振动控制技术概要

从机理来分类，振动控制主要有以下三大类技术：降低共振振幅的阻尼技术、切断振动传递的隔振技术和应用动力吸振器的吸振技术。而在每种技术中，又可以从有无外部能源供给的角度，分类为被动控制的方法（Passive Control）和主动控制的方法（Active Control）。

针对既存的振动问题，可以应用上述技术的一种或其复合技术来作为控制对策。当然也可以把上述技术运用在产品设计阶段。事实上，在产品设计阶段，通过CAE技术对结构进行修改和优化以降低对外界激励的响应是最为有效的振动控制方法。因为这种方法可以从源头上避免振动问题，有可能带来质量减轻、成本降低的额外好处。

如图2.1所示为单单自由度系统的频率响应曲线。该系统的固有频率为4.1Hz，如果外界激励力刚好在4Hz附近，则可能引起剧烈共振。这时，可以通过增加刚性或质量使得固有频率避开激励力频率，也可以增加阻尼来抑制共振。但是，简单地增加质量会导致成本和能耗增加，在产品设计中应尽量避免。

图2.1 单自由度系统的频率响应曲线(www.xing528.com)

作为事后对策，阻尼技术是减振降噪的有效方法。由于一般金属材料的内部阻尼非常小，对其表面进行阻尼处理，可以提高整个结构的阻尼系数。常用的阻尼处理方法是在金属表面贴上一层粘弹性材料，这种方法称为自由阻尼层处理。当结构振动时，粘弹性材料发生弯曲变形，由材料内部的摩擦作用把一部分振动能量转化为热能而消耗掉。另外一种方法是把粘弹性材料粘贴在两个薄板之间，形成一种三明治结构，这种方法称为约束阻尼层处理。这时，主要是通过粘弹性材料的剪切变形来消耗振动能量。上一章中的图1.13所示的结果就是一个约束阻尼层处理的例子。具体来说，在0.8mm厚的两个铝合金薄板之间粘贴上一层包装箱纸材料，从而达到了减振降噪的效果。之所以选用包装箱纸材料，是为了降低成本、减少质量。

隔振措施主要是为了切断振动能量的传播途径。精密仪器的隔振台就是为了不让周围环境的振动传到仪器上来。相反，发动机的橡胶座垫则是为了不让发动机的振动传到车身上去。常用的隔振元件有板簧、卷簧、橡胶垫、空气弹簧等。

动力吸振器也是常用的振动控制方法。在原有系统上安装一个由质量-弹簧-阻尼元件组成的附加振动系统（子系统），适当地调节子系统的固有频率及其阻尼特性，可以大大降低原有系统在该频率处的振动。这种把原有系统的振动能量转移到子系统中并消耗掉的吸振手段是控制单频或窄带振动的有效方法。

在本章中，将着重阐述隔振、吸振技术的基本原理，并对主动控制技术做介绍。