《振动的测试》PPT课件.ppt

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1、第第5 5章章 振动的测试振动的测试第第1 1节节 振动测试基础振动测试基础第第2 2节节 振动的激励振动的激励第第3 3节节 测振传感器测振传感器第第4节节 振动参数的估计振动参数的估计 习题习题1/11/20231/11/2023一、概述一、概述 机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。伴随着各种振动。机械振动在大多数情况下是有害的，振动往往会降低机器机械振动在大多数情况下是有害的，振动往往会降低机器性能，破

2、坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至导致事故。机械性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至导致事故。机械振动还伴随着同频率的噪声，恶化环境，危害健康。另一方面，振动还伴随着同频率的噪声，恶化环境，危害健康。另一方面，振动也被利用来完成有益的工作，如运输、夯实、清洗、粉碎、振动也被利用来完成有益的工作，如运输、夯实、清洗、粉碎、脱水等。这时必须正确选择振动参数，充分发挥振动机械的性脱水等。这时必须正确选择振动参数，充分发挥振动机械的性能。能。在现代企业管理制度中，除了对各种机械设备提出低振动在现代企业管理制度中，除了对各种机械设备提出低振动和低噪声要求外，还需随时对机器的运行状况进行监测、分析、和低

3、噪声要求外，还需随时对机器的运行状况进行监测、分析、诊断，对工作环境进行控制。为了提高机械结构的抗振性能，诊断，对工作环境进行控制。为了提高机械结构的抗振性能，有必要进行机械结构的振动分析和振动设计，这些都离不开振有必要进行机械结构的振动分析和振动设计，这些都离不开振动测试。动测试。第第5 5章章 第第1 1节节 振动测试基础振动测试基础1/11/20231/11/2023二、振动测试的方式二、振动测试的方式 1 1、振动基本参数的测试、振动基本参数的测试 这种方式主要是测量机械或结构在工作状态下的振动，如这种方式主要是测量机械或结构在工作状态下的振动，如振动位移、速度、加速度、频率和相位等，

4、了解被测对象的振振动位移、速度、加速度、频率和相位等，了解被测对象的振动状态，评定等级和寻找振源，对设备进行监测、分析、诊断动状态，评定等级和寻找振源，对设备进行监测、分析、诊断和预测。和预测。2 2、被测试对象基本参数的测试、被测试对象基本参数的测试 这种方式主要这种方式主要是对机械设备或结构施加某种激励，测量其是对机械设备或结构施加某种激励，测量其受迫振动，以便求得被测对象的振动力学参量或动态性能，如受迫振动，以便求得被测对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼比、刚度、频率响应和动态模型等。固有频率、阻尼比、刚度、频率响应和动态模型等。第第5 5章章 第第1 1节节 振动测试基础振

5、动测试基础1/11/20231/11/2023三、振动对象的理论模型三、振动对象的理论模型 1 1、单自由度振动系统、单自由度振动系统 一个单自由振动系统可以抽象为一个二阶系统，其动态特一个单自由振动系统可以抽象为一个二阶系统，其动态特性为：性为：第第5 5章章 第第1 1节节 振动测试基础振动测试基础1/11/20231/11/2023三、振动对象的理论模型三、振动对象的理论模型 1 1、单自由度振动系统、单自由度振动系统 一个单自由振动系统可以抽象为一个二阶系统，其幅频、一个单自由振动系统可以抽象为一个二阶系统，其幅频、相频特性曲线为：相频特性曲线为：第第5 5章章 第第1 1节节 振动测

6、试基础振动测试基础1/11/20231/11/2023三、振动对象的理论模型三、振动对象的理论模型 2 2、多自由度振动系统、多自由度振动系统 对复杂的多自由度振动系统可以看成是多个单自由度振动对复杂的多自由度振动系统可以看成是多个单自由度振动系统的组合，系统的组合，如图所示。如图所示。第第5 5章章 第第1 1节节 振动测试基础振动测试基础1/11/20231/11/2023一、激励（振）方法一、激励（振）方法 1 1、稳态正弦激振、稳态正弦激振 2 2、随机激振、随机激振 3 3、瞬态激振、瞬态激振第第5 5章章 第第2 2节节 振动的激励振动的激励1/11/20231/11/2023一、

