第四章(第6节)振动危害与利用

1、1、汽车的振动、汽车的振动一辆汽车可能有的振源一辆汽车可能有的振源 第一，发动机非均匀运动，或发动机与车体的共振；第一，发动机非均匀运动，或发动机与车体的共振； 第二，路面不平，地面对车轮的作用。第二，路面不平，地面对车轮的作用。 u针对第一类问题解决方案针对第一类问题解决方案一是提高发动机运转的平稳性，所以汽缸越多越好；一是提高发动机运转的平稳性，所以汽缸越多越好； 二是检测车体的共振频率，调整发动机转速，避开二是检测车体的共振频率，调整发动机转速，避开共振区。共振区。 主要技术主要技术 车体的共振频率检测是振动工程中一项重要的车体的共振频率检测是振动工程中一项重要的技术，它是应用已知激励与

2、响应来获得系统特性，技术，它是应用已知激励与响应来获得系统特性，即即系统识别系统识别。1、汽车的振动、汽车的振动 在工程中，激励通常由一个称为激振器的振源产生，在工程中，激励通常由一个称为激振器的振源产生，一般它产生振动的频率是可调节的。在系统的某些敏感一般它产生振动的频率是可调节的。在系统的某些敏感部位，安装一些位移或加速度传感器能检测与观察这些部位，安装一些位移或加速度传感器能检测与观察这些地方的振动情况。应用这个方法，可找出车体的各种固地方的振动情况。应用这个方法，可找出车体的各种固有频率，找到车体不同部位的振动情况，经综合分析后，有频率，找到车体不同部位的振动情况，经综合分析后，最终选

3、择一组最佳设计参数。由于计算机的发展，这部最终选择一组最佳设计参数。由于计算机的发展，这部分也可在设计前由计算机计算出各种共振频率，称为分也可在设计前由计算机计算出各种共振频率，称为模模态分析态分析。u针对第二类问题解决方案针对第二类问题解决方案 只要车在不平坦的道路上行驶，这种振动就难以只要车在不平坦的道路上行驶，这种振动就难以避免，因此只能采用避免，因此只能采用隔振隔振，即让道路上的振动尽量不，即让道路上的振动尽量不要传到车体上来，使车身的运动幅度最小，并尽量避要传到车体上来，使车身的运动幅度最小，并尽量避开一些使人体敏感的频率。开一些使人体敏感的频率。 1、汽车的振动、汽车的振动隔振的具

4、体措施：隔振的具体措施：选择合适的隔振弹簧与阻尼器。选择合适的隔振弹簧与阻尼器。 通常的方法如下：通常的方法如下： （1 1）了解振源情况。）了解振源情况。除了了解车体的振动情况外，除了了解车体的振动情况外，主要要掌握各种不同路面的路况谱，这可通过实地检测而主要要掌握各种不同路面的路况谱，这可通过实地检测而获得。由于各个国家的道路建设标准不一样，因此要开发获得。由于各个国家的道路建设标准不一样，因此要开发适合一个国家的高级轿车必须掌握这个国家的路况谱。适合一个国家的高级轿车必须掌握这个国家的路况谱。 （2 2）根据路况谱可计算出车在行驶过程中所受到的作根据路况谱可计算出车在行驶过程中所受到的作

5、用力用力F F，并根据车体模型通过计算选出阻尼，并根据车体模型通过计算选出阻尼c c与弹性与弹性k k。由。由于于F F很复杂，可能有多种频率或方向的成分，因此，可能很复杂，可能有多种频率或方向的成分，因此，可能要用多个要用多个c c与与k k。 （3 3）实验检测验证。）实验检测验证。将整辆汽车开到激振台上，激振将整辆汽车开到激振台上，激振台由计算机控制，产生与实测路况相近的振源，以检测车台由计算机控制，产生与实测路况相近的振源，以检测车体的振动情况并对理论结果进行修正。体的振动情况并对理论结果进行修正。2、船舶的稳定、船舶的稳定 当初达尔文乘坐当初达尔文乘坐“贝格尔贝格尔”号作环球旅行时，

