振动控制

1．振动

振动是一种常见的运动形式。一般是指物体沿直线或曲线并经过其平衡位所作的来回反复的机械振动形式。从广义上讲，任何一个物理量在其某个定值附近作反复变化，都可以称为振动。例如交变电磁场中的电场强度、磁场强度，交流电中的电流强度、电压等。在这里，只讨论机械振动。

物体在不受外力作用而且阻尼力又可忽略的情况下的振动称为自由振动；因受到阻尼力而逐步衰减以至消失的振动称阻尼振动；如又受到其他外力作用而被迫进行的振动则称为强迫振动。振动的周期具有一定规律的振动称之为周期性振动；反这称之为无规振动或随机振动。

在各种振动中，最简单也是最基本的振动形式是无阻尼的自由振动，又称简谐振动，其运动规律在数学上可用正弦（或余弦）函数来描述。它运动方程为：X=Acosωt，式中A表示振幅，ω表示振动频率。其他形式的振动，通过适当变换后，仍可用此基本形式来分析它们的运动持性。

2．生产性振动的主要起因

就振动的起因来讲，振动总是由于存在外力或内力的激励而产生。一般来讲，由周期性外力激励引起的振动是最常见的起因。在生产环境中，运转着的机械设备。由于机械部件之间有力的存在，因而总是会产生振动的。机械部件的运动形式不同，产生振动的直接起因也不同。

在旋转机械中引起振动的主要起因有以下几个方面：①不平衡。当一个旋转部件各部分质量分布相对于旋转中心线不对称时，质量中心即与旋转中心不重合产生不平衡。在旋转时，这种不平衡质量产生的离心力可引起振动。②不同心。这主要发生在支承轴的轴承座和轴的不严格同心，两轴联结时两者不处在同一轴线上等原因造成的不同心偏差。这种不同心也可产生振动。③松动。松动是指约束力的松驰现象。如轴承由于磨损或其他原因引起轴承和轴间松动，紧固件松动等，都可以造成约束力的松驰。一般情况下，松动总会引起严重的振动。

当机械设备中运动部件是以直线形式作反复运动时，如锻压、冲压机床和风镐、冲击钻等，在此类机械设备中，周期性的激振力是产生振动的主要起因。

3．振动级

我们可以由振动的能量来量度振动的大小。振动的能量是由振动的振幅和频率所确定的。另外，因振动是一种往复的周期运动，它的大小还可以用运动的变化剧烈程度，即振动的加速度来量度。实际上，振动的加速度也是和振动的频率和频幅密切相关的。所以，振幅和频率是决定振动大小的重要因素。

另外，从振动对人的生理作用上来说，各种振幅相同但频率不同的振动，给予人的感觉上的强烈程度也不一样。故而，一个振动的大小，不仅有振动本身的因素，而且还有人的心理上的因素。当然，这是指振动给人的感受而言，在讨论振动对人体的影响时，应当考虑这一点。

对于振动等级的规定，我国尚未有明确的规范。在日本的振动法规中，振动级的定义和噪声级定义很相似，也采用分贝作为量度振动级大小的单位。其定义为：“振动级即是用201ga/ a＜sub＞0＜/sub＞定义的修正加速度的值，用分贝表示。这里的a＜sub＞0＜/sub＞是标准振动加速度，取其值为a＜sub＞0＜/sub＞=10 ＜sup＞-5＜/sup＞米/秒＜sup＞2＜/sup＞，a为振动感觉修正的振动加速度的有效值。”

在上述定义中，实际上考虑了振动的振幅，频率以及人的感觉这些因素。

4．怎样测量振动

在对振动的测量中，常用的测量系统可由下列三部分组成：“振动传感器 — 前置放大器 — 记录仪器。”其中，传感器的作用是把机械能转换成电能，即将机械振动信号转换成电压信号输出，此电压信号恰好是机械振动的函数。常用的传感器有加速度传感器、速度传感器、位移传感器等类型。前置放大器主要起到传感器和记录仪器间的阻抗匹配作用。记录仪器用来记录输出的电信号，常用的有示波器、电平记录仪、磁带记录仪等。

