机械实验之振动参数的测定

机械振动实验课件振动参数的测定

（固有频率和阻尼比）1.1实验目的1、了解单自由度系统自由振动的有关概念2、了解单自由度系统强迫振动的有关概念3、会根据自由衰减振动波形确定系统的固有频率和阻尼比会4、根据强迫振动幅频特性曲线确定系统的固有频率和阻尼比1.2实验重点1、自由振动的波形特点（周期、频率及振幅）2、强迫振动幅频特性曲线1.3实验难点1、振动实验台的简化（等效质量的概念）2、信号测试的方法3、共振的分类（位移共振、速度共振及加速度共振）一、实验目标二、具体实验2.1实验装置与仪器框图2.2实验原理

2.2.1系统固有频率的测定固有频率是振动系统的一项重要参数。它取决于振动系统结构本身的质量、刚度及其分布，是结构本身固有特性之一。确定系统的固有频率的方法很多，比较方便又便于测试的方法有自由振动法和强迫振动法。1、自由振动法（自由衰减振动法）用敲击法给系统一初始扰动，使系统产生一个自由振动，同时记录下振动波形，便可求的系统的固有频率。对于单自由度系统，其力学模型如右图其中n----衰减系数2n=C/m当（小阻力）时，上方程的解为：式中：A------振动振幅------初相位-----有阻尼衰减振动圆频率设初始条件：t=0时，初始位移，初始速度此波形有如下特点：A)有阻尼自由振动周期，大于无阻尼自由振动周期，即>固有频率：可见，用自由振动法测出的系统的固有频率，略小于实际的固有频率，当阻尼很小时，两者是很接近的。周期：B）振幅按几何级数衰减减幅系数:对数减幅:2迫振动法（共振法）

利用激振器对被测系统施以简谐激励力，使系统产生强迫振动，改变激振频率，进行频率扫描，当激振频率与系统的固有频率接近时，系统产生共振。因此，只要逐渐调节激振频率，同时测定系统的响应幅值，绘出幅值和频率的关系曲线（即幅频特性曲线），曲线上各峰值点所对应的频率，就是系统的各阶固有频率。单自由度系统，在简谐激励力的作用下，系统作简谐强迫振动，系统的微分方程为式中：n----衰减系数2n=C/m式中：B---强迫振动振幅式中：---频率比幅频特性曲线如右图：振幅最大时的频率为共振频率强迫振动的一个特解为：---初相位由于存在测测量参数的的不同，存存在位移共共振、速度度共振及加加速度共振振三种加速度共振频率

速度共振频率位移共振频率自由振动频率有阻尼无阻尼阻尼

振动形式

只有采用速速度共振测测时，测得得的速度共共振频率是是系统的无无阻尼固有有频率，本本实验采用用速度共振振。2.2.2阻尼比的测测定阻尼在工程程上用表表示1、自由衰衰减法利用自由振振动法测出出结构的自自由振动衰衰减曲线，，随时间t而变化的曲曲线，量出出相邻的I个振幅、、那么：---减幅幅系数---对数数减幅如果按幂级级数展开，，并约去高高阶无穷小小，那么，，又由于：：所以：2、带宽法法（0.707法）记录好幅频频特性曲线线后，找到到两个半功功率点和和带宽法使用用于小阻尼尼情况，既既可用于高高阶，也可可用于低阶阶，但两个个半功率点点的频率必必须相差较较大，否则则误差很大大。本实验由于于两个点的的半功率点点相隔较近近，所以误误差也比较较大2）用强迫迫振动法测测量和和A）加速度度传感器置置于简支梁梁上，其输输出端接信信号采集分分析仪，用用来测量简简支梁的振振动幅值B）将电动动式激振器器接入激振振信号源输输入端，开开启激振信信号源的电电源开关，，对简支梁梁系统施加加交变正弦弦激振力，，使系统产产生正弦振振动。C）激振频频率由低到到高逐渐增增加，记录录各激振频频率及其该该振动频率率下相应的的振幅值A。1）用自由由振动法测测量和和A）用榔头敲击击简支梁使使其产生自自由衰减振振动。B）记录单自由由度自由衰衰减振动波波形，将加加速度传感感器所测振振动经测振振仪转换为为位移信号号后（标准准电信号）），送入信信号采集分分析仪（A/D)，让计算机机虚拟示波波器以便显显示。C）绘出振振动波形图图波峰和波波谷的两根根包络线，，然后设定定，并读出出个波形所所经历的时时间t,量出相距i个周期的的两振幅，，。。按公式计计算和和2.3实实验的操作作步骤2．4实验操作注注意点1）用自由振振动法测系系统固有频频率时，榔榔头不能敲敲击过重，，以免波形形幅值太大大，同时，，敲击必须须间隔一段段时间，避避免两次产产生的波形形发生重叠叠。2）信号源的的输出电流流不能太大大，一般取取在200~300毫安之间，，激振头的的最大输入入电流为500毫安。3）在拔插传感感器接线时时，必须首首先关闭““信号采集集分析仪””。4）由于于在安装传传感器的时时候会出现现很大的加加速度，可可能会破坏坏传感器内内的压电晶晶体，因此此，安放传传感器的时时候必须保保证其轻轻轻缓慢的接接触(先单单边接触，，再缓慢放放平）。在测系统的的阻尼比时时还可以采采用放大系系数法在简谐激振振力作用下下，，有阻尼单单自由度系系统的放大大系数为：共振时，，即：放大系数是是指激激振力作用用时的振幅幅与静力作作用时最大大位移的比比值，所以以有2．5实实验的其他他方法3.分析总总结3.1实实验体会1）信号发生器器在调定到到一定的频频率微调旋旋钮由于比比较时会发发生一些困困难，主要要因素如下下：信号发生器器的粗调和和小，所以以会出现灵灵敏度比较较高信号发生器器在改变输输出频率时时，显示会会产生一定定的时间延延迟，导致不易调节节。2）本实验由于于使用带宽宽法测系统统的阻尼比比，而两半半功率点的的频率相距距较近，实实验的误差差较大。3）虚拟示波器器的采样频频率不宜太太高，一般般应取500赫兹左右，，以减小高高频噪声4）测振仪的显显示和信号号源的输出出信号的电电流稳定性性有关5）实验时，应应尽量不人人为触动振振动实验台台，以减小小外界干扰扰3.2实验的改进进1）对于功率信信号发生器器的微调旋旋钮应适当当加大，以以减小灵敏敏度或者采采用数字给给定的方式式，来提高高实验的精精度和效率率隔振实验1．1实验目的1）建立主动隔隔振、被动动隔振的概概念2）掌握主动隔隔振、被动动隔振的基基本方法3）学会测量、、计算隔振振系数和隔隔振效率1．2实验重点1）主动隔振和和被动隔振振的条件（（））2）主动隔振和和被动隔振振隔振系数数的测量方方法及计算算方法3）当及及时时，隔振系系数4）主动隔振和和被动隔振振隔振的概概念及实际际举例一、实验目目的1．1.3实验难点1）振动实验台台的简化（（等效质量量的概念））2）垫刚性物块块的目的3）如何测定系系统的固有有频率2．具体实实验2．1实验装置与与仪器框图图2．2实验原理2．2．1主动隔振（（积极隔振振或动力隔隔振）主动隔振指指的是机器器本身是振振源，它通通过机脚、、支座传至至基础或基基座。主动动隔振就是是隔离振源源，是振源源的震动经经过减振后后在传递出出去，从而而减少对周周围环境和和设备的影影响。概念：隔振振系数和和隔振振效率主动隔振系系数=隔振后传给给基础的力力的振幅/隔振前传给给基础的力力的振幅本实验拟采采用两种方方法：理论论计算法及及直观测定定法A）理论计算法法：通过系系统的固有有频率、、阻尼尼比和和激振频频率来来计算主动隔振系系数：其中：，这里，阻尼尼比和和固有频频率在在上次实实验中已经经测定过，，因此，只只需要测定定强迫振动动的激振频频率就就可以了了B）直观测定法法：依据定定义分别测测定在隔振振前和隔振振后的振幅幅，直接做做比主动隔振系系数：在安装了隔隔振器后如如果要测量量没有隔振振前的振幅幅只需要垫垫刚性物块块的方法，，将隔振器器“脱离””，使振源源和地基之之间刚化，，隔振器不不发生作用用（本次实实验难点）），这样带带来的误差差不会太大大。主动隔振效效率：讨论：1）当时，,,隔振器没有隔振效果