6、他号作环球旅行时，他在船上的在船上的5年年(1831-1836)基本上是呕吐的基本上是呕吐的5年。如今我们年。如今我们要乘游轮周游世界时，就不会有这种麻烦，因为当时的要乘游轮周游世界时，就不会有这种麻烦，因为当时的船几乎没有什么防振措施，而现在却不同了。船几乎没有什么防振措施，而现在却不同了。 航行在大海或内河上的船只，只要发动机工作，航行在大海或内河上的船只，只要发动机工作，总会引起不同程度的振动，轻微的振动是允许的，也是总会引起不同程度的振动，轻微的振动是允许的，也是不可避免的。但如果干扰力过大或引起共振，则会产生不可避免的。但如果干扰力过大或引起共振，则会产生剧烈的振动。这不仅会影响旅客

7、和船员的休息与工作甚剧烈的振动。这不仅会影响旅客和船员的休息与工作甚至健康，而且将引起船体局部结构或构件的破坏及设备至健康，而且将引起船体局部结构或构件的破坏及设备的损伤，影响正常营运，可见振动控制与否至关重要。的损伤，影响正常营运，可见振动控制与否至关重要。 2、船舶的稳定、船舶的稳定 对已建成的船舶，若发现严重的振动问题，要彻对已建成的船舶，若发现严重的振动问题，要彻底根治一般是很困难的，而且花费的代价相当大。为了底根治一般是很困难的，而且花费的代价相当大。为了防患于未然，要求在设计阶段就进行必要的动力计算，防患于未然，要求在设计阶段就进行必要的动力计算，并采用适当的防治措施。如果设计时没

8、有仔细考虑到振并采用适当的防治措施。如果设计时没有仔细考虑到振动问题，建造的船极容易成为废品，这种例子在国内外动问题，建造的船极容易成为废品，这种例子在国内外造船史上有很多。造船史上有很多。 解决船在航行中产生振动问题的方法首先是分析解决船在航行中产生振动问题的方法首先是分析振源。振源。振源主要有两个来源：振源主要有两个来源： (1)是由船上柴油机和螺旋桨运动产生的；是由船上柴油机和螺旋桨运动产生的； (2)是海浪的作用是海浪的作用(主要是海轮主要是海轮)。 解决措施：解决措施： (1)先防止共振，通过船体共振频率计算与测试掌握先防止共振，通过船体共振频率计算与测试掌握船体振动特性；船体振动特

9、性；2、船舶的稳定、船舶的稳定 (3)其次是减轻局部强迫振动，一般通过对柴油机进其次是减轻局部强迫振动，一般通过对柴油机进行隔振、增加局部阻尼和安装消振器等来实现；行隔振、增加局部阻尼和安装消振器等来实现； (4)进行抵抗海浪冲击设进行抵抗海浪冲击设计，如安装夫拉姆防摇摆水箱计，如安装夫拉姆防摇摆水箱和安装横向水下侧翼等，如图和安装横向水下侧翼等，如图4.6-1所示。所示。图4.6-1 安装了水下侧翼和防摆水箱的海轮 (2)再通过改变船体重量分布和螺旋桨转速等来避开再通过改变船体重量分布和螺旋桨转速等来避开共振频率峰；共振频率峰； 近年来随着微电子技术的发展，可以通过实时监近年来随着微电子技术

10、的发展，可以通过实时监测海浪的作用特性并及时变化侧翼方向和形状来抵消海测海浪的作用特性并及时变化侧翼方向和形状来抵消海浪振动，这种主动避振的方法在实际应用中取得了很好浪振动，这种主动避振的方法在实际应用中取得了很好的效果，是未来抵御海浪振动的发展方向。的效果，是未来抵御海浪振动的发展方向。 3、振动的利用、振动的利用 在日常生活中，人们往往只看到了振动带来的在日常生活中，人们往往只看到了振动带来的危害。例如，危害。例如， 运载工具的振动会使乘客感到不舒适；运载工具的振动会使乘客感到不舒适； 环境噪声使人烦燥不安；环境噪声使人烦燥不安； 共振及次谐波共振动会引起机械设备、桥梁结共振及次谐波共振动

