一、振動(dòng)測(cè)試

1、 第一部分 振動(dòng)測(cè)試概論 振動(dòng)理論單自由度系統(tǒng)振動(dòng)系統(tǒng)的力學(xué)模型和振動(dòng)參數(shù)2ckm0km基本參數(shù)：質(zhì)量 m 剛度 k 阻尼 c導(dǎo)出參數(shù)：固有頻率 阻尼比 衰減系數(shù) 2cnmkcx ma mkxcx mx xb運(yùn)動(dòng)方程0mxcxkx當(dāng) 1 時(shí)當(dāng) 時(shí)1當(dāng) 1 時(shí)20sin( 1)ntxXet 12()ntxeXX t2200(1)(1)12ntntxX eX e振動(dòng)分類(lèi)產(chǎn)生原因自由振動(dòng)受迫振動(dòng)自激振動(dòng)簡(jiǎn)諧振動(dòng)振動(dòng)分類(lèi)產(chǎn)生原因自由振動(dòng)受迫振動(dòng)自激振動(dòng)振動(dòng)分類(lèi)產(chǎn)生原因變化規(guī)律自由度數(shù)自由振動(dòng)受迫振動(dòng)自激振動(dòng)簡(jiǎn)諧振動(dòng)非簡(jiǎn)諧振動(dòng)隨機(jī)振動(dòng)單自由度系統(tǒng)的振動(dòng)多自由度系統(tǒng)的振動(dòng)連續(xù)系統(tǒng)的振動(dòng)振動(dòng)過(guò)程的分類(lèi)自由振

2、動(dòng)系統(tǒng)在去掉外加干擾力之后出現(xiàn)的振動(dòng)。這種振動(dòng)靠彈性力、慣性力和阻尼力來(lái)維持。振動(dòng)的頻率就是系統(tǒng)的固有頻率（也稱(chēng)自然頻率）。因有阻尼力存在，振動(dòng)逐漸衰減，阻尼越大，衰減越快。如果系統(tǒng)無(wú)阻尼存在（這只是一種理想狀態(tài)，實(shí)際上是不可能的），則稱(chēng)這種振動(dòng)為無(wú)阻尼自由振動(dòng)，無(wú)阻尼自由振動(dòng)是一種恒幅振動(dòng)受迫振動(dòng)在激振力持續(xù)作用下，系統(tǒng)被迫產(chǎn)生的振動(dòng)振動(dòng)特征與外部激振力的大小、方向和頻率有關(guān)。在簡(jiǎn)諧激振力作用下，能同時(shí)激發(fā)起以系統(tǒng)固有頻率為振動(dòng)頻率的自由振動(dòng)和以干擾頻率為振動(dòng)頻率的受迫振動(dòng)，其自由振動(dòng)部分將逐漸衰減，乃至最終消失，這時(shí)只剩下恒幅受迫振動(dòng)部分，即穩(wěn)態(tài)振動(dòng)響應(yīng)自激振動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)由于外部能量與系統(tǒng)運(yùn)

3、動(dòng)相耦合形成振蕩激勵(lì)所產(chǎn)生的振動(dòng)。當(dāng)振動(dòng)停止，振蕩激勵(lì)隨之消失。如滑動(dòng)軸承油膜振蕩、液壓隨動(dòng)系統(tǒng)的自振等簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)間表示法振動(dòng)位移振動(dòng)速度振動(dòng)加速度)sin(tAx)cos(tAx )sin(2tAx 振動(dòng)物體隨時(shí)間按正弦或余弦規(guī)律變化的振動(dòng)周期振動(dòng)時(shí)域特征參數(shù)名稱(chēng)幅值幅值比峰值x(t)的最大值1峰峰值x(t)的最大值和最小值之差2平均絕對(duì)值0.636有效值 0.707系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)量值按一定時(shí)間間隔重復(fù)出現(xiàn)的非簡(jiǎn)諧振動(dòng)，可用諧波分析方法，將其分解為若干個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)之和。均值TdttxT0)(1TdttxT02)(101( )Tx t dtT周期振動(dòng)的分解21221( )( )TTjnf tX fx

