第八章--隔振技術(shù)與阻尼減.ppt

第八章隔振與阻尼減振技術(shù),主要內(nèi)容：,8.1振動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響和評(píng)價(jià)8.2振動(dòng)控制的基本方法8.3隔振原理8.4隔振元件8.5阻尼減振,8.1振動(dòng)的影響和評(píng)價(jià),1、振動(dòng)的概念振動(dòng)是物體圍繞某一基準(zhǔn)平衡位置所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。例如，鐘擺的左右擺動(dòng)；挑夫肩上的扁擔(dān)的上下顫動(dòng)；汽車在不平坦路面上行駛時(shí)的抖動(dòng)等等。思考：振動(dòng)與噪聲的聯(lián)系？,振動(dòng)與噪聲的聯(lián)系：,振動(dòng)一方面直接通過(guò)空氣向外輻射噪聲，這種噪聲稱為空氣聲，另一方面以彎曲波的形式通過(guò)與振源基礎(chǔ)相連的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，再向外輻射噪聲，這種通過(guò)固體傳導(dǎo)的聲稱為固體聲。水泥結(jié)構(gòu)、磚石結(jié)構(gòu)、金屬板材等是隔絕空氣聲的良好材料，但對(duì)固體聲衰減很小，所以通過(guò)固體傳播的噪聲可傳至很遠(yuǎn)，而且在物體共振時(shí)會(huì)輻射很強(qiáng)的噪聲。,2、振動(dòng)的影響：,在實(shí)際工作中，人們利用振動(dòng)，例如利用振動(dòng)傳輸，振動(dòng)篩選，振動(dòng)研磨，振動(dòng)拋光等。在吸聲結(jié)構(gòu)中，利用共振來(lái)吸聲，但在一般生活中振動(dòng)往往認(rèn)為是有害的，影響機(jī)械設(shè)備、儀器和建筑物的壽命；加劇磨損等；產(chǎn)生噪聲，以及對(duì)人體產(chǎn)生不良后果。,振動(dòng)對(duì)人體的影響可分為全身振動(dòng)和局部振動(dòng)。全身振動(dòng)是指人直接位于振動(dòng)物體上時(shí)所受的振動(dòng)；局部振動(dòng)是指手持振動(dòng)物體時(shí)引起的人體局部振動(dòng)。振動(dòng)對(duì)人的影響主要因素有：振動(dòng)強(qiáng)度位移、速度、加速度；振動(dòng)頻率（1-100HZ）、振動(dòng)方向、人對(duì)振動(dòng)的暴露時(shí)間等。,振動(dòng)磨損機(jī)械設(shè)備，縮短使用壽命，更嚴(yán)重引起建筑物破壞。我國(guó)地震烈度和加速度的關(guān)系見(jiàn)表,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）。,3、振動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn),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（GB10071-88）,8.2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）防止振動(dòng)（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,1減少擾動(dòng)，降低激振力。,措施：減少非平衡力；改進(jìn)振動(dòng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；提高加工制造的裝配精度。例如：鼓風(fēng)機(jī)、高壓水泵、蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械大多屬高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備，每分鐘在千轉(zhuǎn)以上，其微小的偏心或安裝間隙的不均勻，常帶來(lái)嚴(yán)重危害。為此，應(yīng)盡可能調(diào)好其動(dòng)、靜平衡，提高其制造質(zhì)量，嚴(yán)格控制其對(duì)稱要求和安裝間隙，減少其離心偏心慣性力的產(chǎn)生。,2防止共振,振動(dòng)系統(tǒng)激振力的固有頻率若和設(shè)備的固有頻率相一致，就會(huì)引起共振，使設(shè)備振動(dòng)更厲害，起了放大作用，其放大倍數(shù)可有幾倍到幾十倍。