泰棱环保-隔振设计与实施基本方法

1、隔振设计与实施基木方法在振动控制技术中，隔振是口前振动控制工程上应用最为广泛和冇效的措施。利用隔振器以降低因机 器本身的扰力作用引起的机器支承结构或地基的振动，称为积极隔振；为减少精密仪器和设备或其他隔振 体在外部振源的作用f的振动，称为消极隔振。本章阐述的有关设计、计算等适合于下列情况：1）积极隔振和消极隔振；2）具冇简谐扰力和冲击作用的机器；3）具冇单h由度和双h由度的隔振体系。5.1隔振设计资料进行隔振设计时，通常应具务下列资料：1）设备的型号、规格及轮廊尺寸图等；2）设备的质心位置、质量和质量惯性矩；3）设备底座外廊图、附屈设备、管道位置和坑、沟、孔间尺寸、灌浆层厚度、地脚螺栓和预埋件

2、的位置等;4）与设备和其基础连接的有关管线图；5）当隔振器支承在楼板或支架上时，需右支承结构的图纸。若隔振器设置在基础上时，则需冇地质资料、 地基动力参数和相邻基础的有关资料。6）动力设备为周期性扰力时，鬧冇工作频率及设备启动和停止时频率増减情况的资料，若为冲击扰力时， 需有冲击扰力的作用时间和两次冲击的间隔时间。对消极隔振，耍知设备支承处的扰力频谱。7）对积极隔振，要知动力设备止常运转时所产生的扰力（矩）的大小及其作川的位置，若无扰力和扰力矩 资料，则必须具冇机器运动部件的质量、儿何尺寸、传动方式及机器转动部分的质最偏心距，活塞冲程等 资料。8）动力设备、仪表等容许振动值，支承结构或地棊的容

3、许振动值，必要时还应具冇附近建筑物和精密仪表 或精密加工工艺容许振动资料。9）所选川或设计的隔振器的特性（如承载力、压缩极限、刚度和阻尼比等）以及使川的环境条件。10）隔振器所处位置的空间大小、最低和最高温度及酸碱、油等侵蚀介质发生的可能性。5.2.1隔振方式与设计原则隔振器可直接设置在机器机座下，也耍以设置在机座刚性连接的基础下面，通常称与机座刚性连接的 基础为隔振台座或刚性台座。刚性台座从材料角度可分为两类：一类是由槽钢角码等焊接而成；另一类是 由钢筋混凝土浇铸而成。在下列情况下，应设置刚性台座。1）机器机朋的刚度不足；2）玄接在机朋下设置隔振器冇闲难；3）为了减少被隔振对象的振动，需耍增

4、加隔振体系的质量惯性矩；4）被隔振对象是由儿部分或儿个单独的机器组成。5.2.2隔振方式的选择隔振方式通常分为支承式、悬挂式和悬挂支承式。1）支承式，隔振器设置在被隔振设备机座或刚性台座下。2）悬挂式，被隔振设备安装在两端为钱的刚性吊杆悬挂台座上或直接将隔振设备的底座挂在刚性吊杆上， 悬挂式可用于隔离水平方向振动°5.2.3在考虑隔振方式时，同时应考虑下列要求1）应便于隔振器的安装、观察、维修以及更换所需要的牢间。2）有利于生产和操作。3）应尽町能缩短隔振体系的重心与扰力作用线之.间的距离。4）隔振器在平而上的布置，应力求使其刚度中心与隔振体系（包括隔振对象及刚性台座）的重心，在同一

5、 垂直线上。对于积极隔振,当难于满足上述耍求时，则刚度中心与重心的水平距离不应大于所在边长的5%, 此时垂直向振幅的计算可不考虑回转的影响。对消极隔振，应使隔振体系的重心与刚度中心重合。5）对于附带有各种管道系统的机组设备，除机组设备木身要采用隔振器外，管道和机组设备之间应加柔性 接头；管道与天花板、墙体等建筑构件连接处均应安装弹性接件（如弹性吊架或弹性托架）,必要时，导 电电线也应采用多股软线或其他措施。6）隔振体系的固冇圆频率%应低于干扰圆频率co ,至少应满足col % >1.41o 一般悄况卜，69/0（）比值在2.54.5范围内选取。当振源为矩形或三角形脉冲时，脉冲作用时间山与

