第38篇 机械系统的振动设计及噪声控制 3
第1章 绪论 3
1 机械振动的含义及其分类 3
1.1 机械振动的含义 3
1.2 机械振动在工程中的作用 3
1.3 机械振动的分类 3
2 机械工程中常遇到的振动问题 4
3 机械振动等级的评定 5
3.1 振动烈度的确定 5
3.2 泵振动烈度的评定 6
第2章 机械振动的基础 7
1 机械振动的表示方法 7
1.1 简谐振动的表示方法 7
1.2 周期振动幅值的表示方法 7
1.3 振动频谱的表示方法 8
2 机械系统的力学模型 8
2.1 力学模型的简化原则 8
2.2 力学模型的种类 9
2.3 等效参数的转换计算 10
3 弹性构件的刚度 11
4 机械振动系统的阻尼系数 14
4.1 线性阻尼系数 14
4.2 非线性阻尼的等效线性阻尼系数 15
5 振动系统的固有圆频率 16
5.1 单自由度系统的固有圆频率 16
5.2 二自由度系统的固有圆频率 20
5.3 各种构件的固有圆频率 22
6 同向简谐振动的合成 27
第3章 线性系统的振动 29
1 单自由度振动系统 29
1.1 单自由度自由振动系统的力学模型及其响应 29
1.2 单自由度系统的受迫振动 31
1.2.1 简谐激励作用下的受迫振动及响应 31
1.2.2 非简谐激励作用下的受迫振动及响应 32
2 多自由度振动系统 34
2.1 多自由度自由振动系统的力学模型及其响应 34
2.2 二自由度受迫振动系统的振幅和相位差角的计算公式 36
3 扭转振动系统 36
3.1 扭转振动与直线振动的比较 36
3.2 传递矩阵法 38
4 共振 39
5 回转机械起动和停机过程中的振动 39
5.1 起动过程的振动 39
5.2 停机过程的振动 40
第4章 非线性振动和随机振动 41
1 非线性振动 41
1.1 概述 41
1.1.1 非线性特性 41
1.1.2 非线性力的特征曲线 42
1.1.3 非线性系统的物理特性 45
1.2 求解非线性振动的常用方法 48
1.2.1 等效线性化近似解法 48
1.2.2 多尺度法 49
1.3 自激振动 56
1.3.1 自激振动与自振系统的特性 56
1.3.2 机械工程中常见的自激振动现象 57
1.3.3 单自由度系统相平面及稳定性 59
2 随机振动 62
2.1 平稳随机振动描述 62
2.2 单自由度线性系统的传递函数及动态特性 65
2.3 单自由度线性系统的随机响应 65
2.4 多自由度线性系统的随机响应 66
第5章 振动的利用 67
1 概述 67
1.1 振动机械的组成 67
1.2 振动的用途及工艺特性 70
1.3 振动机械的频率特性及结构特征 71
1.4 振动利用的方法步骤 72
2 利用振动的机械系统 72
2.1 常用的振动系统 72
2.2 振动系统的一般分析方法 72
3 振动系统中物料的运动学与动力学 72
3.1 物料的运动学 72
3.1.1 物料的运动状态 72
3.1.2 物料的滑行运动状态 73
3.1.3 物料的抛掷运动状态 74
3.2 物料的动力学 74
3.2.1 物料滑行运动时的结合质量与当量阻尼 74
3.2.2 物料抛掷运动时的结合质量与当量阻尼 75
3.2.3 弹性元件的结合质量与阻尼 75
3.2.4 振动系统的计算质量、总阻尼系数及功率消耗 76
4 常用的振动机械 76
4.1 振动机械的分类 76
4.1.1 按用途分类 76
4.1.2 按驱动装置（激振器）的型式分类 76
4.1.3 按动力学特性分类 76
4.2 常用振动机械的计算 77
4.2.1 惯性式振动机械 77
4.2.2 弹性连杆式振动机械 78
4.2.3 电磁式振动机械 81
4.2.4 自同步式振动机械 82
5 振动机械设计示例 83
5.1 远超共振惯性振动机设计示例 83
5.1.1 远超共振惯性振动机的运动参数设计示例 83
5.1.2 远超共振惯性振动机的动力参数设计示例 84
5.2 惯性共振式振动机的动力参数设计示例 85
5.3 弹性连杆式振动机的动力参数设计示例 86
5.4 电磁式振动机的动力参数设计示例 87
第6章 机械振动的控制 89
1 机器及其零部件的平衡 89
1.1 刚性转子的平衡 89
1.1.1 回转体的动力分析 89
1.1.2 平衡精度 90
