第19篇機械振動的控制及利用

第1章概述19-5

1機械振動的分類及機械工程中的振動問題19-5

1.1機械振動的分類19-5

1.2機械工程中常遇到的振動問題19-6

2機械振動等級的評定19-7

2.1振動烈度的確定19-7

2.2對機器的評定19-8

2.3其他設備振動烈度舉例19-9

第2章機械振動的基礎資料19-10

1機械振動表示方法19-10

1.1簡諧振動表示方法19-10

1.2周期振動幅值表示法19-11

1.3振動頻譜表示法19-11

2彈性構件的剛度19-12

3阻尼系數(shù)19-15

3.1線性阻尼系數(shù)19-15

3.2非線性阻尼的等效線性阻尼系數(shù)19-16

4振動系統(tǒng)的固有角頻率19-17

4.1單自由度系統(tǒng)的固有角頻率19-17

4.2二自由度系統(tǒng)的固有角頻率19-21

4.3各種構件的固有角頻率19-23

4.4結構基本自振周期的經(jīng)驗公式19-28

5簡諧振動合成19-29

5.1同向簡諧振動的合成19-29

5.2異向簡諧振動的合成19-30

6各種機械產(chǎn)生振動的擾動頻率19-32

第3章線性振動19-33

1單自由度系統(tǒng)自由振動模型參數(shù)及響應19-33

2單自由度系統(tǒng)的受迫振動19-35

2.1簡諧受迫振動的模型參數(shù)及響應19-35

2.2非簡諧受迫振動的模型參數(shù)及響應19-37

2.3無阻尼系統(tǒng)對常見沖擊激勵的響應19-38

3直線運動振系與定軸轉動振系的參數(shù)類比19-39

4共振關系19-40

5回轉機械在啟動和停機過程中的振動19-41

5.1啟動過程的振動19-41

5.2停機過程的振動19-41

6多自由度系統(tǒng)19-42

6.1多自由度系統(tǒng)自由振動模型參數(shù)及其特性19-42

6.2二自由度系統(tǒng)受迫振動的振幅和相位差角計算公式19-44

7機械系統(tǒng)的力學模型19-44

7.1力學模型的簡化原則19-45

7.2等效參數(shù)的轉換計算19-45

8線性振動的求解方法及示例19-47

8.1運動微分方程的建立方法19-47

8.1.1牛頓第二定律示例19-47

8.1.2拉格朗日法19-47

8.1.3用影響系數(shù)法建立系統(tǒng)運動方程19-48

8.2求解方法19-49

8.2.1求解方法19-49

8.2.2實際方法及現(xiàn)代方法簡介19-50

8.2.3沖擊載荷示例19-51

8.2.4關于動剛度19-52

9轉軸橫向振動和飛輪的陀螺力矩19-53

9.1轉子的渦動19-53

9.2轉子質量偏心引起的振動19-53

9.3陀螺力矩19-54

第4章非線性振動與隨機振動19-55

1非線性振動19-55

1.1機械工程中的非線性振動類別19-55

1.2機械工程中的非線性振動問題19-56

1.3非線性力的特征曲線19-57

1.4非線性系統(tǒng)的物理性質19-60

1.5分析非線性振動的常用方法19-63

1.6等效線性化近似解法19-63

1.7示例19-64

1.8非線性振動的穩(wěn)定性19-65

2自激振動19-66

2.1自激振動和自振系統(tǒng)的特性19-66

2.2機械工程中常見的自激振動現(xiàn)象19-66

2.3單自由度系統(tǒng)相平面及穩(wěn)定性19-68

3隨機振動19-71

3.1平穩(wěn)隨機振動描述19-72

3.2單自由度線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)19-73

3.3單自由度線性系統(tǒng)的隨機響應19-74

4混沌振動19-75

第5章振動的控制19-77

1隔振與減振方法19-77

2隔振設計19-77

2.1隔振原理及一級隔振的動力參數(shù)設計19-77

2.2一級隔振動力參數(shù)設計示例19-79

2.3二級隔振動力參數(shù)設計19-80

