機械不穩定與（yǔ）共振現象分析

機械不（bú）穩（wěn）定是一（yī）種自激（jī）振動現象，發生在機械加工、製造和（hé）過程（chéng）工業中。雖然（rán）不常見，但不穩定性（xìng）可能導致破壞性（xìng）振動水平和高成本損失。

其他類型的（de）自激振動問題包括:航空機械（xiè）(顫振)、旋翼功率(失速、分離)、氣（qì）動熱功率(火焰不穩定性)和反饋網絡(電機、液壓、氣（qì）動)。

自激振動問題開始自發產生振動（dòng），其（qí）突出特（tè）點是係統的結構（gòu）振動與過程或結構的關鍵部件的振蕩之間的反饋機製。當這個反饋回路不穩定時，振幅隨時間增加，有時達到破壞（huài）性水（shuǐ）平。

失穩的識別機（jī）械失穩的識別需要結合結構動力學知識仔細分（fèn）析結構（gòu）振動（dòng）特性。機（jī）械不穩定性會產生（shēng）以下異常振（zhèn）動特征:

1.間（jiān）歇（xiē）性高（gāo）振動（dòng）

相對於“正常”水平（píng），不穩定性產生非常高的振動（dòng）攻擊。在不穩定狀態下，運行振動可能比穩定狀態下高幾百倍（bèi），通（tōng）常表現（xiàn）為振動“開”或“關”。

2.沒有定期激勵。

因（yīn）為不穩定性是自發的，它（tā）們通常發生在沒有（yǒu）周期性振動源的情況下。維持不穩定性的交變力是（shì）由不穩定性本身產生的，不需要（yào）外力。沒有周期性激勵源（yuán）表明它可能是一個不穩定問題。

3.振幅隨時（shí）間變化很大。

不穩定性通常會產生較大的振幅變化，振（zhèn）幅可能會相對較快地增（zēng）加（jiā）或減少一個數量級（jí）。例如，在不（bú）穩定狀態下運行時，係統的振動在不到5秒的時間內從1.27mm/s上升到76.2mm/s。

4.異步純音振動頻（pín）率

不（bú）穩定性通常（cháng）發生在係統中旋轉部件轉速的非整數倍時，但並不總是如此(例如壓（yā）光機條紋)。異步振（zhèn）動可能表明問題不是（shì）共振激發。

5.振動對速度、負載或其他過程參數很敏感。

不穩定性對工作條件極其敏（mǐn）感，包括轉速。僅通過改變過程變量的百分之（zhī）幾就可以（yǐ）觸發或終止不（bú）穩定性。

6.主振動頻率（lǜ）接近結構（gòu）的固有頻率

失穩（wěn）通常與結構的固有頻率有關，因（yīn）為當結構對係統的主要強迫作用是動力柔度時，最容易發生（shēng）失穩。因為固有頻率導致動態（tài）柔性，所以在相（xiàng）似的頻率下會（huì）出現不穩定性。

7.有一個機械（xiè）反饋機製。

穩定不需要反饋。所有的機械不穩定性在結構振動和（hé）過程的關（guān）鍵部件的變化之（zhī）間具有固有的反饋機製。有時，這種反（fǎn）饋（kuì）機製不是立即（jí）明顯的，這將需要對工藝和設備進行深入研究。如果有這（zhè）樣的機製，很可能是不穩定的。

上述（shù）不穩（wěn）定性和共振的一（yī）些特征是不穩定性所特有的，例如存在反饋機製（zhì）和沒有激發源的高純音振動。然而，不穩定性和共振有一些（xiē）共同的特（tè）點，例如，它們都對工作條件（jiàn）(如轉速)敏感（gǎn），並且都發生在結構的固有頻率附近。盡管有這些（xiē）相似之處，但不穩定性和共振是完全不同的現（xiàn）象，我們將（jiāng）對（duì）它們進行比較。共（gòng）振是由以（yǐ）結構的自然頻率或接近自然頻率（lǜ）運行引起的高振動。

假設係統是（shì）線性的，振幅直接影響激（jī）振力的大小。因此，如果力增加一倍（bèi），振動幅度也會增加一倍。類似地，振幅與激勵頻率下（xià）的（de）柔度函數的（de）振幅成正比（bǐ）。如果係統的（de）柔性增加一倍(即係統的剛度減（jiǎn）少（shǎo）一半（bàn）)，振幅就會增加一倍。

相比之下，雖然不穩定性通常與固有（yǒu）頻率有關，但（dàn）它不是由固有頻率引（yǐn）起的。不穩定的根源是反（fǎn）饋機（jī）製的存在，反饋機製在係統中建立了不穩定的反（fǎn）饋回路（lù）。穩定性並不總是包括反饋機製，可以用下圖來表示。

對於不穩定性，振幅主要是係統穩定（dìng）性的函數。振幅不必受激勵力的存在、大小或（huò）靈活性的影響。問題是係統是否穩定。在不（bú）穩定狀（zhuàng）態下，振幅可以（yǐ）比穩定狀態下高幾百倍。

共振是一（yī）個強（qiáng）迫振動問題，它需要一個交（jiāo）變力（lì），該交（jiāo）變力（lì）具有相當大的能量，接近結構的固有頻率。這（zhè）個力是獨立於運動的，當運動停止時，它仍然存在。如果激勵源的頻率與自然頻率充分分離，共振可以消除。

不穩（wěn）定性是自激的，維持運動的交變力是由（yóu）運動本（běn）身產生和控（kòng）製的。當運動停止時（shí），力就消失了。穩（wěn）定不需要能量，但能量的頻（pín）率成分並（bìng）不重要。減少或消（xiāo）除激勵源對（duì）問題影響不大，因為不穩定性（xìng）不是由（yóu）外（wài）部交變力引起的。