机械设备运转产生振动，振动一方面直接向外辐射噪声，另一方面以弹性波的形式通过相连的结构向外传播，并在传播的过程中向外辐射噪声。控制振动的一个重要方法就是隔振。机械设备振动能量以两种方式向外传播而产生噪声，一部分由振动机器直接向空中辐射，称为空气声；另一部分振动能量则通过承载机器的基础、连接构件传递，固体表面振动以弯曲波形式传播，因而能激发结构振动向空中辐射噪声，这种通过固体传播的声波叫固体声。振动会影响仪器设施的精度、功能和常规使用的寿命，会造成事故。同样会危害人的身心健康，甚至造成器官损伤。隔振就是就是将声源与结构之间形成弹性连接，实际上振动不可能完全隔绝，故通常也称为减振。7 隔振技术及阻尼减振7.1 振动控制的基本方法7.2 隔振原理7.3 隔振器材7.4阻尼减振7.5环境振动评价和标准7.1 振动控制的基本方法 7.1.1 振动的来源及危害振源自然振源：地震、海浪和风 人工振源：运转的各种动力设备、运行的交通工具、电声系统中的扬声器、人工爆破 振源产生声音：空气声：向周围空间辐射在空气中传播的声音固体声：通过与其相连的固体结构传播声波7.1 振动控制的基本方法7.1.1 振动的来源及危害振动对人体的危害 人体的骨胳、肌肉构成许多空腔和弹性系统(如心、肝、肺、胃、肠等)，这些空腔和弹性系统都有各自的固有共振频率 振动对人体的影响分为全身振动：指人直接位于振动体上时所受的振动局部振动：指手持振动物体时引起的人体局部振动人可以感觉到的振动频率范围为l～100Hz (可听声的频率范围为20～20000Hz)人对频率为2～12Hz的振动感觉最敏感频率12Hz或2Hz的振动敏感性就逐渐减弱 7.1 振动控制的基本方法7.1.1 振动的来源及危害振动对人体的危害共振频率：人体某些器官固有频率相吻合的频率人体：6Hz附近内脏器官：8Hz附近头部：25Hz神经中枢：250Hz左右 低于2Hz的次声振动甚至有可能引起人的死亡 7.1 振动控制的基本方法7.1.1 振动的来源及危害全身振动的主观反应主观感觉频率/Hz振幅/mm腹痛6～1240700.094～0.1630.063～0.1260.032胸痛5～76～120.6～1.50.094～0.163背痛40700.630.032尿急感10～200.024～0.28粪迫感9～200.024～0.12头部症状3～1040700.4～2.180.1260.032呼吸困难1～34～91～9.32.4～19.67.1 振动控制的基本方法7.1.2 振动的传播 振动源工厂：往复旋转机械；传动轴；电磁振动；交通：汽车、机车与路轨、路面；飞机与气流；建筑施工工地：打桩、搅拌、风镐、压路机；传递介质接受者地基地坪；建筑物；空气；水；管道；构筑物；构件设备；人；建筑物；仪器设施；7.1 振动控制的基本方法7.1.3 振动控制的方法振源控制 振动传递过程的控制 采用隔振技术 7.1 振动控制的基本方法7.1.3 振动控制的方法振源控制使用先进工艺 减小振动源的扰动 减少或消除振动源本身的不平衡力(即激励力)，尽可能调好其静、动平衡； 修改或重新设计机器结构以减小振动；改进和提高制造加工装配精度，提高制造质量，减小构件加工的误差； 提高安装时的对中质量，严控安装间隙，以减少其离心偏心惯性力的产生 7.1 振动控制的基本方法7.1.3 振动控制的方法振源控制防止共振：改变机械结构的固有频率：改变设施的结构和总体尺寸或采用局部加强法等；改变振动源的扰动频率：改变机器的转速或改换机型等；降低共振响应：将振动源安装在非刚性的基础上；增加能量逸散，降低其振幅：对于一些薄壳机体或仪器仪表柜等结构，用粘贴弹性高阻尼结构材料增加其阻尼，减小共振时的振幅 