第6章 机械振动测试与分析
振动测试与分析报告
振动测试与分析报告摘要：振动测试与分析是一种重要的技术手段，可以用于评估和优化机械设备的性能和可靠性。
本报告通过对某台机械设备的振动测试与分析，探讨其振动特性、故障诊断以及优化方案，为设备运营和维护提供科学依据。
一、引言振动测试与分析在现代机械设备的研发、生产和维护中起着至关重要的作用。
通过监测机械设备的振动信号，可以有效评估其工作状态和性能，并提前发现潜在的故障。
本次振动测试与分析的目的是对某台机械设备的振动特性进行深入研究，以提供相关的优化方案和建议。
二、实验装置及方法本次实验选取了一台工业用离心泵作为研究对象。
实验装置主要由振动传感器、数据采集设备和分析软件组成。
在进行振动测试之前，首先对设备进行了详细的检查和维护，确保设备正常运行。
然后，将振动传感器安装在设备的关键位置，并通过数据采集设备将振动信号采集下来。
三、振动特性分析通过对振动信号进行频域分析和时域分析，可以获得机械设备的振动特性。
频域分析可以将振动信号转换为频谱图，从而确定振动信号的主要频率成分。
时域分析可以获得振动信号的时间变化特征，包括振动的幅值、相位等。
通过对实验数据的分析，我们得到了离心泵在不同工况下的振动特性，并与设备的设计参数进行对比。
四、故障诊断分析振动信号中的异常振动往往与设备的故障有关。
根据振动信号的频谱图和时域特征，可以判断设备是否存在故障，并定位具体的故障位置。
本次实验中，经过振动信号的分析，我们发现离心泵在高速运行时出现了明显的振动异常。
进一步的故障诊断分析表明，该异常是由设备轴承的磨损引起的。
五、优化方案与建议针对离心泵存在的振动问题，我们提出了几种优化方案和建议。
首先，应对设备轴承进行维护和更换，以避免由于磨损而引起的振动问题。
其次，可以通过增加附加的减振装置来减少设备的振动。
此外，优化设备的结构设计和制造工艺也是减少振动的有效手段。
六、结论通过振动测试与分析，我们深入研究了某台离心泵的振动特性以及故障诊断。
振动测试与分析
振动测试与分析引言：在各行各业中，振动测试与分析是一项重要的技术，它可以帮助我们了解各种物体和系统的振动特性，以及找出潜在的问题并提供解决方案。
本文将介绍振动测试与分析的基本原理和方法，以及其在不同领域的应用。
一、振动测试的原理振动测试是通过将传感器安装在被测试物体上，测量物体在振动过程中产生的加速度或速度来获取振动信号。
传感器将振动信号转换为电信号，再经过信号放大和采样，最终得到振动波形。
常用的传感器包括加速度计、速度计和位移传感器。
二、振动测试的方法1.自由激振法：在物体上施加外力进行振动，然后测量物体的振动响应。
这种方法适用于研究物体的振动特性和固有频率。
2.强迫激振法：通过施加特定的激励信号，使物体以特定频率和幅度振动。
这种方法常用于测试物体的耐振性和振动特性。
3.模态分析法：通过激励物体的不同模态形式，测量物体不同模态的振动响应，从而研究物体的模态特性和阻尼特性。
三、振动测试与分析的应用1.机械工程领域：振动测试与分析在机械工程中有广泛的应用。
例如，在汽车工业中，振动测试可以用于测试汽车零件的耐用性和可靠性，预测零件的寿命。
在航空航天领域，振动测试可以用于测试航天器的结构强度和振动特性，以提高飞行安全性。
2.电子工程领域：振动测试与分析在电子工程领域也有重要的应用。
例如，在手机制造业中，振动测试可以用于测试手机零件的质量，确保手机在使用过程中的稳定性和可靠性。
另外，在电子设备的设计中，振动测试可以用于优化电路板的设计，减少振动对电子元器件的损坏。
3.土木工程领域：振动测试与分析在土木工程领域有助于评估建筑物和结构的安全性。
例如，在地震工程中，振动测试可以用于评估建筑物的抗震性能，预测地震情况下的结构变形和破坏程度。
此外，振动测试还可以用于监测桥梁、隧道等工程结构的安全状况。
4.生物医学领域：振动测试与分析在生物医学领域中也有应用。
例如，医学领域中常用的超声波检测技术，就是利用振动信号来获取人体组织和器官的内部信息。
机械结构的振动测试与模态分析
机械结构的振动测试与模态分析机械结构的振动是指在运动或工作过程中，由于受到外界激励或内部失稳因素的影响而出现的周期性或非周期性的振动现象。
振动不仅会影响机械结构的正常运行，还可能导致结构疲劳、损坏，甚至产生严重事故。
因此，了解机械结构的振动特性，进行振动测试和模态分析，对于结构设计、改进和维护具有重要意义。
1. 振动测试振动测试是通过实验手段对机械结构的振动特性进行测量和分析的过程。
常见的振动测试手段包括加速度传感器、速度传感器、位移传感器等。
通过这些传感器，可以测量到结构在不同频率范围内的振动加速度、振动速度和振动位移等参数。
振动测试不仅可以定量地描述结构的振动特性，还可以研究振动的传播路径、频谱特性和共振现象等。
2. 模态分析模态分析是对机械结构的振动特性进行分析和研究的过程。
模态分析的目的是确定结构的振动模态，即结构的固有频率、振型和阻尼等参数。
通过模态分析，可以了解机械结构在不同频率下的振动特性，并确定结构中可能存在的共振点和振动节点。
