機械振動測試與分析

機械工程測試技術基礎，機械與電子工程學院，主要內容，7.1 7.2振動基礎知識概述，7.3振動測量傳感器，7.4振動測量系統(tǒng)及其校準，7.5振動測試設備和振動信號介紹，7.6機械結構固有頻率和阻尼率估算概述，7.7汽車平順性測試框圖，7.1概述，1。機械振動是工程技術和日常生活中常見的現(xiàn)象。在大多數(shù)情況下，機械振動是有害的。振動經(jīng)常損害機器的正常工作。振動的動載荷加速了機械的故障，降低了機械設備的使用壽命，甚至導致?lián)p壞和事故。振動也可用于一方面，如運輸、壓實、夯實、清潔、脫水、老化等。第二，機械運行期間產(chǎn)生的振動和噪聲通常具有相同的頻率成分。盡管它們各自頻率分量之間的傳輸模式和強度比不同，但它們的頻譜都在一定程度上反映了機器的運行狀況，并可用作監(jiān)測運行狀況和評估運行質量的測試參數(shù)。振動研究中涉及的問題，機械振動測試系統(tǒng)的總體框圖，7.2振動的基本知識，機械振動的測量方法分為：相對測量方法：測量參考點是系統(tǒng)中運動點的固定點或絕對測量方法；測量參考點是系統(tǒng)外的一個點，相對于地球是靜止的。電氣測量法機械測量法光學測量法，根據(jù)測量過程中選擇的不同參考點，可分為：根據(jù)振動的原因，自由振動、強迫振動、自激振動，振動頻率與固有頻率的關系為，其中，n為系統(tǒng)的固有頻率，為阻尼率，系統(tǒng)的振動頻率為激勵頻率，振動頻率接近系統(tǒng)的固有頻率。7.2.1振動的分類，根據(jù)系統(tǒng)的輸出，簡諧振動，周期振動，瞬態(tài)振動，隨機振動，根據(jù)系統(tǒng)的自由度，單自由度系統(tǒng)振動，多自由度系統(tǒng)振動，連續(xù)彈性體振動，根據(jù)系統(tǒng)結構參數(shù)的特點，線性振動，非線性振動，作用在單自由度系統(tǒng)質量上的力，質量m在外力作用下的運動方程是，其中，c是粘性阻尼系數(shù)，k是彈簧剛度。(t)是系統(tǒng)的激振力，即系統(tǒng)的輸入，z(t)是系統(tǒng)的輸出。拉普拉斯變換，ms2z(s) csz(s) kz(s)=f(s)，傳遞函數(shù)為，7.2.2單自由度系統(tǒng)的受迫振動，因此，S=J，然后，力作用于單自由度系統(tǒng)的質量、系統(tǒng)的固有頻率、系統(tǒng)的阻尼率、振幅-頻率曲線、相位-頻率曲線、振幅-頻率曲線上最大振幅處的頻率稱為位移共振頻率，并作為阻尼無阻尼時，位移諧振頻率r為固有頻率 n，當系統(tǒng)阻尼很小時，位移諧振頻率r接近系統(tǒng)固有頻率n，可作為估計值。當/r=1時，無論系統(tǒng)的阻尼率如何，幅頻曲線總是滯后于激振力90。這種現(xiàn)象被稱為相位共振。相頻曲線，利用相頻特性精確確定固有頻率，幅頻曲線，基礎運動引起的強迫振動，單自由度系統(tǒng)的基礎振動，單自由度系統(tǒng)受力于質量塊，基礎振動，如果基礎的絕對位移為Z1，質量m的絕對位移為Z0，系統(tǒng)的振動可用以下方程表示：拉普拉斯變換，s=J，系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性，幅頻特性通過坐標轉換在特定條件下，多自由度系統(tǒng)按照一定的固有頻率進行簡諧振動。這種振動稱為主振動模式、二自由度系統(tǒng)的振動模式、7.2.3多自由度系統(tǒng)的振動、機械阻抗：線性動態(tài)系統(tǒng)在頻域中各種激勵條件下的激勵和響應比、K(s)=F(s)/Y(s)、傳遞函數(shù)、頻率響應函數(shù)、H(s)=Y(s)/F(s)、H()=Y()/F()、機械系統(tǒng)框圖也稱為機械導納，7.2.4機械阻抗的概念，將激振力設置為(t)=f0ej t，位移阻抗，速度阻抗，加速度阻抗，位移導納，速度導納，加速度導納，也稱為“振動傳感器”，根據(jù)振動測量的機械原理，慣性(絕對)振動傳感器和相對振動傳感器可根據(jù)測量過程中振動傳感器是否與被測物體接觸分為相對型和絕對型。 