14-振动控制.ppt

1、 返回首页Theory of Vibration with Applications 振动的被动控制技术振动的被动控制技术振动的被动控制技术振动的被动控制技术 隔振隔振隔振隔振 阻振阻振阻振阻振 工程实例工程实例工程实例工程实例 减振器减振器减振器减振器 振动的主动控制技术振动的主动控制技术振动的主动控制技术振动的主动控制技术1 返回首页Theory of Vibration with Applications 研研究究振振动动的的一一个个主主要要目目的的就就是是要要进进行行振振动动控控制制，使使机械结构能满足预期的性能指标要求。机械结构能满足预期的性能指标要求。对对复复杂杂系系统统或或结结构

2、构的的振振动动问问题题仅仅靠靠设设计计是是难难以以彻彻底底解解决决的的，当当产产品品制制成成后后出出现现了了不不符符合合要要求求的的振振动动，一一个个重要的方法就是采取减振措施。重要的方法就是采取减振措施。人人们们在在各各个个工工程程领领域域中中进进行行了了大大量量的的研研究究工工作作，包包括括振振源源、传传递递途途径径、系系统统或或结结构构的的动动力力学学特特性性、减减振振措措施等，这些都属于振动控制研究的范畴。施等，这些都属于振动控制研究的范畴。2 返回首页Theory of Vibration with Applications 振振动动控控制制研研究究的的范范畴畴，其其中中减减振振、隔

3、隔振振的的理理论论分分析析和和试验研究工作占有很重要的地位。试验研究工作占有很重要的地位。经典的减振措施主要包括减振、隔振与阻振三大部分。经典的减振措施主要包括减振、隔振与阻振三大部分。近近年年来来，结结构构或或系系统统的的振振动动设设计计与与修修改改已已逐逐步步成成为为振振动控制的一个新的组成部分。动控制的一个新的组成部分。振动控制分为两大类，一类是振动的被动控制，另一振动控制分为两大类，一类是振动的被动控制，另一类则是把控制理论、电子计算机技术同机械振动理论与类则是把控制理论、电子计算机技术同机械振动理论与测试技术相结合形成了振动主动控制的新技术。测试技术相结合形成了振动主动控制的新技术。

4、3 返回首页Theory of Vibration with Applications振动的被动控制技术振动的被动控制技术4 返回首页Theory of Vibration with Applications由以上两式可见，强迫振动的振幅取决于激励力幅值的大小、由以上两式可见，强迫振动的振幅取决于激励力幅值的大小、频率比、系统的阻尼、刚度。在此基础上，可得到控制振动频率比、系统的阻尼、刚度。在此基础上，可得到控制振动振幅的主要因素。振幅的主要因素。由单自由度受简谐激励的振动系统的分析，得强迫振动的振幅由单自由度受简谐激励的振动系统的分析，得强迫振动的振幅共振时有共振时有5 返回首页Theory

5、 of Vibration with Applications1降低干扰力幅值降低干扰力幅值F 如对旋转组件的机械进行动平衡处理，包括在动平衡如对旋转组件的机械进行动平衡处理，包括在动平衡机上及在现场进行动平衡处理以减小不平衡质量达到降低机上及在现场进行动平衡处理以减小不平衡质量达到降低干扰力幅值干扰力幅值.还可以利用专门的装置降低振动的幅值，如使用抗振还可以利用专门的装置降低振动的幅值，如使用抗振器，柴油机使用的多摆式抗振器就可以用来控制好几阶干器，柴油机使用的多摆式抗振器就可以用来控制好几阶干扰力矩扰力矩.6 返回首页Theory of Vibration with Application

6、s2改变干扰力的频率与系统固有频率之比改变干扰力的频率与系统固有频率之比 使旋转机械的工作转数调开共振区，使系统处于非共使旋转机械的工作转数调开共振区，使系统处于非共振的振动区，以达到减小振幅的目的；振的振动区，以达到减小振幅的目的；一般情况下，机器转速的设计不可能随意变动，因此一般情况下，机器转速的设计不可能随意变动，因此往往是通过改变结构的固有频率来降低振动幅值的。往往是通过改变结构的固有频率来降低振动幅值的。改变结构固有频率可通过改变刚度改变结构固有频率可通过改变刚度k或改变质量或改变质量m来来实现。实现。7 返回首页Theory of Vibration with Applicatio

