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什么是振动 振动的含义

发布时间: 2011-03-04  点击次数: 5833次

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振动(震动)
  vibration
  振动就是物体的往复运动。
  在高中物理,可以定量研究(可以用公式法、作图法、列表法给出确定数值)的,只有四种Z简单的运动:匀变速直线运动、匀速圆周运动、抛体运动和简谐振动。
  复杂的运动,可以依托这四种运动,进行定性研究。
  如果硬要定量研究复杂的运动,也是依托这四种运动,作近似研究的。
  这四种Z简单的运动中,匀变速直线运动和抛体运动是"一去不复返"的运动,运动状态(位置、速度)与时间的关系是拓朴(一一对应)的、不可重复的。
  匀速圆周运动和简谐振动,站在长时间的角度看(或者说"宏观地看"),是周期性的、不断重复的。站在一个周期的时间内看(或者说"微观地看"),是拓朴的、不可重复的。因此,后两种运动,比前两种运动,复杂得多。
  简谐振动可以看作匀速圆周运动沿正交(就是互相垂直)的两个方向进行分解(就是投影),其中任意一个方向的运动,都是简谐振动。由此可知,简谐振动比匀速圆周运动复杂得多。
  抛体运动则可以分解为:正交的一个匀速直线运动和另一个匀变速直线运动,所以,抛体运动比匀变速直线运动复杂得多。
  在匀速圆周运动作正交分解的过程中,原来大小不变的向心力,变成大小和方向都作周期性变化的回复力。简谐振动已经够复杂了。所以,振动就定量研究到简谐振动为止。
  然而,通常我们遇到的振动的微观情况,都要比简谐振动复杂得多。所以,研究简谐振动过渡到研究振动、热振动等,需要洞察力、想象力和抽象思维、逻辑推理等能力。
  简谐振动的特点是:1,有一个平衡位置(机械能耗尽之后,振子应该静止的*位置)。2,有一个大小和方向都作周期性变化的回复力的作用。3,频率单一、振幅不变。
  振子就是对振动物体的抽象:忽略物体的形状和大小,用质点代替物体进行研究。这个代替振动物体的质点,就叫做振子。
  振子在某一时刻所处的位置,用位移x表示。位移x就是以平衡位置为参照物(基点――基准点),得到的"振子在某一时刻所处的位置"的距离和方向。
  我们对匀变速直线运动和抛体运动进行研究时,基准点选择在运动的始点。我们对匀速圆周运动和简谐振动研究时,基准点选择在圆心或平衡位置(不动的点)。
  参照物本来就应该是在研究过程中保持静止(或假定为静止)的点,我们的物理思路,就是"从确定的量、不变的量出发进行研究"。
  确定的量和不变的量有本质的区别,在对匀变速直线运动和抛体运动进行研究时,基准点选择在运动的始点。这是确定的量,却不一定是不变的量。特别在我们进行分段研究时,每一阶段的终点,就是下一阶段的始点。我们选择运动的始点为基准点,可以简化研究过程,这是服从于物理研究的"化繁为简"的原则,因此,不惜在不同的研究阶段,选择不同的基准点。
  在研究匀速圆周运动和简谐振动时,由于宏观上的周期性和微观上的拓朴性,问题很复杂,所以不能选运动的始点,作基准点进行研究,而要选择确定而且不变的圆心或者平衡位置,作基准点进行研究,也是服从于物理研究的"化繁为简"的原则。
  在简谐振动中,振幅A就是位移x的Z大值,这是一个不变的量。
  振子从某一状态(位置和速度)回到该状态所需要的Z短时间,叫做一个周期T。振子在一个周期中的振动,叫做一个全振动。振子在一秒钟内的全振动的"次数",叫做频率f。
  周期T就是一次全振动的时间,频率f是一秒钟内全振动的次数,所以,Tf=1(四式等价的公式1)
