實際生活中的機械振動以及利用有益的振動

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

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

3、工具的振動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械設備、橋梁結(jié)構及飛機的破壞的地震給人民的生命財產(chǎn)帶來了很大的損失。 對于有害的振動，大多需要采取有效的措施來限制和消除振動。 但是，振動并非都有害，在許多方面合理利用振動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，振動灌注樁、振動灌注樁及混凝土灌注時的振動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、電視、收音機、可編程電話等很多電子部件， 電子時間修正裝置和通信系統(tǒng)使用的諧振器等在振動有效工程地質(zhì)方面，利用超聲波進行檢測

4、、地質(zhì)勘探和油水混合以及油水分離的石油開采，利用振動還可以提高石油產(chǎn)量在海洋工程中可以將波動的能量用于發(fā)電在許多工礦企業(yè)中，利用振動近40年來，應用振動原理工作的機械(振動機械)迅速發(fā)展。 據(jù)不完全統(tǒng)訂，目前工業(yè)生產(chǎn)使用的振動機種以百馀種居多。 如振動進料器、振動輸送機、振動整形機、振動篩、振動離心脫水機、振動干燥機、振動冷卻機、振動球磨機、振動光裝飾機、動平衡試驗機和振動破碎機、振動負載機、振動鋪設機、振動冷凍機、倉壁振子、振動夯土機、搗固機，目前國內(nèi)外科技人員均從事振動利用工程方面的研究(3)振動設備及相關技術的應用與發(fā)展；線性及非線性振動、線性及非線性隨機振動等利用技術多由能夠產(chǎn)生振動的

5、機械設備或設備，即振動機械或振動設備完成，振動機械或振動設備作為特殊的設備或裝置在工程中被廣泛應用。振動機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、打刻和打刻、試驗和測定、檢驗和診斷、其他用途等。 根據(jù)初步的統(tǒng)訂，振動機械和儀器的用途達到百馀種，這些機械和儀器在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、防衛(wèi)以及人類生活的各個方面都發(fā)揮著重要的作用。隨著科學技術的發(fā)展，利用振動的新技術陸續(xù)出現(xiàn)，現(xiàn)舉幾個應用實例1 .振動篩分的原理振動篩主要分為直線振動篩、圓振動篩。 振動篩使用偏心振動器和偏心塊調(diào)節(jié)振幅，在振動篩工作時，兩個馬達同步反轉(zhuǎn)，在振動器上產(chǎn)生激振力，在篩體上驅(qū)動篩網(wǎng)，在篩網(wǎng)上的材

6、料上作用激振力，使其進行周期性的運動，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。2 .振動干燥工序干燥是工業(yè)生產(chǎn)中一個復雜的過程，該過程是近20年來振動利用發(fā)展的技術。 振動流化床是在普通流化床的基礎上發(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，使機內(nèi)材料處于浮動沸騰的流動狀態(tài)，利用對流、傳導或輻射加熱進行振動流化干燥作業(yè)。 振動流化干燥機有多種類型，慣性式振動干燥機在實用上最普遍。3 .振動破碎機的應用材料破碎是工礦企業(yè)應用比較廣泛的過程，大部分開采的礦物原料需要破碎和粉碎。 以往的破碎機的破碎方法有很大的限制，例如，材料

7、的抗壓強度的極限達到2X108Pa時，破碎過程的能量消耗變高，難以破碎，對材料進行過度研磨，使用的設備也很復雜。 振動破碎工藝的發(fā)展克服了傳統(tǒng)工藝的缺點，慣性振動圓錐破碎機利用偏心塊產(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。 慣性振動圓錐破碎機的破碎比遠大于常規(guī)圓錐破碎機，并且可以大范圍調(diào)節(jié)，在中細碎作業(yè)中有著廣闊的應用前景。4 .振動墊及振動壓路振動鋪路機和振動壓路機是道路建設工作中的重要設備，是道路建設工程中振動的典型應用實例。 振動鋪設機的工作是，首先在整個寬度上散布材料，用熨斗機構的加振器壓實被鋪設材料。 振動系統(tǒng)是決定材料對鋪地的生產(chǎn)效率和密切效果，決定鋪地質(zhì)量的重要系