2.4二級隔振動力參數(shù)設計示例19-82

2.5隔振設計的幾個問題19-84

2.5.1隔振設計步驟19-84

2.5.2隔振設計要點19-85

2.5.3圓柱螺旋彈簧的剛度19-85

2.5.4隔振器的阻尼19-86

2.6隔振器的材料與類型19-86

2.7橡膠隔振器設計19-87

2.7.1橡膠材料的主要性能參數(shù)19-87

2.7.2橡膠隔振器剛度計算19-88

2.7.3橡膠隔振器設計要點19-89

3阻尼減振19-90

3.1阻尼減振原理19-90

3.2材料的損耗因子與阻尼層結構19-91

3.2.1材料的損耗因素與材料19-91

3.2.2橡膠阻尼層結構19-92

3.2.3橡膠支承實例19-94

3.3線性阻尼隔振器19-94

3.3.1減振隔振器系統(tǒng)主要參數(shù)19-95

3.3.2最佳參數(shù)選擇19-96

3.3.3設計示例19-96

3.4非線性阻尼系統(tǒng)的隔振19-97

3.4.1剛性連接非線性阻尼系統(tǒng)隔振19-97

3.4.2彈性連接干摩擦阻尼減振隔振器動力參數(shù)設計19-99

3.5減振器設計19-99

3.5.1油壓式減振器結構特征19-99

3.5.2阻尼力特性19-100

3.5.3設計示例19-101

3.5.4摩擦阻尼器結構特征及示例19-101

4阻尼隔振減振器系列19-102

4.1橡膠減振器19-102

4.1.1橡膠剪切隔振器的國家標準19-102

4.1.2常用橡膠隔振器的類型19-103

4.2不銹鋼絲繩減振器19-107

4.2.1主要特點19-107

4.2.2選型原則與方法19-108

4.2.3組合形式的金屬彈簧隔振器19-113

4.3扭轉振動減振器19-113

4.4新型可控減振器19-115

4.4.1磁性液體19-115

4.4.2磁流變液19-116

5動力吸振器19-117

5.1動力吸振器設計19-117

5.1.1動力吸振器工作原理19-117

5.1.2動力吸振器的設計19-118

5.1.3動力吸振器附連點設計19-119

5.1.4設計示例19-119

5.2加阻尼的動力吸振器19-120

5.2.1設計思想19-120

5.2.2減振吸振器的最佳參數(shù)19-121

5.2.3減振吸振器的設計步驟19-121

5.3二級減振隔振器設計19-123

5.3.1設計思想19-123

5.3.2二級減振隔振器動力參數(shù)設計19-123

5.4擺式減振器19-124

5.5沖擊減振器19-125

5.6可控式動力吸振器示例19-127

6緩沖器設計19-127

6.1設計思想19-127

6.1.1沖擊現(xiàn)象及沖擊傳遞系數(shù)19-128

6.1.2速度階躍激勵及沖擊的簡化計算19-129

6.1.3緩沖彈簧的儲能特性19-130

6.1.4阻尼參數(shù)選擇19-132

6.2一級緩沖器設計19-133

6.2.1緩沖器的設計原則19-133

6.2.2設計要求19-133

6.2.3一級緩沖器動力參數(shù)設計19-134

6.2.4加速度脈沖激勵波形影響提示19-134

6.3二級緩沖器的設計19-134

7平衡法19-135

7.1結構的設計19-135

7.2轉子的平衡19-135

7.3往復機械的平衡19-136

第6章機械振動的利用19-138

1概述19-138

1.1振動機械的用途及工藝特性19-138

1.2振動機械的組成19-139

1.3振動機械的頻率特性及結構特征19-139

2振動輸送類振動機的運動參數(shù)19-140

2.1機械振動指數(shù)19-140

2.2物料的滑行運動19-140

2.3物料拋擲指數(shù)19-141

2.4常用振動機的振動參數(shù)19-142

2.5物料平均速度19-142

2.6輸送能力與輸送槽體尺寸的確定19-143

2.7物料的等效參振質量和等效阻尼系數(shù)19-143

2.8振動系統(tǒng)的計算質量19-144

2.9激振力和功率19-144

