工程减振

工程减振论文(2009-12-1909:20:29)转载▼标签：杂谈分类：至理名言工程减振----单式动力吸振器一、工程背景或研究背景自从人类诞生以来，就不断地在改造着世界。尤其是进入20世纪以来，世界发生了翻天覆地的变化：科学技术突飞猛进，社会生产力极大提高，经济规模空前扩大，物质极大丰富。然而，与此同时，人类与自然的关系也在急剧的恶化，资源面临枯竭，污染日趋严重，震惊世界的公害事件频频发生……环境问题已经成为了政府、社会关注的焦点，它将通过法律法规、国际公约、公众环保意识以及经济规律影响企业行为，影响社会经济的变革与发展。因此正确处理环境、经济和技术之间的关系，已经成为决定未来企业竞争能力的关键因素。机电产品绿色设计包括振动工程，而振动控制是振动工程的一个重要学科分支。随着科学技术的迅速发展、机械的高速化及结构的轻型化，大量的工程振动问题不断地涌现，引起了机械工作状态的恶化，生产效率和工作质量的下降。而机械振动常常是造成机械和结构恶性破坏和失效的直接原因。振动使结构的内应力大大增加，由于振动产生的交变载荷使结构发生疲劳破坏；共振使结构产生不允许的大变形，致使结构发生严重破坏。在有些机械中，由于自身作业的环境恶劣再加上振动的存在而引起地基的振动和噪音，造成更为恶劣的环境，使精密仪器不能正常工作，人的劳动条件恶化。工程史上由于振动而引起的失事已屡见不鲜。闻名的Tacoma吊桥事件就是一例。该桥长2800尺，宽39尺，于1940年因风载激起自振，历时一小时（振动约720周），破坏殆尽。所以，各种减振系统得到广泛的应用，减振系统的研究也越来越受到重视。二、基本理论及其研究现状1.基本理论：工程减振的基本理论主要是应用振动力学、冲击动力学等。简单地说，最基本的减振系统是由弹簧和阻尼器构成。通常称之为“被动减振系统”然而，当条件和工作状况不断发生变化时，这种简单的系统已无法适应减振的要求。设计减振系统要解决的主要问题，可归纳为：对系统进行动态分析、恰当地选择系统的动态参数、寻求系统最优的结构参数、研究“随机过程”、“非稳态过程”、以及“非线性过程”理论，在减振系统设计上的应用，进行改进等。下面主要谈一下动力吸振：a)结构本身的减振性结构本身的减振主要考虑结构的合理性及结构材料本身减振性.这方面一要考虑结构形式，二要考虑材料的阻尼系数.在相同的激励下，对于相同的系统，增大阻尼可以降低受激系统的响应幅度，尤其当激励频率在系统的固有频率附近时效果非常明显.b)动力吸振动力吸振必须注意以下五个方面：第一.动力吸振效果在动力吸振结构的固有频率与激励频率接近时，效果非常突出，并在此频率为中心一定的频域内效果明显；第二.动力吸振结构本身阻尼系数的确定，此时动力吸振结构的阻尼系数应尽量小；第三.动力吸振结构的质量，质量过小影响减振效果，质量大则增加系统质量，此点对于航天设备尤显重要，实际一般取原结构质量的5％至10％；第四.对于任意激励载荷的激励，必须考虑激励频率频谱的综合效应；第五.对于多自由度系统必须考虑多阶固有频率的影响.此外，在使用动力吸振方式进行减振时，必须考虑动力吸振的特点，在进行动力吸振器设计过程中，除了对吸振器模态设计予以足够的重视外，尚须对结构所处环境(即结构的工况条件)清晰，人们往往还考虑采用频率可调动力吸振器，以使得吸振器频率与激励频率相一致.2.研究现状：吸振是一项应用极为广泛的减振技术，从1902年Frahm发明了动力吸振器(DVA)以来，己有近百年的历史。由于它结构简单，又能有效地控制频率变化范围较小的结构与设备的振动，所以动力吸振器己成为实施振动控制的有效手段。被动式动力吸振器存在一个严重缺陷:它不适用于外激励力频率变化较大场合;而主动式动力吸振器可以很好地克服这个缺陷。并且随着计算机与自动控制技术的发展以及对结构振动与噪声控制水平要求的不断提高，近年来振动主动(有源)控制技术日益受到重视，其中主动式动力吸振技术发展迅速，且日显生机。