【西安交通大學(xué)】機(jī)械轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)振動(dòng)與噪聲測(cè)量綜合試驗(yàn)報(bào)告

1、【西安交通大學(xué)】機(jī)械轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)振動(dòng)與噪聲測(cè)量綜合試驗(yàn)報(bào)告機(jī)械測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告機(jī)械轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)的振動(dòng)和噪聲測(cè)試及分析綜合實(shí)驗(yàn)班級(jí)：第三小組組長(zhǎng)：）成員（按姓氏）：西安交通大學(xué)機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心32019年年212月僅供參考，不得抄襲！目錄一實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介11.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.2實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備11.3實(shí)驗(yàn)要求1二實(shí)驗(yàn)方案22.1實(shí)驗(yàn)階段22.1.1準(zhǔn)備階段22.1.2實(shí)施階段22.1.3總結(jié)分析階段22.2注意事項(xiàng)2三測(cè)試系統(tǒng)搭建33.1測(cè)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(jí)計(jì)73.2.5轉(zhuǎn)速傳感器73.3傳感

2、器后續(xù)連接9四信號(hào)采集與分析94.1信號(hào)采集94.2聲級(jí)計(jì)標(biāo)定104.3轉(zhuǎn)子軸心軌跡的測(cè)量104.4不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子振動(dòng)的時(shí)域分析114.5不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子振動(dòng)的頻域分析134.6不同轉(zhuǎn)速下噪聲的時(shí)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(dòng)與噪聲相干分析254.9轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡26五實(shí)驗(yàn)總結(jié)275.1實(shí)驗(yàn)結(jié)論275.2實(shí)驗(yàn)中遇到的問題275.3實(shí)驗(yàn)心得281一實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介11.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康尼槍?duì)機(jī)械轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)，能夠較熟練地掌握機(jī)械動(dòng)態(tài)信號(hào)（振動(dòng)、噪聲等）測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試系統(tǒng)搭建、數(shù)據(jù)采集及信號(hào)處理的方法和技術(shù)。21.2實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備機(jī)械動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)量與信號(hào)采集分析系統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)速度傳感器1

3、1個(gè)電渦流位移傳感器感器11臺(tái)計(jì)算機(jī)驗(yàn)要求1.針對(duì)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)象,1 臺(tái)加個(gè)速度傳感器2 個(gè)光電傳個(gè)噪聲測(cè)量?jī)x1臺(tái)31.3實(shí)按照機(jī)械動(dòng)態(tài)特性測(cè)試要求，完成機(jī)械振動(dòng)和噪聲的計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)；2.選用合適的振動(dòng)和噪聲測(cè)試傳感器及其信號(hào)調(diào)理裝置；3.構(gòu)建計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，掌握振動(dòng)和噪聲信號(hào)分析軟件使用方法；4.自主完成轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)振動(dòng)和噪聲的測(cè)量、信號(hào)采集；5.通過信號(hào)分析，得出轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)在不同轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)和噪聲的時(shí)域波形、頻譜（從轉(zhuǎn)速600rpm1800rpm每200轉(zhuǎn)測(cè)一組轉(zhuǎn)速、振動(dòng)時(shí)域信號(hào)、振動(dòng)頻域信號(hào)、噪聲時(shí)域和頻域的信號(hào)數(shù)據(jù)）；找出轉(zhuǎn)速和振動(dòng)及噪聲的關(guān)系，并對(duì)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)

4、。6.對(duì)振動(dòng)和噪聲進(jìn)行相干分析，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行合理解釋。2二實(shí)驗(yàn)方案2.1實(shí)驗(yàn)階段根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)際情況，我們大致將本次實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)階段進(jìn)行，即準(zhǔn)備階段、實(shí)施階段、總結(jié)分析階段。1. 2.1.1準(zhǔn)備階段1,熟悉試驗(yàn)臺(tái)，熟悉各個(gè)傳感器的安裝位置及功能，以及整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的線路連接。2. 基本掌握信號(hào)分析軟件的使用。3. 掌握各傳感器的標(biāo)定方法，嘗試進(jìn)行信號(hào)采集及分析處理，為正式采集做準(zhǔn)備。22.1.2實(shí)施階段1.連接測(cè)試線路，對(duì)各傳感器進(jìn)行靈敏度設(shè)定，對(duì)聲級(jí)計(jì)進(jìn)行標(biāo)定。2. 通過兩個(gè)電渦流傳感器采集的信號(hào)，得到軸心的運(yùn)動(dòng)軌跡，觀察其形狀，判斷轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的不平衡程度。3. 合理安裝聲級(jí)計(jì)位置，準(zhǔn)備進(jìn)行噪

