1、機械振動及其在機械工程中的應用楊杰(江蘇師范大學 海洋港口學院 江蘇連云港222000)摘要：本文主要講的是機械振動在機械工程中的應用.首先講述機械振動的發展史：然后對 機械振動的種類進行了詳細的敘述：接著寫了機械振動的危害和應用；最后對機械振動在機 械工程中的應用進行了闡述，如振動篩，冷卻及烘干振動機和振動清理及時效處理，并對它 的發展加入個人看法。關鍵詞：機械振動，機械振動的應用，機械工程Mechanical vibration and Application in MechanicalEngineeringYang Jia(Jiangsu Normal University Jiangs

2、u, Lianyungang 222000)Abstract:This article is primarily concerned with mechanical vibration applications in mechanical engineering starts by describing the history of mechanical vibration; then on the type of mechanical vibration were described in detail; then write a hazard and the application of

3、mechanical vibrations; Finally, the mechanical vibration in machinery Engineering are described, such as vibrating screen, cooling and drying machine vibration and vibration cleaning and aging treatment, and added personal views of its development.Keywords: Mechanical vibration, application of mecha

4、nical vibrations, mechanical engineering1.引言隨著機械工業和科學技術的發展，產品愈加復雜化，精度要求更高，性能要求更加穩定 與高效，因此，振動問題已經成為必須解決的重要課題。振動是在日常生活和工程實際中普 遍存在的一中現象，也是整個力學中最重要的研究領域之一。所謂機械振動，是指物體在平 衡位置附近來回往復的運動。在機械振動過程中，表示物體運動特征的某些物理量將時而增 大、時而減小地反復變化。在工程實際中，機械振動是非常普遍的，鐘表的擺動、車廂的晃 動、橋梁與房屋的振動、飛行器與船舶的振動、機床與刀具的振動、各種動力機械的振動等, 都是機械振動.機械振動

5、常見的主要內容是：提高機械系統的抗振能力，防止系統發生共振 的方法，避免系統發生自振，減振與隔振，噪聲控制等等。2 .機械振動發展簡史早在公元前6世紀，Pythagoras發現了較短的弦發出較高的音，將弦長縮短一半可發出高 一音階的音符：戰國時期的古人已定量地總結出弦線發音與長度的關系，將基音弦長分為三 等份，減去或增加一份可確定相隔五度音程的各個音。1636年Mersenne在關于弦的樂音著作中報告了弦振動的實驗研究，測定了長弦振動頻率, 以此推斷出密度和張力相同且發出諧音的短弦頻率：1638年Galileo在其名著兩門新科 學的對話中明確弦線振動頻率與其長度、密度和張力的關系：17世紀末S

6、auveur完成了 大量實驗工作，測定弦線振動頻率并注意到節點的存在，及有汽點時弦線振動頻率為基頻的 整數倍。1673年Huygens把擺動視為圓周運動的一部分，利用幾何方法得到單擺振動周期 的正確公式，提出擺動中心的概念，從而將形狀復雜的擺簡化為單擺° 1687年Newton考 察了單擺在有阻尼介質中的運動。離散系統振動理論在18世紀中葉基本成熟°弦線振動理 論在18世紀建立。1759年Lagrange從駐波解出發推導出行波解，從而在物理上充分理解 了均勻弦線的振動規律，更有效的數學工具直到1811年Fourier提出函數的三角級數展開 才問世。1762年Euler和17

7、63年D'Alcmber十分別研究了非均勻弦線和重弦線的振動。20 世紀初，人們關心的機械振動問題主要集中在避免共振上，因此，研究的重點是機械結構的固 有頻率和振型的確定。1921年，德國的H.霍爾澤提出解決軸系扭轉振動的固有頻率和振型 的計算方法。30年代，機械振動的研究開始由線性振動發展到非線性振動。50年代以來， 機械振動的研究從規則的振動發展到要用概率和統計的方法才能描述其規律的不規則振動 隨機振動。由于自動控制理論和電子計算機的發展，過去認為甚感困難的多自由度系統 的計算，已成為容易解決的問題。振動理論和實驗技術的發展，使振動分析成為機械設計中 的一種重要工具。3 .機械振動

8、的種類機械振動有不同的分類方法。按產生振動的原因可分為自由振動、受迫振動和自激振動；按 振動的規律可分為簡諧振動、非諧周期振動和隨機振動;按振動系統結構參數的特性可分為 線性振動和非線性振動：按振動位移的特征可分為扭轉振動和直線振動。3.1 自由振動自由振動：去掉激勵或約束之后，機械系統所出現的振動。振動只靠其彈性恢復力來維 持，當有阻尼時振動便逐漸衰減。自由振動的頻率只決定于系統本身的物理性質，稱為系統 的固有頻率。3.2 受迫振動受迫振動：機械系統受外界持續激勵所產生的振動。簡諧激勵是最簡單的持續激勵。受 迫振動包含瞬態振動和穩態振動。在振動開始一段時間內所出現的隨時間變化的振動，稱為 瞬

