轉(zhuǎn)子試驗臺振動噪聲測試綜合實驗

1、測試技術(shù)綜合實驗轉(zhuǎn)子實驗臺振動和噪聲測試綜合實驗機(jī)自22班第3組組長：王蒙組員：萬旭 任勇邢歡 李聰明轉(zhuǎn)子實驗臺振動和噪聲測試綜合實驗轉(zhuǎn)子實驗臺振動和噪聲測試綜合實驗2轉(zhuǎn)子實驗臺振動和噪聲測試綜合實驗3一、實驗簡介31. 1 實驗?zāi)康?1.2 實驗儀器與設(shè)備31.3 實驗要求4二 實驗方案41、準(zhǔn)備階段：42、實驗階段：53、總結(jié)分析及報告準(zhǔn)備階段：54、注意事項：5三、測試系統(tǒng)搭建63.1測試系統(tǒng)框架圖63.2 傳感器的位置選擇與搭建63. 3 傳感器通道連接9四、信號采集與分析104.1 信號采集104.2通道的連接、選擇與初始化104.3 轉(zhuǎn)子軸心軌跡的測量124.4 不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子振動

2、的時域分析134.5 不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子振動的頻域分析174.6 不同轉(zhuǎn)速下噪聲的時域分析214.7 不同轉(zhuǎn)速下噪聲的頻域分析234.8 轉(zhuǎn)子振動與噪聲相干分析264.9動平衡實驗27五、實驗總結(jié)375. 1 實驗結(jié)論375.2 實驗心得38一、實驗簡介1. 1 實驗?zāi)康尼槍C(jī)械轉(zhuǎn)子實驗臺 ，能夠較熟練地掌握機(jī)械動態(tài)信號如振動、噪聲 等的測試系統(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(jī)械動態(tài)信號測量與信號采集分析系統(tǒng)X1機(jī)械轉(zhuǎn)子 實驗臺X1加速度傳感器X1速度傳感器X1電渦流位移傳感器X1光電傳感器X1噪聲測量儀X1數(shù)據(jù)傳輸線若干計算機(jī)X1 1.3 實驗要求1.

3、針對轉(zhuǎn)子實驗臺對象 ，按照機(jī)械動態(tài)特性測試要求，完成機(jī)械振動和噪聲的計算機(jī)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(jī)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(jìn)行分析評價。6. 對振動和噪聲進(jìn)行相干分析 ，并對結(jié)果進(jìn)行合理解釋。二 實驗方案

4、根據(jù)實驗要求和實際情況，我們將本次實驗分為三個階段：準(zhǔn)備階段，實驗階段，總結(jié)分析及報告準(zhǔn)備階段。1、準(zhǔn)備階段：1.1 預(yù)習(xí)原理階段：大家先各自看書，需預(yù)習(xí)的內(nèi)容有：1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。2 基本掌握信號分析軟件的使用。（不懂的地方先留著，等小組討論或?qū)嶒灂r請教實驗指導(dǎo)老師）3掌握各傳感器的標(biāo)定方法 ，嘗試進(jìn)行信號采集及分析處理 ，為正式采集做準(zhǔn)備。1.2 開會確立研究內(nèi)容：交流各自預(yù)習(xí)成果，確立研究內(nèi)容為：1. 將噪聲信號和振動信號進(jìn)行相干分析，判斷噪聲是否由振動引起。（為驗證性實驗，后面內(nèi)容均基于假設(shè)成立，即兩者相干）2. 同一轉(zhuǎn)速下，

5、動平衡前后，噪聲與振動的關(guān)系。3. 動平衡前，不同轉(zhuǎn)速時，噪聲與振動的關(guān)系。4. 動平衡后，不同轉(zhuǎn)速時，噪聲與振動的關(guān)系。2、實驗階段：1.連接線路，對各個傳感器進(jìn)行靈敏度設(shè)定。連完后專門請兩人負(fù)責(zé)校對。 2.由電渦流傳感器采集得到軸心運(yùn)動軌跡 。3.由速度和加速度傳感器采集得到轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的震動時域圖和頻域圖 。4.由聲級計采集得到噪聲信號 。5.將噪聲信號和振動信號進(jìn)行相干分析，判斷噪聲是否由振動引起 。6.在動平衡前，不同轉(zhuǎn)速下重復(fù)測量 。7.在動平衡后再次測量，觀察動平衡前后振動、噪聲的變化。3、總結(jié)分析及報告準(zhǔn)備階段：利用實驗得到的數(shù)據(jù)及圖像，對噪聲與振動的相干性進(jìn)行一系列分析，得出結(jié)論

6、。4、注意事項：1. 由于之前沒有實體接觸設(shè)備及軟件，可能會有操作失誤或不熟練的情況，所以在第一個半小時內(nèi)，不開始記錄數(shù)據(jù)先調(diào)試及熟悉設(shè)備。2. 實驗設(shè)備由于不停使用，可能之前有損壞，要一一驗證其準(zhǔn)確性。3. 由于參數(shù)有噪聲這一指標(biāo)，但實驗室人員眾多，不可避免的有聲音影響，所以要盡量讓噪聲采集傳感器放在與軸不接觸且相近的位置。4. 有數(shù)據(jù)明顯偏離擬得規(guī)律及軌跡是，要分析是否是粗大誤差（如正好有人在實驗室大叫等），然后將其剔除，重新測量并記錄。5. 實驗方案并非一成不變，要根據(jù)現(xiàn)場實驗效果及實驗情況隨機(jī)應(yīng)變，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3.2 傳感器的位置選擇與搭建3.2.

