1、第三章 振動污染及其控制 主要內容：主要內容： 一、振動對環境的影響和評價一、振動對環境的影響和評價 二、振動控制的基本方法二、振動控制的基本方法 三、隔振和阻尼減振三、隔振和阻尼減振 四、隔振設計與計算四、隔振設計與計算 一、振動對環境的影響和評價一、振動對環境的影響和評價 1 1）人能感覺到的振動頻率范圍在）人能感覺到的振動頻率范圍在1-100Hz1-100Hz； 2 2）對人體反應最強烈的振動頻率是與人體某些）對人體反應最強烈的振動頻率是與人體某些 器官固有頻率相吻合的頻率；器官固有頻率相吻合的頻率； 3 3）低于）低于2Hz2Hz的次聲波振動可能導致人的死亡；的次聲波振動可能導致人的死

2、亡； 4 4）影響和損害建筑物、精密儀器和設備。）影響和損害建筑物、精密儀器和設備。 振動可分為：穩態振動、沖擊振動和無規則振動。振動可分為：穩態振動、沖擊振動和無規則振動。 振動對人及環境的影響：振動對人及環境的影響： n振動與噪聲密切聯系 n振動頻率在20Hz-2000Hz范圍內時，振動源同時也 是噪聲源。 n在可聽的頻率范圍內，人能感覺到的振動頻率范 圍為1-100Hz n振動能量向外傳播產生噪聲 直接向空中輻射空氣聲 通過結構傳遞固體聲 n對人體健康的危害 振動頻率的影響： n低頻振動（30Hz以下） n中頻振動（30100Hz） n高頻振動（100Hz以上） 人對頻率為2-12Hz的

3、振動感覺最敏感 共振頻率危害最大： 人體6Hz附近;內臟8Hz附近； 頭部25Hz附近；神經中樞250Hz左右； 低于2Hz的次聲振動有可能引起人的死亡。 n振動的振幅及加速度對人體的影響 當振動頻率較高時，振幅起主要作用； 當振動頻率較低時，加速度起主要作用。 n振動對人體的影響與作用時間有關 n振動對人體的影響與人的姿勢有關 全身振動人直接位于振動物體上 局部振動手持振動物體時引起的局部振動 二、 振動的評價與標準 n振動的評價振動的評價 （一）振動的評價指標 位移 速度 加速度 振動級 一般用機械振動參數級來描述振動的強度，單位 （dB）。 在環境振動測量中，一般選用振動加速度級和振 動

4、級作為振動強度參數。 n振動加速度級定義為： 2526 2 /101/101 2 1 / lg20 smasmaa aasma a a L refrefref ee ref e a ，國內加速度參考值，國外 ，對簡諧運動，加速度有效值， n振動級定義為修正的 加速度級 為修正值的振動加速度有效值；表示頻率為 修正的加速度有效值， f e f a c e f e e ref e a cfa aa sma a a L e f f 10 / lg20 2 2 中心頻率（ Hz ） 1 2 4 8 16 31.5 63 垂直方向修正值 （ dB） -6 -3 0 0 -6 -12 -18 水平方向修正

5、值 （ dB ） 3 3 -3 -9 -15 -21 -27 n例例 ： 頻率為2HZ 、8HZ 和16HZ 的三種頻 率成分均以加速度為 0.1m/s2振動，求其加 速度級和振動級。 、 （1） 加速度級 （2） 垂直振動級 （3） 水平振動級 GB10070-88 規定的城市各類區域鉛垂向 振級標準值 (dB) 適用地帶范圍 晝間 夜間 特殊住宅區 65 65 居民文教區 70 67 混合區、商業中 心區 75 72 工業集中區 75 72 交通干線道路兩 側 75 72 鐵路干線兩側 80 80 目前普遍重視且廣泛采用的振動控制方法: 主要振動控制技術 n1.1.控制振動源振動，即消振控

