2. РАЗЛИЧНЫЕ СПОСОБЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ВИБРАЦИИ
При рассмотрении вибрационных устройств приходится пользоваться понятиями как автономных, так и неавтономных систем (см. т. 2, гл. I). Для практического использования почти незатухающих свободных колебаний необходима колебательная система с очень малым рассеянием энергии и, кроме того, требуется надежная изоляция вибрирующей системы от влияния внешних факторов. Такие требования практически исключают использование свободных колебаний в технологических целях.
Автоколебания могут возникнуть в определенных нелинейных автономных динамических системах, в которых потребление энергии на преодоление диссипативных сил компенсировано потреблением порций энергии от неколебательного источника, причем это потребление регулируется автоматически, самой системой в процессе ее движения (см. т. 2, гл. I). В фазовом пространстве установившимся автоколебаниям соответствует устойчивый предельный цикл (см. т. 2, гл. II). В автоколебательных системах с мягким самовозбуждением состояние равновесия находится внутри предельного цикла. Поэтому оно неустойчиво, и система из состояния равновесия запускается самопроизвольно без помощи внешних факторов. В системах с жестким самовозбуждением область неустойчивых движений на фазовом пространстве не включает состояния равновесия. Поэтому запуск из этого состояния возможен только с помощью внешнего воздействия, переводящего систему в область неустойчивых движений. Для достижения этого предусматривают устройство, которое обеспечивает после отключения источника энергии остановку системы в таком положении, при котором она оказывается внутри области неустойчивости и поэтому запускается самопроизвольно при последующем включении.
Если автоколебательная система представляет собой вибратор с малым демпфированием, то автоколебания такой системы энергетически выгодно, а зачастую и наиболее просто осуществлять близкими по частоте и форме к одной из собственных частот и форм вибрации. Если система не является колебательной, то отмеченная возможность отсутствует, но открываются более широкие возможности управления частотой и спектральным составом автоколебаний. Если при расчете системы действие вибровозбудителя можно представить как некоторую заданную функцию времени, то колебательная система является неавтономной.
Существуют три способа возбуждения вибрации неавтономных динамических систем: силовой, кинематический и параметрический. Системы с силовым и кинематическим возбуждением совершают вынужденные колебания, а с параметрическим возбуждением — параметрические колебания. Силовое возбуждение колебаний осуществляют действием на систему вынуждающих сил и (или) вынуждающих моментов, т. е. переменных по времени внешних сил и моментов, не зависящих от координат состояния системы и их производных. Кинематическое возбуждение колебаний осуществляют сообщением извне некоторым ее точкам (или телам) перемещений, не зависящих от координат состояния системы и их производных.
Большинство современных вибрационных машин работает в режимах вынужденных колебаний. Использование вынужденных колебаний открывает широкие возможности разработки вибрационного привода, реализующего колебания различного амплитудного и фазового спектра. Возможна работа вблизи обычного резонанса (когда частота колебаний равна частоте вынуждающего воздействия), в режиме супергармонического резонанса (когда имеется ярко выраженная супергармоника, частота которой кратна частоте вынуждающего воздействия), в субгармоническом режиме (когда частота колебаний в целое число раз меньше частоты вынуждающего воздействия), в режиме комбинационного резонанса (когда рационально отношение частоты колебаний к частоте вынуждающего воздействия).
Параметрические резонансы существенно отличаются от резонансов при вынужденных колебаниях, Основные свойства и математические методы исследования колебаний параметрически возбуждаемых линейных систем описаны в т. 1, гл. VII
Принудительное возбуждение колебаний реализуют сообщением извне инерционному элементу системы, которая в свободном состоянии имеет одну степень свободы, колебательного движения, не зависящего от координат состояния и их производных. Поскольку состояние системы как функция времени задано извне, силу (момент) в приводном механизме можно определить из уравнения кинетостатики, причем она будет явной функцией не только времени, но и параметров системы.
Используя терминологию теоретической механики, можно сказать, что кинематическое и принудительное возбуждение колебаний — ничто иное, как наложение на систему нестационарных (реономных), т. е. зависящих от времени, связей. При кинематическом возбуждении вибрации системы связи могут быть либо жесткими, т. е. наложенными на инерционные элементы системы и уменьшающими число ее степеней свободы, но не доводящими его до нуля, либо нежесткими, т. е. наложенными на упругие или диссипативные элементы системы и не изменяющими числа ее степеней свободы. Если исходная система имеет одну степень свободы, то кинематическое возбуждение колебаний налагает на нее нежесткую связь. Принудительное возбуждение колебаний налагает жесткую связь на исходную систему с одной степенью свободы и сводит число степеней свободы к нулю.
Возможно использование сочетаний различных способов совместного возбуждения колебаний, например параметрических колебаний с вынужденными. Известны и устройства, которые последовательно осуществляют сначала кинематическое возбуждение колебаний в переходном режиме пуска машины, а затем принудительное возбуждение в установившемся режиме. Установление, каким из способов возбуждаются колебания, может зависеть от ряда обстоятельств.
Рис. 1. Пример вибрационного привода
Проиллюстрируем это примером. В системе, показанной на рис. 1, ось 
кривошипа 1 жестко связана с инерционным элементом 3, а палец 
шатуна 2 — с инерционным элементом 4. Пусть задано равномерное вращение кривошипа, а следовательно, относительное движение тел 3 и 4. Их абсолютное движение зависит от сил трения в направляющих 5, сил, передаваемых пружинами 
и 7, и сил инерции. Следовательно, имеем случай кинематического возбуждения вибрации. Если технологический процесс полностью определен относительным движением тел 3 и 4 (например, когда эти тела представляют собой щеки дробилки, раздавливающие кусок материала), можно говорить о принудительном возбуждении вибрации. Если принять в расчет не абсолютно жесткую характеристику двигателя, вращающего кривошип, и вызванную упомянутыми силами и структурой механизма неравномерность вращения кривошипа, то система станет автономной.
