隔振与阻尼完整演示教学

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1、第九章 隔振与阻尼,学习指南,本章主要介绍阻尼与隔振的基本概念、基本原理、基本方法，常用隔振或减振器的应用。简介隔振设计与隔振器选择时，降低振动系统固有频率的计算和阻尼应用。,第九章 隔振与阻尼,第一节 振动的危害与评价,9.1.1 振动的危害与特性 1、振动的危害 直接危害和影响作业人员 干扰和影响居民生活、休息和学习。 造成建筑物及仪器设备的损害,2、振动的特性 人体感觉的振动频率分为3段：低频段为30Hz以上；中频段为30100Hz；高频段为100Hz以上。人体对振动的感觉还与振幅有关。 最有害的振动频率是与人体某些器官的固有频率吻合的频率，如人体在6Hz左右，内腔在8Hz左右，头部在2

2、50Hz左右，神经中枢在250Hz左右。低于2Hz的振动非常危险。,2、振动的特性,9.1.2 振动的评价量与标准 1、振动的评价量 振动的位移 在研究机械结构的强度、变形和旋转机件不平衡时较为实用，可觉察的位移只发生在低频。 振动的速度 振动的速度和噪声的大小直接有关，而且能提供表征机器运行工况的振动烈度指示值。,9.1.2 振动的评价量与标准,振动的加速度 从劳保和环保的角度出发，一般采用加速度，因为振动对人的影响实际上是振动能量转换的结果。 计权加速度计算： 式中：ki1/3倍频程频谱中第i频段相应的频率计权因数；ai1/3倍频程频谱中第i频段实测的加速度有效值，m/s2。,振动的加速度

3、,频率计权加速度级（计权振级或振级）计算： 式中： aw频率计权加速度有效值，m/s2； a0是参考加速度，m/s2，a0=10-6m/s2。,计权加速度级,等效连续振级计算： 累计百分振级VLZN 常用的百分振级为VLZ10、VLZ50、VLZ90，分别表示有10%时间的Z振级超过VLZ10，有50%时间的Z振级超过VLZ50，有90%时间的Z振级超过VLZ90。,等效连续振级与累计振级,2、环境振动的标准 表9-1 城市区域环境振动标准值（dB）,适用于连续发生的稳态振级、冲击振动和无理振动。对于每日发生几次的冲击振动，其最大值昼间不允许超过的标准值10dB，夜间不超过3dB。 “特殊住宅

4、区”是指特别需要安宁的住宅区。 “居民、文教区”是指纯居民区文教、机关区。 “混合区”是指一般商业与居民混合区；工业、商业、少量交通与居民混合区。,环境振动标准说明项,“商业中心区”是指商业集中的繁华地区。 “工业集中区”是指在一个城市或区域内规划明确确定的工业区。 “交通干线道路两侧”是指车流量每小时100辆以上的道路两侧。 “铁路干线两侧”是指距每日车流量不少于20列的铁道外轨30m外两侧的住宅区。,环境振动标准说明项,3、环境振动测量实例 实例一 铁路振动监测 测点位置：杭州凯旋路景芳村居民住宅，距沪杭铁路线外轨30m。 测量日期：1990年11月5日。 地面状况：混凝土地面，坚实、平坦

5、，测点至铁路间有1.6m宽的水泥路面连接。,环境振动测量,测量方法 振动传感器轴线垂直地面，距居民住宅外墙0.4m。 仪器“功能选择”开关置“快”，“频率计权”开关置“垂直” 连续测量二十趟列车（包括客、货、机车、上、下行）通过时的最垂向Z振级。,测量方法, 测量结果,表9-2 测量结果表,测量结果评价量低于GB10070-88“铁路干线侧”80dB标准值。,评价量及评价结果,实例二 居民住宅区环境振动监测 测量范围：杭州市西湖区九莲小区 测量时间：1990年11月2日 测点设备：在九莲小区东，西、南、北，中各方位设置测点六个，测点位置及编号详见下图。 地面状况：混凝土地面，坚实，平坦。,环境

6、振动测量,振动传感器轴线垂向地面，距居民楼外墙壁0.5m以内。 仪器连接：感动传感器环境振动分析仪主机微型打印机。 仪器“功能选择”开关置“快”、“频率计权”开关置“垂直”。 采样间隔2秒，采样时间20分钟。,测量方法,测量结果各测点的VLZ10值如下： 结果评价：九莲小区六个测点的垂直Z振级均低于GB10070-88“居民文教区”昼间70dB、夜间67dB的标准值。,表9-3 测量结果表,测量结果与评价,9.2.1 隔振的基本概念 1、隔振概念 通过降低振动强度来减弱固体声传播的技术。 2、振动传播形式 空气声 振动能量由振源直接向空气辐射的部分。,第二节 隔振,固体声 通过承载振源的基础，