6、制振動源振動，即消振 n2.2.隔振隔振 n3.3.吸振，又稱動力吸振吸振，又稱動力吸振 n4.4.阻振，又稱阻尼減振阻振，又稱阻尼減振 n 隔振，就是在振動源與地基、地基與需要防振的 機器設備之間，安裝具有一定彈性的裝置，使得 振動源與地基之間或設備與地基之間的近剛性連 接成為彈性連接，以隔離或減少振動能量的傳遞， 達到減振降噪的目的。 （一）隔振 n隔振前機械設備與地基之間是近剛性連接，連接 剛度很大，設備運行時如果產生一個擾動力 n這個擾動力幾乎完全傳遞給地基，再通過地基向 周圍傳播； n如果將設備與地基之間的連接改為彈性連接，由 于彈性裝置的隔振作用，設備產生的擾動力向地 基的傳遞特性

7、將發生改變； n設計合理時，振動傳遞將被降低，從而收到減振 降噪的效果。 n 根據隔振目的的不同，通常將隔振分為主動隔振 ( 積極隔振 ) 和被動隔振（消極隔振）兩類。 n主動隔振系統主動隔振系統，其隔振的目的是為了降低設備降低設備的 擾動對周圍環境的影響，同時使設備自身的振動 減小。 n被動隔振系統被動隔振系統，其隔振的目的是為了減少地基減少地基的 振動對設備的影響，使設備的振動小于地基的振 動，達到保護設備的目的。 隔振的評價隔振的評價 評價振動的強弱，通常用評價振動的強弱，通常用位移、速度、加速位移、速度、加速 度度三個量來表示，該三個量有內在的聯系。三個量來表示，該三個量有內在的聯系。

8、 對于簡諧振動來說，振動的位移為：對于簡諧振動來說，振動的位移為： txx m sin 其中：其中：X X振動的位移，振動的位移，m m Xm Xm振幅，即最大的位移，振幅，即最大的位移，m m 角頻率，等于角頻率，等于2f2f 相位相位 振動速度振動速度和和加速度加速度分別為位移的一階導數與二階導分別為位移的一階導數與二階導 數，即數，即： tx dt dx m cos tx dt xd m sin 2 2 2 n當質點作自由振動時，其振動頻率只與系 統的固有參量有關，而與振動的初始條件 無關。 n對于質點振動系統，質量越大，則系統的 固有頻率越低；勁度越大，則系統的固有 頻率越大。 阻尼的

9、定義與作用 n 阻尼是指系統損耗能量的能力阻尼是指系統損耗能量的能力。從減振的角度看， 就是將機械振動的能量轉變成熱能或其它可以損 耗的能量，從而達到減振的目的。 n阻尼技術就是充分運用阻尼耗能的一般規律，從 材料、工藝、設計等各項技術問題上發揮阻尼在 減振方面的潛力，以提高機械結構的抗振性、降 低機械產品的振動、增強機械與機械系統的動態 穩定性。 n(1) 阻尼有助于降低機械結構的共振振幅，從而 避免結構因動應力達到極限所造成的破壞。 n (2) 阻尼有助于機械系統受到瞬態沖擊后，很快 恢復到穩定狀態。 n (3) 阻尼有助于減少因機械振動所產生的聲輻射， 降低機械噪聲。 n (4) 可以提

10、高各類機床、儀器等的加工精度、測 量精度和工作精度。各類機器尤其是精密機床， 在動態環境下工作需要有較高的抗振性和動態穩 定性，通過各種阻尼處理可以大大提高其動態性 能。 n(5) 阻尼有助于降低結構傳遞振動的能力。在機 械系統的隔振結構設計中，合理地運用阻尼技術， 可以使隔振、減振效果顯著提高。 常用來表征常用來表征隔振效果隔振效果的物理量的物理量傳振系數（振動傳遞傳振系數（振動傳遞 系數或力傳遞率系數或力傳遞率） 定義：定義：通過隔振元件傳遞的力與擾動力之間的 比值，或傳遞的位移與擾動之間的比值 傳振系數越小傳振系數越小，說明通過隔振元件傳遞的 振動越小，隔振效果也越好。 n如果 T =1

