簡支梁振動系統(tǒng)動態(tài)特性綜合測試方法

1、目錄一、設(shè)計題目1二、設(shè)計任務(wù)1三、所需器材1四、動態(tài)特性測量11振動系統(tǒng)固有頻率的測量12測量并驗證位移、速度、加速度之間的關(guān)系33. 系統(tǒng)強(qiáng)迫振動i古i有頻率和阻尼的測量64系統(tǒng)自由衰減振動及固有頻率和阻尼比的測量65. 主動隔振的測量96. 被動隔振的測量137 復(fù)式動力吸振器吸振實驗18五、心得體會21六、參考文獻(xiàn)21一. 設(shè)計題目簡支梁振動系統(tǒng)動態(tài)特性綜合測試方法。二、設(shè)計任務(wù)1.振動系統(tǒng)固有頻率的測量。2測量并驗證位移、速度、加速度之間的關(guān)系。3 系統(tǒng)強(qiáng)迫振動固有頻率和阻尼的測量。4. 系統(tǒng)自由衰減振動及固有頻率和阻尼比的測量。5. 主動隔振的測量。6. 被動隔振的測量。7. 復(fù)式

2、動力吸振器吸振實驗。三、所需器材振動實驗臺、激振器、加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器、力傳 感器、掃描信號源、動態(tài)分析儀、力錘、質(zhì)量塊、可調(diào)速電機(jī)、空氣阻尼器、 復(fù)式吸振器。四、動態(tài)特性測量1 振動系統(tǒng)固有頻率的測量(1)實驗裝置框圖：見(圖1t)(2)實驗原理：對于振動系統(tǒng)測定其固有頻率，常用簡諧力激振，引起系統(tǒng)共振，從而 找到系統(tǒng)的各階固有頻率。在激振功率輸出不變的情況下，由低到高調(diào)節(jié)激 振器的激振頻率，通過振動曲線，我們可以觀察到在某一頻率下，任一振動 量(位移、速度、加速度)幅值迅速增加，這就是機(jī)械振動系統(tǒng)的某階固有頻率。（圖it實驗裝置圖）（3）實驗方法： 安裝儀器把接觸式激振器

3、安裝在支架上，調(diào)節(jié)激振器高度，讓接觸頭對簡支梁產(chǎn) 牛一定的預(yù)壓力，使激振桿上的紅線與激振器端面平齊為宜，把激振器的信 號輸入端用連接線接到dh1301掃頻信號源的輸出接口上。把加速度傳感器粘 貼在簡支梁上，輸出信號接到數(shù)采分析儀的振動測試通道。 開機(jī)打開儀器電源，進(jìn)入das2003數(shù)采分析軟件，設(shè)置采樣率，連續(xù)采集， 輸入傳感器靈皺度、設(shè)置量程范圍，在打開的窗口內(nèi)選擇接入信號的測量通 道。清零后開始采集數(shù)據(jù)。 測量打開dii1301掃頻信號源的電源開關(guān)，調(diào)節(jié)輸出電壓，注意不要過載， 手動調(diào)節(jié)輸出信號的頻率，從0開始調(diào)節(jié)，當(dāng)簡支梁產(chǎn)生振動，u振動量最 大時（共振），保持該頻率一段時間，記錄下此時

4、信號源顯示的頻率，即為 簡支梁振動固有頻率。繼續(xù)增大頻率可得到高階振動頻率。所得圖形及數(shù)據(jù)分析:(圖1-2：幅頻特性曲線)由幅頻特性曲線可得到的數(shù)據(jù):表1-1：實驗所得數(shù)據(jù)階數(shù)一階二階三階固有頻率(hz)58.5938183.5938386.7188幅值(mv)2.87245.60046.52252測量并驗證位移、速度、加速度之間的關(guān)系(1)實驗裝置與儀器框圖：見(圖2-1)(2)實驗原理：在振動測量中，有時往往不需要測量振動信號的時間歷程曲線，而只需要測 量振動信號的幅值。振動信號的幅值可根據(jù)位移、速度、加速度的關(guān)系，用位移 傳感器或速度傳感器、加速度傳感器來測量。設(shè)振動位移、速度、加速度分

