1、第三章 振動污染及其控制二、振動污染源 三、振動的影響 一、振動與振動污染第一節 概述一、振動與振動污染振動 振動污染 v定義：定義：v（1）任何一個可以用時間的周期函數來描述的物理量，都稱之為振動。v（2）當一個物體處于周期性往復運動的狀態，即可說物體在振動。振動 v物理現象：物理現象：聲、光、熱等物理現象都包含振動；聲、光、熱等物理現象都包含振動；v生命和生活：生命和生活：心臟搏動、耳膜和聲帶的振動是人體心臟搏動、耳膜和聲帶的振動是人體的基本功能。的基本功能。v工程技術領域：工程技術領域：v橋梁和建筑物在陣風或地震激勵下的振動橋梁和建筑物在陣風或地震激勵下的振動v飛機和船舶在航行中的振動，

2、飛機和船舶在航行中的振動，v機床和刀具在加工時的振動，機床和刀具在加工時的振動，v各種動力機械的振動，各種動力機械的振動，v控制系統中的自激振動等。控制系統中的自激振動等。 v振動污染：振動污染： 振動超過一定的界限,從而對人體的健康和設施產生損害,對人的生活和工作環境形成干擾,或使機器、設備和儀表不能正常工作。振動污染 振動污染的特點 主觀性主觀性：是一種危害人體健康的感覺公害。是一種危害人體健康的感覺公害。 局部性：局部性：僅涉及振動源鄰近的地區。僅涉及振動源鄰近的地區。 瞬時性：瞬時性：是瞬時性能量污染，在環境中無是瞬時性能量污染，在環境中無殘余污染物，不積累。殘余污染物，不積累。振源停

3、止，污染即振源停止，污染即消失。消失。振動振動污染源污染源 （一）工廠振動源（一）工廠振動源（二）工程振動源（二）工程振動源 （三）道路交通振動源（三）道路交通振動源 （四）低頻空氣振動源（四）低頻空氣振動源 自然振源自然振源 人為振源人為振源 地震、火山爆發等自然現象地震、火山爆發等自然現象。自然振動帶來的災害難以避免，自然振動帶來的災害難以避免，只能加強預報減少損失只能加強預報減少損失。 二、振動污染源 p工業振動源工業振動源：旋轉機械、往復機械、傳動旋轉機械、往復機械、傳動軸系、管道振動等，如鍛壓、鑄造、切削、軸系、管道振動等，如鍛壓、鑄造、切削、風動、破碎、球磨以及動力等機械和各種輸風

4、動、破碎、球磨以及動力等機械和各種輸氣、液、粉的管道。氣、液、粉的管道。p特征參數特征參數：常見工廠振源附近常見工廠振源附近p 面上加速度級：面上加速度級：8080140dB140dB；p 振級：振級：6060100dB100dB；p 峰值頻率：峰值頻率：1010125Hz125Hz。（一）工廠振動源（一）工廠振動源p工程振動源工程振動源：工程施工現場的振動源主要工程施工現場的振動源主要是打樁機、打夯機、水泥攪拌機、輾壓設備、是打樁機、打夯機、水泥攪拌機、輾壓設備、爆破作業以及各種大型運輸機車等。爆破作業以及各種大型運輸機車等。 p特征參數特征參數：常見工程振源附近常見工程振源附近p振級：振級

5、：6060100dB100dB。（二）工程振動源（二）工程振動源 p 鐵路振源鐵路振源：p 頻率：一般在頻率：一般在202080Hz80Hz范圍內；范圍內；p 離鐵軌離鐵軌30m30m處的振動加速度級范圍處的振動加速度級范圍8585100dB100dB，振動級范圍，振動級范圍757590dB90dB內。內。（三）道路交通振動源（三）道路交通振動源 p 公公路振源路振源：p 頻率：一般在頻率：一般在2 2160Hz160Hz范圍內，其中范圍內，其中以以5 563Hz63Hz的頻率成分較為集中；的頻率成分較為集中；p 振級：多在振級：多在656590dB90dB范圍內。范圍內。 p 低頻空氣振動低

6、頻空氣振動是指人耳可聽見的是指人耳可聽見的100Hz100Hz左右的低頻。左右的低頻。p如玻璃窗、門產生的人耳難以聽見如玻璃窗、門產生的人耳難以聽見的低頻空氣振動。的低頻空氣振動。p這種振動這種振動多發生在工廠多發生在工廠。（四）低頻空氣振動源（四）低頻空氣振動源 固定式單個振動源固定式單個振動源如，一臺沖床或一臺水泵等如，一臺沖床或一臺水泵等 振動污染源振動污染源 按形式分為按形式分為 集合振動源集合振動源如，廠界環境振動、如，廠界環境振動、建筑施工場界環境振建筑施工場界環境振動動 按振動源的動態特征又可分成表3-1所示的四類。 表表3-1 3-1 環境振動污染源動態特征環境振動污染源動態特

7、征 三、振動的影響 振動對生理的影響振動對生理的影響 振動對心理的影響振動對心理的影響 振動對工作效率的影響振動對工作效率的影響 振動對構筑物的影響振動對構筑物的影響 p振動的生理影響主要是損傷人的機體，振動的生理影響主要是損傷人的機體，引起循環系統、呼吸系統、消化系統、神引起循環系統、呼吸系統、消化系統、神經系統、代謝系統、感官的各種病癥，損經系統、代謝系統、感官的各種病癥，損傷腦、肺、心、消化器官、肝、腎、脊髓、傷腦、肺、心、消化器官、肝、腎、脊髓、關節等關節等振動對生理的影響振動對生理的影響 p振動對睡眠的影響試驗振動對睡眠的影響試驗圖圖3-1 3-1 由鍛錘振動負荷引起的覺醒率由鍛錘振

