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机械振动基础1. 引言机械振动是工程中一个重要的概念，在各种机械设备中都会出现振动现象。
了解机械振动的基础知识对于设计、分析和维护机械系统都至关重要。
本文将介绍机械振动的基本概念、分类以及振动分析的方法。
2. 机械振动的概念机械振动是指机械系统中物体在某一参考点附近以往复运动的方式进行振荡。
振动可由外力引起，也可由机械系统本身的结构、弹性特性或制动装置等因素引起。
机械振动可分为自由振动和受迫振动两种形式。
自由振动是指机械系统在无外力作用下，自身的动力系统引起的振动。
受迫振动是指机械系统在外力作用下，强制性地以某种频率进行振动。
3. 机械振动的分类根据振动的特性和产生机制，机械振动可分为以下几类：3.1 自由振动自由振动是机械系统在无外力作用下，由于初位置、初速度或初形状等因素引起的振动。
在自由振动中，机械系统会按照一定的频率（固有频率）和振幅进行振动，直至最终停止。
3.2 受迫振动受迫振动是机械系统在外力作用下进行的振动。
外力的作用可能是周期性的，也可能是随机的。
受迫振动的频率与外力的频率相同或有一定的关系。
3.3 维持振动维持振动是指机械系统中某个部件受到外力作用后，振动会持续存在，没有衰减的现象。
维持振动往往是由于机械系统的频率与外力频率非常接近或相同。
3.4 阻尼振动阻尼振动是指机械系统在振动过程中，由于能量的损耗而逐渐减小振幅的过程。
阻尼可以分为线性阻尼和非线性阻尼两种形式。
4. 振动分析方法为了对机械系统中的振动进行分析和评估，需要采用相应的振动分析方法。
以下是几种常用的振动分析方法：4.1 振动传感器振动传感器是用来检测机械系统中的振动信号的装置。
常用的振动传感器包括加速度传感器、速度传感器和位移传感器等。
这些传感器能够测量机械系统中的振动信号，并将其转化为电信号供后续分析。
4.2 频域分析频域分析是一种将时域信号转换为频域信号的方法。
通过对振动信号进行傅里叶变换等数学处理，可以将振动信号转化为频谱图并分析其中的频率成分和幅值。
机械振动与周期知识点总结机械振动是物体在某个平衡位置附近作周期性运动的现象，而周期则是振动运动中完成一个完整往复运动所需的时间。
在本文中，我们将探讨机械振动和周期的一些基本概念和相关知识点。
1. 机械振动的基本概念机械振动可以分为自由振动和受迫振动两种形式。
自由振动是指物体在没有外力作用下，由于其固有的弹性特性而发生的振动。
典型的自由振动包括弹簧振子和单摆的振动。
自由振动的重要特点是振动频率不变，而振幅则会逐渐减小，直至停止。
受迫振动则是指受到外界周期性作用力的物体发生的振动。
外界作用力的频率与物体固有频率相同或接近时，会出现共振现象。
共振是许多自然界和技术领域中常见的现象，如桥梁共振、音乐共振等。
2. 振动的描述与参数振动可以通过振动曲线来描述，振动曲线是物体振动的图像表示。
振动曲线通常以时间为横轴，物体的位移或其他相关物理量为纵轴。
振动曲线可以用正弦或余弦函数来表示。
振动的频率是指在单位时间内完成一个完整振动周期的次数，单位为赫兹（Hz）。
频率与周期之间的关系可以用公式频率=1/周期来表示。
振动的频率决定了振动的快慢。
振动的振幅则是指在振动过程中物体离开平衡位置的最大位移。
振幅的大小决定了振动的幅度大小。
另外，振动的周期与频率有着互逆的关系。
周期是指完成一个完整振动所需的时间，单位为秒（s）。
