振动测试技术 Chapt1-振动测试概论ppt课件

1、 第一部分 振动测试概论 单自在度系统振动系统的力学模型和振动参数2ckm0km根本参数：质量 m 刚度 k 阻尼 c导出参数：固有频率 阻尼比 衰减系数 2cnmkcx ma mkxcx mx xb运动方程0mxcxkxNoImage当 1 时当 时1当 1 时20sin( 1)ntxXet 12()ntxeXX t2200(1)(1)12ntntxX eX e 振动分类产生缘由自在振动受迫振动自激振动简谐振动振动分类产生缘由自在振动受迫振动自激振动振动分类产生缘由变化规律自在度数自在振动受迫振动自激振动简谐振动非简谐振动随机振动单自在度系统的振动多自在度系统的振动延续系统的振动振动过程的分

2、类自在振动 系统在去掉外加干扰力之后出现的振动。 这种振动靠弹性力、惯性力和阻尼力来维持。振动的频率就是系统的固有频率也称自然频率。因有阻尼力存在，振动逐渐衰减，阻尼越大，衰减越快。假设系统无阻尼存在这只是一种理想形状，实践上是不能够的，那么称这种振动为无阻尼自在振动，无阻尼自在振动是一种恒幅振动受迫振动 在激振力继续作用下，系统被迫产生的振动 振动特征与外部激振力的大小、方向和频率有关。在简谐激振力作用下，能同时激发起以系统固有频率为振动频率的自在振动和以干扰频率为振动频率的受迫振动，其自在振动部分将逐渐衰减，乃至最终消逝，这时只剩下恒幅受迫振动部分，即稳态振动呼应自激振动 机械系统由于外部

3、能量与系统运动相耦合构成振荡鼓励所产生的振动。当振动停顿，振荡鼓励随之消逝。如滑动轴承油膜振荡、液压随动系统的自振等简谐振动时间表示法 振动位移 振动速度 振动加速度)cos(tAx )sin(2tAx )sin(tAx振动物体随时间按正弦或余弦规律变化的振动称号幅值幅值比峰值x(t)的最大值1峰峰值x(t)的最大值和最小值之差2平均绝对值0.636有效值 0.707周期振动时域特征参数系统运动量值按一定时间间隔反复出现的非简谐振动，可用谐波分析方法，将其分解为假设干个简谐振动之和。均值TdttxT0)(1TdttxT02)(101( )Tx t dtT周期振动的分解 21221( )( )T

4、Tjnf tX fx t edtT傅立叶级数0111( )(cos 2sin 2)nnnx taan f tbnf tnncff幅频曲线相频曲线( )()FTIFTx tX011( )sin(2)nnnx tccnf t00ca22nnncabarctgnnnba其中周期振动频谱图的特点以方波为例以方波为例 谱线是离散的，各高次谐波是谱线是离散的，各高次谐波是 基波的整数倍，且最小频率间隔基波的整数倍，且最小频率间隔 等于基波等于基波 。幅值谱的纵坐标显示每个谐波分幅值谱的纵坐标显示每个谐波分 量在周期振动中所占的比例大小，量在周期振动中所占的比例大小， 其单位为被测振动量的单位。其单位为被测

5、振动量的单位。1TtATonc()f Hz1T12n()f Hz12oo2sinnAncnT22102122nmmfmmf 准周期振动 组成：由两个或两个以上频率比为无理 数的简谐振动的合成。 特点：合成后不再是周期函数，但谱线 依然是离散的。 数学表达式：1( )cos()nnnnx tct冲击振动过程 冲击波形 时域特征参数脉冲峰值脉冲宽度脉冲冲量脉冲能量pxA0I( )x t dt20E( )x t dtAt( )x toAt( )x toAt( )x too衰减振动过程 数学表达式单自在度 时间历程曲线 时域特征参数 振动幅值 衰减系数 有阻尼固有频率( )sin()tdx tAetA

6、d冲击与衰减振动过程的频谱分析 频谱分析( )( )FTIFTx tX f2( )( )iftX fx t edt傅立叶积分2( )( )jftx tX f edf冲击过程频谱图的特征以方波为例特点：谱线是延续的；幅值谱的单位为被测信号的 单位除以频率；能量主要集中在0- 的频 率范围内，脉宽越窄，频率 范围越宽。1sin ()()fXfAf otA22o( )f()f Hz12341234几种典型信号的频谱几种典型信号的频谱 衰减过程频谱图的特征 衰减正弦 衰减余弦( )sin2tdx tAef t( )cos2tdx tAef t222( )(2)(2)ddf AX fjff22(2)(

