振动基础知识讲义PPT培训
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振动和振动测试的基本知识讲义
振动离平衡位置的最大偏离。
平均绝对值 (Aver. absolute value)
xp
xav
1 T
T
x dt
0
均值 (Mean value)
又称平均值或直流分量。
有效值 (Root mean square value)
1T
x T 0 x dt
xrms
1 T x2 dt T0
基频滤波的作用
波德图和极坐标图的绘制
基频检测是跟踪转速的滤波，得到基频的幅值和相位。 基频检测可用专用仪器实现，也可以用通用计算机完成。
波德图和极坐标图
波德图(Bode Plot)和极坐标图(Polar Plot)两者所含信息相同， 都表示基频振动的幅值和相位随机器转速的变化规律。
相位关系：加速度领先速
a x A 2 sin(t ) 度90º; 速度领先位移90º。
各种振动波形及其频谱
名称 波 形 频 谱 名称 波 形 频 谱
振动的时域参数
瞬时值 (Instant value)
x = x(t)
振动的任一瞬时的数值。
峰值 (Peak value)
1
N i 1
( xi x )3 N 1
1 xr3m s
峭度指标 (Kurtosis)
波形的尖峭程度、有无冲击。
2
N i 1
( xi x )4 N 1
1 xr4m s
振动信号的频率分析
传感器质量较大，对 小型对象有影响。
在传感器固有频率附 近有较大的相移。
平均绝对值 (Aver. absolute value)
xp
xav
1 T
T
x dt
0
均值 (Mean value)
又称平均值或直流分量。
有效值 (Root mean square value)
1T
x T 0 x dt
xrms
1 T x2 dt T0
基频滤波的作用
波德图和极坐标图的绘制
基频检测是跟踪转速的滤波，得到基频的幅值和相位。 基频检测可用专用仪器实现，也可以用通用计算机完成。
波德图和极坐标图
波德图(Bode Plot)和极坐标图(Polar Plot)两者所含信息相同， 都表示基频振动的幅值和相位随机器转速的变化规律。
相位关系：加速度领先速
a x A 2 sin(t ) 度90º; 速度领先位移90º。
各种振动波形及其频谱
名称 波 形 频 谱 名称 波 形 频 谱
振动的时域参数
瞬时值 (Instant value)
x = x(t)
振动的任一瞬时的数值。
峰值 (Peak value)
1
N i 1
( xi x )3 N 1
1 xr3m s
峭度指标 (Kurtosis)
波形的尖峭程度、有无冲击。
2
N i 1
( xi x )4 N 1
1 xr4m s
振动信号的频率分析
传感器质量较大，对 小型对象有影响。
在传感器固有频率附 近有较大的相移。
《振动力学基础》课件
非耦合振动
各自由度之间相互独立，可分别进行分析。
固有频率和主振型
多自由度系统具有多个固有频率和相应的主振型 。
连续系统的振动
分布参数系统
描述长弦、长杆等连续介质的振动，需要考虑空间位 置的变化。
集中参数系统
将连续介质离散化，用弹簧、质量等元件模拟，适用 于简单模型。
波的传播
连续系统中振动能量的传播形式，如声波、地震波等 。
线性振动和非线性振动
线性振动
满足叠加原理，各激励之间互不影响，系统响应与激励成正比。
非线性振动
不满足叠加原理，激励之间存在相互作用，系统响应与激励不成正 比。
周期性振动和非周期性振动
根据振动是否具有周期性进行分类。
CHAPTER 03
振动分析方法
频域分析法
01
频域分析法是一种通过将时间域的振动问题转换为频率域的振动问题 ，从而利用频率特性来分析振动的方法。
CHAPTER 02
振动的基本原理
单自由度系统的振动
自由振动
无外力作用下的振动，系统具有固有频率和固有振型。
强迫振动
在外力作用下产生的振动，其频率与外力频率相同或相近。
阻尼振动
由于系统内部摩擦或外部阻尼作用导致的振动，能量逐渐耗散。
多自由度系统的振动
耦合振动
多个自由度之间相互影响，振动频率和振型较为 复杂。
汽车悬挂系统和路面激励会导致车内振动，影响乘客舒适性。
船舶与海洋工程
船舶和海洋结构的振动会影响其性能和安全性，需要进行有效的振 动控制。
建筑领域
结构健康监测
对建筑物和桥梁等大型结构进行振动监测，可以评估其健康状况和 安全性。
地震工程
地震引起的振动对建筑结构的影响非常大，需要进行抗震设计和分 析。
各自由度之间相互独立，可分别进行分析。
固有频率和主振型
多自由度系统具有多个固有频率和相应的主振型 。
连续系统的振动
分布参数系统
描述长弦、长杆等连续介质的振动，需要考虑空间位 置的变化。
集中参数系统
将连续介质离散化，用弹簧、质量等元件模拟，适用 于简单模型。
波的传播
连续系统中振动能量的传播形式，如声波、地震波等 。
线性振动和非线性振动
线性振动
