1. 振动术语 振动主要有两类：正弦振动和随机振动。正弦振动是某一频率或者是几个频率正弦波的叠加。其主要特征是规律性。随机振动是不规则、不可预见的，是现实世界中最常见的振动类型。振动在一个或多个方向上存在分量。站在上下振动的平台上的人就有上下振动（±gz）,如果人是躺着的，振动就认为是前后（±gx）的了。
振动强度是用各种方式测算的：①振度:米；②位移:米；③速率:米/秒; ④加速度：米/秒2；⑤加速度改变速率：米/秒3。
在随机振动的情况中，频谱用均方谱密度代替，表示为功率谱密度PSD（g2/Hz）。PSD定义了特定波段内的离散频率的功率。
强度通常表示为加速度的均方根值rms(m/s2,或g)。均方根加速度定义了整个范围的能量。当要描述振动强度的波动性是用波峰因子，它是峰值振幅对均方根幅度之比。
2. 振动衰减、放大和共振 振动会被放大或衰减，这主要看物体的姿势（如立式或卧式）、支架类型和振动频率。每个物体都有一个固有频率。物体以固有频率振动时，振幅将达到最大，称为共振。人体以及身体的各组成部分和器官都有各自的固有频率，并且它们柔性地连在身上，因此它们将以不同的频率振动。器官越大，固有频率越低。对于一个坐着的人，下面是其身体各部分的固有频率：
表8－16 人体共振频率
颈部脊椎骨共振 3－4Hz
5Hz 肩部共振
眼球共振 60－90Hz
4Hz 上部躯干脊椎骨峰值共振
头肩共振 20－30Hz
对于一个坐着的人，4－8Hz的振动引起整个上部躯干共振，应当避免或减小其振动强度。
振幅放大或衰减也受阻尼的影响，例如人站在一个振动的平台上，腿会产生总体衰减效应。双腿弯曲或绷直会产生1－6Hz的阻尼效果。绷紧身上主要肌肉能显著减小共振的程度，提高共振频率几个赫兹。
座位的类型和设计（弹性设计、软垫等）能对振动的传导产生影响。悬椅产生显著的振动衰减，特别是在4－6Hz内。
3. 振动的生理影响 短期暴露于振动只会引起很小的生理影响。如轻微程度的超通风量引进的振动早期会出现心率加快的现象。振动提高了肌肉的紧张度，因为受振动者下意识地绷紧肌肉以减小振动。
受强烈的、长期的整体振动的工人可能患脊椎和周围神经系统疾病。消化系统、体表血管、女性生殖系统和前庭系统也可能受影响。振动强度越大或暴露时间越长对健康的危害越大。采用较软的座垫后，司机发生的身体疼痛及其程度都有显著下降。符合各个身体部位的固有频率的整体振动会产生与之频率大致相同部位的病理影响。例如，振动频率主要在4－10Hz 频率时胸部和腹部出现疼痛；在8－12Hz时发生背痛。头痛、眼睛疲劳以及肠和膀光发炎，通常与10－20Hz频率振动有关。
8.4.3振动对绩效的影响
振动主要影响视觉和机动性能。相对于正弦振动，随机振动对这两类性能的影响较小。
1. 视觉绩效 10－25Hz的振动会减小视觉绩效。影响绩效的关键因素是振幅，绩效的减小可能是因为视网膜上图像的移动引起的。相对于观察者振动的情况下,当观察物以低于3Hz的频率振动时，观察时间和出错率都更大。在这些频率上，人们能协调头和眼睛的运动，以稳定视网膜上的图象。当观察物和观察者都以低于3Hz的频率振动时协调将效果最好。在更高的频率，不管是哪个在振动，各种条件下的绩效都是糟糕的。所观察材料的特性对振动状态下的绩效也有显著影响。观察者受振动时，当视觉角小于10分，特别是小于6分时，观察者是很难看清物体的。
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2. 运动绩效 振动对运动绩效的影响与追踪任务的难度、显示器类型及操纵器类型有关。使用边侧型操纵器和扶手可比使用传统的安装在中间的驾驶盘减小高达50％的由振动引起错误量。在垂直方向上的正弦振动的不利影响发生在4－20Hz内，加速度超过0.20g时，它比无振动的控制状态多出现高达40％的追踪错误。垂直振动比水平或前后振动更令人难受。经受振动的时间似乎并不影响手工控制任务的绩效。但振动对追踪绩效的影响并不随着振动的中断而消失，残余影响可能会再持续30秒。
