机械振动案例分析ppt课件.ppt

机械振动案例分析 组员 1 机械振动的发展历史振动带来的危害及其控制振动的利用 2 振动是在日常生活和工程实际中普遍存在的一种现象 也是整个力学中最重要的研究领域之一 3 人类对振动现象的认识有悠久的历史 早在公元前6世纪 Pythagoras发现了较短的弦发出较高的音 将弦长缩短一半可发出高一音阶的音符 战国时期的古人已定量地总结出弦线发音与长度的关系 将基音弦长分为三等份 减去或增加一份可确定相隔五度音程的各个音 公元前6世纪成书的 旧约 约书亚记 记载共振现象 城墙在齐声呐喊中塌陷 成书于战国时期的 庄子 徐无鬼 更明确记载了共振现象 鼓宫宫动 鼓角角动 音律同矣 成书于公元2 5世纪的 犹太法典 第二章也描述一种共振象 公鸡把头伸进空的玻璃容器内啼鸣致使容器破碎 机械振动的发展历史概述 4 战国初期为了防御敌国的地道战术在 墨子 备学篇 记载了一种防御方式 守军在城内沿城墙根约每隔6米挖一口井 深约3米左右 让陶工烧制坛子 有耳朵灵敏的人日夜值班 并将耳朵贴在坛口侦听 如果敌人正在挖地道 通过坛中的声音就能觉察 这种方法不仅能判断敌人否在挖洞 还能从不同的坛口的声音确定声源方向 即地道的大致方位 这个方法很有振动学理论根据 因为敌人挖地道的声波经同地下传到坛子 坛子内空气柱发生共鸣 再引起坛口蒙皮的振动 因此声音就大了 5 在振动力学研究兴起之前 有两个典型的振动问题引起注意 即弦线振动和单摆摆动 弦线振动是无穷多自由度连续系统的振动 单摆摆动是单自由度离散系统的振动 振幅不大时都可认为是线性的 单摆振动比较简单 对后来线性振动的发展影响不大 1678年Hooke提出弹性定律 建立了弹性体变形与恢复力间的线性关系 引入了振动系统的基本组成部分 弹簧 1678年 Newton在其划时代的 自然哲学之数学原理 中建立了运动变化与受力间的关系 使振动问题的动力学研究成为可能 他也定义了振动系统的另一基本组成部分 质量 假设了介质阻力与速度及速度平方成正比 形成阻尼概念的雏形 6 机械振动 是指物体 系 在平衡位置 或平均位置 附近来回往复的运动 兴利除弊 7 使结构系统发生大变形而破坏 甚至造成灾难性的事故 有些桥梁等建筑物就是由于振动而塌毁 引起噪声污染 影响精密仪器设备的功能 降低机械加工的精度和光洁度 消耗机械系统的能量 降低机器效率 机翼的颤振 机轮的摆振和航空发动机的异常振动 曾多次造成飞行事故 恶化飞机和车船的乘载条件 等等 8 地震 群灾之首 强烈的破坏性地震瞬间将房屋 桥梁 水坝等建筑物摧毁 直接给人类造成巨大的灾难 还会诱发水灾 火灾 海啸 有毒物质及放射性物质泄漏等次生灾害 9 印度洋强震引发海啸席卷南亚东南亚 10 建造结构振动台模型试验 11 一种吸声型的声屏障结构 利用声屏障将声源和保护目标隔开 12 高架桥上的吸声屏障 高架桥上的吸声与隔振组合屏障 13 车载火炮稳定系统 在坦克炮塔内 陀螺仪 加速度计及角度传感器不断地测定各种运动载荷 车载计算机根据这些信息计算并发出抵消这些运动的控制指令 通过伺服系统使炮塔相对于底盘水平转动 火炮相对于炮塔高低俯仰 从而使坦克即使在不断颠簸的运动中也能将火炮准确地对准目标 14 振动引起的转子系统破坏 15 如果在加工时有强迫振动 又称为激励振动 它是由周期变化的激振力所引起的 例如主轴回转不平衡 电机振动 传动部件有缺陷 以及周围有振动源通过地基传给加工设备的振动等 都会产生振纹 电机是主要动力源 也是振动源 电机的振动对加工的影响很大 16 汽车发动机的曲轴在工作时会发生扭振现象 其内因是曲轴不仅自身具有惯性 而且还有弹性 由此确定了曲轴本身固有的自由扭转特性 而其外因则是作用在曲轴上周期性变化时的激振力矩 例如 大爆发的活塞惯性力 曲柄连杆机构的惯性力和重力 附件的不规则阻力矩和外界作用力 这些力矩是曲轴产生扭振的能量来源 只要机器运行 这些激振力矩就存在强迫扭振就持续发生 使得轴在运转时产生剧烈振动 17 曲轴的破坏曲轴按照激振的频率进行强制振动 当激振频率与曲轴本身的固有频率相同时 就会产生共振 当扭振应力超过轴系所能承受的应力时 曲轴将产生断裂 18 防止曲轴破坏的解决办法在设计新型的内燃机过程中 就应注意设计方案和设计参数的选择 不要使所设计的内燃机工作在临界转速内 必要时可以通过改变曲轴的刚度 各个转动系统的转动惯量等设计参数 以及采用内磨擦较大的材料 如球墨铸铁 来制做曲轴 从而改变整个轴系的自振频率 避免内燃机在工作转速范围内产生共振 当采取一定的措施后还不能解决问题 最常用的办法就是在曲轴自由端安装减振器 19 振动利用工程学 是20世纪后半期逐渐形成和发展起来的一门新学科 振动利用工程的发展使世人瞩目 就振动机械来说 目前已成功应用于工矿企业中的振动机器已发展到数百种之多 在许多部门 如采矿 冶金 煤炭 石油化工 机械 电力 水利 土木 建筑 建材 铁路 公路交通 轻工 食品和谷物加工 农田耕作以及在人类日常生活过程中 振动的利用 20 振动切削振动切削加工是在刀具或工件上附加一定可控的振动 使加工过程变为间断 瞬间 往复的微观断续切削过程 振动切削方法首先由日本宇都宫大学的隈部淳一郎教授于60年代提出的 目前 在日本 中国 俄罗斯 德国 韩国 印度 美国 奥地利 英国等开展了广泛的研究与生产应用 21 振动切削原理振动切削理论是在切削过程中加入了超声振动 由工业金刚石颗粒制成的铣刀 钻头或砂轮 在加工过程中对零件表面进行20000次 秒的连续敲击 即使是高硬材料 在如此高频的振动敲击下 一个很小的切削力也可将其瓦解 振动切削机床的进给力还是很大的 因此在振幅的最高点 附在刀具上的金刚石颗粒以撞击方式将零件表面材料以微小颗粒形式分离出来 22 因振动切削机理与普通切削不同 使其具有如下现象及效果 1 切削抗力显著降低 2 加工精度明显提高 3 切削温度显著降低 4 切削过程比较顺利 5 加工表面质量可以得到改善 23 采用刀具振动孔加工超声纵振孔加工又可分为刀具振动和工件振动两类 虽然振动体不同 但它们刀具与工件的相对振动都是轴向的 因此加工效果基本一致 超声纵振孔加工的主要特点有 生产率高 特别对于难加工材料 生产率比普通钻削高2 3倍 不需退刀排屑 易实现机械化 加工精度和表面质量的很大提高 表面粗糙度值可达Ra0 8 m 而且不出现毛