自激振動

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自激振動是是指全國科學技術名詞審定委員會公布的科技名詞。

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目錄

名詞解釋

自激振動是機械系統內部流體由非振動性的激發轉變為振動性激發而引起的振動。例如管殼式換熱器內由於某根管子偏離原先位置且產生位移，就會引起周圍流場改變，並破壞鄰近管子力的平衡，使它們受到波動力作用並在自振頻率下發生振動。振動一旦開始，振幅將急劇增大，振動率不僅與流速有關，還與周圍管子的共振率有關。流體誘發的這種振動是流體流動與管子運動相互之間動力作用的結果，屬於一種流體彈性激振。

自激振動在自然界裡和生活中是很常見的。例如，樹梢在狂風中呼嘯，提琴奏出悠揚的小夜曲，自來水管突如其來的喘振，夜深人靜時聽到牆上老式掛鍾持續地發出滴答滴答的擺動聲，這些無不是各式各樣的自激振動。用車、銑、刨、磨等機床加工時，搞得不好，刀具自激振動起來，會在工件表面上啃出波浪式的紋路，嚴重地影響了加工的光潔度和機床的壽命。所以，自激振動是一種相當普遍的現象。

自激振動(self-excited vibration)是一種由系統本身產生的激勵所維持的非線性振動。自激振動系統除具有振動元件外，還具有非振盪性的能源、調節環節和反饋環節。因此，不存在外部激勵時它也能產生一種穩定的周期性振動。維持自激振動的交變力是由運動本身產生的，並且由反饋和調節環節所控制。運動本身一旦停止，其交變力隨之消失，自激振動也隨即停止。

自激振動是工程中除自由振動和受迫振動之外大量存在的另一種振動形式。自激振動靠系統外的能源補充能量，但區別於受迫振動的是，自激振動的能源是恆定的。

自激振動和受迫振一樣也是在自然界和工程中最常見的一種振動，但它的產生機理卻複雜得多，又經常和非線性系統聯繫在一起。常見的自激振動有：內燃機或蒸汽機的活塞的往復運動；切削工件時引起的機床振動；機械式鐘錶中擺輪的振動；飛機機翼由於氣流引起的顫振；拉提琴時琴弦的振動和拉手風琴時簧片的振動等。

產生條件

自激振動的發生需要兩個條件：第一，系統在平衡點附近的不穩定性；第二，迫使系統的工作點略微偏離平衡點的外界擾動。由此可見，自激振動並非不需要外界的激勵。其實，應該說自激振動是一種「擾激振動」，因為它總是發端於某一個偶然的外界擾動。只是由於這個擾動的大小與形式無關，且現實的世界中又總是充滿了各種各樣的擾動，因此上述第二個條件總是滿足的。這樣，只要第一個條件一旦形成，即只要系統本身在平衡點附近的不穩定性一旦形成，則完全無須等待，立即就會有某個偶然擾動闖過來，引發急劇上升的振動。正因為如此，對於自激振動進行研究的着眼點和方法就與對自由振動和強迫振動的研究不同：無須研究引發振動的那個偶然擾動的大小和形式，也無須探討這種擾動與它所激起的振動之間的關係，而是要着重研究形成系統自身不穩定性的機理與規律。

特點

①自激振動是一種不衰減的振動，振動過程本身能引起某種力的周期性變化，振動系統能通過這種力的變化，從不具備交變特性的能源中周期性地獲得能量補充，從而維持振動。外部振源可能在最初激發振動時起作用，但它不是產生振動的內在原因。

②自激振動的頻率等於或接近于振動系統的固有頻率，即它由振動系統本身的參數決定。

③自激振動能否產生及振幅的大小取決于振動系統在每一個振動周期內獲得和消耗能量的對比情況。若獲得能量大於消耗能量，則振幅將會不斷變化，直到兩者能量相等為止；若獲得能量小於消耗能量，則自激振動不會產生。

避免方法

由實際經驗總結，避免自激振動的方法可歸納為幾個方面：

(1)引入外阻以提高失穩轉速，例如採用擠壓油膜阻尼器；

(2)提高轉子系統的臨界轉速使在最大工作轉速以上，例如提高轉子剛性或支承剛度；

(3)消除具體引起失穩的原因。

下面再分別歸結各類自激振動的消除方法。

對於轉子上零件間的摩擦激起的失穩。可以首先檢查轉子或聯軸器的某些零件之間是否有軸向摩擦痕跡。如果存在摩擦痕跡，消除此失穩的方法就是消除和減小摩擦。如果是鬆動套齒連接，可引入滑油。此外可改變轉子結構或支承剛性，從而使零件在發生次同步進動時，無局部軸向滑動從而沒有摩擦力產生。

滑動軸承、篦齒或環形封嚴裝置等激起的自激振動失穩，進動比為0.15～0.48。如果是滑動軸承，可採用可傾瓦軸承。如果是封嚴裝置，可以在靜止件上加進口防旋片，或改用蜂窩封嚴結構，或使封嚴裝置靜止件內圓面粗糙，或使用毛刷狀外環。

轉子中積液引起的自激振動，進動比為0.5～1.0，更多地為0.7～0.9。可在轉子上適當部位開小孔排液以避免此種自激振動。

軸流葉輪葉尖間隙不均引起的自激振動和離心葉輪、螺旋槳等引起的自激振動，進動比取決於流體力的大小，與轉速無關。應儘量設法清除或減小葉輪的偏心旋轉運動，可用加強葉輪剛度或在葉輪附近設置剛度較大支承等方法來實現。

干摩擦激起的自激振動失穩，其振動形式是擺動或反進動與前述各種原因引起的失穩不同。出現這種失穩當可檢查出周向摩擦痕跡。按具體情況消除發生干摩擦的可能性即可消除這種失穩。