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爱游戏官网下载:隔振原理和机械设备的隔振方法专题培训课件ppt

来源:爱游戏官网下载    发布时间:2025-12-02 05:27:46

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  中间一项就是振动隔离的问题。振动隔离的目的是:防止机器设备的振动对建筑结构及环境的影响;防止建筑结构或基础的振动对机器设备的影响。前者为积极隔振,后者为消极隔振。

  振动隔离的实例不胜枚举,属于前者的还有动力机械、机械加工设施及破碎机械的振动隔风;属于后者的还有精密加工设施-如刻线机、高精度数字控制机床及电子分析仪器等的弹性支承;车辆的支承装置是为减少因轨道路面不平而引起的车轮振动向车身传递也属于消极隔振之列。

  图1—1a示出了质量为M、刚度为k、粘性阻尼系数为c的单自由度振动系统(积极隔振),当外力——这是单一频率的周期激励力、角速度为、振动力的频率为-垂直作用在物体M上,基础同时也受到弹簧力及阻尼力,物体同样也受到弹簧力及阻尼力,物体按一定的规律运动。把基础所受到的弹簧力及阻尼力的合力与作用在物体上的外力相比,这个比值称为振动传递率,用式(1—1)表示:

  振动传递率的含义是:传到基础上的力是原振动力的百分之几。如果物体直接固定在基础上,那么振动力就全部传到基础上,此时。所以,只有当小于1时,才有隔振效果。

  隔振效率的实际含义是:振动力被隔离掉百分之几。一般说振动传递率的概念用得较多,因为振动传递率曲线非常形象地说明了系统隔振好坏程度与某些参数的关系。

  对于小阻尼系统,例如钢弹簧的支承系统,其振动传递率可用式(1-3)计算:

  对于粘性阻尼系统,如橡胶隔振器支承系统,其振动传递率可用式(1—4)计算:

  从式(1—3)及(1—4)能够准确的看出,振动传递率与频率比()及阻尼比()有关,三者关系可画成如图1—2所示的曲线时,传递率为极大,此时整个隔振系统处在危险的共振状态;

  当>,传递率<l,有一定的隔振效果,振动传递率可按式(1—4)计算或从图1—2查出。

  因此,要使隔振系统有效果,必须使 >。一般的处理方法是取为2.5~4.5,也就是说要获得满意的隔振效果,应该使隔振支承系统的固有频率为振动力频率的。

  阻尼的作用在振动传递率曲线上看得很清楚,在共振区内,阻尼能抑制传递率的幅值,使物体的振幅也不会过大在非共振区,当>时,阻尼反而使传递率增大。

  对于消极隔振,如图1—1b所示,可用隔振系数表示其隔振效果,它的含义是被隔离的物体振幅与基础振幅之比,(或是振动速度幅值、加速度幅值的比值)用式(1—6)计算:

  对于大型的或重要的设备和有特别的条件的情况,可按六个自由度计算,请参考有关专著。对于涉及随机过程的随机振动的隔离,本书未予讨论。

  隔振系统中控制振动及其传递的三个基本因素是:弹簧或隔振器的刚度、被隔离物体质量及系统支承的阻尼。它们各自的影响简述如下:

  刚度——隔振器的刚度越大,隔振效果越差,反之隔振效果越好。必须指出的是,对于一个设计正确的隔振系统,支承的刚度计算最重要,但弹簧及隔振器的刚度对物体振幅的影响不大。

  质量——被隔离物体的质量M使支承系统保持相对静止,物体质量越大,在确定振动力作用下物体振动越小。增大质量还包括增大隔振底座的面积,以增大物体的惯性矩,可减小物体的摇晃。但质量的增加并不能减小传递率。

  阻尼——隔振系统的支承阻尼有以下的作用:在共振区减小共振峰,抑制共振振幅;减弱高频区物体的振动,在隔振区为系统提供了一个使弹簧短路的附加连接,来提升了支承的刚度,使传递率增大。因此阻尼的作用有利也有弊,设计时应特别注意.

