第三章振动污染及其控制2015-05-11

1、第三章 振动污染及其控制二、振动污染源 三、振动的影响 一、振动与振动污染第一节 概述一、振动与振动污染振动 振动污染 v定义：定义：v（1）任何一个可以用时间的周期函数来描述的物理量，都称之为振动。v（2）当一个物体处于周期性往复运动的状态，即可说物体在振动。振动 v物理现象：物理现象：声、光、热等物理现象都包含振动；声、光、热等物理现象都包含振动；v生命和生活：生命和生活：心脏搏动、耳膜和声带的振动是人体心脏搏动、耳膜和声带的振动是人体的基本功能。的基本功能。v工程技术领域：工程技术领域：v桥梁和建筑物在阵风或地震激励下的振动桥梁和建筑物在阵风或地震激励下的振动v飞机和船舶在航行中的振动，

2、飞机和船舶在航行中的振动，v机床和刀具在加工时的振动，机床和刀具在加工时的振动，v各种动力机械的振动，各种动力机械的振动，v控制系统中的自激振动等。控制系统中的自激振动等。 v振动污染：振动污染： 振动超过一定的界限,从而对人体的健康和设施产生损害,对人的生活和工作环境形成干扰,或使机器、设备和仪表不能正常工作。振动污染 振动污染的特点 主观性主观性：是一种危害人体健康的感觉公害。是一种危害人体健康的感觉公害。 局部性：局部性：仅涉及振动源邻近的地区。仅涉及振动源邻近的地区。 瞬时性：瞬时性：是瞬时性能量污染，在环境中无是瞬时性能量污染，在环境中无残余污染物，不积累。残余污染物，不积累。振源停

3、止，污染即振源停止，污染即消失。消失。振动振动污染源污染源 （一）工厂振动源（一）工厂振动源（二）工程振动源（二）工程振动源 （三）道路交通振动源（三）道路交通振动源 （四）低频空气振动源（四）低频空气振动源 自然振源自然振源 人为振源人为振源 地震、火山爆发等自然现象地震、火山爆发等自然现象。自然振动带来的灾害难以避免，自然振动带来的灾害难以避免，只能加强预报减少损失只能加强预报减少损失。 二、振动污染源 p工业振动源工业振动源：旋转机械、往复机械、传动旋转机械、往复机械、传动轴系、管道振动等，如锻压、铸造、切削、轴系、管道振动等，如锻压、铸造、切削、风动、破碎、球磨以及动力等机械和各种输风

4、动、破碎、球磨以及动力等机械和各种输气、液、粉的管道。气、液、粉的管道。p特征参数特征参数：常见工厂振源附近常见工厂振源附近p 面上加速度级：面上加速度级：8080140dB140dB；p 振级：振级：6060100dB100dB；p 峰值频率：峰值频率：1010125Hz125Hz。（一）工厂振动源（一）工厂振动源p工程振动源工程振动源：工程施工现场的振动源主要工程施工现场的振动源主要是打桩机、打夯机、水泥搅拌机、辗压设备、是打桩机、打夯机、水泥搅拌机、辗压设备、爆破作业以及各种大型运输机车等。爆破作业以及各种大型运输机车等。 p特征参数特征参数：常见工程振源附近常见工程振源附近p振级：振级

5、：6060100dB100dB。（二）工程振动源（二）工程振动源 p 铁路振源铁路振源：p 频率：一般在频率：一般在202080Hz80Hz范围内；范围内；p 离铁轨离铁轨30m30m处的振动加速度级范围处的振动加速度级范围8585100dB100dB，振动级范围，振动级范围757590dB90dB内。内。（三）道路交通振动源（三）道路交通振动源 p 公公路振源路振源：p 频率：一般在频率：一般在2 2160Hz160Hz范围内，其中范围内，其中以以5 563Hz63Hz的频率成分较为集中；的频率成分较为集中；p 振级：多在振级：多在656590dB90dB范围内。范围内。 p 低频空气振动低

6、频空气振动是指人耳可听见的是指人耳可听见的100Hz100Hz左右的低频。左右的低频。p如玻璃窗、门产生的人耳难以听见如玻璃窗、门产生的人耳难以听见的低频空气振动。的低频空气振动。p这种振动这种振动多发生在工厂多发生在工厂。（四）低频空气振动源（四）低频空气振动源 固定式单个振动源固定式单个振动源如，一台冲床或一台水泵等如，一台冲床或一台水泵等 振动污染源振动污染源 按形式分为按形式分为 集合振动源集合振动源如，厂界环境振动、如，厂界环境振动、建筑施工场界环境振建筑施工场界环境振动动 按振动源的动态特征又可分成表3-1所示的四类。 表表3-1 3-1 环境振动污染源动态特征环境振动污染源动态特

7、征 三、振动的影响 振动对生理的影响振动对生理的影响 振动对心理的影响振动对心理的影响 振动对工作效率的影响振动对工作效率的影响 振动对构筑物的影响振动对构筑物的影响 p振动的生理影响主要是损伤人的机体，振动的生理影响主要是损伤人的机体，引起循环系统、呼吸系统、消化系统、神引起循环系统、呼吸系统、消化系统、神经系统、代谢系统、感官的各种病症，损经系统、代谢系统、感官的各种病症，损伤脑、肺、心、消化器官、肝、肾、脊髓、伤脑、肺、心、消化器官、肝、肾、脊髓、关节等关节等振动对生理的影响振动对生理的影响 p振动对睡眠的影响试验振动对睡眠的影响试验图图3-1 3-1 由锻锤振动负荷引起的觉醒率由锻锤振