7、激励（振）方法一、激励（振）方法 1 1、稳态正弦激振、稳态正弦激振 稳态正弦激振是最普遍的激振方法。它是对被测对象施加稳态正弦激振是最普遍的激振方法。它是对被测对象施加一个稳定的单一频率的正弦激振力，并测定振动响应与正弦力一个稳定的单一频率的正弦激振力，并测定振动响应与正弦力的幅值比与相位差。为测得整个频率范围的频率响应，必须改的幅值比与相位差。为测得整个频率范围的频率响应，必须改变激振力的频率，这一过程称为扫频或扫描。值得注意的是必变激振力的频率，这一过程称为扫频或扫描。值得注意的是必须采用足够缓慢的扫描速度，以保证结构处于稳态振动之中，须采用足够缓慢的扫描速度，以保证结构处于稳态振动之中

8、，对于小阻尼系统，尤其应该注意这一点。对于小阻尼系统，尤其应该注意这一点。2 2、随机激振、随机激振 随机信号一般由纯随机信号、伪随机信号和周期随机信号随机信号一般由纯随机信号、伪随机信号和周期随机信号三种。纯随机信号也称为白噪声。三种。纯随机信号也称为白噪声。随机激振一般用伪随机信号发生器作为信号源，是一种宽随机激振一般用伪随机信号发生器作为信号源，是一种宽带激振的方法。它使测对象在一定频率范围内产生伪随机振动。带激振的方法。它使测对象在一定频率范围内产生伪随机振动。与谱分析仪相配合，获得被测对象的频率响应。与谱分析仪相配合，获得被测对象的频率响应。第第5 5章章 第第2 2节节 振动的激励

9、振动的激励1/11/20231/11/2023一、激励（振）方法一、激励（振）方法 3 3、瞬态激振、瞬态激振 瞬态激振也属于宽带激振法。目前常用的方法有：瞬态激振也属于宽带激振法。目前常用的方法有：快速正弦扫描激振快速正弦扫描激振 这种方式由于仪器设备的进展应用越来越广。激振信号频这种方式由于仪器设备的进展应用越来越广。激振信号频率在扫描周期率在扫描周期T T中呈线性地增大，但是幅值保持不变。激振频率中呈线性地增大，但是幅值保持不变。激振频率范围及扫描周期范围及扫描周期T T都根据试验要求而定。激振函数有着与正弦函都根据试验要求而定。激振函数有着与正弦函数相似的表达式，但因频率的不断变化，所

10、以并非正弦激振而数相似的表达式，但因频率的不断变化，所以并非正弦激振而属于瞬态激振。快速正弦扫频信号及其频谱如下图所示：属于瞬态激振。快速正弦扫频信号及其频谱如下图所示：第第5 5章章 第第2 2节节 振动的激励振动的激励1/11/20231/11/2023一、激励（振）方法一、激励（振）方法 3 3、瞬态激振、瞬态激振 脉冲激振脉冲激振 脉冲激振是用一个装有传感器的锤子（又称为脉冲锤）敲脉冲激振是用一个装有传感器的锤子（又称为脉冲锤）敲击试件，对试件施加一个力脉冲，脉冲的波形及有效频率取决击试件，对试件施加一个力脉冲，脉冲的波形及有效频率取决于脉冲持续时间于脉冲持续时间。取决于锤端的材料，材

11、料越硬取决于锤端的材料，材料越硬越小，越小，则频率范围越大。则频率范围越大。阶跃激振阶跃激振 阶跃激振的激振力来自一根刚度大阶跃激振的激振力来自一根刚度大重量轻的弦。试验时，重量轻的弦。试验时，在激振点处，由力传感器将弦的张力施加在试件上，使之产生在激振点处，由力传感器将弦的张力施加在试件上，使之产生初始变形，然后突然切断张力弦，因此相当于对试件施加一个初始变形，然后突然切断张力弦，因此相当于对试件施加一个负的阶跃激振力。阶跃激振属于宽带激振，在建筑结构的振动负的阶跃激振力。阶跃激振属于宽带激振，在建筑结构的振动测试中被普遍应用。测试中被普遍应用。第第5 5章章 第第2 2节节 振动的激励振动

12、的激励1/11/20231/11/2023二、激振器二、激振器 激振器是对试件施加激振力，激起试件振动的装置。激振激振器是对试件施加激振力，激起试件振动的装置。激振器应该在一定频率范围内提供波形良好器应该在一定频率范围内提供波形良好幅值足够的交变力。幅值足够的交变力。某些情况下需要施加一定的稳定力作为预加载荷。此外，激振某些情况下需要施加一定的稳定力作为预加载荷。此外，激振器应尽量体积小器应尽量体积小重量轻。重量轻。常用的激振器有常用的激振器有电动式、电磁式和电液式电动式、电磁式和电液式三种。三种。第第5 5章章 第第2 2节节 振动的激励振动的激励1/11/20231/11/2023二、激振

