第18篇 机械振动的控制及利用

本篇主要符号18-3

第1章 概述18-5

1 机械振动的分类及机械工程中的振动问题18-5

1.1 机械振动的分类18-5

1.2 机械工程中常遇到的振动问题18-6

2 有关振动的部分标准18-7

2.1 有关振动的部分国家标准18-7

2.2 国际振动标准简介18-10

3 机械振动等级的评定18-11

3.1 振动烈度的确定18-12

3.2 泵的振动烈度的评定举例18-13

第2章 机械振动的基础资料18-15

1 机械振动表示方法18-15

1.1 简谐振动表示方法18-15

1.2 周期振动幅值表示法18-16

1.3 振动频谱表示法18-16

2 弹性构件的刚度18-17

3 阻尼系数18-20

3.1 线性阻尼系数18-20

3.2 非线性阻尼的等效线性阻尼系数18-21

4 振动系统的固有角频率18-22

4.1 单自由度系统的固有角频率18-22

4.2 二自由度系统的固有角频率18-26

4.3 各种构件的固有角频率18-28

5 同向简谐振动合成18-33

6 各种机械产生振动的扰动频率18-34

第3章 线性振动18-35

1 单自由度系统自由振动模型参数及响应18-35

2 单自由度系统的受迫振动18-37

2.1 简谐受迫振动的模型参数及响应18-37

2.2 非简谐受迫振动的模型参数及响应18-39

3 直线运动振系与定轴转动振系的参数类比18-40

4 共振关系18-41

5 回转机械在启动和停机过程中的振动18-42

5.1 启动过程的振动18-42

5.2 停机过程的振动18-42

6 多自由度系统18-43

6.1 多自由度系统自由振动模型参数及其特性18-43

6.2 二自由度系统受迫振动的振幅和相位差角计算公式18-45

7 机械系统的力学模型18-45

7.1 力学模型的简化原则18-46

7.2 等效参数的转换计算18-46

第4章 非线性振动与随机振动18-49

1 非线性振动18-49

1.1 机械工程中的非线性振动问题18-49

1.2 非线性力的特征曲线18-50

1.3 非线性系统的物理性质18-53

1.4 分析非线性振动的常用方法18-56

1.5 等效线性化近似解法18-56

1.6 示例18-57

1.7 非线性振动的稳定性18-58

2 自激振动18-59

2.1 自激振动和自振系统的特性18-59

2.2 机械工程中常见的自激振动现象18-59

2.3 单自由度系统相平面及稳定性18-61

3 随机振动18-64

3.1 平稳随机振动描述18-65

3.2 单自由度线性系统的传递函数18-66

3.3 单自由度线性系统的随机响应18-67

第5章 振动的控制18-68

1 隔振与减振方法18-68

2 隔振设计18-68

2.1 隔振原理及一次隔振的动力参数设计18-68

2.2 一次隔振动力参数设计示例18-70

2.3 二次隔振动力参数设计18-71

2.4 二次隔振动力参数设计示例18-73

2.5 隔振设计的几个问题18-75

2.5.1 隔振设计步骤18-75

2.5.2 隔振设计要点18-76

2.5.3 圆柱螺旋弹簧的刚度18-76

2.5.4 隔振器的阻尼18-77

2.6 隔振器的材料与类型18-77

2.7 橡胶隔振器18-78

2.8 橡胶隔振器设计18-81

2.8.1 橡胶材料的主要性能参数18-81

2.8.2 橡胶隔振器刚度计算18-82

2.8.3 橡胶隔振器设计要点18-83

2.9 不锈钢丝绳减振器18-84

2.9.1 主要特点18-84

2.9.2 选型原则与方法18-85

3 阻尼减振18-88

3.1 阻尼减振原理18-88

3.2 材料的损耗因子与阻尼层结构18-89

3.2.1 橡胶阻尼层结构18-90

3.2.2 干摩擦阻尼减振器例18-91

3.3 线性阻尼隔振器18-92

3.3.1 减振隔振器系统主要参数18-92

3.3.2 最佳参数选择18-93

3.3.3 设计示例18-94

3.4 非线性阻尼系统的隔振18-95

3.4.1 刚性连接非线性阻尼系统隔振18-95

3.4.2 弹性连接干摩擦阻尼减振隔振器动力参数设计18-96

3.4.3 减振器设计18-97

4 动力吸振器18-98

4.1 动力吸振器设计18-99

4.1.1 动力吸振器工作原理18-99

4.1.2 动力吸振器的设计18-99

4.1.3 动力吸振器附连点设计18-100

4.1.4 设计示例18-100

4.2 加阻尼的动力吸振器18-101

4.2.1 设计思想18-101

4.2.2 减振吸振器的最佳参数18-102

4.2.3 减振吸振器的设计步骤18-103

4.3 二次减振隔振器设计18-104

4.3.1 设计思想18-104

4.3.2 二次减振隔振器动力参数设计18-104

4.4 摆式减振器18-105

