Интерес, проявляемый в настоящее время к изучению вибрации (колебаний), весьма значителен. Знакомясь с разнообразными отраслями знаний, наблюдая явления природы, нетрудно убедиться в том, что колебания представляют собой одну из наиболее распространенных форм механического движения. С колебательными движениями мы встречаемся в повседневной жизни и в технике: маятник часов совершает периодические качания около отвесного положения, кузов железнодорожного вагона качается на рессорах при проходе через стыки рельсов, фюзеляж самолета колеблется в такт с оборотами турбины двигателя, звук вызывается колебаниями голосовых связок, струн и т. п.

Основными параметрами, характеризующими колебания, являются период колебаний, амплитуда или полуразмах колебаний, частота колебаний и перегрузка. Периодом колебания Т называется время полного колебания относительно линии равновесия. Амплитудой колебания Ь называется величина наибольшего отклонения от линии равновесия. Число полных колебаний в единицу времени называется частотой колебания. Амплитуда колебаний измеряется в миллиметрах (или в сантиметрах). Частота колебаний измеряется в герцах (гц). Герц — это одно колебание в секунду. При колебательном движении скорость тела v и его ускорение а периодически меняются.

Графики колебаний с различными амплитудами и периодами. b—амплитуда колебаний. T—период колебаний

Когда смещение равно 0, то скорость имеет максимальное значение; по прошествии четверти периода, т. е. когда смещение будет максимальным, скорость будет равна 0. По прошествии половины периода смещение будет вновь равно нулю, а скорость достигнет максимального значения, но будет противоположно направлена и т. д. Таким образом, периодические колебания происходят с непостоянной скоростью. Ускорение, как уже было сказано, есть изменение скорости в единицу времени. Интенсивность вибрации характеризуется вибрационной перегрузкой. Вибрационной перегрузкой называется отношение максимального ускорения, возникающего при вибрации, к ускорению силы тяжести.

Каждая конструкция имеет вполне определенную частоту собственных колебаний, не зависящую от величины силы, вызвавшей эти колебания. Частота собственных колебаний зависит только от жесткости конструкции и от ее весовой характеристики. Более жесткая и легкая конструкция имеет большую частоту (меньший период) собственных колебаний, а менее жесткая или более тяжелая конструкция имеет меньшую частоту колебаний. Мерой жесткости может служить величина силы или груза, которую нужно приложить к конструкции, чтобы удлинить ее или укоротить на 1 см. Эта величина называется коэффициентом жесткости или просто жесткостью и обозначается буквой С.

Деформация конструкции (пружины, фермы, балки) под действием груза F называется статическим удлинением и обозначается А/ст. Статическое удлинение есть величина, зависящая от величины груза и жесткости конструкции. Таким образом, не зная веса агрегата и упругости амортизаторов, можно определить частоту собственных колебаний этой системы, измерив или вычислив величину статической осадки. Кроме сил, возбуждающих колебания, существуют силы, гасящие их. Такие силы называются демпфирующими (силы трения в узлах, сочленениях и самом материале). На преодоление этих демпфирующих сил и расходуется энергия колебания, вследствие чего собственные колебания всегда являются затухающими.

По способу действия внешней силы вибрации могут быть подразделены на два класса. К первому классу относятся так называемые свободные колебания, при которых упругая система, выведенная из состояния равновесия внешним толчком, будет совершать постепенно затухающие колебательные движения. Ко второму классу относятся вибрации, которые возникают под влиянием периодически действующей силы. Такие колебания называются вынужденными, а вызывающая их сила — возмущающей силой. Вибрация от периодически действующих сил может быть незначительной и не представлять большой опасности, но может наступить момент, когда период действующих сил совпадает с периодами собственных колебаний конструкции; тогда амплитуда колебаний резко возрастает до больших величин, что может привести к разрушению конструкции.

Явление совпадения частоты собственных колебаний конструкции с частотой действующих сил называется резонансом, а колебания такого рода называются резонансными. Техника современного приборостроения дала много прекрасных приборов как механического, так и, в особенности, электромагнитного типа, позволяющих достаточно надежно измерять амплитуду и частоту вибраций.