满足叠加原理，各激励之间互不影响，系统响应与激励成正比。
非线性振动
不满足叠加原理，激励之间存在相互作用，系统响应与激励不成正 比。
周期性振动和非周期性振动
根据振动是否具有周期性进行分类。
CHAPTER 03
振动分析方法
频域分析法
01
频域分析法是一种通过将时间域的振动问题转换为频率域的振动问题 ，从而利用频率特性来分析振动的方法。
CHAPTER 02
振动的基本原理
单自由度系统的振动
自由振动
无外力作用下的振动，系统具有固有频率和固有振型。
强迫振动
在外力作用下产生的振动，其频率与外力频率相同或相近。
阻尼振动
由于系统内部摩擦或外部阻尼作用导致的振动，能量逐渐耗散。
多自由度系统的振动
耦合振动
多个自由度之间相互影响，振动频率和振型较为 复杂。
汽车悬挂系统和路面激励会导致车内振动，影响乘客舒适性。
船舶与海洋工程
船舶和海洋结构的振动会影响其性能和安全性，需要进行有效的振 动控制。
建筑领域
结构健康监测
对建筑物和桥梁等大型结构进行振动监测，可以评估其健康状况和 安全性。
地震工程
地震引起的振动对建筑结构的影响非常大，需要进行抗震设计和分 析。
随机振动基础知识培训课件
N
lNjl2*j
j1
l11lN *1
l21lN *1l22lN *2
(IE)H
N
lNjlN *j
j1
学习交流PPT
33
4.7 随机振动试验：控制算法（续）
令
Lnew diagLold
12|l11|2
12l11l2 *1
12(l21l1*1l22l1*2) 22(l21l2 *1|l22|2)
Sdd ARAH
A G1
学习交流PPT
29
4.6 随机振动试验：驱动信号的生成（续）
Cholesky分解 R LLH
Sdd DDH
DAL
补充随机相位
DALP Syy(G A )L (P PH)L H (G A )H
在实际的试验系统中，由于频响函数测量误差、 系统非线性和输入输出噪声等的影响导致 GA I 必须在控制系统中加入反馈修正环节，进行逐次迭代修正
(IE)
N
1N lNjl1*j
j1
N
2N lNjl2 *j
j1
1Nl11lN *1
2N(l21lN *1l22lN *2)
(IE)HR
N
2 N
lNjlN *j
j1
2j
rjj syy, jj
(1
j N)
学习交流PPT
34
4.7 随机振动试验：控制算法（续）
r1 1 s y y ,1 1
学习交流PPT
13
3.2 振动夹具的设计与要求
1.尽量增加夹具的刚度： 尽量不使用梁类、板壳类结构。 连接部位使用焊接处理。 与底板连接部部位尽量分散。
2.合理增加夹具的质量： 夹具振动中的有效质量最好大于产品的10倍。
lNjl2*j
j1
l11lN *1
l21lN *1l22lN *2
(IE)H
N
lNjlN *j
j1
学习交流PPT
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4.7 随机振动试验：控制算法（续）
令
Lnew diagLold
12|l11|2
12l11l2 *1
12(l21l1*1l22l1*2) 22(l21l2 *1|l22|2)
Sdd ARAH
A G1
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4.6 随机振动试验：驱动信号的生成（续）
Cholesky分解 R LLH
Sdd DDH
DAL
补充随机相位
DALP Syy(G A )L (P PH)L H (G A )H
在实际的试验系统中，由于频响函数测量误差、 系统非线性和输入输出噪声等的影响导致 GA I 必须在控制系统中加入反馈修正环节，进行逐次迭代修正
(IE)
N
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j1
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rjj syy, jj
(1
j N)
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4.7 随机振动试验：控制算法（续）
r1 1 s y y ,1 1
学习交流PPT
13
3.2 振动夹具的设计与要求
1.尽量增加夹具的刚度： 尽量不使用梁类、板壳类结构。 连接部位使用焊接处理。 与底板连接部部位尽量分散。
2.合理增加夹具的质量： 夹具振动中的有效质量最好大于产品的10倍。
振动的基本知识
。
振动筛分具有筛分效率高、处 理能力大、结构紧凑、易于维 护等优点，广泛应用于煤炭、 选矿、化工、建材等行业的固
体物料筛分。
振动筛分的原理是利用激振器 使筛面产生一定频率和振幅的 振动，使物料在筛面上跳跃和 滚动，从而实现不同粒度物料 的分离。
振动筛分的主要参数包括筛面 材质、筛孔尺寸、振动参数等 ，这些参数的选择直接影响着 筛分效率和筛分质量。
01
03
