真空仓隔振系统设计仿真设计报告 2Word文档下载推荐.docx
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非接触的基础（质量为mf）。
常用的隔振器有：
叠层橡胶垫支座、螺旋弹簧支座、摩擦滑移支座等。
其中叠层橡胶垫隔振系统技术比较成熟，性能可靠和稳定，是目前世界上应用最为广泛的一种隔振系统。
很多工程按比例缩小的建筑模型在地震模拟台上实验都获得成功，并在工程实际施工中获得了很好的经济价值和社会价值。
根据弹性元件中能量耗散的特点及其设计，单轴向系统的动力学模型可以改变。
对固定物体进行隔振的典型动态模型及其变形共有四种，如图1所示。
在图（a）中，隔振器表示为一个弹性元件（刚度为k）与粘性阻尼器的并联，当俩个终端的相对位移为x时，粘性阻尼器产生的阻尼力Fv与相对速度成正比，即Fv=c（v1-v2）,粘性阻尼器是对阻尼理想化以及便于对问题进行分析而提出的，并非一个实际存在的元件。
图（b）中隔振器的弹性元件将弹性（刚度为k）和迟滞性能量耗散特性（材料阻尼）组合在了一起。
研究表明，这种迟滞阻尼可以通过一个变阻尼系数的线性（粘性）阻尼器来表示ch=c（）=/2。
迟滞阻尼为弹性-阻尼材料的基本特征，这类材料有橡胶、金属丝网等。
图（c）、（d）是俩种松弛型隔振系统。
（a）具有刚度k和粘性阻尼c的隔振器；
（b）具有刚度k和迟滞阻尼c（）的隔振器；
（c），（d）松弛型隔振器。
第二节隔振理论2.1振动振动是自然界以及工程技术中普遍存在的自然现象。
一方面，振动常常破坏机器的正常工作，加速机器的损坏，造成事故，也危害人体的健康；
另一方面我们可以利用隔振的原理，使消极的振动一面转变为积极的，有利于人身健康的一面。
引起振动的原因很多。
在长期的生活实践中，人们积累了丰富的宝贵经验，掌握了不少行之有效的减少和控制振动的方法。
如减少扰动、采取有效的隔振措施等。
本文将从隔振的角度出发，设计一种激振器，从而检验汽车驾驶座椅和减振器的隔振效果。
2.2隔振概念隔振是在振源和被隔振的物体之间的传递途径中插入适当量值的弹簧和阻尼，切断或阻止振动由振源向隔振物体传递。
车辆振动是影响车辆性能的重要因数,这种振动不仅大大降低了车辆行使平顺性,也影响其操纵稳定性.车辆振动严重时,还影响其行使速度同时车辆振动也是车内噪声的主要来源.研究隔振的原理,将大大的提高汽车的舒适性和平稳性。
12.3隔振原理对于二阶欠阻尼隔振系统，其幅频特性，即振动传递率（）fH为：
其中式（11）中，0f为系统的固有频率，x为阻尼比，m为被隔振物体的质量、k为隔振结构的刚度、c为隔振结构的粘性阻尼系数。
振动传递率（）fH的变化曲线如图（11）所示。
由图（1-1）知只有当（）1fH时才有减振效果，（）fH值越小，减振效果越好。
振动传递率的大小是随信号频率的变化而变化的，以02f为分界线。
谐振频率f在020f之间为振动传递特性曲线的增幅区；
谐振频率大于02f为减振区，只有在这个频率区域内才具有减振效果。
隔振系统的效果主要取决于两个特征参数：
隔振系统的固有频率0f和阻尼比x。
这两个参数都需要通过计算和实验来调整。
以某种激振方式给被测对象作用力，使之产生受迫振动，测量输入和输出，从而确定被测件的频率响应，然后进行模态分析，求得隔振系统的动态参数。
2.4隔振装置性能的影响因素根据对二阶系统的振动传递率特性图（1-1）的分析可知，隔振系统的隔振效能与隔振系统的弹簧刚度和阻尼系数密切相关。
