2008年环保工程师专业知识四精选讲义(14)

　　1.6 振动污染防治工程原理

　　复习要求：

　　1、掌握振动隔离的基本方法和提高隔振效率的基本原则。

　　2、了解阻尼减振的基本方法。

　　一、振动隔离的基本原理

　　1、隔振措施分类

　　隔振定义:是指在振动与基础、基础与需要防振的机器设备之间安装具有一定弹性性质的装置，使得振动源与基础之间或设备之间的近刚性连接成为弹性连接，以隔离或减少振动能量的传递，从而达到减振降噪的目的。

　　隔振可以分为两类：一类是积极隔振，另一类是消极隔振。

　　2、隔振原理

　　几个基本术语：

　　(1)激振频率：也称扰力频率，即振源(机器设备等)的激发力频率，单位为赫兹( )，用符号 表示;有时用圆频率表示，符号为 ， 。

　　(2)隔振系统固有频率：隔振器的工作频率，用 或 来表示。 。

　　(3)干扰力：也称扰力，即振源(机器设备等)的激发力。

　　(4)传递力：指扰力在通过隔振系统后传递过去的力。

　　(5)频率比：指干扰力频率和隔振系统固有频率的比值，用 表示， 。

　　(6)阻尼比：即阻尼系数之比，用 表示， 。其中 为阻尼器的阻尼系数; 为隔振系统的临界阻尼系数，即外力停止作用后，使系统不能产生振动的最小阻尼系数。

　　系统隔振的基本原理：

　　振动系统的类型按运动自由度划分有单自由度振动和多自由度振动两类;按照有无阻尼可划分为有阻尼振动和无阻尼振动两类;按有无外力的作用可划分为受迫振动和自由振动两类。从隔振角度出发，其隔振的基本原理有其共性。单自由度振动系统是最简单的振动系统，但它却包含了振动及其控制原理及其多数实践中的常见内容。因此，这里以单自由度振动系统为例，简单地说明隔振设计的基本原理。

　　单自由度系统模型，它由质量为 的质量块和弹性系数为 的弹簧组成。系统受到的干扰力为 ，传递力为 ，则此隔振系统的固有频率为：

　　当不考虑系统的阻尼时，系统的运动方程式为： ，其稳态解为： 令 ，则通过隔振系统传递给地基的干扰力为： 定义主动隔振的传递比T为传递基础的力幅 与扰力力幅 之比： 由上式可以发现：当 时，即 时，隔振系统的振动传递比在理论上为无穷大，此时非但不能隔振反而使振动加剧，这显然不是设计者所期望的。

　　当隔振系统存在阻尼时，通常不会出现这种情形。在考虑系统阻尼时，隔振系统的运动方程为：

　　引入临界系数 和阻尼比 ，则方程的解为：

　　式中 ，是传递干扰外力的相位差。有阻尼时，阻尼元件也会传递振动，传递力为 ，通过隔振系统传递的干扰力为 。在稳态下有：

　　传递干扰力的幅度为： 振动传递比为： 与无阻尼时振动传递比公式比较可发现，有阻尼时，系统即使出现 的状态，隔振系统的振动传递比将不再为无穷大，此时的传递比由阻尼的大小决定。

　　3、隔振效果的评价、提高隔振效率的原则

　　(1)振动传递比T

　　振动传递比T的概念为通过隔振元件的力与扰动力的比值(主动隔振)，或被隔振设备的位移与扰动源位移的比(被动隔振)。 振动传递比T与隔振效果之间关系的简要分析：

　　①若 ，表明干扰全部被传递，无隔振效果，在地基与设备之间未采取任何隔振措施时就是指这类情形。

　　②若 ，表明振动被部分传递，有隔振效果。T值越小说明通过隔振元件传递的振动越小，隔振效果越好。

　　③ ，表明隔振系统设计失败，振动被放大。

　　(2)隔振效率 采取隔振措施后，隔振效果一般用扰力幅值与隔振后传动力幅值之差同扰动力幅值之比的百分数来衡量，也就是有百分比为多少的振动量被隔离，称为隔振效率。

　　振动传递比T与频率比 的关系主要表现为：

　　①为 远小于1，即 ，说明干扰力可以通过隔振装置全部传递至基础，装置未起到隔振作用。

　　②当 时，此时T>1，这说明隔振措施极不合理，不仅不起隔振作用，反而放大了振动的干扰，甚至发生共振。

　　③当 时，干扰力的频率大于隔振系统固有频率的 倍，T<1，干扰力部分通过隔振装置，隔振系统起到隔振效果，一般地 越大，T越小，隔振效果越好。

　　振动传递比T 与阻尼比 的关系主要表现为：

　　①当 时，即隔振系统不起隔振作用甚至发生共振的区域， 值越大，T值越小，这说明在这段区域增大阻尼对控制振动是有利的，特别是在控制系统共振放大方面，这种作用更为显著。

　　②当 时，即隔振系统起隔振作用的区域， 值越小，T值越小，说明在这段区间阻尼越小对控制振动越有利，工程上 值一般选在0.02-0.2之间。

　　③当无阻尼时，T的最大值出现在频率比为1处;当有阻尼时，最大的T值出现在 小于1的区域。

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