实验三十三：主动隔振和被动隔振实验
机械工程实验八 主动隔振和被动隔振(2H)
机械工程基础实验
实验报告书
实验项目名称: 主动隔振和被动隔振
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实验八主动隔振和被动隔振（2H）一、实验目的
二、实验装置与仪器框图
三、实验结果与分析
1. 主动隔振 1） 实验数据
2） 根据主动隔振方法1）按公式（2）、（4）计算出隔振系数a η和隔振效率a ε。
3）根据主动隔振方法2）按公式（3）、（4）计算出隔振系数a η和隔振效率a ε
4）对两种结果进行对比分析
2． 被动隔振 1）实验数据
隔振系统固有频率0f =（ ）Hz
（注：1、激振频率可调在10、15、20、25、30、35、40、50、70、100HZ(附近），但必须另有使1λ=的两个激振频率；2、上表的频率必须按照由小到大的顺序填写表格) 2）根据表2绘制λη-p 曲线和λε-p 曲线（要求用坐标纸绘制）。
橡胶减震器的震动原理
橡胶减震器的震动原理一.振动的类型隔振的类型分为主动隔振和被动隔振。
1．主动隔振对于本身是振源的设备，为了减小它们对周围其它设备的影响，将它们与地基（或支承）隔离开来。
这种将振源进行隔离，防止振动传递开去的隔振称为主动隔振。
2．被动隔振对于需要隔振的设备，为了减小周围振源对它的影响，需要将它与整个地基（或支承）隔离开来。
这种将设备进行隔离，防止周围振源传给设备的隔振称为被动隔振。
二.隔振原理为了便于理解振动隔离的基本原理，我们以回转机械为例来加以介绍。
设备采用弹性基础，隔振系统简化为单自由度系统，由质量m，阻尼c和弹簧k组成，设备回转部分质量mr，偏心距为e，转动角速度为ω0，由于偏心引起的垂直激振力为F为一正弦函数：通过推倒，可以得出上述单质量－单自由度振动系统的稳态的振动传递函数表达式如下：由图1可见，当调谐比（即激振频率与系统固有频率之比）大于时，传递率小于1，这时，随着激振频率的增加，传递率减小。
当调谐比小于时，传递比总是大于1，因此调谐比大于时，为隔振区，调谐比小于时，为放大区。
因此，由于机器激振频率不可改变，要实现振动隔离，只有改变系统的固有频率，使其满足调谐比大于，这样才能达到减小传递率的目的。
工程实践中，一般把调谐比取在2.5~5范围内。
单纯从隔振观点来说，阻尼的增加会降低隔振效果，但是在机器的实际工作过程中，外界的激励，除简谐型外还可能包含一些不规则的冲击，由于冲击会引起设备较大振幅的自由振动，增加阻尼的目的就是能使自由振动很快消失，尤其是当隔振对象在起动及停车而经过共振区时，阻尼就显得更加重要。
三.振动标准中华人民共和国国家标准城市区域环境振动标准StandardofvirbrationofurbanareaGB10070－88本标准规定了城市各类区域铅垂向Z振级标准值（如下），适用于连续发生的稳态振动、冲击振动和无规振动，标准同时配有监测方法。
各适用地带在昼间和夜间的标准分别为：特殊住宅区65，65；居民、文教区70，67；混合区、商业中心区75，72；工业集中区75，72；交通干线通路两侧75，72；铁路干线两侧80，80。
主动隔振和被动隔振传递系数的异同点
主动隔振和被动隔振传递系数的异同点在现代生活中，我们常常会遇到各种振动和噪音，比如火车经过、轰鸣的发动机，甚至是邻居那台老旧的洗衣机发出的“咯吱咯吱”声。
为了让我们的生活更舒适，科学家们发明了主动隔振和被动隔振这两种神奇的技术。