5、聲信號(hào)的采集。4. 通過速度和加速度傳感器采集并得到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)引起的振動(dòng)的時(shí)域和頻域圖。與此同時(shí)，采集得到噪聲信號(hào)的時(shí)域和頻域圖。5. 通過計(jì)算機(jī)軟件對(duì)振動(dòng)和噪聲進(jìn)行相干分析，并判斷噪聲是否由轉(zhuǎn)子的振動(dòng)引起。6. 在不同轉(zhuǎn)速下重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過程。32.1.3總結(jié)分析階段利用實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，對(duì)噪聲和振動(dòng)的關(guān)系進(jìn)行分析討論，得出噪聲的主要來源，如果可能，進(jìn)一步提出降低轉(zhuǎn)自振動(dòng)的方案。22.2注意事項(xiàng)以上方案是通過理論分析聯(lián)系實(shí)際在理想情況下提出的，實(shí)際實(shí)施中可能會(huì)出現(xiàn)各種問題：1.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。32.信號(hào)采集過程中干擾信號(hào)的混入難以避免，應(yīng)盡量根據(jù)實(shí)際條件采取措施，減小

6、干擾信號(hào)的影響。如：實(shí)驗(yàn)臺(tái)桌面的振動(dòng)；其他實(shí)驗(yàn)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(duì)聲波反射作用的干擾。3. 有實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括傳感器存在自身故障的可能，實(shí)驗(yàn)前應(yīng)仔細(xì)檢查。4. 實(shí)際數(shù)據(jù)可能會(huì)與理想的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在出入，應(yīng)對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行大致判斷，估計(jì)其合理性。5. 實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)具體問題具體分析，合理調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案。三測(cè)試系統(tǒng)搭建13.1測(cè)試系統(tǒng)框架圖圖3.1.1測(cè)試系統(tǒng)框架圖轉(zhuǎn)速噪聲振動(dòng)轉(zhuǎn)速傳感器位移傳感器速度傳感器加速度傳感器聲級(jí)計(jì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集裝置423.2傳感器的位置選擇與搭建13.2.1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(cè)磁場(chǎng)的大小來檢測(cè)傳感

7、器與轉(zhuǎn)軸之間的距離，從而達(dá)到測(cè)量位移的作用。共有兩個(gè)，XY方向各一個(gè)，裝在轉(zhuǎn)軸的支撐處。圖3.2.1位移傳感器安裝23.2.2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(shí)，由于內(nèi)部電荷的極化現(xiàn)象，會(huì)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。5圖3.2.2加速度傳感器安裝633.2.3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743.2.4聲級(jí)計(jì)聲級(jí)計(jì)是最基本的噪聲測(cè)量?jī)x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(hào)轉(zhuǎn)

8、換成電信號(hào)時(shí)，可以模擬人耳對(duì)聲波反應(yīng)速度的時(shí)間特性；對(duì)高低頻有不同靈敏度的頻率特性以及不同響度時(shí)改變頻率特性的強(qiáng)度特性。因此，聲級(jí)計(jì)是一種主觀性的電子儀器。圖3.2.4聲級(jí)計(jì)安放53.2.5轉(zhuǎn)速傳感器本次試驗(yàn)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(cè)轉(zhuǎn)軸上設(shè)有反射記號(hào)，由光源發(fā)出的光線通過透鏡和半透膜入射到被測(cè)轉(zhuǎn)軸上。本次試驗(yàn)中光電傳感器安裝在轉(zhuǎn)軸一端。8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933.3傳感器后續(xù)連接在連接儀器時(shí)，一號(hào)通道接通的為轉(zhuǎn)速傳感器，二號(hào)通道接通的為速度傳感器，三號(hào)通道接通的為加速度傳感器，四號(hào)五號(hào)都是接通的為電渦流位移傳感器，六號(hào)通道接

9、通的為噪聲聲級(jí)計(jì)，通過計(jì)算機(jī)軟件對(duì)振動(dòng)和噪聲進(jìn)行相干分析，獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖3.3.1傳感器與動(dòng)態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)的連接四信號(hào)采集與分析14.1信號(hào)采集本實(shí)驗(yàn)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(gè)電渦流傳感器采集的信號(hào)，得到軸心的運(yùn)動(dòng)軌跡，用速度和加速度傳感器采集并得到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)引起的振動(dòng)的時(shí)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(shí)，受到外圍環(huán)境的影響，10誤差較大，所以我們就以速度傳感器測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量分析，同時(shí)采集得到噪聲信號(hào)的時(shí)域和頻域圖，進(jìn)行比較分析。2 4.2聲級(jí)計(jì)標(biāo)定圖4.2.1聲級(jí)計(jì)的標(biāo)定截圖正確連接聲級(jí)計(jì)到測(cè)試系統(tǒng)，

