課件－情景任務(wù)一 認(rèn)知振動課件講解

項目三振動南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院輪機工程系陳培紅主講情景任務(wù)一認(rèn)知振動大綱要求3.1.3船舶系統(tǒng)及組件裝配和修理時應(yīng)考慮的材料特性與參數(shù)3.1.3.2振動

(2h)了解振動的起因、危害及分類熟悉船上振動主要來源及消除方法熟悉共振、臨界轉(zhuǎn)速的概念、造成的影響及應(yīng)對措施熟悉減小振動的一般方法

【學(xué)習(xí)情境】討論輪機工程中常用的減振隔振措施能力目標(biāo)：1．掌握機械振動的基本概念；2．掌握振動的利用與消除方法。學(xué)習(xí)任務(wù)：1．機械振動的基本概念：振動的危害、振動的分類等；2．振動的利用與消除方法。課內(nèi)實踐：分析內(nèi)燃機等機器設(shè)備在工作中產(chǎn)生噪聲的原因【任務(wù)描述】內(nèi)燃機等機器設(shè)備在工作中往往會產(chǎn)生振動，從而產(chǎn)生噪聲，嚴(yán)重的會影響正常工作。那么，振動是怎么產(chǎn)生的呢？原因何在？怎樣避免不必要的振動？又怎樣利用振動工作？認(rèn)知振動定義振動指物體在平衡位置作往復(fù)運動。機械振動指物體在靜平衡位置作往復(fù)運動。機理：引起振動——有一外力使物體偏離平衡位置。要繼續(xù)，需往復(fù)力（始終指向平衡位置的作用力）。在平衡位置靠慣性沖過平衡位置。一、機械振動的定義和機理二、引起機械振動的因素（1）旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的負(fù)載分布不均勻；（2）安裝精度不夠，造成物體之間的間隙過大；（3）物體表面質(zhì)量和潤滑不夠理想。（1）物體自身質(zhì)量分布不均勻；（2）結(jié)構(gòu)件剛度不夠。1．引起機械振動的外因2．引起機械振動的內(nèi)因注意：構(gòu)件的大小既不是內(nèi)因也不是外因。二、機械振動的危害和利用在許多情況下振動的存在是有害的但同時我們也可以利用振動原理制造有利于生產(chǎn)發(fā)展的利用振動的特性而進行工作的振動設(shè)備。消耗能源噪聲損害人體健康縮短設(shè)備使用壽命振動篩振動送料機振動打樁機混凝土振搗機等三、機械振動的分類1．按振動產(chǎn)生的原因可分為2．按振動規(guī)律分（1）自由振動（2）受迫振動振動系統(tǒng)受到暫時干擾后，僅靠其彈性恢復(fù)力的作用來維持的振動。系統(tǒng)在外界周期性干擾力持續(xù)作用下，被迫產(chǎn)生的振動。（1）簡諧振動（2）非簡諧振動（3）隨機振動隨時間按正弦或余弦函數(shù)變化的振動。隨時間不能按正弦或余弦函數(shù)變化的振動。只能用統(tǒng)計方法來研究的周期性振動。3．按振動位移的特征分4．按振動系統(tǒng)的自由度分（1）扭轉(zhuǎn)振動（2）縱向振動振動體上的質(zhì)點只作繞軸線的振動。振動體上的質(zhì)點只作沿軸線方向的振動。（1）單自由度系統(tǒng)振動（2）多自由度系統(tǒng)即用一個參數(shù)可以確定其位置的系統(tǒng)振動。即要用多個參數(shù)才能確定其位置的系統(tǒng)振動。（3）橫向振動振動體上的質(zhì)點只作垂直于軸線方向的振動。三、機械振動的分類一、無阻尼自由振動振動系統(tǒng)受到暫時干擾后，系統(tǒng)的平衡狀態(tài)遭到破壞，僅在彈性恢復(fù)力作用下的振動，稱為自由振動。物體在干擾力作用后自由振動。合力令即有【拓展延伸】

簡諧振動是最簡單、最基本的振動形式，一切復(fù)雜振動都可由簡諧振動合成。A—振幅：振體偏離靜平衡位置的最大距離；

振動的能量與振幅有關(guān)，振幅越大，振動的能量越大T—周期：振體每振動一次所需的時間（秒）f—頻率：單位時間內(nèi)振動的次數(shù)（（赫茲））ω—圓頻率：振體在2π秒內(nèi)振動的次數(shù)（弧度/秒，即rad/s），與系統(tǒng)本身的固有參數(shù)（質(zhì)量m與剛度）有關(guān)，而和運動的初始條件等無關(guān)。。一、無阻尼自由振動－三要素TTAOtA相位(1)(

t+

0

)是t時刻的相位

(2)

