振動(dòng)控制
1．振動(dòng)
振動(dòng)是一種常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)形式。一般是指物體沿直線或曲線并經(jīng)過(guò)其平衡位所作的來(lái)回反復(fù)的機(jī)械振動(dòng)形式。從廣義上講，任何一個(gè)物理量在其某個(gè)定值附近作反復(fù)變化，都可以稱為振動(dòng)。例如交變電磁場(chǎng)中的電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度，交流電中的電流強(qiáng)度、電壓等。在這里，只討論機(jī)械振動(dòng)。
物體在不受外力作用而且阻尼力又可忽略的情況下的振動(dòng)稱為自由振動(dòng)；因受到阻尼力而逐步衰減以至消失的振動(dòng)稱阻尼振動(dòng)；如又受到其他外力作用而被迫進(jìn)行的振動(dòng)則稱為強(qiáng)迫振動(dòng)。振動(dòng)的周期具有一定規(guī)律的振動(dòng)稱之為周期性振動(dòng)；反這稱之為無(wú)規(guī)振動(dòng)或隨機(jī)振動(dòng)。
在各種振動(dòng)中，最簡(jiǎn)單也是最基本的振動(dòng)形式是無(wú)阻尼的自由振動(dòng)，又稱簡(jiǎn)諧振動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律在數(shù)學(xué)上可用正弦（或余弦）函數(shù)來(lái)描述。它運(yùn)動(dòng)方程為：X=Acosωt，式中A表示振幅，ω表示振動(dòng)頻率。其他形式的振動(dòng)，通過(guò)適當(dāng)變換后，仍可用此基本形式來(lái)分析它們的運(yùn)動(dòng)持性。
2．生產(chǎn)性振動(dòng)的主要起因
就振動(dòng)的起因來(lái)講，振動(dòng)總是由于存在外力或內(nèi)力的激勵(lì)而產(chǎn)生。一般來(lái)講，由周期性外力激勵(lì)引起的振動(dòng)是最常見(jiàn)的起因。在生產(chǎn)環(huán)境中，運(yùn)轉(zhuǎn)著的機(jī)械設(shè)備。由于機(jī)械部件之間有力的存在，因而總是會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)的。機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)形式不同，產(chǎn)生振動(dòng)的直接起因也不同。
在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中引起振動(dòng)的主要起因有以下幾個(gè)方面：①不平衡。當(dāng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)部件各部分質(zhì)量分布相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心線不對(duì)稱時(shí)，質(zhì)量中心即與旋轉(zhuǎn)中心不重合產(chǎn)生不平衡。在旋轉(zhuǎn)時(shí)，這種不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心力可引起振動(dòng)。②不同心。這主要發(fā)生在支承軸的軸承座和軸的不嚴(yán)格同心，兩軸聯(lián)結(jié)時(shí)兩者不處在同一軸線上等原因造成的不同心偏差。這種不同心也可產(chǎn)生振動(dòng)。③松動(dòng)。松動(dòng)是指約束力的松馳現(xiàn)象。如軸承由于磨損或其他原因引起軸承和軸間松動(dòng)，緊固件松動(dòng)等，都可以造成約束力的松馳。一般情況下，松動(dòng)總會(huì)引起嚴(yán)重的振動(dòng)。
當(dāng)機(jī)械設(shè)備中運(yùn)動(dòng)部件是以直線形式作反復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，如鍛壓、沖壓機(jī)床和風(fēng)鎬、沖擊鉆等，在此類機(jī)械設(shè)備中，周期性的激振力是產(chǎn)生振動(dòng)的主要起因。
3．振動(dòng)級(jí)