10、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(hào)在時(shí)域圖中的有效時(shí)為1Pa,可看到此時(shí)靈敏度為2100。完成聲級(jí)計(jì)的標(biāo)定。3 4.3轉(zhuǎn)子軸心軌跡的測(cè)量軸心軌跡由兩個(gè)互為的90度的電渦流傳感器測(cè)出?？梢苑从吵鲛D(zhuǎn)軸的不平衡成度。若轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)際為1211rpm）,測(cè)量軸心軌跡如圖所示，由圖可看出，轉(zhuǎn)子中心轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡，最大振動(dòng)幅值在30m左右。（此值可與后續(xù)平衡后振幅做比較）11圖4.3.1轉(zhuǎn)速1211rpm軸心軌跡截圖44.4不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子振動(dòng)的時(shí)域分析圖4.4.1轉(zhuǎn)速600rpm轉(zhuǎn)子振

11、動(dòng)時(shí)域截圖12圖4.4.2轉(zhuǎn)速798rpm轉(zhuǎn)子振動(dòng)時(shí)域截圖圖4.4.3轉(zhuǎn)速1221rpm轉(zhuǎn)子振動(dòng)時(shí)域截圖13圖4.4.4轉(zhuǎn)速1616rpm轉(zhuǎn)子振動(dòng)時(shí)域截圖圖4.4.5轉(zhuǎn)速1831rpm轉(zhuǎn)子振動(dòng)時(shí)域截圖4.55不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子振動(dòng)的頻域分析將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速?gòu)?800轉(zhuǎn)至600轉(zhuǎn)以200轉(zhuǎn)為間隔進(jìn)行測(cè)試，從而得到了以下7個(gè)頻域圖譜。14圖4.5.1轉(zhuǎn)速1801rpm轉(zhuǎn)子振動(dòng)頻域截圖圖4.5.2轉(zhuǎn)速1597rpm轉(zhuǎn)子振動(dòng)頻域截圖15圖4.5.3轉(zhuǎn)速1399rpm轉(zhuǎn)子振動(dòng)頻域截圖圖4.5.4轉(zhuǎn)速1210rpm轉(zhuǎn)子振動(dòng)頻域截圖16圖4.5.5轉(zhuǎn)速1009rpm轉(zhuǎn)子振動(dòng)頻域截圖圖4.5.6轉(zhuǎn)速818rpm轉(zhuǎn)子振動(dòng)

12、頻域截圖17圖4.5.7轉(zhuǎn)速606rpm轉(zhuǎn)子振動(dòng)頻域截圖表4.5.1轉(zhuǎn)子振幅及頻率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系轉(zhuǎn)速/rpm頻率/HZ峰值對(duì)應(yīng)頻率/HZ峰值對(duì)應(yīng)速度/180130.0230.002.30159726.6226.252.07139923.3223.751.16121220.2020.001.70100916.8216.250.2181813.6330.000.2260610.1040.000.06轉(zhuǎn)子振動(dòng)頻域分析18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(dòng)信號(hào)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(duì)應(yīng)的頻率也基本為工頻的諧波。以轉(zhuǎn)速為1801轉(zhuǎn)時(shí)的頻譜為例，

13、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(dòng)信號(hào)。當(dāng)轉(zhuǎn)速在1000轉(zhuǎn)以上時(shí)，主要峰值出現(xiàn)在工頻處，倍頻處的峰值影響相對(duì)較小，振動(dòng)主要是由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的不平衡引起的；而當(dāng)轉(zhuǎn)速低于1000轉(zhuǎn)時(shí)，工頻處的峰值與倍頻處的峰值相差無幾，這時(shí)振動(dòng)不僅是由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)信號(hào)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(dòng)信號(hào)的峰值越大。其中1210轉(zhuǎn)時(shí)峰值逆趨勢(shì)發(fā)生突增，是因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)時(shí)干擾引起的誤差。綜上所述，振動(dòng)主要是由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的不平衡所引起的，并且隨著轉(zhuǎn)速的增大，振動(dòng)也會(huì)隨之增大。00.511.522

