機械測試技術(shù)實驗實驗報告機械轉(zhuǎn)子試驗臺的振動和噪聲測試及分析綜合實驗班級：第三小組組長：成員（按姓氏）：西安交通大學(xué)機械基礎(chǔ)實驗教學(xué)中心目錄一實驗簡介………………………11.1實驗?zāi)康摹?1.2實驗儀器與設(shè)備……………11.3實驗要求……………………1二實驗方案………………………22.1實驗階段……………………22.1.1準(zhǔn)備階段………………22.1.2實施階段………………22.1.3總結(jié)分析階段…………22.2注意事項……………………2三測試系統(tǒng)搭建…………………33.1測試系統(tǒng)框架圖……………33.2傳感器的位置選擇與搭建…………………43.2.1位移傳感器……………43.2.2加速度傳感器…………43.2.3速度傳感器……………63.2.4聲級計…………………73.2.5轉(zhuǎn)速傳感器……………73.3傳感器后續(xù)連接……………9四信號采集與分析………………94.1信號采集……………………94.2聲級計標(biāo)定…………………104.3轉(zhuǎn)子軸心軌跡的測量………104.4不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子振動的時域分析…………114.5不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子振動的頻域分析…………134.6不同轉(zhuǎn)速下噪聲的時域分析………………194.7不同轉(zhuǎn)速下噪聲的頻域分析………………214.8轉(zhuǎn)子振動與噪聲相干分析…………………254.9轉(zhuǎn)子動平衡…………………26五實驗總結(jié)………………………275.1實驗結(jié)論……………………275.2實驗中遇到的問題…………275.3實驗心得……………………28一實驗簡介1.1實驗?zāi)康尼槍C械轉(zhuǎn)子實驗臺，能夠較熟練地掌握機械動態(tài)信號（振動、噪聲等）測試系統(tǒng)設(shè)計、測試系統(tǒng)搭建、數(shù)據(jù)采集及信號處理的方法和技術(shù)。1.2實驗儀器與設(shè)備機械動態(tài)信號測量與信號采集分析系統(tǒng)機械轉(zhuǎn)子實驗臺1臺加速度傳感器1個速度傳感器1個電渦流位移傳感器2個光電傳感器1個噪聲測量儀1臺計算機1臺1.3實驗要求1.針對轉(zhuǎn)子實驗臺對象，按照機械動態(tài)特性測試要求，完成機械振動和噪聲的計算機測試系統(tǒng)設(shè)計；2.選用合適的振動和噪聲測試傳感器及其信號調(diào)理裝置；3.構(gòu)建計算機測試系統(tǒng)，掌握振動和噪聲信號分析軟件使用方法；4.自主完成轉(zhuǎn)子實驗臺振動和噪聲的測量、信號采集；5.通過信號分析，得出轉(zhuǎn)子實驗臺在不同轉(zhuǎn)速下的振動和噪聲的時域波形、頻譜（從轉(zhuǎn)速600rpm—1800rpm每200轉(zhuǎn)測一組轉(zhuǎn)速、振動時域信號、振動頻域信號、噪聲時域和頻域的信號數(shù)據(jù)）；找出轉(zhuǎn)速和振動及噪聲的關(guān)系，并對轉(zhuǎn)子實驗臺的動態(tài)特性進行分析評價。6.對振動和噪聲進行相干分析，并對結(jié)果進行合理解釋。二實驗方案2.1實驗階段根據(jù)實驗要求和實際情況，我們大致將本次實驗分為三個階段進行，即準(zhǔn)備階段、實施階段、總結(jié)分析階段。2.1.1準(zhǔn)備階段熟悉試驗臺，熟悉各個傳感器的安裝位置及功能，以及整個測試系統(tǒng)的線路連接?；菊莆招盘柗治鲕浖氖褂谩Ｕ莆崭鱾鞲衅鞯臉?biāo)定方法，嘗試進行信號采集及分析處理，為正式采集做準(zhǔn)備。2.1.2實施階段連接測試線路，對各傳感器進行靈敏度設(shè)定，對聲級計進行標(biāo)定。通過兩個電渦流傳感器采集的信號，得到軸心的運動軌跡，觀察其形狀，判斷轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的不平衡程度。合理安裝聲級計位置，準(zhǔn)備進行噪聲信號的采集。通過速度和加速度傳感器采集并得到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動引起的振動的時域和頻域圖。與此同時，采集得到噪聲信號的時域和頻域圖。通過計算機軟件對振動和噪聲進行相干分析，并判斷噪聲是否由轉(zhuǎn)子的振動引起。在不同轉(zhuǎn)速下重復(fù)上述實驗過程。2.1.3總結(jié)分析階段利用實驗得到的數(shù)據(jù)，對噪聲和振動的關(guān)系進行分析討論，得出噪聲的主要來源，如果可能，進一步提出降低轉(zhuǎn)自振動的方案。2.2注意事項以上方案是通過理論分析聯(lián)系實際在理想情況下提出的，實際實施中可能會出現(xiàn)各種問題：設(shè)備及軟件使用不熟練引起的操作失誤及數(shù)據(jù)異常。信號采集過程中干擾信號的混入難以避免，應(yīng)盡量根據(jù)實際條件采取措施，減小干擾信號的影響。如：實驗臺桌面的振動；其他實驗小組的影響；噪聲采集過程中其他聲音的干擾以及周圍物體對聲波反射作用的干擾。有實驗設(shè)備包括傳感器存在自身故障的可能，實驗前應(yīng)仔細檢查。實際數(shù)據(jù)可能會與理想的實驗數(shù)據(jù)存在出入，應(yīng)對得到的數(shù)據(jù)進行大致判斷，估計其合理性。實驗過程中應(yīng)具體問題具體分析，合理調(diào)整實驗方案。三測試系統(tǒng)搭建3.1測試系統(tǒng)框架圖轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速