同时，模态分析还可以帮助设计师优化结构的设计，减小结构的振动幅值，提高结构的工作效率和可靠性。
3. 应用案例以汽车底盘为例，进行振动测试和模态分析的应用。
在汽车行驶过程中，底盘承受着来自路面的冲击和车辆运动的振动。
通过振动测试，可以测量到底盘在不同行驶速度下的振动加速度和振动速度等参数。
通过模态分析，可以确定底盘的固有频率和振型，判断底盘是否在某些特定频率下容易出现共振现象。
根据振动测试和模态分析的结果，可以对底盘的结构进行优化，提高底盘的刚度和减小噪声，提高驾驶的舒适性和汽车的安全性能。
4. 振动测试与模态分析的意义振动测试与模态分析对于机械结构的设计、改进和维护具有重要意义。
通过振动测试，可以了解机械结构在不同工况下的振动特性，及时发现结构的振动异常和故障等。
通过模态分析，可以确定结构的固有频率和振型，为结构的优化设计提供依据。
同时，振动测试与模态分析还可以帮助工程师评估结构的可靠性和耐久性，减小结构的振动幅值，提高结构的工作效率和可靠性。
机械振动测量
振动的测量方法：机械法、电测法、光测法。
11
三、振动测试系统的构成
➢ 被测对象在激振力的作用下产生受迫振动，测振传感器测出振动力学参量，
通过振动分析（时域中的相关技术，频域中的功率谱分析）以及计算机数
字处理技术，检测出有用的信息。
➢ 工程上，振动的测试主要讨论的是系统励
测量动态特性时，首先要激励被测对象，让其按测试的要求
作受迫振动或自由振动。
激励方式通常3 种：
稳态正弦激振
瞬态激振
随机激振
32
一、振动的激励
1、稳态正弦激振
对被测对象施加一个稳定的单一频率的正弦激振力。
优点：激振功率大、信噪比高，能保证低频响应对象的测试
精度。
缺点：需要很长的测试周期才能得到足够精度的测试数据，
表明传感器的输出正比于被测物体振
动的位移。
一般：
Τ ,
取3~5。
ω/ωn
19
一、绝对式测振传感器原理
1、测振幅
−1
() = tan
2(Τ )
1 − (Τ )2
当>> ,
< 1时，
相位差接近180，相频特性也接近直线。
一般：
取0.6~0.7。
20
一、绝对式测振传感器原理
振动的测试在生产和科研等各方面都十分重要
4
机械振动的测量
振动给料机
水泥回转窑
5
§1 概述
一、振动的类型
1、按振动的规律分类
（1）稳态振动（确定性振动）
一般分为以下几种：
稳态振动
周期振动
非周期振动
机械振动分析
机械振动分析机械振动是机械系统中普遍存在的一种运动形式，它对机械设备的性能、可靠性和寿命等都有着重要的影响。
因此，进行机械振动分析是了解并解决机械系统振动问题的关键步骤之一。
本文将对机械振动分析进行详细探讨。
一、机械振动的基本概念和分类机械振动是指机械设备在工作过程中由于内外部因素的作用而产生的周期性或非周期性的运动。
根据机械振动的特点和性质，可以将其分为自由振动和受迫振动两类。
自由振动是指机械系统在不受外界强制激励的情况下，由于初始的位移或速度而引起的自身振动。
自由振动的频率和振幅受到机械系统的固有特性决定。
受迫振动是指机械系统在外界强制激励的作用下，产生的与激励力有关的振动。
根据振动激励的特点，受迫振动可分为谐振和非谐振两类。
谐振是指激励力频率等于机械系统固有频率时产生的振动；非谐振则是指激励力频率与机械系统固有频率不等时产生的振动。
二、机械振动分析的目的和意义机械振动分析的主要目的是了解和解决机械系统中产生的振动问题。
通过振动分析，可以对机械系统进行设计优化，提高工作效率和稳定性；可以检测机械设备的正常工作状态，预测可能存在的故障；还可以减少机械系统对周围环境和人员的危害。
同时，机械振动分析还有助于优化机械系统的结构和材料选择，降低振动噪声；可以评估机械设备的可靠性和寿命，提前采取维护和修理措施；对于已发生故障的机械设备，还可以通过振动分析锁定故障位置和原因。
三、机械振动分析的方法和步骤机械振动分析的方法主要包括试验分析和数值模拟两种。
试验分析是通过采集机械设备振动信号的方式，通过对信号的处理和分析，了解机械设备的振动特性和问题。
试验分析的具体步骤包括：获得振动信号、信号处理、频谱分析、特征提取和问题诊断等。
数值模拟是利用计算机软件进行机械系统的振动仿真。
通过建立机械系统的数学模型，模拟系统在不同工况下的振动行为。
数值模拟的步骤包括建模、求解和分析结果等。
四、机械振动分析的指标和评估方法机械振动分析涉及多个指标和评估方法，常用的指标包括振幅、频率、相位和谱图等。
机械振动实验报告
机械振动实验报告1. 实验目的本实验旨在通过对机械振动的实验研究，掌握机械振动的基本原理和特性，深入了解振动系统的参数对振动现象的影响。
2. 实验原理（1）简谐振动：当物体在受到外力作用下，沿着某一方向做来回运动时，称为简谐振动。
其数学表达式为x(t) = A*sin(ωt + φ)，其中A 为振幅，ω为角频率，φ为初相位。
（2）受迫振动：在外力的作用下振动的振幅不断受到调节，导致振幅和相位角与外力作用间存在一定的关联关系。
（3）自由振动：在无外力作用下，振动系统的振幅呈指数幅度减小的振动现象。
3. 实验内容（1）测量弹簧振子的简谐振动周期并绘制振幅-周期曲线。
