機(jī)械振動(dòng)測(cè)試教程

1、機(jī)械振動(dòng)測(cè)試imcaccess，第一個(gè)振動(dòng)概念，狹義上的時(shí)間周期運(yùn)動(dòng)稱為振動(dòng)。從廣義上說，任何物理量在特定數(shù)字附近進(jìn)行周期性變化稱為振動(dòng)。機(jī)械振動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)是物體在特定位置附近周期性往返的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)是以靜態(tài)平衡位置為中心進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)，鐘擺是一個(gè)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)的基本要素是慣性、恢復(fù)性和阻尼。慣性是可持續(xù)系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，恢復(fù)性是將系統(tǒng)位置返回平衡狀態(tài)的性質(zhì)，阻尼是可消耗系統(tǒng)能量的性質(zhì)。牙齒三個(gè)茄子基本元素通常表示為物理參數(shù)質(zhì)量M、剛度K和阻尼C。系統(tǒng)僅由初始條件(初始變位，初始速度)的激勵(lì)產(chǎn)生的振動(dòng)稱為自由振動(dòng)，由持續(xù)外力刺激的系統(tǒng)振動(dòng)稱為強(qiáng)制振動(dòng)自由振

2、動(dòng)問題。比強(qiáng)迫振動(dòng)問題簡(jiǎn)單，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)。第二節(jié)機(jī)械振動(dòng)的類型，單自由度系統(tǒng)，在簡(jiǎn)化模型中，僅振動(dòng)體的位置或形狀，沒有單自由度制動(dòng)的自由振動(dòng)系統(tǒng)，加速度，常數(shù)A和J確定，(1)沒有單自由度制動(dòng)的系統(tǒng)的自由振動(dòng)由正弦或馀弦函數(shù)或總稱諧波函數(shù)表示，因此稱為簡(jiǎn)單諧振。(2)自由振動(dòng)的各頻率僅由系統(tǒng)本身的參數(shù)確定，與外部激勵(lì)、初始條件等無(wú)關(guān)；(5)單自由度阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)是等寬振動(dòng)。阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)，通過：2。復(fù)合周期振動(dòng)，復(fù)合周期振動(dòng)由兩個(gè)以上頻率的比率為有理數(shù)的簡(jiǎn)單諧振復(fù)合構(gòu)成。3 .準(zhǔn)周期振動(dòng)，準(zhǔn)周期振動(dòng)是由頻率比均為有理數(shù)的簡(jiǎn)單諧振子疊加而成

3、的。4 .暫時(shí)性振動(dòng)，沖擊，暫時(shí)性振動(dòng)是在很短的時(shí)間內(nèi)只持續(xù)幾個(gè)周期的振動(dòng)。沖擊是單脈沖。特征：過程突然發(fā)生，周期短，能量大。通常由從0到無(wú)限的所有頻率的諧波分量組成。5 .隨機(jī)振動(dòng)，沒有確定的周期，振動(dòng)量和時(shí)間也沒有一定的關(guān)系。是，機(jī)器和基礎(chǔ)的振動(dòng)，單自由度系統(tǒng)的強(qiáng)制振動(dòng)，1。作用于質(zhì)量塊的力產(chǎn)生的強(qiáng)制振動(dòng)，1 .無(wú)論系統(tǒng)的阻尼比如何，時(shí)間位移總是落后于動(dòng)機(jī)90o現(xiàn)象。稱為相位共振。2 .速度、2?；A(chǔ)運(yùn)動(dòng)引起的強(qiáng)迫振動(dòng)在很多情況下是振動(dòng)系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)是由基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)引起的。牙齒情況稱為變位激勵(lì)。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)。如果調(diào)查質(zhì)量塊M的基礎(chǔ)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則產(chǎn)生M的

