第1章　概　　述

1.1　机械振动的分类及机械工程中的振动问题

1.1.1　机械振动的分类

振动与冲击是自然界中广泛存在的现象。机械振动具体说是机械系统在其平衡位置附近的往复运动。冲击则是系统在瞬态或脉冲激励下的运动。

机械振动的分类，根据着眼点的不同可有不同的分类方法，见表27-1-1。

1.1.2　机械工程中的振动问题

1.2　有关振动的部分标准

1.2.1　有关振动的部分国家标准

1.2.1.1　基础标准和一般标准

1.2.1.2　平衡和试验台的振动标准

1.2.1.3　各种机器、设备的振动标准

1.2.1.4　振动测量仪器的使用和要求

1.2.1.5　人体振动与环境

1.2.2　有关振动的部分国际标准

国际标准化组织ISO曾颁布了一系列振动标准，作为机器质量评定的依据。主要有以下标准，见表27-1-8。

1.2.3　机械振动等级的评定

机械种类很多，针对各种类型的机械有各自的标准。对于振动的特征可以用位移、速度或加速度检测来衡量与评定；振动的量值也可用相对值来评定。但通常还是采用ISO 2372的标准，以振动速度来评定机械的振动程度。

1.2.3.1　振动烈度的评定

（1） 如上所说，一般用振动速度作为标准来评定机械的振动程度。美国和加拿大以振动速度的峰值来表示机器的振动特征。西欧国家和我国多采用振动速度的有效值来衡量机器的振动特征。由于机械振动一般都用简谐振动来表示，因此上述振动的峰值和有效值之间有如下简单关系，是可以互相换算的：

　　（27-1-1）

式中　V_max——振动速度的峰值，mm/s；

V_e——振动速度的有效值，mm/s；

f——频率，Hz；

A——振幅，mm。

（2） 根据ISO的建议，以振动速度的均方根值来衡量机器的振动烈度。在垂直、纵向、横向三个方向的几个主要振动点进行振动的测量，以三个方向的振动速度的有效值的均方根值表示机器的振动烈度：

　　（27-1-2）

式中　∑V_x，∑V_y，∑V_z——垂直、纵向、横向三个方向各自振动速度的有效值，mm/s；

N_x，N_y，N_z——垂直、纵向、横向三个方向主要振动点的各自测点数目。

1.2.3.2　振动烈度的等级划分

为便于实用，按ISO 2732把振动的品级分为四级：

A级——良好，不会使机械设备的正常运转发生危险的振动级；

B级——许可，可验收的、允许的振动级；

C级——可容忍，振动级是允许的，但有问题、不满意，应设法降低的振动级；

D级——不允许，振动级太大，机器不得运转。

表27-1-9是我国参考上节所述的ISO 2372（只有四类）、ISO 3945（只有两类）及其他国际标准后得出的，对于尚无国家标准和行业标准的各种设备可以参照执行。表中把机器和设备分为七大类。各种类型的分类大致如下。

Ⅰ类：在正常条件下与整机连成一体的电动机和机器零件（15kW以下的生产用电动机：中心高≤225mm、转速≤1800r/min或中心高>225mm、转速≤1000r/min的泵）。

Ⅱ类：没有专用基础的中等尺寸机器（输出功率15～75kW的电动机）；刚性固定在专用基础上的发电机和机器，300kW以下（转速>1800～4500r/min、中心高≤225mm或转速>1000～1800r/min、中心高>225～550mm或转速>600～1500r/min、中心高>550mm的泵）。

Ⅲ类：安装在刚性非常大的（在测振方向上）、重的基础上、带有旋转质量的大型原动机和其他大型机器（中心高≤225mm、转速>4500～12000r/min或中心高>225～550mm、转速>1800～4500r/min或中心高>550mm、转速>1500～3600r/min的泵）。

Ⅳ类：安装在刚性非常小的（在测振方向上）基础上、带有旋转质量的大型原动机和其他大型机器（透平发动机组，特别是轻型透平发动机组；中心高>225～550mm、转速>4500～12000r/min或中心高>550mm、转速>3600～12000r/min的泵；对称平衡式压缩机）。

