機(jī)械振動是物體或質(zhì)點在其平衡位置附近所作有規(guī)律的往復(fù)運動。振動的強(qiáng)弱用振動量來衡量,，振動量可以是振動體的位移,、速度或加速度。
原理
振動的強(qiáng)弱用振動量來衡量,，振動量可以是振動體的位移,、速度或加速度。振動量如果過允許范圍,，機(jī)械設(shè)備將產(chǎn)生較大的動載荷和噪聲,，從而影響其作性能和使用壽命，嚴(yán)重時會導(dǎo)致零,、件的早期失效,。例如，透平葉片因振動而產(chǎn)生的斷裂,，可以引起嚴(yán)重事故,。由于現(xiàn)代機(jī)械結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，運動速度日益提,，振動的危害更為突出,。反之，利用振動原理作的機(jī)械設(shè)備,，則應(yīng)能產(chǎn)生預(yù)期的振動,。在機(jī)械程域中，除固體振動外還有體振動,，以及固體和體耦合的振動?？諝鈮嚎s機(jī)的喘振,，就是種體振動。
振動測試
自從應(yīng)用機(jī)械阻抗,、系統(tǒng)識別和模態(tài)分析等以來,，人們已成地解決了許多復(fù)雜的振動問題。在已知激勵的情況下,，系統(tǒng)的振動性,，使它的響應(yīng)滿足所需要求，稱為振動,。在已知系統(tǒng)的激勵和響應(yīng)的條件下研究系統(tǒng)的性,，即用實驗數(shù)據(jù)與數(shù)學(xué)分析相結(jié)合的方法確定振動系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，稱為系統(tǒng)識別,。若已知機(jī)械結(jié)構(gòu)運動方程的般形式,，系統(tǒng)識別則簡化為參數(shù)識別。參數(shù)識別可以在頻域內(nèi)行,，也可以在時域內(nèi)行,，有的則需要在頻域和時域內(nèi)同時行。在已知系統(tǒng)的性和響應(yīng)的條件下研究激勵,，稱為環(huán)境預(yù)測,。振動、系統(tǒng)識別和環(huán)境預(yù)測三者可以概括為現(xiàn)代振動研究的基本內(nèi)容,。在機(jī)械程域內(nèi),，為確保機(jī)械設(shè)備安可靠地運行，機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動監(jiān)控和診斷也引起人們的重視,。在研究方法上,，振動測試是與理論分析計算結(jié)合采用的。
防振措施
機(jī)械設(shè)備時,，應(yīng)周密地考慮所的對象會出現(xiàn)何種振動:是線性振動還是非線性振動;振動的程度;把振動量控制在允許范圍內(nèi)的方法,。這是決定方案時需要解決的問題。已有的機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)過允許范圍的振動時,，需要采取減振措施,。為了減小機(jī)械設(shè)備本身的振動，可配置各類減振器,。為減小機(jī)械設(shè)備振動對周圍環(huán)境的影響,，或減小周圍環(huán)境的振動對機(jī)械設(shè)備的影響，可采取隔振措施,。系統(tǒng)受到瞬態(tài)激勵時,，它的力、位移,、速度,、加速度發(fā)生突然變化的現(xiàn)象，稱為沖擊,。般機(jī)械設(shè)備經(jīng)受得起微弱的沖擊,，但經(jīng)受不起強(qiáng)烈的沖擊。為了保護(hù)機(jī)械設(shè)備不致于受強(qiáng)烈沖擊而破壞,，可采取緩沖措施,，以減輕沖擊的影響,。如飛機(jī)著落時，輪胎,、起落架和緩沖支柱等分別承受和吸收分沖擊能量,，借以保護(hù)飛機(jī)安著陸。減小機(jī)械噪聲的根本途徑主要在于控制噪聲源的振動,在需要的場合,也可配置消聲器,。
種類
zui簡單的機(jī)械振動是質(zhì)點的簡諧振動,。簡諧振動是隨時間按正弦函數(shù)變化的運動。這種振動可以看作是垂直平面上等速圓周運動的點在此平面內(nèi)的鉛垂軸上投影的結(jié)果,。它的振動位移為
x(t)=Asinωt
式中A為振幅,，即偏離平衡位置的zui大值，亦即振動位移的zui大值;t為時間;ω為圓頻率(正弦量頻率的2π倍),。它的振動速度為
dx/dt=ωAsin(ωt+π/2)
它的振動加速度為
d2x/dt2=ω2Asin(ωt+π)
振動也可用向量來表示,。向量以等角速度ω作反時針方向旋轉(zhuǎn)，位移向量的模(向量的大小)就是振幅A,速度向量的模就是速度的幅值ωA,，加速度向量的模就是加速度的幅值ω2A,。速度向量比位移向量前90°，加速度向量比位移向量前180°,。如振動開始時此質(zhì)點不在平衡位置,，它的位移可用下式表示
