從廣泛意義上講,振動是物理量在其平均值上下兩種狀態(tài)之間交替變化的一種現(xiàn)象。如果以物理量的瞬時值為縱坐標,以時間為橫坐標,則得到的振動記錄是一個波形。
振動現(xiàn)象在自然界和人類社會中廣泛存在。如自然界中的光波、聲波、電磁波,社會經(jīng)濟指標和人體生理量的波動,都可以看作振動現(xiàn)象。
變化的物理量是位移、速度、加速度、應(yīng)力、應(yīng)變等力學量的振動稱為機械振動。
振動可按照不同的劃分方法進行分類,如表1所示。
表1 振動分類
在討論振動問題時,從不同的研究角度出發(fā),可以將同一振動歸入不同的類型。例如同一種振動既可以稱為強迫振動,又可以稱為周期振動,還可以稱為線性振動。前者按振動的原因分類,第二者按振動信號的特征分類,第三者從運動方程的形式分類。
本文主要討論彎曲振動,其信號是周期性的;就振動原因而言,包括強迫振動和自激振動;有關(guān)的討論主要建立在線性振動的基礎(chǔ)上。
工程中的物理量有兩類:一類是靜態(tài)量或準靜態(tài)量,它們的大小不隨時間變化或變化很緩慢,例如溫度、壓力、流量等;另一類是動態(tài)量,它可以在短時間內(nèi)從小到大交替變化幾十次、幾百次,甚至更高,振動信號就是如此。對于這樣的物理量,研究某一瞬時的大小不具有很強的實際意義,因此必須有適當?shù)拿枋龇椒ā?/p>
振動是個波形信號。從事機組的振動研究,首先要了解波形的分析方法。振動波形分為隨機波形(隨機振動)和周期波形(周期振動)。
隨機波形不能用一個函數(shù)式表達,它隨時間的變化通常不可能精確重復(fù)或預(yù)測。例如車輛在凹凸不平的路面上行駛時產(chǎn)生的振動、風力使建筑物產(chǎn)生的振動、海浪使船舶的振動等,都是隨機振動的實例。
周期波形是在一定時間間隔重現(xiàn)相同波形的信號。簡諧信號(簡諧振動)是周期振動最簡單、最基本的形式。它可以用一個正弦函數(shù)或余弦函數(shù)表示。
汽輪發(fā)電機組是旋轉(zhuǎn)機械的一種,其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動是一種周期性的物理現(xiàn)象,由此引起的振動屬于周期信號。周期信號本身只能提供振動大小的信息,通過傅里葉分析則可以將其分解為一系列不同頻率的諧波成分,從而提供更多的信息。