泰棱環(huán)保-隔振設計與實施基本方法

1、隔振設計與實施基本方法在振動控制技術中，隔振是目前振動控制工程上應用最為廣泛和有效的措施。利用隔振器以降低因機 器本身的擾力作用引起的機器支承結構或地基的振動，稱為積極隔振；為減少精密儀器和設備或其他隔振 體在外部振源的作用下的振動，稱為消極隔振。本章闡述的有關設計、計算等適合于下列情況：1）積極隔振和消極隔振；2）具有簡諧擾力和沖擊作用的機器；3）具有單自由度和雙自由度的隔振體系。5.1隔振設計資料進行隔振設計時，通常應具務下列資料：1）設備的型號、規(guī)格及輪廊尺寸圖等；2）設備的質心位置、質量和質量慣性矩；3）設備底座外廊圖、附屬設備、管道位置和坑、溝、孔間尺寸、灌漿層厚度、地腳螺栓和預埋件

2、的位置等;4）與設備和其基礎連接的有關管線圖；5）當隔振器支承在樓板或支架上時，需有支承結構的圖紙。若隔振器設置在基礎上時，則需有地質資料、 地基動力參數(shù)和相鄰基礎的有關資料。6）動力設備為周期性擾力時，需有工作頻率及設備啟動和停止時頻率增減情況的資料，若為沖擊擾力時， 需有沖擊擾力的作用時間和兩次沖擊的間隔時間。對消極隔振，要知設備支承處的擾力頻譜。7）對積極隔振，要知動力設備正常運轉時所產(chǎn)生的擾力（矩）的大小及其作用的位置，若無擾力和擾力矩 資料，則必須具有機器運動部件的質量、幾何尺寸、傳動方式及機器轉動部分的質量偏心距，活塞沖程等 資料。8）動力設備、儀表等容許振動值，支承結構或地基的容

3、許振動值，必要時還應具有附近建筑物和精密儀表 或精密加工工藝容許振動資料。9）所選用或設計的隔振器的特性（如承載力、壓縮極限、剛度和阻尼比等）以及使用的環(huán)境條件。10）隔振器所處位置的空間大小、最低和最高溫度及酸堿、油等侵蝕介質發(fā)生的可能性。5.2.1隔振方式與設計原則隔振器可直接設置在機器機座下，也要以設置在機座剛性連接的基礎下面，通常稱與機座剛性連接的 基礎為隔振臺座或剛性臺座。剛性臺座從材料角度可分為兩類：一類是由槽鋼角碼等焊接而成；另一類是 由鋼筋混凝土澆鑄而成。在下列情況下，應設置剛性臺座。1）機器機座的剛度不足；2）直接在機座下設置隔振器有困難；3）為了減少被隔振對象的振動，需要增

4、加隔振體系的質量慣性矩；4）被隔振對象是由幾部分或幾個單獨的機器組成。5.2.2隔振方式的選擇隔振方式通常分為支承式、懸掛式和懸掛支承式。1）支承式，隔振器設置在被隔振設備機座或剛性臺座下。2）懸掛式，被隔振設備安裝在兩端為較的剛性吊桿懸掛臺座上或直接將隔振設備的底座掛在剛性吊桿上， 懸掛式可用于隔離水平方向振動。5.2.3在考慮隔振方式時，同時應考慮下列要求1）應便于隔振器的安裝、觀察、維修以及更換所需要的空間。2）有利于生產(chǎn)和操作。3）應盡可能縮短隔振體系的重心與擾力作用線之間的距離。4）隔振器在平面上的布置，應力求使其剛度中心與隔振體系（包括隔振對象及剛性臺座）的重心，在同一垂直線上。對

5、于積極隔振,當難于滿足上述要求時， 則剛度中心與重心的水平距離不應大于所在邊長的5%,此時垂直向振幅的計算可不考慮回轉的影響。對消極隔振，應使隔振體系的重心與剛度中心重合。5）對于附帶有各種管道系統(tǒng)的機組設備，除機組設備本身要采用隔振器外，管道和機組設備之間應加柔性 接頭；管道與天花板、墻體等建筑構件連接處均應安裝彈性接件（如彈性吊架或彈性托架），必要時，導 電電線也應采用多股軟線或其他措施。6）隔振體系的固有圓頻率 00應低于干擾圓頻率 8，至少應滿足8 /00> 1.41。一般情況下，0/00比值在2.54.5范圍內選取。當振源為矩形或三角形脈沖時，脈沖作用時間t0與隔振體系固有周期

