：稳态振动、冲击振动和无规则振动。振动对人及环境的影响：振动强弱对人影响情况（总概括）：（1）振动的“感觉阈”（2）振动的“不舒适阈”（3）振动的“疲劳阈”（4）振动的“危险阈”和“极限阈”ISO5349标准（局部振动标准）：规定了8-1000Hz不同暴露时间的振动加速度和振动速度的允许值，用来评价手传振动暴露对人损伤危害。ISO2631标准（整体振动标准）：规定了人在振动作业环境（频率范围1-80Hz）中的暴露基准（含垂直振动标准曲线和水平振动标准曲线）。我国的环境振动标准：《城市区域环境振动标准》（GB10070-88）《城市区域环境振动测量方法》（GB10071-88）二、振动控制的基本方法1）减少振动源的扰动（减少非平衡力、改进工艺）2）防止共振（改变外扰频率或系统振动频率）3）采用隔振技术（控制振动传递，如防振沟、隔振器等）振动源传递介质接受者三、隔振原理评价振动的强弱，通常用位移、速度、加速度三个量来表示，该三个量有内在的联系。对于简谐振动来说，振动的位移为：txxmsin其中：X－振动的位移，mXm－振幅，即最大的位移，mω－角频率，等于2πfφ－相位振动速度和加速度分别为位移的一阶导数与二阶导数，即：txdtdxmcostxdtxdmsin222常用来表征隔振效果的物理量－传振系数（力传递率）定义：通过隔振元件传递过去的力的幅值与总的干扰力的幅值之比，即：干扰力传递力T系数越小，隔振元件传递的力越小，隔振效果越好。振动级：TL1lg20隔振效率：%1001T如：当干扰力通过隔振系统后，其振幅降低到原来的1/10时，即T＝0.1，则干扰力的振动级降低了20dB.传振系数越小，隔振效率越高。⑴对于一个单向自由振动（不考虑体系阻尼），则体系的固有频率为：mkf210假设在这一振动系统上加一个垂直的干扰力F＝F0sinωt，在忽略阻尼的情况下，该振动系统的运动方程式为：tFkxdtxdmsin22其中，式中第一项为振动物质的惯性力，第二项为弹簧弹性力，右边为周期性的干扰力。结合传振系数的定义，可以得到无阻尼振动系统的力传递系数：2011ffT其中：f为干扰力频率，f0为系统的固有频率。对上式的讨论：（1）当f/f0＜＜1时，即干扰力的频率远小于隔振系统的固有频率，在书中图12-4中的AB段的T≈1，说明干扰力全部通过隔振装置，即隔振系统不起作用。（2）当f/f0＝1时，即干扰力的频率等于或接近隔振系统的固有频率，即BC段的T＞1，说明隔振系统不但不起隔振作用，反而放大了振动的干扰，甚至产生共振现象。（3）当f/f0＞21/2时，即干扰力频率大于隔振系统的固有频率的21/2倍，即CD段的T＜1，隔振系统才真正起隔振作用。⑵当考虑体系有阻尼情况时，即在体系中安装阻尼器，如橡皮垫等，则体系的传振系数为：2022202024141ffffffT其中：ξ＝δ/δ0，即系统阻尼系数与临界阻尼系数之比,临界阻尼系数δ0＝4πmf0讨论传振系数T与ξ的关系：（1）当f/f0＜21/2时，即图中AB和BC段，也就是系统不起隔振作用甚至发生共振作用的范围，ξ越大，则T值越小，表明增大阻尼对控制振动有好处；（2）当f/f0＞21/2时，即图中CD段，也时设计隔振装置经常考虑的范围，ξ越小，则T值越小，表明阻尼越小越好，阻尼对隔振效果有不良的影响。综合上述两种讨论，可知：1）欲得到好的隔振效果，必须设计较低的f0，并且只有当f/f0＞21/2，才能获得好的隔振效果；2）如果干扰频率f比较低，或者因其他原因，只能做到f/f0＜21/2时，此时可采取增加阻尼来限制干扰力的放大作用。实际应用举例：1.拖拉机空负荷时要比有负荷时振动大，是何原因？答：由于空负荷质量小，则空负荷时固有频率要比设计的固有频率f0大，所以f/f0的值比设计值小，因此空负荷时传振系数比设计值大，因此拖拉机空负荷时要比有负荷时振动大。四、隔振设计与计算隔振元件（隔振器或隔振材料）：1、钢弹簧（螺旋弹簧、板条弹簧）2、橡胶3、玻璃毛毡4、软木5、空气弹簧1.螺旋弹簧减振器设计程序①确定机器设备的重量W、激振力频率f、预期的隔振效率η、安装支点的数目N；②根据相关图表(P212图10-8)，由激振力频率f和按设计所要求的隔振效率η查的螺旋弹簧的静态压缩量x；③由下式确定选用弹簧的劲度KK=W/Nx④根据弹簧的劲度K，从生产厂家的产品目录中选择或是自行设计委托加工制造。螺旋弹簧减振器设计及计算①确定弹簧条直径dC—弹簧圈直径D与弹簧条直径d比值，即D/d=4～10K—系数，k=（4C+2）/（4C-3）W0—一个弹簧上的载荷，Nr—弹簧材料的容许扭应力，对纲弹簧，取4×104N/cm2②确定弹簧有效工作圈数n0n0=Gd4/8KD3d=1.6√kW0C/r螺旋弹簧减振器设计及计算③确定弹簧的全部圈数nn=n0+n’当n0＜7时，n’=1.5；当n0＞7时，n’=2.5④计算未受载荷的弹簧高度HH=nd+（n-1）d/4+x⑤验算未受载荷的弹簧高度H与弹簧圈直径D的比值是否满足H/D≤22.橡胶减振器设计①确定橡胶材料的厚度d；d=xEd/δ②确定所需要的面积SS=P/δX-最大静态压缩量Ed–橡胶的动态弹性模量δ-橡胶的允许负载,kg/cm2P-机组重量,kg五、阻尼减振1、阻尼减振原理金属薄板受激发振动而产生噪声，金属薄板本身的阻尼很小，因此声辐射效率很高。降低这种振动和噪声，普遍采用在金属薄板构件上喷涂或粘贴一层高内阻尼材料，如沥青、软橡胶、高分子材料。当金属薄板振动时，由于阻尼作用，一部分振动能量变为热能，从而使得振动和噪声降低。五、阻尼减振2、阻尼材料⑴基料：如沥青、橡胶、树脂等⑵填料：如膨胀珍珠岩粉、石棉绒、石墨、碳酸钙、硅石等⑶溶剂：如汽油、醋酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯等五、阻尼减振3、阻尼减振措施⑴自由阻尼结构：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阻尼层结构。⑵约束阻尼结构：在基板和阻尼材料上再附加一层弹性模量较高的起约束作用的金属板。⑶间隔自由阻尼结构：在自由阻尼结构的基层板和阻尼层之间增加一定厚度的间隔层。阻尼层基板约束层自由阻尼结构约束阻尼结构