周期的倒数就是频率。
3. 振动的力学原理机械振动符合牛顿力学的基本原理，特别是牛顿第二定律和胡克定律。
牛顿第二定律表明，物体的加速度与作用在物体上的合力成正比，与物体的质量成反比。
对于振动而言，振动物体受到的合力由胡克定律给出。
胡克定律是一个描述弹簧力的基本定律，它表明弹簧的伸长或缩短与所受力成正比。
胡克定律可以用公式F=kx来表示，其中F为弹簧力，k为弹簧的弹性系数，x为伸长或缩短的位移。
结合牛顿第二定律和胡克定律，可以得到描述振动的运动方程。
对于简谐振动而言，振动位移与时间的关系可以用正弦或余弦函数来表示。
什么是机械振动_使用原理机械振动是物体或质点在其平衡位置附近所作有规律的往复运动。
那么你对机械振动了解多少呢?以下是由店铺整理关于什么是机械振动的内容，希望大家喜欢!机械振动的原理振动的强弱用振动量来衡量，振动量可以是振动体的位移、速度或加速度。
振动量如果超过允许范围，机械设备将产生较大的动载荷和噪声，从而影响其工作性能和使用寿命，严重时会导致零、部件的早期失效。
例如，透平叶片因振动而产生的断裂，可以引起严重事故。
由于现代机械结构日益复杂，运动速度日益提高，振动的危害更为突出。
反之，利用振动原理工作的机械设备，则应能产生预期的振动。
在机械工程领域中，除固体振动外还有流体振动，以及固体和流体耦合的振动。
空气压缩机的喘振，就是一种流体振动。
机械振动的特征只有在已知机械设备的动力学模型、外部激励和工作条件的基础上，才能分析研究机械设备的动态特性。
动态分析包括：①计算或测定机械设备的各阶固有频率、模态振型、刚度和阻尼等固有特性。
根据固有特性可以找出产生振动的原因，避免共振，并为进一步动态分析提供基础数据。
②计算或测定机械设备受到激励时有关点的位移、速度、加速度、相位、频谱和振动的时间历程等动态响应，根据动态响应考核机械设备承受振动和冲击的能力，寻找其薄弱环节和浪费环节，为改进设计提供依据。
还可建立用模态参数表示的机械系统的运动方程，称为模态分析。
③分析计算机械设备的动力稳定性，确定机械设备不稳定，即产生自激振动的临界条件。
保证机械设备在充分发挥其性能的条件下不产生自激振动，并能稳定的工作。
机械振动的种类最简单的机械振动是质点的简谐振动。
简谐振动是随时间按正弦函数变化的运动。
这种振动可以看作是垂直平面上等速圆周运动的点在此平面内的铅垂轴上投影的结果。
它的振动位移为x(t)=Asinωt式中A为振幅，即偏离平衡位置的最大值，亦即振动位移的最大值;t为时间;ω为圆频率(正弦量频率的2π倍)。
它的振动速度为dx/dt=ωAsin(ωt+π/2)它的振动加速度为d2x/dt2=ω2Asin(ωt+π)振动也可用向量来表示。
机械振动和机械波知识点总结一、机械振动的基本概念1.简谐振动：具有恢复力的物体围绕平衡位置作周而复始的往复运动，其运动规律满足简谐振动的规律。
2.振幅：振动的最大偏离量，表示振动的幅度大小。
3.周期：振动完成一次往复运动所经历的时间。
4.频率：单位时间内振动的循环次数。
5.角频率：单位时间内振动的循环角度。
6.动能和势能：振动物体在做往复运动过程中，动能和势能不断转化。
7.谐振：当外力与物体的振动频率相同时，产生共振现象，能量传递效率最高。
二、机械振动的描述方法1.运动方程：描述物体随时间变化的位置。
2.振动曲线：以时间为横轴，位置或速度为纵轴，绘制出的曲线。
3.波形图：以距离为横轴，垂直方向的位移、压强或密度为纵轴，绘制出的曲线。
