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

1、實(shí)際生活中的機(jī)械振動(dòng)以及利用有益的振動(dòng)陳欣20110238（一）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)際中普遍存在的一種現(xiàn)象。實(shí)際上，人類就生活在振動(dòng)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(dòng)著。房屋建筑、橋梁水壩等在受到激勵(lì)后也會(huì)發(fā)生振動(dòng)。就連茫茫的宇宙中，也到處存在著各種形式的振動(dòng)，如風(fēng)、雨、雷、電等隨時(shí)間不斷變化，從廣義的角度來解釋，就是特殊形式的振動(dòng)（或波動(dòng)），而電磁波不停地在以振動(dòng)的方式發(fā)射和傳播。就人類的身體來說，心臟的跳動(dòng)、肺葉的擺動(dòng)、血液的循環(huán)、胃腸的蠕動(dòng)、腦電的波動(dòng)、肌肉的搐動(dòng)、耳膜的振動(dòng)和聲帶的振動(dòng)等，在某種意義上來說也是一種振動(dòng)，就連組成人類自

2、身的原子，也都在振動(dòng)著。所謂機(jī)械振動(dòng)，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(dòng)。在機(jī)械振動(dòng)過程中，表示物體運(yùn)動(dòng)特征的某些物理量（如位移，速度,加速度等）將時(shí)而增大、時(shí)而減小地反復(fù)變化。在工程實(shí)際中，機(jī)械振動(dòng)是非常普遍的，鐘表的擺動(dòng)、車廂的晃動(dòng)、橋梁與房屋的振動(dòng)、飛行器與船舶的振動(dòng)、機(jī)床與刀具的振動(dòng)、各種動(dòng)力機(jī)械的振動(dòng)等，都是機(jī)械振動(dòng)。工程中有大量的振動(dòng)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(dòng)問題也就越來越突出，因此掌握振動(dòng)規(guī)律就顯得十分重要了。只有掌握了振動(dòng)規(guī)律和特征以后，才能有效地利用振動(dòng)的有益方面

3、并限制振動(dòng)的有害方面。（二）利用有益的振動(dòng)在日常生活中，人們往往只看到了振動(dòng)帶了的危害。例如，運(yùn)載工具的振動(dòng)會(huì)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(huì)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(duì)于有害振動(dòng)來說，往往需要采取有效措施對(duì)振動(dòng)加以限制以至消除。但是振動(dòng)并非都是有害的，在許多方面合理地利用振動(dòng)也能給人類造福，改善人民的生活。例如，撥動(dòng)琴弦能發(fā)出美妙動(dòng)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(dòng)打樁、振動(dòng)撥樁以及混凝土灌注時(shí)的振動(dòng)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(shí)裝置和通信系統(tǒng)使用的諧振器等都是由于振動(dòng)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(cè)、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(dòng)提高石油產(chǎn)量；海洋工程方面，海浪波動(dòng)的能量可以用來發(fā)電；在許多工礦企業(yè)，可以利用振動(dòng)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(dòng)原理而工作的機(jī)器（振動(dòng)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(dòng)機(jī)有百余種之多。例如，振動(dòng)給料機(jī)、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)光飾機(jī)、動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)和振動(dòng)破碎機(jī)、振動(dòng)壓路機(jī)、振動(dòng)攤鋪機(jī)、

5、振動(dòng)冷凍機(jī)、倉(cāng)壁振動(dòng)器、振動(dòng)夯土機(jī)、振搗器、振動(dòng)沉撥樁機(jī)和各種形式的激振器等，這些振動(dòng)機(jī)械在各個(gè)工業(yè)部門已發(fā)揮了重要作用。目前國(guó)內(nèi)外科技工作者正在努力從事振動(dòng)利用工程方面的研究，并已在振動(dòng)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(dòng)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(dòng)、線性和非線性隨機(jī)振動(dòng)等的利用技術(shù)多數(shù)是通過能產(chǎn)生振動(dòng)的機(jī)械設(shè)備或儀器，即振動(dòng)機(jī)械或振動(dòng)儀器來完成的，振動(dòng)機(jī)械或振動(dòng)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(dòng)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(cè)示、檢測(cè)和診斷以

6、及其他用途等。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，振動(dòng)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(guó)防以及人類生活的各個(gè)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(dòng)的新工藝不斷出現(xiàn)，下面舉出若干應(yīng)用實(shí)例：1 .振動(dòng)篩分原理振動(dòng)篩主要分為直線振動(dòng)篩、圓振動(dòng)篩。振動(dòng)篩采用偏心激振器及偏心塊調(diào)節(jié)振幅，振動(dòng)篩工作時(shí)，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(dòng)篩網(wǎng)運(yùn)動(dòng)，使篩網(wǎng)上的物料受激振力作用而周期性的運(yùn)動(dòng)，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(jí)用。2 .振動(dòng)干燥工藝干燥是工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)復(fù)雜的工藝過程，該種工藝是近20年來振動(dòng)利用發(fā)展的一項(xiàng)技術(shù)。振動(dòng)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(dòng)，使得機(jī)內(nèi)物料處于懸浮沸騰的流化狀態(tài)，利用對(duì)流、傳導(dǎo)或輻射加熱即可進(jìn)行振動(dòng)流化干燥作業(yè)。振動(dòng)流化干燥機(jī)有多種型式，慣性式振動(dòng)干燥機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中最為普遍。3 .振動(dòng)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(shí)，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(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(dòng)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(dòng)攤鋪及振動(dòng)壓路振動(dòng)攤鋪機(jī)和振動(dòng)壓路機(jī)是筑路作業(yè)中的關(guān)鍵設(shè)備，是振動(dòng)在筑路工程中的典型應(yīng)用實(shí)例。振動(dòng)攤鋪機(jī)的工作過程是：先將物料撒布在整個(gè)寬度上，利用熨平機(jī)構(gòu)的激振器對(duì)被攤鋪物料進(jìn)行壓實(shí)。振動(dòng)系統(tǒng)決定了對(duì)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(dòng)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(dòng)碾做強(qiáng)迫振動(dòng)壓實(shí)路面。裝在連接板的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，帶動(dòng)偏心軸高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力使振動(dòng)碾運(yùn)動(dòng)。裝在偏心軸上的調(diào)幅裝置用于改變振動(dòng)的振幅。由于在壓路機(jī)中引