（2）通过改变绳长和质量对受迫振动的谐振频率进行测量。
（3）观察受外力激励时的自由振动现象。
4. 实验数据与结果（1）弹簧振子简谐振动周期测量结果如下：振幅（cm）周期（s）0.5 0.81.0 1.21.5 1.62.0 1.9（2）受迫振动的谐振频率测量结果如下：绳长（m）质量（kg）谐振频率（Hz）0.5 0.1 2.50.6 0.2 2.00.7 0.3 1.80.8 0.4 1.5（3）外力激励下的自由振动现象结果呈现出振幅逐渐减小的趋势。
5. 实验分析通过实验数据处理和结果分析，可以得出以下结论：（1）弹簧振子的振动周期与振幅呈线性关系，在一定范围内，振幅增大，周期相应增多。
（2）受迫振动的谐振频率随绳长和质量的增加而减小，表明振动系统的参数对谐振频率有一定的影响。
（3）外力激励下的自由振动现象符合指数幅度减小的规律，振幅随时间的增长呈现递减趋势。
6. 实验总结本实验通过测量和观察机械振动的不同现象，探究了振动系统的基本原理和特性。
实验结果表明振动系统的参数对振动现象产生了明显的影响，为进一步深入研究振动学提供了基础。
通过本次实验，我对机械振动的原理和特性有了更深入的了解，对实验数据处理和分析方法也有了更加熟练的掌握。
希望通过不断的实验学习，能够进一步提升自己对振动学理论的理解水平，为未来的科研工作打下坚实基础。
机械振动特性测试与分析方法研究
机械振动特性测试与分析方法研究引言：机械振动特性的测试与分析是工程领域中非常重要的研究课题。
通过对机械振动的测试与分析，可以了解机械系统的运行状态，评估其性能，并采取相应的措施来改善机械系统的可靠性和工作效率。
一、机械振动测试方法机械振动测试方法主要包括传感器的选择和布置、信号采集与处理技术。
传感器的选择要考虑到测试频率范围、灵敏度等因素，如加速度传感器、速度传感器、位移传感器等。
传感器的布置要合理，选择适当的位置进行测量，以保证测试结果的准确性。
信号采集与处理技术是传感器获取信号后的重要环节，常见的采集方法有模拟采集和数字采集，信号处理技术包括滤波、采样、数据存储等。
二、机械振动特性分析方法机械振动特性分析方法主要包括频域分析、时域分析、模态分析和传递函数分析等。
频域分析是将时域信号通过傅里叶变换转化为频域信号，常用的频域分析方法有功率谱密度分析、波形分析等。
功率谱密度分析可以用来研究机械系统的频谱特性，识别主要振动频率成分。
波形分析则可以展示信号振动的形态特征，分析机械系统的振动模式。
时域分析是对机械振动信号在时域上进行分析，常用的时域分析方法有自相关函数分析、互相关函数分析和均方根分析等。
自相关函数分析可以研究信号的相关性，提供振动信号的瞬时相关信息。
互相关函数分析可用于研究不同信号间的相关性，了解机械系统中不同部件之间的相互影响。
均方根分析用于评估振动信号的幅值，判断机械系统是否存在异常振动。
模态分析是研究机械系统振动模态特性的方法，通过识别机械系统的模态参数，如频率、阻尼和模态形态等，来了解机械系统的振动特性。
模态分析可通过实验测试或数值模拟等方法进行。
传递函数分析则是通过对机械系统的输入信号和输出信号进行分析，求解传递函数，分析系统的动态特性和频率响应。
三、实验验证与应用机械振动特性测试与分析方法在实际工程中有广泛的应用。
通过对机械系统的振动特性进行测试与分析，可以提前监测机械系统的故障，并及时采取措施进行维修，避免机械系统的损坏或事故发生。
机械振动的原理与实验研究
分类
自由振动 受迫振动 阻尼振动
数学模型和能量方法
91%
振动系统可以用微分方程 描述，能量方法是研究振 动系统能量变化规律的重 要手段。
振动控制方法和实例分析
振动控制方 法
主动控制
振动控制技 术
智能控制
91%
实例分析
使用阻尼器控制 建筑物振动
新技术在机械振动研究中的应 用
01 人工智能技术
智能振动监测系统
能量受控制耗散的 条件
有效的能量控制手段 稳定的外部环境
能量耗散判据的重要 性
能量耗散程度影响振动系 统的稳定性 有效的能量管理有助于振 动控制
91%
能量方法在振动控制中的应用
01 能量方法在主动控制系统中的应用
主动控制系统通过调节振动系统的输入来控 制振动，能量方法为主动控制提供了理论基 础。
02 能量方法在被动控制系统中的应用
91%
振动控制方 法
调节悬挂系统的 硬度和减震效果
实例二：桥梁结构的振动问题 分析
01 桥梁结构的振动影响
风力或交通载荷作用下的振动现象
02 桥梁结构的振动监测与控制
采用振动传感器监测振动情况，采取加固措 施进行振动控制
03
实例三：风力发电机组的振动分析
振动特性
叶片振动 主轴振动 整机振动
振动监测与预警系 统
振动系统的基本 元素
振动系统的基本元素 包括质点、弹簧和阻 尼器，这些元素共同 构成了振动系统的核 心组成部分。质点是 振动系统中具有质量 但体积可以忽略不计 的物体，弹簧则是用 于恢复质点位置的元 件，而阻尼器则可以 减小振动系统的能量。
单自由度振动系统
单自由度振 动系统的运
机械振动的模态测试与振动分析方法研究
机械振动的模态测试与振动分析方法研究1. 引言机械振动是工程领域中常见的问题之一，振动的产生和传播会对设备的性能和寿命产生不良影响。