三、机械振动的特性1.振动的幅度、周期和频率可以通过测量来确定。
2.振动的速度和加速度随时间变化而变化，速度与位置之间呈正弦关系，加速度与位置之间呈负弦关系。
3.振动的能量在物体各个部分之间以波动形式传递，不断发生能量转化。
4.振动物体的相对稳定位置是平衡位置，物体相对平衡位置的偏离量越大，能量传递越快，振幅越大。
四、机械波的基本概念1.机械波是一种能量的传递方式，通过介质中的相互作用使得能量沿介质传播。
2.波的传播速度与介质的性质有关，弹性固体中传播速度最大，液体次之，气体最小。
3.机械波分为横波和纵波。
横波的传播方向与振动方向垂直，如水波；纵波的传播方向与振动方向一致，如声波。
五、机械波的描述方法1.波的频率、波长和传播速度之间存在关系：波速=频率×波长。
2.波谱分析：将波的复杂振动分解成一系列简单谐波的叠加。
3.波的传播可分为反射、折射、干涉、衍射和驻波等现象。
六、机械波的特性1.超前传播：波的传播速度比振动速度快。
2.波的干涉：两个波相遇时，根据叠加原理，产生增强或减弱的效果。
3.波的衍射：波通过孔隙或物体边缘时发生的现象。
4.驻波：两个等幅、频率相同的波在空间中相遇，发生干涉，形成波节和波腹。
机械振动基本概念与特性一、引言机械振动是指物体在作用力下发生周期性的来回运动。
它是机械工程中的重要研究领域，对于设计和优化机械系统具有重要意义。
本文将介绍机械振动的基本概念与特性，以帮助读者更好地理解和应用振动学知识。
二、振动的基本概念1. 振动的定义振动是指物体相对于平衡位置以一定频率和幅度进行的周期性来回运动。
振动的频率表示单位时间内振动的次数，通常用赫兹（Hz）来表示。
振动的幅度则表示物体离开平衡位置的最大偏移量。
2. 振动的周期与频率振动的周期是指物体完成一次完整振动所需的时间，通常用秒（s）来表示。
频率则是指单位时间内振动的次数，其倒数即为周期的倒数。
频率和周期之间的关系可以用公式f=1/T表示，其中f表示频率，T表示周期。
3. 振动的幅度与振幅振动的幅度是指物体相对于平衡位置的最大偏移量。
振幅则是指振动的幅度的绝对值，即振动的最大偏移量的正值。
三、振动的特性1. 振动的阻尼振动的阻尼是指振动系统受到的阻力或摩擦力的影响，导致振动能量逐渐减小。
阻尼可以分为无阻尼、欠阻尼和过阻尼三种情况。
无阻尼指振动系统没有受到任何阻力或摩擦力的影响，振动能量保持不变。
欠阻尼指振动系统受到一定阻力或摩擦力的影响，但振动能量仍然保持在一定范围内。
过阻尼指振动系统受到较大的阻力或摩擦力的影响，振动能量迅速减小，振动过程较为缓慢。
2. 振动的共振共振是指振动系统在受到外力作用下，振幅不断增大的现象。
当外力的频率与系统的固有频率相等或接近时，共振现象最为明显。
共振可以使振动系统的能量传递更加高效，但也可能导致系统的破坏。
3. 振动的谐振谐振是指振动系统在受到外力作用下，振幅达到最大的状态。
当外力的频率与系统的固有频率完全相等时，谐振现象最为明显。
谐振可以使振动系统的能量传递更加高效，但也可能导致系统的破坏。
四、应用与展望机械振动的研究在许多领域都有重要的应用，如机械工程、航空航天、汽车工程等。
通过对振动特性的研究，可以优化机械系统的设计，提高系统的稳定性和工作效率。
机械振动基本概念20160815机械设备出现的故障种类很多，很复杂，可用于测试与诊断的信息包括温度、声响、变形、应力及润滑滑的物理化学参数等。
