八、隔振技术及阻尼减振

1、环境噪声控制工程七、隔振技术及阻尼减振g振动的危害和对环境的污染 振动会引起强烈的空气噪声； 振动引起结构噪声。机器振动通过基础、楼板、 墙壁，可以迅速传递到很远处，造成较大范围内的 振动和噪声的环境污染； 振动对设备、建筑物会产生很多不良后果； 振动对人体的影响，会对人的身心健康产生伤 害。所以，振动也是环境物理污染的因素之一。振动 的控制不仅是防治噪声的重要方法，也是减少振动 的不利影响和危害的必不可少的措施。10.1振动对人体的影响和评价10.1.1振动对人体的危害10.1.2局部振动标准10.1.3整体振动标准10.1.4环境振动标准人承支!全身振动最敏 感的频率范围纵向振 动为48H

2、乙横向振 动为12Hz。图25影响人体的机械振动的坐标系工一背至胸；y左en至右侧：土一脚（臀部）至头部振动系统固有频率，Hz人体下脊骨约46上半身上脊骨10 14头肩20 30眼球眼中60 90下颌颅骨100200表219振动频率和振动病的关系频率，Hz位移振幅 数mm接触时间损*30以下30 300300以上1mm左右数年后 数周后骨、关节损害血管运动神经损害，发生振动性白指 手、上臂及肩部持续性损害环境振动标准我国国家环境保护局于1988年12月10日制定并批准的国家标准城市区域环境振动标准(GB1007088)对广义的环境振动给出了定的限值。由于人对铅垂Z向振动最敏感，所 以在这个标准

3、中规定了城市各类区域铅垂向Z 振级标准值。城市区域环境振动标准4,（单位dB, Z 振级VLz, a o=10-6 m/S2）适用地带范围昼间夜间适用地带范围的划定特殊住宅区6565指特别需要安宁的住宅区居民、文教区7067指纯居民区和文教、机关区混合区、商业中心 区7572指般工业、商业、少数交通和居民 混合区工业集中区7572指在一个城市或区域内规划明确确定 的工业区交通干线道路两侧7572指车流量每小时100辆以上的道路两 侧的区域铁路干线两侧8080指距每日车流量不少于20列的铁道 外轨30 m外两侧的区域I振动控制技术从振源、传递途径和接受体三方面着手。 振源振动控制减弱或消除振源的

4、振动或振动 运动； 传递途径控制通过隔振、阻尼等方法减弱振 动到接受体的传输； 接受体的控制通过接受体系统参数的改变 （加强筋、阻尼等）来减弱接受体处振动强度或降低接受体对振动的敏感程度。概括起来，振动控制的方法有三类：振源振动控 剋、隔振和阻尼减振。10.2振动控制的基本方法1021振动的传播规律研究环境振动防治前，必须先弄清环境振动 的传播途径和规律,才能制定出有效的防治对策 和控制方法。图1为环境振动的传播过程。振动源一亠 传递介质 接受者图1环境振动传播过程寸1、振源振动控制基本方法减少和消除振动源振级。 减少机器扰动。如通过改造机械的结构，改善 机器的平衡性能；提高设备制造精度，减少

5、振动 结构的装配公差；改变干扰力方向等等。 控制共振。可以通过改变机械结构的固有频 率、改变机器转速来避免共振；或将振源安装在 非刚性基础上、管道和传动轴采用隔离固定、在 仪表柜等薄壳体上采用阻尼减振技术等，可大大 减少共振的影响。2、隔振技术j*）隔振原理号U用弹性波在物体间的传播规律,在振源和需要 防振的设备之间安置隔振装置，使振源产生的大部 分振动能量为隔振装置所吸收，减少振源对设备的 干扰。 积极隔振（动力隔振）隔离机械设备本身的振动通过其机脚、支座传到基础或基座，以减少 振源对周围环境或建筑结构的影响，即隔离振源。 其频率范围在3lOOOHZo消极隔振（运动隔振或防护隔振）防止周 围