3單軸慣性激振器設計19-145

3.1平面運動單軸慣性激振器19-145

3.2空間運動單軸慣性激振器19-147

3.3單軸慣性激振器動力參數(shù)（遠超共振類）19-147

3.4激振力的調整及滾動軸承19-148

3.5用單軸激振器的幾種機械示例19-148

3.5.1混凝土振搗器19-148

3.5.2破碎粉磨機械19-150

3.5.3圓形振動篩19-151

4雙軸慣性激振器19-153

4.1產(chǎn)生單向激振力的雙軸慣性激振器19-153

4.2空間運動雙軸慣性激振器19-153

4.2.1交叉軸式雙軸慣性激振器19-154

4.2.2平行軸式雙軸慣性激振器19-154

4.3雙軸慣性激振器動力參數(shù)（遠超共振類）19-155

4.4自同步條件及激振器位置19-156

4.5用雙軸激振器的幾種機械示例19-157

4.5.1雙軸振動顎式振動破碎機19-157

4.5.2振動鉆進19-157

4.5.3離心機19-157

5其他各種形式的激振器19-159

5.1行星輪式激振器19-159

5.2混沌激振器19-159

5.3電動式激振器19-160

5.4電磁式激振器19-160

5.5電液式激振器19-161

5.6液壓射流激振器19-162

5.7氣動式激振器19-162

5.8其他激振器19-163

6近共振類振動機19-164

6.1慣性共振式19-164

6.1.1主振系統(tǒng)的動力參數(shù)19-164

6.1.2激振器動力參數(shù)設計19-165

6.2彈性連桿式19-166

6.2.1主振系統(tǒng)的動力參數(shù)19-166

6.2.2激振器動力參數(shù)設計19-166

6.3主振系統(tǒng)的動力平衡多質體平衡式振動機19-167

6.4導向桿和橡膠鉸鏈19-168

6.5振動輸送類振動機整體剛度和局部剛度的計算19-168

6.6近共振類振動機工作點的調試19-170

6.7間隙式非線性振動機及其彈簧設計19-170

7振動機械動力參數(shù)設計示例19-171

7.1遠超共振慣性振動機動力參數(shù)設計示例19-171

7.2慣性共振式振動機動力參數(shù)設計示例19-172

7.3彈性連桿式振動機動力參數(shù)設計示例19-174

8其他一些機械振動的應用實例19-175

8.1多軸式慣性振動機19-175

8.2混沌振動的設計例19-176

8.2.1多連桿振動臺19-176

8.2.2雙偏心盤混沌激振器在振動壓實中的應用19-176

8.3利用振動的拉拔19-176

8.4振動時效技術應用19-177

8.5聲波鉆進19-178

9主要零部件19-178

9.1三相異步振動電機19-178

9.1.1部頒標準19-178

9.1.2立式振動電機與防爆振動電機19-181

9.2倉壁振動器19-181

9.3橡膠金屬螺旋復合彈簧19-183

10振動給料機19-186

10.1部頒標準19-186

10.2XZC型振動給料機19-187

10.3FZC系列振動出礦機19-188

11利用振動來監(jiān)測纜索拉力19-191

11.1測量弦振動計算索拉力19-192

11.1.1弦振動測量原理19-192

11.1.2MGH型錨索測力儀19-192

11.2按兩端受拉梁的振動測量索拉力19-193

11.2.1兩端受拉梁的振動測量原理19-193

11.2.2高屏溪橋斜張鋼纜檢測部分簡介19-193

11.3索拉力振動檢測的一些最新方法19-195

11.3.1考慮索的垂度和彈性伸長λ19-195

11.3.2頻差法19-196

11.3.3拉索基頻識別工具箱19-196

第7章機械振動測量技術19-197

1概述19-197

1.1測量在機械振動系統(tǒng)設計中的作用19-197

1.2振動的測量方法19-197

1.2.1振動測量的主要內容19-197

1.2.2振動測量的類別19-197

1.3測振原理19-199

1.3.1線性系統(tǒng)振動量時間歷程曲線的測量19-199