主动式动力吸振器是按一定的规律主动地改变自身弹性元件或惯性元件的特性，或者通过执行机构来驱动吸振器的运动质t按一定规律运动的一种动力吸振器。根据工作原理和设计准则的不同，它可分为非频率可调式动力吸振器和频率可调式动力吸振器。而且先后提出了半主动式和全主动式DVA。主动式动力吸振技术中的执行器结构包括机械式、电磁式、电液式等多种型式。其中半主动式DVA采用开环控制，通过调整DVA结构参数，使其有效吸振频率跟踪主系统外干扰力频率，充分发挥DVA的减振能力。全主动式DVA采用闭环控制，通过反馈主振系振动状态参量按一定规律调节DVA的振动，从而达到降低主振系振动响应的目的。在结构振动控制中，动力吸振器的研究和应用已得到了不断的发展。三、减振方法及减振措施1、幅频特性：表示的是系统在外部载荷作用下，强迫振动振幅与外激振力的幅频级系统的自振频率之间的关系。公式表示为：A=2、工程中利用强迫振动理论进行消振或减振的方法：（1）消除振源：尽可能减弱振源，使系统所受激励尽可能地小，以致不出现过度动响应。受控对象的响应是由振源(激励)引起的，外因消除或减弱，响应自然也消除或减弱。如对不平衡的刚性或柔性转子，采用动平衡方法消除或减弱它们在转动时因质量不平衡出现的离心力及力矩；另外，还可采取抵消振动的方法，即由控制引起的振动抵消未加控制时的原有振动。（2）避开共振区：在振源与受控对象之间串联隔振器，可以减小受控对象对振源激励的响应。如飞机座舱内仪表板通过隔振器与机体相连，从而减小机体振动向仪表板的传递；动力机械通过隔振器与基础相连，从而减小机械运转时产生的交变扰力和力矩向基础的传递。按隔振的原理可将隔振分为主动隔振和被动隔振。主动隔振就是通过隔振器或隔振材料的作用将由机器干扰力F(t)作用而产生的振动大部分隔离掉，不使之向外传给周围环境。而被动隔振则是将外来的振动位移A，通过隔振器的作用，消除其大部分，使设置于隔振器上的精密仪器、设备免受周围环境振动的影响。（3）增大阻尼：采取一定的措施人为地增加系统的阻尼,以最大限度地消耗振源能量,降低系统的振动水平;增加系统的稳定性。在受控对象上附加阻尼器或阻尼元件，通过消耗能量而使响应减小，如：直升机增加桨叶减摆器的阻尼以防止出现动不稳定现象——“地面共振”。（4）动力消振器：在受控对象上附加一个动力吸振器，用它产生吸振力以减小受控对象对振源激励的响应。如高层建筑顶部安装的有阻尼动力吸振器。（5）结构修改：通过修改受控对象的动力学特性参数使振动满足预定的要求，这是一种不需附加任何子系统的振动控制方案，目前是非常引人注目的。所谓动力学特性参数是指影响受控对象质量、刚度与阻尼特性的那些参数，如惯性元件的质量、转动惯量及其分布。对实际存在的受控对象来说，这是个结构修改问题，而对处于初始设计阶段的受控对象来说，则是个动态设计问题。3.动力吸振器基本概念：（1）吸振：将原系统能量转移到附加系统上，从而使原系统振动减小。（2）动力吸振器原理：动力吸振是通过增加弹簧质量系统，使之与振源的频率接近，从而把振动的能量吸附到增加的附加系统上。（3）单式动力吸振器：单式动力减振就是在振动主系统上附加特殊的子系统，以转移或消耗主系统的振动能量，从而抑制主系统振动的振幅。4.动力吸振器原理以单式动力吸振器为例：主动系统是一个但自由系统，主振系统与单式动力吸振器一起构成二自由度系统，主系统质量为M，刚度为k，位移为x，吸振器质量为M，刚度为k，位移为x。系统的运动微分方程如下：当=Pa时，可得A=0，A=-或F=-KA以上表明吸振器的固有频率P与外力的圆频率相等时，外力正好与动力吸振器的弹性恢复力kA平衡，系统不振动了，从而达到了减振的目的。因此可通过调m或k，使其减振。单式动力吸振器的传递曲线的变化4、实验设计与实验验证：（1）设计—基本系统单式动力吸振系统的装置简图(2)实验仪器设备1.机械振动与控制实验台。2.电动式激振器。3.双通道测振仪。4.磁电式振动速度传感器。5.激振信号源.6.