隔振措施的理论分析

　　机器设备运转时发出的剧烈运动及支承面运动时机器发生的强迫振动,不但会引起机器本身结构或部件的损坏,而且会影响周围的精密仪器设备的正常工作.由振动产生的噪音对人体健康也极有害.因此,有效地隔离振动是现代化工业中的一个重要课题.

　　所谓隔振,实际上就是在物体与支承面之间加入弹性衬垫(如弹簧、橡胶垫、毛毡等)以隔离振动.根据振源的不同,一般分为两种性质不同的隔振:一种是使作用于物体的激振力不传到支承面上,机器本身是振源,称为主动隔振.另一种是使支承面的运动不传到被支承的物体上,支承面为振源,称为被动隔振.本文就此两种情况的隔振措施加以分析.

　　1 主动隔振--机器本身是振源

　　设物体受到正弦激振力F(t)=Hsinpt作用,当机器未加隔振设备时,传到支承面(或地基)上去的力显然就是原来的激振力F(t)=Hsinpt.如图1a所示.如果在物体与支承面之间加以弹性衬垫,将构成阻尼质量弹簧系统,这就是所谓加了隔振措施,如图1b所示.在激振力F(t)的作用下系统稳态强迫振动为^[1]

　　此时传到支承面上的力显然由两部分组成:一是弹簧传到地基上的力

　　这两个力频率相同但位相差为所以传到支承面上的力FT为这两个力的矢量和.如图1c所示.即

　　HT为传递力的最大值.

　　由强迫振动理论[1]知

式中H是刚性支承情况下,传给支承面的力的最大值,HT是弹性支承情况下,传给支承面的力的最大值.可见ηa是弹性支承与刚性支承的传递力的比值,称为传递率,或称为主动隔振系数.它表示主动隔振的效果,它的实质是隔力,当然ηa越小越好.

　　2 被动隔振--支承面是振源

　　为使外界振动少传到系统中来所采用的隔振措施称为被动隔振.它属于支承面运动时物体发生强迫振动的情况,其隔振效果用被动隔振系数ηp表示,即

被动隔振的实质是隔幅,当然ηp也是越小越好.

　　设支承运动是简谐振动y=asinpt.阻尼弹簧系统代表隔振措施如图2所示.则机器设备的动力学方程为

　　(3)式与(5)式右端完全一样,所以无论是主动隔振,还是被动隔振,虽然物理意义不同,但隔振系数与频率比γ,相对阻尼系数β的关系是相同的.这点表明:无论是主动隔振还是被动隔振,其隔振措施都是相同的.

　　3 隔振措施的理论分析

　　由(3)式和(5)式可以得隔振系数与频率比的响应曲线.如图3所示.图中实线表示β=0.1,虚线表示β=0.5,点划线表示β=1.0三种情况下η与γ的关系.