第18篇 機械振動的控制及利用

本篇主要符號18-3

第1章 概述18-5

1 機械振動的分類及機械工程中的振動問題18-5

1.1 機械振動的分類18-5

1.2 機械工程中常遇到的振動問題18-6

2 有關振動的部分標準18-7

2.1 有關振動的部分國家標準18-7

2.2 國際振動標準簡介18-10

3 機械振動等級的評定18-11

3.1 振動烈度的確定18-12

3.2 泵的振動烈度的評定舉例18-13

第2章 機械振動的基礎資料18-15

1 機械振動表示方法18-15

1.1 簡諧振動表示方法18-15

1.2 周期振動幅值表示法18-16

1.3 振動頻譜表示法18-16

2 彈性構件的剛度18-17

3 阻尼系數18-20

3.1 線性阻尼系數18-20

3.2 非線性阻尼的等效線性阻尼系數18-21

4 振動系統的固有角頻率18-22

4.1 單自由度系統的固有角頻率18-22

4.2 二自由度系統的固有角頻率18-26

4.3 各種構件的固有角頻率18-28

5 同向簡諧振動合成18-33

6 各種機械產生振動的擾動頻率18-34

第3章 線性振動18-35

1 單自由度系統自由振動模型參數及響應18-35

2 單自由度系統的受迫振動18-37

2.1 簡諧受迫振動的模型參數及響應18-37

2.2 非簡諧受迫振動的模型參數及響應18-39

3 直線運動振系與定軸轉動振系的參數類比18-40

4 共振關系18-41

5 回轉機械在啟動和停機過程中的振動18-42

5.1 啟動過程的振動18-42

5.2 停機過程的振動18-42

6 多自由度系統18-43

6.1 多自由度系統自由振動模型參數及其特性18-43

6.2 二自由度系統受迫振動的振幅和相位差角計算公式18-45

7 機械系統的力學模型18-45

7.1 力學模型的簡化原則18-46

7.2 等效參數的轉換計算18-46

第4章 非線性振動與隨機振動18-49

1 非線性振動18-49

1.1 機械工程中的非線性振動問題18-49

1.2 非線性力的特征曲線18-50

1.3 非線性系統的物理性質18-53

1.4 分析非線性振動的常用方法18-56

1.5 等效線性化近似解法18-56

1.6 示例18-57

1.7 非線性振動的穩定性18-58

2 自激振動18-59

2.1 自激振動和自振系統的特性18-59

2.2 機械工程中常見的自激振動現象18-59

2.3 單自由度系統相平面及穩定性18-61

3 隨機振動18-64

3.1 平穩隨機振動描述18-65

3.2 單自由度線性系統的傳遞函數18-66

3.3 單自由度線性系統的隨機響應18-67

第5章 振動的控制18-68

1 隔振與減振方法18-68

2 隔振設計18-68

2.1 隔振原理及一次隔振的動力參數設計18-68

2.2 一次隔振動力參數設計示例18-70

2.3 二次隔振動力參數設計18-71

2.4 二次隔振動力參數設計示例18-73

2.5 隔振設計的幾個問題18-75

2.5.1 隔振設計步驟18-75

2.5.2 隔振設計要點18-76

2.5.3 圓柱螺旋彈簧的剛度18-76

2.5.4 隔振器的阻尼18-77

2.6 隔振器的材料與類型18-77

2.7 橡膠隔振器18-78

2.8 橡膠隔振器設計18-81

2.8.1 橡膠材料的主要性能參數18-81

2.8.2 橡膠隔振器剛度計算18-82

2.8.3 橡膠隔振器設計要點18-83

2.9 不銹鋼絲繩減振器18-84

2.9.1 主要特點18-84

2.9.2 選型原則與方法18-85

3 阻尼減振18-88

3.1 阻尼減振原理18-88

3.2 材料的損耗因子與阻尼層結構18-89

3.2.1 橡膠阻尼層結構18-90

3.2.2 干摩擦阻尼減振器例18-91

3.3 線性阻尼隔振器18-92

3.3.1 減振隔振器系統主要參數18-92

3.3.2 最佳參數選擇18-93

3.3.3 設計示例18-94

3.4 非線性阻尼系統的隔振18-95

3.4.1 剛性連接非線性阻尼系統隔振18-95

3.4.2 彈性連接干摩擦阻尼減振隔振器動力參數設計18-96

3.4.3 減振器設計18-97

4 動力吸振器18-98

4.1 動力吸振器設計18-99

4.1.1 動力吸振器工作原理18-99

