振動污染與控制

1、振動污染與控制振動污染與控制第一節(jié)第一節(jié) 概述概述一 振動與振動污染二 振動源三 振動危害一一 振動與振動污染振動與振動污染（一）振動 任何物理量，圍繞一定的平衡值作周期變化，稱為該物理量的振動。 或者物體處于周期性往復(fù)運動的狀態(tài)。（二）振動污染（二）振動污染 振動超過一定界限，從而對人體健康產(chǎn)生不利影響。 對機器，設(shè)備，儀表也是會產(chǎn)生損害。 同噪聲一樣，對人來說，主觀性較強。二二 振動源振動源l自然振動l人為振動 主要包括工廠振動源、工程振動源、道路交通振動源、低頻空氣振動自由振動與受迫振動自由振動與受迫振動l受迫振動也稱強迫振動在外來周期性力的持續(xù)作用下，振動系統(tǒng)發(fā)生的振動稱為受迫振動這個

2、“外來的周期性力”叫驅(qū)動力(或強迫力)。 l當周期性驅(qū)動力的頻率和物體的固有頻率相等時振幅達到最大,即共振。l無外力作用下的振動稱為自由振動。積極隔振與消極隔振積極隔振與消極隔振積極隔振:目的在于隔離或減小機械設(shè)備本身振動通過基礎(chǔ)向環(huán)境的傳遞，隔振對象為設(shè)備本身。消極隔振：防止周圍的環(huán)境振動通過支座、基礎(chǔ)傳到需要保護的機器，儀表，設(shè)備等。三三 振動危害振動危害 同噪聲振動危害，主要包括： 振動對生理的影響、振動對心理的影響、對工作的影響、對構(gòu)筑物的影響。第二節(jié)第二節(jié) 振動評價與標準振動評價與標準l一 振動的評價l二 振動評價標準一一 振動的評價振動的評價（一）振動評價指標1、位移、速度和加速度

3、txxsin0txdtdxcos0txdtxdsin0222l震動量的換算，圖3-202、振動級、振動級1）振動加速度級 refeaaaLlg20加速度有效值，m/s2加速度參考值，m/s2 earefa我國曾經(jīng)取1X10-5 m/s22)振動級refeaaaLlg20ea修正的加速度有效值，m/s2. 根據(jù)下式計算：fefacfeeaa102fcfea修正值，m/s2. 根據(jù)下表確定頻率為f的加速度有效值，m/s2. 垂直振動與水平振動修正值垂直振動與水平振動修正值中心頻率 Hz12481631.563垂直方向 dB-6-300-6-12-18水平方向dB33-3-9-15-21-27fef

4、acfeeaa102例：振動加速度級疊加例：振動加速度級疊加lP119l對于多個振動：總加速度有效值的平方=各個振動的平方和二二 振動評價標準振動評價標準1、對人的影響l感覺閾 對人體無影響：0.003gl不舒服閾 人感到不舒服：0.05gl疲勞閾 人感到疲勞。l危險閾(極限閾) 使人產(chǎn)生病變：0.5gl人體不同部位感受不同，對2-12Hz較敏感人體部位頭頸眼球胸腔下腹脊柱手臂下垂手敏感頻率Hz2530-803-63-610-1216-3030-40人體對振動加速度感覺：感覺剛剛感覺到不愉快不可容忍加速度 g=9.8m/s20.003g0.05g0.5g隨著振動加速度的增大，會造成內(nèi)臟、血液位

5、移。如持續(xù)時間在0.1s之內(nèi)，人體直立向上能忍受的加速度為16g，向下運動為10g，橫向運動為40g。超過這些指標，便會造成皮肉青腫、骨折、器官破裂和腦振蕩等。 2、環(huán)境振動標準l國際標準化組織推薦使用 ISO/DIS2631-城市區(qū)域環(huán)境振動標準 （GB10070-88）城市區(qū)域環(huán)境振動測定方法 （GB10071-88）人體全身振動暴露的舒適性降低界限和評價準則 （GB/T13442-92）城市區(qū)域環(huán)境振動標準值 （GB10070-88）請參閱新標準：環(huán)境振動標準 （GB10070-）第三節(jié)第三節(jié) 振動基礎(chǔ)振動基礎(chǔ)一 振動基本物理量二 簡諧振動系統(tǒng)一一 振動基本物理量振動基本物理量質(zhì)點位移、

