實(shí)際生活中的機(jī)械振動以及利用有益的振動

1、實(shí)際生活中的機(jī)械振動以及利用有益的振動陳欣20110238（一）實(shí)際生活中的機(jī)械振動振動是日常生活和工程實(shí)際中普遍存在的一種現(xiàn)象。實(shí)際上，人類就生活在振動的世界里，地面上的車輛、空氣中的飛行器、海洋中的船舶等都在不斷振動著。房屋建筑、橋梁水壩等在受到激勵后也會發(fā)生振動。就連茫茫的宇宙中，也到處存在著各種形式的振動，如風(fēng)、雨、雷、電等隨時間不斷變化，從廣義的角度來解釋，就是特殊形式的振動（或波動），而電磁波不停地在以振動的方式發(fā)射和傳播。就人類的身體來說，心臟的跳動、肺葉的擺動、血液的循環(huán)、胃腸的蠕動、腦電的波動、肌肉的搐動、耳膜的振動和聲帶的振動等，在某種意義上來說也是一種振動，就連組成人類自

2、身的原子，也都在振動著。所謂機(jī)械振動，是指物體（或物體系）在平衡位置（或平均位置）附近來回往復(fù)運(yùn)動。在機(jī)械振動過程中，表示物體運(yùn)動特征的某些物理量（如位移，速度,加速度等）將時而增大、時而減小地反復(fù)變化。在工程實(shí)際中，機(jī)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(jī)床與刀具的振動、各種動力機(jī)械的振動等，都是機(jī)械振動。工程中有大量的振動問題需要人們研究、分析和處理，特別是近代機(jī)器結(jié)構(gòu)正向大功率、高速度、高精度、輕型化、大型化和微型化等方向發(fā)展，振動問題也就越來越突出，因此掌握振動規(guī)律就顯得十分重要了。只有掌握了振動規(guī)律和特征以后，才能有效地利用振動的有益方面

3、并限制振動的有害方面。（二）利用有益的振動在日常生活中，人們往往只看到了振動帶了的危害。例如，運(yùn)載工具的振動會使乘客感到不舒服；環(huán)境噪聲使人煩躁不安；共振及次諧波共振會引起機(jī)械設(shè)備、橋梁結(jié)構(gòu)及飛機(jī)的破壞；地震使人民的生命財(cái)產(chǎn)遭受巨大的損失。對于有害振動來說，往往需要采取有效措施對振動加以限制以至消除。但是振動并非都是有害的，在許多方面合理地利用振動也能給人類造福，改善人民的生活。例如，撥動琴弦能發(fā)出美妙動人的樂章，使人心曠神怡；在醫(yī)療方面，利用超聲波能夠診斷、治療疾病；在土建工程中，振動打樁、振動撥樁以及混凝土灌注時的振動搗固等能夠提高工作效率；在電子和通信工程方面，錄音機(jī)、電視機(jī)、收音機(jī)、程

4、控電話等諸多電子元件以及電子計(jì)時裝置和通信系統(tǒng)使用的諧振器等都是由于振動才有效地工作的；在工程地質(zhì)方面，利用超聲波進(jìn)行檢測、地質(zhì)勘探和油水混合及油水分離；在石油開采上，還可以利用振動提高石油產(chǎn)量；海洋工程方面，海浪波動的能量可以用來發(fā)電；在許多工礦企業(yè)，可以利用振動完成許多工藝過程，或用來提高某些機(jī)器的工作效率。近40多年來，應(yīng)用振動原理而工作的機(jī)器（振動機(jī)械）得到了迅速發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前已用于工業(yè)生產(chǎn)中的振動機(jī)有百余種之多。例如，振動給料機(jī)、振動輸送機(jī)、振動整形機(jī)、振動篩、振動離心脫水機(jī)、振動干燥機(jī)、振動冷卻機(jī)、振動球磨機(jī)、振動光飾機(jī)、動平衡試驗(yàn)機(jī)和振動破碎機(jī)、振動壓路機(jī)、振動攤鋪機(jī)、