7、)(2)(2)dAjfX fjff2A22dA2ddf22ddA2Ann随机振动 时间函数不能用准确的数学关系式来描画； 不能预测它未来任何时辰的准确值； 对这种信号的每次观测结果都不同，但大量地反复实验可以看到它具有统计规律性，因此可用概率统计方法来描画和研讨。 随机振动时域主要特征参数 均值 均方值 方差 自相关函数 相互关函数 01Elim( )TxTxx t dtT22201Elim( )TxTxx t dtT2201lim ( )TxxTx tdtT01( )lim( ) ()TxTRx t x tdtT01lim( ) ()TxyTRx t y tdtT随机振动的频谱分析 功率谱密

8、度函数 自功率谱 互功率谱 相关函数( )()FTxxIFTRSf 2()( )iftxxSfRedt2( )()jftxxRSf edf( )()FTxyxyIFTRSf 2()( )iftxyxySfRedt2( )()jftxyxyRSf edf22()()()()xyxyxfyGffGGf201xy 2( )xxGfSf 2( )xyxfGfSffo单边功 率谱不同振动过程时域与频域描画不同振动过程时域与频域描画同向简谐振动合成 频率比为有理数时合振动为周期性的非简谐振动 频率接近的简谐振动合振动为拍振，拍振大多数情况下是有害的，普通要抑制或消除方向垂直的简谐振动合成 合成图形称为利萨

9、如图 频率相等时，图形为直线或椭圆；频率比为2时，图形为8形或形振动的产生、危害与利用 机机械振动是普遍存在的物理景象机机械振动是普遍存在的物理景象 如：旋转机器的质量不平衡、负载不均匀、构造刚度如：旋转机器的质量不平衡、负载不均匀、构造刚度各向异性、对中不良、光滑不良、支撑松动等各向异性、对中不良、光滑不良、支撑松动等 振动振动 机械振动大多数情况下机械振动大多数情况下 有害：破坏机器正常任务，有害：破坏机器正常任务，降低其性能，缩短其运用寿命，甚至机毁人亡降低其性能，缩短其运用寿命，甚至机毁人亡 机械振动还伴随着产生同频率的噪声，恶化环境和劳动机械振动还伴随着产生同频率的噪声，恶化环境和劳

10、动条件，危害人们的安康条件，危害人们的安康 振动也能被利用来完成有益的任务，如运输、夯实、清振动也能被利用来完成有益的任务，如运输、夯实、清洗、粉碎、脱水等洗、粉碎、脱水等 无论是利用振动还是防止振动，都必需确定其量值。无论是利用振动还是防止振动，都必需确定其量值。振动引起失效的方式 对构造的影响对构造的影响 主要是变形、弯曲、产生裂纹和呵斥主要是变形、弯曲、产生裂纹和呵斥部件之间的相互撞击等。能够产生超极限部件之间的相互撞击等。能够产生超极限应力破坏与疲劳破坏。应力破坏与疲劳破坏。 对任务性能的影响对任务性能的影响 主要是运动部件动作不正常、接触部主要是运动部件动作不正常、接触部件接触不良、

11、继电器产生误动作、电子器件接触不良、继电器产生误动作、电子器件噪声增大、指示灯闪烁等。件噪声增大、指示灯闪烁等。 对工艺性能的影响对工艺性能的影响 主要是螺钉松动、衔接件或焊点脱开等。主要是螺钉松动、衔接件或焊点脱开等。振动丈量的工程运用领域 构造的动力参数测试 缺点诊断 环境和可靠性实验 隔振、减振和振动控制 有关振动利用的研讨机械振动测试系统的普通组成框图机械振动测试系统的普通组成框图普通说来振动测试系统包括下述三个主要部分：普通说来振动测试系统包括下述三个主要部分：1)1)鼓励部分鼓励部分 实现对被测系统的鼓励实现对被测系统的鼓励( (输入输入) )，使系统发生振动。它主，使系统发生振动