非接觸式振動傳感器和接觸式相對振動傳感器也稱為隨動式振動傳感器和7.3振動測量傳感器。使用時，殼體固定在被測物體上，振動由彈簧質量系統(tǒng)感知。也稱慣性拾振器，其外殼和測量桿在使用時分別與不同的測量部件連接，慣性拾振器的機械模型，慣性拾振器中的慣性系統(tǒng)可以看到地基運動引起的質量受迫振動。1、振動拾音器的工作原理、振幅頻率曲線、相位頻率曲線，從振幅頻率圖來看，只有當/n1，即n，a()1時，滿足測試振幅失真條件；當系統(tǒng)的阻尼比接近0.7時，A()更接近直線。從相頻圖來看，當n時，沒有相頻曲線是斜率近似為負的直線，因此不能滿足動態(tài)測試相位不失真的條件。當(78)n時，相位差接近-180，滿足測試相位不失真的條件。為了降低慣性拾振器的固有頻率，使系統(tǒng)的阻尼比在0.5 0.7之間，可以保證工作頻率的下限為=1.7n，振幅誤差不大于5%。當使用(78)n進行相位測試時，需要移相器來獲得相位信息。在設計和使用慣性拾振器時，幾種常用的傳感器，即渦流位移傳感器2、3、4、伺服加速度計5、壓阻式加速度計6、阻抗頭7、磁電式速度傳感器，利用電磁感應原理將質量與殼體的相對速度轉換成電壓信號輸出。壓電加速度計、壓電加速度傳感器屬于慣性傳感器。它利用壓電晶體的壓電效應，主要由壓電元件、質量塊和附加部件組成，包括壓縮彈簧和底座。如果振動頻率遠低于加速度計的固有頻率，壓電元件將產(chǎn)生與測量加速度成比例的電荷。對于由壓電材料制成的加速度計，質量越大，靈敏度越高，但是傳感器的固有頻率將降低。傳感器的固有頻率越高，其可測量的頻率范圍就越寬。目前，最低可測頻率達到0.1赫茲。合理選擇振動測量傳感器，(1)選擇直接測量參數(shù)，(2)綜合考慮傳感器的頻率范圍、測量范圍和靈敏度，(3)考慮具體的環(huán)境要求、價格、使用壽命、可靠性等因素。7.4振動測試系統(tǒng)及其校準、車輛平順性測試系統(tǒng)框圖、車輛平順性測試過程框圖、40公里/小時勻速直線行駛時駕駛員座椅各方向的加速度曲線、矩形窗、漢寧窗和漢明窗的歸一化頻譜特性、駕駛員座椅橫向加速度的自功率譜密度函數(shù)、駕駛員座椅垂直加速度的自功率譜密度函數(shù)、駕駛員座椅縱向加速度的自功率譜密度函數(shù)、加權加速度首先，絕對法將校準后的振動傳感器固定在校準工作臺上，用激光干涉測振儀直接測量振動臺的振幅，并與校準后的振動傳感器的輸出進行比較，確定校準后的振動傳感器的靈敏度。絕對校準法具有較高的準確度，但由于設備和技術的復雜性，它適用于測量部門。其次，相對法也被稱為背靠背比較校準法。待校準的傳感器和國家計量部門嚴格校準的傳感器背靠背安裝在振動臺上，承受相同的振動。通過比較兩個傳感器的輸出，可以計算出待校準頻率點的靈敏度。然而，在實踐中，絕對振動值通常通過信號疊加獲得。設備和技術要求相對較低，特別適合一般部門。7.5激勵測試設備和激勵振動信號介紹，1)激勵部分實現(xiàn)對被測系統(tǒng)的激勵(輸入)，使系統(tǒng)振動。它主要由激勵信號源、功率放大器和激勵裝置組成。2)振動拾取部分檢測并放大被測系統(tǒng)的輸入和輸出信號，并將信號轉換成某種形式(通常是電信號)。它主要由傳感器和可調放大器組成。3)分析和記錄部分記錄來自振動拾取部分的信號，用于以后的分析或直接近線分析，并記錄處理結果。它主要由各種記錄設備和光譜分析設備組成。穩(wěn)定正弦激勵，施加單一頻率的穩(wěn)定正弦激勵力，(t)=f0sin T.隨機激勵，優(yōu)點：設備通用，可靠性高，缺點：測量時間長，一般進行掃頻激勵，通過掃頻激勵獲得系統(tǒng)的一般特性，并在接近固有頻率的重要頻段進行穩(wěn)定的正弦激勵，獲得嚴格的動態(tài)特性，采用白