6、隔振体系固有周期卩之比，应分别符合tq/t w0.1或0.2。7）有下列情况之-时，隔振体系应具有足够的阻尼： 在开机和停机的过程中，扰频经过共振区时，需避免出现过大振动位移，一般阻尼比取0.060.10; 对冲击振动，阻尼比宜在0.15-0.30范用内选择，一般収0.25左右； 消极隔振的台朋因操作原因产生振动时，应冇阻尼，以使其迅速平稳，一般阻尼比宜在0.06-0.15范围内 选取。5.3隔振参数选用的步聚隔振的基本参数是隔振体系的质量加和质量惯性矩丿，隔振器的刚度和阻尼比歹，隔振体系的传递 率和被隔振体的容许振动线位移（或容许振动速度）。在正式详细地进行隔振计算z前，隔振体系基本参 数的

7、选择，可假定隔振体系为单口由度体系（对i般简单的隔振工程，如刚性台座制作合适，隔振器布置 合理，也可视为单自山度体系），按下列步骤进行：1）根据实际工程需要，确定振动传递“，则隔振效率0为2）由传递率弘求出隔振体系的固有频率g （rad/s） o3）根据实际结构情况，假定隔振体系总参振质最加（包括机组及台座等）。4）按下列公式计算隔振体系的总刚度£式中« 隔振体系总刚度（kn/m）加隔振体系总质量（t）5）按下武计算隔振器数量w式中 心一所选用的单个隔振器的刚度（kn）。6）按下式核算隔振器的总承载能力npt>w + .5pdw = mg式中p单个隔振器容许承载力（k

8、n）；w隔振体系总重量（kn）加一隔振体系总质最（t）g重力加速度（9.81 m/s2）匕一作用在隔振器上的干扰力（kn）7）根据隔振器的布置借况，按木篇等冇关公式，试算隔振体系上要求振动控制点的最大振动线位移anax （或最人振动线速度等），使z满足anax § ml或中人一容许振动线位移。8）调整参振总质量加、总刚度比等，最终满足传递率和控制点的最大线位移。9）阻尼比的选择 积极隔振体系所需的阻尼比§，对根据机器转速的増减速度£和通过共振区时隔振体 系的容许的最人振动位移人.（或人列）与当量静位移人刖或（a&0,）的比值，按图8.5-4的曲线确定：&#

9、163;一机器在单位时间内增减的转速（hz/s）;扎、,、fquv 隔振体系沿和绕v轴向3分别为乂、y、z）的固有频率（hz）;a-人倂一机器在开车和停车通过共振区时，隔振体系沿和绕v轴向的最大振动线位移（口）；z 4缈一分别为隔振体系沿和绕v轴向的当量静线位移（m）、角位移（rad）;心、化”，隔振器沿和绕v轴向总的刚度(kn/m> kn.m)pv、muv作用在隔振体系重心ck处,沿和绕v轴向的干扰力（kn）、干扰力矩（kn.m）.对受脉冲扰力作用产生的振动位移av（或鶴,）要求在时间t衰减为a刖（或人妙）的隔振体系，其阻尼比§值可按下列公式计算:"丄1或"

10、;丄人 g az,va 吶5.4隔振体系的固冇频率隔振休系动力计算是比较复杂的，在保证一定的计算精度下，需耍作出某些计算简化，如对支承式隔振体系，计算简图如图8.5-5所示。在计算中假定：1）支承隔振体系的支承刚度为无限大：p(门图&5-5计算简图2）隔振器只考虑刚度和阻尼，刚度为常量，不考虑质鼠；3）台座和设备只计质量，不计弹性；4）台座和设备的总质心和刚度中心在同铅垂线上。在上述四个假定基础之上，隔振体系为六个自山度，即现ox、oy、0z坐标轴的线位移x(t)、y(t)、z(t)以及绕此坐标轴转动的角位移仏(t)、0、.(t)、(p2 (t)o这样，根据达朗贝尔原理，即可建立如下六

