振動控制技術

振動控制技術是通過振源控制、傳遞過程中的振動控制和對受振對象採取控制三個方面的措施來控制振源產生的振動通過介質傳遞至受振對象（人或物）。振動是一種普遍存在的自然現象，振動的來源可以分為自然振源和人工振源兩大類。振動的影響主要是通過振動傳遞來達到的，減少或隔離振動就可使振動得到控制。

基本介紹

• 中文名：振動控制技術
• 外文名：Vibration control technology
• 套用學科：環境工程
• 適用領域範圍：環境生態
• 方法：振源控制、傳遞過程中的振動控等
• 性質：技術

簡介

控制振動的方法很多，作為工程措施主要可歸納為減少擾動、防止共振、採取隔振措施等三類。減少擾動的措施主要指減少或消除振動源的激勵，如改善機器的平衡，減少構件加工誤差，提高安裝質量，對薄壁結構作阻尼等。防止共振是指防止或減少設備、結構對振動源的回響，如改變振動系統固有頻率，改變振動系統擾動源頻率，增大阻尼，減少振動振幅等。隔振措施主要指採取措施減小或隔離振動的傳遞，常在振源與需要防振的設備間安裝彈性隔振裝置，使振源的大部分振動被隔振裝置吸收，減小振源對設備或場所的干擾。根據振動系統的模型或者振動傳遞方式的不同，分隔離振源和隔離回響兩類，前者為積極隔振（主動隔振），後者為消極隔振（被動隔振），其原理都是將需隔離的設備安裝在適當的彈性裝置上，使大部分振動被隔振彈性裝置所吸收。

振動控制的方法

振動是一種普遍存在的自然現象，振動的來源可以分為自然振源和人工振源兩大類：自然振源如地震、海浪、風振等；人工振源如各類動力機器的運轉、交通運輸工具的運行、建築工地打樁和人工爆破等。人工振源產生的振動波，一般是在地表中傳播，通過建築物的基礎或地坪傳至人體、精密儀器設備或建築物本身，這將會對人體和物體產生危害。因此，控制振動污染也就需要從以下三個方面入手：控制振源，傳遞過程中的振動控制和對受振動對象採取控制措施。

振動源的控制

雖然振動的來源不同，但是振動主要是振動源本身的不平衡力引起的對設備的激勵。城市區域的環境振動源主要有工廠振動、交通振動、工程振動等。對於振動源控制最有效方法是提高和改進振動設備的設計、提高製造加工裝配精度等，使其振動最小。

強力撞擊在機械加工中經常見到，強力撞擊會引起被加工零件、機械部件和基礎振動。控制此類振動最有效的方法是改進加工工藝，即用不撞擊方法代替撞擊方法，如用焊接替代鉚接、用壓延替代衝壓、用滾軋替代錘擊等。由曲柄連桿機構所組成的往復運動機械，如柴油機、空氣壓縮機、曲柄壓力機等，是常見的振動機械，我們應當採取各種平衡方法來改善其平衡性能，可以通過負載質量平衡裝置（平衡質量塊），使其在運轉的過程中產生反作用力以抵消慣性力，從而減少振動。高壓水泵、蒸汽輪機、燃氣輪機等旋轉機械，大多屬高速旋轉類，每分鐘在千轉以上，其微小的質量偏心或安裝間隙的不均勻常帶來嚴重的危害。為此，應儘可能調好其靜、動平衡，提高其製造質量，嚴格控制安裝間隙，以減少其離心偏心慣性力的產生。轉動軸系的振動，它隨各類轉動機械的要求不同而振動形式不一，會產生扭轉振動、橫向和縱向振動，對這類軸系通常應使其受力均勻，轉動扭矩平衡，並有足夠的剛度等，以改善其振動情況。管道振動，在人們的生產生活中所使用的管道越來越多，隨傳遞輸送介質的不同而產生的管道振動也不一樣，通常在管道內流動的介質，其壓力、速度、溫度和密度等往往是隨時間而變化的，這種變化又常常是周期性的。如壓縮機相銜接的管道系統。由於周期性地注入和吸走氣體，激發了氣流脈動，而脈動氣流形成了對管道的激振力，產生了管道的機械振動。為此，在管道設計時應注意適當配置各類管道元件，以改善介質流動特性，避免氣流共振和減低脈衝壓力；採用橡膠、金屬波紋軟管，設定緩衝器、降壓穩壓裝置，有目的地控制氣流脈動，從而改善和減少管道機械振動；正確選擇支承架間距和支承方式，隔振懸吊。以改善管道繫結構動力特件及隔離振動傳遞。

