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振動是日常生活和工程實際中普遍存在的一種現象。
實際上,人類就生活在振動的世界里,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著。房屋建筑、橋梁水壩等在受到激勵后也會發生振動。就連茫茫的宇宙中,也到處存在著各種形式的振動,如風、雨、雷、電等隨時間不斷變化,從廣義的角度來解釋,就是特殊形式的振動(或波動)。再如電磁波,就不停地在以振動的方式發射和傳播。



就人類的身體來說,心臟的跳動、肺葉的擺動、血液的循環、胃腸的蠕動、腦電的波動、肌肉的搐動、耳膜的振動和聲帶的振動等,在某種意義上來說也是一種振動,就連組成人類自身的原子,也都在振動著。

所謂機械振動,是指物體(或物體系)在平衡位置(或平均位置)附近來回往復運動。在機械振動過程中,表示物體運動特征的某些物理量(如位移,速度,加速度等)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。

工程中有大量的振動問題需要人們研究、分析和處理,特別是近代機器結構正向大功率、高速度、高精度、輕型化、大型化和微型化等方向發展,設備間的耦合帶來的振動問題越來越突出,因此掌握振動的成因和解決規律就顯得十分重要。掌握了振動規律和特征,就能為排故提供技術思路,另一方面,也可有效利用振動特征開發振動激勵的工作設備,服務于工作和生活。
振動限制
在日常生活中,振動危害隨處可見。例如,運載工具的振動會使乘客感到不舒服;環境噪聲使人煩躁不安;共振及次諧波共振會引起機械設備、橋梁結構及飛機的破壞;地震使人民的生命財產遭受巨大的損失。對于有害振動來說,往往需要采取有效措施對振動加以限制以至消除。
振動利用
振動在許多方面也能給人類造福,改善人民的生活。例如,撥動琴弦能發出美妙動人的樂章,使人心曠神怡;在醫療方面,利用超聲波能夠診斷、治療疾病;在土建工程中,振動打樁、振動撥樁以及混凝土灌注時的振動搗固等能夠提高工作效率;在電子和通信工程方面,錄音機、電視機、收音機、程控電話等諸多電子元件以及電子計時裝置和通信系統使用的諧振器等都是由于振動才有效地工作的;在工程地質方面,利用超聲波進行檢測、地質勘探和油水混合及油水分離;在石油開采上,還可以利用振動提高石油產量;海洋工程方面,海浪波動的能量可以用來發電;在許多工礦企業,可以利用振動完成許多工藝過程,或用來提高某些機器的工作效率。
近40多年來,應用振動原理而工作的機器(振動機械)得到了迅速發展。據不完全統計,目前已用于工業生產中的振動機有百余種之多。例如,振動給料機、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、振動光飾機、動平衡試驗機和振動破碎機、振動壓路機、振動攤鋪機、振動冷凍機、倉壁振動器、振動夯土機、振搗器、振動沉撥樁機和各種形式的激振器等,這些振動機械在各個工業部門已發揮了重要作用。目前國內外科技工作者正在努力從事振動利用工程方面的研究,并已在振動利用工程學科取得了一系列的研究成果,促進了該學科的形成與進一步發展。
線性和非線性周期振動、線性和非線性隨機振動等的利用技術多數是通過能產生振動的機械設備或儀器,即振動機械或振動儀器來完成的,振動機械或振動儀器作為一種特殊的設備或裝置已在工程實際中得到廣泛的應用。
振動機械或儀器有著廣泛的用途,例如給料和輸送、篩分和烘干、破碎和清理、成型和壓實、振搗和打撥、試驗和測示、檢測和診斷以及其他用途等。據初步統計,振動機械和儀器的用途已達百余種,這些機械和儀器在工業、農業、國防以及人類生活的各個方面發揮著重要的作用。
隨著科學技術的發展,利用振動的新工藝不斷出現,下面舉出若干應用實例∶
振動篩分原理

振動干燥工藝

振動破碎機

振動攤鋪及振動壓路

振動壓路機是依靠高速旋轉的偏心塊產生離心力,使振動碾做強迫振動壓實路面。裝在連接板的驅動馬達,帶動偏心軸高速旋轉產生離心力使振動碾運動。裝在偏心軸上的調幅裝置用于改變振動的振幅。由于在壓路機中引入振動,使路面的密實度由90%提高到95%以上,進而顯著提高其工作質量與使用壽命,這在筑路作業中具有十分重要的意義。
振動成型與整形工藝

