机械设计手册 成大先 主编 专业科技 文轩网

第19篇机械振动的控制及利用
第1章概述19-5
1机械振动的分类及机械工程中的振动问题19-5
1.1机械振动的分类19-5
1.2机械工程中常遇到的振动问题19-6
2机械振动等级的评定19-7
2.1振动烈度的确定19-7
2.2对机器的评定19-8
2.3其他设备振动烈度举例19-9
第2章机械振动的基础资料19-10
1机械振动表示方法19-10
1.1简谐振动表示方法19-10
1.2周期振动幅值表示法19-11
1.3振动频谱表示法19-11
2弹性构件的刚度19-12
3阻尼系数19-15
3.1线性阻尼系数19-15
3.2非线性阻尼的等效线性阻尼系数19-16
4振动系统的固有角频率19-17
4.1单自由度系统的固有角频率19-17
4.2二自由度系统的固有角频率19-21
4.3各种构件的固有角频率19-23
4.4结构基本自振周期的经验公式19-28
5简谐振动合成19-29
5.1同向简谐振动的合成19-29
5.2异向简谐振动的合成19-30
6各种机械产生振动的扰动频率19-32
第3章线性振动19-33
1单自由度系统自由振动模型参数及响应19-33
2单自由度系统的受迫振动19-35
2.1简谐受迫振动的模型参数及响应19-35
2.2非简谐受迫振动的模型参数及响应19-37
2.3无阻尼系统对常见冲击激励的响应19-38
3直线运动振系与定轴转动振系的参数类比19-39
4共振关系19-40
5回转机械在启动和停机过程中的振动19-41
5.1启动过程的振动19-41
5.2停机过程的振动19-41
6多自由度系统19-42
6.1多自由度系统自由振动模型参数及其特性19-42
6.2二自由度系统受迫振动的振幅和相位差角计算公式19-44
7机械系统的力学模型19-44
7.1力学模型的简化原则19-45
7.2等效参数的转换计算19-45
8线性振动的求解方法及示例19-47
8.1运动微分方程的建立方法19-47
8.1.1牛顿第二定律示例19-47
8.1.2拉格朗日法19-47
8.1.3用影响系数法建立系统运动方程19-48
8.2求解方法19-49
8.2.1求解方法19-49
8.2.2实际方法及现代方法简介19-50
8.2.3冲击载荷示例19-51
8.2.4关于动刚度19-52
9转轴横向振动和飞轮的陀螺力矩19-53
9.1转子的涡动19-53
9.2转子质量偏心引起的振动19-53
9.3陀螺力矩19-54
第4章非线性振动与随机振动19-55
1非线性振动19-55
1.1机械工程中的非线性振动类别19-55
1.2机械工程中的非线性振动问题19-56
1.3非线性力的特征曲线19-57
1.4非线性系统的物理性质19-60
1.5分析非线性振动的常用方法19-63
1.6等效线性化近似解法19-63
1.7示例19-64
1.8非线性振动的稳定性19-65
2自激振动19-66
2.1自激振动和自振系统的特性19-66
2.2机械工程中常见的自激振动现象19-66
2.3单自由度系统相平面及稳定性19-68
3随机振动19-71
3.1平稳随机振动描述19-72
3.2单自由度线性系统的传递函数19-73
3.3单自由度线性系统的随机响应19-74
4混沌振动19-75
第5章振动的控制19-77
1隔振与减振方法19-77
2隔振设计19-77
2.1隔振原理及一级隔振的动力参数设计19-77
2.2一级隔振动力参数设计示例19-79
2.3二级隔振动力参数设计19-80
2.4二级隔振动力参数设计示例19-82
2.5隔振设计的几个问题19-84
2.5.1隔振设计步骤19-84
2.5.2隔振设计要点19-85
2.5.3圆柱螺旋弹簧的刚度19-85
2.5.4隔振器的阻尼19-86
2.6隔振器的材料与类型19-86
2.7橡胶隔振器设计19-87
2.7.1橡胶材料的主要性能参数19-87
2.7.2橡胶隔振器刚度计算19-88
2.7.3橡胶隔振器设计要点19-89
3阻尼减振19-90
3.1阻尼减振原理19-90
3.2材料的损耗因子与阻尼层结构19-91
3.2.1材料的损耗因素与材料19-91
3.2.2橡胶阻尼层结构19-92
3.2.3橡胶支承实例19-94
3.3线性阻尼隔振器19-94
3.3.1减振隔振器系统主要参数19-95
3.3.2很好参数选择19-96
3.3.3设计示例19-96
3.4非线性阻尼系统的隔振19-97
3.4.1刚性连接非线性阻尼系统隔振19-97
