振動(dòng)污染與控制

1、振動(dòng)污染與控制振動(dòng)污染與控制第一節(jié)第一節(jié) 概述概述一 振動(dòng)與振動(dòng)污染二 振動(dòng)源三 振動(dòng)危害一一 振動(dòng)與振動(dòng)污染振動(dòng)與振動(dòng)污染（一）振動(dòng) 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(dòng)。 或者物體處于周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。（二）振動(dòng)污染（二）振動(dòng)污染 振動(dòng)超過一定界限，從而對人體健康產(chǎn)生不利影響。 對機(jī)器，設(shè)備，儀表也是會(huì)產(chǎn)生損害。 同噪聲一樣，對人來說，主觀性較強(qiáng)。二二 振動(dòng)源振動(dòng)源l自然振動(dòng)l人為振動(dòng) 主要包括工廠振動(dòng)源、工程振動(dòng)源、道路交通振動(dòng)源、低頻空氣振動(dòng)自由振動(dòng)與受迫振動(dòng)自由振動(dòng)與受迫振動(dòng)l受迫振動(dòng)也稱強(qiáng)迫振動(dòng)在外來周期性力的持續(xù)作用下，振動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生的振動(dòng)稱為受迫振動(dòng)這個(gè)

2、“外來的周期性力”叫驅(qū)動(dòng)力(或強(qiáng)迫力)。 l當(dāng)周期性驅(qū)動(dòng)力的頻率和物體的固有頻率相等時(shí)振幅達(dá)到最大,即共振。l無外力作用下的振動(dòng)稱為自由振動(dòng)。積極隔振與消極隔振積極隔振與消極隔振積極隔振:目的在于隔離或減小機(jī)械設(shè)備本身振動(dòng)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(dòng)通過支座、基礎(chǔ)傳到需要保護(hù)的機(jī)器，儀表，設(shè)備等。三三 振動(dòng)危害振動(dòng)危害 同噪聲振動(dòng)危害，主要包括： 振動(dòng)對生理的影響、振動(dòng)對心理的影響、對工作的影響、對構(gòu)筑物的影響。第二節(jié)第二節(jié) 振動(dòng)評(píng)價(jià)與標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)評(píng)價(jià)與標(biāo)準(zhǔn)l一 振動(dòng)的評(píng)價(jià)l二 振動(dòng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)一一 振動(dòng)的評(píng)價(jià)振動(dòng)的評(píng)價(jià)（一）振動(dòng)評(píng)價(jià)指標(biāo)1、位移、速度和加速度

3、txxsin0txdtdxcos0txdtxdsin0222l震動(dòng)量的換算，圖3-202、振動(dòng)級(jí)、振動(dòng)級(jí)1）振動(dòng)加速度級(jí) refeaaaLlg20加速度有效值，m/s2加速度參考值，m/s2 earefa我國曾經(jīng)取1X10-5 m/s22)振動(dòng)級(jí)refeaaaLlg20ea修正的加速度有效值，m/s2. 根據(jù)下式計(jì)算：fefacfeeaa102fcfea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. 垂直振動(dòng)與水平振動(dòng)修正值垂直振動(dòng)與水平振動(dòng)修正值中心頻率 Hz12481631.563垂直方向 dB-6-300-6-12-18水平方向dB33-3-9-15-21-27fef

4、acfeeaa102例：振動(dòng)加速度級(jí)疊加例：振動(dòng)加速度級(jí)疊加lP119l對于多個(gè)振動(dòng)：總加速度有效值的平方=各個(gè)振動(dòng)的平方和二二 振動(dòng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)1、對人的影響l感覺閾 對人體無影響：0.003gl不舒服閾 人感到不舒服：0.05gl疲勞閾 人感到疲勞。l危險(xiǎn)閾(極限閾) 使人產(chǎn)生病變：0.5gl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人體對振動(dòng)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(dòng)加速度的增大，會(huì)造成內(nèi)臟、血液位