5、別為x、v、a,其幅值分別為x、v、a：x 二 bsin(式 2-1)v = 一 = o)bcos (w t- ip )(式 2-2)dtd2x 20 - /、a = - = 0)dr(式 2-3)式中：b 位移振幅 3振動角頻率e初相位x 二ba= g)2b= (2 jt f) 2b式(24)（圖2-1：實驗裝置圖）振動信號的幅值可根據(jù)式（2-4）中位移、速度、加速度的關(guān)系，分別用位移 傳感器、速度傳感器或加速度傳感器來測量。也可利用動態(tài)分析儀中的微分、積 分功能來測量。（3）實驗方法： 安裝激振器把激振器安裝在支架上，將激振器和支架固定在實驗臺基座上，并保證 激振器頂桿對簡支梁有一定的預(yù)壓

6、力（不要超過激振桿上的紅線標(biāo)識），用專 用連接線連接激振器和dh1301掃頻信號源輸出接口。 連接儀器和傳感器把加速度傳感器安裝在簡支梁的中部，輸岀信號接到數(shù)采分析儀的振動 測試通道；把位移傳感器安裝在簡支梁的屮部，輸出信號接到數(shù)采分析儀的 振動測試通道；把速度傳感器安裝在簡支梁的中部，輸出信號接到數(shù)采分析 儀的振動測試通道。 儀器參數(shù)設(shè)置打開數(shù)采儀器的電源開關(guān)，開機(jī)進(jìn)入dhdas數(shù)采分析軟件的主界面，設(shè) 置采樣頻率、量程范圍，輸入加速度傳感器、速度傳感器和位移傳感器的靈 敏度。輸入方式：壓電傳感器選ac,速度傳感器選ac,位移傳感器選sin_dc； 打開三個窗口，分別顯示三個通道的時間信號。

7、 采集并顯示數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)掃頻信號源的輸出頻率和信號幅值，使梁產(chǎn)生明顯振動。在三個窗 口中讀取當(dāng)前振動的最大值（位移、速度、加速度）。（4）實驗數(shù)據(jù)：（圖2-2：位移、速度、加速度時間曲線）（5）實驗結(jié)果與分析：表2-1：實驗數(shù)據(jù)結(jié)果位移x速度v加速度a0. 04882. 14163. 99081. 2670綜上所述，實驗結(jié)果與計算結(jié)果大致相等。3.系統(tǒng)強(qiáng)迫振動固有頻率和阻尼的測量（1）實驗步驟： 分析軟件進(jìn)入到頻響函數(shù)分析模塊。 設(shè)置信號源頻率，起始頻率：oiiz,結(jié)束頻率:looiiz,線性掃頻間隔：lllz/s。 設(shè)置分析軟件，平均方式：峰值保持；信號顯示窗口內(nèi)，選擇顯示頻響函 數(shù)1-3/1-

8、2曲線； 開始采集數(shù)據(jù)，輸出掃頻信號給激振器。直到掃頻信號達(dá)到結(jié)束頻率，手 動停止掃頻。（2）數(shù)據(jù)處理：頻響函數(shù)曲線類似下圖：叵）岡e 07頻晌函數(shù)1 3（ 邃廢）/1 2（力）>e5e（圖3-1：頻響函數(shù)曲線）由頻響函數(shù)圖像可知，系統(tǒng)固有頻率fo=51. 8hz,珀二50. 9出,f2=55. 4hz 阻尼比4 系統(tǒng)自由衰減振動及固有頻率和阻尼比的測量(1)實驗裝置框圖:（圖4-1：實驗裝置框圖）（2）實驗方法： 將測試系統(tǒng)連接好將加速度傳感器布置在集中質(zhì)量附近，加速度傳感器 信號接到數(shù)采儀的振動測試通道。 儀器設(shè)置打開儀器電源，進(jìn)入控制分析軟件，新建一個項目（文件名自定），設(shè)置 采樣