7、向地层或建筑物结构传递。在固体表面，振动以弯曲波的形式传播，激发建筑物的地板、墙面、门窗等结构振动，再向空中辐射噪声。 水泥地板、砖石结构、金属板材等是隔绝空气声的良好材料，但对固体声却有很少衰减。,振动传播形式,3、隔振的措施 隔振是将振源与基础或其他物体的近于刚性连接改为弹性连接，防止或减弱振动能量的传播。实际上振动不可能绝对隔绝，所以通常称隔振或减振。 积极隔振 降低振源馈入支撑结构的振动能量 消极隔振 减少来自支撑结构或外界环境的振动传入。,隔振的措施,机械振动的传播途径,1、力传递率定义 传递到基础上的力的幅值与作用在m上的力的幅值的比值。 通过弹簧和阻尼传递给基础的力为： 其幅值为

8、：,9.2.2 隔振的力传递率,按力传递率的定义可得： 当系统为单自由度无阻尼振动时，即：阻尼比=0，上式简化为：,力传递率,当ff0时，外力频率远低于系统固有频率，即图中AB段，Tf=1，说明激振力通过隔振装置全部传给基础，不起隔振作用。 当f=f0时，外力频率接近系统固有频率，即图中BC段，说明隔振措施极不合理，不仅不起隔振作用，反而放大了振动的干扰，乃至发生共振，这是隔振设计时应绝对避免的。,2、Tf 与f/f0及阻尼比关系分析,振动的加剧程度取决于阻尼比，从理论上讲，0时， Tf；随着阻尼比逐渐增大，共振峰趋于平坦。,表9-4 几种振动材料阻尼比,2、Tf 与f/f0及阻尼比关系分析,

9、 当 时 ， Tf=1，系统无隔振作用。 当 时，Tf1，即图中CD段，系统起到隔振作用，且 值越大，隔振效果越明显，工程中一般取为2.54.5。过大的阻尼比的Tf值不如阻尼小的Tf降低值大，工程中一般选用0.020.1。,2、Tf 与f/f0及阻尼比关系分析,2、Tf 与f/f0及阻尼比关系分析,隔振处理降低的力的振动级差 隔振效率,3、隔振降噪的估算,隔振计算图线,9.2.3 隔振材料与减振器,凡能支承运转设备动力荷载产生弹性变形，在卸载后能立即恢复原状的材料或元件均可作为隔振材料或减振器。,螺旋弹簧减振器的使用和设计程序 确定被隔离机器设备的重量和可能的最低激振力频率，要求的隔振效率和安

10、装支点的数目。 由激振力频率和隔振效率查出钢弹簧的静态压缩量X。 由机器设备总重量W和安装支点数N，确定选用弹簧的劲度：,1、钢弹簧,式中：G弹簧的剪切弹性系数，N/cm2，对于弹簧钢常取8106 N/cm2 ； n0弹簧有效工作圈数；D弹簧平均直径，cm；d弹簧直径，cm； c弹簧圈直径D与弹簧直径d的比值，即D/d, 一般为410;k系数， ； W0一个弹簧上的载荷，N； 弹簧材料空许扭应力，N/cm2 。对于弹簧钢常取4104 N/cm2 。,螺旋弹簧的竖向劲度计算公式,弹簧的全部圈数n应包括有效工作圈数n0和不工作圈数n1，即n= n0 + n1 。在n07时，可取n1=2.5圈于弹簧

11、两端。未受载荷的弹簧，其高度H可由下式计算：,螺旋弹簧的竖向劲度计算公式,优点：有较低的固有频率（5Hz以下）和较大的静态压缩量（2cm以上），能承受较大的负荷且弹性稳定，耐腐蚀，耐老化，经久耐用，在低频可保持较好的隔振性能。 缺点：阻尼系数小（0.010.005），共振区有较高的传递率，使设备产生摇摆；由于阻尼比低，高频区隔振效果差，使用时要在弹簧和基础之间加橡胶，毛毡等内阻较大的垫，以及内插杆和弹簧盖等稳定装置。,螺旋弹簧的优缺点,金属弹簧隔振器,这类隔振器可以分为压缩型、剪切型和压缩-剪切型等。设计和选用时应注意： 准确估算其劲度和固有频率，以满足 和使承受载荷在其允许范围内。 静负荷时