5、移。如持續(xù)時(shí)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(yùn)動(dòng)為10g，橫向運(yùn)動(dòng)為40g。超過這些指標(biāo)，便會(huì)造成皮肉青腫、骨折、器官破裂和腦振蕩等。 2、環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)l國際標(biāo)準(zhǔn)化組織推薦使用 ISO/DIS2631-城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn) （GB10070-88）城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)測定方法 （GB10071-88）人體全身振動(dòng)暴露的舒適性降低界限和評(píng)價(jià)準(zhǔn)則 （GB/T13442-92）城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)值 （GB10070-88）請參閱新標(biāo)準(zhǔn)：環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn) （GB10070-）第三節(jié)第三節(jié) 振動(dòng)基礎(chǔ)振動(dòng)基礎(chǔ)一 振動(dòng)基本物理量二 簡諧振動(dòng)系統(tǒng)一一 振動(dòng)基本物理量振動(dòng)基本物理量質(zhì)點(diǎn)位移、

6、速度和加速度：txxsin0txdtdxcos0txdtxdsin0222正弦波：)sin(0kxtAa二二 簡諧振動(dòng)系統(tǒng)簡諧振動(dòng)系統(tǒng)（一）自由振動(dòng)（二）受迫振動(dòng)（一）自由振動(dòng)（一）自由振動(dòng)1、無阻尼自由振動(dòng)2、有阻尼自由振動(dòng)阻尼： 能量隨時(shí)間或距離的耗散。是指任何振動(dòng)系統(tǒng)在振動(dòng)中，由于外界作用和/或系統(tǒng)本身固有的原因引起的振動(dòng)幅度逐漸下降的特性，以及此一特性的量化表征。 1、無阻尼自由振動(dòng)、無阻尼自由振動(dòng)無外力作用的振動(dòng)稱為自由振動(dòng)。無阻尼情況下稱為無阻尼自由振動(dòng)makx 0dd22 kxtxmtxx00cos當(dāng)t=0,x=x0 時(shí)，解為：mk0002 f2、有阻尼自由振動(dòng)現(xiàn)象：振幅隨時(shí)間減

7、小現(xiàn)象：振幅隨時(shí)間減小原因：阻尼原因：阻尼C C動(dòng)力學(xué)分析：動(dòng)力學(xué)分析：maCkxv0dddd22kxtxCtxm阻尼力阻尼力vCFr阻尼振動(dòng)位移時(shí)間曲線阻尼振動(dòng)位移時(shí)間曲線tOxAA)0(Tccc /)1sin(e102200txxt022mmkccCc臨界阻尼 阻尼比 臨界阻尼臨界阻尼l任何一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)阻尼增加到一定程度時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)是非周期性的，物體振動(dòng)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(dòng)物體剛能不作周期性振動(dòng)而又能最快地回到平衡位置的情況，稱為“臨界阻尼” 。otxabc阻尼比的三種情況阻尼比的三種情況 ( (c) )臨界阻尼臨界阻尼1 ( (b) )過阻

8、尼過阻尼 1 ( (a) )欠阻尼欠阻尼10（二）受迫振動(dòng)（二）受迫振動(dòng)1、無阻尼受迫振動(dòng)2、有阻尼受迫振動(dòng)F s in tF s in tF s in tMxC( a ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r ig id f o u n d a tio n( b ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r e s ilie n t f o u n d a tio n( c ) S y s te m s u p p

9、 o r te d b y is o la tio n s p r in g s a n d v is c o u s d a m p e r o n r ig id f o u n d a tio nKKKKKMMM11222xxFsint=shaking forceM=supported machine massX=displacement of supported massK=spring constant of resilient supportC=viscous damping coefficientF s in tF s in tF s in tMxC( a ) S y s te

10、m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r ig id f o u n d a tio n( b ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r e s ilie n t f o u n d a tio n( c ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s a n d v is c o u s d a m p e r o n r ig id f o u n d a

11、tio nKKKKKMMM11222xx1、無阻尼受迫振動(dòng)2、有阻尼受迫振動(dòng)1 1 無阻尼受迫振動(dòng)sinKXFtMXF s in tF s in tF s in tMxC( a ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r ig id f o u n d a tio n( b ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r e s ilie n t f o u n d a tio n( c ) S y s te m s u