0

是t=0時刻的相位——初相上圖為一彈性桿支持的圓盤，彈性桿扭轉(zhuǎn)剛度為kn，圓盤對桿軸的轉(zhuǎn)動慣量為J。自由振動單擺軸系模型

二、阻尼振動

由于摩擦力總是存在,所以彈簧振子在振動過程中，要不斷克服外界阻力做功而消耗能量,振幅就會逐漸減小,經(jīng)過一段時間，振動就會完全停止下來。這種振幅越來越小的振動叫做阻尼振動。txO阻尼振動的圖像MMxxkGFdvFOl0+δs物塊不再進行振幅不變的簡諧運動，即使小阻尼，對振幅的影響也是非常顯著的。

三、受迫振動要得到持續(xù)的等幅振動，最簡單的方法就是用周期性的外力不斷地對物體做功，補償振子克服阻力所消耗的能量。這種周期性的外力叫驅(qū)動力。物體在周期性的外力作用下的振動叫受迫振動。

物體做受迫振動的頻率由驅(qū)動力的頻率決定，跟物體的固有頻率頻率無關(guān)。二、有阻尼的自由振動有阻尼時的自由振動，但只限于與速度一次方成正比的介質(zhì)阻力，這種阻力稱為線性阻力（或粘滯阻力）。

如圖示系統(tǒng)在介質(zhì)里運動中，質(zhì)點M將受到介質(zhì)阻力的作用。MMxxkGFdvFOl0+δs

在微振動情況下，速度不大，可以認(rèn)為阻力Fd與速度v

的一次方成正比，即有阻尼的影響，物塊不再進行振幅不變的簡諧運動，即使小阻尼，對振幅的影響也是非常顯著的。受迫振動定義：在外加激振力作用下的振動實例：底座在柴油機運轉(zhuǎn)時發(fā)生的振動特點：

受迫振動的頻率總等于驅(qū)動力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。在受迫振動中，驅(qū)動力的頻率跟物體的固有頻率相等的時候，振幅最大，這種現(xiàn)象叫做共振。動力裝置主要有以下幾種激振力：

螺旋槳的激振力——在徑向和周向都很不均勻的三維伴流場中運轉(zhuǎn)時所受到的交變縱向和橫向推力和力矩。柴油機的激振力——氣缸氣體力、運動部件慣性力與重力等產(chǎn)生的作用在曲軸、曲柄銷上的交變切向力和徑向力。軸系及其他產(chǎn)生的激振力——軸系部件運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的激振力和力矩（1）軸頻激振力螺旋槳機械不平衡引起的激振頻率等于槳軸轉(zhuǎn)速的一階激振力（2）葉頻激振力螺旋槳在不均勻流場中工作引起的高階激振力螺旋槳激振力引起的原因：螺旋槳在不均勻的伴流場中運轉(zhuǎn)時，由作用在槳葉上的流體力引起的特點：其變化頻率為葉頻（槳葉數(shù)乘以軸的旋轉(zhuǎn)頻率）或倍葉頻（葉頻的整數(shù)倍），其簡諧次數(shù)等于槳葉片數(shù)的整數(shù)倍。其中以最低次數(shù)的簡諧力矩振幅最大影響：因螺旋激振力矩比氣體力激振力矩小得多，一般不予考慮。在螺旋槳和柴油機的激振力矩頻率和相位相同時，即當(dāng)柴油機的缸數(shù)是螺旋槳葉數(shù)的整數(shù)倍時，軸系設(shè)計和螺旋槳安裝要注意避免由于螺旋槳激振力矩而引起軸系扭振增大螺旋槳所產(chǎn)生的激振力矩氣體力上部作用于氣缸蓋，下部作用于主軸承，（各處大小相等、方向相反）內(nèi)部自動平衡拉伸固定件。傳遞中產(chǎn)生側(cè)向推力，橫向振動。柴油機的激振力