4.1.2 動力吸振器的設計18-99

4.1.3 動力吸振器附連點設計18-100

4.1.4 設計示例18-100

4.2 加阻尼的動力吸振器18-101

4.2.1 設計思想18-101

4.2.2 減振吸振器的最佳參數18-102

4.2.3 減振吸振器的設計步驟18-103

4.3 二次減振隔振器設計18-104

4.3.1 設計思想18-104

4.3.2 二次減振隔振器動力參數設計18-104

4.4 擺式減振器18-105

4.5 沖擊減振器18-106

5 緩沖器設計18-108

5.1 設計思想18-108

5.1.1 沖擊現象及沖擊傳遞系數18-108

5.1.2 速度階躍激勵18-109

5.1.3 緩沖彈簧的儲能特性18-110

5.1.4 阻尼參數選擇18-110

5.2 一次緩沖器設計18-111

5.2.1 緩沖器的設計原則18-111

5.2.2 設計要求18-112

5.2.3 一次緩沖器動力參數設計18-112

5.2.4 加速度脈沖激勵波形影響提示18-112

5.3 二次緩沖器的設計18-112

6 平衡法18-113

6.1 結構的設計18-113

6.2 轉子的平衡18-113

6.3 往復機械的平衡18-115

第6章 機械振動的利用18-116

1 概述18-116

1.1 振動機械的用途及工藝特性18-116

1.2 振動機械的組成18-117

1.3 振動機械的頻率特性及結構特征18-117

1.4 有關振動機械的部門標準18-118

2 振動輸送類振動機的運動參數18-119

2.1 機械振動指數18-119

2.2 物料的滑行運動18-119

2.3 物料拋擲指數18-120

2.4 常用振動機的振動參數18-121

2.5 物料平均速度18-121

2.6 輸送能力與輸送槽體尺寸的確定18-122

2.7 物料的等效參振質量和等效阻尼系數18-122

2.8 振動系統的計算質量18-123

2.9 激振力和功率18-123

3 單軸慣性激振器設計18-124

3.1 平面運動單軸慣性激振器18-124

3.2 空間運動單軸慣性激振器18-125

3.3 單軸慣性激振器動力參數(遠超共振類)18-126

3.4 激振力的調整及滾動軸承18-127

4 雙軸慣性激振器18-127

4.1 產生單向激振力的雙軸慣性激振器18-127

4.2 空間運動雙軸慣性激振器18-128

4.2.1 交叉軸式雙軸慣性激振器18-129

4.2.2 平行軸式雙軸慣性激振器18-129

4.3 雙軸慣性激振器動力參數(遠超共振類)18-130

4.4 自同步條件及激振器位置18-131

5 近共振類振動機18-132

5.1 慣性共振式18-132

5.1.1 主振系統的動力參數18-132

5.1.2 激振器動力參數設計18-133

5.2 彈性連桿式18-134

5.2.1 主振系統的動力參數18-134

5.2.2 激振器動力參數設計18-134

5.3 主振系統的動力平衡18-135

5.4 導向桿和橡膠鉸鏈18-136

5.5 振動輸送類振動機整體剛度和局部剛度的計算18-137

5.6 近共振類振動機工作點的調試18-138

5.7 間隙非線性彈簧設計18-138

6 振動機械動力參數設計示例18-138

6.1 遠超共振慣性振動機動力參數設計示例18-138

6.2 慣性共振式振動機動力參數設計示例18-140

6.3 彈性連桿式振動機動力參數設計示例18-141

7 主要零部件18-143

7.1 振動源電機18-143

7.2 倉壁式振動器18-149

7.3 復合彈簧18-150

8 振動給料機18-152

9 利用振動來監測纜索拉力18-155

9.1 測量弦振動計算索拉力18-156

9.1.1 弦振動測量原理18-156

9.1.2 MGH型錨索測力儀18-156

9.2 按兩端受拉梁的振動測量索拉力18-157

9.2.1 兩端受拉梁的振動測量原理18-157

9.2.2 高屏溪橋斜張鋼纜檢測部分簡介18-157

9.3 索拉力振動檢測的最新方法18-159

9.3.1 考慮索的垂度和彈性伸長λ18-159

9.3.2 頻差法18-160

9.3.3 拉索基頻識別工具箱18-160

第7章 機械振動測量技術18-161

1 概述18-161

1.1 測量在機械振動系統設計中的作用18-161

