第三章 振动(精品)

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三章 振动污染及其控制,振动危害、评价标准及测量,振动控制的基本方法,隔振技术,阻尼减振,物体的振动除了向周围空气传播的声波外，还通过,其基础或相连的固体结构,传播声波。,机车可通过路基向周围传播；,工人可直接感受到机床振动的影响。,向空气辐射,空气声,通过与其相连的固体结构传播,固体声,物体的振动,控制措施类别,降 噪 原 理,适 用 场 合,减噪效果,吸声减噪,利用吸声材料或结构，降低厂房内反射噪声，如吊挂空间吸声体,车间设备噪声大,4,10dB,隔 声,利用隔声结构，将噪声源和接受点隔开，如隔声罩、隔声间和隔声屏等,车间工人多，噪声设备少，用隔声罩；反之用隔声间；二者均不允许时用隔声屏,10,40dB,消声器,利用阻性、抗性和小孔喷注、多孔扩散等原理，减弱气流噪声,气动设备的空气动力性噪声,15,40dB,隔 振,将振动设备与地面的刚性连接该为弹性接触，隔绝固体声传播,设备振动严重,5,25dB,减 振,利用内摩擦损耗大的材料涂贴在振动表面上，减少金属薄板的弯曲振动,设备外壳、管道等振动噪声严重,5,15dB,一、振动系统的危害、评价标准及测量,1,、振动对机械设备的危害和对环境的污染,（,1,）精密仪器、设备,影响仪器仪表正常运行，影响读数准确性；影响仪表寿命,（,2,）对建筑物,基础、墙壁龟裂、墙皮剥落、石块,滑动、地基变形、下沉,（,3,）环境污染,2,、振动对人体的危害,（,1,）振动传至人体的几种形式,全身振动,指人体直接位于振动物体上时所受到的振动；,局部振动,是指手持振动物体时引起的人体局部振动。,间接振动,：未直接作用于人体，人能通过视觉、听觉等感觉到振动,人体能感觉到的振动,按频率范围分为：,低频振动（,30Hz,以下）、中频振动（,30,100Hz,）和高频振动（,100Hz,以上）,对于人体最有害的振动频率是与人体某些器官固有频率相吻合的频率。,人体在,6,Hz,附近；内脏器官,8,Hz,；头部,25,Hz,；神经中枢,250,Hz,。,（,2,）对操作工人的危害,操作速度下降，生产效率降低，工人感到疲劳；,长期在相当强度下的振动环境中工作，神经系统、消化系统、心血管系统、内分泌系统、呼吸系统等方面造成危害或影响。,（,3,）对居民,：干扰睡眠、休息、读书等日常活动，长期在振动环境中，造成身体健康的危害。,3,、振动的评价标准,局部振动标准：,评价手传振动对人体的损伤,整体振动标准：,人体暴露在振动作业环境中的允许界限,环境振动标准：,城市区域环境振动标准,（我国）,机械设备振动的评价（略）,适用地带范围,昼间,夜间,适用地带范围,昼间,夜间,特殊住宅区,65,62,工业集中区,75,72,居民、文教区,70,67,交通干线道路两侧,75,72,混合区、商业中心区,75,72,铁路干线两侧,80,80,城市各类区域铅垂向,z,振级标准,/dB,特殊住宅区,：需要特别安静的住宅区；,居民、文教区,：纯居民和文教、机关区；,混合区,：一般居民与商业混合区，以及工业、商业、少量交通与居民混合区；,商业中心区,：商业集中的繁华地段；,工业集中区,：城市中明确规划出来的工业区,交通干线道路两侧,：每小时车流量大于,100,辆的道路两侧；,铁路干线两侧,：每日车流量不少于,20,列的铁道外轨,30m,外两侧的住宅区。,振动加速度级（,VAL,）,：,与噪声类似，振动的位移、速度、加速度等也可用分贝数表示它们的相对大小。,式中：,a,指振动加速度有效值，,m/s,2,a,0,指基准加速度，,a,0,=10,-6,m/s,2,几个概念,振动级,(VL),：,按全身振动不同频率计权因子修正后得到的振动加速度级。,z,振级,(VL,z,),：,全身振动,z,计权因子修正后得到的振动加速度级。,4,、振动的测量,（,1,）振动计：测量大型机器的振动或地震（位移仪）,（,2,）加速度计：被测物体的振动加速度,（,3,）利用声级计测量振动：适用于声频范围内的振动测量（改装声级计）,（,1,）控制振源,振动来源：振动源本身的不平衡力引起的对设备的,激励；,改进方法：减少或消除振动源本身的不平衡力。