振動技術在機械制造工程中的應用

龔戰(zhàn) 馬文書

摘要：本文主要講的是機械振動在機械工程中的應用。首先講述機械振動的發(fā)展史;然后對機械振動的種類進行了詳細的敘述;接著寫了機械振動的危害和應用;最后對機械振動在機械工程中的應用進行了闡述，如振動篩，冷卻及烘干振動機和振動清理及時效處理，并對它的發(fā)展加入個人看法。

關鍵詞：機械振動;機械振動的應用;機械工程

1引言

隨著機械工業(yè)和科學技術的發(fā)展，產(chǎn)品愈加復雜化，精度要求更高，性能要求更加穩(wěn)定與高效，因此，振動問題已經(jīng)成為必須解決的重要課題。振動是在日常生活和工程實際中普遍存在的一中現(xiàn)象，也是整個力學中最重要的研究領域之一。所謂機械振動，是指物體在平衡位置附近來回往復的運動。在機械振動過程中，表示物體運動特征的某些物理量將時而增大、時而減小地反復變化。在工程實際中，機械振動是非常普遍的，鐘表的擺動、車廂的晃動、橋梁與房屋的振動、飛行器與船舶的振動、機床與刀具的振動、各種動力機械的振動等，都是機械振動。機械振動常見的主要內(nèi)容是：提高機械系統(tǒng)的抗振能力，防止系統(tǒng)發(fā)生共振的方法，避免系統(tǒng)發(fā)生自振，減振與隔振，噪聲控制等等。

2機械振動的種類

機械振動有不同的分類方法。按產(chǎn)生振動的原因可分為自由振動、受迫振動和自激振動;按振動的規(guī)律可分為簡諧振動、非諧周期振動和隨機振動;按振動系統(tǒng)結構參數(shù)的特性可分為線性振動和非線性振動;按振動位移的特征可分為扭轉(zhuǎn)振動和直線振動。

2.1自由振動

自由振動：去掉激勵或約束之后，機械系統(tǒng)所出現(xiàn)的振動。振動只靠其彈性恢復力來維持，當有阻尼時振動便逐漸衰減。自由振動的頻率只決定于系統(tǒng)本身的物理性質(zhì)，稱為系統(tǒng)的固有頻率。

2.2受迫振動

受迫振動：機械系統(tǒng)受外界持續(xù)激勵所產(chǎn)生的振動。簡諧激勵是最簡單的持續(xù)激勵。受迫振動包含瞬態(tài)振動和穩(wěn)態(tài)振動。在振動開始一段時間內(nèi)所出現(xiàn)的隨時間變化的振動，稱為瞬態(tài)振動。經(jīng)過短暫時間后，瞬態(tài)振動即消失。系統(tǒng)從外界不斷地獲得能量來補償阻尼所耗散的能量，因而能夠作持續(xù)的等幅振動，這種振動的頻率與激勵頻率相同，稱為穩(wěn)態(tài)振動。例如，在兩端固定的橫梁的中部裝一個激振器，激振器開動短暫時間后橫梁所作的持續(xù)等幅振動就是穩(wěn)態(tài)振動，振動的頻率與激振器的頻率相同。系統(tǒng)受外力或其他輸入作用時，其相應的輸出量稱為響應。當外部激勵的頻率接近系統(tǒng)的固有頻率時，系統(tǒng)的振幅將急劇增加。激勵頻率等于系統(tǒng)的共振頻率時則產(chǎn)生共振。在設計和使用機械時必須防止共振。例如，為了確保旋轉(zhuǎn)機械安全運轉(zhuǎn)，軸的工作轉(zhuǎn)速應處于其各階臨界轉(zhuǎn)速的一定范圍之外。

2.3自激振動

自激振動：在非線性振動中，系統(tǒng)只受其本身產(chǎn)生的激勵所維持的振動。自激振動系統(tǒng)本身除具有振動元件外，還具有非振蕩性的能源、調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)和反饋環(huán)節(jié)。因此，不存在外界激勵時它也能產(chǎn)生一種穩(wěn)定的周期振動，維持自激振動的交變力是由運動本身產(chǎn)生的且由反饋和調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)所控制。振動一停止，此交變力也隨之消失。自激振動與初始條件無關，其頻率等于或接近于系統(tǒng)的固有頻率。如飛機飛行過程中機翼的顫振、機床工作臺在滑動導軌上低速移動時的爬行、鐘表擺的擺動和琴弦的振動都屬于自激振動

3機械振動的危害與益處

機械振動在機械行業(yè)既有有利的一面，同時，也有著有害的一面。對于有利的一面，我們要予以利用;對于對人類有害的部分，我們要盡量減小，甚至避免。

在機械工業(yè)和其它工業(yè)部門存在著難以計數(shù)的有害振動問題，這些問題常會引起巨大的損失，給人類的生產(chǎn)、生活帶來難以想象的問題。以振動工程的理論、技術和方法來研究與解決這些問題，是當務之急。