4、t edtT0111( )(cos2sin2)nnnx taanf tbnf t傅立葉級(jí)數(shù)nncff幅頻曲線(xiàn)相頻曲線(xiàn)( )()FTIFTx tX011( )sin(2)nnnx tccnf t00ca22nnncabarctgnnnba其中周期振動(dòng)頻譜圖的特點(diǎn)以方波為例以方波為例 譜線(xiàn)是離散的，各高次諧波是譜線(xiàn)是離散的，各高次諧波是 基波的整數(shù)倍，且最小頻率間隔基波的整數(shù)倍，且最小頻率間隔 等于基波等于基波 。幅值譜的縱坐標(biāo)顯示每個(gè)諧波分幅值譜的縱坐標(biāo)顯示每個(gè)諧波分 量在周期振動(dòng)中所占的比例大小，量在周期振動(dòng)中所占的比例大小， 其單位為被測(cè)振動(dòng)量的單位。其單位為被測(cè)振動(dòng)量的單位。1TtATon

5、c()f Hz1T12n()f Hz12oo2sinnAncnT22102122nmmfmmf 準(zhǔn)周期振動(dòng)組成：由兩個(gè)或兩個(gè)以上頻率比為無(wú)理 數(shù)的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成。特點(diǎn)：合成后不再是周期函數(shù)，但譜線(xiàn) 仍然是離散的。數(shù)學(xué)表達(dá)式：1( )cos()nnnnx tct沖擊振動(dòng)過(guò)程沖擊波形時(shí)域特征參數(shù)脈沖峰值脈沖寬度脈沖沖量脈沖能量pxA0I( )x t dt20E( )x t dtAt( )x toAt( )x toAt( )x too衰減振動(dòng)過(guò)程數(shù)學(xué)表達(dá)式（單自由度）時(shí)間歷程曲線(xiàn)時(shí)域特征參數(shù) 振動(dòng)幅值 衰減系數(shù) 有阻尼固有頻率( )sin()tdx tAetAd沖擊與衰減振動(dòng)過(guò)程的頻譜分析頻譜分析(

6、 )( )FTIFTx tX f2( )( )iftX fx t edt傅立葉積分2( )( )jftx tX f edf沖擊過(guò)程頻譜圖的特征以方波為例特點(diǎn)：譜線(xiàn)是連續(xù)的；幅值譜的單位為被測(cè)信號(hào)的 單位除以頻率；能量主要集中在0- 的頻 率范圍內(nèi)，脈寬越窄，頻率 范圍越寬。1sin ()()fXfAf otA22o( )f()f Hz12341234衰減過(guò)程頻譜圖的特征衰減正弦衰減余弦( )sin2tdx tAef t( )cos2tdx tAef t222( )(2)(2)ddf AX fjff22(2)( )(2)(2)dAjfX fjff2A22dA2ddf22ddA2Ann幾種典型信號(hào)

7、的頻譜幾種典型信號(hào)的頻譜 隨機(jī)振動(dòng)時(shí)間函數(shù)不能用精確的數(shù)學(xué)關(guān)系式來(lái)描述；不能預(yù)測(cè)它未來(lái)任何時(shí)刻的準(zhǔn)確值；對(duì)這種信號(hào)的每次觀測(cè)結(jié)果都不同，但大量地重復(fù)試驗(yàn)可以看到它具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律性，因而可用概率統(tǒng)計(jì)方法來(lái)描述和研究。 隨機(jī)振動(dòng)時(shí)域主要特征參數(shù)均值均方值方差自相關(guān)函數(shù)互相關(guān)函數(shù) 01Elim( )TxTxx t dtT22201Elim( )TxTxx t dtT2201lim ( )TxxTx tdtT01( )lim( ) ()TxTRx t x tdtT01lim( ) ()TxyTRx t y tdtT隨機(jī)振動(dòng)的頻譜分析功率譜密度函數(shù)自功率譜互功率譜相干函數(shù)( )( )FTxxIFTRSf2

