機(jī)械振動(dòng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、機(jī)械振動(dòng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)三：簡(jiǎn)諧振動(dòng)幅值測(cè)量一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解振動(dòng)位移、速度、加速度之間的關(guān)系。2、學(xué)會(huì)用壓電傳感器測(cè)量簡(jiǎn)諧振動(dòng)位移、速度、加速度幅值二、實(shí)驗(yàn)儀器安裝示意圖三、 實(shí)驗(yàn)原理由簡(jiǎn)諧振動(dòng)方程：簡(jiǎn)諧振動(dòng)信號(hào)基本參數(shù)包括：頻率、幅值、和初始相位，幅值的測(cè)試主要有三個(gè)物理量，位移、速度和加速度，可采取相應(yīng)的傳感器來(lái)測(cè)量，也可通過(guò)積分和微分來(lái)測(cè)量，它們之間的關(guān)系如下：根據(jù)簡(jiǎn)諧振動(dòng)方程，設(shè)振動(dòng)位移、速度、加速度分別為x、v、a，其幅值分別為X 、V 、A：式中：振動(dòng)角頻率 初相位所以可以看出位移、速度和加速度幅值大小的關(guān)系是：。振動(dòng)信號(hào)的幅值可根據(jù)位移、速度、加速度的關(guān)系，用位移傳感器或速度傳

2、感器、加速度傳感器進(jìn)行測(cè)量，還可采用具有微積分功能的放大器進(jìn)行測(cè)量。在進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量時(shí)，傳感器通過(guò)換能器把加速度、速度、位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大器放大，然后通過(guò)AD卡進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，采集到的數(shù)字信號(hào)為電壓變化量，通過(guò)軟件在計(jì)算機(jī)上顯示出來(lái)，這時(shí)讀取的數(shù)值為電壓值，通過(guò)標(biāo)定值進(jìn)行換算，就可計(jì)算出振動(dòng)量的大小。DASP軟件參數(shù)設(shè)置中的標(biāo)定通過(guò)示波調(diào)整好儀器的狀態(tài)（如傳感器檔位、放大器增益、是否積分以及程控放大倍數(shù)等）后，要在DASP參數(shù)設(shè)置表中輸入各通道的工程單位和標(biāo)定值。工程單位隨傳感器類型而定，或加速度單位，或速度單位，或位移單位等等。傳感器靈敏度為KCH（PC/U）（PC/U 表

3、示每個(gè)工程單位輸出多少PC的電荷，如是力，而且參數(shù)表中工程單位設(shè)為牛頓N，則此處為PC/N；如是加速度，而且參數(shù)表中工程單位設(shè)為m/s2，則此處為PC/m/s2）；INV1601B 型振動(dòng)教學(xué)試驗(yàn)儀輸出增益為KE；積分增益為KJ（INV1601 型振動(dòng)教學(xué)試驗(yàn)儀的一次積分和二次積分KJ=1）；INV1601B型振動(dòng)教學(xué)試驗(yàn)儀的輸出增益：加速度：KE = 10(mV/PC)速度：KE = 1位移：KE = 0.5則DASP參數(shù)設(shè)置表中的標(biāo)定值K為：四、 實(shí)驗(yàn)步驟1、安裝儀器把激振器安裝在支架上，將激振器和支架固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)基座上，并保證激振器頂桿對(duì)簡(jiǎn)支梁有一定的預(yù)壓力（不要露出激振桿上的紅線標(biāo)識(shí)）

4、，用專用連接線連接激振器和INV1601B型振動(dòng)教學(xué)試驗(yàn)放大儀的功放輸出接口。把帶磁座的加速度傳感器放在簡(jiǎn)支梁的中部，輸出信號(hào)接到INV1601B型振動(dòng)教學(xué)試驗(yàn)儀的加速度傳感器輸入端，功能檔位拔到加速度計(jì)檔的a加速度。2、打開INV1601B 型振動(dòng)教學(xué)試驗(yàn)儀的電源開關(guān)，開機(jī)進(jìn)入DASP2006 標(biāo)準(zhǔn)版軟件的主界面，選擇單通道按鈕。進(jìn)入單通道示波狀態(tài)進(jìn)行波形示波。3、在采樣參數(shù)設(shè)置菜單下輸入標(biāo)定值K和工程單位m/s2 ,設(shè)置采樣頻率為4000Hz，程控倍數(shù)1倍。4、調(diào)節(jié)INV1601B型振動(dòng)教學(xué)試驗(yàn)儀頻率旋鈕到40Hz左右，使梁產(chǎn)生共振。5、在示波窗口中按數(shù)據(jù)列表進(jìn)入數(shù)值統(tǒng)計(jì)和峰值列表窗口，讀