9、頻率、量程范圍、工程單位和靈敏度等參數(shù)，在數(shù)據(jù)顯示窗口內(nèi)點擊鼠 標(biāo)右鍵，選擇信號，選擇時間波形，開始采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)同步采集顯示在圖 形窗口內(nèi)。 測試和處理用錘敲擊質(zhì)量塊使其產(chǎn)生自由衰減振動。記錄單自由度系統(tǒng)自由衰減振動 波形，然后設(shè)定i,利用雙光標(biāo)讀出i個波經(jīng)歷的時間at, tt=at/； it岀相 距i個周期的兩振幅的雙振幅2入、2 a田之值，計算出阻尼比固有頻率辦o（3）實驗所得圖形如下：(圖4-2：時間曲線圖形)表4-1：加速度傳感器時間波形曲線上峰值數(shù)據(jù)時間(s)9.32819.35169.38489.41219.4160幅值(mv)109.139451.305133.322528.5

10、70326.1390表4-2：加速度傳感器時間波形曲線上峰值數(shù)據(jù)時間(s)9.44539.47279.50599.53529.5664幅值(mv)23.177117.736417.007214.540011.3836(4)計算結(jié)果如下：表4-3：數(shù)據(jù)處理結(jié)果1時間t周期aa.a-i阻尼比固有頻率 fo90.23830.0265109.139411.38360.040037.74i=9at=tio-ti=9.5664-9.3281=o.2383 (s)ai=109.1394aio=11.38365.主動隔振的測量(1)實驗裝置電機(jī)調(diào)節(jié)豈1離杰分折儀計良機(jī)系統(tǒng) 艮外析軟件打 epvba 蛤劇2(圖

11、5實驗裝置圖)(2)實驗原理：隔振設(shè)計中，常常用振動傳遞比t和隔振效率a來評價隔振效果。主動隔振 傳遞比等于物體傳遞到底座的振動與物體的振動比，被動隔振傳遞比等于底座傳 遞到物體的振動與底座的振動之比，兩個方向的傳遞比相等。一般，由物體傳遞 到底座時常用力表示，由底座傳遞到物體時則用位移、振動速度或振動加速度表 當(dāng)時，系統(tǒng)發(fā)生共振，傳遞比極大； 當(dāng)v2/0</<3/0時，作用有限； 3九辦吋，隔振能力低(2030db)； 6/ov/vlo辦時，隔振能力中等(3040db)；吋，隔振能力強(qiáng)(>40db)；(3) 實驗步驟： 儀器安裝把空氣阻尼器和質(zhì)量塊組成的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)固定在底

12、座中部，加速度傳感 器放上面，接入數(shù)采儀的電荷通道，速度傳感器放在底座上，接入采集儀的 應(yīng)變通道將調(diào)速電機(jī)安裝到隔振器上，電機(jī)連線接到調(diào)壓器上。 開機(jī)進(jìn)入控制分析軟件，設(shè)置采樣頻率等參數(shù)，正確輸入傳感器靈皺度， 設(shè)置雙通道時間和頻譜示波，并將加速度通道信號積分處理，變?yōu)樗俣蕊@示。 改變激振頻率(電機(jī)轉(zhuǎn)速)，分別測量20hz, 40hz, 60hz時，兩傳感器的振 動幅度。 根據(jù)所測幅值計算傳動比和隔振效果隔振傳動比：隔振效率：" = (1-100%(4) 實驗圖形：（圖5-2：激振頻率201b下幅頻特性曲線）（圖5-3：激振頻率40氏下幅頻特性曲線）玄shiyanl8eu(fft干均

13、ig) l-2(ld3ff)|x 5q 3750 |v1 1 4256ni/八一一633079208040 00000j5g40.3168q 47521 10881 267216.625031 2500ql<2shiyan18leij(fft 平均誥)13(sfs)oo uom*450 523052 08344-4 042©37 202429 781046 875032.500078 125022 321514 88107 44050.000 0 0000115.025040.8750"©2.50001250（圖5-4：激振頻率60氏下幅頻特性曲線）（5）數(shù)

14、據(jù)處理：31 2500表5-1：實驗所得數(shù)據(jù)激振器頻率（氏）加速度傳感器振幅ai速度傳感器振幅a2傳動 比隔振效 率200.04220.13910.303469.66%400.49516.67570.074292.58%601.425666.96440.021397.87%6.被動隔振的測量(1)實驗裝置:(圖6-1：實驗裝置)(2)實驗原理：防止地基的振動通過支座傳至需保護(hù)的精密儀器或儀器儀表，以減少運 動的傳遞，稱為被動隔振。被動隔振傳遞比等于底座傳遞到物體的振動與底 座的振動之比，由底座傳遞到物體時則用位移、振動速度或振動加速度表示。 隔振效率：7/ = (i-r)xioo%傳動比t：-