3.4.2弹性连接干摩擦阻尼减振隔振器动力参数设计19-99
3.5减振器设计19-99
3.5.1油压式减振器结构特征19-99
3.5.2阻尼力特性19-100
3.5.3设计示例19-101
3.5.4摩擦阻尼器结构特征及示例19-101
4阻尼隔振减振器系列19-102
4.1橡胶减振器19-102
4.1.1橡胶剪切隔振器的国家标准19-102
4.1.2常用橡胶隔振器的类型19-103
4.2不锈钢丝绳减振器19-107
4.2.1主要特点19-107
4.2.2选型原则与方法19-108
4.2.3组合形式的金属弹簧隔振器19-113
4.3扭转振动减振器19-113
4.4新型可控减振器19-115
4.4.1磁性液体19-115
4.4.2磁流变液19-116
5动力吸振器19-117
5.1动力吸振器设计19-117
5.1.1动力吸振器工作原理19-117
5.1.2动力吸振器的设计19-118
5.1.3动力吸振器附连点设计19-119
5.1.4设计示例19-119
5.2加阻尼的动力吸振器19-120
5.2.1设计思想19-120
5.2.2减振吸振器的很好参数19-121
5.2.3减振吸振器的设计步骤19-121
5.3二级减振隔振器设计19-123
5.3.1设计思想19-123
5.3.2二级减振隔振器动力参数设计19-123
5.4摆式减振器19-124
5.5冲击减振器19-125
5.6可控式动力吸振器示例19-127
6缓冲器设计19-127
6.1设计思想19-127
6.1.1冲击现象及冲击传递系数19-128
6.1.2速度阶跃激励及冲击的简化计算19-129
6.1.3缓冲弹簧的储能特性19-130
6.1.4阻尼参数选择19-132
6.2一级缓冲器设计19-133
6.2.1缓冲器的设计原则19-133
6.2.2设计要求19-133
6.2.3一级缓冲器动力参数设计19-134
6.2.4加速度脉冲激励波形影响提示19-134
6.3二级缓冲器的设计19-134
7平衡法19-135
7.1结构的设计19-135
7.2转子的平衡19-135
7.3往复机械的平衡19-136
第6章机械振动的利用19-138
1概述19-138
1.1振动机械的用途及工艺特性19-138
1.2振动机械的组成19-139
1.3振动机械的频率特性及结构特征19-139
2振动输送类振动机的运动参数19-140
2.1机械振动指数19-140
2.2物料的滑行运动19-140
2.3物料抛掷指数19-141
2.4常用振动机的振动参数19-142
2.5物料平均速度19-142
2.6输送能力与输送槽体尺寸的确定19-143
2.7物料的等效参振质量和等效阻尼系数19-143
2.8振动系统的计算质量19-144
2.9激振力和功率19-144
3单轴惯性激振器设计19-145
3.1平面运动单轴惯性激振器19-145
3.2空间运动单轴惯性激振器19-147
3.3单轴惯性激振器动力参数（远超共振类）19-147
3.4激振力的调整及滚动轴承19-148
3.5用单轴激振器的几种机械示例19-148
3.5.1混凝土振捣器19-148
3.5.2破碎粉磨机械19-150
3.5.3圆形振动筛19-151
4双轴惯性激振器19-153
4.1产生单向激振力的双轴惯性激振器19-153
4.2空间运动双轴惯性激振器19-153
4.2.1交叉轴式双轴惯性激振器19-154
4.2.2平行轴式双轴惯性激振器19-154
4.3双轴惯性激振器动力参数（远超共振类）19-155
4.4自同步条件及激振器位置19-156
4.5用双轴激振器的几种机械示例19-157
4.5.1双轴振动颚式振动破碎机19-157
4.5.2振动钻进19-157
4.5.3离心机19-157
5其他各种形式的激振器19-159
5.1行星轮式激振器19-159
5.2混沌激振器19-159
5.3电动式激振器19-160
5.4电磁式激振器19-160
5.5电液式激振器19-161
5.6液压射流激振器19-162
5.7气动式激振器19-162
5.8其他激振器19-163
6近共振类振动机19-164
6.1惯性共振式19-164
6.1.1主振系统的动力参数19-164
6.1.2激振器动力参数设计19-165
6.2弹性连杆式19-166
6.2.1主振系统的动力参数19-166
6.2.2激振器动力参数设计19-166
6.3主振系统的动力平衡——多质体平衡式振动机19-167