我們可以由振動(dòng)的能量來(lái)量度振動(dòng)的大小。振動(dòng)的能量是由振動(dòng)的振幅和頻率所確定的。另外，因振動(dòng)是一種往復(fù)的周期運(yùn)動(dòng)，它的大小還可以用運(yùn)動(dòng)的變化劇烈程度，即振動(dòng)的加速度來(lái)量度。實(shí)際上，振動(dòng)的加速度也是和振動(dòng)的頻率和頻幅密切相關(guān)的。所以，振幅和頻率是決定振動(dòng)大小的重要因素。
另外，從振動(dòng)對(duì)人的生理作用上來(lái)說(shuō)，各種振幅相同但頻率不同的振動(dòng)，給予人的感覺(jué)上的強(qiáng)烈程度也不一樣。故而，一個(gè)振動(dòng)的大小，不僅有振動(dòng)本身的因素，而且還有人的心理上的因素。當(dāng)然，這是指振動(dòng)給人的感受而言，在討論振動(dòng)對(duì)人體的影響時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮這一點(diǎn)。
對(duì)于振動(dòng)等級(jí)的規(guī)定，我國(guó)尚未有明確的規(guī)范。在日本的振動(dòng)法規(guī)中，振動(dòng)級(jí)的定義和噪聲級(jí)定義很相似，也采用分貝作為量度振動(dòng)級(jí)大小的單位。其定義為：“振動(dòng)級(jí)即是用201ga/ a＜sub＞0＜/sub＞定義的修正加速度的值，用分貝表示。這里的a＜sub＞0＜/sub＞是標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)加速度，取其值為a＜sub＞0＜/sub＞=10 ＜sup＞-5＜/sup＞米/秒＜sup＞2＜/sup＞，a為振動(dòng)感覺(jué)修正的振動(dòng)加速度的有效值?！?BR>
在上述定義中，實(shí)際上考慮了振動(dòng)的振幅，頻率以及人的感覺(jué)這些因素。
4．怎樣測(cè)量振動(dòng)
在對(duì)振動(dòng)的測(cè)量中，常用的測(cè)量系統(tǒng)可由下列三部分組成：“振動(dòng)傳感器 — 前置放大器 — 記錄儀器?！逼渲?，傳感器的作用是把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，即將機(jī)械振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出，此電壓信號(hào)恰好是機(jī)械振動(dòng)的函數(shù)。常用的傳感器有加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器等類型。前置放大器主要起到傳感器和記錄儀器間的阻抗匹配作用。記錄儀器用來(lái)記錄輸出的電信號(hào)，常用的有示波器、電平記錄儀、磁帶記錄儀等。
在具體測(cè)量時(shí)，必須考慮到傳感器、放大器、記錄儀三者的動(dòng)態(tài)范圍是否一致。在安裝傳感器時(shí)，應(yīng)注意到其和振動(dòng)表面接觸是否良好，在可能的情況下，可用膠粘劑將傳感器直接粘貼在振動(dòng)面上。另外，要注意振動(dòng)方向和傳感器的軸向是否一致。再則，傳感器與放大器之間的聯(lián)結(jié)電纜長(zhǎng)度有無(wú)超過(guò)規(guī)定等一系列測(cè)量技術(shù)，也要加以考慮。測(cè)量點(diǎn)的位置及個(gè)數(shù)是由測(cè)量目的所決定的，一般可以選取多個(gè)測(cè)量點(diǎn)，以取得較完整的測(cè)量數(shù)據(jù)。
5．控制振動(dòng)
對(duì)振動(dòng)的控制一般可用以下幾種方法：①對(duì)振源進(jìn)行改造，盡量減少激振力。如改變某些部件尺寸，使其達(dá)到平衡；增加結(jié)構(gòu)剛性，使之對(duì)激振力的響應(yīng)減弱等等。②采取隔振措施，利用彈性支承將剛性聯(lián)結(jié)換成彈性聯(lián)結(jié)。這種彈性支承物稱為隔振器。常用的隔振器有金屬?gòu)椈?，用天然橡膠、塑膠等制成的彈塑性支承、彈性墊等。當(dāng)振動(dòng)是由振動(dòng)物體通過(guò)基礎(chǔ)傳遞給周圍物體或是將一個(gè)不能受振物體和振動(dòng)環(huán)境相隔離時(shí)，這是一個(gè)常用的方法。③利用阻尼減振。阻尼可以把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，從而減弱振動(dòng)。如在金屬板制成的外罩殼體上涂上阻尼材料就可以增加對(duì)振動(dòng)能量的吸收。另外，它還可以改變振動(dòng)頻率，以避開(kāi)共振點(diǎn)，減弱其在共振頻率附近的振動(dòng)。④加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)。如加大基礎(chǔ)的質(zhì)量，擴(kuò)大基礎(chǔ)的面積等等。