7、1轉(zhuǎn)速傳感器本次試驗轉(zhuǎn)速傳感器是采用光電傳感器，光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成，具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件。本次試驗中光電傳感器安裝在基架上。3.2.2位移傳感器位移傳感器實質(zhì)上是由電渦流傳感器制成。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，從而起到測量位移的作用。位移傳感器共有兩個，XY方向各一個，裝在轉(zhuǎn)軸的支撐處。3.2.3速度傳感器速度傳感器是接觸式傳感器 ，多為磁電式傳感器。

8、本次實驗將其安裝在基架上。3.2.4加速度傳感器加速度傳感器是利用壓電傳感器制成，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，會在其表面產(chǎn)生電荷，稱為“壓電效應(yīng)”，壓電傳感器正是利用了該原理。加速度傳感器安裝在基架上。3.2.5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(qiáng)度特性。因此，聲級計是一種主觀性的電子儀器。下圖為我組各傳感器布置圖：圖 3.1各傳感器安裝位置3. 3 傳感

9、器通道連接在連接儀器時，1通道為轉(zhuǎn)速信號,3通道為噪聲信號,5、6通道為電渦流傳感器X、Y信號,7通道為速度傳感器信號，8通道為加速度傳感器信號。其余通道為空。下圖為各通道連接圖：圖 3.2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(yùn)動軌跡。用速度和加速度傳感器以及電渦流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(yùn)用加速度傳感器進(jìn)行采集數(shù)據(jù)時，受到外圍環(huán)境的影響，誤差較大，所以我們就以電渦流傳感器X測得數(shù)據(jù)進(jìn)行時域測量

10、分析，所以我們就以速度傳感器測得數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率域測量分析，同時采集得到噪聲信號的時域和頻域圖，進(jìn)行比較分析。4.2通道的連接、選擇與初始化1通道為轉(zhuǎn)速信號,3通道為噪聲信號,5、6通道為電渦流傳感器X、Y信號,7通道為速度傳感器信號，8通道為加速度傳感器信號。其余通道為空。下圖為我組各通道之連接及通道參數(shù)的初始設(shè)定：4.3 轉(zhuǎn)子軸心軌跡的測量軸心軌跡由兩個互為90度的電渦流傳感器測出?？梢苑从吵鲛D(zhuǎn)軸的不平衡程度。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，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，其峰峰值為177.84m。4.4

11、不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子振動的時域分析由于電渦流傳感器得到的信號比速度傳感器得到的信號好，故采用5號通道（即x方向上的位移信號）作為分析對象。 圖 4.4.1轉(zhuǎn)速 600rpm 轉(zhuǎn)子振動時域截圖 峰峰值159.08m圖 4.4.2轉(zhuǎn)速 800rpm 轉(zhuǎn)子振動時域截圖 峰峰值165.51m圖 4.4.3轉(zhuǎn)速 1000rpm 轉(zhuǎn)子振動時域截圖 峰峰值159.83m圖 4.4.4轉(zhuǎn)速 1200rpm 轉(zhuǎn)子振動時域截圖 峰峰值181.90m圖 4.4.5轉(zhuǎn)速 1400rpm 轉(zhuǎn)子振動時域截圖 峰峰值205.61m圖 4.4.6轉(zhuǎn)速 1600rpm 轉(zhuǎn)子振動時域截圖 峰峰值229.94m圖 4.4.7轉(zhuǎn)速 180

12、0rpm 轉(zhuǎn)子振動時域截圖 峰峰值257.17m可知，隨著轉(zhuǎn)速的增大，振動幅值及頻率均增大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(jìn)行測試從而得到了以下7個頻域圖譜。我們采用的是速度傳感器，即7號通道，與時域不同。 圖 4.5.1轉(zhuǎn)速 1800rpm 轉(zhuǎn)子振動頻域截圖 最大值2.70mm/s，對應(yīng)頻率30.00Hz圖 4.5.2轉(zhuǎn)速 1600rpm 轉(zhuǎn)子振動頻域截圖 最大值4.75mm/s，對應(yīng)頻率27.5Hz圖 4.5.3轉(zhuǎn)速 1400rpm 轉(zhuǎn)子振動頻域截圖 最大值0.85mm/s，對應(yīng)頻率23.33Hz圖 4.5.4 轉(zhuǎn)速 1200rpm 轉(zhuǎn)子