今天，就让我们轻松聊聊这两种隔振方式的传递系数，看看它们之间有哪些异同。
1. 主动隔振1.1 定义主动隔振，听起来是不是有点高大上的感觉？其实它就像个超级英雄，专门对抗各种振动。
它通过一些传感器来实时监测振动情况，然后用反向振动来抵消这些振动。
简单来说，就是在你耳边说：“别怕，我来保护你！”想象一下，就像一个勇敢的骑士，时刻准备着为你挡住那些烦人的震动。
1.2 工作原理主动隔振的工作原理挺简单的。
首先，传感器会捕捉到振动信号，然后控制系统会计算出需要多大的力量来抵消这些振动。
最后，发出一个相反的信号，这样就能在一定程度上减少振动的传递。
想象一下，就像在舞会上，舞者们如果都踩着节拍，舞会就会变得非常和谐美妙；如果有一个人走错了节拍，大家的舞步就会乱套。
主动隔振就像是那个能让大家都回到正轨的人。
2. 被动隔振2.1 定义相比之下，被动隔振就显得有点“老派”了。
它主要依靠物理材料来吸收振动，就像一个懒洋洋的熊猫，静静地坐在那里，不想多动一下。
它通过弹簧、阻尼器等设备，将振动能量转化为热能，从而减少振动的传递。
就像你在沙发上窝着，听着音乐，周围的吵闹声完全与我无关，惬意得很。
2.2 工作原理被动隔振的工作原理其实也不复杂。
它主要依靠材料的特性，比如弹性、密度等来减弱振动。
换句话说，就是通过物理手段来阻止振动的传播。
就像一个大门，关上之后，外面的喧嚣就被挡在了门外。
虽然被动隔振的效果不如主动隔振来得灵活和精准，但在某些场合，它却是个老实可靠的选择。
3. 主动隔振与被动隔振的传递系数3.1 相同点主动隔振和被动隔振在传递系数上有一些共同点，首先，它们都旨在减少振动的影响。
无论是采用高科技的主动隔振，还是经典的被动隔振，最终目标都是为了让环境更加宁静。
实验三十三：主动隔振和被动隔振实验
实验三十三：主动隔振和被动隔振实验振动的干扰对人、建筑物以及仪表设备都会带来直接的危害，因此振动的隔离涉及到很多方面。
隔振的作用有两个方面：一、减少振源振动传至周围环境；二、减少环境振动对物体或设备的影响。
二者原理相似，性能也相似。
原理就是在设备和底座之间安装适当的隔振器，组成隔振系统，以减少或隔离振动的传递。
有两类隔振，一是隔离机械设备通过支座传至地基的振动，以减少动力的传递，称为主动隔振；另一种是防止地基的振动通过支座传至需保护的精密仪器或仪器仪表，以减少运动的传递，称为被动隔振。
【实验目的】1 .学习隔振的基本知识。
2 .学习隔振的基本原理。
3 .了解主动隔振和被动隔振效果的测量 【仪器和用具】ZJY -601A 型振动教学试验仪、计算机、空气阻尼器 【实验原理 】 1.主动隔振在一般隔振设计中，常常用振动传递比T 和隔振效率η来评价隔振效果。
主动隔振传递比等于物体传递到底座的振动与物体的振动比，被动隔振传递比等于底座传递到物体的振动与底座的振动之比，两个方向的传递比相等。
一般，由物体传递到底座时常用力表示，由底座传递到物体时则用位移、振动速度或振动加速度表示，这样便于应用。
隔振效率：()%1001⨯-=T η (33-1)传动比T ：()22222211u D u u D T +-+=(33-2)式中D 为阻尼比，u=激振频率和共振频率的比。
只有传递比小于才有隔振效果。
因此T<1的区域称为隔振区。
由图中的曲线可知：当002f f f <<时，T<1。
系统有放大作用；当0f f =时，系统发生共振，传递比极大；当0032f f f <<时，作用有限；0063f f f <<时，隔振能力低（20—30dB ）；00106f f f <<时，隔振能力中等（30—40dB ）；010f f >时，隔振能力强（>40dB ）;阻尼比D 对T 的影响。