8、动负荷引起的觉醒率 p人们在感受到振动时，心理上会产生不愉快、烦躁、人们在感受到振动时，心理上会产生不愉快、烦躁、不可忍受等各种反应。不可忍受等各种反应。p除振动感受器官感受到振动外，有时也会看到电灯除振动感受器官感受到振动外，有时也会看到电灯摇动或水面晃动，听到门、窗发出的声响，从而判断摇动或水面晃动，听到门、窗发出的声响，从而判断房屋在振动。房屋在振动。p人对振动的感受很复杂，往往是包括若干其他感受人对振动的感受很复杂，往往是包括若干其他感受在内的综合性感受。在内的综合性感受。 振动对心理的影响振动对心理的影响 p振动引起人体的生理和心理变化，导致工振动引起人体的生理和心理变化，导致工作效

9、率降低。作效率降低。p振动可使振动可使视力减退视力减退，用眼工作时所花费的，用眼工作时所花费的时间加长。时间加长。p振动使人振动使人反应滞后反应滞后，妨碍肌肉运动，影响，妨碍肌肉运动，影响语言交谈，复杂工作的错误率上升等。语言交谈，复杂工作的错误率上升等。振动对工作效率的影响振动对工作效率的影响 p振动通过地基传递到构筑物振动通过地基传递到构筑物，导致构筑物破，导致构筑物破坏。如基础和墙壁龟裂、墙皮剥落，地基变坏。如基础和墙壁龟裂、墙皮剥落，地基变形、下沉，门窗翘曲变形，构筑物坍塌，形、下沉，门窗翘曲变形，构筑物坍塌，影影响程度取决于振动的频率和强度。响程度取决于振动的频率和强度。p由于共振的

10、放大作用，其放大倍数可由数倍由于共振的放大作用，其放大倍数可由数倍至数十倍，因此带来了更严重的振动破坏和至数十倍，因此带来了更严重的振动破坏和危害。危害。振动对构筑物的影响振动对构筑物的影响 一、振动的基本物理量 二、振动的性质 三、简谐振动系统 四、波动的产生与传播 第二节 振动基础 位移位移频率频率周期周期加速度加速度速度速度基本物理量基本物理量一、振动的基本物理量 （ x x0 0为振幅、为振幅、为角频率）为角频率）（3-33-3） （3-13-1）0sinxxtp 位移位移0cosdxxtdt（3-23-2）p 速度速度 2202sind xxtdt p 加速度加速度 简谐振动简谐振动

11、（正弦）的相位关系（正弦）的相位关系 图图3-2 3-2 位移、速度、加速度的相位关系位移、速度、加速度的相位关系n （一）正弦波振动（一）正弦波振动n （二）复合正弦波振动（二）复合正弦波振动n （三）冲击波振动（三）冲击波振动二、振动的性质 n （一）正弦波振动（一）正弦波振动a0sinkxaAt（3-43-4） （3-53-5） 0sin(k )Atx图图3-3 3-3 正弦波正弦波 a波长常数，波长常数， k/2 /c fcn （二）复合正弦波振动（二）复合正弦波振动 图图3-4 3-4 正弦波的合成正弦波的合成（基波和（基波和3 3次谐波的相位影响）次谐波的相位影响） 拍频现象拍频现

12、象 图图3-5 3-5 拍频现象（频率稍有不同的正弦波合成）拍频现象（频率稍有不同的正弦波合成） n （三）冲击波振动（三）冲击波振动图图3-7 3-7 冲击激励引起的单自由度系统的响应冲击激励引起的单自由度系统的响应 n （一）自由振动（一）自由振动n （二）受迫振动（二）受迫振动n （三）振动体与共振（三）振动体与共振三、简谐振动系统 n （一）自由振动：（一）自由振动：无外力作用的振动无外力作用的振动无阻尼自由振动无阻尼自由振动有阻尼自由振动有阻尼自由振动图图3-8 3-8 弹簧自由振动示意图弹簧自由振动示意图 n在弹性系数为在弹性系数为k k的弹簧上的弹簧上 加一质量加一质量m m的重

13、物，使其的重物，使其 产生位移后轻轻放开，产生位移后轻轻放开， 则弹簧作则弹簧作无阻尼自由振动无阻尼自由振动。 n实际振动系统有弹簧内摩实际振动系统有弹簧内摩 擦、滑动摩擦、空气或水擦、滑动摩擦、空气或水 的阻力等各种阻尼作用，的阻力等各种阻尼作用， 是是有阻尼自由振动有阻尼自由振动。 无阻尼自由振动的计算无阻尼自由振动的计算22dxmkxdt 即即 220d xmkxdt（3-83-8） 0 xx00cosxxt（3-93-9） x00k m002 f或或 012fk m（3-103-10） 【讨论讨论】 与位移振幅无关与位移振幅无关。计算中需要确定计算中需要确定 值！值！ 0fkK-劲度系

14、数无阻尼自由振动的计算无阻尼自由振动的计算图图3-9 3-9 总弹性系数的计算总弹性系数的计算 有阻尼自由振动的计算有阻尼自由振动的计算（3-123-12） 22d xdxmckxdtdt 0【讨论讨论】阻尼系数阻尼系数c cn c c =0=0，则为无阻尼振动；，则为无阻尼振动； n c c 由由0 0逐渐增大，成为阻尼逐渐增大的振动；逐渐增大，成为阻尼逐渐增大的振动； n c c c cc c（临界阻尼系数），已无振动，系统缓慢恢复到原位置。（临界阻尼系数），已无振动，系统缓慢恢复到原位置。 （3-133-13） cc c022ccmkm（3-143-14） 0n 0 0 1 1时，为时，

