隔振技術(shù)與阻尼減振

1、隔振技術(shù)與阻尼減振第1頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四主要內(nèi)容：一、振動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響和評(píng)價(jià)二、振動(dòng)控制的基本方法三、隔振原理四、隔振設(shè)計(jì)與計(jì)算五、阻尼減振第2頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四一、振動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響和評(píng)價(jià)1）人能感覺(jué)到的振動(dòng)頻率范圍在1-100Hz；2）對(duì)人體反應(yīng)最強(qiáng)烈的振動(dòng)頻率是與人體某些器官固有頻率相吻合的頻率；3）低于2Hz的次聲波振動(dòng)可能導(dǎo)致人的死亡；4）影響和損害建筑物、精密儀器和設(shè)備。振動(dòng)可分為：穩(wěn)態(tài)振動(dòng)、沖擊振動(dòng)和無(wú)規(guī)則振動(dòng)。振動(dòng)對(duì)人及環(huán)境的影響：第3頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四振動(dòng)強(qiáng)弱對(duì)人影響情況

2、（總概括）：（1）振動(dòng)的“感覺(jué)閾”（2）振動(dòng)的“不舒適閾”（3）振動(dòng)的“疲勞閾”（4）振動(dòng)的“危險(xiǎn)閾”和“極限閾”第4頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四ISO5349標(biāo)準(zhǔn)（局部振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)）： 規(guī)定了8-1000Hz不同暴露時(shí)間的振動(dòng)加速度和振動(dòng)速度的允許值，用來(lái)評(píng)價(jià)手傳振動(dòng)暴露對(duì)人損傷危害。ISO2631標(biāo)準(zhǔn)（整體振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)）： 規(guī)定了人在振動(dòng)作業(yè)環(huán)境（頻率范圍1-80Hz）中的暴露基準(zhǔn)（含垂直振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)曲線和水平振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)曲線）。第5頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四我國(guó)的環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)：城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（GB10070-88）城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)測(cè)量方法（GB

3、10071-88）第6頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四二、振動(dòng)控制的基本方法1）減少振動(dòng)源的擾動(dòng)（減少非平衡力、改進(jìn)工藝）2）防止共振（改變外擾頻率或系統(tǒng)振動(dòng)頻率）3）采用隔振技術(shù)（控制振動(dòng)傳遞，如防振溝、隔振器等）振動(dòng)源傳遞介質(zhì)接受者第7頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四三、隔振原理 評(píng)價(jià)振動(dòng)的強(qiáng)弱，通常用位移、速度、加速度三個(gè)量來(lái)表示，該三個(gè)量有內(nèi)在的聯(lián)系。對(duì)于簡(jiǎn)諧振動(dòng)來(lái)說(shuō)，振動(dòng)的位移為：其中：X振動(dòng)的位移，m Xm振幅，即最大的位移，m 角頻率，等于2f 相位第8頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四振動(dòng)速度和加速度分別為位移的一

4、階導(dǎo)數(shù)與二階導(dǎo)數(shù)，即：第9頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四常用來(lái)表征隔振效果的物理量傳振系數(shù)（力傳遞率）定義：通過(guò)隔振元件傳遞過(guò)去的力的幅值與總的干擾力的幅值之比，即： 系數(shù)越小，隔振元件傳遞的力越小，隔振效果越好。第10頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四振動(dòng)級(jí)：隔振效率： 如：當(dāng)干擾力通過(guò)隔振系統(tǒng)后，其振幅降低到原來(lái)的1/10時(shí)，即T0.1，則干擾力的振動(dòng)級(jí)降低了20dB.傳振系數(shù)越小，隔振效率越高。第11頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四 對(duì)于一個(gè)單向自由振動(dòng)（不考慮體系阻尼），則體系的固有頻率為： 假設(shè)在這一振動(dòng)系統(tǒng)上加一個(gè)垂

5、直的干擾力FF0sint，在忽略阻尼的情況下，該振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式為： 其中，式中第一項(xiàng)為振動(dòng)物質(zhì)的慣性力，第二項(xiàng)為彈簧彈性力，右邊為周期性的干擾力。第12頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四 結(jié)合傳振系數(shù)的定義，可以得到無(wú)阻尼振動(dòng)系統(tǒng)的力傳遞系數(shù)：其中：f為干擾力頻率，f0為系統(tǒng)的固有頻率。對(duì)上式的討論：（1）當(dāng)f/f01時(shí)，即干擾力的頻率遠(yuǎn)小于隔振系統(tǒng)的固有頻率，在書中圖12-4中的AB段的T1，說(shuō)明干擾力全部通過(guò)隔振裝置，即隔振系統(tǒng)不起作用。第13頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四（2）當(dāng)f/f01時(shí)，即干擾力的頻率等于或接近隔振系統(tǒng)的固有頻率，即