  圆频率ω(读作[oumiga])是一秒钟对应的圆心角。一次全振动对应的圆心角就是2π(即360度)。这是借用了匀速圆周运动的概念。在匀速圆周运动中,ω叫做角速度。当匀速圆周运动正交分解为简谐振动时,角速度就转化为圆频率。(也有人把圆频率叫做角频率的)
  显然,ω=2πf(四式等价的公式3),(每秒全振动次数对应的角度)
  ωT=2π(四式等价的公式2)(每个全振动对应的角度)
  Z后,定义每分钟全振动的次数为"转速n",显然,n=60f(四式等价的公式4)
  T、f、ω、n这四个量中,知道一个,其它三个就是已知的,所以这四个互相转化的公式,叫做"四式等价"。
  只要物体作周期性的往复运动,就是振动。比如拍皮球,其v-t图对应于电工学中的锯齿波,所以也是振动。有人说:"拍皮球没有平衡位置,或者平衡位置不在运动的对称中心,所以不能算振动"。这样说的人,电工学肯定没有学好。
  有一个数学分枝,叫做富立叶积分,它可以把任何振动,分解为若干个简谐振动。这些简谐振动的频率,就是原始振动的整数倍,原始振动的主频率(基音),就是这些简谐振动的Z小频率。
  其它倍频(泛音),振幅都比基音小得多。所以,这就构成非简谐振动的"音品"的概念。
  人耳分辨发声体的过程,就是自发地、自动化地、本能地使用富立叶积分的过程,非常巧妙。
  由于声音的频率由声源决定,所以,无论声波如何传播到我们的耳朵,我们照样准确地辩认出发声体的特色。
  从广义上说振动是指描述系统状态的参量(如位移、电压)在其基准值上下交替变化的过程。狭义的指机械振动,即力学系统中的振动。电磁振动习惯上称为振荡。力学系统能维持振动,必须具有弹性和惯性。由于弹性,系统偏离其平衡位置时,会产生回复力,促使系统返回原来位置;由于惯性,系统在返回平衡位置的过程中积累了动能,从而使系统越过平衡位置向另一侧运动。正是由于弹性和惯性的相互影响,才造成系统的振动。按系统运动自由度分,有单自由度系统振动(如钟摆的振动)和多自由度系统振动。有限多自由度系统与离散系统相对应,其振动由常微分方程描述;无限多自由度系统与连续系统(如杆、梁、板、壳等)相对应,其振动由偏微分方程描述。方程中不显含时间的系统称自治系统;显含时间的称非自治系统。按系统受力情况分,有自由振动、衰减振动和受迫振动。按弹性力和阻尼力性质分,有线性振动和非线性振动。振动又可分为确定性振动和随机振动,后者无确定性规律,如车辆行进中的颠簸。振动是自然界和工程界常见的现象。振动的消极方面是:影响仪器设备功能,降低机械设备的工作精度,加剧构件磨损,甚至引起结构疲劳破坏;振动的积极方面是:有许多需利用振动的设备和工艺(如振动传输、振动研磨、振动沉桩等)。振动分析的基本任务是讨论系统的激励(即输入,指系统的外来扰动,又称干扰)、响应(即输出,指系统受激励后的反应)和系统动态特性(或物理参数)三者之间的关系。20世纪60年代以后,计算机和振动测试技术的重大进展,为综合利用分析、实验和计算方法解决振动问题开拓了广阔的前景。
  机械振动是物体(或物体的一部分)在平衡位置(物体静止时的位置)附近作的往复运动。可分为 自由振动、 受迫振动。又可分为无阻尼振动与 阻尼振动。
  常见的简谐运动有弹簧振子模型、单摆模型等。
  振动在机械行业中的应用:
  振动在机械中的应用非常普遍,例如在振动筛分行业中基本原理系借电机轴上下端所安装的重锤(不平蘅重锤),将电机的旋转运动转变为水平、垂直、倾斜的三次元运动,再把这个运动传达给筛面。若改变上下部的重锤的相位角可改变原料的行进方向。

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