1.1.3 刚性回转体的静平衡 91
1.1.4 刚性回转体的动平衡 91
1.2 柔性转子的动平衡 92
1.3 往复机械惯性力的平衡 92
2 阻尼减振 94
2.1 材料阻尼 94
2.2 扩散阻尼 95
2.3 相对运动阻尼 95
2.4 结构阻尼 96
2.5 附加阻尼 96
2.6 阻尼减振原理 97
3 常用的减振装置 97
3.1 阻尼减振器 97
3.2 固体摩擦减振器 98
3.3 动力减振器 99
3.3.1 无阻尼动力减振器 99
3.3.2 有阻尼动力减振器 100
3.3.3 动力减振器的最佳参数 101
3.3.4 随机振动的动力减振器 102
3.4 液压摩擦减振器 102
3.5 摆式减振器 102
3.6 冲击减振器 104
4 隔振原理及隔振设计 104
4.1 隔振原理及一次隔振的动力参数设计 104
4.2 单自由度隔振系统 106
4.3 二次隔振动力参数设计 107
4.4 多自由度隔振系统 109
4.4.1 固有频率 109
4.4.2 主动隔振 109
4.4.3 被动隔振 110
4.5 随机振动的隔离 110
4.5.1 单自由度随机隔振系统 110
4.5.2 二自由度随机隔振系统 111
4.6 冲击隔离 111
4.6.1 冲击隔离原理 111
4.6.2 冲击的主动隔离 111
4.6.3 冲击的被动隔离 112
4.6.4 阻尼对冲击隔离的影响 113
4.7 隔振设计的几个问题 114
4.7.1 隔振设计的步骤 114
4.7.2 隔振设计的要点 114
4.7.3 隔振器的阻尼 114
4.8 常用隔振器及隔振材料 114
4.9 隔振系数的参考标准 118
5 振动的主动控制 118
5.1 振动主动控制的原理 118
5.2 振动主动控制的类型 118
5.3 振动主动控制的组成 119
5.4 控制律的设计方法 119
5.5 主控消振 120
5.5.1 谐波控制 120
5.5.2 结构响应主动控制 120
5.5.3 脉冲控制 121
5.6 主控阻振 121
5.7 主控吸振 121
5.7.1 惯性可调式动力吸振器 121
5.7.2 刚度可调式动力吸振器 122
5.7.3 主控式有阻尼动力吸振器 123
5.8 主控隔振 123
5.8.1 全主控隔振 123
5.8.2 半主控隔振 124
5.8.3 主控隔振的作动器 124
6 允许振动量 125
6.1 机械设备的允许振动量 125
6.2 其他要求的允许振动量 125
第7章 机械振动的测试 127
1 概述 127
1.1 测量在机械振动系统设计中的作用 127
1.2 振动测量方法的分类 127
1.2.1 振动测量的主要内容 127
1.2.2 振动测量方法的分类 127
1.3 测振原理 128
1.3.1 线性系统振动量时间历程曲线的测量 128
1.3.2 测振原理 128
2 振动的测量 128
2.1 周期振动的测量 128
2.1.1 典型的电测系统 128
2.1.2 振幅的测量 129
2.1.3 频率的测量 129
2.1.4 相位的测量 130
2.1.5 激振力的测量 130
2.2 冲击的测量 130
2.2.1 测试量 130
2.2.2 冲击测量的特点和对仪器的要求 130
2.2.3 典型的冲击测量系统 130
2.3 随机振动的测量 131
2.3.1 测试量 131
2.3.2 测量系统及其对仪器的要求 131
3 机械动力学系统振动特性的测试 131
3.1 固有频率的测定 131
3.2 振型的测定 132
3.3 阻尼比的测定 133
3.4 动力响应特性的测试 133
3.5 模型试验 134
4 动力强度试验 135
4.1 周期振动试验 135
4.2 随机振动试验 135
4.3 冲击试验 135
5 测试装置 135
5.1 传感器 135
5.1.1 电测法的常用传感器 136
5.1.2 传感器的选用原则 136
5.2 中间转换装置 136
5.3 记录及显示仪器 136
5.4 激振设备及简便的激振方法 136
5.5 测试装置的校准及标定 136
5.5.1 绝对校准法 137
5.5.2 比较校准法 137
5.5.3 应用校准激励器进行校准 138
6 信号分析及数据处理 138
6.1 信号的时域分析 138