,（,2,）防止共振,共振现象普遍存在，方法：,改变机器的转速或机型来改变振动频率；,将振源安装在非刚性的基础上；,用粘贴弹性高阻尼结构材料增加一些薄壳机体或仪器仪表阻尼,改变设施的结构和总体尺寸,二、振动的控制,（,3,）采用控制技术：隔振技术、阻尼减振,采取隔离措施,隔振,；,用阻尼材料消耗振动的能量从而减弱振动向空间的辐射,阻尼减振,。,三、隔振技术（概念）,1,、隔振原理,定义,：在仪器设备与基础之间插入弹性元件，以减弱振动的传递（在设备下安装隔振元件）。,原理,：把物体和隔振器（主要是弹簧）系统的固有频率设计的比激励频率低得多（至少,3,倍），再在隔振器上垫上橡皮、毛毡等垫子。,（,1,）单向自由振动（简谐振动：质点离开平衡位置的位移随时间的变化规律遵从余弦或正弦的振动）,K,：弹簧的刚度（劲度）系数，,N/m,（,2,）阻尼振动（：振动能量不断被消耗的减幅振动）,Z,m,：力阻抗,摩擦阻尼：机械能,热能,辐射阻尼：机械能,声能,（阻尼系数（,R,m,）、临界阻尼系数（,R,c,），阻尼比（,）,（,3,）强迫振动,力的角频率,与系统固有频率,0,相等,，,Z,m,最小（,Z,m,=R,m,），共振；,力的角频率,远离系统固有频率,0,，,Z,m,较大，共振不明显；,隔振,：,从相反的角度，振源的外力,F,频率固定，振源下装弹簧（隔振），组成的系统的固有频率若设计得与振源外力,F,频率相同则共振，避免。,（,4,）隔振的力传递率,T,A,定义：,通过隔振装置传递到基础上的力,F,f,的幅值与作用于振动系统上的激励力幅值之比。,影响因素：,频率比（,/,0,，,f/f,0,）、阻尼比（,）。,f/f,0,1,，,T,A,近似为,1,，激振力全部传给基础；,f/f,0,=1,，,T,A,1,，,不合理，共振，起反作用；,，,T,A,1,，,隔振（卡车满载与空载问题）；,T,A,与阻尼比的关系（略）,积极隔振,：隔离振动源,(,机器,),的振动向基础的传递；,消极隔振,：隔离基础的振动向仪器设备（甚至是房屋，如消声室）的传递。,2,、积极隔振与消极隔振,3,、隔振元件,隔振器,主要包括金属弹簧、橡胶隔振器、空气弹簧等。,隔振垫,主要有橡胶隔振垫、软木、酚醛树脂玻璃纤维板和毛毡。,橡胶隔振垫,弹簧隔振垫,隔振平台,四、阻尼减振,隔振,：不一定要减弱振动源的振幅，只是把振动加以隔离。,阻尼减振,：在振源上采取措施，直接减弱振动。,区别,1,、原理,阻尼减振定义,：金属薄板本身阻尼很小，而声辐射效率很高，降低振动和噪声，普遍采用的方法是：在金属薄板结构上喷涂或粘贴一层高内阻的粘弹性材料，如沥青、软橡胶或高分子材料。让薄板振动的能量尽可能多地耗散在阻尼层中，这种由于阻尼作用，一部分振动能量转变为热能，而使振动和噪声降低的方法称阻尼减振。,具体原理,：主要是利用材料内损耗的原理。当金属板被涂上阻尼材料而弯曲振动时，阻尼层也随着振动、拉压而交替变化，材料内部分子相互挤压、摩擦、相对的错动和位移，使振动能量转化为热能而散失。,两个概念,损耗因子,：薄板振动时每周期时间内损耗的能量,E,与系统的最大弹性势能,E,P,之比除以,2,大多数材料，,=10,-1,10,-5,金属：,10,-5,10,-4,木材：,10,-2,橡胶：,10,-2,10,-1,弹性模量,E,：理想材料在小形变时应力与相应的应变之比，以单位面积上承受的力表示，,N/m,2,表示固体对弹性形变的抵抗能力（或物体变形难易程度的表征）,2,、阻尼材料,具有很高的损耗因子的材料,具有较好的粘结性能，在强烈振动下不脱落，不老化,在某些特殊环境下可耐高温、高湿、油污,要求,常用,弹性阻尼材料（橡胶类、沥青类和塑料类）,复合材料（层压材料和混合材料）,阻尼合金（铁基、铝基等）,库仑摩擦阻尼材料（不锈钢丝网、钢丝绳等）,其他（阻尼陶瓷、玻璃等）,在振动板件上附加阻尼的常用方法有,自由阻尼层结构,和,约束阻尼层结构,两种。,3,、减振措施,（,1,）自由阻尼层结构：,将一定厚度的阻尼材料粘贴或喷涂在金属板的一面或两面形成自由层结构。,阻尼层随金属板的弯曲产生周期性的压缩与拉伸，损耗能量。,阻尼层厚度为金属板厚度的,2,5,倍。,应用：厚度在,3mm,以下的金属板材。,（,2,）约束阻尼层结构：,是在基板和阻尼材料上再附加一层弹性模量较高的起约束作用的金属板。,当金属板弯曲变形时，原金属层与附加的约束层的弹性模量比阻尼层大得多，这上下两层的相应弯曲基本保持并行，从而使中间的阻尼层产生剪切形变，以消耗振动能量，提高阻尼减振效果。,常选用与基板材料、厚度相同的对称型结构作约束层，或厚度为基板的,2550%,。,