12、 p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s a n d v is c o u s d a m p e r o n r ig id f o u n d a tio nKKKKKMMM11222xx方程穩(wěn)態(tài)解方程穩(wěn)態(tài)解 :2( )sinFx ttKM2/sin1 (/)F KtMK2( )sinFx ttKM2/sin1 (/)nF Kt 振動(dòng)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(dòng)越小，隔振效果越好:21TR1 (/)MnKXF Note that TR 2 振動(dòng)傳遞率可以用力表示，可以用位移表示（振幅）。 對于自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)

13、傳遞率是一樣的。21.0/ n1.021TR1(/)n T0n =/KMAmplificationIsolation2、有阻尼受迫振動(dòng)、有阻尼受迫振動(dòng) If a viscous damper is placed in parallel with a spring, the equation of motion becomesF s in tF s in tF s in tMxC( a ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r ig id f o u n d a tio n( b ) S y s te m

14、 s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s o n r e s ilie n t f o u n d a tio n( c ) S y s te m s u p p o r te d b y is o la tio n s p r in g s a n d v is c o u s d a m p e r o n r ig id f o u n d a tio nKKKKKMMM11222xx sin MXCXKXFt1/2222()()mFXKMC1/2222/12F KMCKK1/2222/12ncnF KCC1/ 22221TR12M

15、ncnKXFCCC/Cc is called the damping factor Cc, the critical damping coefficient. 注意：對于有阻尼自由振動(dòng)和有阻尼受迫振動(dòng)傳遞率規(guī)律是一樣的。0.150.050.100.250.3750.51.0Frequency ration,Transmissibility, TR0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.03.02.01.0ccc/n2Force transmissibility of a spring-mass-damper system 第四節(jié)第四節(jié) 振動(dòng)控制技術(shù)振動(dòng)控制技術(shù) 振動(dòng)控制的環(huán)節(jié)(1) 確定振源特

16、征與振動(dòng)特征 (2) 確定振動(dòng)控制水平(3) 確定振動(dòng)控制方法(4) 進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)(5) 實(shí)現(xiàn)振動(dòng)控制主要內(nèi)容主要內(nèi)容一 振動(dòng)源控制二 機(jī)械振動(dòng)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(dòng)衰減一 振動(dòng)源控制(1) (1) 改進(jìn)振動(dòng)設(shè)備的設(shè)計(jì)，提高制造加工的精度，使其振動(dòng)減小。(2) (2) 盡可能調(diào)好振動(dòng)設(shè)備的動(dòng)、靜平衡，提高制 造質(zhì)量，嚴(yán)格控制安裝間隙，減少其離心、 偏心慣性力的產(chǎn)生。 空壓機(jī)的隔振降噪空壓機(jī)的隔振降噪二二 機(jī)械振動(dòng)控制機(jī)械振動(dòng)控制（1）降低機(jī)械的振動(dòng)加速度減少自由振幅倍率，可降低機(jī)械的振動(dòng)加速度/0 3 自由振幅率全部為1；(2) 利用支承臺(tái)架質(zhì)

17、量的減振措施利用支承臺(tái)架質(zhì)量的減振措施l/ /0 01 m1 m越大，自由振幅率隨/ /0 0增大而減少；l/ /0 01 m1 m越大，自由振幅率隨/ /0 0減小而減少；例：質(zhì)量為70kg70kg的機(jī)械轉(zhuǎn)速為600rpm600rpm，每轉(zhuǎn)一圈在垂直方向產(chǎn)生60N60N的激振力。該機(jī)械固定在水泥上，欲通過架臺(tái)下的彈性支撐傳遞1/31/3的激振力，在無阻尼情況下試求 (1) (1) 系統(tǒng)的固有頻率； (2) (2) 將機(jī)械的許可位移控制在0.2mm0.2mm的水泥臺(tái)質(zhì)量； (3) (3) 水泥臺(tái)下敷設(shè)的彈性材料的總勁度系數(shù)。(3) 利用動(dòng)力吸振的減振措施利用動(dòng)力吸振的減振措施機(jī)械質(zhì)量M M的位