1.2 振動的測量方法18-161

1.2.1 振動測量的主要內容18-161

1.2.2 振動測量的類別18-161

1.3 測振原理18-163

1.3.1 線性系統振動量時間歷程曲線的測量18-163

1.3.2 測振原理18-163

1.4 振動測量系統圖示例18-164

2 數據采集與處理18-164

2.1 信號18-164

2.1.1 信號的類別18-164

2.1.2 振動波形因素與波形圖18-164

2.2 信號的頻譜分析18-165

2.3 數據采集系統18-166

2.3.1 信號采集18-166

2.3.2 力錘及應用18-167

2.4 數據處理18-167

2.4.1 數據處理方法18-167

2.4.2 數字處理系統18-168

2.5 智能化數據采集與分析處理、監測系統18-168

3 振動幅值測量18-169

3.1 光測位移幅值法18-169

3.2 電測振動幅值法18-170

3.3 激光干涉測量振動法18-170

3.3.1 光學多普勒干涉原理測量物體的振動18-170

3.3.2 低頻激光測振儀18-170

4 振動頻率與相位的測量18-171

4.1 李沙育圖形法18-171

4.2 標準時間法18-171

4.3 閃光測頻法18-172

4.4 數字頻率計測頻法18-172

4.5 振動頻率測量分析儀18-172

4.6 相位的測量18-172

5 系統固有頻率與振型的測定18-173

5.1 自由衰減振動法18-173

5.2 共振法18-173

5.3 頻譜分析法18-173

5.4 振型的測定18-174

6 阻尼參數的測定18-174

6.1 自由衰減振動法18-174

6.2 帶寬法18-175

第8章 軸和軸系的臨界轉速18-176

1 概述18-176

2 簡單轉子的臨界轉速18-176

2.1 力學模型18-176

2.2 兩支承軸的臨界轉速18-177

2.3 兩支承單盤轉子的臨界轉速18-178

3 兩支承多盤轉子臨界轉速的近似計算18-179

3.1 帶多個圓盤軸的一階臨界轉速18-179

3.2 力學模型18-179

3.3 臨界轉速計算公式18-179

3.4 計算示例18-181

4 軸系的模型與參數18-182

4.1 力學模型18-182

4.2 滾動軸承支承剛度18-182

4.3 滑動軸承支承剛度18-184

4.4 支承阻尼18-188

5 軸系的臨界轉速計算18-188

5.1 軸系的特征值問題18-188

5.2 特征值數值計算實例18-189

6 軸系臨界轉速設計18-190

6.1 軸系臨界轉速修改設計18-190

6.2 軸系臨界轉速組合設計18-192

7 影響軸系臨界轉速的因素18-193

參考文獻18-195

第19篇 機架設計

第1章 機架結構概論19-3

1 機架結構類型19-3

1.1 按機架外形分類19-3

1.2 按機架的材料和制造方法分類19-3

1.3 按力學模型分類19-4

1.4 機架桿系結構類型19-5

2 機架桿系的幾何不變性19-5

2.1 平面桿系的組成規則19-6

2.2 平面桿系的自由度計算19-6

2.2.1 平面桿系的約束類型19-6

2.2.2 平面桿系自由度的計算19-7

2.3 桿系幾何特性與靜定特性的關系19-7

3 機架設計計算的準則和要求19-8

3.1 機架設計的準則19-8

3.2 機架設計的一般要求19-9

3.3 設計步驟19-9

4 機架結構的選擇19-9

4.1 一般規則19-9

4.2 靜定結構與超靜定結構的比較19-10

4.3 靜定桁架與剛架的比較19-11

4.4 幾種桿系結構力學性能的比較19-11

4.5 幾種桁架結構力學性能的比較19-13

5 幾種典型機架結構形式19-15

5.1 汽車車架19-15

5.1.1 梁式車架19-15

5.1.2 承載式車身車架19-16

5.1.3 各種新型車架形式19-17

5.2 摩托車車架和拖拉機架19-18

5.3 起重運輸機械機架19-20

5.4 挖掘機機架19-23

5.5 管架與管子支吊架19-25

5.6 標準容器支座19-31

5.7 大型容器支架19-34

第2章 機架設計的一般規定19-35

1 載荷19-35

1.1 載荷分類19-35

1.2 組合載荷19-36

1.3 雪載荷和冰載荷19-36