机械振动实验指导书
机械振动实验指导书基础与实验教学中心机械与动力工程学院上海交通大学目录安全注意事项 ....................................... 错误!未定义书签。
实验预备知识 DHVTC振动测试与控制实验系统组成与使用方法错误!未定义书签。
实验一振动系统固有频率的测量 ..................... 错误!未定义书签。
实验二无阻尼单自由度系统强迫振动特性的测量 . (11)实验三有、无阻尼单自由度系统自由衰减的测量 (16)实验四拍振实验 (20)实验五三自由度系统各阶固有频率及主振型的测量 (25)实验六动力吸振器吸振实验 (28)实验七悬臂梁模态测试 (32)实验八被动隔振实验 (35)实验安全注意事项本实验系统尽管在设计、加工和安装时已充分考虑了安全方面的问题，但强烈建议学生使用时注意如下事项：一、通电前仔细检查各活动机械部分，如激振器、偏心电机等的连接紧固情况，确保所有螺栓、卡扣等紧固无误，避免激振或旋转。
二、查看传感器、信号源、激振器等连线正确无误，确保各仪器正常工作。
三、检查各仪器电源线是否插紧插好，各仪器是否可靠接地，以防触电。
四、调压器应放置于桌面宽敞处，尽可能远离其它仪器，并且在使用时只有经检查无误后才能通电，通电前须仔细检查电机偏心轮是否紧固、调压器与电机连线、接地是否可靠，使用完毕应立即断电。
五、激振器和偏心电机工作时，禁止手或是其它物品碰到激振器顶杆和电机偏心轮，以免受伤或物品飞落。
六、所有仪器设备工作过程中发现异常应立即断电，并请专业人员检查维修。
实验预备知识: DHVTC振动测试与控制实验系统组成与使用方法一、DHVTC振动测试与控制学生实验系统的组成如图1-1所示，本系统由“振动测试与控制实验台”、“激振与测振系统”、“动态采集分析系统”组成。
⑴——底座⑸——非接触式激振器⑼——电式速度传感器⒀——单/双自由度系统⑵——支座⑹——接触式激振器⑽——被动隔振系统⒁——压电式加速度传感器⑶——三自由度系统⑺——力传感器⑾——简支梁/悬臂梁⒂——电涡流位移传感器⑷——薄壁圆板⑻——偏心电机⑿——主动隔振系统⒃——磁性表座图1-1 DHVTC振动测试与控制学生实验系统示意图1.1 振动与控制实验台振动测试与控制实验台由弹性体系统（包括简支梁、悬臂梁、薄壁圆板、单双自由度系统、三自由度系统模型）组成，配以主动隔振、被动隔振用的空气阻尼减震器、动力吸振器等，可完成振动与振动控制等20多个实验项目。
主被动隔振研究
实例分析
橄榄景医院在1971年圣费尔南多地震 中受到较大损害，10年后重建，并增加了抗 震强度。 在此次地震中，剪力墙产生剪切裂缝，设 备机器、医疗机械及家具等翻倒，病历等资料 掉下、散乱。而且水管破裂，各层浸水，建筑 物不能使用，完全丧失了医院的功能。
橄榄景医院（抗震结构）
一九九四年九月十六日，台湾海峡发生了7.3级地震，震源距离汕头市约 200公里， 汕头市烈度为6度，各类房屋摇晃厉害，居民惊惶失措，水桶里的水溅出了1/3左右……而 陵海路隔震楼上的人并没有感到晃动，听到毗邻楼房和邻街喧闹声后下楼才知道发生了地 震。
实例分析
抗震
抗震结构一般是采用 加固节点、提高建筑 结构整体性、增加建 筑整体刚度的做法， 使建筑在受到地震荷 载作用下不至于发生 过大的变形导致结构 失效，房屋坍塌。地 震所产生的能量在建 筑构件的变形中被消 耗。