在具体测量时，必须考虑到传感器、放大器、记录仪三者的动态范围是否一致。在安装传感器时，应注意到其和振动表面接触是否良好，在可能的情况下，可用胶粘剂将传感器直接粘贴在振动面上。另外，要注意振动方向和传感器的轴向是否一致。再则，传感器与放大器之间的联结电缆长度有无超过规定等一系列测量技术，也要加以考虑。测量点的位置及个数是由测量目的所决定的，一般可以选取多个测量点，以取得较完整的测量数据。

5．控制振动

对振动的控制一般可用以下几种方法：①对振源进行改造，尽量减少激振力。如改变某些部件尺寸，使其达到平衡；增加结构刚性，使之对激振力的响应减弱等等。②采取隔振措施，利用弹性支承将刚性联结换成弹性联结。这种弹性支承物称为隔振器。常用的隔振器有金属弹簧，用天然橡胶、塑胶等制成的弹塑性支承、弹性垫等。当振动是由振动物体通过基础传递给周围物体或是将一个不能受振物体和振动环境相隔离时，这是一个常用的方法。③利用阻尼减振。阻尼可以把机械能转变为热能，从而减弱振动。如在金属板制成的外罩壳体上涂上阻尼材料就可以增加对振动能量的吸收。另外，它还可以改变振动频率，以避开共振点，减弱其在共振频率附近的振动。④加强机械设备的基础。如加大基础的质量，扩大基础的面积等等。

6．振动对人体的影响

振动可以引起人体产生生理上及物理上的反应。首先，当振动作用于人体时，因人体的感觉神经末梢有许多振动感觉器官，使人感到振动的存在，引起人体在生理上的反应。另外，人体可以视作由质量、阻尼力、弹簧结合而成的振动系统模型；外界传递来的振动，相当于激振力，使人体产生物理反应。人体对振动的反应，不仅与振动的幅度有关，而且与振动的频率有关。对人体来讲，最容易感受到的垂直振动的频率大约在4~8赫兹之间。这是由于人的足部及臂部对4~8赫兹的振动频率最为敏感。这一点和人耳对声音的感觉和声音的频率有相似之处。

人体感受到振动的激烈程度，是由振动级来表示的。当振动级大于60分贝时，人体即能感受到振动的存在；当振动级在70分贝以上时，就可以影响到人的睡眠和工作效率；当振动级90分贝以上时，就会对人体产生危害，引起以肢端血管痉挛、上肢骨及关节骨质改变和周围神经末梢感觉障碍为主要表现的振动病。

7．振动病及症状

在生产活动中，振动是经常能遇到的。但振动能损害人体健康，却常常被人们忽视。事实上，人体的全身或局部长期受到强烈振动的作用，也可以引起疾病。就振动对人体的作用范围来讲，大致可划分为局部振动和全身振动两种情况，对人体产生的危害，也有所不同。

局部振动，主要是手持振动工具对操作者手的损害。初期病人可以感到手指发冷，苍白、麻木胀痛、指关节活动不灵便、握拳无力等。后期病人可以发生双手震颤、指关节和腕关节处骨质疏松、关节变形、指端发生溃疡等病变。皮肤的感觉也会发生障碍。全身振动主要是振动物体经由其支承物如地板等将振动传递给人体。此时，主要是对操作者足部的损害，会出现脚部疲劳，站立吃力、腿部肌肉肿胀等症状。

无论是局部振动还是全身振动，都可以造成全身症状。尤其是后期病人，除原有的局部症状加重外，还因此造成植物神经功能紊乱及内分泌系统功能紊乱而引起的症状，如头晕、疲劳多汗、食欲不振、恶心呕吐等等。

8．振动的个人防护措施

在很多情况下，振动是不能全部消除或避免的。特别是在一些需使用手持振动工具的作业中，更是如此。对振动的防护，主要是如何减少和避免振动对一些使用手持振动工具的生产人员所造成的损害。

防护措施有以下几个方面：①改善工作条件。如对工具的重量、振动的幅度、振动的频率进行限制；对操作人员，实行轮流作业制，使其能得到工间休息等。②采用防护用品。如使用防振手套、防振垫，以减少振动对人体的作用。③定期体检。即是对经常使用振动工具或在振动环境中工作的人员，定期进行体检，做好振动病的早期防治工作。