噪聲

振動轉(zhuǎn)速傳感器

位移傳感器

速度傳感器

加速度傳感器

聲級計

計算機數(shù)據(jù)采集裝置圖3.1.1測試系統(tǒng)框架圖3.2傳感器的位置選擇與搭建3.2.1位移傳感器位移傳感器是利用電渦流傳感器制成，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，通過檢測磁場的大小來檢測傳感器與轉(zhuǎn)軸之間的距離，從而達到測量位移的作用。共有兩個，XY方向各一個，裝在轉(zhuǎn)軸的支撐處。圖3.2.1位移傳感器安裝3.2.2加速度傳感器加速度傳感器是利用壓電傳感器制成，所謂壓電效應(yīng)是指某些電介質(zhì)在受到某一方向的外力作用而發(fā)生形變（包括彎曲和伸縮形變）時，由于內(nèi)部電荷的極化現(xiàn)象，會在其表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象。加速度傳感器安裝在基架上。圖3.2.2加速度傳感器安裝3.2.3速度傳感器速度傳感器是接觸式傳感器，多為磁電式速度傳感器或者其他，也是安裝在基架上。圖3.2.3速度傳感器安裝3.2.4聲級計聲級計是最基本的噪聲測量儀器，它是一種電子儀器，但又不同于電壓表等客觀電子儀表。在把聲信號轉(zhuǎn)換成電信號時，可以模擬人耳對聲波反應(yīng)速度的時間特性；對高低頻有不同靈敏度的頻率特性以及不同響度時改變頻率特性的強度特性。因此，聲級計是一種主觀性的電子儀器。圖3.2.4聲級計安放3.2.5轉(zhuǎn)速傳感器本次試驗轉(zhuǎn)速傳感器是利用光電式轉(zhuǎn)速傳感器，反射式光電傳感器在被測轉(zhuǎn)軸上設(shè)有反射記號，由光源發(fā)出的光線通過透鏡和半透膜入射到被測轉(zhuǎn)軸上。本次試驗中光電傳感器安裝在轉(zhuǎn)軸一端。圖3.2.5轉(zhuǎn)速傳感器安裝圖3.4.6傳感器整體安裝位置3.3傳感器后續(xù)連接在連接儀器時，一號通道接通的為轉(zhuǎn)速傳感器，二號通道接通的為速度傳感器，三號通道接通的為加速度傳感器，四號五號都是接通的為電渦流位移傳感器，六號通道接通的為噪聲聲級計，通過計算機軟件對振動和噪聲進行相干分析，獲得實驗結(jié)果。圖3.3.1傳感器與動態(tài)信號采集系統(tǒng)的連接四信號采集與分析4.1信號采集本實驗一共用到四種傳感器分別是：光電轉(zhuǎn)速傳感器、加速度傳感器、速度傳感器、電渦流位移傳感器。其中通過兩個電渦流傳感器采集的信號，得到軸心的運動軌跡，用速度和加速度傳感器采集并得到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動引起的振動的時域和頻域圖，但由于在運用加速度傳感器進行采集數(shù)據(jù)時，受到外圍環(huán)境的影響，誤差較大，所以我們就以速度傳感器測得數(shù)據(jù)進行測量分析，同時采集得到噪聲信號的時域和頻域圖，進行比較分析。4.2聲級計標(biāo)定圖4.2.1聲級計的標(biāo)定截圖正確連接聲級計到測試系統(tǒng)，圖中為通道2-7，設(shè)置單位為Pa，使用94dB標(biāo)準(zhǔn)聲源，調(diào)節(jié)靈敏度，使信號在時域圖中的有效時為1Pa，可看到此時靈敏度為2100。完成聲級計的標(biāo)定。4.3轉(zhuǎn)子軸心軌跡的測量軸心軌跡由兩個互為的90度的電渦流傳感器測出?？