  和周期性激励力的振动隔离相似,对于脉冲冲击也可优先考虑隔离,也分为积极的与消极的两类。积极的冲击隔离是隔离段压机、冲床及其它具有脉冲冲击力的机械,以减少其对环境的影响;消极的冲击隔离是隔离基础的脉冲冲击、使安装基础上的电子仪器及精密设备能正常工作,舰船上的设备为避免因爆炸引起的强烈冲击而设计的隔离系统显然也属此列。图1—3为单自由度冲击隔离系统的力学模型示意图。

  冲击隔离与缓冲是有区别的,缓冲是让缓冲材料介于相互碰撞的物体之间,使碰撞的冲击力要比直接碰撞低,如汽车缓冲器,飞机着陆架等。

  冲击隔离与振动隔离在性质上是有区别的,但也有一定的相似之处。有些设备的隔振系统或有些隔振器同时具有隔振和防冲击的作用。

  传给基础的最大扰动力可用式(1-11)计算,最大扰动力时的传递率(定义与振动隔离的传递率类似)用式(1—12)计算:

  由上可见,冲击传递率与系统的固有频率成正比,也就是系统的固有频率越小,传递率越小;隔离支承的阻尼是有一定作用的,阻尼越大、传递率越小。

  消极的冲击隔离和积极的冲击隔离的隔离原理是相同的,为了达到一定的隔离效果,须选择较软的弹性支承并增大系统的支承阻尼性能。

  一般机械设备的隔振支承的设计,可按一个自由度的情况计算,也就是只计算一个方向的振动与传递,而不必象设计重型机械或精密设备那样按六个自由度计算。本节扼要介绍机械设备振动隔离的设计要点:

  扰动力分析 首先要分清是积极隔振还是消极隔振。如果是积极隔振,则要调查或分析机械设备最强烈的扰动力或力矩的方向、频率及幅值,如果是消极隔振,则要调查所在环境的振动优势频率、基础的振幅及方向。

  隔振系统的固有频率与传递率(隔振效率) 隔振系统的固有频率应根据设计的基本要求,由所需的振动传递率 或隔振效率 来确定,各类机器在不同场合时振动传递率推荐值可参考表1—2。对于消极隔振,可根据设备对振动的具体实际的要求及环境振动的恶劣程度确定消极隔振系数。

  机组的允许振动 精密的设备及机器,其允许振动的指标在出厂说明书或技术方面的要求中可以查到.这是保证设备正常运作的必要条件,应在设计支承时给以确保。一般机械隔振后机组的允许振动,推荐用10 mm/s的振动速度为控制值,对于小型机器可用6.3mm/s的振动速度为控制值。因为机器隔振之后,其振幅或振速可能要超过没有隔振的情况,也就是超过机器直接固定在基础上的情况。对于消极隔振,应按设备的振动要求来设计隔振系统,请格外的注意分清设备给定的允许振动是用振速还是用振幅表示的,因为二者的处理方法是不一样的。

  附加质量块 一般机械的隔振系统模块设计,往往是把发动机与工作机器共同安装在一个有足够刚度和质量的隔振底座上,隔振底座的质量就称为附加质量块,这个附加质量块的重量一般为机组重量的若干倍。采用附加质量块有以下好处:

  对于各种机器隔振系统的附加质量块的重量与机组重量的比像可采用表1—3内的推荐值,对于支承在楼板上的机器,可采用推荐值的下限,对于支承在地面上的机器,应尽可能取上限。

  总之,隔振系统的正确设计,不仅需要正确的振动隔离理论,而且也需要机械方面的综合知识及经验。

  从理论上说,凡是具有弹性的材料均能作为隔振元件,但在实际工程应用上受到很多条件的限制,例如能否大量供应,性能是否稳定,常规使用的寿命长短还有是不是具有防水、防油、防火性能等。兹将目前国内大量使用的隔振元件和隔振材料介绍如下。

  最常用的隔振器可分为:金属弹簧隔振器、橡胶隔振器、金属丝网隔振器、金属弹簧、橡胶复合隔振器和空气弹簧隔振器等。

  金属弹簧隔振器 金属弹簧隔振器是目前国内应用最广泛的隔振器,其作为隔振支承元件使用时,有以下几方面的性能及优点:

  弹簧的动、静刚度的计算值与实测值基本一致,而且受到长期大载荷作用也不易产生松弛现象,性能稳定;

  阻尼性能差,但有的型号隔振器已对弹簧作了适当的处理,使其阻尼性能得到一定的改善;

  高频振动的隔离效果差,隔声效果亦差,但它与橡胶隔振垫串联放置使用性能有所改善;

