機(jī)械不穩(wěn)定是一種自激振動(dòng)現(xiàn)象，發(fā)生在機(jī)械加工、制造和過程工業(yè)中。雖然不常見，但不穩(wěn)定性可能導(dǎo)致破壞性振動(dòng)水平和高成本損失。

其他類型的自激振動(dòng)問題包括:航空機(jī)械(顫振)、旋翼功率(失速、分離)、氣動(dòng)熱功率(火焰不穩(wěn)定性)和反饋網(wǎng)絡(luò)(電機(jī)、液壓、氣動(dòng))。

自激振動(dòng)問題開始自發(fā)產(chǎn)生振動(dòng)，其突出特點(diǎn)是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)與過程或結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部件的振蕩之間的反饋機(jī)制。當(dāng)這個(gè)反饋回路不穩(wěn)定時(shí)，振幅隨時(shí)間增加，有時(shí)達(dá)到破壞性水平。

失穩(wěn)的識(shí)別機(jī)械失穩(wěn)的識(shí)別需要結(jié)合結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)知識(shí)仔細(xì)分析結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性。機(jī)械不穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生以下異常振動(dòng)特征:

1.間歇性高振動(dòng)

相對(duì)于“正常”水平，不穩(wěn)定性產(chǎn)生非常高的振動(dòng)攻擊。在不穩(wěn)定狀態(tài)下，運(yùn)行振動(dòng)可能比穩(wěn)定狀態(tài)下高幾百倍，通常表現(xiàn)為振動(dòng)“開”或“關(guān)”。

2.沒有定期激勵(lì)。

因?yàn)椴环€(wěn)定性是自發(fā)的，它們通常發(fā)生在沒有周期性振動(dòng)源的情況下。維持不穩(wěn)定性的交變力是由不穩(wěn)定性本身產(chǎn)生的，不需要外力。沒有周期性激勵(lì)源表明它可能是一個(gè)不穩(wěn)定問題。

3.振幅隨時(shí)間變化很大。

不穩(wěn)定性通常會(huì)產(chǎn)生較大的振幅變化，振幅可能會(huì)相對(duì)較快地增加或減少一個(gè)數(shù)量級(jí)。例如，在不穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的振動(dòng)在不到5秒的時(shí)間內(nèi)從1.27mm/s上升到76.2mm/s。

4.異步純音振動(dòng)頻率

不穩(wěn)定性通常發(fā)生在系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)速的非整數(shù)倍時(shí)，但并不總是如此(例如壓光機(jī)條紋)。異步振動(dòng)可能表明問題不是共振激發(fā)。

5.振動(dòng)對(duì)速度、負(fù)載或其他過程參數(shù)很敏感。

不穩(wěn)定性對(duì)工作條件極其敏感，包括轉(zhuǎn)速。僅通過改變過程變量的百分之幾就可以觸發(fā)或終止不穩(wěn)定性。

6.主振動(dòng)頻率接近結(jié)構(gòu)的固有頻率

失穩(wěn)通常與結(jié)構(gòu)的固有頻率有關(guān)，因?yàn)楫?dāng)結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)的主要強(qiáng)迫作用是動(dòng)力柔度時(shí)，最容易發(fā)生失穩(wěn)。因?yàn)楣逃蓄l率導(dǎo)致動(dòng)態(tài)柔性，所以在相似的頻率下會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定性。

7.有一個(gè)機(jī)械反饋機(jī)制。

穩(wěn)定不需要反饋。所有的機(jī)械不穩(wěn)定性在結(jié)構(gòu)振動(dòng)和過程的關(guān)鍵部件的變化之間具有固有的反饋機(jī)制。有時(shí)，這種反饋機(jī)制不是立即明顯的，這將需要對(duì)工藝和設(shè)備進(jìn)行深入研究。如果有這樣的機(jī)制，很可能是不穩(wěn)定的。

上述不穩(wěn)定性和共振的一些特征是不穩(wěn)定性所特有的，例如存在反饋機(jī)制和沒有激發(fā)源的高純音振動(dòng)。然而，不穩(wěn)定性和共振有一些共同的特點(diǎn)，例如，它們都對(duì)工作條件(如轉(zhuǎn)速)敏感，并且都發(fā)生在結(jié)構(gòu)的固有頻率附近。盡管有這些相似之處，但不穩(wěn)定性和共振是完全不同的現(xiàn)象，我們將對(duì)它們進(jìn)行比較。共振是由以結(jié)構(gòu)的自然頻率或接近自然頻率運(yùn)行引起的高振動(dòng)。

假設(shè)系統(tǒng)是線性的，振幅直接影響激振力的大小。因此，如果力增加一倍，振動(dòng)幅度也會(huì)增加一倍。類似地，振幅與激勵(lì)頻率下的柔度函數(shù)的振幅成正比。如果系統(tǒng)的柔性增加一倍(即系統(tǒng)的剛度減少一半)，振幅就會(huì)增加一倍。

相比之下，雖然不穩(wěn)定性通常與固有頻率有關(guān)，但它不是由固有頻率引起的。不穩(wěn)定的根源是反饋機(jī)制的存在，反饋機(jī)制在系統(tǒng)中建立了不穩(wěn)定的反饋回路。穩(wěn)定性并不總是包括反饋機(jī)制，可以用下圖來表示。

對(duì)于不穩(wěn)定性，振幅主要是系統(tǒng)穩(wěn)定性的函數(shù)。振幅不必受激勵(lì)力的存在、大小或靈活性的影響。問題是系統(tǒng)是否穩(wěn)定。在不穩(wěn)定狀態(tài)下，振幅可以比穩(wěn)定狀態(tài)下高幾百倍。

共振是一個(gè)強(qiáng)迫振動(dòng)問題，它需要一個(gè)交變力，該交變力具有相當(dāng)大的能量，接近結(jié)構(gòu)的固有頻率。這個(gè)力是獨(dú)立于運(yùn)動(dòng)的，當(dāng)運(yùn)動(dòng)停止時(shí)，它仍然存在。如果激勵(lì)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(yùn)動(dòng)的交變力是由運(yùn)動(dòng)本身產(chǎn)生和控制的。當(dāng)運(yùn)動(dòng)停止時(shí)，力就消失了。穩(wěn)定不需要能量，但能量的頻率成分并不重要。減少或消除激勵(lì)源對(duì)問題影響不大，因?yàn)椴环€(wěn)定性不是由外部交變力引起的。