15、为c cc cc c的阻尼振动，即物体虽作振动，但振幅逐渐减小的阻尼振动，即物体虽作振动，但振幅逐渐减小, , 不久即停止不久即停止。 图图3-10 3-10 不同阻尼下的位移随时间的变化不同阻尼下的位移随时间的变化 【讨论讨论】n =1 =1时，为时，为c=cc=cc c的临界阻尼振动，阻尼系数的临界阻尼振动，阻尼系数c c即为临界阻尼系数。即为临界阻尼系数。 n 1 1时，为时，为c cc cc c的过阻尼振动，的过阻尼振动，此运动已非振动状态，而是逐渐此运动已非振动状态，而是逐渐 衰减的非周期运动衰减的非周期运动 n （二）受迫振动：（二）受迫振动：在外力反复作用下的振动在外力反复作用下

16、的振动无阻尼受迫振动无阻尼受迫振动有阻尼受迫振动有阻尼受迫振动图图3-11 3-11 受迫振动受迫振动 无阻尼受迫振动无阻尼受迫振动（3-223-22） 202sind xmkxFtdt0201sin1Fxtk（3-233-23） 0 x无阻尼受迫振动无阻尼受迫振动02s t011xx（3-243-24） 0Fkstx0 x0201sin1Fxtk（3-233-23） 图图3-12 3-12 振幅倍率振幅倍率 0/0f /f0/0/0/2有阻尼受迫振动有阻尼受迫振动202csind xdxmkxFtdtdt（3-253-25） 2000222200sinexpsin12tFxXttm （3-2

17、63-26） 022200sin12tFxk（3-283-28） 有阻尼受迫振动有阻尼受迫振动022200sin12sttxx（3-293-29） n用图表示式（用图表示式（3-293-29）时，如图）时，如图3-103-10所示，所示， 越小，振幅倍率曲线的峰值越小，振幅倍率曲线的峰值越高；越高； 越大，振幅倍率曲线的峰值越低，也越平缓。越大，振幅倍率曲线的峰值越低，也越平缓。 n （三）振动体与共振（三）振动体与共振固有频率固有频率 共振发生的频率共振发生的频率共振烈度的表示共振烈度的表示振动体与共振频率振动体与共振频率固有频率固有频率（也称（也称共振频率共振频率） 共振发生的频率共振发生

18、的频率p即阻尼比即阻尼比 = 0= 0，频率比，频率比 = 1 = 1 时，呈共振状态时，呈共振状态 理论上振幅为无穷大。理论上振幅为无穷大。无阻尼无阻尼 0/有阻尼有阻尼 200f12f22011 21 22ckcffmc21122kcmm（3-313-31） （3-333-33） 共振烈度的表示共振烈度的表示0m a x12stxx（3-353-35）02112fQffQ（3-363-36）共振烈度的表示共振烈度的表示Q图图3-13 3-13 共振烈度共振烈度 02112fQff振动体与共振频率振动体与共振频率02nfEl02kfElk（3-383-38）l: 长度；S：张力；：密度E:

19、弹性模量；:常数； t：厚度（方棒）或直径（圆棒） c: 声速; 开口时要对长度12Sl12El12K tEl2cl072Sa2221K tEal: l: 长度；长度；S S：张力；：张力；：密度：密度：密度：密度; E: ; E: 弹性模量弹性模量 c: c: 声速声速; ; 开口时要对长度开口时要对长度 作开口修正作开口修正面密度面密度; a:; a:半径；半径；S S：张力：张力1KK K2 2：常数；：常数； ：泊松比：泊松比l表表3-2 3-2 振动体与共振频率振动体与共振频率 n （一）波动的产生（一）波动的产生n （二）共振引起的扩大（二）共振引起的扩大n （三）振动波的种类与形

20、态（三）振动波的种类与形态n （四）波动沿地面的传递特性（四）波动沿地面的传递特性四、波动的产生与传播 n （一）波动的产生（一）波动的产生n （二）共振引起的扩大（二）共振引起的扩大n（1 1）包括基础在内的机器质量和支承基础的支承）包括基础在内的机器质量和支承基础的支承弹簧引发的力的传递即为共振。弹簧引发的力的传递即为共振。n（2 2）激振力传递过程中，可能发生因地质构造引）激振力传递过程中，可能发生因地质构造引起地基共振的现象。起地基共振的现象。n3 3）从受振（即受损方）还须考虑与振源同样的机）从受振（即受损方）还须考虑与振源同样的机械或建筑及其支承引起的共振。械或建筑及其支承引起的共

21、振。n（4 4）当机械或建筑的部分或部件的固有频率与传）当机械或建筑的部分或部件的固有频率与传递来的激振力频率一致时，就会强烈共振递来的激振力频率一致时，就会强烈共振。n （三）振动波的种类与形态（三）振动波的种类与形态p纵波纵波（压缩波或疏密波压缩波或疏密波）: :传播速度快，传播速度快，在振源观测时总是先到达观测点，故也称在振源观测时总是先到达观测点，故也称为为一次波一次波（Primary WavePrimary Wave，略作，略作P P波波）p纵波传播以介质体积伸长或压缩的形式变纵波传播以介质体积伸长或压缩的形式变化，质点沿波的行进方向作前后运动。化，质点沿波的行进方向作前后运动。 p

22、横波横波（剪切波剪切波）: :又称又称二次波二次波（SeconSecondary Wavedary Wave，略作略作S S波波）p横波中质点运动与波的传播方向垂直，介横波中质点运动与波的传播方向垂直，介质体积不发生变化质体积不发生变化 。p实体波实体波（Body Wave）p瑞利波瑞利波（Rayleigh WaveRayleigh Wave）：最具代表）：最具代表性的表面波，在公害振动中起重要贡献。性的表面波，在公害振动中起重要贡献。p质点运动与波的传播方向垂直。质点运动与波的传播方向垂直。 p表面波表面波（Surface Wave）p乐甫波乐甫波(Love wave)(Love wave)

