振動(dòng)的激勵(lì)和激振器課件

5．3振動(dòng)的激勵(lì)和激振器5．3振動(dòng)的激勵(lì)和激振器在機(jī)械動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試中，首先要激勵(lì)被測(cè)對(duì)象，讓它按測(cè)試的要求作受迫振動(dòng)或自由振動(dòng)。5．3．1振動(dòng)的激勵(lì)方法1）穩(wěn)態(tài)正弦激振*穩(wěn)態(tài)正弦激振又稱簡(jiǎn)諧激振。*它是借助激振器對(duì)被測(cè)對(duì)象施加一個(gè)頻率與幅值均可控制的正弦激振力。*優(yōu)點(diǎn)是激振功率大，信噪比高，測(cè)試精度高；缺點(diǎn)是測(cè)試周期長(zhǎng)，特別是對(duì)小阻尼的測(cè)試對(duì)象，每次激振頻率的改變均需要較長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)間。2）瞬態(tài)激振瞬態(tài)激振時(shí)，施加在被測(cè)對(duì)象上的力是瞬態(tài)變化力，它屬于寬帶激振方法。常用的瞬態(tài)激振方法有以下幾種。①快速正弦掃描激振快速正弦掃描激振的激振信號(hào)由振蕩頻率變化可控的信號(hào)發(fā)生器供給，激振力的大小仍按正弦規(guī)律變化。常采用線性正弦掃描——激振信號(hào)頻率在掃描周期內(nèi)線性增加，但最大幅值不變。掃描周期和激振的上、下限頻率可根據(jù)試驗(yàn)要求選定，掃描周期僅為1s～2s，可快速測(cè)試被測(cè)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。②脈沖激振脈沖激振又稱錘擊法。通常，用一個(gè)帶有力傳感器的脈沖錘敲擊被激對(duì)象，同時(shí)測(cè)量激勵(lì)和響應(yīng)。這種方法具有試驗(yàn)時(shí)間短，現(xiàn)場(chǎng)使用的設(shè)備簡(jiǎn)單，在試驗(yàn)對(duì)象上沒有附加質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)是：力的大小不易控制，過小會(huì)降低信噪比，過大會(huì)引起非線性；試驗(yàn)結(jié)果誤差較大，準(zhǔn)確度差。③階躍激振階躍激振是指被測(cè)對(duì)象突然受到或消除一恒作用力而產(chǎn)生自由振動(dòng)的激振方法。例如，在被測(cè)對(duì)象選定點(diǎn)處，用一重量輕、受拉方向剛度大的鋼索對(duì)被測(cè)對(duì)象施加一恒張力，然后突然切斷或松脫鋼索，就相當(dāng)于對(duì)被測(cè)對(duì)象施加一負(fù)的階躍激振力，激起被測(cè)對(duì)象的寬帶自由振動(dòng)。對(duì)于大型結(jié)構(gòu)件，如建筑物、橋梁等的激振，就可采用類似的辦法。3）隨機(jī)激振隨機(jī)激振也是一種寬帶激振方式，一般采用白噪聲或偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器作為激振的信號(hào)源。白噪聲發(fā)生器能產(chǎn)生連續(xù)的隨機(jī)信號(hào)，可激起被測(cè)對(duì)象在一定頻率范圍內(nèi)的隨機(jī)振動(dòng)。利用頻譜分析儀可得到被測(cè)對(duì)象的頻率響應(yīng)。許多干擾力和動(dòng)載荷(如切削力等）也具有隨機(jī)性質(zhì)，也可作為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的隨機(jī)激振源。隨機(jī)激振方式的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試速度快、效率高，但所用儀器設(shè)備復(fù)雜而昂貴。5．3．2激振器激振器是對(duì)被測(cè)對(duì)象施加某種預(yù)定要求的激振力，使其產(chǎn)生預(yù)期振動(dòng)的裝置。激勵(lì)器應(yīng)能在所要求的頻率范圍內(nèi)，提供波形良好、足夠穩(wěn)定的激振力。激振器的形式有脈沖的、正弦的和隨機(jī)的三種。目前，國(guó)內(nèi)普遍應(yīng)用的是脈沖力激振器和正弦力激振器。1）脈沖力激振器脈沖力激振器是一個(gè)內(nèi)部裝有壓電式力傳感器的測(cè)力榔頭，又稱脈沖錘。圖5.6給出脈沖錘的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及裝在錘中的力傳感器測(cè)得的敲擊力的波形圖和頻譜圖。