振动输送的主要参数包括振幅、频率、倾斜角度等， 这些参数的选择直接影响着输送效率和物料特性。
04
振动输送的原理是利用激振器使输送带产生周期性振 动，使物料在输送带上受到周期性挤压和推动，从而 沿输送带向前移动。
振动筛分
振动筛分是利用振动原理，使 物料在筛面上产生周期性振动 ，从而使不同粒度的物料通过 筛孔进行分离的一种筛分方式
互易法
通过测量输入和输出信号，利用互易原理计算系统的动态特性。
模态分析法
通过对系统施加激励，测量系统的响应，利用模态分析技术识别系统 的模态参数。
振动监测的设备
振动传感器
用于测量结构的振动位移、速度和加速度等 参数。
信号分析仪
用于对采集到的振动数据进行频谱分析、时 域分析和相关分析等。
数据采集器
用于采集振动传感器的数据，并进行处理和 分析。
振动破碎
振动破碎是利用振动原理，使物料在 振动过程中产生周期性应力变化，从 而使大块物料破碎成小块的一种破碎 方式。
振动破碎的原理是利用激振器使破碎 机产生一定频率和振幅的振动，使物 料在破碎腔内受到周期性挤压和碰撞 ，从而逐渐破碎成小块。
振动破碎具有破碎效率高、能耗低、 易于维护等优点，广泛应用于采矿、 冶金、建筑等行业的硬物料破碎。
振动筛分具有筛分效率高、处 理能力大、结构紧凑、易于维 护等优点，广泛应用于煤炭、 选矿、化工、建材等行业的固
体物料筛分。
振动筛分的原理是利用激振器 使筛面产生一定频率和振幅的 振动，使物料在筛面上跳跃和 滚动，从而实现不同粒度物料 的分离。
振动筛分的主要参数包括筛面 材质、筛孔尺寸、振动参数等 ，这些参数的选择直接影响着 筛分效率和筛分质量。
01
03
振动输送的主要参数包括振幅、频率、倾斜角度等， 这些参数的选择直接影响着输送效率和物料特性。
04
振动输送的原理是利用激振器使输送带产生周期性振 动，使物料在输送带上受到周期性挤压和推动，从而 沿输送带向前移动。
振动筛分
振动筛分是利用振动原理，使 物料在筛面上产生周期性振动 ，从而使不同粒度的物料通过 筛孔进行分离的一种筛分方式
互易法
通过测量输入和输出信号，利用互易原理计算系统的动态特性。
模态分析法
通过对系统施加激励，测量系统的响应，利用模态分析技术识别系统 的模态参数。
振动监测的设备
振动传感器
用于测量结构的振动位移、速度和加速度等 参数。
信号分析仪
用于对采集到的振动数据进行频谱分析、时 域分析和相关分析等。
数据采集器
用于采集振动传感器的数据，并进行处理和 分析。
振动破碎
振动破碎是利用振动原理，使物料在 振动过程中产生周期性应力变化，从 而使大块物料破碎成小块的一种破碎 方式。
振动破碎的原理是利用激振器使破碎 机产生一定频率和振幅的振动，使物 料在破碎腔内受到周期性挤压和碰撞 ，从而逐渐破碎成小块。
振动破碎具有破碎效率高、能耗低、 易于维护等优点，广泛应用于采矿、 冶金、建筑等行业的硬物料破碎。
振动的测试专题知识讲座
2024/10/4
第5章 第1节 振动测试基础
三、振动对象旳理论模型
1、单自由度振动系统 一种单自由振动系统能够抽象为一种二阶系统，其幅频、相 频特征曲线为：
2024/10/4
第5章 第1节 振动测试基础
三、振动对象旳理论模型
2、多自由度振动系统 对复杂旳多自由度振动系统能够看成是多种单自由度振动
第5章 第2节 振动旳鼓励
二、激振器
1、电动式激振器 电动式激振器旳构造如下图所示。它由弹簧﹑壳体﹑磁钢﹑ 顶杆﹑磁极板﹑铁芯和驱动线圈等元件构成。驱动线圈和顶杆 相固连，并由弹簧支撑在壳体上，使驱动线圈恰好位于磁极所 形成旳高磁通密度旳气隙中。当驱动线圈有交变电流经过时， 线圈受电动力旳作用，力经过顶杆传给试件，即为所需旳激振 力。
脉冲连续时间τ。τ取决于锤端旳材料，材料越硬τ越小，则频
率范围越大。 ③阶跃激振 阶跃激振旳激振力来自一根刚度大﹑重量轻旳弦。试验时，
在激振点处，由力传感器将弦旳张力施加在试件上，使之产生 初始变形，然后忽然切断张力弦，所以相当于对试件施加一种 负旳阶跃激振力。阶跃激振属于宽带激振，在建筑构造旳振动 测试中被普遍应用。
2024/10/4
第5章 第2节 振动旳鼓励
二、激振器
激振器是对试件施加激振力，激起试件振动旳装置。激振器 应该在一定频率范围内提供波形良好﹑幅值足够旳交变力。某 些情况下需要施加一定旳稳定力作为预加载荷。另外，激振器 应尽量体积小﹑重量轻。
常用旳激振器有电动式、电磁式和电液式三种。
2024/10/4
二、激振器
2、电磁式激振器
2024/10/4
第5章 第2节 振动旳鼓励
二、激振器
2、电磁式激振器 电磁式激振器使用 时要注意旳两个问题： （1）电磁式激振器 要想正常工作，则必 须加上直流电流（直 流分量）。 （2）应选择： B0>>B1，以此来减 小二次谐波分量旳影 响。
第5章 第1节 振动测试基础
三、振动对象旳理论模型
1、单自由度振动系统 一种单自由振动系统能够抽象为一种二阶系统，其幅频、相 频特征曲线为：
2024/10/4