23、：在不同固体表面：在不同固体表面层内发生的表面波。层内发生的表面波。p质点运动与波传播方向垂直且水平移动。质点运动与波传播方向垂直且水平移动。 图图3-14 3-14 振动波的种类与形态振动波的种类与形态 n （三）振动波的种类与形态（三）振动波的种类与形态n （四）波动沿地面的传递特性（四）波动沿地面的传递特性波动传递的顺序波动传递的顺序 波动的空间分布特征波动的空间分布特征波动随距离的衰减波动随距离的衰减波动的反射、折射和衍射波动的反射、折射和衍射波动传递的顺序波动传递的顺序 图图3-15 3-15 振动波传递顺序示意图振动波传递顺序示意图 p作用于匀质且广阔的地表面上一点的纯冲击波，一般

24、随着作用于匀质且广阔的地表面上一点的纯冲击波，一般随着距离的增加，波形本身将产生变形。距离的增加，波形本身将产生变形。p假定波形传播时保持原状，则波动传递顺序：假定波形传播时保持原状，则波动传递顺序：n首先观测到与地面平行的首先观测到与地面平行的P P波，波，n其次是其次是S S波，波，n而后是具有与地面垂直振动分量的而后是具有与地面垂直振动分量的R R波。波。 波动的空间分布特征波动的空间分布特征图图3-16 3-16 在均匀地面上施加振动力时波的传播状况示意图在均匀地面上施加振动力时波的传播状况示意图P P波与振动传播波与振动传播方向平行运动方向平行运动R R波粒子的水平分量波粒子的水平分

25、量R R波粒子的波粒子的垂直分量垂直分量 波动随距离的衰减波动随距离的衰减nr000 xr20lg20rr lge 20lgxr（3-39）波动随距离的衰减波动随距离的衰减)()lg(10212121rrrrLLaa波动随距离的衰减波动随距离的衰减2112aa r r（3-40）波动的反射、折射和衍射波动的反射、折射和衍射图图3-17 3-17 不同入射波的反射波和折射波不同入射波的反射波和折射波 p振动在固体中的反射、折射、衍射、透射基本原理同声场；振动在固体中的反射、折射、衍射、透射基本原理同声场；p复杂处在于固体中纵波、横波、表面波共存，且传播速度不同复杂处在于固体中纵波、横波、表面波共

26、存，且传播速度不同。p图示为图示为P P波、波、S S波从固体介质波从固体介质1 1传递到固体介质传递到固体介质2 2的界面产生反射和折射的情况。的界面产生反射和折射的情况。p设设P P波、波、S S波在介质波在介质1 1中的振动速度分别为中的振动速度分别为c cP1P1、c cS1S1，在介质，在介质2 2中的振动速度分别中的振动速度分别 为为c cP2P2、c cS2S2。 波动的反射、折射和衍射波动的反射、折射和衍射图图3-173-17（a a） P P波以角度波以角度 入射入射1212PPSSsinsinsinsinebfcccc（3-41）波动的反射、折射和衍射波动的反射、折射和衍射

27、图图3-173-17（b b）波动的反射、折射和衍射波动的反射、折射和衍射波动的反射、折射和衍射波动的反射、折射和衍射图图3-18 3-18 各层间的多重反射、折射各层间的多重反射、折射 图图3-19 3-19 在固体端部的在固体端部的R R波的反射波和透射波波的反射波和透射波 波动的反射、折射和衍射波动的反射、折射和衍射二、环境振动标准 三、城市区域环境振动标准 一、振动的评价 第三节 振动的评价与标准1.1.位移、速度和加速度位移、速度和加速度 2.2.振动级振动级 一、振动的评价 1.1.位移、速度和加速度位移、速度和加速度 p振动的振动量：振动的振动量：是指是指 被测系统在选定点上被测

28、系统在选定点上 选定方向的运动量。选定方向的运动量。 p位移、速度和加速度位移、速度和加速度的换算关系的换算关系（p118p118图图3-20 3-20 ）描述振动量的基本参数描述振动量的基本参数 10Hz10Hz 0.01m/s0.01m/s2 2 0.160.16/s/s 2.5m 2.5m 图图3-20 3-20 振动量换算图振动量换算图 2.2.振动级振动级 20lgearefaLa（3-423-42） ea12eaarefa621 10/refam s 521 10/refam s 2.2.振动级振动级 图图3-21 3-21 等感度曲线等感度曲线 （3-433-43） ea20 l

29、gearefaLa210ffecaefeaa（3-433-43） feafc表表3-3 3-3 垂直振动与水平振动的修正值垂直振动与水平振动的修正值 aL（3-443-44） 解：解：2 2台机器同时工作时的振动加速度有效值为台机器同时工作时的振动加速度有效值为222222ea2.683.6210 m /s 4.5 10 m /s2ea5ref3a4.5 10L20lg20lgdBa1020lg4.5+20lg10dB1360 dB73dB解：解：2 2台机器各自工作时，其振动加速度级分别为台机器各自工作时，其振动加速度级分别为23e1a15refa2.68 10L20lg20lg20lg2.