8、動負荷引起的覺醒率 p人們在感受到振動時，心理上會產生不愉快、煩躁、人們在感受到振動時，心理上會產生不愉快、煩躁、不可忍受等各種反應。不可忍受等各種反應。p除振動感受器官感受到振動外，有時也會看到電燈除振動感受器官感受到振動外，有時也會看到電燈搖動或水面晃動，聽到門、窗發出的聲響，從而判斷搖動或水面晃動，聽到門、窗發出的聲響，從而判斷房屋在振動。房屋在振動。p人對振動的感受很復雜，往往是包括若干其他感受人對振動的感受很復雜，往往是包括若干其他感受在內的綜合性感受。在內的綜合性感受。 振動對心理的影響振動對心理的影響 p振動引起人體的生理和心理變化，導致工振動引起人體的生理和心理變化，導致工作效

9、率降低。作效率降低。p振動可使振動可使視力減退視力減退，用眼工作時所花費的，用眼工作時所花費的時間加長。時間加長。p振動使人振動使人反應滯后反應滯后，妨礙肌肉運動，影響，妨礙肌肉運動，影響語言交談，復雜工作的錯誤率上升等。語言交談，復雜工作的錯誤率上升等。振動對工作效率的影響振動對工作效率的影響 p振動通過地基傳遞到構筑物振動通過地基傳遞到構筑物，導致構筑物破，導致構筑物破壞。如基礎和墻壁龜裂、墻皮剝落，地基變壞。如基礎和墻壁龜裂、墻皮剝落，地基變形、下沉，門窗翹曲變形，構筑物坍塌，形、下沉，門窗翹曲變形，構筑物坍塌，影影響程度取決于振動的頻率和強度。響程度取決于振動的頻率和強度。p由于共振的

10、放大作用，其放大倍數可由數倍由于共振的放大作用，其放大倍數可由數倍至數十倍，因此帶來了更嚴重的振動破壞和至數十倍，因此帶來了更嚴重的振動破壞和危害。危害。振動對構筑物的影響振動對構筑物的影響 一、振動的基本物理量 二、振動的性質 三、簡諧振動系統 四、波動的產生與傳播 第二節 振動基礎 位移位移頻率頻率周期周期加速度加速度速度速度基本物理量基本物理量一、振動的基本物理量 （ x x0 0為振幅、為振幅、為角頻率）為角頻率）（3-33-3） （3-13-1）0sinxxtp 位移位移0cosdxxtdt（3-23-2）p 速度速度 2202sind xxtdt p 加速度加速度 簡諧振動簡諧振動

11、（正弦）的相位關系（正弦）的相位關系 圖圖3-2 3-2 位移、速度、加速度的相位關系位移、速度、加速度的相位關系n （一）正弦波振動（一）正弦波振動n （二）復合正弦波振動（二）復合正弦波振動n （三）沖擊波振動（三）沖擊波振動二、振動的性質 n （一）正弦波振動（一）正弦波振動a0sinkxaAt（3-43-4） （3-53-5） 0sin(k )Atx圖圖3-3 3-3 正弦波正弦波 a波長常數，波長常數， k/2 /c fcn （二）復合正弦波振動（二）復合正弦波振動 圖圖3-4 3-4 正弦波的合成正弦波的合成（基波和（基波和3 3次諧波的相位影響）次諧波的相位影響） 拍頻現象拍頻現

12、象 圖圖3-5 3-5 拍頻現象（頻率稍有不同的正弦波合成）拍頻現象（頻率稍有不同的正弦波合成） n （三）沖擊波振動（三）沖擊波振動圖圖3-7 3-7 沖擊激勵引起的單自由度系統的響應沖擊激勵引起的單自由度系統的響應 n （一）自由振動（一）自由振動n （二）受迫振動（二）受迫振動n （三）振動體與共振（三）振動體與共振三、簡諧振動系統 n （一）自由振動：（一）自由振動：無外力作用的振動無外力作用的振動無阻尼自由振動無阻尼自由振動有阻尼自由振動有阻尼自由振動圖圖3-8 3-8 彈簧自由振動示意圖彈簧自由振動示意圖 n在彈性系數為在彈性系數為k k的彈簧上的彈簧上 加一質量加一質量m m的重

13、物，使其的重物，使其 產生位移后輕輕放開，產生位移后輕輕放開， 則彈簧作則彈簧作無阻尼自由振動無阻尼自由振動。 n實際振動系統有彈簧內摩實際振動系統有彈簧內摩 擦、滑動摩擦、空氣或水擦、滑動摩擦、空氣或水 的阻力等各種阻尼作用，的阻力等各種阻尼作用， 是是有阻尼自由振動有阻尼自由振動。 無阻尼自由振動的計算無阻尼自由振動的計算22dxmkxdt 即即 220d xmkxdt（3-83-8） 0 xx00cosxxt（3-93-9） x00k m002 f或或 012fk m（3-103-10） 【討論討論】 與位移振幅無關與位移振幅無關。計算中需要確定計算中需要確定 值！值！ 0fkK-勁度系

14、數無阻尼自由振動的計算無阻尼自由振動的計算圖圖3-9 3-9 總彈性系數的計算總彈性系數的計算 有阻尼自由振動的計算有阻尼自由振動的計算（3-123-12） 22d xdxmckxdtdt 0【討論討論】阻尼系數阻尼系數c cn c c =0=0，則為無阻尼振動；，則為無阻尼振動； n c c 由由0 0逐漸增大，成為阻尼逐漸增大的振動；逐漸增大，成為阻尼逐漸增大的振動； n c c c cc c（臨界阻尼系數），已無振動，系統緩慢恢復到原位置。（臨界阻尼系數），已無振動，系統緩慢恢復到原位置。 （3-133-13） cc c022ccmkm（3-143-14） 0n 0 0 1 1時，為時，