6、环境的振动通过地基（或支承）传到需要保护的 仪表、器械。其频率范围在330Hz。10.3隔振原理10.3.1振动的传递和 隔离10.3.2隔振的力传递图7-8管道弹性支承的几种作法2）隔振装置隔振装置可分为两大类：隔振器和隔振垫。 隔振器经专门设计制造的、具有确定的形 状和稳定的性能的弹性元件，使用时可作为机械零 件进行装配。常用的有金属弹簧隔振器、橡胶隔振 器、钢丝绳隔振器和空气弹簧隔振器等； 隔振垫利用弹性材料本身的自然特性，一 般没有确定的形状尺寸，可根据实际需要来拼排或 裁剪。常见的有软木、毛毡、泡沫塑料、玻璃纤维 隔振垫和橡胶隔振垫等。10.4隔振元件10.4.1金属减振器(a)(b

7、)图2金属弹簧减振器(a) 0(旋;(b)板条式弹賛（。）揺龊弹竇隔掀器（b）板第式希械U金属弹簧隔振器低频隔振装置， 用途广泛，从轻 巧的精密仪器到 重型的工业设备 都可应用。优点 具有很高的弹性，可承受较大的负荷， 静态变形位移大；耐油、水、溶剂等的侵蚀，抗高 温；固有频率低，为24H乙低频隔振性能好；设 计计算方法较成熟。缺点 本身阻尼小，共振时传递率可能很大， 咼频隔振性能差。10.4.2橡胶减振器(b)图3几种橡胶滅振器（a）压缩型；（b）剪切型；（C压缩、剪切复合型橡胶隔振器适用于中小型设备和仪器隔振的装置(a)(a)压缩型(b)剪切型(c )(O压缩一剪切型优点具有良好的隔振缓冲

8、和隔声性能；可承受压缩、剪切 或剪切一压缩力；易于设计成不同的形状；阻尼大，有良好的 抑制共振峰作用；高频隔振性能好。缺点易老化，不耐油污，不适宜在高温或低温条件下使10A3橡胶隔振垫橡胶隔振垫一 常做成带有凹凸 形、槽形的结构， 以增加其压缩量和 各个方面上的变 形，还具有防滑功 育f O软木隔振垫质轻、耐腐蚀，保 温性能好，加工方 便，对高频振动和 冲击振动有一定的 隔振效果。中中fp中巾0()( X P G:HX)01b- ）（)(广（打)(X）（1）（5()“( )( )(+ vz X4X 7i毛毡（玻璃纤维毡、矿渣棉毡等）10.4.4其他隔振元件1. 空气弹簧（见图4）酚醛树脂玻璃纤

9、维板寸空气弹簧优点隔振效率高，固 有频率低（1Hz以下）， 具有阻尼性，也能隔绝高 频振动。水平稳定性好， 承一受载荷能力范围大。缺点需要压缩气源和 一套复杂的辅助系统，并 且荷重只限于一个方向。应用常用于高要求的 火车、汽车和一些消极隔1 振的场合。I 裁荷2 檢皮3 节流阀4 进压编空气阀A空气室B贮气? 1各类MUKff和减擴材料待性减振器或 减振材料頻率范围最佳工作频率阻尼缺点备注金属螺旋弹簣宽频低频（在静态 压缩童大时）很低，仅为临 界阻尼0.1%容易传递离 频振动广泛应用金属板弹簧低频低頻很低待殊情况使用橡胶决定于成分 和硬度高頻随硬度增加 而增加载荷容易受 到限制软木决定于密度高

10、频校低，一般为 临界阻尼6%毛毡决定于密度 和厚度高频（40Hz以上）高通常采用厚度1 3cm空气弹賛决定于空气 容积低结构复杂10.5阻尼减振固体振动向空间辐射声波的强度与振动幅 度、辐射体的面积、频率等有关。大面积的薄 板振动，有最大的辐射效率。这种由金属薄板 结构受激振动所产生的噪声也称结构噪声。加 大壳体厚度,即增加单位面积质量，则在相同激 振力条件下，激发引起的振幅（加速度）则变小 而降低辐射强度。3、阻尼减振(1)阻尼减振原理阻尼是降低振动共振响应的最有效的方法。阻尼 的作用是将振动能量转换成热能耗散掉,以此来抑 制结稲振动，达到降低噪声的目的。阻尼减振的实现通过减弱金属板弯曲振动

