4.6振動的危害與利用1、汽車的振動一輛汽車可能有的振源第一，發(fā)動機非均勻運動，或發(fā)動機與車體的共振；第二，路面不平，地面對車輪的作用。針對第一類問題解決方案一是提高發(fā)動機運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，所以汽缸越多越好；二是檢測車體的共振頻率，調(diào)整發(fā)動機轉(zhuǎn)速，避開共振區(qū)。主要技術(shù)車體的共振頻率檢測是振動工程中一項重要的技術(shù)，它是應(yīng)用已知激勵與響應(yīng)來獲得系統(tǒng)特性，即系統(tǒng)識別。4.6振動的危害與利用1、汽車的振動在工程中，激勵通常由一個稱為激振器的振源產(chǎn)生，一般它產(chǎn)生振動的頻率是可調(diào)節(jié)的。在系統(tǒng)的某些敏感部位，安裝一些位移或加速度傳感器能檢測與觀察這些地方的振動情況。應(yīng)用這個方法，可找出車體的各種固有頻率，找到車體不同部位的振動情況，經(jīng)綜合分析后，最終選擇一組最佳設(shè)計參數(shù)。由于計算機的發(fā)展，這部分也可在設(shè)計前由計算機計算出各種共振頻率，稱為模態(tài)分析。針對第二類問題解決方案只要車在不平坦的道路上行駛，這種振動就難以避免，因此只能采用隔振，即讓道路上的振動盡量不要傳到車體上來，使車身的運動幅度最小，并盡量避開一些使人體敏感的頻率。4.6振動的危害與利用1、汽車的振動隔振的具體措施：選擇合適的隔振彈簧與阻尼器。通常的方法如下：（1）了解振源情況。除了了解車體的振動情況外，主要要掌握各種不同路面的路況譜，這可通過實地檢測而獲得。由于各個國家的道路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不一樣，因此要開發(fā)適合一個國家的高級轎車必須掌握這個國家的路況譜。（2）根據(jù)路況譜可計算出車在行駛過程中所受到的作用力F，并根據(jù)車體模型通過計算選出阻尼c與彈性k。由于F很復(fù)雜，可能有多種頻率或方向的成分，因此，可能要用多個c與k。

（3）實驗檢測驗證。將整輛汽車開到激振臺上，激振臺由計算機控制，產(chǎn)生與實測路況相近的振源，以檢測車體的振動情況并對理論結(jié)果進行修正。4.6振動的危害與利用2、船舶的穩(wěn)定

●當(dāng)初達爾文乘坐“貝格爾”號作環(huán)球旅行時，他在船上的5年(1831-1836)基本上是嘔吐的5年。如今我們要乘游輪周游世界時，就不會有這種麻煩，因為當(dāng)時的船幾乎沒有什么防振措施，而現(xiàn)在卻不同了。

●航行在大?；騼?nèi)河上的船只，只要發(fā)動機工作，總會引起不同程度的振動，輕微的振動是允許的，也是不可避免的。但如果干擾力過大或引起共振，則會產(chǎn)生劇烈的振動。這不僅會影響旅客和船員的休息與工作甚至健康，而且將引起船體局部結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞及設(shè)備的損傷，影響正常營運，可見振動控制與否至關(guān)重要。4.6振動的危害與利用2、船舶的穩(wěn)定

●對已建成的船舶，若發(fā)現(xiàn)嚴重的振動問題，要徹底根治一般是很困難的，而且花費的代價相當(dāng)大。為了防患于未然，要求在設(shè)計階段就進行必要的動力計算，并采用適當(dāng)?shù)姆乐未胧Ｈ绻O(shè)計時沒有仔細考慮到振動問題，建造的船極容易成為廢品，這種例子在國內(nèi)外造船史上有很多。

