振动知识介绍

1、振动知识介绍目录v振动基础v振动的危害 v振动问题的解决振动基础v机械振动是物体（或物体的一部分）沿直线或曲线并经过平衡位置所作的往复的周期性运动。它广泛存在于自然界和工程界。v按照振动系统中是否存在阻尼作用，振动分无阻尼振动和阻尼振动；按照对系统所施加作用力的形式，振动又可分为自由振动和强迫振动。 无阻尼无阻尼自由振动自由振动v自由振动是一种假定仅在振动初始时刻有外力作用的振动。 典型的模型如下:根据运动学方程得:022 kxdtxdm无阻尼无阻尼自由振动自由振动解之得：式中，n为系统的固有频率。A和 是由物体初始位移、速度以及固有频率决定的固定值。 可见自由振动的振幅和能量不随时间的推移而

2、变化，因而其以固有频率为振动频率的简谐振动会一直持续下去。)sin(tAxnmkn无阻尼无阻尼强迫振动 v强迫振动是系统在外部交变力作用下所作的振动。 典型的模型如下：根据运动学方程得：无阻尼无阻尼强迫振动求解得：定义振幅放大系数 = 当n时为无穷大；当/n 时比1大；而当/n 时比1小。根据此原理应用很多 tFkxdtxdmsin022 20)(1sinntkFx2)(11/nstoxx22有阻尼自由振动v无阻尼振动的情况只是一种理想情况，而在实际上，阻尼总是无法避免的，振动物体最初获得的能量，在振动过程中会不断地消耗，振幅也越来越小，直到最后停止。这种由于克服摩擦或其它阻力而使能量和振幅逐

3、渐减少的振动叫阻尼振动。 典型的有阻尼自由振动模型如下：阻尼自由振动v运动方程式为：v解之：简写为： 022kxdtdxcdtxdm)1sin(20texxntn)sin()(ttAx阻尼自由振动v与无阻尼时的自由振动方程的解相比，不但振动的振幅逐渐衰减，振动的频率也降低了。而且系统振动的能量是按指数规律衰减的。 有阻尼强迫振动v典型的有阻尼强迫振动模型如下：运动方程如下：tFkxdtdxcdtxdmsin022有阻尼强迫振动解之得：质量块位移全景图如下：有阻尼强迫振动有阻尼强迫振动v从上图可以看出，质量块位移曲线是由不同频率和振幅的振动叠加而成的复杂振动，即阻尼自由振动和无阻尼强迫振动的叠加

4、。振动的度量振动的度量振动级振动级 v物理上振动的表示方法一般有位移、速度和加速度等，人能感觉到的振动加速度的范围约lGal（伽，0.01m/s2）到1000Gal（10m/s2）。但对于有公害振动，通常采用加速度来度量，振动的加速度度量与噪声的声压级一样，是用dB表示的，叫振动加速度级 振动的危害振动的危害v振动是产生噪声的根源，噪声的危害已在上节介绍过，而振动本身也具有很大的危害。如人长期处于强的振动下，会造成机体的损伤，引起各种病症，而且振动还会损坏机械设备和建筑结构，甚至导致机体破裂、建筑结构倒塌等。v根据振动作用于人体的部位，一般分为全身振动和局部振动。如坐车、乘船可出现晕车、晕船现

5、象，即属于全身振动；由于使用锯、凿岩机、砂轮等振动工具而引起的手指麻木、疼痛等症状，即属于局部振动，但有时两者对机体的影响很难 严格区分。v一般造成公害的振动是频率为190Hz的全身振动，多数振动度为6080dB。危害范围多数在离振源100m之内。振动对人体的影响振动对人体的影响v振动对人体的影响与振动的频率、振幅或加速度、受振动作用的时间以及人的体位等方面的因素有关。v（1）振动的频率对人体的影响。人体是一个弹性体，骨骼接近一般固体，但比较脆；肌肉比较柔软。人体有不少的空腔和弹性系统。振动的频率对人体的主观影响通常起主导作用。因为身体各部分器官都有其固有频率，当外来的振动频率与人体上某一部分

6、器官固有频率一致时，会引起那部分器官共振，因而对那部分器官影响也最大。振动对人体的影响振动对人体的影响v（2）振动的振幅或加速度对人体的影响。振动对人体的影响，常因振幅或加速度的不同而表现出不同的效应。当振动频率较高时，振幅起主要作用，比如作用于全身的振动在频率为40102Hz时，一旦振幅达0.051.3mm，便对全身起有害作用。高频振动主要对人体各组织的神经末稍发生作用，引起末梢血管痉挛的最低频率是35Hz。振动对人体的影响振动对人体的影响v(3)振动时间对人体的影响。在振动作用下的时间越长，对人体的影响就越大。短期适量的振动，不但没有害处，有时还起良好的作用，如电子按摩器等可用来消除身体疲