6.2 信号的频域分析 139
6.3 模拟信号分析 139
6.4 数字信号分析 140
6.5 智能化数据采集与分析处理、监测系统 141
第8章 轴和轴系的临界转速 142
1 概述 142
2 简单转子的临界转速 142
2.1 力学模型 142
2.2 两支承轴的临界转速 143
2.3 两支承单盘转子的临界转速 143
2.4 用传递矩阵法计算临界转速 144
3 两支承多盘转子临界转速的近似计算 146
3.1 带多个圆盘轴的一阶临界转速 146
3.2 力学模型 146
3.3 临界转速计算公式 146
3.4 计算示例 147
4 轴系的模型与参数 147
4.1 力学模型 147
4.2 滚动轴承支承刚度 148
4.3 滑动轴承支承刚度 149
4.4 支承阻尼 153
5 轴系临界转速设计 153
5.1 轴系临界转速修改设计 153
5.2 轴系临界转速组合设计 154
6 影响轴系临界转速的因素 155
6.1 支承刚度对临界转速的影响 155
6.2 回转力矩对临界转速的影响 155
6.3 联轴器对临界转速的影响 155
6.4 其他因素对临界转速的影响 156
第9章 机械噪声及其评价 157
1 机械噪声的分类与特征 157
1.1 起源不同的机械噪声 157
1.2 强度变化不同的机械噪声 157
1.3 噪声污染的危害 157
2 机械噪声的评价 157
2.1 声强与声强级 158
2.2 声压与声压级 158
2.3 声功率与声功率级 158
2.4 A计权声级 158
2.5 A计权声功率级 159
2.6 噪声评价数NR 159
2.7 声级的综合 160
2.7.1 声级的运算 160
2.7.2 声级运算示例 160
3 法规及标准 160
3.1 保护听力的噪声标准 161
3.2 语言干扰标准 161
3.3 机械噪声标准 161
第10章 机械噪声的测量及噪声源识别 161
1 测量项目与测量仪器 163
1.1 测量项目 163
1.2 噪声测量系统 163
1.3 声级计 163
1.4 声强计及声强测量系统 164
2 测量方法 165
2.1 声级计及传声器的校准 165
2.2 A声级测量 166
2.3 声功率测量 166
2.4 声强测量 169
3 测量环境对测量结果的影响 169
4 机械噪声源的识别 170
5 工业企业噪声测量 171
5.1 机器设备噪声测量 171
5.2 生产环境（车间）噪声测量 171
第11章 常见机械噪声源特性及其控制 171
1 一般控制原则与控制方法 173
1.1 噪声控制的一般原理 173
1.2 机械噪声控制的一般原则 173
1.3 某些机械设备的噪声控制方法 174
1.4 工业噪声的一般控制方法 174
2 齿轮噪声及其控制 175
2.1 齿轮噪声的产生 175
2.2 齿轮噪声控制途径与措施 176
3 滚动轴承噪声及其控制 176
3.1 滚动轴承噪声的产生 176
3.2 滚动轴承噪声的控制 177
4 液压系统噪声及其控制 177
4.1 液压系统噪声的产生 177
4.1.1 液压泵的噪声 177
4.1.2 阀门的噪声 177
4.1.3 管路的噪声 178
4.2 液压系统噪声的控制 178
5 气体动力性噪声及其控制 178
5.1 概述 178
5.2 气体动力性噪声的基本声源 179
5.3 气体动力性噪声的特性与控制 180
第12章 消声装置及隔声设备 181
1 消声器 181
1.1 消声器的分类与性能要求 181
1.2 阻性消声器 182
1.2.1 阻性消声器的结构与特点 182
1.2.2 阻性消声器消声量的计算 182
1.3 抗性消声器 188
1.3.1 扩张室型消声器 188
1.3.2 共振型消声器 191
1.3.3 其他类型的消声器 192
2 隔声罩 193
2.1 单层隔声结构的隔声量 193
2.2 双层隔声结构的隔声量 194
2.3 缝隙、孔洞对隔声量的影响 196
2.4 隔声罩设计步骤与设计要点 196
2.5 隔声罩降噪效果的评价 196
3 隔声屏 197
3.1 隔声屏降噪原理 197
3.2 隔声屏降噪效果计算 197
3.3 道路隔声屏的结构型式 198
3.4 道路隔声屏的设计 198
参考文献 200