第5章 第1节 振动测试基础
三、振动对象旳理论模型
2、多自由度振动系统 对复杂旳多自由度振动系统能够看成是多种单自由度振动
第5章 第2节 振动旳鼓励
二、激振器
1、电动式激振器 电动式激振器旳构造如下图所示。它由弹簧﹑壳体﹑磁钢﹑ 顶杆﹑磁极板﹑铁芯和驱动线圈等元件构成。驱动线圈和顶杆 相固连，并由弹簧支撑在壳体上，使驱动线圈恰好位于磁极所 形成旳高磁通密度旳气隙中。当驱动线圈有交变电流经过时， 线圈受电动力旳作用，力经过顶杆传给试件，即为所需旳激振 力。
脉冲连续时间τ。τ取决于锤端旳材料，材料越硬τ越小，则频
率范围越大。 ③阶跃激振 阶跃激振旳激振力来自一根刚度大﹑重量轻旳弦。试验时，
在激振点处，由力传感器将弦旳张力施加在试件上，使之产生 初始变形，然后忽然切断张力弦，所以相当于对试件施加一种 负旳阶跃激振力。阶跃激振属于宽带激振，在建筑构造旳振动 测试中被普遍应用。
2024/10/4
第5章 第2节 振动旳鼓励
二、激振器
激振器是对试件施加激振力，激起试件振动旳装置。激振器 应该在一定频率范围内提供波形良好﹑幅值足够旳交变力。某 些情况下需要施加一定旳稳定力作为预加载荷。另外，激振器 应尽量体积小﹑重量轻。
常用旳激振器有电动式、电磁式和电液式三种。
2024/10/4
二、激振器
2、电磁式激振器
2024/10/4
第5章 第2节 振动旳鼓励
二、激振器
2、电磁式激振器 电磁式激振器使用 时要注意旳两个问题： （1）电磁式激振器 要想正常工作，则必 须加上直流电流（直 流分量）。 （2）应选择： B0>>B1，以此来减 小二次谐波分量旳影 响。
机械振动基础 ppt课件
2. 常力只改变系统的静平衡位置，不影响系 统的固有频率、振幅和初相位，即不影响系统的振 动。在分析振动问题时，只要以静平衡位置作为坐 标原点就可以不考虑常力。
§2.3 机械系统的自由振动响应
2.3.2 自由振动的响应分析 二、有阻尼自由振动
§2.1 振动概述 2.1.1 机械振动及其分类
3. 按系统特性（自由度数目）分类： → 单自由度系统的振动； → 多自由度系统的振动； → 弹性体振动。
4. 按描述系统的微分方程分类： → 线性振动； → 非线性振动。
§2.1 振动概述 2.1.1 机械振动及其分类
5. 按振动位移的特征分类： → 扭转振动； → 直线振动。
机电设备故障诊断
机电设备故障诊断
(Remote Fault Diagnosis)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
机电设备故障诊断
第二章 机械振动基础
本章内容：
○ 振动概述 ○ 机械振动系统的建模基础 ○ 机械系统的自由振动响应 ○ 机械系统的强迫振动响应
§2.1 振动概述 “大振动”现象
坐汽车、火车、轮船时的振动，有时会使人颠簸得难受
J
D
扭振模型
n Kt J
n ——系统扭转振动的固有频率
其中， Kt ——扭转刚度 J ——转动惯量
§2.3 机械系统的自由振动响应
2.3.1 自由振动的响应分析 几点重要结论：
1. 单自由度系统的无阻尼自由振动是一种简 谐振动，其振动频率只取决于系统本身的结构特性 (因此称之为固有频率)，而与初始条件无关；振动 的振幅和初相位与初始条件有关。
家里的冰箱电扇空调因振动而产生的噪音使人心烦意乱
§2.1 振动概述 “大振动”现象
印尼海啸汶川大地震美国新奥尔良唐山地震遗址 飓 风
§2.3 机械系统的自由振动响应
2.3.2 自由振动的响应分析 二、有阻尼自由振动
§2.1 振动概述 2.1.1 机械振动及其分类
3. 按系统特性（自由度数目）分类： → 单自由度系统的振动； → 多自由度系统的振动； → 弹性体振动。
4. 按描述系统的微分方程分类： → 线性振动； → 非线性振动。
§2.1 振动概述 2.1.1 机械振动及其分类
5. 按振动位移的特征分类： → 扭转振动； → 直线振动。
机电设备故障诊断
机电设备故障诊断
(Remote Fault Diagnosis)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
机电设备故障诊断
第二章 机械振动基础
本章内容：
○ 振动概述 ○ 机械振动系统的建模基础 ○ 机械系统的自由振动响应 ○ 机械系统的强迫振动响应
§2.1 振动概述 “大振动”现象
坐汽车、火车、轮船时的振动，有时会使人颠簸得难受
J
D
扭振模型
n Kt J
n ——系统扭转振动的固有频率
其中， Kt ——扭转刚度 J ——转动惯量
§2.3 机械系统的自由振动响应
2.3.1 自由振动的响应分析 几点重要结论：
1. 单自由度系统的无阻尼自由振动是一种简 谐振动，其振动频率只取决于系统本身的结构特性 (因此称之为固有频率)，而与初始条件无关；振动 的振幅和初相位与初始条件有关。
家里的冰箱电扇空调因振动而产生的噪音使人心烦意乱
§2.1 振动概述 “大振动”现象
