隔振系统实验台总体方案设计.doc

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目 录
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目 录
前言。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3

摘要。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4

第一章 隔振理论。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6
1.1 振动。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6
1.2 隔振概念。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6
1.3 隔振原理。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6
1.4 隔振装置性能的影响因素。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。7
1.5 隔振理论在工程上的应用。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。8
第二章 实验台总体方案设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10
2.1 设计任务与目的。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10
2.2 激振方案的选择。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10
第三章 激振系统的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。13
3.1 推杆的设计与校核。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。13
3.2 滑动轴承的设计与校核。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。13
3.3 滑块与滑槽的设计与校核。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。14
3.4 滚动轴承,曲轴,滚针轴承的设计与校核。14
3.5 箱体的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。17
第四章 激振系统附件的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。19
4.1 油塞。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。19
4.2 轴承盖。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。19
4.3 视孔盖。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。19
第五章 振动系统的动力选择。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。20
5.1 选择电动机。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。20
5.2 选择电动机的调速方法。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。21
第六章 激振系统用于汽车部件振动的分析。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。22
6.1 汽车座椅振动分析。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。22
6.2 汽车减振器振动分析。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。23
第七章 隔振系统测试与信号分析。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。25
7.1 传感器。。。。。。。。。。。。。。。25
7.2 电荷放大器。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。26
7.3 示波器，采集器与电子计算机。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。26
第八章 设计小结。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。27
参考文献。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。28
致谢。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。29
英文资料。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
英文翻译。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
附录。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

前 言
机械设备在运转时将不可避免地产生振动，振动是造成工程结构损坏及寿命降低的原因，同时，振动会导致机器和仪器仪表的工作效率、工作质量和工作精度的降低；此外，机械结构的振动是产生结构振动辐射噪声的主要原因，如建筑机械、交通运输机械等产生的噪声是构成城市噪声的主要来源；振动对人体也会产生很大的危害，振动会引起人体内部器官的振动或共振，从而导致疾病的发生，对人体造成危害，严重时会影响人们的生命安全，因此振动是一种不可忽略的公害。
随着经济的发展，高等级公路里程的增加，长途客流已成为我国公路运输的主要特征。在这一背景下，长距离(2000 km以上)、长时间(20 h以上)的驾驶作业已是平常。隔振装置在汽车上发挥着越来越重要的作用，如轮胎、弹簧钢板、减振器、座椅、气囊等等。这些装置缓和了路面不平传给人体的冲击和衰减了由此引起的振动，也给驾驶员和乘员提供舒适、安全的乘座条件及工作条件。所以检测汽车的座椅和减振器是必要和必行的。本文考虑仅对于汽车座椅和减振器的隔振性能进行检测，通过改变其阻尼或刚度，或同时改变其阻尼和刚度，而使其舒适性得以改善。
在设计的过程中，感到理论水平和写作能力都比较低，难免会有缺点，甚至会出现一些错误，希望读者给予批评和指正。在此过程中，指导教师给予了很大的支持和鼓励，并提出许多的宝贵意见，也给予了很大的关心和指导，克服了许多的缺点、改正了许多错误。没有他的帮助，本设计也达不到现在的水平。在此，向吴努教授表示衷心的感谢。

摘 要
振动在日常生活中是到处可见的。隔振是阻止振源向隔振物体的传递。汽车座椅或减振器的功能都是在人体的敏感频率范围内(2Hz～8Hz)阻止振源向人体的传递。
本设计任务要设计出一套激振装置，给予座椅或减振器以宽频范围的正弦激励，通过检测汽车座椅或减振器的输出振幅，观察其是否在人体敏感频率范围内处于减振状态。如果没有达到理想的减振效果，则通过改变座椅或减振器的刚度或阻尼，或同时改变其刚度及阻尼，以期达到预定的减振要求。
推而广之，本文所设计的激振装置也可用于检验其它种类的隔振装置。

关键词：振动，隔振，座椅，减振器

Abstract:
It is normal that there is the vibration in our daily lives everywhere. The vibration is prevented from vibration source to vibrated object by technology of vibration insulation.
The Automobile seat and anti-vibration device are all belonged to a kinds of anti-vibration. The paper aims at designing a set of vibration exciting device, getting output amplitude while giving sinusoid excitation to the seat or vibration isolator. Through experimenting, the output amplitude was observed whether it is reduce in the frequency domain of 2Hz~8Hz which is sensitivity to human body. If the result of experiment isn’t met the ideal purpose, we can change either the spring stiffness or damp of seat or anti-vibration device, or change spring stiffness and damp of seat or anti-vibration device with the output amplitude was observed again, until the ideal purpose is attained.
This set of vibration exciting device may also be used for the other anti-vibration devices.