18、移振幅x x0101為：吸振器質(zhì)量m的位移振幅x02為：12 時(shí)x01趨近于0三三 彈性減振彈性減振(1) (1) 彈性減振方法l積極( (主動(dòng)) )隔振：在機(jī)器與基礎(chǔ)之間安裝彈性支承即隔振器，減少機(jī)器振動(dòng)激振力向基礎(chǔ)的傳遞量，迫使機(jī)器的振動(dòng)得以有效隔離的方法。 l消極( (被動(dòng)) )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(dòng)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。(2) 彈性減振原理彈性減振原理l振動(dòng)傳遞系數(shù)F F/F/F0 0ffffff0 0, , 11，減振效果好。忽視阻尼時(shí), ,11時(shí)：例：質(zhì)量1700kg1700kg轉(zhuǎn)速1200rpm1200rpm的

19、空氣壓縮機(jī)，每轉(zhuǎn)在垂直方向產(chǎn)生1 1的激振力。為防振在6 6個(gè)點(diǎn)設(shè)置彈性支承，欲設(shè)計(jì)頻率比f/ff/f0 0為3 3，試確定以下參數(shù)：(1) (1) 每一彈性材料的負(fù)荷(W);(W);(2) (2) 固有頻率(f(f0 0) )(3) (3) 勁度系數(shù)(k)(k)(4) (4) 振動(dòng)傳遞系數(shù)( () )四四 阻尼減振阻尼減振 在設(shè)備結(jié)構(gòu)或部件表面涂貼阻尼材料達(dá)到減振降噪效果的方法。 原理：結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)，粘貼在表面的阻尼材料產(chǎn)生拉伸變形，將振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能。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。五五 沖擊減振沖擊減振l積極沖擊隔離是隔離鍛壓機(jī)、沖

20、床以及其它具有脈沖沖擊力的機(jī)械，以減少其對環(huán)境的影響。l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(jī)械設(shè)備能正常工作。六六 傳播途徑的減振對策傳播途徑的減振對策振動(dòng)隨距離的衰減是振動(dòng)傳播阻斷措施之一。增大距離，使受影響對象遠(yuǎn)離振源。不提倡防振溝。地基的特征振動(dòng)，即地基經(jīng)常性振動(dòng)，若以接近這種振動(dòng)頻率激振，則波動(dòng)隨距離的衰減不大，會(huì)引起振動(dòng)污染。七七 振動(dòng)衰減振動(dòng)衰減r r0 0和r r處兩地間的振動(dòng)距離衰減：例：規(guī)定工廠的振動(dòng)級(jí)為60dB60dB，調(diào)查結(jié)果表明，地基的勁度系數(shù)k k0.30.3。若在距某機(jī)械5m5m處測得的振動(dòng)級(jí)75dB75dB，該機(jī)械至少應(yīng)設(shè)置在距廠界多遠(yuǎn)

21、處？第五節(jié)第五節(jié) 減振材料與裝置應(yīng)用減振材料與裝置應(yīng)用1 1 減振材料(1) (1) 橡膠橡膠隔振隔主要有要狀隔、墊、隔、墊子隔及 WJWJ型橡膠隔。橡膠隔振隔的剛度由橡膠的彈性模量和幾何形狀決定。NGD PADNGS PADNPS PADNPD PAD(2) 軟木軟木l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。l軟木的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)輕、耐腐蝕、保溫性能好、加工方便等。不適于低頻隔振。 （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(jī)器設(shè)備基礎(chǔ)的隔振。 毛氈價(jià)格低廉、安裝方便，可重疊放置，有較好的隔振效果。2 阻尼材料阻尼材料 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。阻尼特性阻尼特性 阻尼層的特性用材料的損耗因子來衡量； 越大，材料的阻尼性能越好； 在機(jī)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(dòng)噪聲的 減弱。 3 減振裝置減振裝置 隔振器是用于在某一頻率范圍內(nèi)衰減振動(dòng)傳輸?shù)母綦x器，是用來減弱沖擊、振動(dòng)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