13、器二、激振器 1 1、电动式激振器、电动式激振器 电动式激振器的结构如下图所示。它由弹簧电动式激振器的结构如下图所示。它由弹簧壳体壳体磁钢磁钢顶杆顶杆磁极板磁极板铁芯和驱动线圈等元件组成。驱动线圈和顶铁芯和驱动线圈等元件组成。驱动线圈和顶杆相固连，并由弹簧支撑在壳体上，使驱动线圈正好位于磁极杆相固连，并由弹簧支撑在壳体上，使驱动线圈正好位于磁极所形成的高磁通密度的气隙中。当驱动线圈有交变电流通过时，所形成的高磁通密度的气隙中。当驱动线圈有交变电流通过时，线圈受电动力的作用，力通过顶杆传给试件，即为所需的激振线圈受电动力的作用，力通过顶杆传给试件，即为所需的激振力。力。第第5 5章章 第第2 2

14、节节 振动的激励振动的激励1-1-弹簧；弹簧；2-2-壳体；壳体；3-3-磁钢；磁钢；4-4-顶杆；顶杆；5-5-磁极；磁极；6-6-铁芯；铁芯；7-7-驱动线圈驱动线圈 1/11/20231/11/2023二、激振器二、激振器 1 1、电动式激振器、电动式激振器 电动式激振器使用时要注意以下两个问题：电动式激振器使用时要注意以下两个问题：（1 1）驱动线圈产生的电动力是否就是激振力？）驱动线圈产生的电动力是否就是激振力？激振力激振力=电动力电动力-惯性力惯性力-弹性力弹性力-阻尼力阻尼力 （2 2）电动式激振器的安装原则）电动式激振器的安装原则 为了使激振器的能量尽量用于激振对象的激励上为了

15、使激振器的能量尽量用于激振对象的激励上,在激振在激振时最好让激振器基座在空间基本上保持静止。为此，不同的激时最好让激振器基座在空间基本上保持静止。为此，不同的激振要求下，激振器要采用不同的安装方法。振要求下，激振器要采用不同的安装方法。第第5 5章章 第第2 2节节 振动的激励振动的激励1/11/20231/11/2023二、激振器二、激振器 2 2、电磁式激振器、电磁式激振器 电磁式激振器直接利用电磁铁的磁力作为激振力，如下图电磁式激振器直接利用电磁铁的磁力作为激振力，如下图所示，它有两部分，不动部分为所示，它有两部分，不动部分为U U型或型或E E型电磁铁，在磁铁上绕型电磁铁，在磁铁上绕有

16、直流和交流线圈，可动部分分为导磁材料制成的试件和支撑有直流和交流线圈，可动部分分为导磁材料制成的试件和支撑弹簧或机床上的导磁的工件。激振器工作时，电磁铁与试件组弹簧或机床上的导磁的工件。激振器工作时，电磁铁与试件组成闭合的磁回路，气隙中成闭合的磁回路，气隙中的交变磁场使试件承受交的交变磁场使试件承受交变的电磁力，从而激起试变的电磁力，从而激起试件振动。电磁激振器的优件振动。电磁激振器的优点是进行非接触激振，对点是进行非接触激振，对试件无附加质量影响。此试件无附加质量影响。此外，它的激振力大，工作外，它的激振力大，工作频率范围宽，适用于对机频率范围宽，适用于对机床现场激振。缺点是波形床现场激振。

17、缺点是波形失真大、振幅小。失真大、振幅小。第第5 5章章 第第2 2节节 振动的激励振动的激励1/11/20231/11/2023二、激振器二、激振器 2 2、电磁式激振器、电磁式激振器 第第5 5章章 第第2 2节节 振动的激励振动的激励1/11/20231/11/2023二、激振器二、激振器 2 2、电磁式激振器、电磁式激振器 第第5 5章章 第第2 2节节 振动的激励振动的激励1/11/20231/11/2023二、激振器二、激振器 2 2、电磁式激振器、电磁式激振器 电磁式激振器使电磁式激振器使用时要注意的两个问用时要注意的两个问题：题：（1 1）电磁式激振）电磁式激振器要想正常工作，

