第八章--隔振技术与阻尼减.ppt

第八章隔振与阻尼减振技术,主要内容：,8.1振动对环境的影响和评价8.2振动控制的基本方法8.3隔振原理8.4隔振元件8.5阻尼减振,8.1振动的影响和评价,1、振动的概念振动是物体围绕某一基准平衡位置所做的往复运动。例如，钟摆的左右摆动；挑夫肩上的扁担的上下颤动；汽车在不平坦路面上行驶时的抖动等等。思考：振动与噪声的联系？,振动与噪声的联系：,振动一方面直接通过空气向外辐射噪声，这种噪声称为空气声，另一方面以弯曲波的形式通过与振源基础相连的结构振动，再向外辐射噪声，这种通过固体传导的声称为固体声。水泥结构、砖石结构、金属板材等是隔绝空气声的良好材料，但对固体声衰减很小，所以通过固体传播的噪声可传至很远，而且在物体共振时会辐射很强的噪声。,2、振动的影响：,在实际工作中，人们利用振动，例如利用振动传输，振动筛选，振动研磨，振动抛光等。在吸声结构中，利用共振来吸声，但在一般生活中振动往往认为是有害的，影响机械设备、仪器和建筑物的寿命；加剧磨损等；产生噪声，以及对人体产生不良后果。,振动对人体的影响可分为全身振动和局部振动。全身振动是指人直接位于振动物体上时所受的振动；局部振动是指手持振动物体时引起的人体局部振动。振动对人的影响主要因素有：振动强度位移、速度、加速度；振动频率（1-100HZ）、振动方向、人对振动的暴露时间等。,振动磨损机械设备，缩短使用寿命，更严重引起建筑物破坏。我国地震烈度和加速度的关系见表,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）。,3、振动的标准,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）,8.2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）防止振动（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,1减少扰动，降低激振力。,措施：减少非平衡力；改进振动设备的结构设计；提高加工制造的装配精度。例如：鼓风机、高压水泵、蒸汽轮机、燃气轮机等旋转机械大多属高速旋转设备，每分钟在千转以上，其微小的偏心或安装间隙的不均匀，常带来严重危害。为此，应尽可能调好其动、静平衡，提高其制造质量，严格控制其对称要求和安装间隙，减少其离心偏心惯性力的产生。,2防止共振,振动系统激振力的固有频率若和设备的固有频率相一致，就会引起共振，使设备振动更厉害，起了放大作用，其放大倍数可有几倍到几十倍。措施：改变振动系统的固有频率，（改变设施的结构和尺寸，或采用局部加强）；改变振动系统的扰动频率，（改变机器的转速或改换机型）；装设辅助的质量弹簧系统，以降低共振响应。如动力吸振器、扭振减振器等；增加阻尼层，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础、防振沟等来隔振，现主要采用在设备下安装隔振元件隔振器。它是在物体和基础之间装弹性支承，来减少和隔离振动的传递，实现减振降噪的目的。按照传递方向不同，隔振可分为积极隔振和消极隔振两类。主动隔振或积极隔振，在于隔离或减少动力的传递；消极隔振，即被动隔振，使要求的设备不受基础振动的影响。,8.3隔振原理,刚性连接：振动源产生的激振力全部传给基础，由基础向四周传播；弹性连接：即在振动源与基础之间安装隔振器，这样振动源、隔振器与基础就组成了一个隔振系统，当振动源发生振动时，由于隔振器的弹性缓冲作用，可以减弱对基础的冲击力，使基础产生并传递的振动减弱，而且由于振动系统收到的摩擦阻尼作用，使振动的机械能转化为热能耗散，也减弱了设备传给基础的振动，从而使噪声的辐射量降低。,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：,1、隔振系统的共振频率：,Rm隔振器的阻尼系数；Rc隔振器的临界阻尼，表示外力停止作用后，使系统不能产生的最小阻尼系数；Rm/Rc阻尼比。,定义：通过隔振元件传递到基础上的力与作用于系统的总干扰力之比，即：,系数越小，隔振元件传递的力越小，隔振效果越好。,2、传振系数T：衡量隔振器的隔振效果,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：,其中：Rm/Rc，即系统阻尼系数与临界阻尼系数之比,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：,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/f01时，即干扰力的频率小于隔振系统的固有频率，图8-7AB段的T1，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/f01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大于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，对于单自由度无阻尼振动，T=1，系统无隔振作用。