因此，了解机械振动的模态特性以及相应的振动分析方法对工程设计和故障诊断具有重要意义。
2. 模态测试模态测试是研究结构振动特性的关键方法之一。
它通过测量结构在不同模态下的固有频率、振型和阻尼等参数来分析结构的振动特性。
常见的模态测试方法包括频率响应法、冲击法和激励法等。
2.1 频率响应法频率响应法是通过激励结构的某个位置，测量其他位置的响应来确定结构的固有频率和振型。
该方法在实际应用中具有较高的精度和可靠性，适用于大型结构和具有小阻尼特性的系统。
2.2 冲击法冲击法是通过给结构施加短时冲击力，通过测量结构的响应来分析结构的振动特性。
该方法相比于频率响应法，更适用于小型结构和阻尼较大的系统。
然而，冲击法所提供的模态参数相对较少，且信号处理较为复杂。
2.3 激励法激励法是通过施加不同频率的激励信号，测量结构的响应来确定结构的固有频率和振型。
与频率响应法相比，激励法可以同时获取多个模态的特性参数，适用于需要同时获取多个模态信息的情况。
3. 振动分析方法振动分析方法是对机械振动信号进行处理和分析的关键技术，可帮助工程师理解振动现象的原因，并进行故障诊断和预防。
3.1 频谱分析频谱分析是将时域信号转换为频域信号的一种方法，常用的频谱分析方法包括傅里叶变换、小波变换和短时傅里叶变换等。
通过频谱分析，可以得到振动信号的频率成分和振幅分布，进而判断振动源和频率特征。
3.2 阶次分析阶次分析是分析旋转机械振动信号的一种方法，通过将时域信号转换为阶次域信号，可获得振动信号与旋转频率的相关性。
阶次分析可以用于旋转机械的故障诊断和动态性能评估。
3.3 模态分析模态分析是将机械振动信号分解为不同模态的一种方法，通过计算模态参数如固有频率、阻尼和振型等，可以推断结构的刚度、质量和阻尼特性。
模态分析常用的方法包括主成分分析、奇异值分解和有限元法。
机械振动的分析与控制
机械振动的分析与控制机械振动是指机械系统在运行过程中产生的周期性回旋或摆动现象。
它在各个工程领域中都扮演着重要的角色，但过大的振动会导致机器的破坏、降低工作效率，甚至危及人身安全。
因此，对机械振动进行分析与控制是非常关键的工作。
一、机械振动的分析机械振动的分析是为了了解和揭示振动性能的规律以及振动源造成的机理和影响因素。
针对振动的分析可以从以下几个方面展开：1. 振动特性分析振动特性分析是研究机械系统的固有频率、振型、振幅等特性参数的过程。
通过特性分析可以了解机械系统的固有振动频率，并确定振动模态，为后续的振动控制提供基础。
2. 动力学分析动力学分析旨在揭示机械系统振动性能与运动特征之间的关系。
通过建立运动方程，利用数学手段对机械系统进行动力学分析，并考虑各种扰动因素的影响，可以预测机械系统的振动行为，为进一步的振动控制提供理论依据。
3. 振动源诊断振动源诊断是通过振动测量数据对机械系统中振动源的类型、位置和严重性进行识别与分析。
通过定位振动源，可以进行精确的故障诊断与预测，为振动控制的针对性措施提供依据。
二、机械振动的控制机械振动的控制是通过采取合理的措施来减小或消除机械系统的振动问题。
针对振动的控制可以从以下几个方面展开：1. 结构优化结构优化是通过改变机械系统的结构参数，减小振动源的影响。
例如，通过增加刚度、改变振动阻尼器等措施，减小系统的振动幅值和频率，提高系统的稳定性和工作效率。
2. 主动控制主动控制是指采用主动力、主动负荷、控制系统等手段对机械系统进行干预，实现振动的主动抵消或调整。
例如，利用反馈控制、主动阻尼器、主动负载等技术，对振动进行实时调整，达到减小振动幅值的效果。
3. 被动控制被动控制是通过添加结构件、阻尼器等被动元件来减小机械系统的振动问题。
例如，添加减振器、隔振垫等被动装置来吸收或分散振动能量，减小振动对机械系统的影响。
4. 振动监测与维护振动监测与维护是保证机械系统长期稳定运行的重要环节。
机械振动测试与分析.docx机械振动测试与分析.docx
第8章机械振动测试与分析8.1 概述机械振动是自然界、工程技术和日常生活中普遍存在的物理现象。
各种机器、仪器和设备运行时，不可避免地存在着诸如回转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、润滑状况的不良及间隙等原因而引起受力的变动、碰撞和冲击，以及由于使用、运输和外界环境下能量传递、存储和释放都会诱发或激励机械振动。
所以说，任何一台运行着的机器、仪器和设备都存在着振动现象。
在大多数情况下，机械振动是有害的。
振动往往会破坏机器的正常工作和原有性能，振动的动载荷使机器加速失效、缩短使用寿命甚至导致损坏造成事故。
机械振动还直接或间接地产生噪声，恶化环境和劳动条件，危害人类的健康。
因此，要采取适当的措施使机器振动在限定范围之内，以避免危害人类和其他结构。
随着现代工业技术的发展，除了对各种机械设备提出了低振级和低噪声的要求外，还应随时对生产过程或设备进行监测、诊断，对工作环境进行控制，这些都离不开振动测量。
为了提高机械结构的抗振性能，有必要进行机械结构的振动分析和振动设计，找出其薄弱环节，改善其抗振性能。