12、的最大压缩量不应超过原长度的10%15%。,2、橡胶隔振器和隔振垫,橡胶隔振器,橡胶空气隔振器,橡胶隔振垫,橡胶弹性接管,3、酚醛树脂玻璃纤维板 残余变形小，耐腐、防火、不易老化、价格低，是一种良好的隔振材料。 4、气体弹簧减振器 固有频率低，对高低频振动均可使用，隔振性能好，但制造工艺复杂，价格较高。 5、其它隔振措施 隔振机座、隔振沟、隔振墙、软连接等。,其它隔振元件及措施,9.3.1 阻尼减振原理 振动系统阻尼大小常用系统损耗因数来度量。其定义为：薄板振动时每周期内损耗的能量D与系统的最大弹性势能EP之比除以2。即 板受迫振动的位移和振速分别为：,第三节 阻尼减振,阻尼力在位移dy上所消

13、耗的能量为： 阻尼力在一个周期内损耗的能量为： 系统的最大势能为：,9.3 阻尼减振,在共振频率上有： 则： 。,9.3 阻尼减振,常用的阻尼材料有沥青、软橡胶和阻尼浆。阻尼浆由多种高分子材料配合而成。主要由基料、填料、溶剂三部分组成。 1、基料 基料是阻尼材料的主要成分，其作用使构成阻尼材料的各种成分进行粘合并粘结金属板。基料性能的好坏对阻尼效果起决定作用。常用的基料有沥青橡胶和树脂等。,9.3.2 阻尼材料(Damping material),2、填料 填料的作用是增加阻尼材料的内损耗能力和减少基料的用量以降低成本。常用的有膨胀珍珠岩、石棉绒、石墨、碳酸钙和硅石等。一般情况下，填料占阻尼材

14、料的30%60%. 3、溶剂 溶剂的作用是溶解基料，常见的溶剂有汽油、醋酸乙脂、乙酸乙酯和乙酸丁酯等。,填料与溶剂,表9-5 几种国产阻尼材料,表9-6 几种典型的阻尼材料组成比,1、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自由阻尼层结构。当板受振动弯曲变形时，板和阻尼层都允许有压缩和延伸的变形。阻尼振动系统损耗因数表示为： 式中：2阻尼材料的损耗因数；E2阻尼材料的杨氏弹性模量；d2阻尼材料的厚度； E1基板的杨氏弹性模量；d1基板的厚度。,9.3.3 阻尼减振措施,对于多数情况，E0/E1的数量级为10-110-4，只有较大的厚度比才能达到较高的阻尼。通常取厚度

15、比为23时，复合自由阻尼层的损耗因数可以达到阻尼材料的损耗因数的0.4倍。因此，为保证自由阻尼层有较好的阻尼特性，就要有较大的厚度，这也是自由阻尼的缺点。,自由阻尼结构,约束阻尼层复合结构的损耗因数可表示为： 式中：E3、3分别为约束板的弹性模量和损耗因数。 在实际使用中，基板和约束层的弹性模量相近，复合板的阻尼大小和阻尼厚度无关。如果使用合理，可以使阻尼复合板的损耗因数接近甚至大于阻尼材料的损耗因数。取得较好效果。,2、约束阻尼层结构,阻尼层结构,第四节 阻尼减振实例,隔振实例,阻尼结构隔声性能,隔振实例,隔振实例,Questions,1、根据隔振设计计算的有关理论： (1)要达到隔振的目的

16、，对系统的固有频率有什么要求？ (2)隔振器阻尼比的大小对隔振效果有哪些影响？ 、质量为500kg的机器支承在劲度K=900Ncm 的钢弹簧上，机器转速为3000rmin，因转动不平衡而产生1000N的干扰力。高系统的阻尼比，试求：传递到基础上的力的幅值是多少？,、一台风机安装在一块厚钢板上，如果在钢板的下面垫个弹簧，已知弹簧的静态压缩量1，风机的转速为900rmin，弹簧的阻尼很小略去不 计，试求传递比和隔振效率。 、有一台转速为1500rmin的机器，在未做隔振处理前，测得基础上的力振动级为80dB（指此频率），欲使基础的力振动级降低20dB，问需要选取静态压缩量x为多大的弹簧才能满足要求？设阻尼比=0。,Questions,、设一台风机边连同基座总重量为8000N，转速为1000rmin， 试设计一种隔振装置，将风机振动激振力减弱为原来的10。 Attention Please: 下次上课时交作业！,隔振阻尼内容讲授完毕,再见！,