6、 t之比，應分別符合t0/t <0.1或0.2。7）有下列情況之一時，隔振體系應具有足夠的阻尼：在開機和停機的過程中，擾頻經(jīng)過共振區(qū)時，需避免出現(xiàn)過大振動位移，一般阻尼比取0.060.10;對沖擊振動，阻尼比宜在 0.150.30范圍內選擇，一般取 0.25左右；消極隔振的臺座因操作原因產(chǎn)生振動時，應有阻尼，以使其迅速平穩(wěn)，一般阻尼比宜在0.060.15范圍內選取。5.3隔振參數(shù)選用的步聚隔振的基本參數(shù)是隔振體系的質量m和質量慣性矩j ,隔振器的剛度k和阻尼比巴，隔振體系的傳遞率和被隔振體的容許振動線位移（或容許振動速度）。在正式詳細地進行隔振計算之前，隔振體系基本參 數(shù)的選擇，可假定隔

7、振體系為單自由度體系（對一般簡單的隔振工程，如剛性臺座制作合適，隔振器布置 合理，也可視為單自由度體系），按下列步驟進行：1）根據(jù)實際工程需要，確定振動傳遞n ,則隔振效率p為12）由傳遞率u求出隔振體系的固有頻率 切（rad/s）。3）根據(jù)實際結構情況，假定隔振體系總參振質量 m （包括機組及臺座等）4）按下列公式計算隔振體系的總剛度 k2k = m0式中k-隔振體系總剛度（kn/m）m-隔振體系總質量（t）5）按下式計算隔振器數(shù)量 nkn <ki式中 k一所選用的單個隔振器的剛度（kn）6）按下式核算隔振器的總承載能力npi _w 15 pdw = mg式中pi 一單個隔振器容許承載

8、力（kn）;w 一隔振體系總重量（kn）m 一隔振體系總質量（t）一 .，、，2g一重力加速度（9.81 m/s ）pd 一作用在隔振器上的干擾力（kn）7）根據(jù)隔振器的布置情況，按本篇等有關公式，試算隔振體系上要求振動控制點的最大振動線位移amax （或最大振動線速度等），使之滿足或中a 1容許振動線位移。8）調整參振總質量 m、總剛度k等，最終滿足傳遞率 口和控制點的最大線位移。9）阻尼比的選擇積極隔振體系所需的阻尼比巴，可根據(jù)機器轉速的增減速度8和通過共振區(qū)時隔振體系的容許的最大振動位移 av （或aqv）與當量靜位移 a&或（a）的比值，按圖8.5-4的曲線確定:£一

9、機器在單位時間內增減的轉速（hz/s）；fg、f0q一隔振體系沿和繞 v軸向（v分別為x、v、z）的固有頻率（hz）;a、ap一機器在開車和停車通過共振區(qū)時，隔振體系沿和繞v軸向的最大振動線位移（m）;ag、a部一分別為隔振彳系沿和繞 v軸向的當量靜線位移（m）、角位移（rad）;a _ pev a . _ m vav-kv； a v- kvkv、kq一隔振器沿和繞v軸向總的剛度（kn/m、kn.m）pv、m一作用在隔振體系重心 ck處，沿和繞v軸向的干擾力（kn）、干擾力矩（kn.m）.對受脈沖擾力作用產(chǎn)生的振動位移av （或a）要求在時間t衰減為a電（或a桃）的隔振體系，其阻尼比值可按下列