12、。它主要由鼓励信号源、功率放大器和激振安装组成。要由鼓励信号源、功率放大器和激振安装组成。2)2)拾振部分拾振部分 检测并放大被测系统的输入、输出信号，并将信号转换检测并放大被测系统的输入、输出信号，并将信号转换成一定的方式成一定的方式( (通常为电信号通常为电信号) )。它主要由传感器、可调放大。它主要由传感器、可调放大器组成。器组成。3)3)分析记录部分分析记录部分 将拾振部分传来的信号记录下来供以后分析处置或直接将拾振部分传来的信号记录下来供以后分析处置或直接近行分析处置并记下处置结果。它主要由各种记录设备和频近行分析处置并记下处置结果。它主要由各种记录设备和频谱分析设备组成。谱分析设备

13、组成。机械振动测试系统机械振动测试系统振动的根本参数 振动的幅值、频率和相位是振动的三个根本参数，振动的幅值、频率和相位是振动的三个根本参数，称为振动三要素。称为振动三要素。只只测测这三个要素，也就就决议整个振动只只测测这三个要素，也就就决议整个振动运动。运动。 幅值：振动强度。它可以用不同的方法表示，幅值：振动强度。它可以用不同的方法表示，如峰值、有效值、平均值等；如峰值、有效值、平均值等； 频率：振动信号变化的快慢。不同频率反映议频率：振动信号变化的快慢。不同频率反映议系统内不同的振源；系统内不同的振源； 相位：确测共振点、振型丈量等。相位：确测共振点、振型丈量等。振动问题 组成：鼓励、振

14、动构造系统和呼应组成：鼓励、振动构造系统和呼应 分类：分类：1 1、知鼓励和振动构造，求呼应、知鼓励和振动构造，求呼应 -系统动力呼应分析系统动力呼应分析 2 2、知鼓励和呼应，求系统参数、知鼓励和呼应，求系统参数 -系统识别系统识别 3 3、知系统和呼应，求鼓励、知系统和呼应，求鼓励 -载荷识别载荷识别研讨振动的方法 实际分析法实际分析法 实验研讨实验研讨实测实测模型研讨模型研讨建摸建摸求解求解振动丈量的根本内容 丈量机器或构造在任务形状下的振动，如振动位移、速度、加速度等丈量机器或构造在任务形状下的振动，如振动位移、速度、加速度等掌握被测对象的运转形状掌握被测对象的运转形状形状监测、缺点诊

15、断形状监测、缺点诊断环境控制、等级评测环境控制、等级评测对机械设备或构造施加某种鼓励，丈量其受迫振动对机械设备或构造施加某种鼓励，丈量其受迫振动获得被测对象的动态性能：固有频率、阻尼、呼应、模态等获得被测对象的动态性能：固有频率、阻尼、呼应、模态等找出薄弱环节，经过改良设计提高其抗振才干找出薄弱环节，经过改良设计提高其抗振才干常用的振动丈量方法 机械法 -利用杠杆传动和惯性接纳记录振动信号 光测法 -将振动信号转换为光信息再进展丈量 电测法 -经过传感器将机械量转换为电量，再 对电量进展丈量与分析机械法 特点： 构造简单、可靠、直观、抗干扰小、体积大、灵敏度低、频率范围窄、不能测小振幅、对被测

16、体有附加刚度 运用：低频、大位移、扭振 常用仪器：手持式测振仪 光测法 特点： 高精度、高灵敏度、非接触、远间隔、全场 运用： 高精度丈量、传感器标定、远间隔丈量 常用仪器： 激光多普勒单点或扫描测振仪、激光干涉仪、读数显微镜 电测法 特点： 灵敏度高、频率范围宽、动态范围大； 类型多，适用于不同测试环境和对象； 信号易于丈量、记录和保管。 运用： 稳态和冲击过程丈量、构造动力特性参数丈量等 常用仪器： 各种传感器、激振器、丈量仪与分析仪 振动丈量系统的主要特性参数 灵敏度 频率范围 动态范围 横向灵敏度 相位特性 附加质量、附加刚度和环境条件灵敏度: 传感器丈量系统的输出信号与输入信号的比值有量纲 振动丈量系统的主要特性参数S 系 统 输 出 量系 统 输 入 量频率范围: 定义为丈量系统灵敏度随频率的变化量不超出某一给定误差线的最高频率与最低频率之间的范围 两端频率分别成为下限和上限频率ff上f下sS振动丈量系统的主要特性参数动态范围: 定义一：丈量系统灵敏度随输入信号的变化量不超出某一给定误差线的最大输入与最小输入之间的幅值范围 定义二：丈量系统输出与输入维持线性关系