當振動量超過允許的范圍，振動會加劇，影響機器零件的工作性能，使機器的零部件產(chǎn)生附加動載荷，減小零件的壽命。

對于大型、高速回轉(zhuǎn)的機械，因動態(tài)失穩(wěn)而造成的重大惡性事故，已經(jīng)發(fā)生數(shù)次。大型發(fā)電機機組由于急劇上升的振動可在幾十秒鐘之造成徹底解體，造成大量損失。甚至國外某些核電站發(fā)生事故就是由于這種原因造成的。

在生產(chǎn)制造過程中，由于機械振動現(xiàn)象的存在，使生產(chǎn)出來的產(chǎn)品無法達到所要求的精度，造成大量的經(jīng)濟損失。

大型工程結構因振動而引起的事故也時有發(fā)生。歷史上發(fā)生過由于正步行進造成共振現(xiàn)象使橋發(fā)生坍塌現(xiàn)象。近代還發(fā)生過大型橋梁或冷卻塔因“風激振動”而斷裂、倒塌的事故。油輪由于在海上發(fā)生振動造成船體斷裂，究其原因，也是機械振動問題所致。

4機械振動在機械工程中的應用

4.1振動篩

由于振動篩分在篩分過程中各個物料顆粒均處于運動狀態(tài)，且在篩面上作拋擲運動，因而篩分效率高，故在砂處理系統(tǒng)中基本上都采用振動篩。但目前所用的振動篩基本上只有直線振動篩和單軸圓振動兩種機型，這兩種篩子適用于新砂和水分不高的舊砂篩分。振動篩是一種多行業(yè)、用途廣泛的篩分設備，在一定的條件下它在砂處理中的應用更顯示出其優(yōu)越性。目前國內(nèi)砂處理線上應用的多是中小型振動篩，國外已有每小時處理舊砂能力達700噸的直線振動篩。

4.2冷卻及烘干振動機

冷卻及烘干振動機以對流傳熱方式為主的冷卻和烘干機的工作原理是相同的，即促進物料與氣流的充分接觸而進行熱交換。僅以熱交換的條件來看，攪拌式冷卻器內(nèi)運轉(zhuǎn)時只有部分物料處于動態(tài)，且攪拌摩擦所產(chǎn)生的部分熱量又會傳給物料。且在振動過程中全部物料均處于動態(tài)，且自上而下的各料層之間的沖擊速度遞減，這不僅使總料層厚度膨脹，且越接近振動床面的料層間隙越大，有利于氣流通過，為熱交換創(chuàng)造了條件。我國在振動流態(tài)化烘干及冷卻技術方面曾進行過許多研究工作，自二十世紀七十年代初在北京瑪鋼廠使用以來也積累了不少經(jīng)驗。

4.3振動清理及時效處理

振動清理及時效處理，在國外鑄件清理機械基本上每隔十年就有一個新的突破性發(fā)展。從二十世紀60年代的間歇式拋丸滾筒，到70年代的匪續(xù)拋丸清理滾筒、80年代的振動拋丸清理滾筒，90年代發(fā)展為振動連續(xù)拋丸清理滾筒。無論從設備還是從清理工藝來看，振動連續(xù)拋丸清理部具有顯著的特點和優(yōu)點，鑄件軸向運動的同時做高速翻轉(zhuǎn)，且其速度可隨零件要求的不同而進行調(diào)節(jié)，因而鑄件的各個部位都可得到很好地清理。既可單個鑄件依次進入滾筒進行清理，也可大小不同的鑄件混合清理;既適合于發(fā)動機一類的短鑄件的清理，也適合曲軸一類長鑄件的清理。從清理質(zhì)量和效益來看，振動連續(xù)拋丸清理是很有發(fā)展前途的清理技術。

結語

機械振動問題廣泛存在于機械工業(yè)領域。它所造成的危害是我們必須解決的問題，因此，機械振動的控制與研究已經(jīng)成為整個行業(yè)必須重視的問題。與此同時，機械振動也有著對人類有用的一面，人類利用機械振動可以完成不同的工藝過程。因此，機械振動是一把雙刃劍，對于有益的方面，我們加以利用，而對于危害我們?nèi)粘Ｉ畹姆矫?，我們要盡量加以避免。

參考文獻

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作者簡介：

龔戰(zhàn)（1989-）男，漢，中核檢修有限公司大連分公司，初級工程師，研究方向：機械。

馬文書（1990-）男，漢，中核檢修有限公司大連分公司，初級工程師，研究方向：機械。