3. 其它过程的绩效 主要与过程任务有关，像反应时间、监测和模式识别，能抵御中断的消极影响。3.5-6Hz的振动能对乏味的守夜任务产生警觉效果。这个频率内，绷紧躯干肌肉能减轻肩膀振动的幅度，而绷紧肌肉能保持警觉。在3.5－6Hz外，人放松躯干肌肉就能减轻肩膀的振动，但却使人容易入睡。
4. 全身振动的主观反应 把振动的频率和加速度与舒服的主观评价联系起来可得到频率和加速度的等舒服曲线。但各研究结果相差很大。这是由于采用不同的研究方法、被试者、振动环境及描述舒服的词语引起的。使用正弦和随机振动得出的等值曲线形状相似。人们对三分之一倍频带的随机振动比对正弦振动更敏感。因此，随机振动对绩效的干挠虽小，但比正弦振动更令人感到不舒服。
人们对5－16Hz的垂直振动最敏感，而对水平振动最敏感的是在大约1－2Hz之间。女性对大约3Hz以上的垂直振动比男性更敏感。
更精确、更完整的估计振动引起不适的方法是从三个方向（x，y，z）的每个方向上评价双脚，座位和靠背处的振动，以及沿三个轴（即水平旋转，仰角，侧旋）评价座位处的旋转振动引起的不适感。
大多数坐着的人会反映振动时感到不适的频率下腹部为2Hz，上身为4和8Hz，头部为16Hz。当振动频率为32Hz时，感到不适的是头和下腹部；而在64Hz时，就主要集中在座位部分了。
在实际环境中（如车、船），舒适的主观评价依赖于乘客的期望、以往经历和其它心理因素。其它物理环境因素也影响舒适感的评估，例如，飞机乘客中抽烟的比例、灯光、工作空间等都是舒适感评价中的重要因素。
8.4.4振动的测量
1. 测量内容 振动测量是测量和记录各项振动物理量，包括总强度、频谱和不同振动频率下的加速度。 2. 测量仪器 测振议有多种，常用的有：
（1） 机械式测量仪 此种仪器是通过其机器系统直接记录振动的波形和位移量，简便易行，但不能分析
振动的频谱，精确性也差。
（2） 电压式测振系统 此种仪器多用来测振动工具的参数，它由拾振器（加速度计）、前置放大器、放
大器/分析器，读出器/记录器组成。拾振器的功能是把振动转变为电压或电流；前置放大器是将拾振器的高输出阻抗变换为较低阻抗，同时在某些情况下，用以放大较弱信号；放大器是将前置放大器传来的信号再次放大，并分析频谱和功率谱；分析器可将一个复合波分解成若干个正弦波,并测出各谐波的幅值,读出器提供所测参数；记录仪把所测结果全部记录下来。 此外，尚有ND2型和2209声级计。 3. 测振注意事项
（1） 在拾振器和被测物体之间应加置机械滤波器，保证低频部分参数的可靠性。 （2） 测量应按三轴方向逐个测量，测点选在手接触工具处。
（3） 振动工具的频率分布较复杂，因此测量频率范围要适当扩大。
8.4.5全身振动暴露的评价标准
全身振动暴露的评价要看使用什么标准。标准可基于舒服程度、任务绩效或生理反应。舒服曲线是基于舒服程度的评价标准。
为统一评价人体承受全身振动的效应，国际标准化组织（ISO）在综合分析各国大量试验研究资料的基础上，提出“人体承受全身振动评价指南”的标准（ISO2631-1989(E)），该标准已被许多国家所采用。
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ISO2631以振动方向，振动频率，振动加速度有效值和人体受振持续时间这四个最基本的振动参数之间的关系来评价全身振动对人体的影响，出于对舒服程度、任务精通程度和生理安全方面的考虑，它将1─80Hz频率范围内人体承受的全身振动划分为三种不同的感受界限：
