机械工程测试技术节

机械工程测试技术节第1页，课件共37页，创作于2023年2月读数显微镜的目标刻划与测量

以测量出振动体的位移峰值。读数显微镜可以测量的振幅范围，主要是由读数显微镜的放大倍数来确定。常用的有0.5μm～

1mm；1μm～1mm；50μm～50mm等几种类型。

测量时，读数显微镜必须严格固定在不动的支架上。在振动体上安装一个能被照亮的目标，在此目标上划一细痕，或粘上一个贴有人造彩色蛛丝的微小反射镜，也可贴上一小块金刚砂纸，在灯光照射下，反射光通过读数显微镜，就可10.5振动检测方法及实例简介第2页，课件共37页，创作于2023年2月GZ型测振仪原理方框图

(2)电测法

CD-1型磁电式速度传感器的输出电势正比于被测振动体的振动速度，而且能提供比较大的测量功率。因此，针对配用磁电式速度传感器的GZ型测振仪就不用设置阻抗变换器。使用积分网络即可测得振动体的位移；使用微分网络则可测得振动体的加速度。

10.5振动检测方法及实例简介第3页，课件共37页，创作于2023年2月10.5.2振动频率的测量方法（1）比较法①李萨如图形法

李萨如图形法振动测量频率的框图

10.5振动检测方法及实例简介!!!根据屏幕显示椭圆的形状来确定被测体频率。第4页，课件共37页，创作于2023年2月②录波比较法录波比较法测量频率的测量系统框图

把被测振动信号和时标信号（信号发生器提供一个等间距的脉冲信号，称为时标信号）一起输入到记录和分析仪器（如计算机中的数据采集卡）的两路，再对该两路信号的周期（周期的倒数是频率）进行比较，从而确定被测信号的频率。10.5振动检测方法及实例简介见图10-32!!!第5页，课件共37页，创作于2023年2月

(2)直读法直读仪器有两种：指针式频率计和数字式频率计。原理：用传感器将振动信号转变成交变的电压信号，再将这一电压信号输入到频率计，便可测出其频率。直读法测频系统框图10.5振动检测方法及实例简介第6页，课件共37页，创作于2023年2月10.5.3同频简谐振动相位差的测量方法

测量同频简谐振动相位差的方法：

线性扫描法、

椭圆法、

利用相位计直接测量法（相位计法）等。目前通用的相位计有指针式和数字式两种。10.5振动检测方法及实例简介第7页，课件共37页，创作于2023年2月用相位计测相位差的测量系统框图10.5振动检测方法及实例简介此时，在相位计上显示出一个相位角数值，这就是通道信号超前通道信号的相位角。如果振动信号是由几个频率叠加而成时，就必须作滤波处理后再进行相位测量。测量时，必须采用两个相同型号的压电式加速度计和阻抗变换器，并用同一台测振仪的两路来放大信号，最后将测振仪输出的两个信号分别接到相位计的和通道。第8页，课件共37页，创作于2023年2月10.5.4机械系统固有频率的测量方法

(1)固有频率和共振频率的定义无阻尼单自由度振动系统其运动方程为有阻尼单自由度振动系统其运动方程为有阻尼单自由度受迫振动（激振力为），其稳态运动方程为：10.5振动检测方法及实例简介第9页，课件共37页，创作于2023年2月稳态振动速度稳态振动加速度位移幅值可以推断，在它的极值时取得最大值，则可求的极值。于是解此式得10.5振动检测方法及实例简介同理得，速度幅值的极值条件加速度幅值的极值条件第10页，课件共37页，创作于2023年2月共振：指当激振频率达到某一频率时，振动的幅值达到最大的现象。振动的位移幅值、速度幅值和加速度幅值其各自达到极值（对单自由度系统来说，这里的极值就是最大值）时的频率是互不相同的，只有“速度共振频率”等于无阻尼固有频率。由此可见，在简谐激振力激振的条件下，可以有三种“共振”频率，分别称之为“位移共振频率”、“速度共振频率”、“加速度共振频率”。但是，在小阻尼情况下，上述四种频率相差极小。10.5振动检测方法及实例简介第11页，课件共37页，创作于2023年2月(2)“速度共振”相位判别法“速度共振”相位判别法测量系统框图

10.5振动检测方法及实例简介第12页，课件共37页，创作于2023年2月根据图像来判别共振的方法可分以下两种情况：

①磁电式速度传感器判别共振示波器的轴与轴上的信号分别为：示波器上显示图像变化过程如右图所示。10.5振动检测方法及实例简介共振时是一条直线激振信号磁电速度传感器拾振、测振仪放大信号第13页，课件共37页，创作于2023年2月示波器的轴与轴上的信号分别为：示波器上显示图像变化过程如右图所示。

②压电式加速度传感器判别共振10.5振动检测方法及实例简介共振时是一正椭圆激振信号压电加速度传感器拾振、电荷放大器放大信号第14页，课件共37页，创作于2023年2月10.5.5阻尼的测量方法系统的阻尼是很难直接测量的，人们往往是通过测量衰减系数再来推算阻尼。

(1)用有阻尼自由振动波形图来测量衰减系数有阻尼自由振动波形图10.5振动检测方法及实例简介第15页，课件共37页，创作于2023年2月

由波形可知其对数衰减比为——衰减振动周期

振动波形图上量得、、三值，即可算出衰减系数比若令，则当阻尼比较小时

10.5振动检测方法及实例简介第16页，课件共37页，创作于2023年2月

单自由度直线振动系统，阻力系数为：有阻尼单自由度扭振系统，阻力系数为

——扭振系统对转轴的转动惯量10.5振动检测方法及实例简介第17页，课件共37页，创作于2023年2月所谓振型就是振动时，系统中各质点的振幅比。如简支梁：其振动位移表达式为：10.5.6振型的测量方法简支梁与悬臂方板的振型图

