機(jī)械振動(dòng)是物體在一定位置附近所作的周期性往復(fù)的運(yùn)動(dòng)。

機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)，就是指圍繞其靜平衡位置作來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)，單擺就是一種簡(jiǎn)單的機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)。構(gòu)成機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的基本要素有慣性、恢復(fù)性和阻尼。慣性就是能使系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)持續(xù)下去的性質(zhì)，恢復(fù)性就是能使系統(tǒng)位置恢復(fù)到平衡狀態(tài)的性質(zhì)，阻尼就是能使系統(tǒng)能量消耗掉的性質(zhì)。這三個(gè)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。第一部分：第一節(jié)：振動(dòng)的概念2.1振動(dòng)的分類(lèi)第二節(jié)機(jī)械振動(dòng)的類(lèi)型

（1）從產(chǎn)生振動(dòng)的原因來(lái)分：系統(tǒng)僅受到初始條件(初始位移、初始速度)的激勵(lì)而引起的振動(dòng)稱(chēng)為自由振動(dòng)，系統(tǒng)在持續(xù)的外作用力激勵(lì)下的振動(dòng)稱(chēng)為強(qiáng)迫振動(dòng)．自由振動(dòng)問(wèn)題雖然比強(qiáng)迫振動(dòng)問(wèn)題單純但自由振動(dòng)反映了系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的所有信息，是研究強(qiáng)迫振動(dòng)的基礎(chǔ)．（2)從振動(dòng)的規(guī)律來(lái)分：簡(jiǎn)諧振動(dòng)復(fù)合周期振動(dòng)瞬態(tài)振動(dòng)隨機(jī)振動(dòng)2.2簡(jiǎn)諧振動(dòng)

單自由度系統(tǒng)：在簡(jiǎn)化模型中，振動(dòng)體的位置或形狀只需用一個(gè)獨(dú)立坐標(biāo)來(lái)描述的系統(tǒng)稱(chēng)為單自由度系統(tǒng)。單自由度無(wú)阻尼自由振動(dòng)系統(tǒng)xok運(yùn)動(dòng)學(xué)特征動(dòng)力學(xué)特征

由微分方程特征

以彈簧振子為例得出普遍結(jié)論：加速度速度vtxa解可得位移振動(dòng)方程常數(shù)A和j的確定說(shuō)明：(1)一般來(lái)說(shuō)j的取值在－π和π(或0和2π)之間；結(jié)論：

(1)單自由度無(wú)阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)是以正弦或余弦函數(shù)或統(tǒng)稱(chēng)為諧波函數(shù)表示的，故稱(chēng)為簡(jiǎn)諧振動(dòng)，

(2)自由振動(dòng)的角頻率即系統(tǒng)的自然頻率僅由系統(tǒng)本身的參數(shù)所確定，而與外界激勵(lì)、初始條件等均無(wú)關(guān)．

(3)無(wú)阻尼自由振動(dòng)的周期為

(4)自由振動(dòng)的振幅X和初相角由初始條件所確定。

(5)單自由度無(wú)阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)是等幅振動(dòng)。

有阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)通解為：復(fù)合周期振動(dòng)復(fù)合周期振動(dòng)是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的頻率之比為有理數(shù)的簡(jiǎn)諧振動(dòng)復(fù)合而成。2.3.準(zhǔn)周期振動(dòng)準(zhǔn)周期振動(dòng)是由頻率比不全為有理數(shù)的簡(jiǎn)諧振動(dòng)疊加而成。2.4.瞬態(tài)振動(dòng)、沖擊瞬態(tài)振動(dòng)是指在極短時(shí)間內(nèi)僅持續(xù)幾個(gè)周期的振動(dòng)。沖擊是單個(gè)脈沖。特點(diǎn)：過(guò)程突然發(fā)生，持續(xù)時(shí)間短，能量很大。通常它由零到無(wú)限大的所有頻率的諧波分量構(gòu)成。2.5.隨機(jī)振動(dòng)沒(méi)有確定的周期，振動(dòng)量與時(shí)間也無(wú)一定的關(guān)系。1.單自由度系統(tǒng)的受迫振動(dòng)1.由作用在質(zhì)量塊上的力所引起的受迫振動(dòng)1.不管系統(tǒng)的阻尼比是多少，在時(shí)位移始終落后于激勵(lì)力90o現(xiàn)象，稱(chēng)為相位共振。2.率對(duì)于無(wú)阻尼系統(tǒng)，2.由基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)所引起的受迫振動(dòng)在許多情況下，振動(dòng)系統(tǒng)的受迫振動(dòng)是由基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)所引起的。這種情況稱(chēng)位移激勵(lì)。設(shè)基礎(chǔ)的絕對(duì)位移為x(t)，質(zhì)量塊m的絕對(duì)位移為y(t)，如圖所示?？疾熨|(zhì)量塊M對(duì)基礎(chǔ)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則M的相對(duì)位移的(y-x)。其運(yùn)動(dòng)方程為：第三節(jié)振動(dòng)的激勵(lì)和激振器根據(jù)上面的討論，如果知道了系統(tǒng)的輸入(激勵(lì))和輸出(響應(yīng))，就可以求出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，也即動(dòng)態(tài)特性。振動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試就是求取系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的一種試驗(yàn)方法。為了完成上述測(cè)試任務(wù)，一般說(shuō)來(lái)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)該包括下述三個(gè)主要部分：1)激勵(lì)部分實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的激勵(lì)(輸入)，使系統(tǒng)發(fā)生振動(dòng)。它主要由激勵(lì)信號(hào)源、功率放大器和激振裝置組成。