一般地，相对阻尼比0cc越大，隔振效果越好，但当20=ff时阻尼大的系统比阻尼小的振幅反而要小一些。
因此在实际工作中要通盘考虑。
系统固有频率的平方与刚度成反比，与质量成正比。
可见对隔振系统的分析要综合考虑激励、阻尼、刚度、质量这四个因数，以期获得最理想的隔振效果。
然而这四个因数之间具有何种关系时隔振效果最佳呢？
这可以通过隔振实验，固定四个因数中的三个因素，改变另外一个因素，考察隔振效果的改变来达到目的。
根据前人总结的上述四因素对隔振效果的影响，可得以下几条规律：
（1）激励频率（）02,0ff，增幅区，1H，不阻振；
02ff，减幅区，1H，可以阻振。
阻尼比x增大可有效地抑制增幅区的共振现象，但同时却使减幅区的阻振效果下降。
这一规律要求对激励频率充分了解的同时，要根据隔振的需要设计隔振系统。
如满足人体舒适性需要，则应避开人体敏感性频率的振动；
如要满足货物的完整性，则应考虑各频率对其的损坏程度。
对于要求有特殊隔振频率范围的装置，例如像汽车悬挂系统或载运工具仪表减振系统，它们的固有频率0f要求很低，隔振区域要求较宽。
（2）隔振系统固有频率的平方与刚度成反比，与质量成正比。
因此要得到理想的隔振系统频率就必须设计好它们之间的关系。
（3）线性隔振系统隔振作用域及其效果几乎依赖于系统的固有频率0f，与系统的阻尼比x关系不显著。
（4）一般地，相对阻尼比0cc越大，隔振效果越好，但当20=ff时阻尼大的系统比阻尼小的振幅反而要小一些5。
通过控制和改变振动传递系统（阻振器）的固有频率0f和阻尼比x，可以设计减幅区域。
（5）线性隔振系统的缺陷是：
隔振作用域及其效果几乎依赖于系统的固有频率0f，小阻尼情况下与系统的阻尼比x关系不显著；
对于要求有特殊隔振频率范围的装置，例如像汽车悬挂系统或载运工具仪表减振系统，它们的固有频率0f要求很低，隔振域要求较宽，线性隔振系统机理给制造工艺带来困难，且隔振域内不同振动频率的隔振效果不均匀。
2.5隔振理论在工程上的应用（在真空仓上的应用）真空仓尽管有各种各样的结构，但由于真空仓处于的环境不可能绝对平坦，加上真空仓本身的机械振动，它们产生一种冲击力，冲击力传导舱体及仓身，可能引起的仓身机件的早期损坏，传递给乘员时，将使乘员感到极不舒服。
因此为了缓冲冲击，除了在行驶系中采用弹性的充气轮胎，在悬架中安装使振动迅速衰减的弹性元件和减振器，还给乘员提供减振器座椅。
减振器主要包括单向作用式减振器，双向作用筒式减振器，充气式减振器，阻力可调式减振器。
它们的作用主要是加速车身和车架振动的衰减，以提高真空仓运作的平稳性。
舱体的弹性元件主要包括钢板弹簧,镙旋弹簧，扭杆弹簧，囊式空气弹簧，模式空气弹簧，油气弹簧等。
而座椅是人与仓相联系的重要部件，随着人类生活水平的不断提高及汽车性能的飞跃发展，真空仓已不在是仅仅满足于坐和存放东西，今天座椅已成为一种复杂的、多功能的、符合人体工程学具有高科技水平的部件，它是决定驾驶员的舒适与安全的重要因素。
座椅振动状况的好坏当以是否影响驾驶员正常作业为根据，可以从以下几方面考虑：
ISO2631人体全身受振动评价标准的规定。
该标准将人体受振动影响的容许限度划分为三个准则：
a.降低舒适界限，b.疲劳降低工作效率界限，c.暴露界限。
显然对于长途客车驾驶员座椅振动状况的评价，应以长时间驾车的驾驶员因为座椅振动而使其疲劳程度改变为标准，即以保存工作效率的“疲劳降低工作效率界限”为标准。
人体容许的振动感觉与振动的强度、频率、方向、时间有关。