●解決船在航行中產(chǎn)生振動問題的方法首先是分析振源。振源主要有兩個來源：

(1)是由船上柴油機和螺旋槳運動產(chǎn)生的；

(2)是海浪的作用(主要是海輪)。

●解決措施：

(1)先防止共振，通過船體共振頻率計算與測試掌握船體振動特性；4.6振動的危害與利用2、船舶的穩(wěn)定

(3)其次是減輕局部強迫振動，一般通過對柴油機進行隔振、增加局部阻尼和安裝消振器等來實現(xiàn)；

(4)進行抵抗海浪沖擊設(shè)計，如安裝夫拉姆防搖擺水箱和安裝橫向水下側(cè)翼等，如圖4.6-1所示。圖4.6-1安裝了水下側(cè)翼和防擺水箱的海輪

(2)再通過改變船體重量分布和螺旋槳轉(zhuǎn)速等來避開共振頻率峰；

●近年來隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，可以通過實時監(jiān)測海浪的作用特性并及時變化側(cè)翼方向和形狀來抵消海浪振動，這種主動避振的方法在實際應(yīng)用中取得了很好的效果，是未來抵御海浪振動的發(fā)展方向。4.6振動的危害與利用3、振動的利用◆在日常生活中，人們往往只看到了振動帶來的危害。例如，

■運載工具的振動會使乘客感到不舒適；

■環(huán)境噪聲使人煩燥不安；

■共振及次諧波共振動會引起機械設(shè)備、橋梁結(jié)構(gòu)及飛機的破壞；

■地震使人民生命財產(chǎn)遭受巨大損失。

對于有害振動來說，往往需采取有效措施對振動加以限制以至消除。4.6振動的危害與利用3、振動的利用◆在許多方面合理地利用振動也能給人類造福，改善人民的生活。例如：

★撥動琴弦能發(fā)出美妙動人的樂章，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，振動打樁、振動拔樁以及混凝土灌注時的振動搗固等；

★在電子和通訊工程方面，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訊系統(tǒng)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(zhì)方面，利有超聲波進行檢測、地質(zhì)勘探和油水混合及油水分離；

★在石油開采上，還可利用振動提高石油產(chǎn)量；

★海洋工程方面，海浪波動的能量可以用來發(fā)電；4.6振動的危害與利用3、振動的利用◆最近三十多年來，應(yīng)用振動原理而工作的機器(振動機械)得到了迅速發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前已用于工業(yè)生產(chǎn)中的振動機有百余中之多。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、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、振動沉拔樁機和各種型式的激振器等，這些振動機械在各個工業(yè)部門已發(fā)揮了重要作用。4.6振動的危害與利用3、振動的利用（1）振動破碎機的應(yīng)用

●物料的破碎是工礦企業(yè)應(yīng)用較廣的一種工藝過程，大部分開采出的礦物原料都需要進行破碎和磨碎。傳統(tǒng)破碎機的破碎方法存在著很大的局限性，例如物料的抗壓強度極限到達2×108Pa時，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。振動破碎工藝的發(fā)展則可克服傳統(tǒng)工藝的缺陷。4.6振動的危害與利用3、振動的利用a．慣性振動圓錐破碎機的結(jié)構(gòu)及工作原理

慣性振動圓錐破碎機結(jié)構(gòu)如圖4.6-2所示。l.底架；2.彈性聯(lián)軸節(jié)；3.隔振元件；4.激振器；5.外殼；6.破碎錐球面支承；7.定錐；8.調(diào)整環(huán)；9.破碎錐；10.激振器支座；11.軸承襯；12.電動機；13.三角皮帶傳動裝置圖4.6-2慣性振動圓錐破碎機結(jié)構(gòu)簡圖4.6振動的危害與利用3、振動的利用

●慣性振動圓錐破碎機的工作機構(gòu)有外破碎錐和可轉(zhuǎn)動的內(nèi)破碎錐組成，兩個錐體工作面均鑲有保護襯板，襯板相對著的表面形成破碎腔，機體安裝在隔振彈簧上，在內(nèi)錐的軸上裝有一個不平衡激振器。電動機的旋轉(zhuǎn)運動通過三角皮帶，彈性聯(lián)軸節(jié)傳給激振器，使其繞破碎機中心線轉(zhuǎn)動。當(dāng)激振器旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生離心力，離心力迫使支承在破碎錐球面支承上的破碎錐繞其球心擺動。如果破碎腔內(nèi)沒有物料，破碎錐沿外錐的內(nèi)表面無間隙地滾動，有物料時則沿著物料層滾動，在滾動的同時隨物料層厚度變化伴隨有擠壓和沖擊，從而對物料進行破碎。4.6振動的危害與利用3、振動的利用