5、振動冷凍機(jī)、倉壁振動器、振動夯土機(jī)、振搗器、振動沉撥樁機(jī)和各種形式的激振器等，這些振動機(jī)械在各個工業(yè)部門已發(fā)揮了重要作用。目前國內(nèi)外科技工作者正在努力從事振動利用工程方面的研究，并已在振動利用工程學(xué)科取得了一系列的研究成果，促進(jìn)了該學(xué)科的形成與進(jìn)一步發(fā)展。（三）振動設(shè)備及相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展線性和非線性振動、線性和非線性隨機(jī)振動等的利用技術(shù)多數(shù)是通過能產(chǎn)生振動的機(jī)械設(shè)備或儀器，即振動機(jī)械或振動儀器來完成的，振動機(jī)械或振動儀器作為一種特殊的設(shè)備或裝置已在工程實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用。振動機(jī)械或儀器有著廣泛的用途，例如給料和輸送、篩分和烘干、破碎和消理、成型和壓實(shí)、振搗和打撥、試驗(yàn)和測示、檢測和診斷以

6、及其他用途等。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，振動機(jī)械和儀器的用途已達(dá)百余種，這些機(jī)械和儀器在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防以及人類生活的各個方面發(fā)揮著重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，利用振動的新工藝不斷出現(xiàn)，下面舉出若干應(yīng)用實(shí)例：1 .振動篩分原理振動篩主要分為直線振動篩、圓振動篩。振動篩采用偏心激振器及偏心塊調(diào)節(jié)振幅，振動篩工作時，兩電機(jī)同步反向旋轉(zhuǎn)使激振器產(chǎn)生激振力，迫使篩體帶動篩網(wǎng)運(yùn)動，使篩網(wǎng)上的物料受激振力作用而周期性的運(yùn)動，從而完成物料篩分工作?？梢怨┑V山、煤炭、冶煉、建材、電力、輕工及化工等行業(yè)作產(chǎn)品分級用。2 .振動干燥工藝干燥是工業(yè)生產(chǎn)中的一個復(fù)雜的工藝過程，該種工藝是近20年來振動利用發(fā)展的一項(xiàng)技術(shù)。振動流

7、化床是在普通流化床基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，床層除受干燥氣流作用外，再附加以振幅和頻率的振動，使得機(jī)內(nèi)物料處于懸浮沸騰的流化狀態(tài)，利用對流、傳導(dǎo)或輻射加熱即可進(jìn)行振動流化干燥作業(yè)。振動流化干燥機(jī)有多種型式，慣性式振動干燥機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中最為普遍。3 .振動破碎機(jī)的應(yīng)用物料破碎是工礦企業(yè)應(yīng)用比較廣泛的一種工藝過程，大部分開采出的礦物原料都需要進(jìn)行破碎和磨碎。傳統(tǒng)破碎機(jī)的破碎方法存在著很大的局限性，例如物料的抗壓強(qiáng)度極限到達(dá)2X108Pa時，破碎過程耗能較高，或難以破碎，或使物料過磨，所用設(shè)備也很復(fù)雜。振動破碎工藝的發(fā)展克服了傳統(tǒng)工藝的缺點(diǎn)，慣性振動圓錐破碎機(jī)利用偏心塊產(chǎn)生的離心力來破碎礦石或其他物料，利用

8、擠壓和沖擊，使物料破碎。慣性振動圓錐破碎機(jī)的破碎比遠(yuǎn)大于普通圓錐破碎機(jī)，而且可在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，在中細(xì)碎作業(yè)中，有著廣泛的應(yīng)用前景。4 .振動攤鋪及振動壓路振動攤鋪機(jī)和振動壓路機(jī)是筑路作業(yè)中的關(guān)鍵設(shè)備，是振動在筑路工程中的典型應(yīng)用實(shí)例。振動攤鋪機(jī)的工作過程是：先將物料撒布在整個寬度上，利用熨平機(jī)構(gòu)的激振器對被攤鋪物料進(jìn)行壓實(shí)。振動系統(tǒng)決定了對于物料攤鋪的工作效率和密實(shí)效果，是決定攤鋪質(zhì)量的關(guān)鍵系統(tǒng)之一。振動壓路機(jī)是依靠高速旋轉(zhuǎn)的偏心塊產(chǎn)生離心力，使振動碾做強(qiáng)迫振動壓實(shí)路面。裝在連接板的驅(qū)動馬達(dá)，帶動偏心軸高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力使振動碾運(yùn)動。裝在偏心軸上的調(diào)幅裝置用于改變振動的振幅。由于在壓路機(jī)中引

