课件－情景任务一 认知振动课件讲解

项目三振动南通航运职业技术学院轮机工程系陈培红主讲情景任务一认知振动大纲要求3.1.3船舶系统及组件装配和修理时应考虑的材料特性与参数3.1.3.2振动

(2h)了解振动的起因、危害及分类熟悉船上振动主要来源及消除方法熟悉共振、临界转速的概念、造成的影响及应对措施熟悉减小振动的一般方法

【学习情境】讨论轮机工程中常用的减振隔振措施能力目标：1．掌握机械振动的基本概念；2．掌握振动的利用与消除方法。学习任务：1．机械振动的基本概念：振动的危害、振动的分类等；2．振动的利用与消除方法。课内实践：分析内燃机等机器设备在工作中产生噪声的原因【任务描述】内燃机等机器设备在工作中往往会产生振动，从而产生噪声，严重的会影响正常工作。那么，振动是怎么产生的呢？原因何在？怎样避免不必要的振动？又怎样利用振动工作？认知振动定义振动指物体在平衡位置作往复运动。机械振动指物体在静平衡位置作往复运动。机理：引起振动——有一外力使物体偏离平衡位置。要继续，需往复力（始终指向平衡位置的作用力）。在平衡位置靠惯性冲过平衡位置。一、机械振动的定义和机理二、引起机械振动的因素（1）旋转构件的负载分布不均匀；（2）安装精度不够，造成物体之间的间隙过大；（3）物体表面质量和润滑不够理想。（1）物体自身质量分布不均匀；（2）结构件刚度不够。1．引起机械振动的外因2．引起机械振动的内因注意：构件的大小既不是内因也不是外因。二、机械振动的危害和利用在许多情况下振动的存在是有害的但同时我们也可以利用振动原理制造有利于生产发展的利用振动的特性而进行工作的振动设备。消耗能源噪声损害人体健康缩短设备使用寿命振动筛振动送料机振动打桩机混凝土振捣机等三、机械振动的分类1．按振动产生的原因可分为2．按振动规律分（1）自由振动（2）受迫振动振动系统受到暂时干扰后，仅靠其弹性恢复力的作用来维持的振动。系统在外界周期性干扰力持续作用下，被迫产生的振动。（1）简谐振动（2）非简谐振动（3）随机振动随时间按正弦或余弦函数变化的振动。随时间不能按正弦或余弦函数变化的振动。只能用统计方法来研究的周期性振动。3．按振动位移的特征分4．按振动系统的自由度分（1）扭转振动（2）纵向振动振动体上的质点只作绕轴线的振动。振动体上的质点只作沿轴线方向的振动。（1）单自由度系统振动（2）多自由度系统即用一个参数可以确定其位置的系统振动。即要用多个参数才能确定其位置的系统振动。（3）横向振动振动体上的质点只作垂直于轴线方向的振动。三、机械振动的分类一、无阻尼自由振动振动系统受到暂时干扰后，系统的平衡状态遭到破坏，仅在弹性恢复力作用下的振动，称为自由振动。物体在干扰力作用后自由振动。合力令即有【拓展延伸】

简谐振动是最简单、最基本的振动形式，一切复杂振动都可由简谐振动合成。A—振幅：振体偏离静平衡位置的最大距离；

振动的能量与振幅有关，振幅越大，振动的能量越大T—周期：振体每振动一次所需的时间（秒）f—频率：单位时间内振动的次数（（赫兹））ω—圆频率：振体在2π秒内振动的次数（弧度/秒，即rad/s），与系统本身的固有参数（质量m与刚度）有关，而和运动的初始条件等无关。。一、无阻尼自由振动－三要素TTAOtA相位(1)(

t+

0

)是t时刻的相位

(2)

0

是t=0时刻的相位——初相上图为一弹性杆支持的圆盘，弹性杆扭转刚度为kn，圆盘对杆轴的转动惯量为J。自由振动单摆轴系模型

二、阻尼振动

由于摩擦力总是存在,所以弹簧振子在振动过程中，要不断克服外界阻力做功而消耗能量,振幅就会逐渐减小,经过一段时间，振动就会完全停止下来。这种振幅越来越小的振动叫做阻尼振动。txO阻尼振动的图像MMxxkGFdvFOl0+δs物块不再进行振幅不变的简谐运动，即使小阻尼，对振幅的影响也是非常显著的。

三、受迫振动要得到持续的等幅振动，最简单的方法就是用周期性的外力不断地对物体做功，补偿振子克服阻力所消耗的能量。这种周期性的外力叫驱动力。物体在周期性的外力作用下的振动叫受迫振动。

物体做受迫振动的频率由驱动力的频率决定，跟物体的固有频率频率无关。二、有阻尼的自由振动有阻尼时的自由振动，但只限于与速度一次方成正比的介质阻力，这种阻力称为线性阻力（或粘滞阻力）。

如图示系统在介质里运动中，质点M将受到介质阻力的作用。MMxxkGFdvFOl0+δs

在微振动情况下，速度不大，可以认为阻力Fd与速度v

的一次方成正比，即有阻尼的影响，物块不再进行振幅不变的简谐运动，即使小阻尼，对振幅的影响也是非常显著的。受迫振动定义：在外加激振力作用下的振动实例：底座在柴油机运转时发生的振动特点：

受迫振动的频率总等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关。在受迫振动中，驱动力的频率跟物体的固有频率相等的时候，振幅最大，这种现象叫做共振。动力装置主要有以下几种激振力：