15、為c cc cc c的阻尼振動，即物體雖作振動，但振幅逐漸減小的阻尼振動，即物體雖作振動，但振幅逐漸減小, , 不久即停止不久即停止。 圖圖3-10 3-10 不同阻尼下的位移隨時間的變化不同阻尼下的位移隨時間的變化 【討論討論】n =1 =1時，為時，為c=cc=cc c的臨界阻尼振動，阻尼系數的臨界阻尼振動，阻尼系數c c即為臨界阻尼系數。即為臨界阻尼系數。 n 1 1時，為時，為c cc cc c的過阻尼振動，的過阻尼振動，此運動已非振動狀態，而是逐漸此運動已非振動狀態，而是逐漸 衰減的非周期運動衰減的非周期運動 n （二）受迫振動：（二）受迫振動：在外力反復作用下的振動在外力反復作用下

16、的振動無阻尼受迫振動無阻尼受迫振動有阻尼受迫振動有阻尼受迫振動圖圖3-11 3-11 受迫振動受迫振動 無阻尼受迫振動無阻尼受迫振動（3-223-22） 202sind xmkxFtdt0201sin1Fxtk（3-233-23） 0 x無阻尼受迫振動無阻尼受迫振動02s t011xx（3-243-24） 0Fkstx0 x0201sin1Fxtk（3-233-23） 圖圖3-12 3-12 振幅倍率振幅倍率 0/0f /f0/0/0/2有阻尼受迫振動有阻尼受迫振動202csind xdxmkxFtdtdt（3-253-25） 2000222200sinexpsin12tFxXttm （3-2

17、63-26） 022200sin12tFxk（3-283-28） 有阻尼受迫振動有阻尼受迫振動022200sin12sttxx（3-293-29） n用圖表示式（用圖表示式（3-293-29）時，如圖）時，如圖3-103-10所示，所示， 越小，振幅倍率曲線的峰值越小，振幅倍率曲線的峰值越高；越高； 越大，振幅倍率曲線的峰值越低，也越平緩。越大，振幅倍率曲線的峰值越低，也越平緩。 n （三）振動體與共振（三）振動體與共振固有頻率固有頻率 共振發生的頻率共振發生的頻率共振烈度的表示共振烈度的表示振動體與共振頻率振動體與共振頻率固有頻率固有頻率（也稱（也稱共振頻率共振頻率） 共振發生的頻率共振發生

18、的頻率p即阻尼比即阻尼比 = 0= 0，頻率比，頻率比 = 1 = 1 時，呈共振狀態時，呈共振狀態 理論上振幅為無窮大。理論上振幅為無窮大。無阻尼無阻尼 0/有阻尼有阻尼 200f12f22011 21 22ckcffmc21122kcmm（3-313-31） （3-333-33） 共振烈度的表示共振烈度的表示0m a x12stxx（3-353-35）02112fQffQ（3-363-36）共振烈度的表示共振烈度的表示Q圖圖3-13 3-13 共振烈度共振烈度 02112fQff振動體與共振頻率振動體與共振頻率02nfEl02kfElk（3-383-38）l: 長度；S：張力；：密度E:

19、彈性模量；:常數； t：厚度（方棒）或直徑（圓棒） c: 聲速; 開口時要對長度12Sl12El12K tEl2cl072Sa2221K tEal: l: 長度；長度；S S：張力；：張力；：密度：密度：密度：密度; E: ; E: 彈性模量彈性模量 c: c: 聲速聲速; ; 開口時要對長度開口時要對長度 作開口修正作開口修正面密度面密度; a:; a:半徑；半徑；S S：張力：張力1KK K2 2：常數；：常數； ：泊松比：泊松比l表表3-2 3-2 振動體與共振頻率振動體與共振頻率 n （一）波動的產生（一）波動的產生n （二）共振引起的擴大（二）共振引起的擴大n （三）振動波的種類與形

20、態（三）振動波的種類與形態n （四）波動沿地面的傳遞特性（四）波動沿地面的傳遞特性四、波動的產生與傳播 n （一）波動的產生（一）波動的產生n （二）共振引起的擴大（二）共振引起的擴大n（1 1）包括基礎在內的機器質量和支承基礎的支承）包括基礎在內的機器質量和支承基礎的支承彈簧引發的力的傳遞即為共振。彈簧引發的力的傳遞即為共振。n（2 2）激振力傳遞過程中，可能發生因地質構造引）激振力傳遞過程中，可能發生因地質構造引起地基共振的現象。起地基共振的現象。n3 3）從受振（即受損方）還須考慮與振源同樣的機）從受振（即受損方）還須考慮與振源同樣的機械或建筑及其支承引起的共振。械或建筑及其支承引起的共

21、振。n（4 4）當機械或建筑的部分或部件的固有頻率與傳）當機械或建筑的部分或部件的固有頻率與傳遞來的激振力頻率一致時，就會強烈共振遞來的激振力頻率一致時，就會強烈共振。n （三）振動波的種類與形態（三）振動波的種類與形態p縱波縱波（壓縮波或疏密波壓縮波或疏密波）: :傳播速度快，傳播速度快，在振源觀測時總是先到達觀測點，故也稱在振源觀測時總是先到達觀測點，故也稱為為一次波一次波（Primary WavePrimary Wave，略作，略作P P波波）p縱波傳播以介質體積伸長或壓縮的形式變縱波傳播以介質體積伸長或壓縮的形式變化，質點沿波的行進方向作前后運動。化，質點沿波的行進方向作前后運動。 p

22、橫波橫波（剪切波剪切波）: :又稱又稱二次波二次波（SeconSecondary Wavedary Wave，略作略作S S波波）p橫波中質點運動與波的傳播方向垂直，介橫波中質點運動與波的傳播方向垂直，介質體積不發生變化質體積不發生變化 。p實體波實體波（Body Wave）p瑞利波瑞利波（Rayleigh WaveRayleigh Wave）：最具代表）：最具代表性的表面波，在公害振動中起重要貢獻。性的表面波，在公害振動中起重要貢獻。p質點運動與波的傳播方向垂直。質點運動與波的傳播方向垂直。 p表面波表面波（Surface Wave）p樂甫波樂甫波(Love wave)(Love wave)

