[科普中国]-振动控制技术

振动控制技术是通过振源控制、传递过程中的振动控制和对受振对象采取控制三个方面的措施来控制振源产生的振动通过介质传递至受振对象（人或物）。振动是一种普遍存在的自然现象，振动的来源可以分为自然振源和人工振源两大类。振动的影响主要是通过振动传递来达到的，减少或隔离振动就可使振动得到控制1。

简介控制振动的方法很多，作为工程措施主要可归纳为减少扰动、防止共振、采取隔振措施等三类。减少扰动的措施主要指减少或消除振动源的激励，如改善机器的平衡，减少构件加工误差，提高安装质量，对薄壁结构作阻尼等。防止共振是指防止或减少设备、结构对振动源的响应，如改变振动系统固有频率，改变振动系统扰动源频率，增大阻尼，减少振动振幅等。隔振措施主要指采取措施减小或隔离振动的传递，常在振源与需要防振的设备间安装弹性隔振装置，使振源的大部分振动被隔振装置吸收，减小振源对设备或场所的干扰。根据振动系统的模型或者振动传递方式的不同，分隔离振源和隔离响应两类，前者为积极隔振（主动隔振），后者为消极隔振（被动隔振），其原理都是将需隔离的设备安装在适当的弹性装置上，使大部分振动被隔振弹性装置所吸收。

振动控制的方法振动是一种普遍存在的自然现象，振动的来源可以分为自然振源和人工振源两大类：自然振源如地震、海浪、风振等；人工振源如各类动力机器的运转、交通运输工具的运行、建筑工地打桩和人工爆破等。人工振源产生的振动波，一般是在地表中传播，通过建筑物的基础或地坪传至人体、精密仪器设备或建筑物本身，这将会对人体和物体产生危害。因此，控制振动污染也就需要从以下三个方面入手：控制振源，传递过程中的振动控制和对受振动对象采取控制措施。

振动源的控制虽然振动的来源不同，但是振动主要是振动源本身的不平衡力引起的对设备的激励。城市区域的环境振动源主要有工厂振动、交通振动、工程振动等。对于振动源控制最有效方法是提高和改进振动设备的设计、提高制造加工装配精度等，使其振动最小。

强力撞击在机械加工中经常见到，强力撞击会引起被加工零件、机械部件和基础振动。控制此类振动最有效的方法是改进加工工艺，即用不撞击方法代替撞击方法，如用焊接替代铆接、用压延替代冲压、用滚轧替代锤击等。由曲柄连杆机构所组成的往复运动机械，如柴油机、空气压缩机、曲柄压力机等，是常见的振动机械，我们应当采取各种平衡方法来改善其平衡性能，可以通过负载质量平衡装置（平衡质量块），使其在运转的过程中产生反作用力以抵消惯性力，从而减少振动。高压水泵、蒸汽轮机、燃气轮机等旋转机械，大多属高速旋转类，每分钟在千转以上，其微小的质量偏心或安装间隙的不均匀常带来严重的危害。为此，应尽可能调好其静、动平衡，提高其制造质量，严格控制安装间隙，以减少其离心偏心惯性力的产生。转动轴系的振动，它随各类转动机械的要求不同而振动形式不一，会产生扭转振动、横向和纵向振动，对这类轴系通常应使其受力均匀，转动扭矩平衡，并有足够的刚度等，以改善其振动情况。管道振动，在人们的生产生活中所使用的管道越来越多，随传递输送介质的不同而产生的管道振动也不一样，通常在管道内流动的介质，其压力、速度、温度和密度等往往是随时间而变化的，这种变化又常常是周期性的。如压缩机相衔接的管道系统。由于周期性地注入和吸走气体，激发了气流脉动，而脉动气流形成了对管道的激振力，产生了管道的机械振动。为此，在管道设计时应注意适当配置各类管道元件，以改善介质流动特性，避免气流共振和减低脉冲压力；采用橡胶、金属波纹软管，设置缓冲器、降压稳压装置，有目的地控制气流脉动，从而改善和减少管道机械振动；正确选择支承架间距和支承方式，隔振悬吊。以改善管道系结构动力特件及隔离振动传递。

共振的防止：共振是振动的一种特殊状态。共振是指机械系统所受激励的频率与该系统的某阶固有频率相接近时，系统振幅显著增大的现象。振动机械激励的振动频率，若与设备的固有频率一致，就会引起共振，使设备振动得更厉害，起了放大作用，其放大倍数可由几倍到几十倍。