6.4导向杆和橡胶铰链19-168
6.5振动输送类振动机整体刚度和局部刚度的计算19-168
6.6近共振类振动机工作点的调试19-170
6.7间隙式非线性振动机及其弹簧设计19-170
7振动机械动力参数设计示例19-171
7.1远超共振惯性振动机动力参数设计示例19-171
7.2惯性共振式振动机动力参数设计示例19-172
7.3弹性连杆式振动机动力参数设计示例19-174
8其他一些机械振动的应用实例19-175
8.1多轴式惯性振动机19-175
8.2混沌振动的设计例19-176
8.2.1多连杆振动台19-176
8.2.2双偏心盘混沌激振器在振动压实中的应用19-176
8.3利用振动的拉拔19-176
8.4振动时效技术应用19-177
8.5声波钻进19-178
9主要零部件19-178
9.1三相异步振动电机19-178
9.1.1部颁标准19-178
9.1.2立式振动电机与防爆振动电机19-181
9.2仓壁振动器19-181
9.3橡胶——金属螺旋复合弹簧19-183
10振动给料机19-186
10.1部颁标准19-186
10.2XZC型振动给料机19-187
10.3FZC系列振动出矿机19-188
11利用振动来监测缆索拉力19-191
11.1测量弦振动计算索拉力19-192
11.1.1弦振动测量原理19-192
11.1.2MGH型锚索测力仪19-192
11.2按两端受拉梁的振动测量索拉力19-193
11.2.1两端受拉梁的振动测量原理19-193
11.2.2高屏溪桥斜张钢缆检测部分简介19-193
11.3索拉力振动检测的一些近期新方法19-195
11.3.1考虑索的垂度和弹性伸长λ19-195
11.3.2频差法19-196
11.3.3拉索基频识别工具箱19-196
第7章机械振动测量技术19-197
1概述19-197
1.1测量在机械振动系统设计中的作用19-197
1.2振动的测量方法19-197
1.2.1振动测量的主要内容19-197
1.2.2振动测量的类别19-197
1.3测振原理19-199
1.3.1线性系统振动量时间历程曲线的测量19-199
1.3.2测振原理19-199
1.4振动测量系统图示例19-200
2数据采集与处理19-200
2.1信号19-200
2.1.1信号的类别19-200
2.1.2振动波形因素与波形图19-200
2.2信号的频谱分析19-201
2.3信号发生器及力锤的应用19-202
2.3.1信号发生器19-202
2.3.2力锤及应用19-203
2.4数据采集系统19-203
2.5数据处理19-204
2.5.1数据处理方法19-204
2.5.2数字处理系统19-204
2.6智能化数据采集与分析处理、监测系统19-205
3振动幅值测量19-205
3.1光测位移幅值法19-206
3.2电测振动幅值法19-207
3.3激光干涉测量振动法19-207
3.3.1光学多普勒干涉原理测量物体的振动19-207
3.3.2低频激光测振仪19-207
4振动频率与相位的测量19-208
4.1李沙育图形法19-208
4.2标准时间法19-208
4.3闪光测频法19-209
4.4数字频率计测频法19-209
4.5振动频率测量分析仪19-209
4.6相位的测量19-209
5系统固有频率与振型的测定19-210
5.1自由衰减振动法19-210
5.2共振法19-210
5.3频谱分析法19-210
5.4振型的测定19-211
6阻尼参数的测定19-211
6.1自由衰减振动法19-211
6.2带宽法19-212
第8章轴和轴系的临界转速19-213
1概述19-213
2简单转子的临界转速19-213
2.1力学模型19-213
2.2两支承轴的临界转速19-214
2.3两支承单盘转子的临界转速19-215
3两支承多圆盘转子临界转速的近似计算19-216
3.1带多个圆盘轴的一阶临界转速19-216
3.2力学模型19-216
3.3临界转速计算公式19-216
3.4计算示例19-218
3.5简略计算方法19-219
4轴系的模型与参数19-219
4.1力学模型19-219
4.2滚动轴承支承刚度19-220
4.3滑动轴承支承刚度19-222
4.4支承阻尼19-226
5轴系的临界转速计算19-226
5.1传递矩阵法计算轴弯曲振动的临界转速19-226
5.1.1传递矩阵19-226
5.1.2传递矩阵的推求19-227
5.1.3临界转速的推求19-228
