【機械】| 機械振動的分類及工程中的振動問題

機械振動的分類

1. 按產生振動的原因進行分類


(1) 自由振動

系統在去掉外加干擾力之后出現的振動,這種振動靠彈性力,慣性力和阻尼力來維持。振動的頻率就是系統的固有頻率,因有阻尼力的存在,振動將逐漸衰減,阻尼越大,衰減越快。如果系統無阻尼存在(理想狀態),則這種振動稱之為無阻尼自由振動。無阻尼振動是一種橫幅簡諧振動。

(2) 受迫振動

在激勵力持續的作用下,系統被迫產生的振動。振動特征與外部激勵力的大小、方向和頻率有關。在簡諧激勵力作用下,能夠同時激發以系統固有頻率為振動頻率的自由振動和以干擾頻率為振動頻率的受迫振動。其自由振動部分將逐漸衰減,乃至消失,這時只剩下橫幅受迫振動部分,即穩態振動響應。

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(3) 自激振動

機械系統由于外部能量和系統運動相耦合(即系統的非振蕩性能源通過反饋裝置)形成振蕩激勵所產生的振動。當振動停止,振動激勵隨之消失。振動頻率接近系統的固有頻率。

2. 按振動隨時間的變化規律分類


(1) 簡諧振動

物體隨時間按正弦或者余弦函數規律變化的振動。

(2) 非簡諧振動

系統運動量值按一定時間間隔重復出現的非簡諧振動??捎弥C波分析方法,將其分解為若干個簡諧振動之和。

(3) 隨機振動

對未來任一一個給定時刻,物體運動量的瞬時值均不能根據以往的運動歷程預先加以確定的振動,只能用數理統計的方法來描述系統運動規律。

3. 按振動系統結構參數分類

(1) 線性振動

系統的慣性力、阻尼力和彈性恢復力分別與加速度、速度、位移的一次方呈正比,能用常系數線性微分方程描述的振動。能運用疊加原理。

(2) 非線性振動

系統的慣性力、阻尼力和彈性恢復力具有非線性特性,只能用非線性微分方程描述的振動,不能運用疊加遠離,系統的固有頻率與振幅有關。

4. 按振動系統的自由度數分類

(1) 單自由度系統的振動

用一個廣義坐標就能確定系統在任意瞬時位置的振動。

(2) 多自由度系統的振動

用兩個或兩個以上的廣義坐標才能確定系統在任意瞬時位置的振動。

(3) 連續系統的振動

需要無窮多個廣義坐標才能確定系統在任意瞬時位置的振動。連續系統的振動通??梢院喕癁橛邢薅嘧杂啥日駝訂栴}加以處理。

5. 按振動形式分類

(1) 縱向直線振動

振動體上的質點只作沿軸線方向的直線振動。

(2) 橫向直線振動

振動體上的質點只作沿垂直軸線方向的直線振動。

(3) 扭轉振動

振動體垂直軸線的兩平面上質點相對做繞軸線的回轉振動。

(4) 擺動

振動體質點在同一平面上作繞垂直平面軸線的回轉振動。

機械工程常見的振動問題
1. 共振

振動控制

當外部激勵頻率和系統固有頻率接近時,系統將產生強烈的振動,多數情況應該防止和控制。例如隔振系統和回轉軸系統應使其工作頻率和工作轉速在各階固有頻率和各階臨界轉速范圍之外。盡管如此,機械系統在啟動和停機過程中,仍然要通過共振區,仍有可能產生較強烈的振動,必要時需采取抑制共振的減振和消振的措施。

振動利用

在近共振狀態下工作的機械,就是利用彈性力和慣性力基本接近平衡及外部激勵力主要用來平衡阻尼力的工作原理,因而所需激勵力和功率較非共振類機械顯著減小。

2. 自激振動

振動控制

自激振動中有機床切削過程的自振、低速運動部件的爬行、滑動軸承油膜振蕩、傳動帶的橫向振動、液壓隨振系統的自振。這些對各類機械及生產過程都是一種危害,應加以控制。

振動利用

蒸汽機、液壓氣動碎石機均為自激振動運用實例。

3.不平衡慣性力

振動控制

旋轉機械和往復機械產生振動的原因,都是由于不平衡慣性力所引起的。為減小機械振動。

振動利用

慣性振動機械就是依靠偏心質量回轉時所產生的離心力為振源。

4.振動的傳遞

振動控制

為減小外部振動對機械設備的影響或機械設備的振動對周圍環境的影響,可配置各類減震器進行隔振、減振和消振。

振動利用

彈性連桿式激振器就是將曲柄連桿形成的往復運動,通過連桿彈簧傳遞給振動體。

5. 非線性振動

振動控制

在減振器設計中設計的摩擦阻尼器粘彈性阻尼器均為非線性阻尼器。自激振動系統和沖擊振動系統也都是非線性振動系統。實際上客觀存在的振動系統都是非線性振動問題,只是某些系統的非線性較弱,作為線性問題處理罷了。

振動利用

振動利用類問題都是利用振動系統的非線性特性工作的,例如振動傳輸類振動機。

6. 沖擊振動

振動控制

當機械設備和基礎受到沖擊作用時,常常需要校核系統對沖擊的相應,必要時采取隔振措施。

振動利用

沖擊類振動機實際上可以轉化為非線性振動問題加以處理。

7. 隨機振動(振動利用)

隨機振動的隔振和減振與確定性振動的隔離和消振有兩點重要區別:一是隨機振動的隔振和減振只能用數理統計的方法;二是對寬帶隨機振動的隔離措施已經失效,只能采取阻尼減振。

8. 機械結構抗振能力及噪聲(振動利用)

衡量機械結構抗振能力的最重要指標是動剛度,復雜結構的動剛度多采用有限元法進行優化設計,若要提高結構的動剛度及噪聲源,通常是合理布置筋板和賦以粘彈性阻尼材料。

9. 振動測試及調試(振動利用)

振動設計中碰到系統阻尼系數很難確定的問題,解決這類問題唯一可靠的方法是測試,另外,由于振動設計模型忽略了許多振動影響因素,使得振動系統的實際參數與設計參數有較大的差別,特別像動力吸振器要求附加系數與主振系統的固有頻率一致性較高的一類問題。設備安裝后必須進行調試,否則振動設計將不能發揮應有的作用,對于實際經驗不豐富的設計人員,調試前可通過測試對實際系統有一個大致的了解,因此,測試是振動設計一個重要的工具。

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