工程振动分析与控制基础 第2版 课件 第8章-动力吸振技术

《工程振动分析与控制基础》第8章动力吸振技术第8

章动力吸振技术8.1引言8.2无阻尼动力吸振器8.3有阻尼动力吸振器8.4应用与研究进展8.5工程应用实例23145678.1引言

8.1引言

机器设备受到激励而产生振动时,可以在设备上附加一个辅助系统(由辅助质量、弹性元件和阻尼元件组成)。当设备(主系统)振动时,这个辅助系统也随之振动,利用辅助系统的动力作用,使其施加到设备上的动力与激振力互相抵消,使得设备的振动得到抑制,这种振动控制技术称为动力吸振技术(又称动力减振技术),所附加的辅助系统称为动力吸振器(DynamicVibrationAbsorber,DVA),又称可调谐质量阻尼器(TunedMassDamper,TMD)最具有代表性的应用是台北101摩天大楼上使用的动力吸振器,用来抵抗风致振动的影响21345678.2无阻尼动力吸振器8.2.1基本原理-1图8-2所示为无阻尼动力吸振系统的动力学模型,图中主系统的设备质量(主质量)为m1,激励力为F1ejωt,主系统的刚度为k1;动力吸振器的质量(辅助质量)为m2,刚度为k2原有主系统安装动力吸振器后,由一个单自由度系统变成了一个2自由度系统,其强迫振动的运动微分方程为:利用频响函数法求系统的稳态响应,易得系统的频响函数矩阵为图8-2无阻尼动力吸振系统的动力学模型8.2.1基本原理-2经计算整理后易得主质量和辅助质量的相对振幅分别为:从式(8-3)可看出,当α=λ时,A1=0,即主系统振幅为零,动力吸振器就是利用这一特性来消除主系统振动的。此时,主质量静止,外激励力仅仅使动力吸振器中的辅助质量产生振动,其最大振幅为:

A2=-F1A/k2(8-4)8.2.2设计要点在设计无阻尼动力吸振器时,应注意考虑以下问题:1)为了消除原有主系统的共振振幅,应使吸振器的固有频率ω2等于主系统的固有频率ω1,即α=1,则当λ=α=1时,由式(8-3a)可知主系统的共振振幅A1=0,即达到减振的目的。2)注意扩大吸振器的减振频带3)应考虑吸振器的振幅A2能否满足结构空间要求综上所述,无阻尼动力吸振器结构简单,元件少,减振效果好。但减振频带窄,主要适用于激振频率变化不大的情况21345678.3有阻尼动力吸振器8.3.1基本原理在上述无阻尼动力吸振器中,加入适当的阻尼,就构成了有阻尼动力吸振器。它除了具有动力吸振作用外,还可利用阻尼消耗振动能量,使得减振效果更好,还可使减振频带加宽,具有更广的适用范围图8-4所示为有阻尼动力吸振系统的动力学模型。与图8-1相比可知,辅助质量m2与主质量m1之间除了弹性元件k2外,还加入了阻尼元件c2,则相应的运动微分方程为:同样利用频响函数法可求得主质量和辅助质量的相对振幅分别为:式中,ζ=c2/(2)为吸振器的阻尼比,其他参数的含义同前8.3.2设计要点在设计有阻尼动力吸振器时,应注意以下两个问题1)为保证吸振器在整个频率范围内都有较好的减振效果,在设计吸振器参数时,应满足使P、Q两点的纵坐标相等且成为曲线上的最高点的条件(见图8-6)。为满足这一条件,最优的吸振器参数如下:2)为了保证减振效果达到预定的要求,在满足上述最佳参数的情况下,还应使P和Q两点纵坐标所对应的振幅小于允许的振幅,即图8-6安装有阻尼动力吸振器后主质量的幅频响应(μ=0.1,α=αopt,ζ=ζopt)21345678.4应用与研究进展8.4.1被动式动力吸振技术-11.轨道车辆动力吸振技术图8-9所示为国外研制的钢轨动力吸振器,能够有效地抑制钢轨的共振,降低轮轨噪声3dB图8-9钢轨动力吸振器8.4.1被动式动力吸振技术-22.直升机旋翼动力吸振技术减振技术一直是直升机型号发展中要解决的一个重要问题,也是伴随直升机诞生而来的一个技术难点,直升机设计阶段必须尽最大努力控制和降低振动水平目前,直升机上广泛采用的是被动式吸振技术,主要优点是对原结构、产品不做任何修改,可以作为选装件。被动式动力吸振器包括旋翼动力吸振器和机身常规动力吸振器直升机桨毂双线摆式动力吸振器的结构如图8-15所示,一般布置在相邻两片桨叶之间,支臂固定在桨毂上,用以吸收旋翼水平振动。其动力吸振原理是:当直升机旋翼旋转时,配重块就在销子上做纯滚动,产生离心力分量来平衡由旋翼产生的激振力,达到吸振的目的8.4.2主动式动力吸振技术-11.主动式动力吸振器主动式动力吸振器工作的过程中,吸振器会根据作用于主系统上外激励力的变化随时调整作动力大小,产生一个与外激励力大小相等但是方向相反的力作用在主系统上,从而尽可能地使主系统所受的力为零,以此减弱主系统的振动水平,实现振动控制的目的主动式动力吸振器由于能够快速准确地追踪主系统外激励力的变化,因而具有较好的宽频控制效果与良好的鲁棒性与减振量级主动式吸振技术的作动器需要较大的能量输入,以提供抵消受控对象的作用力,特别是在外激励频率与吸振频率有一定偏差时,其所需的能量输入将急剧上升,这会增加系统的负担,同时其稳定性也会受到影响,使得其应用受到限制8.4.2主动式动力吸振技术-22.半主动式动力吸振器半主动式动力吸振技术通过在主系统上安装动态特性参数可调的动力吸振器,使得主系统的固有频率能够随着外界激励的变化而变化,充分吸收主系统的振动,以达到最好的吸振效果半主动式动力吸振技术不需要提供很大的外界能量,系统相对较为简单、稳定,吸振效果良好,兼具了主动式动力吸振器和被动式动力吸振器的优点,应用前景更为广阔,已广泛应用于土木与建筑工程以及车辆工程等领域按照调谐参数的不同,半主动式动力吸振器又可分为阻尼可调式和刚度可调式两大类21345678.5工程应用实例8.5.1多跨转子轴系临界振动控制电力、石化等领域的许多大型旋转机械普遍采用多跨串联运行方式,如低压和高压离心压缩机串联机组等对不平衡转子进行动平衡是降低转子临界共振的常用措施图8-22双跨转子轴系试验台8.5.2轻型客车动力总成振动控制汽车的动力总成由发动机、变速器及其附件组成,它是汽车的动力源和动力的传输机构,也是汽车上最主要的振动噪声源,图8-24所示为安装在轿车副车架上的动力吸振器,用以降低发动机的轰鸣声图8-24安装在轿车副车架上的动力吸振器8.5.3卫星飞轮振动控制研究发现,飞轮振动是影响卫星有效载荷性能指标的主要因素,对其进行有效振动控制显得十分必要本例采用动力吸振技术对飞轮振动进行控制。所设计的飞轮动力吸振器结构