隔震
减震
一种新型的建筑结构 耐震形式，通过在房 屋的某层柱顶设置隔 震垫，如橡胶隔震支 座和弹性滑板支座， 阻止地震作用向上传 递，从而达到减弱结 构地震反映的效果。 分为基础隔震结构与 层间隔震结构。
1.早期隔震技术
• 河合浩藏的“地震时不受大震动的结构”
右图是1891年河合浩藏的“地震时不受大 震动的结构”。其隔震思路是在地基上并排 铺设了数层圆木，并且把建筑物周围挖空， 从而地震时可对上部建筑起到隔震。
实例分析
• J.A.Calantarients提出的隔震结构
右 图 是 J.A.Calantarients 于 1909 年 提 出 的隔震结构(Base-isolated building )方案 。这种隔震结构在建筑物结构与基础之间用 滑石层隔开，地震时建筑物可以滑动。
下图分别是世界上第一栋采用铅芯橡胶支座隔震的建筑(The William Clayton Building, New Zealand)和世界上使用铅芯橡胶支座中基底面积最大的建筑(日本)。
隔振理论的要素及隔振设计方法
隔振理论的要素及隔振设计方法采用隔振技术控制振动的传递是消除振动危害的重要途径。
隔振分类1、主动隔振对于本身是振源的设备，为了减少它对周围的影响，使用隔振器将它与基础隔离开来，减少设备传到基础的力称为主动隔振，也称为积极隔振。
2、被动隔振对于允许振幅很小，需要保护的设备，为了减少周围振动对它的影响，使用隔振器将它与基础隔离开来，减少基础传到设备的振动称为被动隔振，也称消极隔振。
隔振理论的基本要素1、质量m（Kg）指作用在弹性元件上的力，也称需要隔离构件（设备装置）负载的重量。
2、弹性元件的静刚度K（N/mm）在静态下作用在弹性元件上的力的增量T与相应位移的增量δ之比称为刚度K=T（N）/δ（m）。
如果有多个弹性元件，隔振器安装在隔振装置下，其弹性元件的总刚度计算方法如下：如有静刚度分别为K1、K2、K3…Kn个弹性元件并联安装在装置下其总刚度K=K1+K2+K3+…+Kn。
如有静刚度分别为K1、K2、K3…Kn个弹性元件串联安装在装置下其总刚度1/K=（1/K1）+ （1/K2）+ （1/K3）+（…）+ （1/Kn）。
3、弹性元件的动刚度Kd。
对于橡胶隔振器，它的动刚度值与隔振器橡胶硬度的高低，使用橡胶的品种有关，一般的计算办法是该隔振器的静刚度乘以动态系数d，动态系数d按下列选取：当橡胶为天然胶，硬度值Hs=40-60，d=1.2-1.6当橡胶为丁腈胶，硬度值Hs=55-70，d=1.5-2.5当橡胶为氯丁胶，硬度值Hs=30-70，d=1.4-2.8d的数值随频率、振幅、硬度及承载方式而异，很难获得正确数值，通常只考虑橡胶硬度Hs=40°-70°。
按上述围选取，Hs小时取下限，否则相反。
4、激振圆频率ω（rad/s）当被隔离的设备（装置）在激振力的作用下作简谐运动所产生的频率，激振力可视为发动机或电动机的常用轴速n其激振圆频率的计算公式为ω=（n/60）×2πn—发动机（电动机）转速n转/分5、固有圆频率ωn（rad/s）质量m的物体作简谐运动的圆频率ωn称固有圆频率，其与弹性元件（隔振器）刚度K的关系可由下式计算：ωn（rad/s）=√K（N/mm）÷m（Kg）6、振幅A（cm）当物体在激振力的作用下作简谐振动，其振动的峰值称为振幅，振幅的大小按下列公式计算：A=V÷ωV—振动速度cm/sω—激振圆频率，ω=2πn÷60（rad/s）7、隔振系数η（绝对传递系数）隔振系数指传到基础上的力F T与激振力F O之比，它是隔振设计中一个主要要素，隔振系数按不同的隔振类型分别选取，一般选择围0.25-0.01，最佳选择围为0.11-0.04。