2)拾振部分檢測(cè)并放大被測(cè)系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)，并將信號(hào)轉(zhuǎn)換成一定的形式(通常為電信號(hào))。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(lái)的信號(hào)記錄下來(lái)供以后分析處理或直接近行分析處理并記下處理結(jié)果。它主要由各種記錄設(shè)備和頻譜分析設(shè)備組成。3.1振動(dòng)的激勵(lì)這是一種測(cè)量頻率響應(yīng)的經(jīng)典方法，它提供給被測(cè)系統(tǒng)的激勵(lì)信號(hào)是一個(gè)具有穩(wěn)定幅值和頻率的正弦信號(hào)，測(cè)出激勵(lì)大小和響應(yīng)大小，便可求出系統(tǒng)在該頻率點(diǎn)處的頻率響應(yīng)的大小。

激勵(lì)系統(tǒng)一般由正弦信號(hào)發(fā)生器、功率放大器和電磁激振器組成，測(cè)量系統(tǒng)由跟蹤濾波器、峰值電壓表和相位計(jì)組成。二、瞬態(tài)激勵(lì)方法瞬態(tài)激勵(lì)方法給被測(cè)系統(tǒng)提供的激勵(lì)信號(hào)是一種瞬態(tài)信號(hào)，它屬于一種寬頻帶激勵(lì)，即一次同時(shí)給系統(tǒng)提供頻帶內(nèi)各個(gè)頻率成份的能量和使系統(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(cè)試方法。同時(shí)由于測(cè)試設(shè)備簡(jiǎn)單，靈活性大，故常在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用。目前常用的瞬態(tài)激勵(lì)方法有快速正弦掃描、脈沖錘擊和階躍松弛激勵(lì)等方法，下面分別討論和介紹。(一)快速正弦掃描這種測(cè)試方法是使正弦激勵(lì)信號(hào)在所需的頻率范圍內(nèi)作快速掃描(在數(shù)秒鐘內(nèi)完成)，激振信號(hào)頻率在掃描周期T內(nèi)成線性增加，而幅值保持恒定。掃描信號(hào)的頻譜曲線幾乎是一根平坦的曲線，從而能達(dá)到寬頻帶激勵(lì)的目的。(二)脈沖錘擊激勵(lì)脈沖錘擊激勵(lì)是用脈沖錘對(duì)被測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行敲擊，給系統(tǒng)施加一個(gè)脈沖力，使之發(fā)生振動(dòng)。由于錘擊力脈沖在一定頻率范圍內(nèi)具有平坦的頻譜曲線，所以它是一種寬頻帶的快速激勵(lì)方法。(三)階躍松馳激勵(lì)1、階躍松弛激勵(lì)定義

2、特點(diǎn)：由于階躍函數(shù)的導(dǎo)數(shù)是脈沖函數(shù)，階躍函數(shù)引起的響應(yīng)的導(dǎo)數(shù)是脈沖響應(yīng)函數(shù)，所以這種方法也是一種寬頻帶激勵(lì)方法。

3、實(shí)現(xiàn)：在實(shí)際應(yīng)用中，常常是用一根剛度很大質(zhì)量很輕的張力弦通過(guò)力傳感器對(duì)系統(tǒng)預(yù)加載，然后突然切斷張力弦。三、隨機(jī)激勵(lì)方法理想的純隨機(jī)信號(hào)是具有高斯分布的白噪聲，它在整個(gè)時(shí)間歷程上是隨機(jī)的，不具有周期性，在頻率域上它是一條幾乎平坦的直線。(二)偽隨機(jī)激勵(lì)偽隨機(jī)信號(hào)是一種有周期性的隨機(jī)信號(hào)，它在一個(gè)周期內(nèi)的信號(hào)是純隨機(jī)的，但各個(gè)周期內(nèi)的信號(hào)是完全相同的。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于試驗(yàn)的可重復(fù)性。