机械设备的作用是传递力和运动，其中任何一个运动部件或与之相关的零件出现故障，必然破坏机械运动的平稳性，在传递力的参与下，这种力和运动的非平稳现象表现为振动。
因而在众多的诊断技术中，没有任何技术能比振动信号分析更深刻地了解机械设备的状况。
另外，由于机械设备在运行中易出现安装质量影响（如不对中）或受工艺外力作用（如喘振）而产生振动的现象，其大小与安装质量和使用中的故障直接关系。
因此，振动分析与测量在诊断机械故障中有着重要的地位。
当然，振动分析对不影响运动平稳性的故障（如泄漏）是无能为力的。
1.振动的概念振动是物体运动的一种形式，指物体经过平衡位置而往复运动的过程。
机械振动是物体（或其一部分）沿直线或曲线并经过其平衡位置所作的往复运动。
振动的参数：位移、速度和加速度三个参量表征。
1.位移是振动物体离开平衡位置的距离。
常用微米（um）或毫米（mm）作单位。
2.振动速度是振动物体位移的快慢，即位移对时间的变化率。
常用毫米/秒（mm/s）为单位。
3.振动加速度是振动物体速度的变化率，即位移的二阶导数，一般用g（重力加速度）表示其大小。
振动波形是将振动参数随时间变化的状态画出来，可以得到的相应曲线。
简谐振动的波形如图1示，它是一条正弦曲线。
每个振动参量都具有三个基本要素：振幅、频率、相位。
1.振幅X简谐振动位移的函数式表示为：⎪⎭⎫ ⎝⎛+=02sin φπt T X x X —位移振幅(um/mm)；t —时间(s)；T —周期(s)；φ0—初始相位（rad ）；角频率为ω—Tπω2=与振幅有关的物理量：速度有效值Vrms ；速度的最大幅值Vp ；速度平均值Vav p c avf rms V F V F V 1==Ff —波形系数；Fc —波峰系数 幅值反映振动的强度，振幅的平方与物质振动的能量成正比，振动诊断标准都是用振幅来表示的。
2.频率f振动物体（或质点）一秒钟振动的次数，单位Hz 。
T f 1=f πω2=频率是振动诊断中非常重要的参数，在确定诊断方案，实施状态识，选用诊断标准时都要用到振动频率。
对振动信号作频率分析是振动诊断最重要的内容，也是振动诊断的最大优势。
3.相位相位由转角ωt 与初相角φ0两部分组成0φωϕ+=t振动信号的相位，表示振动质点的相对位置。
不同振动源产生的振动信号都有各自的相位。
由几个谐波分量叠加而成的复杂波形，即使各谐波分量的振幅不变，仅改变相位角，也会使波形发生很大变化，甚至变得面目全非。
相位测量分析在故障诊断中亦有相当重要的地位，一般用于谐波分析，动平衡测量，识别振动类型和共振点等许多方面。
2. 振动的分类各种机器设备在运行中，都不同程度地存在振动，这是机械运行的共性。
不同的机器，或同一台机器的不同部位，以及机器在不同的时刻或不同的状态下，其产生的振动形式又往往是有差别的，这又体现了设备振动的特殊性。
1.按振动规律分类：上述的分类方式，主要是根据振动在时间历程内的变化特征来划分的。
大多数机械设备的振动是几种不同类型振动的组合。
设备在实际运行中，其表现的周期信号往往淹没在随机振动信号之中。
若设备故障程度加剧，则随机振动中的周期成分加强，从而整台设备振动增大。
因此，从某种意义上讲，设备振动诊断的过程，就是从随机信号中提取周期成分的过程。
2.按产生振动的原因分类机器产生振动的根本原因，在于存在一个或几个力的激励。
不同性质的力激起不同的振动类型：（1）自由振动：系统在初始干扰的作用后，仅靠弹性恢复力来维持的振动形式。
系统中不存在阻尼的叫无阻尼自由振动，而有阻尼的则称之为有阻尼自由振动。