梢苑从吵鲛D(zhuǎn)軸的不平衡成度。若轉(zhuǎn)動平衡，軸心軌跡應(yīng)為直徑很小的圓，若不平衡，軌跡呈現(xiàn)尺寸較大的橢圓。設(shè)置轉(zhuǎn)速為1200rpm（實際為1211rpm），測量軸心軌跡如圖所示，由圖可看出，轉(zhuǎn)子中心轉(zhuǎn)動不平衡，最大振動幅值在30μm左右。（此值可與后續(xù)平衡后振幅做比較）圖4.3.1轉(zhuǎn)速1211rpm軸心軌跡截圖4.4不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子振動的時域分析圖4.4.1轉(zhuǎn)速600rpm轉(zhuǎn)子振動時域截圖圖4.4.2轉(zhuǎn)速798rpm轉(zhuǎn)子振動時域截圖圖4.4.3轉(zhuǎn)速1221rpm轉(zhuǎn)子振動時域截圖圖4.4.4轉(zhuǎn)速1616rpm轉(zhuǎn)子振動時域截圖圖4.4.5轉(zhuǎn)速1831rpm轉(zhuǎn)子振動時域截圖4.5不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子振動的頻域分析將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速從1800轉(zhuǎn)至600轉(zhuǎn)以200轉(zhuǎn)為間隔進行測試，從而得到了以下7個頻域圖譜。圖4.5.1轉(zhuǎn)速1801rpm轉(zhuǎn)子振動頻域截圖圖4.5.2轉(zhuǎn)速1597rpm轉(zhuǎn)子振動頻域截圖圖4.5.3轉(zhuǎn)速1399rpm轉(zhuǎn)子振動頻域截圖圖4.5.4轉(zhuǎn)速1210rpm轉(zhuǎn)子振動頻域截圖圖4.5.5轉(zhuǎn)速1009rpm轉(zhuǎn)子振動頻域截圖圖4.5.6轉(zhuǎn)速818rpm轉(zhuǎn)子振動頻域截圖圖4.5.7轉(zhuǎn)速606rpm轉(zhuǎn)子振動頻域截圖表4.5.1轉(zhuǎn)子振幅及頻率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖4.5.8轉(zhuǎn)子振幅與轉(zhuǎn)速折線圖分析:從圖中可以看出，振動信號表現(xiàn)出明顯的諧波性，主要的峰值基本出現(xiàn)在工頻處，其他的峰值所對應(yīng)的頻率也基本為工頻的諧波。以轉(zhuǎn)速為1801轉(zhuǎn)時的頻譜為例，峰值出現(xiàn)在工頻（1800/60=30HZ）處，而在二倍頻60HZ處也有明顯的振動信號。當(dāng)轉(zhuǎn)速在1000轉(zhuǎn)以上時，主要峰值出現(xiàn)在工頻處，倍頻處的峰值影響相對較小，振動主要是由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的不平衡引起的；而當(dāng)轉(zhuǎn)速低于1000轉(zhuǎn)時，工頻處的峰值與倍頻處的峰值相差無幾，這時振動不僅是由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動不平衡引起，還與其他的外界因素有較大關(guān)聯(lián)。而在不同轉(zhuǎn)速下，振動信號峰值的大小也不一樣，從一系列的頻譜可以知道，轉(zhuǎn)速越快，振動信號的峰值越大。