機(jī)械工程測試技術(shù)第七章振動(dòng)測試

第七章振動(dòng)測試7.1概述7.2振動(dòng)的基本知識(shí)7.3振動(dòng)的測量▼

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7.1概述小轎車的乘坐舒適性試驗(yàn)框圖

機(jī)械振動(dòng)定義機(jī)械振動(dòng)是物體在一定位置附近所作的周期性往復(fù)的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)，就是指圍繞其靜平衡位置作來回往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)，例如單擺。構(gòu)成機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的基本要素有慣性、恢復(fù)性和阻尼。慣性就是能使系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)持續(xù)下去的性質(zhì)，恢復(fù)性就是能使系統(tǒng)位置恢復(fù)到平衡狀態(tài)的性質(zhì)，阻尼就是能使系統(tǒng)能量消耗掉的性質(zhì)。三個(gè)基本要素通常分別由物理參數(shù)質(zhì)量M、剛度K和阻尼C表征。產(chǎn)生的物理原因機(jī)械在運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)件的不平衡、負(fù)載的不均勻、間隙、潤滑不良、支撐松動(dòng)等因素，產(chǎn)生各種振動(dòng)。振動(dòng)研究所涉及的問題測量設(shè)備運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)參量，了解被測對(duì)象的振動(dòng)狀態(tài)，尋找振源；對(duì)設(shè)備激振，測試其受迫振動(dòng)，以求得被測對(duì)象的動(dòng)態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、機(jī)械阻抗等。機(jī)械振動(dòng)測試系統(tǒng)的一般組成框圖

機(jī)械振動(dòng)測量方法

按振動(dòng)信號(hào)的轉(zhuǎn)換方式分:電測法機(jī)械測量法光測法振動(dòng)的分類(1)從產(chǎn)生振動(dòng)的方式來分：

自由振動(dòng)：僅受初始條件(初始位移、初始速度)激勵(lì)而引起的振動(dòng)；受迫振動(dòng)：系統(tǒng)在持續(xù)外力激勵(lì)下的振動(dòng)。自激振動(dòng)：在沒有外激勵(lì)作用的情況下，由系統(tǒng)自身激發(fā)所產(chǎn)生的一種振動(dòng)(2)從振動(dòng)的規(guī)律來分

簡諧振動(dòng)復(fù)合周期振動(dòng)瞬態(tài)振動(dòng)隨機(jī)振動(dòng)(3)按系統(tǒng)自由度分單自由度振動(dòng)多自由度振動(dòng)連續(xù)彈性體振動(dòng)▲7.2振動(dòng)的基本知識(shí)力作用在質(zhì)量塊上的單自由度系統(tǒng)質(zhì)量m在外力的作用下的運(yùn)動(dòng)方程為c—粘性阻尼系數(shù)；k——彈簧剛度；?(t)—系統(tǒng)的激振力，即系統(tǒng)的輸入；z(t)—系統(tǒng)的輸出。拉氏變換ms2z(s)+csz(s)+kz(s)=f(s)傳遞函數(shù)為(1)單自由度系統(tǒng)的受迫振動(dòng)令s=jw，則力作用在質(zhì)量塊上的單自由度系統(tǒng)系統(tǒng)的固有頻率系統(tǒng)的阻尼率幅頻曲線相頻曲線在幅頻曲線上幅值最大處的頻率稱為位移共振頻率

隨著的阻尼的增加，共振峰向原點(diǎn)移動(dòng)；幅頻曲線當(dāng)無阻尼時(shí)，位移共振頻率wr即為固有頻率wn

當(dāng)系統(tǒng)的阻尼x很小時(shí)，位移共振頻率wr接近系統(tǒng)的固有頻率wn，可用作為的估計(jì)值。不管系統(tǒng)的阻尼率為多少，在w/wr=1時(shí)位移始終落后于激振力90o，此現(xiàn)象稱為相位共振。相頻曲線利用相頻特性來確定固有頻率比較準(zhǔn)確幅頻曲線(2)由基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)所引起的受迫振動(dòng)單自由度系統(tǒng)的基礎(chǔ)振動(dòng)力作用在質(zhì)量塊上的單自由度系統(tǒng)單自由度系統(tǒng)的基礎(chǔ)振動(dòng)

設(shè)基礎(chǔ)的絕對(duì)位移為Z1，質(zhì)量m的絕對(duì)位移為Z0，則系統(tǒng)的振動(dòng)可用方程式表示為：拉氏變換并，令s=jw

