振動污染與控制

振動污染與控制第一頁，共七十八頁，2022年，8月28日第一節(jié)概述一振動與振動污染二振動源三振動危害第二頁，共七十八頁，2022年，8月28日一振動與振動污染（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?；蛘呶矬w處于周期性往復(fù)運動的狀態(tài)。第三頁，共七十八頁，2022年，8月28日（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。第四頁，共七十八頁，2022年，8月28日二振動源自然振動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、低頻空氣振動第五頁，共七十八頁，2022年，8月28日自由振動與受迫振動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“外來的周期性力”叫驅(qū)動力(或強迫力)。當(dāng)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。無外力作用下的振動稱為自由振動。第六頁，共七十八頁，2022年，8月28日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。第七頁，共七十八頁，2022年，8月28日三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。第八頁，共七十八頁，2022年，8月28日第二節(jié)振動評價與標準一振動的評價二振動評價標準第九頁，共七十八頁，2022年，8月28日一振動的評價

（一）振動評價指標1、位移、速度和加速度第十頁，共七十八頁，2022年，8月28日震動量的換算，圖3-20第十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日2、振動級1）振動加速度級

加速度有效值，m/s2加速度參考值，m/s2

我國曾經(jīng)取1X10-5m/s2第十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日2)振動級修正的加速度有效值，m/s2.根據(jù)下式計算：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.第十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日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dB33-3-9-15-21-27第十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日例：振動加速度級疊加P119對于多個振動：總加速度有效值的平方=各個振動的平方和第十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日二振動評價標準1、對人的影響感覺閾對人體無影響：0.003g不舒服閾人感到不舒服：0.05g疲勞閾人感到疲勞。危險閾(極限閾)使人產(chǎn)生病變：0.5g第十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日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第十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日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。第十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日2、環(huán)境振動標準國際標準化組織推薦使用ISO/DIS2631-第十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日城市區(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-）第二十頁，共七十八頁，2022年，8月28日第三節(jié)振動基礎(chǔ)一振動基本物理量二簡諧振動系統(tǒng)第二十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日一振動基本物理量質(zhì)點位移、速度和加速度：正弦波：第二十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日二簡諧振動系統(tǒng)（一）自由振動（二）受迫振動第二十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日（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。第二十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日1、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當(dāng)t=0,x=x0時，解為：第二十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日2、有阻尼自由振動現(xiàn)象：振幅隨時間減小原因：阻尼C動力學(xué)分析：阻尼力第二十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日阻尼振動位移時間曲線Cc臨界阻尼ζ阻尼比

第二十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日臨界阻尼任何一個振動系統(tǒng)，當(dāng)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(dāng)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”。第二十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日阻尼比的三種情況(c)臨界阻尼(b)過阻尼

(a)欠阻尼第二十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日（二）受迫振動1、無阻尼受迫振動2、有阻尼受迫振動第三十頁，共七十八頁，2022年，8月28日Fsinωt=shakingforceM=supportedmachinemassX=displacementofsupportedmassK=springconstantofresilientsupportC=viscousdampingcoefficient1、無阻尼受迫振動2、有阻尼受迫振動第三十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日1無阻尼受迫振動方程穩(wěn)態(tài)解:第三十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日第三十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日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:NotethatTR<1onlywhenω/ωn>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傳遞率是一樣的。第三十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日1.0ω/ωn1.0T0ωn=AmplificationIsolation第三十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日2、有阻尼受迫振動

Ifaviscousdamperisplacedinparallelwithaspring,theequationofmotionbecomes第三十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日C/Cciscalledthe"dampingfactor"Cc,the"criticaldampingcoefficient."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。第三十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日Forcetransmissibilityofaspring-mass-dampersystem第三十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日第四節(jié)振動控制技術(shù)振動控制的環(huán)節(jié)(1)確定振源特征與振動特征

(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)振動控制第三十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日主要內(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第四十頁，共七十八頁，2022年，8月28日一振動源控制(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)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。第四十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日空壓機的隔振降噪第四十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日二機械振動控制（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ω/ω0<1自由振幅率急劇減少；ω/ω0＝0.3自由振幅率全部為0.1；ω/ω0＝1自由振幅率為無窮大；ω/ω0>3自由振幅率全部為1；第四十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日(2)利用支承臺架質(zhì)量的減振措施ω/ω0>1m越大，自由振幅率隨ω/ω0增大而減少；ω/ω0<1m越大，自由振幅率隨ω/ω0減小而減少；第四十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日例：質(zhì)量為70kg的機械轉(zhuǎn)速為600rpm，每轉(zhuǎn)一圈在垂直方向產(chǎn)生60N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1/3的激振力，在無阻尼情況下試求

(1)系統(tǒng)的固有頻率；

(2)將機械的許可位移控制在0.2mm的水泥臺質(zhì)量；

(3)水泥臺下敷設(shè)的彈性材料的總勁度系數(shù)。第四十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日

(3)利用動力吸振的減振措施

機械質(zhì)量M的位移振幅x01為：第四十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日吸振器質(zhì)量m的位移振幅x02為：ω≈ω1≈ω2

時x01趨近于0第四十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日三彈性減振(1)彈性減振方法積極(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。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。第四十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日

(2)彈性減振原理

振動傳遞系數(shù)τ＝Fτ/F0f<<f0,τ接近于1，無減振效果。f＝f0,產(chǎn)生共振。f>>f0,τ<1，減振效果好。忽視阻尼時,τ<1時：第四十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日例：質(zhì)量1700kg轉(zhuǎn)速1200rpm的空氣壓縮機，每轉(zhuǎn)在垂直方向產(chǎn)生1％的激振力。為防振在6個點設(shè)置彈性支承，欲設(shè)計頻率比f/f0為3，試確定以下參數(shù)：(1)每一彈性材料的負荷(W);(2)固有頻率(f0)(3)勁度系數(shù)(k)(4)振動傳遞系數(shù)(τ)第五十頁，共七十八頁，2022年，8月28日四阻尼減振在設(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。第五十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日自由阻尼層：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。第五十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日五沖擊減振積極沖擊隔離是隔離鍛壓機、沖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。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。第五十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日

六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。第五十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日

七振動衰減

r0和r處兩地間的振動距離衰減：例：規(guī)定工廠的振動級為60dB，調(diào)查結(jié)果表明，地基的勁度系數(shù)k＝0.3。若在距某機械5m處測得的振動級75dB，該機械至少應(yīng)設(shè)置在距廠界多遠處？第五十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日第五節(jié)減振材料與裝置應(yīng)用1減振材料(1)橡膠橡膠隔振墊主要有肋狀墊、鏤孔墊、釘子墊及WJ型橡膠墊。橡膠隔振墊的剛度由橡膠的彈性模量和幾何形狀決定。第五十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日(2)軟木

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。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。第五十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日（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。第五十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日2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。第五十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日阻尼特性阻尼層的特性用材料的損耗因子β來衡量；

β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。第六十頁，共七十八頁，2022年，8月28日

3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、性能穩(wěn)定。結(jié)實耐用、尺寸小、耐高溫、腐蝕。阻尼低，易于傳遞高頻振動。第六十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日良好的阻尼特性，不致造成過大振動。固有頻率低，隔振緩沖和隔聲性能好可設(shè)計成不同形狀，適用工程實際需要。(2)橡膠隔振器第六十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日Isolators:第六十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日第六十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日第六十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日第六十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日第六十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日(3)空氣彈簧原理：負荷振動時，空氣在空氣室和貯氣室流動，可通過閥門調(diào)節(jié)壓力，橡膠空腔內(nèi)沖入帶壓氣體使隔振器具有一定