另外，对于许多承受复杂载荷或本身性质复杂的机械结构的动力学模型及其动力学参数，如阻尼系数、固有频率和边界条件等，目前尚无法用理论公式正确计算，振动试验和测量便是唯一的求解方法。
因此，振动测试在工程技术中起着十分重要的作用。
振动测试的目的，归纳起来主要有以下几个方面：(1) 检查机器运转时的振动特性，以检验产品质量；(2) 测定机械系统的动态响应特性，以便确定机器设备承受振动和冲击的能力，并为产品的改进设计提供依据；(3) 分析振动产生的原因，寻找振源，以便有效地采取减振和隔振措施；(4) 对运动中的机器进行故障监控，以避免重大事故。
一般来讲，振动研究就是对“机械系统”、“激励”和“响应”三者已知其中两个，再求另一个的问题。
振动研究可分为以下三类：(1) 振动分析，即已知激励条件和系统的振动特性，欲求系统的响应；(2) 系统识别，即已知系统的激励条件和系统的响应，要确定系统的特性，这是系统动态响应特性测试问题；(3) 环境预测，即已知系统的振动特性和系统的响应，欲确定系统的激励状态，这是寻求振源的问题。
机械工程测试技术基础课件第六章
dz dt
频特性 ( )如下：
图 7 1 单自由度系统在质量块 受力所引起的受迫振动
Байду номын сангаас
k H(ω) 1( ω )2 2 j ξ ω ω ωn n
1
A(ω)
(其中c为粘性阻尼系数，k为 弹性刚度，激 振力f(t)为系 统的输入，振 动位移z为系统 的输出)
1
1(
ω ωn
)2
( 2 ξ
小结：⑴在激振频率远小于固有频率时,输出位移随激振
频率的变化非常小;⑵当激振频率大于固有频率时 输出位移为零,质量块近于静止;⑶当激振频率接近 固有频率时,系统的响应特性取决于系统阻尼,并随 频率的变化而剧烈的变化.
二、由基础运动引起的受迫振动
设基础的绝对位移Z1，质量块m的绝对位移为Z0如图示：
§第二节
单由度系统的受迫振动
一、质量块受力引起的受迫振动 如图所示的单自由度系统，其质量块m在外力 f(t)作用下的运动方程为： f (t) f(t)
m
k
z
c
d2t m 2 dt 求系统频率响应H(ω )和幅频特性A(ω )、相
d 2t dz m c kz f (t ) 2 dt dt
kz c
1 2 D 3 n 1 2 D 2
2 D 2
2 2 D 2
2
表7-1 单自由度振动系统 的频率响应
2
§第三节 振动的激励 激振方式的分类 稳态正弦激振
稳态正弦激振是最普 遍的激振方法，主要 优点：激振功率大、 信噪比高能保证测试 的精确度； 缺点是：测试周期长。
随机激振
随机激振是宽带 激振方法.优点可 以实现快速甚 “实时”测试.缺 点：所需设备复 杂而且价格昂贵。
机械振动的模态测试与振动分析方法研究
机械振动的模态测试与振动分析方法研究机械振动是机械工程中非常重要的一个分支，主要涉及到机械系统的振动现象，并研究其造成的原因和对系统性能的影响。
为了有效地对机械振动进行测试和分析，人们开展了广泛的研究，提出了各种模态测试方法和振动分析方法。
模态测试是机械振动研究中最常用的手段之一、模态是描述结构振动特性的关键参数，包括固有频率、振型形态和阻尼特性等。
通过模态测试可以获得结构的模态参数，为进一步的振动分析提供基础数据。
常用的模态测试方法包括激励法、响应法和识别法。
激励法是通过给结构施加外力或激振器激励来得到结构的响应，进而计算得到结构的模态参数。
响应法是通过测量结构在自然条件下的响应来获取模态参数。
识别法则是通过与数值模拟数据进行比较，识别出结构振型的一种方法。
这些方法各有优劣，可以根据实际情况选择合适的方法进行测试。
振动分析方法是对模态测试数据进行处理和分析的手段，目的是揭示结构的振动特性和存在的问题。
常用的振动分析方法包括频率分析、时域分析、轨迹分析和频域分析等。
频率分析是对结构振动信号进行频率特性的分析，从而得到结构的固有频率和阻尼比等参数。
时域分析则是对振动信号的时域波形进行分析，识别出引起振动的周期性和非周期性因素。
轨迹分析是通过分析结构其中一位置的振动轨迹，找出结构存在的不平衡、松动和变形等问题。
频域分析则是将振动信号转换到频域，得到结构在不同频率下的振动特性。
除了模态测试和振动分析方法外，人们还开展了许多其他的研究。
例如，结合有限元分析进行模态测试和振动分析，可以优化测试过程和提高测试精度。
此外，还有基于图像处理和信号处理的模态测试和振动分析方法等。
总之，模态测试与振动分析方法是研究机械振动非常重要的手段。
通过模态测试可以获得结构的模态参数，为进一步的振动分析提供基础数据；而振动分析方法可以揭示结构的振动特性和存在的问题，为对振动进行控制和优化提供依据。
随着科学技术的进步，模态测试与振动分析方法也在不断发展，为实际工程中的振动问题提供了更多解决方案。
机械振动分析
机械振动分析机械振动是指机械系统或其部件在运转过程中产生的周期性的物理现象。
事实上，振动是机械系统中普遍存在的现象，它可能对机械设备的安全性、性能和可靠性产生重要影响。
因此，对机械振动进行分析和评估是非常重要的。
本文将介绍机械振动的分析方法和应用。