●在慣性振動圓錐破碎機中破碎力的大小是由不平衡轉(zhuǎn)子及破碎錐的離心力來決定，破碎錐的振幅取決于對物料層與破碎力的平衡條件。料層的阻力大小與其壓實度有關(guān)，因此，改變破碎力的大小可以使適當(dāng)?shù)牧蠈訅簩?。被粉碎的物料在破碎腔中移動大約持續(xù)幾秒鐘，其間受破碎體作用達幾十次左右。同時破碎錐沿不均勻料層滾壓，每滾動一周都伴隨著100多次的振動，由補充的這種脈動力加強了破碎作用。

b．工藝特性及優(yōu)點

●與普通圓錐破碎機相比，破碎錐和電機之間無剛性聯(lián)接，啟動力矩也較小，因此慣性振動圓錐破碎機可以帶負荷啟動和停車，而且無需過載保護裝置。與偏心圓錐破碎機相比，破碎錐沿物料層的強烈脈沖振動加強了破碎作用，因此，慣性振動圓錐破碎機的破碎比遠大于偏心圓錐破碎機的破碎比，而且可在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。4.6振動的危害與利用3、振動的利用（2）振動時效技術(shù)及應(yīng)用

a．振動時效技術(shù)的機理及設(shè)備

●振動時效技術(shù)又稱為振動消除應(yīng)力技術(shù)，用振動時效技術(shù)可在一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，目前已被國內(nèi)外廣泛采用。

●振動時效技術(shù)是將一個具有偏心重塊的電機系統(tǒng)(稱為激振器)剛性固定在金屬構(gòu)件上，并將金屬構(gòu)件用塑膠墊等彈性物體支撐起來，通過控制系統(tǒng)啟動電機對工件施加周期性應(yīng)力，并調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)數(shù)，迫使工件在其共振頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生振動。4.6振動的危害與利用3、振動的利用

●經(jīng)20分鐘左右的振動處理即可達到調(diào)整殘余應(yīng)力的目的，可見，用振動調(diào)整殘余應(yīng)力技術(shù)是十分簡單的。

●振動時效設(shè)備，一般包括激振裝置、測振裝置和動應(yīng)力控制裝置，如圖4.6-3所示。其中動應(yīng)力控制裝置由動態(tài)應(yīng)變儀、光電示波器或毫伏表組成。1.橡膠支承；2.工件；3.激振器；4.加速度計；5.控制儀；6.記錄器圖4.6-3激振系統(tǒng)和測量系統(tǒng)框圖4.6振動的危害與利用3、振動的利用

b．振動時效工藝的特點

●在振動時效工藝中需要考慮工件的支承材料、支承點、激振點和固定方法。

▲為減少激振器的能量損耗，降低工件振動頻率，常采用彈性物質(zhì)作多層次的混合支承。

▲根據(jù)工件尺寸、幾何形狀和重量恰當(dāng)選擇支承方式和支承點數(shù)量，一般支承點應(yīng)選擇在節(jié)線附近，在保證工件處于平穩(wěn)自由狀態(tài)下支承點的數(shù)量應(yīng)盡可能少。

▲為保證激振器有足夠的能量傳給工件，激振器與被振金屬構(gòu)件應(yīng)剛性連接；為獲得較大的振動強度使振動持續(xù)穩(wěn)定，通常取共振峰上升前沿加速度為0.707峰值處的頻率為激振頻率。4.6振動的危害與利用3、振動的利用

●振動時效之所以能夠部分地取代熱時效，是由于該項技術(shù)具有一些明顯的特點：

(1)金屬構(gòu)件機械性能顯著提高

▲經(jīng)過振動處理的構(gòu)件其殘余應(yīng)力可以被消除20%-80%左右，高應(yīng)力區(qū)消除的比例比低應(yīng)力區(qū)大。因此：1)可以提高使用強度和疲勞壽命；

2)降低應(yīng)力腐蝕；

3)可以防止或減少由于熱處理、焊接等工藝過程造成的微觀裂紋的發(fā)生；

4)可以提高構(gòu)件抗變形的能力，穩(wěn)定構(gòu)件的精度，提高機械質(zhì)量。4.6振動的危害與利用3、振動的利用

(2)實用性強

▲由于設(shè)備簡單，易于搬動，因此可以在任何場