隔振原理及机械设备的隔振方法
隔振原理及一次隔振器动力参数设计
隔振原理及一次隔振器动力参数设计设计思想设计条件往巳知机械设备总体质量和激振圓频率。
的条件下，可根据要求的隔振系数7；进行在巳知机械设备或装置的总体质量加]和支承运动圆频率e的条件下，可根据隔振系数对传递系数都是一样的1从绝对传递系数公式中看出：在小阻尼情况下，无论阻尼大小怎样变化，只有频率比Z>y[2时，才有隔振效果，即7\vl2当Z>V2时，从绝对传递系数7；公式中还可看出.阻尼会降低隔振效果，所以，在隔振器设计中并不人为的加入殂尼3当Z>V2时，随着频率比的増加，隔振效果将更好：但当Z>5时，随着頻率比Z的増加，隔振效果的改善已不显著：当Z>10,髓着頻率比的増长，隔振效果的改菩已变得徹小。
所以，设计中频率比Z常在2〜10的范国内选取，最常用的频率比选取范围为3〜5隔振弹簧设计弹簧的最小、工作和极限变形童分别为:4 >0.2嘔%=q+B弹簧的最小、工作和极限变形量分别为:6 n0-2B max久=4 +^max注：1、符号意义：F。
一一澈振力幅值，N：U一一支承运动位移幅值，m：Q—一激振力或支承运动的圆频率，诧d/s：B一一简谐澈励稳态响应幅值，m：Bs一一隔振弹簧在数值为几的静力作用下的变形量，B s =F0/K^ m：——支承简谐运动，隔振物体与基础相对振动（X-U）R的振幅，in；。
-—系统的因有頻率，co t J = K x / m{» rad/s： Z ----------------- 频率比，Z = co I c%； g--------- 阻尼比，g = CJ 2c% ；2、一次隔振指的是经一级弹簧进行振动隔吏、隔振系统（如力学模型所示）是一个二阶单自由度系统。
隔振原理及机械设备的隔振方法课件
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阻尼的作用
在振动力 F的0 作用下，物体振动的垂向振幅
可由式（x 0 1－5）计算：
x0k[1(f/f0)2F ]2 042(f/f0)2
（1－5）
阻尼的作用在振动传递率曲线上看得很清楚，
在共振区内，阻尼可以抑制传递率的幅值，使物
体的振幅也不至于过大在非共振区，当 ＞
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3
积极隔振与消极隔振
一般采取以下措施来防止或减弱有害的机械 振动： • 消除或减小振源， • 切断及抑制从振源向外界的振动传递； • 防止振动物体或结构的共振。
中间一项就是振动隔离的问题。振动隔离的 目的是：防止机器设备的振动对建筑结构及环境 的影响；防止建筑结构或基础的振动对机器设备 的影响。前者为积极隔振，后者为消极隔振。
（1－4）
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振Байду номын сангаас传递率与隔振效率
从式(1—3)及(1—4)可以看出，振动传递率 T a 与频率比( f / )f及0 阻尼比（ ）有关，三者关系可画 成如图1—2所示的曲线
由图1—2可知：
• 当 f / f＝0 1时，传递率为极大，此时整个隔振系统 处于危险的共振状态；
• 当 f / f＝0 时2 ，传递率 T＝a 1，此时隔振系统无隔 振效果，但传递力也不放大；
• 当 f / f0＞ 2，传递率 T ＜a l，有一定的隔振效果，振 动传递率可按式(1—4)计算或从图1—2查出。
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图1－2 振动传递率曲线