1.3.2測振原理19-199

1.4振動測量系統(tǒng)圖示例19-200

2數(shù)據(jù)采集與處理19-200

2.1信號19-200

2.1.1信號的類別19-200

2.1.2振動波形因素與波形圖19-200

2.2信號的頻譜分析19-201

2.3信號發(fā)生器及力錘的應用19-202

2.3.1信號發(fā)生器19-202

2.3.2力錘及應用19-203

2.4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)19-203

2.5數(shù)據(jù)處理19-204

2.5.1數(shù)據(jù)處理方法19-204

2.5.2數(shù)字處理系統(tǒng)19-204

2.6智能化數(shù)據(jù)采集與分析處理，監(jiān)測系統(tǒng)19-205

3振動幅值測量19-205

3.1光測位移幅值法19-206

3.2電測振動幅值法19-207

3.3激光干涉測量振動法19-207

3.3.1光學多普勒干涉原理測量物體的振動19-207

3.3.2低頻激光測振儀19-207

4振動頻率與相位的測量19-208

4.1李沙育圖形法19-208

4.2標準時間法19-208

4.3閃光測頻法19-209

4.4數(shù)字頻率計測頻法19-209

4.5振動頻率測量分析儀19-209

4.6相位的測量19-209

5系統(tǒng)固有頻率與振型的測定19-210

5.1自由衰減振動法19-210

5.2共振法19-210

5.3頻譜分析法19-210

5.4振型的測定19-211

6阻尼參數(shù)的測定19-211

6.1自由衰減振動法19-211

6.2帶寬法19-212

第8章軸和軸系的臨界轉速19-213

1概述19-213

2簡單轉子的臨界轉速19-213

2.1力學模型19-213

2.2兩支承軸的臨界轉速19-214

2.3兩支承單盤轉子的臨界轉速19-215

3兩支承多圓盤轉子臨界轉速的近似計算19-216

3.1帶多個圓盤軸的一階臨界轉速19-216

3.2力學模型19-216

3.3臨界轉速計算公式19-216

3.4計算示例19-218

3.5簡略計算方法19-219

4軸系的模型與參數(shù)19-219

4.1力學模型19-219

4.2滾動軸承支承剛度19-220

4.3滑動軸承支承剛度19-222

4.4支承阻尼19-226

5軸系的臨界轉速計算19-226

5.1傳遞矩陣法計算軸彎曲振動的臨界轉速19-226

5.1.1傳遞矩陣19-226

5.1.2傳遞矩陣的推求19-227

5.1.3臨界轉速的推求19-228

5.2傳遞矩陣法計算軸扭轉振動的臨界轉速19-229

5.2.1單軸扭轉振動的臨界轉速19-229

5.2.2分支系統(tǒng)扭轉振動的臨界轉速19-231

5.3影響軸系臨界轉速的因素19-232

6軸系臨界轉速的修改和組合19-232

6.1軸系臨界轉速的修改19-232

6.2軸系臨界轉速的組合19-234

參考文獻19-236

第20篇機架設計

第1章機架結構概論20-5

1機架結構類型20-5

1.1按機架結構形式分類20-5

1.2按機架的材料和制造方法分類20-6

1.2.1按材料分20-6

1.2.2按制造方法分20-7

1.3按力學模型分類20-7

2桿系結構機架20-8

2.1機器的穩(wěn)定性20-8

2.2桿系的組成規(guī)則20-8

2.2.1平面桿系的組成規(guī)則20-8

2.2.2空間桿系的幾何不變準則20-8

2.3平面桿系的自由度計算20-9

2.3.1平面桿系的約束類型20-9

2.3.2平面鉸接桿系的自由度計算20-10

2.4桿系幾何特性與靜定特性的關系20-10

3機架設計的準則和要求20-11

3.1機架設計的準則20-11

3.2機架設計的一般要求20-11

3.3設計步驟20-12

4架式機架結構的選擇20-12

4.1一般規(guī)則20-12

4.2靜定結構與超靜定結構的比較20-13

