机械工程检测7机械振动测试.pdf

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1、第第7章章 机械振动测试与分析机械振动测试与分析 主要研究内容主要研究内容：1.1.了解测振传感器的基本结构和原理了解测振传感器的基本结构和原理 2 2.了解振动测量的工程应用了解振动测量的工程应用 3 3.了解振动实验装置了解振动实验装置 7.1 振动测量基础知识振动测量基础知识 一、振动的基本参数一、振动的基本参数 幅值：振动强度大小幅值：振动强度大小 频率：频谱分析寻找振源频率：频谱分析寻找振源 相位：确定共振点、振型测量等相位：确定共振点、振型测量等 二、研究振动测试的重要性 1.为进行机械结构的振动分析或振动设计服务，以实现低振级、低噪声的要求；2.为改善现成的机构或结构的抗振性能，

2、也需测量振动。风洞实验等风洞实验等(赛车机构设计赛车机构设计,飞机飞机)三、振动的分类 机械振动 按振动产生原因 自由振动 强迫振动 自激振动 按振动系统结构参数分类 按振动的时间规律 按确定振动的独立坐标数分类 线性振动 非线性振动 确定性振动 随机振动 简谐振动 周期振动 非周期振动 单自由度振动 多自由度振动 连续弹性体振动 四、振动测试内容 1.振动基本参数的测量 测量振动物体上某点的位移、速度、加速度、频率和相位，以判别振动的强度（振级），找出振动根源，加以克服或改进。2.结构或部件动态特性的测定（激振实验）输入 激振力 系统 响应 确定被测件的n、fn、目的：通过动特性测定，以判定

3、结构的抗振能力 这种试验称为频率响应试验或机械阻抗试验 五、振动测量分类 测量原理 机械式 适用被测振动频率较低、振幅 较大和精度不高的场合。光学式 可实现无接触测量，但只能作 相对测量，故需良好隔振。电气式 是瞬态、冲击和随机振动等复 杂参数的位移测量手段。振动测量参考坐标 绝对式 选惯性空间（大地）作 测量时的参考坐标 相对式 选空间动点或不动点作 测量时的参考坐标 六、一般振动测试系统的组成 1.振动参数测量系统 被测振动 传感器 中间变换器 预处理电路 振动 分析仪器 显示 2.频率响应实验测量系统 例：典型机床频响测试系统 在振动测试中要注意两个问题：1.干扰干扰 振动分析仪器应能在

4、噪声背景下检测出有用的信息。2.匹配匹配 振动分析仪器中得到的各环节串联而成的整个系统的特征。最理想的各个环节应是 A()=A0 ()=0 七七 单自由度系统的受迫振动单自由度系统的受迫振动 质量块受力时产生的受迫振动质量块受力时产生的受迫振动)()()()(22tftkydttdycdttydm=+力平衡方程式力平衡方程式 式中：式中：c 阻尼系数阻尼系数 k 弹簧刚度弹簧刚度 f(t)系统输入系统输入 z 系统输出系统输出 受力激振时，以位移为响应时的频率响应特性 nnjjFjZjH2)(11)()()(2+=幅频特性 222)2()(1 1)(nnzA+=相频特性 2)(12)(nnar

5、ctg=式中 振动系统的阻尼比，激振力的圆频率 n 振动系统的固有频率，kmc2=mkn=质量块受力时产生的受迫质量块受力时产生的受迫振动的加速度频响曲线振动的加速度频响曲线 位移共振频率 位移共振频率位移共振频率 输入为力，输出为振动位移时，幅频特性上幅值最大处的频率rz；响应是位移的幅频特性：mmzFZA=)(位移共振频率：nnrz+=221相位共振 从幅频特性上看，当很小，即小阻尼时，rz n，ra n，故常采用r作为n的估计值。从相频特性上看，不管系统的阻尼比时多少，在（/n）=1时位移始终落后于激振力900，这种现象称为相位共振相位共振，一般固有频率的估计用相频特性曲线比较准确，因为