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振动传递率与隔振效率
因此，要使隔振系统有效果，必须使 是f /说f0 ＞要获2得。满一意般的的隔处振理效方果法，是应取该为使2.5隔～振4.支5，承也系就 统的固有频率为振动力频率的 。
减振与隔振及方法
一、减振与隔振的概念减振是工程上防止振动危害的主要手段。
减振可分为主动减振和被动减振。
主动减振是在设计时就考虑消除振源或减小振源的能量或频率，在精密仪器、航空航天设备、大型汽轮发电机组及高速旋转机械中应用较多，但费用昂贵，普通工程机械中应用较少。
被动减振有隔振和吸振等。
隔振又可分为主动隔振和被动隔振。
为了防止或限制振动带来的危害和影响，现代工程中采用了各种措施，归纳起来有以下几条原则：1.减弱或消除振源（主动减振）这是一项积极的治本措施。
如果振动的原因是由于转动部件的偏心所引起的，可以用提高动平衡精度的办法来减小不平衡的离心惯性力。
对往复式机械如空气压缩机等也需要注意惯性力的平衡。
2．远离振源（被动隔振）这是一种消极的防护措施。
如精密仪器或设备要尽可能远离具有大型动力机械、压力加工机械及振动机械的工厂或车间，以及运输繁忙的铁路、公路等。
3．提高机器本身的抗振能力（主动减振）衡量机器结构抗振能力的常用指标是动刚度，动刚度在数值上等于机器结构产生单位振幅所需的动态力。
动刚度越大，则机器结构在动态力作用下的振动量越小。
4．避开共振区根据实际情况尽可能改变系统的固有频率（主动减振）或改变机器的工作转速（被动减振），使机器不在共振区内工作。
5．适当增加阻尼（阻尼吸振）阻尼吸收系统振动的能量，使自由振动的振幅迅速衰减，对于强迫振动的振幅有抑制作用，尤其在共振区内甚为显著。
6．动力吸振（被动吸振）对某些设备上的测量或监控仪表，采用在仪表下安装动力吸振器的方法可稳定仪表的指针，提高测量精度。
7．采取隔振措施用具有弹性的隔振器，将振动的机器（振源）与地基隔离，以便减少振源通过地基影响周围的设备，这就是主动隔振或积极隔振；或将需要保护的精密设备与振动的地基隔离，使之不受周围振源的影响，这就是被动隔振。
下面介绍隔振的基本理论。
被隔振的机器或设备与隔振器相比，可认为前者只有质量而不计弹性，后者是只有弹性和阻尼而不计质量，这样在只考虑单方向振动的情形下，可简化为单自由度隔振系统，如图1所示。
设备和仪器的隔振
设备和仪器的隔振一．橡胶隔振器橡胶隔振器适合于中小设备和仪器的隔振，适用频率范围4~15Hz。
橡胶隔振器不仅在轴向，而且在横向及回转方向上均具有很好隔振性能。
橡胶内部阻力比金属大得多，高频振动隔离性能好，隔声效果也很好，阻力比为0.05~0.23。
由于橡胶成型容易，与金属也可牢固粘接，因此可以设计制造各种形状的隔振器，而且重量轻，体积小，价格低，安装方便，更换容易。
其主要缺点是耐高温、耐低温性能差，普通橡胶隔振器使用的温度为0~70°，易老化，不耐油污，承载能力较低。
决定橡胶隔振器动、静刚度的因素：材料、硬度及形状。
决定橡胶隔振器性能的因素：橡胶的配方、硫化工艺。
(橡胶隔振器从形状分为：压缩型、剪切型及复合型)二. 隔振垫由具有一定形状的软材料构成(橡胶垫、软木、毛毡、海绵、玻璃纤维、泡沫)。
一般无一定形状尺寸，可拼装。
(1)橡胶隔振垫适用频率：10~15Hz(多层<10Hz)；特点：高弹性、隔振冲噪性能，吸收能量(高频)，易制造、安装，易粘接。
易受温度、油污、溶剂影响，易老化，寿命5~8年。
(2)毛毡适用频率30Hz左右。
其特点：经济、易装、易裁、易粘，防油，不易老化；防火、水能力差。