8、統(tǒng)之一。振動壓力回路機通過高速旋轉(zhuǎn)的偏心塊產(chǎn)生離心力，強制振動使路面壓實化。 安裝在連接板上的驅(qū)動馬達使偏心軸高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心力，使振動壓碎運動。 安裝在偏心軸上的振幅調(diào)制裝置用于改變振動的振幅。 在路閘機中引入振動，使路面密度從90%提高到95%以上，進而提高其工作質(zhì)量和壽命，在道路建設工作中具有非常重要的意義。5 .振動成形和整形工藝利用振動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)。 實驗表明，在金屬材料塑性加工過程中導入振動可以降低能耗，提高工作效率和工件質(zhì)量。所謂振動整形，就是通過振動強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。 振動整形機廣泛應用于化工、食品等工業(yè)部門。 其工作原理是，當輸送機將袋子送入整形機臺形槽體時，整形機槽體因加振器而振動，給整形板帶來沖擊，達到使袋子變平的目的。6 .振動時效過程和應用由于振動時效能在一定程度上消除金屬構件的內(nèi)部殘馀應力，使工件加工后的尺寸和形狀穩(wěn)定，目前已被國內(nèi)外廣泛采用。 振動時效是指通過對工件施加周期性的應力，使工件在其共振頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生振動。 該周期性應力反復推進金屬內(nèi)部結(jié)構中的金屬原子的位置偏移和晶格滑動，緩和內(nèi)部應力，使其均勻化。 振動時效設備包括激勵裝置、試驗裝置和動應力控制裝置。 振動時效與熱時效相比具有操作簡單、減少運輸、縮短生產(chǎn)周

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

11、用技術的應用與發(fā)展；在前面列舉的振動機械和機器中，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。 有些非線性振動機械和儀器設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，利用非線性振動系統(tǒng)和非線性振動特性的技術發(fā)展迅速，其具體內(nèi)容可簡單介紹如下。1 .利用具有分段摩擦或沖擊和分段慣性力的振動系統(tǒng)在振動機械中，機體中的材料為了產(chǎn)生相對于機體的相對運動，即為了產(chǎn)生相對的滑動和振動，必須使振動機的系統(tǒng)產(chǎn)生成分的慣性力(拋物運動)，這是保證振動機械正常動作的必要條件。 這種振動機械有振動進給器、振動輸送機、振動篩、振動

12、離心脫水機、振動冷卻機等。2 .光滑非線性振動系統(tǒng)的利用摩擦配置在正常動作區(qū)間，是光滑非線性的振動系統(tǒng)。 可以利用摩擦擺動測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角的每個振動周期的衰減值來計算摩擦系數(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)下工作的振動機械中，有電磁振動送料器、近共振型振動輸送機、共振篩等振幅不穩(wěn)定的缺點。 振幅不穩(wěn)定可能不利地影響機器的操作性能，并且為了消除前述缺點，可采用具有光滑且硬的非線性恢復力的振動系統(tǒng)。為了消除一般的電磁振動進給器的振幅變得不穩(wěn)定的缺點，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，板簧的工作長度變短，隨著振幅的增大，彈簧剛性增加，增大這樣的振動機的振幅的穩(wěn)定性。另外，硬式平滑的非線性振動系統(tǒng)也能夠用于車輛的防振，但由于車輛的負荷經(jīng)常變化，因此能夠?qū)⒎勒駨椈稍O為硬式平滑的非線性的形狀，以便在車輛的負荷變化的情況下其固有振動頻率不顯著變化。此外，光滑的非線性還有其他幾個應用。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)在工程中得到了非常廣泛的應用，這種形式的非線性系統(tǒng)在振動機械中的應用非常普遍，如分段線性非線性振動輸送機、非線性諧振篩、非線性振動離心脫水機、振動搖床和振動離心搖床等。 分段線性非線性振動系統(tǒng)通常有三種形式：(1)使用全對

14、稱非對稱的硬段線性非線性振動系統(tǒng)。(2)對稱和非對稱的軟式分段線性非線性系統(tǒng)。(3)復合或復雜形式的分段線性非線性系統(tǒng)。由于這種非線性振動系統(tǒng)有一些優(yōu)點，現(xiàn)在仍在工程中繼續(xù)普及，今后有望進一步發(fā)展。4 .非線性滯后系統(tǒng)的利用具有彈塑性變形的振動系統(tǒng)屬于這種振動系統(tǒng)。 例如振動成形機、振動壓路機、振動打樁機、振動打樁機等一些振動機械，其振動系統(tǒng)都屬于具有滯后恢復力的非線性振動系統(tǒng)。 為了有效地進行振動成形和振動壓實過程，塑性變形是不可缺少的，滯后曲線的面積需要盡可能地大。 這種振動系統(tǒng)在工程中普遍存在。 這種振動系統(tǒng)大體上有以下各種形態(tài)(1)包含對稱的平行四邊形的滯后恢復力的非線性振動系統(tǒng)。(2)包含平滑閉合曲線的滯后恢復力的非線性振動系統(tǒng)。(3)不被稱為滯后恢復力的振動系統(tǒng)。(4)有間隙的有滯后恢復力的振動系統(tǒng)。此外，波動和波能利用技術、振動在電磁光振蕩器中的應用和發(fā)展、共振理論、自然界中的振動現(xiàn)象和規(guī)律、“同步運動”理論和振動現(xiàn)象和規(guī)律(股價上漲、經(jīng)濟發(fā)展規(guī)律、人的繁殖過程等)在人類社會中的應用和發(fā)展也十分