23、：在不同固體表面：在不同固體表面層內發生的表面波。層內發生的表面波。p質點運動與波傳播方向垂直且水平移動。質點運動與波傳播方向垂直且水平移動。 圖圖3-14 3-14 振動波的種類與形態振動波的種類與形態 n （三）振動波的種類與形態（三）振動波的種類與形態n （四）波動沿地面的傳遞特性（四）波動沿地面的傳遞特性波動傳遞的順序波動傳遞的順序 波動的空間分布特征波動的空間分布特征波動隨距離的衰減波動隨距離的衰減波動的反射、折射和衍射波動的反射、折射和衍射波動傳遞的順序波動傳遞的順序 圖圖3-15 3-15 振動波傳遞順序示意圖振動波傳遞順序示意圖 p作用于勻質且廣闊的地表面上一點的純沖擊波，一般

24、隨著作用于勻質且廣闊的地表面上一點的純沖擊波，一般隨著距離的增加，波形本身將產生變形。距離的增加，波形本身將產生變形。p假定波形傳播時保持原狀，則波動傳遞順序：假定波形傳播時保持原狀，則波動傳遞順序：n首先觀測到與地面平行的首先觀測到與地面平行的P P波，波，n其次是其次是S S波，波，n而后是具有與地面垂直振動分量的而后是具有與地面垂直振動分量的R R波。波。 波動的空間分布特征波動的空間分布特征圖圖3-16 3-16 在均勻地面上施加振動力時波的傳播狀況示意圖在均勻地面上施加振動力時波的傳播狀況示意圖P P波與振動傳播波與振動傳播方向平行運動方向平行運動R R波粒子的水平分量波粒子的水平分

25、量R R波粒子的波粒子的垂直分量垂直分量 波動隨距離的衰減波動隨距離的衰減nr000 xr20lg20rr lge 20lgxr（3-39）波動隨距離的衰減波動隨距離的衰減)()lg(10212121rrrrLLaa波動隨距離的衰減波動隨距離的衰減2112aa r r（3-40）波動的反射、折射和衍射波動的反射、折射和衍射圖圖3-17 3-17 不同入射波的反射波和折射波不同入射波的反射波和折射波 p振動在固體中的反射、折射、衍射、透射基本原理同聲場；振動在固體中的反射、折射、衍射、透射基本原理同聲場；p復雜處在于固體中縱波、橫波、表面波共存，且傳播速度不同復雜處在于固體中縱波、橫波、表面波共

26、存，且傳播速度不同。p圖示為圖示為P P波、波、S S波從固體介質波從固體介質1 1傳遞到固體介質傳遞到固體介質2 2的界面產生反射和折射的情況。的界面產生反射和折射的情況。p設設P P波、波、S S波在介質波在介質1 1中的振動速度分別為中的振動速度分別為c cP1P1、c cS1S1，在介質，在介質2 2中的振動速度分別中的振動速度分別 為為c cP2P2、c cS2S2。 波動的反射、折射和衍射波動的反射、折射和衍射圖圖3-173-17（a a） P P波以角度波以角度 入射入射1212PPSSsinsinsinsinebfcccc（3-41）波動的反射、折射和衍射波動的反射、折射和衍射

27、圖圖3-173-17（b b）波動的反射、折射和衍射波動的反射、折射和衍射波動的反射、折射和衍射波動的反射、折射和衍射圖圖3-18 3-18 各層間的多重反射、折射各層間的多重反射、折射 圖圖3-19 3-19 在固體端部的在固體端部的R R波的反射波和透射波波的反射波和透射波 波動的反射、折射和衍射波動的反射、折射和衍射二、環境振動標準 三、城市區域環境振動標準 一、振動的評價 第三節 振動的評價與標準1.1.位移、速度和加速度位移、速度和加速度 2.2.振動級振動級 一、振動的評價 1.1.位移、速度和加速度位移、速度和加速度 p振動的振動量：振動的振動量：是指是指 被測系統在選定點上被測

28、系統在選定點上 選定方向的運動量。選定方向的運動量。 p位移、速度和加速度位移、速度和加速度的換算關系的換算關系（p118p118圖圖3-20 3-20 ）描述振動量的基本參數描述振動量的基本參數 10Hz10Hz 0.01m/s0.01m/s2 2 0.160.16/s/s 2.5m 2.5m 圖圖3-20 3-20 振動量換算圖振動量換算圖 2.2.振動級振動級 20lgearefaLa（3-423-42） ea12eaarefa621 10/refam s 521 10/refam s 2.2.振動級振動級 圖圖3-21 3-21 等感度曲線等感度曲線 （3-433-43） ea20 l

29、gearefaLa210ffecaefeaa（3-433-43） feafc表表3-3 3-3 垂直振動與水平振動的修正值垂直振動與水平振動的修正值 aL（3-443-44） 解：解：2 2臺機器同時工作時的振動加速度有效值為臺機器同時工作時的振動加速度有效值為222222ea2.683.6210 m/s 4.5 10 m/s2ea5ref3a4.5 10L20lg20lgdBa1020lg4.5+20lg10dB1360 dB73dB解：解：2 2臺機器各自工作時，其振動加速度級分別為臺機器各自工作時，其振動加速度級分別為23e1a15refa2.68 10L20lg20lg20lg2.68

30、+20lg10dB960 dB69dBa1023e2a25refa3.62 10L20lg20lg20lg3.62+20lg10dB1160 dB71dBa10ai0.1Ln0.1 690.1 71ai 1L10lg1010lg 1010dB73dB0.1Lpinpi 1L10lg102512/80665. 9smg 圖圖3-22 3-22 垂直方向的振動暴露標準垂直方向的振動暴露標準暴露時間暴露時間圖圖3-23 3-23 垂直方向的振動暴露標準垂直方向的振動暴露標準疲勞和效率衰減的界限疲勞和效率衰減的界限 二、環境振動標準 113113116116113113898992928989全天全天

31、車間車間113113116116113113838386868383全天全天辦公室辦公室74749797777710010074747979747477777474夜間夜間107107110110110110113113107107110110777783838080868677778383白天白天住宅住宅717174747171717174747171全天全天嚴格控制嚴格控制區區混合軸混合軸Z ZX X（Y Y）混合軸混合軸Z ZX X（Y Y）每天數次的振動每天數次的振動連續振動、間歇振動、重復振動連續振動、間歇振動、重復振動振動級振動級 （ ）/dB/dB時間時間地點地點621 10/r