  橡胶隔振器不仅在轴向,而且在横向及回转方向均具有隔离振动的性能,同一个橡胶隔振器,在三个直线方向与回转方向上的刚度可有较宽的选择余地;

  橡胶内部阻尼比金属大得多,高频振动隔离性能好,隔声效果也很好,阻尼比为0.05~0.23;

  由于橡胶成型容易,与金属也可牢固地粘接,因此能设计制造出各种形状的隔振器,而且重量轻,体积小,价格低;

  耐高温、耐低温性能差,普通橡胶隔振器使用的温度上限为70℃,下限为0℃,采取了特殊的橡胶,隔振器使用温度下限可达到-50℃;

  耐油件能差,在空气中易老化,特别是在日光直射下会加速老化,一般寿命为5~6年;

  制造方面难以避免性能上有一定的差别,载荷特性也难一致.经受长时间大载荷的作用,会产生松弛现象。

  决定橡胶隔振器动刚度和静刚度的因素是:橡胶的材料、橡胶的硬度及橡胶隔振器的形状。从形状及受力变形可把橡胶隔振器分成二大类:压缩形,剪切形及复合形。图1-5为各类橡胶隔振器的结构形状示意图。

  有不少隔振器是用金属螺旋弹簧与橡胶复合而成的复合隔振器.它可以克服金属螺旋弹簧阻尼性能差的缺点,又能改善橡胶隔振器的频率特性

  空气弹簧隔振器 空气弹簧隔振器在国内应用较少,一般仅用于精密仪器及精密机械的隔振,但在国外应用十分广泛。空气弹簧作为隔振支承,有以下的性能及优点:

  可以用改变空气弹簧的内压来改变承载能力,在结构上借助高度调节阀使弹簧保持一定的高度

  如果采用一定的控制设备,不仅能获得任意近似的非线性特性,而且还可以自动调节隔振系统的固有额率,获得最佳的隔振效果;

  金属丝网隔振器是用一定的加工工艺把不锈钢丝挤压成一定的形状,使其成为一个弹性体,在微振动或冲击运动中,不锈钢丝网除了提供弹性,它们之间的摩擦作用还提供良好的阻尼性能。金属丝网隔振器的性能及优点是:

  由于金属丝网照振器是近几年来研制的产品,价格较高,加工工艺复杂,但因它们的隔离冲击性能娩产品稳定性很高,故得到了较广泛的应用。

  利用弹性材料本身的自然特性,一般没有确定的形状尺寸(橡胶隔振垫除外,它有确定的形状与一定尺寸),可根据具体需要来拼排或裁切,常见的隔振垫有毛毡、软木、橡皮、海绵、玻璃纤维及泡沫塑料等,而目前在工业中得到普遍应用的是专用橡胶隔振垫。

  橡胶隔振垫 橡胶隔振垫之所以应用广泛,是因为它具有持久的高弹性,有良好的隔振、隔冲和隔声性能;造型和压制方便;可自由地选降形状和尺寸,以满足刚度和强度的要求;具有一定的阻尼性能,能吸收机械能量,对高频振动能量的吸收尤为突出;由于橡胶材料和金属表面间能牢固地粘结.因此不但易于制造安装,而且还可通过多层叠加减小刚度,改变其频率范围;价格低廉。

  当然。与橡胶隔振器一样,橡胶隔振垫也有它的弱点.如易受温度、油质、臭氧、日光及化学溶剂的侵蚀,造成性能变化及老化,易松弛,因此寿命一般为5~6年。 橡胶隔振垫的适用频率范围为10Hz~15Hz,(多层叠放可低于10Hz)各种橡胶隔振垫的刚度由橡胶的硬度、成分以及形状所决定。

  软木 由软木构成的支承垫层厚度为100mm左右时,系统的固有频率大约为20Hz。

  玻璃纤维及矿棉 玻璃纤维作为弹性垫层,对于机器或建筑物基础的隔振均能适用。

  在设备的进出管道上安装柔性接管是防止振动从管道传递出去的必要措施,柔性接管在空压机、风机、水泵及柴油机上都有应用。对于管内压力要求低的管道,如通风机的进出口柔性接管可以用帆布或人造革按一定的规范制作;对于有较高压力要求的管道的柔性接管,一定要采用一定规格和性能的产品。按材料不同可把管道柔性接管分成以下两大类。