印尼海啸汶川大地震美国新奥尔良唐山地震遗址 飓 风
《随机振动分析基础》课件
提高解决实际问题的能力
本课程注重理论与实践相结合，通过案例分析和 实验操作，培养学生解决实际随机振动问题的能 力。
培养跨学科的思维方式
通过本课程的学习，培养学生具备跨学科的思维 方式，能够综合运用多学科知识进行复杂工程问 题的分析和解决。
02
随机振动概述
随机振动定义
随机振动定义
随机振动是指一种具有随机特性的振动，其参数（如振幅、频率、相位等）在 一定的统计规律下变化。
03
随机振动理论基础
概率论基础
概率
描述随机事件发生的可能性，通常用0到1之间的实数 表示。
随机变量
表示随机事件的数值结果，可以是离散的也可以是连 续的。
概率分布
描述随机变量取值的可能性，常见的概率分布有正态 分布、泊松分布等。
随机过程基础
01
02
03
随机过程
由随机变量构成的序列或 函数，每个随机变量表示 某一时刻的状态。
传统振动分析方法的局限性
传统的确定性振动分析方法难以处理随机振动问题，需要 引入概率统计方法进行深入研究。
学科交叉的重要性
随机振动分析涉及到多个学科领域，如概率论、统计学、 结构动力学等，需要跨学科的知识和思维方式。
课程目的
1 2 3
掌握随机振动的基本概念和原理
通过本课程的学习，使学生了解随机振动的基本 概念、原理和分析方法，为后续的工程应用和研 究打下基础。
功率谱密度法
功率谱密度法是一种基于频域分 析的方法，用于研究随机振动信
号的频率特性。
它通过对随机振动信号进行频谱 分析，提取出信号的功率谱密度 函数，从而描述随机振动信号在
不同频率范围内的能量分布。
功率谱密度法在随机振动分析中 具有广泛的应用，可以用于研究 结构的振动模态、地震工程等领
本课程注重理论与实践相结合，通过案例分析和 实验操作，培养学生解决实际随机振动问题的能 力。
培养跨学科的思维方式
通过本课程的学习，培养学生具备跨学科的思维 方式，能够综合运用多学科知识进行复杂工程问 题的分析和解决。
02
随机振动概述
随机振动定义
随机振动定义
随机振动是指一种具有随机特性的振动，其参数（如振幅、频率、相位等）在 一定的统计规律下变化。
03
随机振动理论基础
概率论基础
概率
描述随机事件发生的可能性，通常用0到1之间的实数 表示。
随机变量
表示随机事件的数值结果，可以是离散的也可以是连 续的。
概率分布
描述随机变量取值的可能性，常见的概率分布有正态 分布、泊松分布等。
随机过程基础
01
02
03
随机过程
由随机变量构成的序列或 函数，每个随机变量表示 某一时刻的状态。
传统振动分析方法的局限性
传统的确定性振动分析方法难以处理随机振动问题，需要 引入概率统计方法进行深入研究。
学科交叉的重要性
随机振动分析涉及到多个学科领域，如概率论、统计学、 结构动力学等，需要跨学科的知识和思维方式。
课程目的
1 2 3
掌握随机振动的基本概念和原理
通过本课程的学习，使学生了解随机振动的基本 概念、原理和分析方法，为后续的工程应用和研 究打下基础。
功率谱密度法
功率谱密度法是一种基于频域分 析的方法，用于研究随机振动信
号的频率特性。
它通过对随机振动信号进行频谱 分析，提取出信号的功率谱密度 函数，从而描述随机振动信号在
不同频率范围内的能量分布。
功率谱密度法在随机振动分析中 具有广泛的应用，可以用于研究 结构的振动模态、地震工程等领
机械振动基础--第四章--多自由度系统PPT课件
.
5
例 4.1 求图示的简化的汽车4自由度模型的刚度矩阵。
解：取yA,yB,y1,y2为描述系统运动的广义坐标，即 {x}={yA,yB,y1,y2}T
各个自由度原点均取静平衡位置，向上为正。
.
6
(1) 求[K]的第一列：设yA沿坐标正方向有一个单位位 移，其余广义坐标位移为零，则只有k2被伸长，此时： 外力{f}=???
x2 ) c3 x2
[M ]{x} [C]{x} [K]{x} {F(t)}
.
1
本章内容：
1) 多自由度系统振动的基本理论，多自由度系统的固有 频率和振型的理论；
2) 分析多自由度系统动力响应常用的振型迭加方法； 3) 用变换方法求多自由度系统动力（态）响应的问题。
.
2
§4.1 运动微分方程
kij
2U xix j
2U x jxi
k ji
质量矩阵、阻尼矩阵和刚度. 矩阵均是对称矩阵。 9
针对本例：系统的动能为杆的平动 动能和转动动能与两个质量的动能 之和，设杆的质心在杆的中点，质 量为M。系统的动能为：
ET
M 2
y A
2
yB
2
I 2
yB
L
y A
2
1 2
m1 y12
1 2
在静力学中，各自由度的位移{x}、系统的刚度矩阵[K]、 各自由度上所受到的外力关系为：
{ f } [K]{x}
——如系统第j个自由度沿其坐标正方向有一个单位位移， 其余各个自由度的位移保持为零，为保持系统这种变形状 态需要在各个自由度施加外力，其中在第i个自由度上施 加的外力就是kij。
.