30、68+20lg10dB960 dB69dBa1023e2a25refa3.62 10L20lg20lg20lg3.62+20lg10dB1160 dB71dBa10ai0.1Ln0.1 690.1 71ai 1L10lg1010lg 1010dB73dB0.1Lpinpi 1L10lg102512/80665. 9smg 图图3-22 3-22 垂直方向的振动暴露标准垂直方向的振动暴露标准暴露时间暴露时间图图3-23 3-23 垂直方向的振动暴露标准垂直方向的振动暴露标准疲劳和效率衰减的界限疲劳和效率衰减的界限 二、环境振动标准 113113116116113113898992928989全天

31、全天车间车间113113116116113113838386868383全天全天办公室办公室74749797777710010074747979747477777474夜间夜间107107110110110110113113107107110110777783838080868677778383白天白天住宅住宅717174747171717174747171全天全天严格控制严格控制区区混合轴混合轴Z ZX X（Y Y）混合轴混合轴Z ZX X（Y Y）每天数次的振动每天数次的振动连续振动、间歇振动、重复振动连续振动、间歇振动、重复振动振动级振动级 （ ）/dB/dB时间时间地点地点621 10

32、/refam s 表表3-4 ISO3-4 ISO建筑物内振动标准建筑物内振动标准 三、城市区域环境振动标准 表表3-5 3-5 城市各类区域铅垂方向振级标准值城市各类区域铅垂方向振级标准值 )()lg(10212121rrrrLLaa第四节 振动控制技术 p不同性质的振源引起的不同性质的振源引起的振动不振动不同，解决的方法也不同同，解决的方法也不同；p首先要首先要确定振源的位置、激励确定振源的位置、激励特性特性( (简谐性、周期性、窄带随简谐性、周期性、窄带随机性或宽带随机性机性或宽带随机性) )；p振动特征振动特征( (受迫型、自激型或参受迫型、自激型或参激型激型) )等。等。 p确定衡量

33、振动水平的确定衡量振动水平的量及其指标量及其指标：位移、：位移、速度或加速度、应力速度或加速度、应力等，也可以是其最大等，也可以是其最大值或均方根值。值或均方根值。 p振动控制方法包括振动控制方法包括隔隔振、吸振、阻振、消振振、吸振、阻振、消振及结构修改及结构修改等，各自的等，各自的适用性不同。适用性不同。 p建立受控对象与控制装置建立受控对象与控制装置( (如吸振器、隔振器、阻尼器如吸振器、隔振器、阻尼器等等) )的的力学模型、力学模型、进行振动分进行振动分析析; ;p对控制装置对控制装置参数与结构的参数与结构的设计设计 p将控制装置的结构将控制装置的结构与参数从设计转化为与参数从设计转化为

34、实物。实物。可实现性可实现性是振是振动控制研究中必须注动控制研究中必须注意的重要问题。意的重要问题。 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 突然的作用力或反作用力突然的作用力或反作用力引起的引起的冲击振动冲击振动 旋转旋转机械静平衡力或动平衡机械静平衡力或动平衡力产生的力产生的不平衡力引起振动不平衡力引起振动 往复机械本身不平衡往复机械本身不平衡引起振动引起振动 l振源控制方法振源控制方法: :l改进振动设备的设计；l提高制造加工装配精度。一、振动源控制机械设备产生的振动类型机械设备产生的振动类型 稳态振动稳态振动 冲击振动冲

35、击振动 n产生冲击振动的机器有锻产生冲击振动的机器有锻 锤、冲床、剪板机、折边锤、冲床、剪板机、折边 机、压力机及打桩机等冲机、压力机及打桩机等冲 击式机器击式机器 两种类型的振动控制及隔离方法都有所不同两种类型的振动控制及隔离方法都有所不同 二、机械振动控制（一）降低机械的振动加速度（一）降低机械的振动加速度二、机械振动控制（二）利用支承台架质量的减振措施（二）利用支承台架质量的减振措施（三）利用动力吸振的减振措施（三）利用动力吸振的减振措施（一）降低机械的振动加速度（一）降低机械的振动加速度0fxx200222f0012xx（3-453-45） fx0fxxp频率比频率比/03时，全时，全

36、部部为1。图图3-24 3-24 自由振幅倍率曲线自由振幅倍率曲线 （二）利用支承台架质量的减振措施（二）利用支承台架质量的减振措施p 激振力频率激振力频率f f与系统固有频率与系统固有频率f f0 0之比，即频率之比，即频率 比比/0 0为为02mfk （3-463-46） 0 xp 位移振幅位移振幅 为为p 质量质量m m为为p 若要控制位移振幅若要控制位移振幅 在许可位移振幅以下，在许可位移振幅以下， 可按上式求得相应的质量可按上式求得相应的质量m m或弹性劲度或弹性劲度k k。0 x02200011mx1F（3-483-48） 0022001111Fxxk（3-473-47） 解：解：

37、（1 1）系统的固有频率系统的固有频率20113f1f由式（由式（3-473-47），知），知 ，即，即 20113600/601f得，得，f f0 0=5Hz=5Hz （2 2）系统总质量系统总质量02222000111000601mkg100kgx0.22510115F 水泥台的质量水泥台的质量 （100 70 100 70 ）kg= 30 kg= 30 （3 3）总劲度系数）总劲度系数k = 100k = 100(2(25)5)2 2 /s/s2 2 100 000100 000/s/s2 2 = = 100 kN/m100 kN/m 013 10/2fk m由式（ -），得图图3-25

38、 支承台支承台架质量减振架质量减振（三）利用动力吸振的减振措施（三）利用动力吸振的减振措施 p当外力的频率与质量当外力的频率与质量- -弹簧系统的固有频率接近时，弹簧系统的固有频率接近时， 就会产生共振。就会产生共振。p当机械安装不良而形成共振状态等情况，可采用当机械安装不良而形成共振状态等情况，可采用动动力吸振器力吸振器的方法，作为减振处理措施之一。的方法，作为减振处理措施之一。p二自由度无阻尼系统：二自由度无阻尼系统： 如图如图3-263-26所示，当弹簧上的所示，当弹簧上的机械质量机械质量M M的振幅异常大时，的振幅异常大时，在在M M上通过弹簧上通过弹簧k k再加以质量再加以质量m m

