振動的測量各種各樣的機械振動內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)動曲軸鐘擺的擺動琴弦的振動§7.1振動的概念一、振動的特點1.振動現(xiàn)象的普遍性。2.振動多數(shù)是有害的。3.振動可以利用。二、機械振動系統(tǒng)的3個要素1.慣性－－使系統(tǒng)持續(xù)運動的性質(zhì)2.恢復(fù)性－－能使系統(tǒng)恢復(fù)到平衡狀態(tài)的性質(zhì)3.阻尼－－使系統(tǒng)能量消耗掉的性質(zhì)這三個基本要素通常分別由物理參數(shù)質(zhì)量M、剛度K和阻尼C表征。三、振動測試的內(nèi)容w機械結(jié)構(gòu)或部件已振時：測量振動位移、

速度、加速度、頻率和相位等，尋找振源，進行監(jiān)測、分析、診斷和預(yù)測；w機械設(shè)備或結(jié)構(gòu)未振時：先施加某種激勵，讓其作受迫振動，測量固有頻率、阻尼、

剛度、響應(yīng)和振型等。一.簡諧振動1.定義:

以正弦或余弦函數(shù)(統(tǒng)稱為諧波函數(shù))表示的振動，稱為簡諧振動。§7.2機械振動的類型二、復(fù)合周期振動由兩個或兩個以上的頻率之比為有理數(shù)的簡諧振動復(fù)合

而成的振動。三、準周期振動由頻率比不全為有理數(shù)的簡諧振動疊加而成。四、瞬態(tài)振動、沖擊振動瞬態(tài)振動是指在極短時間內(nèi)僅持續(xù)幾個周期的振動。單個脈沖是沖擊振動(過程突然發(fā)生、持續(xù)時間短)。五、隨機振動沒有確定的周期，振動量與時間也無一定的關(guān)系。以彈簧振子為例得出普遍結(jié)論：1.力學(xué)模型F合=

-

kx

由

F合

=ma

=一kx2.運動學(xué)方程

k

2m3.微分方程x

2kmo

x§7.3單自由度無阻尼自由振動+O

x

=0

dt

2a

=一x

=一O

x

mdO

=kk2(2)振幅A

A

=

x0

2(3)初相位Q

tanQ

=

一系統(tǒng)的固有性質(zhì)與初始條件無關(guān)、與振幅無關(guān)Q與何時開始計時有關(guān)4.三個特征量A

、O

、

Q(O

t+Q)

—相位(1)角頻率2+

v0

OxkmO

=0§7.4單自由度系統(tǒng)的受迫振動一、由作用在質(zhì)量塊上的外力引起的受迫振動二、由基礎(chǔ)運動所引起的受迫振動在許多情況下，振動系統(tǒng)的受迫振動是由基礎(chǔ)的運動引起的。

這種情況稱位移激勵。設(shè)基礎(chǔ)的絕對位移為y1(t)，質(zhì)量塊m

的絕對位移為y0(t)則質(zhì)量塊M相對于基礎(chǔ)的相對位移為(y0-y1)其運動方程為：§7.5振動的激勵振動的測試一般包括三個主要部分：1)激勵(輸入)部分實現(xiàn)對被測系統(tǒng)的激勵，使系統(tǒng)發(fā)生振動。它主要由激勵信號源、功率放大器和激振裝置組成。2)拾振部分檢測并放大輸入、輸出信號，并將信號轉(zhuǎn)換成一定的形式(通常為電信號)。它主要由傳感器、可調(diào)放大器組成。3)分析記錄部分將拾振部分傳來的信號記錄下來，進行分析處理。它主要由各種記錄設(shè)備和頻譜分析儀組成。當(dāng)Fi以簡諧規(guī)律變化

時，作用在激振對象

上的力F也為同頻率的

簡諧力，在使用時，

往往在頂桿與激振對

象之間加一個力傳感

器，以精確地測出激

振力F(t)一、激振器(一)電動式激振器由通入線圈中

的交變電流產(chǎn)

生交變磁場，

而被測對象作

為銜鐵，在交

變磁場作用下

產(chǎn)生振動。電磁激振器是非接觸式的，其頻率上限約為500~800Hz。(二)

電磁式激振器在激振大型結(jié)

構(gòu)時，需要很

大的激振力，

可采用電液式

激振器。(三)電液式激振器1—頂桿

2—

電液伺服閥

3—活塞(四)

脈沖錘脈沖錘是一種產(chǎn)生瞬態(tài)