6、BC段的T1，說(shuō)明隔振系統(tǒng)不但不起隔振作用，反而放大了振動(dòng)的干擾，甚至產(chǎn)生共振現(xiàn)象。（3）當(dāng)f/f021/2時(shí)，即干擾力頻率大于隔振系統(tǒng)的固有頻率的21/2 倍，即CD段的T1，隔振系統(tǒng)才真正起隔振作用。第14頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四 當(dāng)考慮體系有阻尼情況時(shí)，即在體系中安裝阻尼器，如橡皮墊等，則體系的傳振系數(shù)為：其中：/0，即系統(tǒng)阻尼系數(shù)與臨界阻尼系數(shù)之比,臨界阻尼系數(shù)04mf0第15頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四討論傳振系數(shù)T與的關(guān)系：（1）當(dāng)f/f021/2時(shí)，即圖中AB和BC段，也就是系統(tǒng)不起隔振作用甚至發(fā)生共振作用的范圍，越大，則T

7、值越小，表明增大阻尼對(duì)控制振動(dòng)有好處；（2）當(dāng)f/f021/2時(shí)，即圖中CD段，也時(shí)設(shè)計(jì)隔振裝置經(jīng)?？紤]的范圍， 越小，則T值越小，表明阻尼越小越好，阻尼對(duì)隔振效果有不良的影響。第16頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四綜合上述兩種討論，可知：1）欲得到好的隔振效果，必須設(shè)計(jì)較低的f0，并且只有當(dāng)f/f021/2，才能獲得好的隔振效果；2）如果干擾頻率f比較低，或者因其他原因，只能做到f/f021/2時(shí)，此時(shí)可采取增加阻尼來(lái)限制干擾力的放大作用。第17頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四實(shí)際應(yīng)用舉例：1. 拖拉機(jī)空負(fù)荷時(shí)要比有負(fù)荷時(shí)振動(dòng)大，是何原因？答：由于

8、空負(fù)荷質(zhì)量小，則空負(fù)荷時(shí)固有頻率要比設(shè)計(jì)的固有頻率f0大，所以f/f0的值比設(shè)計(jì)值小，因此空負(fù)荷時(shí)傳振系數(shù)比設(shè)計(jì)值大，因此拖拉機(jī)空負(fù)荷時(shí)要比有負(fù)荷時(shí)振動(dòng)大。第18頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四四、隔振設(shè)計(jì)與計(jì)算 隔振元件（隔振器或隔振材料）：1、鋼彈簧（螺旋彈簧、板條彈簧）2、橡膠3、玻璃毛氈4、軟木5、空氣彈簧第19頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四1.螺旋彈簧減振器設(shè)計(jì)程序 確定機(jī)器設(shè)備的重量 W、激振力頻率f、預(yù)期的隔振效率 、安裝支點(diǎn)的數(shù)目 N； 根據(jù)相關(guān)圖表(P212圖10-8)，由激振力頻率 f 和按設(shè)計(jì)所要求的隔振效率 查的螺旋彈簧的靜

9、態(tài)壓縮量 x； 由下式確定選用彈簧的勁度K K=W/ N x 根據(jù)彈簧的勁度K，從生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品目錄中選擇或是自行設(shè)計(jì)委托加工制造。第20頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四螺旋彈簧減振器設(shè)計(jì)及計(jì)算確定彈簧條直徑 d C 彈簧圈直徑D與彈簧條直徑d比值，即D/d=410K 系數(shù)，k=（4C+2）/（4C-3）W0 一個(gè)彈簧上的載荷，Nr彈簧材料的容許扭應(yīng)力，對(duì)綱彈簧，取4104N/cm2確定彈簧有效工作圈數(shù)n0 n0=G d4 /8K D3d=1.6k W0 C / r第21頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四螺旋彈簧減振器設(shè)計(jì)及計(jì)算 確定彈簧的全部圈數(shù)n

10、n=n0+n 當(dāng)n07時(shí)，n=1.5； 當(dāng)n07時(shí)， n=2.5計(jì)算未受載荷的彈簧高度H H=n d+（n-1）d/4+x 驗(yàn)算未受載荷的彈簧高度H與彈簧圈直徑D的比值是否滿足H / D2第22頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四2.橡膠減振器設(shè)計(jì) 確定橡膠材料的厚度d； d=x Ed /確定所需要的面積S S=P/ X-最大靜態(tài)壓縮量Ed 橡膠的動(dòng)態(tài)彈性模量-橡膠的允許負(fù)載,kg/cm2P-機(jī)組重量,kg第23頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四五、阻尼減振 1、阻尼減振原理 金屬薄板受激發(fā)振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲，金屬薄板本身的阻尼很小，因此聲輻射效率很高。降低這種振動(dòng)和噪聲，普遍采用在金屬薄板構(gòu)件上噴涂或粘貼一層高內(nèi)阻尼材料，如瀝青、軟橡膠、高分子材料。當(dāng)金屬薄板振動(dòng)時(shí)，由于阻尼作用，一部分振動(dòng)能量變?yōu)闊崮埽瑥亩沟谜駝?dòng)和噪聲降低。第24頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四五、阻尼減振 2、阻尼材料 基料： 如瀝青、橡膠、樹(shù)脂等 填料： 如膨脹珍珠巖粉、石棉絨、石墨、碳酸鈣、硅石等 溶劑： 如汽油、醋酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯等第25頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)6分，星期四五、阻尼減振 3、阻尼減振措施 自由阻尼結(jié)構(gòu)： 將一定厚度的阻尼材料粘合或噴涂在金屬板的一面或兩