第1章　概　　述

1.1　機械振動的分類及機械工程中的振動問題

1.1.1　機械振動的分類

振動與沖擊是自然界中廣泛存在的現象。機械振動具體說是機械系統在其平衡位置附近的往復運動。沖擊則是系統在瞬態或脈沖激勵下的運動。

機械振動的分類，根據著眼點的不同可有不同的分類方法，見表27-1-1。

1.1.2　機械工程中的振動問題

1.2　有關振動的部分標準

1.2.1　有關振動的部分國家標準

1.2.1.1　基礎標準和一般標準

1.2.1.2　平衡和試驗臺的振動標準

1.2.1.3　各種機器、設備的振動標準

1.2.1.4　振動測量儀器的使用和要求

1.2.1.5　人體振動與環境

1.2.2　有關振動的部分國際標準

國際標準化組織ISO曾頒布了一系列振動標準，作為機器質量評定的依據。主要有以下標準，見表27-1-8。

1.2.3　機械振動等級的評定

機械種類很多，針對各種類型的機械有各自的標準。對于振動的特征可以用位移、速度或加速度檢測來衡量與評定；振動的量值也可用相對值來評定。但通常還是采用ISO 2372的標準，以振動速度來評定機械的振動程度。

1.2.3.1　振動烈度的評定

（1） 如上所說，一般用振動速度作為標準來評定機械的振動程度。美國和加拿大以振動速度的峰值來表示機器的振動特征。西歐國家和我國多采用振動速度的有效值來衡量機器的振動特征。由于機械振動一般都用簡諧振動來表示，因此上述振動的峰值和有效值之間有如下簡單關系，是可以互相換算的：

　　（27-1-1）

式中　V_max——振動速度的峰值，mm/s；

V_e——振動速度的有效值，mm/s；

f——頻率，Hz；

A——振幅，mm。

（2） 根據ISO的建議，以振動速度的均方根值來衡量機器的振動烈度。在垂直、縱向、橫向三個方向的幾個主要振動點進行振動的測量，以三個方向的振動速度的有效值的均方根值表示機器的振動烈度：

　　（27-1-2）

式中　∑V_x，∑V_y，∑V_z——垂直、縱向、橫向三個方向各自振動速度的有效值，mm/s；

N_x，N_y，N_z——垂直、縱向、橫向三個方向主要振動點的各自測點數目。

1.2.3.2　振動烈度的等級劃分

為便于實用，按ISO 2732把振動的品級分為四級：

A級——良好，不會使機械設備的正常運轉發生危險的振動級；

B級——許可，可驗收的、允許的振動級；

C級——可容忍，振動級是允許的，但有問題、不滿意，應設法降低的振動級；

D級——不允許，振動級太大，機器不得運轉。

表27-1-9是我國參考上節所述的ISO 2372（只有四類）、ISO 3945（只有兩類）及其他國際標準后得出的，對于尚無國家標準和行業標準的各種設備可以參照執行。表中把機器和設備分為七大類。各種類型的分類大致如下。

Ⅰ類：在正常條件下與整機連成一體的電動機和機器零件（15kW以下的生產用電動機：中心高≤225mm、轉速≤1800r/min或中心高>225mm、轉速≤1000r/min的泵）。

Ⅱ類：沒有專用基礎的中等尺寸機器（輸出功率15～75kW的電動機）；剛性固定在專用基礎上的發電機和機器，300kW以下（轉速>1800～4500r/min、中心高≤225mm或轉速>1000～1800r/min、中心高>225～550mm或轉速>600～1500r/min、中心高>550mm的泵）。

Ⅲ類：安裝在剛性非常大的（在測振方向上）、重的基礎上、帶有旋轉質量的大型原動機和其他大型機器（中心高≤225mm、轉速>4500～12000r/min或中心高>225～550mm、轉速>1800～4500r/min或中心高>550mm、轉速>1500～3600r/min的泵）。

Ⅳ類：安裝在剛性非常小的（在測振方向上）基礎上、帶有旋轉質量的大型原動機和其他大型機器（透平發動機組，特別是輕型透平發動機組；中心高>225～550mm、轉速>4500～12000r/min或中心高>550mm、轉速>3600～12000r/min的泵；對稱平衡式壓縮機）。