，得系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性幅頻曲線相頻曲線(3)多自由度系統(tǒng)振動(dòng)多自由度系統(tǒng)的振動(dòng)方程式一般是相互耦合的常微分方程組；通過坐標(biāo)變換，可以把系統(tǒng)的振動(dòng)方程變成一組相互獨(dú)立的二階常微分方程組，其中的每一個(gè)方程式可以獨(dú)立求解；系統(tǒng)參數(shù)由若干個(gè)固有頻率、阻尼率、當(dāng)量剛度、當(dāng)量質(zhì)量、主振型等參數(shù)；多自由度系統(tǒng)在特定條件下，都按某一階固有頻率進(jìn)行簡諧振動(dòng)，這種振動(dòng)稱為主振型。(4蘋)機(jī)械勁阻抗筐的概骨念機(jī)械敏阻抗:線性院動(dòng)力床學(xué)系爬統(tǒng)在雀各種瓣激勵(lì)惡的情煤況下路，在頓頻域循內(nèi)激胞勵(lì)與即響應(yīng)驕之比K(s)=F(s)/Y(s)K(w)=F(w)/Y(w)傳遞藏函數(shù)H(s)=Y(s)/F(s)頻率童響應(yīng)絹函數(shù)H(w)=Y(w)/F(w)機(jī)械域阻抗絡(luò)為系筒統(tǒng)傳定遞函紅數(shù)或欄頻率爬響應(yīng)榆函數(shù)秤的倒數(shù)機(jī)械援阻抗的倒更數(shù)為灶頻率抱響應(yīng)弄，又昏稱為機(jī)械芬導(dǎo)納機(jī)械束系統(tǒng)迅框圖▲7.霉3振動(dòng)京的測搭量如果自知道庸了系糾統(tǒng)的辭輸入(激勵(lì))和輸動(dòng)出(響應(yīng))，就六可以積求出輪系統(tǒng)肺的數(shù)越學(xué)模矮型，屑也即案動(dòng)態(tài)都特性震。振迅動(dòng)系硬統(tǒng)測兆試就衰是求遲取系扁統(tǒng)輸現(xiàn)入和叼輸出講的一改種試蹲驗(yàn)方襪法。為了分完成循上述朋測試津任務(wù)蹤蝶，一見般說昂來測勒試系濟(jì)統(tǒng)應(yīng)糊該包趕括下語述三碑個(gè)主盡要部酬分：被測制對(duì)象傳感鳴器測量逆電路振動(dòng)分析膨儀顯示末記錄激振苦器功率推放大翼器信號(hào)合發(fā)生剛器機(jī)械記振動(dòng)券測試麻系統(tǒng)利組成兄框圖激勵(lì)眾部分實(shí)現(xiàn)藥對(duì)被拿測系叨統(tǒng)的環(huán)激勵(lì)(輸入)，使原系統(tǒng)明發(fā)生踏振動(dòng)良。它瞎主要統(tǒng)由激蕉勵(lì)信有號(hào)源虜、功標(biāo)率放默大器全和激卸振裝屯置組終成。拾振偏部分檢測啄并放設(shè)大被儀測系受統(tǒng)的托輸入該、輸遞出信勇號(hào)，搏并將貸信號(hào)擊轉(zhuǎn)換病成一存定的覽形式(通常通為電鬼信號(hào))。它捧主要矮由傳綢感器逐、可則調(diào)放擠大器室組成冶。分析樂記錄蹈部分將拾良振部棟分傳冶來的店信號(hào)矛記錄挖下來琴供以痕后分逃析處陸理或老直接京近行貨分析例處理席并記言下處梅理結(jié)厲果。尸它主客要由丈各種戶記錄柱設(shè)備攜和頻換譜分鄉(xiāng)豐析設(shè)糾備組暗成。(1黑)振動(dòng)蓮的激礎(chǔ)勵(lì)穩(wěn)態(tài)刮正弦租激勵(lì)太方法激勵(lì)屯信號(hào)是一召個(gè)具躁有穩(wěn)姐定幅喜值和報(bào)頻率而的正架弦信扒號(hào)，更測出咐激勵(lì)箏大小德和響鈴應(yīng)大訪小，禿便可爛求出指系統(tǒng)貪在該藏頻率猶點(diǎn)處關(guān)的頻修率響施應(yīng)的毀大小沒。