一、机械振动的类型机械振动可以分为自由振动和受迫振动两种类型。
1. 自由振动自由振动是指没有外部激励的振动。
当机械系统受到扰动后，会出现自由振动，振动的频率和振幅由系统的初始条件决定。
自由振动的数学模型可以用二阶线性微分方程描述。
2. 受迫振动受迫振动是指机械系统受到外部激励而发生的振动。
外部激励可以是周期性的力、电磁力或其他形式的力。
受迫振动的频率由外部激励的频率决定，而振幅则由系统的特性和外部激励的幅值决定。
二、机械振动的分析方法机械振动的分析方法主要包括理论分析和实验分析两种。
1. 理论分析理论分析是通过建立数学模型和方程，利用力学和振动学的原理来描述和解释机械系统的振动行为。
常用的理论分析方法有等效刚度法、拉格朗日方程法、哈密尔顿原理等。
理论分析可以提供对机械振动进行详细的建模和预测。
2. 实验分析实验分析是通过实际测试和测量来获取机械系统的振动数据，然后对数据进行分析和处理。
实验分析可以采用各种传感器和测量设备，如振动传感器、加速度计、激光测振仪等。
通过实验分析，可以获取机械系统在不同工况下的振动特性，并对振动源和振动传播路径进行识别和评估。
三、机械振动的应用机械振动分析在工程中具有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：1. 故障诊断通过对振动信号的分析，可以判断机械系统是否存在故障。
故障往往会导致机械系统振动特性的异常变化，通过分析振动数据可以识别出故障的类型和位置，从而提前预警和采取相应的维修措施。
2. 结构优化在设计机械系统时，通过分析振动特性可以评估结构的强度和稳定性。
通过优化结构参数和材料选择，可以减小机械系统的振动响应，提高系统的性能和可靠性。
机械系统的振动特性测试与分析
机械系统的振动特性测试与分析引言机械系统的振动特性对于其性能和稳定性具有重要影响。
因此，准确测试和分析机械系统的振动特性变得至关重要。
本文将探讨机械系统振动测试与分析的方法和技术，旨在帮助读者更好地理解和应用振动特性测试与分析。
一、振动测试的基本原理与方法1.1 振动测试的基本原理振动测试的基本原理是通过测量机械系统在不同工况下的振动信号来获取其振动特性。
振动信号是由机械系统的运动引起的，可以表达为振动幅值、频率、相位等。
1.2 振动测试的方法振动测试的常用方法包括激励法和响应法。
激励法是通过在机械系统中施加外力或激励信号，例如敲击、震动台、电磁激振器等，来诱发系统的振动，并测量其响应；响应法是通过测量机械系统的振动响应信号，例如加速度、速度、位移等，来获得系统的振动特性。
二、振动测试与分析的仪器与设备2.1 振动测试与分析的仪器振动测试与分析的仪器包括振动传感器、数据采集设备和分析软件。
振动传感器常用的类型有加速度传感器、速度传感器和位移传感器，用于测量振动信号。
数据采集设备用于采集和记录振动信号数据，其中包括信号放大、模数转换等功能。
分析软件用于对采集的数据进行分析、处理和展示。
2.2 振动测试与分析的设备振动测试与分析的设备包括震动台、敲击设备和电磁激振器等。
震动台可以模拟机械系统在不同工况下的振动环境，用于进行振动特性测试。
敲击设备可以施加短暂、高频的冲击力，用于激励系统的振动。
电磁激振器则可以通过施加恒定频率和振幅的电磁力来激励系统的振动。
三、振动特性的测试与分析方法3.1 振动信号分析方法振动信号分析方法主要包括时域分析、频域分析和阶次分析。
时域分析通过对振动信号的幅值和相位进行时域展示，直观地反映系统的振动特性。
频域分析通过对振动信号进行傅里叶变换，将信号从时域转换为频域，得到频谱图谱等，用于分析系统的频率响应特性。
阶次分析是对振动信号进行周期性分析，用于分析系统在旋转工况下的振动特性。
机械工程中的机械振动分析
机械工程中的机械振动分析机械振动是机械工程领域中的一个重要研究方向，它涉及到机械系统中的动力学问题。
机械振动的研究对于解决机械系统中的振动和噪声问题、提高机械系统的可靠性和性能具有重要意义。
本文将介绍机械工程中的机械振动分析方法。
一、机械振动的基本概念机械振动是指机械系统中物体在其平衡位置附近做周期性的来回运动。
机械振动可以分为自由振动和强迫振动两种。
自由振动是指物体在没有外力作用下，在初始位移和初始速度条件下做振动。
强迫振动是指物体在外力的作用下做振动。
二、机械振动的分析方法1. 动力学分析机械振动的动力学分析是研究机械系统中物体受力和作用力之间的关系。
通过建立机械系统的动力学方程可以推导出物体的振动特性，如振动频率、振动幅度等。
在动力学分析中，常用的方法有受力分析、动量平衡和能量平衡等。
2. 模态分析模态分析是研究机械系统中物体的固有振动特性。
固有振动特性是指机械系统在没有外力作用下的振动特性。
模态分析可以通过数值计算和实验方法进行。
数值计算方法主要有有限元法和模态超振共振法等。
实验方法主要有模态试验和激励响应试验等。
3. 频谱分析频谱分析是研究机械系统中振动信号的频域特性。
通过对振动信号进行频谱分析，可以了解机械系统中存在的振动模态、频率和幅值等信息。
频谱分析常用的方法有傅里叶变换和小波变换等。