i) 舒适性降低界限； ii) 疲劳－工作效率降低界限； iii) 受振极限（或健康界限）。
舒适性降低界限以不影响人的日常活动或工作中的基本动作（如饮食、阅读或书写等）为基础，此界限与保持在振动环境下人体的舒适感有关。
疲劳－工作效率降低界限是从振动对人体引起疲劳的感受，从而影响其工作效率的角度而确立的。图8－9 表明了ISO2631 疲劳－工作效率降低界限图线（垂直振动）。4－8Hz之间的最小值代表身体的固有频率。可按环境和任务的性质和采纳标准提高或降低疲劳允许界限（FDP）和舒服性界限。FDP可按任务从＋3dB?－12dB变化，舒服性界限可按环境因素从＋3dB?－30dB变化。
所列值减去10dB得到略低的舒服界限；加6dB得到安全的生理暴露界限。
受振极限是区分振动强度对人体健康与安全是否有损害的界限。人体承受的振动强度在受振极限以内时，人体健康将不受损害，振动强度超过受振极限时，人体健康会受到损害。
图8－8 ISO2631和ANSI S3.18-1979中的疲劳－工作效率降低界限图线（垂直振动） 8.8.6影响振动对机体作用的因素
振动的频率，振幅和加速度是振动作用于人体的主要因素，寒冷是振动引起机体不良反应的重要外界条件之
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一，接振时间及接振方式也很重要。 1) 频率
在振动的治病过程中，振动频率有重要作用。低频率（20Hz以下）、大振幅的振动、当全身受振时主要作用于前庭及内脏器官，局部受振时主要作用于肌肉骨关节系统。高频率振动无论振幅大小长期作用都会产生有害影响，30-300Hz的振动损伤作用明显，可引起局部或全身振动病。 2) 加速度
振动加速度的大小和振动病症的发生频率有密切关系，调查资料表明加速度越大，振动病症状的检出率越高，局部振动危害较大。 3) 接振时间
接振时间越长对机体的不良影响越大。国外资料指出，白指发生率0-1年为11.8%，2－4年为33.6％，5-9年为51.5%，10-19年为58.6%，20年以上为69.1％。间断接触或适当安排工间休息对减轻危害有利。 4) 体位和操作方式
对全身受振的作用，立位时对垂直振动敏感，卧位时对水平振动敏感。如采用将胸、腹或下肢紧贴振动体，或用手紧握振动把手或直接接触受振动的部件等操作方式，则受振动的影响更大。 5) 寒冷
寒冷是影响振动病发病的重要外界条件之一，故注意保暖很重要。
8.4.7振动控制
可采用下列措施，消除或减少振动,阻止振动的传播，将振动对人的不良影响和损害降至最低： 1）隔离振源。
2）设计减振座椅、弹性垫，以缓冲振动对人的影
响。
3）采用新工艺代替风动工具，或采取减振，防振措
施，以减轻手的振动。
4）增加设备的阻尼，如采用吸振材料、安装阻尼器
或阻尼环、附加弹性阻尼材料等，以减轻设备的图8-9 加速度方向示意 振动。对于可能引起机械振动的陈旧设备，应定期检查维修或改造。
5）采用钢丝弹簧类、橡胶类、软木类、毡板、空气弹簧和油压减振器等多种形式的减振器。
6）降低设备减振系统的共振频率。可通过减少系统刚性系数或增加质量来降低共振频率。例如，风扇、吹
风机、泵、空气压缩机等，常用增加质量的方法来降低共振频率。 7）缩短工人暴露于振动环境的时间。加强手部的保暖。
8.4.8加速度的影响
线性加速度可发生在相对于身体的各个方向。如图8-9所示。在大部分机车中，其加速度是适度的，对人的影响也很小。但一些机车会使乘客产生很大的加速度，像高性能的喷气式飞机和空间火箭，它会带来一定的问题。