6．振動(dòng)對(duì)人體的影響
振動(dòng)可以引起人體產(chǎn)生生理上及物理上的反應(yīng)。首先，當(dāng)振動(dòng)作用于人體時(shí)，因人體的感覺(jué)神經(jīng)末梢有許多振動(dòng)感覺(jué)器官，使人感到振動(dòng)的存在，引起人體在生理上的反應(yīng)。另外，人體可以視作由質(zhì)量、阻尼力、彈簧結(jié)合而成的振動(dòng)系統(tǒng)模型；外界傳遞來(lái)的振動(dòng)，相當(dāng)于激振力，使人體產(chǎn)生物理反應(yīng)。人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)，不僅與振動(dòng)的幅度有關(guān)，而且與振動(dòng)的頻率有關(guān)。對(duì)人體來(lái)講，最容易感受到的垂直振動(dòng)的頻率大約在4~8赫茲之間。這是由于人的足部及臂部對(duì)4~8赫茲的振動(dòng)頻率最為敏感。這一點(diǎn)和人耳對(duì)聲音的感覺(jué)和聲音的頻率有相似之處。
人體感受到振動(dòng)的激烈程度，是由振動(dòng)級(jí)來(lái)表示的。當(dāng)振動(dòng)級(jí)大于60分貝時(shí)，人體即能感受到振動(dòng)的存在；當(dāng)振動(dòng)級(jí)在70分貝以上時(shí)，就可以影響到人的睡眠和工作效率；當(dāng)振動(dòng)級(jí)90分貝以上時(shí)，就會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害，引起以肢端血管痙攣、上肢骨及關(guān)節(jié)骨質(zhì)改變和周圍神經(jīng)末梢感覺(jué)障礙為主要表現(xiàn)的振動(dòng)病。
7．振動(dòng)病及癥狀
在生產(chǎn)活動(dòng)中，振動(dòng)是經(jīng)常能遇到的。但振動(dòng)能損害人體健康，卻常常被人們忽視。事實(shí)上，人體的全身或局部長(zhǎng)期受到強(qiáng)烈振動(dòng)的作用，也可以引起疾病。就振動(dòng)對(duì)人體的作用范圍來(lái)講，大致可劃分為局部振動(dòng)和全身振動(dòng)兩種情況，對(duì)人體產(chǎn)生的危害，也有所不同。
局部振動(dòng)，主要是手持振動(dòng)工具對(duì)操作者手的損害。初期病人可以感到手指發(fā)冷，蒼白、麻木脹痛、指關(guān)節(jié)活動(dòng)不靈便、握拳無(wú)力等。后期病人可以發(fā)生雙手震顫、指關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)處骨質(zhì)疏松、關(guān)節(jié)變形、指端發(fā)生潰瘍等病變。皮膚的感覺(jué)也會(huì)發(fā)生障礙。全身振動(dòng)主要是振動(dòng)物體經(jīng)由其支承物如地板等將振動(dòng)傳遞給人體。此時(shí)，主要是對(duì)操作者足部的損害，會(huì)出現(xiàn)腳部疲勞，站立吃力、腿部肌肉腫脹等癥狀。
無(wú)論是局部振動(dòng)還是全身振動(dòng)，都可以造成全身癥狀。尤其是后期病人，除原有的局部癥狀加重外，還因此造成植物神經(jīng)功能紊亂及內(nèi)分泌系統(tǒng)功能紊亂而引起的癥狀，如頭暈、疲勞多汗、食欲不振、惡心嘔吐等等。
8．振動(dòng)的個(gè)人防護(hù)措施
在很多情況下，振動(dòng)是不能全部消除或避免的。特別是在一些需使用手持振動(dòng)工具的作業(yè)中，更是如此。對(duì)振動(dòng)的防護(hù)，主要是如何減少和避免振動(dòng)對(duì)一些使用手持振動(dòng)工具的生產(chǎn)人員所造成的損害。
防護(hù)措施有以下幾個(gè)方面：①改善工作條件。如對(duì)工具的重量、振動(dòng)的幅度、振動(dòng)的頻率進(jìn)行限制；對(duì)操作人員，實(shí)行輪流作業(yè)制，使其能得到工間休息等。②采用防護(hù)用品。如使用防振手套、防振墊，以減少振動(dòng)對(duì)人體的作用。③定期體檢。即是對(duì)經(jīng)常使用振動(dòng)工具或在振動(dòng)環(huán)境中工作的人員，定期進(jìn)行體檢，做好振動(dòng)病的早期防治工作。
