机械振动论文

机械振动论文 机械振动在机械中的应用 成晓 (江苏师范大学，江苏 连云港 222000) 摘要:本文综述了机械振动在机械工程中的应用。首先分析了机械振 动的危害;然后提出了控制或减小振动的主要途径;最后举例说明机械振 动在机械工程中的应用。 关键词:机械振动;机械工程;振动筛 Mechanical vibration and its applications in mechanical engineering Cheng Xiao (Jiangsu Normal University ,Jiangsu, Lianyungang 222002) Abstract: This paper intends to elaborate the applications of mechanical vibration in mechanical engineering. Firstly, the reasons of mechanical vibration are analyzed. Secondly, the main methods to control and decrease the vibration are presented in detail. Finally, examples are present to show the application of mechanical vibration in Mechanical Engineering Keywords: Mechanical vibration; mechanical engineering ; oscillating screen 一 机械振动 机械振动也简称为振动，物理学上是这样给它定义的:物体在平衡位 置附近做往复运动的运动。在现实生活中我们能看到很多机械都是运用机械振动这一学说理论来建造出来的。比如筛分设备、输送设备、给料设备、粉碎设备等等机械设备都是将理论运用到现实生活中的结果。 二 振动的危害 1. 引起噪声污染 2. 影响精密仪器设备的功能，降低机械加工的精度和光洁度; 3. 加剧构件的疲劳和磨损，缩短机器和结构物的使用寿命; 4. 消耗机械系统的能量，降低机器效率; 5. 使结构系统发生大变形而破坏，甚至造成灾难性的事故，有些桥梁等建筑物就是由于振动而塌毁; 6. 机翼的颤振、机轮的摆振和航空发动机的异常振动，曾多次造成飞行事故; 7. 恶化飞机和车船的乘载条件，等等。 振动引起的转子系统破坏 三 控制振动的主要途径 1. 振源控制 振源控制贯穿于设计，制造乃至使用的全过程，体现在诸如改善发动机平衡性能、动力学性能、零部件的加工与装配精度等。发动机在工作中产生振动的形式是多样的，主要原因有:发动朵重心周期性移动，往复运动件沿气缸上下作用的惯性力，所有旋转运动件的离心惯性力，气体压力交替作用引起曲轴回转周期变化等。这些不平衡力和力矩通常可以通过附加平衡轴和安装平衡块来消除或削弱，还呆以通过改变发动机结构设计参 数来调整系统的固有频率，避免结构共振，改进系统振动特性。如通过对机体的模态分析和有限元计算，来研究机体的固有频率的振型等。削弱激振源和避免共振首先应从设计阶段考虑，要在整体设计中贯穿系统工程思想，充分应用现代设计方法，如有限元设计，可靠性设计，稳健设计，优化设计，计算机畏助设计以及智能系统和专家系统设计。 2. 振动的隔离 (1) 橡胶隔振 传统的发动机采用弹性支承降低振动，隔振装置结构简单，成本低，性能可靠。橡胶支承一般安装在车架上，根据受力情况分为压缩型，剪切型和压缩-剪切复合型等。压缩型结构简单，制造容易，应用广泛，且由于自振频率较高，一般限于垂直方向上使用。剪切型自振频率较低，但强度不高。压缩-剪切复合型综合了前面两种结构的优点可以满足耐 久性和可靠性要求。这是目前国内外最广泛采用的。为了使隔振橡胶支承系统具有较好的减振性能参数求一具方向的弹簧常数不变，其他方向刚度加强的情况下，可采取在橡胶中间加入钢板来改变缩剪切的弹簧常数。这样也可使旬形尺寸减小。 (2) 螺旋钢丝绳隔振 钢丝绳作为减振元件具有低频大阻尼的高频低刚度的变参数性能，因而能有效地降低机体振动。与传统的橡胶减振器相比。具有抗油、抗腐蚀、抗温差、抗高温、耐老化以及体积小等优点，隔振效果主要取决于它的非线性迟滞特性。 (3)液压隔振 液压支承系统是传统橡胶支承与液压阻尼组成一体的结构，在低频率范围内能提供 较大的阻尼，对发动机大幅值振动起到迅速衰减的作用，中高频时具有较低的动刚度，能有 并行地降低驾使室内的振动与噪声。 3. 工程机械发动机振动的控制 工程上有时无法避免共振。因此，常用增大系统阻尼或用动力吸振器来减少振动响应。动力吸振器属于窄频带控制，采用粘弹性阻尼是在宽带频率下抑制振动的有效方法。高分子粘弹性阻尼材料具有很高的能量损耗，当振动传到阻尼材料时，在材料内部产生拉伸，弯曲，剪切等变形，从而消耗大量的振动能量，使振动衰减。