11、会引起机械设备、桥梁结构及飞机的破坏；构及飞机的破坏； 地震使人民生命财产遭受巨大损失。地震使人民生命财产遭受巨大损失。 对于有害振动来说，往往需采取有效措施对振动对于有害振动来说，往往需采取有效措施对振动加以限制以至消除。加以限制以至消除。 3、振动的利用、振动的利用 在许多方面合理地利用振动也能给人类造福，改在许多方面合理地利用振动也能给人类造福，改善人民的生活。例如：善人民的生活。例如： 拨动琴弦能发出美妙动人的乐章，使人心旷神怡；拨动琴弦能发出美妙动人的乐章，使人心旷神怡； 在医疗方面，利用超声波能够诊断、治疗疾病；在医疗方面，利用超声波能够诊断、治疗疾病； 在土建工程中，振动打桩、振

12、动拔桩以及混凝土在土建工程中，振动打桩、振动拔桩以及混凝土灌注时的振动捣固等；灌注时的振动捣固等； 在电子和通讯工程方面，录音机、电视机、收音在电子和通讯工程方面，录音机、电视机、收音机、程控电话等诸多电子元件以及电子计时装置和通讯机、程控电话等诸多电子元件以及电子计时装置和通讯系统使用的谐振器等都是由于振动才有效地工作的；系统使用的谐振器等都是由于振动才有效地工作的； 在工程地质方面，利有超声波进行检测、地质勘在工程地质方面，利有超声波进行检测、地质勘探和油水混合及油水分离；探和油水混合及油水分离； 在石油开采上，还可利用振动提高石油产量；在石油开采上，还可利用振动提高石油产量； 海洋工程方

13、面，海浪波动的能量可以用来发电；海洋工程方面，海浪波动的能量可以用来发电；3、振动的利用、振动的利用 最近三十多年来，应用振动原理而工作的机器最近三十多年来，应用振动原理而工作的机器(振动机械振动机械)得到了迅速发展。据不完全统计，目前已用得到了迅速发展。据不完全统计，目前已用于工业生产中的振动机有百余中之多。例如：于工业生产中的振动机有百余中之多。例如： 振动给料机、振动输送机、振动整形机、振动筛、振动给料机、振动输送机、振动整形机、振动筛、振动离心脱水机、振动干燥机、振动冷却机、振动球磨振动离心脱水机、振动干燥机、振动冷却机、振动球磨机、振动光饰机、动平衡试验机、振动破碎机、振动压机、振动

14、光饰机、动平衡试验机、振动破碎机、振动压路机、振动摊铺机、振动冷冻机、仓壁振动器、振动夯路机、振动摊铺机、振动冷冻机、仓壁振动器、振动夯土机、振捣器、振动沉拔桩机和各种型式的激振器等，土机、振捣器、振动沉拔桩机和各种型式的激振器等，这些振动机械在各个工业部门已发挥了重要作用。这些振动机械在各个工业部门已发挥了重要作用。 3、振动的利用、振动的利用 （1）振动破碎机的应用）振动破碎机的应用 物料的破碎是工矿企业应用较广的一种工艺过程，物料的破碎是工矿企业应用较广的一种工艺过程，大部分开采出的矿物原料都需要进行破碎和磨碎。传统大部分开采出的矿物原料都需要进行破碎和磨碎。传统破碎机的破碎方法存在着很