18、则器要想正常工作，则必须加上直流电流必须加上直流电流（直流分量）。（直流分量）。（2 2）应选择：）应选择：B0B1B0B1，以此来减小，以此来减小二次谐波分量的影响。二次谐波分量的影响。第第5 5章章 第第2 2节节 振动的激励振动的激励1/11/20231/11/2023二、激振器二、激振器 3 3、电液式激振器、电液式激振器 电液式激振器由伺服阀（包括激振器、操纵阀和功率阀）电液式激振器由伺服阀（包括激振器、操纵阀和功率阀）和液压执行元件（活塞）组成。使用时，由信号发生器给伺服和液压执行元件（活塞）组成。使用时，由信号发生器给伺服阀提供激振信号，再由伺服阀控制液压执行元件，使液压执行阀提

19、供激振信号，再由伺服阀控制液压执行元件，使液压执行元件往复运动以激振试件。元件往复运动以激振试件。电液式激振器的最大优点是激振力大、行程大且结构紧凑。电液式激振器的最大优点是激振力大、行程大且结构紧凑。缺点是高频特性差，一般适用于低频（缺点是高频特性差，一般适用于低频（0 0100Hz100Hz）激振。它的）激振。它的波形比电动式激振器差，结构复杂，制造精度及成本较高。波形比电动式激振器差，结构复杂，制造精度及成本较高。第第5 5章章 第第2 2节节 振动的激励振动的激励1/11/20231/11/2023一、测振传感器的作用和类型一、测振传感器的作用和类型 1 1、作用、作用 测试振动所采用

20、的传感器也称为拾振器，在电测法中，它测试振动所采用的传感器也称为拾振器，在电测法中，它可以将被测对象的振动参数如位移、速度、加速度等量转换为可以将被测对象的振动参数如位移、速度、加速度等量转换为电量输出，再通过后接的中间变换器和记录装置即可得到振动电量输出，再通过后接的中间变换器和记录装置即可得到振动信号在时域和频域的描述。信号在时域和频域的描述。2 2、类型、类型 拾振器常用的主要有以下几种类型：拾振器常用的主要有以下几种类型：涡流式位移传感器、磁电式速度传感器和压电式加速度传涡流式位移传感器、磁电式速度传感器和压电式加速度传感器等。目前最常用的是压电式加速度传感器。感器等。目前最常用的是压

21、电式加速度传感器。第第5 5章章 第第3 3节节 测振传感器测振传感器1/11/20231/11/2023二、压电式加速度传感器二、压电式加速度传感器 压电式加速度传感器也称为压电式加速度计，通常简称为压电式加速度传感器也称为压电式加速度计，通常简称为加速度计。加速度计。1 1、组成和结构、组成和结构 压电式加速度计基本上有三大部分组成：压电元件、质量压电式加速度计基本上有三大部分组成：压电元件、质量块和辅助元件。块和辅助元件。压电式加速度计的结构主要有：中心安装压缩型、环形剪压电式加速度计的结构主要有：中心安装压缩型、环形剪切型和三角剪切型。切型和三角剪切型。第第5 5章章 第第3 3节节

22、测振传感器测振传感器1/11/20231/11/2023二、压电式加速度传感器二、压电式加速度传感器 2 2、幅频特性、幅频特性 压电式加速度计的幅频特性曲线如下图所示压电式加速度计的幅频特性曲线如下图所示:第第5 5章章 第第3 3节节 测振传感器测振传感器结论一：结论一：加速度计的使用上限频率取决于幅频特性加速度计的使用上限频率取决于幅频特性 曲线中的共振频率。曲线中的共振频率。1/11/20231/11/2023二、压电式加速度传感器二、压电式加速度传感器 3 3、安装方式、安装方式 随加速度计给定的幅频特性曲线是厂家在钢螺栓连接的方随加速度计给定的幅频特性曲线是厂家在钢螺栓连接的方式下

23、得到的，而实际加速度计使用时可能会采用其他的安装方式下得到的，而实际加速度计使用时可能会采用其他的安装方式，如图所示：式，如图所示：第第5 5章章 第第3 3节节 测振传感器测振传感器结论二：结论二：加速度计幅频特性曲线中的共振频率又与加速度计幅频特性曲线中的共振频率又与 加速度计的固定安装方式有关。加速度计的固定安装方式有关。测试数据：测试数据：KHzKHz钢螺栓：钢螺栓：3131薄腊层：薄腊层：2929绝缘螺栓：绝缘螺栓：2828永久磁铁：永久磁铁：7 7手持探针：手持探针：2 21/11/20231/11/2023二、压电式加速度传感器二、压电式加速度传感器 4 4、使用注意事项、使用注

