实验八 主动隔振和被动隔振(2H)
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。
被动隔振-连续弹性梁
5）如果频率比 f 过大，隔振装置就必须设计得很柔软， 隔振系统的静扰度就很大，相应地增大了系统的体积， 安装的稳定性极差, 容易摇晃。 6）当频率比 f ＞5后，隔振系数 的变化很小，同时隔振 效果的改善也并不显著。所以, 在实际的工程上通常采用
f 3 ~ 5, 相应的被动隔振效率E可以达到80% ~ 90%
B sin t
隔振器 地基
F k( x x1 ) R c( x x 1)
m
F
精密仪器
o
xt
R k c
H sin t
被测对象 隔振对象运动微分方程：
x1 H sin t
力学模型
o1
x1 t
mx k ( x x1 ) c( x x1 ) 0
3、主被动隔振对比
振源 研究对象 测试参数 实测公式
主动隔振
被动隔振
物体（旋转机械等）
地基
地基
物体（旋转机械等）
力
位移
二、实验目的
1、建立主动隔振、被动隔振的基本概念；
2、学会测量和计算隔振系数η 隔振效率E的 基本方法并能绘出隔振效率图；
3、用共振法测量悬臂梁一、二、三阶 固有频率并绘出一至三阶主振型图。
隔振器的定义：隔振器是连接设备和基础的弹性元件，用来衰减某一频率范围内振 动能量的传输。 1 、主动隔振又称积极隔振或动力隔振。主动隔振指的是机器本身是振源， 它通过机脚、支座、基础、地基传递出去从而影响到周围的环境和设备。主动隔 振的目的就是为了减小振源自身对周围环境和设备的影响，减小振源对环境所传 递的力，所以主动隔振就是隔力。 2 、被动隔振又称保护隔振。被动隔振是为了使外界的振幅尽可能少的传递 到系统中来即减小外界的干扰，需要把仪器、设备与机座之间隔离开来这就是被 动隔振，所以被动隔振就是隔幅。
隔振、吸振、主振型(简zzh)
被动隔振、动力吸振及 连续弹性梁特性测定
力学基础教学实验中心
一、被动隔振实验
1.概 述： 仪器振幅B
激振器 传感器
2
地基 振幅
仪
器
1
H
▲
激振信号源
地基 隔振器
●
测振仪
计算机
被动隔振实验装置及测试框图
2、特性参数的计算
隔振系数：
B 仪器隔振后的振幅B H 振源振幅H
E 隔振效率： (1 ) 100%
k1 m1 2
k1
1
h 0
h k1 m1 2 = k1 ( )
当 k1 m1 时，主系统的振幅 B 0。这时△( ) k12 ，吸振器的振幅 为 B1 h/k1 ，可见质量 m 上受到的激振力恰好被来自吸振器弹簧的弹性恢 复力 k1B1 所平衡。 实验数据表 频率 Hz) 20 22 （ 振幅B( m )
●
m1
m
k
m
F h sin t
kx
单式动力吸振器 被测对象
h sin ρt
单式动力吸振力学模型
该二自由度系统的运动微分方程为：
m k1( x1 x ) kx h sin t x
m1 k1 ( x1 x) x1
3、系统稳态响应的振幅为：
B k k1 m 2 B1 = k1
25
26
27
28
29
30
31
32
33
35
40
三、连续弹性悬臂梁横向振动
悬臂梁
实验装置及测试框图 当激振频率与梁的某阶固有频率相同时，梁便产生共振，并呈现出特定的振型。
隔振系数测定 - 上海交通大学工程力学教学基地
一、实验目的 1、 掌握测定隔振系数的方法及隔振效率计算； 2、 掌握被动隔振的理论和隔振器的设计原理。
二、实验装置及原理 1、 实验装置
A2 设备
A1
振源
电荷 放大器
数字 示波器
信号源& 功率放大器
图 1 隔振装置与测量仪器 2、 实验原理
为了限制设备的振动位移，在振源与设备之间增加一个由弹簧与阻尼组成的隔振器，其 力学模型如下：
1
x
m
y
k
c
m
c(x& − y&) k(x − y)
建立运动微分方程为：
m&x& = −k(x − y) − c(x& − y& )
或
m&x& + cx& + kx = ky + cy&
若设底座的简弦位移为：
隔振系数测定
振动不仅会影响机器本身的工作精度和使用寿命，甚至使零件部件损坏，也会传递给周 围的仪器设备，使它们也产生振动，无法正常工作。因此，有效地采用隔振技术是现代工业 中重要的课题。
所谓隔振，就是在振源和隔振体之间连接弹性或阻尼装置，使振源产生的大部分能量由 隔振装置吸收，以减小振源对设备的干扰。
数 S 与激振频率 f 之间的曲线图。 6、 激振频率扫描范围 10Hz—40Hz。 7、 关机，注意关机顺序依次为：电荷放大器、示波器、信号源。
四、实验数据记录及计算结果 1、记录实验数据
激振频率 f （Hz）
A1 （mv）
A2 （mv）
S
1
10
2
关于被动隔振及其隔振效率的研究 2
