振动污染及控制

1、振动污染与控制振动污染与控制第一节第一节 概述概述一 振动与振动污染二 振动源三 振动危害一一 振动与振动污染振动与振动污染（一）振动 任何物理量，围绕一定的平衡值作周期变化，称为该物理量的振动。 或者物体处于周期性往复运动的状态。（二）振动污染（二）振动污染 振动超过一定界限，从而对人体健康产生不利影响。 对机器，设备，仪表也是会产生损害。 同噪声一样，对人来说，主观性较强。二二 振动源振动源l自然振动l人为振动 主要包括工厂振动源、工程振动源、道路交通振动源、低频空气振动自由振动与受迫振动自由振动与受迫振动l受迫振动也称强迫振动在外来周期性力的持续作用下，振动系统发生的振动称为受迫振动这个

2、“外来的周期性力”叫驱动力(或强迫力)。 l当周期性驱动力的频率和物体的固有频率相等时振幅达到最大,即共振。l无外力作用下的振动称为自由振动。积极隔振与消极隔振积极隔振与消极隔振积极隔振:目的在于隔离或减小机械设备本身振动通过基础向环境的传递，隔振对象为设备本身。消极隔振：防止周围的环境振动通过支座、基础传到需要保护的机器，仪表，设备等。三三 振动危害振动危害 同噪声振动危害，主要包括： 振动对生理的影响、振动对心理的影响、对工作的影响、对构筑物的影响。第二节第二节 振动评价与标准振动评价与标准l一 振动的评价l二 振动评价标准一一 振动的评价振动的评价（一）振动评价指标1、位移、速度和加速度

3、txxsin0txdtdxcos0txdtxdsin0222l震动量的换算，图3-202、振动级、振动级1）振动加速度级 refeaaaLlg20加速度有效值，m/s2加速度参考值，m/s2 earefa我国曾经取1X10-5 m/s22)振动级refeaaaLlg20ea修正的加速度有效值，m/s2. 根据下式计算：fefacfeeaa102fcfea修正值，m/s2. 根据下表确定频率为f的加速度有效值，m/s2. 垂直振动与水平振动修正值垂直振动与水平振动修正值中心频率 Hz12481631.563垂直方向 dB-6-300-6-12-18水平方向dB33-3-9-15-21-27fef

4、acfeeaa102例：振动加速度级叠加例：振动加速度级叠加lP119l对于多个振动：总加速度有效值的平方=各个振动的平方和二二 振动评价标准振动评价标准1、对人的影响l感觉阈 对人体无影响：0.003gl不舒服阈 人感到不舒服：0.05gl疲劳阈 人感到疲劳。l危险阈(极限阈) 使人产生病变：0.5gl人体不同部位感受不同，对2-12Hz较敏感人体部位头颈眼球胸腔下腹脊柱手臂下垂手敏感频率Hz2530-803-63-610-1216-3030-40人体对振动加速度感觉：感觉刚刚感觉到不愉快不可容忍加速度 g=9.8m/s20.003g0.05g0.5g随着振动加速度的增大，会造成内脏、血液位

5、移。如持续时间在0.1s之内，人体直立向上能忍受的加速度为16g，向下运动为10g，横向运动为40g。超过这些指标，便会造成皮肉青肿、骨折、器官破裂和脑振荡等。 2、环境振动标准l国际标准化组织推荐使用 ISO/DIS2631-城市区域环境振动标准 （GB10070-88）城市区域环境振动测定方法 （GB10071-88）人体全身振动暴露的舒适性降低界限和评价准则 （GB/T13442-92）城市区域环境振动标准值 （GB10070-88）请参阅新标准：环境振动标准 （GB10070-）第三节第三节 振动基础振动基础一 振动基本物理量二 简谐振动系统一一 振动基本物理量振动基本物理量质点位移、

6、速度和加速度：txxsin0txdtdxcos0txdtxdsin0222正弦波：)sin(0kxtAa二二 简谐振动系统简谐振动系统（一）自由振动（二）受迫振动（一）自由振动（一）自由振动1、无阻尼自由振动2、有阻尼自由振动阻尼： 能量随时间或距离的耗散。是指任何振动系统在振动中，由于外界作用和/或系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性，以及此一特性的量化表征。 1、无阻尼自由振动、无阻尼自由振动无外力作用的振动称为自由振动。无阻尼情况下称为无阻尼自由振动makx 0dd22 kxtxmtxx00cos当t=0,x=x0 时，解为：mk0002 f2、有阻尼自由振动现象：振幅随时间减