采用阻尼技术减振的主要优点是不必改变原结构，不需增加辅助设备，不需要外部能源，占用有效空间少，是一种很有前途的减振降噪。 传统的减振系统无论如何优化设计都不可能在全频率范围内对发动机振动实施有效抑制。自20世纪年代以来，工业发达国家开始研究基于振动控制的减振系统。振动控制系统有被动控制、半主动控制和主动控制三类。 (1)被动控制系统 被动控制无人外部能量，结构简单，成本低，是最常用的振动控制系统。其中，液压减振系统性有较好。被动液压减振系统的结构类型有两室式(包括简单式、惯性贯通式，解耦式，液压共振式和多室式)之分。由于这种控制系统在工作过程中不能调节阻尼大小，可抑制的振动频率范围较窄，因此减振效果有限。 (2)半主动控制系统 半主动控制是指根据输入信号(如发动机激励，路况，行驶状态和载荷等)利用低功率作动器调节系统参数，来优化系统动力学特性，实现最佳减振。半主动控制常用开环控制系统，应用开关式控制或分段式控制策略，因而在发动机的随机激励和其他外界激励的作用下使得减振系统具有较强的非线性动力特性。 (3) 主动控制系统 主动控制系统是指控制单元利用作动器来抑制响应点产生的振动，以实现最佳效果。主动控制减振系统应用线性实时优化调节技术，采用闭环控制。目前大多采用流体传动控制或伺服电机驱动控制。文献4提出了一种主动控制吸振技术，并成功地应用在4135G型柴油机上。文献5根据内燃杨振动特点与规律研制了一种电磁式有源控制吸振器，提出一种有源吸振器与被动隔振技术相结合的新型控制系统，实现了对内燃机基频振动的跟踪消减。并在4135G型柴油机上试验成功。文献6对发动机周期激励下的主动隔振时行了实验研究，利用上层质量间相对位移为控制参数。取得很好的效果。主动控制的方法很多，发动机主要采用最优控制法和自动。 四 机械振动的利用 “振动利用工程学” 是20世纪后半期逐渐形成和发展起来的一门新学科，振动利用工程的发展使世人瞩目。就振动机械来说，目前已成功应用于工矿企业中的振动机器已发展到数百种之多，在许多部门，如采矿、冶金、煤炭、石油化工、机械、电力、水利、土木、建筑、建材、铁路、公路交通、轻工、食品和谷物加工、农田耕作以及在人类日常生活过程中，数以万计的振动机器和振动仪器已成功用来完成许多不同的工艺过程，如 给料、上料、输送、筛分、布料、烘干、冷却、脱水、选分、破碎、粉磨、光饰、落砂、成形、整形、振捣、夯土、压路、摊铺、钻挖、装载、振仓、犁土、沉桩、拔桩、清理、捆绑、采油、时效、切削、检桩、、勘探、测试、诊断等等。 五 应用实例 1(振动筛 振动筛是一种适合潮湿细粒级难筛物料干法筛分的振动筛分机械设备，是目前国内处理难筛物料的振动筛分机械设备。振动筛具有大振幅、大振动强度、较低频率和弹性筛 面的工艺特点。工作过程中始终保持最大的开孔率，从而筛分效率高、处理能力大，筛板更换方便，降低了成本。 振动筛超大筛面和大处理能力可满足现场的生产需要。振动筛筛子的结构采用多段筛面振动而筛箱和机架不参与 动的运动方式，使筛子实现了大型化。 振动筛工作面是由横向排列的一根根滚动轴构成的，轴上有盘子，细粒物料就从滚轴或盘子间的缝隙通过。大块物料由滚轴带动向一端移动并从末端排出。选矿厂一般很少用这种筛子。振动筛工作部分为圆筒形，整个筛子绕筒体轴线回转，轴线在一般情况下装成不大的倾角。物料从圆筒的一端给入，细级别物料从筒形工作表面的筛孔通过，粗粒物料从圆筒的另一端排出。圆筒筛的转速很低、工作平稳、动力平衡好。但是其筛孔易堵塞、筛分效率低，工作面积小，生产率低。选矿厂很少用它来作筛分设备。振动筛机体是一个平面内摆动或振动。按其平面运动轨迹又分为直线运动、圆周运动、椭圆运动和复杂运动。摇动筛和振动筛属于这一类。振 动筛工作时，两电机同步反向放置使激振器产生反向激振力，迫使筛体带动筛网做纵向运动，使其上的物料受激振力而周期性向前抛出一个射程，从而完成物料筛分作业。摇动筛是以曲柄连杆机构作为传动部件。电动机通过皮带和皮带轮带动偏心轴回转，借连杆使机体沿着一定方向作往复运动。 振动筛筛框模态分析及动态响应 圆振动筛 2. 振动摊铺机，振动压路机 除了振动筛以外，还有震动摊铺机和振动压路机也是运用了机械振动的原理。振动摊铺机和振动压路机是筑路作业中的关键设备，是振动技术在筑路工程中的典型应用实例。振动摊铺机在工作过程中先将物料撒布在整个宽度上，再利用熨平机构的激振器对被摊铺物料进行熨平和压实。振动系统决定了对物料摊铺的工作效率和密实效果，是决定摊铺质量的关键系统之一。 振动压路机依靠高速旋转的偏心质量块产生离心力，使振动碾作受迫振动压实路面。装在连接板上的振动马达带动偏心轴高速旋转，产生离心力使振动碾振动。装在偏心轴上的调幅装置用于改变振动的振幅，振动碾由装在梅花板上的驱动马达来驱动。由于在压路机引入振动，使路面的密实度由90%提高到95%以上，进而显著提高了其工作质量与使用寿命，这在筑路作业中具有十分重要的意义。 