瞬態(tài)伐激勵(lì)曬方法激勵(lì)辯信號(hào)掠是一藝種瞬填態(tài)信癥號(hào)，青它屬撓于一平種寬熟頻帶潛激勵(lì)查，即一次帶同時(shí)扣給系咱統(tǒng)提鑒供頻屋帶內(nèi)餐各個(gè)模頻率薯成份忘的能冷量和棗使系膨統(tǒng)產(chǎn)份生相主應(yīng)頻泳帶內(nèi)設(shè)的頻臟率響酬應(yīng)。是刪一種快速問測試方法妨。快速洗正弦蝴掃描脈沖僅錘擊階躍迎松弛永激勵(lì)隨機(jī)貓激勵(lì)味方法純隨塞機(jī)激敵勵(lì)偽隨躲機(jī)激談勵(lì)瞬態(tài)救激勵(lì)隨方法快速善正弦舒掃描正弦臭激勵(lì)俗信號(hào)弓在所西需的擴(kuò)頻率泊范圍乒內(nèi)作帶快速臟掃描習(xí)（數(shù)寧秒內(nèi)吳完成跪），激振丑信號(hào)恨頻率扣在掃定描周談期T內(nèi)成狂線性增增加駁，而盤幅值換保持騰恒定。掃描喉信號(hào)鵝的頻肢譜曲熊線幾桿乎是敗一根渣平坦寬的曲性線，記從而桿能達(dá)劑到寬慨頻帶惹激勵(lì)摸的目侵的?？焖賯蛘冶讙哳l熔信號(hào)哄及其呢頻譜脈沖勻錘擊陵激勵(lì)用脈掉沖錘攜對(duì)被刃測系說統(tǒng)進(jìn)才行敲帳擊，壩施加濤一個(gè)脈沖稻力，使醒之發(fā)疾生振鮮動(dòng)。月由于舟錘擊揉力脈析沖在風(fēng)一定陡頻率棚范圍碎內(nèi)具注有平遷坦的遍頻譜末曲線腥，所宜以它則是一麥種寬斗頻帶喬的快櫻速激饅勵(lì)方摧法。特點(diǎn)叉：階躍墨函數(shù)光的導(dǎo)壤數(shù)是蝦脈沖行函數(shù)犁，階化躍函豈數(shù)引希起的總響應(yīng)智的導(dǎo)渾數(shù)是廁脈沖稼響應(yīng)曠函數(shù)經(jīng)，所叫以這界種方魯法也責(zé)是一版種寬私頻帶浩激勵(lì)爹方法補(bǔ)。階躍勉松馳布激勵(lì)實(shí)現(xiàn)萄：在實(shí)甚際應(yīng)衡用中煎，常引常是防用一耕根剛柳度很謝大質(zhì)加量很塌輕的純張力水弦通侮過力敏傳感飲器對(duì)永系統(tǒng)逝預(yù)加若載，投然后歐突然晶切斷飛張力罪弦。隨機(jī)組激勵(lì)犯方法純隨懶機(jī)激添勵(lì)理想遵的純續(xù)隨機(jī)鉛信號(hào)記是具巡壽有高女斯分稱布的禁白噪附聲，它在晃整個(gè)洗時(shí)間汗歷程水上是價(jià)隨機(jī)飾的，機(jī)不具件有周槽期性膠，在斑頻率傷域上亭它是乎一條漂幾乎釣平坦覺的直仍線。偽隨李機(jī)激騾勵(lì)偽隨猛機(jī)信刃號(hào)是駱一種科有周顧期性辭的隨泛機(jī)信季號(hào)，娛它在艱一個(gè)叼周期嶺內(nèi)的歐信號(hào)絨是純逗隨機(jī)甚的，追但各中個(gè)周斷期內(nèi)謀的信捧號(hào)是厲完全階相同宋的。福這種綁方法聞的優(yōu)咐點(diǎn)在區(qū)于試驗(yàn)蹲的可啦重復(fù)策性。將白議噪聲欣在T內(nèi)截耕斷，短然后資按周押期T反復(fù)魯重復(fù)艘，即更形成值偽隨表機(jī)信宮號(hào)。激振幕器電動(dòng)公式激食振器當(dāng)Fi以簡隱諧規(guī)法律變它化時(shí)飯，則末作用虛在激桑振對(duì)戲象上桃的力F也為遠(yuǎn)同頻史率的乎簡諧煮力。使用農(nóng)時(shí)在腹頂桿歲與激探振對(duì)兇象之刊間加更一個(gè)私力傳速感器蛋，以渴精確述地測約出激廳振力F(t)．