4.5 冲击减振器18-106

5 缓冲器设计18-108

5.1 设计思想18-108

5.1.1 冲击现象及冲击传递系数18-108

5.1.2 速度阶跃激励18-109

5.1.3 缓冲弹簧的储能特性18-110

5.1.4 阻尼参数选择18-110

5.2 一次缓冲器设计18-111

5.2.1 缓冲器的设计原则18-111

5.2.2 设计要求18-112

5.2.3 一次缓冲器动力参数设计18-112

5.2.4 加速度脉冲激励波形影响提示18-112

5.3 二次缓冲器的设计18-112

6 平衡法18-113

6.1 结构的设计18-113

6.2 转子的平衡18-113

6.3 往复机械的平衡18-115

第6章 机械振动的利用18-116

1 概述18-116

1.1 振动机械的用途及工艺特性18-116

1.2 振动机械的组成18-117

1.3 振动机械的频率特性及结构特征18-117

1.4 有关振动机械的部门标准18-118

2 振动输送类振动机的运动参数18-119

2.1 机械振动指数18-119

2.2 物料的滑行运动18-119

2.3 物料抛掷指数18-120

2.4 常用振动机的振动参数18-121

2.5 物料平均速度18-121

2.6 输送能力与输送槽体尺寸的确定18-122

2.7 物料的等效参振质量和等效阻尼系数18-122

2.8 振动系统的计算质量18-123

2.9 激振力和功率18-123

3 单轴惯性激振器设计18-124

3.1 平面运动单轴惯性激振器18-124

3.2 空间运动单轴惯性激振器18-125

3.3 单轴惯性激振器动力参数(远超共振类)18-126

3.4 激振力的调整及滚动轴承18-127

4 双轴惯性激振器18-127

4.1 产生单向激振力的双轴惯性激振器18-127

4.2 空间运动双轴惯性激振器18-128

4.2.1 交叉轴式双轴惯性激振器18-129

4.2.2 平行轴式双轴惯性激振器18-129

4.3 双轴惯性激振器动力参数(远超共振类)18-130

4.4 自同步条件及激振器位置18-131

5 近共振类振动机18-132

5.1 惯性共振式18-132

5.1.1 主振系统的动力参数18-132

5.1.2 激振器动力参数设计18-133

5.2 弹性连杆式18-134

5.2.1 主振系统的动力参数18-134

5.2.2 激振器动力参数设计18-134

5.3 主振系统的动力平衡18-135

5.4 导向杆和橡胶铰链18-136

5.5 振动输送类振动机整体刚度和局部刚度的计算18-137

5.6 近共振类振动机工作点的调试18-138

5.7 间隙非线性弹簧设计18-138

6 振动机械动力参数设计示例18-138

6.1 远超共振惯性振动机动力参数设计示例18-138

6.2 惯性共振式振动机动力参数设计示例18-140

6.3 弹性连杆式振动机动力参数设计示例18-141

7 主要零部件18-143

7.1 振动源电机18-143

7.2 仓壁式振动器18-149

7.3 复合弹簧18-150

8 振动给料机18-152

9 利用振动来监测缆索拉力18-155

9.1 测量弦振动计算索拉力18-156

9.1.1 弦振动测量原理18-156

9.1.2 MGH型锚索测力仪18-156

9.2 按两端受拉梁的振动测量索拉力18-157

9.2.1 两端受拉梁的振动测量原理18-157

9.2.2 高屏溪桥斜张钢缆检测部分简介18-157

9.3 索拉力振动检测的最新方法18-159

9.3.1 考虑索的垂度和弹性伸长λ18-159

9.3.2 频差法18-160

9.3.3 拉索基频识别工具箱18-160

第7章 机械振动测量技术18-161

1 概述18-161

1.1 测量在机械振动系统设计中的作用18-161

1.2 振动的测量方法18-161

1.2.1 振动测量的主要内容18-161

1.2.2 振动测量的类别18-161

1.3 测振原理18-163

1.3.1 线性系统振动量时间历程曲线的测量18-163

1.3.2 测振原理18-163

1.4 振动测量系统图示例18-164

2 数据采集与处理18-164

2.1 信号18-164

2.1.1 信号的类别18-164

2.1.2 振动波形因素与波形图18-164

2.2 信号的频谱分析18-165

2.3 数据采集系统18-166

2.3.1 信号采集18-166

2.3.2 力锤及应用18-167

2.4 数据处理18-167

2.4.1 数据处理方法18-167

2.4.2 数字处理系统18-168

2.5 智能化数据采集与分析处理、监测系统18-168

3 振动幅值测量18-169

3.1 光测位移幅值法18-169

3.2 电测振动幅值法18-170

3.3 激光干涉测量振动法18-170