將白噪聲在T內(nèi)截?cái)?，然后按周期T反復(fù)重復(fù)，即形成偽隨機(jī)信號(hào)。3.2激振器當(dāng)Fi以簡(jiǎn)諧規(guī)律變化時(shí)，則作用在激振對(duì)象上的力F也為同頻率的簡(jiǎn)諧力，在使用時(shí)，往往在頂桿與激振對(duì)象之間加一個(gè)力傳感器，以精確地測(cè)出激振力F(t)．

激振器安裝原則：為了使激振器的能量盡量用于激振對(duì)象的激勵(lì)上,在激振時(shí)最好讓激振器基座在空間基本上保持靜止：在高頻激振時(shí)，往往用彈簧將激振器懸掛起來(lái)，降低安裝的自然頻率，使之低于激振頻率的l／3；

在低頻激振時(shí)，則將激振器的基座與靜止的地基剛性相連，使安裝的自然頻率高于激振頻率3倍以上。高頻激振低頻激振（二）電磁式激振器電磁激振器是非接觸式的，其頻率上限約為500－800Hz。為此，通入線圈中的電流I(t)也應(yīng)該由直流與交流兩部分組成，即:激振器是由通入線圈中的交變電流產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，而被測(cè)對(duì)象作為銜鐵，在交變磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生振動(dòng)．由于在電磁鐵與銜鐵之間的作用力F(t)只會(huì)是吸力，而無(wú)斥力，為了形成往復(fù)的正弦激勵(lì)，應(yīng)該在其間施加一恒定的吸力F0，然后才能疊加上一個(gè)交變的諧波力F(t)，如圖所示，即:而由電磁理論知道，電磁鐵所產(chǎn)生的磁力正比于所通過(guò)電流的平方，即有式中a為比例系數(shù)，與電磁鐵的尺寸、結(jié)構(gòu)、材料與氣隙的大小有關(guān)．在A《I0的情況下，上式右邊第三項(xiàng)可略去，得如果條件A《I0不成立，則將在激振力中引入二次諧波:（三）脈沖錘脈沖錘是一種產(chǎn)生瞬態(tài)激勵(lì)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，通常在錘體和錘頭之間裝有一個(gè)力傳感器，以測(cè)量被測(cè)系統(tǒng)所受錘擊力的大小。一般來(lái)說(shuō)，錘擊力的大小是由錘擊質(zhì)量和錘擊被測(cè)系統(tǒng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度決定的。激勵(lì)的頻率范圍主要由接觸表面剛度決定，錘頭的材料越硬則脈沖的持續(xù)時(shí)間越短，上限額率fe越高。為了能調(diào)整激勵(lì)頻率范圍，通常使用一套不同材料的錘頭。當(dāng)用脈沖錘進(jìn)行沖擊激勵(lì)時(shí)，它相當(dāng)于對(duì)被測(cè)系統(tǒng)施加了一個(gè)半正弦波的力脈沖，如圖(a)所示。該類(lèi)脈沖的頻譜如圖(b)所示，在小于上限頻率fe的頻段內(nèi)，脈沖的頻譜基本上是平坦的，fe以后迅速下降。一般來(lái)說(shuō)，錘頭的材料越硬則脈沖的持續(xù)時(shí)間越短，上限額率fe越高。第二部分：第四節(jié)測(cè)振傳感器分類(lèi)：接觸式和非接觸式按殼體的固定方式可分為相對(duì)式和絕對(duì)式。機(jī)械振動(dòng)是一種物理現(xiàn)象，而不是一個(gè)物理參數(shù)，和振動(dòng)相關(guān)的物理量有振動(dòng)位移、振動(dòng)速度、振動(dòng)加速度等，所以振動(dòng)測(cè)試是對(duì)這些振動(dòng)量的檢測(cè)，它們反映了振動(dòng)的強(qiáng)弱程度。1、慣性式測(cè)振傳感器的力學(xué)模型和特性分析（二）慣性式位移傳感器的響應(yīng)條件慣性式位移傳感器的輸出位移zm反映被測(cè)振動(dòng)的位移量xm位移傳感器的上限測(cè)量頻率在理論上是無(wú)限的，但實(shí)際上受具體儀器結(jié)構(gòu)和元器件特性．后繼放大電路頻響等條件的限制，不能太高。下限測(cè)量頻率則受彈性元件的強(qiáng)度和質(zhì)量塊尺寸、重量等因素的限制，使

