什么是强迫振动？外部激励响应 • 便携式平衡仪、振动分析仪"Balanset"，用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡。 什么是强迫振动？外部激励响应 • 便携式平衡仪、振动分析仪"Balanset"，用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡。

什么是强迫振动？外部激励响应

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理解强迫振动

定义：什么是受迫振动？

强迫振动 振荡是由施加于机械系统的外部周期力引起的振荡运动。振动的频率与施加力的频率（激励频率）相同，振幅与激励函数的大小成正比，与系统在该频率下的运动阻力成反比。 振动 旋转机械中的振动属于强迫振动，常见的强迫源包括 不平衡 （旋转离心力）, 错位 （耦合力）和空气动力/液压脉动。.

受迫振动与受迫振动有着本质的区别。 自激振动 （系统自身产生持续振荡）和自由振动（脉冲后的瞬态响应）。理解强迫振动原理至关重要，因为它解释了振动幅度与故障严重程度的关系，以及如何通过减少强迫或改变系统响应来控制振动。.

强迫振动的特性

频率匹配

  • 振动频率等于激励频率
  • 如果激励频率为 30 Hz，则振动频率为 30 Hz。
  • 与在固有频率下发生的自激振动不同
  • 基于激励源的可预测频率

振幅比例性

  • 振动幅度与激励强度成正比
  • 力加倍→振动加倍（线性系统）
  • 移除强制振动 → 振动停止
  • 可通过减小力来控制

相位关系

  • 定 阶段 力与反应之间的关系
  • 相位取决于相对于固有频率的频率
  • 低于共振频率时：振动与力同相
  • 共振时：相位滞后 90°
  • 高于共振频率：180°相位滞后

稳定

  • 系统稳定——振动有界
  • 不会无限制地增长
  • 振幅受激励和系统响应的限制
  • 与不稳定的自激振动形成对比

机械中常见的强制功能

1. 不平衡（1×强制）

  • 力量： 质量偏心产生的旋转离心力
  • 频率： 每转一次（1×轴转速）
  • 震级： F = m × r × ω²（与速度的平方成正比）
  • 最常见： 大多数旋转设备的主要振动源

2. 错位（2×强制）

  • 力量： 来自角度/平行偏移的耦合力
  • 频率： 每转两圈（2倍轴转速）
  • 特征： 高轴向分量

3. 空气动力学/液压（叶片/导叶通过）

  • 力量： 叶片-定子相互作用引起的压力脉动
  • 频率： 叶片数 × 轴转速
  • 例子： 风扇、水泵、压缩机

4. 齿轮啮合力

  • 力量： 牙齿啮合产生周期性负荷
  • 频率： 齿数 × 轴转速
  • 震级： 与传递扭矩和齿轮质量有关

5. 电磁力

  • 力量： 电机/发电机中的磁场脉动
  • 频率： 2倍线路频率（120/100赫兹）
  • 独立的： 机械速度（异步驱动）

对强制的响应：系统行为

低于固有频率（刚度控制）

  • 振幅 ≈ 力 / 刚度
  • 响应与激励同相
  • 对于与速度相关的力，振幅随速度增大而增大。
  • 大多数刚性转子的典型工作区域

在固有频率（共振）下

  • 振幅 ≈ 力 / (阻尼 × 固有频率)
  • 振幅按 Q 值放大（通常为 10-50 倍）
  • 90°相位滞后
  • 微小的力会产生巨大的振动
  • 阻尼是唯一的限制因素

高于固有频率（质量控制）

  • 振幅 ≈ 力 / (质量 × 频率²)
  • 180°相位滞后（振动方向与力的方向相反）
  • 振幅随频率的增加而减小
  • 柔性转子在临界转速以上的运行区域

强制振动与其他类型

受迫振动与自由振动

  • 强制： 持续激励，振动持续，激励频率
  • 自由的： 脉冲响应、振动衰减，在固有频率下
  • 例子： 碰撞试验产生自由振动；运行中的机器产生强迫振动

受迫振动与自激振动

  • 强制： 外力作用，振幅与力成正比，稳定
  • 自我兴奋： 内部能量源，振幅受非线性限制，不稳定
  • 例子： 失衡是人为造成的；; 油膜涡动 自我兴奋

控制与缓解

减少强迫

  • 平衡： 直接减少不平衡力
  • 结盟： 减少错位力
  • 修复缺陷： 修复产生力的机械问题
  • 最有效： 消除或尽量减少强迫源

修改系统响应

  • 改变刚度： 将固有频率偏离激励频率
  • 添加阻尼： 降低共振放大
  • 改变质量： 固有频率
  • 隔离： 减少传递到结构的力

避免共振

  • 确保激励频率与固有频率不匹配
  • 分离裕度通常为±20-30%
  • 设计阶段分析以验证
  • 如果共振不可避免，则需限制速度

实际意义

大多数机械振动都是被迫的。

  • 不平衡、不对中、齿轮啮合——所有这些都是强迫振动
  • 通过减少强迫作用实现可预测和可控
  • 标准维护措施（平衡、对齐）解决强制问题

诊断方法

  • 从频谱中识别激励频率
  • 与已知的力源（1×、2×、齿轮啮合等）相匹配
  • 诊断强迫源
  • 通过适当的维护来减少强制措施

受迫振动是旋转机械中最基本的振动类型，它是由作用于系统的外部周期性力引起的。理解受迫振动的原理——频率匹配、振幅比例关系和响应特性——有助于正确诊断振动源，采取适当的纠正措施（降低激励力或调整响应），并制定通过降低激励力和避免共振来最大限度减少振动的设计策略。.

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