给出了质量为73kg的男性青年坐在静刚度为691N/m的坐垫上时得到的身体有关部位前三阶模态参数，如表（1-1）所示；
根据试验指出为了提高驾驶员所能承受的暴露界限值，特别应当降低座椅在2Hz6Hz、振幅小于g/12范围的振动传递率；
引用ISO2631振动加速度1/3倍频程图，给出了在垂直振动时能连续乘坐（驾驶员能承受）8小时的座椅振动临界范围，如图（1-2）。
由表（1-1）和图（1-2）可见，人体一阶振动固有频率约5Hz，此时在头、胸、腹三处人体最容易发生不适（疲劳、晕车）的部位，其振型值均大于高阶的情形，在4Hz8Hz之间人体承受振动的能力最低、最敏感。
我国一般大型车辆驾驶室地面的振动频率成分范围在常用车速时为2Hz20Hz1，恰好覆盖了人体的前三阶固有频率，这意味着客车驾驶员将在敏感振动区域内作业。
综合上述的讨论，汽车座椅振动状况及其评价标准应以在2Hz8Hz范围内的振动传递率和阻振（衰减振动）效果来考察。
第三节真空仓真空环境，当容器内没有压力称为完全真空，其余则被称谓不完全真空。
真空环境可以通过真空泵获得。
欧洲科学家发现了一种可以在太空真空环境中生存的动物缓步类，也被称做水熊。
不仅仅是太空，它们中的一部分还可以同时在真空和太阳辐射条件下生存，这是人类迄今为止发现的唯一一种可以在双重严酷条件下存活的动物。
2007年9月，瑞典生态学家英厄马尔荣松和同事们将两种不同的苔藓缓步类动物和它们的卵暴露在太空环境中10天。
最后发现，它们在太空环境中生活很好，和在地面上没多大区别。
它们可以修复辐射的伤害，或者直接抵御太阳辐射。
人体不是气球，其内部压力不会使人爆裂的。
生活在正常气压下的人，内外压力平衡，也就一个标准大气压而已，这点压力，即使突然置身于真空之中，还是达不到自爆的效果的。
比如水下十米时（此时外界压力为两个标准大气压）并不足以把人压扁一样。
人体的主要组成部分是水和矿物质，气体只是较少的一部分。
虽然外界失去压力，但是人体内的压力不会无限膨胀，固体和液体部分对于压力的变化不会太敏感，基本上仍然保持原来的状态，气体部分会有一定程度的膨胀，但是由于人体的皮肤肌肉血管等组织都具有一定程度的弹性，所以：
（1）肠道和呼吸道内的气体会从口鼻和肛门等处排出，由于气体总量并不大。
所以不会产生车胎拔气门心的效果，充其量也就是速度快些的慢撒气。
（2）血管内的微气泡会膨胀，并且由于无处可去，而产生大量泡沫状的血液并堵塞血管。
血管内的压力会升高，但是由于血管壁和其外的肌肉组织都具有弹性，所以不会爆裂。
但是由于血管壁有一定的渗透性，还有毛细血管等位置会由于压力升高导致内出血。
（3）人体的整体看来，不会有过度膨大的效果，但是眼球可能会略微外凸，并且眼底、耳朵还有其他有黏膜和毛细血管的位置会出血。
处于真空状态下的气体稀簿程度，通常用“真空度高”和“真空度低”来表示。
真空度高表示真空度“好”的意思，真空度低表示真空度“差”的意思。
若所测设备内的压强低于大气压强，其压力测量需要真空表。
从真空表所读得的数值称真空度。
真空度数值是表示出系统压强实际数值低于大气压强的数值，即：
真空度=大气压强-绝对压强“真空度”顾名思义就是真空的程度。
是真空泵、微型真空泵、微型气泵、微型抽气泵、微型抽气打气泵等抽真空设备的一个主要参数。
所谓“真空“，是指在给定的空间内，压强低于101325帕斯卡（也即一个标准大气压强约101KPa）的气体状态。
在真空状态下，气体的稀薄程度通常用气体的压力值来表示，显然，该压力值越小则表示气体越稀薄。
隔振设计的要点是：
