第九章--隔振與阻尼

1、第一節(jié)第一節(jié) 振動的危害與評價振動的危害與評價=9.1.1 振動的危害與特性振動的危害與特性=1、振動的危害、振動的危害=直接危害和影響作業(yè)人員直接危害和影響作業(yè)人員=干擾和影響居民生活、休息和學(xué)習(xí)。干擾和影響居民生活、休息和學(xué)習(xí)。=造成建筑物及儀器設(shè)備的損害造成建筑物及儀器設(shè)備的損害=2、振動的特性、振動的特性l人體感覺的振動頻率分為人體感覺的振動頻率分為3 3段：低頻段為段：低頻段為30Hz30Hz以以上；中頻段為上；中頻段為3030100Hz100Hz；高頻段為；高頻段為100Hz100Hz以上。以上。人體對振動的感覺還與振幅有關(guān)。人體對振動的感覺還與振幅有關(guān)。l最有害的振動頻率是與人體

2、某些器官的固有頻最有害的振動頻率是與人體某些器官的固有頻率吻合的頻率，如人體在率吻合的頻率，如人體在6Hz6Hz左右，內(nèi)腔在左右，內(nèi)腔在8Hz8Hz左右，頭部在左右，頭部在250Hz250Hz左右，神經(jīng)中樞在左右，神經(jīng)中樞在250Hz250Hz左左右。低于右。低于2Hz2Hz的振動非常危險。的振動非常危險。2 2、振動的特性、振動的特性人對振動的感覺與參數(shù)的關(guān)系人對振動的感覺與參數(shù)的關(guān)系=9.1.2 振動的評價量與標(biāo)準(zhǔn)振動的評價量與標(biāo)準(zhǔn)=1、振動的評價量、振動的評價量=振動的位移振動的位移=在研究機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、變形和旋轉(zhuǎn)機(jī)件不平在研究機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、變形和旋轉(zhuǎn)機(jī)件不平衡時較為實(shí)用，可覺察的位

3、移只發(fā)生在低頻。衡時較為實(shí)用，可覺察的位移只發(fā)生在低頻。=振動的速度振動的速度=振動的速度和噪聲的大小直接有關(guān)，而且能提振動的速度和噪聲的大小直接有關(guān)，而且能提供表征機(jī)器運(yùn)行工況的振動烈度指示值。供表征機(jī)器運(yùn)行工況的振動烈度指示值。9.1.2 9.1.2 振動的評價量與標(biāo)準(zhǔn)振動的評價量與標(biāo)準(zhǔn)21nwiiiaa k振動的加速度振動的加速度020 lg()waVLdBa計(jì)權(quán)加速度級計(jì)權(quán)加速度級 20.120001110lg10lg10wTTwVLweqatVLdtdtTaT等效連續(xù)振級與累計(jì)振級等效連續(xù)振級與累計(jì)振級 2 2、環(huán)境振動的標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境振動的標(biāo)準(zhǔn) 表表9-1 9-1 城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)

4、值（城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)值（dBdB） 適用地帶范圍適用地帶范圍 晝間晝間 夜間夜間 特殊住宅區(qū)特殊住宅區(qū) 65 65居民、文教區(qū)居民、文教區(qū)70 67 混合區(qū)、商業(yè)中心區(qū)混合區(qū)、商業(yè)中心區(qū) 75 72 工業(yè)集中區(qū)工業(yè)集中區(qū) 75 72交通干線道路兩側(cè)交通干線道路兩側(cè) 75 72鐵路干線兩側(cè)鐵路干線兩側(cè)80 80l3、環(huán)境振動測量實(shí)例、環(huán)境振動測量實(shí)例l實(shí)例一實(shí)例一 鐵路振動監(jiān)測鐵路振動監(jiān)測l測點(diǎn)位置：杭州凱旋路景芳村居民住宅，距測點(diǎn)位置：杭州凱旋路景芳村居民住宅，距滬杭鐵路線外軌滬杭鐵路線外軌30m。l測量日期：測量日期：1990年年11月月5日。日。l地面狀況：混凝土地面，堅(jiān)實(shí)、平坦，測點(diǎn)

