機(jī)械振動(dòng)案例分析.

1、組員：機(jī)械振動(dòng)的發(fā)展歷史振動(dòng)帶來的危害及其控制振動(dòng)的利用 振動(dòng)是在日常生活和工程實(shí)際中普遍存在的一種現(xiàn)象，也是整個(gè)力學(xué)中最重要的研究領(lǐng)域之一。 人類對(duì)振動(dòng)現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)有悠久的歷史，早在公元前6世紀(jì),Pythagoras發(fā)現(xiàn)了較短的弦發(fā)出較高的音,將弦長(zhǎng)縮短一半可發(fā)出高一音階的音符，戰(zhàn)國時(shí)期的古人已定量地總結(jié)出弦線發(fā)音與長(zhǎng)度的關(guān)系,將基音弦長(zhǎng)分為三等份,減去或增加一份可確定相隔五度音程的各個(gè)音，公元前6世紀(jì)成書的舊約約書亞記記載共振現(xiàn)象,城墻在齊聲吶喊中塌陷;成書于戰(zhàn)國時(shí)期的莊子徐無鬼更明確記載了共振現(xiàn)象“鼓宮宮動(dòng),鼓角角動(dòng),音律同矣”;成書于公元25世紀(jì)的猶太法典第二章也描述一種共振象,“公雞把

2、頭伸進(jìn)空的玻璃容器內(nèi)啼鳴致使容器破碎”。戰(zhàn)國初期為了防御敵國的地道戰(zhàn)術(shù)在墨子備學(xué)篇記載了一種防御方式 ，守軍在城內(nèi)沿城墻根約每隔6米挖一口井。深約3米左右。讓陶工燒制壇子，有耳朵靈敏的人日夜值班，并將耳朵貼在壇口偵聽。如果敵人正在挖地道，通過壇中的聲音就能覺察。這種方法不僅能判斷敵人否在挖洞，還能從不同的壇口的聲音確定聲源方向。即地道的大致方位。這個(gè)方法很有振動(dòng)學(xué)理論根據(jù)。因?yàn)閿橙送诘氐赖穆暡ń?jīng)同地下傳到壇子，壇子內(nèi)空氣柱發(fā)生共鳴，再引起壇口蒙皮的振動(dòng)，因此聲音就大了在振動(dòng)力學(xué)研究興起之前,有兩個(gè)典型的振動(dòng)問題引起注意,即弦線振動(dòng)和單擺擺動(dòng)。弦線振動(dòng)是無窮多自由度連續(xù)系統(tǒng)的振動(dòng),單擺擺動(dòng)是單自

3、由度離散系統(tǒng)的振動(dòng),振幅不大時(shí)都可認(rèn)為是線性的.單擺振動(dòng)比較簡(jiǎn)單,對(duì)后來線性振動(dòng)的發(fā)展影響不大。1678年Hooke提出彈性定律,建立了彈性體變形與恢復(fù)力間的線性關(guān)系,引入了振動(dòng)系統(tǒng)的基本組成部分彈簧，1678年，Newton在其劃時(shí)代的自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理中建立了運(yùn)動(dòng)變化與受力間的關(guān)系,使振動(dòng)問題的動(dòng)力學(xué)研究成為可能,他也定義了振動(dòng)系統(tǒng)的另一基本組成部分質(zhì)量,假設(shè)了介質(zhì)阻力與速度及速度平方成正比,形成阻尼概念的雛形。 機(jī)械振動(dòng)，是指物體(系)在平衡位置(或平均位置)附近來回往復(fù)的運(yùn)動(dòng)。使結(jié)構(gòu)系統(tǒng)發(fā)生大變形而破壞，甚至造成災(zāi)難性的事故，有些橋梁等建筑物就是由于振動(dòng)而塌毀；引起噪聲污染；影響精密儀

4、器設(shè)備的功能，降低機(jī)械加工的精度和光潔度；消耗機(jī)械系統(tǒng)的能量，降低機(jī)器效率；機(jī)翼的顫振、機(jī)輪的擺振和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的異常振動(dòng)，曾多次造成飛行事故；惡化飛機(jī)和車船的乘載條件，等等。 地震，群災(zāi)之首。強(qiáng)烈的破壞性地震瞬間將房屋、橋梁、水壩等建筑物摧毀，直接給人類造成巨大的災(zāi)難，還會(huì)誘發(fā)水災(zāi)、火災(zāi)、海嘯、有毒物質(zhì)及放射性物質(zhì)泄漏等次生災(zāi)害。印度洋強(qiáng)震引發(fā)海嘯席卷南亞東南亞印度洋強(qiáng)震引發(fā)海嘯席卷南亞東南亞建造建造結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)一種吸聲型的聲屏障結(jié)構(gòu)一種吸聲型的聲屏障結(jié)構(gòu)利用聲屏障將聲源利用聲屏障將聲源和保護(hù)目標(biāo)隔開和保護(hù)目標(biāo)隔開高架橋上的吸聲屏障高架橋上的吸聲屏障高架橋上的吸聲高架橋