首先要对环境振源进行调査，包括振源类别、量级、方向和频率范围等项目；
其次根据隔振体本身的重量和隔振要求，按频率比2.55进行计算，选择减振器型式、装配方式和参量（阻尼系数、刚度）；
最后用仪器测试校核隔振效果，验算隔振系数。
常用的隔振器材有天然或人造橡胶制品、金属弹簧制品、不锈钢丝网制品以及近十年出现的多种高分子化合物的粘弹性材料制品。
这些器材既可用来隔振，又能起抗冲、降噪作用。
把机械安装在合适的弹性装置上以隔离机械振动传播的措施。
依振源的不同有两种性质不同的隔振措施（图1）。
如果机械本身是振源，应使它与支承隔离，以减少对周围的影响，这称为主动隔振。
如振源来自支承的运动，为减少外界振动对机械的影响，须使支承与机械隔离，这称为被动隔振。
隔振系数表示隔振的效果。
主动隔振系数z与b概念不同，但计算公式相同。
其值越小隔振的效果越好。
对于单自由度隔振系统式中=j/n为频率比,即激励频率j与隔振系统固有频率n之比，为阻尼比。
根据隔振系数曲线（图2）：
无论阻尼大小,只有当频率比时才有隔振效果，而后随的增加隔振效果逐渐增加,实用中取=2.55已经足够；
增大阻尼可减小机械在起动和停车过程中经过共振区时的振幅，但在后，增大阻尼反而减小隔振效果；
由于一般隔振材料阻尼系数不大,在=2.55范围内计算隔振系数时,可按无阻尼情况考虑。
具体的隔振措施有设置弹性支撑物和防振沟等。
对于隔振效果要求很高的精密仪器，一般采用多层隔板；
对于多向激励、多种响应的复杂隔振系统，则要考虑直线振动、扭转振动和它们之间的耦合，隔振系数须按多自由度模型进行计算。
当频率比变化较大时，如宽频带激励和重量变化大的机械，采用非线性隔振系统可以收到较好的隔振效果。
在隔振设计中，根据振源振动量的大小、方向和频率,以及被隔振机械的尺寸、重量和隔振要求，确定隔振装置的参数和结构型式。
第四节算例的编程4.1GUI介绍图形用户界面（GraphicalUserInterfaces,GUI）是用户与计算机程序之间的交互式，它是包含图形对象，如窗口、图标、菜单和文本以及工具栏的用户界面。
用户以某种方式选择或激活图形对象而引起动作或发生变化。
通过图形界面用户可以非常直观、轻松地与计算机交互，且用户不必了解应用程序是如何执行各条命令的，只要掌握图形界面的各个组件的使用方法即可。
4.1.1GUI如何工作每一个组件，包括GUI本身，都与一个或多个用户编写好的程序作为回调函数相关联。
每一个回调函数的执行都是由用户的一个行为触发（如单击鼠标），选择菜单项或者是指针移动某个组件等。
用户作为GUI的创建者编写出这些回调函数。
GUI编程一般把它作为事件驱动型编程。
在事件驱动型编程中，回调函数的执行是受事件外部软件控制而不同步的。
在MATLAB的GUIs所有例子中，这些事件常常把它当做用户与GUI交互的形式。
4.1.2GUI图形用户界面设计工具MATLABR2010提供的设计工具主要包括以下几种：
对象编辑器（LayoutEditor）对象位置调整工具（AlignObjects）菜单编辑器（MenuEditor）Tab顺序编辑器（TabOrderEditor）M-file编辑器（M-fileEditor）对象属性编辑器（PropertyInspector）对象浏览器（ObjectBrowser）4.2MATLAB操作步骤第一步：
在命令窗口输入GUIDE或者执行【file】【New】【GUI】命令启动对象编辑器（如图所示），然后对自己要设计的用户界面进行总体布局。