7、ns 应应该该注注意意：利利用用改改变变系系统统的的结结构构来来达达到到控控制制危危险险振振动动有有时时是是不不现现实实的的，因因为为部部件件的的结结构构形形式式尚尚应应满满足足其其它它性性能的要求，而这些要求有一些是与减振相矛盾的。能的要求，而这些要求有一些是与减振相矛盾的。因因此此在在设设计计新新机机械械设设备备时时，应应进进行行全全面面优优化化设设计计，包包括结构动态特性的优化，这也是最重要最根本的。括结构动态特性的优化，这也是最重要最根本的。对对已已投投入入运运行行的的机机械械，或或已已经经在在使使用用着着的的机机器器，则则应应根据具体情况进行减振处理。根据具体情况进行减振处理。3在机

8、械结构内增加阻尼力在机械结构内增加阻尼力8 返回首页Theory of Vibration with Applications 隔振隔振9 返回首页Theory of Vibration with Applications积极隔振积极隔振消极隔振消极隔振 10 返回首页Theory of Vibration with Applications 回转机械、锻压机械等在运转时会产生较大的振动，回转机械、锻压机械等在运转时会产生较大的振动，影响其周围的环境；有些精密机械、精密仪器又往往需要影响其周围的环境；有些精密机械、精密仪器又往往需要防止周围环境对它的影响。这两种情形都需要实行振动隔防止周围环境

9、对它的影响。这两种情形都需要实行振动隔离，简称隔振。离，简称隔振。隔振可分为两类。一类是积极隔振，即用隔振器将振隔振可分为两类。一类是积极隔振，即用隔振器将振动着的机器与地基隔离开；另一类是消极隔振，即将需要动着的机器与地基隔离开；另一类是消极隔振，即将需要保护的设备用隔振器与振动着的地基隔离开。保护的设备用隔振器与振动着的地基隔离开。这里说的隔振器是由一根弹簧和一个阻尼器组成的模型这里说的隔振器是由一根弹簧和一个阻尼器组成的模型系统。在实际应用中隔振器通常选用合适的弹性材料及阻系统。在实际应用中隔振器通常选用合适的弹性材料及阻尼材料，如木材、橡胶、充气轮胎、沙子等等组成。尼材料，如木材、橡胶

10、、充气轮胎、沙子等等组成。11 返回首页Theory of Vibration with Applications振振源源是是机机器器本本身身。积积极极隔隔振振是是将将振振源源隔隔离离，防防止止或或减减小小传传递递到到地地基基上上的的动动压压力力，从从而而抑抑制制振振源源对对周周围围环环境境的的影影响响。积积极极隔隔振的效果用力传递率或隔振系数来衡量，定义为振的效果用力传递率或隔振系数来衡量，定义为其中其中H和和HT分别为隔振前后传递到地基上的力的幅值。分别为隔振前后传递到地基上的力的幅值。在在采采取取隔隔振振措措施施前前，机机器器传传递递到到地地基基的的最最大动压力大动压力Smax=H。机器

11、与地基之间装上隔振器。机器与地基之间装上隔振器。系统的受迫振动方程为系统的受迫振动方程为激振力激振力12 返回首页Theory of Vibration with Applications此系统的受迫振动方程为此系统的受迫振动方程为此时，机器通过弹簧、阻尼器传到地基上的动压力此时，机器通过弹簧、阻尼器传到地基上的动压力即即F和和R是相同频率，在相位上相差是相同频率，在相位上相差 的简谐力。的简谐力。根据同频率振动合成的结果，得到传给地基的动压力的最大值根据同频率振动合成的结果，得到传给地基的动压力的最大值13 返回首页Theory of Vibration with Applications振