39、（吸振器），即（吸振器），即二自由度无阻尼系统。二自由度无阻尼系统。图图3-26 动力吸振器动力吸振器p在在二自由度无阻尼系统二自由度无阻尼系统中中2st20122211xxkk11KK 01x（3-493-49）p机械的质量机械的质量M M的的位移振幅位移振幅 为为 1KM2km式中式中 ，。 p吸振器质量吸振器质量m m的的位移振幅位移振幅 为为 02xst022221xxkk11KK （3-503-50） 1KM2km式中式中 ，。 。 p要使机械的质量要使机械的质量M M的的位移振幅位移振幅 趋近于趋近于0 0，就要，就要 此时吸振器施加给机械的力与外力相互抵消此时吸振器施加给机械的力

40、与外力相互抵消 理论上机械处于静止状态。理论上机械处于静止状态。 01x12F sintF sint=0p 机械处于共振状态的前提是机械处于共振状态的前提是 则有则有（3-513-51） 12kmKMp有阻尼情况下的动力吸振器减振机理很复杂，有专著论述。有阻尼情况下的动力吸振器减振机理很复杂，有专著论述。 图图3-27 3-27 动力吸振器引起的共振频率的变化动力吸振器引起的共振频率的变化 l（a a）：机械发生共振：机械发生共振l（b b）：机械避开了状态：机械避开了状态（a）的的 共振，形成了两个新的共振点共振，形成了两个新的共振点 图图3-283-28可滑动调节的动力吸振器可滑动调节的动

41、力吸振器 应用实例：图应用实例：图3-283-28 所示为质量部分可以所示为质量部分可以滑动调节的吸振器。滑动调节的吸振器。 解：要使主振动系统与附加质量的振动系统的固有频率一解：要使主振动系统与附加质量的振动系统的固有频率一 致，按式（致，按式（3-513-51）kmKM 于是于是33m K3001050kN / m7510 N / m75kN / mM200（一）弹性减振原理（一）弹性减振原理 （二）弹性减振方法（二）弹性减振方法 三、弹性减振（一）弹性减振原理（一）弹性减振原理 20222001 +2120F0/FF（3-523-52） F图图3-29 3-29 振动传递系数图振动传递系

42、数图（1 1）f ff f0 0的区域的区域 （2 2）0 0f f f f0 0的区域的区域 （3 3）f=ff=f0 0的区域的区域 （4 4）f ff f0 0的区域的区域 （5 5）f f f f0 0的区域的区域 222图图3-29 3-29 振动传递系数图振动传递系数图（1 1）f ff f0 0的区域的区域 （2 2）0 0f f f f0 0的区域的区域 （3 3）f=ff=f0 0的区域的区域 （4 4）f ff f0 0的区域的区域 （5 5）f f f f0 0的区域的区域 222图图3-29 3-29 振动传递系数图振动传递系数图（1 1）f ff f0 0的区域的区域

43、 （2 2）0 0f f f f0 0的区域的区域 （3 3）f=ff=f0 0的区域的区域 （4 4）f ff f0 0的区域的区域 （5 5）f f f f0 0的区域的区域 222图图3-29 3-29 振动传递系数图振动传递系数图（1 1）f ff f0 0的区域的区域 （2 2）0 0f f f f0 0的区域的区域 （3 3）f=ff=f0 0的区域的区域 （4 4）f ff f0 0的区域的区域 （5 5）f f f f0 0的区域的区域 2221图图3-29 3-29 振动传递系数图振动传递系数图（1 1）f ff f0 0的区域的区域 （2 2）0 0f f f f0 0的区

44、域的区域 （3 3）f=ff=f0 0的区域的区域 （4 4）f ff f0 0的区域的区域 （5 5）f f f f0 0的区域的区域 2222011p实际防振设计中，实施弹性减振的方案：实际防振设计中，实施弹性减振的方案：l方案方案1 1：先确定质量，再选定弹簧；先确定质量，再选定弹簧；l方案方案2 2：先大致选择弹簧，再用附加质量先大致选择弹簧，再用附加质量 调节弹簧所支承的质量；调节弹簧所支承的质量；l方案方案3 3：选定弹簧个数，调节所支承的质选定弹簧个数，调节所支承的质 量。量。20112011（3-533-53） 20k/m21 km（3-543-54） 1mm1（3-553-5

45、5） 0/ff0f解：解：（1 1）每一弹性材料的负荷）每一弹性材料的负荷 （2 2）固有频率）固有频率 （3 3）劲度系数）劲度系数 21700W9.8kg m/s2777N6 （4 4）振动传递系数）振动传递系数 0225251kf2m1700k26.67kg /s4.97 10 kg /s4.97 10 N / m6由 ， 得220110.12531f/f100112003Hz6.67Hz360fff因为所以积极隔振积极隔振（主动隔振）（主动隔振） 消极隔振消极隔振（被动隔振）（被动隔振） 图图 3-30 3-30 积极隔振示意图积极隔振示意图 图图 3-31 3-31 消极隔振示意图消

46、极隔振示意图 （二）弹性减振方法（二）弹性减振方法 四、阻尼减振 自由阻尼层减振自由阻尼层减振 约束阻尼层减振约束阻尼层减振 图图 3-32 3-32 阻尼层示意图阻尼层示意图 阻尼减振方法阻尼减振方法(a)(a)自由阻尼自由阻尼层层 （b b）约束阻尼层）约束阻尼层 积极冲击隔离减振积极冲击隔离减振隔离锻压机、冲床隔离锻压机、冲床及其他具有脉冲冲及其他具有脉冲冲击力的机械，以减击力的机械，以减少其对环境的影响少其对环境的影响。 脉冲冲击的脉冲冲击的 隔离减振隔离减振 消极冲击隔离减振消极冲击隔离减振隔离基础的脉冲冲隔离基础的脉冲冲击，使安装在基础击，使安装在基础上的电子仪器及精上的电子仪器及