4.3靜定桁架與剛架的比較20-14

4.4幾種桿系結構力學性能的比較20-14

4.5幾種桁架結構力學性能的比較20-15

5幾種典型機架結構形式20-17

5.1汽車車架20-17

5.1.1梁式車架20-18

5.1.2承載式車身車架20-19

5.1.3各種新型車架形式20-20

5.2摩托車車架和拖拉機架20-21

5.3起重運輸設備機架20-22

5.3.1起重機機架20-22

5.3.2纜索起重機架20-26

5.3.3吊掛式帶式輸送機的鋼絲繩機架20-26

5.4挖掘機機架20-26

5.5管架20-28

5.6標準容器支座20-31

5.7大型容器支架20-33

5.8其他形式機架20-34

第2章機架設計的一般規(guī)定20-38

1載荷20-38

1.1載荷分類20-38

1.2組合載荷與非標準機架的載荷20-38

1.3雪載荷和冰載荷20-39

1.4風載荷20-39

1.5溫度變化引起的載荷20-42

1.6地震載荷20-42

2剛度要求20-44

2.1剛度的要求20-44

2.2《鋼結構設計規(guī)范》的規(guī)定20-44

2.3《起重機設計規(guī)范》的規(guī)定20-45

2.4提高剛度的方法20-46

3強度要求20-46

3.1許用應力20-47

3.1.1基本許用應力20-47

3.1.2折減系數(shù)K020-47

3.1.3基本許用應力表20-47

3.2起重機鋼架的安全系數(shù)和許用應力20-49

3.3鉚焊連接基本許用應力20-49

3.4極限狀態(tài)設計法20-50

4機架結構的簡化方法20-50

4.1選取力學模型的原則20-51

4.2支座的簡化20-51

4.3結點的簡化20-52

4.4構件的簡化20-52

4.5簡化綜述及舉例20-53

5桿系結構的支座形式20-55

5.1用于梁和剛架或桁架的支座20-55

5.2用于柱和剛架的支座20-57

6技術要求20-58

7設計計算方法簡介20-60

第3章梁的設計與計算20-62

1梁的設計20-62

1.1縱梁的結構設計20-62

1.1.1縱梁的結構20-62

1.1.2梁的連接20-62

1.1.3主梁的截面尺寸20-65

1.1.4梁截面的有關數(shù)據(jù)20-65

1.2主梁的上拱高度20-68

1.3端梁的結構設計20-68

1.4梁的整體穩(wěn)定性20-70

1.5梁的局部穩(wěn)定性20-70

1.6梁的設計布置原則20-72

1.7舉例20-72

2梁的計算20-75

2.1梁彎曲的正應力20-75

2.2扭矩產(chǎn)生的內力20-75

2.2.1實心截面或厚壁截面的梁或桿件20-75

2.2.2閉口薄壁桿件20-75

2.2.3開口薄壁桿件20-76

2.2.4受約束的開口薄壁梁偏心受力的計算20-77

2.3示例20-77

2.3.1梁的計算20-77

2.3.2汽車貨車車架的簡略計算20-80

2.4連續(xù)梁計算用表20-82

2.5彈性支座上的連續(xù)梁20-86

第4章柱和立架的設計與計算20-91

1柱和立架的形狀20-91

1.1柱的外形和尺寸參數(shù)20-91

1.2柱的截面形狀20-92

1.3立柱的外形與影響剛度的因素20-94

1.3.1起重機龍門架外形20-94

1.3.2機床立柱及其他20-95

1.3.3各種立柱類構件的剛度比較20-95

1.3.4螺釘及外肋條數(shù)量對立柱連接處剛度的影響20-96

2柱的連接及柱和梁的連接20-98

2.1柱的拼接20-98

2.2柱腳的設計與連接20-98

2.3梁和梁及梁和柱的連接20-100

3穩(wěn)定性計算20-103

3.1不作側向穩(wěn)定性計算的條件20-103

3.2軸心受壓穩(wěn)定性計算20-103

3.3結構構件的容許長細比與長細比計算20-104

3.4結構件的計算長度20-105

3.4.1等截面柱20-105

3.4.2變截面受壓構件20-105

3.4.3桁架構件的計算長度20-107

