《振動基礎(chǔ)知識》課件

《振動基礎(chǔ)知識》課程大綱振動基礎(chǔ)概念簡諧振動阻尼振動強迫振動振動基礎(chǔ)概念振動是指物體圍繞其平衡位置的周期性運動。振動廣泛存在于自然界和工程領(lǐng)域中，例如聲音、光波、地震等。振動現(xiàn)象也廣泛應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，例如機(jī)械振動、聲波振動、電磁振動等。振動的研究對于理解和解決工程中的許多問題至關(guān)重要，例如機(jī)械振動、噪聲控制、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等。簡諧振動1周期性振動重復(fù)出現(xiàn)的規(guī)律2平衡位置物體不受外力作用時的位置3振幅物體偏離平衡位置的最大距離簡諧振動的特點周期性簡諧振動是一種重復(fù)的運動，具有固定的周期和頻率。對稱性簡諧振動的運動軌跡是對稱的，且在平衡位置兩側(cè)的振幅相等。簡諧振動方程描述簡諧振動隨時間的變化規(guī)律。簡諧振動能量1/2勢能取決于振子的位移。1/2動能取決于振子的速度。阻尼振動摩擦阻尼振動物體與周圍介質(zhì)或其他物體之間的摩擦力產(chǎn)生的阻尼。粘性阻尼振動物體在流體中運動時，流體對物體的粘性阻力產(chǎn)生的阻尼。輻射阻尼振動物體向周圍介質(zhì)輻射能量而產(chǎn)生的阻尼。自由阻尼振動1能量損失阻尼力使系統(tǒng)能量逐漸減少2振幅衰減振動幅度隨時間推移而逐漸減小3最終停止振動最終會完全停止阻尼振動方程無阻尼振動方程x(t)=Acos(ωt+φ)阻尼振動方程x(t)=Ae^(-ζωnt)cos(ωdt+φ)強迫振動1外力作用持續(xù)的外部力量驅(qū)動振動2頻率匹配外力頻率與系統(tǒng)固有頻率一致3振幅增大振動幅度顯著增加諧振現(xiàn)象蕩秋千推蕩秋千時，找到合適的節(jié)奏，秋千才能蕩得更高。音叉當(dāng)音叉發(fā)出聲音時，它會振動，并產(chǎn)生與它相同頻率的聲音。橋梁坍塌當(dāng)橋梁的振動頻率與風(fēng)力或行人的頻率一致時，橋梁可能會發(fā)生坍塌。諧振條件頻率匹配當(dāng)外力頻率與系統(tǒng)固有頻率一致時，振幅達(dá)到最大值，稱為諧振。能量傳遞外力持續(xù)向系統(tǒng)傳遞能量，導(dǎo)致振幅不斷增大。系統(tǒng)共振系統(tǒng)在諧振狀態(tài)下會以最大振幅振動，甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)損壞。諧振響應(yīng)曲線諧振響應(yīng)曲線描述了系統(tǒng)在不同頻率下的振動幅度變化。當(dāng)激振頻率接近系統(tǒng)固有頻率時，振幅達(dá)到最大值，這就是諧振現(xiàn)象。曲線上的峰值代表諧振頻率，曲線形狀可以反映系統(tǒng)的阻尼特性。機(jī)械振動的衡量1振動幅值振動幅值指的是振動物體偏離平衡位置的最大距離，通常用毫米或微米表示。2振動頻率振動頻率指的是振動物體在單位時間內(nèi)完成的振動次數(shù)，通常用赫茲(Hz)表示。3振動加速度振動加速度指的是振動物體在振動過程中所受到的加速度，通常用米每秒平方(m/s2)表示。機(jī)械振動測量1傳感器傳感器用于檢測振動信號，并將其轉(zhuǎn)換為可測量的電信號。2信號處理信號處理系統(tǒng)對傳感器輸出的電信號進(jìn)行放大、濾波、轉(zhuǎn)換等處理。3數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對處理后的信號進(jìn)行分析，得到振動的頻率、幅值、相位等參數(shù)。機(jī)械振動分類周期性振動振動重復(fù)出現(xiàn)的規(guī)律性，可預(yù)測和分析。隨機(jī)振動無規(guī)律性，難以預(yù)測，需要統(tǒng)計方法分析。阻尼振動振動幅度隨時間衰減，受阻尼力影響。強迫振動外部激勵力引起的振動，頻率取決于外力。機(jī)械振動治理減振通過使用減振器或其他減振裝置，來減少振動能量的傳遞。例如，在機(jī)器底部安裝減振墊。隔振通過在振動源和周圍環(huán)境之間設(shè)置隔離層，來阻斷振動的傳播。例如，在機(jī)器周圍建造隔音墻。吸振通過使用吸振材料來吸收振動能量，將其轉(zhuǎn)化為熱能，從而降低振動幅度。例如，在機(jī)器上安裝吸振層。