隔振技术与阻尼减振

2.橡胶减振器设计
① 确定橡胶材料的厚度d； d=x Ed /δ
②确定所需要的面积S S=P/ δ
X-最大静态压缩量 Ed –橡胶的动态弹性模量 δ-橡胶的允许负载,kg/cm2 P-机组重量,kg
五、阻尼减振
1、阻尼减振原理
金属薄板受激发振动而产生噪声，金属薄 板本身的阻尼很小，因此声辐射效率很高。降 低这种振动和噪声，普遍采用在金属薄板构件 上喷涂或粘贴一层高内阻尼材料，如沥青、软 橡胶、高分子材料。当金属薄板振动时，由于 阻尼作用，一部分振动能量变为热能，从而使 得振动和噪声降低。
综合上述两种讨论，可知：
1）欲得到好的隔振效果，必须设计较低的f0，并 且只有当f/f0＞21/2，才能获得好的隔振效果；
2）如果干扰频率f比较低，或者因其他原因，只 能做到f/f0＜21/2时，此时可采取增加阻尼来限制 干扰力的放大作用。
实际应用举例：
1. 拖拉机空负荷时要比有负荷时振动大，是何原因？
ISO2631标准（整体振动标准）：
规定了人在振动作业环境（频率范围1-80Hz） 中的暴露基准（含垂直振动标准曲线和水平振动标 准曲线）。
我国的环境振动标准：
《城市区域环境振动标准》（GB10070-88） 《城市区域环境振动测量方法》（GB1007188）
二、振动控制的基本方法
振动源
传递介质
1.螺旋弹簧减振器设计程序
① 确定机器设备的重量 W、激振力频率f、预 期的隔振效率 η、安装支点的数目 N；
② 根据相关图表(P212图10-8)，由激振力频率 f 和按设计所要求的隔振效率 η查的螺旋弹簧的 静态压缩量 x；
③ 由下式确定选用弹簧的劲度K
K=W/ N x ④ 根据弹簧的劲度K，从生产平衡力、改进工艺） 2）防止共振（改变外扰频率或系统振动频率） 3）采用隔振技术（控制振动传递，如防振沟、隔振器等）
三、隔振原理
评价振动的强弱，通常用位移、速度、加速 度三个量来表示，该三个量有内在的联系。
对于简谐振动来说，振动的位移为：
xxmsi n t
其中：X－振动的位移，m Xm－振幅，即最大的位移，m ω－角频率，等于2πf φ－相位
五、阻尼减振
2、阻尼材料
⑴基料： 如沥青、橡胶、树脂等
⑵填料： 如膨胀珍珠岩粉、石棉绒、石墨、碳酸钙、
硅石等 ⑶溶剂： 如汽油、醋酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯等
五、阻尼减振
3、阻尼减振措施
⑴自由阻尼结构： 将一定厚度的阻尼材料粘合或喷涂在金属 板的一面或两面形成阻尼层结构。 ⑵约束阻尼结构： 在基板和阻尼材料上再附加一层弹性模量 较高的起约束作用的金属板。 ⑶ 间隔自由阻尼结构：
器官固有频率相吻合的频率； 3）低于2Hz的次声波振动可能导致人的死亡； 4）影响和损害建筑物、精密仪器和设备。
振动强弱对人影响情况（总概括）：
（1）振动的“感觉阈” （2）振动的“不舒适阈” （3）振动的“疲劳阈” （4）振动的“危险阈”和“极限阈”
ISO5349标准（局部振动标准）：
规定了8-1000Hz不同暴露时间的振动加速度 和振动速度的允许值，用来评价手传振动暴露对人 损伤危害。
md2xkxFsint
dt2
其中，式中第一项为振动物质的惯性力，第二项为弹 簧弹性力，右边为周期性的干扰力。
结合传振系数的定义，可以得到无阻尼振动系
统的力传递系数：
1
T
2
1
f f0
其中：f为干扰力频率，f0为系统的固有频率。
对上式的讨论：
（1）当f/f0＜＜1时，即干扰力的频率远小于隔振 系统的固有频率，在书中图12-4中的AB段的 T≈1，说明干扰力全部通过隔振装置，即隔振 系统不起作用。
在自由阻尼结构的基层板和阻尼层之间增加一定厚 度的间隔层。
阻尼层
约束层
自由阻尼结构
基板
约束阻尼结构
中选择或是自行设计委托加工制造。
螺旋弹簧减振器设计及计算
①确定弹簧条直径 d
d=1.6√k W0 C / r C —弹簧圈直径D与弹簧条直径d比值，即D/d=4～10 K —系数，k=（4C+2）/（4C-3） W0 —一个弹簧上的载荷，N r—弹簧材料的容许扭应力，对纲弹簧，取4×104N/cm2
L 20lg 1 T
如：当干扰力通过隔振系统后，其振幅降低到 原来的1/10时，即T＝0.1，则干扰力的振动级降 低了20dB.