4、相對(duì)變位(y-x)。運(yùn)動(dòng)方程式為：第二節(jié)振動(dòng)的激勵(lì)和刺激器，根據(jù)第一章討論，如果知道系統(tǒng)的輸入(激勵(lì))和輸出(響應(yīng))，就可以找到系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，即動(dòng)態(tài)特性。振動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試是求系統(tǒng)輸入和輸出的實(shí)驗(yàn)方法。為了完成上述測(cè)試工作，測(cè)試系統(tǒng)通常應(yīng)包括以下三個(gè)茄子主要部分：1)實(shí)現(xiàn)激勵(lì)部分對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的激勵(lì)(輸入)，從而振動(dòng)系統(tǒng)。主要由激勵(lì)信號(hào)源、功率放大器和激勵(lì)裝置組成。2)檢測(cè)和放大被測(cè)量系統(tǒng)的輸入和輸出信號(hào)，并將信號(hào)轉(zhuǎn)換為特定格式(通常是傳記信號(hào))。主要由傳感器、可曹征放大器組成。3)分析記錄部分記錄從拾取部分傳遞的信號(hào)，以便今后分析或直接近行分析處理，并記錄處理結(jié)果。主要由多種記錄設(shè)備和頻譜分析設(shè)備組

5、成。，沖擊器，(1)電動(dòng)沖擊器，當(dāng)Fi變?yōu)橹C波法則時(shí)，作用于沖擊物體上的力F也是相同頻率的簡(jiǎn)并力。使用時(shí)，經(jīng)常在頂針和沖擊對(duì)象之間添加力傳感器，以準(zhǔn)確測(cè)量沖擊力F(t)，為了將沖擊器的能量最大限度地用于刺激對(duì)象的激勵(lì)，低頻沖擊，將沖擊器的底座連接到靜止的基礎(chǔ)剛度，使安裝的固有頻率比沖擊頻率高3倍以上。沖擊器安裝原則：(b)電磁沖擊器，電磁沖擊器為非接觸式，最大頻率約為500800Hz。刺激器由進(jìn)入線圈的交流電流產(chǎn)生交流磁場(chǎng)，測(cè)量對(duì)象為電樞，在交流磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生振動(dòng)。因?yàn)殡姶盆F和電樞之間的作用力F(t)只是吸引力，沒有斥力。為了形成往復(fù)正弦激勵(lì)，必須鎖定一定的吸力F0，才能重疊之前橋邊的協(xié)調(diào)力

6、F(t)，進(jìn)入線圈的電流I(t)也必須由直流電和交流電兩部分組成，即：根據(jù)電磁理論，電磁鐵產(chǎn)生的磁力與通過電流的平方成正比。也就是說，A是按比例系數(shù)與電磁鐵的大小、結(jié)構(gòu)、材料和氣隙的大小相關(guān)。對(duì)于AI0，常識(shí)右側(cè)(c)脈沖鏈球，脈沖錘是產(chǎn)生由鏈球、手柄、可更換錘和柜臺(tái)錘組成的臨時(shí)激勵(lì)的激勵(lì)器的激勵(lì)器，通常在錘和錘頭之間裝有力傳感器，以測(cè)量被測(cè)量系統(tǒng)的錘力大小。通常，鏈球力的大小由鏈球質(zhì)量和鏈球測(cè)量系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度決定。激勵(lì)的頻率范圍主要由接觸表面的剛度確定，錘的材料越硬，脈沖持續(xù)時(shí)間越短，上限Fe越高。為了調(diào)整激勵(lì)頻率范圍，通常徐璐使用其他材料的錘子。在用脈沖錘進(jìn)行沖擊激勵(lì)時(shí)，等于在如圖(A)所

7、示的被測(cè)試系統(tǒng)中施加反射正弦波的力脈沖。牙齒脈沖的頻譜如圖(B)所示，在小于上頻率Fe的頻帶中，脈沖的頻譜基本上是平坦的，F(xiàn)e向前快速下降。一般來說，錘子的材料越硬，脈沖持續(xù)時(shí)間越短，極限率Fe越高。3節(jié)振動(dòng)的激勵(lì)，1，穩(wěn)定正弦激勵(lì)方法是測(cè)量頻率響應(yīng)的經(jīng)典方法，所測(cè)試系統(tǒng)提供的激勵(lì)信號(hào)是具有穩(wěn)定大小和頻率的正弦信號(hào)。測(cè)量激勵(lì)大小和響應(yīng)大小可以在相應(yīng)的頻率點(diǎn)找到系統(tǒng)的頻率響應(yīng)大小。激勵(lì)系統(tǒng)一般由正弦信號(hào)發(fā)生器、功率放大器和電磁刺激器組成，測(cè)量系統(tǒng)由跟蹤濾波器、峰值電壓表和相位計(jì)組成。2，臨時(shí)激勵(lì)方法，臨時(shí)激勵(lì)方法，為被測(cè)試系統(tǒng)提供的激勵(lì)信號(hào)是一種臨時(shí)信號(hào)。這屬于寬帶激勵(lì)。即，一次向系統(tǒng)提供頻帶內(nèi)

