振动技术在机械制造工程中的应用

龚战 马文书

摘要：本文主要讲的是机械振动在机械工程中的应用。首先讲述机械振动的发展史;然后对机械振动的种类进行了详细的叙述;接着写了机械振动的危害和应用;最后对机械振动在机械工程中的应用进行了阐述，如振动筛，冷却及烘干振动机和振动清理及时效处理，并对它的发展加入个人看法。

关键词：机械振动;机械振动的应用;机械工程

1引言

随着机械工业和科学技术的发展，产品愈加复杂化，精度要求更高，性能要求更加稳定与高效，因此，振动问题已经成为必须解决的重要课题。振动是在日常生活和工程实际中普遍存在的一中现象，也是整个力学中最重要的研究领域之一。所谓机械振动，是指物体在平衡位置附近来回往复的运动。在机械振动过程中，表示物体运动特征的某些物理量将时而增大、时而减小地反复变化。在工程实际中，机械振动是非常普遍的，钟表的摆动、车厢的晃动、桥梁与房屋的振动、飞行器与船舶的振动、机床与刀具的振动、各种动力机械的振动等，都是机械振动。机械振动常见的主要内容是：提高机械系统的抗振能力，防止系统发生共振的方法，避免系统发生自振，减振与隔振，噪声控制等等。

2机械振动的种类

机械振动有不同的分类方法。按产生振动的原因可分为自由振动、受迫振动和自激振动;按振动的规律可分为简谐振动、非谐周期振动和随机振动;按振动系统结构参数的特性可分为线性振动和非线性振动;按振动位移的特征可分为扭转振动和直线振动。

2.1自由振动

自由振动：去掉激励或约束之后，机械系统所出现的振动。振动只靠其弹性恢复力来维持，当有阻尼时振动便逐渐衰减。自由振动的频率只决定于系统本身的物理性质，称为系统的固有频率。

2.2受迫振动

受迫振动：机械系统受外界持续激励所产生的振动。简谐激励是最简单的持续激励。受迫振动包含瞬态振动和稳态振动。在振动开始一段时间内所出现的随时间变化的振动，称为瞬态振动。经过短暂时间后，瞬态振动即消失。系统从外界不断地获得能量来补偿阻尼所耗散的能量，因而能够作持续的等幅振动，这种振动的频率与激励频率相同，称为稳态振动。例如，在两端固定的横梁的中部装一个激振器，激振器开动短暂时间后横梁所作的持续等幅振动就是稳态振动，振动的频率与激振器的频率相同。系统受外力或其他输入作用时，其相应的输出量称为响应。当外部激励的频率接近系统的固有频率时，系统的振幅将急剧增加。激励频率等于系统的共振频率时则产生共振。在设计和使用机械时必须防止共振。例如，为了确保旋转机械安全运转，轴的工作转速应处于其各阶临界转速的一定范围之外。

2.3自激振动

自激振动：在非线性振动中，系统只受其本身产生的激励所维持的振动。自激振动系统本身除具有振动元件外，还具有非振荡性的能源、调节环节和反馈环节。因此，不存在外界激励时它也能产生一种稳定的周期振动，维持自激振动的交变力是由运动本身产生的且由反馈和调节环节所控制。振动一停止，此交变力也随之消失。自激振动与初始条件无关，其频率等于或接近于系统的固有频率。如飞机飞行过程中机翼的颤振、机床工作台在滑动导轨上低速移动时的爬行、钟表摆的摆动和琴弦的振动都属于自激振动

3机械振动的危害与益处

机械振动在机械行业既有有利的一面，同时，也有着有害的一面。对于有利的一面，我们要予以利用;对于对人类有害的部分，我们要尽量减小，甚至避免。

在机械工业和其它工业部门存在着难以计数的有害振动问题，这些问题常会引起巨大的损失，给人类的生产、生活带来难以想象的问题。以振动工程的理论、技术和方法来研究与解决这些问题，是当务之急。