变形在25%内，载荷特性为线性，超过则为非线性。
(3)玻璃棉适于机器、建筑基础隔振。
其特点：耐火防腐蚀，稳定，但不防水。
(4)泡沫塑料发泡后可具有压缩性，其特点：软的支撑裁装方便，但载荷特性非线性，难以满足要求。
三. 隔振元件的选择(1)频率(1/2.5~1/4.5)。
固有频率f0≥20~30Hz，用毛毡、软木、橡胶垫或较硬的隔振器；f0=2~10Hz，选弹簧、橡胶或复合隔振器；f0=0.5~2Hz，选弹簧或空气弹簧隔振器。
(2)载荷静载荷应为允许载荷的90%，动、静载荷之和不超过允许载荷。
对于隔振垫，载荷是指单位面积上的载荷。
多隔振器应使载荷分布均匀，一边选用相同型的隔振器。
对隔振垫要求各部分的单位面积载荷基本一致。
第五章-隔振技术-第六章-阻尼技术
6.1.2 阻尼的产生机理 从工程应用的角度讲，阻尼的产生机理就 是将广义振动的能量转换成可以损耗的能量，
从而抑制振动、冲击、噪声。 1 ．工程材料的内阻尼 材料阻尼的机理是：宏观上连续的金属材
料会在微观上因应力或交变应力的作用产生 分子或晶界之间的位错运动、塑性滑移等，
产生阻尼。在低应力状况下由金属的微观运
动产生的阻尼耗能，称为金属滞弹性。
当金属材料在周期性的应力和应变作用
下，加载线 和卸载线 在一次周期的应力循 环中，构成了应力 - 应变的封闭回线 ABCDA ，阻尼耗能的值正比于封闭回线的面 积。
粘弹性材料属于高分子聚合物，从微观结构上
看，这种材料的分子与分子之间依靠化学键或物 理键相互连接，构成三维分子网。高分子聚合物 的分子之间很容易产生相对运动，分子内部的化 学单元也能自由旋转，因此，受到外力时，曲折 状的分子链会产生拉伸、扭曲等变形；分子之间 的链段会产生相对滑移、扭转。当外力除去后， 变形的分子链要恢复原位，分子之间的相对运动 会部分复原，释放外力所做的功，这就是粘弹材 料的弹性；但分子链段间的滑移、扭转不能全复 原，产生了永久性变形，这就是粘弹材料的粘性， 这一部分功转变为热能并耗散，这就是粘弹材料 产生阻尼的原因。
系统频率。如果系统干扰频率 比较低，系
统设计时很难达到 的要求，则必须通
过增大隔振系统阻尼的方法以抑制系统的振
动响应。
5.2 隔振设计与隔振器 在隔振设计中，通常把 100Hz 以上的干 扰振动称作高频振动， 6-100Hz 的振动定义 为中频振动， 6Hz 以下的振动为低频振动。 常用的绝大多数工业机械设备所产生的 基频振动都属于中频振动，部分工业机械设
隔振原理及机械设备的隔振方法
（1－7） （1－8）
可假定系统的初始条件
P (t ) v0 dt t M
0
物体的位移（t>0）及速度可用式（1－9）、（1－10） 表达：
x v0 sin(0 1 2t )
0 1 2 e t
0
（1－9） （1－10）) 1 2 e0 t
积极隔振与消极隔振
一般采取以下措施来防止或减弱有害的机械 振动： 消除或减小振源， 切断及抑制从振源向外界的振动传递； 防止振动物体或结构的共振。 中间一项就是振动隔离的问题。振动隔离的 目的是：防止机器设备的振动对建筑结构及环境 的影响；防止建筑结构或基础的振动对机器设备 的影响。前者为积极隔振，后者为消极隔振。
消极的冲击隔离
消极的冲击隔离如图1—3b所示，基础的脉冲位移由式 (1—13)表达：
U (t ) U 0 (-t<t<0) (t<-t,0<t)
（1－13）
物体的初始速度 v0 由式(1—14)表达： （1－14） 物体的位移与式（1－9）相同，隔离系数与式（1－12） 相同。 消极的冲击隔离和积极的冲击隔离的隔离原理是相同的， 为了达到一定的隔离效果，须选择较软的弹性支承并增大 系统的支承阻尼性能。