其中，錘帽1可以按需要采用不同的材料，如鋼、橡膠和塑料等。錘帽裝在壓電力傳感器2上，力傳感器2裝在錘體3上，4為手柄，當(dāng)用脈沖敲擊激振對(duì)象時(shí)，敲擊力由傳感器測(cè)出，經(jīng)電荷放大器放大后，可由峰值電壓表讀出其峰值，或送到光線示波器、磁帶記錄器其波形。圖中同時(shí)給出三種不同錘帽材料敲擊的波形圖及頻譜圖。從波形圖和頻譜圖可以看出：錘帽材料越硬，其敲擊力波形圖的峰值越高，持續(xù)時(shí)間越短，越接近于理想的脈沖函數(shù)；而且，錘帽材料越硬，其敲擊力的譜特性圖中平坦段的頻率范圍越寬。試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)試驗(yàn)對(duì)象的特點(diǎn)選擇不同的錘帽，使試驗(yàn)對(duì)象的響應(yīng)有效頻率范圍處于測(cè)力錘頻譜特性的平坦段之內(nèi)。脈沖激振測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)備和試驗(yàn)方法都比較簡(jiǎn)單，在試驗(yàn)設(shè)備上也沒有任何附加質(zhì)量。這種試驗(yàn)方法結(jié)果比較分散，通常進(jìn)行多次試驗(yàn)，取試驗(yàn)結(jié)果的平均值，并應(yīng)盡量使每次敲擊力近于不變。2）正弦力激振器2）正弦力激振器正弦力激振器的特點(diǎn)是：若在激振器的交流勵(lì)磁線圈中通入頻率為的正、余弦電流，則它將產(chǎn)生同頻率正、余弦形的交變力。如果力的頻響特性在某一范圍內(nèi)近于水平（如0～max）,則它可以用作此頻率范圍內(nèi)的隨機(jī)激振器。正弦激振器安裝方式不同，分為絕對(duì)式和相對(duì)式兩種。①電動(dòng)式激振器——絕對(duì)式電動(dòng)式激振器是利用電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能對(duì)被測(cè)對(duì)象提供激振力的裝置。按磁場(chǎng)形成方式不同，電動(dòng)式激振器分為永磁式和勵(lì)磁式兩類，前者多用于小型激振器，后者多用于大型激振器——振動(dòng)臺(tái)。勵(lì)磁線圈6（也可用永久磁鐵）通電后，在磁路（鐵心8→外殼7→磁極4→動(dòng)線圈3→鐵心8）中產(chǎn)生固定磁場(chǎng)。這時(shí)如果在動(dòng)線圈（即交流勵(lì)磁線圈）中再通以交流電，t，則動(dòng)線圈上就感生一個(gè)交變電磁力則動(dòng)線圈上就感生一個(gè)交變電磁力式中，L為在氣隙中，動(dòng)線圈被磁場(chǎng)作用的導(dǎo)線的長(zhǎng)度；B為氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。此力通過頂桿1作用于激振對(duì)象之上，頂桿和動(dòng)線圈通過特制的平板彈簧固定到殼體上。頂桿加到試件上的激振力，并不等于線圈所產(chǎn)生的電動(dòng)力，而是等于電動(dòng)力和激振器運(yùn)動(dòng)部件的彈簧力、阻尼力、慣性力的矢量差。在重要的測(cè)試中，不能忽略這些力的影響，也不能認(rèn)為激振力和線圈電流i成正比。電動(dòng)式激振器主要用于使試驗(yàn)對(duì)象產(chǎn)生絕對(duì)振動(dòng)（以大地作為參考坐標(biāo)習(xí)慣上稱為絕對(duì)振動(dòng)人激振時(shí)，應(yīng)讓激振器殼體在空間基本保持靜止，使激振器產(chǎn)生的能量盡量用在對(duì)試驗(yàn)對(duì)象的激振上。圖5．8所示的激振器安裝方法能滿足上述要求。在進(jìn)行高頻率的激振時(shí)，用軟彈簧或橡皮繩套在激振器殼體的兩個(gè)把手上，將它懸掛在空中對(duì)試驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行激振，如圖5.8a所示。這時(shí)因?yàn)榧ふ衿鞅旧碜灾卮螅瑥椈衫K剛度小，當(dāng)激振力頻率不太低時(shí)，激振器殼體在空中近于靜止。當(dāng)激振器懸掛于空中作水平方向激振時(shí)，應(yīng)傾斜角懸掛，如圖5.8c所示。這樣一方面可對(duì)試驗(yàn)對(duì)象2施加固定的預(yù)加載荷，也可使激振器的彈簧工作于水平段。在進(jìn)行低頻激振時(shí)，應(yīng)將激振器剛性地安裝在地面或剛性很好的支架上，如圖5.8b所示，并讓安裝支架的固有頻率比激振頻率高3倍以上。②電磁式激振器——相對(duì)式電磁式激振器是直接利用電磁力作為激振力，它常用于非接觸式激振。其結(jié)構(gòu)如圖5.9所示。在U型鐵心回上放置有直流勵(lì)磁線圈3、