Ⅴ類：安裝在剛性非常大的（在測振方向上）基礎上、帶有不平衡慣性力的機器和機械驅動系統（由往復運動造成，包括角度式、對置式壓縮機；標定轉速≤3000r/min、剛性支承的多缸柴油機）。

Ⅵ類：安裝在剛性非常小的（在測振方向上）基礎上、帶有不平衡慣性力的機器和機械驅動系統（立式、臥式壓縮機；剛性支承、轉速>3000r/min或彈性支承、轉速≤3000r/min的多缸柴油機）；具有松動耦合旋轉質量的機器（如研磨機中的回轉軸）；具有可變的不平衡力矩、自成系統地進行工作而不用連接件的機器（如離心機）；加工廠中用的振動篩、動態疲勞試驗機和振動臺。

Ⅶ類：安裝在彈性支承上、轉速>3000r/min的多缸柴油機；非固定式壓縮機。

我國有些設備標準不完全按表27-1-9的規定，例如單缸柴油機（標定轉速≤3000r/min）的標準，見表27-1-10。

1.2.3.3　泵的振動烈度的評定舉例

基本上采用國際標準ISO 2372。但在振動速度有效值上只取最大的一個方向。

立式泵主要測點的具體位置應通過試測確定，即在測點的水平圓周上試測，將測得的振動值最大處定為測點。

每個測點都要在三個相互垂直的方向（水平、垂直、軸向）進行振動測量。

比較主要測點在三個方向（水平X、垂直Y、軸向Z）、三個工況（允許用到的小流量、規定流量、大流量）上測得的振動速度有效值，其中最大的一個定為泵的振動烈度。

在10～1000Hz的頻段內速度均方根值相同的振動被認為具有相同的振動烈度，確定泵的烈度級。

為了評價泵的振動級別，按泵的中心高和轉速將泵分為四類，見表27-1-11。有了泵的類別與烈度級就可用表27-1-9來評價泵的振動級別為A、B、C、D哪一級。

1.3　允許振動量

振動控制必須有一個目標，達不到這個目標就不能消除振動的危害；超過這個目標，勢必采取不必要的技術措施形成浪費。這個目標就是允許振動量。

1.3.1　機械設備的允許振動量

機械振動引起的動態力使機械產生動態位移，將影響其工作性能；同時產生的動應力將使其疲勞損傷，有時留下殘余變形，降低機器的使用壽命，還產生惡化環境的噪聲。為保證機器設計的工作性能和使用壽命，應把機械自身的振動控制在允許量范圍之內。

機械的種類很多，各有其自身對振動的要求。因此，出現了針對各類機械的國家標準或行業標準，從中可查到其允許振動量。目前有些機械還沒有這個限制振動的標準，可參考表27-1-12。根據機械設備的使用情況（振動品級），從表中查到其相應的允許振動速度（有效值，也稱振動烈度）及等效的位移幅值。

1.3.2　其他要求的允許振動量

在機械的設計和使用中，除了要控制機械自身的振動外，還要兼顧振動對人體、建筑物及精密機器和儀表周圍環境的影響 。

1）人體處于振動環境中，將受到不利的影響。輕者使人不舒適；重者使人疲勞，生產率下降；嚴重者危害人的健康和安全。根據振動方向、振動頻率和受振時間，可從有關已有的標準中查到保證生產率不下降、保證人體舒適的振動量以及人體允許振動量的極限。

2）儀表周圍環境的振動，將降低儀表的精度甚至使儀表失靈，影響其使用功能。為保證儀表在使用壽命內能正常工作，要求周圍環境的振動小于允許量，以控制環境振動對儀表的干擾。根據儀表的安裝類別（環境條件）和振動頻域，可從有關已有的標準中查到儀表各振動等級對應的振動極限值。

3） 建筑物內的振動及周圍環境的振動，可能使建筑物及其基礎變形；嚴重者墻板開裂甚至造成整個結構破壞。可從已有的機械振動與沖擊對建筑物振動影響的測量和評價標準中查到建筑物的允許振動量。