机械振动论文

机械振动在机械工程中的应用

成晓

(江苏师范大学，江苏连云港 222000)

摘要：本文综述了机械振动在机械工程中的应用。首先分析了机械振动的危害；然后提出了控制或减小振动的主要途径；最后举例说明机械振动在机械工程中的应用。

关键词：机械振动；机械工程；振动筛

Mechanical vibration and its applications in mechanical

engineering

Cheng Xiao

(Jiangsu Normal University ,Jiangsu, Lianyungang 222002)

Abstract: This paper intends to elaborate the applications of mechanical vibration in mechanical engineering. Firstly, the reasons of mechanical vibration are analyzed. Secondly, the main methods to control and decrease the vibration are presented in detail. Finally, examples are present to show the application of mechanical vibration in Mechanical Engineering

Keywords: Mechanical vibration; mechanical engineering ; oscillating screen

一机械振动

机械振动也简称为振动，物理学上是这样给它定义的：物体在平衡位置附近做往复运动的运动。在现实生活中我们能看到很多机械都是运用机械振动这一学说理论来建造出来的。比如筛分设备、输送设备、给料设备、粉碎设备等等机械设备都是将理论运用到现实生活中的结果。

二振动的危害

1. 引起噪声污染

2. 影响精密仪器设备的功能，降低机械加工的精度和光洁度；

3. 加剧构件的疲劳和磨损，缩短机器和结构物的使用寿命；

4. 消耗机械系统的能量，降低机器效率；

5. 使结构系统发生大变形而破坏，甚至造成灾难性的事故，有些桥梁等建筑物就是由于振动而塌毁；

6. 机翼的颤振、机轮的摆振和航空发动机的异常振动，曾多次造成飞行事故；

7. 恶化飞机和车船的乘载条件，等等。

振动引起的转子系统破坏

三控制振动的主要途径

1. 振源控制

振源控制贯穿于设计，制造乃至使用的全过程，体现在诸如改善发动机平衡性能、动力学性能、零部件的加工与装配精度等。发动机在工作中产生振动的形式是多样的，主要原因有：发动朵重心周期性移动，往复运动件沿气缸上下作用的惯性力，所有旋转运动件的离心惯性力，气体压力交替作用引起曲轴回转周期变化等。这些不平衡力和力矩通常可以通过附加平衡轴和安装平衡块来消除或削弱，还呆以通过改变发动机结构设计参数来调整系统的固有频率，避免结构共振，改进系统振动特性。如通过对机体的模态分析和有限元计算，来研究机体的固有频率的振型等。削弱激振源和避免共振首先应从设计阶段考虑，要在整体设计中贯穿系统工程思想，充分应用现代设计方法，如有限元设计，可靠性设计，稳健设计，优化设计，计算机畏助设计以及智能系统和专家系统设计。

2. 振动的隔离

（1）橡胶隔振

传统的发动机采用弹性支承降低振动，隔振装置结构简单，成本低，性能可靠。橡胶支承一般安装在车架上，根据受力情况分为压缩型，剪切型和压缩-剪切复合型等。压缩型结构简单，制造容易，应用广泛，且由于自振频率较高，一般限于垂直方向上使用。剪切型自振频率较低，但强度不高。压缩-剪切复合型综合了前面两种结构的优点可以满足耐久性和可靠性要求。这是目前国内外最广泛采用的。为了使隔振橡胶支承系统具有较好的减振性能参数求一具方向的弹簧常数不变，其他方向刚度加强的情况下，可采取在橡胶中间加入钢板来改变缩剪切的弹簧常数。这样也可使旬形尺寸减小。

（2）螺旋钢丝绳隔振

钢丝绳作为减振元件具有低频大阻尼的高频低刚度的变参数性能，因而能有效地降低机体振动。与传统的橡胶减振器相比。具有抗油、抗腐蚀、抗温差、抗高温、耐老化以及体积小等优点，隔振效果主要取决于它的非线性迟滞特性。

（3）液压隔振

液压支承系统是传统橡胶支承与液压阻尼组成一体的结构，在低频率范围内能提供较大的阻尼，对发动机大幅值振动起到迅速衰减的作用，中高频时具有较低的动刚度，能有

并行地降低驾使室内的振动与噪声。

3. 工程机械发动机振动的控制工程上有时无法避免共振。因此，常用增大系统阻尼或用动力吸振器来减少振动响应。动力吸振器属于窄频带控制，采用粘弹性阻尼材料是在宽带频率下抑制振动的有效方法。高分子粘弹性阻尼材料具有很高的能量损耗，当振动传到阻尼材料时，在材料内部产生拉伸，弯曲，剪切等变形，从而消耗大量的振动能量，使振动衰减。采用阻尼技术减振的主要优点是不必改变原结构，不需增加辅助设备，不需要外部能源，占用有效空间少，是一种很有前途的减振降噪措施。传统的减振系统无论如何优化设计都不可能在全频率范围内对发动机振动实施有效抑制。自20世纪年代以来，工业发达国家开始研究基于振动控制的减振系统。振动控制系统有被动控制、半主动控制和主动控制三类。

（1）被动控制系统

被动控制无人外部能量，结构简单，成本低，是最常用的振动控制系统。其中，液压减振系统性有较好。被动液压减振系统的结构类型有两室式(包括简单式、惯性贯通式，解耦式，液压共振式和多室式)之分。由于这种控制系统在工作过程中不能调节阻尼大小，可抑制的振动频率范围较窄，因此减振效果有限。

（2）半主动控制系统

半主动控制是指根据输入信号(如发动机激励，路况，行驶状态和载荷等)利用低功率作动器调节系统参数，来优化系统动力学特性，实现最佳减振。半主动控制常用开环控制系统，应用开关式控制或分段式控制策略，因而在发动机的随机激励和其他外界激励的作用下使得减振系统具有较强的非线性动力特性。

（3）主动控制系统

主动控制系统是指控制单元利用作动器来抑制响应点产生的振动，以实现最佳效果。主动控制减振系统应用线性实时优化调节技术，采用闭环控制。目前大多采用流体传动控制或伺服电机驱动控制。文献4提出了一种主动控制吸振技术，并成功地应用在4135G型柴油机上。文献5根据内燃杨振动特点与规律研制了一种电磁式有源控制吸振器，提出一种有源吸振器与被动隔振技术相结合的新型控制系统，实现了对内燃机基频振动的跟踪消减。并在4135G型柴油机上试验成功。文献6对发动机周期激励下的主动隔振时行了实验研究，利用上层质量间相对位移为控制参数。取得很好的效果。主动控制的方法很多，发动机主要采用最优控制法和自动。

四机械振动的利用

“振动利用工程学” 是20世纪后半期逐渐形成和发展起来的一门新学科，振动利用工程的发展使世人瞩目。就振动机械来说，目前已成功应用于工矿企业中的振动机器已发展到数百种之多，在许多部门，如采矿、冶金、煤炭、石油化工、机械、电力、水利、土木、建筑、建材、铁路、公路交通、轻工、食品和谷物加工、农田耕作以及在人类日常生活过程中，数以万计的振动机器和振动仪器已成功用来完成许多不同的工艺过程，如给料、上料、输送、筛分、布料、烘干、冷却、脱水、选分、破碎、粉磨、光饰、落砂、成形、整形、振捣、夯土、压路、摊铺、钻挖、装载、振仓、犁土、沉桩、拔桩、清理、捆绑、采油、时效、切削、检桩、检测、勘探、测试、诊断等等。