Ⅴ类：安装在刚性非常大的（在测振方向上）基础上、带有不平衡惯性力的机器和机械驱动系统（由往复运动造成，包括角度式、对置式压缩机；标定转速≤3000r/min、刚性支承的多缸柴油机）。

Ⅵ类：安装在刚性非常小的（在测振方向上）基础上、带有不平衡惯性力的机器和机械驱动系统（立式、卧式压缩机；刚性支承、转速>3000r/min或弹性支承、转速≤3000r/min的多缸柴油机）；具有松动耦合旋转质量的机器（如研磨机中的回转轴）；具有可变的不平衡力矩、自成系统地进行工作而不用连接件的机器（如离心机）；加工厂中用的振动筛、动态疲劳试验机和振动台。

Ⅶ类：安装在弹性支承上、转速>3000r/min的多缸柴油机；非固定式压缩机。

我国有些设备标准不完全按表27-1-9的规定，例如单缸柴油机（标定转速≤3000r/min）的标准，见表27-1-10。

1.2.3.3　泵的振动烈度的评定举例

基本上采用国际标准ISO 2372。但在振动速度有效值上只取最大的一个方向。

立式泵主要测点的具体位置应通过试测确定，即在测点的水平圆周上试测，将测得的振动值最大处定为测点。

每个测点都要在三个相互垂直的方向（水平、垂直、轴向）进行振动测量。

比较主要测点在三个方向（水平X、垂直Y、轴向Z）、三个工况（允许用到的小流量、规定流量、大流量）上测得的振动速度有效值，其中最大的一个定为泵的振动烈度。

在10～1000Hz的频段内速度均方根值相同的振动被认为具有相同的振动烈度，确定泵的烈度级。

为了评价泵的振动级别，按泵的中心高和转速将泵分为四类，见表27-1-11。有了泵的类别与烈度级就可用表27-1-9来评价泵的振动级别为A、B、C、D哪一级。

1.3　允许振动量

振动控制必须有一个目标，达不到这个目标就不能消除振动的危害；超过这个目标，势必采取不必要的技术措施形成浪费。这个目标就是允许振动量。

1.3.1　机械设备的允许振动量

机械振动引起的动态力使机械产生动态位移，将影响其工作性能；同时产生的动应力将使其疲劳损伤，有时留下残余变形，降低机器的使用寿命，还产生恶化环境的噪声。为保证机器设计的工作性能和使用寿命，应把机械自身的振动控制在允许量范围之内。

机械的种类很多，各有其自身对振动的要求。因此，出现了针对各类机械的国家标准或行业标准，从中可查到其允许振动量。目前有些机械还没有这个限制振动的标准，可参考表27-1-12。根据机械设备的使用情况（振动品级），从表中查到其相应的允许振动速度（有效值，也称振动烈度）及等效的位移幅值。

1.3.2　其他要求的允许振动量

在机械的设计和使用中，除了要控制机械自身的振动外，还要兼顾振动对人体、建筑物及精密机器和仪表周围环境的影响 。

1）人体处于振动环境中，将受到不利的影响。轻者使人不舒适；重者使人疲劳，生产率下降；严重者危害人的健康和安全。根据振动方向、振动频率和受振时间，可从有关已有的标准中查到保证生产率不下降、保证人体舒适的振动量以及人体允许振动量的极限。

2）仪表周围环境的振动，将降低仪表的精度甚至使仪表失灵，影响其使用功能。为保证仪表在使用寿命内能正常工作，要求周围环境的振动小于允许量，以控制环境振动对仪表的干扰。根据仪表的安装类别（环境条件）和振动频域，可从有关已有的标准中查到仪表各振动等级对应的振动极限值。

3） 建筑物内的振动及周围环境的振动，可能使建筑物及其基础变形；严重者墙板开裂甚至造成整个结构破坏。可从已有的机械振动与冲击对建筑物振动影响的测量和评价标准中查到建筑物的允许振动量。