以下特征对于单自由度系统的传输曲线尤为重要,为了便于理解,还是通过汽车隔振器的例子来说明:当汽车发动机发生刚体运动时,隔振器根本不工作。这是因为发动机和车架之间没有往复运动,惯性力不参与其能量交换,只有静力传递!当发动机的激励频率低于固有频率的4倍时,框架上的振动将高于发动机的振动.相反,隔振器会削弱振动的传递。当发动机激励频率低于系统固有频率的4倍时,增加阻尼会降低振动传递率.相反,阻尼会降低隔振效果!
航空!航天!在特殊工作环境中,航海等特殊需要以及对材料的一些特殊要求.对于这个单一的自由度系统,可以很容易地获得振动传输速率(transmissibility)曲线!关于它的介绍,本文将不再重复.感兴趣的朋友可以参考清华大学出版社的《振动理论与应用》或科学出版社的《机械振动与噪声》。一般来说,单一自由度的传输曲线如下图所示。纵轴代表振动传输速率,横轴代表频率比(激励频率与固有频率之比)!振动传输速率越低,隔振效果越好.
质量好的隔震器
在实际的工程应用中,我们经常发现自由度隔振理论所估计的隔振效率无法达到!一个重要原因是隔振器支撑结构的刚度不足.这是一个非常有趣但经常出现的问题.我们之前提到的分析是基于单一的自由度系统!一个非常重要的假设是隔振器的支撑结构通常是刚体。在实际工程问题中,隔振器通常放置在弹性体上,例如汽车发动机悬架上(enginemount)经常放在副车架上。隔振器是连接设备和基础的弹性元件,用于减少从设备到基础或从基础到设备的振动!
该单自由度系统的刚度由隔振器的弹性体提供,因为其刚度远低于其他物理结构.同时,该系统的质量通常是振动源和隔振结构中较小的一个!让我们回到刚才提到的两个例子:在发动机悬架的例子中,汽车发动机的质量远远低于汽车车身和底盘的质量,因此发动机被用作单自由度系统的质量.以建筑为例,建筑的质量将远远低于地球的质量,因此建筑将被视为自由度系统的质量。当我们知道系统的刚度和质量时,我们可以很容易地计算出系统的固有频率!
这些振动能量很容易传递到建筑物,导致建筑物内人员的不适。同时,建筑物的振动也可能导致其关键结构的疲劳和失效,从而危及建筑物的安全.我们如何减少建筑物的振动?传统的方法是在建筑物的基角下安装隔振器,以切断或削弱振动能量的传输路径(transmissionpath).因此,隔振器的目的是切断或减少振动能量的传递.那么我们如何选择隔振器呢?经典的隔振器设计方法是将整个系统假设为单自由度系统(SDOFsystem)!
它通常由质量和弹簧系统表示。为了更生动地解释它的功能,让我们举一些例子:我们知道汽车发动机在运行时会产生高振动!如何避免这些振动传递到车架和座椅上?事实上,隔振器(悬架)可以安装在发动机和车身之间的连接位置。这些隔振器的主要目的是防止发动机振动传递到汽车底盘,进一步传递到汽车座椅,从而避免汽车结构部件的疲劳失效和噪声辐射.让我们再举一个例子.想象一下,我们需要在地铁旁边建一座建筑物!当地铁运行时,轨道会振动很大!