1. 头向（向上）加速度的影响 头向加速度（＋Gz）使体重明显增加，软组织有下垂趋势，血液流向身体下半部。头向加速度的主要影响是在人的总体运动和视觉方面。
表8－17 头向加速度的影响 4.5-6Gz 隧道视觉，5秒后渐渐地视觉变暗，继续暴露会丧失知觉。有大约50％的人会从轻微痉挛发展到严重的惊厥。 2.9－4.2Gz 身体不可能抬起，难以抬起手脚。3－4秒后渐渐发展到视觉模糊；再发展到隧道视觉。 29
2.5Gz 难以抬起身体。 2Gz 体重增加，头部和软组织下沉。 头向加速度使得侦察目标，特别是侦察在视野外缘的目标的能力下降。外缘视觉的完全丧失大致出现在＋4.1Gz时，而中央视觉的丧失发生在大约＋5.3Gz。
＋Gz方向加速度对涉及运动、视觉或两者兼有的任务（包括像视觉反应时间、阅读、追踪和特定的更高级的脑力活动）的绩效存在影响，对心血管循环和呼吸也有影响。心脏输出和冲程容积减小，而心率加快、主动脉血压和血管系统阻力增加。
2. 脚向（向下）加速度的影响 加速度为－1Gz时，是令人不快但可忍受的脸部充血的感觉。在－2Gz～－3Gz时，脸部充血就变得严重了，会感到悸动性头疼，5秒后视线渐渐变模糊、变灰白或偶尔会变红。－5Gz时可忍受的极限时间为大约5秒。
3. 前向加速度的影响 加速度不仅影响整体运动和视觉，对呼吸也产生显著的影响。大约在＋6Gx时，感觉迟钝；在＋8Gx时伴随出现由于缺氧而引起的神经损伤。
表8－18 前向加速度的效果总结。 15Gx 呼吸和讲话极度困难，胸部剧痛，触觉丧失，重复出现视觉完全丧失。 9－12Gx 呼吸严重困难，有显著的疲劳感，外缘视觉丧失，中央视觉减退，流泪。 6－9Gx 胸疼和胸闷增强，呼吸短促、困难；外缘视觉进一步减退，模糊感增加，偶尔出现流泪和funneling；在8G时，抬不起身体，腿和手；在9G时，抬不起头。 3－6Gx 胸部渐渐觉得发闷和疼痛；呼吸和说话困难，外缘视觉丧失，视觉模糊。 2－3Gx 下腹部有压力感。 4. 5. 后向加速度的影响 它与前向加速度的影响相似。胸部压力反向，呼吸就更容易了。但所穿的保护用具会引起疼痛和不适。
侧向加速度的影响 这方面的资料还很少，但高强度的侧向加速度在工作环境中也是相对少见的。实验表明人所能忍耐一定时间
的不同方向上的平均加速度水平是不一样的。能忍耐的－Gz方向的加速度最小的，其次是＋Gz方向，再次是－Gx向，＋Gx方向的加速度为最大。个体差异也很重要；经过训练的，经常处于高度兴奋的人能比平常人忍受高得多的加速度水平。
8.4.9对加速度影响的保护措施
加速度较大时（特别是在长时间的经历中，如空间飞行）必须有一些保护措施。一般方式是采用能忍受更大加速度的，与该加速作用同向的姿势。例如，坐着并前倾大约20－25c能比笔直坐着或甚至后倒300或更多的姿势能忍耐更大的前向加速度。其它保护措施还包括使用保护设备，特定形状或网孔状的长椅，以及穿着抗重力服装。
抗重力服装对抵御+Gz方向的加速度有最大的优势，它的某些设计比其他方法更有效，典型的抗重力服装能施压于下腹部和双腿上，因而减弱了当＋Gz方向加速作用时血液流向下腹部和双腿的可能性。对－Gz方向的加速作用，没有什么特别有效的方法来提供保护。
8.4.10减速和撞击
机车的正常减速与加速本质上是一致的，但方向相反。加速通常是逐渐进行的过程，但减速可能是极其突然的，特别在机车事故中。使用安全带能减少50％或更多的事故，因为它能避免乘客撞出车外。安全带能减少大约25％的轻微和中等程度的伤害，而且他们的伤害也不会那么严重。
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