螺旋桨的激振力——在径向和周向都很不均匀的三维伴流场中运转时所受到的交变纵向和横向推力和力矩。柴油机的激振力——气缸气体力、运动部件惯性力与重力等产生的作用在曲轴、曲柄销上的交变切向力和径向力。轴系及其他产生的激振力——轴系部件运转时产生的激振力和力矩（1）轴频激振力螺旋桨机械不平衡引起的激振频率等于桨轴转速的一阶激振力（2）叶频激振力螺旋桨在不均匀流场中工作引起的高阶激振力螺旋桨激振力引起的原因：螺旋桨在不均匀的伴流场中运转时，由作用在桨叶上的流体力引起的特点：其变化频率为叶频（桨叶数乘以轴的旋转频率）或倍叶频（叶频的整数倍），其简谐次数等于桨叶片数的整数倍。其中以最低次数的简谐力矩振幅最大影响：因螺旋激振力矩比气体力激振力矩小得多，一般不予考虑。在螺旋桨和柴油机的激振力矩频率和相位相同时，即当柴油机的缸数是螺旋桨叶数的整数倍时，轴系设计和螺旋桨安装要注意避免由于螺旋桨激振力矩而引起轴系扭振增大螺旋桨所产生的激振力矩气体力上部作用于气缸盖，下部作用于主轴承，（各处大小相等、方向相反）内部自动平衡拉伸固定件。传递中产生侧向推力，横向振动。柴油机的激振力

（1）单缸柴油机的振动★单缸柴油机中，曲柄连杆机构的各作用力对振动的影响如下气体力Fg气体力内部平衡。不造成柴油机产生垂直方向的振动，使柴油机机体产生拉伸应力。气体力侧推力形成倾覆力矩而使柴油机摆动往复惯性力Fj是一个沿气缸中心线方向周期性变化的力，将引起柴油机上下方向的振动。往复惯性力也是形成倾覆力矩力源之一.◆未平衡回转离心力FR由回转不平衡质量mR以角速度ω回转时形成一个不平衡力。会使柴油机发生上下、左右方向的振动◆未平衡倾覆力矩MD倾覆力矩MD在柴油机内部不能平衡，其大小和方向交变。使柴油机产生左右摇摆性振动（横向振动）◆未平衡连杆力偶ML由于连杆运动产生的大小、方向交变的不平衡力偶。引起柴油机左右摆动。因数值较小，引起的振动不大小结直接使柴油机左右摇摆的力和力矩有侧推力、倾覆力矩、连杆力偶等;使柴油机上下振动的力和力矩是往复惯性力、往复惯性力矩等由于大型低速柴油机向长行程和超长行程方向发展，由总倾覆力矩引起的柴油机机体的振动也越来越突出。（1）单缸柴油机的平衡减振措施之一平衡法基本思路——安装平衡补偿装置，即设置一些偏心质量，让其以与柴油机激振频率相同的转速旋转，产生补偿力或力矩以抵消柴油机的不平衡力（力矩）。具有这种平衡补偿作用的装置，统称平衡器★回转惯性力（离心力）FR的平衡——在曲柄臂上与离心力的相反方向配置一对质量相同的平衡重块，使之产生的离心力恰好与FR相等而方向相反、达到平衡离心惯性力的效果。★倾覆力矩MD的平衡——MD无法平衡，只能依靠强大的地基由机座的地脚螺栓来承受★往复惯性力FJ的平衡——正反转平衡轮系2、多缸柴油机的振动与平衡（1）多缸柴油机的振动在多缸柴油机中，引起振动的力源有合成离心惯性力ΣFR、合成离心惯性力矩ΣMR、合成往复惯性力ΣFj、合成往复惯性力矩ΣMj、总倾覆力矩ΣMD、总连杆力偶ΣML等★合成离心惯性力ΣFR——多缸机的曲柄一般是均匀排列的→在不增设平衡重的情况下，离心惯性力能自行平衡即ΣFR＝0。

★各缸往复惯性力--作用在各自的气缸中心线上，形成纵平面内的垂直平面力系。往复惯性力由各缸一次和二次往复惯性力组成。多缸柴油机的惯性力合力为零，不会造成柴油机的振动★多缸机的惯性力矩——包括合成往复惯性力矩ΣMj和合成离心力矩ΣMR合成离心力矩ΣMR——是各缸离心力对柴油机的重心的合成力矩，合成离心力矩ΣMR的大小不变，作用在一个过曲轴回转中心线的平面内，并与第一缸曲柄有一个固定的间隔角，以角速度ω回转，可分解为一个交变的垂直分量MRV和一个交变的水平分量MRH。垂直分量MRV会使柴油机在纵平面内产生摆动。水平分量MRH会使柴油机在水平面内产生摆动合成往复惯性力矩ΣMj——包括合成一次往复惯性力矩ΣMj1和合成二次往复惯性力矩ΣMj2。合成一次往复惯性力矩ΣMj1使柴油机在纵平面内产生摆动；合成二次往复惯性力矩ΣMj2也使柴油机在纵平面内产生摆动，与一次往复惯性力矩不同的是它在每转之内作用两次。2、多缸柴油机的振动与平衡★总倾覆力矩ΣMD——多缸机的总倾覆力矩ΣMD与曲轴总输出扭矩ΣMK大小相等而方向相反，实质上是柴油机输出扭矩的反扭矩，因分别作用在不同的部件上而不能相互抵消。对于大型低速长行程和超长行程柴油机，一般来说，7缸以下的柴油机会产生H型的振动，即使柴油机整体发出横向摇动，其振动的阶次为气缸数的整数倍；对于6缸以上的柴油机，则会产生X型振动，即使柴油机机体产生扭曲，其主要振动阶次为气缸数的一半1.共振定义：驱动力的频率等于系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。特点：f驱=f固时，振幅有最大值f驱与

f固差别越大时，振幅越小应用：

利用共振时，应使驱动力的频率接近或等于振动物体的