9、入振動，使路面的密實(shí)度由90%提高到95%以上，進(jìn)而顯著提高其工作質(zhì)量與使用壽命，這在筑路作業(yè)中具有十分重要的意義。5 .振動成型與整形工藝?yán)谜駝訉饘俨牧匣蛩缮⑽锪线M(jìn)行成型（包括塑性加工）較之靜力情況下成型可顯著降低能耗、提高成形工件的質(zhì)量。試驗(yàn)指出，在金屬材料塑性加工過程中引入振動，可以降低能耗、提高工效與工件質(zhì)量。振動整形就是通過振動的方式強(qiáng)制性地將料袋形成規(guī)整的形狀，以利于存放或裝運(yùn)。振動整形機(jī)廣泛應(yīng)用于化工、食品等工業(yè)部門。其工作原理是：當(dāng)輸送機(jī)將料袋送入整形機(jī)梯形槽體，整形機(jī)槽體在激振器作用下發(fā)生振動，沖擊整形板，從而達(dá)到使料袋平整的目的。6 .振動時效工藝及應(yīng)用用振動時效可在一

10、定程度上消除金屬構(gòu)件的內(nèi)部殘余應(yīng)力、穩(wěn)定工件加工后的尺寸和形狀，目前已被國內(nèi)外廣泛采用。振動時效就是通過對工件施加周期性應(yīng)力，迫使工件在其共振頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生振動。這種周期性應(yīng)力反復(fù)推動金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的金屬原子錯位和晶格滑移，使內(nèi)應(yīng)力松弛和均化。振動時效設(shè)備，一般包括激振裝置、測試裝置和動應(yīng)力控制裝置。同熱時效相比，振動時效具有易于操作、減少運(yùn)輸、縮短生產(chǎn)周期和節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)，是一種值得推廣應(yīng)用的節(jié)能工藝。7 .振動診斷技術(shù)與振動測試工藝?yán)谜駝有盘柕牟煌卣骺梢詫C(jī)械和結(jié)構(gòu)的故障進(jìn)行診斷，利用模糊理論、灰色理論或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法對振動信號進(jìn)行分析與診斷，在工業(yè)企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。利用振動原理對

11、機(jī)械系統(tǒng)的振動位移、速度和加速進(jìn)行測試，從而判斷機(jī)械系統(tǒng)的健康狀態(tài)是一種簡便和有效的方法。8 .以振動原理進(jìn)行體育與健身活動的儀器和設(shè)備機(jī)械式振動按摩器可歸為這一類。機(jī)械式振動按摩器等不同形式的健身與體育設(shè)備也是利用振動的設(shè)備，目前已成為人們不可或缺的健身器具。9 .機(jī)械式醫(yī)療儀器、設(shè)備與器具人造心臟與心臟起搏器都是利用振動原理研究成功的醫(yī)療器具范例。（四）非線性振動利用技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展在前面列舉的振動機(jī)械與儀器中，按其線性和非線性的特性可分為線性或擬線性（近似于線性）及非線性兩大類。在非線性振動機(jī)械和儀器設(shè)備中，有一部分是為了獲得良好的工效有意識地采用系統(tǒng)的非線性特性，另有一部分則是在工作過

12、程中自然存在的非線性性質(zhì)。目前非線性振動系統(tǒng)或非線性振動特性的利用技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，其具體內(nèi)容可做以下簡單介紹。1 .具有分段摩擦或具有沖擊和分段慣性力振動系統(tǒng)的利用在振動機(jī)械中，為了使機(jī)體中的物料對機(jī)體產(chǎn)生相對于運(yùn)動，即產(chǎn)生相對滑動或跳動，就必須使振動機(jī)的系統(tǒng)中產(chǎn)生分量的慣性力（拋擲運(yùn)動），這是保證振動機(jī)械實(shí)現(xiàn)正常工作的必要條件。這類振動機(jī)械有振動給料機(jī)、振動輸送機(jī)、振動篩、振動離心脫水機(jī)和振動冷卻機(jī)等。2 .光滑非線性振動系統(tǒng)的利用摩擦擺在正常工作區(qū)間，屬于光滑非線性的振動系統(tǒng)。利用摩擦擺可以測定軸套與軸銷間的摩擦系數(shù)，常用的有兩種方法，第一種方法直接利用復(fù)擺擺角每一振動周期的衰減值算