5、地面狀況：混凝土地面，堅(jiān)實(shí)、平坦，測點(diǎn)至鐵路間有至鐵路間有1.6m寬的水泥路面連接。寬的水泥路面連接。環(huán)境振動測量環(huán)境振動測量l測量方法測量方法l振動傳感器軸線垂直地面，距居民住宅振動傳感器軸線垂直地面，距居民住宅外墻外墻0.4m。l儀器儀器“功能選擇功能選擇”開關(guān)置開關(guān)置“快快”，“頻頻率計(jì)權(quán)率計(jì)權(quán)”開關(guān)置開關(guān)置“垂直垂直”l連續(xù)測量二十趟列車（包括客、貨、機(jī)連續(xù)測量二十趟列車（包括客、貨、機(jī)車、上、下行）通過時的最垂向車、上、下行）通過時的最垂向Z振級。振級。測量方法測量方法序號序號客客/ /貨貨/ /機(jī)車機(jī)車上上/ /下行下行 VLzVLz序號序號客客/ /貨貨/ /機(jī)車機(jī)車上上/ /下

6、行下行 VLzVLz 1 1 貨貨上行上行70.0 1111 貨貨上行上行72.5 2 2 貨貨上行上行74.8 1212 客客下行下行67.8 3 3 貨貨下行下行69.7 1313 機(jī)機(jī)下行下行74.4 4 4 貨貨上行上行70.5 1414 機(jī)機(jī)上行上行65.6 5 5 客客下行下行67.9 1515 貨貨下行下行72.7 6 6 貨貨上行上行67.6 1616 客客上行上行65.2 7 7 機(jī)機(jī)下行下行69.6 1717 貨貨下行下行70.6 8 8 機(jī)機(jī)上行上行67.2 1818 客客下行下行66.9 9 9 客客上行上行65.0 1919 機(jī)機(jī)下行下行64.2 1010 貨貨下行下

7、行73.6 2020 客客下行下行65.4表表9-2 9-2 測量結(jié)果表測量結(jié)果表測量結(jié)果評價量低于測量結(jié)果評價量低于GB10070-88“鐵路干線側(cè)鐵路干線側(cè)”80dB標(biāo)準(zhǔn)值。標(biāo)準(zhǔn)值。 dBVLVLiziz1 .6920201 評價量及評價結(jié)果評價量及評價結(jié)果l實(shí)例二實(shí)例二 居民住宅區(qū)環(huán)境振動監(jiān)測居民住宅區(qū)環(huán)境振動監(jiān)測l測量范圍：杭州市西湖區(qū)九蓮小區(qū)測量范圍：杭州市西湖區(qū)九蓮小區(qū)l測量時間：測量時間：1990年年11月月2日日l測點(diǎn)設(shè)備：在九蓮小區(qū)東，西、南、北，中各測點(diǎn)設(shè)備：在九蓮小區(qū)東，西、南、北，中各方位設(shè)置測點(diǎn)六個，測點(diǎn)位置及編號詳見下圖。方位設(shè)置測點(diǎn)六個，測點(diǎn)位置及編號詳見下圖。l

8、地面狀況：混凝土地面，堅(jiān)實(shí)，平坦。地面狀況：混凝土地面，堅(jiān)實(shí)，平坦。 環(huán)境振動測量環(huán)境振動測量l振動傳感器軸線垂向地面，距居民樓振動傳感器軸線垂向地面，距居民樓外墻壁外墻壁0.5m以內(nèi)。以內(nèi)。l儀器連接：感動傳感器環(huán)境振動分析儀器連接：感動傳感器環(huán)境振動分析儀主機(jī)微型打印機(jī)。儀主機(jī)微型打印機(jī)。l儀器儀器“功能選擇功能選擇”開關(guān)置開關(guān)置“快快”、“頻率計(jì)權(quán)頻率計(jì)權(quán)”開關(guān)置開關(guān)置“垂直垂直”。l采樣間隔采樣間隔2秒，采樣時間秒，采樣時間20分鐘。分鐘。測量方法測量方法l測量結(jié)果測量結(jié)果各測點(diǎn)的各測點(diǎn)的VLVLZ10Z10值如下：值如下：l結(jié)果評價：九蓮小區(qū)六個測點(diǎn)的垂直結(jié)果評價：九蓮小區(qū)六個測點(diǎn)的