47、精密设备能正常工作密设备能正常工作。 五、冲击减振五、冲击减振图图3-33 3-33 单自由度冲击隔振系统单自由度冲击隔振系统00apteapl积极冲击隔离和消极冲击隔离的传递系数估算相积极冲击隔离和消极冲击隔离的传递系数估算相同，即隔离原理是相同的。同，即隔离原理是相同的。l冲击传递系数与系统的固有频率成正比，即系统冲击传递系数与系统的固有频率成正比，即系统的固有频率越小，传递系数越小；隔离支承的阻尼的固有频率越小，传递系数越小；隔离支承的阻尼越大、传递系数越小。越大、传递系数越小。l为了达到一定的隔离效果，须选择较软的刚度低为了达到一定的隔离效果，须选择较软的刚度低的弹性支承并设法增大弹性

48、支承的阻尼。的弹性支承并设法增大弹性支承的阻尼。l冲击隔离冲击隔离与与缓冲缓冲的区别的区别l冲击隔离冲击隔离是在机器、设备、仪器与基础间安装弹性支承是在机器、设备、仪器与基础间安装弹性支承（隔振器）。（隔振器）。l缓冲缓冲是使缓冲材料介于相互碰撞的物体之间，使碰撞的是使缓冲材料介于相互碰撞的物体之间，使碰撞的冲击力比直接碰撞低，如汽车缓冲器、飞机着陆架等。冲击力比直接碰撞低，如汽车缓冲器、飞机着陆架等。 l冲击隔离冲击隔离与与振动隔离振动隔离的区别与相似点的区别与相似点l冲击隔离冲击隔离是隔离机械的脉冲冲击力。是隔离机械的脉冲冲击力。l振动隔离振动隔离是降低设备自身振动或减小基础振动的影响。是

49、降低设备自身振动或减小基础振动的影响。 l一些设备的隔振系统或有些隔振器同时具有隔振和防冲击一些设备的隔振系统或有些隔振器同时具有隔振和防冲击的作用。的作用。若若振源振源振动难以消除时，需振动难以消除时，需要考虑采取措施阻断振动的要考虑采取措施阻断振动的传播途径传播途径，以减轻振动，以减轻振动 六、传播途径的减振对策 传播途径的减振对策 距离衰减距离衰减 防振沟防振沟 隔墙隔墙六、传播途径的减振对策 l增大距离，使受影响对象远离振源，可实现减振增大距离，使受影响对象远离振源，可实现减振目的。目的。l当距离为当距离为4 420m20m左右时，距离增大一倍，振动左右时，距离增大一倍，振动衰减衰减3

50、 36dB6dB；l当距离大于当距离大于20m20m时，距离增大一倍，振动衰减时，距离增大一倍，振动衰减6d6dB B以上。以上。 l一般情况下不提倡防振沟一般情况下不提倡防振沟。l为使振动下降为使振动下降6dB6dB以下，沟深度要达以下，沟深度要达5 510m10m；l施工、维护困难，一旦积水，效果就受影响。施工、维护困难，一旦积水，效果就受影响。l振源产生的沿地面传播的波动，有纵波、横波、表面波。振源产生的沿地面传播的波动，有纵波、横波、表面波。l一般在坚硬的基础上存在表面层时，瑞利波的速度受到频率一般在坚硬的基础上存在表面层时，瑞利波的速度受到频率的影响，这种现象称为频散。的影响，这种现

51、象称为频散。l频率增高时，该速度与表面层的横波速度接近；频率增高时，该速度与表面层的横波速度接近；l频率降低时，则与基底层的横波速度接近。频率降低时，则与基底层的横波速度接近。l乐甫波只限于在基础上有比较柔软的表面层的情况下存乐甫波只限于在基础上有比较柔软的表面层的情况下存在。在。l振动仅与波的前进方向成直角的水平面内产生，也具有振动仅与波的前进方向成直角的水平面内产生，也具有频散性。频散性。l地基的种类和纵波、横波传播速度的大致值。地基的种类和纵波、横波传播速度的大致值。l所测量的地表振动是这些波的合成，所测量的地表振动是这些波的合成，l表面波传播速度为横波传播速度的表面波传播速度为横波传播

52、速度的95%95%9898左右。左右。表表3-6 3-6 地基的种类与纵波、横波传播速度的大致值地基的种类与纵波、横波传播速度的大致值l地基经常性微动：地基经常性微动：地基经常性存在的具有固地基经常性存在的具有固有特殊周期的微弱振动有特殊周期的微弱振动！l是一种必须引起重视的地基的特征振动。是一种必须引起重视的地基的特征振动。l与地基种类相对应，地基越硬，微弱振动的频率越高，与地基种类相对应，地基越硬，微弱振动的频率越高，固有周期越短固有周期越短 l若以接近这种振动的频率激振，则波动随距离的衰减不若以接近这种振动的频率激振，则波动随距离的衰减不大，会引起振动污染。大，会引起振动污染。l若地面建

53、筑物的固有频率与该频率相近，则建筑物容易若地面建筑物的固有频率与该频率相近，则建筑物容易因共振而受到激励。因共振而受到激励。七、振动衰减 00010lg+ rrLLkrrr0LrL0rrr（3-573-57） r0r10/rrl地层为多层重叠地层为多层重叠l在坚硬层上部有厚度为在坚硬层上部有厚度为 H的黏土层的黏土层l若，横波传播速度为若，横波传播速度为v， 则通常以频率则通常以频率 （3-583-58） 形成固有振动，并随机械而产生共振，形成固有振动，并随机械而产生共振， 注意避免！注意避免！04vfH图图3-34 3-34 各种地面状况各种地面状况l地层中间有柔软层，固有振动频率为地层中间