隔振效率：
1T10 % 0
传振系数越小，隔振效率越高。
⑴ 对于一个单向自由振动（不考虑体系阻尼）， 则体系的固有频率为：
f0
1
2
k m
假设在这一振动系统上加一个垂直的干扰力F＝F0sinωt， 在忽略阻尼的情况下，该振动系统的运动方程式为：
T
142f f0 2
1f f0 2 242f f0 2
其中：ξ＝δ/δ0，即系统阻尼系数与临界阻尼系数 之比,临界阻尼系数δ0＝4πmf0
讨论传振系数T与ξ的关系：
（1）当f/f0＜21/2时，即图中AB和BC段，也就 是系统不起隔振作用甚至发生共振作用的范围，ξ 越大，则T值越小，表明增大阻尼对控制振动有 好处； （2）当f/f0＞21/2时，即图中CD段，也时设计隔 振装置经常考虑的范围， ξ越小，则T值越小，表 明阻尼越小越好，阻尼对隔振效果有不良的影响。
振动速度和加速度分别为位移的一阶导数与二阶导 数，即：
d dxtxmcost
d d22 xt2xmsin t
常用来表征隔振效果的物理量－传振系数（力传递率）
定义：通过隔振元件传递过去的力的幅值与总的干扰 力的幅值之比，即：
传递力 T 干扰力
系数越小，隔振元件传递的力越小，隔振 效果越好。
振动级：
（2）当f/f0＝1时，即干扰力的频率等于或接近隔 振系统的固有频率，即BC段的T＞1，说明隔振 系统不但不起隔振作用，反而放大了振动的干 扰，甚至产生共振现象。
（3）当f/f0＞21/2时，即干扰力频率大于隔振系统 的固有频率的21/2 倍，即CD段的T＜1，隔振 系统才真正起隔振作用。
⑵当考虑体系有阻尼情况时，即在体系中安装 阻尼器，如橡皮垫等，则体系的传振系数为：
答：由于空负荷质量小，则空负荷时固有频率要 比设计的固有频率f0大，所以f/f0的值比设计 值小，因此空负荷时传振系数比设计值大， 因此拖拉机空负荷时要比有负荷时振动大。
四、隔振设计与计算
隔振元件（隔振器或隔振材料）： 1、钢弹簧（螺旋弹簧、板条弹簧） 2、橡胶 3、玻璃毛毡 4、软木 5、空气弹簧
②确定弹簧有效工作圈数n0
n0=G d4 /8K D3
螺旋弹簧减振器设计及计算
③ 确定弹簧的全部圈数n
n=n0+n’ 当n0＜7时，n’=1.5； 当n0＞7时， n’=2.5 ④计算未受载荷的弹簧高度H
H=n d+（n-1）d/4+x ⑤ 验算未受载荷的弹簧高度H与弹簧圈
直径D的比值是否满足H / D≤2
第十章 隔振技术与阻尼减振
主要内容：
一、振动对环境的影响和评价 二、振动控制的基本方法 三、隔振原理 四、隔振设计与计算 五、阻尼减振
一、振动对环境的影响和评价
振动可分为：稳态振动、冲击振动和无规则振动。 振动对人及环境的影响： 1）人能感觉到的振动频率范围在1-100Hz； 2）对人体反应最强烈的振动频率是与人体某些