5、取當(dāng)前振動(dòng)的最大值。6、改變檔位v(mm/s)、d(mm)進(jìn)行測(cè)試記錄。7、更換速度和電渦流傳感器分別測(cè)量a(m/s2 )、v(mm/s)、d(mm)。五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)傳感器類型頻率f（Hz）a(m/s2 )檔v(mm/s)檔d(mm)檔加速度44.93041085393速度44.94817662電渦流位移計(jì)44.91022、 根據(jù)實(shí)測(cè)位移x，速度v，加速度a，按公式計(jì)算出另外兩個(gè)物理量。實(shí)測(cè)值 計(jì)算值a(m/s2 )v(mm/s)d(mm)加速度304(m/s2 )108.539.3速度176(mm/s)480124位移102(mm)205.64579.8六、 實(shí)驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)反

6、映出，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于標(biāo)定值設(shè)置的不當(dāng)，導(dǎo)致出現(xiàn)較大范圍的偏差。而根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，在相同的振動(dòng)條件下，加速度、速度傳感器和電渦流位移計(jì)測(cè)出的加速度、速度和位移值應(yīng)該比較接近。實(shí)驗(yàn)四：簡(jiǎn)諧波幅域統(tǒng)計(jì)參數(shù)的測(cè)定一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)幅域各統(tǒng)計(jì)參量及其相互關(guān)系；2、學(xué)會(huì)對(duì)振動(dòng)波形幅域的測(cè)試和分析。二、 實(shí)驗(yàn)儀器安裝示意圖三、 實(shí)驗(yàn)原理每一個(gè)振動(dòng)量對(duì)時(shí)間坐標(biāo)作出的波形，可以得到峰值、峰峰值、有效值和平均值等量值，它們之間存在一定的關(guān)系。振動(dòng)量的描述常用峰值表示，但在研究比較復(fù)雜的波形時(shí)，只用峰值描述振動(dòng)過(guò)程是不夠的，因?yàn)榉逯抵荒苊枋稣駝?dòng)大小的瞬時(shí)值，不能反應(yīng)產(chǎn)生振動(dòng)的時(shí)間過(guò)程。平均絕對(duì)值和有效（均方根

7、）值可描述時(shí)間過(guò)程。這些參量都與幅值密切相關(guān)。峰值定義為：即從波形的基線位置到波峰的距離，也可稱為振幅。峰峰值是正峰到負(fù)峰間的距離。平均絕對(duì)值的定義為：= 有效值定義為：= 平均絕對(duì)值的使用價(jià)值較小，而有效值因與振動(dòng)的能量有直接關(guān)系，所以使用價(jià)值較大，特別是對(duì)隨機(jī)振動(dòng)的研究，使用價(jià)值更大。簡(jiǎn)諧振動(dòng)波形的峰值、有效值和平均絕對(duì)值示于圖2。各量之間的關(guān)系為：這些關(guān)系式更通用的形式為：稱為波形因數(shù)， 稱為波峰因數(shù)， 和給出了所研究振動(dòng)波形的指標(biāo)，對(duì)正弦振動(dòng)， =1.111 分貝， =1.4143 分貝。關(guān)于波形峰值、有效值和平均絕對(duì)值之關(guān)系的分析，對(duì)位移、速度、加速度和各種迅號(hào)波形都是適用的，但各種