54、有柔软层，固有振动频率为v/2Hl当以间距当以间距D安装多台机械时，激振力的频率为安装多台机械时，激振力的频率为 1, 2,2nvfnDDl地面振幅大于基础振幅，也能形成二次振源，须注意机械地面振幅大于基础振幅，也能形成二次振源，须注意机械的间距。拉开距离以减少振动是防振的必要措施。的间距。拉开距离以减少振动是防振的必要措施。 （3-593-59）图图3-34 3-34 各种地面状况各种地面状况解：由式（解：由式（3-573-57），得），得 756010lg+0.35 5rr 29.5rm该机械至少应设置在距厂界大于该机械至少应设置在距厂界大于30 m 30 m 处。处。 一、减振材料二、减

55、振装置三、振动污染的控制第五节 减振材料与装置及其应用（一）隔振材料（一）隔振材料 （二）阻尼材料（二）阻尼材料 一、减振材料 常用的隔振材料 橡胶 软木 玻璃纤维玻璃纤维 毛毡毛毡（一）隔振材料（一）隔振材料 1.1.橡胶橡胶 肋状垫肋状垫镂孔垫镂孔垫钉子垫钉子垫WJWJ型型垫垫图图 3-35 3-35 橡胶垫常见型式橡胶垫常见型式软木的静态压缩量中有一部分是永久变形，计算固软木的静态压缩量中有一部分是永久变形，计算固有频率时应扣除这一部分不可恢复的压缩量。有频率时应扣除这一部分不可恢复的压缩量。 2.2.软木 2.2.软木 3. 3. 玻璃纤维玻璃纤维 毛毡毛毡 毛毡毛毡（二）阻尼材料（二

56、）阻尼材料 1.1.阻尼材料阻尼材料的种类的种类弹性阻尼材料弹性阻尼材料: : 橡胶类、沥青类和塑料类橡胶类、沥青类和塑料类 复合材料复合材料: 层压材料、混合材料层压材料、混合材料 阻尼合金阻尼合金： 基体包括铁基、铝基等基体包括铁基、铝基等 库仑摩擦阻尼材料库仑摩擦阻尼材料： 不锈钢丝网、钢丝绳、玻璃纤维不锈钢丝网、钢丝绳、玻璃纤维 其他类其他类： 阻尼陶瓷、玻璃等阻尼陶瓷、玻璃等 阻尼材料特性评价阻尼材料特性评价 弹性阻尼材料弹性阻尼材料阻尼材料特性评价阻尼材料特性评价 复合材料复合材料 阻尼材料特性评价阻尼材料特性评价 阻尼材料特性评价阻尼材料特性评价 阻尼合金阻尼合金 （二）阻尼材料

57、（二）阻尼材料 2.2.阻尼材料阻尼材料的影响因素的影响因素（1 1）温度的影响）温度的影响 （2 2）频率的影响）频率的影响 （3 3）其他因素的影响）其他因素的影响 （1 1）温度的影响）温度的影响 图图3-36 3-36 某频率下，某频率下，EE、 随温度变化曲线随温度变化曲线 （2 2）频率的影响）频率的影响 图图3-37 3-37 某温度下，某温度下， EE、 随频率变化曲线随频率变化曲线 （2 2）频率的影响）频率的影响 图图3-37 3-37 某温度下，某温度下， EE、 随频率变化曲线随频率变化曲线 （3 3）其他因素的影响）其他因素的影响 p 动态应变增加，则弹性模量动态应变

58、增加，则弹性模量EE减少，减少， 阻尼损耗因子阻尼损耗因子增加。增加。动态应变动态应变 p 静态预载增加，弹性模量静态预载增加，弹性模量EE增加，增加， 阻尼损耗因子阻尼损耗因子下降。下降。静态预载静态预载 隔振器隔振器 二、减振装置工程常用工程常用减振装置减振装置1.1.钢弹簧隔振器钢弹簧隔振器 2.2.橡胶隔振器橡胶隔振器3.3.空气弹簧空气弹簧4.4.液体弹簧液体弹簧 1.1.钢弹簧隔振器钢弹簧隔振器 图图3-38 3-38 钢弹簧隔振器型式钢弹簧隔振器型式 钢丝绳螺旋弹簧钢丝绳螺旋弹簧 不锈钢钢丝绳弹簧不锈钢钢丝绳弹簧 碟形弹簧碟形弹簧 螺旋柱簧螺旋柱簧 螺旋板簧螺旋板簧 螺旋锥簧螺旋

59、锥簧 板簧板簧 拉簧拉簧 折板簧折板簧 钢弹簧是最常用的一种隔振器，常用的有圆柱弹簧和板弹簧。钢弹簧是最常用的一种隔振器，常用的有圆柱弹簧和板弹簧。 1.1.钢弹簧隔振器钢弹簧隔振器 p各类风机、空压机、球磨机、破碎机等大各类风机、空压机、球磨机、破碎机等大中小型的机械设备。中小型的机械设备。螺旋弹簧隔振器螺旋弹簧隔振器 p由几块钢板叠合制成，利用钢板的摩擦获得适宜由几块钢板叠合制成，利用钢板的摩擦获得适宜 的阻尼比，只在一个方向上有减振作用；的阻尼比，只在一个方向上有减振作用；p一般用于火车、汽车的车体减振和只有垂直冲击一般用于火车、汽车的车体减振和只有垂直冲击 的锻锤基础隔振。的锻锤基础隔振。板弹簧隔振器板弹簧隔振器 1.1.钢弹簧隔振器钢弹簧隔振器 1.1.钢弹簧隔振器钢弹簧隔振器 l应使各弹簧的自由高度尽量一致，基础底面要应使各弹簧的自由高度尽量一致，基础底面要 平整，使各弹簧在平面上均匀对称，受压均衡；平整，使各弹簧在平面上均匀对称，受压