32、efam s 表表3-4 ISO3-4 ISO建筑物內振動標準建筑物內振動標準 三、城市區域環境振動標準 表表3-5 3-5 城市各類區域鉛垂方向振級標準值城市各類區域鉛垂方向振級標準值 )()lg(10212121rrrrLLaa第四節 振動控制技術 p不同性質的振源引起的不同性質的振源引起的振動不振動不同，解決的方法也不同同，解決的方法也不同；p首先要首先要確定振源的位置、激勵確定振源的位置、激勵特性特性( (簡諧性、周期性、窄帶隨簡諧性、周期性、窄帶隨機性或寬帶隨機性機性或寬帶隨機性) )；p振動特征振動特征( (受迫型、自激型或參受迫型、自激型或參激型激型) )等。等。 p確定衡量振動

33、水平的確定衡量振動水平的量及其指標量及其指標：位移、：位移、速度或加速度、應力速度或加速度、應力等，也可以是其最大等，也可以是其最大值或均方根值。值或均方根值。 p振動控制方法包括振動控制方法包括隔隔振、吸振、阻振、消振振、吸振、阻振、消振及結構修改及結構修改等，各自的等，各自的適用性不同。適用性不同。 p建立受控對象與控制裝置建立受控對象與控制裝置( (如吸振器、隔振器、阻尼器如吸振器、隔振器、阻尼器等等) )的的力學模型、力學模型、進行振動分進行振動分析析; ;p對控制裝置對控制裝置參數與結構的參數與結構的設計設計 p將控制裝置的結構將控制裝置的結構與參數從設計轉化為與參數從設計轉化為實物

34、。實物。可實現性可實現性是振是振動控制研究中必須注動控制研究中必須注意的重要問題。意的重要問題。 一、振動源控制二、機械振動控制三、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、振動衰減 突然的作用力或反作用力突然的作用力或反作用力引起的引起的沖擊振動沖擊振動 旋轉旋轉機械靜平衡力或動平衡機械靜平衡力或動平衡力產生的力產生的不平衡力引起振動不平衡力引起振動 往復機械本身不平衡往復機械本身不平衡引起振動引起振動 l振源控制方法振源控制方法: :l改進振動設備的設計；l提高制造加工裝配精度。一、振動源控制機械設備產生的振動類型機械設備產生的振動類型 穩態振動穩態振動 沖擊振動沖擊振

35、動 n產生沖擊振動的機器有鍛產生沖擊振動的機器有鍛 錘、沖床、剪板機、折邊錘、沖床、剪板機、折邊 機、壓力機及打樁機等沖機、壓力機及打樁機等沖 擊式機器擊式機器 兩種類型的振動控制及隔離方法都有所不同兩種類型的振動控制及隔離方法都有所不同 二、機械振動控制（一）降低機械的振動加速度（一）降低機械的振動加速度二、機械振動控制（二）利用支承臺架質量的減振措施（二）利用支承臺架質量的減振措施（三）利用動力吸振的減振措施（三）利用動力吸振的減振措施（一）降低機械的振動加速度（一）降低機械的振動加速度0fxx200222f0012xx（3-453-45） fx0fxxp頻率比頻率比/03時，全時，全部部

36、為1。圖圖3-24 3-24 自由振幅倍率曲線自由振幅倍率曲線 （二）利用支承臺架質量的減振措施（二）利用支承臺架質量的減振措施p 激振力頻率激振力頻率f f與系統固有頻率與系統固有頻率f f0 0之比，即頻率之比，即頻率 比比/0 0為為02mfk （3-463-46） 0 xp 位移振幅位移振幅 為為p 質量質量m m為為p 若要控制位移振幅若要控制位移振幅 在許可位移振幅以下，在許可位移振幅以下， 可按上式求得相應的質量可按上式求得相應的質量m m或彈性勁度或彈性勁度k k。0 x02200011mx1F（3-483-48） 0022001111Fxxk（3-473-47） 解：解：（1

37、 1）系統的固有頻率系統的固有頻率20113f1f由式（由式（3-473-47），知），知 ，即，即 20113600/601f得，得，f f0 0=5Hz=5Hz （2 2）系統總質量系統總質量02222000111000601mkg100kgx0.22510115F 水泥臺的質量水泥臺的質量 （100 70 100 70 ）kg= 30 kg= 30 （3 3）總勁度系數）總勁度系數k = 100k = 100(2(25)5)2 2 /s/s2 2 100 000100 000/s/s2 2 = = 100 kN/m100 kN/m 013 10/2fk m由式（ -），得圖圖3-25 支

38、承臺支承臺架質量減振架質量減振（三）利用動力吸振的減振措施（三）利用動力吸振的減振措施 p當外力的頻率與質量當外力的頻率與質量- -彈簧系統的固有頻率接近時，彈簧系統的固有頻率接近時， 就會產生共振。就會產生共振。p當機械安裝不良而形成共振狀態等情況，可采用當機械安裝不良而形成共振狀態等情況，可采用動動力吸振器力吸振器的方法，作為減振處理措施之一。的方法，作為減振處理措施之一。p二自由度無阻尼系統：二自由度無阻尼系統： 如圖如圖3-263-26所示，當彈簧上的所示，當彈簧上的機械質量機械質量M M的振幅異常大時，的振幅異常大時，在在M M上通過彈簧上通過彈簧k k再加以質量再加以質量m m（吸