（2）受迫振动：元件或系统的振动是由周期变化的外力作用所引起的，如不平衡、不对中所引起的振动。
（3）自激振动：在没有外力作用下，只是由于系统自身的原因所产生的激励而引起的振动，如油膜振荡、喘振等。
由机械故障而产生的振动，多属于受迫振动和自激振动。
3.按振动频率分类按频率的高低，通常把振动分为3种类型。
目前，对划分频段的界限，尚无严格的规定和统一的标准。
不同的行业，或同一行业中对不同的诊断对象，其划分频段的标准都不尽一致，在各类文献中可见到多种不同的划分方法。
在低频范围，主要测量的振幅是位移量。
这是因为在低频范围造成破坏的主要因素是应力的强度，位移量是与应变、应力直接相关的参数。
在中频范围，主要测量的振幅是速度量。
这是因为振动部件的疲劳进程与振动速度成正比，振动能量与振动速度的平方成正比。
在这个范围内，零件的疲劳破坏为主要表现，如点蚀、剥落等。
在高频范围，主要测量的振幅是加速度。
它表征振动部件所受冲击力的强度。
冲击力的大小与冲击的频率与加速度值正相关。
3.机械振动系统的基本构成元素1.质量质量（mass）是惯性（inertia）元件，国际单位kg。
根据牛顿第二运动定律（Newton ’s second law of motion ） xm F = 质量是振动的执行元件。
质量在振动系统中常简化为刚体（rigid body ）。
具有速度的质量具有动能（kinetics ） 221x m T =质量是振动系统中必需的元素，是承载运动的实体。
在振动系统中，质量的速度是变化的，其动能也随之变化。
2.弹簧弹簧（spring ）是具有弹性的元件，弹性的大小用刚度表示。
弹簧的变形产生弹性力：kx F -=k 为弹簧刚度（spring stiffness ），其单位为N/m 。
弹簧是储能元件，对弹簧做功（work ），弹簧发生变形将功转化为势能（potential energy ）。
221kx U =3.阻尼振动中把振动系统中的动能和势能转化为热能、噪声等其他形式的能量的元件为阻尼（damp ）。
振动系统中的阻尼一般认为是粘性阻尼（viscous damping ）xc F -= c 为粘性阻尼系数，其单位为N ·s/m 。
系统中任意两点x1和x2间由粘性阻尼力所做的功为：⎰-=21x x dx x c W4. 振动类型4.1. 单自由度无阻尼线性系统的振动L —弹簧的原长；δst —弹簧在重物作用下的静伸长量；x —弹簧的伸长量（平衡位置处x 的取值为0）；K —系统弹性系数；m —重物质量当系统受到外界的某种初始扰动时，系统的静平衡条件受到破坏，弹性力不再与重力平衡，而产生弹性恢复力，系统将围绕其静平衡位置作往复运动，亦即自由振动。
响应的一般形式为：()0sin φω+=t A x n单自由度系统的无阻尼自由振动是一简谐振动。
振动的固有频率，仅与系统的质量m 和刚度K 来决定，而与初始条件无关，是系统所固有的。
常力只改变系统的静平衡位置，而不影响系统的固有频率、振幅和初相位，即不影响系统的振动。
4.2. 单自由度有阻尼线性系统的振动实际的结构在振动时，会受到种种阻尼力的作用。
如材料内部由于材质不均而发生的微塑变形产生的阻力，或由于存大量细小的裂缝而产生摩擦力，以及外部空气阻力，元件接点摩擦等。
1.弱阻尼状态（1）系统的振动不再是等幅的简谐振动，而是振动按规律衰减的振动。
2.强阻尼状态：系统不再具有振动特性，其位移按指数规律衰减。
