机械工程测试 振动的测试.doc

第七章 振动的测试第一节 概述振动是质点或物体相对于固定参考点的振荡运动。 振动是质点或物体相对于固定参考点的振荡运动。 运动物体仅受到初始条件 初始位移 初始速度)的激励而引起 物体仅受到初始条件(初始位移、初始速度 的激励而引起 仅受到初始条件 初始位移、 的振动称为自由振动。 的振动称为自由振动。 物体在持续的外作用力激励下的振动称为强迫振动 物体在持续的外作用力激励下的振动称为强迫振动 在持续的外作用力激励下的振动称为强迫振动机械振动是机械或结构在平衡位置附近的往复运动。 机械振动是机械或结构在平衡位置附近的往复运动。 是机械或结构在平衡位置附近的往复运动振动的测试就是检测振动变化量， 振动的测试就是检测振动变化量，从中提取表征振动过程 特征和振动系统特性的有用信息。 特征和振动系统特性的有用信息。激振机械系统响应振动测试的基本参数振动的幅值、频率和相位是振动的三个基本参数， 振动的幅值、频率和相位是振动的三个基本参数，称为振 幅值 是振动的三个基本参数 动三要素。 动三要素。 幅值幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、 幅值是振动强度的标志， 幅值 幅值是振动强度的标志 它可以用峰值、有效值、 平均值等不同的方法表示。 平均值等不同的方法表示。 频率不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频 不同的频率成分反映系统内不同的振源。 频率 不同的频率成分反映系统内不同的振源 谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源， 谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源， 采取相应的措施。 采取相应的措施。 相位振动信号的相位信息十分重要，如利用相位关系 振动信号的相位信息十分重要， 相位 振动信号的相位信息十分重要 确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、 确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪 对于复杂振动的波形分析， 等。对于复杂振动的波形分析，各谐波的相位关系是不可缺少 的。振动测试方式： 振动测试方式： 一、激振测量 是对机械设备或结构施加某种激励， 是对机械设备或结构施加某种激励，测量其受迫 振动， 振动，以便求得被测对象的振动力学参量或动态 性能，如固有频率、阻尼、刚度、频率响应和模 性能，如固有频率、阻尼、刚度、 态等。 态等。 二、在线测量 测量机械或结构在工作状态下的振动，如位移、 测量机械或结构在工作状态下的振动，如位移、 速度、加速度、频率和相位等， 速度、加速度、频率和相位等，了解被测对象的 振动状态，评定等级和寻找振源，对设备进行监 振动状态，评定等级和寻找振源， 分析、诊断和预测。 测、分析、诊断和预测。第二节 惯性式传感器的力学模型构成机械振动系统的基本要素有惯性、恢复性和阻尼。 构成机械振动系统的基本要素有惯性、恢复性和阻尼。惯性就是能使系统 惯性 当前运动持续下去的性质， 当前运动持续下去的性质，恢复性就是能使系统位置恢复到平衡状态的性 阻尼就是能使系统能量消耗掉的性质。 质，阻尼就是能使系统能量消耗掉的性质。这三个基本要素通常分别由物 理参数质量 质量M、刚度K和阻尼C表征 表征。 理参数质量 、刚度 和阻尼 表征。振动测试的力学原理、 振动测试的力学原理、力学模型 一、惯性式测振传感器的力学模型与特性分析 1)质量块受力产生的受迫振动 质量块受力产生的受迫振动d z dz m 2 + c + kz = f (t ) dt dtf(t)激振动 m质量 c阻尼系数 z振动位移 k弹簧刚度2f(t) 激振动 振动系统Z(t) 振动位移d 2z dz m 2 + c + kz = f (t ) dt dt这是一个典型的二阶系统幅频特性： 幅频特性：A() =1 22 2 1 ? ( ) + (2 ) n nk相频特性： 相频特性： 2 ( ) n ( ) = arctan 2 1? ( ) n幅频特性相频特性不管系统的阻尼比是多少， 不管系统的阻尼比是多少，在 时位移 始终落后于激励力90 现象，称为相位共振 相位共振。 始终落后于激励力 o现象，称为相位共振。 =1 n率2. 由基础运动所引起的受迫振动振动系统的受迫振动是由基础的运动所引起的。这种情况称位 移激励。设基础的绝对位移为Z1 ，质量块m的绝对位移为ZO ， 如图所示。考察质量块M对基础的相对运动，则M的相对位移的 (ZO -Z1 )。其运动方程为：z01 = z0 ? z1Z 0 = Z 01 + Z 1mz0 + c z0 ? z1 + k ( z0 ? z1 ) = 0d 2 zo1(t) dZo1(t) d 2Z1 m +C + KZO1(t) = ?m 2 2 dt dt dt()这是一个典型的二阶系统幅频特性相频特性由幅频特性图可见， 由幅频特性图可见，当激振频率远小于系统固有频率 质量块相对于基础的振动幅值为零， 时，质量块相对于基础的振动幅值为零，这意味着质 量块几乎跟随基础一起振动，两者相对运动极小。 量块几乎跟随基础一起振动，两者相对运动极小。而 接近于1 当激振频率远高于固有频率时， ()接近于 当激振频率远高于固有频率时，A()接近于1。这表 明质量块和基础之间的相对运动（输出） 明质量块和基础之间的相对运动（输出）和基础的振 输入）近于相等， 动（输入）近于相等，说明质量块在惯性坐标中几乎 处于静止状态。 处于静止状态。 在振动测量时，应合理选择测量参数。 在振动测量时，应合理选择测量参数。振动测量传感器 第三节 振动测量传感器机械振动是一种物理现象，而不是一个物理参数， 机械振动是一种物理现象，而不是一个物理参数，和振动相 关的物理量有振动位移、振动速度、振动加速度等， 关的物理量有振动位移、振动速度、振动加速度等，所以振动 测试是对这些振动量的检测，它们反映了振动的强弱程度。 测试是对这些振动量的检测，它们反映了振动的强弱程度。 测振传感器常称拾振器 。 分类： 分类：接触式和非接触式按壳体的固定方式可分为相对式和绝对式。 按壳体的固定方式可分为相对式和绝对式。 相对式传感器是以空间某一固定点作为参考点， 相对式传感器是以空间某一固定点作为参考点，测量物体上的 某点对参考点的相对振动 振动。 某点对参考点的相对振动。 基准， 绝对式传感器是以大地为参考 基准，即以惯性空间为基准测 量振动物体相对于大地的绝对振动，又称惯性式传感器。 量振动物体相对于大地的绝对振动，又称惯性式传感器。测振时拾振器将固定在被测物上， 测振时拾振器将固定在被测物上，其质量将成为被测振动系 统的附加质量，使该系统振动特性产生变化。 统的附加质量，使该系统振动特性产生变