其中1210轉(zhuǎn)時峰值逆趨勢發(fā)生突增，是因為在實驗時干擾引起的誤差。綜上所述，振動主要是由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的不平衡所引起的，并且隨著轉(zhuǎn)速的增大，振動也會隨之增大。4.6不同轉(zhuǎn)速下噪聲的時域分析圖4.6.1轉(zhuǎn)速798rpm噪聲時域截圖圖4.6.2轉(zhuǎn)速1221rpm噪聲時域截圖圖4.6.3轉(zhuǎn)速1408rpm噪聲時域截圖圖4.6.4轉(zhuǎn)速1616rpm噪聲時域截圖圖4.6.5轉(zhuǎn)速1831rpm噪聲時域截圖4.7不同轉(zhuǎn)速下噪聲的頻域分析噪聲測量時，由于電動機會產(chǎn)生較大的噪聲，在頻譜圖中將會占據(jù)最主要的地位，這樣就無法分析轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的噪聲，所以我們將頻譜圖頻率范圍固定在0至200HZ進行分析。在頻譜圖中我們可以看出，噪聲信號也表現(xiàn)出了明顯的諧波性，主要峰值出現(xiàn)在工頻處，而其他峰值基本也處于倍頻處。如轉(zhuǎn)速為1797轉(zhuǎn)時，噪聲信號峰值出現(xiàn)在工頻（1800/60=30HZ）處，而2倍頻60HZ出也有一峰值。工頻處噪聲信號的大小有著隨轉(zhuǎn)速減小而減小的趨勢，當(dāng)轉(zhuǎn)速降至1000轉(zhuǎn)時，噪聲信號基本為0，而其余的信號沒有太大變化，從這里可以初步得出噪聲信號主要是由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動引起的，其他不變的為外界的干擾信號。圖4.7.1轉(zhuǎn)速1797rpm噪聲頻域截圖圖4.7.2轉(zhuǎn)速1608rpm噪聲頻域截圖圖4.7.3轉(zhuǎn)速1408rpm噪聲頻域截圖圖4.7.4轉(zhuǎn)速1203rpm噪聲頻域截圖圖4.7.5轉(zhuǎn)速1004rpm噪聲頻域截圖表4.7.1噪聲峰值頻率與轉(zhuǎn)速關(guān)系4.8轉(zhuǎn)子振動與噪聲相干分析通過把所測噪聲的頻譜圖與所測轉(zhuǎn)速振動頻譜圖進行相干分析獲得振動與噪聲的的關(guān)系。在轉(zhuǎn)速為1403rpm時，其工頻為24Hz，其相關(guān)分析見圖4.8.1。圖4.8.1轉(zhuǎn)子振動與噪聲相干分析截圖圖中橫坐標(biāo)為不同的頻率，縱坐標(biāo)為相干系數(shù)表征在不同頻率下的振動和噪聲的相干性，由圖可知，在整個分頻帶內(nèi)，有許多頻率對應(yīng)的相干系數(shù)都較大，在大概23.78Hz，的時候我們看到相干函數(shù)值0.90，說明振動和噪聲的相干性很好，故可知該噪聲和機械轉(zhuǎn)子的振動在工頻處有很大程度的相關(guān)程度，可以認為轉(zhuǎn)子的噪聲主要是由轉(zhuǎn)子的振動引起。4.9轉(zhuǎn)子動平衡圖4.9.1轉(zhuǎn)子動平衡前后振動幅值對比圖圖4.9.2轉(zhuǎn)子動平衡前后軸心軌跡對比圖通過在轉(zhuǎn)盤上加裝質(zhì)量塊，對轉(zhuǎn)盤的不平衡進行補償，補償后測量的振動及軸心軌跡如圖所示。未平衡前，速度傳感器測得的最大值為1.7mm/s，軸心軌跡振幅在30μm左右；平衡后，速度傳感器測得的最大值為0.84