6、速度和加速度：txxsin0txdtdxcos0txdtxdsin0222正弦波：)sin(0kxtAa二二 簡諧振動系統(tǒng)簡諧振動系統(tǒng)（一）自由振動（二）受迫振動（一）自由振動（一）自由振動1、無阻尼自由振動2、有阻尼自由振動阻尼： 能量隨時間或距離的耗散。是指任何振動系統(tǒng)在振動中，由于外界作用和/或系統(tǒng)本身固有的原因引起的振動幅度逐漸下降的特性，以及此一特性的量化表征。 1、無阻尼自由振動、無阻尼自由振動無外力作用的振動稱為自由振動。無阻尼情況下稱為無阻尼自由振動makx 0dd22 kxtxmtxx00cos當t=0,x=x0 時，解為：mk0002 f2、有阻尼自由振動現(xiàn)象：振幅隨時間減

7、小現(xiàn)象：振幅隨時間減小原因：阻尼原因：阻尼C C動力學(xué)分析：動力學(xué)分析：maCkxv0dddd22kxtxCtxm阻尼力阻尼力vCFr阻尼振動位移時間曲線阻尼振動位移時間曲線tOxAA)0(Tccc /)1sin(e102200txxt022mmkccCc臨界阻尼 阻尼比 臨界阻尼臨界阻尼l任何一個振動系統(tǒng)，當阻尼增加到一定程度時，物體的運動是非周期性的，物體振動連一次都不能完成，只是慢慢地回到平衡位置就停止了。當阻力使振動物體剛能不作周期性振動而又能最快地回到平衡位置的情況，稱為“臨界阻尼” 。otxabc阻尼比的三種情況阻尼比的三種情況 ( (c) )臨界阻尼臨界阻尼1 ( (b) )過阻

8、尼過阻尼 1 ( (a) )欠阻尼欠阻尼10（二）受迫振動（二）受迫振動1、無阻尼受迫振動2、有阻尼受迫振動F s in tF s in tF s in tMxC( a ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r ig id f o u n d a tio n( b ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r e s ilie n t f o u n d a tio n( c ) S y s te m s u p p

9、 o r te d b y is o la tio n s p r in g s a n d v is c o u s d a m p e r o n r ig id f o u n d a tio nKKKKKMMM11222xxFsint=shaking forceM=supported machine massX=displacement of supported massK=spring constant of resilient supportC=viscous damping coefficientF s in tF s in tF s in tMxC( a ) S y s te

10、m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r ig id f o u n d a tio n( b ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r e s ilie n t f o u n d a tio n( c ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s a n d v is c o u s d a m p e r o n r ig id f o u n d a

11、tio nKKKKKMMM11222xx1、無阻尼受迫振動2、有阻尼受迫振動1 1 無阻尼受迫振動sinKXFtMXF s in tF s in tF s in tMxC( a ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r ig id f o u n d a tio n( b ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r e s ilie n t f o u n d a tio n( c ) S y s te m s u

12、 p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s a n d v is c o u s d a m p e r o n r ig id f o u n d a tio nKKKKKMMM11222xx方程穩(wěn)態(tài)解方程穩(wěn)態(tài)解 :2( )sinFx ttKM2/sin1 (/)F KtMK2( )sinFx ttKM2/sin1 (/)nF Kt 振動傳遞率是表征隔振效果的物理量，該值越小，通過隔振器傳遞地振動越小，隔振效果越好:21TR1 (/)MnKXF Note that TR 2 振動傳遞率可以用力表示，可以用位移表示（振幅）。 對于自由振動和受迫振動