1.4 風載荷19-37

1.5 地震載荷19-40

2 剛度要求19-42

2.1 《鋼結構設計規范》的規定19-42

2.2 《起重機設計規范》的規定19-43

2.3 提高剛度的方法19-43

3 強度要求19-44

3.1 許用應力19-44

3.1.1 基本許用應力19-44

3.1.2 折減系數K19-44

3.1.3 基本許用應力表19-45

3.2 起重機鋼架的安全系數和許用應力19-46

3.3 鉚焊連接基本許用應力19-47

4 機架結構的簡化方法19-48

4.1 選取力學模型的原則19-48

4.2 支座的簡化19-48

4.3 結點的簡化19-49

4.4 構件的簡化19-49

4.5 簡化綜述及舉例19-50

5 桿系結構的支座形式19-51

5.1 用于梁和剛架的支座19-51

5.2 用于柱和剛架的支座19-52

5.3 用于桁架的支座19-53

6 技術要求19-53

第3章 梁的設計與計算19-56

1 梁的設計19-56

1.1 縱梁的結構設計19-56

1.1.1 縱梁的結構19-56

1.1.2 梁的連接19-59

1.1.3 梁截面的有關數據19-59

1.2 主梁的上拱高度19-62

1.3 端梁的結構設計19-62

1.4 梁的整體穩定性19-63

1.5 梁的局部穩定性19-65

1.6 舉例19-66

2 梁的計算19-68

2.1 梁的強度計算19-68

2.2 連續梁計算用表19-69

2.3 舉例19-73

2.4 彈性支座上的連續梁19-75

第4章 柱和立架的設計與計算19-80

1 柱和立架的形狀19-80

1.1 柱的外形19-80

1.2 柱的截面形狀19-81

1.3 立柱的外形與影響剛度的因素19-82

1.3.1 起重機龍門架外形19-82

1.3.2 機床立柱及其他19-83

1.3.3 各種立柱類構件的剛度比較19-86

1.3.4 螺釘及外肋條數量對立柱連接處剛度的影響19-86

2 柱的連接及柱和梁的連接19-86

2.1 柱的拼接19-86

2.2 柱腳的設計與連接19-87

2.3 梁和柱的連接19-89

3 穩定性計算19-91

3.1 不作穩定性計算的條件19-91

3.2 軸心受壓構件的穩定性驗算公式19-91

3.3 結構件長細比的計算19-92

3.4 結構件的計算長度19-93

3.4.1 等截面柱19-93

3.4.2 變截面受壓構件19-94

3.4.3 桁架構件的計算長度19-96

3.4.4 特殊情況19-97

3.5 偏心受壓構件19-97

3.6 板的局部穩定性計算19-98

3.7 圓柱殼的局部穩定性計算19-101

4 柱的計算用表19-101

第5章 桁架的設計與計算19-108

1 靜定梁式平面桁架的分類19-108

2 桁架的結構19-109

2.1 桁架結點19-109

2.2 管子桁架19-110

2.3 幾種桁架的結構形式和參數19-111

2.3.1 結構形式19-111

2.3.2 尺寸參數19-112

2.4 桁架的起拱度19-115

3 靜定平面桁架的內力分析19-115

3.1 截面法(用力矩平衡法計算)19-116

3.2 截面法(用力平衡法計算)19-116

3.3 結點法19-117

3.4 混合法19-117

3.5 代替法19-118

4 桁架的位移計算19-119

4.1 桁架的位移計算公式19-119

4.2 幾種桁架的撓度計算公式19-120

4.3 舉例19-123

5 超靜定桁架的計算19-126

6 空間桁架19-127

6.1 平面桁架組成的空間桁架的受力分析法19-127

6.2 圓形容器支承桁架19-128

第6章 框架的設計與計算19-133

1 剛架的結點設計19-134

2 剛架內力分析方法19-135

2.1 力法計算剛架19-136

2.1.1 力法的基本概念19-136

2.1.2 計算步驟19-136

2.1.3 簡化計算的處理19-137

2.2 位移法19-139

2.2.1 角變位移方程19-139

2.2.2 應用基本體系及典型方程計算剛架的步驟19-140

2.2.3 應用結點及截面平衡方程計算剛架的步驟19-141

2.3 簡化計算舉例19-142

3 框架的位移19-143

3.1 位移的計算公式19-143

3.1.1 由載荷作用產生的位移19-143

