机械工程常见的振动问题

振动问题

内容及其控制

振动利用

共振

当外部激振力的频率和系统固有频率接近时，系统将产生强烈的振动，这在机械设计和使用中，多数情况下是应该防止或采取控制措施。例如：隔振系统和回转轴系统应使其工作频率和工作转速在各阶固有频率和各阶临界转速的一定范围之外。工作转速超过临界转速的机械系统在启动和停机过程中，仍然要通过共振区，仍有可能产生较强烈的振动，必要时需采取抑制共振的减振、消振措施

在近共振状态下工作的振动机械，就是利用弹性力和惯性力基本接近于平衡以及外部激振力主要用来平衡阻尼力的原理工作的，因而所需激振力和功率较非共振类振动机械显著减小

自激振动

自激振动中有机床切削过程的自振、低速运动部件的爬行、滑动轴承油膜振荡、传动带的横向振动、液压随动系统的自振等。这些对各类机械及生产过程都是一种危害，应加以控制

蒸汽机、风镐、凿岩机、液压气动碎石机等均为自激振动应用实例

不平衡

惯性力

旋转机械和往复机械产生振动的根本原因，都是由于不平衡惯性力所造成的。为减小机械振动，应采取平衡措施。有关构件不平衡力的计算和静动平衡及各类转子的许用不平衡量已分别在“一般设计资料篇”和“轴及其连接篇”进行了介绍

惯性振动机械就是依靠偏心质量回转时所产生的离心力作为振源的

振动的传递

为减小外部振动对机械设备的影响或机械设备的振动对周围环境的影响，可配置各类减振器，进行隔振、减振和消振

弹性连杆式激振器就是将曲柄连杆形成的往复运动，通过连杆弹簧传递给振动机体的

非线性振动

在减振器设计中涉及的摩擦阻尼器和粘弹性阻尼器均为非线性阻尼器。自激振动系统和冲击振动系统也都是非线性振动系统。实际上客观存在的振动问题几乎都是非线性振动问题，只是某些系统的非线性特性较弱，作为线性问题处理罢了

振动利用问题几乎都是利用振动系统的非线性特性工作的，例如：振动输送类振动机等

冲击振动

当机械设备或基础受到冲击作用时，常常需要校核系统对冲击的响应，必要时采取隔振措施

冲击类振动机实际上都可以转换为非线性振动问题加以处理

随机振动

随机振动的隔离和减振与确定性振动的隔离和消减有两点重要区别：一是随机振动的隔离和消减只能用数理统计方法来解决；二是对宽带随机振动隔离措施已经失效，只能采取阻尼减振措施

机械结构抗振能力及噪声

衡量机械结构抗振能力的最重要的指标是动刚度，复杂结构的动刚度多采用有限单元法进行优化设计，若要提高结构的动刚度并控制噪声源，通常是合理布置筋板和附以粘弹性阻尼材料。这种问题涉及面较宽，因受篇幅限制，本篇不加以讨论

振动的测试与调试

振动设计中常碰到系统阻尼系数很难确定的问题，解决这类问题惟一可靠的方法是测试。另外，由于振动设计模型忽略了许多振动影响因素，使得振动系统的实际参数与设计参数间有较大差别，特别像动力吸振器要求附加系统与主振系统的固有频率一致性较高的一类问题，设备安装后必须进行调试，否则振动设计将不能发挥应有的作用。对于实际经验不丰富的设计人员，调试前，可凭借测试对实际系统有一个充分了解，确定怎样调试，调试后又要借助测试检验调试结果，因此，测试是振动设计的一个重要工具

颤振

颤振是弹性体(或结构)在相对其流动的流体中，由流体动力、弹性力和惯性力的交互作用产生的自激振动

颤振的重要特征是存在临界颤振速度V_F和临界颤振频率ω_F。即在一定密度和温度的流体中，弹性体呈持续简谐振动，处于中性稳定状态时的最低流速和相应的振动频率。流速低于V_F时，弹性体或结构对外界扰动的响应受到阻尼。在高于V_F的一定流速范围内，所有流速出现发散振动或幅度随流速增加的等幅振动

由于颤振常导致工程结构在极短时间内严重损坏或引起疲劳而损坏。在飞行器、水翼船、叶片机械和大型桥梁等工程结构的设计中，均应仔细分析，消除其影响

颤抖

机械运动中发生颤抖现象，例如本来应是一个稳定运动却发生暂时停顿颤动再运动的情况，或者像向前输送物料的振动输送机发生横向的振动或扭振。后者往往是振动源位置有偏差或振动件没调整好的缘故；前者往往是液压系统的毛病，例如背压不足等原因