4
系统第j个自由度有一个正向单位位移，其余自由度位移 为零这种变形状态可以由向量{x}＝{ej}描述。
随机振动基础知识培训课件
试验基本方法：通过控制器（计算机、数据采集与发送系 统）使振动台面产生满足设定的参考谱要求的随机振动。 典型加速度参考谱：
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20
4.3 随机振动试验参考谱（续）
倍频程octave f f1 2 2 x ,f2 与 f1 之 间 有 x 个 倍 频 程 ， x 1 时 为 1 倍 频 程
分贝decibel 10logW 2 dB（ W 为 加 速 度 谱 值 ） W 1
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i
••
x
S ( f
i 上
f
i 下
••
x
f
) df
10
2.2 功率谱密度
0.5
p(x) 1 e(x22)2
2
0.4
0.3
0, 3
0.2
0, 1
1, 1
0.1
均方根值(Root
0
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
Mean Square—
RMS)，又称有效值： R M S E(X2) x2p(x)dx
3. 非线性的来源分:一个是振荡系统的力学参数 的非线性, 对于地震工程来说,一般是指迟滞行 为,这样的系统常常显示复杂的非线性现象,例如
多吸引子,跳跃现象,分岔和混沌;
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3
2.1 傅里叶变换
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4
2.1 傅里叶变换
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5
2.1 傅里叶变换
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6
2.1 傅里叶变换
功率谱密度曲线影响的一个极端例子： 环境1：10-20Hz，1g^2/Hz，20-30Hz，0.1g^2/Hz 环境2：10-20Hz，0.1g^2/Hz ，20-30Hz，1g^2/Hz 两中环境的有效值均为 3.3g。 产品的共振频率为15Hz，对20-30Hz内的振动放大5倍 （功率谱密度放大25倍），则在两种环境下产品的响应 分别为：5.9g和15.8g，相差巨大。
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4.3 随机振动试验参考谱（续）
倍频程octave f f1 2 2 x ,f2 与 f1 之 间 有 x 个 倍 频 程 ， x 1 时 为 1 倍 频 程
分贝decibel 10logW 2 dB（ W 为 加 速 度 谱 值 ） W 1
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i
••
x
S ( f
i 上
f
i 下
••
x
f
) df
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2.2 功率谱密度
0.5
p(x) 1 e(x22)2
2
0.4
0.3
0, 3
0.2
0, 1
1, 1
0.1
均方根值(Root
0
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
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Mean Square—
RMS)，又称有效值： R M S E(X2) x2p(x)dx
3. 非线性的来源分:一个是振荡系统的力学参数 的非线性, 对于地震工程来说,一般是指迟滞行 为,这样的系统常常显示复杂的非线性现象,例如
多吸引子,跳跃现象,分岔和混沌;
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2.1 傅里叶变换
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2.1 傅里叶变换
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2.1 傅里叶变换
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2.1 傅里叶变换
功率谱密度曲线影响的一个极端例子： 环境1：10-20Hz，1g^2/Hz，20-30Hz，0.1g^2/Hz 环境2：10-20Hz，0.1g^2/Hz ，20-30Hz，1g^2/Hz 两中环境的有效值均为 3.3g。 产品的共振频率为15Hz，对20-30Hz内的振动放大5倍 （功率谱密度放大25倍），则在两种环境下产品的响应 分别为：5.9g和15.8g，相差巨大。
振动的基本知识PPT课件
第7页/共58页
振动的时域参数计算
• 瞬时值 (Instant value) 振动的任一瞬时的数值。
x = x(t)
• 峰值 (Peak value)
xp
振动离平衡位置的最大偏离。
• 平均绝对值 (Aver. absolute
xav
1 T
T
x dt
0
value) • 均值 (Mean value)
• 有效值
xrms=0.707A
• 平均值
对非简谐振动，上述关系splacement (distance) – mils or micrometers, m
• Velocity (speed - rate of change of displacement) – in/sec or mm/sec
本章内容
• 简谐振动三要素 • 振动的时域描述 • 振动的频域描述 • 系统对激励的响应 • 单自由度系统 • 多自由度系统 • 自由振动，模态 • 强迫振动，共振 • 幅频响应和相频响应
•振动测量框图 •传感器及其选用 •旋转机械振动测量的 • 几个特殊问题 • 相位和基频的测量 • 波德图和极坐标图 • 三维频谱图 • 轴心轨迹和轴心位置图 • 摆振信号来源及其补偿
• 以参考脉冲后到第一个正峰值的转角定义振动相位，即a。
• 振动相位直接和转子的转动角度有关，在平衡和故障诊断中 有重要作用。
• 参考脉冲也用于测量转子的转速。
第43页/共58页
振动相位