本章内容
隔振原理及机械设备的隔振方法 隔振器、隔振元件与隔振材料的分类及主 要性能 隔振器、隔振元件与隔振材料的选用 单双层隔振与浮筏隔振
隔振器、隔振元件与隔振材料的分类 及主要性能
从理论上说，凡是具有弹性的材料均能作为隔振 元件，但在实际工程应用上受到很多条件的限制， 例如能否大量供应，性能是否稳定，使用寿命长 短以及是否具有防水、防油、防火性能等。兹将 目前国内大量使用的隔振元件和隔振材料介绍如 下。
第七章_噪声控制技术——隔振
计算机械设备工作时的振动振幅（最大工况下测量）验算隔振效率， 如不满足应调整参数。
选择隔振器的类型，并考虑其安装和配置，进行隔振器的尺寸计算 和结构设计。
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三、隔振器的布置与选择
隔振器的布置型式 常用的支承式和悬挂式两种如下图
支承式隔振布置
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单自由度受迫振动系统的运动方程已给出，隔 振后传给基础的动载荷N等于弹性的动载荷kA， 和通过阻尼的动载荷（ c j A）的合力，对于单 自由度振动系统来讲，力（kA）与（ c j A）之 间有90o相位角。因而合力
N kA2 cj A 2
2019/7/216Biblioteka TN F
kA2 c j A 2
F
A F
1
k 1 2 2 2 2
T
N F
1 2 2 1 2 2 2 2
j n
n
k m
c 2mn2
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由上式计算可得隔振系数的关系曲线。由图可知 T主
要与设备激振频率 j，隔振系统固有频率n及系统的
阻尼有关
隔振系数变化曲线
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无论阻尼大小，只有当频率比 2 时，T＜1，才有隔振
效率，而且随着
的增加，意味着
f
（
n
n
）减小。可采取
加大设备质量m或减小隔振器刚度k来达到。若刚度太小隔
振系统稳定性差，实际中取 ＝2.5－5已足够。
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积极隔振
隔振基本原理
四、高频/低频隔振
低频振动的隔离
ＴＨＡＮＫ ＹＯＵ！
四、高频/低频隔振
高频振动的隔离
四、高频/低频隔振
高频振动的隔离高频/低频隔振
低频振动的隔离
1.对隔离大地脉动目前可选用气垫 2.对要求特别严格的实验室应当通过选点和采取隔振措
施相结合的办法来克服 3.采用局部零件隔振方法,而“长周期惯性悬挂”是可取
当 阻 尼 不 可 忽 略 时
二、ω和ρ对隔振效果的影响
二、ω和ρ对隔振效果的影响
三、隔振器的设计
积极隔振
消极隔振
高频振动干扰的隔离（100Hz以上） 中频振动干扰的隔离（ 6Hz以上至100Hz之间） 低频振动干扰的隔离（ 5Hz以下）
三、隔振器的设计
三、隔振器的设计
当确定隔振系统的参数后，还应根据具体要求选好隔振系 统的结构形式。
尽量使系统的质量中心处在垂直平面的中心轴上(结构的 中心轴上)。
最好使系统的质量中心在水平位置上处于弹性元件的支承 水平面附近，以提高系统的横向稳定性。
四、高频/低频隔振
高频振动的隔离
高频干扰往往振幅较小而频率高，它常会引起弹性元 件的纵向弹性共振。