3.3.1 光学多普勒干涉原理测量物体的振动18-170

3.3.2 低频激光测振仪18-170

4 振动频率与相位的测量18-171

4.1 李沙育图形法18-171

4.2 标准时间法18-171

4.3 闪光测频法18-172

4.4 数字频率计测频法18-172

4.5 振动频率测量分析仪18-172

4.6 相位的测量18-172

5 系统固有频率与振型的测定18-173

5.1 自由衰减振动法18-173

5.2 共振法18-173

5.3 频谱分析法18-173

5.4 振型的测定18-174

6 阻尼参数的测定18-174

6.1 自由衰减振动法18-174

6.2 带宽法18-175

第8章 轴和轴系的临界转速18-176

1 概述18-176

2 简单转子的临界转速18-176

2.1 力学模型18-176

2.2 两支承轴的临界转速18-177

2.3 两支承单盘转子的临界转速18-178

3 两支承多盘转子临界转速的近似计算18-179

3.1 带多个圆盘轴的一阶临界转速18-179

3.2 力学模型18-179

3.3 临界转速计算公式18-179

3.4 计算示例18-181

4 轴系的模型与参数18-182

4.1 力学模型18-182

4.2 滚动轴承支承刚度18-182

4.3 滑动轴承支承刚度18-184

4.4 支承阻尼18-188

5 轴系的临界转速计算18-188

5.1 轴系的特征值问题18-188

5.2 特征值数值计算实例18-189

6 轴系临界转速设计18-190

6.1 轴系临界转速修改设计18-190

6.2 轴系临界转速组合设计18-192

7 影响轴系临界转速的因素18-193

参考文献18-195

第19篇 机架设计

第1章 机架结构概论19-3

1 机架结构类型19-3

1.1 按机架外形分类19-3

1.2 按机架的材料和制造方法分类19-3

1.3 按力学模型分类19-4

1.4 机架杆系结构类型19-5

2 机架杆系的几何不变性19-5

2.1 平面杆系的组成规则19-6

2.2 平面杆系的自由度计算19-6

2.2.1 平面杆系的约束类型19-6

2.2.2 平面杆系自由度的计算19-7

2.3 杆系几何特性与静定特性的关系19-7

3 机架设计计算的准则和要求19-8

3.1 机架设计的准则19-8

3.2 机架设计的一般要求19-9

3.3 设计步骤19-9

4 机架结构的选择19-9

4.1 一般规则19-9

4.2 静定结构与超静定结构的比较19-10

4.3 静定桁架与刚架的比较19-11

4.4 几种杆系结构力学性能的比较19-11

4.5 几种桁架结构力学性能的比较19-13

5 几种典型机架结构形式19-15

5.1 汽车车架19-15

5.1.1 梁式车架19-15

5.1.2 承载式车身车架19-16

5.1.3 各种新型车架形式19-17

5.2 摩托车车架和拖拉机架19-18

5.3 起重运输机械机架19-20

5.4 挖掘机机架19-23

5.5 管架与管子支吊架19-25

5.6 标准容器支座19-31

5.7 大型容器支架19-34

第2章 机架设计的一般规定19-35

1 载荷19-35

1.1 载荷分类19-35

1.2 组合载荷19-36

1.3 雪载荷和冰载荷19-36

1.4 风载荷19-37

1.5 地震载荷19-40

2 刚度要求19-42

2.1 《钢结构设计规范》的规定19-42

2.2 《起重机设计规范》的规定19-43

2.3 提高刚度的方法19-43

3 强度要求19-44

3.1 许用应力19-44

3.1.1 基本许用应力19-44

3.1.2 折减系数K19-44

3.1.3 基本许用应力表19-45

3.2 起重机钢架的安全系数和许用应力19-46

3.3 铆焊连接基本许用应力19-47

4 机架结构的简化方法19-48

4.1 选取力学模型的原则19-48

4.2 支座的简化19-48

4.3 结点的简化19-49

4.4 构件的简化19-49

4.5 简化综述及举例19-50

5 杆系结构的支座形式19-51

5.1 用于梁和刚架的支座19-51

5.2 用于柱和刚架的支座19-52

5.3 用于桁架的支座19-53

6 技术要求19-53

第3章 梁的设计与计算19-56

1 梁的设计19-56

1.1 纵梁的结构设计19-56

1.1.1 纵梁的结构19-56

1.1.2 梁的连接19-59

1.1.3 梁截面的有关数据19-59

1.2 主梁的上拱高度19-62

1.3 端梁的结构设计19-62

1.4 梁的整体稳定性19-63

1.5 梁的局部稳定性19-65

1.6 举例19-66

2 梁的计算19-68

2.1 梁的强度计算19-68

2.2 连续梁计算用表19-69

2.3 举例19-73

2.4 弹性支座上的连续梁19-75

