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[振动控制] 机械设备隔振的基本原理与效果评估指标

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发表于 2018-5-17 16:51 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  有害的振动不仅影响机械的性能,而且减少机械的使用寿命,对于动力机械减振设计性能进行预测和评估,利于有针对性的减少动力机械的有害振动,提高其使用寿命。

  动力机械减振措施
  根据生活经验,生活中充满了各种有害振动。为了减少有害振动的危害,人们深入研究了不同工程领域的有害振动,并提出了控制有害振动的多种措施。减小有害振动,即采用一定的技术手段,使振动物的振动水平保持在合理范围之内。振动控制工程中时常会用到吸振、阻振和隔振三种措施。

  隔振技术在实际中应用最广。隔振,顾名思义,就是将一定的弹性物设置在物体与支承面中间,从而将振动隔离。从振源角度对隔振的类型进行划分,它包括两种类型:一是使发生在物体身上的激振力不向支承面传导,振源为机器,这种隔振方式被称之为积极隔振;二是通过一定的手段使支承面的振动不向被支承物体的方向传动,振源为支承面,这种隔振方式被称之为消极隔振。

  隔振的基本原理
  目前,各种类型的弹性安装支承已经广泛应用于现在船舶建造中的柴油机装置,且取得了良好的隔振效果,将噪声控制在合理范围之内。

  在多种振动隔离方式中,单层隔振系统最简单,从理论角度来分析,当外干扰力频率比隔振系统本身所具有的频率高出2倍时,隔振效果就会很明显。频率值与隔振效果之间呈正相关性,频率越高,隔振效果越明显。

  但从实际隔振效果来看,由于隔振器的频段高,隔振器内部会出现驻波,形成驻波效应。在高频振动的作用下,支承物边缘产生振动,且随着振动频率的提高,隔振器刚度也会随之增加。

  当单层隔振处于高频段时,它的衰减值就会大幅减小,我们再从理论角度分析双层隔振系统,双层隔振系统的传递频率为-24dB每倍频程,比单层振动的12dB每倍频程降低了一倍,因此机组传向船体的振动会大幅减少。

  正是因为双层隔振系统能有效隔离振动,消除噪声,目前已经被广泛应用于船舶动力装置中。如今,在单个机组的双层隔振装置基础上,研发人员又研发了只有一个中间基座的多台机组双层隔振系统,这种装置被人们称之为“浮筏”。

  由于人们一般只能了解到隔振系统的局部坐标中的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵,人们计算坐标共同点时的计算过程相当繁琐,因此人们将欧拉角的坐标转换法用于共同坐标点的计算过程,在转换矩阵中结合力、力矩角位移来进行,转化局部坐标下的参量为选定坐标参量。

  隔振效果评估指标
  隔振系统通过减少振动达到消除噪声的目的。在实际工程装置中的隔振设计中,人们通常会对控制振动对象的振动减少量表现得很关注。人们通常会针对隔振效率来优化设计隔振系统的结构参数,因此效果评估体系中最关键、最核心的内容是确定评估效果指标。一整套效果评估体系的内容最少需要包含两种:一是从理论的角度对隔振系统展开分析,预测隔振效果;二是实际测定隔振系统的隔振效果。

  当某一结构下的振动通过隔振器或隔振材料向另一结构传递时,振动速度、振动的力以及位移都会发生变动,我们可以用传递系数来表达这种振动。人们一般通过传递系数来描述隔振效果,隔振系数为经隔振器传递的稳定的力值与激振力值之比,即力的传递率;也可以是经隔振器传递的位移量和激励幅值之比,即位移传递率。当前,人们经常使用如下几种隔振效果评估指标描述隔振效果。

  1. 力传递率。作为隔振效果评估指标的力传递率,出现和使用时间最早,它是经隔振器传递的稳定的力值与激振力值之比;

  2. 插入损失。刚性安装时基础响应与弹性安装时基础响应之间的比值,插入损失包括速度插入损失、位移插入损失,还包括加速度插入损失;

  3. 振级落差。弹性安装下的隔振器上振动响应与下振动响应之间的比值。

  结语
  动力机械减振设计有利于减少有害振动,增加机械的使用寿命,提高机械使用的安全性。对其进行预测和评估,有利于对整体机械的安全性进行掌握,进而有针对性的采取措施,减少有害振动。

  本文摘录自《山东工业技术》2016年08期《动力机械减振设计性能预测及评估》一文,作者姜帆。

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