5、上的吸聲與隔振組合屏障與隔振組合屏障車載火炮穩(wěn)定系統(tǒng)車載火炮穩(wěn)定系統(tǒng) 在坦克炮塔內(nèi)，陀螺儀、加速度計(jì)及角度傳感器不斷地測(cè)定各種運(yùn)動(dòng)載荷，車載計(jì)算機(jī)根據(jù)這些信息計(jì)算并發(fā)出抵消這些運(yùn)動(dòng)的控制指令，通過伺服系統(tǒng)使炮塔相對(duì)于底盤水平轉(zhuǎn)動(dòng)、火炮相對(duì)于炮塔高低俯仰，從而使坦克即使在不斷顛簸的運(yùn)動(dòng)中也能將火炮準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。振動(dòng)引起的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)破壞振動(dòng)引起的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)破壞如果在加工時(shí)有強(qiáng)迫振動(dòng)，又稱為激勵(lì)振動(dòng)，它是由周期變化的激振力所引起的，例如主軸回轉(zhuǎn)不平衡、電機(jī)振動(dòng)、傳動(dòng)部件有缺陷，以及周圍有振動(dòng)源通過地基傳給加工設(shè)備的振動(dòng)等，都會(huì)產(chǎn)生振紋。電機(jī)是主要?jiǎng)恿υ矗彩钦駝?dòng)源，電機(jī)的振動(dòng)對(duì)加工的影響很大。汽車發(fā)動(dòng)

6、機(jī)的曲軸在工作時(shí)會(huì)發(fā)生扭振現(xiàn)象，其內(nèi)因是曲軸不僅自身具有慣性，而且還有彈性，由此確定了曲軸本身固有的自由扭轉(zhuǎn)特性，而其外因則是作用在曲軸上周期性變化時(shí)的激振力矩，例如：大爆發(fā)的活塞慣性力、曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性力和重力、附件的不規(guī)則阻力矩和外界作用力，這些力矩是曲軸產(chǎn)生扭振的能量來源，只要機(jī)器運(yùn)行，這些激振力矩就存在強(qiáng)迫扭振就持續(xù)發(fā)生，使得軸在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生劇烈振動(dòng)。曲軸的破壞 曲軸按照激振的頻率進(jìn)行強(qiáng)制振動(dòng)，當(dāng)激振頻率與曲軸本身的固有頻率相同時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振。當(dāng)扭振應(yīng)力超過軸系所能承受的應(yīng)力時(shí)，曲軸將產(chǎn)生斷裂。防止曲軸破壞的解決辦法在設(shè)計(jì)新型的內(nèi)燃機(jī)過程中,就應(yīng)注意設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇,不要使所

7、設(shè)計(jì)的內(nèi)燃機(jī)工作在臨界轉(zhuǎn)速內(nèi),必要時(shí)可以通過改變曲軸的剛度、各個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等設(shè)計(jì)參數(shù),以及采用內(nèi)磨擦較大的材料(如球墨鑄鐵)來制做曲軸,從而改變整個(gè)軸系的自振頻率,避免內(nèi)燃機(jī)在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)產(chǎn)生共振。當(dāng)采取一定的措施后還不能解決問題,最常用的辦法就是在曲軸自由端安裝減振器。 “振動(dòng)利用工程學(xué)” 是20世紀(jì)后半期逐漸形成和發(fā)展起來的一門新學(xué)科，振動(dòng)利用工程的發(fā)展使世人矚目。就振動(dòng)機(jī)械來說，目前已成功應(yīng)用于工礦企業(yè)中的振動(dòng)機(jī)器已發(fā)展到數(shù)百種之多，在許多部門，如采礦、冶金、煤炭、石油化工、機(jī)械、電力、水利、土木、建筑、建材、鐵路、公路交通、輕工、食品和谷物加工、農(nóng)田耕作以及在人類日常生活過程

8、中。振動(dòng)的利用振動(dòng)切削 振動(dòng)切削加工是在刀具或工件上附加一定可控的振動(dòng)，使加工過程變?yōu)殚g斷、瞬間、往復(fù)的微觀斷續(xù)切削過程。振動(dòng)切削方法首先由日本宇都宮大學(xué)的隈部淳一郎教授于60年代提出的。目前，在日本、中國、俄羅斯、德國、韓國、印度、美國、奧地利、英國等開展了廣泛的研究與生產(chǎn)應(yīng)用。 振動(dòng)切削原理 振動(dòng)切削理論是在切削過程中加入了超聲振動(dòng)。由工業(yè)金剛石顆粒制成的銑刀、鉆頭或砂輪，在加工過程中對(duì)零件表面進(jìn)行20000次/秒的連續(xù)敲擊，即使是高硬材料，在如此高頻的振動(dòng)敲擊下，一個(gè)很小的切削力也可將其瓦解。振動(dòng)切削機(jī)床的進(jìn)給力還是很大的，因此在振幅的最高點(diǎn)，附在刀具上的金剛石顆粒以撞擊方式將零件表面材料以微小顆粒形式分離出來。因振動(dòng)切削機(jī)理與普通切削不同，使其具有如下現(xiàn)象及效果。 1）切削抗力顯著降低。 2）加工精度明顯提高。 3）切削溫度顯著降低。 4）切削過程比較順利。 5）加工表面質(zhì)量可以得到改善采用刀具振動(dòng)孔加工 超聲縱振孔加工又可分為刀具振動(dòng)和工件振動(dòng)兩類。雖然振動(dòng)體不同，但它們刀具與工件的相對(duì)振動(dòng)都是軸向的，因此加工效果基本一致。超聲縱振孔加工的主要特點(diǎn)有： 生產(chǎn)率高，特別對(duì)于難加工材料，生產(chǎn)率比普通鉆削高23倍； 不需退刀排屑，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化； 加工精度和表面質(zhì)量的很大提高，表面粗糙度值可達(dá)Ra0.