7、小现象：振幅随时间减小原因：阻尼原因：阻尼C C动力学分析：动力学分析：maCkxv0dddd22kxtxCtxm阻尼力阻尼力vCFr阻尼振动位移时间曲线阻尼振动位移时间曲线tOxAA)0(Tccc /)1sin(e102200txxt022mmkccCc临界阻尼 阻尼比 临界阻尼临界阻尼l任何一个振动系统，当阻尼增加到一定程度时，物体的运动是非周期性的，物体振动连一次都不能完成，只是慢慢地回到平衡位置就停止了。当阻力使振动物体刚能不作周期性振动而又能最快地回到平衡位置的情况，称为“临界阻尼” 。otxabc阻尼比的三种情况阻尼比的三种情况 ( (c) )临界阻尼临界阻尼1 ( (b) )过阻

8、尼过阻尼 1 ( (a) )欠阻尼欠阻尼10（二）受迫振动（二）受迫振动1、无阻尼受迫振动2、有阻尼受迫振动F s in tF s in tF s in tMxC( a ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r ig id f o u n d a tio n( b ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r e s ilie n t f o u n d a tio n( c ) S y s te m s u p p

9、 o r te d b y is o la tio n s p r in g s a n d v is c o u s d a m p e r o n r ig id f o u n d a tio nKKKKKMMM11222xxFsint=shaking forceM=supported machine massX=displacement of supported massK=spring constant of resilient supportC=viscous damping coefficientF s in tF s in tF s in tMxC( a ) S y s te

10、m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r ig id f o u n d a tio n( b ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r e s ilie n t f o u n d a tio n( c ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s a n d v is c o u s d a m p e r o n r ig id f o u n d a

11、tio nKKKKKMMM11222xx1、无阻尼受迫振动2、有阻尼受迫振动1 1 无阻尼受迫振动sinKXFtMXF s in tF s in tF s in tMxC( a ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r ig id f o u n d a tio n( b ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r e s ilie n t f o u n d a tio n( c ) S y s te m s u

12、 p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s a n d v is c o u s d a m p e r o n r ig id f o u n d a tio nKKKKKMMM11222xx方程稳态解方程稳态解 :2( )sinFx ttKM2/sin1 (/)F KtMK2( )sinFx ttKM2/sin1 (/)nF Kt 振动传递率是表征隔振效果的物理量，该值越小，通过隔振器传递地振动越小，隔振效果越好:21TR1 (/)MnKXF Note that TR 2 振动传递率可以用力表示，可以用位移表示（振幅）。 对于自由振动和受迫振动

13、传递率是一样的。21.0/ n1.021TR1(/)n T0n =/KMAmplificationIsolation2、有阻尼受迫振动、有阻尼受迫振动 If a viscous damper is placed in parallel with a spring, the equation of motion becomesF s in tF s in tF s in tMxC( a ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r ig id f o u n d a tio n( b ) S y s te m

14、 s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r e s ilie n t f o u n d a tio n( c ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s a n d v is c o u s d a m p e r o n r ig id f o u n d a tio nKKKKKMMM11222xx sin MXCXKXFt1/2222()()mFXKMC1/2222/12F KMCKK1/2222/12ncnF KCC1/ 22221TR12M

15、ncnKXFCCC/Cc is called the damping factor Cc, the critical damping coefficient. 注意：对于有阻尼自由振动和有阻尼受迫振动传递率规律是一样的。0.150.050.100.250.3750.51.0Frequency ration,Transmissibility, TR0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.03.02.01.0ccc/n2Force transmissibility of a spring-mass-damper system 第四节第四节 振动控制技术振动控制技术 振动控制的环节(1) 确定振源特

16、征与振动特征 (2) 确定振动控制水平(3) 确定振动控制方法(4) 进行分析和设计(5) 实现振动控制主要内容主要内容一 振动源控制二 机械振动控制三 弹性减振四 阻尼减振五 冲击减振六 传播途径的减振对策七 振动衰减一 振动源控制(1) (1) 改进振动设备的设计，提高制造加工的精度，使其振动减小。(2) (2) 尽可能调好振动设备的动、静平衡，提高制 造质量，严格控制安装间隙，减少其离心、 偏心惯性力的产生。 空压机的隔振降噪空压机的隔振降噪二二 机械振动控制机械振动控制（1）降低机械的振动加速度减少自由振幅倍率，可降低机械的振动加速度/0 3 自由振幅率全部为1；(2) 利用支承台架质