n不能太小。因此位移傳感器的頻率范圍是有限的。慣性式加速度傳感器的質(zhì)量塊相對(duì)位移Zm與被測(cè)振動(dòng)的加速度成正比，因而可用質(zhì)量塊的位移來(lái)反映被測(cè)振動(dòng)的加速度大小。加速度傳感器的幅頻特性的表達(dá)式:1.慣性式加速度傳感器的最大優(yōu)點(diǎn)是它具有零頻率持性,即理論上它的下限測(cè)量頻率為零，實(shí)際上是下限測(cè)量頻率極低。此外，為使

n遠(yuǎn)大于被測(cè)振動(dòng)頻率，加速度傳感器的尺寸、質(zhì)量可作得很小(小于1g)，從而對(duì)被測(cè)對(duì)象的附加影響也小。3、2、壓電式加速度傳感器內(nèi)部通常有以高密度合金制成的慣性質(zhì)量塊，當(dāng)殼體連同基座和被測(cè)對(duì)象一起運(yùn)動(dòng)時(shí)，慣性質(zhì)量塊相對(duì)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(gè)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(wú)阻尼其中k1為彈簧剛度，k2為壓電元件的剛度；其中ms為慣性質(zhì)量，mb為殼體或其座的質(zhì)量。

K為等效剛度，M為折算質(zhì)量。作用在壓電元件上的力F為:壓電元件表面產(chǎn)生的電荷Q為電荷靈敏度：?jiǎn)挝唬簆C/g或pC/(cm/s2)壓電式加速度傳感器的主要結(jié)構(gòu)形式壓電傳感器的主要特性參數(shù)靈敏度頻率響應(yīng)范圍壓電式力傳感器

壓電式力傳感器較加速度傳感器簡(jiǎn)單，其結(jié)構(gòu)如圖所示。要測(cè)量的力通過(guò)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)。3、磁電式速度傳感器靈敏度：4、電渦流測(cè)振傳感器第五節(jié)振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)

1、振動(dòng)量的測(cè)量振動(dòng)量通常指反映振動(dòng)的強(qiáng)弱程度的量，亦即指振動(dòng)位移，振動(dòng)速度和振動(dòng)加速度的大小。這三者之間存在著確定的微分或積分關(guān)系正弦測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)頻譜分析系統(tǒng)數(shù)字頻譜分析系統(tǒng)2、固有頻率和阻尼的測(cè)量1.自由振動(dòng)法

一個(gè)單自由度振動(dòng)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自由振動(dòng)。阻尼自由振動(dòng)的曲線如圖所示阻尼自由振動(dòng)的圓頻率：2.共振法

位移共振：對(duì)于小阻尼系統(tǒng)：前面已討論了單自由度系統(tǒng)的受迫振動(dòng)。當(dāng)激振頻率接近于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，振動(dòng)響應(yīng)就急劇增大，第六節(jié)抑制振動(dòng)激發(fā)振動(dòng)的力源或運(yùn)動(dòng)源稱(chēng)為振源，抑制振源是消除或減小振動(dòng)的最積極、最徹底的“治本”措施.1．旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的不平衡廣義而言，機(jī)械設(shè)備中旋轉(zhuǎn)的部件都可稱(chēng)為“轉(zhuǎn)子”．當(dāng)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量中心與其回轉(zhuǎn)軸線不重合，即出現(xiàn)偏心時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生慣性離心力，離心力對(duì)設(shè)備構(gòu)成諧波激振。如果轉(zhuǎn)子的質(zhì)量為m(kg)，偏心距為e(mm)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為

(rad／s)那么產(chǎn)生的激振力可表示為2.傳動(dòng)系統(tǒng)的缺陷或誤差制造不良或安裝不正確的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如齒輪、蝸輪、絲桿等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，會(huì)產(chǎn)生周期性的激振力．傳動(dòng)皮帶的接縫通過(guò)皮帶輪或張緊輪時(shí)，也會(huì)引起周期性的沖擊．此外，鏈輪等傳動(dòng)裝置其工作原理本身就包含傳動(dòng)的不均勻性，從而會(huì)引起周期性的激振力．3．工作載菏的波動(dòng)機(jī)器工作載荷的波動(dòng)會(huì)引起各種類(lèi)型的激振力．象沖床、鍛錘一類(lèi)的設(shè)備，其工作載荷是“陡起陡落”的，因而會(huì)產(chǎn)生一種“沖擊”激勵(lì)；我們知道，每一次沖擊之后會(huì)激起一種衰減的自由振動(dòng)．4.外界環(huán)境引起的激勵(lì)