13、振動頻域截圖 最大值1.24mm/s，對應(yīng)頻率20.00Hz 圖 4.5.5轉(zhuǎn)速 1000rpm 轉(zhuǎn)子振動頻域截圖 最大值0.30mm/s，對應(yīng)頻率17.50Hz圖 4.5.6轉(zhuǎn)速 800rpm 轉(zhuǎn)子振動頻域截圖 最大值0.06mm/s，對應(yīng)頻率13.3Hz 圖 4.5.7 轉(zhuǎn)速 600rpm 轉(zhuǎn)子振動頻域截圖 最大值0.052mm/s，對應(yīng)頻率 10Hz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1800轉(zhuǎn)時的頻譜為例，峰值在(1800/60=30HZ)處，而在二倍頻60H處也有明顯的振動信號。當(dāng)轉(zhuǎn)速在1

14、000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。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 800rpm 噪聲時域截圖圖 4.6.2轉(zhuǎn)速 1200rpm 噪聲時域截圖圖 4.6.3轉(zhuǎn)速 1400rpm 噪聲時域截圖圖 4

15、.6.4轉(zhuǎn)速 1600rpm 噪聲時域截圖圖 4.6.5轉(zhuǎn)速 1800rpm 噪聲時域截圖4.7 不同轉(zhuǎn)速下噪聲的頻域分析圖 4. 7. 1轉(zhuǎn)速1800rpm噪聲頻域截圖 總值76.12dB 圖 4.7.2轉(zhuǎn)速 1600rpm 噪聲頻域截圖 總值73.32dB圖 4.7.3 轉(zhuǎn)速 1400rpm 噪聲頻域截圖 總值74.43dB圖 4.7.4轉(zhuǎn)速 1200rpm 噪聲頻域截圖 總值73.69dB圖 4.7.5 轉(zhuǎn)速 1000rpm 噪聲頻域截圖 總值73.38dB分析：噪聲測量時，由于電動機(jī)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。在頻譜圖中我們可以看出，噪聲信號的大小有著隨轉(zhuǎn)速減小而

16、減小的趨勢，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。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(jìn)行相干分析獲得振動與噪聲的關(guān)系。在轉(zhuǎn)速為1800rpm時，其工頻為30Hz ，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 x1=30.00Hz,y11=0.96,x2=60.00Hz,y21=0.91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30Hz的時候我們看到相干函數(shù)值 0.

17、96，說明振動和噪聲的相干性很好，故可知該噪聲和機(jī)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(rèn)為轉(zhuǎn)子的噪聲主要是由轉(zhuǎn)子的振動引起。 4.9動平衡實驗我們利用軟件求解，通過加質(zhì)量的方法調(diào)節(jié)動不平衡度，使得X軸方向上振動幅值減小。通過在0度加上2g的質(zhì)量，22.5度加上4g的質(zhì)量，取得的很好的效果，以下為不同轉(zhuǎn)速下加質(zhì)量修正前后軸心軌跡、噪聲、幅值的變化。轉(zhuǎn)速為1200rpm、修正前： 圖 4.9.11200rpm軸心軌跡截圖 峰峰值177.64m圖 4.9.21200rpm噪聲信號時域截圖 總值73.69dB圖 4.9.31200rpm電渦流X時域截圖 峰峰值177.64m轉(zhuǎn)速為1200rp

18、m、修正后：圖 4.9.41200rpm軸心軌跡截圖 峰峰值82.82m圖 4.9.51200rpm噪聲信號時域截圖 總值62.43dB圖 4.9.61200rpm電渦流X時域截圖 峰峰值82.82m轉(zhuǎn)速為1400rpm、修正前：圖 4.9.71400rpm軸心軌跡截圖 峰峰值187.72m圖 4.9.81400rpm噪聲信號時域截圖 總值74.43dB圖 4.9.91400rpm電渦流X時域截圖 峰峰值187.72m轉(zhuǎn)速為1400rpm、修正后：圖 4.9.101400rpm軸心軌跡截圖 峰峰值80.10m圖 4.9.11 1400rpm噪聲信號時域截圖 總值74.43dB圖 4.9.121

19、400rpm電渦流X時域截圖 峰峰值80.10m轉(zhuǎn)速為1600rpm、修正前：圖 4.9.131600rpm軸心軌跡截圖 峰峰值234.52m圖 4.9.141600rpm噪聲信號時域截圖 總值73.32dB圖 4.9.151600rpm電渦流X時域截圖 峰峰值234.52m轉(zhuǎn)速為1600rpm、修正后：圖 4.9.161600rpm軸心軌跡截圖 峰峰值98.56m圖 4.9.171600rpm噪聲信號時域截圖 總值73.29dB圖 4.9.181600rpm電渦流X時域截圖 峰峰值98.56m分析：很明顯，從以上圖片可以看出修正之后軸心軌跡的范圍更小，噪聲信號的頻率幅值均有大幅降低，而且X軸的幅值亦有明顯降低。五、實驗總結(jié)5. 1 實驗結(jié)論1. 轉(zhuǎn)速越快，振動信號的峰峰值越大。 2. 工頻處噪聲信號的大小隨轉(zhuǎn)速增大而增大。3. 相干分析時噪聲信號主要諧振峰值出現(xiàn)在工頻處，說