39、振器），即（吸振器），即二自由度無阻尼系統。二自由度無阻尼系統。圖圖3-26 動力吸振器動力吸振器p在在二自由度無阻尼系統二自由度無阻尼系統中中2st20122211xxkk11KK 01x（3-493-49）p機械的質量機械的質量M M的的位移振幅位移振幅 為為 1KM2km式中式中 ，。 p吸振器質量吸振器質量m m的的位移振幅位移振幅 為為 02xst022221xxkk11KK （3-503-50） 1KM2km式中式中 ，。 。 p要使機械的質量要使機械的質量M M的的位移振幅位移振幅 趨近于趨近于0 0，就要，就要 此時吸振器施加給機械的力與外力相互抵消此時吸振器施加給機械的力與外

40、力相互抵消 理論上機械處于靜止狀態。理論上機械處于靜止狀態。 01x12F sintF sint=0p 機械處于共振狀態的前提是機械處于共振狀態的前提是 則有則有（3-513-51） 12kmKMp有阻尼情況下的動力吸振器減振機理很復雜，有專著論述。有阻尼情況下的動力吸振器減振機理很復雜，有專著論述。 圖圖3-27 3-27 動力吸振器引起的共振頻率的變化動力吸振器引起的共振頻率的變化 l（a a）：機械發生共振：機械發生共振l（b b）：機械避開了狀態：機械避開了狀態（a）的的 共振，形成了兩個新的共振點共振，形成了兩個新的共振點 圖圖3-283-28可滑動調節的動力吸振器可滑動調節的動力吸

41、振器 應用實例：圖應用實例：圖3-283-28 所示為質量部分可以所示為質量部分可以滑動調節的吸振器。滑動調節的吸振器。 解：要使主振動系統與附加質量的振動系統的固有頻率一解：要使主振動系統與附加質量的振動系統的固有頻率一 致，按式（致，按式（3-513-51）kmKM 于是于是33m K3001050kN / m7510 N / m75kN / mM200（一）彈性減振原理（一）彈性減振原理 （二）彈性減振方法（二）彈性減振方法 三、彈性減振（一）彈性減振原理（一）彈性減振原理 20222001 +2120F0/FF（3-523-52） F圖圖3-29 3-29 振動傳遞系數圖振動傳遞系數圖

42、（1 1）f ff f0 0的區域的區域 （2 2）0 0f f f f0 0的區域的區域 （3 3）f=ff=f0 0的區域的區域 （4 4）f ff f0 0的區域的區域 （5 5）f f f f0 0的區域的區域 222圖圖3-29 3-29 振動傳遞系數圖振動傳遞系數圖（1 1）f ff f0 0的區域的區域 （2 2）0 0f f f f0 0的區域的區域 （3 3）f=ff=f0 0的區域的區域 （4 4）f ff f0 0的區域的區域 （5 5）f f f f0 0的區域的區域 222圖圖3-29 3-29 振動傳遞系數圖振動傳遞系數圖（1 1）f ff f0 0的區域的區域 （

43、2 2）0 0f f f f0 0的區域的區域 （3 3）f=ff=f0 0的區域的區域 （4 4）f ff f0 0的區域的區域 （5 5）f f f f0 0的區域的區域 222圖圖3-29 3-29 振動傳遞系數圖振動傳遞系數圖（1 1）f ff f0 0的區域的區域 （2 2）0 0f f f f0 0的區域的區域 （3 3）f=ff=f0 0的區域的區域 （4 4）f ff f0 0的區域的區域 （5 5）f f f f0 0的區域的區域 2221圖圖3-29 3-29 振動傳遞系數圖振動傳遞系數圖（1 1）f ff f0 0的區域的區域 （2 2）0 0f f f f0 0的區域的

44、區域 （3 3）f=ff=f0 0的區域的區域 （4 4）f ff f0 0的區域的區域 （5 5）f f f f0 0的區域的區域 2222011p實際防振設計中，實施彈性減振的方案：實際防振設計中，實施彈性減振的方案：l方案方案1 1：先確定質量，再選定彈簧；先確定質量，再選定彈簧；l方案方案2 2：先大致選擇彈簧，再用附加質量先大致選擇彈簧，再用附加質量 調節彈簧所支承的質量；調節彈簧所支承的質量；l方案方案3 3：選定彈簧個數，調節所支承的質選定彈簧個數，調節所支承的質 量。量。20112011（3-533-53） 20k/m21 km（3-543-54） 1mm1（3-553-55）

45、 0/ff0f解：解：（1 1）每一彈性材料的負荷）每一彈性材料的負荷 （2 2）固有頻率）固有頻率 （3 3）勁度系數）勁度系數 21700W9.8kg m /s2777N6 （4 4）振動傳遞系數）振動傳遞系數 0225251kf2m1700k26.67kg /s4.97 10 kg /s4.97 10 N / m6由 ， 得220110.12531f/f100112003Hz6.67Hz360fff因為所以積極隔振積極隔振（主動隔振）（主動隔振） 消極隔振消極隔振（被動隔振）（被動隔振） 圖圖 3-30 3-30 積極隔振示意圖積極隔振示意圖 圖圖 3-31 3-31 消極隔振示意圖消極

46、隔振示意圖 （二）彈性減振方法（二）彈性減振方法 四、阻尼減振 自由阻尼層減振自由阻尼層減振 約束阻尼層減振約束阻尼層減振 圖圖 3-32 3-32 阻尼層示意圖阻尼層示意圖 阻尼減振方法阻尼減振方法(a)(a)自由阻尼自由阻尼層層 （b b）約束阻尼層）約束阻尼層 積極沖擊隔離減振積極沖擊隔離減振隔離鍛壓機、沖床隔離鍛壓機、沖床及其他具有脈沖沖及其他具有脈沖沖擊力的機械，以減擊力的機械，以減少其對環境的影響少其對環境的影響。 脈沖沖擊的脈沖沖擊的 隔離減振隔離減振 消極沖擊隔離減振消極沖擊隔離減振隔離基礎的脈沖沖隔離基礎的脈沖沖擊，使安裝在基礎擊，使安裝在基礎上的電子儀器及精上的電子儀器及精

