汽车振动：危害与利用

在自然界中,振动给人类带来危害的例子比比皆是,如大家所熟知的地震。地震又称地动、地振动,是地壳在快速释放能量的过程中造成振动,并产生地震波的一种自然现象。地球上板块与板块之间相互挤压碰撞,造成板块边沿及板块内部产生错动和破裂,是引起地震的主要原因。地震时,最基本的现象是地面的连续振动,主要特征是明显的晃动。震区的人在感到大的晃动之前,有时首先感到上下跳动。因为地震波从地内向地面传来,纵波首先到达。横波接着产生大振幅的水平方向的晃动,是造成地震灾害的主要原因。1960年智利大地震时,最大的晃动持续了3分钟。地震造成的灾害首先是破坏房屋和构筑物,从而造成人畜的伤亡,如1976年中国河北唐山地震中,70%～80%的建筑物倒塌,人员伤亡惨重。

车辆的振动会引起车辆的平顺性变坏,车辆的平顺性通常用坐垫处的加权加速度值进行评价。当坐垫处的加权加速度数值小于等于0.315 m/s2时,人们不感觉到不舒适;当坐垫处的加权加速度值在0.315～0.63 m/s2之间时,人们通常能感觉到有一些不舒适;当坐垫处的加权加速度值在0.5～1.0 m/s2之间时,人们感觉比较不舒适;当坐垫处的加权加速度值在0.8～1.6 m/s2之间时,人们通常感觉到不舒适;而当坐垫处的加权加速度值在1.25～2.5 m/s2之间时,人们通常感觉到很不舒适;当坐垫处的加权加速度值大于2.0 m/s2时,人们感觉极不舒适。

另外,机床振动会降低机床精度,产生误操作,影响其性能;机械噪声会导致纺织厂工人耳聋耳背;钻孔机、打桩机、导振器等在工作过程中产生的噪声也都属于机械噪声;飞行中的飞机遇到气流时,气流与飞机引起的共振会导致飞机折翼;航行中的轮船遇到海浪时,海浪与轮船引起的共振会导致轮船断裂。

振动对人的影响大致有以下4种情况。

(1)人体刚能感受到振动的信息,这就是通常所说的“感觉阈”。人们对刚超过感觉阈的振动,一般并不觉得不舒适,即多数人对这种振动是可容忍的。

(2)振动的振幅加大到一定程度,人就感觉到不舒适,或者作出“讨厌”的反应,这就是“不舒适阈”。“不舒适”是一种心理反应,是大脑对振动信息的一种判断,并没有产生生理的影响。(www.xing528.com)

(3)振动振幅进一步增加,达到某种程度,人对振动的感觉就由“不舒适”进入“疲劳阈”。对超过“疲劳阈”的振动,人们不仅有心理的反应,而且有生理的反应。这就是说,振动的感受器官和神经系统的功能在振动的刺激下受到影响,并通过神经系统对人体的其他功能产生影响,如注意力的转移、工作效率的降低等。对刚超过“疲劳阈”的振动来讲,振动停止以后,这些生理影响是可以恢复的。

(4)振动的强度继续增加,就进到“危险阈”(或“极限阈”)。超过“危险阈”时,振动对人不仅有心理、生理的影响,还产生病理性的损伤。这就是说,这样强的振动将使感受器官和神经系统产生永久性病变,即使振动停止也不能复原。

另外,振动对机械结构的影响还包括:风吹桥塌、降低零部件的加工精度、影响汽车的驾驶稳定性、影响射击的瞄准精度、降低机械结构的疲劳寿命等。当然,振动对人类社会的危害还远不止这些。这就需要我们能够正视振动给人类带来的危害,同时明晰振动的产生机理,掌握振动的变化规律,并能够利用振动的变化规律为人类的生产、生活服务。

在现实生活中,人们利用振动规律为人类生产、生活服务的例子也有很多。早在19世纪,瑞士人就利用振动固有频率不变的性质进行计时,钟表的发明为人类的生活带来了极大的便利。在工业领域,利用振动学的基本原理发明了振动压路机、混凝土导振器等器械,减轻了工人的劳动强度,提高了工作效率。在矿业生产中,人们利用振动学的基本原理发明了振动筛对不同的金属矿物质进行筛选、分离,完成矿物质的分类处理。在通信领域,人们利用振动的基本规律设置了手机的振动模式,为手机的推广应用奠定了基础。另外,人们还利用振动来消除机械结构中的残余应力、利用振动来进行疾病的治疗等。当然,这些只是人类利用振动的一部分实例,随着人类对振动知识更加深入的研究,对振动应用的进一步挖掘,振动相关的应用能够更好地造福人类社会。