3.1.2 由溫度改變所引起的位移19-144

3.1.3 由支座移動所引起的位移19-145

3.2 圖乘公式19-145

3.3 空腹框架的計算公式19-148

4 等截面剛架內力計算公式19-149

4.1 等截面單跨剛架計算公式19-149

4.2 均布載荷等截面等跨排架計算公式19-157

第7章 其他形式的機架19-159

1 整體式機架19-159

1.1 概述19-159

1.2 有加強肋的整體式機架的肋板布置19-160

1.3 布肋形式對剛度影響19-161

1.4 肋板的剛度計算19-162

2 箱形機架19-165

2.1 箱體結構參數的選擇19-165

2.1.1 壁厚的選擇19-165

2.1.2 加強肋19-166

2.1.3 孔和凸臺19-166

2.1.4 箱體的熱處理19-166

2.2 壁板的布肋形式19-167

2.3 箱體剛度19-167

2.3.1 箱體剛度的計算19-167

2.3.2 箱體剛度的影響因素19-168

2.4 齒輪箱箱體剛度計算舉例19-172

2.4.1 齒輪箱箱體的計算19-172

2.4.2 車床主軸箱剛度計算舉例19-175

3 軋鋼機類機架設計與計算方法19-176

3.1 軋鋼機機架形式與結構19-176

3.2 短應力線軋機19-177

3.3 閉式機架強度與變形的計算19-178

3.3.1 計算原理19-178

3.3.2 計算結果舉例19-180

3.3.3 機架內的應力與許用應力19-181

3.3.4 閉口式機架的變形（延伸）計算19-182

3.4 開式機架的計算19-183

4 桅桿纜繩結構19-184

5 柔性機架19-185

5.1 鋼絲繩機架19-185

5.1.1 概述19-185

5.1.2 輸送機鋼絲繩機架的靜力計算19-185

5.1.3 鋼絲繩的拉力19-186

5.1.4 鋼絲繩的預張力19-186

5.1.5 鋼絲繩鞍座尺寸19-186

5.2 濃密機機座柔性底板（托盤）的設計19-187

參考文獻19-190

《機械設計手冊》自1969年第一版出版發行以來，已經修訂至第五版，累計銷售量超過120萬套，成為新中國成立以來，在國內影響力最強、銷售量最大的機械設計工具書。作為國家級的重點科技圖書，《機械設計手冊》多次獲得國家和省部級獎勵。其中，1978年獲全國科學大會科技成果獎，1983年獲化工部優秀科技圖書獎，1995年獲全國優秀科技圖書二等獎，1999年獲全國化工科技進步二等獎，2002年獲石油和化學工業優秀科技圖書一等獎，2003年獲中國石油和化學工業科技進步二等獎。1986～2002年，連續被評為全國優秀暢銷書。

與時俱進、開拓創新，實現實用性、可靠性和創新性的最佳結合，協助廣大機械設計人員開發出更好更新的產品，適應市場和生產需要，提高市場競爭力和國際競爭力，這是《機械設計手冊》一貫堅持、不懈努力的最高宗旨。

《機械設計手冊》第四版出版發行至今已有6年多的時間，在這期間，我們進行了廣泛的調查研究，多次邀請了機械方面的專家、學者座談，傾聽他們對第五版修訂的建議，并深入設計院所、工廠和礦山的第一線，向廣大設計工作者了解《手冊》的應用情況和意見，及時發現、收集生產實踐中出現的新經驗和新問題，多方位、多渠道跟蹤、收集國內外涌現出來的新技術、新產品，改進和豐富《手冊》的內容，使《手冊》更具鮮活力，以最大限度地快速提高廣大機械設計人員自主創新的能力，適應建設創新型國家的需要。

機械設計手冊：機械振動·機架設計內容簡介

《機械設計手冊:機械振動·機架設計(第5版)(單行本)》：暢銷120萬套！權威實用 內容齊全 簡明便查。這是一部機械設計史上的功勛圖書，歷時四十載，對我國機械工業發展的貢獻已超越手冊本身。這是一部引起轟動的工具書，1969年的第一版是新中國第一部大型機械設計工具書。目前修訂至第五版，受到無數機械設計和工程技術人員的稱頌。這是一部四十年與讀者共同成長的圖書，很多讀者從學生時代就開始使用它，如今看到新版面世，仍然愛不釋手，因為它是一生事業中最親密、最忠誠的伙伴。這更是我們一生追求的事業，從第一版開始，作者和編輯們就四十年如一日，孜孜以求，不敢有絲毫的馬虎和懈怠，把它作為畢生追求的事業?！锶珖茖W大會科技成果獎★全國優秀暢銷書獎★全國優秀科技圖書獎

機械設計手冊：機械振動·機架設計作者簡介

成大先，中國有色工程設計研究總院教授級高級工程師。從60年代開始編寫《機械設計手冊》，至今已修訂至第五版，暢銷120多萬套。