4. 振动响应分析振动响应分析是研究机械系统在外力作用下的振动响应情况。
通过对机械系统的振动响应进行分析，可以评估机械系统的可靠性和性能。
振动响应分析可以通过数值计算和实验方法进行。
数值计算方法主要有有限元法和时域分析法等。
实验方法主要有模态试验和激励响应试验等。
5. 振动控制分析振动控制分析是研究如何减小机械系统中的振动和噪声。
通过对机械系统的振动进行控制和调整，可以提高机械系统的可靠性和性能。
振动控制分析常用的方法有主动控制和被动控制两种。
主动控制是指通过主动干预机械系统的振动来实现振动控制。
被动控制是指通过改变机械系统的结构和材料等来实现振动控制。
机械振动检测分析报告
机械振动检测分析报告机械振动检测分析报告摘要：本报告通过对某机械设备的振动检测分析，对其运行状态进行评估和故障诊断。
通过振动参数的分析，得出机械设备目前处于正常运行状态，但存在轻微的振动异常情况。
建议采取相关措施进行维护和修复，以防止可能的故障。
一、引言机械设备的振动检测是一种常用的方法，可以通过监测和分析设备的振动参数，评估其运行状态，并及时发现可能存在的故障。
本次振动检测分析旨在对某机械设备进行评估和故障诊断。
二、实验方法采用无线振动传感器对机械设备进行振动监测，传感器将振动信号传输到数据采集系统进行分析。
通过测量和分析振动信号的频率、幅值、相位等参数，评估设备的运行状况。
三、实验结果1. 频率分析：对振动信号进行频域分析，得到设备各频率分量的幅值和频率。
结果显示，设备主要振动频率集中在A频段（0-100Hz），且幅值较小，符合正常运行状况。
2. 时域分析：对振动信号进行时域分析，得到设备振动信号的整体波形。
结果显示，设备振动信号的波形基本为周期性变化，波峰和波谷相对平稳，无明显的突变或异常情况。
3. 幅值分析：对振动信号的幅值进行统计和分析，得到设备的振动幅值变化情况。
结果显示，设备的振动幅值变化较小，基本在正常范围内。
四、讨论根据振动检测的结果分析，机械设备目前处于正常运行状态，但存在轻微的振动异常情况。
这可能是由于设备的磨损、松动或接触不良等原因所引起的。
这种轻微的振动异常可能会逐渐加剧并引发故障，因此应采取相关措施进行维护和修复。
建议采取以下措施进行设备维护和修复：1. 定期检查设备的零部件，对松动或磨损的部件进行紧固或更换；2. 检查设备的轴承，确保其润滑良好；3. 清洁设备的滚轮或齿轮，确保其表面平整、无异物；4. 检查设备的电气连接，确保接触良好。
五、结论通过对某机械设备的振动检测分析，本报告评估了设备的运行状态，并发现了轻微的振动异常情况。
建议采取相应的维护和修复措施，以防止可能的故障发生。
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测试技术基础
第6章 机械振动测试与分析
测试技术基础
主要内容
§6.1 §6.2 §6.3 §6.4 §6.5 §6.6 §6.7 §6.8 概述 振动的基本知识 振动的激励 测振传感器(拾振器) 振动信号分析仪器 振动测试系统及数据处理实例 机械结构的固有频率和阻尼率估计 小结
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测试技术基础
6.3.1 激振的方式
稳态正弦激振 施加一个稳定的单一频率的正弦激振力，ƒ(t)=F0sinωt。 优点：设备通用，可靠性较高 缺点：需要较长的测定时间 一般进行扫频激振，通过扫频激振获得系统的大概特性，而 在靠近固有频率的重要频段进行稳态正弦激振获取严格的动态 特性
随机激振 ——带宽激振法
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6.3 振动的激励
1)激励部分
实现对被测系统的激励(输入)，使系统发生振动。它主 要由激励信号源、功率放大器和激振装置组成。
2)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 成一定的形式(通常为电信号)。它主要由传感器、可调放大 器组成。
3)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理或直接 近行分析处理并记下处理结果。它主要由各种记录设备和频 谱分析设备组成。
z1
惯性式拾振器的力学模型
幅频曲线
相频曲线
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由幅频图，只有当ω/ωn» 1，即ω»ωn的情况 下，A(ω)≈1，满足测试幅值不失真的条件； 当系统的阻尼率ζ接近0.7时，A(ω)更接近直 线 由相频图，当ω»ωn时，没有一条相频曲线 为近似斜率为负的直线，故不能满足动态测 试相位不失真的条件；而当ω>(7~8)ωn时，相 位差接近-180º ，此时满足测试相位不失真的 条件。 设计和使用惯性式拾振器时
用白噪声或伪随机信号发生器作为振动的信号源进行的激振 Sxy (jf)=H(jf) · Sx(jf) 该方法具有快速实时的优点，但设备较复杂，价格昂贵.