15、大的局限性，例如物料的抗破碎机的破碎方法存在着很大的局限性，例如物料的抗压强度极限到达压强度极限到达2108 Pa时，破碎过程耗能较高，或难时，破碎过程耗能较高，或难以破碎，或使物料过磨，所用设备也很复杂。振动破碎以破碎，或使物料过磨，所用设备也很复杂。振动破碎工艺的发展则可克服传统工艺的缺陷。工艺的发展则可克服传统工艺的缺陷。 3、振动的利用、振动的利用 a a惯性振动圆锥破碎机的结构及工作原理惯性振动圆锥破碎机的结构及工作原理 惯性振动圆锥破碎机结构如图惯性振动圆锥破碎机结构如图4.6-2所示。所示。 l. 底架；底架；2. 弹性联轴节；弹性联轴节；3. 隔振元件；隔振元件；4. 激振器；

16、激振器；5. 外壳；外壳；6. 破碎锥球面支承；破碎锥球面支承；7. 定锥；定锥；8. 调整环；调整环；9. 破碎锥；破碎锥；10. 激振器支座；激振器支座；11. 轴承衬；轴承衬；12. 电动机；电动机；13. 三角皮带传动装置三角皮带传动装置图图4.6-2 惯性振动圆锥破碎机结构简图惯性振动圆锥破碎机结构简图3、振动的利用、振动的利用 惯性振动圆锥破碎机的工作机构有外破碎锥和可惯性振动圆锥破碎机的工作机构有外破碎锥和可转动的内破碎锥组成，两个锥体工作面均镶有保护衬板，转动的内破碎锥组成，两个锥体工作面均镶有保护衬板，衬板相对着的表面形成破碎腔，机体安装在隔振弹簧上，衬板相对着的表面形成破碎

17、腔，机体安装在隔振弹簧上，在内锥的轴上装有一个不平衡激振器。电动机的旋转运在内锥的轴上装有一个不平衡激振器。电动机的旋转运动通过三角皮带，弹性联轴节传给激振器，使其绕破碎动通过三角皮带，弹性联轴节传给激振器，使其绕破碎机中心线转动。当激振器旋转时产生离心力，离心力迫机中心线转动。当激振器旋转时产生离心力，离心力迫使支承在破碎锥球面支承上的破碎锥绕其球心摆动。如使支承在破碎锥球面支承上的破碎锥绕其球心摆动。如果破碎腔内没有物料，破碎锥沿外锥的内表面无间隙地果破碎腔内没有物料，破碎锥沿外锥的内表面无间隙地滚动，有物料时则沿着物料层滚动，在滚动的同时随物滚动，有物料时则沿着物料层滚动，在滚动的同时随

18、物料层厚度变化伴随有挤压和冲击，从而对物料进行破碎。料层厚度变化伴随有挤压和冲击，从而对物料进行破碎。 3、振动的利用、振动的利用 在惯性振动圆锥破碎机中破碎力的大小是由不平衡转子及在惯性振动圆锥破碎机中破碎力的大小是由不平衡转子及破碎锥的离心力来决定，破碎锥的振幅取决于对物料层与破碎力破碎锥的离心力来决定，破碎锥的振幅取决于对物料层与破碎力的平衡条件。料层的阻力大小与其压实度有关，因此，改变破碎的平衡条件。料层的阻力大小与其压实度有关，因此，改变破碎力的大小可以使适当的料层压实。被粉碎的物料在破碎腔中移动力的大小可以使适当的料层压实。被粉碎的物料在破碎腔中移动大约持续几秒钟，其间受破碎体作用

19、达几十次左右。同时破碎锥大约持续几秒钟，其间受破碎体作用达几十次左右。同时破碎锥沿不均匀料层滚压，每滚动一周都伴随着沿不均匀料层滚压，每滚动一周都伴随着100多次的振动，由补多次的振动，由补充的这种脉动力加强了破碎作用。充的这种脉动力加强了破碎作用。 b工艺特性及优点工艺特性及优点 与普通圆锥破碎机相比，破碎锥和电机之间无刚性联接，与普通圆锥破碎机相比，破碎锥和电机之间无刚性联接，启动力矩也较小，因此惯性振动圆锥破碎机可以带负荷启动和停启动力矩也较小，因此惯性振动圆锥破碎机可以带负荷启动和停车，而且无需过载保护装置。与偏心圆锥破碎机相比，破碎锥沿车，而且无需过载保护装置。与偏心圆锥破碎机相比，