  橡胶柔性接管 橡胶柔性接管用于温度在100℃以下,压力在20kgf/cm2以下的场合,这些场合不得有橡胶腐蚀剂或溶剂。

  不锈钢波纹管 对于柴油机出口、交压机出口及真空泵出口管道,其工作时候的温度高于100,而又有一定的压力要求,则能安装不锈钢波纹管。

  对于一个高质量的可靠的隔振系统弹性支承的设计,不但有理论问题,而更重要的是实践经验。右表列出了各种隔振元件的性能比较,可供选用者参考。

  当固有额率 ,可用毛毡、软木、橡胶隔振垫及一些较硬的橡胶隔振器、金属丝网隔振器。

  当固有频率 ,即可选用金属弹簧、橡胶隔振器、复合隔振器、海绵橡胶及泡沫塑料等。

  静载荷与动载荷 隔振元件选择得是否恰当,另一个主要的因素是每一个隔振器或隔振垫的载荷是否合适,一般应使隔振元件所受到的静载荷为允许载荷的90%左右,动载荷与静载荷之和不超过其最大允许载荷,对于隔振垫,允许载荷或推荐载荷是指单位面积的载荷。另外,还应注意以下几点:

  各隔振器的载荷力求均匀,以此方便采用相同型号的隔振器,对于隔振垫则要求每个部分的单位面积的载荷基本一致,在任何情况下,实际载荷不能超过最大允许载荷。

  当各支承点的载荷相差甚大一定要采用不同型号的隔振器时,应力求它们的载荷在各自许用范围以内,而且应力求它们的静变形一致,这不仅关系到机组隔振后振动的状况,而且关系到隔振装置的固有频率及隔振效果。

  应考虑隔振元件安装场所的温度、湿度、腐蚀等条件,这些直接影响隔振元件的寿命。

  本节着重介绍国内最常用的隔振及振动控制元件产品。虽然目前国内尚未制订此类产品统一的测试方法和品质衡量准则,但本手册中所列出的大多数产品,在实际工程中己得到了广泛应用,受到用户的好评,性能较为稳定,质量比较可靠。

  可供选用的承载能力较大的螺旋钢弹簧隔振器有:ZT型系列阻尼弹簧隔振器,TJl及TJ2型弹簧隔振器,小型的钢弹簧或复合弹簧隔振器有JD型、JU型、FZD1型、JHZ型等。

  ZT型系列阻尼弹簧隔振器结构符合常理,造型美观,阻尼性能得到一些改善,用途广泛,可用于大型风机、空压机、大型水泵及锻压设备的积极隔振。

  TJl型、TJ2型弹簧隔振器可用于空压机、破碎机、大型风机、水泵及锻压机械的隔振。

  JQZ型空气阻尼式隔振器 JQZ型空气阻尼式隔振器是由锥形螺旋弹簧等金属零件和橡胶件组装而成的空气阻尼式的隔振器,橡胶囊在伸张和压缩过程中通过气孔L吸进和排出空气产生摩擦而获得阻尼,大多数都用在承受垂直方向的载荷。下页图为JQZ型隔振器外观尺寸及 曲线图(P为载荷 为变形)。

  JQZ型隔振器的固有频率范围为7~9Hz,阻尼比为0.10~0.20,最大承裁能力为15kgf,使用期为12个月,可用于重要仪器仪表的隔振。

  JWZ型金属丝网阻尼式隔振器 JWZ型金属丝网阻尼式隔振器是用柱形螺旋弹簧、不锈钢丝网柱、网垫等金属元件组成的全金属隔振器,能适应恶劣的动力条件和天气特征情况,竖向刚度小,固有频率低、对各种精密仪器、仪表等竖向低频干扰和冲击干扰均有很好的隔离效果。

  JHZ型柱簧金属丝阻尼隔振器 JHZ型柱簧金属丝阻尼隔振器z向静变形大,固有频率低,有一定的阻尼性能,对较低频率干扰拥有非常良好的隔离效果,多用在所有精密仪器的隔振。