（4）当f/f021/2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小于1，隔振系统才真正起隔振作用。,讨论传振系数T与的关系：,（1）当f/f021/2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，越大，则T值越小，表明增大阻尼对控制振动有好处；（2）当f/f021/2时，即图中CD段，也就是设计隔振装置经常考虑的范围，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/f021/2，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/f021/2时，此时可采取增加阻尼来限制干扰力的放大作用。,振动级：,隔振效率：,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T0.1，则干扰力的振动级降低了20dB.,传振系数越小，隔振效率越高。,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。,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,橡胶软接管,不锈钢波纹管,帆布软接管,隔振垫,橡胶隔振垫,软木、毛毡、海绵,玻璃纤维,优点：能承受各种环境因素，在很宽的温度范围（-4050)和不同的环境条件下，可以保持稳定的弹性、耐腐蚀、耐老化；设计加工简单、易于控制，可以大规模生产，且能保持稳定的性能；允许位移大，在低频可以保持较好的隔振性能。缺点：阻尼系统很小，因此在共振频率附近有较高的传递率；在高频区域，隔振效果差，使用中常需在弹簧和基础之间加橡皮、毛毡等内阻较大的垫。,金属弹簧隔振器,最常用的是螺旋弹簧和板条式弹簧两种，螺旋弹簧减振器适用范围广，可用于各类风机、球磨机、破碎机、压力机等，板条式弹簧隔振器只在一个方向上有隔振作用，多用于火车、汽车的车体减振和只有垂直冲击的锻锤基础隔振。,优点：具有一定的阻尼，在共振频率附近有较好的减振效果，并适用于垂直、水平、旋转方向的隔振，劲度具有较宽的范围可供选择。具有持久的高弹性和优良的隔冲、隔振性能。缺点：受环境温度梯度影响大，容易老化，寿命一般为3-5年，需要定期检查和更换。类型：压缩型、剪切型和复合型。,橡胶隔振器,常见隔振器或材料的特性,8.5阻尼减振,结构噪声：定义：由金属薄板结构受激振动所产生的噪声也称结构噪声。防止方法：1）加大壳体厚度，即增加单位面积质量，则在相同激振力条件下，激发引起的振幅则变小而降低辐射强度。2）大面积薄板上多加“筋”，也可减弱振动的幅度；3）安全防护用罩壳，可用风孔板，因板两侧的压力平衡而不会辐射低频噪声。4）阻尼减振。即在薄板表面紧贴或涂敷一层或几层内摩擦大的材料，从而抑制结构振动、减少噪声。,8.5阻尼减振,原理：当机器或薄板发生弯曲振动时，其能量迅速传递给阻尼材料，引起薄板和阻尼材料之间的相互摩擦和错动，阻尼材料时而拉伸、时而压缩，由于阻尼材料的内损耗、内摩擦大，使金属板振动能量转化为热能，同时，阻尼缩短了薄板被激振的振动时间，从而减弱薄板的弯曲振动，降低了金属薄板辐射的噪声能量，达到控制噪声的目的。,8.5阻尼减振,损耗因数：表征阻尼性能。其值越大，阻尼性能越好。同一种材料，其损耗因数接近常数。阻尼材料要求有较高的损耗因数，同时也应有较好的粘结性，在强烈的振动下不脱落、不老化，在某些特殊环境下使用还要求耐高温、高湿和油污，专用的阻尼材料有商品出售，广泛用于各种机械设备和运输工具的噪声和振动控制。自己配制阻尼材料时，主要由基料、填料和溶剂三部分组成。,（1）基料,这是阻尼材料的主要成分，其作用为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性用，常用的基料有沥青、橡胶、树脂等。,（2）填料,其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粉、石棉绒、石墨、碳酸钙、硅石等。一般情况下，填料占阻尼材料的3060。,（3）溶剂,其作用是溶解基料，常见的溶剂有汽油、醋酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯等。,阻尼减振措施,为了得到满意的减振降噪效果，正确使用阻尼材料是非常重要的，在振动板件上附加阻尼层的常用方法有自由阻尼结构和约束阻尼结构两种,（1）自由阻尼层结构,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，当板受振动而弯曲时，板和阻尼层都允许有压缩和延伸的变形，自由阻尼层复合材料的损耗因数与阻尼材料的损耗因数、阻尼材料和基板的弹性模量比、厚度比等有关，当阻尼材料的弹性模量比较小时，自由阻尼复合层的损耗因数可表示为：,约束阻尼层结构是在基板和阻尼材料上再复加一层弹