動平衡原理1旋轉(zhuǎn)體平衡旋轉(zhuǎn)體上的質(zhì)量分布不均勻，會導(dǎo)致離心力不平衡，產(chǎn)生振動2平衡質(zhì)量通過添加或移除平衡質(zhì)量，使旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量分布均勻，消除不平衡力3靜平衡在靜止?fàn)顟B(tài)下，旋轉(zhuǎn)體在水平軸上保持平衡4動平衡旋轉(zhuǎn)體在高速旋轉(zhuǎn)時，保持平衡狀態(tài)，消除振動動平衡實現(xiàn)平衡機(jī)使用平衡機(jī)測量旋轉(zhuǎn)部件的質(zhì)量分布，并通過添加或去除質(zhì)量來調(diào)整其平衡。調(diào)整方法常見的調(diào)整方法包括添加平衡塊、去除材料、改變材料位置等。平衡精度平衡精度取決于應(yīng)用場景，通常要求在一定范圍內(nèi)達(dá)到平衡。減振設(shè)計基本方法阻尼增加系統(tǒng)阻尼，通過消耗振動能量來降低振幅隔離利用隔離裝置將振源與被保護(hù)物體隔離調(diào)諧改變系統(tǒng)固有頻率，避免共振減振裝置類型彈性減振器利用彈性材料的變形來吸收振動能量，常見類型包括橡膠減振器、金屬彈簧減振器等。阻尼減振器通過摩擦、粘性阻力等方式消耗振動能量，常見的類型包括液壓減振器、粘滯減振器等。隔振器將振動源與周圍環(huán)境隔離，常見的類型包括隔振墊、隔振支座等。動態(tài)減振器通過主動控制技術(shù)來抑制振動，常見的類型包括主動減振器、半主動減振器等。減振器參數(shù)設(shè)計1剛度決定減振效果的重要參數(shù)。剛度越大，減振效果越好。2阻尼控制振動衰減速度，阻尼越大，衰減越快。3頻率決定減振器的工作頻率，需要根據(jù)實際情況選擇合適的頻率。減振器實際應(yīng)用減振器廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備、車輛和建筑結(jié)構(gòu)中，有效降低振動和沖擊，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和舒適性。例如，汽車懸架系統(tǒng)中的減振器可吸收路面顛簸產(chǎn)生的振動，提高乘坐舒適性；工業(yè)機(jī)器人的減振器可降低機(jī)械臂運動過程中的振動，提高加工精度；建筑結(jié)構(gòu)中的減振器可減弱地震或強風(fēng)帶來的沖擊，提高建筑物的抗震能力。工業(yè)中的振動問題1設(shè)備故障振動會導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備的過度磨損，縮短其使用壽命。2安全隱患嚴(yán)重的振動可能導(dǎo)致設(shè)備的損壞或人員的受傷。3生產(chǎn)效率降低振動會影響生產(chǎn)線的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的質(zhì)量，降低生產(chǎn)效率。4環(huán)境污染振動會產(chǎn)生噪聲，影響周圍環(huán)境和人員的健康。振動檢測與診斷1振動信號采集使用傳感器收集振動數(shù)據(jù)2信號分析處理對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析和特征提取3故障診斷識別振動異常，確定潛在問題振動控制技術(shù)振動隔離使用彈性元件或阻尼材料將振動源與周圍環(huán)境隔離開來。動平衡通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)部件的質(zhì)量分布，消除或減少旋轉(zhuǎn)過程中的不平衡力。減振利用阻尼材料或裝置吸收振動能量，降低振動幅度。本課程小結(jié)了解基礎(chǔ)知識我們深入探討了振動基礎(chǔ)概念，涵蓋了簡諧振動、阻尼振動和強迫振動等關(guān)鍵主題。認(rèn)識振動現(xiàn)象學(xué)習(xí)了機(jī)械振動的分類、測量和治理方法，包括動平衡原理、減振設(shè)計等。解決實際問題掌握振動檢測與診斷技術(shù)，能夠識別和解決工業(yè)中常見的振動問題，提高設(shè)備效率。思考與討論在學(xué)習(xí)了振動基礎(chǔ)知識后，請大家思考以下問題：1.振動在現(xiàn)實生活中有哪些應(yīng)用？2.如何有效地控制和減緩振動？3.振動問題在工程設(shè)計中如何避免？歡迎大家積極參與討論，分享自己的見解。