振動(dòng)知識(shí)介紹

1、振動(dòng)知識(shí)介紹目錄v振動(dòng)基礎(chǔ)v振動(dòng)的危害 v振動(dòng)問題的解決振動(dòng)基礎(chǔ)v機(jī)械振動(dòng)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(yùn)動(dòng)。它廣泛存在于自然界和工程界。v按照振動(dòng)系統(tǒng)中是否存在阻尼作用，振動(dòng)分無阻尼振動(dòng)和阻尼振動(dòng)；按照對(duì)系統(tǒng)所施加作用力的形式，振動(dòng)又可分為自由振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)。 無阻尼無阻尼自由振動(dòng)自由振動(dòng)v自由振動(dòng)是一種假定僅在振動(dòng)初始時(shí)刻有外力作用的振動(dòng)。 典型的模型如下:根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程得:022 kxdtxdm無阻尼無阻尼自由振動(dòng)自由振動(dòng)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(dòng)的振幅和能量不隨時(shí)間的推移而

2、變化，因而其以固有頻率為振動(dòng)頻率的簡諧振動(dòng)會(huì)一直持續(xù)下去。)sin(tAxnmkn無阻尼無阻尼強(qiáng)迫振動(dòng) v強(qiáng)迫振動(dòng)是系統(tǒng)在外部交變力作用下所作的振動(dòng)。 典型的模型如下：根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程得：無阻尼無阻尼強(qiáng)迫振動(dòng)求解得：定義振幅放大系數(shù) = 當(dāng)n時(shí)為無窮大；當(dāng)/n 時(shí)比1大；而當(dāng)/n 時(shí)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(dòng)v無阻尼振動(dòng)的情況只是一種理想情況，而在實(shí)際上，阻尼總是無法避免的，振動(dòng)物體最初獲得的能量，在振動(dòng)過程中會(huì)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(dòng)叫阻尼振動(dòng)。 典型的有阻尼自由振動(dòng)模型如下：阻尼自由振動(dòng)v運(yùn)動(dòng)方程式為：v解之：簡寫為： 022kxdtdxcdtxdm)1sin(20texxntn)sin()(ttAx阻尼自由振動(dòng)v與無阻尼時(shí)的自由振動(dòng)方程的解相比，不但振動(dòng)的振幅逐漸衰減，振動(dòng)的頻率也降低了。而且系統(tǒng)振動(dòng)的能量是按指數(shù)規(guī)律衰減的。 有阻尼強(qiáng)迫振動(dòng)v典型的有阻尼強(qiáng)迫振動(dòng)模型如下：運(yùn)動(dòng)方程如下：tFkxdtdxcdtxdmsin022有阻尼強(qiáng)迫振動(dòng)解之得：質(zhì)量塊位移全景圖如下：有阻尼強(qiáng)迫振動(dòng)有阻尼強(qiáng)迫振動(dòng)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(dòng)疊加而成的復(fù)雜振動(dòng)，即阻尼自由振動(dòng)和無阻尼強(qiáng)迫振動(dòng)的疊加

4、。振動(dòng)的度量振動(dòng)的度量振動(dòng)級(jí)振動(dòng)級(jí) v物理上振動(dòng)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(dòng)加速度的范圍約lGal（伽，0.01m/s2）到1000Gal（10m/s2）。但對(duì)于有公害振動(dòng)，通常采用加速度來度量，振動(dòng)的加速度度量與噪聲的聲壓級(jí)一樣，是用dB表示的，叫振動(dòng)加速度級(jí) 振動(dòng)的危害振動(dòng)的危害v振動(dòng)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(dòng)本身也具有很大的危害。如人長期處于強(qiáng)的振動(dòng)下，會(huì)造成機(jī)體的損傷，引起各種病癥，而且振動(dòng)還會(huì)損壞機(jī)械設(shè)備和建筑結(jié)構(gòu)，甚至導(dǎo)致機(jī)體破裂、建筑結(jié)構(gòu)倒塌等。v根據(jù)振動(dòng)作用于人體的部位，一般分為全身振動(dòng)和局部振動(dòng)。如坐車、乘船可出現(xiàn)暈車、暈船現(xiàn)

5、象，即屬于全身振動(dòng)；由于使用鋸、鑿巖機(jī)、砂輪等振動(dòng)工具而引起的手指麻木、疼痛等癥狀，即屬于局部振動(dòng)，但有時(shí)兩者對(duì)機(jī)體的影響很難 嚴(yán)格區(qū)分。v一般造成公害的振動(dòng)是頻率為190Hz的全身振動(dòng)，多數(shù)振動(dòng)度為6080dB。危害范圍多數(shù)在離振源100m之內(nèi)。振動(dòng)對(duì)人體的影響振動(dòng)對(duì)人體的影響v振動(dòng)對(duì)人體的影響與振動(dòng)的頻率、振幅或加速度、受振動(dòng)作用的時(shí)間以及人的體位等方面的因素有關(guān)。v（1）振動(dòng)的頻率對(duì)人體的影響。人體是一個(gè)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(dòng)的頻率對(duì)人體的主觀影響通常起主導(dǎo)作用。因?yàn)樯眢w各部分器官都有其固有頻率，當(dāng)外來的振動(dòng)頻率與人體上某一部分