13、傳遞率是一樣的。21.0/ n1.021TR1(/)n T0n =/KMAmplificationIsolation2、有阻尼受迫振動、有阻尼受迫振動 If a viscous damper is placed in parallel with a spring, the equation of motion becomesF s in tF s in tF s in tMxC( a ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r ig id f o u n d a tio n( b ) S y s te m

14、 s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r e s ilie n t f o u n d a tio n( c ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s a n d v is c o u s d a m p e r o n r ig id f o u n d a tio nKKKKKMMM11222xx sin MXCXKXFt1/2222()()mFXKMC1/2222/12F KMCKK1/2222/12ncnF KCC1/ 22221TR12M

15、ncnKXFCCC/Cc is called the damping factor Cc, the critical damping coefficient. 注意：對于有阻尼自由振動和有阻尼受迫振動傳遞率規(guī)律是一樣的。0.150.050.100.250.3750.51.0Frequency ration,Transmissibility, TR0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.03.02.01.0ccc/n2Force transmissibility of a spring-mass-damper system 第四節(jié)第四節(jié) 振動控制技術(shù)振動控制技術(shù) 振動控制的環(huán)節(jié)(1) 確定振源特

16、征與振動特征 (2) 確定振動控制水平(3) 確定振動控制方法(4) 進行分析和設(shè)計(5) 實現(xiàn)振動控制主要內(nèi)容主要內(nèi)容一 振動源控制二 機械振動控制三 彈性減振四 阻尼減振五 沖擊減振六 傳播途徑的減振對策七 振動衰減一 振動源控制(1) (1) 改進振動設(shè)備的設(shè)計，提高制造加工的精度，使其振動減小。(2) (2) 盡可能調(diào)好振動設(shè)備的動、靜平衡，提高制 造質(zhì)量，嚴格控制安裝間隙，減少其離心、 偏心慣性力的產(chǎn)生。 空壓機的隔振降噪空壓機的隔振降噪二二 機械振動控制機械振動控制（1）降低機械的振動加速度減少自由振幅倍率，可降低機械的振動加速度/0 3 自由振幅率全部為1；(2) 利用支承臺架質(zhì)

17、量的減振措施利用支承臺架質(zhì)量的減振措施l/ /0 01 m1 m越大，自由振幅率隨/ /0 0增大而減少；l/ /0 01 m1 m越大，自由振幅率隨/ /0 0減小而減少；例：質(zhì)量為70kg70kg的機械轉(zhuǎn)速為600rpm600rpm，每轉(zhuǎn)一圈在垂直方向產(chǎn)生60N60N的激振力。該機械固定在水泥上，欲通過架臺下的彈性支撐傳遞1/31/3的激振力，在無阻尼情況下試求 (1) (1) 系統(tǒng)的固有頻率； (2) (2) 將機械的許可位移控制在0.2mm0.2mm的水泥臺質(zhì)量； (3) (3) 水泥臺下敷設(shè)的彈性材料的總勁度系數(shù)。(3) 利用動力吸振的減振措施利用動力吸振的減振措施機械質(zhì)量M M的位

18、移振幅x x0101為：吸振器質(zhì)量m的位移振幅x02為：12 時x01趨近于0三三 彈性減振彈性減振(1) (1) 彈性減振方法l積極( (主動) )隔振：在機器與基礎(chǔ)之間安裝彈性支承即隔振器，減少機器振動激振力向基礎(chǔ)的傳遞量，迫使機器的振動得以有效隔離的方法。 l消極( (被動) )隔振：在儀器設(shè)備與基礎(chǔ)之間安裝彈性支承即隔振器，以減少基礎(chǔ)振動對儀器設(shè)備的影響，使儀器設(shè)備能夠正常工作或不受損害。(2) 彈性減振原理彈性減振原理l振動傳遞系數(shù)F F/F/F0 0ffffff0 0, , 11，減振效果好。忽視阻尼時, ,11時：例：質(zhì)量1700kg1700kg轉(zhuǎn)速1200rpm1200rpm的

