测试技术基础第六章_振动的测试

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单由度系统质量块受力引起的的受迫振动
运动微分方程
d 2z
dz
m dt 2
c dt
kz
f (t )
频率响应、幅频特性、相频特性
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位移共振频率、速度共振频率和相位共振
通常把幅频曲线上幅值比最大处 的频率称为位移共振频率ωr ；
位移共振频率随阻尼的减小而 向ωn 靠近。在小阻尼时，ωr很 接近ωn，故常采用ωr 来代替 ωn ；
• 注意 –由顶杆施加到试件上的 激振力不等于线圈受到 的电动力 –一般最好使顶杆通过一 只力传感器去激励试件， 以便精确测出激振力的 大小和相位。
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电动式激振器的应用
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• 振动测试在生产和科研的许多方面都占有重要地位
–机械设备的性能分析、运行过程的监测、诊断、对工作环 境的控制等
• 应用实例
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车身模态分析 （多输入多输出）
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在意大利AIENIA测试的机身结构 （8个激振器和896个传感器）
H(ω) (
ω ωn
)2
1(
ω ωn
)2
2jξωωn
A(ω)
(
ω ωn
)2
1(
ω ωn
)2
2
(2ξωωn
)2
(ω)
arctan
2ξ ωn
1
ω ωn
2
• 小结
当激振频率远小于系统固有频率时 质量块相对基础的振动为0，也就 是质量块几乎随着基础一起振动； 而当激振频率远远高于固有频率时， A(ω)接近1，说明质量块和壳体的 相对运动（输出）和基础的振动 （输入）近似相等。从而表明质量 块在惯性坐标系中几乎处于静止状 态。 这种现象被广泛用于测振仪器中
激振器
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• 定义 激振器是对试件施加某种预定要求的激振力，激起
试件振动的装置。 • 作用
在要求频率范围内提供波形良好、幅值足够和稳定 的交变力 • 常用的激振器 电动式、电磁式、电液式。
电动式激振器
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电动式激振器
• 按其磁场的形成又分为永磁 式（小型激振器）和励磁式 （大型激振器）。
系统阻尼,并随频率的变化而剧烈的变化。
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单由度系统由基础运动引起的受迫振动
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• 质量块绝对运动方程
m
d 2 z0 dt2
c
d dt
( z0
z1) k(z0
z1 )
0
• 质量块相对运动方程
m
d2z01 dt2
c
dz01 dt
kz01
m
d 2 z1 dt2
• 频率响应 幅频特性 相频特性
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振动的测试
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• 概述 • 单自由度系统的受迫振动 • 振动的激励 • 激振器 • 振动测量方法和常用传感器 • 振动的分析方法与仪器 • 测振装置的校准 • 机械系统动参数的估计
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9-1 设有单自由度振动系统、其活动质量块为0.44kg，弹簧刚 度为52.5*104N/m，阻尼比ζ=0.068，求此系统的粘性阻尼系数， 固有频率以及质量块受周期力激励下其位移共振频率、速度共 振频率。
从相频曲线上可看到,不管系 统的阻尼比是多少,在(ω/ ωn)=1时位移始终落后于激振力 90O,这被称为相位共振。
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小结：ห้องสมุดไป่ตู้
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
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常见的振动测量系统1
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常见的振动测量系统2
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常见的振动测量系统3
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常见的振动测量系统4
振动的测试
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• 概述 • 单自由度系统的受迫振动 • 振动的激励 • 激振器 • 振动测量方法和常用传感器 • 振动的分析方法与仪器 • 测振装置的校准 • 机械系统动参数的估计
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振动信号在设备运行状态检测和 故障诊断方面的应用
机械运转中的振动及其产生的噪声，一般都具 有相同的频率组成。 虽然两者传输方式以及 各自的频率成分之间的强度比例都不一样，但 它们的频谱都在某种程度上反映机器运行状况， 均可作为监测工况、评价运转质量时的测试参 数。
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振动的测试概述(2)
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振动的测试
• 概述 • 单自由度系统的受迫振动 • 振动的激励 • 激振器 • 振动测量方法和常用传感器 • 振动的分析方法与仪器 • 测振装置的校准 • 机械系统动参数的估计
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振动的测试概述
• 机械的振动是工程技术和日常生活常见的现象 • 振动的危害 • 机械振动的利用 • 振动信号在设备运行状态检测和故障诊断方面
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振动的测试概述(3)
• 振动测试大致可分为两类
1.测量设备和结构所存在的振动。
2.对设备或结构施加某种激励，使其产生振动，然后测量其 振动；此类振动测试的目的是研究设备或结构的力学动态特 性。
提醒注意: 对振动进行测量，有时只需测出被测对象某些点的位移或速 度、加速度和振动 频率。有时则需要对所测的信号作进一步 的分析和处理，如谱分析、相关分析等，进而确定对象的固 有频率、阻尼比、刚度、振型等振动参数。求出被测对象的 频率响应特性，或寻找振源，并为采取有效对策提供依据。
9-5 用磁电式速度传感器测频率为30Hz的振动，传感器阻尼比 ζ=0.7，固有频率fn=15Hz，求振幅测量误差是多少？
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脉冲激励-----力锤
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脉冲锤结构与激振力频谱
振动的测试
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• 概述 • 单自由度系统的受迫振动 • 振动的激励 • 激振器 • 振动测量方法和常用传感器 • 振动的分析方法与仪器 • 测振装置的校准 • 机械系统动参数的估计
的应用
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振动的危害
振动常常破坏机械的正常工作，振动的动载荷 使机械加快失效，降低机械设备的使用寿命甚 至导致损坏造成事故。在大多数的情况下，机 械振动是有害的。 精密量仪与精密机床设备应隔绝通过基础传 来的振动
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机械振动的利用
主要体现在振动机械上，通过合理设计，达 到能耗少、效率高的特点，如运输、夯实、 捣固、清洗、脱水、时效、破碎等。