實(shí)際生活中的機(jī)械振動(dòng)以及利用有益的振動(dòng)

1、利用實(shí)際生活中的機(jī)械振動(dòng)和有益的振動(dòng)陳欣20110238(1)實(shí)際生活中的機(jī)械振動(dòng)振動(dòng)是日常生活和工程實(shí)際上普遍存在的現(xiàn)象。 實(shí)際上，人類生活在振動(dòng)的世界里，地上的車輛、空氣中的飛機(jī)、海洋中的船舶等不斷地振動(dòng)著。 房屋建筑、橋梁水庫(kù)等即使受到激勵(lì)也會(huì)振動(dòng)。 在廣闊的宇宙中，風(fēng)、雨、雷、電等隨時(shí)變化的各種形式的振動(dòng)到處存在，從廣義的角度來解釋，是特殊形式的振動(dòng)(或者波動(dòng))，電磁波不斷地振動(dòng)性地發(fā)射、傳播。 對(duì)于人體來說，心臟的跳動(dòng)、肺葉的搖晃、血液的循環(huán)、胃腸的蠕動(dòng)、腦電的搖晃、肌肉的痙攣、耳膜的振動(dòng)、聲帶的振動(dòng)等，在某種意義上是振動(dòng)，直到構(gòu)成人自身的原子都在振動(dòng)。機(jī)械振動(dòng)是指物體(或物系)在平

2、衡位置(或平均位置)附近往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 在機(jī)械振動(dòng)過程中，表示物體運(yùn)動(dòng)特征的一定物理量(例如位移、速度、加速度等)時(shí)時(shí)增大，時(shí)時(shí)減小而重復(fù)變化。 工程實(shí)際上，機(jī)械振動(dòng)非常普遍，時(shí)訂的晃動(dòng)、車廂的晃動(dòng)、橋梁和房屋的振動(dòng)、飛機(jī)和船舶的振動(dòng)、機(jī)床和刀具的振動(dòng)、各種動(dòng)力機(jī)械的振動(dòng)等都是機(jī)械振動(dòng)。工程中許多振動(dòng)問題需要人們的研究、分析和處理，特別是現(xiàn)代機(jī)械結(jié)構(gòu)向大功率、高速、高精度、輕量化、大型化和微細(xì)化等方向發(fā)展，振動(dòng)問題也越來越突出，把握振動(dòng)規(guī)律是非常重要的。 只有把握振動(dòng)的規(guī)律和特點(diǎn)，才能有效地利用振動(dòng)的有益面，限制振動(dòng)的有害面。(2)利用有益的振動(dòng)在日常生活中，人們往往只看振動(dòng)帶的危害。 例如，交通

3、工具的振動(dòng)給乘客帶來不舒服的環(huán)境噪聲使人焦躁的共振及諧波共振引起機(jī)械設(shè)備、橋梁結(jié)構(gòu)及飛機(jī)的破壞的地震給人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來了很大的損失。 對(duì)于有害的振動(dòng)，大多需要采取有效的措施來限制和消除振動(dòng)。 但是，振動(dòng)并非都有害，在許多方面合理利用振動(dòng)也可以給人類帶來利益，改善人民的生活。 例如，彈琴弦就能發(fā)出優(yōu)美的樂章，使人心情愉快；在醫(yī)療方面，利用超聲波可以診斷、治療疾病。 在土建工程中，振動(dòng)灌注樁、振動(dòng)灌注樁及混凝土灌注時(shí)的振動(dòng)印章等能夠提高作業(yè)效率的電子和通信工程中，有錄音機(jī)、電視、收音機(jī)、可編程電話等很多電子部件， 電子時(shí)間修正裝置和通信系統(tǒng)使用的諧振器等在振動(dòng)有效工程地質(zhì)方面，利用超聲波進(jìn)行檢測(cè)

4、、地質(zhì)勘探和油水混合以及油水分離的石油開采，利用振動(dòng)還可以提高石油產(chǎn)量在海洋工程中可以將波動(dòng)的能量用于發(fā)電在許多工礦企業(yè)中，利用振動(dòng)近40年來，應(yīng)用振動(dòng)原理工作的機(jī)械(振動(dòng)機(jī)械)迅速發(fā)展。 據(jù)不完全統(tǒng)訂，目前工業(yè)生產(chǎn)使用的振動(dòng)機(jī)種以百馀種居多。 如振動(dòng)進(jìn)料器、振動(dòng)輸送機(jī)、振動(dòng)整形機(jī)、振動(dòng)篩、振動(dòng)離心脫水機(jī)、振動(dòng)干燥機(jī)、振動(dòng)冷卻機(jī)、振動(dòng)球磨機(jī)、振動(dòng)光裝飾機(jī)、動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)和振動(dòng)破碎機(jī)、振動(dòng)負(fù)載機(jī)、振動(dòng)鋪設(shè)機(jī)、振動(dòng)冷凍機(jī)、倉(cāng)壁振子、振動(dòng)夯土機(jī)、搗固機(jī)，目前國(guó)內(nèi)外科技人員均從事振動(dòng)利用工程方面的研究(3)振動(dòng)設(shè)備及相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展；線性及非線性振動(dòng)、線性及非線性隨機(jī)振動(dòng)等利用技術(shù)多由能夠產(chǎn)生振動(dòng)的