8、( )( )iftxxSfRedt2( )()jftxxRSf edf( )()FTxyxyIFTRSf 2()( )iftxyxySfRedt2( )()jftxyxyRSf edf22()()()()xyxyxfyGffGGf201xy 2( )xxGfSf 2( )xyxfGfSffo單邊功 率譜不同振動(dòng)過(guò)程時(shí)域與頻域描述不同振動(dòng)過(guò)程時(shí)域與頻域描述振動(dòng)測(cè)量的工程應(yīng)用領(lǐng)域結(jié)構(gòu)的動(dòng)力參數(shù)測(cè)試故障診斷環(huán)境和可靠性試驗(yàn)隔振、減振和振動(dòng)控制有關(guān)振動(dòng)利用的研究機(jī)械振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的一般組成框圖機(jī)械振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的一般組成框圖一般說(shuō)來(lái)振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)包括下述三個(gè)主要部分：一般說(shuō)來(lái)振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)包括下述三個(gè)主要部分

9、：1)1)激勵(lì)部分激勵(lì)部分 實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的激勵(lì)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的激勵(lì)( (輸入輸入) )，使系統(tǒng)發(fā)生振動(dòng)。它主要由激勵(lì)信號(hào)源、功率放大器和，使系統(tǒng)發(fā)生振動(dòng)。它主要由激勵(lì)信號(hào)源、功率放大器和激振裝置組成。激振裝置組成。2)2)拾振部分拾振部分 檢測(cè)并放大被測(cè)系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)，并將信號(hào)轉(zhuǎn)換成一定的形式檢測(cè)并放大被測(cè)系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)，并將信號(hào)轉(zhuǎn)換成一定的形式( (通常為電信號(hào)通常為電信號(hào)) )。它主要由傳感器、可調(diào)放大器組成。它主要由傳感器、可調(diào)放大器組成。3)3)分析記錄部分分析記錄部分 將拾振部分傳來(lái)的信號(hào)記錄下來(lái)供以后分析處理或直接近行分析處理并記下處理結(jié)果。將拾振部分傳來(lái)的信號(hào)記錄下

10、來(lái)供以后分析處理或直接近行分析處理并記下處理結(jié)果。它主要由各種記錄設(shè)備和頻譜分析設(shè)備組成。它主要由各種記錄設(shè)備和頻譜分析設(shè)備組成。機(jī)械振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)機(jī)械振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)振動(dòng)的基本參數(shù)振動(dòng)的幅值、頻率和相位是振動(dòng)的三個(gè)基本參數(shù)，振動(dòng)的幅值、頻率和相位是振動(dòng)的三個(gè)基本參數(shù)，稱(chēng)為振動(dòng)三要素。稱(chēng)為振動(dòng)三要素。只要測(cè)定這三個(gè)要素，也就決定了整個(gè)振動(dòng)只要測(cè)定這三個(gè)要素，也就決定了整個(gè)振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)。幅值：振動(dòng)強(qiáng)度。它可以用不同的方法表示，如幅值：振動(dòng)強(qiáng)度。它可以用不同的方法表示，如峰值、有效值、平均值等；峰值、有效值、平均值等；頻率：振動(dòng)信號(hào)變化的快慢。不同頻率反映了系頻率：振動(dòng)信號(hào)變化的快慢。不同頻率反映了系

11、統(tǒng)內(nèi)不同的振源；統(tǒng)內(nèi)不同的振源；相位：確定共振點(diǎn)、振型測(cè)量等。相位：確定共振點(diǎn)、振型測(cè)量等。振動(dòng)問(wèn)題組成：激勵(lì)、振動(dòng)結(jié)構(gòu)（系統(tǒng)）和響應(yīng)組成：激勵(lì)、振動(dòng)結(jié)構(gòu)（系統(tǒng)）和響應(yīng)分類(lèi)：分類(lèi)：1 1、已知激勵(lì)和振動(dòng)結(jié)構(gòu)，求響應(yīng)、已知激勵(lì)和振動(dòng)結(jié)構(gòu)，求響應(yīng) -系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)分析系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)分析 2 2、已知激勵(lì)和響應(yīng)，求系統(tǒng)參數(shù)、已知激勵(lì)和響應(yīng)，求系統(tǒng)參數(shù) -系統(tǒng)識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別 3 3、已知系統(tǒng)和響應(yīng)，求激勵(lì)、已知系統(tǒng)和響應(yīng)，求激勵(lì) -載荷識(shí)別載荷識(shí)別研究振動(dòng)的方法理論分析法理論分析法實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)研究實(shí)測(cè)實(shí)測(cè)模型研究模型研究建摸建摸求解求解振動(dòng)測(cè)量的基本內(nèi)容 測(cè)量機(jī)器或結(jié)構(gòu)在測(cè)量機(jī)器或結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的振動(dòng)工作