15、w2)2 + d2u2式中d為阻尼比，為激振頻率和共振頻率的比。(3)實驗步驟： 隔振器安裝把小的空氣阻尼器和質(zhì)量塊組成的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)固定在梁屮部，速度傳感 器放上面，壓電加速度傳感器放在梁的下面。 安裝激振器把激振器安裝在支架上，將激振器和支架固定在實驗臺基座上，并保證 激振器頂桿對簡支梁有一定的預(yù)壓力（不要超過激振桿上的紅線標(biāo)識），用專 用連接線連接激振器和dh1301掃頻信號源輸出接口。 連接儀器和傳感器把加速度傳感器輸出信號接到數(shù)采分析儀的振動測試通道1-2；把速度傳感器輸出信號接到數(shù)采分析儀的應(yīng)變測試通道1-3o 儀器參數(shù)設(shè)置打開數(shù)采儀器的電源開關(guān)，開機(jī)進(jìn)入dhdas2003數(shù)采分析

16、軟件的主界面, 設(shè)置采樣頻率、分析點數(shù)，量程范圍，輸入加速度傳感器、速度傳感器的靈 敏度。 打開三個窗口，分別顯示二個通道的時間波形信號、二通道頻譜信號和頻 響函數(shù)，并且加速度信號要經(jīng)積分運算變換為速度信號。 采集并顯示數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)掃頻信號源的輸出頻率，使隔振器產(chǎn)生共振。在各窗口屮分別讀取 當(dāng)前振動的最大值、頻率值辦、振幅以及第一通道的峰值人和第二通道的峰 值。 改變激振頻率，分別測量f.<f< v2/0 > >v2/0 <f< 3/0、3/0</<6/0> 6辦v/vlo.f（）、/ >10九、時，上下傳感器的振動幅度。 根據(jù)所測幅值計

17、算傳動比和隔振效果隔振傳動比： a,l 人2隔振效率:77 = (i-r)xioo%(4)實驗圖形如下:(圖6-2：激振頻率40出下幅頻特性曲線)(圖6-3：激振頻率48出下幅頻特性曲線)（圖6-4：激振頻率88出下幅頻特性曲線）（圖6-5：激振頻率40hzt幅頻特性曲線）（圖6-6：激振頻率320出下幅頻特性曲線）（圖6-7：激振頻率4801b下幅頻特性曲線）（5）數(shù)據(jù)處理計算:表6-1：數(shù)據(jù)結(jié)果頻率范圍頻率加速度振 幅a】速度振幅a2傳動比t隔振效 率0.07844.19130.018798.13%0.263611.70680.022597.75%0.05311.30410.040795.

18、93%0.30284.29520.070592.95%0.92806.20680.149585.05%0.02170.08370.259374.07%7 復(fù)式動力吸振器吸振實驗(1)實驗裝置圖:(圖7-1：實驗裝置圖)(2)實驗原理：單式動力減振采用一個附加的特殊彈簧質(zhì)量系統(tǒng)變成為兩白由度的系 統(tǒng)，附加彈簧質(zhì)量系統(tǒng)固有頻率d等于主系統(tǒng)的固有頻率如果外部激振 頻率等于其固有頻率吋，即可起到良好的減振效果。如果外部激振頻率與主 系統(tǒng)的二階或更高階固有頻率相等時，單式減振器就不能發(fā)揮作用，這時可 以采用復(fù)式減振器。復(fù)式減振器附加一個具有兩自由度或多自由度的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)，減振器 的一個彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的調(diào)節(jié)螺母經(jīng)過調(diào)節(jié)，可以對應(yīng)系統(tǒng)中的某階固有頻率, 當(dāng)外部激振力引起主系統(tǒng)某階共振時，能量就轉(zhuǎn)移到附加質(zhì)量系統(tǒng)，起到減 振效果。(3)實驗步驟： 安裝激振器把激振器安裝在支架上，將激振器和支架固定在實驗臺基座上，并保證 激振器頂桿對簡支梁有一定的預(yù)壓力(不要超過激振桿上的紅線標(biāo)識)，用專 用連接線