上图按默认的选择择方式会产生空白对象编辑器如下图所示上图为空白对象编辑器第二步：
添加需要的控件对象、菜单对象或者坐标轴对象。
在这个例子中，我们需要添加2个滑块对象，2个坐标抽对象，2个命令按钮，n个静态文本标签和9个可编辑文本对象。
（如图所示）上图各对象直接拖动就可生成第三步：
修改对象属性、调整对象位置。
选择对象属性编辑器来查看和修改控件对象的属性，然后通过对象位置调整工具调整对象位置使得界面更加规范、美观，如图所示。
上图为编辑对象时的效果图上图为编辑对象后的效果图第四步：
设置好界面的各个对象以后，图形用户界面设计程序最重要、也是最关键的一步就是编写好回调程序，实行图形用户界面程序的功能。
第五步：
调试。
编写好回调程序以后，单击M-file编辑器中的菜单【Debug】【Run】调试程序。
运行结果如图所示。
4.3编程程序的简要讲述（详情参见POVI3_3.m文件）1、functionFcnname（hObject,eventdata,handles,varargin）hObject：
图形界面的句柄。
Eventdata：
为了兼容将来版本的保留接口,直接忽略。
Handles：
可以理解成一个全局的structure,用来传输你自己的数据,你可以往handles里面任意添加成员。
2、callback（）函数Eg:
functionslider1_Callback（hObject,eventdata,handles）如果控件是按钮，那点击按钮时，则按钮下地callback就会执行；
如果是滑块（slider）则拖动滑块时，滑块名下地callback就会执行；
总之，就是对控件默认操作时，matlab后台就会自动调用它名下的callback。
3、get（）函数获取对象属性get（h）返回由句柄h标示的图形对象的所有属性和他们的当前值。
get（h,PropertyName）返回由句柄h标示的图形对象的PropertyName的值。
4、set（）函数设置对象属性set（H,PropertyName,PropertyValue,）在由H指定的对象上将特定属性设置为指定的值。
H可以是一个句柄向量，在这种情况下，对所有对象设置属性。
4.4隔振材料与减振器原则上，凡能支承运转设备动力荷载，又能产生弹性变形，并在卸载后能立即恢复原状的材料或元件均可作为隔振材料或减振器。
（1）下面介绍几种工程中最常用的减振元件和材料。
中高频:
1钢弹簧钢弹簧的应用最为广泛，常见的有螺旋弹簧、锥形弹簧、圈弹簧、板片弹簧等。
尤以螺旋弹簧在机器减振中多见。
由于钢弹簧的静态压缩量st可以任意选择，系统共振频率可控制在很低的范围内，其缺点是阻尼特性差，容易传递高频振动，并在运转启动时转速通过共振频率会产生共振。
为此，在应用中应附加阻尼措施。
2钢丝绳减振器该类减振器能适应现代化产业对振动冲击和噪声控制技术的严格要求，是一种具有优良的振动和冲击性能的新型产品，可有效地降低结构噪声。
具有多向弹性变形、非线性软化型刚度、使用与存储方便、重量轻等优点。
3橡胶类减振器和隔振垫橡胶是一种较理想的弹性材料，以天然橡胶、丁氰或氯丁橡胶等尤好。
板状或块条状实心橡胶受压变形量很小，必须经过加工成图3所示的肋状钻孔或凸台等方可增加受力时的变形量。
若需更大的变形量，则可变更橡胶的受力方式。
4玻璃纤维板用酚醛树脂或聚醋酸乙烯胶合的玻璃纤维板（俗称冷藏板）也是一种隔振材料，可应用于负载不大的设备减振。
其特点是隔振效果良好，有防火、防腐、施工方便、价格低廉的优点，材料来源广泛。