  其它金属螺旋弹簧隔振器 属于小型的金属螺旋弹簧隔振器的还有JD型、JU型、FZD型,它们竖向刚度低、固有频率低,一般适用于仪器仪表的隔振。

  目前实际工程中应用最多的是橡胶隔振器,它具有持久的高弹性和优良的隔振隔冲及隔声性能,造型和压制方便,利用橡胶与金属表面粘结强度可大于30kgf/cm2的优点,已设计制造了一些复合隔振器。这些隔振器阻尼大,吸收机械能量强,尤其是吸收高频能量更为见效。当然,因橡胶易老化,寿命只有3~5年,因此就需要按时进行检查,按期更换。

  按受力情况和变形情况,橡胶隔振器可分成压缩型、剪切型及复合型等三大类,其竖向刚度与横向刚度之比分别为4.5、0.2及任意设计。目前国内生产的橡胶隔振器一般用丁脂、氯丁或丁基合成橡胶制造,动态系数为1.4~2.8,阻尼比为0.20~O.075。

  JG型(剪切型)橡胶隔振器 JG型橡胶隔振器共28种规格,结构示意见图4—23,性能曲线为外观尺寸数据表。

  JJQ型橡胶隔振器 JJQ型橡胶隔振器与JG型基本相同,但个别尺寸有异。

  JG型及JJQ型用途较广,可用于风机、水泵等设备的隔振,对于小型机械,隔振器底部不用固定,直接放置在基础上即可。

  JH型橡胶隔振器 JH型橡胶隔振器国内有数家厂生产,其产品仅在个别尺寸上略有不同。

  JH(辽)隔振器的阻尼比0.06,动态系数1.3,使用期36个月,刚度比 =2.80, =0.84。

  JW型(碗形)橡胶隔振器 JW型隔振器结构紧凑体积小,阻尼也小,能承受较大的加速度,广泛地应用于航空无线电仪器、仪表和雷达等隔振和缓冲系统中。图4-28为JW(辽)型橡胶隔振器结构示意图。

  JP(辽)型平板式橡胶隔振器 JP(辽)型平板式隔振器阻尼小,隔振效率高,结构紧密相连,安装尺寸低,有防冲凸缘,可承受较大的正弦加速度。JP(辽)型隔振器按套筒和方板金属材质不同,分为磁性与非磁性两种。

  JP(辽)型平板式隔振器大范围的应用于航空无线电仪器、仪表、雷达等隔振和缓冲系统中。

  另二种类似的板式橡胶隔振器是JPX型和JPD型,它们的结构与JP型极似,但载荷较小,在额定载荷下,三个方向刚度近似相等,JPD型三向等刚度隔振器在三向等刚度特性上更优一些。

  JF型封闭型橡胶隔振器 JF型橡胶隔振器为封闭型结构,其弓形金局外壳可提高隔振器水平方向的强度与刚度并保护被隔离装置不致因金属衬套与橡脱开时隔离装置脱离隔振器。

  SH型双板式橡胶隔振器 SH型双板式橡胶隔振器是利用上下各一块金属板将隔振橡胶粘结在中间而构成曲形的压缩型隔振器,它可用于一般的动力机械、船舶主机及辅机等动力设备的隔振与缓冲。

  其它橡胶隔振器 橡胶隔振器的种类非常之多,如辽宁减振器厂生产的JK型框架形隔振器,JZH型柴油机隔振器,JZ支柱形隔振器,JJ型支脚隔振器;无锡减振器厂生产的6JX型防冲击隔振器;南京减振器厂生产的FD型防冲击隔振器等等。

  金属丝网隔娠器亦称不锈钢丝网隔振器或不锈钢丝网隔振垫。无锡减振器厂、江苏靖江县减振器厂及上海青浦淀山湖减振器厂都有批量生产。

  V型全金属不锈钢丝网隔振器可用于金属切屑机床及锻床、冲压设备的隔振与隔冲系统。V型全金属不锈钢丝网隔振器的安装与其它隔振器相似,只是在安装受力后大约过15天,须进一步调整它的安装高度。

  专用没备隔振器目前国内生产的类型还不多,但已受到广泛的重视。专用设备隔振器设计合理,从结构上考虑了专用设备的特殊工艺技术要求,可以与设备配套,简化了设备的安装设汁、使用及调换亦很方便。

  JZQ型系列机床隔振器 JZQ型系列机床隔振器用于切削机床的隔振,不但效果明显,不影响机床的加工精度,还能够调节机床的水平度,替代了机床底脚的作用,其在机床上楼的问题上起到了很好的隔振降噪作用,已得到相当广泛的应用。