12、狀態(tài)下的振動(dòng)，如振動(dòng)位移、速度、加速度等，如振動(dòng)位移、速度、加速度等掌握被測(cè)對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)掌握被測(cè)對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷環(huán)境控制、等級(jí)評(píng)定環(huán)境控制、等級(jí)評(píng)定對(duì)機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵(lì)，測(cè)量其對(duì)機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵(lì)，測(cè)量其受迫振動(dòng)受迫振動(dòng)獲得被測(cè)對(duì)象的動(dòng)態(tài)性能：固有頻率、阻尼、響應(yīng)、模態(tài)等獲得被測(cè)對(duì)象的動(dòng)態(tài)性能：固有頻率、阻尼、響應(yīng)、模態(tài)等找出薄弱環(huán)節(jié)，通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)提高其抗振能力找出薄弱環(huán)節(jié)，通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)提高其抗振能力常用的振動(dòng)測(cè)量方法機(jī)械法 -利用杠桿傳動(dòng)和慣性接收記錄振動(dòng)信號(hào)光測(cè)法 -將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信息再進(jìn)行測(cè)量電測(cè)法 -通過(guò)傳感器將機(jī)械量轉(zhuǎn)換為電量，

13、再 對(duì)電量進(jìn)行測(cè)量與分析機(jī)械法特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、直觀、抗干擾小、體積大、靈敏度低、頻率范圍窄、不能測(cè)小振幅、對(duì)被測(cè)體有附加剛度應(yīng)用：低頻、大位移、扭振 常用儀器：手持式測(cè)振儀 光測(cè)法特點(diǎn)： 高精度、高靈敏度、非接觸、遠(yuǎn)距離、全場(chǎng)應(yīng)用： 高精度測(cè)量、傳感器標(biāo)定、遠(yuǎn)距離測(cè)量常用儀器： 激光多普勒單點(diǎn)或掃描測(cè)振儀、激光干涉儀、讀數(shù)顯微鏡 電測(cè)法特點(diǎn)： 靈敏度高、頻率范圍寬、動(dòng)態(tài)范圍大； 類(lèi)型多，適用于不同測(cè)試環(huán)境和對(duì)象； 信號(hào)易于測(cè)量、記錄和保存。應(yīng)用： 穩(wěn)態(tài)和沖擊過(guò)程測(cè)量、結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性參數(shù)測(cè)量等常用儀器： 各種傳感器、激振器、測(cè)量?jī)x與分析儀 振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的主要特性參數(shù)靈敏度頻率范圍動(dòng)態(tài)范圍橫向靈敏度相位特性附加質(zhì)量、附加剛度和環(huán)境條件靈敏度:傳感器測(cè)量系統(tǒng)的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的比值（有量綱）S 系統(tǒng)輸出量系統(tǒng)輸入量振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的主要特性參數(shù)頻率范圍:定義為測(cè)量系統(tǒng)靈敏度隨頻率的變化量不超出某一給定誤差線(xiàn)的最高頻率與最低頻率之間的范圍 兩端頻率分別成為下限和上限頻率ff上f下sS振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的主要特性參數(shù)動(dòng)態(tài)范圍:定義一：測(cè)量系統(tǒng)靈敏度隨輸入信號(hào)的變化量不超出某一給定誤差線(xiàn)的最大輸入與最小輸入之間的幅值范圍定義二：測(cè)量系統(tǒng)輸出與輸入維持線(xiàn)性關(guān)系的最大輸入與最小輸入之間的幅值范圍D=20log幅值上線(xiàn)幅值下限（dB)min