当振动量超过允许的范围，振动会加剧，影响机器零件的工作性能，使机器的零部件产生附加动载荷，减小零件的寿命。

对于大型、高速回转的机械，因动态失稳而造成的重大恶性事故，已经发生数次。大型发电机机组由于急剧上升的振动可在几十秒钟之造成彻底解体，造成大量损失。甚至国外某些核电站发生事故就是由于这种原因造成的。

在生产制造过程中，由于机械振动现象的存在，使生产出来的产品无法达到所要求的精度，造成大量的经济损失。

大型工程结构因振动而引起的事故也时有发生。历史上发生过由于正步行进造成共振现象使桥发生坍塌现象。近代还发生过大型桥梁或冷却塔因“风激振动”而断裂、倒塌的事故。油轮由于在海上发生振动造成船体断裂，究其原因，也是机械振动问题所致。

4机械振动在机械工程中的应用

4.1振动筛

由于振动筛分在筛分过程中各个物料颗粒均处于运动状态，且在筛面上作抛掷运动，因而筛分效率高，故在砂处理系统中基本上都采用振动筛。但目前所用的振动筛基本上只有直线振动筛和单轴圆振动两种机型，这两种筛子适用于新砂和水分不高的旧砂筛分。振动筛是一种多行业、用途广泛的筛分设备，在一定的条件下它在砂处理中的应用更显示出其优越性。目前国内砂处理线上应用的多是中小型振动筛，国外已有每小时处理旧砂能力达700吨的直线振动筛。

4.2冷却及烘干振动机

冷却及烘干振动机以对流传热方式为主的冷却和烘干机的工作原理是相同的，即促进物料与气流的充分接触而进行热交换。仅以热交换的条件来看，搅拌式冷却器内运转时只有部分物料处于动态，且搅拌摩擦所产生的部分热量又会传给物料。且在振动过程中全部物料均处于动态，且自上而下的各料层之间的冲击速度递减，这不仅使总料层厚度膨胀，且越接近振动床面的料层间隙越大，有利于气流通过，为热交换创造了条件。我国在振动流态化烘干及冷却技术方面曾进行过许多研究工作，自二十世纪七十年代初在北京玛钢厂使用以来也积累了不少经验。

4.3振动清理及时效处理

振动清理及时效处理，在国外铸件清理机械基本上每隔十年就有一个新的突破性发展。从二十世紀60年代的间歇式抛丸滚筒，到70年代的匪续抛丸清理滚筒、80年代的振动抛丸清理滚筒，90年代发展为振动连续抛丸清理滚筒。无论从设备还是从清理工艺来看，振动连续抛丸清理部具有显著的特点和优点，铸件轴向运动的同时做高速翻转，且其速度可随零件要求的不同而进行调节，因而铸件的各个部位都可得到很好地清理。既可单个铸件依次进入滚筒进行清理，也可大小不同的铸件混合清理;既适合于发动机一类的短铸件的清理，也适合曲轴一类长铸件的清理。从清理质量和效益来看，振动连续抛丸清理是很有发展前途的清理技术。

结语

机械振动问题广泛存在于机械工业领域。它所造成的危害是我们必须解决的问题，因此，机械振动的控制与研究已经成为整个行业必须重视的问题。与此同时，机械振动也有着对人类有用的一面，人类利用机械振动可以完成不同的工艺过程。因此，机械振动是一把双刃剑，对于有益的方面，我们加以利用，而对于危害我们日常生活的方面，我们要尽量加以避免。

参考文献

[1]王宗帅. 机械自动化技术及其在机械制造工程中的应用研究[J]. 市场调查信息（综合版）， 2019（3）：176-176.

[2]白冶墨. 机械自动化技术及其在机械制造中的应用分析[J]. 内燃机与配件， 2019（9）：222-223.

作者简介：

龚战（1989-）男，汉，中核检修有限公司大连分公司，初级工程师，研究方向：机械。

马文书（1990-）男，汉，中核检修有限公司大连分公司，初级工程师，研究方向：机械。