另外，当材料受潮后，隔振效果稍受影响。
5空气垫减振器一般由气缸体、活塞、活塞杆和气阀组成，通过气阀向气缸体内充入压力空气而形成气垫，气缸体受到剧烈振动经过气垫的缓冲变成活塞平稳的运动，从而达到减振的目的。
6其它材料软木、毛毡、泡沫塑料、塑料气垫纸、矿渣棉毡、废橡胶、废金属丝等也可以作为隔振材料使用。
但塑料制品易老化，性能随环境变化较大，除了作小型设备、仪器等临时性的隔振措施外，工程中应用不多。
隔振材料和减振器的工程应用是错综复杂的，必须根据实际情况因地制宜地选择各种隔振材料和减振器，并合理地进行结构布置，以便取得良好的隔振效果。
低频由于谐振频率的缘故，以上所提及的几种隔振方法不适用于15赫兹以下的低频段的隔振。
在低频领域一般采用以下三种隔振方法：
1、中国专利之磁力隔振垫磁力隔振垫是一种新型的宽带被动式隔振系统，它的谐振频率仅为2赫兹且谐振峰非常平缓对高于2赫兹的震动有良好的减振效果。
而一般常见的被动式减震系统（如空气减震系统、橡胶减震系统或弹簧减振系统等），因谐振频率较高（约十几赫兹到几十赫兹）所以对低频震动的隔振效果不佳。
在磁力隔振垫内部，由强力钕铁硼磁极对产生的磁力隔隙，能够有效地减少和隔绝震动传递。
这种作用是双向的，既可以减少地面对仪器设备的振动干扰，也可以减少自身产生振动的设备对地面和周围的震动干扰。
适用于各种需要减少外部震动干扰或隔离震动源对外部的影响。
例如光学测量装置，精密光学显微镜，电子显微镜等各种精密测试分析仪器；
各种压缩机，机械泵等机械设备的消震减震，有效减少水平和垂直方向的振动干扰。
特殊设计的磁力隔震垫内没有钢或铜材料的零件，橡胶圈也只是起密封和保持稳定作用，而不是起减震作用，这样就最大限度地降低了谐振频率和谐振峰。
有效工作频率范围宽，特别是对于很低频率振动的消震减震效果良好。
精心选择的材料、仔细设计的结构、恰当的阻尼系数，使得磁力隔振垫能够达到最好的性价比。
不需要日常维护和调整，安装调整简单,漏磁极小。
谐振频率远比一般的被动式减震器低，减震隔振性好，可以适用各种场合的不同需要。
振动传输特性
（2）TMC压电式主动隔震系统STACIS是一种高带宽、高增益的主动式隔震系统。
它提供与低硬度隔震系统（例如传统的空气隔离装置）不同的，极为良好的隔震性能。
STACIS高硬度特性提供卓越的位置稳定性并且不易受到外界声波的干扰，从而使制造业的设备工程师们可以机动灵活地安置设备。
系统由一个中央控制器以及三个或更多的单个隔离体组成，每个隔离体都有三维主动式隔离功能。
三个或更多的单个隔离体组合后，可以对载荷提供六个自由度上的振动隔离。
尽管起初看上去系统有些相互牵连，实际上STACIS的专利拓扑允许隔离体各自独立而不会冲突。
安装时一般无须特殊调整，安装后的系统免维护运行。
每个STACIS隔离体内都有一个小的中间块，坐落在五个压电传动器（PZT）上面的三个轴上。
三个振动传感器测量中间块的移动。
这个信号过滤后经由高压放大器（HVA）反馈到PZT。
高阻尼的橡胶块（同样在隔离体内部）将中间块与载荷连接起来。
主动反馈环路提供0.7200Hz（疑为20Hz）的隔振，在10Hz附近有一个峰点。
10Hz以上主动隔振效果开始减少，被动隔离体接替继续工作。
下面是一个振动隔离性能的实际效果：
STACIS2100在低频隔振及精密仪器隔振领域为顶尖产品3、混凝土隔振台由于土质和地质情况的多样性，该方法效果不稳
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