机械振动原因及防止和消除振动的措施

Baron

机械设备系统中一系列运动产生的动态力导致机械振动和冲击。这些强迫振动可能是线性的，也可能是角运动（扭转运动），或者是线运动与角运动的合成运动。通过振动分析，可能会揭示出如下机械故障的原因。这些故障有：缺乏润滑剂、轴弯曲、叶片断裂、损坏的或不对中的驱动、轴承磨损、轴承损坏、产生气穴、配合不当、零件紧固不牢、腐蚀、静不平衡、动不平衡、偏心、磨损或损坏的齿轮等。

这些现象归类大致有这样几个方面：

①在任何系统中，许多不同的构件都要振动。它们将以不同的频率、幅值和相位振动，而振动分析必须把它们拣选出来。所有这些振动都将通过振动力或力矩在系统中传递能量，构件之间交换能量。特殊情况下，振动可能是正弦的，但在更多情况下振动都是简单周期的或随机的。

②在设备使用发动机、内燃机以及有桨叶或轮对的地方，旋转件的不平衡都将产生振动。如果一个单盘有一边有一些额外的材料，则其重心就不在旋转中心处。将此盘装在轴上并使轴在刀刃上转动，当盘的重边向下时此盘轴系就静止不动，这类不平衡称为静不平衡。

静不平衡可以在静止状态下测量，而且在重边另一侧的某半径r处加一质量M，使重心恢复到旋转中心，于是该系统达到静平衡，这时盘不论在哪个位置都可停留在任一角度位置上。乘积M．r就是盘的初始不平衡量。

③大多数旋转件，例如电动机的电枢或发动机的曲轴和转子的质量都是沿轴分布的，而不是集中于盘心。尽管在静不平衡状态下能使盘的重心与轴的中心重合，但是当盘旋转时，就有很大的力施加于轴和轴承。这样的轴没有真正平衡，即它是动不平衡的。动不平衡的原因一是不对称，即设计时转子可能是对称的，在生产加工过程中可能造成中心偏离。二是由于材质密度变化或不均匀造成，等等。

④活塞、连杆、曲轴在内燃机和类似的往复式机械中是常见的，这类机械的往复动作使得惯性质量运动产生简谐的扰动，它影响强迫振动的激振。

⑤正在旋转的质量（或盘）的轴线（即旋转轴线）本身被迫绕另一轴线运动时就产生陀螺效应。此陀螺效应产生陀螺力和陀螺力矩，它们又使旋转轴线绕第三根轴线移动。

⑥轴的回转、不对中、“管道效应”产生的随机振动，结构共振等都是典型的振动原因。还有其它一些振动原因。

防止和消除振动的方法

■   消减强迫振动的措施：

1、对高速回转（600r/min以上）的零件进行平衡（静平衡和动平衡）或设置自动平衡装置。或采用减振装置。

2、调整轴承及镶条等处的间隙，改变系统的固有频率，使其偏离激振频率；调整运动参数，使可能引起强迫振动的振源频率，远离机床加工薄弱模态的固有频率。

3、提高传动装置的稳定性，如在车床或磨床上采用少接头、无接头皮带，传动皮带应选择长短一致。用斜齿轮代替直齿轮，在主轴上安装飞轮等。

4、在精密磨床上用叶片泵代替齿轮泵，在液压系统中采用缓冲装置等以消除运动冲击。

5、将高精度机床的动力源与机床本体分置在两个基础上以实现隔振。常用的隔振材料及隔振器有橡胶隔振器、泡沫橡胶、毛粘等。

6、适当选择砂轮的硬度、粒度和组织，适当休整砂轮，减轻砂轮堵塞，减少磨削力的波动。

7、按均匀铣削条件适当选择铣刀直径，齿数和螺旋角；增加铣刀齿数；以顺铣代替逆铣；采用等距刀齿结构，破坏干扰力的周期性。

消减白激振动的措施：

1．调整振动系统小刚度主轴的位置，使其处于切削力F与加工表向的法线方向的夹角范同之外，如镗孔时采用削扁镗杆，车外圆时，车刀反装；

2．通过改变切削用量和刀具几何形状，减小重蠢系数，如采用直角偏刀车外；

3．减小切削速度，增大进给、主偏角、前角；

4．适当提高切削速度；改善被加工材料的可加工性；

5．增加切削阻尼；适当减小刀具的后角；在后刀面上磨出消振棱：适当增大钻头的横刃；适当使刀尖高于（车外圆）、低于（樘内孔）工件中心线，以获得小的工作后角。为消减工具的高频振动，宜增大刀具的后角和前角。