10、公式計算：1 . av -1 a vj =in或- = in,0vtamv'0 vta0 .v5.4隔振體系的固有頻率隔振體系動力計算是比較復雜的，在保證一定的計算精度下，需要作出某些計算簡化，如對支承式隔 振體系，計算簡圖如圖 8.5-5所示。在計算中假定： 1）支承隔振體系的支承剛度為無限大：圖計算簡圖2）隔振器只考慮剛度和阻尼，剛度為常量，不考慮質量;3）臺座和設備只計質量，不計彈性；4）臺座和設備的總質心和剛度中心在同鉛垂線上。在上述四個假定基礎之上，隔振體系為六個自由度，即現(xiàn)0x、0y、0z坐標軸的線位移 x(t)、y(t)、 z以及繞此坐標軸轉動的角位移中x (t)、平y(tǒng)(

11、t)、5z(t)。這樣，根據(jù)達朗貝爾原理，即可建立如下六個平mi u)+ cz (t) +(.<)" pe(t) c&s-9)(8.570)ftlr (，)十£“口 ")一&w；(力十 丸卜一'%=p*) j沖:+q%一 加西電-金卜-%#;( ” h 公卜為叫(“聞，(83t1)ffly(x) + evu)-與卜。)-加叱 c) =pv(0/產(chǎn):+ c包一向g%"。-' 由-%中；(。% -力上 f 川兒=m/f)(85-12)式中 工附振器剛度中心至體系質量中心的垂直距離(mle 一設得和白座總質量*aa一隔振器

12、在鼻、，和二方向的線剛 度(ln，m；1、%人二一罪振器繞苴、y和工軸轉動的用剛度(kn mh剛體對于0#、oy和。工軸的質量慣性短dm1)：璃振器各向配尼系數(shù)(kn-s/ni)；pjfh pjr)、pa>工、y、z方向的干擾衡方程:力 iknl5.4.1耦合情況在隔振設計時，通過科學的臺座設計和合理的隔振器布置，盡可能使隔振體系所有的振型均為單自由度的獨立振型。如有困難，可考慮耦合振型，但不宜超過兩個自由度。各種隔振方式與其振型與耦合情況如下：(1)支承式當隔振體系的重心 cg與隔振體系的剛度中心在同一垂直軸線上，但不在同一水平軸線上時(圖8.5-1a),z和中z軸向為獨立振型，x與9

13、x軸耦合(是指x的方向擾力的振動與 中x擾力之間存在較高的相關性)y和與邛y軸向相耦合。當重心與剛度中心重合于一點時，(8.5-1b) , x、y、z、x、y和中z所有軸向均為獨立振型。b)(2)剛性吊桿懸掛式當?shù)鯒U的平面位置在半徑為 r圓周上時，x、y、和邛z軸向為獨立振型，其余軸向均受約束；當?shù)鯒U與隔振器的平面位置在半徑 r的圓周上時，z和平z軸向為獨立振型，x與9x軸相耦合，y與9 y 軸向相耦合，中z軸向受約束。圖8.5-2懸ft式隔振方式5.4.2獨立振型時的固有頻率1、獨立振型時的固有頻率隔振體系沿v軸向（v分別為x、y、z）自由振動時的無阻尼固有圓頻率o0v（1/s）和自振周期

14、工（s） 575)(8.5-16)區(qū)中 人隔振體系的質量（t）f統(tǒng)u軸向的質量慣性矩陶振祭沿和繞u軸向總的剛 度 ckn/nu kn * in）中對于支承式剛度口j按卜列公式計算（圖 8.5-1）(8.5-17)(8.5-18)(8.5-19)nn勺 x =£3«2 + £馬力（8.5-20）minn勺一£5£勺宕（8.5-21）av女而=£4y： + £與/：（8.5-22） i/-i對于剛性吊桿懸持式,當?shù)鯒U的平面位置按圖形掙列時.可按下列公式計算（圖8.5-2）(8.5-23)w a?=2<8.5-24）對于剛性

15、吊桿懸掛與隔振器支承組合式，對于剛性吊桿懸持式.當?shù)鯒U的平面位置按圖形排列時,可按下列公式計算& b w,wr2(圖 8.5-2)(8.5-23)(8.5-24)l對于剛性吊桿懸掛與隔振器支承組合式, 可按卜列公式計算(83-25)wr2"l(85-26)第i個隔振器沿心 軸向的剛度（kn/m，司、賓、2, 一一第i個隔振器以隔振體 系的重心g為坐標繪 點的坐標值（e:w-怖振體系作用在吊桿上總的重量（kn）；l一吊桿的長度（m）r 一吊桿位置按圓形排列時圓的半徑n 一隔振器的個數(shù)。2、雙自由度耦合振型時的固有圓頻率對式（8.5-9） 式（8.5-12）,忽略阻尼，即 c -