原则：防止或减小设备、结构对振动的响应7.1 振动控制的基本方法7.1.3 振动控制的方法振源控制 振动传递过程的控制加大振源与保护对象之间的距离 在振源与保护对象间设置必要的伸缩缝(或沉降缝)、抗震缝、隔振沟 7.1 振动控制的基本方法7.1.3 振动控制的方法振源控制 振动传递过程的控制隔振技术在振源与需要防振的设备之间安置具有弹性的隔振装置，使振源所产生的大部分振动由隔振装置来吸收，以减小振源对设备的干扰主动(积极)隔振被动(消极)隔振 7.1 振动控制的基本方法7.1.3 振动控制的方法主动(积极)隔振隔离振源，将振源进行隔离，防止振动传递开去的隔振 为了减小它们（振动源）对周围其它设备的影响。隔离或减小动力的传递，使周围环境或建筑结构不受振动的影响。如：对动力机器、回转机械，锻冲压设备的隔振 被动(消极)隔振隔离响应，对需要防振的设备做隔离，防止周围振源影响传给设备的隔振 隔离或减小运动的传递，使精密仪器与设备不受基础振动的影响。如：一般电子仪表、贵重设备、精密仪器、录音室、广播室、人体坐垫的隔振 实施方法相同，均通过在设备和基座间装设隔振器作为弹性支承来实现7.1 振动控制的基本方法7.1.3 振动控制的方法振动控制常用方法：采用大型基础：减少基础、机器的振动和振动向周围的传递 一般的切削机床的基础是自身重量的1～2倍，特殊的振动机械如锻冲设备则达到设备自重的2～5倍，更甚者达10倍以上 防振沟 在振动机械基础的四周开有一定宽度和深度的沟槽 ，填充松软物质(如木屑等)或不填 隔振器 ：常用的有效措施 在设备下安装隔振元件 隔振元件选用得当，隔振效果＞85％～90％，还能够不必采用大型基础 7 隔振技术及阻尼减振7.1 振动控制的基本方法7.2 隔振原理7.3 隔振器材7.4阻尼减振7.5环境振动评价和标准7.2 隔振原理 隔振原理机械设备运转时，会存在一个周期性的力作用，从而使其产生振动。振动的机器通过基础、连接构件向四周传递。若在刚性连接之间安置弹簧或弹性衬垫组成弹性支座，由于支座可以发生弹性变形，起到缓冲作用，便减弱了机器对基础的冲击力，使基础的振动减弱；同时由于支座材料的阻力耗能，也减弱了传给基础的振动，从而使声辐射降低，这就是隔声降噪的基础原理。隔振时使用的弹性支座称作隔振器，相对于机械设备，其质量可忽略不计，看做只由弹性装置和能量消耗装置组成。7.2 隔振原理 7.2.1 振动的传递和隔离模型设备直接安装在刚性基础上：设备振动?基础?作用在周围的地层中?振动的能量沿固体连续结构很快地传播7.2 隔振原理 7.2.1 振动的传递和隔离模型设备直接安装在弹性支座上：弹性支座：弹簧，弹性衬垫材料((如橡胶、软木等)设备与其基础之间由原来的刚性连接替换为弹性连接传递给基础的力将会减弱，从而使基础产生的振动减弱支座的材料本身的阻尼，使振动能量损耗，也减弱了设备传给基础的振动7.2 隔振原理7.2.1 振动的传递和隔离模型弹性支座：即为隔振器由弹性装置与能量消耗装置(阻尼)组成的7.2 隔振原理7.2.1 振动的传递和隔离模型惯性力黏滞阻尼力δ：阻尼系数弹性力K：弹性系数外激励力外激励力为简谐力：7.2 隔振原理7.2.2 隔振的力传递率力传递率Tf 通过隔振装置传递到基础上的力Ff的幅值Ff0与作用于振动系统上的激励力的幅值F0之比 式(7.15)δ0=2Mω0 ：隔振系统的临界阻尼 ： 