11、 ，則表明干擾全部被傳遞，沒有隔 振效果，在地基與設備之間不采取隔振措施就 是這類情形； n如果地基與設備之間采用了隔振裝置，使得 T 1 的 情形，這時振動被放大了。 n在工程設計和分析時，通常采用理論計算傳遞系 數的方法來分析系統的隔振效果，有時也采用隔 振效率來描述隔振系統的性能，隔振效率的定義 為： %1001T 傳振系數傳振系數越小，越小，隔振效率隔振效率越高。越高。 結合傳振系數的定義，可以得到結合傳振系數的定義，可以得到無阻尼振動無阻尼振動系系 統的力傳遞系數：統的力傳遞系數： 2 0 1 1 f f T 其中：其中：f f為為干擾力頻率干擾力頻率，f f0 0為隔振為隔振系統的

12、固有頻率系統的固有頻率。 對上式的討論對上式的討論: p109圖圖3-12 （2 2）當）當f/ff/f0 01 1時，即干擾力的頻率時，即干擾力的頻率等于或接近等于或接近隔隔 振系統的固有頻率，振系統的固有頻率，T T大于大于1 1，說明隔振系統不，說明隔振系統不 但不起隔振作用，反而但不起隔振作用，反而放大了振動放大了振動的干擾，甚的干擾，甚 至產生至產生共振現象共振現象。 （3 3）當）當f/ff/f0 02 21/2 1/2時，即干擾力頻率大于隔振系統的 時，即干擾力頻率大于隔振系統的 固有頻率的固有頻率的2 21/2 1/2 倍， 倍，T T小于小于1 1，隔振系統才真正，隔振系統才

13、真正 起起隔振作用隔振作用。 （1 1）當）當f/ff/f0 01 1時，即時，即干擾力的頻率干擾力的頻率小于隔振系統小于隔振系統 的的固有頻率固有頻率，T T1 1，說明干擾力全部通過隔振，說明干擾力全部通過隔振 裝置，即隔振系統不起作用。裝置，即隔振系統不起作用。 討論討論有阻尼有阻尼條件下，條件下，傳振系數傳振系數T T與與阻尼比阻尼比的關系：的關系： P127 圖329 （1 1）當）當f/ff/f0 02 21/2 1/2時，也就是系統不起隔振作用 時，也就是系統不起隔振作用 甚至發生共振作用的范圍，甚至發生共振作用的范圍，越大，則越大，則T值越小，值越小， 表明增大阻尼對控制振動有

14、好處；表明增大阻尼對控制振動有好處； （2）當當f/ff/f0 02 21/2 1/2時，也是設計隔振裝置經常考 時，也是設計隔振裝置經?？?慮的范圍，慮的范圍， 越小，則越小，則T值越小，值越小，表明阻尼越小表明阻尼越小 越好，阻尼對隔振效果有不良的影響。越好，阻尼對隔振效果有不良的影響。 綜合上述兩種討論，可知：綜合上述兩種討論，可知： 1 1）欲得到好的隔振效果，必須）欲得到好的隔振效果，必須設計較低的設計較低的f f0 0，并，并 且只有當且只有當f/ff/f0 02 21/2 1/2，才能獲得好的隔振效果； ，才能獲得好的隔振效果； 2 2）如果干擾頻率）如果干擾頻率f f比較低，或者因其他原因，只比較低，或者因其他原因，只 能做到能做到f/ff/f0 02 21/2 1/2時，此時可采取 時，此時可采取增加阻尼增加阻尼來限制來限制 干擾力的干擾力的放大作用放大作用。 實際應用舉例：實際應用舉例： 1. 1. 拖拉機空負荷時要比有負荷時振動大，是何原因？拖拉機空負荷時要比有負荷時振動大，是何原因？ 答：由于空負荷質量小，則答：由于空負荷質量小，則空負荷空負荷時時固有頻率固有頻率要要 比比設計的固有頻率設計的固有頻率f f0 0大，所以大，所以f/ff/f0 0的值比的值比設設 計值計值小，因此小，因