20、破碎锥沿物料层的强烈脉冲振动加强了破碎作用，因此，惯性振动圆锥破物料层的强烈脉冲振动加强了破碎作用，因此，惯性振动圆锥破碎机的破碎比远大于偏心圆锥破碎机的破碎比，而且可在很大范碎机的破碎比远大于偏心圆锥破碎机的破碎比，而且可在很大范围内调节。围内调节。 3、振动的利用、振动的利用 （2）振动时效技术及应用振动时效技术及应用 a振动时效技术的机理及设备振动时效技术的机理及设备 振动时效技术又称为振动消除应力技术，用振动振动时效技术又称为振动消除应力技术，用振动时效技术可在一定程度上消除金属构件的内部残余应力、时效技术可在一定程度上消除金属构件的内部残余应力、稳定工件加工后的尺寸，目前已被国内外广

21、泛采用。稳定工件加工后的尺寸，目前已被国内外广泛采用。 振动时效技术是将一个具有偏心重块的电机系统振动时效技术是将一个具有偏心重块的电机系统(称为激振器称为激振器)刚性固定在金属构件上，并将金属构件用刚性固定在金属构件上，并将金属构件用塑胶垫等弹性物体支撑起来，通过控制系统启动电机对塑胶垫等弹性物体支撑起来，通过控制系统启动电机对工件施加周期性应力，并调节其转数，迫使工件在其共工件施加周期性应力，并调节其转数，迫使工件在其共振频率范围内产生振动。振频率范围内产生振动。 3、振动的利用、振动的利用 经经20分钟左右的振动处理即可达到调整残余应力的目的，分钟左右的振动处理即可达到调整残余应力的目的

22、，可见，用振动调整残余应力技术是十分简单的。可见，用振动调整残余应力技术是十分简单的。 振动时效设备，一般包括激振装置、测振装置和动应力控振动时效设备，一般包括激振装置、测振装置和动应力控制装置，如图制装置，如图4.6-3所示。其中动应力控制装置由动态应变仪、光所示。其中动应力控制装置由动态应变仪、光电示波器或毫伏表组成。电示波器或毫伏表组成。 1. 橡胶支承；橡胶支承；2. 工件；工件；3. 激振器；激振器；4. 加速度计；加速度计；5. 控制仪；控制仪；6. 记录器记录器图图4.6-3 激振系统和测量系统框图激振系统和测量系统框图 3、振动的利用、振动的利用 b振动时效工艺的特点振动时效工

23、艺的特点 在振动时效工艺中需要考虑工件的支承材料、支承点、激在振动时效工艺中需要考虑工件的支承材料、支承点、激振点和固定方法。振点和固定方法。 为减少激振器的能量损耗，降低工件振动频率，常采用弹为减少激振器的能量损耗，降低工件振动频率，常采用弹性物质作多层次的混合支承。性物质作多层次的混合支承。 根据工件尺寸、几何形状和重量恰当选择支承方式和支承根据工件尺寸、几何形状和重量恰当选择支承方式和支承点数量，一般支承点应选择在节线附近，在保证工件处于平稳自点数量，一般支承点应选择在节线附近，在保证工件处于平稳自由状态下支承点的数量应尽可能少。由状态下支承点的数量应尽可能少。 为保证激振器有足够的能量传给工件，激振器与被振金属为保证激振器有足够的能量传给工件，激振器与被振金属构件应刚性连接；为获得较大的振动强度使振动持续稳定，通常构件应刚性连接；为获得较大的振动强度使振动持续稳定，通常取共振峰上升前沿加速度为取共振峰上升前沿加速度为0.707峰值处的频率为激振频率。峰值处的频率为激振频率。3、振动的利用、振动的利用 振动时效之所以能够部分地取代热时效，是由于该项技术振动时效之所以能够部分地取代热时效，是由于该项