共振的防止：共振是振動的一種特殊狀態。共振是指機械系統所受激勵的頻率與該系統的某階固有頻率相接近時，系統振幅顯著增大的現象。振動機械激勵的振動頻率，若與設備的固有頻率一致，就會引起共振，使設備振動得更厲害，起了放大作用，其放大倍數可由幾倍到幾十倍。

共振的特性：它不僅是一種能量的傳遞，而且是一種具有特殊作用的能量傳遞形式，它具有放大性傳遞、長距離傳遞的特性。只要某物體處於共振狀態，即使在微小的外力作用下，也可得到足夠的回響力。共振如一個放大器，小的位移作用可得到大的振幅值。共振又像一個儲能器，它以特有的勢能與彈性位能的同步轉換與吸收，能量越來越大。共振帶來的破壞和危害是十分嚴重的。因此，防止和減少共振回響是振動控制的一個重要方面。

控制共振的主要方法有：（1）改變設施的結構和總體尺寸或採用局部加強法等，以改變機械結構的固有頻率；（2）改變機器的轉速或改換機型等以改變振動源的擾動頻率；（3）將振動源安裝在非剛性的基礎上以降低共振回響；（4）對於一些薄殼機體或儀器儀表櫃等結構，用貼上彈性高阻尼結構材料增加其阻尼，以增加能量遠散，降低其振幅。

振動傳遞過程中的控制

（1）加大振源和受振對象之間的距離

振動在介質中傳遞，由於能量的擴散和傳遞介質等對振動能量的吸收，一般是隨著距離的增加振動逐漸衰減，所以加大振源和受振對象之間的距離是振動控制的有效措施之一，一般採用以下幾種方法：

① 建築物選址

對於精密儀器和設備的廠房，在其選址時要遠離鐵路、公路以及工業上的強振源。對於居民樓、醫院和學校等建築物選址時，也要遠離強振源。對於防振要求較高的精密儀器設備，應考慮遠離由於海浪和颱風影響而產生較大地面脈動的海岸。

② 廠區總平面布置

工廠當中防振等級較高的計量室、中心實驗室、精密工具機車間等最好單獨另建，並且遠離振動較大的車間，如鍛工車間、衝擊車間以及壓縮機房等。在廠區的規劃時應當儘可能地將振動較大的車間布置在廠區的邊緣地段。

③ 車間內的工藝布置

在不影響工藝的情況下，精密工具機以及其他防振對象，儘可能遠離振動較大的設備。為計量室及其他精密設備服務的空調製冷設備，在可能的條件下，也儘可能使它們與防振對象離開遠一些。

④ 其他加大振動傳播距離的方法

將動力設備和精密儀器沒備分別置於樓層中不同的結構單元內。如設定在伸縮縫（或沉降縫）、抗振縫的兩側，這樣的振源傳遞路線要比直接傳遞長得多，對振動衰減有一定的效果。縫的要求除應滿足工程上要求外，不得小於5 cm。縫不需要其他材料的填充，但是應當採取彈性的蓋縫措施。

（2）防振溝

對於衝擊振動或頻率大於30Hz的振動，採取防振溝有一定的隔振效果；對於低頻率振動則效果甚微，甚至幾乎沒有什麼效果。一般來說防振溝越深，隔振的效果就越好，而溝的寬度幾乎對隔振效果沒有影響。研究表明，當溝的寬度取振動波長的1/20，溝的深度為振動波長的1/4。振動幅值將減少1/2；當溝深為波長的3/4時，振幅將減少1/3；當溝深進一步增加不僅施工困難，而且隔振效果也不明顯。防振溝可用在積極防振上，即在振動的機械設備周圍挖掘防振溝；也可用於消極防振，即在怕振動干擾的機械設備附近，在其垂直上方開挖防振溝。

對防振對象採取的振動控制

對防振對象採取的措施主要是指對精密儀器、設備採取的措施，一般方法為：

（1）採用黏彈性高阻尼材料。對於一些具有薄殼機體的精密儀器，宜採用黏彈性高阻尼材料增加其阻尼。以增加能量耗散，降低其振幅。

（2）保證精密儀器、設備的工作檯的剛度。精密儀器、沒備的工作檯應採用鋼筋混凝土製的水磨石工作檯，以保證工作檯本身具有足夠的剛度和質量，不宜採用剛度小、易晃動的木質工作檯。

（3）為避免外界傳來的振動和室內工作人員的走動影響精密儀器和設備的正常工作，應採用混凝土地坪，必要時可以採用厚度大於530 mm的混凝土地坪。當必須採用木地板時，應將木地板用熱瀝青與地坪直接黏貼，不應採用在木隔柵上鋪木地板架空做法，否則由於木地板剛度較小。操作人員走動時候產生較大的振動，對精密儀器和設備的使用是很不利的。