11、个平mi u)+ ci (f)十札z (r) = pxt) (&5-9)(8.5-10)mx (/) - cx (f) 伦 忍k(门_九趴("=几("j w： + w；()+i)-m叭w、<r)-cx(/)-f >1*0 -加讯r)+-俎0,f) +匕y(一九趴(门=pv(f> 4c0*(f)+ k£)w人 mghx(.t')- 虽(r) - 如卩:“o -右卜(c - a0,(r)/?0 =a/o(8,5-12) 式中虬隔振器刚度中心至体系质址中 心的垂直距离(m)：伙一设备和台座总威量():&七虫隔振器在龙、y和z方向

12、的线刚 度(kn/m)；k、一一隔振器绕k、y和z轴转动的角 刚度 kn*m)；丿八厶、厶刚体対于ox、oy和07.轴的质联惯性矩t m2)；c隔振黠各向阻尼系数ckn“m)； p,(r)、p/r)s pjcr) x、y、z 方向的干扰衡方程:力(kn)：5.4.1耦合情况在隔振设计时，通过科学的台座设计和合理的隔振器布凰，尽可能使隔振体系所有的振烈均为单自山度 的独立振型。如冇困难，可考虑耦介振型，但不宜超过两个自由度。各种隔振方式与其振型与耦介情况如 下：(1)支承式当隔振体系的重心c?与隔振体系的刚度中心在同一乖直轴线上,但不在同一水平轴线上时(图8.5-la),z和化轴向为独立振型，x

13、与0,轴耦合(是指兀的方向扰力的振动与0、扰力之间存在较高的相关性)，y和与轴向相耦合。当重心与刚度中心重合于一点时，（8.5-lb）,兀、），、z、久、久和化所有轴向均为独立振型。ob)（2）刚性吊杆悬挂式当吊杆的平面位置在半径为r圆周上时，x、y、和0二轴向为独立振型，其余轴向均受约束;当m杆与隔振器的平而位置在半径/?的圆周上时，z和化轴向为独立振型，x与®.轴相耦合，y与z轴向相耦合，0:轴向受约朿。5.4.2独立振型时的固有频率1、独立振型时的固有频率隔振体系沿卩轴向（y分别为兀、y、z）自由振动时的无阻尼固有圆频率cov （vs）和自振周期7； （s）或抵，（s）,可按下

14、列公式计算:(8.5-15)(8.5-16)式中 m s jv 隔振体系的质量（t）,绕u轴向的质檯惯性矩dm1）；隔振器沿和绕。轴向总的刚度（kn/m、kn m）s对于支承式刚度山按卜列公式计算（8.5-1)(&5-17)n(8.5-18)kzz=l(8.5-19>j二工+工七q：!=/rd<8.5-20)nnk9v=x+£u：ma】(g.5-21)nn3=工2； + 工3：【1/l<8.5-22)对于刚性吊杆悬拝式.当吊杆的平面位實按图形排列时.可按下列公式计算（图&5-2）wr2l(8,5-23)(8.5-24)对于刚性吊杆悬挂与隔振器支承组合

15、式,对于刚性吊杆悬拝式.当吊杆的平面位賓按图形排列时.可按下列公式计算（图8.5-2）(8,5-23)(8.5-24)对于刚性牯杆悬挂与隔振器支承组合式可按卜列公式计算1=1wr2(&5-25)(8,5-26)第i个隔振器沿心y、轴向的刚度（kn/mh£、vp 2, 一一第/个隔振器以隔振体 系的重心cg为坐标原 点的坐标值（m）：妙八隔振体系作用在吊杆上总的重量（kn）；l 吊杆的长度（m）rm杆位置按圆形排列时圆的半径n隔振器的个数。2、双口由度耦合振型时的固有圆频率对式（8.5-9） 式（8.5-12），忽略b4尼，即c0,令式中对式(&5-9) 式(8.5t2