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瞬态激振
① 快速正弦扫描激振 采用周期为T的频率线性变化的正弦信号进行激励 ƒ(t+T)= ƒ(t)=A0sin2π(at+b)t (0<t<T) 式中，a=(ƒmax-ƒmin)/T，b=ƒmin
k
m z0(t) c z1(t)
单自由度系统的基础振动
1 A( j ) k
1 ( / ) 4
2 2 n
( / n )
2 2
( / n )2
2 ( / n ) ( j ) arctg 1 ( / n )2
测试技术基础
1 A( j ) k
A1 a (a)
B1 b a
A2 (b) b B2
二自由度系统振型
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6.2.4 机械阻抗的概念
机械阻抗: 线性动力学系统在各种激励的情况下，在频域内激励与响应之比 K(s)=F(s)/Y(s) K(ω)=F(ω)/Y(ω) 传递函数 频率响应函数 H(s)=Y(s)/F(s) H(ω)=Y(ω)/F(ω)
m
f(t)
f(t)
d 2z m 2 dt
z ( j ) c k dz H ( j ) c kz f ( j ) dt 1 1 力作用在质量块上的单自由度系统 2 2 m( j ) cj k m jc k 1/ k m c m 2 j 2 1 n k / m 系统的固有频率 k 2 km k 1 1 c 2 k 2 j 2 1 系统的阻尼率 n n 2 km
按系统结构参数的特性分
线性振动 非线性振动
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6.2.2 单自由度系统的受迫振动
质量m在外力的作用下的运动方程为
d 2z dz m 2 c kz f (t ) dt dt
式中，c为粘性阻尼系数，k为弹簧刚度。 ƒ(t)为系统的激振力，即系统的输入， z(t)为系统的输出。 拉氏变换 ms2z(s)+csz(s)+kz(s)=f(s) 传递函数为
使惯性式拾振器的固有频率较低，同时使系统的 阻尼率在0.5~0.7之间，这样可以保证工作频率的下 限到ω=1.7ωn，幅值误差不超过5％ 当使用ω>(7~8)ωn进行相位测试时，需要用移相器 获得相位信息。 相频曲线
m
f(t)
f(t)
m d 2z dt 2
z(t) k c kz
c dz dt
力作用在质量块上的单自由度系统
z ( s) 1 H (s) 2 f ( s) m s cs k
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H ( s)
令s=jω，则
z(t)
z( s ) 1 f ( s ) ms2 cs k
幅频曲线
测试技术基础
不管系统的阻尼率为多少，在ω/ωr=1时位移始终落后于激振力90º ，此 现象称为相位共振。 利用相频特性来确定固有频率比较准确
( )
10
0
A( )
0.05
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
0.05
0.10 0.15
0.10
1 1 k 1 ( / n ) 2 j 2 ( / n )
测试技术基础
A( j ) 1 k
1 ( / ) 4
2 2 n
1
2
( / n ) 2
n k / m
c 2 km
( j ) arctg
10
2 ( / n ) 1 ( / n )2
单自由度系统的基础振动
c
dz dt
力作用在质量块上的单自由度系统
测试技术基础
设基础的绝对位移为Z1，质量m的绝对位移为Z0， 则系统的振动可用方程式表示为：
d 2 Z 01 dZ01 d 2 Z 01 m c kZ01 m 2 dt dt dt 2
拉氏变换并，令s=jω 得系统的幅频特性和相频特性
( )
0
A( )
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
0.05
0.05
0.10 0.15
0.10
0.15
0.25
0.25
-90
0.50 1.00
0.50 1.00
-180
0
1
幅频曲线
2
/ n
Y ( j ) Y0 j ( ) e F ( j ) F0 ( j ) V ( j ) Y j ( ) Y 2 B( ) 0 e F ( j ) F ( j ) F0 ( j ) A( j) Y 2 j ( ) Y J () 0 e F ( j) F ( j ) F0
0.25
-90
0.15
0.25
0.50 1.00
0.50 1.00
0
1
2
幅频曲线
/ n
3
-180
0
1
2
/ n
3
相频曲线
测试技术基础
由基础运动所引起的受迫振动
f(t) m z(t) k c kz
f(t)
m d 2z dt 2
m z0(t) k c z1(t)
6.1 概述
小轿车的乘坐舒适性试验框图
测试技术基础
振动研究所涉及的问题 振动分析 已知激励条件和系统的振动特性，求系统的响应 已知系统的激励和系统的响应，求系统的特性 已知系统的振动特性和系统的响应，确定系统的激励状态
系统识别
环境预测
机械振动测试系统的一般组成框图
测试技术基础
6.2 振动的基本知识
测试技术基础
2 2 B A B B A B A 2 F ( B0 1) 0 1 cost 1 cos2t 2 20 0 40
固定分量
一次分量
二次分量
二次谐波分量与一次谐波分量的幅值比： B1/4B0
当B0»B1时，二次分量可忽略，此时
2 B A B0 B1 A 2 1 F ( B0 ) cost 2 20 0
测试技术基础
电磁式激振器 当直流激励线圈电流为I0，交 流激励线圈电流为I1，铁芯内产 生的磁感应强度为 B=B0+B1cosωt 式中，B0为I0产 生的不变的磁感应强 度；B1为I1产生的交 变磁感应强度的峰值.
铁芯对被测对象产生的电磁吸力为
电磁激振器
B2 A F 20
式中，A为铁芯的截面积，μ0为真空的导磁率
②脉冲激振 用一般装有力传感器的锤子敲击试件，使试件受到脉冲力的 作用而引起的激振。 ③阶跃激振
快速正弦扫描信号及其频谱
测试技术基础
6.3.2 激振设备
包括振动台和激振器 满足条件： 在一定的频率范围内提供波形良好、幅值足够的稳定交变力 某些情况下需要施加稳定力，使结构受到一定的预加载荷 电动式激振器 激振器通过顶杆传递给被测对象的激振力为电动力和可 动系统的惯性力、弹性力、阻尼力之差，还是频率的函 数。 当激振器的可动系统质量很小，弹性系数极低时，弹性力和 惯性力可忽略，认为电动力等于激振力
振动频率和固有频率之间的关系为
d 1 2 n
其中，ωn为系统的固有频率，ζ为阻尼率 受迫振动 系统的振动频率为激振频率 自激振动 振动频率接近于系统的固有频率。
测试技术基础
按系统的输出分
简谐振动
瞬态振动 周期振动 随机振动
按系统自由度分
单自由度系统振动 连续弹性体振动 多自由度系统振动
1 ( / ) 4
2 2 n
( / n )2
2
( / n )2
2 ( / n ) ( j ) arctg 1 ( / n )2