8、不同波形的 和值是不一樣的，有時(shí)有很大的差別。例如正弦波、三角波和方波，其 和值分別列于表11。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1、 安裝儀器把激振器安裝在支架上，將激振器和支架固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)基座上，并保證激振器頂桿對(duì)簡(jiǎn)支梁有一定的預(yù)壓力（不要露出激振桿上的紅線標(biāo)識(shí)），用專用連接線連接激振器和INV1601B型振動(dòng)教學(xué)試驗(yàn)放大儀的功放輸出接口。把帶磁座的加速度傳感器放在簡(jiǎn)支梁的中部，輸出信號(hào)接到INV1601B型振動(dòng)教學(xué)試驗(yàn)儀的加速度傳感器輸入端，功能檔位拔到加速度計(jì)檔的a加速度。2、 打開INV1601B型振動(dòng)教學(xué)試驗(yàn)儀的電源開關(guān)，開機(jī)進(jìn)入DASP2006 標(biāo)準(zhǔn)版軟件的主界面，選擇單通道按鈕。進(jìn)入單通道示波狀態(tài)

9、進(jìn)行波形示波。3、 在采樣參數(shù)設(shè)置菜單下輸入標(biāo)定值K 和工程單位m/s2 ,設(shè)置采樣頻率為4000Hz，程控倍數(shù)1倍。4、 調(diào)節(jié)INV1601B型振動(dòng)教學(xué)試驗(yàn)儀頻率旋鈕到40Hz左右，適當(dāng)調(diào)節(jié)激振器使梁產(chǎn)生共振。5、 在示波窗口中按數(shù)據(jù)列表進(jìn)入數(shù)值統(tǒng)計(jì)和峰值列表窗口，讀取當(dāng)前振動(dòng)的最大值。6、 根據(jù)公式計(jì)算其它統(tǒng)計(jì)參數(shù)。五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果該實(shí)驗(yàn)主要是為了測(cè)定幅域統(tǒng)計(jì)參數(shù)之間的關(guān)系，不考慮其實(shí)際的物理意義，對(duì)信號(hào)波形來(lái)說(shuō)作為電信號(hào)來(lái)處理，單位為（mv） 頻率f（Hz）波峰值波谷值峰峰值平均絕對(duì)值有效值波形因數(shù)波峰因數(shù)45803.223 -549.3161352.539676.27 354.051 1

10、.204 2.26942 970.1538-985.4126 1955.566977.783696.19111.111091.41543六、 實(shí)驗(yàn)分析通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，得出了不同頻率下測(cè)得的響應(yīng)，并對(duì)相關(guān)幅域統(tǒng)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并求出了波形系數(shù)和波峰系數(shù)這兩個(gè)重要參數(shù)。這些統(tǒng)計(jì)量對(duì)后期的實(shí)驗(yàn)有重要價(jià)值。五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)次數(shù)頻率(Hz)參考傳感器待測(cè)信號(hào)幅值(m/s2)輸出增益KE0靈敏度pc/m/s2幅值(mm/s)輸出增益KE靈敏度mV/mm/sA01A02A0A1A2A142.5783-7751558104.671979-19843963131.72242604-5931197104.6715

1121343642-6281270104.671611-16063217130.89待測(cè)信號(hào)標(biāo)定值取平均值為31.61六、 實(shí)驗(yàn)分析本次實(shí)驗(yàn)用雙蹤試波法測(cè)傳感器的靈敏度。所得的靈敏度數(shù)據(jù)31.61與真實(shí)數(shù)據(jù)33.33非常接近，從而證實(shí)了實(shí)驗(yàn)方法的正確性，并為實(shí)踐中的測(cè)試提供理論基礎(chǔ)。五、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)固有頻率測(cè)量結(jié)果 頻率(Hz)測(cè)試方法第一階頻率第二階頻率第三階頻率幅值判別法44.5163.4373.5相位判別法圖像位移d43.5163.2373速度v44.6163.2371.7加速度a44.5163371.6傳函判別法44.9648.4703.1自譜分析