24、意事项 （1 1）灵敏度）灵敏度 加速度计的灵敏度一般用加速度计的灵敏度一般用g/mvg/mv表示，其大小与质量块、压表示，其大小与质量块、压电元件的压电常数及数量有关。此外，压电式传感器在使用时电元件的压电常数及数量有关。此外，压电式传感器在使用时还须注意横向灵敏度的影响，一般在传感器的外壳上用一个小还须注意横向灵敏度的影响，一般在传感器的外壳上用一个小红点来表示出最小横向灵敏度的方向。红点来表示出最小横向灵敏度的方向。（2 2）前置放大器）前置放大器 压电加速度计前置放大器有电压放大器和电荷放大器。电压电加速度计前置放大器有电压放大器和电荷放大器。电压放大器把压电传感器的电荷量变成电压量再

25、进行放大，并将压放大器把压电传感器的电荷量变成电压量再进行放大，并将压电加速度计的高输出阻抗变成低输出阻抗，主要起阻抗变换压电加速度计的高输出阻抗变成低输出阻抗，主要起阻抗变换作用，故又称为阻抗变换器。电荷放大器的输出电压与输入电作用，故又称为阻抗变换器。电荷放大器的输出电压与输入电荷成正比，它是一个具有电容反馈的高输入阻抗的高增益运算荷成正比，它是一个具有电容反馈的高输入阻抗的高增益运算放大器，目前使用广泛。放大器，目前使用广泛。第第5 5章章 第第3 3节节 测振传感器测振传感器1/11/20231/11/2023一、估计的振动参数一、估计的振动参数 机械系统振动的参数主要有固有频率、阻尼

26、比和振型等。机械系统振动的参数主要有固有频率、阻尼比和振型等。对单自由度系统来讲，只有一个固有频率，其幅频特性曲对单自由度系统来讲，只有一个固有频率，其幅频特性曲线上只有一个尖峰。但实际上一个复杂的机械系统都是多自由线上只有一个尖峰。但实际上一个复杂的机械系统都是多自由度的，因而它具有多个固有频率，其幅频特性曲线上具有多个度的，因而它具有多个固有频率，其幅频特性曲线上具有多个尖峰，振型就是指它得尖峰个数。对这样的多自由度系统可以尖峰，振型就是指它得尖峰个数。对这样的多自由度系统可以看成是多个单自由度系统，因此，只要能估计单自由度系统的看成是多个单自由度系统，因此，只要能估计单自由度系统的固有频

27、率和阻尼比，就可以得到多自由度系统的振动参数。固有频率和阻尼比，就可以得到多自由度系统的振动参数。第第5 5章章 第第4 4节节 振动参数的估计振动参数的估计1/11/20231/11/2023二、估计方法二、估计方法自由振动法自由振动法和和共振法共振法 1 1、自由振动法、自由振动法 自由振动法是一种简单易行的时域测量方法。测试时，对自由振动法是一种简单易行的时域测量方法。测试时，对系统进行激励，测得系统的自由振动响应信号，如下图所示：系统进行激励，测得系统的自由振动响应信号，如下图所示：第第5 5章章 第第4 4节节 振动参数的估计振动参数的估计1/11/20231/11/2023二、估计

28、方法二、估计方法自由振动法自由振动法和和共振法共振法 2 2、共振法、共振法通过振动信号的频域图形进行估计通过振动信号的频域图形进行估计 （1 1）从幅频曲线上进行估计）从幅频曲线上进行估计 已知一振动系统的幅频曲线如图所示：已知一振动系统的幅频曲线如图所示：第第5 5章章 第第4 4节节 振动参数的估计振动参数的估计1/11/20231/11/2023二、估计方法二、估计方法自由振动法自由振动法和和共振法共振法 2 2、共振法、共振法通过振动信号的频域图形进行估计通过振动信号的频域图形进行估计 （2 2）从相频曲线上进行估计）从相频曲线上进行估计 已知一振动系统的相频曲线如图所示：已知一振动

29、系统的相频曲线如图所示：第第5 5章章 第第4 4节节 振动参数的估计振动参数的估计1/11/20231/11/2023一、填空题一、填空题 振动的激振方式有振动的激振方式有 、和和 。常用的激振器有常用的激振器有 、和和 。电磁式激振器在正常工作时应加上电磁式激振器在正常工作时应加上 。加速度计的使用上限频率取决于加速度计的使用上限频率取决于 ，它又跟它又跟 有关。有关。振动参数的估计方法有振动参数的估计方法有 和和 。二、简答题二、简答题 根据激振要求应如何安装激振器？根据激振要求应如何安装激振器？如何用自由振动法估计振动参数？如何用自由振动法估计振动参数？如何用共振法估计振动参数？如何用共振法估计振动参数？第第5 5章章 习题习题1/11/20231/11/2023