16、0,令式中對式(8.5-9) 式(8.572),忽略阻尼， 即 c>0) 令式中 p4(f) = pv (z) - p. (r) -0, m, «);m,(t) = m (f) =0,則上述方程式 變?yōu)椋簃z* (l) + jfc.z (r)=0(8,5-27),&= 0(85-28)mx cr) + i,r，尿(，)+4.樞。)一餐/斗一卜勺卜學<f)& =0；(8.5-29)my*(f) + ±(y 1)一%9*(上)=0/?：(，)+ %"，)-”，)一* y-% =0 /j(8,5-30)由式(8.5-27)式(8.5-30)可

17、以求得體系的六個固有頻率，即垂直振動自振圓頻率6z和扭轉振動自振圓頻率 kqz；沿x方向振動的第一和第二自振圓頻率eo1x和切2x;沿y方向振動的第一和第二自振圓頻率61y和切2y,0； =kz-(8.5-31)2lx2一22 '2x1 +泣2i ®x22 'x2 k z=(8.5-32)jz(8.5-33)(8.5-34)m(8.5-35)(8.5-35)ax和ay為隔振器彈性反作用力在 x和y軸上的坐標。物體通過其質心軸的質量慣性矩j可按表8.5-1計算，對于不通過質心的任一軸的質量慣性矩2.j' = j+m“，ho為任一軸至通過質心軸的距離。,一 2 一

18、/與mh0 /j的關系可由曲線圖，8.5-6查得。式8.5-32和式8.5-33計算較簡單，也可由質量和剛度圖8.5-7查出固有頻率fx表8.57幾何體質,慢性矩（續(xù)）joflooyhioo2修a<7£zew?陋1崎，vqmetfkii/?？趇r，是岸hi勿加homtiran/ai叫1020 m 50100 no 300 500 1000 1000 3000 5000展做zhy)10000 2wxx) 501100 kxrtoosjm-7奉由仲琳固有班率式（丸5-33人 式（8,5-35）以及 式（«.5-34式（8,5'36只是角標不同.我 達式則完全一樣根

19、據(jù)喏，威和& nf從 圖用5-8再得自振圓頓率r和3工.口 1.02.u3 04.05.0 磅圖8 5t 水平同頻率剛度是指材料或結構在受力時抵抗彈性變形的能力。是材料或結構彈性變形難易程度的表征。材料的剛度通常用彈性模量e來衡量。在宏觀彈性范圍內，剛度是零件荷載與位移成正比的 比例系數(shù)，即引起單位位移所需的力。它的倒數(shù)稱為柔度，即單位力引起的位 移。剛度可分為 靜剛度和動剛度。靜載荷下抵抗變形的能力稱為靜剛度。動載荷下抵抗變形的能力稱為動剛度，即引起單位振幅所需的動態(tài)力。如果干擾力變化很慢（即干擾力的頻率遠小于結構的固有頻率）， 動剛度與靜剛度基本相同。干擾力變化極快（即干擾力的頻率遠大于結構的固有頻率時）， 結構變形比較小，即動剛度比較大。當干擾力的頻率與結構的固有頻率相近時，有共振現(xiàn)象，此時動剛度最小，即最易變形，其動變形可達靜載變形的幾倍乃至十幾倍。構件變形常影響構件的工作，例如齒輪軸的過度變形會影響齒輪嚙合狀況，機床變形過大會降低加工精度等。影響剛度的因素是材料的彈性模量和結構形式，改變結構形式對剛度有顯著影響。剛度計算是振動理論和結構穩(wěn)定性分析的基礎。在質量不變的情況下，剛度大則固有頻率高。靜不定結構的應力分布與各部分的剛度比例有關。在 斷裂力學分析中，含裂紋構件的 應力強度因子 可根據(jù)柔度求得