8、每個(gè)頻率組件的能量，并生成該頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)。因此，這是快速測(cè)試方法。同時(shí)，由于測(cè)試設(shè)備簡(jiǎn)單，靈活性大小，經(jīng)常在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用。目前常用的暫時(shí)激勵(lì)方法有快速正弦掃描、脈沖鏈球、階段李莞激勵(lì)等。下面分別討論和介紹。(1)快速正弦掃描。牙齒測(cè)試方法在正弦激勵(lì)信號(hào)期望的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行快速掃描(幾秒鐘內(nèi)完成)，振動(dòng)信號(hào)頻率在掃描周期T內(nèi)線性增加，大小保持不變。掃描信號(hào)的頻譜曲線幾乎是平面曲線，可以達(dá)到寬帶激勵(lì)的目的。(b)脈沖鏈球激發(fā)，脈沖鏈球激發(fā)，用脈沖錘敲打測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)施加脈沖力，產(chǎn)生振動(dòng)。鏈球脈沖在特定頻率范圍內(nèi)具有平面頻譜曲線，因此是寬帶高速激勵(lì)方法。(3)階段緩解激勵(lì)，1，階段緩解激勵(lì)定義

9、2，特征：階段函數(shù)的導(dǎo)數(shù)是脈沖函數(shù)，由階段函數(shù)引起的響應(yīng)的導(dǎo)數(shù)是脈沖響應(yīng)函數(shù)，因此牙齒方法也是寬帶激勵(lì)方法。3.實(shí)施：在實(shí)際應(yīng)用中，通常是剛度大、質(zhì)量輕的張力弦，通過力傳感器字典加載系統(tǒng)，然后突然切斷張力弦。3，隨機(jī)激勵(lì)方法，(1)純隨機(jī)激勵(lì)理想純隨機(jī)信號(hào)是具有高斯分布的白噪聲，在整個(gè)時(shí)間內(nèi)是隨機(jī)的、非周期性的，在頻域中幾乎是平面的直線。(b)醫(yī)生隨機(jī)激勵(lì)，醫(yī)生隨機(jī)信號(hào)是周期性隨機(jī)信號(hào)，一個(gè)周期內(nèi)的信號(hào)是純隨機(jī)的，但每個(gè)周期內(nèi)的信號(hào)完全相同。牙齒方法的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性。在T內(nèi)剪切白噪聲，然后按周期T重復(fù)，從而形成醫(yī)生隨機(jī)信號(hào)。第4節(jié)振動(dòng)傳感器，分類：接觸式和非接觸式外殼式固定方式可分為相對(duì)

10、型和絕對(duì)型。機(jī)械振動(dòng)不是物理參數(shù)，而是物理現(xiàn)象，與振動(dòng)相關(guān)的物理量有振動(dòng)變位、振動(dòng)速度、振動(dòng)加速度等，因此振動(dòng)測(cè)試檢測(cè)這些振動(dòng)量，反映了振動(dòng)的強(qiáng)弱程度。1，慣性振動(dòng)傳感器的動(dòng)力學(xué)模型和特性分析，(1)動(dòng)力學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)方程，(2)慣性變位傳感器的響應(yīng)條件下限測(cè)量頻率受彈性元件的強(qiáng)度和質(zhì)量塊大小、重量等的限制，因此n牙齒不能太小。因此，變位傳感器的頻率范圍是有限的。(3)慣性加速度傳感器的響應(yīng)條件，慣性加速度傳感器的質(zhì)量塊相對(duì)變位Zm與測(cè)量的振動(dòng)的加速度成正比，因此可以使用質(zhì)量塊的位移來反映測(cè)量的振動(dòng)的加速度大小。加速度傳感器振幅頻率特性的表達(dá)式：1慣性加速度傳感器的最大優(yōu)點(diǎn)是具有零頻率保持性。也