9、垂直Z Z振級振級均低于均低于GB10070-88“GB10070-88“居民文教區(qū)居民文教區(qū)”晝間晝間70dB70dB、夜間夜間67dB67dB的標(biāo)準(zhǔn)值。的標(biāo)準(zhǔn)值。 測測點(diǎn)點(diǎn)編號編號 A A B B C C D D E E F F VLzVLz60.060.058.058.0 56.156.1 61.661.658.658.6 63.863.8表表9-3 9-3 測量結(jié)果表測量結(jié)果表測量結(jié)果與評價測量結(jié)果與評價l9.2.1 9.2.1 隔振的基本概念隔振的基本概念l1 1、隔振概念、隔振概念l通過降低振動強(qiáng)度來減弱固體聲傳播的技術(shù)。通過降低振動強(qiáng)度來減弱固體聲傳播的技術(shù)。l2 2、振動傳播形

10、式、振動傳播形式l空氣聲空氣聲l振動能量由振源直接向空氣輻射的部分。振動能量由振源直接向空氣輻射的部分。第二節(jié)第二節(jié) 隔振隔振l固體聲固體聲l通過承載振源的基礎(chǔ)，向地層或建筑物結(jié)構(gòu)傳通過承載振源的基礎(chǔ)，向地層或建筑物結(jié)構(gòu)傳遞。在固體表面，振動以彎曲波的形式傳播，遞。在固體表面，振動以彎曲波的形式傳播，激發(fā)建筑物的地板、墻面、門窗等結(jié)構(gòu)振動，激發(fā)建筑物的地板、墻面、門窗等結(jié)構(gòu)振動，再向空中輻射噪聲。再向空中輻射噪聲。l水泥地板、磚石結(jié)構(gòu)、金屬板材等是隔絕空氣水泥地板、磚石結(jié)構(gòu)、金屬板材等是隔絕空氣聲的良好材料，但對固體聲卻有很少衰減。聲的良好材料，但對固體聲卻有很少衰減。振動傳播形式振動傳播形式

11、l3 3、隔振的措施、隔振的措施l隔振是將振源與基礎(chǔ)或其他物體的近于剛性連接改為隔振是將振源與基礎(chǔ)或其他物體的近于剛性連接改為彈性連接，防止或減弱振動能量的傳播。實(shí)際上振動彈性連接，防止或減弱振動能量的傳播。實(shí)際上振動不可能絕對隔絕，所以通常稱隔振或減振。不可能絕對隔絕，所以通常稱隔振或減振。l積極隔振積極隔振l降低振源饋入支撐結(jié)構(gòu)的振動能量降低振源饋入支撐結(jié)構(gòu)的振動能量l消極隔振消極隔振l減少來自支撐結(jié)構(gòu)或外界環(huán)境的振動傳入。減少來自支撐結(jié)構(gòu)或外界環(huán)境的振動傳入。隔振的措施隔振的措施機(jī)械振動的傳播途徑機(jī)械振動的傳播途徑l1、力傳遞率定義、力傳遞率定義l傳遞到基礎(chǔ)上的力的幅值與作用在傳遞到基礎(chǔ)

12、上的力的幅值與作用在m上的力的上的力的幅值的比值。幅值的比值。l通過彈簧和阻尼傳遞給基礎(chǔ)的力為：通過彈簧和阻尼傳遞給基礎(chǔ)的力為：l其幅值為：其幅值為：fdyFKydt22201fFAKKAK9.2.2 9.2.2 隔振的力傳遞率隔振的力傳遞率l按力傳遞率的定義可得：按力傳遞率的定義可得：l當(dāng)系統(tǒng)為單自由度無阻尼振動時，即：阻尼比當(dāng)系統(tǒng)為單自由度無阻尼振動時，即：阻尼比=0=0，上式簡化為：，上式簡化為： 2011fTff22200022222202000012121412fffFfTFffff力傳遞率力傳遞率l當(dāng)當(dāng)ff0時，外力頻率遠(yuǎn)低于系統(tǒng)固有頻率，時，外力頻率遠(yuǎn)低于系統(tǒng)固有頻率，即圖中即圖