5.2传递矩阵法计算轴扭转振动的临界转速19-229
5.2.1单轴扭转振动的临界转速19-229
5.2.2分支系统扭转振动的临界转速19-231
5.3影响轴系临界转速的因素19-232
6轴系临界转速的修改和组合19-232
6.1轴系临界转速的修改19-232
6.2轴系临界转速的组合19-234
参考文献19-236
第20篇机架设计
第1章机架结构概论20-5
1机架结构类型20-5
1.1按机架结构形式分类20-5
1.2按机架的材料和制造方法分类20-6
1.2.1按材料分20-6
1.2.2按制造方法分20-7
1.3按力学模型分类20-7
2杆系结构机架20-8
2.1机器的稳定性20-8
2.2杆系的组成规则20-8
2.2.1平面杆系的组成规则20-8
2.2.2空间杆系的几何不变准则20-8
2.3平面杆系的自由度计算20-9
2.3.1平面杆系的约束类型20-9
2.3.2平面铰接杆系的自由度计算20-10
2.4杆系几何特性与静定特性的关系20-10
3机架设计的准则和要求20-11
3.1机架设计的准则20-11
3.2机架设计的一般要求20-11
3.3设计步骤20-12
4架式机架结构的选择20-12
4.1一般规则20-12
4.2静定结构与超静定结构的比较20-13
4.3静定桁架与刚架的比较20-14
4.4几种杆系结构力学性能的比较20-14
4.5几种桁架结构力学性能的比较20-15
5几种典型机架结构形式20-17
5.1汽车车架20-17
5.1.1梁式车架20-18
5.1.2承载式车身车架20-19
5.1.3各种新型车架形式20-20
5.2摩托车车架和拖拉机架20-21
5.3起重运输设备机架20-22
5.3.1起重机机架20-22
5.3.2缆索起重机架20-26
5.3.3吊挂式带式输送机的钢丝绳机架20-26
5.4挖掘机机架20-26
5.5管架20-28
5.6标准容器支座20-31
5.7大型容器支架20-33
5.8其他形式机架20-34
第2章机架设计的一般规定20-38
1载荷20-38
1.1载荷分类20-38
1.2组合载荷与非标准机架的载荷20-38
1.3雪载荷和冰载荷20-39
1.4风载荷20-39
1.5温度变化引起的载荷20-42
1.6地震载荷20-42
2刚度要求20-44
2.1刚度的要求20-44
2.2《钢结构设计规范》的规定20-44
2.3《起重机设计规范》的规定20-45
2.4提高刚度的方法20-46
3强度要求20-46
3.1许用应力20-47
3.1.1基本许用应力20-47
3.1.2折减系数K020-47
3.1.3基本许用应力表20-47
3.2起重机钢架的安全系数和许用应力20-49
3.3铆焊连接基本许用应力20-49
3.4极限状态设计法20-50
4机架结构的简化方法20-50
4.1选取力学模型的原则20-51
4.2支座的简化20-51
4.3结点的简化20-52
4.4构件的简化20-52
4.5简化综述及举例20-53
5杆系结构的支座形式20-55
5.1用于梁和刚架或桁架的支座20-55
5.2用于柱和刚架的支座20-57
6技术要求20-58
7设计计算方法简介20-60
第3章梁的设计与计算20-62
1梁的设计20-62
1.1纵梁的结构设计20-62
1.1.1纵梁的结构20-62
1.1.2梁的连接20-62
1.1.3主梁的截面尺寸20-65
1.1.4梁截面的有关数据20-65
1.2主梁的上拱高度20-68
1.3端梁的结构设计20-68
1.4梁的整体稳定性20-70
1.5梁的局部稳定性20-70
1.6梁的设计布置原则20-72
1.7举例20-72
2梁的计算20-75
2.1梁弯曲的正应力20-75
2.2扭矩产生的内力20-75
2.2.1实心截面或厚壁截面的梁或杆件20-75
2.2.2闭口薄壁杆件20-75
2.2.3开口薄壁杆件20-76
2.2.4受约束的开口薄壁梁偏心受力的计算20-77
2.3示例20-77
2.3.1梁的计算20-77
2.3.2汽车货车车架的简略计算20-80
2.4连续梁计算用表20-82
2.5弹性支座上的连续梁20-86
第4章柱和立架的设计与计算20-91
1柱和立架的形状20-91
1.1柱的外形和尺寸参数20-91
1.2柱的截面形状20-92
1.3立柱的外形与影响刚度的因素20-94
1.3.1起重机龙门架外形20-94
1.3.2机床立柱及其他20-95
1.3.3各种立柱类构件的刚度比较20-95
