机械振动的分类及工程中的振动问题

一、机械振动的分类

1. 按产生振动的原因进行分类

(1) 自由振动系统在去掉外加干扰力之后出现的振动，这种振动靠弹性力，惯性力和阻尼力来维持。振动的频率就是系统的固有频率，因有阻尼力的存在，振动将逐渐衰减，阻尼越大，衰减越快。如果系统无阻尼存在（理想状态），则这种振动称之为无阻尼自由振动。无阻尼振动是一种横幅简谐振动。

(2) 受迫振动在激励力持续的作用下，系统被迫产生的振动。振动特征与外部激励力的大小、方向和频率有关。在简谐激励力作用下，能够同时激发以系统固有频率为振动频率的自由振动和以干扰频率为振动频率的受迫振动。其自由振动部分将逐渐衰减，乃至消失，这时只剩下横幅受迫振动部分，即稳态振动响应。

(3) 自激振动机械系统由于外部能量和系统运动相耦合(即系统的非振荡性能源通过反馈装置)形成振荡激励所产生的振动。当振动停止，振动激励随之消失。振动频率接近系统的固有频率。

2. 按振动随时间的变化规律分类

(1) 简谐振动物体随时间按正弦或者余弦函数规律变化的振动。

(2) 非简谐振动系统运动量值按一定时间间隔重复出现的非简谐振动。可用谐波分析方法，将其分解为若干个简谐振动之和。

(3) 随机振动对未来任一一个给定时刻，物体运动量的瞬时值均不能根据以往的运动历程预先加以确定的振动，只能用数理统计的方法来描述系统运动规律。

3. 按振动系统结构参数分类

(1) 线性振动系统的惯性力、阻尼力和弹性恢复力分别与加速度、速度、位移的一次方呈正比，能用常系数线性微分方程描述的振动。能运用叠加原理。

(2) 非线性振动系统的惯性力、阻尼力和弹性恢复力具有非线性特性，只能用非线性微分方程描述的振动，不能运用叠加远离，系统的固有频率与振幅有关。

4. 按振动系统的自由度数分类

(1) 单自由度系统的振动用一个广义坐标就能确定系统在任意瞬时位置的振动。

(2) 多自由度系统的振动用两个或两个以上的广义坐标才能确定系统在任意瞬时位置的振动。

(3) 连续系统的振动需要无穷多个广义坐标才能确定系统在任意瞬时位置的振动。连续系统的振动通常可以简化为有限多自由度振动问题加以处理。

5. 按振动形式分类

(1) 纵向直线振动振动体上的质点只作沿轴线方向的直线振动。

(2) 横向直线振动振动体上的质点只作沿垂直轴线方向的直线振动。

(3) 扭转振动振动体垂直轴线的两平面上质点相对做绕轴线的回转振动。

(4) 摆动振动体质点在同一平面上作绕垂直平面轴线的回转振动。

二、机械工程常见的振动问题

1. 共振振动控制当外部激励频率和系统固有频率接近时，系统将产生强烈的振动，多数情况应该防止和控制。例如隔振系统和回转轴系统应使其工作频率和工作转速在各阶固有频率和各阶临界转速范围之外。尽管如此，机械系统在启动和停机过程中，仍然要通过共振区，仍有可能产生较强烈的振动，必要时需采取抑制共振的减振和消振的措施。振动利用在近共振状态下工作的机械，就是利用弹性力和惯性力基本接近平衡及外部激励力主要用来平衡阻尼力的工作原理，因而所需激励力和功率较非共振类机械显著减小。

2. 自激振动振动控制自激振动中有机床切削过程的自振、低速运动部件的爬行、滑动轴承油膜振荡、传动带的横向振动、液压随振系统的自振。这些对各类机械及生产过程都是一种危害，应加以控制。振动利用蒸汽机、液压气动碎石机均为自激振动运用实例。

3.不平衡惯性力振动控制旋转机械和往复机械产生振动的原因，都是由于不平衡惯性力所引起的。为减小机械振动。振动利用惯性振动机械就是依靠偏心质量回转时所产生的离心力为振源。

4.振动的传递振动控制为减小外部振动对机械设备的影响或机械设备的振动对周围环境的影响，可配置各类减震器进行隔振、减振和消振。振动利用弹性连杆式激振器就是将曲柄连杆形成的往复运动，通过连杆弹簧传递给振动体。

5. 非线性振动振动控制在减振器设计中设计的摩擦阻尼器粘弹性阻尼器均为非线性阻尼器。自激振动系统和冲击振动系统也都是非线性振动系统。实际上客观存在的振动系统都是非线性振动问题，只是某些系统的非线性较弱，作为线性问题处理罢了。振动利用振动利用类问题都是利用振动系统的非线性特性工作的，例如振动传输类振动机。

6. 冲击振动振动控制当机械设备和基础受到冲击作用时，常常需要校核系统对冲击的相应，必要时采取隔振措施。振动利用冲击类振动机实际上可以转化为非线性振动问题加以处理。

7. 随机振动(振动利用)随机振动的隔振和减振与确定性振动的隔离和消振有两点重要区别：一是随机振动的隔振和减振只能用数理统计的方法；二是对宽带随机振动的隔离措施已经失效，只能采取阻尼减振。

8. 机械结构抗振能力及噪声(振动利用)衡量机械结构抗振能力的最重要指标是动刚度，复杂结构的动刚度多采用有限元法进行优化设计，若要提高结构的动刚度及噪声源，通常是合理布置筋板和赋以粘弹性阻尼材料。

9. 振动测试及调试(振动利用)振动设计中碰到系统阻尼系数很难确定的问题，解决这类问题唯一可靠的方法是测试，另外，由于振动设计模型忽略了许多振动影响因素，使得振动系统的实际参数与设计参数有较大的差别，特别像动力吸振器要求附加系数与主振系统的固有频率一致性较高的一类问题。设备安装后必须进行调试，否则振动设计将不能发挥应有的作用，对于实际经验不丰富的设计人员，调试前可通过测试对实际系统有一个大致的了解，因此，测试是振动设计一个重要的工具。