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轨道交通环境-投影机恒温箱自身的振动影响与性能分析（四）

为投影机配备的恒温箱，虽然其初衷是为了提供一个稳定、洁净的运行环境，但箱体内部的制冷系统本身却是一个不容忽视的内部振动源。特别是其心脏部件——压缩机组，在运行过程中会产生显著的机械振动。如果恒温箱的结构设计或减振措施不当，这种“自激振动”将直接传递给其内部的投影机，可能完全抵消甚至超过外部环境振动所带来的影响，对投影机的稳定运行构成直接威胁。本章节将深入分析压缩机的振动产生机理，建立其与投影机之间的耦合动力学模型，并评估不同减振设计的效果。

来源:原创 | 作者:纱伽 | 发布时间: 2025-12-06 | 27 次浏览 | 分享到:

$f_{c}$ ` 主要集中在运行转速频率及其倍频上。

2. ` $F_{m}(t)$ `：箱体在 ` $F_{c}(t)$ ` 的激励下发生振动，其振动通过安装界面传递给投影机，从而对投影机产生一个间接的激励力。这个力的频率与箱体的振动频率（即 ` $F_{c}(t)$ ` 的频率）相关。

这两个激励力共同作用于投影机上，使其产生响应。这种情况下，系统可能发生复杂的“动力吸振”或“共振耦合”现象。例如，如果压缩机的激振频率 ` $f_{c}$ ` 恰好等于投影机安装在其上的那个“质量-弹簧”子系统（` $m_{p}$ , $k_{m}$ , $c_{m}$ `）的固有频率，那么即使 ` $F_{c}(t)$ ` 本身不大，也可能引发投影机的剧烈共振。

这个模型也揭示了减振设计的两个关键环节：

环节一：压缩机-箱体界面减振。这是主动隔振，目标是将` $F_{c}(t)$ ` 尽可能多地隔绝在压缩机本身，防止其传递到整个箱体。通常采用橡胶减振器或弹簧减振器来支撑压缩机。
环节二：投影机-箱体界面减振。这是被动保护，目标是在压缩机振动已经传递到箱体的情况下，进一步隔离其对投影机的影响。这同样可以通过在投影机与箱体安装面之间增加弹性衬垫或减振胶来实现。

4.3 减振效果量化分析

我们同样可以通过传递率公式来量化减振效果。假设压缩机传递到箱体的力为 ` $F_{c}$ `，箱体传递到投影机的力为 ` $Fm$ `，那么力传递率 ` $T_{f}$ ` 为 ` $Fm/Fc$ `。对于一个简单的单自由度隔振系统，力的传递率 ` $T_{f}$ ` 与位移传递率 ` $T_{d}$ ` 的表达式是相同的：

$T_f = sqrt( (1 + (2ζr)^2) / ((1 - r^2)^2 + (2ζr)^2) )$

假设压缩机的工作频率为 ` $f_{c}$ = 30 Hz`。我们比较两种压缩机安装方式：

刚性安装：压缩机直接通过螺栓固定在金属支架上，其与箱体的连接刚度非常高。此时，系统的固有频率 ` $f_{n}$ ` 也会很高，假设 ` $f_{n}$ = 80 Hz`。
弹性安装：压缩机通过4个橡胶减振器安装在箱体上。橡胶减振器显著降低了系统刚度，假设此时系统的固有频率` $f_{n}$ = 8 Hz`。

刚性安装:

频率比:

$r = f_c / f_n = 30 / 80 = 0.375$

$T_f = sqrt( (1 + (20.050.375)^2) / ((1 - 0.375^2)^2 + (20.050.375)^2) ) ≈ sqrt(1 / (0.609^2 + 0.0014)) ≈ sqrt(1 / 0.372) ≈ 1.64$

` $T_{f}$ > 1` 表明，系统工作在“放大区”，不仅没有起到隔振作用，反而放大了振动。这是非常不利的。

弹性安装:

频率比:

$r = f_c / f_n = 30 / 8 = 3.75$

$T_f= sqrt( (1 + (20.053.75)^2) / ((1 - 3.75^2)^2 + (20.053.75)^2) ) ≈ sqrt( (1+0.1406) / (13.14+0.1406) ) ≈ sqrt(1.1406 / 13.28) ≈ 0.293$

` $T_{f}$ < 1` 表明，系统工作在“隔振区”，有效地隔离了约70.7%的振动能量。

这个计算清晰地表明，为压缩机设计一个固有频率远低于其工作频率的弹性安装基础，是抑制其振动传递的关键。国家标准《容积式压缩机机械振动测量与评价》（GB/T 7777-2021）中，根据振动速度有效值将压缩机的振动烈度分为A（优）、B（良）、C（合格）三个等级 [8]。一个设计优良的恒温箱，其压缩机本身的振动等级应达到A级，并且通过有效的弹性安装，使得传递到投影机的振动水平被控制在可接受的范围内。