振动模态测试报告.docx

词国大当课题振动模态测试系统的组成专 业 机电工程学 号姓 名指导老师二o一四年三月机电工程学院（常州）振动模态测试系统的组成基于某数控机床主轴箱振动模态测试系统主要由激振系统、拾振系统和分析系统组成。 系统的结构框图如下图所示。数控机床主轴箱激励信号、I kPULSE分析仪PULSE分析仪Mc'scope分析软件>力传感器=>响应信号I、>拾振传感器=>图1 .测试系统结构框图(1)测点布置采纳移动锤击法，即逐点敲击多点测量的脉冲激励测试技术。测 试的详细方法是：在数控机床主轴箱上依据建立的动力学模型的激励 点和拾振点布置图确定激励点和拾振点的位置，在激振点上以多次平 均方式施加激振力(每点激振5次)，同时测量各拾振点的振动响应, 激励信号和响应信号分别依靠输入数据和分析系统进行分析处理，得 到反映激振力和振动响应关系的传递函数。采纳五次平均法的缘由：在锤击脉冲激振试验中，敲击力脉冲信 号的质量是测试的关键，它直接影响着振动模态测试的精度。振动模 态测试中所选的数控机床属于小型机床，对于锤击激振这种方式的锤 击力要掌握在适当的载荷范围内。当敲击力小时，高频模态不易被激 出来，信噪比小，可能引起二次锤击（连击）；当敲击力过大时，简 单使结构进入弹塑性或非线性范围等。因此，系统采纳信号5次平均 的方法，该方法可以明显提高信号的信噪比。图2.测点布置图（2）传感器选型拾振传感器选用了B&K公司生产的4 5 1 4 - 0 0 1型集成电路式压电加速度传感器。该加速度传感器的灵敏度为1 OmV/g,主要特性是内置低噪声电路、质量相对低（8. 6 g）、具有电绝缘基座、10kHz （±1 0 %）频率范围，这些特性使得该传感器有着极强的通用性，适合众多的 测量应用。图3.4514 0。1型集成电路式压电加速度传感器（3）测试仪器测试使用产生脉冲信号的激振锤作为激振器.脉冲锤由锤头、力 传感器、锤柄、附加质量等组成，锤头由钢、铝、尼龙、氟四种不同 材料组成。使用不同的锤头激励，可得到不同的激励频率范围.试验 采纳申克的8 2 0 7型脉冲响应力锤，其本身具有S A 0 1 1型压 电式加速度传感器，特点是体积小、质量轻、固有频率高，可测频率 范围宽。（4）分析仪器本次测试采纳的是PULSE系统。PULSE系统是丹麦B&K公 司于1996年推出的世界上首个噪声、振动分析仪系统，能够同时进行多通道、实时、FFT、CPB、总级值等分析。图4.PULSE测试仪1 .采样参数的设置采样参数的设置是通过7 7 0 0 -P u 1 s e分析系统的“A n a 1 y s e Setup （分析设置）”功能完成的，依据选取的数 控机床的转速条件和所关怀的模态固有频率特性，选取最高分析频率 为f c = 2 0 0 H z ,仪器自动依据采样定理，确定采样频率f s , 依据f s = 2.5 6 f c （不产生频率混迭的最低采样频率f s要求 在2倍最大分析频率f c ,之所以采纳2.56倍，主要跟计算机二进 制的表示方式有关，其主要目的是避开信号混淆，保证高频信号不被 歪曲成低频信号），确定f s为5 1 2 H z。选取分析结果为2 0 0 线，仪器自动确定采样点数N。其7 7 0 0 P u 1 s e分析系统的 部分分析设置界面如下图所示。图5.采样参数的设置2 .分析结果 tat Oaplar Fenwt ： Trww«or Motta CxvtN 目NU O EMM史.L11H 业 q4-* 2Li 园PhCSBSHq 任区.4； A： 4) “4 A? ns k *，A： 。； *： x»：3 X,；4 A；S X-广 X:，A；90. So.x； ；W«-«图6.分析结果图从振动模态测试结果分析可知，各阶振动都有主轴箱前面板的参 加，特殊在高阶模态时，主轴箱前面板振动猛烈，发生了弹性变形.由 于主轴箱结构的刚度也是机床设计中的一项重要工作，通常需要通过 掌握结构的刚度以防止发生振动、降低加工的精度.因此，建议该机 床在进行结构修改时增加主轴箱前面板的刚度。