6、这段曲线比较陡峭，频率稍有偏移，相位就明显偏移900。八 由基础运动所引起的受迫振动 力平衡方程式 0)()(1010202=+zzkzzdtdCdtzdm21201012012dtzdmkzdtdzCdtzdm=+Z1(t)基础的绝对位移 Z0(t)质量m的绝对位移 Z01(t)质量m对基础的 相对位移 z01=z0-z1 2222)2()(1)()(nnnzA+=2)(12)(nnarctg=幅频特性、相频特性：基础受力时产生的受迫振动基础受力时产生的受迫振动 0)()()()()(1010202=+tytyktytydtdcdttydmdttydmtkydttdycdttydm)()()

7、()(1201012012=+)()()(1001tytyty=基础受力时产生的受迫振动幅频曲线基础受力时产生的受迫振动幅频曲线 7.2 7.2 振动的激励与激振器振动的激励与激振器 a、激励方式、激励方式 稳态正弦激振稳态正弦激振 瞬态激振瞬态激振 随机激振随机激振 快速正弦扫描激振快速正弦扫描激振 脉冲激振脉冲激振 阶跃（张驰）激振阶跃（张驰）激振 一、稳态正弦激振 1.逐点正弦激振 单一频率正弦力 系统 稳态响应 幅频特性、相频特性 将响应纪录下来，然后作图 2.慢速扫频激振 信号发生器采用无极或有极地改变正弦激振力的频率，即频率扫描，这样激振频率随时间而变化，严格讲这是一种瞬态的激振，

8、但采用足够缓慢的扫描速度，使分析仪器有足够的响应时间，使被测对象处于稳定振动状态，这样可近似逐点正弦激振。二、随机激振 1.白噪声激振 白噪声的性质：1)频谱相当于所有频率成分均有；2)自相关函数=0时为陡峭的峰，稍偏离0就很快衰减；3)自功率谱密度函数接近于常数。2.伪随机激振 用伪随机信号发生器或用计算机产生伪随机码来产生随机激振信号。伪随机信号具有一定的周期性，在一个周期内的信号是随机的，但各个周期内的信号又完全相同。3.实际随机激振 三、瞬态激振 1.快速正弦扫描激振)0()(2sin)()()(TttbattptpTtp0预压缩量 n 固有频率 被测振动频率 xm被测振幅 2.绝对式

9、测振 21201012012dtzdmkzdtdzCdtzdm=+（惯性式拾振器）力学模型就是由基础运动引起的受迫振动的模型 当选择参数n、不同时，可以做成振幅计（位移计）、速度计和加速度计 构成振幅计的条件 53n1其幅频、相频特性分别如下：2222101)2()(1)()(nnnzzzA+=2)(12)(nnzarctg=1)(=zA构成加速度计的条件 51n1其幅频、相频特性分别如下：222221)(+=nnnvA2122)(=nnvarctgcAvn21)(=C、振动量的测量（振动位移、速度、加速度）正弦测量系统 动态应变测量系统 频谱分析系统（模拟量、数字量）D、机械振动参数的估计（

10、固有频率、阻尼比、振型）多自由度系统的频率特性 自由振动法 1.的测定 1ln+=iiMM2422+=很小时 nnnnn24222+=niinMM+=ln较大时 2.n的测定 22121=ddnT二、共振法 正弦信号系统 响应作出幅频、相频特性曲线 1.总幅值法从幅频曲线进行估计（1）估计n 221=nrznrv=221=nra当很小时，narrvrz=（2）的估计 n212=2.相位共振法利用相频曲线进行估计 从相频曲线=n处的斜率可直接估计阻尼比。3.分量法根据虚实部频率特性进行估计 7.5 测试实例测试实例 脉动法桥梁模态测试技术 强迫振动时桥梁振动测试技术 桥梁动挠度信号恢复技术 现场

11、桥梁动态测试技术现场桥梁动态测试技术 桥梁动态测试系统 被被 测测 桥桥 梁梁 程控程控放大放大 抗混抗混滤波滤波 程控程控放大放大 抗混抗混滤波滤波 16路路模模拟拟开开关关 采 样采 样/保持保持 A/D板板 接接口口电电路路 PCI 总总线线 主机主机 输入设备输入设备 输出设备输出设备 传传感感器器 桥梁动态测试系统硬件组成桥梁动态测试系统硬件组成 开开 始始 用户密码校验用户密码校验 密码正确密码正确？结结 束束 双通道频谱双通道频谱 分析显示分析显示 单点时域单点时域 波形显示波形显示 互谱分析和相互谱分析和相干函数分析干函数分析 单点信号单点信号 时频域分析时频域分析 桥梁实验资

