振動(dòng)測(cè)試技術(shù)Chapt1-振動(dòng)測(cè)試概論

第一局部振動(dòng)測(cè)試概論單自由度系統(tǒng)振動(dòng)系統(tǒng)的力學(xué)模型和振動(dòng)參數(shù)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)

運(yùn)動(dòng)方程當(dāng)﹤1時(shí)當(dāng)時(shí)當(dāng)﹥1時(shí)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)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)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)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〕，那么稱(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)局部將逐漸衰減，乃至最終消失，這時(shí)只剩下恒幅受迫振動(dòng)局部，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)動(dòng)相耦合形成振蕩鼓勵(lì)所產(chǎn)生的振動(dòng)。當(dāng)振動(dòng)停止，振蕩鼓勵(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)加速度振動(dòng)物體隨時(shí)間按正弦或余弦規(guī)律變化的振動(dòng)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周期振動(dòng)時(shí)域特征參數(shù)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，將其分解為假設(shè)干個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)之和。均值周期振動(dòng)的分解

傅立葉級(jí)數(shù)幅頻曲線相頻曲線其中周期振動(dòng)頻譜圖的特點(diǎn)以方波為例●譜線是離散的，各高次諧波是基波的整數(shù)倍，且最小頻率間隔等于基波?！穹底V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，其單位為被測(cè)振動(dòng)量的單位。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)，但譜線仍然是離散的。數(shù)學(xué)表達(dá)式：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)有阻尼固有頻率沖擊與衰減振動(dòng)過(guò)程的頻譜分析頻譜分析傅立葉積分沖擊過(guò)程頻譜圖的特征以方波為例特點(diǎn)：◆譜線是連續(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。幾種典型信號(hào)的頻譜

衰減過(guò)程頻譜圖的特征衰減正弦衰減余弦隨機(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)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)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)域與頻域描述同向簡(jiǎn)諧振動(dòng)合成頻率比為有理數(shù)時(shí)合振動(dòng)為周期性的非簡(jiǎn)諧振動(dòng)頻率接近的簡(jiǎn)諧振動(dòng)合振動(dòng)為拍振，拍振大多數(shù)情況下是有害的，一般要抑制或消除方向垂直的簡(jiǎn)諧振動(dòng)合成合成圖形稱(chēng)為利薩如圖頻率相等時(shí)，圖形為直線或橢圓；頻率比為2時(shí)，圖形為8形或∞形振動(dòng)的產(chǎn)生、危害與利用機(jī)機(jī)械振動(dòng)是普遍存在的物理現(xiàn)象如：旋轉(zhuǎn)機(jī)器的質(zhì)量不平衡、負(fù)載不均勻、結(jié)構(gòu)剛度各向異性、對(duì)中不良、潤(rùn)滑不良、支撐松動(dòng)等

振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)大多數(shù)情況下

有害：破壞機(jī)器正常工作，降低其性能，縮短其使用壽命，甚至機(jī)毀人亡機(jī)械振動(dòng)還伴隨著產(chǎn)生同頻率的噪聲，惡化環(huán)境和勞動(dòng)條件，危害人們的健康振動(dòng)也能被利用來(lái)完成有益的工作，如運(yùn)輸、夯實(shí)、清洗、粉碎、脫水等無(wú)論是利用振動(dòng)還是防止振動(dòng)，都必須確定其量值。振動(dòng)引起失效的模式對(duì)結(jié)構(gòu)的影響

主要是變形、彎曲、產(chǎn)生裂紋和造成部件之間的相互撞擊等?？赡墚a(chǎn)生超極限應(yīng)力破壞與疲勞破壞。對(duì)工作性能的影響

主要是運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)作不正常、接觸部件接觸不良、繼電器產(chǎn)生誤動(dòng)作、電子器件噪聲增大、指示燈閃爍等。對(duì)工藝性能的影響

主要是螺釘松動(dòng)、連接件或焊點(diǎn)脫開(kāi)等。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)的一般組成框圖一般說(shuō)來(lái)振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)包括下述三個(gè)主要局部：1)鼓勵(lì)局部實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的鼓勵(lì)(輸入)，使系統(tǒng)發(fā)生振動(dòng)。它主要由鼓勵(lì)信號(hào)源、功率放大器和激振裝置組成。2)拾振局部檢測(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))。它主要由傳感器、可調(diào)放大器組成。3)分析記錄局部將拾振局部傳來(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。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)

振動(dòng)的根本參數(shù)振動(dòng)的幅值、頻率和相位是振動(dòng)的三個(gè)根本參數(shù)，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)運(yùn)動(dòng)。①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；②頻率：振動(dòng)信號(hào)變化的快慢。不同頻率反映了系統(tǒng)內(nèi)不同的振源；③相位：確定共振點(diǎn)、振型測(cè)量等。振動(dòng)問(wèn)題組成：鼓勵(lì)、振動(dòng)結(jié)構(gòu)〔系統(tǒng)〕和響應(yīng)分類(lèi)：1、鼓勵(lì)和振動(dòng)結(jié)構(gòu)，求響應(yīng)----系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)分析2、鼓勵(lì)和響應(yīng)，求系統(tǒng)參數(shù)----系統(tǒng)識(shí)別3、系統(tǒng)和響應(yīng)，求鼓勵(lì)----載荷識(shí)別研究振動(dòng)的方法理論分析法實(shí)驗(yàn)研究實(shí)測(cè)模型研究建摸求解振動(dòng)測(cè)量的根本內(nèi)容■測(cè)量機(jī)器或結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的振動(dòng)，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)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷環(huán)境控制、等級(jí)評(píng)定對(duì)機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種鼓勵(lì)，測(cè)量其受迫振動(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，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、激光干預(yù)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〕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幅值上線幅值下限（dB)；；振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的主要特性參數(shù)橫向靈敏度:定義：指?jìng)鞲衅鲗?duì)垂直于測(cè)