5、機(jī)械設(shè)備或設(shè)備，即振動(dòng)機(jī)械或振動(dòng)設(shè)備完成，振動(dòng)機(jī)械或振動(dòng)設(shè)備作為特殊的設(shè)備或裝置在工程中被廣泛應(yīng)用。振動(dòng)機(jī)械和儀器有廣泛的用途，如材料的供給和輸送、篩分和干燥、破碎和清掃、成形和壓實(shí)、打刻和打刻、試驗(yàn)和測(cè)定、檢驗(yàn)和診斷、其他用途等。 根據(jù)初步的統(tǒng)訂，振動(dòng)機(jī)械和儀器的用途達(dá)到百馀種，這些機(jī)械和儀器在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、防衛(wèi)以及人類生活的各個(gè)方面都發(fā)揮著重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，利用振動(dòng)的新技術(shù)陸續(xù)出現(xiàn)，現(xiàn)舉幾個(gè)應(yīng)用實(shí)例1 .振動(dòng)篩分的原理振動(dòng)篩主要分為直線振動(dòng)篩、圓振動(dòng)篩。 振動(dòng)篩使用偏心振動(dòng)器和偏心塊調(diào)節(jié)振幅，在振動(dòng)篩工作時(shí)，兩個(gè)馬達(dá)同步反轉(zhuǎn)，在振動(dòng)器上產(chǎn)生激振力，在篩體上驅(qū)動(dòng)篩網(wǎng)，在篩網(wǎng)上的材

6、料上作用激振力，使其進(jìn)行周期性的運(yùn)動(dòng)，完成材料的篩分作業(yè)。 可在礦山、煤炭、冶煉、建材、電力、輕工及化工等行業(yè)提供產(chǎn)品分級(jí)。2 .振動(dòng)干燥工序干燥是工業(yè)生產(chǎn)中一個(gè)復(fù)雜的過程，該過程是近20年來振動(dòng)利用發(fā)展的技術(shù)。 振動(dòng)流化床是在普通流化床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，床層除了受到干燥氣流的作用外，還可以加上振幅和頻率的振動(dòng)，使機(jī)內(nèi)材料處于浮動(dòng)沸騰的流動(dòng)狀態(tài)，利用對(duì)流、傳導(dǎo)或輻射加熱進(jìn)行振動(dòng)流化干燥作業(yè)。 振動(dòng)流化干燥機(jī)有多種類型，慣性式振動(dòng)干燥機(jī)在實(shí)用上最普遍。3 .振動(dòng)破碎機(jī)的應(yīng)用材料破碎是工礦企業(yè)應(yīng)用比較廣泛的過程，大部分開采的礦物原料需要破碎和粉碎。 以往的破碎機(jī)的破碎方法有很大的限制，例如，材料

7、的抗壓強(qiáng)度的極限達(dá)到2X108Pa時(shí)，破碎過程的能量消耗變高，難以破碎，對(duì)材料進(jìn)行過度研磨，使用的設(shè)備也很復(fù)雜。 振動(dòng)破碎工藝的發(fā)展克服了傳統(tǒng)工藝的缺點(diǎn)，慣性振動(dòng)圓錐破碎機(jī)利用偏心塊產(chǎn)生的離心力破碎礦石和其他材料，利用擠壓和沖擊破碎材料。 慣性振動(dòng)圓錐破碎機(jī)的破碎比遠(yuǎn)大于常規(guī)圓錐破碎機(jī)，并且可以大范圍調(diào)節(jié)，在中細(xì)碎作業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。4 .振動(dòng)墊及振動(dòng)壓路振動(dòng)鋪路機(jī)和振動(dòng)壓路機(jī)是道路建設(shè)工作中的重要設(shè)備，是道路建設(shè)工程中振動(dòng)的典型應(yīng)用實(shí)例。 振動(dòng)鋪設(shè)機(jī)的工作是，首先在整個(gè)寬度上散布材料，用熨斗機(jī)構(gòu)的加振器壓實(shí)被鋪設(shè)材料。 振動(dòng)系統(tǒng)是決定材料對(duì)鋪地的生產(chǎn)效率和密切效果，決定鋪地質(zhì)量的重要系