（1）單缸柴油機的振動★單缸柴油機中，曲柄連桿機構(gòu)的各作用力對振動的影響如下氣體力Fg氣體力內(nèi)部平衡。不造成柴油機產(chǎn)生垂直方向的振動，使柴油機機體產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。氣體力側(cè)推力形成傾覆力矩而使柴油機擺動往復(fù)慣性力Fj是一個沿氣缸中心線方向周期性變化的力，將引起柴油機上下方向的振動。往復(fù)慣性力也是形成傾覆力矩力源之一.◆未平衡回轉(zhuǎn)離心力FR由回轉(zhuǎn)不平衡質(zhì)量mR以角速度ω回轉(zhuǎn)時形成一個不平衡力。會使柴油機發(fā)生上下、左右方向的振動◆未平衡傾覆力矩MD傾覆力矩MD在柴油機內(nèi)部不能平衡，其大小和方向交變。使柴油機產(chǎn)生左右搖擺性振動（橫向振動）◆未平衡連桿力偶ML由于連桿運動產(chǎn)生的大小、方向交變的不平衡力偶。引起柴油機左右擺動。因數(shù)值較小，引起的振動不大小結(jié)直接使柴油機左右搖擺的力和力矩有側(cè)推力、傾覆力矩、連桿力偶等;使柴油機上下振動的力和力矩是往復(fù)慣性力、往復(fù)慣性力矩等由于大型低速柴油機向長行程和超長行程方向發(fā)展，由總傾覆力矩引起的柴油機機體的振動也越來越突出。（1）單缸柴油機的平衡減振措施之一平衡法基本思路——安裝平衡補償裝置，即設(shè)置一些偏心質(zhì)量，讓其以與柴油機激振頻率相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生補償力或力矩以抵消柴油機的不平衡力（力矩）。具有這種平衡補償作用的裝置，統(tǒng)稱平衡器★回轉(zhuǎn)慣性力（離心力）FR的平衡——在曲柄臂上與離心力的相反方向配置一對質(zhì)量相同的平衡重塊，使之產(chǎn)生的離心力恰好與FR相等而方向相反、達到平衡離心慣性力的效果?！飪A覆力矩MD的平衡——MD無法平衡，只能依靠強大的地基由機座的地腳螺栓來承受★往復(fù)慣性力FJ的平衡——正反轉(zhuǎn)平衡輪系2、多缸柴油機的振動與平衡（1）多缸柴油機的振動在多缸柴油機中，引起振動的力源有合成離心慣性力ΣFR、合成離心慣性力矩ΣMR、合成往復(fù)慣性力ΣFj、合成往復(fù)慣性力矩ΣMj、總傾覆力矩ΣMD、總連桿力偶ΣML等★合成離心慣性力ΣFR——多缸機的曲柄一般是均勻排列的→在不增設(shè)平衡重的情況下，離心慣性力能自行平衡即ΣFR＝0。

★各缸往復(fù)慣性力--作用在各自的氣缸中心線上，形成縱平面內(nèi)的垂直平面力系。往復(fù)慣性力由各缸一次和二次往復(fù)慣性力組成。多缸柴油機的慣性力合力為零，不會造成柴油機的振動★多缸機的慣性力矩——包括合成往復(fù)慣性力矩ΣMj和合成離心力矩ΣMR合成離心力矩ΣMR——是各缸離心力對柴油機的重心的合成力矩，合成離心力矩ΣMR的大小不變，作用在一個過曲軸回轉(zhuǎn)中心線的平面內(nèi)，并與第一缸曲柄有一個固定的間隔角，以角速度ω回轉(zhuǎn)，可分解為一個交變的垂直分量MRV和一個交變的水平分量MRH。垂直分量MRV會使柴油機在縱平面內(nèi)產(chǎn)生擺動。水平分量MRH會使柴油機在水平面內(nèi)產(chǎn)生擺動合成往復(fù)慣性力矩ΣMj——包括合成一次往復(fù)慣性力矩ΣMj1和合成二次往復(fù)慣性力矩ΣMj2。合成一次往復(fù)慣性力矩ΣMj1使柴油機在縱平面內(nèi)產(chǎn)生擺動；合成二次往復(fù)慣性力矩ΣMj2也使柴油機在縱平面內(nèi)產(chǎn)生擺動，與一次往復(fù)慣性力矩不同的是它在每轉(zhuǎn)之內(nèi)作用兩次。2、多缸柴油機的振動與平衡★總傾覆力矩ΣMD——多缸機的總傾覆力矩ΣMD與曲軸總輸出扭矩ΣMK大小相等而方向相反，實質(zhì)上是柴油機輸出扭矩的反扭矩，因分別作用在不同的部件上而不能相互抵消。對于大型低速長行程和超長行程柴油機，一般來說，7缸以下的柴油機會產(chǎn)生H型的振動，即使柴油機整體發(fā)出橫向搖動，其振動的階次為氣缸數(shù)的整數(shù)倍；對于6缸以上的柴油機，則會產(chǎn)生X型振動，即使柴油機機體產(chǎn)生扭曲，其主要振動階次為氣缸數(shù)的一半1.共振定義：驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時，受迫振動的振幅最大，這種現(xiàn)象叫做共振。特點：f驅(qū)=f固時，振幅有最大值f驅(qū)與

f固差別越大時，振幅越小應(yīng)用：

利用共振時，應(yīng)使驅(qū)動力的頻率接近或等于振動物體的