13、出摩擦系數(shù)的大??；第二種方法利用擺的工作原理對摩擦系數(shù)進(jìn)行測量與計(jì)算。后一種方法更為準(zhǔn)確。對于一些在共振情況下工作的振動機(jī)械，往往存在振幅不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，例如,電磁振動給料機(jī)、近共振型振動輸送機(jī)和共振篩等。振幅不穩(wěn)定會給機(jī)械的工作性能帶來不良影響，為了消除前述缺點(diǎn)，可以采用具有光滑硬式非線性恢復(fù)力的振動系統(tǒng)。為了消除一般電磁振動給料機(jī)振幅不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，有的科技工作者提出，將主共振板彈簧的兩端固結(jié)處做成帶有曲線的形式，隨著振幅的增大，板彈簧的工作長度將變短，因此，彈簧剛度將隨振幅的增大而增加，從而可以增大該類振動機(jī)振幅的穩(wěn)定性。止匕外，硬式光滑非線性振動系統(tǒng)，也可以用于車輛的隔振，由于車輛的負(fù)載時

14、常變化，為了使車輛在負(fù)載變化情況下其固有頻率不發(fā)生明顯的改變，可以將隔振彈簧做成硬式光滑非線性的形式。止匕外，光滑非線性還有其他一些應(yīng)用。3 .分段線性非線性振動系統(tǒng)的利用分段線性非線性系統(tǒng)在工程中得到了十分廣泛的應(yīng)用，在振動機(jī)械中這種形式的非線性系統(tǒng)應(yīng)用十分普遍，如分段線性的非線性振動輸送機(jī)、非線性共振篩、非線性振動離心脫水機(jī)、振動搖床和振動離心搖床等。分段線性非線性振動系統(tǒng)通常包括以下三種形式：(1)用全對稱與不對稱的硬式分段線性非線性振動系統(tǒng)。(2)對稱與不對稱的軟式分段線性非線性系統(tǒng)。(3)復(fù)合或復(fù)雜形式的分段線性非線性系統(tǒng)。由于該種非線性振動系統(tǒng)具有若干優(yōu)點(diǎn)，目前在工程中仍處于不斷的

15、推廣之中，預(yù)計(jì)今后還會得到進(jìn)一步的發(fā)展。4.非線性滯回系統(tǒng)的利用具有彈塑性變形的振動系統(tǒng)屬于這類振動系統(tǒng)。例如，振動成型機(jī)、振動壓路機(jī)、振動夯土機(jī)、振動沉撥樁機(jī)等一些振動機(jī)械，具振動系統(tǒng)都屬于帶有滯回恢復(fù)力的非線性振動系統(tǒng)。為了使振動成型或振動壓實(shí)過程能有效地進(jìn)行，塑性變形是不可缺少的，而且必須盡可能地加大滯回曲線中的面積。在工程中這種振動系統(tǒng)普遍存在。這類振動系統(tǒng)中大體可有以下多種形式：(1)含對稱的平行四邊形的滯回恢復(fù)力的非線性振動系統(tǒng)。(2)含光滑封閉曲線的滯回恢復(fù)力的非線性振動系統(tǒng)。(3)不對稱滯回恢復(fù)力的振動系統(tǒng)。(4)帶有間隙的滯回恢復(fù)力的振動系統(tǒng)。止匕外，振動在波動與波能利用技術(shù)、電磁光的振蕩器中的應(yīng)用與發(fā)展，以及共振理論，自然界中的振動現(xiàn)象與規(guī)律，“同步運(yùn)動”理論和人類社會中的振動現(xiàn)象與規(guī)律(股票的漲跌、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展規(guī)律、人類的繁殖過程等)的應(yīng)用和發(fā)展也是