47、密設備能正常工作密設備能正常工作。 五、沖擊減振五、沖擊減振圖圖3-33 3-33 單自由度沖擊隔振系統單自由度沖擊隔振系統00apteapl積極沖擊隔離和消極沖擊隔離的傳遞系數估算相積極沖擊隔離和消極沖擊隔離的傳遞系數估算相同，即隔離原理是相同的。同，即隔離原理是相同的。l沖擊傳遞系數與系統的固有頻率成正比，即系統沖擊傳遞系數與系統的固有頻率成正比，即系統的固有頻率越小，傳遞系數越小；隔離支承的阻尼的固有頻率越小，傳遞系數越小；隔離支承的阻尼越大、傳遞系數越小。越大、傳遞系數越小。l為了達到一定的隔離效果，須選擇較軟的剛度低為了達到一定的隔離效果，須選擇較軟的剛度低的彈性支承并設法增大彈性支

48、承的阻尼。的彈性支承并設法增大彈性支承的阻尼。l沖擊隔離沖擊隔離與與緩沖緩沖的區別的區別l沖擊隔離沖擊隔離是在機器、設備、儀器與基礎間安裝彈性支承是在機器、設備、儀器與基礎間安裝彈性支承（隔振器）。（隔振器）。l緩沖緩沖是使緩沖材料介于相互碰撞的物體之間，使碰撞的是使緩沖材料介于相互碰撞的物體之間，使碰撞的沖擊力比直接碰撞低，如汽車緩沖器、飛機著陸架等。沖擊力比直接碰撞低，如汽車緩沖器、飛機著陸架等。 l沖擊隔離沖擊隔離與與振動隔離振動隔離的區別與相似點的區別與相似點l沖擊隔離沖擊隔離是隔離機械的脈沖沖擊力。是隔離機械的脈沖沖擊力。l振動隔離振動隔離是降低設備自身振動或減小基礎振動的影響。是降

49、低設備自身振動或減小基礎振動的影響。 l一些設備的隔振系統或有些隔振器同時具有隔振和防沖擊一些設備的隔振系統或有些隔振器同時具有隔振和防沖擊的作用。的作用。若若振源振源振動難以消除時，需振動難以消除時，需要考慮采取措施阻斷振動的要考慮采取措施阻斷振動的傳播途徑傳播途徑，以減輕振動，以減輕振動 六、傳播途徑的減振對策 傳播途徑的減振對策 距離衰減距離衰減 防振溝防振溝 隔墻隔墻六、傳播途徑的減振對策 l增大距離，使受影響對象遠離振源，可實現減振增大距離，使受影響對象遠離振源，可實現減振目的。目的。l當距離為當距離為4 420m20m左右時，距離增大一倍，振動左右時，距離增大一倍，振動衰減衰減3

50、36dB6dB；l當距離大于當距離大于20m20m時，距離增大一倍，振動衰減時，距離增大一倍，振動衰減6d6dB B以上。以上。 l一般情況下不提倡防振溝一般情況下不提倡防振溝。l為使振動下降為使振動下降6dB6dB以下，溝深度要達以下，溝深度要達5 510m10m；l施工、維護困難，一旦積水，效果就受影響。施工、維護困難，一旦積水，效果就受影響。l振源產生的沿地面傳播的波動，有縱波、橫波、表面波。振源產生的沿地面傳播的波動，有縱波、橫波、表面波。l一般在堅硬的基礎上存在表面層時，瑞利波的速度受到頻率一般在堅硬的基礎上存在表面層時，瑞利波的速度受到頻率的影響，這種現象稱為頻散。的影響，這種現象

51、稱為頻散。l頻率增高時，該速度與表面層的橫波速度接近；頻率增高時，該速度與表面層的橫波速度接近；l頻率降低時，則與基底層的橫波速度接近。頻率降低時，則與基底層的橫波速度接近。l樂甫波只限于在基礎上有比較柔軟的表面層的情況下存樂甫波只限于在基礎上有比較柔軟的表面層的情況下存在。在。l振動僅與波的前進方向成直角的水平面內產生，也具有振動僅與波的前進方向成直角的水平面內產生，也具有頻散性。頻散性。l地基的種類和縱波、橫波傳播速度的大致值。地基的種類和縱波、橫波傳播速度的大致值。l所測量的地表振動是這些波的合成，所測量的地表振動是這些波的合成，l表面波傳播速度為橫波傳播速度的表面波傳播速度為橫波傳播速

52、度的95%95%9898左右。左右。表表3-6 3-6 地基的種類與縱波、橫波傳播速度的大致值地基的種類與縱波、橫波傳播速度的大致值l地基經常性微動：地基經常性微動：地基經常性存在的具有固地基經常性存在的具有固有特殊周期的微弱振動有特殊周期的微弱振動！l是一種必須引起重視的地基的特征振動。是一種必須引起重視的地基的特征振動。l與地基種類相對應，地基越硬，微弱振動的頻率越高，與地基種類相對應，地基越硬，微弱振動的頻率越高，固有周期越短固有周期越短 l若以接近這種振動的頻率激振，則波動隨距離的衰減不若以接近這種振動的頻率激振，則波動隨距離的衰減不大，會引起振動污染。大，會引起振動污染。l若地面建筑

53、物的固有頻率與該頻率相近，則建筑物容易若地面建筑物的固有頻率與該頻率相近，則建筑物容易因共振而受到激勵。因共振而受到激勵。七、振動衰減 00010lg+ rrLLkrrr0LrL0rrr（3-573-57） r0r10/rrl地層為多層重疊地層為多層重疊l在堅硬層上部有厚度為在堅硬層上部有厚度為 H的黏土層的黏土層l若，橫波傳播速度為若，橫波傳播速度為v， 則通常以頻率則通常以頻率 （3-583-58） 形成固有振動，并隨機械而產生共振，形成固有振動，并隨機械而產生共振， 注意避免！注意避免！04vfH圖圖3-34 3-34 各種地面狀況各種地面狀況l地層中間有柔軟層，固有振動頻率為地層中間有