7、劳，增加肌肉力量，恢复组织的营养，提高新陈代谢等。 振动对人体的影响振动对人体的影响v（4）振动对不同体位人体的影响。站立时对垂直振动比较敏感，而卧倒时对水平振动比较敏感。人的神经组织和骨胳都是振动的良好传导体。头部受振动能引起嗜眠。振动问题的解决v振动不仅影响和危害在振源附近操作的人，而且还会通过地面传递到远处，造成对周围环境的干扰，成为一种公害。因此对于振动必须采取有效措施加以防治。首先应确认有振动问题的地点，找出振源，了解产生振动的原因，再研究降低振动的方法，实施最有效的措施。v一般而言，解决振动问题可从两方面考虑，一是必须防止振动能量在振源和辐射能量的表面之间的传递；二是必须分散或减弱

8、机器结构中某处的能量。前者称隔振，后者称减振。隔振隔振 v隔振就是将振动源与基础或其他物体的刚性连接改成弹性连接，以隔绝或减弱振动能量的传递，从而实现减振降噪的目的。模型如下：根据动力学原理，运动微分方程式为： FF0sint 弹性支承模型隔振隔振此式的稳态解为：传递给基础的力为： 隔振隔振v此减振系统的力的传递系数为：隔振隔振v根据上式，绘制如下所示图:隔振隔振v 图示可得，不论阻尼比多大，只有当减振系统固有频率小于1/2倍激振力固有频率时，系统才起到减振作用。同时在低频范围内要想获得较小的振动，系统必须有较大的阻尼比。这是设计悬置系统的基本理论依据！ 隔振隔振v根据隔振原理，凡是能支承运转

9、设备动力负载，又有良好弹性的材料或装置，均可用作隔振材料或隔振元件。工程上常用的隔振材料（或隔振元件）主要有金属弹簧、橡胶、软木、毛毡、空气弹簧、泡沫塑料等 减振减振 v金属薄板振动，如空气动力机械的管壁，机器的外壳，车体和船体等一般均由薄金属板制成，当设备运行时，这些薄板都会产生振动，进而辐射噪声，象这类由金属板结构振动引起的噪声称之为结构噪声。对于这种金属板辐射噪声的有效控制方法，一是在设计上，尽量减少其噪声辐射面积，去掉不必要的金属板面；二是在金属结构上涂敷一层阻尼材料，利用阻尼材料抑制结构振动、减少噪声，这种方法我们称之为阻尼减振 减振减振v采取阻尼措施之所以能够降低噪声，其机理在于：

10、v（1）减弱了金属板弯曲振动的强度。当金属发生弯曲振动时，其振动能量迅速传给紧密涂贴在薄板上的阻尼材料，引起阻尼材料内部的摩擦和互相错动。由于阻尼材料的内损耗内摩擦大，使相当部分的金属板振动能量变成热能而耗散掉，从而减弱了薄板的弯曲振动。减振减振v（2）缩短了薄板被激振后的振动时间。在金属薄板受撞击而辐射噪声时（如敲锣）更为明显。比如不加阻尼材料的金属薄板受撞击后，要振动2s才停止；而涂上阻尼材料的金属薄板受同样大小的撞击力，振动的时间要缩短很多，比如说只有0.1s就停止了。许多心理声学专家指出：50ms是听觉的综合时间。如果发声的时间小于50ms，人耳要感觉这声音 减振减振v是困难的。金属薄

11、板上涂贴阻尼材料而缩短了激振后的振动时间，从而也就降低了金属板辐射噪声的能量，达到了控制噪声的目的。 v消除振动危害，除了在机械设备的基础上安装隔振器和在金属薄板上涂敷阻尼材料以外，还有其它一些方法，如对旋转机械偏心引起的振动，可采取调整质量平衡的方法来消除；对振动机械设备，可在其周围挖掘防振沟防振；对于机械设备在某一频率上产生的激烈振动，可采用动力吸振器方法防振等等。 动力吸振器动力吸振器v对于机械设备被某一固定干扰频率激发的振动，可通过在机械设备上附加一个振动系统的办法，使干扰频率激发的振动得以降低，称为动力吸振器 。常见模型如下：动力吸振器动力吸振器v假设质量为m1的机械设备产生的振动力为F1 sint，该机器安装在刚度为k1的装置上。为了消除振动，在该机器上附加一个由质量m2和弹性元件k2组成的动力吸振器系统，见上图，并使附加动力吸振器的固有频率与机械设备的激振频率相同。整个系统的运动方程为:动力吸振器动力吸振器v通解为v整理得：v