振动系统的固有角频率ξ=δ/δ0 ：阻尼比 (阻尼因子)7.2 隔振原理7.2.2 隔振的力传递率力传递率Tf 式(7.15)f：激励力的频率 f0：振动源与隔振装置共同组成系统的固有频率 ξ ：阻尼比，或阻尼因子，ξ =δ/δ0 δ：所选材料的阻尼系数δ0：隔振系统的临界阻尼系数，δ0=2Mω0 7.2 隔振原理7.2.2 隔振的力传递率隔振处理后，其力的振动级差单位：dB如：采用某种隔振措施后，使机器振动系统激励力传递到基础的力的振幅减弱为原来的1/10，即Tf＝0.l，则传递到基础的力的振动级降低了20dB，振动级= 20dB隔振效率 Tf =1，η＝0，激励力全部传给基础，没有隔振作用Tf =0，η＝1，激励力被完全隔离，隔振效果最高 式(7.17)式(7.18)隔振系统中的三个要素隔振系统中控制振动及其传递的三个基本因素是：弹簧隔振器的刚度、被隔离物体的质量、系统支撑及隔振器的阻力。(1)刚度 隔振器刚度越大，隔振效果越差，反之隔振效果越好。一个设计正确的隔振系统支撑刚度计算最重要，但弹簧及隔振器的刚度对物体振幅的影响不大。(2)质量 被隔离物体的质量使支撑系统保持相对静止。在确定的振动力作用下，物体质量越大，物体振动越小。增大质量还包括增大隔振底座的面积，以增大物体的惯性矩，可减小物体振动，但质量的增加并不能减小传递率。(3)阻力 隔振系统的支撑阻力有以下的作用：在共振区，抑制共振振幅；减弱高频区物体的振动；在隔振区为系统提供了一个使弹簧短路的附加连接，来提升了支撑的刚度，使传递率增大，因此阻力的作用有利也有弊，设计时应格外的注意。冲击隔离和周期性激振力的振动隔离相似，对于脉冲冲击也可优先考虑隔离，也分为积极与消极两类。积极的是隔离锻压机、冲床及其他具有脉冲冲击力的机械，以减小其对环境的影响；消极的冲击隔离是隔离基础的脉冲冲击，使安装在基础上的电子仪器及精密设备能正常工作，在舰船上的设备为避免因爆炸引起的强烈冲击而设计的隔离系统属此。冲击隔离可分为积极和消极冲击隔离，二者原理相同，传递率估算也基本相同。一般冲击传递与系统的固有频率成正比，系统固有频率越小，传递率越小，隔离支撑的阻力有一定的作用，阻力越大，传递率也越小。冲击隔离与缓冲是有区别的缓冲是让缓冲材料介于相互碰撞的物体之间，使碰撞的冲击力要比直接碰撞低，如汽车缓冲器，飞机着陆架等。7 隔振技术及阻尼减振7.1 振动控制的基本方法7.2 隔振原理7.3 隔振器材7.4阻尼减振7.5环境振动评价和标准7.3 隔振器材隔振的重要措施是在设备基础上安装隔振器或隔振材料，使设备的基础之间的刚性联结变成弹性支撑 7.3 隔振器材普遍的使用的隔振元件：有钢弹簧、橡胶、玻璃棉毡、软木和空气弹簧 7.3 隔振器材 7.3.1 隔振器金属弹簧减振器 大范围的应用于：工业振动控制 优点：能承受各种各样的环境因素，适应温度范围较宽在不同的环境条件下，能保持稳定的弹性，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，在低频能保持较好的隔振性能 缺点：阻尼系数很小，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 改进方法：在弹簧和基础之间加橡皮、毛毡等内阻较大的衬垫 7.3 隔振器材7.3.1 隔振器金属弹簧减振器最常用的是：圆柱螺旋弹簧和板条式弹簧 7.3 隔振器材7.3.1 隔振器金属弹簧减振器螺旋弹簧减振器：适合使用的范围广，各类风机、球磨机、破碎机、压力机等 优点：有较低的固有频率(5Hz以下)和较大的静态压缩量(2cm以上)，能承受较大的负荷；弹性稳定，耐腐蚀、耐老化，经久耐用，在低频能保持较好的隔振性能。