• The relationship of the movement of part of a machine to a reference – for example the position of the shaft as it rotates
振动的时域参数计算
• 瞬时值 (Instant value) 振动的任一瞬时的数值。
x = x(t)
• 峰值 (Peak value)
xp
振动离平衡位置的最大偏离。
• 平均绝对值 (Aver. absolute
xav
1 T
T
x dt
0
value) • 均值 (Mean value)
• 有效值
xrms=0.707A
• 平均值
对非简谐振动，上述关系splacement (distance) – mils or micrometers, m
• Velocity (speed - rate of change of displacement) – in/sec or mm/sec
本章内容
• 简谐振动三要素 • 振动的时域描述 • 振动的频域描述 • 系统对激励的响应 • 单自由度系统 • 多自由度系统 • 自由振动，模态 • 强迫振动，共振 • 幅频响应和相频响应
•振动测量框图 •传感器及其选用 •旋转机械振动测量的 • 几个特殊问题 • 相位和基频的测量 • 波德图和极坐标图 • 三维频谱图 • 轴心轨迹和轴心位置图 • 摆振信号来源及其补偿
• 以参考脉冲后到第一个正峰值的转角定义振动相位，即a。
• 振动相位直接和转子的转动角度有关，在平衡和故障诊断中 有重要作用。
• 参考脉冲也用于测量转子的转速。
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振动相位
• The relationship of the movement of part of a machine to a reference – for example the position of the shaft as it rotates
《振动分析基础》课件
主动控制和被动控制的应用实例
主动控制应用实例
在桥梁、高层建筑等大型结构中，采用主动控制技术抑制地震、风等引起的振动；在精 密仪器中，采用主动控制技术抑制微小振动，提高测量精度。
被动控制应用实例
在汽车和航空器中，采用被动控制技术降低振动和噪音；在电子设备中，采用被动控制 技术吸收电磁干扰，提高设备性能。
REPORTING
振动分析的基本概念和原理
频率
单位时间内振动的次数。
阻尼
振动系统内部或外部阻力使振 幅逐渐减小的性质。
振幅
振动物体离开平衡位置的最大 距离。
周期
完成一次振动所需的时间。
共振
当策动力的频率与物体的固有 频率相等时，振幅急剧增大的 现象。
PART 02
振动分析的基本理论
单自由度系统的振动分析
自由振动分析
环境工程中的振动分析应用
总结词
环境保护、噪声控制
详细描述
在环境工程中，振动分析被应用于环境保护和噪声控制等领域。通过分析环境中的振动信号，工程师可以了解噪 声的来源和传播途径，制定有效的噪声控制措施，从而改善环境质量，保护人们的健康和生活质量。
2023-2026
END
THANKS
感谢观看
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PART 05
振动分析的工程应用
机械工程中的振动分析应用
要点一
总结词
要点二
详细描述
广泛应用、提高效率和性能
在机械工程中，振动分析被广泛应用于各种设备和机器的 设计、优化和故障诊断。通过分析振动数据，工程师可以 了解设备的运行状态，预测潜在的故障，从而提高设备的 效率和性能，延长使用寿命。
航空航天工程中的振动分析应用
《振动基础》PPT课件
s2 n2 0
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通解
s1,2 in
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c2es2t
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xc1 eintc2e in t
c1co sntisinntc2co sn tisinn t
引入： b 1 c 1 c 2 ,b 2 i( c 1 c 2 )
x (t 0 ) x 0 ,x (t 0 ) x 0 x b 1 c o sn t b 2 s inn t
模型。由了机器人结构的复杂性，机器人的动力学模型也常
常很复杂，因此很难实现基于机器人动力学模型的实时控制。
精选PPT
3
3、Application
Mars e精xp选lPoPrTation
4
3、Application
Special Purpose Dex精t选eProPTus Manipulator
xAsint
T
2
1）振幅A的物理含义？ 与哪些因素有关？
A
x02
x0
n
2）初始相位的物理含义 与哪些因素有关？
tg1 nx0
x0
精选PPT
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六、单自由度扭转振动
I k
K
d精4G选PPT 32l
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七、固有频率的计算
1）静变形法 (Static Deformation Method)
对于单自由度振动系统，当系统处于平衡时，其重力应
定系统由此发生的无阻尼自由振动。
精选PPT
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精选PPT
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①第i关节的有效惯量： D i i
D 11m 1m 2 l1 2m 2l2 22m 2l1l2cos2
D 22m 2l2 2
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机组日常振动监测项目
启、停机波德图的测取 两次启动过程中临界转速、振动幅值、振动相位等的比较 振动随过程数据的变化情况，包括以下内容： 负荷 主蒸汽压力 调门开度 真空 油温 轴承油压 机组膨胀 胀差 振动相位的变化情况
常见典型振动类型及特征
转子不平衡
转子碰摩
转子不平衡
大部分的机组振动均由不平衡引起 引起转子不平衡的主要原因： 原始质量不平衡 转子热弯曲 旋转部件脱落 大轴弯曲 当机组出现转子质量不平衡时，频谱特征为主 要分量是基频，并带有少许高阶频率分量
转子碰摩