17、量的减振措施利用支承台架质量的减振措施l/ /0 01 m1 m越大，自由振幅率随/ /0 0增大而减少；l/ /0 01 m1 m越大，自由振幅率随/ /0 0减小而减少；例：质量为70kg70kg的机械转速为600rpm600rpm，每转一圈在垂直方向产生60N60N的激振力。该机械固定在水泥上，欲通过架台下的弹性支撑传递1/31/3的激振力，在无阻尼情况下试求 (1) (1) 系统的固有频率； (2) (2) 将机械的许可位移控制在0.2mm0.2mm的水泥台质量； (3) (3) 水泥台下敷设的弹性材料的总劲度系数。(3) 利用动力吸振的减振措施利用动力吸振的减振措施机械质量M M的位

18、移振幅x x0101为：吸振器质量m的位移振幅x02为：12 时x01趋近于0三三 弹性减振弹性减振(1) (1) 弹性减振方法l积极( (主动) )隔振：在机器与基础之间安装弹性支承即隔振器，减少机器振动激振力向基础的传递量，迫使机器的振动得以有效隔离的方法。 l消极( (被动) )隔振：在仪器设备与基础之间安装弹性支承即隔振器，以减少基础振动对仪器设备的影响，使仪器设备能够正常工作或不受损害。(2) 弹性减振原理弹性减振原理l振动传递系数F F/F/F0 0ffffff0 0, , 11，减振效果好。忽视阻尼时, ,11时：例：质量1700kg1700kg转速1200rpm1200rpm的

19、空气压缩机，每转在垂直方向产生1 1的激振力。为防振在6 6个点设置弹性支承，欲设计频率比f/ff/f0 0为3 3，试确定以下参数：(1) (1) 每一弹性材料的负荷(W);(W);(2) (2) 固有频率(f(f0 0) )(3) (3) 劲度系数(k)(k)(4) (4) 振动传递系数( () )四四 阻尼减振阻尼减振 在设备结构或部件表面涂贴阻尼材料达到减振降噪效果的方法。 原理：结构振动时，粘贴在表面的阻尼材料产生拉伸变形，将振动能转化为热能。自由阻尼层：结构表面直接粘贴阻尼材料。约束阻尼层：在基板表面粘贴阻尼材料后，再贴上约束板。五五 冲击减振冲击减振l积极冲击隔离是隔离锻压机、冲

20、床以及其它具有脉冲冲击力的机械，以减少其对环境的影响。l消极冲击隔离是隔离基础脉冲冲击，使安装在基础上的电子仪器及精密机械设备能正常工作。六六 传播途径的减振对策传播途径的减振对策振动随距离的衰减是振动传播阻断措施之一。增大距离，使受影响对象远离振源。不提倡防振沟。地基的特征振动，即地基经常性振动，若以接近这种振动频率激振，则波动随距离的衰减不大，会引起振动污染。七七 振动衰减振动衰减r r0 0和r r处两地间的振动距离衰减：例：规定工厂的振动级为60dB60dB，调查结果表明，地基的劲度系数k k0.30.3。若在距某机械5m5m处测得的振动级75dB75dB，该机械至少应设置在距厂界多远

21、处？第五节第五节 减振材料与装置应用减振材料与装置应用1 1 减振材料(1) (1) 橡胶橡胶隔振隔主要有要状隔、垫、隔、垫子隔及 WJWJ型橡胶隔。橡胶隔振隔的刚度由橡胶的弹性模量和几何形状决定。NGD PADNGS PADNPS PADNPD PAD(2) 软木软木l用天然软木经过高温、高压、蒸汽烘干和压缩制成的板状或块状物。l软木的优点是质轻、耐腐蚀、保温性能好、加工方便等。不适于低频隔振。 （3）玻璃纤维、毛毡 玻璃纤维材料耐腐蚀、防火、弹性好，其性能不随温度而变化，用于机器设备基础的隔振。 毛毡价格低廉、安装方便，可重叠放置，有较好的隔振效果。2 阻尼材料阻尼材料 分类： 弹性阻尼材料：如橡胶、沥青类； 复合材料：如压层材料以及混合材料； 阻尼合金：铁基、铝基类； 库仑磨擦阻尼材料：如不锈钢丝网等； 其它类：如阻尼陶瓷、玻璃等。阻尼特性阻尼特性 阻尼层的特性用材料的损耗因子来衡量； 越大，材料的阻尼性能越好； 在机器空穴或砖墙的空隙中填充干砂，可以提高结构的损耗因子，增加结构内振动噪声的 减弱。 3 减振装置减振装置 隔振器是用于在某一频率范围内衰减振动传输的隔离器，是用来减弱冲击、振动传输的构件。(1) 钢弹簧隔振器 较大的静态压缩量较大的承载能力、性