缺点：阻尼系数δ 很小(0.01～0.005)，在共振区有较高的传递率，使设备产生摇摆由于阻尼比ξ低(δ/δ0＝0.05)，在高频区隔振效果差改进方法：在弹簧和基础之间加橡胶、毛毡等内阻较大的衬垫，以及内插杆和弹簧盖等稳定装置 7.3 隔振器材7.3.1 隔振器金属弹簧减振器板条式减振器由钢板条叠加制成，利用钢板之间的摩擦，可获得适宜的阻尼比。特点：只在一个方向上有隔振作用，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 7.3 隔振器材7.3.1 隔振器全金属钢丝绳隔振器 结构：以多股不锈钢丝的绞合线，经均匀地按对称或反对称方式，在耐蚀金属夹板上螺旋状缠绕后，用适当方式固联而成的 原理：利用螺旋环状多股钢丝绞合线在负荷作用下所具备的非线性弯曲刚度和多股钢丝间由于相对滑移而产生的非线性干性阻尼，大量吸收和耗散系统运动能量，改善系统运行的动态平衡性 7.3 隔振器材7.3.1 隔振器全金属钢丝绳隔振器特点变刚度和变阻尼特性 高频低振幅时，阻尼小，而低频大振幅时阻尼大，在共振区和隔振区都能获得最小的传递率，通常其阻尼比的变化范围为0.15～0.20 7.3 隔振器材7.3.1 隔振器空气弹簧：也称“气垫” 原理：在橡胶的空腔内压进一定的空气，使其具有一定的弹性，进而达到隔振的目的。当负荷改变时或调节橡胶腔内的气体压力，使之保持恒定的静态压缩量。空气弹簧多用于火车、汽车和一些消极隔振的场合 优点：隔振效率高，固有频率低（1Hz以下），而且具有黏性阻尼，因此也能隔绝高频振动 缺点：需要有压缩气源及一套繁杂的辅助系统，造价昂贵 7.3 隔振器材7.3.1 隔振器橡胶减振器 优点：具有一定阻尼，在共振频率附近有较好的减振效果应用：适用于垂直、水平、旋转方向的隔振，刚度具有较宽的范围可供选择。安装便捷，效果明显。在工业和民用设备减振工程中得到普遍应用 根据受力情况，可分为：压缩型、剪切型、压缩—剪切复合型等 7.3 隔振器材7.3.1 隔振器弹性吊钩 支撑方式是悬挂式的，被悬挂的物体可以是振源，如振动的风管、水管及风机等动力设备，也可以是精密仪器，以隔绝外界振动向其传递 弹性吊钩的基本结构：外壳、弹性体和连接部分，弹性体可以为弹簧、橡胶或二者复合 7.3 隔振器材7.3. 2 隔振垫橡胶隔振垫 结构：10~10mm厚的橡胶板(硬度可以为40~90)，两侧带有槽沟或高度不同的凸台以增加受力时的变形量。使用时可以直接把隔振垫放在设备下面而不必改造基础 酚醛树脂玻璃纤维板：俗称冷藏保温板优点：相对变形量很大(可以超过50％)，残余变形很小，即使负荷过载，当失去荷载后仍可恢复，良好的隔振材料。耐腐、防火、不易老化、施工方便、价格低。作为弹性垫层，其最佳作用荷载范围大约为0.4kg/cm2～0.6kg/cm2，静态压缩量应为原始量的40％以上 7.3 隔振器材7.3. 2 隔振垫 软木板 特点：质轻、耐腐蚀、保温性能好、施工方便，有一定的弹性和阻尼，适用于高频或冲击设备的隔振 7.3 隔振器材7.3.3 管道补偿软连接装置各种各样的管道(水管、风管、汽管、油管)，大都应该加接管道补偿软连接装置作用：减少沿管道传递的振动，还可以补偿由于气温变化引起的管道的伸缩，以及安装过程中的误差，方便安装橡胶软连接管：橡胶柔性连接管，可曲挠橡胶接头按结构及形式：单球体、双球体、弯球体按连接形式：法兰连接、螺纹连接两种。