中南大学关于被动隔振及其隔振效率的研究作者：李志亮指导老师：刘静目录1.摘要及引言 (1)2.被动隔振实验仪器及原理 (2)3.被动隔振实验数据处理及图表 (3)4.频率比对隔振效果影响的分析 (5)5.阻尼比对隔振效果影响的分析 (5)6.固有频率的计算与测量 (6)7.隔振的原理及方法 (8)8.参考资料 (10)【摘要】振动普遍存在于人们的生产生活中，影响着人们生活的方方面面。
振动既有其有利的一面，如振动筛的使用极大地提高了工业生产的效率；但振动也有其有害的一面，振动会影响精密设备和精密仪器、影响机械设备的控制与加工，也会影响建筑的寿命与安全，如1940年由于共振而引起塔科马大桥的风毁事故，造成了极大的人员伤亡与财产损失，危害人们的生产生活。
因此，对振动的研究亟不可待，只有掌握了振动的一般规律及有效的隔振方法，人们才能避免振动引发的各种危害。
本论文从被动隔振的实验出发，通过分析所采集的数据，绘制相关的图像，得出被动隔振的一般规律，并研究阻尼比和频率比对隔振效果的影响，得出相应结论。
最后介绍实际工业生产中所采用的隔振方法。
【关键词】被动隔振隔振（系数）效率隔振方法引言振动影响人们生产生活方方面面，为了研究振动及被动隔振效果的一般规律，并根据研究所得出的结论指导工程设计和减震器的相关设计，减少振动所产生的危害。
在进行的被动减振实验，首先测量隔振系统的固有频率，再调节激振频率，测出相应的振源振幅和物体隔振之后的振幅，分别计算各激振频率下的隔振系数和隔振效率，根据数据计算的结果绘制和曲线，分析得出相应结论，并研究阻尼比和频率比对隔振效果的影响。
一．被动隔振实验仪器及原理减少环境振动对设备的影响，在设备和基础之间安装适当的隔振器，组成隔振系统，以阻止振动的输入。
隔振的效果通常用隔震系数η和隔振效率E 来衡量。
21A A η=（1A ：振源振幅；2A ：物体隔振后的振幅） 若振源为基础的垂直简谐振动，为11sin x A t ω=。
主动隔振试验实验报告
一、实验目的1. 了解主动隔振的基本原理和操作方法。
2. 掌握主动隔振系统的组成和功能。
3. 分析主动隔振系统的性能指标，评估其隔振效果。
二、实验原理主动隔振是一种利用反馈控制技术，通过调节系统的阻尼和刚度来抑制振动传递的方法。
主动隔振系统主要由传感器、控制器和作动器组成。
传感器用于检测振动信号，控制器根据传感器反馈的信号，利用预设的算法进行实时计算和分析，输出控制信号给作动器，作动器根据控制信号调节隔振系统的刚度和阻尼，从而实现对设备的主动减震和稳定。
三、实验设备1. ZJY-601A型振动教学试验仪2. 计算机3. 空气阻尼器四、实验步骤1. 安装振动教学试验仪，调整其振动频率和振幅。
2. 将传感器安装在试验仪上，连接计算机和传感器，确保数据采集和传输正常。
3. 启动振动教学试验仪，使系统产生振动。
4. 观察传感器采集到的振动信号，并记录相关数据。
5. 利用计算机对传感器采集到的振动信号进行处理，分析振动特性。
6. 根据分析结果，设置控制器参数，调节作动器，进行主动隔振实验。
7. 观察和记录主动隔振实验过程中的振动信号，分析隔振效果。
8. 比较主动隔振前后振动信号的差异，评估主动隔振系统的性能。
五、实验结果与分析1. 振动教学试验仪产生的振动信号经过传感器采集后，计算机实时显示振动波形，如图1所示。
图1 振动信号波形2. 经过分析，振动信号的频率为f1，振幅为A1。
3. 在未进行主动隔振实验前，振动信号经过处理后的频率为f2，振幅为A2。
4. 进行主动隔振实验后，振动信号的频率为f3，振幅为A3。
5. 比较主动隔振前后振动信号的频率和振幅，分析主动隔振系统的性能。
（1）频率变化：主动隔振前后，振动信号的频率变化不大，说明主动隔振系统对振动频率的抑制效果不明显。
（2）振幅变化：主动隔振后，振动信号的振幅明显减小，说明主动隔振系统对振动的抑制效果较好。
六、结论1. 通过主动隔振实验，掌握了主动隔振的基本原理和操作方法。
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)。
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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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专业班级：
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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
表 1
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
表 2
（注：本表一定要包含1λ=的两个点）
2）根据表2绘制λη-p 曲线和λε-p 曲线（要求用坐标纸绘制）。