机械振动控制的理论与应用
机械振动控制是一门针对机械系统中振动现象进行控制的学问。

机械部件的振动是由于外力作用或自身固有特性引起的，而这些
振动不仅会导致工作效率下降，还会对机械部件的寿命造成影响
甚至产生寿命断裂。

因此，对于保证机械部件的正常运转，降低
能源损失和维护成本，机械振动控制的理论和应用具有极为重要
的意义。

机械振动的分类
机械振动在工程实践中可以分为自由振动、强迫振动和共振振
动三种类型。

自由振动是指机械系统在没有外力作用下，受到初始位移或初
始速度的驱动，根据机械部件的固有特性产生的振动现象。

例如，我们可以将一根弹簧挂起，然后将其下端给予位置或速度的初始
变动，可以观察到弹簧在不受外力的作用下自发产生的振动。

强制振动是指受到外力作用下的机械系统振动。

例如，可以将
弹簧挂在木板上，并不断给予弹簧一个频率相同、振幅固定的外
力作用，可以观察到弹簧振幅会在振动中逐渐呈现一个稳定的值。

共振振动是指外力的作用频率与机械部件的固有特性产生共振
的振动现象。

例如，我们可以将机械系统的固有频率匹配到一个
频率相对应的外力，可以观察到机件的振幅会剧烈增加，这种现
象就叫共振。

机械振动控制的方法
振动控制的方法可以分为主动振动控制和被动振动控制两类。

主动振动控制是指通过主动力或控制力的作用，改变系统的振
动状态来控制机械振动。

这种控制方法需要采用控制器来对振动
信号进行分析和控制处理，通过对控制器输出控制信号，对机械
系统的振动状态进行主动控制，从而达到稳态或稳定变化的目的。

例如，在振动控制系统中增加主动阻尼器或作用力，通过调节阻
尼力或作用力大小与方向，来抵消原有振动从而达到控制振动的
效果。

被动振动控制是指通过机械部件或材料的改变来控制机械振动。

这种控制方法不需要控制器等外部力量的介入，而是通过改变机
械系统的物理性质或结构来降低机械振动。

例如，在电机叶轮上
增加凸缘来消除流体力学振动。

振动控制的方法还可以根据机械振动类型、控制器种类、控制
策略等来进行分类。

应用案例
机械振动控制在工业和民用领域都有着重要的应用，下面以机
械阻尼控制为例进行介绍。

壳体阻尼结构是一种用来防止建筑物地震灾害的新型结构。

实
验表明，在地震作用下，不带机械阻尼结构的建筑产生很大的变
形和位移，散失大量的能量，而带机械阻尼结构的建筑的振幅和
加速度都能明显降低。

机械阻尼结构作为防震系统的一种较为成
熟的形式，采用缓冲器对楼房进行附加阻尼控制，在地震袭来的
时候，可以显著降低楼房的振幅和旋转角度，从而避免楼房在地
震中崩塌。

同时，机械阻尼控制还被应用于机械制造领域，以减小不在设
计范围内的振动，避免机械设备产生过多的噪音和振动对环境造
成污染，达到更为高效可靠的使用效果。

可以举例说明，在核反
应堆中，反应物流量和反应堆动力会产生振动，通过对机械系统
增加合适的阻尼器，可以控制核反应堆振动，有效提高核能设备
的安全稳定性。

总结
机械振动控制是一门综合性的工程学科，其理论和应用在现代
机械工程领域十分重要。

通过机械振动控制技术，可以有效减少
机械部件在工作中的振动，提高机械设备的安全可靠性和稳定性，降低机械设备的能源损失和维护成本。

应用广泛的机械阻尼控制
技术，对于提高大型建筑和工业设备的耐震性能以及减少环境噪
声和污染等方面都有着重要的作用。