阻尼

亦凉 2022-01-19 00:43 274阅读 0赞

# 阻尼 #

阻尼(damping)是指任何振动系统在振动中由于外界作用或系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性，以及此特性的量化表征。在电学中，是响应时间的意思。

阻尼(damping)的物理意义是力的衰减或物体在运动中的能量耗散。通俗地讲，就是阻止物体继续运动。当物体受到外力作用而振动时，会产生一种使外力衰减的反力，称为阻尼力(或减振力)。它和作用力的比被称为阻尼系数。通常阻尼力的方向总是和运动的速度方向相反。因此，材料的阻尼系数越大，意味着其减振效果或阻尼效果越好。但是并不是阻尼越大越好，阻尼大到一定程度时两个物体之间变成了刚性连接，阻尼一般和弹簧一起使用，阻尼过大，将起不到缓冲的效果。如在五金配件中的应用有阻尼铰链，阻尼滑轨等。

## 阻尼 ##

阻尼是指阻碍物体的相对运动、并把运动能量转化为热能或其他可以耗散能量的一种作用。

在机械物理学中，系统的能量的减小\--阻尼振动不都是因"阻力"引起的，就机械振动而言，一种是因摩擦阻力生热，使系统的机械能减小，转化为内能，这种阻尼叫**摩擦阻尼**；另一种是系统引起周围质点的震动，使系统的能量逐渐向四周辐射出去，变为波的能量，这种阻尼叫**辐射阻尼**。

阻尼的作用主要有以下五个方面：

1.  阻尼有助于减少机械结构的共振振幅，从而避免结构因震动应力达到极限造成机构破坏；
2.  阻尼有助于机械系统受到瞬时冲击后，很快恢复到稳定状态；
3.  阻尼有助于减少因机械振动产生的声辐射，降低机械性噪声。许多机械构件，如交通运输工具的壳体、锯片的噪声，主要是由振动引起的，采用阻尼能有效的抑制共振，从而降低噪声；
4.  可以提高各类机床、仪器等的加工精度、测量精度和工作精度。各类机器尤其是精密机床，在动态环境下工作需要有较高的抗震性和动态稳定性，通过各种阻尼处理可以大大的提高其动态性能；
5.  阻尼有助于降低结构传递振动的能力。在机械系统的隔振结构设计中，合理地运用阻尼技术，可使隔振、减振的效果显著提高。

阻尼也指摩擦时需要稳定的时间，或指针万用表表针稳定住的时间。

在机械系统中，线性粘性阻尼是最常用的一种阻尼模型。阻尼力F的大小与运动质点的速度的大小成正比，方向相反，记作F=-cv，c为粘性阻尼系数，其数值须由振动试验确定。由于线性系统数学求解简单，在工程上常将其他形式的阻尼按照它们在一个周期内能量损耗相等的原则，折算成等效粘性阻尼。物体的运动随着系统阻尼系数的大小而改变。实际的粘性阻尼系数C与临界阻尼系数C之比称为阻尼比。<1称欠阻尼，物体作对数衰减振动；>1称过阻尼，物体没有振动地缓慢返回平衡位置。欠阻尼对系统的固有频率值影响甚小，但自由振动的振幅却衰减得很快。阻尼还能使受迫振动的振幅在共振区附近显著下降，在远离共振区阻尼对振幅则影响不大。新出现的大阻尼材料和挤压油膜轴承，有显著减振效果。

在某些情况下，粘性阻尼并不能充分反映机械系统中能量耗散的实际情况。因此，在研究机械振动时，还建立有迟滞阻尼、比例阻尼和非线性阻尼等模型。

系统行为

系统行为由两个参量：固有频率ωn和阻尼比ζ所决定。

欠阻尼状态

当0<ζ<1时的解为一对实部为负的共轭复根，系统时间响应具有振荡特征，称为欠阻尼状态。

临界阻尼

当ζ=1时的解为一对重实根，此时系统的阻尼形式称为临界阻尼。现实生活中，许多大楼内房间或卫生间的门上在装备自动关门的扭转弹簧的同时，都相应地装有阻尼铰链，使得门的阻尼接近临界阻尼，这样人们关门或门被风吹动时就不会造成太大的声响。

过阻尼

当ζ>1时的解为一对互异实根，此时系统的阻尼形式称为过阻尼。当自动门上安装的阻尼铰链使门的阻尼达到过阻尼时，自动关门需要更长的时间。

阻尼孔

小孔或微孔，气体或液体从粗的管路通过时，由于粗管路中间安装了小孔或微孔，使流体流速减慢，流量减小，起到阻尼作用。

阻尼孔会造成压力降，比如说先导阀主阀芯动作全靠阻尼孔的压力降，对于阻尼孔自身确实是导通的，但对整个油路却不能无视其起到的作用。在油缸速度确定的情况下，可以用阻尼孔代替节流阀，起到节流作用，降低成本。关键看阻尼孔在原理上的作用。有的是为了减小冲击，有的为了增加压差，有的在控制油路上可以实现阀的延时开关，等等。

零阻尼状态

当ζ=0时的解为一对纯虚根，称为零阻尼状态。

负阻尼状态

当ζ<0时的解为一对实部为正的共轭复根，系统时间响应具有发散振荡的特性，称为负阻尼状态。

## 阻尼系数 ##

阻尼系数是指电器系统的额定负载阻抗与该系统电驱动源的输出阻抗的比值。阻尼系数大则表示该驱动源的输出阻抗远远小于额定负载阻抗。阻尼系数间可间接的表示驱动设备控制负载反作用的能力。阻尼系数大的系统，就相当于设备的输出端是一个内阻很小的近似恒压源，负载的反作用感应电压将在该内阻的作用下被短路，形成较大的短路电流，这种短路电流反过来又抑制了负载的寄生反作用力，最终趋于稳定。阻尼系数多用于电声系统的电驱动源（功放）与作为负载的换能设备（音箱）之间的电阻尼分析计算。在其它领域也有应用。在电声系统中，合理的阻尼系数有助于改善声音的干润程度，但是不同的使用对象，不同的环境和不同的音乐内容，会有不同的合理阻尼系数，不能简单认为阻尼系数越大越好或越小越好，这种合理的阻尼系数也可理解为合理的阻抗匹配。

阻尼系数(Damping Factor)是指放大器的额定负载(扬声器)阻抗与功率放大器实际阻抗的比值。阻尼系数大表示功率放大器的输出电阻小，阻尼系数是放大器在信号消失后控制扬声器锥体运动的能力。具有高阻尼系数的放大器，对于扬声器更像一个短路，在信号终止时能减小其振动。功率放大器的输出阻抗会直接影响扬声器系统的低频Q值，从而影响系统的低频特性。扬声器系统的Q值不宜过高，一般在0.5~l范围内较好，功率放大器的输出阻抗是使低频Q值上升的因素，所以一般希望功率放大器的输出阻抗小、阻尼系数大为好。阻尼系数一般在几十到几百之间，优质专业功率放大器的阻尼系数可高达200以上。

阻尼系数KD定义为：KD=功放额定输出阻抗(等于音箱额定阻抗)/功放输出内阻。由于功放输出内阻实际上已成为音箱的电阻尼器件，KD值便决定了音箱所受的电阻尼量。KD值越大，电阻尼量越重，当然功放的KD值并不是越大越好，KD值过大会使音箱电阻尼过重，以至使脉冲前沿建立时间增长，降低瞬态响应指标。因此在选取功放时不应片面追求大的KD值。作为家用高保真功放阻尼系数有一个经验值可供参考，最低要求:晶体管功放KD值大于或等于40，电子管功放KD值大于或等于6。