计算机及振动分析软件、单式动力吸振器、扳手。（3）实验步骤：1.将速度传感器置于简支梁上，其输出端接测振仪。2.将电动式激振器安装到简支梁上，并与激振信号发生器相连。开启电源，对简支梁施加交变激振力。3.将激振频率由低到高调整，同时观察振幅，当振幅达到极值时，即为系统固有频率。几下数据。4.安装单式动力吸镇器，观察振幅的变化，并记录数据。5.试验结束。5、数据记录与处理：原始单式吸振器幅值1470360信号频率50506实验结果与讨论：结果：单式动力吸振器成功的吸收了大约75%的振动，振动明显降低。讨论：单式动力吸振器可以成功的吸收大部分振动，效果显著，而且单式动力吸镇器简便、经济。但是，单式动力吸振只能降低单一的激励频率下的振动，同时它的附加的子系统结构简单；所以要降低多个振源下几个激励频率的振动，就需要使用复式动力吸振器，但附加的子系统结构较复杂。所以，在实际生产中就要考虑客观情况需要。参考文献：1.张向东，车俊铁《机械减振的基本方法分析》，（北京石油化工学院）。2.王铁民《工程机械的主动减振系统》，（西南交通大学）。3.方同，陈松淇《工程振动理论概述》，（西北工业大学）。4.《力学与实践》2005年第二十七卷。5.孙忠池，多自由度振动系统动力减振器设计方法，振动与冲击，,No.3,1991工程减震背景工程背景或研究背景工程减振在现代工程中应用十分广泛，很多工程因为没有考虑共振效应而失败，造成经济上的损失和人员上的伤亡。因此，其研究价值不言而喻。工业和运输业中广泛采用机器作原动力，机械振动的危害越发严重，减振要求日益迫切。汽轮机、水轮机和电机等动力机械，汽车、火车、船舶和飞机等交通运输工具，以及工作母机、矿山机械和工程机械等，都沿着高速重载方向发展，其振动也日益强烈。精密机床和精密加工技术的发展中，如果离开严格隔振的平静环境，工作就不正常，无法达到预期的精度目标。材料工业和建筑工业的发展中，广泛采用高强度的建筑材料，建筑高度不断攀升使得建筑受风载激励后振幅达几米之大，难以满足舒适和安全要求，倘不能减振，此类高楼就无法继续发展下去。飞机、导弹、坦克、战车通常在最为恶劣的环境中工作。因此，军工部门对减振环节的要求也日渐增多。尤其是如今的精确打击方向的研究，更需要减振理论的无论是民用工业还是军事工业，其产品性能都与减振技术密切相关。产品性能又决定了企业的利润效益。因此，关于减振的研究永不过时。对于减振，最积极的办法是针对振动的原因对症下药。引起振动的原因有很多，所以，对于不同的振动原因应采取不同的方法。参考文献《减振理论》——丁文镜《水力发电学报》——2002《石油化工设备技术》——唐永进《工程力学》——史三元，董挺峰《通用机械》——齐文《大连船研》——1989《沈阳农业大学学报》——2005《减震器》——彭拾义《湖南农机》——2003工程减振在现代工程中应用十分广泛，很多工程因为没有考虑共振效应而失败，造成经济上的损失和人员上的伤亡。因此，减振的价值不言而喻。工业和运输业中广泛采用机器作原动力，机械振动的危害越发严重，减振要求日益迫切。汽轮机、水轮机和电机等动力机械，汽车、火车、船舶和飞机等交通运输工具，以及工作母机、矿山机械等工程机械，都沿着高速重载方向发展，其振动也日益强烈。振动的传播直接影响到工程机械的整机可靠性和使用寿命，同时也使操作者的舒适性变差，降低工作效率。必须采用一些有效方法来减少振动。精密机床和精密加工技术的发展中，如果离开严格隔振的平静环境，工作就不正常，无法达到预期的精度目标。材料工业和建筑工业的发展中，广泛采用高强度的建筑材料，建筑高度不断攀升使得建筑受风载激励后振幅达几米之大，难以满足舒适和安全要求，倘不能减振，此类高楼就无法继续发展下去。飞机、导弹、坦克、战车通常在最为恶劣的环境中工作。因此，军工部门对减振环节的要求也日渐增多。尤其是如今的精确打击方向的研究，更需要减振理论的支持无论是民用工业还是军事工业，其产品性能都与减振技术密切相关。产品性能又决定了企业的利润效益。