措施：改變振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，（改變?cè)O(shè)施的結(jié)構(gòu)和尺寸，或采用局部加強(qiáng)）；改變振動(dòng)系統(tǒng)的擾動(dòng)頻率，（改變機(jī)器的轉(zhuǎn)速或改換機(jī)型）；裝設(shè)輔助的質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，以降低共振響應(yīng)。如動(dòng)力吸振器、扭振減振器等；增加阻尼層，以增加能量逸散以降低共振振幅。,3采取隔振措施,以前往往采用大型基礎(chǔ)、防振溝等來(lái)隔振，現(xiàn)主要采用在設(shè)備下安裝隔振元件隔振器。它是在物體和基礎(chǔ)之間裝彈性支承，來(lái)減少和隔離振動(dòng)的傳遞，實(shí)現(xiàn)減振降噪的目的。按照傳遞方向不同，隔振可分為積極隔振和消極隔振兩類。主動(dòng)隔振或積極隔振，在于隔離或減少動(dòng)力的傳遞；消極隔振，即被動(dòng)隔振，使要求的設(shè)備不受基礎(chǔ)振動(dòng)的影響。,8.3隔振原理,剛性連接：振動(dòng)源產(chǎn)生的激振力全部傳給基礎(chǔ)，由基礎(chǔ)向四周傳播；彈性連接：即在振動(dòng)源與基礎(chǔ)之間安裝隔振器，這樣振動(dòng)源、隔振器與基礎(chǔ)就組成了一個(gè)隔振系統(tǒng)，當(dāng)振動(dòng)源發(fā)生振動(dòng)時(shí)，由于隔振器的彈性緩沖作用，可以減弱對(duì)基礎(chǔ)的沖擊力，使基礎(chǔ)產(chǎn)生并傳遞的振動(dòng)減弱，而且由于振動(dòng)系統(tǒng)收到的摩擦阻尼作用，使振動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能耗散，也減弱了設(shè)備傳給基礎(chǔ)的振動(dòng)，從而使噪聲的輻射量降低。,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：,1、隔振系統(tǒng)的共振頻率：,Rm隔振器的阻尼系數(shù)；Rc隔振器的臨界阻尼，表示外力停止作用后，使系統(tǒng)不能產(chǎn)生的最小阻尼系數(shù)；Rm/Rc阻尼比。,定義：通過(guò)隔振元件傳遞到基礎(chǔ)上的力與作用于系統(tǒng)的總干擾力之比，即：,系數(shù)越小，隔振元件傳遞的力越小，隔振效果越好。,2、傳振系數(shù)T：衡量隔振器的隔振效果,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：Rm/Rc，即系統(tǒng)阻尼系數(shù)與臨界阻尼系數(shù)之比,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)，即干擾力的頻率小于隔振系統(tǒng)的固有頻率，圖8-7AB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。,（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BC段的T大于1，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/f0=21/2時(shí)，對(duì)于單自由度無(wú)阻尼振動(dòng)，T=1，系統(tǒng)無(wú)隔振作用。（4）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T小于1，隔振系統(tǒng)才真正起隔振作用。,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，也就是設(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。,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。,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。,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。,8.4隔振元件,隔振元件,隔振器,管道柔性接管,其他隔振元件,橡膠軟接管,不銹鋼波紋管,帆布軟接管,隔振墊,橡膠隔振墊,軟木、毛氈、海綿,玻璃纖維,優(yōu)點(diǎn)：能承受各種環(huán)境因素，在很寬的溫度范圍（-4050)和不同的環(huán)境條件下，可以保持穩(wěn)定的彈性、耐腐蝕、耐老化；設(shè)計(jì)加工簡(jiǎn)單、易于控制，可以大規(guī)模生產(chǎn)，且能保持穩(wěn)定的性能；允許位移大，在低頻可以保持較好的隔振性能。