12、料输入桥梁实验资料输入 数据处理报告输出数据处理报告输出 实验报告归入数据库实验报告归入数据库 结结 束束 Y N 动挠度波形动挠度波形 恢复恢复 相邻测点信号相邻测点信号 差值时频域分析差值时频域分析 桥梁损伤桥梁损伤 分析显示分析显示 应变应变/曲率曲率 模态分析模态分析 桥梁模态桥梁模态 分析显示分析显示 传感器校验传感器校验 信号读入信号读入 传感器时域传感器时域 数据校验数据校验 传感器频域传感器频域 性能校验性能校验 桥梁测试数据的分析处理和显示模块的流程图 工字钢梁实验现场测点布置 工字钢梁实验现场仪器设备 三峡覃家沱大桥实验三峡覃家沱大桥实验 80m 130m 80m 58m

13、100m 0#3#2#1#1/4s1 3/4s1 1/4s2 1/2s2 3/4s2 1/4s3 1/2s3 1/4s3 s1 s2 s3 1#2#3#0#纵截面图 垂直振动模态检测的测点分布图 0#3#2#1#3#2#1#0#覃家沱大桥竖向一阶、二阶模态振型 一阶：模态频率：1.16Hz 阻尼比：0.00962 二阶：模态频率：1.962Hz 阻尼比：0.00656 深圳梅林2#、3#人行过街桥实验 振动筛振动测试实验 GW型振动筛的动态特性测试研究型振动筛的动态特性测试研究 离线激振试验离线激振试验 在线振动实测在线振动实测 固有频率、阻尼、动刚度、东质量、固有频率、阻尼、动刚度、东质量、

14、振型：特征点的振动幅、速度、加速振型：特征点的振动幅、速度、加速度；相位度；相位 特征点的运动轨迹、速度、加速度；特征点的运动轨迹、速度、加速度；筛箱应变、应力；筛网受力；噪声；筛箱应变、应力；筛网受力；噪声；电机与轴成温电机与轴成温 动态特性动态特性 动态参数动态参数 传递特性传递特性 参数优选参数优选 动态设计动态设计 提高筛分效率提高筛分效率 GW型振动筛动态测试型振动筛动态测试 M1420AM1420A万能外圆磨床振动测试与分析（上海）万能外圆磨床振动测试与分析（上海）测点布置测点布置 1 1：砂轮主轴箱上部：砂轮主轴箱上部 2 2：砂轮主轴箱侧面：砂轮主轴箱侧面 3 3：砂轮架侧面：

15、砂轮架侧面 4 4：砂轮架上部：砂轮架上部 5 5：导轨电机座：导轨电机座 6 6：导轨电机外壳上部：导轨电机外壳上部 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 测试现场测试现场 现场测试现场测试 CKA6136CKA6136数控车床振动测试与分析（上海）数控车床振动测试与分析（上海）测试现场测试现场 1 1:主轴主轴 2 2:导轨导轨 3 3:刀架刀架 测点布置测点布置 现场测试现场测试 CM6140CM6140普通车床振动测试与分析（上海）普通车床振动测试与分析（上海）机箱机箱 主轴主轴 导轨导轨 刀架刀架 测试现场与测点布置测试现场与测点布置 现场测试现场测试 变速器封闭实验全貌变速器封闭实验全貌 该实验台主要由液压泵站、冷却系统、该实验台主要由液压泵站、冷却系统、调速电机、加载器、传感器、离合器、主试调速电机、加载器、传感器、离合器、主试箱和陪试箱等部分组成。箱和陪试箱等部分组成。汽车齿轮箱测试分析与故障诊断汽车齿轮箱测试分析与故障诊断 16T16T-180180同步器型变速箱封闭实验台现场测试同步器型变速箱封闭实验台现场测试 变速箱封闭实验台油路系统现场测试变速箱封闭实验台油路系统现场测试 石油机械动态测试与分析石油机械动态测试与分析 测试现场测试现场 现场测试现场测试