8、統(tǒng)之一。振動(dòng)壓力回路機(jī)通過高速旋轉(zhuǎn)的偏心塊產(chǎn)生離心力，強(qiáng)制振動(dòng)使路面壓實(shí)化。 安裝在連接板上的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)使偏心軸高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心力，使振動(dòng)壓碎運(yùn)動(dòng)。 安裝在偏心軸上的振幅調(diào)制裝置用于改變振動(dòng)的振幅。 在路閘機(jī)中引入振動(dòng)，使路面密度從90%提高到95%以上，進(jìn)而提高其工作質(zhì)量和壽命，在道路建設(shè)工作中具有非常重要的意義。5 .振動(dòng)成形和整形工藝?yán)谜駝?dòng)成形金屬材料或松散的材料(包括塑性加工)，與靜力的情況相比，通過成形，能夠顯著降低能量消耗，提高成形工件的品質(zhì)。 實(shí)驗(yàn)表明，在金屬材料塑性加工過程中導(dǎo)入振動(dòng)可以降低能耗，提高工作效率和工件質(zhì)量。所謂振動(dòng)整形，就是通過振動(dòng)強(qiáng)制性地使袋子成為規(guī)則正確的形

9、狀，使收納和出貨變得容易。 振動(dòng)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)將袋子送入整形機(jī)臺(tái)形槽體時(shí)，整形機(jī)槽體因加振器而振動(dòng)，給整形板帶來沖擊，達(dá)到使袋子變平的目的。6 .振動(dòng)時(shí)效過程和應(yīng)用由于振動(dòng)時(shí)效能在一定程度上消除金屬構(gòu)件的內(nèi)部殘馀應(yīng)力，使工件加工后的尺寸和形狀穩(wěn)定，目前已被國(guó)內(nèi)外廣泛采用。 振動(dòng)時(shí)效是指通過對(duì)工件施加周期性的應(yīng)力，使工件在其共振頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生振動(dòng)。 該周期性應(yīng)力反復(fù)推進(jìn)金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的金屬原子的位置偏移和晶格滑動(dòng)，緩和內(nèi)部應(yīng)力，使其均勻化。 振動(dòng)時(shí)效設(shè)備包括激勵(lì)裝置、試驗(yàn)裝置和動(dòng)應(yīng)力控制裝置。 振動(dòng)時(shí)效與熱時(shí)效相比具有操作簡(jiǎn)單、減少運(yùn)輸、縮短生產(chǎn)周

10、期、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)，是一個(gè)有應(yīng)用價(jià)值的節(jié)能工藝。7 .振動(dòng)診斷技術(shù)和振動(dòng)試驗(yàn)技術(shù)利用振動(dòng)信號(hào)的不同特征可以診斷機(jī)械和結(jié)構(gòu)的故障，利用模糊理論、灰色理論或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法分析和診斷振動(dòng)信號(hào)，在工業(yè)企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。 利用振動(dòng)原理測(cè)試機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng)位移、速度和加速度，判斷機(jī)械系統(tǒng)的健康狀況是一種簡(jiǎn)便有效的方法。8 .根據(jù)振動(dòng)原理進(jìn)行體育和健身活動(dòng)的機(jī)器和設(shè)備機(jī)械式振動(dòng)按摩器可以分為這一類。 機(jī)械式振動(dòng)按摩器等不同形式的健身和體育設(shè)備也是利用振動(dòng)的設(shè)備，現(xiàn)在已經(jīng)成為人們不可缺少的健身器具。9 .機(jī)械式醫(yī)療器械、設(shè)備和器具人工心臟和心臟起搏器均是利用振動(dòng)原理研究成功的醫(yī)療器具的例子。(4)非線性振動(dòng)利

11、用技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展；在前面列舉的振動(dòng)機(jī)械和機(jī)器中，根據(jù)其直線性和非線性的特性，可以分為直線性或者擬直線性(接近直線性)和非線性兩種。 有些非線性振動(dòng)機(jī)械和儀器設(shè)備為了獲得良好的工作效果，有的采用系統(tǒng)的非線性特性，有的采用工作中自然存在的非線性特性。目前，利用非線性振動(dòng)系統(tǒng)和非線性振動(dòng)特性的技術(shù)發(fā)展迅速，其具體內(nèi)容可簡(jiǎn)單介紹如下。1 .利用具有分段摩擦或沖擊和分段慣性力的振動(dòng)系統(tǒng)在振動(dòng)機(jī)械中，機(jī)體中的材料為了產(chǎn)生相對(duì)于機(jī)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即為了產(chǎn)生相對(duì)的滑動(dòng)和振動(dòng)，必須使振動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)產(chǎn)生成分的慣性力(拋物運(yùn)動(dòng))，這是保證振動(dòng)機(jī)械正常動(dòng)作的必要條件。 這種振動(dòng)機(jī)械有振動(dòng)進(jìn)給器、振動(dòng)輸送機(jī)、振動(dòng)篩、振動(dòng)

