2008年環(huán)保工程師專業(yè)知識四精選講義(14)

　　1.6 振動污染防治工程原理

　　復(fù)習(xí)要求：

　　1、掌握振動隔離的基本方法和提高隔振效率的基本原則。

　　2、了解阻尼減振的基本方法。

　　一、振動隔離的基本原理

　　1、隔振措施分類

　　隔振定義:是指在振動與基礎(chǔ)、基礎(chǔ)與需要防振的機(jī)器設(shè)備之間安裝具有一定彈性性質(zhì)的裝置，使得振動源與基礎(chǔ)之間或設(shè)備之間的近剛性連接成為彈性連接，以隔離或減少振動能量的傳遞，從而達(dá)到減振降噪的目的。

　　隔振可以分為兩類：一類是積極隔振，另一類是消極隔振。

　　2、隔振原理

　　幾個基本術(shù)語：

　　(1)激振頻率：也稱擾力頻率，即振源(機(jī)器設(shè)備等)的激發(fā)力頻率，單位為赫茲( )，用符號 表示;有時(shí)用圓頻率表示，符號為 ， 。

　　(2)隔振系統(tǒng)固有頻率：隔振器的工作頻率，用 或 來表示。 。

　　(3)干擾力：也稱擾力，即振源(機(jī)器設(shè)備等)的激發(fā)力。

　　(4)傳遞力：指擾力在通過隔振系統(tǒng)后傳遞過去的力。

　　(5)頻率比：指干擾力頻率和隔振系統(tǒng)固有頻率的比值，用 表示， 。

　　(6)阻尼比：即阻尼系數(shù)之比，用 表示， 。其中 為阻尼器的阻尼系數(shù); 為隔振系統(tǒng)的臨界阻尼系數(shù)，即外力停止作用后，使系統(tǒng)不能產(chǎn)生振動的最小阻尼系數(shù)。

　　系統(tǒng)隔振的基本原理：

　　振動系統(tǒng)的類型按運(yùn)動自由度劃分有單自由度振動和多自由度振動兩類;按照有無阻尼可劃分為有阻尼振動和無阻尼振動兩類;按有無外力的作用可劃分為受迫振動和自由振動兩類。從隔振角度出發(fā)，其隔振的基本原理有其共性。單自由度振動系統(tǒng)是最簡單的振動系統(tǒng)，但它卻包含了振動及其控制原理及其多數(shù)實(shí)踐中的常見內(nèi)容。因此，這里以單自由度振動系統(tǒng)為例，簡單地說明隔振設(shè)計(jì)的基本原理。

　　單自由度系統(tǒng)模型，它由質(zhì)量為 的質(zhì)量塊和彈性系數(shù)為 的彈簧組成。系統(tǒng)受到的干擾力為 ，傳遞力為 ，則此隔振系統(tǒng)的固有頻率為：

　　當(dāng)不考慮系統(tǒng)的阻尼時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)動方程式為： ，其穩(wěn)態(tài)解為： 令 ，則通過隔振系統(tǒng)傳遞給地基的干擾力為： 定義主動隔振的傳遞比T為傳遞基礎(chǔ)的力幅 與擾力力幅 之比： 由上式可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng) 時(shí)，即 時(shí)，隔振系統(tǒng)的振動傳遞比在理論上為無窮大，此時(shí)非但不能隔振反而使振動加劇，這顯然不是設(shè)計(jì)者所期望的。

　　當(dāng)隔振系統(tǒng)存在阻尼時(shí)，通常不會出現(xiàn)這種情形。在考慮系統(tǒng)阻尼時(shí)，隔振系統(tǒng)的運(yùn)動方程為：

　　引入臨界系數(shù) 和阻尼比 ，則方程的解為：

　　式中 ，是傳遞干擾外力的相位差。有阻尼時(shí)，阻尼元件也會傳遞振動，傳遞力為 ，通過隔振系統(tǒng)傳遞的干擾力為 。在穩(wěn)態(tài)下有：

　　傳遞干擾力的幅度為： 振動傳遞比為： 與無阻尼時(shí)振動傳遞比公式比較可發(fā)現(xiàn)，有阻尼時(shí)，系統(tǒng)即使出現(xiàn) 的狀態(tài)，隔振系統(tǒng)的振動傳遞比將不再為無窮大，此時(shí)的傳遞比由阻尼的大小決定。

　　3、隔振效果的評價(jià)、提高隔振效率的原則

　　(1)振動傳遞比T

　　振動傳遞比T的概念為通過隔振元件的力與擾動力的比值(主動隔振)，或被隔振設(shè)備的位移與擾動源位移的比(被動隔振)。 振動傳遞比T與隔振效果之間關(guān)系的簡要分析：

　?、偃?，表明干擾全部被傳遞，無隔振效果，在地基與設(shè)備之間未采取任何隔振措施時(shí)就是指這類情形。

　?、谌?，表明振動被部分傳遞，有隔振效果。T值越小說明通過隔振元件傳遞的振動越小，隔振效果越好。

　?、?，表明隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)失敗，振動被放大。

　　(2)隔振效率 采取隔振措施后，隔振效果一般用擾力幅值與隔振后傳動力幅值之差同擾動力幅值之比的百分?jǐn)?shù)來衡量，也就是有百分比為多少的振動量被隔離，稱為隔振效率。

　　振動傳遞比T與頻率比 的關(guān)系主要表現(xiàn)為：

　?、贋?遠(yuǎn)小于1，即 ，說明干擾力可以通過隔振裝置全部傳遞至基礎(chǔ)，裝置未起到隔振作用。

　?、诋?dāng) 時(shí)，此時(shí)T>1，這說明隔振措施極不合理，不僅不起隔振作用，反而放大了振動的干擾，甚至發(fā)生共振。

　　③當(dāng) 時(shí)，干擾力的頻率大于隔振系統(tǒng)固有頻率的 倍，T<1，干擾力部分通過隔振裝置，隔振系統(tǒng)起到隔振效果，一般地 越大，T越小，隔振效果越好。

　　振動傳遞比T 與阻尼比 的關(guān)系主要表現(xiàn)為：

　　①當(dāng) 時(shí)，即隔振系統(tǒng)不起隔振作用甚至發(fā)生共振的區(qū)域， 值越大，T值越小，這說明在這段區(qū)域增大阻尼對控制振動是有利的，特別是在控制系統(tǒng)共振放大方面，這種作用更為顯著。

　?、诋?dāng) 時(shí)，即隔振系統(tǒng)起隔振作用的區(qū)域， 值越小，T值越小，說明在這段區(qū)間阻尼越小對控制振動越有利，工程上 值一般選在0.02-0.2之間。

　?、郛?dāng)無阻尼時(shí)，T的最大值出現(xiàn)在頻率比為1處;當(dāng)有阻尼時(shí)，最大的T值出現(xiàn)在 小于1的區(qū)域。

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