第1章 振动机械的用途、分类、工作原理及构造

1.1 振动机械的用途与分类

在很多情况下，振动是一种不必要的和有害的现象。但在某些场合，振动是有益的。例如，利用振动可有效地完成许多工艺过程，或用来提高某些机器的工作效率。最近30多年来，应用振动原理而工作的机械（简称振动机械）得到了迅速的发展，它们在矿山、冶金工厂、选煤厂、化工厂、发电厂、铸造厂、建筑工地、水泥厂，以及粮食和食品加工厂中得到了广泛的应用。据不完全统计，目前已用于工业生产中的振动机械有几十种，如振动给料机、振动输送机、振动筛、概率筛、振动离心脱水机、振动冷却机、振动球磨机、振动光饰机、振动落砂机、振动成型机、振动夯土机、振捣器、振动压路机、振动沉拔桩机、振动试验台、动平衡试验机和各种形式的激振器等。这些振动机械在工业的各个部门中已经发挥了重要的作用。

1.1.1 振动机械的组成

振动机械通常是由激振器、工作机体及弹性元件三个部分组成的（见图1-1a）。

1. 激振器

激振器用以产生周期性变化的激振力，使工作机体产生持续的振动。常用的激振器有惯性式激振器、弹性连杆式激振器、电磁式激振器、液压式或气动式激振器，以及凸轮式激振器等。

2. 工作机体或平衡机体

如输送槽、筛箱、台面和平衡架体等，但在一些振动机械中无平衡架体。为了完成各种工艺过程，它们通常做周期性的运动。

3.弹性元件（弹簧）

弹性元件包括隔振弹簧（作用是支撑振动机体，使机体实现所要求的振动，并减小传给基础或结构架的动载荷）、主振弹簧（即共振弹簧或称蓄能弹簧）和连杆弹簧（传递激振力等）。在某些振动机械中无弹性元件。

振动机械与其他类型的机械相比，优点是结构简单、制造容易、重量较轻、金属消耗量少、成本低、能耗小、安装方便、维修容易等。某些振动机械也存在着振幅不够稳定、调整复杂、传给地基的振动较大、零部件工作寿命较短及噪声较大等缺点。

1.1.2 振动机械的用途

1.物料的输送

利用振动的槽体（或管体），可使物料沿指定方向做滑行运动或抛掷运动，从而可以达到输送物料的目的。用管体封闭的振动输送机，能输送含有硅尘的矿物及其他有害或有毒的物料，可为现场工人创造良好的工作环境，以保证他们的身体健康；此外还便于输送高温物料。这两个优点是其他输送设备所不能比拟的。

2.物料的筛分、选别、脱水、冷却和干燥

因为振动可使物料松散和均匀地分布于工作面上，同时在振动面上物料受重力（在离心力场中则为离心力）、冲击力、摩擦力和惯性力的频繁作用，所以在输送物料的过程中，可有效地完成诸如筛分、选别、脱水、冷却和干燥等各种工艺过程。

3.物料的粉磨、物件的清理和工件的光饰

利用振动可使物料（或物件）内部的裂纹易于形成，并迅速展开；利用振动可加剧物料（或物件）与研磨介质之间的相互摩擦和撞击，从而可有效地完成物料粉磨、物件清理、铸件落砂和工件（或刀具）光饰等各种工艺过程。

4.松散物料的成型与紧实

利用振动可以显著减小物料的内摩擦系数，增加其“流动性”，因而使物料易于成型与紧实。

5.土壤或砂石的夯实、振捣及沉拔桩等

利用振动可减小土壤、砂石和其他混合物的内摩擦力，可降低土壤对贯入物体（桩或管）的阻力，因而可有效地完成夯土、压路、振捣和沉拔桩等工作，并可大大减轻工人的体力劳动。

6.仪器、机器及其零部件的测试

利用激振器对机件进行振动试验；利用振动试验台或振动测量仪测定仪器、机器及其零部件的参数；利用振动原理对回转零部件进行动平衡试验等。

7.其他用途

利用振动可以加快铸件或焊接构件内部形变晶粒重新排列的过程，缩短消除内应力的时间等。

可以预料，振动机械的用途将会不断扩大，其规格和品种将会日益增多。振动机械在我国成为工业强国的过程中将会发挥更大的作用。

1.1.3 振动机械的分类

对振动机械进行分类的目的是：按照振动机械的类型，分别地对它们进行分析研究，找出它们的共性与特性，便于了解与掌握各种振动机械的特点，以使它们得到更合理的使用。振动机械可以按照它们的用途、结构特点以及动力学特性进行分类。

1. 按用途分类

表1-1按用途对振动机械进行了分类，并列举了各种常见振动机械的名称。

2. 按驱动装置（激振器）的形式分类

（1）惯性式振动机械（见图1-1）它是由惯性激振器驱动的。惯性激振器通常是由偏心块、主轴、轴承和轴承座等所组成的（见图1-1b）。工作机体的振动是由偏心块回转运动时产生的周期性变化的离心力引起的。目前惯性式振动机械在工业部门中得到了广泛的应用，如惯性振动筛、振动球磨机、振动落砂机、振动成型机和振捣器等。

（2）弹性连杆式振动机械（见图1-2）它是由弹性连杆式激振器驱动的，弹性连杆式激振器是由偏心轴、连杆及连杆端部的弹簧所组成的。工作机体借弹性连杆激起振动。目前用于工业中的该类振动机械有弹性连杆式振动输送机、振动冷却机和重介质振动溜槽等。弹性连杆式振动机构通常用于长度较大的振动机械中。

（3）电磁式振动机械（见图1-3）它是由电磁激振器驱动的。电磁激振器是由铁心、线圈及衔铁所组成的（见图1-3b）。交变电流或脉动电流通过线圈，使电磁铁产生周期性变化的电磁吸力，从而使工作机体产生振动。目前用于工业中的该类振动机械有电磁振动给料机、电磁振动输送机、电磁振动筛和电磁振动试验台等。

（4）其他振动机械 它们由风动式激振器、液压式激振器和凸轮式激振器驱动。由于该类振动机械与前述三类振动机械的工作原理及计算方法不同，本书将不叙述。

3. 按动力学特性分类

按照动力学特性对振动机械进行分类，分为线性非共振类振动机械、线性近共振类振动机械、非线性振动机械、冲击式振动机械（见表1-2）。

除了按照前述特性进行分类外，还常常按照振动质体的数目及自由度的数目对振动机械进行分类。