1.3.4螺钉及外肋条数量对立柱连接处刚度的影响20-96
2柱的连接及柱和梁的连接20-98
2.1柱的拼接20-98
2.2柱脚的设计与连接20-98
2.3梁和梁及梁和柱的连接20-100
3稳定性计算20-103
3.1不作侧向稳定性计算的条件20-103
3.2轴心受压稳定性计算20-103
3.3结构构件的容许长细比与长细比计算20-104
3.4结构件的计算长度20-105
3.4.1等截面柱20-105
3.4.2变截面受压构件20-105
3.4.3桁架构件的计算长度20-107
3.4.4特殊情况20-108
3.5偏心受压构件20-108
3.6加强肋板构造尺寸的要求20-109
3.7圆柱壳的局部稳定性20-109
4柱的位移与计算用表20-110
第5章桁架的设计与计算20-116
1静定梁式平面桁架的分类20-116
2桁架的结构20-117
2.1桁架结点20-117
2.1.1结点的连接形式20-117
2.1.2连接板的厚度和焊缝高度20-119
2.1.3桁架结点板强度及焊缝计算20-119
2.1.4桁架结点板的稳定性20-120
2.2管子桁架20-120
2.3几种桁架的结构形式和参数20-121
2.3.1结构形式20-121
2.3.2尺寸参数20-125
2.4桁架的起拱度20-125
3静定平面桁架的内力分析20-125
3.1截面法20-126
3.2结点法20-127
3.3混合法20-128
3.4代替法20-128
4桁架的位移计算20-129
4.1桁架的位移计算公式20-129
4.2几种桁架的挠度计算公式20-130
4.3举例20-134
5超静定桁架的计算20-137
6空间桁架20-139
6.1平面桁架组成的空间桁架的受力分析法20-139
6.2圆形容器支承桁架20-140
第6章框架的设计与计算20-144
1刚架的结点设计20-145
2刚架内力分析方法20-146
2.1力法计算刚架20-147
2.1.1力法的基本概念20-147
2.1.2计算步骤20-147
2.1.3简化计算的处理20-149
2.2位移法20-150
2.2.1角变位移方程20-150
2.2.2应用基本体系及典型方程计算刚架的步骤20-151
2.2.3应用结点及截面平衡方程计算刚架的步骤20-152
2.3简化计算举例20-153
3框架的位移20-154
3.1位移的计算公式20-154
3.1.1由载荷作用产生的位移20-154
3.1.2由温度改变所引起的位移20-155
3.1.3由支座移动所引起的位移20-156
3.2图乘公式20-156
3.3空腹框架的计算公式20-159
4等截面刚架内力计算公式20-160
4.1等截面单跨刚架计算公式20-160
4.2均布载荷等截面等跨排架计算公式20-168
第7章其他形式的机架20-170
1整体式机架20-170
1.1概述20-170
1.2有加强肋的整体式机架的肋板布置20-171
1.3布肋形式对刚度影响20-172
1.4肋板的刚度计算20-173
2箱形机架20-176
2.1箱体结构参数的选择20-176
2.1.1壁厚的选择20-176
2.1.2加强肋20-177
2.1.3孔和凸台20-177
2.1.4箱体的热处理20-178
2.2壁板的布肋形式20-178
2.3箱体刚度20-179
2.3.1箱体刚度的计算20-179
2.3.2箱体刚度的影响因素20-179
2.4齿轮箱箱体刚度计算举例20-183
2.4.1齿轮箱箱体的计算20-183
2.4.2车床主轴箱刚度计算举例20-186
2.4.3齿轮箱的计算机辅助设计（CAD）和实验20-187
3轧钢机类机架设计与计算方法20-187
3.1轧钢机机架形式与结构20-187
3.2短应力线轧机20-189
3.3闭式机架强度与变形的计算20-190
3.3.1计算原理20-190
3.3.2计算结果举例20-192
3.3.3机架内的应力与许用应力20-193
3.3.4闭口式机架的变形（延伸）计算20-194
3.4开式机架的计算20-195
3.5预应力轧机的计算20-196
4桅杆缆绳结构的机架20-197
5柔性机架20-198
5.1钢丝绳机架20-198
5.1.1概述20-198
5.1.2输送机钢丝绳机架的静力计算20-198
5.1.3钢丝绳的拉力20-199
5.1.4钢丝绳的预张力20-199
5.1.5钢丝绳鞍座尺寸20-199
5.2浓密机机座柔性底板（托盘）的设计20-200
参考文献20-203