6、器官固有頻率一致時(shí)，會(huì)引起那部分器官共振，因而對(duì)那部分器官影響也最大。振動(dòng)對(duì)人體的影響振動(dòng)對(duì)人體的影響v（2）振動(dòng)的振幅或加速度對(duì)人體的影響。振動(dòng)對(duì)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(dòng)頻率較高時(shí)，振幅起主要作用，比如作用于全身的振動(dòng)在頻率為40102Hz時(shí)，一旦振幅達(dá)0.051.3mm，便對(duì)全身起有害作用。高頻振動(dòng)主要對(duì)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(dòng)對(duì)人體的影響振動(dòng)對(duì)人體的影響v(3)振動(dòng)時(shí)間對(duì)人體的影響。在振動(dòng)作用下的時(shí)間越長，對(duì)人體的影響就越大。短期適量的振動(dòng)，不但沒有害處，有時(shí)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(dòng)對(duì)人體的影響振動(dòng)對(duì)人體的影響v（4）振動(dòng)對(duì)不同體位人體的影響。站立時(shí)對(duì)垂直振動(dòng)比較敏感，而臥倒時(shí)對(duì)水平振動(dòng)比較敏感。人的神經(jīng)組織和骨胳都是振動(dòng)的良好傳導(dǎo)體。頭部受振動(dòng)能引起嗜眠。振動(dòng)問題的解決v振動(dòng)不僅影響和危害在振源附近操作的人，而且還會(huì)通過地面?zhèn)鬟f到遠(yuǎn)處，造成對(duì)周圍環(huán)境的干擾，成為一種公害。因此對(duì)于振動(dòng)必須采取有效措施加以防治。首先應(yīng)確認(rèn)有振動(dòng)問題的地點(diǎn)，找出振源，了解產(chǎn)生振動(dòng)的原因，再研究降低振動(dòng)的方法，實(shí)施最有效的措施。v一般而言，解決振動(dòng)問題可從兩方面考慮，一是必須防止振動(dòng)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(jī)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(dòng)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(dòng)能量的傳遞，從而實(shí)現(xiàn)減振降噪的目的。模型如下：根據(jù)動(dòng)力學(xué)原理，運(yùn)動(dòng)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(shí)，系統(tǒng)才起到減振作用。同時(shí)在低頻范圍內(nèi)要想獲得較小的振動(dòng)，系統(tǒng)必須有較大的阻尼比。這是設(shè)計(jì)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(yùn)轉(zhuǎn)

9、設(shè)備動(dòng)力負(fù)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(dòng)，如空氣動(dòng)力機(jī)械的管壁，機(jī)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(yùn)行時(shí)，這些薄板都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，進(jìn)而輻射噪聲，象這類由金屬板結(jié)構(gòu)振動(dòng)引起的噪聲稱之為結(jié)構(gòu)噪聲。對(duì)于這種金屬板輻射噪聲的有效控制方法，一是在設(shè)計(jì)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(dòng)、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(jī)理在于：

10、v（1）減弱了金屬板彎曲振動(dòng)的強(qiáng)度。當(dāng)金屬發(fā)生彎曲振動(dòng)時(shí)，其振動(dòng)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(cuò)動(dòng)。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(dòng)能量變成熱能而耗散掉，從而減弱了薄板的彎曲振動(dòng)。減振減振v（2）縮短了薄板被激振后的振動(dòng)時(shí)間。在金屬薄板受撞擊而輻射噪聲時(shí)（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(dòng)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(dòng)的時(shí)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(shí)間。如果發(fā)聲的時(shí)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(dòng)時(shí)間，從而也就降低了金屬板輻射噪聲的能量，達(dá)到了控制噪聲的目的。 v消除振動(dòng)危害，除了在機(jī)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(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械偏心引起的振動(dòng)，可采取調(diào)整質(zhì)量平衡的方法來消除；對(duì)振動(dòng)機(jī)械設(shè)備，可在其周圍挖掘防振溝防振；對(duì)于機(jī)械設(shè)備在某一頻率上產(chǎn)生的激烈振動(dòng)，可采用動(dòng)力吸振器方法防振等等。 動(dòng)力吸振器動(dòng)力吸振器v對(duì)于機(jī)械設(shè)備被某一固定干擾頻率激發(fā)的振動(dòng)，可通過在機(jī)械設(shè)備上附加一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)的辦法，使干擾頻率激發(fā)的振動(dòng)得以降低，稱為動(dòng)力吸振器 。常見模型如下：動(dòng)力吸振器動(dòng)力吸振器v假設(shè)質(zhì)量為m1的機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的振動(dòng)力為F1 sint，該機(jī)器安裝在剛度為k1的裝置上。為了消除振動(dòng)，在該機(jī)器上附加一個(gè)由質(zhì)量m2和彈性元件k2組成的動(dòng)力吸振器系統(tǒng)，見上圖，并使附加動(dòng)力吸振器的固有頻率與機(jī)械設(shè)備的激振頻率相同。整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程為:動(dòng)力吸振器動(dòng)力吸振器v通解為v整理得：v