振動知識介紹

1、振動知識介紹目錄v振動基礎(chǔ)v振動的危害 v振動問題的解決振動基礎(chǔ)v機械振動是物體（或物體的一部分）沿直線或曲線并經(jīng)過平衡位置所作的往復(fù)的周期性運動。它廣泛存在于自然界和工程界。v按照振動系統(tǒng)中是否存在阻尼作用，振動分無阻尼振動和阻尼振動；按照對系統(tǒng)所施加作用力的形式，振動又可分為自由振動和強迫振動。 無阻尼無阻尼自由振動自由振動v自由振動是一種假定僅在振動初始時刻有外力作用的振動。 典型的模型如下:根據(jù)運動學(xué)方程得:022 kxdtxdm無阻尼無阻尼自由振動自由振動解之得：式中，n為系統(tǒng)的固有頻率。A和 是由物體初始位移、速度以及固有頻率決定的固定值。 可見自由振動的振幅和能量不隨時間的推移而

2、變化，因而其以固有頻率為振動頻率的簡諧振動會一直持續(xù)下去。)sin(tAxnmkn無阻尼無阻尼強迫振動 v強迫振動是系統(tǒng)在外部交變力作用下所作的振動。 典型的模型如下：根據(jù)運動學(xué)方程得：無阻尼無阻尼強迫振動求解得：定義振幅放大系數(shù) = 當(dāng)n時為無窮大；當(dāng)/n 時比1大；而當(dāng)/n 時比1小。根據(jù)此原理應(yīng)用很多 tFkxdtxdmsin022 20)(1sinntkFx2)(11/nstoxx22有阻尼自由振動v無阻尼振動的情況只是一種理想情況，而在實際上，阻尼總是無法避免的，振動物體最初獲得的能量，在振動過程中會不斷地消耗，振幅也越來越小，直到最后停止。這種由于克服摩擦或其它阻力而使能量和振幅逐

3、漸減少的振動叫阻尼振動。 典型的有阻尼自由振動模型如下：阻尼自由振動v運動方程式為：v解之：簡寫為： 022kxdtdxcdtxdm)1sin(20texxntn)sin()(ttAx阻尼自由振動v與無阻尼時的自由振動方程的解相比，不但振動的振幅逐漸衰減，振動的頻率也降低了。而且系統(tǒng)振動的能量是按指數(shù)規(guī)律衰減的。 有阻尼強迫振動v典型的有阻尼強迫振動模型如下：運動方程如下：tFkxdtdxcdtxdmsin022有阻尼強迫振動解之得：質(zhì)量塊位移全景圖如下：有阻尼強迫振動有阻尼強迫振動v從上圖可以看出，質(zhì)量塊位移曲線是由不同頻率和振幅的振動疊加而成的復(fù)雜振動，即阻尼自由振動和無阻尼強迫振動的疊加

4、。振動的度量振動的度量振動級振動級 v物理上振動的表示方法一般有位移、速度和加速度等，人能感覺到的振動加速度的范圍約lGal（伽，0.01m/s2）到1000Gal（10m/s2）。但對于有公害振動，通常采用加速度來度量，振動的加速度度量與噪聲的聲壓級一樣，是用dB表示的，叫振動加速度級 振動的危害振動的危害v振動是產(chǎn)生噪聲的根源，噪聲的危害已在上節(jié)介紹過，而振動本身也具有很大的危害。如人長期處于強的振動下，會造成機體的損傷，引起各種病癥，而且振動還會損壞機械設(shè)備和建筑結(jié)構(gòu)，甚至導(dǎo)致機體破裂、建筑結(jié)構(gòu)倒塌等。v根據(jù)振動作用于人體的部位，一般分為全身振動和局部振動。如坐車、乘船可出現(xiàn)暈車、暈船現(xiàn)

5、象，即屬于全身振動；由于使用鋸、鑿巖機、砂輪等振動工具而引起的手指麻木、疼痛等癥狀，即屬于局部振動，但有時兩者對機體的影響很難 嚴(yán)格區(qū)分。v一般造成公害的振動是頻率為190Hz的全身振動，多數(shù)振動度為6080dB。危害范圍多數(shù)在離振源100m之內(nèi)。振動對人體的影響振動對人體的影響v振動對人體的影響與振動的頻率、振幅或加速度、受振動作用的時間以及人的體位等方面的因素有關(guān)。v（1）振動的頻率對人體的影響。人體是一個彈性體，骨骼接近一般固體，但比較脆；肌肉比較柔軟。人體有不少的空腔和彈性系統(tǒng)。振動的頻率對人體的主觀影響通常起主導(dǎo)作用。因為身體各部分器官都有其固有頻率，當(dāng)外來的振動頻率與人體上某一部分

6、器官固有頻率一致時，會引起那部分器官共振，因而對那部分器官影響也最大。振動對人體的影響振動對人體的影響v（2）振動的振幅或加速度對人體的影響。振動對人體的影響，常因振幅或加速度的不同而表現(xiàn)出不同的效應(yīng)。當(dāng)振動頻率較高時，振幅起主要作用，比如作用于全身的振動在頻率為40102Hz時，一旦振幅達0.051.3mm，便對全身起有害作用。高頻振動主要對人體各組織的神經(jīng)末稍發(fā)生作用，引起末梢血管痙攣的最低頻率是35Hz。振動對人體的影響振動對人體的影響v(3)振動時間對人體的影響。在振動作用下的時間越長，對人體的影響就越大。短期適量的振動，不但沒有害處，有時還起良好的作用，如電子按摩器等可用來消除身體疲