缺點(diǎn)：阻尼系統(tǒng)很小，因此在共振頻率附近有較高的傳遞率；在高頻區(qū)域，隔振效果差，使用中常需在彈簧和基礎(chǔ)之間加橡皮、毛氈等內(nèi)阻較大的墊。,金屬?gòu)椈筛粽衿?最常用的是螺旋彈簧和板條式彈簧兩種，螺旋彈簧減振器適用范圍廣，可用于各類風(fēng)機(jī)、球磨機(jī)、破碎機(jī)、壓力機(jī)等，板條式彈簧隔振器只在一個(gè)方向上有隔振作用，多用于火車、汽車的車體減振和只有垂直沖擊的鍛錘基礎(chǔ)隔振。,優(yōu)點(diǎn)：具有一定的阻尼，在共振頻率附近有較好的減振效果，并適用于垂直、水平、旋轉(zhuǎn)方向的隔振，勁度具有較寬的范圍可供選擇。具有持久的高彈性和優(yōu)良的隔沖、隔振性能。缺點(diǎn)：受環(huán)境溫度梯度影響大，容易老化，壽命一般為3-5年，需要定期檢查和更換。類型：壓縮型、剪切型和復(fù)合型。,橡膠隔振器,常見(jiàn)隔振器或材料的特性,8.5阻尼減振,結(jié)構(gòu)噪聲：定義：由金屬薄板結(jié)構(gòu)受激振動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲也稱結(jié)構(gòu)噪聲。防止方法：1）加大殼體厚度，即增加單位面積質(zhì)量，則在相同激振力條件下，激發(fā)引起的振幅則變小而降低輻射強(qiáng)度。2）大面積薄板上多加“筋”，也可減弱振動(dòng)的幅度；3）安全防護(hù)用罩殼，可用風(fēng)孔板，因板兩側(cè)的壓力平衡而不會(huì)輻射低頻噪聲。4）阻尼減振。即在薄板表面緊貼或涂敷一層或幾層內(nèi)摩擦大的材料，從而抑制結(jié)構(gòu)振動(dòng)、減少噪聲。,8.5阻尼減振,原理：當(dāng)機(jī)器或薄板發(fā)生彎曲振動(dòng)時(shí)，其能量迅速傳遞給阻尼材料，引起薄板和阻尼材料之間的相互摩擦和錯(cuò)動(dòng)，阻尼材料時(shí)而拉伸、時(shí)而壓縮，由于阻尼材料的內(nèi)損耗、內(nèi)摩擦大，使金屬板振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能，同時(shí)，阻尼縮短了薄板被激振的振動(dòng)時(shí)間，從而減弱薄板的彎曲振動(dòng)，降低了金屬薄板輻射的噪聲能量，達(dá)到控制噪聲的目的。,8.5阻尼減振,損耗因數(shù)：表征阻尼性能。其值越大，阻尼性能越好。同一種材料，其損耗因數(shù)接近常數(shù)。阻尼材料要求有較高的損耗因數(shù)，同時(shí)也應(yīng)有較好的粘結(jié)性，在強(qiáng)烈的振動(dòng)下不脫落、不老化，在某些特殊環(huán)境下使用還要求耐高溫、高濕和油污，專用的阻尼材料有商品出售，廣泛用于各種機(jī)械設(shè)備和運(yùn)輸工具的噪聲和振動(dòng)控制。自己配制阻尼材料時(shí)，主要由基料、填料和溶劑三部分組成。,（1）基料,這是阻尼材料的主要成分，其作用為使構(gòu)成阻尼材料的各種成分進(jìn)行粘合并粘結(jié)金屬板，基料性能的好壞對(duì)阻尼效果起決定性用，常用的基料有瀝青、橡膠、樹(shù)脂等。,（2）填料,其作用是增加阻尼材料的內(nèi)損耗能力和減少基料的用量以降低成本，常用的有膨脹珍珠巖粉、石棉絨、石墨、碳酸鈣、硅石等。一般情況下，填料占阻尼材料的3060。,（3）溶劑,其作用是溶解基料，常見(jiàn)的溶劑有汽油、醋酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯等。,阻尼減振措施,為了得到滿意的減振降噪效果，正確使用阻尼材料是非常重要的，在振動(dòng)板件上附加阻尼層的常用方法有自由阻尼結(jié)構(gòu)和約束阻尼結(jié)構(gòu)兩種,（1）自由阻尼層結(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面，形成自由阻尼層結(jié)構(gòu)，當(dāng)板受振動(dòng)而彎曲時(shí)，板和阻尼層都允許有壓縮和延伸的變形，自由阻尼層復(fù)合材料的損耗因數(shù)與阻尼材料的損耗因數(shù)、阻尼材料和基板的彈性模量比、厚度比等有關(guān)，當(dāng)阻尼材料的彈性模量比較小時(shí)，自由阻尼復(fù)合層的損耗因數(shù)可表示為：,約束阻尼層結(jié)構(gòu)是在基板和阻尼材料上再?gòu)?fù)加一層彈