9、入振動(dòng)，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(dòng)成型與整形工藝?yán)谜駝?dòng)對(duì)金屬材料或松散物料進(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(dòng)，可以降低能耗、提高工效與工件質(zhì)量。振動(dòng)整形就是通過振動(dòng)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(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(dòng)，沖擊整形板，從而達(dá)到使料袋平整的目的。6 .振動(dòng)時(shí)效工藝及應(yīng)用用振動(dòng)時(shí)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(guó)內(nèi)外廣泛采用。振動(dòng)時(shí)效就是通過對(duì)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(dòng)。這種周期性應(yīng)力反復(fù)推動(dòng)金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的金屬原子錯(cuò)位和晶格滑移，使內(nèi)應(yīng)力松弛和均化。振動(dòng)時(shí)效設(shè)備，一般包括激振裝置、測(cè)試裝置和動(dòng)應(yīng)力控制裝置。同熱時(shí)效相比，振動(dòng)時(shí)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(dòng)診斷技術(shù)與振動(dòng)測(cè)試工藝?yán)谜駝?dòng)信號(hào)的不同特征可以對(duì)機(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(duì)振動(dòng)信號(hào)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(dòng)原理對(duì)

11、機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng)位移、速度和加速進(jìn)行測(cè)試，從而判斷機(jī)械系統(tǒng)的健康狀態(tài)是一種簡(jiǎn)便和有效的方法。8 .以振動(dòng)原理進(jìn)行體育與健身活動(dòng)的儀器和設(shè)備機(jī)械式振動(dòng)按摩器可歸為這一類。機(jī)械式振動(dòng)按摩器等不同形式的健身與體育設(shè)備也是利用振動(dòng)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(dòng)原理研究成功的醫(yī)療器具范例。（四）非線性振動(dòng)利用技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展在前面列舉的振動(dòng)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(dòng)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(shí)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(dòng)系統(tǒng)或非線性振動(dòng)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(jiǎn)單介紹。1 .具有分段摩擦或具有沖擊和分段慣性力振動(dòng)系統(tǒng)的利用在振動(dòng)機(jī)械中，為了使機(jī)體中的物料對(duì)機(jī)體產(chǎn)生相對(duì)于運(yùn)動(dòng)，即產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)或跳動(dòng)，就必須使振動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)中產(chǎn)生分量的慣性力（拋擲運(yùn)動(dòng)），這是保證振動(dòng)機(jī)械實(shí)現(xiàn)正常工作的必要條件。這類振動(dòng)機(jī)械有振動(dòng)給料機(jī)、振動(dòng)輸送機(jī)、振動(dòng)篩、振動(dòng)離心脫水機(jī)和振動(dòng)冷卻機(jī)等。2 .光滑非線性振動(dòng)系統(tǒng)的利用摩擦擺在正常工作區(qū)間，屬于光滑非線性的振動(dòng)系統(tǒng)。利用摩擦擺可以測(cè)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(dòng)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(duì)摩擦系數(shù)進(jìn)行測(cè)量與計(jì)算。后一種方法更為準(zhǔn)確。對(duì)于一些在共振情況下工作的振動(dòng)機(jī)械，往往存在振幅不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，例如,電磁振動(dòng)給料機(jī)、近共振型振動(dòng)輸送機(jī)和共振篩等。振幅不穩(wěn)定會(huì)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(dòng)系統(tǒng)。為了消除一般電磁振動(dòng)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(zhǎng)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(dòng)機(jī)振幅的穩(wěn)定性。止匕外，硬式光滑非線性振動(dòng)系統(tǒng)，也可以用于車輛的隔振，由于車輛的負(fù)載時(shí)

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(dòng)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(dòng)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(dòng)輸送機(jī)、非線性共振篩、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)通常包括以下三種形式：(1)用全對(duì)稱與不對(duì)稱的硬式分段線性非線性振動(dòng)系統(tǒng)。(2)對(duì)稱與不對(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)。由于該種非線性振動(dòng)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(huì)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(dòng)系統(tǒng)屬于這類振動(dòng)系統(tǒng)。例如，振動(dòng)成型機(jī)、振動(dòng)壓路機(jī)、振動(dòng)夯土機(jī)、振動(dòng)沉撥樁機(jī)等一些振動(dòng)機(jī)械，具振動(dòng)系統(tǒng)都屬于帶有滯回恢復(fù)力的非線性振動(dòng)系統(tǒng)。為了使振動(dòng)成型或振動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)普遍存在。這類振動(dòng)系統(tǒng)中大體可有以下多種形式：(1)含對(duì)稱的平行四邊形的滯回恢復(fù)力的非線性振動(dòng)系統(tǒng)。(2)含光滑封閉曲線的滯回恢復(fù)力的非線性振動(dòng)系統(tǒng)。(3)不對(duì)稱滯回恢復(fù)力的振動(dòng)系統(tǒng)。(4)帶有間隙的滯回恢復(fù)力的振動(dòng)系統(tǒng)。止匕外，振動(dòng)在波動(dòng)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(dòng)現(xiàn)象與規(guī)律，“同步運(yùn)動(dòng)”理論和人類社會(huì)中的振動(dòng)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