主动隔振的工作原理
主动隔振的工作原理主动隔振是一种常用于工程和科学应用中的隔振技术，它通过使用传感器和执行器来降低振动和噪音的传递。
与被动隔振相比，主动隔振可以根据实时的振动情况主动调整阻尼和刚度，以实现更好的隔振效果。
主动隔振系统主要由三个部分组成：传感器、控制器和执行器。
传感器用于检测振动信号，将其转化为电信号。
控制器接收传感器的信号，并根据预设的控制算法计算出相应的振动补偿信号。
执行器则根据控制器的输出，对结构物施加相应的力或调整结构的刚度，以减少振动传递。
主动隔振的工作原理可以简要概括为以下几个步骤：1. 传感器检测振动信号：主动隔振系统中的传感器通常是加速度传感器或位移传感器，它们能够实时检测结构物的振动状态，并将其转化为电信号。
2. 控制器分析信号并计算补偿信号：控制器接收传感器的信号，并运行预设的控制算法。
根据振动信号的特征和端点的要求，控制器计算出相应的振动补偿信号。
3. 执行器施加力或调整刚度：根据控制器的输出，执行器对结构物施加相应的力或调整结构的刚度。
这些力和刚度的调整旨在减少振动的能量传递，从而降低结构物的振动幅值和振动频率。
4. 实时调整与反馈控制：主动隔振系统通常具备实时调整和反馈控制的功能，以应对不同条件下的振动情况。
通过不断监测和分析传感器信号，系统可以及时更新控制算法和补偿信号，以实现更高效的振动隔离效果。
总之，主动隔振利用传感器、控制器和执行器的协同工作，能够根据实时振动情况主动调整结构物的阻尼和刚度，从而降低振动的传递。
这种技术在建筑、交通、航空航天等领域中具有广泛应用，可以提高工作环境的舒适度和结构物的耐久性。
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实验三十三：主动隔振和被动隔振实验
振动的干扰对人、建筑物以及仪表设备都会带来直接的危害，因此振动的隔离涉及到很多方面。
隔振的作用有两个方面：一、减少振源振动传至周围环境；二、减少环境振动对物体或设备的影响。
二者原理相似，性能也相似。
原理就是在设备和底座之间安装适当的隔振器，组成隔振系统，以减少或隔离振动的传递。
有两类隔振，一是隔离机械设备通过支座传至地基的振动，以减少动力的传递，称为主动隔振；另一种是防止地基的振动通过支座传至需保护的精密仪器或仪器仪表，以减少运动的传递，称为被动隔振。
【实验目的】
1 .学习隔振的基本知识。
2 .学习隔振的基本原理。
3 .了解主动隔振和被动隔振效果的测量 【仪器和用具】
ZJY -601A 型振动教学试验仪、计算机、空气阻尼器 【实验原理 】 1.主动隔振
在一般隔振设计中，常常用振动传递比T 和隔振效率η来评价隔振效果。
主动隔振传递比等于物体传递到底座的振动与物体的振动比，被动隔振传递比等于底座传递到物体的振动与底座的振动之比，两个方向的传递比相等。
一般，由物体传递到底座时常用力表示，由底座传递到物体时则用位移、振动速度或振动加速度表示，这样便于应用。
隔振效率：()%1001⨯-=T η (33-1)
传动比T ：()
222
22
211u D u u D T +-+=
(33-2)
式中D 为阻尼比，u=激振频率和共振频率的比。
只有传递比小于才有隔振效果。
因此T<1的区域称为隔振区。
由图中的曲线可知：当
002f f f <<时，T<1。