共振的特性：它不仅是一种能量的传递，而且是一种具有特殊作用的能量传递形式，它具有放大性传递、长距离传递的特性。只要某物体处于共振状态，即使在微小的外力作用下，也可得到足够的响应力。共振如一个放大器，小的位移作用可得到大的振幅值。共振又像一个储能器，它以特有的势能与弹性位能的同步转换与吸收，能量越来越大。共振带来的破坏和危害是十分严重的。因此，防止和减少共振响应是振动控制的一个重要方面。

控制共振的主要方法有：（1）改变设施的结构和总体尺寸或采用局部加强法等，以改变机械结构的固有频率；（2）改变机器的转速或改换机型等以改变振动源的扰动频率；（3）将振动源安装在非刚性的基础上以降低共振响应；（4）对于一些薄壳机体或仪器仪表柜等结构，用粘贴弹性高阻尼结构材料增加其阻尼，以增加能量远散，降低其振幅。

振动传递过程中的控制（1）加大振源和受振对象之间的距离

振动在介质中传递，由于能量的扩散和传递介质等对振动能量的吸收，一般是随着距离的增加振动逐渐衰减，所以加大振源和受振对象之间的距离是振动控制的有效措施之一，一般采用以下几种方法：

① 建筑物选址

对于精密仪器和设备的厂房，在其选址时要远离铁路、公路以及工业上的强振源。对于居民楼、医院和学校等建筑物选址时，也要远离强振源。对于防振要求较高的精密仪器设备，应考虑远离由于海浪和台风影响而产生较大地面脉动的海岸。

② 厂区总平面布置

工厂当中防振等级较高的计量室、中心实验室、精密机床车间等最好单独另建，并且远离振动较大的车间，如锻工车间、冲击车间以及压缩机房等。在厂区的规划时应当尽可能地将振动较大的车间布置在厂区的边缘地段。

③ 车间内的工艺布置

在不影响工艺的情况下，精密机床以及其他防振对象，尽可能远离振动较大的设备。为计量室及其他精密设备服务的空调制冷设备，在可能的条件下，也尽可能使它们与防振对象离开远一些。

④ 其他加大振动传播距离的方法

将动力设备和精密仪器没备分别置于楼层中不同的结构单元内。如设置在伸缩缝（或沉降缝）、抗振缝的两侧，这样的振源传递路线要比直接传递长得多，对振动衰减有一定的效果。缝的要求除应满足工程上要求外，不得小于5 cm。缝不需要其他材料的填充，但是应当采取弹性的盖缝措施。

（2）防振沟

对于冲击振动或频率大于30Hz的振动，采取防振沟有一定的隔振效果；对于低频率振动则效果甚微，甚至几乎没有什么效果。一般来说防振沟越深，隔振的效果就越好，而沟的宽度几乎对隔振效果没有影响。研究表明，当沟的宽度取振动波长的1/20，沟的深度为振动波长的1/4。振动幅值将减少1/2；当沟深为波长的3/4时，振幅将减少1/3；当沟深进一步增加不仅施工困难，而且隔振效果也不明显。防振沟可用在积极防振上，即在振动的机械设备周围挖掘防振沟；也可用于消极防振，即在怕振动干扰的机械设备附近，在其垂直上方开挖防振沟。

对防振对象采取的振动控制对防振对象采取的措施主要是指对精密仪器、设备采取的措施，一般方法为：

（1）采用黏弹性高阻尼材料。对于一些具有薄壳机体的精密仪器，宜采用黏弹性高阻尼材料增加其阻尼。以增加能量耗散，降低其振幅。

（2）保证精密仪器、设备的工作台的刚度。精密仪器、没备的工作台应采用钢筋混凝土制的水磨石工作台，以保证工作台本身具有足够的刚度和质量，不宜采用刚度小、易晃动的木质工作台。

（3）为避免外界传来的振动和室内工作人员的走动影响精密仪器和设备的正常工作，应采用混凝土地坪，必要时可以采用厚度大于530 mm的混凝土地坪。当必须采用木地板时，应将木地板用热沥青与地坪直接黏贴，不应采用在木隔栅上铺木地板架空做法，否则由于木地板刚度较小。操作人员走动时候产生较大的振动，对精密仪器和设备的使用是很不利的2。

本词条内容贡献者为:

吴俊文 - 博士 - 厦门大学