时，即共振2）当时，隔振器才发生作用注意：1）也不宜过大，因为，意味着隔振装置要设计得很柔软，静扰度要很大，同时体积也要做得很大，安装的稳定性差，容易摇晃。2）当后，变化并不明显，因此，实际使用中，相应的主动隔振效果可达到80%~90%2．2．2被动隔振动动（保护隔隔振）主动隔振是是为了减小小振源自身身对周围环环境和设备备的影响，，减小振源源对环境的的力；而被被动隔振是是为了使外外界振动尽尽可能地少少传到系统统中来，这这样设备和和仪器就可可以更加准准确，减小小外界的干干扰，因此此，需要把把它们和机机座隔离开开来，这就就是被动隔隔振。被动隔振的的力学模型型如右图被动隔振的隔振效果可以用：被动隔振系数或被动隔振效率来表示-------振源振幅------设备隔振后的振幅值其中：A）理论计算法法：通过系系统的固有有频率、、阻阻尼比和和激振振频率来来计算算被动隔振振系数如果振源为为地基的垂垂直简谐振振动，，那么根据公公式：其中，

2．

3实验的操作步骤1）

主动隔振A）松开隔振器上平台的四颗螺帽，测量出隔振系统的固有频率然后开动调速电机，调到一定的转速，测量出激振频率和阻尼比B）锁紧隔振器上平台的螺帽，使隔振器不起作用，测量出隔振前振幅值，然后松开隔振器上平台的螺帽，使隔振器发生作用，测量出隔振后基础的振幅值2）被动隔振

将传感器1、2分别置于简支梁和质量块上，用来测量简支梁振幅和质量块振幅，并将传感器1、2的输出分别接入测振仪的1、2通道。激振信号源输出正弦信号驱动激振器，对简支梁和质量块激振。将激振频率由低向高调节，分别测出简支梁振幅和质量块的振幅，记录下数据，当刚出现，说明刚满足，这时的激振频率，就是隔振器能起到隔振作用的最低频率。1）信号源的输输出电流不不能太大，，一般取在在200~300毫安之间，，激振头的的最大输入入电流为500毫安。2）由于信号源源的粗调旋旋钮自身比比较小，调调节比较灵灵敏，同时时信号源显显示又存在在一定的迟迟延，所以以很不容易易调节，需需要特别的的耐心2．4实验操作注注意点2．5有可能出现现的问题在实验的过过程中，有有于测振仪仪自身没有有调零功能能，因此，，有时会出出现零漂较大大的情况（（达到0.04mm），而主动动隔振在加加上空气阻阻尼器的时时候振幅也很很小，所以以误差相对对较大，甚甚至导