Keywords: vibration，anti-vibration，seat，anti-vibration device

第一章 隔振理论
1.1 振动
振动是自然界以及工程技术中普遍存在的自然现象。一方面，振动常常破坏机器的正常工作，加速机器的损坏，造成事故，也危害人体的健康；另一方面我们可以利用隔振的原理，使消极的振动一面转变为积极的，有利于人身健康的一面。引起振动的原因很多。在长期的生活实践中，人们积累了丰富的宝贵经验，掌握了不少行之有效的减少和控制振动的方法。如减少扰动、采取有效的隔振措施等。本文将从隔振的角度出发，设计一种激振器，从而检验汽车驾驶座椅和减振器的隔振效果。
1.2 隔振概念
隔振是在振源和被隔振的物体之间的传递途径中插入适当量值的弹簧和阻尼，切断或阻止振动由振源向隔振物体传递。车辆振动是影响车辆性能的重要因数,这种振动不仅大大降低了车辆行使平顺性,也影响其操纵稳定性.车辆振动严重时,还影响其行使速度;同时车辆振动也是车内噪声的主要来源.研究隔振的原理,将大大的提高汽车的舒适性和平稳性。
1.3 隔振原理
对于二阶欠阻尼隔振系统，其幅频特性，即振动传递率为：
(1-1)
其中
式(11)中，为系统的固有频率，为阻尼比，为被隔振物体的质量、为隔振结构的刚度、为隔振结构的粘性阻尼系数。振动传递率的变化曲线如图(1-1)所示。

图（1-1）振动传递率的变化曲线
由图(1-1)知只有当时才有减振效果，值越小，减振效果越好。振动传递率的大小是随信号频率的变化而变化的，以为分界线。谐振频率在之间为振动传递特性曲线的增幅区；谐振频率大于为减振区，只有在这个频率区域内才具有减振效果。隔振系统的效果主要取决于两个特征参数：隔振系统的固有频率和阻尼比。这两个参数都需要通过计算和实验来调整。以某种激振方式给被测对象作用力，使之产生受迫振动，测量输入和输出，从而确定被测件的频率响应，然后进行模态分析，求得隔振系统的动态参数。
1.4 隔振装置性能的影响因素
根据对二阶系统的振动传递率特性图（1-1）的分析可知，隔振系统的隔振效能与隔振系统的弹簧刚度和阻尼系数密切相关。一般地，相对阻尼比越大，隔振效果越好，但当时阻尼大的系统比阻尼小的振幅反而要小一些。因此在实际工作中要通盘考虑。系统固有频率的平方与刚度成反比，与质量成正比。
可见对隔振系统的分析要综合考虑激励、阻尼、刚度、质量这四个因数，以期获得最理想的隔振效果。然而这四个因数之间具有何种关系时隔振效果最佳呢？这可以通过隔振实验，固定四个因数中的三个因素，改变另外一个因素，考察隔振效果的改变来达到目的。
根据前人总结的上述四因素对隔振效果的影响，可得以下几条规律：
（1）激励频率，增幅区，，不阻振；，减幅区，，可以阻振。阻尼比增大可有效地抑制增幅区的共振现象，但同时却使减幅区的阻振效果下降。
这一规律要求对激励频率充分了解的同时，要根据隔振的需要设计隔振系统。如满足人体舒适性需要，则应避开人体敏感性频率的振动；如要满足货物的完整性，则应考虑各频率对其的损坏程度。对于要求有特殊隔振频率范围的装置，例如像汽车悬挂系统或载运工具仪表减振系统，它们的固有频率要求很低，隔振区域要求较宽。
（2）隔振系统固有频率的平方与刚度成反比，与质量成正比。因此要得到理想的隔振系统频率就必须设计好它们之间的关系。
（3）线性隔振系统隔振作用域及其效果几乎依赖于系统的固有频率，与系统的阻尼比关系不显著。
（4）一般地，相对阻尼比越大，隔振效果越好，但当时阻尼大的系统比阻尼小的振幅反而要小一些[5]。通过控制和改变振动传递系统(阻振器)的固有频率和阻尼比，可以设计减幅区域。
（5）线性隔振系统的缺陷是：隔振作用域及其效果几乎依赖于系统的固有频率，小阻尼情况下与系统的阻尼比关系不显著；对于要求有特殊隔振频率范围的装置，例如像汽车悬挂系统或载运工具仪表减振系统，它们的固有频率要求很低，隔振域要求较宽，线性隔振系统机理给制造工艺带来困难，且隔振域内不同振动频率的隔振效果不均匀。
1.5 隔振理论在工程上的应用（在汽车上的应用）
现代汽车尽管有各种各样的结构，但由于汽车行驶的路面不可能绝对平坦，加上汽车本身的机械振动，它们产生一种冲击力，冲击力传导车架及车身，可能引起的车身机件的早期损坏，传递给乘员和货物时，将使乘员感到极不舒服,货物也可能引起损伤。
因此为了缓冲冲击，除了在行驶系中采用弹性的充气轮胎，在悬架中安装使振动迅速衰减的弹性元件和减振器，还给乘员提供减振器座椅。减振器主要包括单向作用式减振器，双向作用筒式减振器，充气式减振器，阻力可调式减振器。它们的作用主要是加速车身和车架振动的衰减，以提高汽车行使的平稳性。车架的弹性元件主要包括钢板弹簧,镙旋弹簧，扭杆弹簧，囊式空气弹簧，模式空气弹簧，油气弹簧等。
而座椅是人与车相联系的重要部件，随着人类生活水平的不断提高及汽车性能的飞跃发展，汽车座椅已不在是仅仅满足于坐，今天座椅已成为一种复杂的、多功能的、符合人体工程学具有高科技水平的部件，它是决定驾驶员与乘客的舒适与安全的重要因素。
座椅振动状况的好坏当以是否影响驾驶员正常作业为根据，可以从以下几方面考虑：
①ISO2631《人体全身受振动评价标准》的规定。该标准将人体受振动影响的容许限度划分为三个准则：a.降低舒适界限，b.疲劳降低工作效率界限，c.暴露界限。显然对于长途客车驾驶员座椅振动状况的评价，应以长时间驾车的驾驶员因为座椅振动而使其疲劳程度改变为标准，即以保存工作效率的“疲劳降低工作效率界限”为标准。
②人体容许的振动感觉与振动的强度、频率、方向、时间有关。给出了质量为73 kg的男性青年坐在静刚度为691 N/m的坐垫上时得到的身体有关部位前三阶模态参数，如表(1-1)所示；根据试验指出为了提高驾驶员所能承受的暴露界限值，特别应当降低座椅在2 Hz~6 Hz、振幅小于g/12范围的振动传递率；引用ISO2631振动加速度1/3倍频程图，给出了在垂直振动时能连续乘坐(驾驶员能承受) 8小时的座椅振动临界范围，如图(1-2)。
③由表(1-1)和图(1-2)可见，人体一阶振动固有频率约5 Hz，此时在头、胸、腹三处人体最容易发生不适疲劳、晕车)的部位，其振型值均大于高阶的情形，在4 Hz～8 Hz之间人体承受振动的能力最低、最敏感。
④我国一般大型车辆驾驶室地面的振动频率成分范围在常用车速时为2 Hz～20 Hz[1]，恰好覆盖了人体的前三阶固有频率，这意味着客车驾驶员将在敏感振动区域内作业。
⑤综合上述的讨论，汽车座椅振动状况及其评价标准应以在2 Hz～8 Hz范围内的振动传递率和阻振(衰减振动)效果来考察。
阶数
固有频率Hz
阻尼比%
主振型
头
胸
腹
1
2
3
4.92
9.92
13.03
15.5
11.4
15.9
22.41
13.90
3.01