特点：耐压高，弹性好，位移变形量大，安装灵活适用 ：传输的介质可为水、海水、热水、空气、压缩空气、弱酸、弱碱 7.3 隔振器材7.3.3 管道补偿软连接装置全金属连接管 主要由金属波纹管、网套、接头三部分所组成。特点：能自由弯曲、防振、耐高温适用：大范围的使用在各种橡胶机械、电力、化工、纺织印染、塑料、造纸等装备中7 隔振技术及阻尼减振7.1 振动控制的基本方法7.2 隔振原理7.3 隔振器材7.4阻尼减振7.5环境振动评价和标准阻尼减振的基础原理固体振动时，使固体振动的能量尽可能多地耗散在阻尼层中的方法，称为阻尼减震。阻尼是指阻碍物体的相对运动、并把运动能量转化为热能或其他可以耗散能量的一种作用。阻尼的作用主要有以下五个方面：（1）阻尼有减小机械结构的共振振幅，从而避免结构因动应力达到极限造成结构破坏。（2）阻尼有助于机械系统受到瞬间冲击后，很快恢复到稳定状态。（3）阻尼有减少因机械振动所产生的声辐射，降低机械性噪声。（4）能大大的提升各类机床、仪器等的加工精度、测量精度和工作精度。各类机器尤其是精密机床，在动态环境下工作需要有较高的抗震性和动态稳定性，通过种种阻尼处理可以大幅度提高其动态性能。（5）阻尼有助于降低结构传递振动的能力。从物理现象上区分，阻尼大致可分为以下6类：（1）工程材料内阻尼工程材料种类非常之多，尽管其耗能的微观机制有差异，宏观效应却基本相同，都表现为对振动系统具有阻尼作用，因这种阻尼起源于介质内部，故称为工程材料内阻尼。（2）液体的黏滞阻尼在实际工程中，各种结构往往与流体相接触，而大部分流体都具有一定黏滞性，当这些结构相对其周围流体介质运动时，后者给前者以运动阻力，对振动物体做负功，使其损失一部分机械能，这些机械能最终转变为热能。（3）结构阻尼与库仑摩擦阻尼相互压紧的两个表面有滑动趋势，或者出现相对滑动时，这两个表面上立即产生一对方向相反的力，这就是干摩擦力，也叫做库仑阻尼力。（4）冲击阻尼冲击阻尼是另一种结构耗能方式。工程中能够最终靠设置冲击阻尼器来获得冲击阻尼，例如砂、细石、铅丸或其他金属块、以至于硬质合金等，均可用做冲击块，以获得冲击阻尼。 （5）辐射阻尼当振动物体带动周围连续介质运动时，振动物体的一部分运动能量以波的形式传播出去。这些能量的绝大部分不再回到振动物体上，因此，振动物体损失了这部分能量，其宏观表现相当于存在做负功的阻尼力，这就是辐射阻尼。（6）磁电效应阻尼机械能转变为电能的过程中，由磁电效应产生阻尼，家用电度表中阻尼结构实质上就是机械能与电能的转换器，它产生的磁电效应可以称之为涡流阻尼。阻尼减震的简要原理是，阻尼可使沿结构传递的振动能量衰减，还可以减弱共振频率附近的振动。常用的阻尼材料是那些具有非常明显内损耗、内摩擦的材料，典型的如沥青、橡胶以及其他一些高分子材料。 7.5 阻尼减振 降低声辐射的方法：加大壳体厚度大面积薄板上多加“筋” 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。在薄板上增加一阻尼层在薄板上喷涂或粘贴一阻尼层，并使结合在一起，将振动能量耗散在阻尼层中——阻尼减振 7.5 阻尼减振7.5.1 阻尼减振原理阻尼大小：损耗因数η，为薄板振动时每周期时间内损耗的能量D与系统的最大弹性热能Eh之比除以2π材料的损耗因数η的测定：通过实验测定求得根据共振原理，将涂有阻尼材料的试件(通常做成狭长板条) 用一个外加振源强迫其做弯曲振动，调节振源频率使之产生共振，然后测得有关参量，即可计算求得损耗因数 与损耗因数η有关的因素： 材料的阻尼比ξ系统的固有频率f0激振力频率f大多数材料的η=10-l～10-5，金属的η=10-5～10-4，木材的η=10-2，橡胶的η=10-2～10-1 7.5 阻尼减振7.5.2 阻尼材料要求：应有较高的损耗因数有较好的粘结性能在强烈的振动下不脱落、不老化在某些特殊环境下使用，要求耐高温、高湿和油污。