3.4.4特殊情況20-108

3.5偏心受壓構件20-108

3.6加強肋板構造尺寸的要求20-109

3.7圓柱殼的局部穩(wěn)定性20-109

4柱的位移與計算用表20-110

第5章桁架的設計與計算20-116

1靜定梁式平面桁架的分類20-116

2桁架的結構20-117

2.1桁架結點20-117

2.1.1結點的連接形式20-117

2.1.2連接板的厚度和焊縫高度20-119

2.1.3桁架結點板強度及焊縫計算20-119

2.1.4桁架結點板的穩(wěn)定性20-120

2.2管子桁架20-120

2.3幾種桁架的結構形式和參數(shù)20-121

2.3.1結構形式20-121

2.3.2尺寸參數(shù)20-125

2.4桁架的起拱度20-125

3靜定平面桁架的內力分析20-125

3.1截面法20-126

3.2結點法20-127

3.3混合法20-128

3.4代替法20-128

4桁架的位移計算20-129

4.1桁架的位移計算公式20-129

4.2幾種桁架的撓度計算公式20-130

4.3舉例20-134

5超靜定桁架的計算20-137

6空間桁架20-139

6.1平面桁架組成的空間桁架的受力分析法20-139

6.2圓形容器支承桁架20-140

第6章框架的設計與計算20-144

1剛架的結點設計20-145

2剛架內力分析方法20-146

2.1力法計算剛架20-147

2.1.1力法的基本概念20-147

2.1.2計算步驟20-147

2.1.3簡化計算的處理20-149

2.2位移法20-150

2.2.1角變位移方程20-150

2.2.2應用基本體系及典型方程計算剛架的步驟20-151

2.2.3應用結點及截面平衡方程計算剛架的步驟20-152

2.3簡化計算舉例20-153

3框架的位移20-154

3.1位移的計算公式20-154

3.1.1由載荷作用產(chǎn)生的位移20-154

3.1.2由溫度改變所引起的位移20-155

3.1.3由支座移動所引起的位移20-156

3.2圖乘公式20-156

3.3空腹框架的計算公式20-159

4等截面剛架內力計算公式20-160

4.1等截面單跨剛架計算公式20-160

4.2均布載荷等截面等跨排架計算公式20-168

第7章其他形式的機架20-170

1整體式機架20-170

1.1概述20-170

1.2有加強肋的整體式機架的肋板布置20-171

1.3布肋形式對剛度影響20-172

1.4肋板的剛度計算20-173

2箱形機架20-176

2.1箱體結構參數(shù)的選擇20-176

2.1.1壁厚的選擇20-176

2.1.2加強肋20-177

2.1.3孔和凸臺20-177

2.1.4箱體的熱處理20-178

2.2壁板的布肋形式20-178

2.3箱體剛度20-179

2.3.1箱體剛度的計算20-179

2.3.2箱體剛度的影響因素20-179

2.4齒輪箱箱體剛度計算舉例20-183

2.4.1齒輪箱箱體的計算20-183

2.4.2車床主軸箱剛度計算舉例20-186

2.4.3齒輪箱的計算機輔助設計（CAD）和實驗20-187

3軋鋼機類機架設計與計算方法20-187

3.1軋鋼機機架形式與結構20-187

3.2短應力線軋機20-189

3.3閉式機架強度與變形的計算20-190

3.3.1計算原理20-190

3.3.2計算結果舉例20-192

3.3.3機架內的應力與許用應力20-193

3.3.4閉口式機架的變形（延伸）計算20-194

3.4開式機架的計算20-195

3.5預應力軋機的計算20-196

4桅桿纜繩結構的機架20-197

5柔性機架20-198

5.1鋼絲繩機架20-198

5.1.1概述20-198

5.1.2輸送機鋼絲繩機架的靜力計算20-198

5.1.3鋼絲繩的拉力20-199

5.1.4鋼絲繩的預張力20-199

5.1.5鋼絲繩鞍座尺寸20-199

5.2濃密機機座柔性底板（托盤）的設計20-200

參考文獻20-203