16、),忽略阻尼， 即 c*0,令式中 px (t)=卩丫(f) = pz (r) =0, mx (/) = mv (f) = mz (r) =0,则上述方程式 变为：mz (r) + kz (0 = 0(&5-27)厶唤)(& 5-2*)mx(r)-/<pv(r)= 0/ w；()+ mw)- mgfyp f) 一&x (丫)_佬趴“)饨=04(8.5-29) my"(t) + kyy </)-/(/)=0ryb (r)-/t)k = 0(& 5-30)山式(8.5-27)式(&5-30)可以求得体系的六个周有频率，即垂直振动自振関频

17、率q和扭转振动自振圆频率% ；沿兀方向振动的第一和第二自振圆频率coxx和co2x ；沿y方向振动的笫一和第二自振i员i频率69l v和co2 v,k02co二m(8.5-31)2 %(8.5-32)(8.5-33)(8.5-34)22、1 + "笃2-4“峯(8.5-35)2“l+y +2-4“企“v(8.5-35)其中心，必：j1 + mh； / jax和cix为隔振器弹性反作用力在x和y轴上的坐标。物体通过其质心轴的质量惯性矩j可按表8.5-1计算，对于不通过质心的任一轴的质量惯性矩 jyj+mhj, %为任一轴至通过质心轴的距离。"与ml / j的关系可由曲线图，8

18、.5-6查得。式8.5-32和式8.5-33计算较简单，也可由质量和刚度图8.5-7查出固有频率人。1.00.8r 0.6 j0.402mh/j图 8.5-6的关系表8.5-1几何体质惯性矩几何影状惯性矩几何形状恨性矩1.用彤人面体丿严工（炉+屮）7 12j 工（八加1 127球体丿二1 20打=令心+3护 丿皀（4屮+ 3川），804卫心柱体9字球体x5丿严乎心+們jjt sctf2 +，）（续4000030()002000053)二2 鏗£«x)3002()01()07</一,7別同il旳”列0%約假fufl：的出昭w乡么 i匕”辛刃测mi7s 8.5-7誓宜報率

19、200 300 50010002000 3000 sooo<<t/kg3010000 m00010 2050000 100000固有频率式（8.5-33）、式（&5-35）以及 式（85-34）.式（&536）只是角标不同，表 达式则完全一样。根据"八3：/曲和g町从 图s.5-h杏得自振圆频率和屮i 001.0203。4,05.0 屈图&5-8水半冈频卓刚度是指材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力。是材料或结构弹性变形难易程度 的表征。材料的刚度通常用弹性模量e来衡量。在宏观弹性范围内，刚度是零件荷载与位 移成正比的比例系数，即引起单位位移所需的

20、力。它的倒数称为柔度，即单位力引起的位 移。刚度可分为静刚度和动刚度。静载荷下抵抗变形的能力称为静刚度。动载荷下抵抗变形的能力称为动刚度，即引起 单位振幅所需的动态力。如果干扰力变化很慢（即干扰力的频率远小于结构的固有频率）， 动刚度与静刚度基本相同。干扰力变化极快（即干扰力的频率远大于结构的固有频率时）， 结构变形比较小，即动刚度比较大。当干扰力的频率与结构的固有频率相近时，有共振现象, 此时动刚度最小，即最易变形，其动变形可达静载变形的几倍乃至十几倍。构件变形常影响构件的工作，例如齿轮轴的过度变形会影响齿轮啮合状况，机床变形 过大会降低加工精度等。影响刚度的因素是材料的弹性模量和结构形式，改变结构形式对 刚度有显著影响。刚度计算是振动理论和结构稳定性分析的基础。在质量不变的情况下，