13、中AB段，段，Tf=1，說明激振力通過隔振裝置，說明激振力通過隔振裝置全部傳給基礎(chǔ)，不起隔振作用。全部傳給基礎(chǔ)，不起隔振作用。l當(dāng)當(dāng)f=f0時，外力頻率接近系統(tǒng)固有頻率，即圖時，外力頻率接近系統(tǒng)固有頻率，即圖中中BC段，說明隔振措施極不合理，不僅不起隔段，說明隔振措施極不合理，不僅不起隔振作用，反而放大了振動的干擾，乃至發(fā)生共振作用，反而放大了振動的干擾，乃至發(fā)生共振，這是隔振設(shè)計(jì)時應(yīng)絕對避免的。振，這是隔振設(shè)計(jì)時應(yīng)絕對避免的。2 2、T Tf f 與與f/ff/f0 0及阻尼比及阻尼比關(guān)系分析關(guān)系分析l振動的加劇程度取決于阻尼比，從理論上講，振動的加劇程度取決于阻尼比，從理論上講，0時，時，

14、 Tf；隨著阻尼比逐漸增大，共振；隨著阻尼比逐漸增大，共振峰趨于平坦。峰趨于平坦。表表9-4 9-4 幾種振動材料阻尼比幾種振動材料阻尼比 材料名稱材料名稱 鋼彈簧鋼彈簧 橡膠橡膠軟木軟木 阻尼比阻尼比0.0050.0050.020.020.050.05 0.060.062 2、T Tf f 與與f/ff/f0 0及阻尼比及阻尼比關(guān)系分析關(guān)系分析l 當(dāng)當(dāng) 時時 ， Tf=1，系統(tǒng)無隔振作用。，系統(tǒng)無隔振作用。l當(dāng)當(dāng) 時，時，Tf1，即圖中，即圖中CD段，系統(tǒng)起段，系統(tǒng)起到隔振作用，且到隔振作用，且 值越大，隔振效果越明值越大，隔振效果越明顯，工程中一般取為顯，工程中一般取為2.54.5。過大的

15、阻尼比的。過大的阻尼比的Tf值不如阻尼小的值不如阻尼小的Tf降低值大，工程中一般選降低值大，工程中一般選用用0.020.1。02ff0ff02ff2 2、T Tf f 與與f/ff/f0 0及阻尼比及阻尼比關(guān)系分析關(guān)系分析2 2、T Tf f 與與f/ff/f0 0及阻尼比及阻尼比關(guān)系分析關(guān)系分析l隔振處理降低的力的振動級差隔振處理降低的力的振動級差l隔振效率隔振效率0120lg20lgfffFLFT11 0 0 %fT3 3、隔振降噪的估算、隔振降噪的估算隔振計(jì)算圖線隔振計(jì)算圖線9.2.3 9.2.3 隔振材料與減振器隔振材料與減振器l凡能支承運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)凡能支承運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備動力荷載產(chǎn)生備動力荷載產(chǎn)生

16、彈性變形，在卸彈性變形，在卸載后能立即恢復(fù)載后能立即恢復(fù)原狀的材料或元原狀的材料或元件均可作為隔振件均可作為隔振材料或減振器。材料或減振器。l螺旋彈簧減振器的使用和設(shè)計(jì)程序螺旋彈簧減振器的使用和設(shè)計(jì)程序l確定被隔離機(jī)器設(shè)備的重量和可能的最低激振確定被隔離機(jī)器設(shè)備的重量和可能的最低激振力頻率，要求的隔振效率和安裝支點(diǎn)的數(shù)目。力頻率，要求的隔振效率和安裝支點(diǎn)的數(shù)目。l由激振力頻率和隔振效率查出鋼彈簧的靜態(tài)壓由激振力頻率和隔振效率查出鋼彈簧的靜態(tài)壓縮量縮量X X。l由機(jī)器設(shè)備總重量由機(jī)器設(shè)備總重量W W和安裝支點(diǎn)數(shù)和安裝支點(diǎn)數(shù)N N，確定選用，確定選用彈簧的勁度：彈簧的勁度：KW NX1 1、鋼彈簧

17、、鋼彈簧l式中：式中：G彈簧的剪切彈性系數(shù)，彈簧的剪切彈性系數(shù)，N/cm2，對于彈簧鋼，對于彈簧鋼常取常取8106 N/cm2 ； n0彈簧有效工作圈數(shù)；彈簧有效工作圈數(shù)；D彈簧彈簧平均直徑，平均直徑，cm；d彈簧直徑，彈簧直徑，cm； c彈簧圈直徑彈簧圈直徑D與彈簧直徑與彈簧直徑d的比值，即的比值，即D/d, 一般為一般為410;k系數(shù)，系數(shù)， ； W0一個彈簧上的一個彈簧上的載荷，載荷，N； 彈簧材料空許扭應(yīng)力，彈簧材料空許扭應(yīng)力，N/cm2 。對于彈。對于彈簧鋼常取簧鋼常取4104 N/cm2 。4308GdKN cmn D01.6dkW ccm 4243Kcc螺旋彈簧的豎向勁度計(jì)算公式

