隔振原理及一次隔振的动力参数设计

项目

主动(积极)隔振

被动(消极)隔振

隔振目的与说明

机械设备本身为振源，为减少振动对周围环境的影响，即减少传给基础的动载荷，将机械设备与基础隔离开来

振源来自于基础运动，为了使外界振动尽可能少地传到机械设备中来，将机械设备与基础隔离开来

力学模型

主要考核内容

传给基础的动载荷值

F_T0＝T_AF₀

传动机械设备的位移幅值

B＝T_AU

绝对传递系数T_A(隔振系数η)

Z很小时　　　

ω——被隔离的振源角频率；

ω_n——隔振系统的固有角频率

绝对传递系数T_A只与系统的结构参数(质量、阻尼、刚度)有关，与外激励的性质无关，所以，确定系统在传递简谐激励、非简谐激励、随机激励过程中，绝对传递系数都是一样的

隔振效率

说明

从绝对传递系数公式中看出：在很小阻尼情况下(ξ≈0)，只有频率比Z＞时，才有隔振效果，即η＜1

设计条件

在已知机械设备总体质量m₁和激振角频率ω的条件下，可根据要求的隔振系数η进行隔振的动力参数设计。如果还知道激振力幅值，可根据基础所能承受的动载荷进行隔振的动力参数设计

在已知机械设备或装置的总体质量m₁和支承运动角频率ω的条件下，可根据隔振系数η进行隔振的动力参数设计。如果还知道支承运动位移幅值，可根据机械设备允许的运动位移幅值进行隔振的动力参数设计

频率比的选择

一般选择范围：Z＝2~10　　　 η＝0.25~0.01

最佳选择范围：Z＝3~5　　　　η＝0.11~0.04

隔振弹簧总刚度

隔振弹簧总刚度：　　　　　　　　

辅

助

考

核

内

容

考核指标

瞬时最大运动响应：

瞬时最大相对运动响应：

稳态响应系数

运动响应系数：

相对传递系数：

说明

当Z＞时，如单纯从隔振观点出发，阻尼的增加会降低隔振效果，但工程实践中常遇见外界突然冲击和扰动，为避免弹性支承物体产生过大振幅的自由振动，常人为地增加一些阻尼以抑制其振幅，且可使自由振动很快消失，特别是当隔振对象在启动和停机过程中经过共振区时，阻尼的作用就更显得重要。综合考虑，实用最佳阻尼比ζ＝0.05~0.20。在此范围内，加速和停车造成的共振不会过分大，第一，因共振区是低频区，而不平衡扰动力在低频时都很小；其次，隔振系统受扰动后常以较快速度越过共振区，该瞬时最大位移可达正常振幅的3~7倍。同时，隔振性能也不致降得过多，通常隔振效率可达80%以上

设计思想

为防止机体m₁和基础相互碰撞(包括机体与基础或与固定在基础上六个方向所有物体的碰撞)，机体m₁和基础间的最小间隙应大于二倍B_max或δ_max。为防止机体m₂跳离隔振弹簧，弹簧的静压缩量应大于B_max或δ_max，弹簧的允许极限压缩量δ'_j应大于二倍B_max或δ_max；非压缩弹簧相对允许变形量应大于二倍B_max或δ_max

隔振弹簧设计参数的确定

弹簧的最小、工作和极限变形量分别为：

弹簧最小、工作和极限变形量分别为：

δ₁≥0.2B_max

δ_n＝δ₁+B_max

δ_j＝δ₁+2B_max

与之所对应的力分别为：

P₁＝K'₁δ₁

P_n＝K'₁δ_n

P_j＝K'₁δ_j

δ₁≥0.2δ_max

δ_n＝δ₁+δ_max

δj＝δ₁+2δ_max

与之所对应的力分别为：

P₁＝K'₁δ₁

P_n＝K'₁δ_n

P_j＝K'₁δ_j

注：1．符号意义：F₀—激振力幅值，N；U—支承运动位移幅值，m；ω—激振力或支承运动的角频率，rad/s；B—简谐激励稳态响应振幅，m；B_s—隔振弹簧在数值为F₀的静力作用下的变形量，B_s＝F₀/K₁，m；δ₀—支承简谐运动，隔振物体与基础相对振动(x-u)的振幅，m；ω_n—系统的固有角频率，＝K₁/m₁，rad/s；Z—频率比，Z＝ω/ω_n；ζ—阻尼比，ζ＝C₁/2ω_n。

2．一次隔振指的是经一级弹簧进行振动隔离，隔振系统(如力学模型所示)是一个二阶单自由度系统。