机械振动基础 ppt课件

1) 推断系统的传递特性。(系统辨识) 2) 推断导致该输出的输入量。 (反求) 3) 推断和估计系统的输出量。(预测)
§2.1 振动概述 2.1.1 机械振动及其分类
机械振动分类： 1. 按系统的输入不同分类：
→ 自由振动； → 强迫振动； → 自激振动。 2. 按系统的输出特性分类： → 简谐振动； → 非简谐周期振动； → 瞬态振动； → 准周期振动； → 随机振动。
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
可怕的地震、海啸、飓风使人民生命财产受到巨大损失
§2.1 振动概述 “大振动”现象
振动会使许多机器损坏，飞机和导弹失灵。因大 风引起的桥梁振动和骑兵正步过桥引起的振动会使大 桥震垮。剧烈的振动会加速设备疲劳破坏，固体和气 体的振动会产生噪声等等。总之，振动现象以往主要 是作为不好的现象来加以研究的，它经常是以我们人 类的“敌人”的面貌出现的。
5. 随机振动 不能用精确的数学关系式加以描述，只能根据
随机过程的理论用数理统计的方法对其进行分析处 理。
§2.2 机械振动系统的建模基础 一、建模前的准备
1. 连续系统的离散化 2. 非线性系统的线性化
n1
n2
T1
K (t)
T2
m1
m2
C
齿轮副的简化振动模型
§2.2 机械振动系统的建模基础
二、振动系统力学模型三要素 1. 弹簧：线性化假设
机电设备故障诊断
机电设备故障诊断
(Remote Fault Diagnosis)
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
vx

a
位移、速度、加速度都是同频率的简谐波。
三者的幅值依次为A、A、A 2。
相位关系：加速度领先速度90º; 速度领先位移90º。
§2.1 振动概述 2.1.2 机械振动按其输出的分类
2. 非简谐周期振动
xt xt nT
§2.1 振动概述 2.1.2 机械振动按其输出的分类
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。
直线振动模型
其解为： x n2 x 0 x Asin nt
A ——振幅
——初相位，与初始条件有关
n ——固有频率，与系统结构特 性有关，与初始条件无关。
§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 一、无阻尼自由振动
2、扭转振动 振动微分方程：
d
n2 0
3. 准周期振动

x t Asin 2 fit i i 1
至少存在一个 fn / fm 不为有理数
§2.1 振动概述
2.1.2 机械振动按其输出的分类 4. 瞬态振动 只在某一确定时间段内才发生的振动，可用各 种脉冲函数和衰减函数加以确定。
§2.1 振动概述 2.1.2 机械振动按其输出的分类
振动又是人类最亲密的朋友
§2.1 振动概述 “大振动”现象
§2.1 振动概述 “大振动”现象
§2.1 振动概述 2.1.1 机械振动及其分类
定义：受外界条件的影响，机械系统围绕其平衡位置 做往复运动。
输 入(Input)
输 出(Output) 系统
激 励(Excitation)
响 应(Response)
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
J ——刚体的转动惯量
§2.2 机械振动系统的建模基础
二、振动系统力学模型三要素 3. 阻尼：在振动、冲击和噪声领域主要有： → 粘性阻尼（线性阻尼）； → 干摩擦阻尼（库伦阻尼）； → 结构阻尼（材料内阻）。
§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 一、无阻尼自由振动
1、直线振动 振动微分方程的标准形式：
x
t


Asin
2
f0t



Asin

2 t
T


简谐振动三要素 • 振幅 (Amplitude) • 圆频率 (Angular frequency) • 初相角 (Initial phase)
§2.1 振动概述 2.1.2 机械振动按其输出的分类
1. 简谐周期振动 振动位移、速度、加速度之间的关系
§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。
6. 按频率范围分类： → 低频振动（ <1KHz ）； → 中频振动（ 1~10KHz ）； → 高频振动 ( >10KHz )。
本章只讨论有限自由度的线性振动
§2.1 振动概述 2.1.2 机械振动按其输出的分类
1. 简谐周期振动
§2.1 振动概述 2.1.2 机械振动按其输出的分类
1. 简谐周期振动
F Kx F ——弹性恢复力
x ——弹簧变形量
K —— 弹簧的刚度
P62：简单元件的刚度计算公式
§2.2 机械振动系统的建模基础
二、振动系统力学模型三要素 2. 质量：表示力（力矩）与加速度（角加 速度）关系的元件，在力学模型中抽象为绝 对不变形的刚体。
平动： F ma
m ——刚体的质量
扭转： MLeabharlann Baidu J