12、振源源来来自自地地基基的的运运动动。消消极极隔隔振振是是将将需需要要防防振振的的物物体体与与振振源源隔离，防止或减小地基运动对物体的影响。隔离，防止或减小地基运动对物体的影响。消极隔振的效果也用传递率表示，定义为消极隔振的效果也用传递率表示，定义为B为隔振后传到物体上的振动幅值为隔振后传到物体上的振动幅值b地基运动的振动幅值。地基运动的振动幅值。地基为简谐运动地基为简谐运动隔振后系统稳态响应的振幅为隔振后系统稳态响应的振幅为14 返回首页Theory of Vibration with Applications位移传递率与力传递率具有完全相同的形式。位移传递率与力传递率具有完全相同的形式。当当

13、 时，时，1，才有，才有隔振效果，而且隔振效果，而且 值越大，值越大，越小，隔振效果越好。越小，隔振效果越好。因此，通常将因此，通常将 选在选在2.5至至5的范围内。另外的范围内。另外 以以后，增加阻尼反而使隔振后，增加阻尼反而使隔振效果变坏。效果变坏。为了取得较好的隔振效果，系统应当具有较低的固有频率和较为了取得较好的隔振效果，系统应当具有较低的固有频率和较小的阻尼。不过阻尼也不能太小，否则振动系统在通过共振区小的阻尼。不过阻尼也不能太小，否则振动系统在通过共振区时会产生较大的振动。时会产生较大的振动。215 返回首页Theory of Vibration with Applications

14、 阻振阻振16 返回首页Theory of Vibration with Applications 阻振方法是采用阻尼减振方法的简称，即用附加的子系阻振方法是采用阻尼减振方法的简称，即用附加的子系统连接于需要减振的结构或系统以消耗振动能量，从而达统连接于需要减振的结构或系统以消耗振动能量，从而达到控制振动水平的目的。到控制振动水平的目的。阻尼减振技术能降低结构或系统在共振频率附近的动响阻尼减振技术能降低结构或系统在共振频率附近的动响应和宽带随机激励下响应的均方根值，以及消除由于自激应和宽带随机激励下响应的均方根值，以及消除由于自激振动而出现的动不稳定现象。振动而出现的动不稳定现象。阻尼减振有两

15、种方式，一类是非材料阻尼，如各种成型阻尼减振有两种方式，一类是非材料阻尼，如各种成型的阻尼器，另一类是材料阻尼，如各种粘弹性阻尼材料以的阻尼器，另一类是材料阻尼，如各种粘弹性阻尼材料以及复合材料等。及复合材料等。17 返回首页Theory of Vibration with Applications 目目前前粘粘贴贴在在结结构构上上的的自自由由阻阻尼尼层层和和约约束束阻阻尼尼层层应应用用很很广泛。广泛。前前者者利利用用拉拉伸伸变变形形来来消消耗耗振振动动能能量量，后后者者则则利利用用剪剪切切变形来消耗振动能量。变形来消耗振动能量。尤尤其其是是多多层层约约束束阻阻尼尼层层，往往往往较较之之前前种

16、种方方法法更更为为有有效效。如如美美国国F-4战战斗斗机机的的武武器器发发射射装装置置的的中中央央腹腹板板由由于于宽宽带带激激励下的多模态共振而迅速破坏。励下的多模态共振而迅速破坏。粘粘贴贴了了多多层层约约束束阻阻尼尼层层后后，由由于于在在其其工工作作温温度度条条件件下下的的多多个个模模态态上上都都提提供供了了一一定定的的损损耗耗因因子子，解解决决了了这这种种振振动动疲疲劳造成的破坏问题劳造成的破坏问题18 返回首页Theory of Vibration with Applications 复合材料由于它具有重量轻、刚度大、强度高的优点复合材料由于它具有重量轻、刚度大、强度高的优点已被广泛地应用于各个工业部门，尤其是在航空航天工业已被广泛地应用于各个工业部门，尤其是在航空航天工业中得到了广泛的应用。中得到了广泛的应用。基底材料的粘弹性能对纤维增强的复合材料有可能提基底材料的粘弹性能对纤维增强的复合材料有可能提供一定的内阻。供一定的内阻。对于较大的纤维阻尼，长纤维能够提供最佳的内阻。对于较大的纤维阻尼，长纤维能够提供最佳的内阻。另外，对于一些具有小阻尼的结构，当难以安装阻尼另外，对于一些