7、勞，增加肌肉力量，恢復(fù)組織的營養(yǎng)，提高新陳代謝等。 振動對人體的影響振動對人體的影響v（4）振動對不同體位人體的影響。站立時對垂直振動比較敏感，而臥倒時對水平振動比較敏感。人的神經(jīng)組織和骨胳都是振動的良好傳導(dǎo)體。頭部受振動能引起嗜眠。振動問題的解決v振動不僅影響和危害在振源附近操作的人，而且還會通過地面?zhèn)鬟f到遠處，造成對周圍環(huán)境的干擾，成為一種公害。因此對于振動必須采取有效措施加以防治。首先應(yīng)確認(rèn)有振動問題的地點，找出振源，了解產(chǎn)生振動的原因，再研究降低振動的方法，實施最有效的措施。v一般而言，解決振動問題可從兩方面考慮，一是必須防止振動能量在振源和輻射能量的表面之間的傳遞；二是必須分散或減弱

8、機器結(jié)構(gòu)中某處的能量。前者稱隔振，后者稱減振。隔振隔振 v隔振就是將振動源與基礎(chǔ)或其他物體的剛性連接改成彈性連接，以隔絕或減弱振動能量的傳遞，從而實現(xiàn)減振降噪的目的。模型如下：根據(jù)動力學(xué)原理，運動微分方程式為： FF0sint 彈性支承模型隔振隔振此式的穩(wěn)態(tài)解為：傳遞給基礎(chǔ)的力為： 隔振隔振v此減振系統(tǒng)的力的傳遞系數(shù)為：隔振隔振v根據(jù)上式，繪制如下所示圖:隔振隔振v 圖示可得，不論阻尼比多大，只有當(dāng)減振系統(tǒng)固有頻率小于1/2倍激振力固有頻率時，系統(tǒng)才起到減振作用。同時在低頻范圍內(nèi)要想獲得較小的振動，系統(tǒng)必須有較大的阻尼比。這是設(shè)計懸置系統(tǒng)的基本理論依據(jù)！ 隔振隔振v根據(jù)隔振原理，凡是能支承運轉(zhuǎn)

9、設(shè)備動力負載，又有良好彈性的材料或裝置，均可用作隔振材料或隔振元件。工程上常用的隔振材料（或隔振元件）主要有金屬彈簧、橡膠、軟木、毛氈、空氣彈簧、泡沫塑料等 減振減振 v金屬薄板振動，如空氣動力機械的管壁，機器的外殼，車體和船體等一般均由薄金屬板制成，當(dāng)設(shè)備運行時，這些薄板都會產(chǎn)生振動，進而輻射噪聲，象這類由金屬板結(jié)構(gòu)振動引起的噪聲稱之為結(jié)構(gòu)噪聲。對于這種金屬板輻射噪聲的有效控制方法，一是在設(shè)計上，盡量減少其噪聲輻射面積，去掉不必要的金屬板面；二是在金屬結(jié)構(gòu)上涂敷一層阻尼材料，利用阻尼材料抑制結(jié)構(gòu)振動、減少噪聲，這種方法我們稱之為阻尼減振 減振減振v采取阻尼措施之所以能夠降低噪聲，其機理在于：

10、v（1）減弱了金屬板彎曲振動的強度。當(dāng)金屬發(fā)生彎曲振動時，其振動能量迅速傳給緊密涂貼在薄板上的阻尼材料，引起阻尼材料內(nèi)部的摩擦和互相錯動。由于阻尼材料的內(nèi)損耗內(nèi)摩擦大，使相當(dāng)部分的金屬板振動能量變成熱能而耗散掉，從而減弱了薄板的彎曲振動。減振減振v（2）縮短了薄板被激振后的振動時間。在金屬薄板受撞擊而輻射噪聲時（如敲鑼）更為明顯。比如不加阻尼材料的金屬薄板受撞擊后，要振動2s才停止；而涂上阻尼材料的金屬薄板受同樣大小的撞擊力，振動的時間要縮短很多，比如說只有0.1s就停止了。許多心理聲學(xué)專家指出：50ms是聽覺的綜合時間。如果發(fā)聲的時間小于50ms，人耳要感覺這聲音 減振減振v是困難的。金屬薄

11、板上涂貼阻尼材料而縮短了激振后的振動時間，從而也就降低了金屬板輻射噪聲的能量，達到了控制噪聲的目的。 v消除振動危害，除了在機械設(shè)備的基礎(chǔ)上安裝隔振器和在金屬薄板上涂敷阻尼材料以外，還有其它一些方法，如對旋轉(zhuǎn)機械偏心引起的振動，可采取調(diào)整質(zhì)量平衡的方法來消除；對振動機械設(shè)備，可在其周圍挖掘防振溝防振；對于機械設(shè)備在某一頻率上產(chǎn)生的激烈振動，可采用動力吸振器方法防振等等。 動力吸振器動力吸振器v對于機械設(shè)備被某一固定干擾頻率激發(fā)的振動，可通過在機械設(shè)備上附加一個振動系統(tǒng)的辦法，使干擾頻率激發(fā)的振動得以降低，稱為動力吸振器 。常見模型如下：動力吸振器動力吸振器v假設(shè)質(zhì)量為m1的機械設(shè)備產(chǎn)生的振動力為F1 sint，該機器安裝在剛度為k1的裝置上。為了消除振動，在該機器上附加一個由質(zhì)量m2和彈性元件k2組成的動力吸振器系統(tǒng)，見上圖，并使附加動力吸振器的固有頻率與機械設(shè)備的激振頻率相同。整個系統(tǒng)的運動方程為:動力吸振器動力吸振器v通解為v整理得：v