振動整形就是通過振動的方式強制性地將料袋形成規整的形狀,以利于存放或裝運。振動整形機廣泛應用于化工、食品等工業部門。其工作原理是∶當輸送機將料袋送入整形機梯形槽體,整形機槽體在激振器作用下發生振動,沖擊整形板,從而達到使料袋平整的目的。
振動時效工藝及應用
振動診斷技術
利用振動信號的不同特征可以對機械和結構的故障進行診斷,利用模糊理論、灰色理論或神經網絡等方法對振動信號進行分析與診斷,在工業企業中得到了廣泛應用。利用振動原理對機械系統的振動位移、速度和加速進行測試,從而判斷機械系統的健康狀態是一種簡便和有效的方法。


醫療設備

在前面列舉的振動機械與儀器中,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。在非線性振動機械和儀器設備中,有一部分是為了獲得良好的工效有意識地采用系統的非線性特性,另有一部分則是在工作過程中自然存在的非線性性質。
目前非線性振動系統或非線性振動特性的利用技術得到了迅猛的發展,其具體內容可做以下簡單介紹。
1. 具有分段摩擦或具有沖擊和分段慣性力振動系統的利用
在振動機械中,為了使機體中的物料對機體產生相對于運動,即產生相對滑動或跳動,就必須使振動機的系統中產生分量的慣性力(拋擲運動),這是保證振動機械實現正常工作的必要條件。這類振動機械有振動給料機、振動輸送機、振動篩、振動離心脫水機和振動冷卻機等。
2. 光滑非線性振動系統的利用
摩擦擺在正常工作區間,屬于光滑非線性的振動系統。利用摩擦擺可以測定軸套與軸銷間的摩擦系數,常用的有兩種方法,第一種方法直接利用復擺擺角每一振動周期的衰減值算出摩擦系數的大小;第二種方法利用擺的工作原理對摩擦系數進行測量與計算。后一種方法更為準確。
對于一些在共振情況下工作的振動機械,往往存在振幅不穩定的缺點,例如,電磁振動給料機、近共振型振動輸送機和共振篩等。振幅不穩定會給機械的工作性能帶來不良影響,為了消除前述缺點,可以采用具有光滑硬式非線性恢復力的振動系統。
為了消除一般電磁振動給料機振幅不穩定的缺點,有的科技工作者提出,將主共振板彈簧的兩端固結處做成帶有曲線的形式,隨著振幅的增大,板彈簧的工作長度將變短,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機振幅的穩定性。

此外,硬式光滑非線性振動系統,也可以用于車輛的隔振,由于車輛的負載時常變化,為了使車輛在負載變化情況下其固有頻率不發生明顯的改變,可以將隔振彈簧做成硬式光滑非線性的形式。此外,光滑非線性還有其他一些應用。
3. 分段線性非線性振動系統的利用
分段線性非線性系統在工程中得到了十分廣泛的應用,在振動機械中這種形式的非線性系統應用十分普遍,如分段線性的非線性振動輸送機、非線性共振篩、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通常包括以下三種形式
(1)用全對稱與不對稱的硬式分段線性非線性振動系統。
(2)對稱與不對稱的軟式分段線性非線性系統。
(3)復合或復雜形式的分段線性非線性系統。
由于該種非線性振動系統具有若干優點,目前在工程中仍處于不斷的推廣之中,預計今后還會得到進一步的發展。
4. 非線性滯回系統的利用
具有彈塑性變形的振動系統屬于這類振動系統。例如,振動成型機、振動壓路機、振動夯土機、振動沉撥樁機等一些振動機械,其振動系統都屬于帶有滯回恢復力的非線性振動系統。為了使振動成型或振動壓實過程能有效地進行,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。在工程中這種振動系統普遍存在。這類振動系統中大體可有以下多種形式∶
(1)含對稱的平行四邊形的滯回恢復力的非線性振動系統。
(2)含光滑封閉曲線的滯回恢復力的非線性振動系統。
(3)不對稱滯回恢復力的振動系統。
(4)帶有間隙的滯回恢復力的振動系統。
此外,振動在波動與波能利用技術、電磁光的振蕩器中的應用與發展,以及共振理論,自然界中的振動現象與規律,“同步運動”理論和人類社會中的振動現象與規律(股票的漲跌、經濟的發展規律、人類的繁殖過程等)的應用和發展也是十分的普遍。