11、的 强度。在金属薄板上涂敷一层阻尼材料，当金属薄 板发生弯曲振动时，振动能量就迅速传给涂贴在薄 板上的阻尼材料，并引起薄板和阻尼材料之间以及 阻尼材料内部的摩擦。由于阻尼材料内损耗、内摩 擦大，使得相当一部分的金属振动能量被损耗而变 成热能，减弱了薄板的弯曲振动，并能缩短薄板被 激振后的振动时间，从而降低了金属板辐射噪声的 能量。但这种简单地加大单位面积质量的方法并不 是经济合理的选择：大面积薄板上多加筋；亦 可减弱振动的幅度;安全防护用罩壳,可用风孔板, 因板两侧的压力平衡而不会辐射低频噪声。除了 这些降低声辐射的方法外,还采用在薄板上增加 一阻尼层，并使结合在一起,让原来薄板振动的能 量，

12、尽可能多地耗散在阻尼层中,这称为阻尼减 振。10.5.1阻尼减振原理有很多噪声是因金属薄板受激发振动而产 生的，金属薄板本身阻尼很小，而声辐射效率很 高。降低这种振动和噪声，普遍采用的方法是在 金属薄板构件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。当金属板 振动时，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。阻尼前 阻尼后 越无阻尼无阻尼t有阻 尼丿/ / / /丿匕丛HZ频图7-13有阻尼与无阻尼结构的比较 2几种典型的阻尼材料名称成分和重量百分比/%厚白漆软木阻尼材料 航青阻尼林料 橡胶-程石阻尼材料厚白漆20,光油13,生石膏23,软木粉13,松

13、香水4,水27沥青57,胺焦油23.5,熟桐油4,菌麻油1.5,石棉绒14,汽油适量 氯丁橡胶42,酚醛树脂15,S石15,石棉绒15,磷酸二苯脂2.5, 三15,a酸钙8,混合溶剂适量沥青-石桶阻尼材料沥青35,石柿50,桐油、亚麻油15(2)阻尼材料阻尼材料通常指沥青、软橡胶和各种高分子涂 赴。阻尼材料的特性可用材料的损耗因子F来衡 量(包括杨氏模量损耗因子圧和剪切模量损耗因子表58常温下声频范围内几种材料的肛值材料名称铝钢铁砖木HE（0.3 10）X10-5（1 6） X 10-4（1 2） X 10-2（0.8 1）X10.2材料名称软橡皮软木干沙沥青r|E10-21010.13 0.

14、170.12 0.60.38表3各类材料的损耗因子材料名称损耗因子金属0.0001 0.001玻璃0.00060.002塑料0.0050.01混凝土0.015 0.05木材、软木、复合材料0.01-0.2大阻尼塑料0.1-10.0阻尼橡胶0.1 5.010.5.3阻尼减振措施1自由阻尼层结构将一定厚度的阻尼材料粘合或喷涂在金属板 的一面或两面形成自由阻尼层结构。当板受振动 而弯曲时，板和阻尼层都允许有压缩和延伸的变 形。自由阻尼层复合材料的损耗因数与阻尼材料 的损耗因数、阻尼材料和基板的弹性模量比、厚 度比有关。(3 )阻尼结构阻尼材料与金属组成复合结 构，由金属承受强度，阻尼材 料提供阻尼。自由阻尼层结构减振原理当板振动和弯 曲时，自由阻尼层产生交变的 拉压变形,可消耗大部分机械 能量TX而降低了整体的振动。要求阻尼材料具有较高的杨氏模量损耗因子(此类阻尼 材料一般比较硬)，阻尼层的厚度与金属板的厚度之比一 般取24。结构损耗因子一般只有0丄左右。用途多用于管道包扎,消声器、隔声设备等易振动 的护板结构上.约束阻尼层结构减振原理当金属基板振动和弯曲时，阻尼层受约 束板的约束不能伸缩变形， 内部产生了剪切变形,利用 阻尼材料剪切损痛一般较大 的特点可耗散更多的振动 能。选用剪切损耗因子大的阻尼 材料（通常较软