激勵力的激振器，它由錘體、手柄和可以調(diào)換的錘頭和配重組成。在錘體和錘頭之間裝有力傳感器，

以測量被測系統(tǒng)所受錘擊力的大小。為了能調(diào)整激勵頻率范圍，通常使用一套不同材料的錘頭。二

振動的激勵方法分類：穩(wěn)態(tài)正弦激振、瞬態(tài)激振、隨機激振1、穩(wěn)態(tài)正弦激振w

借助激振設(shè)備給被測系統(tǒng)施加一個穩(wěn)定的單一頻率的正弦激振力?(t)=F0sinωtw

在穩(wěn)態(tài)下測定響應(yīng)和激振力的幅值比和相位差。w測試時間相對較長激振系統(tǒng)一般由正弦信號發(fā)生器、功率放大

器和電磁激振器組成，測量系統(tǒng)由跟蹤濾波

器、峰值電壓表和相位計組成。2

、瞬態(tài)激振給被測系統(tǒng)的激勵信號是一種瞬態(tài)信號，它屬于一種寬頻帶激勵，即一次同時給系統(tǒng)提供各個頻率成份的能量、使系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)。因此，它是一種快速測試方法。由于測試設(shè)備簡單，靈活性大，故常在生產(chǎn)現(xiàn)場使用。目前常用的瞬態(tài)激振方法有：w快速正弦掃描w

脈沖錘擊w階躍松弛激勵3.隨機激振w隨機激振是一種寬帶激振，一般用白噪

聲或偽隨機信號作為激勵信號。w白噪聲的自功率譜密度函數(shù)幅值恒為1，

自相關(guān)函數(shù)是一個單位脈沖函數(shù)。§7.6測振傳感器分類：w接觸式和非接觸式w

按殼體的固定方式可分為相對式和絕對式。和振動相關(guān)的物理量有：振動位移、速度、加速度等，所以振動測試是對這些振動量的檢測，它們反映了振動的強弱程度。一、慣性式測振傳感器(一)力學(xué)模型

慣性式位移

傳感器的輸

出位移zm反

映被測振動

的位移量xm(二)慣性式位移傳感器的響應(yīng)條件二、

壓電式加速度傳感器當(dāng)殼體連同基座、被測對

象一起運動時，慣性質(zhì)量

塊(高密度合金制成)相

對于殼體或基座產(chǎn)生一定

的位移，由此位移產(chǎn)生的

彈性力加于壓電元件上，

在壓電元件的兩個端面上

就產(chǎn)生了極性相反的電荷。壓電式傳感器通常不用

阻尼元件，且其元件的內(nèi)

部阻尼也很小(<0.02)，系統(tǒng)可視為無阻尼壓電式力傳感器較加速度傳感器簡單，其結(jié)構(gòu)如圖所示。要測量的力通過鋼球1及鋼板2傳遞給壓電石英片3與4

。產(chǎn)生的電荷由導(dǎo)線5及殼體6引出，送入前置放大器。產(chǎn)生的電荷直接與力F成正比。為獲得較大的電荷靈敏度，亦可將多片壓電片并聯(lián)。三、壓電式力傳感器四、磁電式速度傳感器?磁電式速度傳感器動圈式動磁式1.絕對式振動傳感器1－彈簧片2－永磁鐵3－阻尼環(huán)4－支架5－中心軸6－外殼7－線圈傳感器與被測物體剛性連接，物體振動時傳感器外殼和永久磁鐵隨之振動，架空的中心軸、線圈、阻尼環(huán)因慣性不隨之振動。因此，磁路空氣隙中的線圈切割磁力線產(chǎn)生正比于振動速度的感應(yīng)電勢，通過引線輸出到測量電路。2.相對振動速度傳感器1－頂桿2－彈簧片3－永磁鐵4－線圈5－引線6－殼體7－導(dǎo)磁體磁電式速度傳感器§7.7振動參數(shù)的測量w振動的幅值、頻率和相位，是振動的三個基本參數(shù)，稱為振動三要素。w只要測定這三個要素，也就決定了整個振動運動。一、振動量的測量振動量通常指反映振動的強弱程度的量，亦即指振動位移，振動速度和振動加速度

的大小。這三者之間存在著確定的微分或積分關(guān)系。二、固有頻率和阻尼的測量1.自由振動法一個單自由度振動系統(tǒng)，若給予初始沖擊(其初速度為dz(0)／dt)或初始位移z0

)，則系統(tǒng)將在阻尼作用下作衰減振動。阻尼振動的曲線如圖所示2

T

Od

n

1

2dO

=O

=2.共振法單自由度系統(tǒng)的受迫振動，當(dāng)激振頻率接近于

系統(tǒng)的固有頻率時，振動響應(yīng)就急劇增大。對于小阻尼系統(tǒng)：位移共振：§7.8振動的控制1.消振①消除或減弱振源，這是治本的方法。eg.車刀的顫振，可通過加冷卻劑的方法，減小切削時，車

刀與工件的摩擦力，破壞出現(xiàn)顫振的條件。②抵消振動－－由可控制的振動來抵消振源發(fā)出的振動。

eg.電子吸振器，就是利用電子設(shè)備產(chǎn)生一個與原來振動的振幅相

等、相位相反的振動，來抵消原來振動以達到降低振動的目的。2.隔振：在振源與需保護設(shè)備之間串加一個子系統(tǒng)(稱為隔振器)。彈簧隔振器3.吸振在需要保護的對象上，附加一個動力吸振器，由該

動力吸振器產(chǎn)生吸振力，以減小被保護設(shè)備對振源

激勵的