在发生纵向弹性共振的情况下,负荷的弹性元件本身 则变成一个有分布参数的线性振动系统。隔振系统除有集 中参数的线性振动系统的一个固有频率ω0外，还有其他共 振频率ωk，这就是弹性元件的纵向弹性固有振动频率。所 以在设计隔振系统时，除考虑到集中参数的线性振动规律 外，还应注意不使主要的干扰频率与隔振系统的纵向固有 弹性振动频率相同，从而保证整个隔振系统在干扰力的作 用下能获得良好的隔振效果。
隔振基本原理及应用
主要内容
隔振的基本原理 ω和ρ对隔振效果的影响 隔振器的设计 高频、低频隔振
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消极隔振
对于消极隔振，如图1—1b所示，可用隔振系
数振幅与表基示础其T振隔p 幅振之效比果，，(它或的是含振义动是速被度隔幅离值的、物加体速
度幅值的比值)用式(1—6)计算：
Tp
x0 U0
1 4 2 ( f / f0 )2 [1 ( f / f0 )2 ]2 4 2 ( f / f0 )2
（1－6）
冲击隔离
和周期性激励力的振动隔离相似，对于脉冲冲击也可 以考虑隔离，也分为积极的与消极的两类。积极的冲击隔 离是隔离段压机、冲床及其它具有脉冲冲击力的机械，以 减少其对环境的影响；消极的冲击隔离是隔离基础的脉冲 冲击、使安装基础上的电子仪器及精密设备能正常工作， 舰船上的设备为了防止因爆炸引起的强烈冲击而设计的隔 离系统显然也属此列。图1—3为单自由度冲击隔离系统 的力学模型示意图。
振动传递率与隔振效率
有时还可以用隔振效率来表示隔振效果，
可用式（1－2）计算：
F0 FT F0
(1 Ta )%
（1－2）
隔振效率的实际含义是：振动力被隔离
掉百分之几。一般说振动传递率的概念用
得较多，因为振动传递率曲线非常形象地
说明了系统隔振好坏程度与某些参数的关
系。
振动传递率与隔振效率
表1－1 振动传递率和隔振效率的关系
振动传递率与隔振效率
对于小阻尼系统，例如钢弹簧的支承系
统，其振动传递率可用式（1－3）计算：
Ta
(f
/
1 f0 )2
1
（1－3）
对于粘性阻尼系统，如橡胶隔振器支承
系统，其振动传递率可用式(1—4)计算：
Ta
1 4 2 ( f / f0 )2 [1 ( f / f0 )2 ]2 4 2 ( f / f0 )2
积极隔振与消极隔振
一般采取以下措施来防止或减弱有害的机械 振动： ▪ 消除或减小振源， ▪ 切断及抑制从振源向外界的振动传递； ▪ 防止振动物体或结构的共振。
中间一项就是振动隔离的问题。振动隔离的 目的是：防止机器设备的振动对建筑结构及环境 的影响；防止建筑结构或基础的振动对机器设备 的影响。前者为积极隔振，后者为消极隔振。
隔振原理及隔振器、隔振原件与 隔振材料的性能和选择
本章内容
➢隔振原理及机械设备的隔振方法 ➢隔振器、隔振元件与隔振材料的分类及主
要性能 ➢隔振器、隔振元件与隔振材料的选用 ➢单双层隔振与浮筏隔振
隔振原理及机械设备的隔振方法
➢积极隔振与消极隔振 ➢振动传递率与隔振效率 ➢隔振系统中控制振动的三个基本因素 ➢冲击隔离 ➢机械设备振动隔离设计要点
式中 x0 ——物体的垂向振幅(cm)； U0 ——基础的垂向振幅(cm)。
消极隔振系数与积极隔振的振动传递率表达 式完全一样。
对于消极隔振与积极隔振，都应强调以下几 点：
▪ 当 f / f0 1 时，发生共振，应力求避免；
▪ 不论阻尼大小，只有 f / f0 2，才有隔振效果；
▪ 一般情况下，建议把 f / f0取为2.5～4.5。 ▪ 对于大型的或重要的设备以及有特殊要求的情况，
振效果，但传递力也不放大； ▪ 当 f / f0 ＞ 2，传递率Ta＜l，有一定的隔振效果，