電動(dòng)葵式激洽振器1-彈簧矩；2-殼體忍；3-磁鋼叢；4-頂桿庫；5-磁極妨；6-鐵心慣；7-驅(qū)動(dòng)翻線圈電磁否式激沿振器激振遷器是洗由通賽入線宋圈中伯的交襯變電疏流產(chǎn)性生交赤變磁透場，六而被板測對(duì)摘象作集為銜筒鐵，食在交垮變磁葵場作衰用下蕩產(chǎn)生啊振動(dòng)。電磁六激振蔥器是喚非接走觸式備的，轎沒有膀附加紹質(zhì)量巡壽和剛擋度的鎖影響倒，頻攤率上扭限約由為50旅0-及80樂0H序z。電磁漏激振顯器1-底座扔；2-鐵心務(wù)；3-勵(lì)磁查線圈吹；4-銜鐵誕；5-力檢頭測線般圈；6-位移疊傳感嘉器脈沖怕錘脈沖敘錘由錘體施、手懂柄和膀可以喝調(diào)換顧的錘麗頭和殺配重組成部，產(chǎn)餅生瞬寸態(tài)激竊勵(lì)力傍；錘擊支力的振大小由錘境擊質(zhì)散量和您錘擊樓被測蠢系統(tǒng)案時(shí)的在運(yùn)動(dòng)濾速度瘡決定姑。激勵(lì)早的頻辮率范瓶圍主要寸由接率觸表峰面剛賴度決碌定，辱錘頭顧的材汪料越緩硬則仗脈沖釘?shù)某稚忱m(xù)時(shí)墳間越羨短，盼上限結(jié)頻率w越高謙。為依了能微調(diào)整堂激勵(lì)妹頻率恒范圍鄭，通螞常使槽用一雙套不賠同材食料的臣錘頭盞。T<2p/w，w是所孫感興熟趣的達(dá)頻率邀上限止。脈沖剛錘(2庫)測振疏傳感直器(拾振職器)分類鼠：接安觸式鄰和非孤接觸刊式接觸堆式：學(xué)按殼塊體的旦固定衣方式叫分為相對(duì)違式：殼體戒固定昂在基記礎(chǔ)上恩，測蝕桿和利被測既對(duì)象庸相聯(lián)讀，敏出感被代測對(duì)臥象相香對(duì)于興基座騾的振挑動(dòng)；絕對(duì)五式：殼體皂固定姜在被翅測對(duì)烤象上荒，彈外簧支要撐一勵(lì)個(gè)慣律性體艱感受老振動(dòng)盞，又么稱為滅慣性完式測新振傳紹感器樣；振動(dòng)沉測試打：對(duì)振動(dòng)遭位移、振動(dòng)隔速度、振動(dòng)星加速缺度這些滾振動(dòng)行量的澤檢測席，它奸們反應(yīng)映了婆振動(dòng)叨的強(qiáng)行弱程民度。(1守)拾振繭器的毫工作亮原理慣性趴式拾是振器斯內(nèi)的憐慣性暖系統(tǒng)期可以犯看出傅由基蘿礎(chǔ)運(yùn)軌動(dòng)引煉起質(zhì)僵量塊邀的受略迫振姐動(dòng)。慣性霜式拾具振器慕的力魯學(xué)模蹈型幅頻振曲線相頻錘曲線由幅隱頻圖作，只漲有當(dāng)w/wn>>秘1，即w>>wn的情磚況下越，A(w)≈怪1，滿箏足測切試幅石值不壩失真呼的條食件；朵當(dāng)系癥統(tǒng)的鮮阻尼壺率x接近0.該7時(shí)，A(w)更接銹近直習(xí)線由相封頻圖洋，當(dāng)w>>wn時(shí)，六沒有蘇一條白相頻從曲線才為近范似斜姑率為口負(fù)的激直線梳，故右不能報(bào)滿足評(píng)動(dòng)態(tài)佛測試表相位太不失性真的眨條件恐；而酸當(dāng)w>(藥7~材8)wn時(shí)，喜相位沫差接碰近-1薄80計(jì)o，此戚時(shí)滿雞足測剪試相薄位不奪失真辱的條瘋件。設(shè)計(jì)嗽和使費(fèi)用慣筍性式逝拾振艱器時(shí)使慣兼性式辜拾振腿器的許固有顫頻率差較低齒，同灰時(shí)使揮系統(tǒng)梅的阻近尼率溜在0.萌5~碎0.敗7之間目，這壩樣可義以保學(xué)證工剃作頻度率的僚下限雁到w=1她.7wn，幅鉤值誤抓差不搜超過5％當(dāng)使科用w>沈(7才~8熄)wn進(jìn)行腔相