19、空氣壓縮機，每轉(zhuǎn)在垂直方向產(chǎn)生1 1的激振力。為防振在6 6個點設(shè)置彈性支承，欲設(shè)計頻率比f/ff/f0 0為3 3，試確定以下參數(shù)：(1) (1) 每一彈性材料的負荷(W);(W);(2) (2) 固有頻率(f(f0 0) )(3) (3) 勁度系數(shù)(k)(k)(4) (4) 振動傳遞系數(shù)( () )四四 阻尼減振阻尼減振 在設(shè)備結(jié)構(gòu)或部件表面涂貼阻尼材料達到減振降噪效果的方法。 原理：結(jié)構(gòu)振動時，粘貼在表面的阻尼材料產(chǎn)生拉伸變形，將振動能轉(zhuǎn)化為熱能。自由阻尼層：結(jié)構(gòu)表面直接粘貼阻尼材料。約束阻尼層：在基板表面粘貼阻尼材料后，再貼上約束板。五五 沖擊減振沖擊減振l積極沖擊隔離是隔離鍛壓機、沖

20、床以及其它具有脈沖沖擊力的機械，以減少其對環(huán)境的影響。l消極沖擊隔離是隔離基礎(chǔ)脈沖沖擊，使安裝在基礎(chǔ)上的電子儀器及精密機械設(shè)備能正常工作。六六 傳播途徑的減振對策傳播途徑的減振對策振動隨距離的衰減是振動傳播阻斷措施之一。增大距離，使受影響對象遠離振源。不提倡防振溝。地基的特征振動，即地基經(jīng)常性振動，若以接近這種振動頻率激振，則波動隨距離的衰減不大，會引起振動污染。七七 振動衰減振動衰減r r0 0和r r處兩地間的振動距離衰減：例：規(guī)定工廠的振動級為60dB60dB，調(diào)查結(jié)果表明，地基的勁度系數(shù)k k0.30.3。若在距某機械5m5m處測得的振動級75dB75dB，該機械至少應(yīng)設(shè)置在距廠界多遠

21、處？第五節(jié)第五節(jié) 減振材料與裝置應(yīng)用減振材料與裝置應(yīng)用1 1 減振材料(1) (1) 橡膠橡膠隔振隔主要有要狀隔、墊、隔、墊子隔及 WJWJ型橡膠隔。橡膠隔振隔的剛度由橡膠的彈性模量和幾何形狀決定。NGD PADNGS PADNPS PADNPD PAD(2) 軟木軟木l用天然軟木經(jīng)過高溫、高壓、蒸汽烘干和壓縮制成的板狀或塊狀物。l軟木的優(yōu)點是質(zhì)輕、耐腐蝕、保溫性能好、加工方便等。不適于低頻隔振。 （3）玻璃纖維、毛氈 玻璃纖維材料耐腐蝕、防火、彈性好，其性能不隨溫度而變化，用于機器設(shè)備基礎(chǔ)的隔振。 毛氈價格低廉、安裝方便，可重疊放置，有較好的隔振效果。2 阻尼材料阻尼材料 分類： 彈性阻尼材料：如橡膠、瀝青類； 復(fù)合材料：如壓層材料以及混合材料； 阻尼合金：鐵基、鋁基類； 庫侖磨擦阻尼材料：如不銹鋼絲網(wǎng)等； 其它類：如阻尼陶瓷、玻璃等。阻尼特性阻尼特性 阻尼層的特性用材料的損耗因子來衡量； 越大，材料的阻尼性能越好； 在機器空穴或磚墻的空隙中填充干砂，可以提高結(jié)構(gòu)的損耗因子，增加結(jié)構(gòu)內(nèi)振動噪聲的 減弱。 3 減振裝置減振裝置 隔振器是用于在某一頻率范圍內(nèi)衰減振動傳輸?shù)母綦x器，是用來減弱沖擊、振動傳輸?shù)臉?gòu)件。(1) 鋼彈簧隔振器 較大的靜態(tài)壓縮量較大的承載能力、性