振动传递率可按式(1—4)计算或从图1—2查出。
图1－2 振动传递率曲线
振动传递率与隔振效率
因此，要使隔振系统有效果，必须使
f / f0 2 ＞ 。一般的处理方法是取为
2.5～4.5，也就是说要获得满意的隔振效
振动隔离的实例
振动隔离的实例不胜枚举，属于前者的 还有动力机械、机械加工设备及破碎机械 的振动隔风；属于后者的还有精密加工设 备－如刻线机、高精度数控机床及电子分 析仪器等的弹性支承；车辆的支承装置是 为了减少因轨道路面不平而引起的车轮振 动向车身传递也属于消极隔振之列。Leabharlann 积极隔振与消极隔振的力学模型
可按六个自由度计算，请参考有关专著。对于涉 及随机过程的随机振动的隔离，本书未予讨论。
隔振系统中控制振动的三个基本因素
隔振系统中控制振动及其传递的三个基本因素是：弹簧或 隔振器的刚度、被隔离物体质量及系统支承的阻尼。它们各自 的影响简述如下： ▪ 刚度——隔振器的刚度越大，隔振效果越差，反之隔振效果越 好。必须指出的是，对于一个设计正确的隔振系统，支承的刚 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。 ▪ 质量——被隔离物体的质量M使支承系统保持相对静止，物体 质量越大，在确定振动力作用下物体振动越小。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，可减小物体的 摇晃。但质量的增加并不能减小传递率。 ▪ 阻尼——隔振系统的支承阻尼有以下的作用：在共振区减小共 振峰，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，从而提高了支承的刚度， 使传递率增大。因此阻尼的作用有利也有弊，设计时应特别注 意．
图1－1 积极隔振与消极隔振的力学模型 a) 积极隔振 b)消极隔振
振动传递率与隔振效率
▪ 图1—1 a示出了质量为M、刚度为k、粘性阻尼系 数为c的单自由度振动系统(积极隔振)，当外 力度F为0 cos((1/ts))、—振—动这力是的单频一率频为率的2 周(Hz)期－激垂励直力作、用角在速物 体M上，基础同时也受到弹簧力及阻尼力，物体
（1－4）
振动传递率与隔振效率
从式(1—3)及(1—4)可以看出，振动传递率Ta 与频率比( f / f0)及阻尼比（ ）有关，三者关系可 画成如图1—2所示的曲线
由图1—2可知： ▪ 当 f / f0＝1时，传递率为极大，此时整个隔振系统
处于危险的共振状态； ▪ 当 f / f0＝ 2时，传递率 Ta＝1，此时隔振系统无隔
同样也受到弹簧力及阻尼力，物体按一定的规律 运动。把基础所受到的弹簧力及阻尼力的合力Fr
与作用在物体上的外力F0 相比，这个比值 Ta 称为
振动传递率，用式(1—1)表示：
▪
Ta
|
FT F0
|
（1－1）
振动传递率与隔振效率
振动传递率的含义是：传到基础上的力 是原振动力的百分之几。如果物体直接固 定在基础上，那么振动力就全部传到基础 上，此时。所以，只有当小于1时，才有隔 振效果。
果，应该使隔振支承系统的固有频率为振
动力频率的 1 ~ 1 2.5 4.5
。
阻尼的作用
在振动力 F0 的作用下，物体振动的垂向
振幅 x0 可由式（1－5）计算：
x0 k
F0 [1 ( f / f0 )2 ]2 4 2 ( f / f0 )2
（1－5）
阻尼的作用在振动传递率曲线上看得很
清楚，在共振区内，阻尼可以抑制传递率 的幅值，使物体的振幅也不至于过大在非 共振区，当 f / f0 ＞ 2 时，阻尼反而使传递 率增大。