而随着科技的发展，振动压路机技术不断革新，其发展趋势可归纳为如下几个方面; (1)、液压化。液压技术使全液压振动压路机结构简单、布置方便且操 纵简单、省力 特别是液压传动使行走系统无级变速 振动系统可根据施工要求在较大范围内调频和变幅。振动压路机使用性能和应用范围大大改善和提高。同时 液压化为机器自动检测和控制提供了条件。近年来 小型振动压路机和振动平板夯也逐步应用液压技术。 (2)、机电一体化。计算机技术、微电子技术、传感技术、测试技术的迅速发展及在振动压路机上的应用,大大提高了机器性能和生产能力。例如:已实现对振动压路机状态和参数的检测以及压实密度自动检测,测试压路机可以在过程中对压实质量进行监控,智能压路机可以自动调节自身状态,使之与周围环境及压实材料相适应,优化压实过程等。 (3)、结构模块化。生产有不同功能的模块结构和标准附件 通过更换模块和标准附件来改变压实性能和用途及压路机类型。例如:英国柯斯特尔公司设计生产有平足型、凸块型、Z型等多种轮面结构的套筒或组合模块，瑞典戴纳帕克公司改进CA15、CA25、CA51机型的设计，使压路机的一些零部件尽可能通过，便于组织大批量生产。 (4)、一机多用化。改进振动机构的操作控制，可使压路机具有垂直振动、振荡和静碾压功能，而且可以根据需要进行变换，以扩大同一振动压路机的使用范围。也有的在压路机上增设附属装置，如推铲、路面刮平修整装置等，增加压路机的多种用途功能。 (5)、舒适、方便、安全。现代振动压路机通过减振降噪研究工作，可以使驾驶员连续工作不疲劳，从而提高振动压路机的生产能力和使用寿命。为增大程度地减少操作失误和减轻司机的劳动程度，采用双方向盘、可移动方向盘、旋转座椅以及将操纵手柄设计在座椅扶手上， 以满足操纵方便性。安装防倾翻驾驶室和防落物驾驶室，以保障施工时机器和驾驶员的安全。 六 结束语 机械振动这一现象并不是总给人类带来危害，在很多情况下，人们可以巧妙地利用它来为人类服务，作为一名新时代的大学生，我们应该适当了解机械振动在工程中的应用，从而让我们的知识更加的丰富，更加适应时代的需求。 七 参考文献 1 李有堂. 机械系统动力学 [M]. 北京:国防工业出版社，2010 2 闻邦春，李以龙，张义民，宋站伟. 振动利用工程 [M]. 北京:科学出版社，2005 3 师汉民，谌刚，吴雅. 机械振动系统 [M]. 武汉:华中理工大学出版社，1992 4 闻邦春，刘树英，陈照波，李 鹤. 机械振动理论及应用 [M]. 北京:高等教育出版社，2009 5 屈维德，唐恒龄. 机械振动手册[M]. 北京:机械工业出版社，2000 6 闻邦春，刘树英，何 勍. 振动机械的理论与动态设计方法 [M]. 北京:机械工业出版社，2001 7朱位秋. 随机振动 [M]. 北京:科学出版社，1998 8 Kelly S G著. 机械振动 [M]. 贾启芬，刘习军译. 北京:科学出版社，2002 9 邵忍平. 机械系统动力学 [M]. 北京:机械工业出版社，2005 10 Bangchun Wen，Hui Zhang， Shuying Liu，Qing He，Chun Zhao. Theory and Techniques of Vibrating Machinery and Their Applications [M]. 北京: Science Press，2010 11 William T. Thomson, Marie Dillon Dahleh. 机械振动理 论及应用 [M]. 北京:清华大学出版社，2005 12 Singiresu S. Rao 著，李欣业，张明路译. Mechanical Vibrations [M]. 北京:清华大学出版社，2009 13 Collazos CA, Guerrerro LA, Pino JA. Renzi S, Klobas J. Evaluating collaborative learning processes using system-based measurement, Educational Technology & Society, 2007,10,257-274. 14 Barratt M. Understanding the meaning of collaboration in the supply chain. Supply Chain Management:An International Journal,2004,9,30-42. 15 He F,Han S. A menthod and tool for human-human interaction and instant collaboration in CSCW-based CAD,Computers in Industry, 57,2006, 740—751.