10.5振动检测方法及实例振型第18页，课件共37页，创作于2023年2月下面介绍两种测量（或寻找）节点、节线的方法。(1)细砂颗粒跳动法这种方法只能找到处于水平面上的节线，故适用于板类被测振动体的振型测定。10.5振动检测方法及实例即将振动体激振，使其达到某阶共振，在物体表面撒上细砂粒，只要振动加速度超过重力加速度g，表面上的砂粒就会跳动，集中移动到节线附近。从而显示出节线的位置和形状来。第19页，课件共37页，创作于2023年2月(2)示波器测量法

用示波器测振型节点的测量系统框图

10.5振动检测方法及实例测量原理——节点（节线）上的位移、速度始终为零，节线两边的位移、速度、加速度必反相。当激振力的频率等于梁的某一阶固有频率时，梁便以该阶（主）振型振动。第20页，课件共37页，创作于2023年2月信号发生器产生的同一频率信号输入示波器的轴，将加速度传感器拾振信号通过测振仪输入到示波器的轴，此时示波器的屏幕上出现椭圆图象。当传感器放在梁上不同位置时，示波器的椭圆图象将发生变化，如图所示。10.5振动检测方法及实例用示波器测振型节点的测量系统框图

积分成速度信号第21页，课件共37页，创作于2023年2月

当传感器放在节点上时，椭圆变成了轴上的一条横线，当传感器放在节点左侧或右侧时，椭圆长轴的方位发生变化。根据上述现象，只要将传感器在梁的长度方向逐点移动，便可找到节点的位置。图像随位置变化图形

10.5振动检测方法及实例第22页，课件共37页，创作于2023年2月10.5.7振动检测实例

(1)轴的径向振动测量探头安装示意图

在每个测点应安装两个传感器探头，两个探头分别安装在轴承两边的同一平面上，相隔90°（±5°）。通常将两个探头分别安装在垂直中心线每一侧45°，定义为探头（水平方向）和探头（垂直方向）。通常从原动机端看，探头应该在垂直中心线的右侧，探头应该在垂直中心线的左侧。

10.5振动检测方法及实例简介第23页，课件共37页，创作于2023年2月系统结构示意图

10.5振动检测方法及实例简介第24页，课件共37页，创作于2023年2月

(2)小轿车乘坐舒适性试验原理：小轿车乘坐舒适性试验是通过液压激振台给汽车一个模拟道路状况(也称道路谱)的激励信号，使汽车处于道路行驶状态。汽车驾驶座椅处的振动加速度可以通过一个加速度传感器来拾取，该信号经信号处理电路和振动分析仪的分析，就可以得到汽车的振动量值与道路谱的关系，为研究汽车乘坐的舒适性提供参考数据。10.5振动检测方法及实例简介第25页，课件共37页，创作于2023年2月小轿车乘坐舒适性试验的原理图10.5振动检测方法及实例简介第26页，课件共37页，创作于2023年2月(3)用脉冲激励法测立式钻床振型

脉冲激励法简单方便，所用设备少,实验时间短，频响宽，并具有一定的精度。另外脉冲激励法对被测试件不施加刚度及质量约束，还便于从不同方向进行激励。脉冲激励法测试系统框图

1—立式钻床；2—冲击锤；3—加速度传感器；4—电荷放大器；5—分析仪；6—绘图仪10.5振动检测方法及实例简介第27页，课件共37页，创作于2023年2月立式钻床固有振型细实线表示未振动时钻床立柱的中心线。10.3Hz是整机摇晃振型;14.6Hz相当于立柱下端固定，另一端自由的一阶弯曲振动；49.5Hz同样状态下的二阶弯曲振动；70Hz和176Hz是主轴箱中点为节点时的振型，70Hz为一阶，176Hz是二阶、259Hz是更高的振型。10.5振动检测方法及实例简介第28页，课件共37页，创作于2023年2月

(4)环境振动测量分析

火车驶过时引起的地表面振动，对两旁建筑的影响，可用压电加速度传感器进行测量。火车引起地表振动的监测点分布图

10.5振动检测方法及实例简介第29页，课件共37页，创作于2023年2月a—火车环境垂直振动频谱，测点路基b—垂向振动；测点三楼c—水平振动；测点路基d—水平振动；测点二楼火车振动频谱图10.5振动检测方法及实例简介第30页，课件共37页，创作于2023年2月

(5)车辆的振动测试与分析

传感器布置1、2、3、4、5-应变式加速度计10.5振动检测方法及实例简介第31页，课件共37页，创作于2023年2月测量设备及系统10.5振动检测方法及实例简介第32页，课件共37页，创作于2023年2月自功率谱图由图可知，座椅振动的频率范围主要在3Hz以下。

10.5振动检测方法及实例简介第33页，课件共37页，创作于2023年2月凝聚函数图

表示右后轮与座椅振动之间的关系

右后轮与座椅的振动之间的凝聚函数的值都在0.2左右。说明座椅的振动主要不是右后轮引起的，左后轮振动对座椅振动影响也很小，其凝聚函数图未再画出。10.5振动检测方法及实例简介第34页，课件共37页，创作于2023年2月凝聚函数图表示左前轮与座椅振动之间的关系

左前轮与座椅的振动之间的凝聚函数值在(0.2～

1.3Hz)的频率范围内较大，达到0.7以上，可见在这个频率范围内左前轮处振动对座椅振动影响较大。10.5振动检测方法及实例简介第35页，课件共37页，创作于20