12、法44.4647.4704.1六、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論：1、幅值判別法和相位判別法在測(cè)量高階頻率時(shí)較為精確。2、傳函判別法和自譜分析法因?yàn)榉椒ê?jiǎn)單，在測(cè)試系統(tǒng)主頻率時(shí)較為實(shí)用。五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、錘擊法測(cè)量配重情況不加配重加一塊配重（1kg）加兩塊配重（2 kg）測(cè)試的頻率（Hz） f0=44.4 f1 =31.8 f2 =25.92、簡(jiǎn)支梁等效質(zhì)量m（梁的均布質(zhì)量折合到梁的中部的質(zhì)量）和等效剛度k 的計(jì)算梁的質(zhì)量 m0 =1kg把測(cè)得和數(shù)據(jù)代入方程聯(lián)立解得：k=80.16kN/mm=1.03kg折合到梁中部的集中等效質(zhì)量與梁質(zhì)量的比值： m/m0=1.033、理論計(jì)算值

13、與測(cè)試值梁固有頻率f 0（Hz）梁的等剛度k（kN/m）理論計(jì)算值45.180.16實(shí)測(cè)值44.4六、 實(shí)驗(yàn)分析在本次實(shí)驗(yàn)中，對(duì)單自由度的簡(jiǎn)支梁系統(tǒng)進(jìn)行建模。先用錘擊法測(cè)出系統(tǒng)在不同條件下的響應(yīng)頻率，再通過(guò)理論假設(shè)和相關(guān)計(jì)算得出梁的等效剛度和等效質(zhì)量。五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、 記錄測(cè)試數(shù)據(jù)配重情況不加配重壓電加速度傳感器測(cè)（35g）速度傳感器測(cè)（135g）加一塊配重（1kg）加兩塊配重（2 kg）加兩塊半配重（2.5 kg）加電機(jī)和兩塊半配重(2.5 kg)理論計(jì)算頻率（Hz）45.144.542.632.226.424.5測(cè)試的頻率（Hz） f0 =45.0 f 1= 44.4 f2 =42.5

14、f 3=32.0 f4 =26.0 f5 = 24.1 f6 =注：由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，“加電機(jī)和兩塊半配重”這一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)未能進(jìn)行。2、繪制出頻率與質(zhì)量的變化曲線 質(zhì)量-頻率變化曲線六、 實(shí)驗(yàn)分析由于實(shí)驗(yàn)條件所限，“加電機(jī)和兩塊半配重”項(xiàng)的測(cè)量無(wú)法進(jìn)行。通過(guò)測(cè)繪出的質(zhì)量-頻率變化曲線來(lái)看，基本反映了系統(tǒng)在負(fù)載影響下的頻率變化情況。尤其是附著式的傳感器（如實(shí)驗(yàn)中的加速度傳感器和速度傳感器）在測(cè)量時(shí)自身的質(zhì)量對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)負(fù)面影響，因此在高精度測(cè)量中，盡量選用費(fèi)附著式的傳感器（如實(shí)驗(yàn)中的電渦流位移計(jì)）。五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、記錄模態(tài)參數(shù)模態(tài)參數(shù)第一階第二階第三階第四階第五階頻率（Hz）20.944113.5

15、72184.961294.123510.991質(zhì)量11111剛度173205092001351000341500010310000阻尼2.187.56338.9522.55338.062、打印出各階模態(tài)振型投影圖。第一階模態(tài)圖第二階模態(tài)圖第三階模態(tài)圖第四階模態(tài)圖第五階模態(tài)圖六、 實(shí)驗(yàn)分析（見實(shí)驗(yàn)26的實(shí)驗(yàn)分析）五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、記錄模態(tài)參數(shù)模態(tài)參數(shù)第一階第二階第三階第四階第五階頻率23.130101.585255.940489.62865.228質(zhì)量11111剛度211204074002586000946400029550000阻尼3.13610.207.66729.5220.832、打印出各階模態(tài)振型投影圖。第一階模態(tài)圖第二階模態(tài)圖第三階模態(tài)圖第四階模態(tài)圖第五階模態(tài)圖六、 實(shí)驗(yàn)分析（見實(shí)驗(yàn)26的實(shí)驗(yàn)分析）五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、記錄模態(tài)參數(shù)模態(tài)參數(shù)第一階第二階第三階第四階第五階頻率53.191123.955268.42445