x(t)=Asin(ωt+ψ)
式中ψ為初相位。成次振動所需的時間稱為周期,。周期的倒數(shù)即單位時間內(nèi)的振動次數(shù),，稱為頻率。具有固定周期的振動,，經(jīng)過個周期后又回復(fù)到周期開始的狀態(tài),，這稱為周期振動。何個周期函數(shù),，只要滿足定條件都可以展開成傅里葉數(shù),。因此，可以把個非簡諧的周期振動分解為系列的簡諧振動,。沒有固定周期的振動稱為非周期振動,，例如旋轉(zhuǎn)機(jī)械在起動過程中出現(xiàn)非周期振動，當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械達(dá)到勻速轉(zhuǎn)動時才產(chǎn)生周期振動,。
由質(zhì)量,、剛度和阻尼各元素以定形式組成的系統(tǒng)，稱為機(jī)械系統(tǒng),。實際的機(jī)械結(jié)構(gòu)般都復(fù)雜,，在分析其振動問題時往往需要把它簡化為由若干個"無彈性"的質(zhì)量和"無質(zhì)量"的彈性元件所組成的力學(xué)模型，這就是種機(jī)械系統(tǒng)，稱為彈簧質(zhì)量系統(tǒng),。彈性元件的性用彈簧的剛度來表示,，它是彈簧每縮短或伸長單位長度所需施加的力。例如,，可將汽車的車身和前,、后橋作為質(zhì)量，將板簧和輪胎作為彈性元件,將具有耗散振動能量作用的各環(huán)節(jié)作為阻尼,三者共同組成了研究汽車振動的種機(jī)械系統(tǒng),。
單自由度系統(tǒng) 確定個機(jī)械系統(tǒng)的運動狀態(tài)所需的立坐標(biāo)數(shù)，稱為系統(tǒng)的自由度數(shù),。分析個實際機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動性時需要忽略某些次要因素,，把它簡化為動力學(xué)模型，同時確定它的自由度數(shù),。簡化的程度取決于系統(tǒng)本身的主要性和所要求分析計算結(jié)果的準(zhǔn)確程度,，zui后再經(jīng)過實測來檢驗簡化結(jié)果是否正確。zui簡單的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)是單自由度系統(tǒng),，它是由個彈簧和個質(zhì)量組成的系統(tǒng),，只用個立坐標(biāo)就能確定其運動狀態(tài)。根據(jù)具體情況,，可以選取線位移作為立坐標(biāo),，也可以選取角位移作為立坐標(biāo)。以線位移為立坐標(biāo)的系統(tǒng)的振動,，稱為直線振動,。以扭轉(zhuǎn)角位移為立坐標(biāo)的系統(tǒng)的振動，稱為扭轉(zhuǎn)振動,。
多自由度系統(tǒng) 不少實際程振動問題,，往往需要把它簡化成兩個或兩個以上自由度的多自由度系統(tǒng)。例如,，只研究汽車垂直方向的上下振動時,，可簡化為以線位移描述其運動的單自由度系統(tǒng)。而當(dāng)研究汽車上下振動和前后擺動時,，則應(yīng)簡化為以線位移和角位移同時描述其運動的2自由度系統(tǒng),。2自由度系統(tǒng)般具有兩個不同數(shù)值的固有頻率。當(dāng)系統(tǒng)按其中固有頻率自由振動時,，稱為主振動,。系統(tǒng)作主振動時，整個系統(tǒng)具有確定的振動形態(tài),稱為主振型,。主振型和固有頻率樣,只決定于系統(tǒng)本身的物理性質(zhì),，與初始條件無關(guān)。多自由度系統(tǒng)具有多個固有頻率，zui低的固有頻率稱為*階固有頻率,，簡稱基頻,。研究梁的橫向振動時，就要用梁上無限多個橫截面在每個瞬時的運動狀態(tài)來描述梁的運動規(guī)律,。因此,，根梁就是個無限多個自由度的系統(tǒng)，也稱連續(xù)系統(tǒng),。弦,、桿、膜,、板,、殼的質(zhì)量和剛度與梁相同，具有分布的性質(zhì),。因此,，它們都是具有無限多個自由度的連續(xù)系統(tǒng)，也稱分布系統(tǒng),。
機(jī)械振動有不同的分類方法,。按產(chǎn)生振動的原因可分為自由振動、受迫振動和自激振動;按振動的規(guī)律可分為簡諧振動,、非諧周期振動和隨機(jī)振動;按振動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的性可分為線性振動和非線性振動;按振動位移的征可分為扭轉(zhuǎn)振動和直線振動,。
自由振動
去掉激勵或約束之后，機(jī)械系統(tǒng)所出現(xiàn)的振動,。振動只靠其彈性恢復(fù)力來維持,，當(dāng)有阻尼時振動便逐漸衰減。自由振動的頻率只決定于系統(tǒng)本身的物理性質(zhì),，稱為系統(tǒng)的固有頻率,。