9、態振動。經過短暫時間后，瞬態振動即消失。系統從外界不斷地獲得能量來補償阻尼所耗 散的能量，因而能夠作持續的等幅振動，這種振動的頻率與激勵頻率相同，稱為穩態振動。例如，在兩端固定的橫梁的中部裝一個激振器，激振器開動短暫時間后橫梁所作的持續等幅 振動就是穩態振動，振動的頻率與激振器的頻率相同。系統受外力或其他輸入作用時，其相 應的輸出量稱為響應。當外部激勵的頻率接近系統的固有頻率時，系統的振幅將急劇增加。 激勵頻率等于系統的共振頻率時則產生共振。在設計和使用機械時必須防止共振。例如，為 了確保旋轉機械安全運轉，軸的工作轉速應處于其各階臨界轉速的一定范圍之外。3.3 自激振動自激振動：在非線性振動中

10、，系統只受其本身產生的激勵所維持的振動。自激振動系統 本身除具有振動元件外，還具有非振蕩性的能源、調行環節和反饋環節。因此，不存在外界 激勵時它也能產生一種穩定的周期振動，維持自激振動的交變力是由運動本身產生的且由反 饋和調行環切所控制。振動一停止，此交變力也隨之消失。自激振動與初始條件無關，其頻 率等于或接近于系統的固有頻率。如飛機飛行過程中機翼的顏振、機床工作臺在滑動導軌上 低速移動時的爬行、鐘表擺的擺動和琴弦的振動都屬于自激振動4 .機械振動的危害與益處機械振動在機械行業既有有利的一面，同時，也有著有害的一而。對于有利的一面，我們要 予以利用；對于對人類有害的部分，我們要盡量減小，甚至避

11、免。在機械工業和其它工業部門存在著難以計數的有害振動問題，這些問題常會引起巨大的 損失，給人類的生產、生活帶來難以想象的問題。以振動工程的理論、技術和方法來研究與 解決這些問題，是當務之急。當振動量超過允許的范闈，振動會加劇，影響機器零件的工作性能，使機器的零部件產 生附加動載荷，減小零件的壽命。對于大型、高速回轉的機械，因動態失穩而造成的重大惡性事故，已經發生數次。大型 發電機機組由于急劇上升的振動可在幾十秒鐘之造成徹底解體，造成大量損失。甚至國外某 些核電站發生事故就是由于這種原因造成的。在生產制造過程中，由于機械振動現象的存在，使生產出來的產品無法達到所要求的精 度，造成大量的經濟損失。

12、大型工程結構因振動而引起的事故也時有發生。歷史上發生過由于正步行進造成共振現 象使橋發生坍塌現象。近代還發生過大型橋梁或冷卻塔因“風激振動”而斷裂、倒塌的事故。 油輪由于在海上發生振動造成船體斷裂，究其原因，也是機械振動問題所致。基于機械振動的設備故障常見的有以下4類：不平衡不平衡就是設備重量與其幾何的中心線不重合從而產生的故障。當轉子在旋轉 時，它的重心在軸承上產生了離心力的作用，這個離心力的大小隨轉子旋轉形成穩定的變化. 它的類型分為：靜不平衡、力不平衡以及力矩不平衡。(2)沒有對中。這種現象普遍存在，而且其產生的影響非常重要，由于不對中現象因而增加 的旋轉作用力將對機械軸承與密封構件施以

13、異常的加應力。它的類型分為：平行、角度、平 行與角度均不對中。(3)部件松動部件松動是普遍且易發生的故障，主要情況有：機械設備的結構框架或者其底 座發生松動，產生的后果就是整個機械設備發生松動同時劇烈振動：另一類情況就是原本在 零部件間正常配合的關系被破壞，從而造成其間隙超過誤差范闈導致松動。(4)軸承故障其分為滾動軸承故障：疲勞剝落、塑性變形、蝕、磨損、保持膠合架損壞等； 滑動軸承故障：巴士合金損壞、松脫、殼體間松動與間隙過大。此外，由于機械振動所產生的噪音也會對人的身心健康造成極大的影響。事實上，可以說振 動問題普遍地存在于工業生產和工程的各個領域。科學技術發展到今天，對許多工程項目來 說

14、，振動分析與控制，已經是一個項目成功與否的重要因素。同時，機械振動又有著有利的一面，大家日常聽到的音樂就是各種樂器振動所產生的。5.3振動清理及時效處理振動清理及時效處理，在國外鑄件清理機械基本上每隔十年就有一個新的突破性發 展.從二十世紀60年代的間歇式拋丸滾筒，到70年代的匪續拋丸清理滾筒、8。年代的 振動拋丸清理滾筒，9。年代發展為振動連續拋丸清理滾筒。無論從設備還是從清理工藝來 看，振動連續拋丸清理部具有顯著的特點和優點，鑄件軸向運動的同時做高速翻轉，且其速 度可隨零件要求的不同而進行調節，因而鑄件的各個部位都可得到很好地清理。既可單個鑄 件依次進入滾筒進行清理，也可大小不同的鑄件混合

15、清理：既適合于發動機一類的短鑄件的 清理，也適合曲軸一類長鑄件的清理。從清理質量和效益來看，振動連續拋丸清理是很有發 展前途的清理技術。6.結語機械振動問題廣泛存在于機械工業領域。它所造成的危害是我們必須解決的問題，因此, 機械振動的控制與研究已經成為整個行業必須重視的問題。與此同時，機械振動也有著對人 類有用的一面，人類利用機械振動可以完成不同的工藝過程。因此，機械振動是一把雙刃劍, 對于有益的方而，我們加以利用，而對于危害我們日常生活的方面，我們要盡量加以避免。參考文獻1 .邵忍平.機械系統動力學M.北京：機械匚業出版社，20052 .洪宛振.il算多體系統動力學M.北京：高等教育出版社，

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