54、柔軟層，固有振動頻率為v/2Hl當以間距當以間距D安裝多臺機械時，激振力的頻率為安裝多臺機械時，激振力的頻率為 1, 2,2nvfnDDl地面振幅大于基礎振幅，也能形成二次振源，須注意機械地面振幅大于基礎振幅，也能形成二次振源，須注意機械的間距。拉開距離以減少振動是防振的必要措施。的間距。拉開距離以減少振動是防振的必要措施。 （3-593-59）圖圖3-34 3-34 各種地面狀況各種地面狀況解：由式（解：由式（3-573-57），得），得 756010lg+0.35 5rr 29.5rm該機械至少應設置在距廠界大于該機械至少應設置在距廠界大于30 m 30 m 處。處。 一、減振材料二、減振

55、裝置三、振動污染的控制第五節 減振材料與裝置及其應用（一）隔振材料（一）隔振材料 （二）阻尼材料（二）阻尼材料 一、減振材料 常用的隔振材料 橡膠 軟木 玻璃纖維玻璃纖維 毛氈毛氈（一）隔振材料（一）隔振材料 1.1.橡膠橡膠 肋狀墊肋狀墊鏤孔墊鏤孔墊釘子墊釘子墊WJWJ型型墊墊圖圖 3-35 3-35 橡膠墊常見型式橡膠墊常見型式軟木的靜態壓縮量中有一部分是永久變形，計算固軟木的靜態壓縮量中有一部分是永久變形，計算固有頻率時應扣除這一部分不可恢復的壓縮量。有頻率時應扣除這一部分不可恢復的壓縮量。 2.2.軟木 2.2.軟木 3. 3. 玻璃纖維玻璃纖維 毛氈毛氈 毛氈毛氈（二）阻尼材料（二）

56、阻尼材料 1.1.阻尼材料阻尼材料的種類的種類彈性阻尼材料彈性阻尼材料: : 橡膠類、瀝青類和塑料類橡膠類、瀝青類和塑料類 復合材料復合材料: 層壓材料、混合材料層壓材料、混合材料 阻尼合金阻尼合金： 基體包括鐵基、鋁基等基體包括鐵基、鋁基等 庫侖摩擦阻尼材料庫侖摩擦阻尼材料： 不銹鋼絲網、鋼絲繩、玻璃纖維不銹鋼絲網、鋼絲繩、玻璃纖維 其他類其他類： 阻尼陶瓷、玻璃等阻尼陶瓷、玻璃等 阻尼材料特性評價阻尼材料特性評價 彈性阻尼材料彈性阻尼材料阻尼材料特性評價阻尼材料特性評價 復合材料復合材料 阻尼材料特性評價阻尼材料特性評價 阻尼材料特性評價阻尼材料特性評價 阻尼合金阻尼合金 （二）阻尼材料（

57、二）阻尼材料 2.2.阻尼材料阻尼材料的影響因素的影響因素（1 1）溫度的影響）溫度的影響 （2 2）頻率的影響）頻率的影響 （3 3）其他因素的影響）其他因素的影響 （1 1）溫度的影響）溫度的影響 圖圖3-36 3-36 某頻率下，某頻率下，EE、 隨溫度變化曲線隨溫度變化曲線 （2 2）頻率的影響）頻率的影響 圖圖3-37 3-37 某溫度下，某溫度下， EE、 隨頻率變化曲線隨頻率變化曲線 （2 2）頻率的影響）頻率的影響 圖圖3-37 3-37 某溫度下，某溫度下， EE、 隨頻率變化曲線隨頻率變化曲線 （3 3）其他因素的影響）其他因素的影響 p 動態應變增加，則彈性模量動態應變增

58、加，則彈性模量EE減少，減少， 阻尼損耗因子阻尼損耗因子增加。增加。動態應變動態應變 p 靜態預載增加，彈性模量靜態預載增加，彈性模量EE增加，增加， 阻尼損耗因子阻尼損耗因子下降。下降。靜態預載靜態預載 隔振器隔振器 二、減振裝置工程常用工程常用減振裝置減振裝置1.1.鋼彈簧隔振器鋼彈簧隔振器 2.2.橡膠隔振器橡膠隔振器3.3.空氣彈簧空氣彈簧4.4.液體彈簧液體彈簧 1.1.鋼彈簧隔振器鋼彈簧隔振器 圖圖3-38 3-38 鋼彈簧隔振器型式鋼彈簧隔振器型式 鋼絲繩螺旋彈簧鋼絲繩螺旋彈簧 不銹鋼鋼絲繩彈簧不銹鋼鋼絲繩彈簧 碟形彈簧碟形彈簧 螺旋柱簧螺旋柱簧 螺旋板簧螺旋板簧 螺旋錐簧螺旋錐

59、簧 板簧板簧 拉簧拉簧 折板簧折板簧 鋼彈簧是最常用的一種隔振器，常用的有圓柱彈簧和板彈簧。鋼彈簧是最常用的一種隔振器，常用的有圓柱彈簧和板彈簧。 1.1.鋼彈簧隔振器鋼彈簧隔振器 p各類風機、空壓機、球磨機、破碎機等大各類風機、空壓機、球磨機、破碎機等大中小型的機械設備。中小型的機械設備。螺旋彈簧隔振器螺旋彈簧隔振器 p由幾塊鋼板疊合制成，利用鋼板的摩擦獲得適宜由幾塊鋼板疊合制成，利用鋼板的摩擦獲得適宜 的阻尼比，只在一個方向上有減振作用；的阻尼比，只在一個方向上有減振作用；p一般用于火車、汽車的車體減振和只有垂直沖擊一般用于火車、汽車的車體減振和只有垂直沖擊 的鍛錘基礎隔振。的鍛錘基礎隔振。板彈簧隔振器板彈簧隔振器 1.1.鋼彈簧隔振器鋼彈簧隔振器 1.1.鋼彈簧隔振器鋼彈簧隔振器 l應使各彈簧的自由高度盡量一致，基礎底面要應使各彈簧的自由高度盡量一致，基礎底面要 平整，使各彈簧在平面上均勻對稱，受壓均衡；平整，使各彈簧在平面上均勻對稱，受壓