转子碰摩多发生在汽封、油档等处，一般因为 机组动静间隙发生变化 当出现转子碰摩时，反映在频谱上为低频分量 比较丰富 当转子碰摩发生后，往往导致转子热弯曲 机组启动过程中如出现转子碰摩，应打闸并盘 车，不得采取强行通过或降速暖机的方法，防 止转子永久弯曲
振动位移、速度与加速度之间的关系
x A sin t
dx v A sin(t ) dt 2
d2 x a 2 A 2 sin(t ) dt
振动位移 (Displacement) 速度 (Velocity)
加速度 (Acceleration)
常见振动表示方法及转换
灵敏度与被测对象的电导率
和导磁率有关。
相移很小。
涡流位移传感器及前置器
涡流传感器的工作原理
涡流位移传感器的典型特性
轴承振动和轴振动的测点布置
轴承振动和轴振动的比较
轴 承 振 动
传感器易于安装、拆卸
轴 振 动
传感器安装受限制 测定振动较轴承困难 测量设备价格高 对振动变化反映较灵敏） 衡，轴内应力等） 界限值不通用 测量设备（特别是传感器）可靠 性低
轴心位置的测定
涡流传感器 的输出信号
动态 部分 间隙 变化 轴心 轨迹
静态 部分 平均 间隙 轴心 位置
三维频谱图
三维频谱图又名级联图、瀑布图，它是以转速、 时间等参量作为第三维绘制的频谱曲线集合, 三维频谱图形象地展现了振动信号频谱随上述 各种参量的变化规律 当以转速作为第三维时，则称为级联图。级联 图可用来评价机组启停过程中振动频率特性的 变化趋势。若以时间为第三维时，称之为瀑布 图。它可评价定速下，振动频率特性随时间的 变化趋势，能帮助对振动故障及其发生时刻的 准确判断
输出阻抗低，抗干扰力强。
传感器质量较大，对小型对象 有影响。
接收形式：惯性式
变换形式：磁电效应 典型频率范围：10Hz~1000Hz 典型线性范围：0~2mm 典型灵敏度 ：20mV/mm/s
在传感器固有频率附近有较大
的相移。
典型速度传感器及其特性
压电加速度传感器
测量非转动部件的绝对振动 的加速度。
测量设备 测定振动容易
测量设备价格较低 度大时，对振动变化反映迟钝）
测振灵敏度小（当轴轻而本体刚 测振灵敏度高（在任何情况下， 有关参考资料丰富，掌握的限值 可直接测得基本界限值（如不平
性能特点 范围广
测量设备可靠性高
环境影响 测量结果受周围环境的影响小 应用场合
监测机械的所有各种振动
振动位移 一般采用峰-峰值表示，S 2 A 单位为微米
振动速度 2 一般采用有效值表示， V A 2 单位为mm/s 加速度 a A 2 一般采取峰值表示， 单位为m/s2
振动信号的频率分析
把振动信号中所包含的各种频率成分分别分解出来的 方法。 频率分析的数学基础是傅里叶变换和快速傅里叶算法
时间波形图(Wave) 频谱图(Spectrum) 轴心轨迹图(Orbit) 波德图(Bode) 极坐标图(Polar) 轴心位置图(Axis Position) 瀑布图(Cascade) 相关趋势图(Trend)
波形图、频谱图及轴心轨迹图
频谱图的作用
在振动故障的分析与预测中，频谱图是目前使 用最为普遍的图形 每一种振动故障在频率上及频率与转速的关系 上都有其特点，称之为振动故障的频率特征 振动频谱是振动故障诊断最重要的依据之一， 它的主要功能是： 1）对发生的振动进行科学和严密的分类； 2）依据频谱值可以直接判明某些故障及其严 重程度
振动基础知识讲义
华北电力科学研究院有限责任公司 孙海军 2008-08-04
主要内容
振动测量原理 振动监测与诊断 典型振动的特征 机组日常运行振动监测内容
简谐振动的三要素
振幅 A (Amplitude)
偏离平衡位置的最大值。描述振动的规模。 频率 f (Frequency) 描述振动的快慢。单位为次/秒(Hz) 或次/分 (c/min) 。 周期 T = 1/f 为每振动一次所需的时间，单位为秒。 圆频率 = 2 f 为每秒钟转过的角度，单位为弧度/ 秒 初相角 (Initial phase) 描述振动在起始瞬间的状态。
振动相位与转子转角的关系
从参考脉冲到第一个正峰值的转角 定义振动相位。 振动相位与转子的转动角度一一对应。在平衡和故障诊断中有重 要作用。
旋转机械振动中基频和相位的作用
基频是转速频率 基频分量的幅值和转子的不平衡大小有 关 基频分量的相位和不平衡在转子上的方 位有直接对应关系源自旋转机械振动图示出线口
出线口
三角剪切型 型
底座
中心压缩
压电加速度传感器的典型特性
涡流位移传感器
不接触测量，特别适合测量 转轴和其他小型对象的相对 位移。
有零频率响应，可测静态位
移和轴承油膜厚度。
接收形式：相对式
变换形式：电涡流 典型频率范围：0~20kHz 典型线性范围：0~2mm 典型灵敏度 ：8.0V/mm (对象为钢)
（FFT）。
频率分析可用频率分析仪来实现，也可在计算机上用 软件来完成。 频率分析的结果得到各种频谱图，这是故障诊断的有 力工具。
频谱分析示意图
振动测量中常用测量元件
磁电速度传感器 压电加速度传感器 涡流位移传感器
磁电速度传感器
测量非转动部件的绝对振动的 速度。 不适于测量瞬态振动和很快的 变速过程。
以转速为第三维度三维频谱图
以时间为第三维的三维频谱
相关趋势图
相关趋势图横坐标为时间 纵坐标可以是不同振动数据、过程数据等 相关趋势图可以表明不同轴瓦振动之间的联系、 振动与过程数据之间的相关性等，作为判断设 备状态的一种依据 常采用的过程数据有：有功功率、无功功率、 膨胀、差胀、主蒸汽压力、润滑油温度等等 可在TDM系统或DCS系统中查看
测量结果受周围环境的影响大 能得到更详细的关于转子的振动 信息，可作高精度现场平衡数据
键相与相位参考脉冲
参考脉冲
K’
K
t
1转
在转子上布置键相标记K ，在轴承座上布置键相传感 器K（光电式或涡流式），其输出为相位参考脉冲。 参考脉冲是测量相位的基准。 参考脉冲也可用于测量转子的转速。
适应高频振动和瞬态振动的
测量。
传感器质量小，可测很高振 级。
接收形式：惯性式 变换形式：压电效应 典型频率范围：0.2Hz~10kHz 线性范围和灵敏度随各种不同型号 可在很大范围内变化。
现场测量要注意电磁场、声
场和接地回路的干扰。
压电加速度传感器的典型结构
晶体片
三角柱
预压簧片
预紧环
质量块
晶体片
波德图及极坐标图
波德图(Bode Plot)和极坐标图(Polar Plot)两者所含信息相同，都表示基频振动 的幅值和相位随机器转速的变化规律。
波德图的功能
确定转子临界转速值及临界转速下的振动幅值 了解转子升速和降速过程中，除转子临界转速 外，是否还有其他部件（例如基础、静子等） 发生共振。 将机组起停所得波特图进行对比，可以确定运 行中转子是否发生热弯曲 前后对比1/2x、1x、2x振动分量波特图，可以 提供转子横向裂纹信息和量值概念