大范围的使用在：各种机械设备和运输工具的噪声和振动控制。配制：主要由基料、填料和溶剂三部分所组成 7.5 阻尼减振7.5.2 阻尼材料配制基料阻尼材料的主要成分，常用的基料：沥青、橡胶、树脂等。作用：使构成阻尼材料的各种成分进行粘合，并粘结于金属板上基料性能的好坏对阻尼效果起决定性作用。填料常用：膨胀珍珠岩粉、石棉绒、石墨、碳酸钙、硅石等。作用：增加阻尼材料的内损耗能力和减少基料的用量以减少相关成本要求：正常的情况下，填料占阻尼材料的30％-60％。溶剂常见的溶剂有：汽油、醋酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯等作用：溶解基料 7.5 阻尼减振7.5.2 阻尼材料7.5 阻尼减振7.5.3 阻尼减振结构自由阻尼层结构 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。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 损耗因数的影响因素： 阻尼材料的损耗因数、阻尼材料和基板的弹性模量比、厚度比只有较大的厚度比才可以做到较高的阻尼 7.5 阻尼减振7.5.3 阻尼减振结构约束阻尼层结构 在基板和阻尼材料上再复加一层弹性模量较高的起约束作用的金属板 当板受振动而弯曲形变时，阻尼层受到上、下两个板面的约束而不能有伸缩变形 ，各层之间因发生剪切作用(即允许有剪切形变)消耗振动能量 复合板的阻尼大小和阻尼厚度无关 7 隔振技术及阻尼减振7.1 振动控制的基本方法7.2 隔振原理7.3 隔振器材7.4阻尼减振7.5环境振动评价和标准表3-4 ISO建筑物内振动标准 地点时间振动级 （ ）/dB连续振动、间歇振动、重复振动每天数次的振动X（Y）Z混合轴X（Y）Z混合轴严格控制区全天1住宅白天77～8380～8677～83107～110110～113107～110夜7977～10074～97办公室全天车间全天环境振动标准 ●人在居住区域承受环境振动的评价，一般以刚刚感觉到的振动加速度(感觉阈)为允许界限，在界限以下可以认为基本没影响。国际标准化组织推荐使用ISO/DIS2631给出的环境振动标准（表3-4）城市区域环境振动标准 ●我国《城市区域环境振动标准》（GB10070-88）中规定的有关城市各类区域铅垂方向振级标准值。表3-5 城市各类区域铅垂方向振级标准值 适用地带范围昼间/dB夜间/dB特殊住宅区6565居民文教区7067混合区、商业中心区7572工业集中区7572交通干线铁路干线 环境振动评价和标准 《城市区域环境振动标准》(GBl0070-1988)《城市区域环境振动测量方法》(GBl007l-1988)采用铅锤向z振级作为评价量，既可反映振动环境，又使测量方法简单、易行城市各类区域铅垂向振级标准值 单位：dB 适用地带范围昼间夜间特殊住宅区居民、文教区混合区、商业中心区工业集中区交通干线c;

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