12、離心脫水機(jī)、振動(dòng)冷卻機(jī)等。2 .光滑非線性振動(dòng)系統(tǒng)的利用摩擦配置在正常動(dòng)作區(qū)間，是光滑非線性的振動(dòng)系統(tǒng)。 可以利用摩擦擺動(dòng)測(cè)量套筒和軸銷之間的摩擦系數(shù)，常用的有兩種方法，第一種方法是直接利用擺動(dòng)角的每個(gè)振動(dòng)周期的衰減值來計(jì)算摩擦系數(shù)的大小。 第二種方法是利用鐘擺的工作原理測(cè)量和修正摩擦系數(shù)。 后者的方法更為正確。在共振狀態(tài)下工作的振動(dòng)機(jī)械中，有電磁振動(dòng)送料器、近共振型振動(dòng)輸送機(jī)、共振篩等振幅不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。 振幅不穩(wěn)定可能不利地影響機(jī)器的操作性能，并且為了消除前述缺點(diǎn)，可采用具有光滑且硬的非線性恢復(fù)力的振動(dòng)系統(tǒng)。為了消除一般的電磁振動(dòng)進(jìn)給器的振幅變得不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，提出了將主共振板簧的兩端固定部位

13、做成曲線形狀，隨著振幅的增大，板簧的工作長(zhǎng)度變短，隨著振幅的增大，彈簧剛性增加，增大這樣的振動(dòng)機(jī)的振幅的穩(wěn)定性。另外，硬式平滑的非線性振動(dòng)系統(tǒng)也能夠用于車輛的防振，但由于車輛的負(fù)荷經(jīng)常變化，因此能夠?qū)⒎勒駨椈稍O(shè)為硬式平滑的非線性的形狀，以便在車輛的負(fù)荷變化的情況下其固有振動(dòng)頻率不顯著變化。此外，光滑的非線性還有其他幾個(gè)應(yīng)用。3 .分段線性非線性振動(dòng)系統(tǒng)的利用分段線性非線性系統(tǒng)在工程中得到了非常廣泛的應(yīng)用，這種形式的非線性系統(tǒng)在振動(dòng)機(jī)械中的應(yīng)用非常普遍，如分段線性非線性振動(dòng)輸送機(jī)、非線性諧振篩、非線性振動(dòng)離心脫水機(jī)、振動(dòng)搖床和振動(dòng)離心搖床等。 分段線性非線性振動(dòng)系統(tǒng)通常有三種形式：(1)使用全對(duì)

14、稱非對(duì)稱的硬段線性非線性振動(dòng)系統(tǒng)。(2)對(duì)稱和非對(duì)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)。由于這種非線性振動(dòng)系統(tǒng)有一些優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在仍在工程中繼續(xù)普及，今后有望進(jìn)一步發(fā)展。4 .非線性滯后系統(tǒng)的利用具有彈塑性變形的振動(dòng)系統(tǒng)屬于這種振動(dòng)系統(tǒng)。 例如振動(dòng)成形機(jī)、振動(dòng)壓路機(jī)、振動(dòng)打樁機(jī)、振動(dòng)打樁機(jī)等一些振動(dòng)機(jī)械，其振動(dòng)系統(tǒng)都屬于具有滯后恢復(fù)力的非線性振動(dòng)系統(tǒng)。 為了有效地進(jìn)行振動(dòng)成形和振動(dòng)壓實(shí)過程，塑性變形是不可缺少的，滯后曲線的面積需要盡可能地大。 這種振動(dòng)系統(tǒng)在工程中普遍存在。 這種振動(dòng)系統(tǒng)大體上有以下各種形態(tài)(1)包含對(duì)稱的平行四邊形的滯后恢復(fù)力的非線性振動(dòng)系統(tǒng)。(2)包含平滑閉合曲線的滯后恢復(fù)力的非線性振動(dòng)系統(tǒng)。(3)不被稱為滯后恢復(fù)力的振動(dòng)系統(tǒng)。(4)有間隙的有滯后恢復(fù)力的振動(dòng)系統(tǒng)。此外，波動(dòng)和波能利用技術(shù)、振動(dòng)在電磁光振蕩器中的應(yīng)用和發(fā)展、共振理論、自然界中的振動(dòng)現(xiàn)象和規(guī)律、“同步運(yùn)動(dòng)”理論和振動(dòng)現(xiàn)象和規(guī)律(股價(jià)上漲、經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)律、人的繁殖過程等)在人類社會(huì)中的應(yīng)用和發(fā)展也十分