18、螺旋彈簧的豎向勁度計(jì)算公式l彈簧的全部圈數(shù)彈簧的全部圈數(shù)n應(yīng)包括有效工作圈數(shù)應(yīng)包括有效工作圈數(shù)n0和不工作和不工作圈數(shù)圈數(shù)n1，即，即n= n0 + n1 。在。在n07時，可取時，可取n1=2.5圈于彈簧兩端。圈于彈簧兩端。未受載荷的彈簧，其高度未受載荷的彈簧，其高度H可由下式計(jì)算：可由下式計(jì)算：14dHndnX螺旋彈簧的豎向勁度計(jì)算公式螺旋彈簧的豎向勁度計(jì)算公式02ff 第三節(jié)第三節(jié) 阻尼減振阻尼減振2pdE0cosyyt0sinuyt l阻尼力在位移阻尼力在位移dy上所消耗的能量為：上所消耗的能量為：l阻尼力在一個周期內(nèi)損耗的能量為：阻尼力在一個周期內(nèi)損耗的能量為：l系統(tǒng)的最大勢能為：系

19、統(tǒng)的最大勢能為： 2dyudyudtu dtdt2222000sinDytd ty2012pEKy9.3 9.3 阻尼減振阻尼減振2022cKMKMM由和可得000222cfKf在共振頻率上有：在共振頻率上有： 則：則： 。 0 2 9.3 9.3 阻尼減振阻尼減振表表9-5 9-5 幾種國產(chǎn)阻尼材料幾種國產(chǎn)阻尼材料表表9-6 9-6 幾種典型的阻尼材料組成比幾種典型的阻尼材料組成比名稱名稱 成分和重量百分比成分和重量百分比/%/%厚白漆厚白漆軟木阻尼材料軟木阻尼材料厚白漆厚白漆2020，光油，光油1313，生石膏，生石膏2323，軟木，軟木粉粉1313，松香水，松香水4 4，水，水2727。

20、瀝青阻尼材料瀝青阻尼材料瀝青瀝青5757，胺焦油，胺焦油23.523.5，熟柚油，熟柚油4 4，蓖麻，蓖麻油油1.51.5，石棉絨，石棉絨1414，汽油適量。，汽油適量。橡膠橡膠- -蛭石阻尼材料蛭石阻尼材料氯丁橡膠氯丁橡膠4242，酚醛樹酯，酚醛樹酯1515，蛭石，蛭石1515，石棉石棉1.51.5，磷酸二苯脂，磷酸二苯脂2.52.5，三硫化鉬，三硫化鉬1515，硫酸鈣，硫酸鈣8 8，混合溶劑適量。，混合溶劑適量。瀝青瀝青- -石棉阻尼材料石棉阻尼材料瀝青瀝青3535，石棉，石棉5050，桐油、亞麻油，桐油、亞麻油1515。22221114EdEd 33max21 13EE第四節(jié)第四節(jié) 阻尼減振實(shí)例阻尼減振實(shí)例隔振實(shí)例隔振實(shí)例阻尼結(jié)構(gòu)隔聲性能阻尼結(jié)構(gòu)隔聲性能隔振實(shí)例隔振實(shí)例隔振實(shí)例隔振實(shí)例Questionsl1 1、根據(jù)隔振設(shè)計(jì)計(jì)算的有關(guān)理論：、根據(jù)隔振設(shè)計(jì)計(jì)算的有關(guān)理論： (1)(1)要達(dá)到隔振的目的，對系統(tǒng)的固有頻率有什么要求？要達(dá)到隔振的目的，對系統(tǒng)的固有頻率有什么要求？ (2)(2)隔振器阻尼比的大小對隔振效果有哪些影響？隔振器阻尼比的大小對隔振效果有哪些影響？l、質(zhì)量為、質(zhì)量為500kg500kg的機(jī)器支承在勁度的機(jī)器支承在勁度K