11、就是說，理論上，下限測(cè)量頻率是0，但實(shí)際上，下限測(cè)量頻率很低。2.此外，為了使N遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于測(cè)量的振動(dòng)頻率，加速度傳感器的大小和質(zhì)量可以很小(小于1g)，因此對(duì)測(cè)量的目標(biāo)的進(jìn)一步影響也很小。2，壓電加速度傳感器，內(nèi)部通常有高密度合金制造的慣性質(zhì)量塊。當(dāng)外殼與基準(zhǔn)和測(cè)量目標(biāo)一起移動(dòng)時(shí)，慣性質(zhì)量塊相對(duì)于外殼或基準(zhǔn)產(chǎn)生恒定位移。牙齒位移產(chǎn)生的彈力添加到壓電元件中，壓電元件兩端產(chǎn)生極性相反的電荷。壓電傳感器通常不使用阻尼組件，該組件的內(nèi)部阻尼也很小(0.02)。系統(tǒng)被認(rèn)為沒有阻尼。其中k1是彈簧剛度，k2是壓電元件的剛度。其中ms是慣性質(zhì)量，MB是薄殼或其座位的質(zhì)量。k是等效剛度，m是換算質(zhì)量。壓電元件表

12、面產(chǎn)生的電荷Q是作用于壓電元件的力F為：壓電力傳感器，壓電力傳感器比加速度傳感器簡(jiǎn)單，其結(jié)構(gòu)如圖所示。要測(cè)量的力通過鋼球1和鋼板2傳遞到壓電石3和4。產(chǎn)生的電荷從線5和殼6出來，供應(yīng)給前放大器。產(chǎn)生的電荷與力f直接成正比。為了獲得更大的電荷靈敏度，還可以并行多張壓電板。3，磁傳記速度傳感器，4，渦流振動(dòng)傳感器，5節(jié)振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，1，振動(dòng)量測(cè)量振動(dòng)量通常表示反映振動(dòng)強(qiáng)弱程度的量，即振動(dòng)變位，振動(dòng)速度和振動(dòng)加速度的大小。牙齒三個(gè)茄子之間有確定的微分或積分關(guān)系。，2，自然頻率和阻尼測(cè)量，1。自由振動(dòng)法是一種單自由度振動(dòng)系統(tǒng)，在初始沖擊(初始速度為dz(0)dt或初始變位z0時(shí)，阻尼作用導(dǎo)致阻尼自由振

13、動(dòng))。阻尼自由振動(dòng)的曲線如圖2 .在共振法面前，討論了單自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)。振動(dòng)頻率接近系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，振動(dòng)響應(yīng)急劇增加，變位共振：小阻尼系統(tǒng)的情況是：6節(jié)振動(dòng)抑制，刺激振動(dòng)的力或運(yùn)動(dòng)源稱為震源。振動(dòng)源抑制是消除或減少振動(dòng)的最積極、最徹底的“本本”措施。1旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的不平衡是廣義上的機(jī)器。如果轉(zhuǎn)子的質(zhì)量為m(kg)、偏心距離為e(mm)、旋轉(zhuǎn)角速度為(rads)，則產(chǎn)生的沖擊力為2?？梢员硎緸閭鲃?dòng)系統(tǒng)的缺陷或誤差。制造或安裝錯(cuò)誤的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如齒輪、蝸輪、螺釘?shù)?。鏈輪等傳?dòng)裝置的工作原理本身包含傳動(dòng)的不均勻性，引起周期性沖擊力，引起3工作負(fù)載的波動(dòng)，機(jī)器工作負(fù)載的波動(dòng)可能引起各種類型的沖擊力大象沖床、鍛錘等設(shè)備，工作負(fù)載是“急速上升暴跌”，因此可能產(chǎn)生“沖擊”激勵(lì)。我們知道，每次沖擊后衰