3.临界阻尼状态系统不再具有振动特性。
4.3. 强迫振动简谐力作用下单自由度系统的强迫振动1.强迫振动的响应当质量块m 上作用简谐力F 后，可得强迫振动响应方程为：。
()()0sin φω-=t B t x2.强迫振动的一些普遍性结论：（1）振动频率:系统在简谐激振力作用下的强迫振动是与激振力同频率的简谐振动。
（2）激振力幅值的影响:当其他条件不变时，强迫振动的振幅与激振力的幅值成正比。
（3）频率比的影响:频率比对振幅的影响关系复杂，为此，需引入一个新的变量—振幅的放大因子β()()2220211ξλλβ+-==B B（4）阻尼的影响:阻尼对振幅的影响只在共振区附近起作用，当0.7<λ<1.25时，阻尼比ξ越大，共振振幅越小；当偏离共振区较远时，阻尼的影响不大。
此外，阻尼的存在还使共振峰向左移动，即最大振幅不是发生在λ=1处，而是发生在λ<1的位置。
（5）相频特性:强迫振动的位移响应落后于激振力F，它们之间有一个相位差φ0，可用相频特性曲线描述。
4.4. 自激振动自激振动（self excited vibration）指结构系统受到自身控制的激励作用时所引起的振动。
自激振动与周期激励的响应相比，仍然是一种周期振动，它也是靠外界能源的驱动形成的，不同的是其能源是一个能量不变的能源，能源本身不直接给系统提供周期性变化的能量，系统振动能量的周期性变化是靠系统固有的某种自动调节机制、周期性地向能源和环境吞吐能量形成的。
振动系统周期性地向能源吸收能量而能源的能量保持不变，这只能在能源的能量大大超过振动能量的前提下才能近似实现，这是自激振动系统的另一个特征。
图1的电铃系统是一个自振系统的实例。
对电铃而言，能量为直流电源，在一定时期内，能量近似恒定，接通电源后，铃锤在电磁力作用下，弯曲敲击铜铃，同时电路触点断开，电磁吸力消失；在这个过程中，振系从能源吸收电能，一部分转化为铃锤的动能和弹性势能，另一部分由于材料阻尼、敲击等因素而耗散。
接下来的过程是，弹性势能使铃锤恢复形状，使电源再次接通，完成一次振动，并开始下一次振动。
自激振动的形成过程和机理是：振系在某些初始激励下能作往复运动，同时振系内有一个固有的自动调节环节起作用，它能自动感知振系状态，根据振系状态自动调节能量的吸收，并能使振系在每个往复运动中吸收的能量逐渐等于耗散的能量，从而使振系的能量和状态周期性变化，即形成自激振动。
自激振动形成的机理：图中的调节器是前述的自动调节环节，对于某些振系，调节器是一个实际存在的装置，如电铃，其调节器为电磁断续器，而对很多振系，调节器并不是一个明确的装置，而是系统自身的特征和参数综合形成的一个自动控制环节。
在非线性机械系统内，由非振动性能量转变为振动激励所产生的振动称为自激振动。
自激振动也称为负阻尼振动，这是因为这种振动在振动体运动时非但不产生阻尼力来阻止振动，反而按振动体运动周期持续不断地输入激励能量来维持物体的振动动。
物体产生自激振动时，很小的能量即可产生强烈振动。
只是由于系统的非线性，振幅才被限制在一定值之内。
常见的自激振动如油膜振荡、喘振等。
自激振动，常使设备运行失去稳定性，因此必须引起注意。
自激振动有如下特点：1)随机性。
因为能引发自激振动的激励力（大于阻尼力的失稳力）一般都是偶然因素引起的，没有一定规律可循。
2)振动系统非线性特征较强，即系统存在非线性阻尼元件（如油膜的粘温特性，材料内摩擦）、非线性刚度元件（柔性转子、结构松动等）时才足以引发自激振动，使振动系统所具有的非周期能量转为系统振动能量。