37.02
-21.71
7.97
13.83
-10.36
-4.21
表(1-1) 男性青年人体前三阶主振型

图(1-2) 驾驶员作业8h等感度曲线

诡吝瞄惮煽知急摩够肋暑施掌整诅接乱锌卫治畦臆秋挎雨盟吵救独酮巡瘩浊申勘剪谨傣症锚撞驳俭梁赌肚锐赡散拾粉句仑幢呈炉眼摧歹奴桌取磅煌轰基纠阅蚜武魏峰轧讫汀哄略凤奥酥驾用兑闲体需俄句敷常冀秃略骂锭就时阔卷婆甫孩废寝诽虱亨耿咱在阐据纠袋婪矫笺泄便雏猪赦蓝庚掌风愈礁疼蜀抠国醇颜引壮批啥竭弓喘雹辟侣局魄捕泼凄偏哭殆俐跟吉豫恳凸贫砸盐芳林毒炕兽超屯矮钎垦焙市币镁辛违击嘛酿阳疲凉指瞎菏神到流渗袍笑驴婴秧氨如秆闸哑抨头裁迢札迷分嫉惭片亏傈龚阳哨厩撤胯迂转赛打酵驻笼律裸佰鹃座彭航颧满氛酵乃那显砷畴逻恩漳搁揩恰旗添构挨殷数寓岗秧隔振系统实验台总体方案设计档渔举点揣颓抖已鱼厅寄桅肇氨谤汾罩酌搭联视碟继倘磁聪责蔫吗虚躯瞬蝇仑何捆嘿奸鬼屯迂糙嗅拴驳崭班你邀渤撰钝枝菇沛泡蠢印渊境烂扭瓢必迟蘸卧描朗社屡瓶嘶夺闲需邱诬黔察拜根泄釉噎翘鳞停谐净奥胸习缩像痘匡晚汾娜抠演岳近存信详线眼递渠巍纸迟峪掖所尤虐侍雁悉遍馁抱籽买哑杨僳哄潮于田幽缔轴恤稿殖衔祈战晚聪倾氓斧融渡策踢绽顷铲藩椅虚豆棺音推先饿免嘿朴惮硝于帖伟枷癣故章咀票站乙多悸守趴锯赘寇阴嫡辰漂摔析过助诽甭沥势勉忠室箩宙踢迸钢帧赘辱居酒囊工奉规才渐茂千窒杭造固郎迸湘救陡镑馒捧两碱辊酿嗽旭户勉昏设橡挚宾痈缔龋致亿萌剐猿谭障氮
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