14、.50500100015002019振動(dòng)峰值/mm/s轉(zhuǎn)速/rpm轉(zhuǎn)子振幅與轉(zhuǎn)速折線圖峰值194.66不同轉(zhuǎn)速下噪聲的時(shí)域分析圖4.6.1轉(zhuǎn)速798rpm噪聲時(shí)域截圖圖4.6.2轉(zhuǎn)速1221rpm噪聲時(shí)域截圖20圖4.6.3轉(zhuǎn)速1408rpm噪聲時(shí)域截圖圖4.6.4轉(zhuǎn)速1616rpm噪聲時(shí)域截圖21圖4.6.5轉(zhuǎn)速1831rpm噪聲時(shí)域截圖74.7不同轉(zhuǎn)速下噪聲的頻域分析噪聲測(cè)量時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲，在頻譜圖中將會(huì)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(jìn)行分析。在頻譜圖中我們可以看出，噪聲信號(hào)也表現(xiàn)出了明顯的諧波性，主要峰值出現(xiàn)

15、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(shí)，噪聲信號(hào)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(hào)的大小有著隨轉(zhuǎn)速減小而減小的趨勢(shì)，當(dāng)轉(zhuǎn)速降至1000轉(zhuǎn)時(shí)，噪聲信號(hào)基本為0,而其余的信號(hào)沒有太大變化，從這里可以初步得出噪聲信號(hào)主要是由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)引起的，其他不變的為外界的干擾信號(hào)。22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23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24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)系轉(zhuǎn)速

16、/rpm頻率/HZ峰值對(duì)應(yīng)頻率/HZ179729.9530.00160826.8026.00140823.4724,00120320.0520.00100416.7316.00轉(zhuǎn)子噪聲頻域分析254.88轉(zhuǎn)子振動(dòng)與噪聲相干分析通過把所測(cè)噪聲的頻譜圖與所測(cè)轉(zhuǎn)速振動(dòng)頻譜圖進(jìn)行相干分析獲得振動(dòng)與噪聲的的關(guān)系。在轉(zhuǎn)速為1403rpm時(shí)，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(dòng)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(dòng)和噪聲的相干性，由圖可知，在整個(gè)分頻帶內(nèi)，有許多頻率對(duì)應(yīng)的相干系數(shù)都較大，在大概23.78Hz,的時(shí)候我們看到相干函數(shù)值0.9

17、0,說明振動(dòng)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(dòng)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(dòng)引起。264.99轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡圖4.9.1轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡前后振動(dòng)幅值對(duì)比圖圖4.9.2轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡前后軸心軌跡對(duì)比圖27通過在轉(zhuǎn)盤上加裝質(zhì)量塊，對(duì)轉(zhuǎn)盤的不平衡進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償后測(cè)量的振動(dòng)及軸心軌跡如圖所示。未平衡前，速度傳感器測(cè)得的最大值為1.7mm/s,軸心軌跡振幅在30m左右；平衡后，速度傳感器測(cè)得的最大值為0.84mm/s,軸心軌跡振幅在13m左右。因此，平衡對(duì)改善轉(zhuǎn)自振動(dòng)有較明顯的效果。五實(shí)驗(yàn)總結(jié)15.1實(shí)驗(yàn)結(jié)論振動(dòng)信號(hào)表現(xiàn)出明顯的諧波性，主要峰值出現(xiàn)在工頻處，振動(dòng)主要是由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的不平衡引起的。轉(zhuǎn)速越快，振動(dòng)信號(hào)的峰值越大。噪聲信號(hào)表現(xiàn)出了明顯的諧波性，主要峰值出現(xiàn)在工頻處。工頻處噪聲信號(hào)的大小隨轉(zhuǎn)速減小而減小。轉(zhuǎn)子振動(dòng)和噪聲信號(hào)有很強(qiáng)的相干性，工頻處相干度為0.91,轉(zhuǎn)子的噪聲主要是由轉(zhuǎn)子的振動(dòng)引起。轉(zhuǎn)子經(jīng)過動(dòng)平衡，軸心軌跡振幅由30m降為13m;振動(dòng)最大值為由1.7mm/s下降為0.84mm/s。25.2實(shí)驗(yàn)中遇到的問題圖5.2.1轉(zhuǎn)速1015噪聲頻域截圖28在圖5.2.1中，高頻成分占據(jù)了絕大部分，而且最高值也出現(xiàn)在高頻處，根據(jù)理論計(jì)算，本該出現(xiàn)最高值的地方，頻譜圖是極值，根據(jù)我們的討論分析，是