路面的不平對(duì)汽車(chē)車(chē)輪懸掛系統(tǒng)的激勵(lì)，海浪對(duì)船體的激勵(lì)，風(fēng)力對(duì)大型建筑的激勵(lì)等等，屬于此類(lèi)．這類(lèi)激勵(lì)多屬隨機(jī)性的。5、隔振隔振就是在振源和振動(dòng)體之間設(shè)置隔振系統(tǒng)或隔振裝置，以減小或隔離振動(dòng)的傳遞．有兩類(lèi)隔振，一是隔離機(jī)械設(shè)備通過(guò)支座傳至地基的振動(dòng)，以減小動(dòng)力的傳遞，稱(chēng)為主動(dòng)隔振；另一種是防止地基的振動(dòng)通過(guò)支座傳至需保護(hù)的精密設(shè)備或儀器儀表，以減小運(yùn)動(dòng)的傳遞，稱(chēng)為被動(dòng)隔振．第三部分：第七節(jié)：電磁式振動(dòng)機(jī)的構(gòu)造及使用(VibrationSimulator)KD-9363-EM7.1機(jī)器外觀

7.2系統(tǒng)方塊圖

7.3振動(dòng)器

7.4放大器

7.5保護(hù)器

7.6DACTRON控制器

Supplyedbykingdesign7.1儀器外觀7.2系統(tǒng)方塊圖7.3振動(dòng)器7.4放大器7.5保護(hù)器7.6DACTRON控制器7.7正弦波振動(dòng)Step1setupanewitem:sinevibrationStep2selectunit:（displacement）sensitiveStep3referenceStep4durationStep5doublecheckStep6startmenu7.8隨機(jī)波振動(dòng)Step1setupanewitem:randomvibrationStep2selectunit（displacement）sensitiveStep3referenceStep4durationStep5doublecheckStep6startmenu7.9開(kāi)、關(guān)機(jī)順序Step1DACTRON控制器Step2main按下直到綠燈亮Step3system按下直到綠燈亮Step4reset紅色按鈕亮，右旋至最大關(guān)機(jī)順序正好相反7.10注意事項(xiàng)檢查加速歸有無(wú)破損，有破損等狀況會(huì)嚴(yán)重影響加速歸傳送的信號(hào)檢查水平平臺(tái)潤(rùn)滑油，在警戒線下時(shí)應(yīng)該加潤(rùn)滑油，否則，摩擦力增大嚴(yán)重影響激振器垂直的振動(dòng)時(shí)檢查是否垂直，以免影響激振器。同時(shí)，檢查平臺(tái)水平高度，以免損壞激振片水平振動(dòng)時(shí)檢查是否水平，以免影響激振器。注意散熱器散熱，以免溫度過(guò)高，燒毀激振片第四部分：

第八節(jié)：實(shí)驗(yàn)參考標(biāo)準(zhǔn)目前，F(xiàn)oxlink以Conn.和Cable為主要產(chǎn)品，針對(duì)此項(xiàng)測(cè)試，我們參考的標(biāo)準(zhǔn)為EIA364-28同時(shí)隨著OEM和電源產(chǎn)品的發(fā)展，F(xiàn)oxlink關(guān)於顛在產(chǎn)品的檢測(cè)也越來(lái)越多，這類(lèi)產(chǎn)品也可以參照EIA364-28執(zhí)行下面介紹一下EIA364-28的檢測(cè)條目8.1著裝方向的定義8.2TestmethodTestconditionsI,II,IIIandIV(sinusoidalevaluationconditions)TestconditionsV,VIandVII(randomexcitationconditions)8.2.1TestConditionI

(10Hzto55Hz)10Hzto55Hzandreturnto10Hzinoneminute,anddurationforatotalof2hours8.2.2TestConditionII(TestconditionII[98.1m/s2peak])Amplitude：0.06inch（peaktopeak）or10g,whicheverislessFrequency：10-500HzSweeptimeandduration：15minutes/cycles，12cycles/plane，atotalof36cycles8.2.3TestconditionIII

[147.1m/s2peak]

Amplitude：0.06inch（peaktopeak）or15g,whicheverislessFrequency：10-2，