第4章 柱和立架的设计与计算19-80

1 柱和立架的形状19-80

1.1 柱的外形19-80

1.2 柱的截面形状19-81

1.3 立柱的外形与影响刚度的因素19-82

1.3.1 起重机龙门架外形19-82

1.3.2 机床立柱及其他19-83

1.3.3 各种立柱类构件的刚度比较19-86

1.3.4 螺钉及外肋条数量对立柱连接处刚度的影响19-86

2 柱的连接及柱和梁的连接19-86

2.1 柱的拼接19-86

2.2 柱脚的设计与连接19-87

2.3 梁和柱的连接19-89

3 稳定性计算19-91

3.1 不作稳定性计算的条件19-91

3.2 轴心受压构件的稳定性验算公式19-91

3.3 结构件长细比的计算19-92

3.4 结构件的计算长度19-93

3.4.1 等截面柱19-93

3.4.2 变截面受压构件19-94

3.4.3 桁架构件的计算长度19-96

3.4.4 特殊情况19-97

3.5 偏心受压构件19-97

3.6 板的局部稳定性计算19-98

3.7 圆柱壳的局部稳定性计算19-101

4 柱的计算用表19-101

第5章 桁架的设计与计算19-108

1 静定梁式平面桁架的分类19-108

2 桁架的结构19-109

2.1 桁架结点19-109

2.2 管子桁架19-110

2.3 几种桁架的结构形式和参数19-111

2.3.1 结构形式19-111

2.3.2 尺寸参数19-112

2.4 桁架的起拱度19-115

3 静定平面桁架的内力分析19-115

3.1 截面法(用力矩平衡法计算)19-116

3.2 截面法(用力平衡法计算)19-116

3.3 结点法19-117

3.4 混合法19-117

3.5 代替法19-118

4 桁架的位移计算19-119

4.1 桁架的位移计算公式19-119

4.2 几种桁架的挠度计算公式19-120

4.3 举例19-123

5 超静定桁架的计算19-126

6 空间桁架19-127

6.1 平面桁架组成的空间桁架的受力分析法19-127

6.2 圆形容器支承桁架19-128

第6章 框架的设计与计算19-133

1 刚架的结点设计19-134

2 刚架内力分析方法19-135

2.1 力法计算刚架19-136

2.1.1 力法的基本概念19-136

2.1.2 计算步骤19-136

2.1.3 简化计算的处理19-137

2.2 位移法19-139

2.2.1 角变位移方程19-139

2.2.2 应用基本体系及典型方程计算刚架的步骤19-140

2.2.3 应用结点及截面平衡方程计算刚架的步骤19-141

2.3 简化计算举例19-142

3 框架的位移19-143

3.1 位移的计算公式19-143

3.1.1 由载荷作用产生的位移19-143

3.1.2 由温度改变所引起的位移19-144

3.1.3 由支座移动所引起的位移19-145

3.2 图乘公式19-145

3.3 空腹框架的计算公式19-148

4 等截面刚架内力计算公式19-149

4.1 等截面单跨刚架计算公式19-149

4.2 均布载荷等截面等跨排架计算公式19-157

第7章 其他形式的机架19-159

1 整体式机架19-159

1.1 概述19-159

1.2 有加强肋的整体式机架的肋板布置19-160

1.3 布肋形式对刚度影响19-161

1.4 肋板的刚度计算19-162

2 箱形机架19-165

2.1 箱体结构参数的选择19-165

2.1.1 壁厚的选择19-165

2.1.2 加强肋19-166

2.1.3 孔和凸台19-166

2.1.4 箱体的热处理19-166

2.2 壁板的布肋形式19-167

2.3 箱体刚度19-167

2.3.1 箱体刚度的计算19-167

2.3.2 箱体刚度的影响因素19-168

2.4 齿轮箱箱体刚度计算举例19-172

2.4.1 齿轮箱箱体的计算19-172

2.4.2 车床主轴箱刚度计算举例19-175

3 轧钢机类机架设计与计算方法19-176

3.1 轧钢机机架形式与结构19-176

3.2 短应力线轧机19-177

3.3 闭式机架强度与变形的计算19-178

3.3.1 计算原理19-178

3.3.2 计算结果举例19-180

3.3.3 机架内的应力与许用应力19-181

3.3.4 闭口式机架的变形（延伸）计算19-182

3.4 开式机架的计算19-183

4 桅杆缆绳结构19-184

5 柔性机架19-185

5.1 钢丝绳机架19-185

5.1.1 概述19-185

5.1.2 输送机钢丝绳机架的静力计算19-185

5.1.3 钢丝绳的拉力19-186

5.1.4 钢丝绳的预张力19-186

5.1.5 钢丝绳鞍座尺寸19-186

5.2 浓密机机座柔性底板（托盘）的设计19-187

参考文献19-190