系统有放大作用；当0f f =时，系统发生共振，传递比极大；当
0032f f f <<时，作用有限；0063f f f <<时，隔振能力低（20—30dB ）；00106f f f <<时，
隔振能力中等（30—40dB ）；010f f >时，隔振能力强（>40dB ）;阻尼比D 对
T 的影响。
虽然在
20<
f f 的范围内，阻尼比的增大有效地降低共振时的位移振幅，但对20<f
f 的隔振区，
却反而使传递比增高，对隔振不利。
在20>f f 时，D=0与D=0.1的两条曲线极为接近，这就是说，阻尼比D 在此范围内变化时，T 值的差异不大。
因此，在实际工程中，一般采用D 值。
2.被动隔振
防止地基的振动通过支座传至需保护的精密仪器或仪器仪表，以减少运动的传递，称为被动隔振。
被动隔振传递比等于底座传递到物体的振动与底座的振动之比，由底座传递到物体时则用位移、振动速度或振动加速度表示。
隔振效率：
传动比 T ：
f f
式中 D 为阻尼比， 0
f f
u =
为激振频率和共振频率的比。
被动隔振的隔振原理和隔振效果与主动隔振相似。
【实验内容 】 1.主动隔振
图33-1
（1）把空气阻尼器（1kg ）和质量块组成的弹簧质量系统固定在底座中部，速度传感器放上面，接入数采仪的应变通道，压电加速度传感器放在底座上，接入采集仪的电荷通道将调速电机安装到隔振器上，电机连线接到调压器上。
（2）开机进入打开控制分析软件，设置采样频率等参数，正确输入传感器灵敏度，设置双通道时间和频谱示波，并将加速度通道信号积分处理，变为速度显示。
（3）调节调压器，使系统产生共振，从频谱图和时间波形中读取频率值0f 以及第一通道的峰值1A 和第二通道的峰值2A 。
（4）改变激振频率（电机转速），分别测量002f f f <<、00f f =、0032f f f <<、
0063f f f <<、00106f f f <<、010f f >时，两传感器的振动幅度。
（5）根据所测幅值计算传动比和隔振效果
隔振传动比：
21
A A T =
隔振效率：()%1001⨯-=T η
2被动隔振
(1)把小的空气阻尼器和质量块组成的弹簧质量系统固定在梁中部，速度传感器放上面，压电加速度传感器放在梁的下面。
(2)把激振器安装在支架上，将激振器和支架固定在实验台基座上，并保证激振器顶杆对简支梁有一定的预压力（不要超过激振杆上的红线标识），用专用连接线连接激振器和DH1301扫频信号源输出接口。
(3)把加速度传感器输出信号接到数采分析仪的振动测试通道；把速度传感器输出信号接到数采分析仪的应变测试通道。
(4)打开数采仪器的电源开关，开机进入DHDAS2003数采分析软件的主界面，设置采样率、量程范围，输入加速度传感器、速度传感器的灵敏度。
(5)打开四个窗口，分别显示二个通道的时间波形信号和频谱信号，并且加速度信号要经积分运算变换为速度信号。
（6）调节扫频信号源的输出频率，使梁产生共振。
在各窗口中分别读取当前振动的最大值、频率值
0f 、振幅以及第一通道的峰值1A 和第二通道的峰值2A 。
(7)改变激振频率，分别测量002f f f <
<、00f f =、0032f f f <<、0063f f f <<、
00106f f f <<、010f f >时，上下传感器的振动幅度。
(8)根据所测幅值计算传动比和隔振效果 隔振传动比： ()%1001⨯-=T η
隔振效率：【数据处理】
21
A A
T =
【思考题】
1.什么是主动隔振和被动隔振？
2.主动隔振和被动隔振实验测量方法的区别？。