机械振动在生活生产中的实际应用以及共振的危害

机械振动在生活生产中的实际应用以及共振的危害

机设09—6 赵越

摘要：振动的强弱用振动量来衡量，振动量可以是振动体的位移、速度或加速度。振动量如果超过允许范围，机械设备将产生较大的动载荷和噪声，从而影响其工作性能和使用寿命，严重时会导致零、部件的早期失效。反之，利用振动原理工作的机械设备，则应能产生预期的振动。

共振是指一个物理系统在特定频率下，以最大的振幅做振动的情形。也可以这样来解释：物体受到外界激励，作强迫振动时，若外界的激励频率接近于系统的频率时，强迫振动的振幅可能达到非常大的值，这种现象叫共振。

Vibration intensity with vibrating quantity to measure, vibration quantity can be vibration of a body of displacement, velocity and acceleration. Vibration amount if more than allowed scope, mechanical equipment will produce heavy dynamic load and noise, thereby affecting their performance and service life, will cause serious parts and components of early scrapping. Conversely, using vibration working principle of mechanical equipment, it should be able to produce the desired vibration.

Resonance is refers to a physical system in specific frequencies, with the greatest amplitude do vibration circumstances. It may also be explained by external excitation. Objects, forced vibration, if the outside incentive frequency close to the system frequency, forced vibration amplitude value can reach very large, this kind of phenomenon called resonance.

Keywords: vibration vibration quantity resonance forced vibration incentive

最简单的机械振动是质点的简谐振动。简谐振动是随时间按正弦函数变化的运动。这种振动可以看作是垂直平面上等速圆周运动的点在此平面内的铅垂轴上投影的结果。它的振动位移为

x(t)=A sinωt

式中A为振幅，即偏离平衡位置的最大值，亦即振动位移的最大值；t 为时间；ω为角频率(正弦量频率的2π倍)。它的振动速度为

d x/d t=ωA sin(ωt+π/2)

它的振动加速度为

d2x/dt2=ω2Asin(ωt+π)

振动也可用向量来表示。向量以等角速度ω作反时针方向旋转，位移向量的模（向量的

机械振动实验机

大小）就是振幅A,速度向量的模就是速度的幅值ωA，加速度向量的模就是加速度的幅值ω2A。速度向量比位移向量超前90°，加速度向量比位移向量超前180°。如振动开始时此质点不在平衡位置，它的位移可用下式表示

x(t)=A sin(ωt+ψ)

式中ψ为初相位。完成一次振动所需的时间称为周期。周期的倒数即单位时间内的振动次数，称为频率。具有固定周期的振动，经过一个周期后又回复到周期开始的状态，这称为周期振动。任何一个周期函数，只要满足一定条件都可以展开成傅里叶级数。因此，可以把一个非简谐的周期振动分解为一系列的简谐振动。没有固定周期的振动称为非周期振动，例如旋转机械在起动过程中先出现非周期振动，当旋转机械达到匀速转动时才产生周期振动。

自从应用机械阻抗、系统识别和模态分析等技术以来，人们已成功地解决了许多复杂的振动问题。在已知激励的情况下，设计系统的振动特性，使它的响应满足所需要求，称为振动设计。在已知系统的激励和响应的条件下研究系统的特性，即用实验数据与数学分析相结合的方法确定振动系统的数学模型，称为系统识别。若已知机械结构运动方程的一般形式，系统识别则简化为参数识别。参数识别可以在频域内进行，也可以在时域内进行，有的则需要在频域和时域内同时进行。在已知系统的特性和响应的条件下研究激励，称为环境预测。振动设计、系统识别和环境预测三者可以概括为现代振动研究的基本内容。在机械工程领域内，为确保机械设备安全可靠地运行，机械结构的振动监控和诊断也引起人们的重视。在研究方法上，振动测试是与理论分析计算结合采用的。

当过兵的人都知道当部队通过大桥时，一定是便步走过去而不是跨着整齐的步伐走过去。这是为什么？其实道理很简单，这就是防整齐的步伐所产生的周期频率恰巧接近大桥的固有频率，激起大桥的共振而导致大桥的坍塌，而造成不必要的损失。在1906年，俄国首都彼得格勒有一支全副武装的军队，步伐整齐，不可一世的通过爱纪华特大桥。这座大桥十分坚固，纵然跑过千军万马也难以撼动。可是正在指挥官得意洋洋的时候，突然间桥身剧烈振动起来，然后伴随一声巨大的撕裂声，大桥崩塌了。顿时，军官、士兵。马匹、辎重纷纷落水，马斯人叫，狼狈不堪。究其原因就是整齐的步伐引起了大桥的共振最终酿成了悲剧。

共振会对人体产生危害，人体各部位都有不同的频率，如眼球的频率60ZH，颅骨约200ZH。把人体作为一个整体来看，，如水平方向固有频率3—6ZH,垂直方向的固有频率46ZH。因此国家有规定，要求各类振动机械频率必须大于20ZH。尽量除去振动源的频率与人体有关部位固有频率产生共振。